JPH0610775A - 流体制御用バルブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 弁体の開度を細かく制御して、流体のポート
に流入する流量を最適に調節する。 【構成】 ポート５開閉用の弁体20を収容してなるボデ
ィ４の上端部の円筒部33に、弁体20の軸部20aに設けた
受部(ストップリング)45と当接して弁体20の最大リフト
量を規制するストッパ(リフト調節筒)34を、適宜のアク
チュエータにより回転可能に螺合したことにより、スト
ッパ34を適宜に上下動させるだけで、弁体20駆動用の流
体圧に関係なく、弁体20の開度を簡単かつ正確に制御す
ることができる。従って、ポート５に流入する流体の量
は常に最適となる。

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ＥＧＲ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】ＥＧＲバルブは、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、Ｎ
Ｏxの発生を抑制するものであり、図５に示すようなも
のが知られている。

【０００３】すなわち、図５に示す従来のＥＧＲバルブ
(１)は、多気筒ディーゼルエンジンの排気管に連結され
たバイパス管(２)の上端に開口したフランジ部(2a)の上
に、縦向きに取付けられ、そのポート出口端は、導入管
(３)を介してエンジンの吸気管に連結されている。

【０００４】鋳造製のボデイ(４)は、排気ガスの入口側
を下向きに、かつ、出口側を側方にそれぞれ開口させた
エルボ状の還流ポート(５)を有し、各開口端には、フラ
ンジ(６)(６)が一体的に形成されている。

【０００５】ボデイ(４)の上端には、ボデイ(４)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(７)が、ボデイ(４)の
中間部と所要寸法離間して一体形成され、取付座(７)
は、その下面よりボデイ(４)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(８)により補強されてい
る。

【０００６】取付座(７)の上面には、上面平滑な複数個
の突起(９)が一体成形され、各突起(９)上には、中心付
近に複数個の通孔(10a)を備える、取付座(７)とほぼ等
径のばね受け(10)が、さらにばね受け(10)の上面には、
アクチュエータ(Ａ)の有頂筒状のシリンダ(11)が、取付
座(７)の外周部上面の複数個のボス部(7a)に向けてボル
ト(12)を螺挿することにより、一体的に固着されてい
る。

【０００７】これにより、取付座(７)の上面とばね受け
(10)の下面との間には、外気に通じる若干の間隙(13)が
形成されるようになる。

【０００８】(14)は、ばね受け(10)とシリンダ(11)との
間に介装した、熱伝導率の小さいシール部材である。

【０００９】シリンダ(11)内には、その内周面の中間部
に形成された厚肉部(11a)と密接する、上面閉塞された
筒状のピストン(15)が、上下摺動自在として嵌挿されて
いる。

【００１０】シリンダ(11)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(11)内
に供給するためのパイプ(16)が接続されている。

【００１１】シリンダ(11)の下面とピストン(15)の上面
との間の空室は、高圧室(作動圧室)(17a)に、またピスト
ン(15)に囲まれた空室は、低圧室(大気開放室)(17b)に
なっている。

【００１２】(18)は、高圧室(17a)内に縮設された圧縮
コイルばねで、ピストン(15)を常時下向きに押圧してい
る。

【００１３】ボデイ(４)の中心部には、バルブガイド(1
9)が圧入され、その上端部は、ばね受け(10)の中心を貫
通して、ピストン(15)内の下部に位置している。

【００１４】バルブガイド(19)には、きのこ状をなす弁
体(20)の軸部(20a)が、摺動自在として嵌挿され、ピス
トン(15)内に位置する軸端部には、リテーナ(21)が、そ
の中心部に穿設したテーパ孔(21a)に、軸部外周面に形
成された環状溝(20b)に外嵌した１対のコッタ(22)(22)
を内嵌することにより、止着されている。

【００１５】リテーナ(21)の下面とばね受け(10)の上面
との間には、バルブスプリング(圧縮コイルばね)(23)が
縮設されている。

【００１６】これにより、弁体(20)は常時上向きに付勢
され、通常時において、傘部(20c)が還流ポート(５)の
下端開口部に嵌着したバルブシート(24)と密着すること
により、還流ポート(５)は閉じられている。

