(57)【要約】      （修正有）【課題】サイズを大型化することなく、バルブの閉弁時におけるシール性が確保されたポペット弁およびＥＧＲバルブを提供する。【解決手段】一端側に、第１のピン１０が挿入される第３の穴部９ｂを有するとともに、他端側に、ボス３における開口３ａの端部に当接可能に形成された当接部を有し、かつ、第３の穴部９ｂと当接部との間となる位置に、第２のピン１１が挿入される長穴を有するストッパ９とを備え、ストッパ９は、シャフト７の軸方向に対する移動に伴い、第１のピン１０を中心に回転し、バルブ５が流体通路２ａを閉弁した場合、当接部が、ボス３における開口３ａの端部に当接する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路を有するハウジングと、
前記ハウジングに固定され、開口を有するボスと、
一端側に、軸方向に対して垂直な方向に設けられた第１の穴部を有するとともに、スプリングホルダが取り付けられており、かつ、他端側に、前記流体通路を開閉するバルブが取り付けられているロッドと、
前記第１の穴部に取り付けられた第１のピンと、
前記ロッドにおける、前記スプリングホルダが取り付けられている側の端部と係合するフック部を有するとともに、前記第１の穴部と平行に設けられた第２の穴部を有するシャフトと、
前記第２の穴部に取り付けられた第２のピンと、
一端側に、前記第１のピンが挿入される第３の穴部を有するとともに、他端側に、前記ボスにおける前記開口の端部に当接可能に形成された当接部を有し、かつ、前記第３の穴部と前記当接部との間となる位置に、前記第２のピンが挿入される長穴を有するストッパとを備え、
前記ストッパは、前記シャフトの軸方向に対する移動に伴い、前記第１のピンを中心に回転し、前記バルブが前記流体通路を閉弁した場合、前記当接部が、前記ボスにおける前記開口の端部に当接することを特徴とするポペット弁。
【請求項２】
前記ストッパは、前記シャフトの軸方向に対する移動に伴い、前記第１のピンを中心に回転し、前記当接部の当接が解除され、前記バルブが前記流体通路を開弁した場合、前記当接部が、前記ボスにおける前記開口の内側に進入することを特徴とする請求項１記載のポペット弁。
【請求項３】
前記バルブが前記流体通路を閉弁している場合において、前記ロッドにおける、前記スプリングホルダが取り付けられている側の端部と、前記フック部との間に、軸方向に対する隙間が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のポペット弁。
【請求項４】
前記ロッドにおける前記第１の穴部の中心の位置は、軸方向断面において、前記ロッドの軸上となる位置であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のポペット弁。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のポペット弁を適用した排気ガス再循環バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両に搭載される排気ガス再循環（EGR；Exhaust Gas Recirculation）バルブ（以下、ＥＧＲバルブという）等に用いられるポペット弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲバルブは、エンジンの排気管から排出される排気ガスの一部を、エンジンの吸気管に再循環するための配管に取り付けられる。ＥＧＲバルブは、バルブを開閉し、エンジンの吸気管内に送る排気ガスの量を調整する。このようなＥＧＲバルブには、バルブの閉弁時に、バルブが排気ガスによる圧力を受けるものがある。