JPH04255558A - 流体制御用バルブ装置 - Google Patents

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、例えば内燃機関の排気
系に装着される排気ガス還流バルブ等の流体制御用バル
ブ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の排気ガス還流装置としては、排
気ガスの一部を吸気系に還流させてシリンダ内の燃焼温
度を低下させ、有害排気ガス、特に、ＮＯ、ＮＯ２等か
らなるＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減させるよう
にしたＥＧＲバルブ（例えば実開平２−４３４５１号公
報参照）がある。

【０００３】このようなＥＧＲバルブのなかには、還流
ポート開閉用の弁体を駆動するためのアクチュエータに
、ピストン式を採用しているものがある。一般にピスト
ン式アクチュエータは、シリンダ内を摺動するピストン
の頭部側を高圧室（作動圧室）とするとともに、下部側
を低圧室（大気開放室）とし、高圧室に圧縮空気を供給
することにより、ピストンを作動させ、ピストンに連係
させた弁体を開閉駆動するようになっている。

【０００４】このピストン式アクチュエータにおいては
、高圧室に供給された圧縮空気が、シリンダとピストン
との摺動部の僅かな隙間を通して低圧室側に流入し、低
圧室に開口した、外気と連通する空気孔より外部に排出
される問題がある。特に、大型ディーゼルエンジン用の
ＥＧＲバルブは、排気側の背圧も高いことから、それに
打ち勝って弁体を開弁させるだけの高圧の空気を高圧室
に送り込む必要があり、圧力が高い分、低圧室側への洩
れ量も多くなる。

【０００５】このようになると、高圧室の圧力が減圧さ
れて、弁開時のリフト量が変化し、排気ガスの還流量に
誤差が生じたり、圧縮空気源の空気が必要以上に消費さ
れて、コンプレッサを頻繁に作動させなければならない
など、機械的損失も大きくなる。

【０００６】この問題を解決するためには、シリンダと
ピストンとの摺動部に、Ｏリング等のシール部材を介装
することも考えられるが、このようにすると、シリンダ
とピストンとの摺動摩擦抵抗が増大して、弁開閉時の応
答性を悪化させるだけでなく、シール部材の摩耗により
シール性が損なわれたり、シール部材を早期に交換しな
ければならないなどの新たな問題が生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するためになされたもので、その目的とするとこ
ろは、高圧室の空気が低圧室側へ流入するのを阻止する
ことにより、圧縮空気がムダに消費されたり、高圧室内
が減圧されるのを防止して、弁体を安定的に作動させる
ようにした、流体制御用バルブ装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、シリンダ室
内に摺動自在に設けたピストンにより区画される作動圧
室と大気開放室との差圧により、前記ピストンとそれに
連係された、流体流通用ポートを開閉する弁体とを移動
させるようにしたピストン式アクチュエータを備える流
体制御用バルブ装置において、前記大気開放室側におけ
るピストン端部と、それに対向するシリンダ室内の対向
部とのいずれか一方に、前記弁体が開弁しているとき、
作動圧室側と大気開放室側との間の作動流体の流通を遮
断するシール部材を設けることにより達成することがで
きる。

【０００９】

【作用】ピストンが弁体を開弁する方向に移動すると、
ピストンの外側と内側の大気開放室との気密性が、シー
ル部材により完全に保持されるため、作動圧室内に供給
された流体（圧縮空気）が、シリンダとピストンとの隙
間を通って大気開放室内に流入し、大気に放出されるの
が防止される。

【００１０】従って、流体がムダに消費されたり、作動
圧室内が減圧されたりする恐れがなくなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明をＥＧＲバルブに適用した実施
例を、図面に基づいて説明する。図１は、大型ディーゼ
ルエンジンに使用されるＥＧＲバルブ（１）の第１実施
例を示すもので、例えば図６に示すようなエンジンに装
着して使用される。

【００１２】すなわち、正面視が概ねＶ字形をなす多気
筒ディーゼルエンジン（Ｅ）の両側部に取付けられた排
気マニホールド（２）（２）の後端には、排気管（３）
（３）がそれぞれ連結され、かつ両排気管（３）の基端
部内側面には、排気管（３）と直交するとともに、中間
部に上向き開口したフランジ部（４ａ）（図１参照）を
有するバイパス管（４）が連結されている。

【００１３】ＥＧＲバルブ（１）は、上記フランジ部（
４ａ）上に縦向きとして取付けられ、そのポート出口端
は、導入管（５）を介して、両吸気管（６）（６）を互
いに連通させる連通管（７）に連結されている。

