(57)【要約】【課題】弁体の表面の付着物に対する剥離効果を向上させたバルブを得る。【解決手段】湾曲した円板から成る弁体８は、開弁状態と閉弁状態とで湾曲方向が反転する。よって、開弁状態から閉弁状態へと移る際、及び、開弁状態から閉弁状態へと移る際に、弁体８の表面の付着物は、反転中に発生する弁体８の表面の曲率変化と、反転時に瞬間的に発生する衝撃との相互効果により、効果的に剥離される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる通路を内部に有するハウジングと、
駆動部の駆動力を受けて軸方向に動作する弁軸と、
前記弁軸に設けられ、前記通路を開閉する弁体とを備え、
前記弁体は、可撓性を持つ円板から成り、前記円板は、円板面が前記弁軸の軸方向に沿って湾曲し、この湾曲方向が開弁状態と閉弁状態とで逆向きであることを特徴とするバルブ。
【請求項２】
前記弁体は、開弁状態では前記流体の上流側に向けて凸、閉弁状態では前記流体の下流側に向けて凸に湾曲することを特徴とする請求項１記載のバルブ。
【請求項３】
排気ガス再循環通路に用いられることを特徴とする請求項１または請求項２記載のバルブ。
【請求項４】
前記弁軸を閉弁方向に付勢する付勢部材を備え、
前記弁体は、前記付勢部材の付勢力及び前記流体の上流側と下流側との圧力差によって、前記湾曲方向が変化することを特徴とする請求項３記載のバルブ。
【請求項５】
閉弁状態での前記弁体の湾曲度合いは、前記付勢部材の付勢力によって調整可能であることを特徴とする請求項４記載のバルブ。
【請求項６】
前記弁体は、耐熱、耐食及び耐摩耗素材で構成されることを特徴とする請求項３から請求項５のうちのいずれか１項記載のバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体通路を開閉するバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば内燃機関の排気ガスが流れる排気通路に設けられるバルブでは、弁座に対して弁体を相対的に移動させて、当該バルブを通過する排気ガスの流量を制御している。排気ガス中には燃焼時に発生したカーボン等が含まれており、排気ガスがバルブを通過する際、バルブの弁体の表面に付着する。このような付着物が弁体の表面にたまって堆積すると、開弁時に弁座と弁体とで形成される通路の開口面積がその分だけ減少する。これにより、弁体の位置と、弁座と弁体とで形成される通路の開口面積との相関関係が変動し、流量特性等のバルブの性能に影響を及ぼす。
こうしたことから、付着物となるような成分が含まれる流体が流れる通路を開閉するバルブでは、弁体の表面に付いた付着物を剥離するための様々な対策が施されてきた。
【０００３】
例えば、従来は、弁体を弁座へ意図的に衝突させて、その衝撃力によって付着物の剥離を図っていた。
また例えば、弁体の表面に皮膜を形成するなどの表面処理を施し、表面を滑らかにすることで、付着物が付きにくくなるようにしていた。
また特許文献１には、バルブシートの上流側の一側に、温度変化により平板状から山形状に変形するバイメタルスプリングを介在させた排気ガス還流装置が記載されている。特許文献１によれば、バイメタルスプリングに付着したカーボンは、バイメタルスプリングの熱変形に応じた力を繰り返し受けることにより、堆積増大することなく剥離除去される。このようなバイメタルスプリングにより、バルブシート及び弁体先端部へのカーボンの堆積を阻止していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公昭６１−８２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
弁体を弁座へ意図的に衝突させて付着物を剥離させる場合、弁体のうちの弁座と衝突する部位では、当該部位の付着物が衝突によって更に強く弁体に付着してしまうことがあった。
また、弁体に表面処理を施して付着物を付きにくくしても、時が経つにつれて表面の皮膜が剥がれるなどしてしまい、表面処理の効果が低下しやすかった。
また、特許文献１に記載されたバイメタルスプリングの熱変形は、温度変化によって徐々に変形するものであり、付着物を十分に剥離できる程度の急激な変形は得られなかった。
