JPH04214936A

JPH04214936A - 回動板式弁

Info

Publication number: JPH04214936A
Application number: JP3043331A
Authority: JP
Inventors: Teruo Maruyama; 照雄丸山; Takashi Tanaka; 孝田中; Yasuhiro Kondo; 康宏近藤; Akio Masuo; 増尾　明雄
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1991-03-08
Publication date: 1992-08-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車エンジンの給気系
、空調機器、プラント配管あるいは真空排気装置等を対
象として、流路の開閉や中間位置での流量の制御を目的
として広く用いられている回動板式弁に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車エンジン用の給気スロット
ル弁には、構造が簡単で流量調整が容易である等の理由
で回動板式の弁が利用されている。このような給気スロ
ットル弁は、運転者が操作するアクセルペダル等と機械
的に運動するように構成されていて、運転者の操作力が
そのまま給気スロットル弁の回動力に伝わるようになっ
ていた。給気スロットル弁を作動させるのに必要な力は
、例えば人間がアクセルペダルを踏む力に比べれば、は
るかに小さいので、給気スロットル弁の作動には何ら困
難はなかった。

【０００３】しかし近年、自動車をマン・マシーン一体
化の機構としてとらえ、それぞれのユニットを総合的に
制御することにより、より高い性能の実現を図る試みが
なされる様になり、エンジンの吸気系にも電子制御の技
術の導入が図られる様になった。すなわち、従来機械的
に接続していたアクセルペダルとスロットルを切り離し
、運転者の意図や車の走行状態に応じてスロットルの開
度を最適制御することにより、加速感、運転フィーリン
グの向上を図るのである。その結果、制御対象としての
スロットル弁単体の特性が、制御系全体の性能に大きな
影響を与えるがゆえに、大きな関心事としてクローズア
ップされてきた。

【０００４】スロットル弁の流量特性については、例え
ばエンジン出力のきめ細かい制御を図ることを目的とし
た、特開昭５６−１４６０２９号公報等の改善提案が既
に見られる。しかしこの様な流量特性の改善だけでは、
弁の小開度領域での流量の微調整は容易となっても、ス
ロットル弁を含む制御系全体の高性能化は難しい。

【０００５】本発明者らが着目したのは、スロットル弁
の負荷トルク特性の改善であった。その目的は、弁の負
荷トルクを低減させることにより、サーボモータ等で駆
動されるスロットル弁とその制御システム全体の高性能
化，小型化が図れないか、という狙いに基づくものであ
る。また、スロットル弁（一般にはバタフライ弁と呼ぶ
）の特性に関しては、今日までに多くの研究者らによっ
て、理論的、実験的に明らかにされてきた。

【０００６】たとえば、Ｍｏｒｒｉｓ．Ｍ．Ｊらは論文
バタフライ弁のピークトルク特性５４巻Ｐ６３〜６６，
１９８７（Ｐｅａｋ　ｔｏｒｑｕｅ　ｃｈａｒａｃｔｅ
ｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ　Ｖａｌｖ
ｅ　ＶＯＬ．５４，Ｐ６３〜６６，１９８７）において
、バタフライ弁の空気力学的な要因に起因するアンバラ
ンス・トルクの詳細な実験解析を行っている。上記研究
では、バタフライ弁の円板表面静圧力を測定した結果か
ら、ある弁開度で最大値を持つトルク特性を求めている
。

【０００７】コンピュータ・シミュレーションを活用し
た特性解析の例としては、たとえば加藤らは「数値解析
による２次元平行壁面間に置かれた平板回りの流れの特
性解析」｛工学院大学研究報告第５５号，１９８３｝に
おいて、流れ場にＮａｖｉｅ−Ｓｔｏｒｋｓの式と連続
の式を連立させて数値計算を行っている。数値計算によ
り弁まわりの流動状態、速度・圧力分布を求め、それら
の結果から弁のトルク特性を含む解析を行っている。

