JPH10227259A - フロー制御バルブ - Google Patents
フロー制御バルブInfo
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- JPH10227259A JPH10227259A JP10005787A JP578798A JPH10227259A JP H10227259 A JPH10227259 A JP H10227259A JP 10005787 A JP10005787 A JP 10005787A JP 578798 A JP578798 A JP 578798A JP H10227259 A JPH10227259 A JP H10227259A
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- flow
- opening
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
- F16K1/32—Details
- F16K1/54—Arrangements for modifying the way in which the rate of flow varies during the actuation of the valve
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/65—Constructional details of EGR valves
- F02M26/66—Lift valves, e.g. poppet valves
- F02M26/68—Closing members; Valve seats; Flow passages
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Lift Valve (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 内燃機関においてEGRフロー特性を有効に
制御するフロー制御バルブを提供する。 【解決手段】 フロー制御バルブ1は、バルブハウジン
グ2内に形成されたバルブキャビティ11においてクロ
ーズ位置とオープン位置との間を往復するように取り付
けられたポペットタイプのバルブ要素10を含む。バル
ブハウジングは、流体が流れることができる入口通路4
及び出口通路6を有する。フロー通路28を有する取り
外し可能なインサート36がバルブキャビティ内にポペ
ットバルブに隣接して位置され、ポペットバルブがオー
プン位置にある間の入口通路から出口通路へのガス流体
の流量を制御する。ポペットバルブのクローズ位置から
オープン位置への移動によって、フロー通路の有効断面
フロー面積が変わる。
制御するフロー制御バルブを提供する。 【解決手段】 フロー制御バルブ1は、バルブハウジン
グ2内に形成されたバルブキャビティ11においてクロ
ーズ位置とオープン位置との間を往復するように取り付
けられたポペットタイプのバルブ要素10を含む。バル
ブハウジングは、流体が流れることができる入口通路4
及び出口通路6を有する。フロー通路28を有する取り
外し可能なインサート36がバルブキャビティ内にポペ
ットバルブに隣接して位置され、ポペットバルブがオー
プン位置にある間の入口通路から出口通路へのガス流体
の流量を制御する。ポペットバルブのクローズ位置から
オープン位置への移動によって、フロー通路の有効断面
フロー面積が変わる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関において
使用する制御バルブに関し、より詳細には、バルブの移
動(変位)によって変わる制御可能なフロー面積を有す
る排気再循環(EGR)バルブに関する。
使用する制御バルブに関し、より詳細には、バルブの移
動(変位)によって変わる制御可能なフロー面積を有す
る排気再循環(EGR)バルブに関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関に使用され、機関の様々な機能