このように、従来の手法では、十分な剥離効果が得られないという課題があった。
【０００６】
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、弁体の表面の付着物に対する剥離効果を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るバルブは、流体が流れる通路を内部に有するハウジングと、駆動部の駆動力を受けて軸方向に動作する弁軸と、弁軸に設けられ、通路を開閉する弁体とを備え、弁体は、可撓性を持つ円板から成り、円板は、円板面が弁軸の軸方向に沿って湾曲し、この湾曲方向が開弁状態と閉弁状態とで逆向きであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、バルブは、開弁状態と閉弁状態とで湾曲方向が逆向きになる弁体を備えることから、開閉動作の度に、弁体の湾曲方向が変化中に発生する曲率変化と、湾曲方向の変化時に瞬間的に発生する衝撃とにより、弁体の表面の付着物を剥離することができる。このようにして、弁体の表面の付着物に対する剥離効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るバルブの一部断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るバルブが閉弁状態から開弁状態に移る際の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るバルブが開弁状態の際の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るバルブが開弁状態から閉弁状態に移る際の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係るバルブとして、排気ガス再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）バルブ１の一部断面図を示す。ＥＧＲバルブ１は、内燃機関の吸気通路と排気通路とをつなぐ排気ガス再循環通路に設けられて、内燃機関の排気ガスを吸気系へ再循環させるためのものである。
ＥＧＲバルブ１は、中央部に貫通孔２ａが形成されたハウジング２を有し、貫通孔２ａには、弁軸摺動支持部材３が設けられている。弁軸摺動支持部材３は、貫通孔２ａを貫通した弁軸４を軸方向に摺動可能に支持する。
ハウジング２の内部には弁座５が設けられ、弁座５を境にして上下に排気ガス出口側流体通路６と排気ガス入口側流体通路７がそれぞれ形成されている。排気ガス出口側流体通路６は内燃機関の吸気通路、排気ガス入口側流体通路７は内燃機関の排気通路にそれぞれ連通する。
【００１１】
弁座５に接離して排気ガス出口側流体通路６と排気ガス入口側流体通路７の間を開閉する弁体８が、弁軸４の一端に設けられている。弁体８は、例えばステンレス製の薄い円板で構成されて可撓性を有し、その円板面が弁軸４の軸方向に沿って湾曲して一面が凹面、他方の面が凸面となっている。このような湾曲した円板形状とすることで、弁体８の軽量化、弁体８の形状の簡素化によるコスト削減を可能としている。
圧入、ネジ止め、溶接等、周知の手段を用いて、排気ガス入口側流体通路７に凸面を向けた弁体８が弁軸４に固定される。なお、圧入により固定する場合は、弁体８の中央部のみを肉厚にしてもよい。また、排気ガス出口側流体通路６に凸面を向けた弁体８が、弁軸４に固定されてもよい。
図１は、弁体８が弁座５に着座した閉弁状態を示す。
【００１２】
ハウジング２には、弁体８が弁座５から離れる方向（開弁方向）へ弁軸４を駆動させるアクチュエータ（駆動部）９が、ネジ１０によって取り付けられている。アクチュエータ９は、例えばステッピングモータ、直流モータ等のモータから成り、モータが作動することでアクチュエータ軸９ａが軸方向に駆動して、その駆動力により弁軸４を開弁方向に押動する。
【００１３】
一方、弁体８が弁座５に接触する方向（閉弁方向）へ弁軸４を付勢するスプリング（付勢部材）１１が、アクチュエータ９と弁軸摺動支持部材３の間の空間に設置されている。さらにこの空間に、弁軸４に付帯する皿状部材１２が配置され、スプリング１１の付勢力が皿状部材１２を介して弁軸４に伝達される。
【００１４】