【０００８】しかし上述したいずれの研究も、弁がある
開度でピークトルクを持つという公知の事実を前提とし
て、弁まわりの流れの詳細な現象の解明と、その解明を
図るための手法の開発に主眼点がおかれている。したが
って、本発明の狙いとする「トルクを低減するために、
弁形状はどうあるべきか」という視点に立った、理論的
アプローチによる研究例は、本発明者らの知る限りでは
見あたらない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】さてスロットル弁によ
る流量制御の課題は、弁をいかに高速かつ正確に位置（
角度）決め出来るかという点に帰着する。もしモータの
負荷となるスロットル弁に、流体抗力による大きな負荷
トルク（アンバランス・トルク）が発生し、かつこの負
荷トルクが弁の開度に大きく依存すれば、安定な制御系
を実現するための大きな障害となる。

【００１０】自動車用機器は、設置スペース、供給動力
の制約等から小型，シンプルな構成が要求されるが、駆
動トルクに制限がある小型の電気モータでは、大きな負
荷トルクに抗して、高速応答で高精度な弁の位置決めは
困難となる。

【００１１】図２３には従来の一般的な回動板式弁の構
造を示しており、配管流路１の途中に弁軸２が回動自在
に取り付けられ、弁軸２の両側に平板状弁体の左右の半
体部分３，４が張り出している。図中、白抜き矢印が流
れの方向を示している。弁軸２を回動させて、平板状弁
体３，４が流れと直交する状態で流路１を塞げば、流れ
は遮断され、平板状弁体３，４を図中時計回り方向に回
動させれば、弁が開くようになっている。図４には、こ
のような構造の回動板式弁において、弁付近の流れの解
析（解析条件等は後述）を行ない、弁の開度φと負荷ト
ルクＴの関係を鎖線（従来例と示す）で示している。こ
のグラフから弁の開度φが３５度付近で負荷トルクＴが
ピーク値を持つことがわかる。

【００１２】したがって、上記のような回動板式弁から
なる給気スロットル弁をモータで駆動するには、負荷ト
ルクＴの最大値を充分に上回るだけの容量を有する駆動
モータを取り付けておかなければならず、駆動モータが
大型化し、かつモータを駆動する制御回路の消費電力の
増大とコストアップを招くことになる。

【００１３】回動板式弁が流体抗力によって大きな負荷
トルクを持つという事実は、前記した自動車エンジン用
の給気スロットル弁以外にも、同じような構造の回動板
式弁を用いる例えば各種プラント用のバタフライ弁等を
電気的アクチュエータで駆動制御する場合にも生じる問
題である。

【００１４】そこで本発明の課題を要約すれば、操作時
に大幅に負荷トルクを低減できる回動板式弁を提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の回動板式弁は、流れ方向に向かって開き時に
下流に移動する第１の翼と、流れ方向に向かって上流に
移動する第２の翼と、上記第１の翼と第２の翼を含む弁
体と、この弁体を支持する弁軸と、この弁体を上記弁軸
を介して回転自在に収納すると共に、流体を案内する流
路とにより構成され、上記第１の翼は流れ方向に対して
凹面で流体を受ける形状に形成されているか、もしくは
、および上記第２の翼は流れ方向に対して凸面で流体を
受ける形状に形成されていることを特徴とするものであ
る。

【００１６】

【作用】本発明と従来例のバルブのモデル図である図１
（イ）（ロ）を用いて、本発明の作用を説明する。

【００１７】従来スロットル弁である図１（ロ）におい
て、弁軸１００を軸芯として、弁体が第１の翼１０１と
第２の翼１０２より構成され、流路１０３に収納されて
いるものとする。さらに、第１の翼１０１及び第２の翼
１０２のそれぞれの先端部と流路１０３の壁面の間に形
成されるノズルを第１の開孔部１０４、第２の開孔部１
０５とする。

【００１８】さて、従来弁｛図１（ロ）｝において、弁
を閉じる方向（図中の矢印Ｃ′の方向）にトルクが発生
するが、その理由は下記の様である。翼が傾斜したとき
流路の上流側では第１と第２の開孔部１０４，１０５に
向かう２つの流れ（図中のＡ′及びＢ′）に分離される
。第１の開孔部１０４に向かう流れＡ′については、流
体の通路は流体の進向方向に沿って、鋭角の先細り形状
となっている。その流れのスムーズさゆえに、第１の翼
１０１の上流側表面に沿って流れる流体の流速は大きい
。

