(57)【要約】【課題】排気熱を十分放熱して熱的影響を排除するとともに、小型・コンパクト化を図ることができる排気バルブ装置を提供すること。【解決手段】排気通路６が形成されたバルブボディ３に弁軸７を回動可能に軸支し、該弁軸７に前記排気通路６を開閉する弁体８を取り付けて成る排気バルブ２と、駆動源である電動モータ１２と該電動モータ１２の回転を前記弁軸７に伝達するギヤ１３，１５，１６，１７を収容して成る駆動ケース４と、前記排気バルブ２の開度を検出する開度検出センサ５と、を備えた排気バルブ装置１において、前記駆動ケース４の周縁に冷却水通路１９を設ける。又、前記バルブボディ３と前記駆動ケース４との間に断熱材１１を挟んで締結する。【選択図】図７
2009191707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路が形成されたバルブボディに弁軸を回動可能に軸支し、該弁軸に前記排気通路を開閉する弁体を取り付けて成る排気バルブと、
駆動源である電動モータと該電動モータの回転を前記弁軸に伝達するギヤを収容して成る駆動ケースと、
前記排気バルブの開度を検出する開度検出手段と、
を備えた排気バルブ装置において、
前記駆動ケースの周縁部に冷却水通路を設けたことを特徴とする排気バルブ装置。
【請求項２】
前記冷却水通路を前記駆動ケースの相対向する２面にそれぞれ形成し、両冷却水通路を互いに連通させたことを特徴とする請求項１記載の排気バルブ装置。
【請求項３】
前記バルブボディと前記駆動ケースとの間に断熱材を挟んで締結したことを特徴とする請求項１又は２記載の排気バルブ装置。
【請求項４】
前記排気バルブを常時開き方向に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の排気バルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両用エンジンの排気通路を開閉する排気バルブとこれを開閉駆動する電動モータを備えた排気バルブ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車や自動車等の車両の排気管には、排気ブレーキバルブや暖気バルブとして機能するバタフライ型の排気バルブとこれを駆動するアクチュエータを備えた排気バルブ装置が設けられている。
【０００３】
又、近年、多気筒エンジンを搭載した車両の燃費改善等を目的として、定常走行時に多気筒エンジンの一部の気筒を休止させることが行われるが、気筒数を切り替えるときに排気系に異音が発生することが知られている。そして、この異音は排気管を開閉して排気ガス流量をエンジンの運転状態に応じて制御することによって低減させることができることも知られており、そのためにエンジンの排気系に排気バルブ装置が設けられている。
【０００４】
ところで、特許文献１には、バルブハウジング内に回転自在に支持された回転軸に弁体を固定し、アクチュエータによって前記回転軸を回動させることによって排気通路を開閉する排気バルブ装置において、前記アクチュエータを、前記回転軸を回動させる減速機付電動モータと、回転軸の回動位置を検出する位置センサと、前記減速機付電動モータを駆動制御するコントローラとで構成することによって、弁体位置（バルブ開度）を無段階に制御するようにした排気バルブ装置が提案されている。
【０００５】
又、特許文献２には、モータ駆動式スロットル弁装置において、モータを収容するハウジングに取り付けられた金属プレートに冷却水パイプを取り付け、該冷却水パイプにエンジン冷却水を流すことによってモータを冷却する構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２８９０７１号公報
【特許文献２】ＷＯ２００５／０５２３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された排気バルブ装置においては、減速機にウォームギヤやハイポイドギヤが使用されているため、モータへの電源供給元が故障した場合には弁体が故障直前位置に固定され、弁体の位置（バルブ開度）によっては車両の走行に支障を来すという問題がある。又、排気熱の影響を回避する手段として断熱材と空気層を利用しているため、装置のコンパクト化が困難であるという問題もある。
【０００７】
更に、特許文献１に記載された排気バルブ装置では、アクチュエータ側の減速機からの出力軸とバルブの回転軸とを連結するフィンカップリング及びバルブハウジングと電動モータとの間に放熱性の良いアルミニウム系材料から成る遮熱板（インシュレータ）を介設することによって、排気通路からの高熱を遮断している。この構成においては、排気通路からの高熱を遮断することはできても、高温雰囲気中での熱の影響を回避することは困難である。
