(57)【要約】【課題】流量制御弁の必要な最大流量を確保しつつ、低流量域での制御性を改善する。【解決手段】略円錐状の弁本体１１の底面側の弁体軸１２よりに、弁座５１に着座して流体を遮断するシール部１１ａを設け、このシール部１１ａの外周側の面に、弁座５１の直下流の通路壁５２との間に形成される流路内で、流体の流れ方向と交差する方向に突出する複数の環状の突起１３を所定間隔で同心円状に設ける。これにより、弁リフト量が比較的小さい領域では、複数の環状の突起１３と通路壁５２との間で流れが蛇行して乱れが増加して圧力損失が大きくなり、弁リフト量と流量との関係をより線形的な方向に変化させて流量調整の制御性を向上することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入する流体の流量を弁体の弁座からのリフト量に応じた流量に制御して流出させる流量制御弁であって、
前記弁体が前記弁座に着座する部位の直上流側又は直下流側の流路に、前記流体の流れ方向と交差する方向に突出する複数の突起を設けたことを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
前記複数の突起を、前記弁体の前記弁座側の面から突出する複数の環状の突起とすることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
【請求項３】
前記複数の突起を、前記弁体の前記弁座側の面から突出する複数の環状の突起と、前弁座側の通路壁から突出する複数の環状の突起とすることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
【請求項４】
前記弁体側の複数の環状の突起と前記弁座側の通路壁の複数の環状の突起とを、径方向で互い違いとなるように配置したことを特徴とする請求項３記載の流量制御弁。
【請求項５】
前記弁体側の複数の環状の突起と前記弁座側の通路壁の複数の環状の突起とを、前記弁体の軸中心に向かって高さが徐々に変化するように形成したことを特徴とする請求項４記載の流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量を制御する流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流体の流量を制御する流量制御弁は各種機器に用いられており、例えば、自動車等の車両においては、エンジンの排気系から吸気系に環流する排気ガスの流量を制御する排気環流制御弁（ＥＧＲ制御弁）等として用いられている。このような流量制御弁では、制御弁内の流路が曲折する構造となる場合があり、流れ抵抗が大きくなって流体の圧力損失が大きくなる場合がある。
【０００３】
これに対処するため、特許文献１には、ＥＧＲガス排出口から弁体の出口側面に開口するガイド部材を挿設することにより、流路が曲折していても、ＥＧＲガスが出口側空間の隅に滞留することなくスムースに流れ、圧力損を低減することのできるＥＧＲバルブが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５５７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されるＥＧＲバルブのように、流量制御弁のなかには、流入する流体の流量を弁体の弁座からのリフト量に応じた流量に制御して流出させる形式のものがある。このような形式の流量制御弁は、弁リフト量に対する流量の関係が非線形となり、弁リフト量が小さい領域での流量の微調整が困難となって弁の開きはじめの流量が過剰となる場合がある。このため、全開時の弁リフト量を抑えて低流量域での制御性を向上させようとすると、逆に、弁リフト量の大きい領域では圧力損失のため流量が不足するといった事態が発生する。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、必要な最大流量を確保しつつ、低流量域での制御性を改善することのできる流量制御弁を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による流量制御弁は、流入する流体の流量を弁体の弁座からのリフト量に応じた流量に制御して流出させる流量制御弁であって、前記弁体が前記弁座に着座する部位の直上流側又は直下流側の流路に、前記流体の流れ方向と交差する方向に突出する複数の突起を設けたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、必要な最大流量を確保しつつ、低流量域での制御性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】流量制御弁の全体構成図
【図２】弁座周辺の拡大図
【図３】弁座周辺の流れの状態を模式的に示す説明図
【図４】弁構造の変形例１を示す拡大図