【００１９】一方、第２の開孔部に向かう流れＢ′は、
第２の翼１０２先端部の壁面の近傍において、大きく進
向方向の転換を必要とする。それゆえ第２の翼１０２の
上流側の壁面上の流速は小さい。ベルヌーイの定理から
、Ｕを流体の流速、Ｐを静圧力、ρを流体密度とすると

【００２０】

【数１】

【００２１】したがって流速Ｕの大きな第１の翼１０１
の上流側翼面上の静圧Ｐは小さく、第２の翼１０２の上
流側翼面上の静圧は大きい。丁度、飛行機の翼の回りの
流れにおいて、翼の上下の流速差が静圧差となり揚力を
生ずる様に、スロットル弁においても、第１と第２の翼
面上の流速差が静圧力の差となり、弁軸のまわりの弁を
閉じる方向のモーメントを生ずるのである。

【００２２】本発明のモデル図である図１（イ）におい
て、回動板式弁は弁軸２００を軸芯として、流れに対し
て凹面で流体を受ける様に形成された第１の翼２０１と
、流れに対して凸面で流体をうける様に形成された第２
の翼２０２より構成される。流路２０３と翼先端との間
に形成されるノズルをそれぞれ第１の開孔部２０４、第
２の開孔部２０５とする。

【００２３】さて、本発明の効果をポテンシャル流体力
学の範囲で簡単に説明するならば次の様である。

【００２４】翼が傾斜したとき、本発明のスロットルバ
ルブにおいても、流路の上流側では第１と第２の開孔部
２０４，２０５に向かう２つの流れ（図中のＡ及びＢ）
に分離されさる。

【００２５】第１の翼面に沿った第１の開孔部２０４に
向う流れＡは、「鈍角に沿う流れ」であり、あたかも窪
地の上を風が通過する様に、その最底部で流速は０（す
なわち静圧力は最大）に近づく。

【００２６】一方第２の翼面に沿った第２の開孔部２０
５に向う流れＢは、「鋭角を回る流れ」であり、その頂
点で流速は最大（すなわち静圧力は最小）となる。第１
の翼の上流側壁面上の静圧力の上昇と、第２の翼の上流
側壁面上の静圧力の低下は同時に、弁を開く方向のモー
メント（図中の矢印Ｃの方向）として作用する。

【００２７】したがって本発明による回動板式弁の着眼
点を要約すれば、弁の開度の広い範囲で、■第１の翼面
に沿って流体が流れにくい。

【００２８】■第２の翼面に沿って流体が流れやすい。様な弁の曲面形状を選ぶことにより、第１，第２の翼面
の静圧差を僅少化し、トルクを低減させることにある。

【００２９】また上記作用の説明から分かるように、第
１の翼に形成される凹面、第２の翼に形成される凸面の
いずれか一方の翼面だけを形成しても、従来弁とは逆方
向の弁を開く方向のモーメントを生ずるため負荷トルク
を減少させることができる。

【００３０】

【実施例】本発明の実施例について、図２を参照しなが
ら以下に詳しく説明する。

【００３１】図２は、本発明の弁構造の一例を示してお
り、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。弁軸１０を軸芯
として、弁体が第１の翼２０，第２の翼３０より構成さ
れ、吸気筒である流路４０の中央に取り付けられている
。なお図３において、５０を第１の開孔部、６０を第２
の開孔部とする。図中、白抜き矢印が流れ方向を示して
いる。

【００３２】また図２において、弁軸１０はギヤ８０，
９０を介して、モータ７０により駆動される。弁軸１０
の右端部にはリターンスプリング９１が取付けられ、こ
のリターンスプリング９１は非常時において、スロット
ル弁を閉じさせるように弁軸１０を付勢している。

【００３３】第１の翼２０と第２の翼３０から構成され
る弁体が流路４０と直交して塞ぐようにすると、弁が閉
じた状態になり、また弁体が図中時計回りに回動するに
つれて、弁が開いていくことになる。このような弁全体
の基本的構造は、従来から用いられているバタフライ弁
等の回動板式弁と同様の構造である。

【００３４】この実施例では、第１の翼２０と第２の翼
３０の断面形状を改良することによって、回動時に流れ
から加わる負荷トルクを減少させる。板状弁体のそれぞ
れの片側部分２０，３０は、何れも、開き時の回動方向
に向かって正弦曲線状に湾曲した凸形状に形成され、板
状弁体の全体がほぼ逆Ｓ字状をなしている。