【０００８】
特許文献２において提案された装置は排気ガスの一部を還流させるＥＧＲ制御装置であって、排気ガスを排気ガス通路によって吸気通路内に導く構成であり、排気ガス通路に冷却装置を設け、熱交換を行うことによって排気ガス熱を下げ、ＥＧＲ弁に排気ガスを送り込む構成となっている。又、スロットル弁を駆動制御するための回路基板がカバー部に金属プレートを介して内装され、放熱される構成となっており、高温雰囲気中では金属プレートが樹脂カバーを貫通して外部に晒されることによって回路基板の放熱効果を高める構成となっている。更に、金属プレートに冷却水パイプを設け、冷却水により冷却効果を高める構成としている。
【０００９】
上記構成の冷却装置を排気ガス通路に別途設ける場合、本構成の排気バルブ装置においては大型化を招くとともに、艤装上、冷却装置分のスペースを確保しなければならない等の問題が生じ、実用的には適用が困難である。又、金属プレートに冷却水パイプを設ける構成については、放熱効率が低く、排気系に適用するにはモータ等の制御装置を高温雰囲気中において雰囲気からの熱を遮断する必要がある。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、排気バルブ装置に装着される弁体の駆動源である電動モータ及び弁の開度を検出する開度検出手段等の排気バルブ装置を制御する制御装置の作動安定性確保のために、排気熱を十分放熱して熱的影響を排除するとともに、小型・コンパクト化を図ることができる排気バルブ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、排気通路が形成されたバルブボディに弁軸を回動可能に軸支し、該弁軸に前記排気通路を開閉する弁体を取り付けて成る排気バルブと、
駆動源である電動モータと該電動モータの回転を前記弁軸に伝達するギヤを収容して成る駆動ケースと、
前記排気バルブの開度を検出する開度検出手段と、
を備えた排気バルブ装置において、
前記駆動ケースの周縁部に冷却水通路を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記冷却水通路を前記駆動ケースの相対向する２面にそれぞれ形成し、両冷却水通路を互いに連通させたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記バルブボディと前記駆動ケースとの間に断熱材を挟んで締結したことを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記排気バルブを常時開き方向に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、駆動ケースに形成された冷却水通路を流れる冷却水によって駆動ケースが強制的に冷却されるため、バルブボディの排気通路を流れる高温の排気ガスの熱（排気熱）を冷却水によって十分吸収して電動モータや開度検出手段への熱的悪影響を排除することができ、これらの作動安定性が高められる。又、排気熱の影響を回避する手段として空気層等を利用せず、駆動ケースを冷却水によって直接冷却するため、排気バルブ装置を小型・コンパクトに構成することができる。更に、駆動ケースの周縁部に冷却水通路を設けることによって雰囲気中の熱から電動モータや開度検出手段を断熱することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、冷却水通路を駆動ケースの相対向する２面にそれぞれ形成し、両冷却水通路を互いに連通させたため、駆動ケースの冷却面積が拡大し、該駆動ケースが両冷却水通路を流れる冷却水によって２面側から同時に冷却される。このため、駆動ケースの冷却効率が倍増し、該駆動ケースに収容された電動モータや駆動ケースに取り付けられた開度検出手段への熱的悪影響を一層効果的に排除してこれらの作動安定性を更に高めることができる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、バルブボディと駆動ケースとを断熱材を介して締結したため、バルブボディの排気通路を流れる高温の排気ガスから駆動ケースへの熱伝達が断熱材によって効果的に遮断され、電動モータや開度検出手段への熱的悪影響が排除されてこれらの作動安定性が高められる。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、付勢手段によって排気バルブを常時開き方向に付勢するようにしたため、電動モータや開度検出手段に異常が発生したような場合であっても排気バルブが開いており、排気通路が閉塞されて排気ガスの流れがチョークするという不具合の発生が防がれ、高いフェイルセーフ性が確保される。又、排気バルブのガタが付勢手段によって吸収されるため、該排気バルブの応答性が高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る排気バルブ装置を備えた車両用エンジンの排気系のシステム構成を示すブロック図である。
