WO2013100052A1

WO2013100052A1 - 弁装置

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Publication number: WO2013100052A1
Application number: PCT/JP2012/083875
Authority: WO
Inventors: 克巳中村; 啓祐中根; 拓未深谷; 洸嗣杉浦
Original assignee: 大豊工業株式会社
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-07-04
Also published as: JP5870118B2; KR101612495B1; JPWO2013100052A1; US20140374637A1; US9702479B2; CN104011444A; KR20140093749A; EP2799748A1; EP2799748A4

Abstract

　弁装置１は流路２を開閉するポペット弁５を備えている。このポペット弁の軸部５ａにはネジ部５ｄを形成してあり、このネジ部に駆動ギヤ１１を螺合させている。モータ２２によりピニオン２１を介して駆動ギヤ１１を回転させ、それによりポペット弁を進退動させて上記流路を開閉制御するようになっている。上記駆動ギヤ１１はピニオン２１との噛合状態を保って該ピニオンの軸方向とポペット弁の軸方向とに進退動可能に設けられており、通常はばね（付勢手段）１３によって所定の非作動位置に保持されている。それにより、上記ポペット弁が弁座に着座してその移動が停止されても更に駆動ギヤが回転された際に、上記ばね１３の付勢力に抗して駆動ギヤを上記非作動位置から軸方向に移動させて上記駆動手段などに加わる衝撃を吸収させるようにしている。　駆動手段などが衝撃荷重によって損傷されることを防止できる。

Description

弁装置

　本発明は弁装置に関し、より詳しくは、ポペット弁とその駆動手段となるモータとを備えた弁装置であって、上記ポペット弁が弁座に着座した際に駆動手段であるモータやギヤなどに衝撃が伝わらないように構成した弁装置に関する。

　従来、弁装置として、弁座に接離されて流路を開閉するポペット弁と、該ポペット弁の軸部に形成したネジ部と、該ネジ部に螺合した駆動ギヤと、該駆動ギヤに噛合して該駆動ギヤを回転させるピニオンと、該ピニオンを回転駆動する駆動手段とを備え、上記駆動手段によりピニオンを介して駆動ギヤを回転させることにより、該駆動ギヤの回転方向に応じて上記ポペット弁を進退動させて上記流路を開閉制御するようにしたものが知られている（特許文献１）。
　この弁装置においては、上記ポペット弁が弁座に着座した際に駆動手段であるモータなどに衝撃が伝わらないようにするために、上記ポペット弁の軸部に形成したネジ部と駆動ギヤのネジ部との間に所要のガタ（間隙）を形成し、ポペット弁が弁座に着座してその移動が停止されても更に駆動ギヤが回転された際に、そのガタの分だけ駆動ギヤの回転を許容して、上記駆動手段などに加わる衝撃を吸収させるようにしている。

特開２００９－１９７７６５号公報

　上述した従来装置においては、上記ポペット弁の軸部に形成したネジ部と駆動ギヤのネジ部との間のガタによって駆動手段などに加わる衝撃を吸収させるようにしているため、そのガタを大きくすることによって衝撃の吸収能力を大きくすることには一定の限界があった。
　本発明はそのような事情に鑑み、従来に比較して大きな衝撃の吸収能力を確保することができる弁装置を提供するものである。

　すなわち本発明は、弁座に接離されて流路を開閉するポペット弁と、該ポペット弁の軸部に形成したネジ部と、該ネジ部に螺合した駆動ギヤと、該駆動ギヤに噛合して該駆動ギヤを回転させるピニオンと、該ピニオンを回転駆動する駆動手段とを備え、上記駆動手段によりピニオンを介して駆動ギヤを回転させることにより、該駆動ギヤの回転方向に応じて上記ポペット弁を進退動させて上記流路を開閉制御するようにした弁装置において、
　上記駆動ギヤを、上記ピニオンとの噛合状態を保って該ピニオンの軸方向とポペット弁の軸方向とに進退動可能に設け、また該駆動ギヤを付勢手段により所定の非作動位置に保持させ、上記ポペット弁が弁座に着座してその移動が停止されても更に駆動ギヤが回転された際に、上記付勢手段の付勢力に抗して駆動ギヤを上記非作動位置から軸方向に移動させて上記駆動手段に加わる衝撃を吸収させるようにしたことを特徴とするものである。