その点を踏まえ、特許文献１には、リターンスプリングの付勢力よりも大きい力である、モータの駆動力を利用し、ポペットバルブのバルブ本体をバルブシートに押し当てる排気循環装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２１８６４２号公報（［００６５］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バルブの閉弁時に、バルブが排気ガスによる圧力を受けるＥＧＲバルブでは、バルブの閉弁時におけるシール性を確保するために、スプリングの付勢力を大きくする方法、または、モータの発生トルクを大きくする方法が採用されていた。しかし、それらの方法を採用した場合、ポペット弁およびＥＧＲバルブのサイズが大型化してしまうという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、サイズを大型化することなく、バルブの閉弁時におけるシール性が確保されたポペット弁およびＥＧＲバルブを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るポペット弁は、流体通路を有するハウジングと、ハウジングに固定され、開口を有するボスと、一端側に、軸方向に対して垂直な方向に設けられた第１の穴部を有するとともに、スプリングホルダが取り付けられており、かつ、他端側に、流体通路を開閉するバルブが取り付けられているロッドと、第１の穴部に取り付けられた第１のピンと、ロッドにおける、スプリングホルダが取り付けられている側の端部と係合するフック部を有するとともに、第１の穴部と平行に設けられた第２の穴部を有するシャフトと、第２の穴部に取り付けられた第２のピンと、一端側に、第１のピンが挿入される第３の穴部を有するとともに、他端側に、ボスのおける開口の端部に当接可能に形成された当接部を有し、かつ、第３の穴部と当接部との間となる位置に、第２のピンが挿入される長穴を有するストッパとを備え、ストッパは、シャフトの軸方向に対する移動に伴い、第１のピンを中心に回転し、バルブが流体通路を閉弁した場合、当接部が、ボスにおける開口の端部に当接する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、サイズを大型化することなく、バルブの閉弁時におけるシール性が確保されたポペット弁およびＥＧＲバルブを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係るポペット弁の断面図である。
【図２】ロッドとシャフトの連結部について説明するための断面図である。
【図３】ストッパについて説明するための図である。
【図４】図４Ａは、閉弁状態を示す断面図である。図４Ｂは、ストッパの作動が解除され、かつ、シャフトの先端部とロッドの頭部とが接触した状態を示す断面図である。図４Ｃは、開弁状態を示す断面図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、ストッパの形状を説明するための断面図である。
【０００９】
実施の形態１．
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。
【００１０】
図１は、実施の形態１に係るポペット弁１の断面図である。
ポペット弁１は、ハウジング２、ボス３、ロッド４、バルブ５、スプリングホルダ６、シャフト７、スプリング８、ストッパ９、第１のピン１０、および第２のピン１１等を備えて構成される。ポペット弁１のシャフト７側にＤＣモータ（不図示）が取り付けられたものが、ＥＧＲバルブ１００（不図示）である。
【００１１】
以下、ロッド４およびシャフト７の軸をＸとする。軸方向という場合、軸Ｘの方向を指す。
【００１２】
ポペット弁１は、エンジン（不図示）の排気管から排出される流体（排気ガス）の一部を、エンジンの吸気管に再循環させるための配管に取り付けられる。ハウジング２の流体通路２ａは、当該配管と連通している。
【００１３】