このように、弁体８の移動は、アクチュエータ９とスプリング１１とで制御される。そして、弁体８の位置は、弁座５と弁体８とで形成される通路の開口面積と相関関係にあり、弁体８の位置を制御することで、排気ガス入口側流体通路７から排気ガス出口側流体通路６へ流れる排気ガスの量が調整される。
【００１５】
次に、このように構成されたＥＧＲバルブ１の動作について説明する。
図１に示す閉弁状態での弁体８は、その中央部で弁軸４を介してスプリング１１からの上方向に働く付勢力を受け、周縁部が弁座５に押し付けられている。このため、弁体８は、排気ガス出口側流体通路６に凸面、排気ガス入口側流体通路７に凹面を向けた状態となっている。
【００１６】
図１に示す閉弁状態でアクチュエータ９が動作を開始すると、図２に貫通孔２ａから下側周辺の断面図として示すように、下方向に働くアクチュエータ９の駆動力Ｆ１が、弁軸４を介して弁体８の中央部に伝わる。また、このとき、弁体８には、排気ガス出口側流体通路６と排気ガス入口側流体通路７との圧力差に起因して生じる、排気ガス入口側流体通路７から排気ガス出口側流体通路６へ向かう力Ｆ２が働いている。
弁体８の中央部では、アクチュエータ９の駆動力Ｆ１が力Ｆ２に抗して、弁体８の中央部を排気ガス入口側流体通路７側に押し出す。一方、弁体８の中央部から周縁部に向かうほど、アクチュエータ９の駆動力Ｆ１よりも力Ｆ２が支配的となるので、弁体８の周縁部は力Ｆ２によって弁座５に押し付けられ続ける。そして、最終的には弁体８の湾曲方向が反転して、排気ガス出口側流体通路６に凹面、排気ガス入口側流体通路７に凸面を向けた状態で、開弁状態となる。この開弁状態での様子を、貫通孔２ａから下側周辺の断面図として示したのが、図３である。
【００１７】
このように、閉弁状態から開弁状態へと移る際に、弁体８の湾曲方向は反転する。弁体８の表面の付着物は、弁体８の湾曲方向が反転中に発生する曲率変化と、反転時に瞬間的に発生する衝撃との相互効果により、効果的に剥離される。
【００１８】
また、開弁状態では、弁体８は排気ガス入口側流体通路７に凸面を向けている。これにより、閉弁時に弁座５と接触する側の弁体８の表面（図３では凹面）での付着物の発生を抑制して、閉弁時のシール性を確保することができる。これに対して、弁体８が排気ガス出口側流体通路６に凸面を向けていると、排気ガスの流れる経路Ｒが当該凸面に沿うことになる。このため、閉弁時に弁座５と接触する側の弁体８の表面に、付着物が発生しやすい。
また、開弁状態で弁体８が排気ガス入口側流体通路７に凸面を向けていることで、排気ガスの流れに対する抵抗の少ない形状となっているため、排気ガスの圧力損失を低減することもできる。
【００１９】
図３に示す開弁状態でアクチュエータ９が弁軸４の押動を停止してフリーの状態に達すると、スプリング１１によって弁軸４が閉弁方向へ付勢され、弁体８が弁座５に着座する。このとき、図４に貫通孔２ａから下側周辺の断面図として示すように、弁座５に接触した弁体８の周縁部は、弁座５から下方向に働く力Ｆ３を受けて上方への移動が規制される。一方、弁体８の中央部には、なおもスプリング１１の付勢力Ｆ４が弁軸４を介して働いており、弁体８の中央部が上方へ引っ張られる。そして、最終的には弁体８の湾曲方向が反転して、排気ガス出口側流体通路６に凸面、排気ガス入口側流体通路７に凹面を向けた状態で、閉弁状態となる。この閉弁状態での様子は、図１で示した通りである。
【００２０】
このように、開弁状態から閉弁状態へと移る際も、弁体８の湾曲方向は反転する。弁体８の表面の付着物は、弁体８の湾曲方向が反転中に発生する曲率変化と、反転時に瞬間的に発生する衝撃との相互効果により、効果的に剥離される。
【００２１】
また、スプリング１１の仕様を変更してその付勢力を変更したり、弁体８の材質を変更したりすることにより、閉弁状態での弁体８の表面の曲率を、任意に変更することができる。このようにして、ＥＧＲバルブ１を、剥離させたい付着物の性状に合わせた構成とすることができる。
例えば、排気ガスの成分の中でも、硫酸等の粘性があって付着しやすい成分を効果的に剥離したい場合は、閉弁状態での弁体８の表面の曲率が大きくなるようにスプリング１１の仕様、弁体８の材質を決定するとよい。こうすれば、弁体８の湾曲方向が反転中に発生する曲率変化が大きくなり、また、反転時に瞬間的に発生する衝撃も大きくなるので、粘性のある付着物を剥離しやすくなる。