【００２１】
本実施の形態に係る車両用エンジン５０は多気筒エンジンであって、その吸気側には吸気マニホールド５１が接続され、排気側には排気マニホールド５２が接続されている。尚、図示しないが、吸気マニホールド５１には、スロットルボディやサージタンクを介してエアクリーナが接続されている。
【００２２】
そして、前記排気マニホールド５２から延びる排気管には、触媒コンバータ５３、本発明に係る排気バルブ装置１及びマフラー５４が順次接続されている。
【００２３】
ところで、本発明に係る排気バルブ装置１は、制御装置（ＥＣＵ）６０によってその駆動が制御されるが、この制御装置６０には、エンジン回転センサ６１によって検出されるエンジン回転数、水温センサ６２によって検出される冷却水温度、アクセル開度センサ６３によって検出されるアクセル開度（スロットル開度）及び負荷センサ６４によって検出されるエンジン負荷が入力され、これらに基づいて制御装置６０は排気バルブ装置１を駆動制御する。
【００２４】
而して、吸気マニホールド５１からエンジン５０の各気筒に吸気（新気）が供給されると、この吸気に燃料が噴射されて混合気が形成され、この混合気は各気筒の燃焼室において燃焼に供せられる。この混合気の燃焼によって発生した高温の排気ガスは、エンジン５０から排気マニホールド５２へと排出され、排気マニホールド５２から触媒コンバータ５３を流れる過程で浄化される。その後、排気ガスは、前述のように制御装置６０によって駆動が制御される排気バルブ装置１によって流量及び圧力が調整された後、マフラー５４を通過することによって消音され、最後に大気に排出される。
【００２５】
次に、本発明に係る前記排気バルブ装置１の詳細を図２〜図７に基づいて説明する。
【００２６】
図２は本発明に係る排気バルブ装置の背面図、図３は同排気バルブ装置の右側面図（図１の矢視Ａ方向の図）、図４は同排気バルブ装置の斜視図、図５は同排気バルブ装置の正面の水通路カバーを取り外して示す斜視図、図６は同排気バルブ装置の駆動ケース内部の構成を示す背面図、図７は同排気バルブ装置の分解斜視図である。
【００２７】
本発明に係る排気バルブ装置１は、図２に示すように、排気バルブ２のバルブボディ３に駆動ケース４を締結し、排気バルブ２の開度を検出する開度検出手段である開度検出センサ５を前記駆動ケース５の端面（左端面）に締結して構成されている。
【００２８】
上記排気バルブ２は、バルブボディ３に形成された断面円形の排気通路６を貫通して回動可能に軸支された弁軸７に、前記排気通路６を開閉する円板状の弁体８を２本のビス９によって取り付けて構成されている。そして、この排気バルブ２は、図２及び図３に示すように、バルブボディ３の端部に一体に形成された矩形フランジ部３ａの四隅をボルト１０によって前記駆動ケース４の端面（右端面）に締結することによって該駆動ケース４に取り付けられているが、バルブボディ３と駆動ケース４の間には断熱材１１が介設されている。つまり、バルブボディ３と駆動ケース４とは間に断熱材１１を挟んで互いに締結されている。
【００２９】
又、前記弁軸７は、その軸方向両端が不図示の軸受によって回動可能に支持されており、その一端部（図２の右端部）は駆動ケース４を貫通してその内部に臨んでいる（図６参照）。
【００３０】
前記駆動ケース４内には、排気バルブ２の弁軸７とこれに取り付けられた弁体８を回動させて排気通路６を開閉するための駆動系が内蔵されている。即ち、図６に示すように、駆動ケース４内には駆動源である電動モータ１２が収容されており、図７にも示すように該電動モータ１２の出力軸１２ａの端部には小径のピニオン１３が結着されている。又、駆動ケース４内には中間軸１４が電動モータ１２の出力軸１２ａと平行に配されており、この中間軸１４には大径ギヤ１５と小径ギヤ１６が結着されている。そして、大径ギヤ１５は、電動モータ１２の出力軸１２ａに結着された前記ピニオン１３に噛合している。
【００３１】