を制御して機関の性能を高めるバルブのデザインは、長
年にわたって改良されてきている。また、長年にわた
り、最適の効率を有する内燃機関が機関製造者によって
求められている。バルブの機能性及びデザインを改良す
ることによって、機関製造者は顧客が経験した多くの問
題を解決し、市場での競争に勝てることができる。
を制御して機関の性能を高めるバルブのデザインは、長
年にわたって改良されてきている。また、長年にわた
り、最適の効率を有する内燃機関が機関製造者によって
求められている。バルブの機能性及びデザインを改良す
ることによって、機関製造者は顧客が経験した多くの問
題を解決し、市場での競争に勝てることができる。
【0003】近年注目を集めた機関性能の1つの点は、
特にディーゼル機関における排気の再循環である。ディ
ーゼル機関では、余剰量の空気が通常燃焼室に取り込ま
れる。従って、ディーゼル機関のための排気再循環動作
は、この余剰量に関連して制御されなければならない。
空気の余剰量は機関負荷の増加に伴って減少するため、
機関に送られる吸気の量が機関負荷の増加に従って増加
する一方で機関吸気通路に取り込まれる再循環排気の量
が減少するように、機関に送られる排気及び空気の量を
制御するバルブデバイスを製造することが望ましい。排
気の再循環を有効に制御するには、機関の負荷と、再循
環される排気の量対機関に送られる流体の総重量の比と
の間の関係を決定しなくてはならない。
特にディーゼル機関における排気の再循環である。ディ
ーゼル機関では、余剰量の空気が通常燃焼室に取り込ま
れる。従って、ディーゼル機関のための排気再循環動作
は、この余剰量に関連して制御されなければならない。
空気の余剰量は機関負荷の増加に伴って減少するため、
機関に送られる吸気の量が機関負荷の増加に従って増加
する一方で機関吸気通路に取り込まれる再循環排気の量
が減少するように、機関に送られる排気及び空気の量を
制御するバルブデバイスを製造することが望ましい。排
気の再循環を有効に制御するには、機関の負荷と、再循
環される排気の量対機関に送られる流体の総重量の比と
の間の関係を決定しなくてはならない。
【0004】幾何学的に形状づけられた開口を使用して
流体のフローを制御し、所望の機関動作特性を得る様々
なタイプのバルブデザインが存在する。このようなデザ
インを開示する1つの参照文献は、ケアリー(Cary) の
米国特許第4,154,263号である。この参照文献
は、円筒状ハウジング内に配置され、三角形の開口がハ
ウジング内に形成されており、バルブ要素の相対位置に
依存して流体フローを可変に制御する移動可能バルブ要
素を有する制御バルブを開示している。この開口は、ス
テムの移動に対して所望のフロー特性を得るように様々
な形状をとることができる。しかし、ケアリーのバルブ
デザインはバルブの上流側に形成される開口を含み、こ
れらの開口は流体フローの有効な制御能力を減少させて
しまう。更に、ケアリーのバルブ要素はスプールバルブ
構造を含み、これはバルブ要素とハウジングとの間のス
ライド可能な間隙に沿って適切に密閉しない場合がしば
しばある。また、ケアリーのスプールバルブ構造は多く
のパーツを有し、製造コストが高いため、多くの用途に
おいて望ましいものではない。
流体のフローを制御し、所望の機関動作特性を得る様々
なタイプのバルブデザインが存在する。このようなデザ
インを開示する1つの参照文献は、ケアリー(Cary) の
米国特許第4,154,263号である。この参照文献
は、円筒状ハウジング内に配置され、三角形の開口がハ
ウジング内に形成されており、バルブ要素の相対位置に
依存して流体フローを可変に制御する移動可能バルブ要
素を有する制御バルブを開示している。この開口は、ス
テムの移動に対して所望のフロー特性を得るように様々
な形状をとることができる。しかし、ケアリーのバルブ
デザインはバルブの上流側に形成される開口を含み、こ
れらの開口は流体フローの有効な制御能力を減少させて
しまう。更に、ケアリーのバルブ要素はスプールバルブ
構造を含み、これはバルブ要素とハウジングとの間のス