【００３５】さて本発明の効果である低トルク化のメカ
ニズムを詳細に把握するために、従来スロットル弁と対
比のもとで数値流体解析を行った。

【００３６】数値解析を行なうために、対象を２次元平
行壁面間に置かれた弁回りの流れにモデル化する。自動
車の給気スロットル弁を想定した解析条件の仮定は次の
様である。

【００３７】■作動流体（空気）の圧縮性を考慮し、不
可逆変化を仮定する。■境界条件として、流路上流の入
口側の流体は澱み状態を保ち、圧力Ｐ∞＝１．０１３×１０−６ｄｙｎ／ｃｍ２（１ａ
ｔｍ）、密度ρ∞＝１．２２５×１０−３ｇ／ｃｍ３　　　　で
ある。

【００３８】■流路下流側からＱ＝２５００

【００３９
】

【外１】

【００４０】／ｍｉｎの流体が強制的に吸込まれている
ものと仮定する。 ■流路全長

【００４１】

【外２】

【００４２】＝２００ｍｍとし、上流側入口端面から

【
００４３】

【外３】

【００４４】１＝５０ｍｍのところにスロットル弁が配
置されているものとする。上記条件のもとで、数値解析
を行った結果について以下説明する。

【００４５】（１）負荷トルク特性の比較図４に前述し
た第１と第２の翼２０，３０を備えた本発明の回動板式
弁について、弁回りの静圧力の解析結果から得られた負
荷トルクＴと弁の開度φの関係（本発明１と示す）を示
す。この本発明１は、図３における第１及び第２の翼の
片側部分２０，３０の長さＬに対して、凸形状の厚みａ
＝１／４Ｌの場合である。同図中に、同一条件（上記■
〜■）で解析した従来スロットル弁の結果（従来例）を
実測値（記号○）と共に示している。

【００４６】従来弁（鎖線）では、スロットル開度の全
領域で負荷トルクＴ＞０であり、かつ開度φ＝３５°近
傍で負荷トルクはＴ＝１６０ｇｃｍのピーク値を持つの
に対して、本発明（実線）では ■φ＜４５°ではＴ＜０（弁を開く方向）であり、かつ
トルクの負の最大値はＴｍａｘ＝−２０ｇｃｍである。

【００４７】■φ＞４５°ではＴ＞０となり、トルクの
正の最大値はＴｍａｘ＝１０ｇｃｍである。

【００４８】したがって本発明のスロットル弁では、ト
ルクの絶対値は従来弁に対して１／８に低下すると共に
、開度に対するトルクの変化率を大幅に低減できること
がわかる。

【００４９】（２）流速ベクトルの比較以下本発明の低
トルク化のメカニズムにより詳細に把握するために、従
来弁と本発明の対比のもとで、解析結果を考察する。

【００５０】■図５に、開度φ＝５０°における従来弁
の速度ベクトル（イ）と圧力分布（ロ）を示す。まず第
１の翼｛図１（ロ）の１０１に相当｝の上流側の流れに
ついて注目すると、第１の開孔部（同図の１０４）に向
かう壁面上の流れは、その流路のスムーズさゆえに速度
ベクトルは大きい。一方第２の開孔部（同図の１０５）
に向う流れについては、壁面に沿う流れはほとんどなく
、速度ベクトルは極めて小さい。

【００５１】■図６にやはりφ＝５０°における本発明
の速度ベクトル（イ）と圧力分布（ロ）を示す。第１の
翼｛図１（イ）の２０１に相当｝の上流側の流れにおい
て、第１の開孔部（同図の２０４）に向う壁面上の流速
ベクトルは、その凹部底面において、明らかに従来弁と
比べて小さい。一方第２の開孔部（同図の２０５）に向
う壁面上の流れに注目すれば、従来弁と比べて流速ベク
トルは十分大きくなっている。

【００５２】上記■■の結果から、本発明のスロットル
弁では、従来弁と比べて第１の上流側翼面上の動圧は小
さく（逆に静圧は大きく）、第２の上流側翼面上の動圧
は大きく（静圧は小さく）なることがわかる。その結果
、負荷トルクの低減が図れるのである。また流速ベクト
ル図｛図５（イ）、図６（イ）｝からもわかる様に、流
速ベクトルの大きさは、上流側翼面上では場所によって
大きく異なるのに対して、下流側翼面上ではその大小の
差は小さい。それゆえトルクを決める主要因は、上流側
翼形状に大きく依存することがわかる。