　上述した構成によれば、上記駆動ギヤは付勢手段によって所定の非作動位置に保持されており、この状態で駆動手段によりピニオンを正逆に回転駆動すれば、該ピニオンを介して駆動ギヤが正逆に回転されるので、その回転方向に応じて上記ポペット弁を進退動させて上記流路を開閉制御することができる。
　そして上記ポペット弁が弁座に着座し上記流路を閉じてその移動が停止された瞬間には、上記駆動手段は一般に慣性力によりその作動を継続するので、それによって上記ポペット弁が弁座に着座してその移動が停止されても更に駆動ギヤが回転されるようになる。しかるにこの際には、駆動ギヤの回転に伴なって該駆動ギヤは上記付勢手段の付勢力に抗して上記所定の非作動位置から軸方向に移動されるので、上記駆動手段や駆動ギヤ或いはピニオンに加わる衝撃を吸収することができる。
　またこの際には、駆動ギヤは上記ピニオンとの噛合状態を保って該ピニオンの軸方向に移動するので、駆動ギヤとピニオンとの噛合が離脱されることはない。

本発明の一実施例を示す断面図で、ポペット弁５の中心線Ｏよりも右側が該ポペット弁５の非作動状態を、左側が作動状態をそれぞれ示している。

　以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、弁装置１は排気ガス再循環用の流路２を開閉制御して、エンジンに還流させる排気ガス量を制御することができるようになっている。
　上記流路２はハウジング３にＬ字形となるように形成されており、図１の下方の開口が排気ガスの流入口、右方の開口が排気ガスの排出口となっている。そしてＬ字形に屈曲する流路２の上流側に該流路２を囲む弁座４を設けてある。
　この流路２を開閉するポペット弁５は、その軸部５ａの軸方向が上流側となる流路２の軸方向に一致するように上下方向に配設してハウジング３に摺動自在に設けてあり、該ポペット弁５の弁部５ｂは流路２の上流側から上記弁座４に着座して、該流路２を閉鎖できるようになっている。

　上記ポペット弁５の軸部５ａの上端にはフランジ６を固定してあり、該フランジ６とハウジング３との間にばね７を弾装することによりポペット弁５を図１の上方に付勢し、それによって非作動状態ではポペット弁５の弁部５ｂを弁座４に着座させて流路２を閉鎖させている。
　上記ポペット弁５の軸部５ａの上端部分は断面方形に形成した回り止め部５ｃとして形成してあり、この回り止め部５ｃをハウジング３に設けた断面方形の回り止め穴３ａに摺動自在に貫通させることにより、ポペット弁５が上下方向に摺動した際にポペット弁５が回転しないようにしてある。
　なお、ポペット弁５が回転するのを阻止する回り止め手段としては、本実施例のものに限定されるものではなく、適宜の構成のものを採用してもよいことは勿論である。

　上記ポペット弁５の軸部５ａの中間高さ位置には雄ネジ部５ｄを形成してあり、このネジ部５ｄはハウジング３に回転自在に軸支した駆動ギヤ１１の軸部に形成した雌ネジ部１１ａに螺合させている。
　したがって駆動ギヤ１１を正逆に回転させれば、上記ネジ部１１ａ、５ｃを介してポペット弁５を昇降させることができ、それによって弁部５ｂの開度を制御することができるようにしてある。

