JP6933066B2 - 弁装置 - Google Patents
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Description
弁ハウジングは、流体を流通可能な複数の流路(12,13,14)、及び、複数の流路を連通する連通空間(110)を有する。
弁部材は、弁ハウジングに対して相対回転可能に設けられる。弁部材は、複数の流路の一の流路(14)と連通空間との間に形成されている一の流路の開口の縁部に当接すると当該一の流路と連通空間とを遮断する。
本発明の弁装置では、弁部材が開口の縁部から離間した状態から開口の縁部に当接している状態となるよう弁部材が回転する方向を閉弁回転方向とする。
本発明の第二態様による弁装置では、弁部材(20,60)の径方向外側の縁部(225,235,625)は、回転方向において段差なく曲線状に延びており、弁部材の回転軸上の点(P25,P65)から弁部材の径方向外側の縁部までの距離(Ri221,Ri222,Ri223,Ri421,Ri422,Ri423)は、閉弁回転方向に向かうにしたがって全範囲で単調減少する。
第一実施形態による弁装置1を図1〜図11に基づいて説明する。弁装置1は、燃料を燃焼することによって駆動力を発生するエンジンシステム90に適用される。
最初に、図1を用いてエンジンシステム90を説明する。エンジンシステム90は、エンジン91、吸気系92、排気系93、過給器94、排気還流系95などを備えている。なお、エンジン91は、シリンダ911内にピストン912を収容して燃焼室910を形成する周知の構造である。
吸気マニホールド922は、吸気管921の他端とエンジン91とに接続されている。吸気マニホールド922は、シリンダ911の数と同数の通路に分岐する構造を有する。
エアクリーナ923は、大気から取り込んだ空気から異物を除去する。
インタークーラ924は、過給器94のコンプレッサ941により圧縮されて昇温した吸入空気を冷却する。
スロットル925は、エンジン91の吸気量を調整する。スロットル925は、電子制御ユニット(以下、「ECU」という)96と電気的に接続されている。
排気管931は、エンジン91の排気を大気に導くための配管であり、排気通路930を有する。
排気マニホールド932は、排気管931の一端とエンジン91とに接続している。排気マニホールド932は、シリンダ911の数と同数の通路が合流する構造を有する。
排気浄化ユニット933は、排気管931に設けられている。排気浄化ユニット933は、排気に含まれる炭化水素を分解したり、微粒子状物質を捕捉したりする。
コンプレッサ941は、吸気通路920においてエアクリーナ923とインタークーラ924との間に配置されている。コンプレッサ941は、吸入空気を圧縮可能である。
タービン942は、排気通路930において排気マニホールド932と排気浄化ユニット933との間に配置されている。タービン942は、排気のエネルギーにより回転駆動される。
シャフト943は、コンプレッサ941とタービン942とを連結している。コンプレッサ941とタービン942とは、シャフト943により同期して回転する。
EGRクーラ952は、EGR管951に設けられている。EGRクーラ952は、EGR通路950を通る気体を冷却する。
弁装置1は、EGR管951と吸気管921とが接続されている箇所に設けられている。弁装置1は、EGR通路950を通じて吸気通路920に流入する気体の流量を増減する。弁装置1は、ECU96と電気的に接続されている。
弁装置1は、円筒状の弁部材を回転駆動することによって流体の通路の開度を増減可能なロータリー式の弁である。弁装置1は、EGR通路950の吸気通路920に対する開度を増減可能である。弁装置1は、弁ハウジング10、弁部材20、上シャフト25、下シャフト26、駆動部35、ギヤ部37などを備える。
ケーシング111は、アルミニウムなどの金属材料から弁部材20を収容可能に形成されている。ケーシング111は、吸気通路920とEGR通路950との合流部分を形成する。具体的には、ケーシング111は、図5,6に示すように、「連通空間」としての弁室110、「流路」としての上流側流路12、「流路」としての下流側流路13、及び、「一の流路」としての収容空間14を有する。
上流側流路12は、弁室110に連通するよう形成されている。上流側流路12は、エアクリーナ923に連通する。
下流側流路13は、上流側流路12とは別に弁室110に連通するよう形成されている。下流側流路13は、上流側流路12と同軸上に形成されている。下流側流路13は、インタークーラ924に連通する。