【００５３】さらに数値計算の結果から、第１の開孔部
と第２の開孔部へ流入する流量を、開度φ＝５０°の場
合について比較すれば、（表１）の様であった。

【００５４】

【表１】

【００５５】（表１）の結果を見れば明らかな様に、従
来弁では第１の開孔部、第２の開孔部に流入する流量の
大きさに偏りがあり、流路のスムーズな第１の開孔部へ
流入する流量が大きいが、スロットル形状を改良した本
発明では流量の大小が逆転していることがわかる。

【００５６】（３）圧力分布の比較図７に、翼面上の圧力差を本発明と従来弁について比較
した結果を示す。図３に示す様に、翼面に沿ってｘ座標
をとり、弁軸をｘ＝０として第１の開孔部５０に向う方
向をｘ＞０とする。グラフの縦軸は翼の上流側と下流側
の圧力差ΔＰ、横軸は翼の片面の長さをＬとして、ｘ／
Ｌで無次元化している。

【００５７】従来弁（鎖線）では、圧力差ΔＰは第１の
翼端部で最少となり、第２の翼端部で最大となっており
、弁軸を中心として大きな圧力分布のアンバランスが生
じていることが分かる。

【００５８】本発明の実施例のスロットル弁では、弁軸
（ｘ＝０）と第１の翼端部の間（第１の翼面）でΔＰの
最大値があり、また弁軸と第２の翼端部の間（第２の翼
面）で圧力の最少値を持つ。これは「本発明の作用」で
説明した様に、第１の翼は『鈍角に沿う流れ』であり、
それゆえに圧力は最大、また第２の翼は『鋭角を回る流
れ』であり、圧力は最小となるという直感的な推測を裏
付けるものである。

【００５９】なお、本発明の実施例のスロットル弁は、
逆Ｓ字状の形状であるが、これは見る方向によるもので
例えば図３の図面の裏側から弁を見れば弁の形状はＳ字
状となる。

【００６０】以下本発明による他の実施例について説明
する。図４には、翼の片側部分の長さＬと厚みのａの比
が、ａ＝１／８Ｌの場合の負荷トルク特性の解析結果を
本発明２（一点鎖線で示す）で示している。この場合も
、従来例に比べて負荷トルクＴが小さくなっている。但し、本発明２では、弁の開度φが大きくなると、負荷
トルクＴが大きくなる傾向があるので、比較的開度φが
小さな範囲で用いるのが好ましい。

【００６１】第１の翼２０，第２の翼３０の形状として
は、上記した実施例以外の形状でも実施できる。

【００６２】例えば、板状弁体の両側部分それぞれの凸
形状は、流体の流れに沿って滑らかに変化するものが好
ましく、具体的には、図３の例のように、断面形状の全
体が正弦曲線状や円弧状等の滑らかな曲線状をなすもの
が適しているが、図８に示すように、それぞれの翼が「
へ」字状等の屈曲直線状に凹んでいるものでもよい。

【００６３】あるいは図９，図１０に示す様に板状弁体
の一部のみに凹凸が形成されていてもよい。

【００６４】第１，第２の翼の両側部分２０，３０は、
前記した各実施例のように、弁軸１０を中心にして回転
対称形であってもよいが、両側部分２０と３０の凹み形
状や曲率等を変えて実施することもできる。両側部分２
０，３０の形状を非対称にすることによって、負荷トル
クＴの加わり方を調整することができる（図示せず）。

【００６５】板状部分の両側部分２０，３０のうち、片
側部分のみを、弁の開き時に板状弁体が回動して進んで
いく方向に向かって凸形状しておいてもよい。すなわち
、図１１に示すように、板状弁体の片側部分２０のみを
凸形状にして、反対側の片側部分３０は平坦なままで実
施することができる。また、図１２に示す実施例では、
図１１と逆の側の片側部分を凸形状に、その反対側の片
側部分３０を平坦にしている。