ライド可能な間隙に沿って適切に密閉しない場合がしば
しばある。また、ケアリーのスプールバルブ構造は多く
のパーツを有し、製造コストが高いため、多くの用途に
おいて望ましいものではない。
【0005】フロー特性を高めるという点でケアリーの
デザインを改良したものを開示する2つの参照文献は、
ファイファー(Pfeiffer) の米国特許第5,205,5
37号及び第5,368,276号である。これらの参
照文献は、制御バルブ要素と、可変断面(即ち、涙形又
は卵形断面)を有するフローオリフィス又はポートとを
含む制御バルブ構造を開示している。バルブ要素が移動
するとフローポートの形状に基づいて断面フロー面積が
変わり、面積及びフロー範囲の能力が高まる。しかし、
ファイファーのバルブ構造はスプールバルブデザインで
あり、スプールバルブデザインは製造コストが高く、高
圧の環境において適切に密閉しない場合がある。更に、
フローポートはバルブ本体ではなくバルブ要素に形成さ
れており、これによって更に製造及び修理コストが高く
なる。更に、ファイファーのバルブは、内燃機関によっ
て生じるガス流体ではなく粒状固体のフローを制御する
ようにデザインされている。
デザインを改良したものを開示する2つの参照文献は、
ファイファー(Pfeiffer) の米国特許第5,205,5
37号及び第5,368,276号である。これらの参
照文献は、制御バルブ要素と、可変断面(即ち、涙形又
は卵形断面)を有するフローオリフィス又はポートとを
含む制御バルブ構造を開示している。バルブ要素が移動
するとフローポートの形状に基づいて断面フロー面積が
変わり、面積及びフロー範囲の能力が高まる。しかし、
ファイファーのバルブ構造はスプールバルブデザインで
あり、スプールバルブデザインは製造コストが高く、高
圧の環境において適切に密閉しない場合がある。更に、
フローポートはバルブ本体ではなくバルブ要素に形成さ
れており、これによって更に製造及び修理コストが高く
なる。更に、ファイファーのバルブは、内燃機関によっ
て生じるガス流体ではなく粒状固体のフローを制御する
ようにデザインされている。
【0006】トダら(Toda et al.)の米国特許第4,2
37,837号は、バルブが完全に閉止された位置から
開かれたときに排気のフロー面積の増加が少なくなるよ
うにデザインされたディーゼル機関用の排気再循環制御
バルブを開示している。トダらは、単にバルブ要素を駆
動させるために多くのパーツを含む複雑なバルブデザイ
ンを開示している。更に、トダらのバルブは、フロー特
性の有効な制御に望ましいバルブキャビティに形成され
る下流の出口ポートを提供していない。
37,837号は、バルブが完全に閉止された位置から
開かれたときに排気のフロー面積の増加が少なくなるよ
うにデザインされたディーゼル機関用の排気再循環制御
バルブを開示している。トダらは、単にバルブ要素を駆
動させるために多くのパーツを含む複雑なバルブデザイ
ンを開示している。更に、トダらのバルブは、フロー特
性の有効な制御に望ましいバルブキャビティに形成され
る下流の出口ポートを提供していない。
【0007】前述の技術に基づいて、流体のフローを有
効に制御するフロー制御特性を改良した簡潔で安価でコ
ンパクトなバルブを発達させることが製造業に必要であ
ることは明らかである。
効に制御するフロー制御特性を改良した簡潔で安価でコ
ンパクトなバルブを発達させることが製造業に必要であ
ることは明らかである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前述を考慮して、本発
明の目的は、内燃機関においてEGRフロー特性を有効
に制御するフロー制御バルブを提供することである。
明の目的は、内燃機関においてEGRフロー特性を有効
に制御するフロー制御バルブを提供することである。
【0009】本発明の更なる目的は、前述の目的を達成
し、コンパクトで製造が安価であるフロー制御バルブを
提供することである。
し、コンパクトで製造が安価であるフロー制御バルブを
提供することである。
【0010】また、本発明の目的は、前述の目的のうち