収容空間14は、上流側流路12及び下流側流路13とは別に弁室110に連通するよう形成されている。収容空間14は、ハウジング側シール部材17が組み付けられた筒部材16を収容可能に形成されている。収容空間14は、EGR通路950に連通する。
第一シールリップ部172は、第一被覆部171のフランジ部161側とは反対側の端部を覆う部位に設けられているリップ状の部位である。第一シールリップ部172は、第一被覆部171が第一側壁部162を覆うよう設けられるとき、図5,6,7に示すように、第一側壁部162の径外方向、すなわち、フランジ部161の径外方向に突出するよう形成される。
第二シールリップ部174は、第二被覆部173のフランジ部161側とは反対側の端部を覆う部位に設けられているリップ状の部位である。第二シールリップ部174は、第二被覆部173が第二側壁部163を覆うよう設けられるとき、図7に示すように、第二側壁部163の径内方向、すなわち、フランジ部161の径内方向に突出するよう形成される。第二シールリップ部174は、シール面175,176に接続している。
以下、図7に示すように、ハウジング側シール部材17と筒部材16とが組み合わされた部材を筒体15という。
シール面212は、外壁面211においてEGR通路遮断方向に向かうよう形成されている。シール面212は、円筒の径方向外側の側壁の内壁面の一部と同じ形状となっている。第一実施形態では、シール面212は、中心角が180度の半円筒形となっている。シール面212は、半径がシール面213の半径に比べ大きくなるよう形成されている。シール面212は、第一シールリップ部172に当接可能に形成されている。
シール面213は、外壁面211においてEGR通路遮断方向に向かうよう形成されている。シール面213は、円筒の径方向外側の側壁の外壁面の一部と同じ形状となっている。第一実施形態では、シール面213は、中心角が180度の半円筒形となっている。シール面213は、第二シールリップ部174に当接可能に形成されている。
シール面212を含む仮想円筒面とシール面213を含む仮想円筒面とは同軸上に中心軸を有する。当該中心軸は、弁部材20の回転軸RA20に直交する。
接続シール面214は、図8に示すように、シール面212とシール面213とが接続する箇所のうち上アーム22側に位置する。接続シール面214は、シール面175に当接可能に形成されている。
接続シール面215は、図8に示すように、シール面212とシール面213とが接続する箇所のうち下アーム23側に位置する。接続シール面215は、シール面176に当接可能に形成されている。
Li12−Li13=Li13−Li11 ・・・(1)
第一実施形態では、式(1)の右辺及び左辺の値は、比較的小さい値となっている。
弁部材20は、上アーム22の弁部材側シール部21と接続する「弁部材の径方向外側の縁部」としての縁部225及び下アーム23の弁部材側シール部21と接続する「弁部材の径方向外側の縁部」としての縁部235は、図9に示す側面図において直線状に形成されている。
弁部材20がEGR通路遮断方向に回転し図6に示す状態になると、第一シールリップ部172がシール面212に当接し、第二シールリップ部174がシール面213に当接する。また、シール面175,176のそれぞれは、接続シール面214,215のそれぞれに当接する。これにより、弁室110とEGR通路950とを遮断しつつ、弁室110に対して上流側流路12を最大限に開放する。
上接続部221は、弁部材側シール部21のセンサカバー112側の端部に設けられている。上接続部221は、図4,8に示すように、外壁面223が回転軸RA20に対して傾斜するよう形成されている。具体的には、弁部材側シール部21側の端部から上締結部222側の端部に向かうにしたがって回転軸RA20に近づくよう形成されている。外壁面223には、撥水性の膜が形成されている。
上締結部222は、上接続部221の弁部材側シール部21に接続する側とは反対側の端部から弁部材20の回転軸RA20に向かう方向、すなわち、略筒状の弁部材20の径内方向に延びるよう形成されている部位である。上締結部222は、上接続部221に接続する側とは反対側の端部に上シャフト25が圧入される通孔224を有する。
なお、図4には、便宜的に、弁部材側シール部21と上接続部221、及び、上接続部221と上締結部222との境界線を二点鎖線VLI11,VL12で示す。
下接続部231は、弁部材側シール部21のボトムカバー113側の端部に設けられている。下接続部231は、図4に示すように、外壁面233が回転軸RA20に対して傾斜するよう形成されている。具体的には、弁部材側シール部21側の端部から下締結部232側の端部に向かうにしたがって回転軸RA20に近づくよう形成されている。外壁面233には、撥水性の膜が形成されている。