　上記駆動ギヤ１１にはその中央軸部の上下に筒状部１１ｂ、１１ｃを設けてあり、各筒状部１１ｂ、１１ｃをハウジング３に設けたころがり軸受１２によってそれぞれ軸支している。上記各ころがり軸受１２は、従来周知のようにアウターレース１２ａ、複数のボール１２ｂおよびインナーレース１２ｃを備えており、アウターレース１２ａをハウジング３に固定している。
　上記駆動ギヤ１１の各筒状部１１ｂ、１１ｃはそれぞれインナーレース１２ｃ内に嵌合してあり、それによって駆動ギヤ１１はころがり軸受１２によって軸支されているが、該駆動ギヤ１１の各筒状部１１ｂ、１１ｃはそれぞれインナーレース１２ｃに対して軸方向に摺動自在に嵌合してある。
　そして該駆動ギヤ１１の下面と下方のインナーレース１２ｃの上面との間に付勢手段としてのコイルばね１３を弾装して駆動ギヤ１１を上方に付勢し、通常は駆動ギヤ１１の上面が上方のころがり軸受１２におけるインナーレース１２ｃの下面に当接する非作動位置に保持している。
　他方、後述するように駆動ギヤ１１が上記コイルばね１３の弾発力に抗して下方に移動された際には、駆動ギヤ１１の下方の筒状部１１ｃの下端面は、ハウジング３に固定されているシール手段などの固定部２５に当接するようになっている。

　上記駆動ギヤ１１にはピニオン２１の小歯車２１ａを噛合させてあり、このピニオン２１の大歯車２１ｂは、駆動手段としてのモータ２２の駆動軸２２ａに固定した駆動ピニオン２３に噛合させている。
　したがって、モータ２２により駆動ピニオン２３を正逆に回転駆動させれば、上記ピニオン２１を介して駆動ギヤ１１を正逆に回転させることができ、それによって上述したようにネジ部１１ａ、５ｃを介してポペット弁５を昇降させることができる。
　上記ピニオン２１は軸２４に回転自在に軸支してあり、この軸２４と上記ポペット弁５の軸部５ａおよびモータ２２の駆動軸２２ａは、互いに平行となるように上下方向に配置してある。

　本実施例では、上記駆動ギヤ１１、ピニオン２１の小歯車２１ａと大歯車２１ｂおよび駆動ピニオン２３はそれぞれ平歯車から構成してあり、ピニオン２１における小歯車２１ａの歯幅の長さ（軸方向の長さ）は、駆動ギヤ１１の歯幅よりも大きく設定してある。
　そしてピニオン２１の小歯車２１ａに駆動ギヤ１１を噛合させることにより、駆動ギヤ１１と小歯車２１ａとの噛合状態を維持したまま、駆動ギヤ１１が上述した上方の非作動位置からばね１３の弾発力に抗して下方に移動することができるようにしてある。

　上記ポペット弁５の昇降量を、すなわちポペット弁５の開度を検出するために、ポペット弁５の上方にセンサ２８を設けてあり、該センサ２８の接触子２８ａを上記ポペット弁５の上端面に接触させている。上記接触子２８ａはポペット弁５の昇降に追従して昇降することができるようになっており、それによってポペット弁５の絶対昇降位置を監視することができるようになっている。
　上記センサ２８からの信号は制御装置２９に入力するようにしてあり、該制御装置２９は、センサ２８からの信号を受けながら、上記モータ２２を制御してポペット弁５の昇降位置を、したがって開度を制御することができるようになっている。

　以上の構成において、非作動状態では、ポペット弁５の弁部５ｂは弁座４に着座して流路２を閉じており、また駆動ギヤ１１はばね１３によって上方の非作動位置に付勢保持されている。
　この状態からポペット弁５の弁部５ｂを弁座４から離座させて流路２を開放させる際には、上記制御装置２９はモータ２２により駆動ピニオン２３を正転させ、それにより中間のピニオン２１を介して駆動ギヤ１１を正転させる。
　すると、駆動ギヤ１１に形成したネジ部１１ａとポペット弁５に形成したネジ部５ｄとを介してポペット弁５が下降されるようになり、それによってポペット弁５の弁部５ｂが弁座４から離座される。
　上記ポペット弁５の下降量はセンサ２８によって検出されており、該センサ２８からの信号は上記制御装置２９に入力される。これにより制御装置２９は、ポペット弁５の下降量が適正となるようにモータ２２を制御して、上記流路２の開度が所要の開度となるように制御する。

