JP6299566B2 - バルブ装置 - Google Patents
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Description
また、バルブを中間位置から閉側に動かすためには、開スプリングの付勢力及び抵抗力を上回るトルクをアクチュエータによって負荷する必要がある(図10の中間位置から全閉に向かう太い実線を参照)。
特にバルブを全閉位置で長時間保持しなければならないバルブ装置の場合には、開スプリングの付勢力や抵抗力が大きいと、アクチュエータが焼損する虞がある。バルブを全閉位置に維持するために必要な全閉維持必要トルクが大きくなるからである。
このため、開スプリングの付勢力を小さくして、アクチュエータ焼損を防止したいという要望がある。
なお、バルブの氷結固着とは、IGスイッチ(イグニッションスイッチ)OFF後に、低温環境下において流体流路内の吸気もしくは排気に含まれる水分が凝縮し、その水分がバルブとボディとの間で凍結することで、バルブが動かなくなる現象のことを言う。
しかし、その背反として、本発明では、バルブ付勢手段だけではバルブが中間位置へ帰還できない構成となっている。そこで、本発明では、IGスイッチのOFF操作後に、電動アクチュエータによって、バルブを中間位置に移動させる構成とした。
〔実施例の構成〕
本実施例のバルブ装置1を、図1ないし図9を用いて説明する。
本実施例のバルブ装置1は、ディーゼルエンジン用スロットルバルブ装置であり、内燃機関の燃焼室への吸入空気量を調整するためのバルブ装置である。
バルブ軸16は、金属材料により形成されており、筒部8の径方向を軸方向として、ボディ4に回動自在に支持されている。
歯車減速装置9は、モータ5の回転速度を所定のバルブ軸16の回転速度に減速するもので、バルブ軸16に固定されたバルブギヤ18と、このバルブギヤ18と噛み合って回転する中間ギヤ19と、モータ5の出力軸に固定されたピニオンギヤ20とを有し、バルブ2を回転駆動する。
すなわち、バルブギヤ18がモータ5から駆動力を受けて回転することにより、バルブギヤ18、バルブ軸16及びバルブ2が一体となって回転する。
本実施例では、エンジン制御装置(エンジン制御ユニット(ECU))が、ACT制御手段6として機能する。
ACT制御手段6は、IGスイッチ24、ポジションセンサ13等からの入力を受けて、モータ5の通電制御を行う。
開スプリング28は、バルブ2に開側の付勢力を与える。すなわち、全閉位置から開側に動かす方向にバルブ2を付勢する。
また、このバルブ装置1では、全閉位置と全開位置との間の所定のバルブ位置を中間位置として設定している(図3参照)。
閉スプリング27と開スプリング28は、バルブ軸16の外周に同軸的に配されている。
バルブ軸16の軸方向の一端側(バルブ2から遠い側)から順に開スプリング28、閉スプリング27が配されている。
第1ガイド部37は、ギヤ室12内に形成され、バルブ軸16を軸受けする軸受39を内部に配するようにボディ4に設けられた筒部である。
第2ガイド部38は、バルブギヤ18に設けられた筒部である。この筒部は、バルブギヤ18のギヤ歯が形成されるギヤ部40の軸方向他端側に向かって突出しており、バルブ軸16を囲っている。
スプリング座31は、ボディ4に設けられており、閉スプリング27の他端27aを係止する(図4参照)。
そして、バルブ2が中間位置よりも開側にある際には、結合部42は後述するオープナ33により係止される。
中間位置では、結合部42がスプリング座32(以下、中間ストッパ32と呼ぶ)及びオープナ33の両方に係止された状態となる。
オープナ33は、バルブギヤ18と一体的回転するように設けられており、中間位置よりも開側で結合部42に係止して、バルブギヤ18の回転に伴って、結合部42を閉スプリング27の付勢力に抗して押圧し、バルブ2を開方向に駆動する。
バルブ2を中間位置から全開位置へ動かす場合には、モータ5の駆動力がバルブギヤ18に伝達される。これにより、バルブギヤ18とバルブ2が回動する。このとき、オープナ33は、閉スプリング27の付勢力に抗して結合部42を押圧する。
この間、開スプリング28の付勢力はバルブ2に関与しない。なぜならば、開スプリング28の一端28aはバルブギヤ18のスプリング座30に係止され、開スプリング28の他端(結合部42)はオープナ33に係止されたままであって、その間に相対回転がなく、開スプリング28が捻られないためである。
この間、閉スプリング27の付勢力はバルブ2に関与しない。なぜならば、閉スプリング27の一端27a及び他端(結合部42)はともにボディ4に係止された状態で捻られないためである。
本実施例の特徴を図5〜図9を用いて説明する。
本実施例のバルブ装置は、以下の2つの特徴を有する。
(1)開スプリング28のセット荷重は、開スプリング28の付勢力だけで全閉位置から中間位置に帰還可能なセット荷重よりも小さい。
(2)ACT制御手段6は、内燃機関の運転を停止するIGスイッチ24のOFF操作をした時点でのバルブ位置が中間位置よりも閉側にある場合に、IGスイッチ24のOFF操作後に、モータ5によって、バルブ2を中間位置に移動させる。
モータ5の駆動力の解除によってスプリング27、28で中間位置へ帰還する場合には、スプリング27、28の付勢力で中間位置へ戻ろうとするのを妨げる方向に抵抗力(摩擦力やモータディテントトルク)がバルブ軸16に負荷される。