の1つか又はそれより多くを達成し、NOX エミッショ
ン及び他の特性を低減するか又はこれらに影響を及ぼす
程度を有効に制御するフロー制御バルブを更に提供する
ことである。
の1つか又はそれより多くを達成し、NOX エミッショ
ン及び他の特性を低減するか又はこれらに影響を及ぼす
程度を有効に制御するフロー制御バルブを更に提供する
ことである。
【0011】本発明の更なる目的は、前述の目的のうち
の1つか又はそれより多くを達成し、また、フロー通路
内で移動可能なポペットバルブを含んでフロー通路の断
面フロー面積を変え、これを有効に制御するフロー制御
バルブを提供することである。
の1つか又はそれより多くを達成し、また、フロー通路
内で移動可能なポペットバルブを含んでフロー通路の断
面フロー面積を変え、これを有効に制御するフロー制御
バルブを提供することである。
【0012】本発明の別の目的は、前述の目的のうちの
1つか又はそれより多くを達成し、また、異なるフロー
変更特性を有する取り外し可能なインサートを含むフロ
ー制御バルブを提供することである。
1つか又はそれより多くを達成し、また、異なるフロー
変更特性を有する取り外し可能なインサートを含むフロ
ー制御バルブを提供することである。
【0013】また、本発明の別の目的は、前述の目的の
うちの1つか又はそれより多くを達成し、また、より高
いバルブリフト(上昇)において迅速な初めのオープニ
ング(開き)及びより微細なフロー制御を要求する用途
のためのフロー制御バルブを提供することである。
うちの1つか又はそれより多くを達成し、また、より高
いバルブリフト(上昇)において迅速な初めのオープニ
ング(開き)及びより微細なフロー制御を要求する用途
のためのフロー制御バルブを提供することである。
【0014】本発明の更なる目的は、前述の目的のうち
の1つか又はそれより多くを達成し、また、より低いバ
ルブリフトにおいてより遅い初めのオープニング及びよ
り微細なフロー制御を要求する用途のためのフロー制御
バルブを提供することである。
の1つか又はそれより多くを達成し、また、より低いバ
ルブリフトにおいてより遅い初めのオープニング及びよ
り微細なフロー制御を要求する用途のためのフロー制御
バルブを提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】これらの目的は、本発明
の他の目的と同様に、ガス流体のフローを制御するフロ
ー制御バルブによって達成される。本発明の第1の形態
において、このバルブは、キャビティ、入口通路、出口
通路を有するバルブハウジングと、キャビティに配置さ
れ、往復動するように取り付けられたバルブ要素及びバ
ルブシートを含むポペットバルブを含む。ポペットバル
ブは、バルブ要素がバルブシートから一定の距離だけ離
れて位置され、流体がキャビティを通ってフローするこ
とができるオープン位置と、バルブ要素がバルブシート
と係合してキャビティを通るフローを妨げるクローズ
(閉止)位置との間を移動可能である。更に、バルブは
バルブ要素に隣接してキャビティに位置されるフロー変
更手段を含み、ポペットバルブの移動の際に入口通路か
ら出口通路へのガス流体の流量を制御する。フロー変更
手段は、インサートと、インサートに形成されるフロー
通路を含み、バルブ要素のクローズ位置からオープン位
置への移動によってフロー通路の有効な断面フロー面積
が変わる。
の他の目的と同様に、ガス流体のフローを制御するフロ
ー制御バルブによって達成される。本発明の第1の形態
において、このバルブは、キャビティ、入口通路、出口
通路を有するバルブハウジングと、キャビティに配置さ
れ、往復動するように取り付けられたバルブ要素及びバ
ルブシートを含むポペットバルブを含む。ポペットバル
ブは、バルブ要素がバルブシートから一定の距離だけ離
れて位置され、流体がキャビティを通ってフローするこ
とができるオープン位置と、バルブ要素がバルブシート
と係合してキャビティを通るフローを妨げるクローズ
(閉止)位置との間を移動可能である。更に、バルブは
バルブ要素に隣接してキャビティに位置されるフロー変
更手段を含み、ポペットバルブの移動の際に入口通路か