ハウジング２は、流体通路２ａを有する。ハウジング２の材質は、例えば、鉄、アルミニウム、またはステンレス鋼である。流体通路２ａ内には、バルブ５が配置される。バルブ５は、流体通路２ａを開閉する円形の弁体である。以下、流体通路２ａのうち、排気ガス流入側を流入側流体通路２ａ１とし、排気ガス流出側を流出側流体通路２ａ２とする。
【００１４】
バルブ５は、流入側流体通路２ａ１の端部に着座する。バルブ５の材質は、例えば、ステンレス鋼である。バルブ５が流入側流体通路２ａ１の端部に着座し、閉弁している状態（以下、閉弁状態という）では、ポペット弁１から排気ガスが流出しない。図１は、閉弁状態を示している。
一方、バルブ５が流入側流体通路２ａ１の端部に着座せず、開弁している状態（以下、開弁状態という）では、ポペット弁１から排気ガスが流出する。
【００１５】
ハウジング２は、スプリング収容室２ｂを有する。ハウジング２は、軸方向に設けられた貫通穴２ｃを有する。貫通穴２ｃは、流体通路２ａとスプリング収容室２ｂとを連通する。貫通穴２ｃは、円柱状のロッド４を軸方向に対して移動可能に支持する。
ロッド４の材質は、例えば、ステンレス鋼である。ロッド４の一端は、流体通路２ａ内のバルブ５と締結される。当該締結は、例えば、溶接またはカシメである。ロッド４の他端は、スプリング収容室２ｂ内に配置される。ロッド４の当該他端側には、スプリングホルダ６が締結される。当該締結は、例えば、カシメである。
【００１６】
図２は、ロッド４とシャフト７の連結部について説明するための断面図である。
スプリング収容室２ｂ内に配置されるロッド４の端部には、頭部４ａおよび窪み部４ｂが形成される。窪み部４ｂの径は、頭部４ａの径より小さい。
【００１７】
図１に示すように、ボス３は、スプリング収容室２ｂの開口部を覆う板状の部材である。ボス３は、ＤＣモータとハウジング２の間に挟まれる形で、ハウジング２に固定される。ＤＣモータは、ネジ締め等でハウジング２に締結される。ボス３の材質は、例えば、樹脂、またはアルミニウムである。
【００１８】
閉弁状態において、ボス３には、後述するストッパ９が当接する。ボス３には、開弁状態において、ストッパ９がボス３に当接するのを逃がすための開口３ａが形成されている。ボス３には、後述するシャフト７を軸方向に対して移動可能に支持する貫通穴３ｂが形成されている。
【００１９】
図１に示すように、スプリング８は、スプリング収容室２ｂに収容される。スプリング８の材質は、例えば、ステンレス鋼である。スプリングホルダ６は、円形の形状を有する。スプリングホルダ６の材質は、例えば、板金である。
スプリング８の一端は、ボス３に当接する。スプリング８の他端は、スプリングホルダ６に当接する。スプリングホルダ６は、スプリング８によって付勢される。スプリング８の付勢力は、スプリングホルダ６を介してロッド４に伝わる。スプリング８の付勢力により、バルブ５が閉弁する方向にロッド４が移動する。
【００２０】
図２に示すように、ロッド４の窪み部４ｂには、第１の穴部４ｃが形成される。第１の穴部４ｃは、窪み部４ｂに形成される貫通または非貫通の丸穴である。第１の穴部４ｃの中心軸は、ロッド４の軸方向と垂直である。軸方向断面において、第１の穴部４ｃの中心の位置は、ロッド４の軸Ｘ上の位置となる。
図１に示すように、第１の穴部４ｃには、第１のピン１０が圧入される。第１のピン１０は、円柱状の部品である。第１のピン１０の材質は、例えば、ステンレス鋼である。第１の穴部４ｃに圧入された第１のピン１０は、ストッパ９の第３の穴部９ｂに挿入される。
【００２１】
図２に示すように、シャフト７は、円柱部７ａ、平板部７ｂ、フック部７ｃ、および第２の穴部７ｄを有する。シャフト７の材質は、例えば、ステンレス鋼、または樹脂である。
円柱部７ａは、不図示のＤＣモータと連結される部位である。
平板部７ｂは、その一部が、スプリング収容室２ｂ内に挿入される部位である。平板部７ｂは、方形状である。平板部７ｂは、板の厚さ方向がシャフト７の軸方向と垂直になるように形成されている。
【００２２】