【００１７】また、通常時において、ピストン(15)の内
底面は、高圧室(17a)内に縮設した圧縮コイルばね(18)
の付勢力により、弁体(20)の軸端面と当接し、弁体(20)
が閉弁しているとき、ピストン(15)の下端とばね受け(1
0)間に所要の間隙が形成されるようにしてある。この間
隙が弁体(20)の最大リフト量、すなわち開閉ストローク
となる。

【００１８】エンジンが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(17a)内に圧縮空気
が圧送されると、ピストン(15)と弁体(20)とが、バルブ
スプリング(23)に抗して一体的に押し下げられ、ピスト
ン(15)の下端がばね受け(10)に当接したところで停止す
る。

【００１９】これにより弁体(20)が開弁され、バイパス
管(２)に流入した排気ガスは、還流ポート(５)及び導入
管(３)を通って、エンジンの各シリンダ内に送り込まれ
る。その結果、燃焼状態が緩慢になって燃焼温度が低め
に押さえられ、ＮＯxの排出量が低減される。

【００２０】エンジンが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(20)及びピストン(15)はバルブスプリング(23)
により戻され、還流ポート(５)が自動的に閉じられる。
これにより、排気ガスの還流を停止し、出力(トルク)低
下やスモークの悪化するのを防止する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ＮＯxの排出量を効果
的に低減するには、排気ガス還流量(ＥＧＲ率)を、エン
ジンの負荷や回転速度等に応じて最適に調節することが
望ましく、そのためには、弁体(20)の開度(リフト量)を
細かく制御する必要がある。

【００２２】しかし、上記した従来のＥＧＲバルブ(１)
のように、弁体(20)を駆動するアクチュエータ(Ａ)が圧
縮空気(真空圧とする場合もある)により作動させられる
方式のものにおいては、以下に説明する理由により、弁
体(20)の開度をエンジンの負荷等に応じて細かく制御す
るのは非常に困難であり、ON(開)かOFF(閉)の２段階制
御とするのが一般的である。

【００２３】すなわち、たとえアクチュエータ(Ａ)に供
給される空気圧と弁体(20)の開度とがある一定の関係と
なるように予め設定したとしても、エアタンク内に蓄圧
された圧縮空気が、エアブレーキ等の他の補機類に供給
されて消費されるなどして、エアタンク内に圧力変動が
生じたり、管路内に脈動が生じたり、バルブスプリング
(23)のセット荷重やばね定数にバラツキが生じたりした
際等に、その関係が成り立たなくなる。

【００２４】また、アクチュエータ(Ａ)の高圧室(17a)
に供給された圧縮空気の一部をリークさせて、弁体(20)
を作動させる空気の圧力を調整し、弁体(20)の開度をエ
ンジンの負荷等に応じて細かく制御することも考えられ
るが、このようにすると、圧縮空気の消費量が増加する
ため、エアコンプレッサを大型化したり、これを頻繁に
作動させたりする必要があり、その分機械的損失が増大
する。

【００２５】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、弁体の開度を作動流体の圧力と無関係に
細かく制御し、もって、流体のポートに流入する流量を
最適に調節しうるようにした流体制御用バルブ装置を提
供することを目的としている。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、流体流通用のポートを有するとともに、
往復移動することによりポートを開閉する弁体を収容し
てなるボディと、該ボディに付設され、かつ弁体の軸部
を駆動することにより弁体を開閉させる弁駆動手段とを
備える流体制御用バルブ装置において、前記ボディの適
所に、前記軸部と実質的に一体をなす受部と当接して、
弁体の最大リフト量を規制するストッパを、適宜のアク
チュエータに連係することにより、弁体の軸線方向に移
動可能として設けたことを特徴としている。

【００２７】

【作用】ポート開閉用の弁体を収容してなるボディの適
所に、弁体の軸部と一体をなす受部と当接して弁体の最
大リフト量を規制するストッパを、適宜のアクチュエー
タにより弁体の軸線方向に移動しうるように設けたこと
により、ストッパの位置を適宜に変位させるだけで、弁
体駆動用の流体圧に関係なく、弁体の開度を簡単かつ正
確に制御することができる。従って、ポートに流入する
流体の量は常に最適となる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。なお、図５に示す従来例と同様の部材及び同一
機能の部材には、同じ符号を付すにとどめて、その詳細
な説明は省略する。