下締結部232は、下接続部231の弁部材側シール部21に接続する側とは反対側の端部から弁部材20の径内方向に延びるよう形成されている部位である。下締結部232は、下接続部231に接続する側とは反対側の端部に下シャフト26が圧入される通孔234を有する。
なお、図4には、便宜的に、弁部材側シール部21と下接続部231、及び、下接続部231と下締結部232との境界線を二点鎖線VL13,VL14で示す。
この場合、図10に示すように、上アーム22は、縁部225上の最もEGR通路遮断方向側に位置する点P226と点P25との距離Ri221が、縁部225上の最もEGR通路開放方向側に位置する点P227と点P25との距離Ri222に比べ短くなっている。また、図10に示すように、縁部225上の点であって、点P226となす中心角及び点P227となす中心角が、同じ角度α1である点P228と点P25との間の距離Ri223は、距離Ri221に比べ長く、かつ、距離Ri222に比べ短い。第一実施形態では、距離Ri221,Ri222,Ri223は、以下の関係式(2)が成立する。
Ri222−Ri223=Ri223−Ri221 ・・・(2)
弁部材20は、縁部225及び縁部235は、図10に示す上面図において曲線状に形成されている。
なお、図10には、点P25から距離Ri221と同じ距離にある点の集合である仮想線を仮想線VL10で示している。
ピニオンギヤ371は、駆動部35の出力軸に取り付けられる。
中間減速ギヤ372は、ピニオンギヤ371に噛み合っている。
小径ギヤ373は、中間減速ギヤ372と共通の中心軸に支持され、中間減速ギヤ372と一体に回転する。
バルブギヤ374は、小径ギヤ373に噛み合うよう設けられている。バルブギヤ374は、例えば、上シャフト25に比べ大きい外径を有し、上シャフト25と一体に回転する。バルブギヤ374とケーシング111との間には、弁部材20をEGR通路遮断方向に回転するよう弁部材20を付勢するリターンスプリング39が設けられている。
磁石381は、バルブギヤ374に固定され、上シャフト25及びバルブギヤ374とともに回転する。
ホールIC382は、センサカバー112に設けられている。ホールIC382は、コネクタ115を介して磁石381が発生する磁界の磁束密度に応じた電気信号をECU96に出力する。ECU96は、検出部38によって検出される弁部材20の回転角が目標値に一致するよう、駆動部35の通電量をフィードバック制御する。なお、回転角の目標値は、エンジンシステム90の運転状態に応じて設定される。
具体的には、図18に示すように、回転軸RA80上の点P85を設定する。また、上アーム82のうち回転軸RA80に沿う方向において弁部材側シール部81の径方向外側の外壁面と重なる部位(図18の曲線825)を縁部825とする。
この場合、図18に示すように、上アーム82は、縁部825の最もEGR通路遮断方向側に位置する点P826と点P85との距離Ro821と縁部825の最もEGR通路開放方向側に位置する点P827と点P85との距離Ro822とは同じとなっている。また、図18に示すように、縁部825上の点であって、点P826となす中心角及び点P827となす中心角が同じ角度α2である点P828と点P85との間の距離Ro823は、距離Ro821及び距離Ro822と同じになっている。
このように、弁部材20は、弁部材側シール部21の回転軸RA20に沿う方向の幅と、弁部材20の回転軸RA20上の点P25,P35から弁部材20の径方向外側の縁部225,235までの距離との合計がEGR通路遮断方向に向かうにしたがって短くなる。したがって、弁部材20は、EGR通路遮断方向に向かうにしたがって、図11に示す白抜き矢印S21,S22,S23のように外形が小さくなっている。これにより、EGR通路950と弁室110とが遮断されているときに弁部材20と弁ハウジング10との間に弁部材20と弁ハウジング10とを固着する氷が生成されていても、弁部材20は、EGR通路開放方向に回転するとき氷から離れる方向に移動することができるため、弁部材20を確実に回転することができる。したがって、第一実施形態による弁装置1は、吸気通路920とEGR通路950とを確実に連通することができる。
次に、第二実施形態による弁装置を図12に基づいて説明する。第二実施形態は、弁部材の形状が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
具体的には、弁部材40の側面図である図12に示すように、弁部材側シール部41は、EGR通路遮断方向側に位置する端部416の回転軸RA40に沿う方向の長さLi21がEGR通路開放方向側に位置する端部417の回転軸RA40に沿う方向の長さLi22に比べ短くなっている。また、弁部材側シール部41は、端部416と端部417とのそれぞれから等距離に位置する中間部418の回転軸RA40に沿う方向の長さLi23が、端部416の長さLi21に比べ長く、かつ、端部417の長さLi22に比べ短い。第二実施形態では、長さLi21,Li22,Li23は、以下の関係式(3)が成立する。