【００６６】さらに、板状弁体２０，３０の形状と同時
に、流路４０の形状を変更して板状弁体２０，３０付近
の流体の流れを変えることによって、負荷トルクをより
小さくすることもできる（図示せず）。

【００６７】また翼の形状は、たとえば図３を例にとれ
ば、（１）流路方向に対してのみ屈曲しており、図面の垂直
方向では屈曲していない。

【００６８】（２）流路方向に対して屈曲しており、かつ図面の垂直
方向でも、丁度スプーンの形状の様に、中心部で底部を
持つ様に屈曲している。

【００６９】上記（１）（２）のいずれでも本発明の効
果が得られる。上記（２）についてもう少し詳しく説明する。

【００７０】図１３はその一実施例を示すもので、弁は
流れ方向（図１３の白抜き矢印）だけではなく、弁軸３
００（図面に対して垂直方向）に対しても屈曲した曲面
で形成されている。これは翼３０１，３０２の側面を通
過する流れ（同図のＥ）を、従来弁の場合の流れ（図１
（ロ）のＥ′）と同等レベルまで低減させるためである
。流路３０３の形状が円形の場合は、弁と流路の間の開
口部（上流側と下流側を連絡する通路）は、翼端部３０
４，３０５だけではなく翼の側面にも形成され、そこか
ら流体は流れＥのごとく流出する。

【００７１】弁軸方向にも翼形状を曲面とすることによ
り、翼の凹凸に沿わないで直接通過してしまう側面から
の流れＥを極力減らすことができ、本発明をより効果的
に生かして、弁の低トルク化を達成することができるの
である。本発明の弁形状は直感的に理解しずらいため、
コンピュータ・グラフィクスで描いた弁の矢視図を図１
４（イ）に示す。同図（ロ）はＺ方向から弁を見たもの
、図１５（イ）（ロ）はそれぞれ図１４（イ）のＢ−Ｂ
およびＣ−Ｃの断面図である。

【００７２】図１６（イ）は、弁の中心部（ボルト取付
部分）に平坦部４０４を設けて弁軸４００と弁の取り付
けを容易にしたスロットル弁の実施例を示す。４００は
弁軸、４０１は第１の翼、４０２は第２の翼、４０３は
流路である。図１７の４０７は翼に形成したボルト４０
５の取付穴である。本実施例の負荷トルク特性の実測結
果を、図４に実施例（記号

【００７３】

【外４】

【００７４】）として示す。前述した図１３の実施例で
は、図１５（イ）（ロ）を比較すればわかる様に、同図
中の原点における（ボルト取付部）の翼の傾き（α）が
Ｘ軸の位置によって異なる。それゆえ、弁軸３００に翼
３０１，３０２を取付けるためには、翼の中心部の曲面
に合わせて、弁軸３００の形状を形成するか、あるいは
翼と弁軸３００を同時に、例えば精密鋳造により成形す
る必要がある。しかし、図１６の実施例では、量産性の
高いプレス加工等で翼を成型しても、弁軸４００に形成
した平坦部に翼をボルトで容易に取付けることができる
。第１の翼４０１、第２の翼４０２の形状としては、上
記した実施例以外の形状でも実施できる。図２０に示す
ように、それぞれの翼が「へ」字状等の屈曲直線状に凹
んでいるものでもよい。

【００７５】あるいは図２１に示す様に板状弁体の一部
のみに凹凸画形成されていてもよい。あるいは図２２，
図２３に示すように、第１の翼４０１、第２の翼４０２
のいずれかだけ凸面あるいは凹面が形成される形状でも
よい。

【００７６】図２４は微少流量時に流量を高精度に調節
するために弁軸中心部の翼の平坦部を利用して、さらに
本発明による低トルクの小型スロットル弁を設けた例で
ある。