【００１４】次に、ＥＧＲバルブ（１）の詳細を、図１
を参照して説明する。（８）は、排気ガスの入口側を下
向きに、かつ出口側を側方（図６において前向）にそれ
ぞれ開口させたエルボ状の還流ポート（９）を有する鋳
造製のボディで、各開口端には、フランジ（１０）（１
０）が一体的に形成されている。（１１）は、ボディ（
８）の周囲に形成された放熱フィンである。

【００１５】ボディ（８）の上端には、ボディ（８）よ
り側方に水平に延出することにより、遮熱板及び放熱板
として作用する比較的大円形の取付座（１２）が、ボデ
ィ（８）の中間部と所要寸法離間して一体成形され、取
付座（１２）は、その下面よりボディ（８）の中間部に
向けて下向きに延出する複数の薄板状のリブ（１３）に
より補強されている。

【００１６】取付座（１２）の上面には、上面平滑な複
数個の突起（１４）が一体成形され、各突起（１４）上
には、中心に所要大きさの通孔（１５ａ）を備える、取
付座（１２）とほぼ等径のばね受け（１５）が、さらに
ばね受け（１５）の上面には、アクチュエータ（Ａ）の
有頂筒状のシリンダ（１６）が、取付座（１２）の外周
部上面の複数個のボス部（１２ａ）に向けてボルト（１
７）を螺挿することにより、一体的に固着されている。

【００１７】これにより、取付座（１２）の上面とばね
受け（１５）の下面との間には、外気に通じる若干の間
隙（１８）が形成されるようになる。（１９）は、ばね
受け（１５）とシリンダ（１６）との間に介装した、熱
伝導率の小さいパッキンである。

【００１８】シリンダ（１６）内には、その内周面の中
間部に形成された厚肉部（１６ａ）と密接する、上面閉
塞された筒状のピストン（２０）が、上下に摺動自在と
して嵌挿されている。シリンダ（１６）の上面には、コ
ンプレッサ等の図示しない圧縮空気源よりの空気を、シ
リンダ（１６）内に供給するためのパイプ（２１）が接
続されている。

【００１９】シリンダ（１６）の下面とピストン（２０
）の上面との間の空室は高圧室（作動圧室）（２２ａ）
に、またピストン（２０）に囲まれた空室は低圧室（大
気開放室）（２２ｂ）になっている。（２３）は、高圧
室（２２ａ）内に縮設された圧縮コイルばねで、ピスト
ン（２０）を常時下向に押圧している。

【００２０】ボディ（８）の中心部には、バルブガイド
（２４）が圧入され、その上端部は、前記ばね受け（１
５）の中心の通孔（１５ａ）を貫通して、ピストン（２
０）内の下部に位置している。

【００２１】上記通孔（１５ａ）とバルブガイド（２４
）の外周面との間の間隙は、上記間隙（１８）とピスト
ン（２０）の低圧室（２２ｂ）とを連通させる空気孔（
２５）となっている。バルブガイド（２４）には、きの
こ状をなす弁体（２６）の軸部（２６ａ）が、摺動自在
として嵌挿され、ピストン（２０）内に位置する軸端部
には、リテーナ（２７）が、その中心部に穿設したテー
パ孔（２７ａ）に、軸部外周面に形成された環状溝（２
６ｂ）に外嵌した１対のコッタ（２８）（２８）を内嵌
することにより、止着されている。

【００２２】リテーナ（２７）の下面とばね受け（１５
）の上面との間には、リターンスプリング（圧縮コイル
ばね）（２９）が縮設されている。これにより、弁体（
２６）は常時上向きに付勢され、通常時において、傘部
（２６ｃ）が還流ポート（９）の下端開口部に嵌着した
バルブシート（３０）と密着することにより、還流ポー
ト（９）は閉じられている。

【００２３】ピストン（２０）の下端面と対向するばね
受け（１５）の上面には、環状の凹溝（３１）が形成さ
れ、この凹溝（３１）には、弾性を有するゴム等のシー
ル部材（３２）が、その上面をばね受け（１５）の上面
よりも若干突出させた状態で嵌合されている。

【００２４】ピストン（２０）が下限位置まで下降した
際、想像線で示すように、その下端面がシール部材（３
２）の上面と密に当接することにより、低圧室（２２ｂ
）内と、ピストン（２０）の下部周囲に形成される間隙
（３３）との間の気密性が保たれるようになっている。

【００２５】また、通常において、ピストン（２０）の
内底面は、高圧室（２２ａ）内に縮設した圧縮コイルば
ね（２３）の付勢力により、弁体（２６）の軸端面と当
接し、弁体（２６）が閉弁しているとき、ピストン（２
０）の下端とシール部材（３２）との間に、弁体（２６
）のリフト量に相当する所要の間隙が形成されるように
してある。