ら出口通路へのガス流体の流量を制御する。フロー変更
手段は、インサートと、インサートに形成されるフロー
通路を含み、バルブ要素のクローズ位置からオープン位
置への移動によってフロー通路の有効な断面フロー面積
が変わる。
【0016】一体的なスプリングシートキャップがバル
ブハウジングに取り付けられている。これはスプリング
手段を囲み、バルブ要素に正の力を提供してバルブヘッ
ドとバルブシートとの間の密閉を維持する。フロー制御
バルブは、一体的なスプリングシートキャップにしっか
りと取り付けられる感知手段を更に含む。更に、フロー
制御バルブは、円筒状ハウジングに隣接して配置される
穴あきインサートか又はテーパーづけインサートを含
み、これらのインサートは共に円筒形状を有する。穴あ
きインサートはインサートの壁に形成される円形開口を
含み、これらの開口は出口通路と一直線になって通路を
通る流体のフローを可能にする。テーパーづけインサー
トは第1及び第2の開口を有し、これらの間にフロー変
更面を有する。フロー変更面に沿ったバルブ要素の移動
によってフロー通路の有効断面フロー面積が変わり、こ
れによって所定の流量を得るように、フロー変更面は所
定の形状を有する。
ブハウジングに取り付けられている。これはスプリング
手段を囲み、バルブ要素に正の力を提供してバルブヘッ
ドとバルブシートとの間の密閉を維持する。フロー制御
バルブは、一体的なスプリングシートキャップにしっか
りと取り付けられる感知手段を更に含む。更に、フロー
制御バルブは、円筒状ハウジングに隣接して配置される
穴あきインサートか又はテーパーづけインサートを含
み、これらのインサートは共に円筒形状を有する。穴あ
きインサートはインサートの壁に形成される円形開口を
含み、これらの開口は出口通路と一直線になって通路を
通る流体のフローを可能にする。テーパーづけインサー
トは第1及び第2の開口を有し、これらの間にフロー変
更面を有する。フロー変更面に沿ったバルブ要素の移動
によってフロー通路の有効断面フロー面積が変わり、こ
れによって所定の流量を得るように、フロー変更面は所
定の形状を有する。
【0017】本発明の第2の形態は、ガス流体のフロー
を制御するフロー制御バルブであって、中にキャビティ
が形成されたバルブハウジングを含み、前記バルブハウ
ジングに形成され、ガス流体を前記キャビティに送る入
口通路を含み、前記キャビティ内に往復動するように取
り付けられて前記フロー制御バルブを通るフローを制御
するバルブ手段を含み、前記バルブ手段はバルブヘッド
とバルブシートを含み、前記バルブハウジング内の前記
バルブ手段の下流に形成されて前記キャビティから流れ
るガス流体を受け取る出口通路を含み、前記出口通路は
有効断面フロー面積を有し、前記バルブヘッドが移動す
ると、前記出口通路の少なくとも一部分を通るフローを
妨げることによって前記出口通路の前記断面フロー面積
が変わる。
を制御するフロー制御バルブであって、中にキャビティ
が形成されたバルブハウジングを含み、前記バルブハウ
ジングに形成され、ガス流体を前記キャビティに送る入
口通路を含み、前記キャビティ内に往復動するように取
り付けられて前記フロー制御バルブを通るフローを制御
するバルブ手段を含み、前記バルブ手段はバルブヘッド
とバルブシートを含み、前記バルブハウジング内の前記
バルブ手段の下流に形成されて前記キャビティから流れ
るガス流体を受け取る出口通路を含み、前記出口通路は
有効断面フロー面積を有し、前記バルブヘッドが移動す
ると、前記出口通路の少なくとも一部分を通るフローを
妨げることによって前記出口通路の前記断面フロー面積
が変わる。
【0018】本発明の第3の形態は、ガス流体のフロー
を制御するフロー制御バルブであって、中にキャビティ
が形成されたバルブハウジングを含み、前記バルブハウ
ジングに形成され、ガス流体を前記キャビティに送る入
口手段を含み、前記バルブハウジングに形成され、前記
キャビティからガス流体を受け取る出口手段を含み、前
記キャビティに往復動するように取り付けられて前記入
口手段から前記出口手段への流体フローを制御するバル