【図５】弁構造の変形例２を示す拡大図
【図６】弁構造の変形例３を示す拡大図
【図７】流量制御弁の流量特性を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
図１において、符号１は流量制御弁であり、例えば、自動車等の車両においてエンジンの排気系から吸気系に環流する排気ガスの流量を制御する排気環流制御弁（ＥＧＲ制御弁）等として用いられる。この流量制御弁１は、流路面積を可変するための弁体１０と、この弁体１０を開閉動作させる駆動部２０とを備えて構成されている。図１においては、被制御流体が流れる通路の一部を弁体１０のケース部５０として、このケース部５０に弁体１０が当接・離間する弁座５１を形成しており、流入する流体の流量を弁体１０の弁座５１からのリフト量に応じた流量に制御して流出させる。
【００１１】
弁体１０は、弁座５１に当接・離間する弁本体１１と、弁本体１１から延出されて駆動部２０によって進退駆動される弁体軸１２とを備えて構成されている。駆動部２０は、例えば、ステップモータ２１と、このステップモータ２１の回転運動を弁体軸１２の軸方向への進退運動に変換する変換機構部２２とを備えて構成されている。
【００１２】
変換機構部２２は、例えばボールねじやスプリング等によって構成され、ステップモータ２１の駆動ステップ数に応じて移動量で弁体軸１２を進退移動させる。その結果、弁本体１１がスプリングの付勢力に抗して弁座５１から離間する方向に移動して（リフトして）開弁し、また、弁本体１１がスプリングの付勢力によって弁座５１に押圧される方向に移動して閉弁する。
【００１３】
このとき、弁本体１１のリフト量によって弁開度が変化し、流量制御弁１を通過する流体の流量も変化するが、従来の流量制御弁では、弁リフトに対する流量の関係が非線形となり、弁リフト量が小さい領域での流量の微調整が困難となって弁の開きはじめの流量が過剰となる場合がある。このため、全開時の弁リフト量を抑えて低流量域での制御性を向上させようとすると、逆に、弁リフト量の大きい領域では、圧力損失のため流量が不足するといった事態が発生する。
【００１４】
これに対して、本実施の形態の流量制御弁１は、弁リフト量が小さい領域での圧力損失を増加させる弁構造として、弁リフト量に対して流量が緩やかに変化するように改善し、制御性を向上するようにしている。これにより、弁リフト量が大きい全開付近での必要最大流量を確保しつつ、弁リフト量が小さい領域での流量の微調整を可能とすることができ、流量調整範囲の広い流量制御弁を実現することができる。
【００１５】
詳細には、弁本体１１は、本実施の形態においては、図２（ａ），（ｂ）に示すように、弁体軸１２を回転中心とする略円錐状に形成され、底面側の弁体軸１２よりに、弁座５１に着座して流体を遮断するシール部１１ａが設けられている。さらに、弁本体１１のシール部１１ａの外周側の面には、弁座５１の直下流の通路壁５２との間に形成される流路内で、流体の流れ方向と交差する方向に突出する複数の環状の突起１３が所定間隔で同心円状に設けられている。
【００１６】
本実施の形態においては、複数の環状の突起１３は、弁本体１１の円錐状の底面となる面から弁体軸１２の軸方向に略矩形状の断面形状で突出されている。各突起１３は、底面からの高さが全て同じ高さで、閉弁時に弁座５１側の通路壁５２との間に一定の隙間が生じる高さに設定されており、弁本体１１と一体或いは別体で形成されている。
【００１７】
尚、図２においては、弁本体１１のシール部１１ａを弁本体１１の内周側に配置し、このシール部１１ａの外側に複数の環状の突起１３を配置する弁構造の例を示しているが、シール部１１ａを弁本体１１の外周側に配置し、このシール部１１ａの内側に複数の環状の突起１３を配置するようにしても良い。また、弁座５１とシール部１１ａとによる弁構造は、フラット弁構造としているが、テーパ状の弁構造であっても良い。
【００１８】
本実施の形態においては、流量制御弁１内を流れる流体は、図２（ｂ）に示すように、弁本体１１のシール部１１ａと弁座５１とが離間したとき、弁本体１１の外周側から弁座５１を通過する方向に流れる。このとき、弁リフト量が比較的小さい領域では、図３（ａ）に示すように、複数の環状の突起１３と通路壁５２との間で流れが蛇行して乱れが増加する。
【００１９】
その結果、乱流粘性によって圧力損失が大きくなり、図３（ｂ）に示すように、通路壁５２と対向する弁体側の面が突起１３の無い壁面１００で形成される通常の流量制御弁の弁構造と比較して、図３（ａ）に示すように境界層Ｋの厚さが増大する。この圧力損失増大の効果は、境界層Ｋの厚さの増大によって弁本体１１が所定の位置にリフトするまで持続し、弁リフト量と流量との関係をより線形的な方向に変化させて流量調整の制御性を向上することができる。
【００２０】
ここで、環状の突起１３は、以上の形状・配置に限定されることなく、例えば、図４〜図６に示すような形状・配置としても良い。次に、図２に示す弁構造を基本構造として、この基本構造に対する変形例について説明する。