【００２９】図１及び図２において、アクチュエータ
(Ａ)におけるシリンダ(11)は、ボディ(４)の上端周囲に
上向に連設した複数のリブ(30)の上面に、ばね受け(31)
及びシール部材(32)を介してボルト(12)止めされてい
る。

【００３０】バルブガイド(19)の上半部が圧入されてい
るボデイ(４)の中心の円筒部(33)は、その上端部がばね
受け(31)の中心に形成した通孔(31a)を貫通してシリン
ダ(11)内に位置し、かつその外周面の上半部には、雄ね
じ(33a)が螺刻されている。

【００３１】円筒部(33)には、上端部に弁体(20)の軸部
(20a)の外周面と摺接する上向の筒状ストッパ(34a)を備
えるとともに、下半部外周面に歯幅の長い歯車(34b)を
形成してなるリフト調整筒(34)が、その内周面に螺刻し
た雌ねじ(34c)を上記雄ねじ(33a)に螺合することによ
り、弁体(20)の軸心と同軸をなして軸方向に移動可能と
して外嵌されている。なお、雄ねじ(33a)及び雌ねじ(34
c)は左ねじとしてあり、リフト調整筒(34)が平面視時計
回りに回転したとき、上方に移動するようになってい
る。

【００３２】ボデイ(４)の上端部、すなわち円筒部(33)
の下端より外方に延出する水平の支持片(35)の端部に
は、支持筒(35a)が上向として連設されている。支持筒
(35a)の上面には、図２に詳細を示すように、上記歯車
(34b)と噛合するセクタギヤ(36)が、支持筒(35a)に圧入
したピン(37)をもって、水平方向に回動自在に枢支され
ている。

【００３３】(38)は、スナップリング(39)により抜け止
めされた、摩擦係数の小さい合成樹脂等のガタ止め部材
である。セクタギヤ(36)における歯列と反対側のほぼ半
円状の基板(36a)の外周面には、Ｖ字溝(36b)が形成さ
れ、Ｖ字溝(36b)には、駆動ワイヤ(40)が、その先端に
固着した円柱状の係止駒(41)を、基板(36a)における駆
動方向(平面視反時計方向)と反対側の外周端に形成した
係止溝(42)に嵌合することにより、基板(36a)のほぼ半
周に亘って掛け回されている。

【００３４】(43)は、支持筒(35a)に外嵌したねじりコ
イルばねで、一方の端末を支持筒(35a)に、かつ他方の
端末をセクタギヤ(36)の下面適所にそれぞれ係止するこ
とにより、セクタギヤ(36)は、その歯列の一端側(駆動
方向側)が弁体(20)の全閉時においてリフト調整筒(34)
の歯車(34b)と噛合する定位置に復帰するように常時付
勢されている。

【００３５】弁体(20)の軸部(20a)の上端部外周面に形
成された環状凹溝(44)には、リフト調整筒(34)の筒状ス
トッパ(34a)と当接することにより、弁体(20)の最大リ
フト量を規制するストップリング(45)が嵌着されてい
る。

【００３６】弁体(20)の開弁ストロークは、セクタギヤ
(36)と歯車(34b)とが図２のような噛合状態にあって、
リフト調整筒(34)が下限に位置しているときに最大とな
る。上記実施例において、駆動ワイヤ(40)を、例えばデ
ィーゼルエンジンにおける燃料噴射ポンプのコントロー
ルレバーやアクセル等、エンジンの負荷や回転速度がそ
の変位量に応じて変化するものに、適宜の補助機構を介
して機械的に連結するか、又はそれらの変位量を電気的
に検出し、その信号に基づいて作動するステップモータ
や電磁ソレノイド等のアクチュエータ(図示略)に連結し
て、セクタギヤ(36)の回転を制御すれば、弁体(20)のリ
フト量をエンジンの負荷や回転速度に応じて自動的かつ
最適に調整することができる。

【００３７】すなわち、例えばエンジンが高速かつ高負
荷の運転領域のときに、アクチュエータ等が駆動ワイヤ
(40)を引っ張ると、セクタギヤ(36)が、図２に示すよう
に定位置(原位置)から平面視反時計方向に回動するた
め、それと噛合するリフト調整筒(34)が平面視時計方向
に回転させられて上方に移動し、筒状ストッパ(34a)と
ストップリング(45)との相対間隔が小さくなる。