【００７７】５００は小型スロットル弁の翼、５０１は
小型弁用弁軸である。弁軸を２重構造にすることにより
、大型弁の翼４０１，４０２と小型弁の翼５００を独立
して制御できる。大型弁の翼４０１，４０２の開度が０
のときは、図２４（イ）のごとく小型弁の翼のみを開閉
すれば、小型弁用弁軸５０１を十分大きな開度で調節で
きるため、流量を高精度で制御ができる。大流量が必要
なときは、図２４（ロ）の様に小型弁を閉じ、大型弁の
翼４０１，４０２を開平させればよい。図２５は図２４
の場合と目的は同様であるが、スロットル開度φがφ＝
０の近傍で、開度φに対する流量Ｑの変化率を小さくす
ることにより、微少流量の高精度調節ができる様にした
例である。第１の翼４０１の端部４５０及び第２の翼４
０２の端部４５１を、それぞれ上流側及び下流側に突き
出す形で翼の形状を形成している。翼の平坦部４０５が
流路方向に対して垂直の状態にあるときをφ＝０と定義
すれば、φ＝０で流量Ｑ＝０であり、弁は図２５（イ）
のごとく閉じた状態となる。さらに図２５（ロ）のごと
く弁軸４００を微少角Δφだけ回転させても、翼と流路
４０３の間で形成される通路面積は、端部４５０，４５
１の曲面によってさえぎられることになり、流量を十分
小さくできる。図２５（ハ）は開度φが十分大きな場合
を示す。図２６で示す本発明の微少開度範囲における流
量特性は、翼端部４５０，４５１の形状によって任意に
選択できる。本発明が低トルク化の効果を合わせ持つこ
とは勿論である。

【００７８】この発明にかかる回動板式弁は、前記した
自動車エンジン用の給気スロットル弁のほか、空調プラ
ントや化学プラント等の流量制御用バタフライ弁、真空
設備用の真空圧コントロールバルブ等、各種技術分野で
用いられている回動板式弁に適用することが可能である
。

【００７９】

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる回動板
式弁は、弁軸に取り付けられた板状弁体の形状を改良す
ることによって、弁を回動操作するときの負荷トルクを
大幅に軽減することができる。

【００８０】具体的には、流れに向かって開き時に下流
に移動する第１の翼と、流れ方向に向かって上流に移動
する第２の翼と、上記第１と第２の翼から成る弁体と、
この弁体を支持する弁軸とこの弁体を上記弁軸を介して
回転自在に収納すると共に、流体を案内する流路より構
成されており、かつ、■上記第１の翼は流れ方向に対し
て凹面で流体を受ける形状。

【００８１】■上記第２の翼は流れ方向に対して凸面で
流体を受ける形状。上記■■のいずれか一方、もしくは
両方を満足すべく構成することにより、板状弁体の両側
部分に加わる静圧力の不均衡を少なくすることができ、
この静圧力の不均衡によって生じる負荷トルクを軽減で
きるのである。

【００８２】弁の回動操作に必要な負荷トルクが軽減さ
れることによって、制御安定性が向上しエンジンの出力
のきめ細かい微調整ができる様になった。

【００８３】また本発明によれば、スロットル弁の直径
を従来以上に大きくすることができる。一般にエンジン
の最高出力運転時に、スロットル弁がエンジンの吸入空
気量に対して抵抗となる比率を極力低減させることが好
ましく、そのため直径を相対的に大きくすることが望ま
れる。従来スロットル弁では直径の３乗に比例して負荷
トルクの増大をもたらし、それゆえ流路の内径を大きく
するのは限界があったが、本発明のバルブ形状を採用す
れば、十分に小さな電気アクチュエータで制御システム
を構成できる。

【００８４】バタフライバルブは流体制御機器として様
々な分野で用いられているため、本発明は流量調節の電
子制御化に大きく貢献でき、その効果は絶大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）本発明のモデル図（ロ）従来例のモデル図