更に、排気バルブ２の前記弁軸７は、前述のように駆動ケース４を貫通してその内部に臨んでおり、図６及び図７に示すように、その端部にはセクタギヤ１７が結着され、このセクタギヤ１７は、中間軸１４に結着された前記小径ギヤ１６に噛合している。ここで、セクタギヤ１７のボス部１７ａの外周には付勢手段であるリターンスプリング１８が巻装されており、該リターンスプリング１８の一端はセクタギヤ１７に係止され、他端は駆動ケース４に係止され、弁軸７及びこれに取り付けられた弁体８（排気バルブ２）は、リターンスプリング１８によって常時開き方向に付勢されている。
【００３２】
又、図４及び図５に示すように、駆動ケース４の相対向する２面である背面（図４の手前側の面）と正面（図５の手前側の面）には冷却水通路１９，２０がそれぞれ形成されており、これらの冷却水通路１９，２０同士は駆動ケース４に形成された楕円状の連通孔２１によって互いに連通している。そして、駆動ケース４の背面と正面には、図２〜図４に示すように、矩形プレート状の水通路カバー２２，２３がその周縁を複数本（図示例では８本）のビス２４によって取り付けられており、駆動ケース４の両面に形成された冷却水通路１９，２０は水通路カバー２２，２３によってそれぞれ覆われ、その内部には水通路が形成されている。
【００３３】
更に、駆動ケース４の端面（図の下端面）にはＬ字状に屈曲した２本のニップル２５，２６が取り付けられており、一方のニップル２５は駆動ケース４の背面側に形成された冷却水通路１９に開口し、他方のニップル２６は駆動ケース４の正面側に形成された冷却水通路２０に開口している。尚、図示しないが、一方のニップル２５は図１に示すエンジン５０から冷却水を供給され、他方のニップル２６からエンジン５０へ戻される。
【００３４】
そして、駆動ケース４のバルブボディ３が取り付けられる側とは反対側の端面（左端面）には前記開度検知センサ５が４本のビス２７によって取り付けられており、図示しないが、この開度検知センサ５の入力軸は、排気バルブ２の弁軸７に連結されている。尚、開度検知センサ５は、磁気センサであって、弁軸７の回動による磁束密度や磁気抵抗の変化を出力電圧の変化として出力し、その出力信号を図１に示す制御装置６０に送信するものである。開度検出センサ５としては、磁気センサ以外に接触式センサ等を使用することができる。
【００３５】
而して、以上のように構成された排気バルブ装置１において、電動モータ１２が図１に示す制御装置６０によって駆動されると、その出力軸１２ａの回転はピニオン１３、大径ギヤ１５、小径ギヤ１６及びセクタギヤ１７を経て減速されて弁軸７に伝達され、該弁軸７とこれに取り付けられた弁体８が同方向に同角度だけ回動する。このように、弁体８がバルブボディ３内で回動することによって、バルブボディ３内の排気通路６を流れる排気ガスの流量と圧力が調整されるが、弁軸７の回動角、つまり、排気バルブ２の開度は開度検出センサ５によって検出され、前述のようにその検出信号は図１に示す制御装置６０にフィードバックされる。すると、制御装置６０は、開度検出信号から入力される検出信号から排気バルブ２の開度を求め、その開度が設定値に等しくなるよう電動モータ１２をフィードバック制御する。
【００３６】
又、図１に示すエンジン５０の冷却水が排気バルブ装置１へと供給され、この冷却水は、一方のニップル２５から駆動ケース４の背面側に形成された冷却水通路１９に流入し、該冷却水通路１９を流れる過程で駆動ケース４を冷却する。そして、駆動ケース４を冷却した冷却水は、連通路２１から他方（正面側）の冷却水通路２０に流入し、該冷却水通路２０を流れる過程で駆動ケース４を再び冷却した後、他方のニップル２６から駆動ケース４外へと排出されエンジン５０へと戻され、不図示のラジエータでの熱交換によって冷却された後、エンジン５０と排気バルブ装置１を連続的に循環してこれらの冷却に供される。
【００３７】
以上において、本実施の形態においては、駆動ケース４に形成された冷却水通路１９，２０を流れる冷却水によって駆動ケース４が強制的に冷却されるため、バルブボディ３の排気通路６を流れる高温の排気ガスの熱（排気熱）を冷却水によって十分吸収して電動モータ１２や開度検出センサ５への熱的悪影響を排除することができ、これらの作動安定性が高められる。そして、排気熱の影響を回避する手段として空気層等を利用せず、駆動ケース４を冷却水によって直接冷却するため、排気バルブ装置１を小型・コンパクトに構成することができる。
【００３８】
又、本実施の形態では、冷却水通路１９，２０を駆動ケースの相対向する２面にそれぞれ形成し、両冷却水通路１９，２０を連通孔２１によって互いに連通させたため、駆動ケース４の冷却面積が拡大し、該駆動ケース４が両冷却水通路１９，２０を流れる冷却水によって２面側から同時に冷却される。このため、駆動ケース４の冷却効率が倍増し、該駆動ケース４に収容された電動モータ１２や駆動ケース４に取り付けられた開度検出センサ５への熱的悪影響を一層効果的に排除してこれらの作動安定性を更に高めることができる。
