JP6607711B2

JP6607711B2 - バルブ装置

Info

Publication number: JP6607711B2
Application number: JP2015125058A
Authority: JP
Inventors: 友士郎伊藤; 康博五十川
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2035-06-22
Also published as: JP2017009032A

Description

本発明は、バルブ装置に関する。

従来、例えば、内燃機関を搭載する自動車において、内燃機関から排出される排気ガスの流路や流量を制御するために、流路内にバタフライバルブを設置し、このバタフライバルブの弁軸を、流路の外側に設けた駆動部であるモータの回転駆動力により回動させるバルブ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−２１５３４号公報

しかし、上記従来のバルブ装置で用いるモータは、必要な回動トルクを得るために、複数の歯車で構成した減速機で減速し、弁軸に伝達している。このため構造が複雑で故障や耐久性の点で問題がある。また、この歯車として、樹脂製のものを用いることが多く、また、歯車を弁軸の横に設ける必要があり、耐熱性の点でも問題がある。

また、歯車の組み合わせであるために、弁軸とモータの軸との位置関係が限定され、車両へのモータの搭載位置や姿勢が限定される。更に、モータの軸を、モータから下方に延出するように搭載したいという要望があるが、車両の他の部品との関係からこの要望を満たすことが困難になってしまうという問題がある。

また、モータは減速機が必要であるため大型になるとともに、弁軸の横にモータ及び減速機を配置しているために、弁軸の軸方向に大きな設置スペースが必要となる。また、周辺部品との間には隙間を設ける必要があるため、上記従来のバルブ装置の車両への搭載性は劣ってしまうという問題点がある。

そこで、本発明は、上記問題点を解決したバルブ装置を提案することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本願発明は、内燃機関の排気ガスの流路内に設置される弁体を軸支するとともに前記流路の外側に突出する弁軸を有するバルブを備えたバルブ装置であって、
回転軸を回転駆動するモータ及び減速機を内蔵する駆動部を、前記バルブの側部であって前記流路の横に近傍させて配置し、
前記バルブ装置を、車両に搭載し前記弁軸を水平に配した際に、前記回転軸が前記駆動部の下部に位置するとともに鉛直方向に延在し、
前記弁軸の突出側端部に固設された第１クランク部材と、駆動部の回転軸の端部に固設された第２クランク部材を設け、前記第１クランク部材と第２クランク部材とを連結部材で連結し、
該連結部材と前記第１クランク部材との連結部と、前記連結部材と前記第２クランク部材との連結部を、夫々２以上の自由度を持って連結し、
前記弁軸と前記回転軸とがねじれの位置関係にあることを特徴とするものである。

また、前記連結部材の少なくとも一部が、その軸方向に弾性変形可能でもよい。

本発明のバルブ装置によれば、連結部材と夫々のクランク部材とを、２以上の自由度を持って連結するとともに、弁体の弁軸と、駆動部の回転軸とがねじれの位置関係にあるようにしたことにより、バルブ装置を車両等に搭載する際に、弁軸と回転軸との位置関係を任意の位置関係に設定することができ、搭載性が上記従来技術のものよりも向上する。更に、弁軸に対する駆動部の位置を任意に変更することができるために、駆動部をその回転軸が下方に延出するように搭載することも容易にできる。

また、歯車を用いず、連結部材により弁軸と回転軸とを連結するようにしたことにより、上記従来技術のものよりも構造を簡略化できるとともに、耐熱性も向上できる。

また、弁軸と回転軸とがねじれの位置関係にあるようにしたことにより、バルブ装置の弁軸の軸方向の長さを、従来技術のものよりも短くし、搭載スペースを小さくすることができ、車両等への搭載性を向上できる。