Li22−Li23<Li23−Li21 ・・・(3)
弁部材40は、上アーム22の弁部材側シール部41と接続する縁部225及び下アーム23の弁部材側シール部41と接続する縁部235は、図12に示す上面図において曲線状に形成されている。
次に、第三実施形態による弁装置を図13に基づいて説明する。第三実施形態は、弁部材の形状が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
具体的には、弁部材50の側面図である図13に示すように、弁部材側シール部51は、EGR通路遮断方向側に位置する端部516の回転軸RA50に沿う方向の長さLi31がEGR通路開放方向側に位置する端部517の回転軸RA50に沿う方向の長さLi32に比べ短くなっている。また、弁部材側シール部51は、端部516と端部517とのそれぞれから等距離に位置する中間部518の回転軸RA50に沿う方向の長さLi33が、端部516の長さLi31に比べ長く、かつ、端部517の長さLi32に比べ短い。
次に、第四実施形態による弁装置を図14に基づいて説明する。第四実施形態は、弁部材の形状が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
この場合、図14に示すように、上アーム62は、縁部625上の最もEGR通路遮断方向側に位置する点P626と点P65との距離Ri421が、縁部625上の最もEGR通路開放方向側に位置する点P627と点P65との距離Ri422に比べ短くなっている。また、図14に示すように、縁部625上の点であって、点P626となす中心角及び点P627となす中心角が同じ角度α4である点P628と点P65との間の距離Ri423は、距離Ri421に比べ長く、かつ、距離Ri422に比べ短い。第四実施形態では、距離Ri421,Ri422,Ri423は、以下の関係式(4)が成立する。
Ri422−Ri423<Ri423−Ri421 ・・・(4)
すなわち、図14に示すように、縁部625の形状は、第一実施形態の縁部225の形状に比べ、EGR通路遮断方向側の部位が弁部材の回転軸に近い形状となる。
なお、図14には、点P65から距離Ri421と同じ距離にある点の集合である仮想線を仮想線VL40で示している。ここでは、図示されていないが、弁部材60が有する下アームも同様の形状をなしている。
次に、第五実施形態による弁装置を図15に基づいて説明する。第五実施形態は、弁部材の形状が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
この場合、図15に示すように、上アーム72は、縁部725上の最もEGR通路遮断方向側に位置する点P726と点P75との距離Ri521が、縁部725上の最もEGR通路開放方向側に位置する点P727と点P75との距離Ri522に比べ短くなっている。また、図15に示すように、縁部725上の点であって、点726となす中心角及び点727となす中心角が同じ角度α5である点P728と点P75との間の距離Ri523は、距離Ri521に比べ長く、かつ、距離Ri522に比べ短い。
なお、図15には、点P75から距離Ri521と同じ距離にある点の集合である仮想線を仮想線VL50で示している。ここでは、図示されていないが、弁部材70が有する下アームも同様の形状をなしている。
次に、第六実施形態による弁装置を図16に基づいて説明する。第六実施形態は、弁部材とハウジング側シール部材との位置関係が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
すなわち、弁部材20のEGR通路開放方向側の「弁部材の閉弁回転方向とは反対方向側の縁部」としての縁部201は、ハウジング側シール部材17の第一シールリップ部172の「開口の閉弁回転方向とは反対方向側の縁部」としての先端177からみて天方向に位置している。具体的には、先端177を通る仮想水平面VP6より天方向(図16の実線矢印F6側)に位置している。
第六実施形態による弁装置6では、弁部材20の縁部201は、ハウジング側シール部材17の先端177からみて天方向に位置している。これにより、先端177と弁部材20との間に形成される氷によって弁部材20のEGR通路開放方向への回転は妨げられない。したがって、第六実施形態は、第一実施形態と同じ効果を奏するとともに、弁部材20を確実に回転することができる。