【００２２】
なお、排気ガスに曝されることを考慮して、弁体８をステンレスで構成するとしたが、ステンレスが有する耐熱性、耐食性、耐摩耗性等の機械的に優れた性質を、少なくとも１つは有する材料であれば、他の材料で弁体８を構成してもよい。
また、弁体８の表面に皮膜を形成するなどの表面処理を施して、表面を滑らかに仕上げてもよい。このように弁体８の表面にある凸凹を皮膜で覆って無くすことで、弁体８に付着物が付きにくくなる。また、弁体８の着座時に、弁座５と弁体８とを密に接触させることができるので、シール性も確保することができる。なお、表面の曲率変化が大きい部分では皮膜が剥がれやすくなるため、弁体８の中でも表面の曲率変化が小さい部分である中央部のみに表面処理を施すようにしてもよい。
【００２３】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、湾曲した円板から成る弁体８は、開弁状態と閉弁状態とで湾曲方向が反転する。従って、閉弁状態から開弁状態へと移る際、及び、開弁状態から閉弁状態へと移る際に、弁体８の表面の付着物は、反転中に発生する弁体８の表面の曲率変化と、反転時に瞬間的に発生する衝撃との相互効果により、効果的に剥離される。また、付着物を剥離するための構成を弁体８自体に持たせているので、ＥＧＲバルブ１の部品点数が増加することもない。
【００２４】
また、弁体８は、開弁状態では排気ガス入口側流体通路７に向けて凸、閉弁状態では排気ガス出口側流体通路６に向けて凸に湾曲する。従って、弁座５と接触する側の弁体８の表面での付着物の発生を抑制して、閉弁時のシール性を確保することができる。また、開弁状態での弁体８は、排気ガスの流れに対する抵抗が少ない形状となるので、排気ガスの圧力損失を低減することができる。
【００２５】
また、閉弁状態での弁体８の湾曲度合いは、スプリング１１の付勢力によって調整可能となっている。従って、スプリング１１の仕様を変更してその付勢力を変更することにより、閉弁状態での弁体８の表面の曲率を任意に変更することができる。また、弁体８の材質を変更することによっても、表面の曲率を任意に変更することができる。このようにして、ＥＧＲバルブ１を、剥離させたい付着物の性状に合わせた構成とすることができる。
【００２６】
また、弁体８は、耐熱、耐食及び耐摩耗素材で構成される。従って、弁体８は、排気ガスに曝されるような環境下に置かれても、安定して表面の付着物の剥離効果を発揮することができる。
【００２７】
なお、上記ではＥＧＲバルブ１を例に説明したが、ＥＧＲバルブ１と同様に内燃機関の排気ガスが流れる排気通路に設けられて、弁体に排気ガス中のカーボン等が付着する恐れのあるバルブにおいて、弁体８のような構成を適用してもよい。このようなバルブとしては例えば、ターボチャージャのタービンを排気ガスが迂回するための排気バイパス通路を開閉するウエストゲートバルブ等が挙げられる。また、内燃機関の排気通路に限らず、付着物となるような成分が含まれる流体が流れる通路に設けられるバルブにおいても、弁体８のような構成を適用することは、有用である。
また、図示例では、排気ガス入口側流体通路７内を弁体８が移動して開閉するバルブを示したが、これに限らず、排気ガス出口側流体通路６内を弁体８が移動して開閉する種類のバルブであってもよい。このようなバルブの場合は、スプリングで排気ガス入口側流体通路７の方向に弁軸４及び弁体８を付勢することで閉弁状態を保つ。
【００２８】
さらに、本願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の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ＥＧＲバルブ、２  ハウジング、２ａ  貫通孔、３  弁軸摺動支持部材、４  弁軸、５  弁座、６  排気ガス出口側流体通路、７  排気ガス入口側流体通路、８  弁体、９  アクチュエータ（駆動部）、９ａ  アクチュエータ軸、１０  ネジ、１１  スプリング（付勢部材）、１２  皿状部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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