本発明の実施例１に係るバルブ装置の搭載状態を示す一例の斜視図。図１の右側面図。図１の上流側から見た図。図１の上面図。図１の下面図。本発明の実施例１に係るバルブ装置を流路に設けた状態の一例を示す縦断面図。本発明の実施例１に係るバルブ装置を流路に設けた状態の他例を示す縦断面図。図１のバルブ装置の搭載状態を示す他例の斜視図。図８の右側面図。図８の上面図。図１のバルブ装置の搭載状態を示す他例の斜視図。図１１の右側面図。図１１の上面図。本発明の実施例２に係るバルブ装置の一例の斜視図。本発明の実施例３に係るバルブ装置の斜視図。図１５の右側面図。本発明の実施例４に係るバルブ装置の斜視図。図１７の右側面図。図１７の上面図。図１７の下面図。

本発明のバルブ装置は、例えば、ＥＧＲシステム、浄化装置、排気熱回収装置等におけるバイパス制御や、排気管やマフラにおける流量や流路の制御などに用いるバタフライバルブ等の内燃機関の気体流路に設けたバルブの弁軸に駆動部の駆動力を伝達するものである。

以下において、本発明のバルブ装置を、モータの駆動力を排気管に設けたバルブに伝達するのに適用した実施例を基に説明する。

［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係るバルブ装置１の斜視図、図２はバルブ装置１の右側面図、図３はバルブ装置１の上流側から見た図、図４はバルブ装置１の上面図、図５はバルブ装置１の下面図である。以下において、バルブ装置１を、図３のＡ側を上側、Ｂ側を下側、Ｃ側を右側、Ｄ側を左側、図２のＥ側を前側、Ｆ側を後側となるように車両に搭載した状態で説明する。

本発明のバルブ装置１は、バルブ２、駆動部３、動力伝達部４で構成されている。

バルブ２は、例えば、図６に示すように、そのケース１０における筒状の本体部１０ａの外周部に上流側流路管１１を嵌合接続するとともに、ケース１０の本体部１０ａの内周部に下流側流路管１２を嵌合接続することにより、流路の途中にバルブ２を設けて流路の開閉を行うバルブとして使用することができ、また、図７に示すように、第１流路管１５の内部にバルブ２を設け、バルブ２のケース１０の本体部１０ａに第２流路管１６を接続して、第２流路管１６の開閉を行うバルブとして使用することもできるものである。

バルブ２は、金属管をプレス加工により一体形成した筒状のケース１０を有し、ケース１０の一方の開口部１０ｂ側端部には、内側に曲折して形成された曲折部２１が設けられ、この曲折部２１は本体部１０ａとともにプレス加工により一体に形成されている。

ケース１０の左右の両側部には、一対の切欠部２２，２２が相互に対向した位置に形成されている。両切欠部２２，２２には、軸受２６，２６が固設されている。

曲折部２１の周方向における両切欠部２２，２２間の一方の側（図６の上側）が第１曲折部２１ａを構成し、他方の側（図６の下側）が第２曲折部２１ｂを構成し、第１曲折部２１ａの内側面は、平面状の第１シール面２３ａを構成し、第２曲折部２１ｂの外側面は、平面状の第２シール面２３ｂを構成している。第１シール面２３ａと第２シール面２３ｂとは、同一平面上には形成されておらず、後述する弁体２５の厚み分の段差を有して略平行に形成されている。

弁体２５は、その閉状態における上下方向の中央部を、ケース１０の軸芯と直交する方向に設けられた弁軸２４で軸支されている。弁軸２４は、両軸受２６，２６に回転可能に支承され、一方の軸受２６からは弁軸２４が突出している。これにより、弁軸２４は、ケース１０に回転可能に設けられ、弁体２５の回動により、流路内の流体の流量等を制御することができるようになっている。

弁軸２４の突出側端２４ａには、弁軸２４の軸芯Ｘ−Ｘと直交する方向に突出する第１クランク部材３１が嵌装固設されている。第１クランク部材３１は長円状の板状に形成され、その一端側に弁軸２４が固着され、他端側端部には、第１クランク部材３１を切欠いてＣ字状に形成した係合部３１ａが形成されている。