上述の実施形態では、弁装置は、「流体」として排気の流れを制御するものであるとした。しかしながら、流体は、これに限定されない。
10・・・弁ハウジング
20,40,50,60,70・・・弁部材
21,41,51・・・弁部材側シール部(弁部材の径方向外側部)
110・・・弁室(連通空間)
225,235,625,725・・・縁部
Li11,Li12,Li13,Li21,Li22,Li23,Li31,Li32,Li33・・・幅
RA20,RA40,RA50,RA60,RA70・・・回転軸
Ri221,Ri222,Ri223,Ri421,Ri422,Ri423,Ri521,Ri522,Ri523・・・距離
Claims (11)
- 流体を流通可能な複数の流路(12,13,14)、及び、複数の流路を連通する連通空間(110)を有する弁ハウジング(10)と、
前記弁ハウジングに対して相対回転可能に設けられ、複数の前記流路の一の流路(14)と前記連通空間との間に形成されている前記一の流路の開口の縁部(17)に当接すると当該一の流路と前記連通空間とを遮断する弁部材(20,40,50,60,70)と、
を備え、
前記弁部材が前記開口の縁部から離間した状態から前記開口の縁部に当接している状態となるよう前記弁部材が回転する方向を閉弁回転方向とすると、
前記弁部材の径方向外側部(21,41,51)の少なくとも一部の回転軸(RA20,RA40,RA50)に沿う方向の幅(Li11,Li12,Li13,Li21,Li22,Li23,Li31,Li32,Li33)は、閉弁回転方向に向かうにしたがって狭くなる弁装置。 - 前記径方向外側部(21)の少なくとも一部の前記回転軸(RA20)に沿う方向の幅(Li11,Li12,Li13)は、閉弁回転方向に向かうにしたがって一定の割合で短くなる請求項1に記載の弁装置。
- 前記径方向外側部(41)の少なくとも一部の前記回転軸(RA40)に沿う方向の幅(Li21,Li22,Li23)は、閉弁回転方向に向かうにしたがって短くなる割合が閉弁回転方向に向かうにしたがって大きくなる請求項1に記載の弁装置。
- 前記径方向外側部(51)の少なくとも一部の前記回転軸(RA50)に沿う方向の幅(Li31,Li32,Li33)は、一定となる請求項1に記載の弁装置。
- 前記弁部材(20,60,70)の前記回転軸(RA20)上の点から前記弁部材の径方向外側の縁部(225,625,725)までの距離は、閉弁回転方向に向かうにしたがって短くなる請求項1〜4のいずれか一項に記載の弁装置。
- 流体を流通可能な複数の流路(12,13,14)、及び、複数の流路を連通する連通空間(110)を有する弁ハウジング(10)と、
前記弁ハウジングに対して相対回転可能に設けられ、複数の前記流路の一の流路(14)と前記連通空間との間に形成されている前記一の流路の開口の縁部(17)に当接すると当該一の流路と前記連通空間とを遮断する弁部材(20,60)と、
を備え、
前記弁部材が前記開口の縁部から離間した状態から前記開口の縁部に当接している状態となるよう前記弁部材が回転する方向を閉弁回転方向とすると、
前記弁部材の径方向外側の縁部(225,235,625)は回転方向において段差なく曲線状に延びており、
前記弁部材の回転軸上の点(P25,P65)から前記弁部材の径方向外側の縁部までの距離(Ri221,Ri222,Ri223,Ri421,Ri422,Ri423)は、閉弁回転方向に向かうにしたがって全範囲で単調減少する弁装置。 - 前記弁部材(20)の径方向外側の縁部(225)は、曲線状に形成され、
前記弁部材の前記回転軸上の点(P25)から前記弁部材の径方向外側の縁部までの距離(Ri221,Ri222,Ri223)は、閉弁回転方向に向かうにしたがって一定の割合で短くなる請求項5または6に記載の弁装置。 - 前記弁部材(60)の径方向外側の縁部(625)は、曲線状に形成され、
前記弁部材の前記回転軸上の点(P65)から前記弁部材の径方向外側の縁部までの距離(Ri421,Ri422,Ri423)は、閉弁回転方向に向かうにしたがって短くなる割合が閉弁回転方向に向かうにしたがって大きくなる請求項5または6に記載の弁装置。 - 前記弁部材(70)の径方向外側の縁部(725)の少なくとも一部は、直線状に形成されている請求項5に記載の弁装置。
- 前記弁部材の閉弁回転方向とは反対方向側の縁部(201)は、前記開口の閉弁回転方向とは反対方向側の縁部(177)から見て天方向に位置する請求項1〜9のいずれか一項に記載の弁装置。
- 前記弁部材は、外壁面(223,233)に撥水性の膜を有する請求項1〜10のいずれか一項に記載の弁装置。
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