フック部７ｃは、平板部７ｂのロッド４側の端部に形成される。フック部７ｃは、一対の鉤状の形状を有する。フック部７ｃは、側部７ｅと先端部７ｆとを有する。側部７ｅは、軸方向と平行に設けられた部位である。先端部７ｆは、軸方向に対して垂直に設けられた部位であり、２箇所の先端部７ｆは互いに対向する。２箇所の先端部７ｆの間には、隙間が形成される。
【００２３】
以下、図２に示すＹを左右方向という。第２の穴部７ｄは、平板部７ｂに形成された丸穴である。第２の穴部７ｄは、平板部７ｂを貫通する。第２の穴部７ｄは、平板部７ｂの厚さ方向に形成される。第２の穴部７ｄは、第１の穴部４ｃと平行に設けられる。本実施の形態１では、第２の穴部７ｄの中心の位置を、シャフト７の軸Ｘ上となる位置に対して右側に偏心した位置とする。図１に示すように、第２の穴部７ｄには、第２のピン１１が圧入される。第２のピン１１は、円柱状の部品である。第２のピン１１の材質は、例えば、ステンレス鋼である。第２の穴部７ｄに圧入された第２のピン１１は、後述するストッパ９の長穴９ａに挿入される。
【００２４】
図２に示すように、フック部７ｃによって囲まれる空間の内側には、ロッド４の頭部４ａが配置される。また、フック部７ｃの先端部７ｆが形成する隙間内には、ロッド４の窪み部４ｂが配置される。
【００２５】
図３は、ストッパ９について説明するための図である。
ストッパ９は、板状の部品である。ストッパ９の材質は、例えば、板金または樹脂である。ストッパ９は、長穴９ａ、第３の穴部９ｂ、および当接部９ｃを備える。
【００２６】
ストッパ９の一端側には、第３の穴部９ｂが形成されている。第３の穴部９ｂは、ストッパ９の厚さ方向に形成される貫通穴である。第３の穴部９ｂは、丸穴である。
図１に示すように、第３の穴部９ｂには、第１のピン１０が挿入される。第３の穴部９ｂに挿入された第１のピン１０の先端部分に、径が拡がる方向に変形するような処理を加え、抜け止めを形成してもよい。
ストッパ９は、第１のピン１０を回転中心として回転可能な状態で、第１のピン１０を介してロッド４に取り付けられる。
【００２７】
図３に示すように、ストッパ９における、第３の穴部９ｂが形成されている側とは反対側の端部には、当接部９ｃが形成されている。当接部９ｃは、ボス３における開口３ａの端部に当接可能に形成されている。当接部９ｃは、軸方向当接面９ｃ１と回転方向当接面９ｃ２とを有する。図１に示すように、バルブ５の閉弁時に、軸方向当接面９ｃ１および回転方向当接面９ｃ２は、ボス３の開口３ａの端部に当接する。
【００２８】
長穴９ａは、ストッパ９における第３の穴部９ｂと当接部９ｃとの間となる位置に形成される。図３に示すように、長穴９ａは、長手方向Ｆが、軸Ｘに対して斜めになるように設けられる。本実施の形態１では、長穴９ａを、左側から右側に向かうほど第３の穴部９ｂに接近するように形成する。
【００２９】
図１に示すように、長穴９ａには、第２のピン１１が挿入される。シャフト７の移動に伴い、第２のピン１１は長穴９ａ内を移動する。第１のピン１０と第２のピン１１との間の距離の変化に伴い、ストッパ９が第１のピン１０を回転中心として回転する。
【００３０】
図２に示すように、閉弁状態において、フック部７ｃの先端部７ｆとロッド４の頭部４ａとの間には、軸方向に対する隙間αが設けられる。
【００３１】
図４を用いて、バルブ５の開閉について説明する。図４は、閉弁状態から開弁状態への遷移を説明するための断面図である。
【００３２】
図４Ａは、閉弁状態を示している。閉弁状態では、第２のピン１１が第１のピン１０に最も接近する。ストッパ９の当接部９ｃは、ボス３の開口３ａの端部に当接する。すなわち、ストッパ９が作動した状態となる。このとき、バルブ５は、排気ガスによる圧力を受けても開弁方向に移動することがない。これにより、閉弁状態におけるシール性が確保される。
【００３３】