【００２６】次に、上記実施例の作用を説明する。エン
ジン（Ｅ）が中低速かつ低負荷の運転領域となり、図示
しない制御装置の作動により高圧室（２２ａ）内に圧縮
空気が圧送されると、ピストン（２０）と弁体（２６）
とが、リターンスプリング（２９）に抗して一体的に押
し下げられ、ピストン（２０）の下端がシール部材（３
２）に当接したところで停止する。

【００２７】これにより弁体（２６）が開弁され、バイ
パス管（４）に流入した排気ガスは、還流ポート（９）
及び導入管（５）を通って、連通管（７）よりエンジン
の各シリンダ（図示略）内に送り込まれる。その結果、
燃焼状態が緩慢となって燃焼温度が低めに抑えられ、Ｎ
Ｏｘの排出量が低減される。

【００２８】エンジン（Ｅ）が高速かつ高負荷の運転領
域となると、再度制御装置が働いて圧縮空気の供給を停
止することにより、弁体（２６）及びピストン（２０）
はリターンスプリング（２９）により戻され、還流ポー
ト（９）が自動的に閉じられる。

【００２９】上記弁体（２６）が開弁しているとき、高
圧室（２２ａ）内は、圧縮空気源より送り込まれた圧縮
空気によりかなりの高圧となるため、高圧室（２２ａ）
内の空気が、シリンダ（１６）とピストン（２０）との
摺接部の僅かの隙間を通して低圧室（２２ｂ）内に流入
し、空気孔（２５）より外部に流出しようとする。

【００３０】しかし、この第１実施例のＥＧＲバルブ（
１）においては、ピストン（２０）が下限位置まで押下
されて、弁体（２６）が開弁しているときには、ピスト
ン（２０）の下端がシール部材（３２）と密接して低圧
室（２２ｂ）の内外の気密性が保たれるため、シリンダ
（１６）とピストン（２０）との隙間より洩れ出た空気
が、低圧室（２２ｂ）内に流入することはない。

【００３１】その結果、圧縮空気が過大に消費されたり
、高圧室（２２ａ）が減圧されて、弁体（２６）のリフ
ト量（開度）が変化するなどの不具合が解消される。図
２は、本発明の第２実施例を示すもので、この実施例で
は、上記第１実施例とは反対に、ピストン（２０）側の
下端面全周にゴム等のシール部材（３４）を固着したも
のである。

【００３２】図３は、本発明の第３実施例を示すもので
、この実施例は、シリンダ（１６）の下部内周面に形成
した段部（１６ｂ）とばね受け（１５）とにより囲まれ
る凹部（３５）に、リング状のシール部材（３６）を嵌
入するとともに、ピストン（２０）の下部外周面を斜上
向のテーパ面（２０ａ）とし、ピストン（２０）が下降
した際、そのテーパ面（２０ａ）がシール部材（３６）
の内周面と密接するようにしてある。

【００３３】図４は、本発明の第４実施例を示すもので
、この実施例は、ばね受け（１５）の上面のピストン（
２０）の下端と対向する部分に形成した環状の段付凹溝
（３７）の内方に、リングの状シール部材（３８）を嵌
入するとともに、ピストン（２０）の下部内周面を斜上
向のテーパ面（２０ｂ）とし、ピストン（２０）が下降
した際、そのテーパ面（２０ｂ）がシール部材（３８）
の内周面と密接するようにしてある。

【００３４】図５は、本発明の第５実施例を示し、この
実施例は、ばね受け（１５）の上面のピストン（２０）
の下端と対向する部分に形成した凹溝（３９）内に、内
方を、ほぼ上向き３０゜〜４５゜の滑らかなテーパ面と
した金属製の座金（４０）を嵌合する一方、ピストン（
２０）の下部外周面を、座金（４０）のテーパ面と同じ
傾斜角の滑らかなテーパ面（２０ｃ）とし、ピストン（
２０）の下降時において、互いのテーパ面同士が密に当
接するようにしたものである。

【００３５】上記第２〜第５実施例のものにおいても、
いずれもピストン（２０）の下降時において、ピストン
（２０）の内外の気密性が保持されるので、上述した第
１実施例と同様の作用効果を奏することができる。