ブ手段を含み、前記バルブ手段はバルブヘッドとバルブ
シートを含み、前記バルブヘッドは、前記バルブヘッド
が前記シートから一定の距離だけ離れて位置されて流体
のフローが前記キャビティを通ることができるオープン
位置と、前記バルブヘッドが前記バルブシートと係合し
て前記キャビティを通るフローを妨げるクローズ位置と
の間を移動可能であり、前記バルブシートの下流の前記
バルブヘッドに隣接して位置され、前記入口手段と前記
出口手段との間の流体の流量を変えるフロー変更手段を
含み、前記フロー変更手段は第1の開口と、前記第1の
開口の下流に配置される第2の開口と、前記第1の開口
と前記第2の開口との間に延び、前記バルブヘッドが前
記第1の開口と前記第2の開口との間に位置されると前
記バルブヘッドを取り囲んで前記バルブヘッドとの間に
フロー通路を画定するフロー変更面とを含み、前記バル
ブヘッドを前記フロー変更面に沿って前記オープン位置
に向かって移動させると前記フロー通路の有効断面フロ
ー面積を変えて流体の流量を所定量増加させるように、
前記フロー変更面が所定の形状を有する。
を制御するフロー制御バルブであって、中にキャビティ
が形成されたバルブハウジングを含み、前記バルブハウ
ジングに形成され、ガス流体を前記キャビティに送る入
口手段を含み、前記バルブハウジングに形成され、前記
キャビティからガス流体を受け取る出口手段を含み、前
記キャビティに往復動するように取り付けられて前記入
口手段から前記出口手段への流体フローを制御するバル
ブ手段を含み、前記バルブ手段はバルブヘッドとバルブ
シートを含み、前記バルブヘッドは、前記バルブヘッド
が前記シートから一定の距離だけ離れて位置されて流体
のフローが前記キャビティを通ることができるオープン
位置と、前記バルブヘッドが前記バルブシートと係合し
て前記キャビティを通るフローを妨げるクローズ位置と
の間を移動可能であり、前記バルブシートの下流の前記
バルブヘッドに隣接して位置され、前記入口手段と前記
出口手段との間の流体の流量を変えるフロー変更手段を
含み、前記フロー変更手段は第1の開口と、前記第1の
開口の下流に配置される第2の開口と、前記第1の開口
と前記第2の開口との間に延び、前記バルブヘッドが前
記第1の開口と前記第2の開口との間に位置されると前
記バルブヘッドを取り囲んで前記バルブヘッドとの間に
フロー通路を画定するフロー変更面とを含み、前記バル
ブヘッドを前記フロー変更面に沿って前記オープン位置
に向かって移動させると前記フロー通路の有効断面フロ
ー面積を変えて流体の流量を所定量増加させるように、
前記フロー変更面が所定の形状を有する。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明は、EGRフロー制御を改
良する内燃機関用の排気再循環(EGR)バルブに関す
る。好適な実施の形態は、様々な条件下で最適なEGR
フローを制御する往復動するように取り付けられたポペ
ットタイプのバルブを含む。本発明によって、ユーザが
特定のシステムのニーズにとりわけ対応するEGRバル
ブの入力/出力特性をデザインすることができる。この
点において、ポペットタイプバルブへの「入力」は直線
移動又はリフトであり、その「出力」は所与の位置にお
いてバルブを通る有効フロー面積の量である。バルブの
有効フロー面積はEGRバルブの流量に直接影響し、従
って、NOX エミッションが低減され、粒状物質のエミ
ッションや燃料の経済性などの他の特性が積極的に影響
される度合いに影響を及ぼす。
良する内燃機関用の排気再循環(EGR)バルブに関す
る。好適な実施の形態は、様々な条件下で最適なEGR
フローを制御する往復動するように取り付けられたポペ
ットタイプのバルブを含む。本発明によって、ユーザが
特定のシステムのニーズにとりわけ対応するEGRバル
ブの入力/出力特性をデザインすることができる。この
点において、ポペットタイプバルブへの「入力」は直線
移動又はリフトであり、その「出力」は所与の位置にお
いてバルブを通る有効フロー面積の量である。バルブの
有効フロー面積はEGRバルブの流量に直接影響し、従