図４Ａの状態からバルブ５を開弁する際、ＤＣモータが駆動し、軸方向において、シャフト７の平板部７ｂが、スプリング収容室２ｂの内部から外部に出る方向に移動する。このとき、シャフト７の先端部７ｆと、ロッド４の頭部４ａとの間には隙間αが設けられているため、シャフト７のみが移動する。シャフト７の移動に伴い、第２のピン１１が第１のピン１０から遠ざかる方向に移動する。第２のピン１１が長穴９ａ内を移動することで、ストッパ９は、第１のピン１０を回転中心として時計回りに回転する。これにより、ストッパ９の作動が解除される。
【００３４】
図４Ｂは、ストッパ９の作動が解除され、かつ、シャフト７の先端部７ｆとロッド４の頭部４ａとが接触した状態を示している。ストッパ９の作動が解除された状態とは、当接部９ｃが、ボス３の開口３ａの端部に当接していない状態をいう。
隙間αがゼロになり、シャフト７の先端部７ｆとロッド４の頭部４ａとが接触すると、シャフト７とロッド４とが係合した状態となる。これにより、シャフト７の移動に伴い、ロッド４も移動することになる。
シャフト７の先端部７ｆとロッド４の頭部４ａとの間に隙間αを設けているため、先端部７ｆと頭部４ａとが接触する前に、ストッパ９の作動を解除することができる。
【００３５】
図４Ｃは、開弁状態を示している。図４Ｂの状態から、シャフト７がさらに移動すると、それに伴いロッド４が移動し、バルブ５が開弁する。このとき、ストッパ９の当接部９ｃは、ボス３の開口３ａの内側に進入する。
【００３６】
バルブ５が開弁した状態からバルブ５を閉弁する際、ＤＣモータが駆動し、軸方向において、シャフト７の平板部７ｂが、スプリング収容室２ｂの外部から内部に入る方向に移動する。シャフト７の先端部７ｆと、ロッド４の頭部４ａとは接触した状態で、シャフト７およびロッド４が移動する。バルブ５が着座すると、シャフト７のみが移動し、第２のピン１１が第１のピン１０に接近する。第２のピン１１が長穴９ａ内を移動することで、ストッパ９は、第１のピン１０を回転中心として反時計回りに回転する。これにより、ストッパ９の当接部９ｃが、ボス３の開口３ａの端部に当接し、ストッパ９が作動した状態となる。
【００３７】
図５Ａおよび図５Ｂは、ストッパ９の形状を説明するための断面図である。
図５Ａに示すように、ストッパ９が作動した状態において、第１のピン１０の中心から、ボス３の開口３ａの端部までの軸方向距離をＬとする。
図５Ｂに示すように、ストッパ９における第３の穴部９ｂの中心から、軸方向当接面９ｃ１までの距離をＲとする。軸方向当接面９ｃ１は、半径をＲとする曲面である。ストッパ９は、ストッパ９の作動を可能とするために、Ｒ≦Ｌとなるように形成される。軸方向当接面９ｃ１は、半径Ｒの回転軌道上にあることが望ましい。
【００３８】
Ｒ＝Ｌである場合には、閉弁状態において十分なシール性を確保することができる。よって、ポペット弁１を組み付ける際には、ＲとＬが等しい値となるように、ボス３の位置の調整等を行う。Ｒ＜Ｌの状態では、ＲとＬの差分だけバルブ５が開弁する可能性があるが、ストッパ９を有していない従来のポペット弁に比べると、流出する排気ガスの量を大幅に抑制することができる。
【００３９】
ストッパ９の軸方向当接面９ｃ１において、左右方向の中央となる点をＰとする。ストッパ９は、軸方向断面において、点Ｐが軸Ｘ上となるように形成される。このように構成することで、ストッパ９の作動時に、バルブ５が排気ガスによる圧力を受けても、ストッパ９が回転してしまうのを防ぐことができる。
【００４０】
図５Ａに示すように、ストッパ９における第３の穴部９ｂの中心と、軸方向当接面９ｃ１の両端点とを結ぶ直線をそれぞれ直線Ｓ、直線Ｔとし、直線Ｓと直線Ｔとがなす角をβとする。
ストッパ９が角度βだけ回転したときに隙間αがゼロとなって、シャフト７の先端部７ｆとロッド４の頭部４ａとが接触する。よって、ストッパ９の回転量が角度β以上となるように構成することで、先端部７ｆと頭部４ａとが接触する前に、ストッパ９の作動を確実に解除することができる。
【００４１】