係合部３１ａは、図２に示すように円弧状に形成され、弁軸２４の軸芯Ｘ−Ｘ方向の両側部とケース１０の一方の開口部１０ｂ側が開口するように形成されている。第１クランク部材３１の係合部３１ａには、連結部材３２の一方の端部に形成されたＯ状の係合部３２ａが係合している。係合部３２ａは、上下方向に貫通する取付け穴３２ｂで構成されている。また、第１クランク部材３１の係合部３１ａと、連結部材３２の係合部３２ａとの間には所定の隙間が形成され、円弧状の係合部３１ａと連結部材３２の係合部３２ａとの係合部を中心として、第１クランク部材３１と連結部材３２が相対的に回動できるようになっている。

これにより、係合部３１ａと係合する連結部材３２の一方の端部に形成されたＯ状の係合部３２ａは、少なくとも、円弧状の係合部３１ａに沿ってその周方向に移動できるとともに、係合部３１ａと係合部３２ａとの係合部分の軸芯を中心として、第１クランク部材３１と連結部材３２が相対的に回動でき、２以上の自由度を持って連結されている。

連結部材３２の本体部３２ｃは、剛性を有する棒状部材で構成され、本体部３２ｃの材質は任意に選択することができるが、耐熱性を有するステンレス等の金属を用いることが好ましい。

また、本体部３２ｃの他方の端部にも、一方の端部に形成した係合部３２ａと同様のＯ状の係合部３２ｄが形成されているとともに、この係合部３２ｄは、左右方向に貫通する取付け穴３２ｅで構成され、図１〜５に示すように、係合部３２ｄの取付け穴３２ｅの貫通方向は、係合部３２ａの取付け穴３２ｂの貫通方向と直交するように形成されている。係合部３２ａ，３２ｄは、本体部３２ｃと一体に形成してもよいし別体で構成してもよい。また、係合部３２ａ，３２ｄは、本体部３２ｃと同様に剛性を有する材質で構成することが好ましい。

駆動部３は、図１〜５に示すように、バルブ２の側部に配置されるとともに、回転軸３５を回転駆動する。駆動部３は、回転軸３５の回転位置を任意に制御することができ、本実施例の駆動部３にはモータと減速機が内蔵されている。回転軸３５は、本体部３６の下側から下方に突出するように設けられている。

回転軸３５の本体部３６と反対側の端部には、回転軸３５の軸芯Ｙ−Ｙと直交する方向に突出する第２クランク部材３８が嵌装固設されている。第２クランク部材３８は第１クランク部材３１と同様の形状に形成されるとともに、第２クランク部材３８の長手方向は、第１クランク部材３１の長手方向と直交するように配置されている。また、第２クランク部材３８の係合部３８ａは、軸芯Ｙ−Ｙ方向の両側部とケース１０の一方の開口部１０ｂと反対側が開口するように配置されている。

また、連結部材３２の係合部３２ｄは、円弧状の係合部３８ａに沿って周方向に移動できるとともに、係合部３２ｄと係合部３８ａとの係合部分の軸芯を中心として、第２クランク部材３８と連結部材３２が相対的に回動でき、２以上の自由度を持って連結されている。

第１クランク部材３１、第２クランク部材３８、連結部材３２により、動力伝達部４が構成されている。また、バルブ２のケース１０と駆動部３の本体部３６は、図示しない任意の固定手段により車両等の所定位置に固設することができるようになっている。

上記の構成により、駆動部３の回転軸３５が正逆の何れかの方向に回動すると、第２クランク部材３８の係合部３８ａが回転軸３５の軸芯を中心として正逆の何れかの方向に回動し、連結部材３２を押し方向又は引き方向に移動させる。この連結部材３２の移動により、第１クランク部材３１の係合部３１ａが回動し、第１クランク部材３１に固設された弁軸２４が回動し、弁体２５が回動する。これにより、弁体２５の回転位置を任意に制御することができるようになっている。