って、NOX エミッションが低減され、粒状物質のエミ
ッションや燃料の経済性などの他の特性が積極的に影響
される度合いに影響を及ぼす。
【0020】ここで図面を参照し、本発明の好適な実施
の形態を詳しく説明する。本発明の構造は図1〜図5を
参照して説明され、動作の際の特性は図6〜図8に示さ
れるグラフデータを使用して説明される。
の形態を詳しく説明する。本発明の構造は図1〜図5を
参照して説明され、動作の際の特性は図6〜図8に示さ
れるグラフデータを使用して説明される。
【0021】図1(A)は、本発明の好適な実施の形態
に従ったEGRバルブ1を示している。EGRバルブ1
はハウジング2を含み、ハウジング2は上部キャビティ
12を形成する上部部分5と、従来の態様で上部部分5
に接続された下部部分7とを含む。また、下部部分7
は、下部キャビティ11と、ネック部分9に形成され、
上部キャビティ12と下部キャビティ11との間を延び
る円筒孔8とを含む。下部部分7は更に、入口通路4
と、ガス流体が下部キャビティ11に流れ込んだりそこ
から流れ出たりすることを可能にする出口通路6とを含
む。好適な実施の形態では、ガス流体は入口通路4から
出口通路6に流れるが、他の実施の形態では、図1
(A)に示されるように、流体が出口通路6から入口通
路4に流れるように入口通路及び出口通路を逆にしても
よい。好適な実施の形態のフローパターンが本発明に関
連して本文中に述べられているが、前述の他の実施の形
態のフローパターンは本発明の範囲内であり、EGRバ
ルブ1の所望のフロー特性に依存して特定の用途におい
て好ましいことを当業者は認識すべきである。
に従ったEGRバルブ1を示している。EGRバルブ1
はハウジング2を含み、ハウジング2は上部キャビティ
12を形成する上部部分5と、従来の態様で上部部分5
に接続された下部部分7とを含む。また、下部部分7
は、下部キャビティ11と、ネック部分9に形成され、
上部キャビティ12と下部キャビティ11との間を延び
る円筒孔8とを含む。下部部分7は更に、入口通路4
と、ガス流体が下部キャビティ11に流れ込んだりそこ
から流れ出たりすることを可能にする出口通路6とを含
む。好適な実施の形態では、ガス流体は入口通路4から
出口通路6に流れるが、他の実施の形態では、図1
(A)に示されるように、流体が出口通路6から入口通
路4に流れるように入口通路及び出口通路を逆にしても
よい。好適な実施の形態のフローパターンが本発明に関
連して本文中に述べられているが、前述の他の実施の形
態のフローパターンは本発明の範囲内であり、EGRバ
ルブ1の所望のフロー特性に依存して特定の用途におい
て好ましいことを当業者は認識すべきである。
【0022】また、バルブハウジング2ははめあいフラ
ンジ13を含み、これらの間にはバルブガスケット15
が配置されている。バルブガスケット15はバルブハウ
ジング2とはめあいフランジ13との間で圧縮され、高
機関圧における流体の漏れを防ぐように有効なシールを
提供する。機関動作の際の流体の漏れは、機関の効率及
び出力に望ましくない影響を及ぼしうる。はめあいフラ
ンジ13は従来の態様で外部構造体(図示せず)に取り
付けられ、本発明の好適な実施の形態ではリング形状を
有する。はめあいフランジ13の中央孔19は、流体フ
ローを入口通路4に送る。入口通路4に隣接して配置さ
れるはめあいフランジ13の最上面の環状部分は、バル
ブシート21を形成する。
ンジ13を含み、これらの間にはバルブガスケット15
が配置されている。バルブガスケット15はバルブハウ
ジング2とはめあいフランジ13との間で圧縮され、高
機関圧における流体の漏れを防ぐように有効なシールを
提供する。機関動作の際の流体の漏れは、機関の効率及
び出力に望ましくない影響を及ぼしうる。はめあいフラ
ンジ13は従来の態様で外部構造体(図示せず)に取り
付けられ、本発明の好適な実施の形態ではリング形状を
有する。はめあいフランジ13の中央孔19は、流体フ
ローを入口通路4に送る。入口通路4に隣接して配置さ
れるはめあいフランジ13の最上面の環状部分は、バル
ブシート21を形成する。