【００２１】
図４に示す変形例１は、弁本体１１側の複数の環状の突起１３に加えて、弁座５１側の通路壁５２にも、複数の環状の突起１４を設けたものである。通路壁５２の突起１４は、弁本体１１の突起１３と同様であり、同じ高さの複数の突起１４が所定間隔で配置されている。突起１３と突起１４とは、互いに対向する同じ位置に配置しても良いが、突起１３と突起１４とが径方向で互い違いとなるように交互に配置することで、流体の流れをより蛇行させて乱れをより増加させることができる。この変形例１の弁構造においても、弁本体１１側の複数の環状の突起１３と通路壁５２側の複数の環状の突起１４との間で流れが蛇行して乱れが増加し、弁リフト量が小さい領域での圧力損失を増大させることができる。
【００２２】
また、図５，図６に示す変形例２，３は、変形例１の複数の突起１３，１４の高さを、径方向で徐々に変化させるものである。図５の変形例２は、弁本体１１の突起１３Ａと通路壁５２の突起１４Ａとを中心に向かって徐々に低くなるように形成し、逆に、図６の変形例３は、弁本体１１の突起１３Ｂと通路壁５２の突起１４Ｂとを中心に向かって徐々に高くなるように形成する。変形例２，３では、突起１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂの高さを徐々に変えることで、弁開度がある程度大きくなっても圧力損失を増加させることができ、結果、流量制御性の向上効果が得られるレンジを広くすることができる。
【００２３】
図７は、流量制御弁の各種弁構造における流量特性を、弁リフト量Ｌに対する通過流量Ｑの関係で示すものであり、圧力一定、突起の高さに比例して圧力損失が増加するものとして、実験的に得られる各種定数や係数を用いて流量Ｑを計算した結果を示している。尚、全閉から全開の弁リフト量は一定の同じ値としている。
【００２４】
図７においては、通常の弁構造（図３（ｂ）参照）の流量特性ラインＱＬ0は、所定の弁リフト量Ｌｃを境として、Ｌ＜Ｌｃの領域ではＬ＞Ｌｃの領域よりも流量Ｑが変化する勾配が大きい非線形の特性を示している。これに対して、基本の弁構造（図２参照）の流量特性ラインＱＬ1、変形例１の弁構造（図４参照）の流量特性ラインＱＬ2、変形例２の弁構造（図５参照）の流量特性ラインＱＬ3、変形例３の弁構造（図６参照）の流量特性ラインＱＬ4は、順に、弁リフト量Ｌｃに相当する位置が全開側に移動して流量Ｑの変化の勾配が緩やかになっていき、流量特性がより線形に近づいていくことがわかる。
【００２５】
この場合、弁本体１１のみに複数の突起１３を有する基本構造よりも、弁本体１１側の複数の突起１３に加えて通路壁５２にも複数の突起１４を有する変形例１，突起１３Ａ，１４Ｂが中心に向かって徐々に低くなる変形例２、突起１３Ｂ，１４Ｂが中心に向かって徐々に高くなる変形例３の順で流量特性がより線形に近づいている。これは、中心部では流速が上がるため、中心部に向かって突起の高さをより高くすることで、圧力損失をより大きくすることができるからと考えられる。
【００２６】
このように本実施の形態においては、流量制御弁１の弁本体１１が弁座５１に着座する部位の直上流側又は直下流側の流路に、流体の流れ方向と交差する方向に突出する複数の突起１３（１３Ａ．１３Ｂ），１４（１４Ａ，１４Ｂ）を設けることで、流れに乱れを生じさせて弁リフト量が小さい領域での圧力損失を増大させるようにしている。これにより、弁リフト量に対して流量が緩やかに変化するように改善し、流量調整の制御性を向上することができ、流量制御弁１を、例えば自動車等の車両のＥＧＲ制御弁として適用した場合には、燃焼耐力が低い低負荷時にもＥＧＲを実施することができ、燃費向上を図ることができる。また、低負荷時のＥＧＲ制御性が改善することで、大流量のＥＧＲ制御弁を使用可能となり、高負荷時のＥＧＲガス不足を解消して燃費を改善することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  流量制御弁
１０  弁体
１１  弁本体
１１ａ  シール部
１２  弁体軸
１３，１３Ａ，１３Ｂ  突起
１４，１４Ａ，１４Ｂ  突起
２０  駆動部
２１  ステップモータ
２２  変換機構部
５０  ケース部
５１  弁座
５２  通路壁
Ｌ  弁リフト量
Ｑ  流量
【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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【図６】
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【図７】
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