このため、開スプリング28及び閉スプリング27のセット荷重は、それぞれ、抵抗力があった場合でも、自身の付勢力によって生じるトルクだけで中間位置に帰還できるようなセット荷重に設定されているのが一般的である(図10参照)。
すなわち、モータ5の駆動力によって、オープナ33が結合部42を押圧して、バルブ2が中間位置よりも開側に回された状態から、モータ5の駆動力が解除されると、閉スプリング27の付勢力によって生じるトルクによって、結合部42が中間ストッパ32に当接する中間位置まで帰還する。
また、結合部42が中間ストッパ32に係止されたまま、モータ5の駆動力によってバルブギヤ18が中間位置よりも閉側に回された状態から、モータ5の駆動力が解除されると、開スプリング28の付勢力によって生じるトルクによって、オープナ33が結合部42に当接する中間位置まで帰還する。
つまり、全閉位置からモータ5の駆動力なしで自力で帰還できる位置(自力帰還位置)が、中間位置よりも閉側になる。
図6〜8は、バルブ装置1のバルブ軸周りのスプリング構造を示した模式図である。
図6は、モータ5によって全閉維持必要トルク以上のトルクが負荷されて、バルブ2が全閉位置にある状態を示す。このとき、結合部42が中間ストッパ32に係止され、開スプリング28の一端28aがバルブギヤ18とともに回転した状態であるため、開スプリング28は捻られ、開側への付勢力が発生している。
なお、全閉維持必要トルクとは、バルブ2を全閉位置に維持するのに必要なトルクであり、開スプリング28の付勢力と抵抗力とによって決まる。
バルブ2は図5の全閉位置から中間位置に向かう二点鎖線に沿って動く。しかし、中間位置の手前でバルブ軸周りの負荷トルクがゼロになる。つまり、中間位置よりも閉側の位置(自力帰還位置)で止まってしまう。
(2)の特徴は、(1)の特徴によって生じる事象を補うためのものである。
すなわち、開スプリング28の付勢力によって生じるトルクだけでは中間位置まで帰還できないため、モータ5によって中間位置まで帰還させようというものである。
まず、S1では、IGスイッチのOFF操作があったか否かを判定する。
この判定がYESの場合には、S2に進み、その時点でのバルブ位置を確認するとともに、バルブ位置が中間位置よりも閉側にある場合には、モータ5を制御してバルブ2を中間位置まで移動させる。
その場合は、IGスイッチ24のOFF操作後も、モータ5への電力供給を継続し、モータ5によってバルブ2を中間位置まで駆動させる(図8参照)。
その後、モータ5への電力供給を停止する。
本実施例では、開スプリング28のセット荷重は、開スプリング28の付勢力だけで全閉位置から中間位置に帰還可能なセット荷重よりも小さい。
バルブ2を中間位置から閉側に動かすためには、開スプリング28の付勢力及び抵抗力を上回るトルクをモータ5によって負荷する必要がある(図5の中間位置から全閉に向かう実線を参照)。
特にバルブ2を全閉位置で長時間保持しなければならないバルブ装置1の場合には、開スプリング28の付勢力や抵抗力が大きいと、モータ5が焼損する虞がある。
このため、IGスイッチ24のOFF操作をした時点でのバルブ位置が中間位置よりも開側にある場合には、IGスイッチ24のOFF操作と同時にモータ5への電力供給を停止してもよい。
本実施例では、閉スプリング27と開スプリング28の両方を備えていたが、開スプリング28のみを有する構造であってもよい。
Claims (2)
- 内燃機関の燃焼室に連通する流体流路(3)を形成するボディ(4)と、
前記流体流路(3)内に回転自在に収容されて前記流体流路(3)の開度を可変するバルブ(2)と、
前記流体流路(3)の流路面積が最大となるバルブ位置である全開位置と、
前記流体流路(3)の流路面積が最小となるバルブ位置である全閉位置と、
前記全開位置と前記全閉位置との間の所定のバルブ位置である中間位置と、
前記バルブ(2)を閉側または開側に向かって回転駆動させる電動アクチュエータ(5)と、
前記バルブ(2)を前記全閉位置から開側に向かって付勢するバルブ付勢手段(28)と、
前記電動アクチュエータ(5)の駆動を制御するACT制御手段(6)と
を備え、
前記バルブ付勢手段(28)のセット荷重は、前記バルブ付勢手段(28)の付勢力だけで前記全閉位置から前記中間位置に帰還可能なセット荷重よりも小さく、
前記ACT制御手段(6)は、前記内燃機関の運転を停止するIGスイッチ(24)のOFF操作をした時点でのバルブ位置が前記中間位置よりも閉側にある場合に、前記IGスイッチ(24)のOFF操作後に、前記電動アクチュエータ(5)によって、前記バルブ(2)を前記中間位置に移動させることを特徴とするバルブ装置。 - 請求項1に記載のバルブ装置において、
前記流体流路(3)とは、前記燃焼室からの吸気もしくは排気が流通する流路であり、
前記中間位置とは、低温環境下において前記流体流路(3)内の吸気もしくは排気に含まれる水分が凝縮することにより生じる前記バルブ(2)と前記ボディ(4)との間の氷結固着を回避可能なバルブ位置として設定された位置であることを特徴とするバルブ装置。
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