また、連結部材３２の本体部３２ｃを剛性が高い棒状部材で構成したことにより、駆動部３の駆動力（トルク）を遅滞なく弁体２５に伝えることができる。

また、弁軸２４を、図１〜図５に示すように、その軸Ｘ−Ｘが車両搭載状態において水平となるように配した際に、回転軸３５を、その軸Ｙ−Ｙが鉛直方向で、駆動部３の本体部３６の下部から下方に向かって延在するように車両等に搭載することができる。この際、駆動部３を、弁軸２４の軸Ｘ−Ｘ線上とは異なる位置で、かつ、流路内を流通する排気ガス等の熱影響が少ない流路の横に近傍させることができ、バルブ装置１の車両等への搭載スペースを容易に小さくすることができる。

また、連結部材３２の両端部において、連結部材３２の係合部３２ａ（３２ｄ）とクランク部材３１（３８）の係合部３１ａ（３８ａ）を、２以上の自由度を持って連結したことにより、図８〜図１０に示すように、図１〜図５に示す状態から、駆動部３を下方に移動させて、弁軸２４と駆動部３の本体部３６の高さがほぼ同じになるようにして、バルブ装置１を車両等に搭載することもできる。また、この時に、駆動部３の姿勢を保ったまま、その搭載位置を変えることも自在である。

更に、図１１〜図１３に示すように、図１〜図５に示す状態から、駆動部３を流路から離間するように横方向に移動させて、バルブ装置１を車両等に搭載することもできる。

更に、図１〜５，図８〜図１３に示す状態に限定されず、弁軸２４の軸Ｘ−Ｘと回転軸３５の軸Ｙ−Ｙとの位置関係が、平行でないとともに、夫々の軸芯を延長しても交わることのない幾何学的ねじれの位置関係とすることができる。このように、弁軸２４の軸Ｘ−Ｘと回転軸３５の軸Ｙ−Ｙを、幾何学的ねじれの位置関係としたことにより、弁軸２４に対する駆動部３の姿勢と位置を任意に設定して、バルブ装置１を車両等に搭載することができる。

また、弁軸２４の軸Ｘ−Ｘと回転軸３５の軸Ｙ−Ｙとの位置関係が、ねじれの位置関係にあるようにしたことにより、バルブ装置１の弁軸２４の軸方向（Ｘ−Ｘ方向）の長さが、上記従来技術のものよりも短くなり、バルブ装置１の車両等への搭載スペースが小さくなる。

［実施例２］
上記実施例１では、連結部材３２の本体部３２ｃを、剛性を有する棒状部材で構成したが、連結部材４１の本体部４２を、例えば、図１４に示すようなコイルばね等からなるバネ状ロッド部材や、ゴム等の弾性材で構成し、連結部材４１の少なくとも一部を、その軸方向に弾性変形可能に構成してもよい。

なお、連結部材４１の本体部４２の少なくとも一部が、その軸方向に弾性変形可能であれば、それ以外の部分は、任意の材質で構成することができる。

本体部４２の両端には、上記実施例１と同様の係合部３２ａ，３２ｄが設けられている。

その他の構造は、上記実施例１と同様であるのでその説明を省略する。

本実施例２においても、上記実施例１と同様の作用、効果を奏する。

本実施例２においては、更に、連結部材４１の少なくとも一部を、その軸方向に弾性変形可能に構成したことにより、流路内を流通する排気ガス等の流体により生じた弁体２５の振動が、駆動部３に伝わることを抑制（ダンピング）し、駆動部３のモータや減速機を振動から保護することができる。