　ポペット弁５を上昇させて流路２を閉じる際には、上記制御装置２９はモータ２２により駆動ピニオン２３を逆転させ、それにより中間のピニオン２１を介して駆動ギヤ１１を逆転させる。
　これによりポペット弁５が上昇されるようになり、やがてポペット弁５の弁部５ｂが弁座４に着座する。ポペット弁５の弁部５ｂが弁座４に着座したことが上記センサ２８によって検出されると、制御装置２９は直ちにモータ２２への通電を停止させて駆動ギヤ１１を停止させるが、慣性力により駆動ギヤ１１は僅かに逆転を継続するようになる。
　すると、上記ポペット弁５はその弁部５ｂが弁座４に着座して上昇することができないので、駆動ギヤ１１はその逆転に伴なって、上述した上方の非作動位置からばね１３の弾発力に抗して下方に回転しながら移動するようになる（図１の中心線Ｏよりも右半分の駆動ギヤ１１の位置を参照）。これにより、駆動ギヤ１１が急激に停止する場合に比較して、駆動ギヤ１１や中間のピニオン２１、或いは駆動ピニオン２３やモータ２２に加わる衝撃を緩衝することができる。

　また、ポペット弁５の昇降を高速として流路２の開閉制御の応答性を高めれば、その分駆動ギヤ１１などに加わる慣性力も大きくなるが、慣性力が大きくなっても駆動ギヤ１１は上記非作動位置から大きく下方に移動することが可能なので、それによって大きな慣性力を余裕をもって吸収することができる。
　ところで、衝撃を吸収させる機構を備えない場合やその吸収能力が小さい場合には、ポペット弁５の弁部５ｂが弁座４に着座する寸前に閉弁速度を遅くして穏やかに弁部５ｂが弁座４に着座するように制御する必要があるが、その場合には、閉弁速度を遅くした分、閉弁に要する時間が長くなって応答性が悪くなる。
　これに対し、本実施例においては上述したように大きな慣性力を余裕をもって吸収することができるので、ポペット弁５の弁部５ｂを急激に弁座４に着座させることが可能となり、それによって閉弁に要する応答性を良好なものとすることができる。

　ポペット弁５が弁座４に圧接している状態で、モータ２２へ所要の大きさの電圧を加えて駆動ギヤ１１をさらに逆転させると、ネジ部１１ａ、軸部５ａを介して駆動ギヤ１１が非作動位置から軸方向（図１の下方の閉弁保持位置）に移動する。駆動ギヤ１１の下端部がハウジング３と一体となっている固定部２５に接触すると駆動ギヤ１１の移動が制限され、ポペット弁５を全閉方向に付勢する荷重を発生させる。
　そして、上記非作動位置から下方に移動した駆動ギヤ１１は、モータ２２への通電が停止された後に、ばね１３の弾発力によって速やかに元の非作動位置に復帰されるようになる。

　一方、モータ２２へ通電をせずに、ばね１３の弾性力のみを用いることもできる。すなわちポペット弁５の雄ネジ部５ｄと該駆動ギヤ１１の雌ネジ部１１ａとの螺合条件を適切に設定することにより、ばね１３の弾発力では駆動ギヤ１１がポペット弁５の軸部５ａに対して正回転されて元の位置に戻ってしまうことがないように設定することができる。
　この状態では、上記非作動位置から慣性力によって下方に移動された駆動ギヤ１１は、常にばね１３の弾発力により上方に付勢されることになるので、上記ポペット弁５の弁部５ｂを上記付勢力によって弁座４に圧着させることができ、したがってより安定して流路２を閉鎖させることができる。
　この際、より積極的に駆動ギヤ１１を上記非作動位置から下方に移動させるようにしてもよい。すなわち、上記慣性力を利用する場合にはポペット弁５の弁部５ｂが弁座４に着座したらモータ２２への通電を停止させるようにしているが、上記ポペット弁５の弁部５ｂが弁座４に着座しても上記モータ２２に所要の大きさの電圧を加えて駆動ギヤ１１を継続して逆回転させ、それによって該駆動ギヤ１１を上記非作動位置から所要量だけ下方に変位させるようにすることができる。これによってバネ１３を圧縮しより大きな弾性力で上記ポペット弁５を弁座４に圧接できる。
　この場合には、駆動ギヤ１１がばね１３の弾発力によって元の非作動位置に復帰されるものであっても、上記モータ２２に所要の大きさの電圧を加え続けることにより駆動ギヤ１１を上記非作動位置から所要量だけ下方に変位した位置に保持することが可能となる。