【図２】本発明の実施例を示す断面図

【図３】図２のＡ−Ａ断面図

【図４】負荷トルク曲線を示すグラフ

【図５】（イ）従来弁の流速ベクトル図（ロ）従来弁の
圧力分布図

【図６】（イ）本発明の流速ベクトル図（ロ）本発明の
圧力分布図

【図７】翼面上の圧力分布を示すグラフ

【図８】本発明
の他の実施例を示す断面図

【図９】本発明の他の実施例
を示す断面図

【図１０】本発明の他の実施例を示す断面
図

【図１１】本発明の他の実施例を示す断面図

【図１２
】本発明の他の実施例を示す断面図

【図１３】本発明の
他の実施例を示す断面図

【図１４】（イ）図１３の実施
例の弁のコンピュータ・グラフィクス（ロ）図１３の実施例の弁のコンピュータ・グラフィク
ス

【図１５】（イ）図１４（イ）のＢ−Ｂ断面図（ロ）図
１４（イ）のＣ−Ｃ断面図

【図１６】本発明の他の実施例の断面図

【図１７】（イ
）図１６の同正面図（ロ）図１７（イ）のＢ−Ｂ断面図（ハ）図１７（イ）のＣ−Ｃ断面図

【図１８】（イ）翼のコンピュータ・グラフィクス（ロ
）翼のコンピュータ・グラフィクス（ハ）翼のコンピュ
ータ・グラフィクス

【図１９】（イ）図１８（イ）のＢ
−Ｂ断面図（ロ）図１８（イ）のＣ−Ｃ断面図

【図２０】本発明の他の実施例を示す断面図

【図２１】
本発明の他の実施例を示す断面図

【図２２】本発明の他
の実施例を示す断面図

【図２３】本発明の他の実施例を
示す断面図

【図２４】（イ）本発明の他の実施例を示す
断面図（ロ）同断面図

【図２５】（イ）本発明の他の実施例を示す断面図（ロ
）同断面図（ハ）同断面図

【図２６】流量とスロットル開度の関係を示す図

【図２
７】従来例の断面図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　流れ方向に向かって開き時に下流に移
動する第１の翼と、流れ方向に向かって上流に移動する
第２の翼と、上記第１の翼と第２の翼を含む弁体と、こ
の弁体を支持する弁軸と、この弁体を上記弁軸を介して
回転自在に収納すると共に、流体を案内する流路より構
成され、上記第１の翼は流れ方向に対して凹面の形状で
流体を受ける様に形成されているか、もしくは、上記第
２の翼は流れ方向に対して凸面で流体を受ける様に形成
されていることを特徴とする回動板式弁。
【請求項２】　　流れ方向に向かって開き時に下流に移
動する第１の翼と、流れ方向に向かって上流に移動する
第２の翼と、上記第１の翼と第２の翼を含む弁体と、こ
の弁体を支持する弁軸と、この弁体を上記弁軸を介して
回転自在に収納すると共に、流体を案内する流路より構
成され、上記第１の翼は流れ方向に対して凹面の形状で
流体を受ける様に形成されており、かつ上記第２の翼は
流れ方向に対して凸面の形状で流体を受ける様に形成さ
れていることを特徴とする回動板式弁。
【請求項３】　　流れ方向に向かって開き時に下流に移
動する第１の翼と、流れ方向に向かって上流に移動する
第２の翼と、上記第１の翼と第２の翼を含む弁体と、こ
の弁体を支持する弁軸と、この弁体を上記弁軸を介して
回転自在に収納すると共に、流体を案内する流路より構
成され、上記第１の翼は流れ方向及び弁軸方向に対して
凹面の形状で流体を受ける様に形成されているか、もし
くは、上記第２の翼は流れ方向及び弁軸方向に対して凸
面で流体を受ける様に形成されていることを特徴とする
回動板式弁。
【請求項４】　　流れ方向に向かって開き時に下流に移
動する第１の翼と、流れ方向に向かって上流に移動する
第２の翼と、上記第１の翼と第２の翼を含む弁体と、こ
の弁体を支持する弁軸と、この弁体を上記弁軸を介して
回転自在に収納すると共に、流体を案内する流路より構
成され、上記第１の翼は流れ方向及び弁軸方向に対して
凹面の形状で流体を受ける様に形成されており、かつ上
記第２の翼は流れ方向及び弁軸方向に対して凸面の形状
で流体を受ける様に形成されていることを特徴とする回
動板式弁。
【請求項５】　　第１の翼の凹面あるいは前記第２の翼
の凸面は、例えば円弧、正弦曲線の様な曲面により形成
されていることを特徴とする請求項１〜４のいずかに記
載の回動板式弁。
【請求項６】　　第１の翼の凹面あるいは前記第２の翼
の凸面のそれぞれ通路側端部は、弁が閉じた流量概略ゼ
ロの状態で、それぞれ上流側及び下流側の突き出した形
で曲面が形成されていることを特徴とする請求項１〜４
のいずれかに記載の回動板式弁。
【請求項７】　　弁体は概略断面Ｓ文字形であることを
特徴とする請求項２または４記載の回動板式弁。