以上のように実施の形態１に係るポペット弁１は、流体通路２ａを有するハウジング２と、ハウジング２に固定され、開口３ａを有するボス３と、一端側に、軸方向に対して垂直な方向に設けられた第１の穴部４ｃを有するとともに、スプリングホルダ６が取り付けられており、かつ、他端側に、流体通路２ａを開閉するバルブ５が取り付けられているロッド４と、第１の穴部４ｃに取り付けられた第１のピン１０と、ロッド４における、スプリングホルダ６が取り付けられている側の端部と係合するフック部７ｃを有するとともに、第１の穴部４ｃと平行に設けられた第２の穴部７ｄを有するシャフト７と、第２の穴部７ｄに取り付けられた第２のピン１１と、一端側に、第１のピン１０が挿入される第３の穴部９ｂを有するとともに、他端側に、ボス３における開口３ａの端部に当接可能に形成された当接部９ｃを有し、かつ、第３の穴部９ｂと当接部９ｃとの間となる位置に、第２のピン１１が挿入される長穴９ａを有するストッパ９とを備え、ストッパ９は、シャフト７の軸方向に対する移動に伴い、第１のピン１０を中心に回転し、バルブ５が流体通路２ａを閉弁した場合、当接部９ｃが、ボス３における開口３ａの端部に当接する。これにより、サイズを大型化することなく、バルブ５の閉弁時におけるシール性が確保されたポペット弁１を得ることができる。
【００４２】
また、バルブ５が流体通路２ａを閉弁している状態において、ロッド４における、スプリングホルダ６が取り付けられている側の端部と、フック部７ｃとの間に、軸方向に対する隙間が設けられている。これにより、バルブ５が開弁する際に、当該端部とフック部７ｃとが接触する前に、ストッパ９の作動を解除することができる。
【００４３】
また、軸方向断面において、ロッド４の第１の穴部４ｃの中心の位置を、ロッド４の軸Ｘ上の位置とした。これにより、ストッパ９が作動し、バルブ５が排気ガスによる圧力を受けた際に、ロッド４に働く力は軸方向となる。このため、ロッド４における軸Ｘ上の位置ではない位置に、第１の穴部４ｃを設けた場合に比べ、ロッド４の耐久性を向上させることができる。また、スプリング８の径を小さくすることができる。
【００４４】
引き上げ式のポペット弁は、流量効率が高いため、流体の通路を大きくすることなく、流量を増加させることができるという利点がある一方、閉弁状態においてバルブが受ける流体圧力が大きいため、従来、閉弁状態におけるシール性を確保するために、スプリングの付勢力を大きくする方法、または、モータの発生トルクを大きく方法等が採用されていた。しかし、開弁状態においてはバルブが受ける流体圧力は低下するため、補助力を必要とするのは閉弁状態のみであった。
【００４５】
実施の形態１に係るポペット弁１は、閉弁状態においてのみ必要な当該補助力を得るために、ストッパ９を設けたものである。ストッパ９によれば、閉弁状態におけるシール性を確保するために、従来のように、大きな力を発生する構成を設ける必要がない。また、ストッパ９によれば、従来のポペット弁に対して、開弁および閉弁の動作方向を変えることなく、補助力を得ることができる。
【００４６】
なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ポペット弁、２  ハウジング、２ａ  流体通路、２ａ１  流入側流体通路、２ａ２  流出側流体通路、２ｂ  スプリング収容室、２ｃ  貫通穴、３  ボス、３ａ  開口、４  ロッド、４ａ  頭部、４ｂ  窪み部、４ｃ  第１の穴部、５  バルブ、６  スプリングホルダ、７  シャフト、７ａ  円柱部、７ｂ  平板部、７ｃ  フック部、７ｄ  第２の穴部、７ｅ  側部、７ｆ  先端部、８  スプリング、９  ストッパ、９ａ  長穴、９ｂ  第３の穴部、９ｃ  当接部、９ｃ１  軸方向当接面、９ｃ２  回転方向当接面、１０  第１のピン、１１  第２のピン、１００  ＥＧＲバルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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