　そして、駆動ギヤ１１を上記非作動位置から下方に移動させた状態に維持した場合には、次にポペット弁５を下降させる際には、ばね１３の弾性力及びモータ２２によって駆動ギヤ１１はその正回転により元の非作動位置に復帰されてからポペット弁５を下降させるようになるが、本実施例においては上記センサ２８によってポペット弁５の昇降位置を常時検出しているので、ポペット弁５が下降を開始した際にはその下降量を直ちに上記センサ２８によって検出することができる。
　また本実施例では、上記センサ２８によってポペット弁５の昇降位置を常時検出しているので、ポペット弁５の弁部５ｂを弁座４に着座させるように制御しているにも拘らず、異物の噛み込みなどの原因で弁部５ｂが弁座４に着座していない場合にはそのことを上記センサ２８によって検出することができる。したがって、全閉時のガス洩れによるエンジンの失火などを予防することが可能となる。

　１　弁装置　　　　　　　　　　　２　流路
　３　ハウジング　　　　　　　　　４　弁座
　５　ポペット弁　　　　　　　　　５ａ　軸部
　５ｂ　弁部　　　　　　　　　　　５ｄ、１１ａ　ネジ部
　１１　駆動ギヤ　　　　　　　　　１１ｂ、１１ｃ　筒状部
　１２　ころがり軸受　　　　　　　１２ａ　アウターレース
　１２ｂ　ボール　　　　　　　　　１２ｃ　インナーレース
　１３　ばね（付勢手段）　　　　　２１、２３　ピニオン
　２２　モータ（駆動手段）

Claims

　弁座に接離されて流路を開閉するポペット弁と、該ポペット弁の軸部に形成したネジ部と、該ネジ部に螺合した駆動ギヤと、該駆動ギヤに噛合して該駆動ギヤを回転させるピニオンと、該ピニオンを回転駆動する駆動手段とを備え、上記駆動手段によりピニオンを介して駆動ギヤを回転させることにより、該駆動ギヤの回転方向に応じて上記ポペット弁を進退動させて上記流路を開閉制御するようにした弁装置において、
　上記駆動ギヤを、上記ピニオンとの噛合状態を保って該ピニオンの軸方向とポペット弁の軸方向とに進退動可能に設け、また該駆動ギヤを付勢手段により所定の非作動位置に保持させ、上記ポペット弁が弁座に着座してその移動が停止されても更に駆動ギヤが回転された際に、上記付勢手段の付勢力に抗して駆動ギヤを上記非作動位置から軸方向に移動させて上記駆動手段に加わる衝撃を吸収させるようにしたことを特徴とする弁装置。
　上記ポペット弁が流路を閉鎖している状態で、該ポペット弁は上記付勢手段の付勢力又は上記駆動手段により弁座に圧接されていることを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
　上記駆動ギヤは、ころがり軸受のインナーレースによって軸支されており、該インナーレースに対して軸方向に摺動可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の弁装置。
　上記付勢手段は、上記駆動ギヤとインナーレースとの間に弾装されたばねであることを特徴とする請求項３に記載の弁装置。
　上記ポペット弁の昇降量を検出するセンサが設けられており、該センサはポペット弁の絶対昇降位置を監視していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の弁装置。