【００３８】従って、アクチュエータ(Ａ)に供給された
圧縮空気により弁体(20)が開弁しても、そのリフト量は
小さく抑えられ、排気ガス還流量(ＥＧＲ率)は減少す
る。これにより、出力(トルク)低下やスモークの悪化を
防止する。

【００３９】一方、エンジンが中低速かつ低負荷の運転
領域に達したとき、アクチュエータ等を逆回転させるな
どして、駆動ワイヤ(40)の引張力を緩めれば、セクタギ
ヤ(36)が、ねじりコイルばね(43)の付勢力により時計方
向に回動して、リフト調整筒(34)を、上記と反対側に反
時計方向に回転させて下方に移動させるので、筒状スト
ッパ(34a)とストップリング(45)との相対間隔は大きく
なる。

【００４０】これにより、弁体(20)のリフト量は大とな
り、排気ガス還流量が増加して、ＮＯxの排出量が抑え
られる。このように、セクタギヤ(36)駆動用のアクチュ
エータ等を、エンジンの負荷や回転速度等に応じて、段
階的もしくは無段階に制御し、弁体(20)のリフト量を適
宜に調節すれば、エンジンに送り込まれる排気ガス還流
量を常に最適とすることができ、出力やスモークの悪化
を最小限に抑えて、ＮＯxを効果的に低減することがで
きる。

【００４１】しかも、弁体(20)のリフト量を、アクチュ
エータ(Ａ)を作動させる空気圧と無関係に調節しうるの
で、従来のように、空気圧が変動したりしてもリフト量
に影響を及ぼすことがなく、また圧縮空気の浪費も防止
される。

【００４２】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、種々の態様をとり得る。例えば、円筒部(33)の
雄ねじ(33a)及びリフト調整筒(34)の雌ねじ(34c)を２条
またはそれ以上の多条ねじとしたり、それらのリード角
を大小異ならせた不等ピッチとしてもよく、このように
すると、セクタギヤ(36)の回転に対するリフト調整筒(3
4)の上下移動量及び速度が大きくなって応答性が良好と
なり、エンジンの負荷や回転速度の変動に迅速に対応し
うる。

【００４３】また、上記応答性は、リフト調整筒(34)の
歯車(34b)とセクタギヤ(36)とのギヤ比を大きくする
か、またはだ円歯車機構等により角速度を可変として、
リフト調整筒(34)の回転を増速することによっても高め
ることができる。

【００４４】リフト調整筒(34)における筒状ストッパ(3
4a)とストップリング(45)との互いの当接面を、合成樹
脂等の摩擦係数の小さい材料によりモールドまたはコー
ティングし、それら同士が接触しながら相対回転する際
の摩擦抵抗を低減するようにしてもよい。

【００４５】また、図３に示すように、筒状ストッパ(3
4a)の上端部にスラストベアリング(46)を嵌着してもよ
く、このようにすると、摩擦抵抗は大幅に少なくなる。
この場合、スラストベアリング(46)は、ストップリング
(45)側に設けてもよい。

【００４６】リフト調整筒(34)の上下動を、上記ねじ式
に変えてカム板により行ってもよい。すなわち、図４に
略示するように、リフト調整筒(34)を、円筒部(33)に上
下に摺動自在として嵌合するとともに、支持片(35)上
に、上面がカム面(47a)となった二又状のカム板(47)
を、円筒部(33)を挾むようにして載設し、適宜のアクチ
ュエータに連結した駆動ロッド(48)を進退させてカム板
(47)を水平方向に摺動することにより、カム面(47a)上
に載置したリフト調整筒(34)を上下動させる。

【００４７】これによっても、弁体(20)のリフト量をエ
ンジンの負荷等に応じて適宜に制御することができる。
なお、このようなカム板(47)を用いる際は、ばね定数の
比較的小さな圧縮コイルばね(49)等により、リフト調整
筒(34)を常時下向に押圧し、カム面(47a)に対する追従
性が損なわれないようにするのがよい。

【００４８】前述したセクタギヤ(36)を駆動するに際
し、駆動ワイヤ(40)の代わりにロッド又はリンク等を用
いてもよい。ストップリング(45)を嵌着する代わりに、
これと同様の環状の突起を、軸部(20a)と一体的に形成
してもよく、また、このようなストップリング(45)又は
突起を設けないで、リテーナ(21)をそれらの代用とする
こともある。