【００３９】
更に、本実施の形態では、バルブボディ３と駆動ケース４とを断熱材１１を介して締結したため、バルブボディ３の排気通路６を流れる高温の排気ガスから駆動ケース４への熱伝達が断熱材１１によって効果的に遮断され、電動モータ１２や開度検出センサ５への熱的悪影響が排除されてこれらの作動安定性が高められる。このように排気熱の駆動ケース４への伝達が断熱材１１によって遮断されるとともに、駆動ケース４がエンジン冷却水によって強制的に冷却されるため、該駆動ケース４に取り付けられた開度検出センサ５のカバーを樹脂で構成することができ、排気バルブ装置１のコストダウンを図ることもできる。
【００４０】
又、本実施の形態では、リターンスプリング１８によって排気バルブ２を常時開き方向に付勢するようにしたため、電動モータ１２や開度検出センサ５等に異常が発生したような場合であっても排気バルブ２が開いており、排気通路６が閉塞されて排気ガスの流れがチョークするという不具合の発生が防がれ、高いフェイルセーフ性が確保される。そして、排気バルブ２のガタが付勢手段によって吸収されるため、該排気バルブ２の応答性が高められる。
【００４１】
その他、本実施の形態では、排気バルブ２を開閉する駆動源として電動モータ１２を用いたため、排気バルブ２を応答性良く開閉制御することができるとともに、エンジン５０が停止中であっても排気バルブ２を開閉駆動することができ、その排気バルブ２の開度を開度検出センサ５によって高精度に検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、ＥＧＲクーラー通路切替バルブ装置、ＥＧＲ投入量制御バルブ装置、ディーゼルエンジンのＰＭ捕集するＤＰＦの再生バルブ装置等の他のバルブ装置への適用が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る排気バルブ装置を備えた車両用エンジンの排気系のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る排気バルブ装置の背面図である。
【図３】本発明に係る排気バルブ装置の右側面図（図１の矢視Ａ方向の図）である。
【図４】本発明に係る排気バルブ装置の斜視図である。
【図５】本発明に係る排気バルブ装置の正面の水通路カバーを取り外して示す斜視図である。
【図６】本発明に係る排気バルブ装置の駆動ケース内部の構成を示す背面図である。
【図７】本発明に係る排気バルブ装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１          排気バルブ装置
２          排気バルブ
３          バルブボディ
３ａ        バルブボディの矩形フランジ部
４          駆動ケース
５          開度検出センサ（開度検出手段）
６          排気通路
７          弁軸
８          弁体
９          ビス
１０        ボルト
１１        断熱材
１２        電動モータ
１３        ピニオン
１４        中間軸
１５        大径ギヤ
１６        小径ギヤ
１７        セクタギヤ
１７ａ      セクタギヤのボス部
１８        リターンスプリング（付勢手段）
１９，２０  冷却水通路
２１        連通孔
２２，２３  水通路カバー
２４        ビス
２５，２６  ニップル
２７        ビス
５０        エンジン
５１        吸気マニホールド
５２        排気マニホールド
５３        触媒コンバータ
５４        マフラー
６０        制御装置（ＥＣＵ）
６１        エンジン回転センサ
６２        水温センサ
６３        アクセル開度センサ
６４        負荷センサ
【図１】
2009191707.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009191707.tif 000006
【図５】
2009191707.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009191707.tif 000009