【００３６】また、上述のようなＥＧＲバルブ（１）に
おいては、高温の排気ガスが還流ポート（９）を通過す
る際、その一部がバルブガイド（２４）と弁体（２６）
の軸部（２６ａ）の間隙を通って低圧室（２２ｂ）内に
流入し、さらに低圧室（２２ｂ）に流入した排気ガスが
、ピストン（２０）の外方へ流出して、パッキン（１９
）を劣化させたり、シリンダ（１６）とピストン（２０
）との摺動部へ悪影響を与えたりすることが予想される
。

【００３７】しかしながら、上記第１〜第５実施例のＥ
ＧＲバルブは、いずれも低圧室（２２ｂ）の内外の気密
性が保たれるので、上述のような問題が生じる恐れはな
い。本発明は、上記ＥＧＲバルブ以外に、ターボチャー
ジャ用のウエストゲートバルブ、排気ブレーキバルブ、
排気切換バルブ、エアバイパスバルブ、過給圧コントロ
ールバルブ等、アクチュエータ部の作動流体に空気を用
いているものにも適用しうる。

【００３８】また、弁体は、上述のようなきの形弁（ポ
ペット弁）に限らず、バタフライ弁、シャッタ弁等を用
いたものにも適用しうる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、高圧室（作動圧室）に
供給された圧縮空気（作動流体）が、低圧室（大気開放
室）内に流入するのが完全に阻止されるので、圧縮空気
が浪費されたり、高圧室が減圧されたりするのが防止で
き、従って弁体の作動が安定的となり、信頼性の高いＥ
ＧＲバルブを提供しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を、ＥＧＲバルブに適用し
た例を示す中央縦断正面図である。

【図２】同じく第２実施例を示す要部の拡大縦断面図で
ある。

【図３】同じく第３実施例を示す要部の拡大縦断面図で
ある。

【図４】同じく第４実施例を示す要部の拡大縦断面図で
ある。

【図５】同じく第５実施例を示す要部の拡大縦断面図で
ある。

【図６】本発明の一実施例のＥＧＲバルブを大型ディー
ゼルエンジンへ装着した例を略示する平面図である。

【符号の説明】

（１）ＥＧＲバルブ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（２）排気マニホールド （３）排気管　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（４）バイパス管（４ａ）フランジ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　（５）導入管（６）
吸気管　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（７）連通管（８）ボディ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　（９）還流ポート（１０）フラ
ンジ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１
１）放熱フィン（１２）取付座　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　（１２ａ）ボス部（１３）リ
ブ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（１４）突起（１５）ばね受け　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　（１５ａ）通孔（１６）シリン
ダ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１６
ａ）厚肉部（１８）間隙　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　（１９）パッキン（２０）ピス
トン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２
０ａ）（２０ｂ）（２０ｃ）テーパ面 （２１）パイプ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（２２ａ）高圧室（作動圧室） （２２ｂ）低圧室（大気開放室）　　　　　　　　　　
（２３）圧縮コイルばね （２４）バルブガイド　　　　　　　　　　　　　　　
　　（２５）空気孔（２６）弁体　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　（２６ａ）軸部（２６
ｂ）環状溝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（２６ｃ）傘部（２７）リテーナ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　（２７ａ）テーパ孔（２８
）コッタ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（２９）リターンスプリング （３０）バルブシート　　　　　　　　　　　　　　　
　　（３１）凹溝（３２）シール部材　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　（３３）間隙（３４）シール部
材　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３５）凹
部（３６）シール部材　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（３７）段付凹溝（３８）シール部材　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　（３９）凹溝（４０）
座金　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（Ａ）アクチュエータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　シリンダ室内に摺動自在に設けたピス
   トンにより区画される作動圧室と大気開放室との差圧に
   より、前記ピストンとそれに連係された、流体流通用ポ
   ートを開閉する弁体とを移動させるようにしたピストン
   式アクチュエータを備える流体制御用バルブ装置におい
   て、前記大気開放室側におけるピストン端部と、それに
   対向するシリンダ室内の対向部とのいずれか一方に、前
   記弁体が開弁しているとき、作動圧室側と大気開放室側
   との間の作動流体の流通を遮断するシール部材を設けた
   ことを特徴とする流体制御用バルブ装置。
2. 【請求項２】　　シール部材が、ピストンの外方のシリ
   ンダ側に、該ピストンの外周面と摺接するようにして設
   けられている請求項１記載の流体制御用バルブ装置。
3. 【請求項３】　　シール部材が、ピストンの内方のシリ
   ンダ側に、該ピストンの内周面と摺接するようにして設
   けられている請求項１記載の流体制御用バルブ装置。
4. 【請求項４】　　シール部材が、ピストンの端面と密接
   するようにシリンダ側に設けた座金である請求項１記載
   の流体制御用バルブ装置。