【００４９】本発明は、上記ピストン式のアクチュエー
タ(Ａ)を備えるＥＧＲバルブ(１)以外に、ダイヤフラム
式(真空式)のアクチュエータを備えるＥＧＲバルブにも
適用しうるのは勿論のこと、ターボチャージャ用のウエ
ストゲートバルブや排気ブレーキバルブ、その他の流体
制御弁等にも適用しうる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を奏す
る。 (ａ) ストッパの位置をアクチュエータ等により変位さ
せるだけで、弁体の開度(リフト量)を、弁駆動用の作動
流体と無関係に調節しうるので、弁駆動用の流体圧を制
御して弁体の開度を調節する従来のバルブ装置に比し
て、その制御が極めて簡単かつ正確となる。

【００５１】(ｂ) 従って、本発明を例えばＥＧＲバル
ブに適用し、ストッパをエンジンの負荷や回転速度に応
じて移動させ、弁体の開度を細かく制御すれば、排気ガ
ス還流量(ＥＧＲ率)は常に適量となり、ＮＯxの排出量
を効果的に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を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】図１におけるＡ−Ａ線に沿う要部の拡大横断平
面図である。

【図３】筒状ストッパにスラスト軸受を設けた他の実施
例を示す要部の拡大縦断正面図である。

【図４】ストッパの駆動をカム板により行う他の実施例
を示す要部の縦断正面図である。

【図５】従来のＥＧＲバルブを示す中央縦断正面図であ
る。

【符号の説明】

(１)ＥＧＲバルブ (４)ボディ (５)還流ポート (11)シリンダ (15)ピストン (16)パイプ (17a)高圧室 (17b)低圧室 (18)圧縮コイルばね (19)バルブガ
イド (20)弁体 (20a)軸部 (20b)環状溝 (20c)傘部 (21)リテーナ (22)コッタ (23)バルブスプリング (24)バルブシ
ート (30)リブ (31)ばね受 (32)シール部材 (33)円筒部 (33a)雄ねじ (34)リフト調
整筒 (34a)筒状ストッパ (34b)歯車 (34c)雌ねじ (35)支持片 (35a)支持筒 (36)セクタギ
ヤ (36a)基板 (36b)Ｖ字溝 (37)ピン (38)ガタ止め
部材 (39)スナップリング (40)駆動ワイ
ヤ (41)係止駒 (42)係止溝 (43)ねじりコイルばね (44)環状凹溝 (45)ストップリング(受部) (46)スラスト
軸受 (47)カム板 (47a)カム面 (48)駆動ロッド (49)圧縮コイ
ルばね (Ａ)アクチュエータ(弁駆動手段）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体流通用のポートを有するとともに、
   往復移動することによりポートを開閉する弁体を収容し
   てなるボディと、該ボディに付設され、かつ弁体の軸部
   を駆動することにより弁体を開閉させる弁駆動手段とを
   備える流体制御用バルブ装置において、 前記ボディの適所に、前記軸部と実質的に一体をなす受
   部と当接して、弁体の最大リフト量を規制するストッパ
   を、適宜のアクチュエータに連係することにより、弁体
   の軸線方向に移動可能として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】 ストッパが、ボディにおける弁体の軸部
   を案内する円筒部外周面に、軸部を挿通させて回転自在
   に螺合され、かつアクチュエータに連係したセクタギヤ
   と噛合することにより回転させられるようになっている
   請求項１記載の流体制御用バルブ装置。
3. 【請求項３】 ストッパと円筒部との互いの螺合部のね
   じを多条ねじとした請求項２記載の流体制御用バルブ装
   置。
4. 【請求項４】 受部及びストッパの互いに当接する部分
   の少なくともいずれか一方に、低摩擦部材を設けてなる
   請求項１〜３のいずれかに記載の流体制御用バルブ装
   置。
5. 【請求項５】 低摩擦部材がスラスト軸受である請求項
   ４記載の流体制御用バルブ装置。
6. 【請求項６】 ストッパが、ボディにおける弁体の軸部
   を案内する円筒部外周面に、軸部を挿通させて摺動自在
   に嵌合され、かつアクチュエータに連係したカム板と係
   合することにより軸線方向に移動させられるようになっ
   ている請求項１記載の流体制御用バルブ装置。