更に、駆動部３の回転軸３５の駆動力が、弁体２５の弁軸２４に伝わるのが意図的に上記実施例１よりも遅くなり、回転軸３５の回動と、弁軸２４の回動の位相に遅れを生じさせることができ、弁体２５の回動の制御の自由度が増す。

上記実施例１の弁体２５では、弁体２５を閉動作させて、ケース１０のシール面２３ａ，２３ｂに着座させた際に、流路を流れる流体により弁体２５とシール面２３ａ，２３ｂの間に隙間が生じ、異音が発生する恐れがあるため、リターンスプリングを設ける必要があるが、本実施例２では、弁体２５が閉まる方向に、弾性材である本体部４２の付勢力を生じさせることにより、流路を流れる流体の力に抗して、弁体２５の閉状態を保持し、異音が発生することを抑制でき、リターンスプリングが不要となる。

［実施例３］
上記実施例２では、連結部材４１の本体部４２の少なくとも一部を、その軸方向に弾性変形可能にしたが、図１５，図１６に示すように、連結部材５１の本体部５２を、コイルばね等からなるバネ状ロッド部材５３と、バネ状ロッド部材５３の内部に設けた油圧や空気圧等を用いたショックアブソーバーやゴム等の弾性力を用いたダンパーなどの減衰部材５４で構成してもよい。バネ状ロッド部材５３の軸芯と、減衰部材５４の軸芯とは、略同じになるように設定されている。

その他の構造は、上記実施例２と同様であるのでその説明を省略する。

本実施例３においても、上記実施例２と同様の作用、効果を奏する。

本実施においては、更に、減衰部材５４により、バネ状ロッド部材５３の進展又は圧縮時の周期振動を減衰させることができ、上記実施例２において弾性変形可能な本体部４１を用いたことにより生じる効果をより高めることができる。

［実施例４］
上記実施例１〜３においては、クランク部材３１，３８と連結部材３２を、Ｃ状の係合部３１ａ，３８ａとＯ状の係合部３２ａ，３２ｄを係合させて連結したが、図１７〜図２０に示すように、クランク部材３１，３８と連結部材６１を、その一方６２ａを球状に形成し、他方６２ｂをクランク部材３１の連結側とは反対側が突出する開口部を有するとともに、この球状を覆うように収納し、その球面方向の何れにも摺動できるようにしたピロボールなどのボールジョイント６２，６２を用いて連結するようにしてもよい。

その他の構造は、上記実施例１〜３と同様であるのでその説明を省略する。

本実施例４においても、上記実施例１〜３と同様の作用、効果を奏する。

本実施例においては、更に、クランク部材３１，３８と連結部材６１との連結部における摺動が円滑となるとともに、上記実施例１〜３よりも強い駆動力を用いた場合においても対応することができる。

１バルブ装置
２バルブ
３駆動部
２４弁軸
２５弁体
３１第１クランク部材
３２，４１，５１，６１連結部材
３５回転軸
３８第２クランク部材

Claims

内燃機関の排気ガスの流路内に設置される弁体を軸支するとともに前記流路の外側に突出する弁軸を有するバルブを備えたバルブ装置であって、
回転軸を回転駆動するモータ及び減速機を内蔵する駆動部を、前記バルブの側部であって前記流路の横に近傍させて配置し、
前記バルブ装置を、車両に搭載し前記弁軸を水平に配した際に、前記回転軸が前記駆動部の下部に位置するとともに鉛直方向に延在し、
前記弁軸の突出側端部に固設された第１クランク部材と、駆動部の回転軸の端部に固設された第２クランク部材を設け、前記第１クランク部材と第２クランク部材とを連結部材で連結し、
該連結部材と前記第１クランク部材との連結部と、前記連結部材と前記第２クランク部材との連結部を、夫々２以上の自由度を持って連結し、
前記弁軸と前記回転軸とがねじれの位置関係にあることを特徴とするバルブ装置。
前記連結部材の少なくとも一部が、その軸方向に弾性変形可能であることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。