【0023】EGRバルブ1は、上部キャビティ12に
往復動するように取り付けられたバルブ要素10を更に
含む。バルブ要素10は、ネック部分9を介して下部キ
ャビティ11に延びるバルブステム33と、バルブステ
ム33の下部部分に形成されるバルブヘッド40とを含
む。バルブヘッド40はディスク状であり、バルブステ
ム33と同一の材料から形成することができる。バルブ
要素は、図1(A)に示されるようにバルブヘッド40
がバルブシート21から一定の距離だけ離れて位置さ
れ、流体が下部キャビティ11を通って流れることがで
きるオープン位置と、バルブ要素10がバルブシート2
1と係合して下部キャビティ11を通るフローを妨げる
クローズ位置との間を移動可能である。
往復動するように取り付けられたバルブ要素10を更に
含む。バルブ要素10は、ネック部分9を介して下部キ
ャビティ11に延びるバルブステム33と、バルブステ
ム33の下部部分に形成されるバルブヘッド40とを含
む。バルブヘッド40はディスク状であり、バルブステ
ム33と同一の材料から形成することができる。バルブ
要素は、図1(A)に示されるようにバルブヘッド40
がバルブシート21から一定の距離だけ離れて位置さ
れ、流体が下部キャビティ11を通って流れることがで
きるオープン位置と、バルブ要素10がバルブシート2
1と係合して下部キャビティ11を通るフローを妨げる
クローズ位置との間を移動可能である。
【0024】バルブハウジング2の上部部分5は一体的
なスプリングシートキャップ14を含み、これは下部部
分7にしっかりと取り付けられて上部キャビティ12を
形成する。ガスケット16は、一体的なスプリングシー
トキャップ14とバルブハウジング2との間で圧縮さ
れ、バルブハウジング2からの流体の漏れを防ぐシール
を生じる。バルブ要素10の上部部分は、往復直線移動
のみを可能にするように上部キャビティ12に配置され
ている。バルブ要素10はピストン20及びリテーナナ
ット22に取り付けられており、これらはクローズ位置
からオープン位置へのバルブの移動の際にバルブ要素1
0と共に往復運動を行う。また、上部キャビティ12に
は、上部キャビティ12内に軸方向に配置されるスプリ
ング18も含まれている。一体的なスプリングシートキ
ャップ14は、一方の端部においてスプリングを収容す
る凹部23を含む。ピストン20は環状壁17を含んで
カップ形状を形成し、これによってスプリング18のも
う一方の端部が圧縮当接して内部キャビティ31内にし
っかりとはまることができる。スプリング18が圧縮す
ると、ピストン20の環状壁17は一体的なスプリング
シートキャップ14に抗するスプリングストップとして
動作し、これにより、バルブ要素10がオープン位置に
向かって移動する際にバルブ要素10は所定の距離だけ
移動することができる。
なスプリングシートキャップ14を含み、これは下部部
分7にしっかりと取り付けられて上部キャビティ12を
形成する。ガスケット16は、一体的なスプリングシー
トキャップ14とバルブハウジング2との間で圧縮さ
れ、バルブハウジング2からの流体の漏れを防ぐシール
を生じる。バルブ要素10の上部部分は、往復直線移動
のみを可能にするように上部キャビティ12に配置され
ている。バルブ要素10はピストン20及びリテーナナ
ット22に取り付けられており、これらはクローズ位置
からオープン位置へのバルブの移動の際にバルブ要素1
0と共に往復運動を行う。また、上部キャビティ12に
は、上部キャビティ12内に軸方向に配置されるスプリ
ング18も含まれている。一体的なスプリングシートキ
ャップ14は、一方の端部においてスプリングを収容す
る凹部23を含む。ピストン20は環状壁17を含んで
カップ形状を形成し、これによってスプリング18のも
う一方の端部が圧縮当接して内部キャビティ31内にし
っかりとはまることができる。スプリング18が圧縮す
ると、ピストン20の環状壁17は一体的なスプリング
シートキャップ14に抗するスプリングストップとして
動作し、これにより、バルブ要素10がオープン位置に
向かって移動する際にバルブ要素10は所定の距離だけ
移動することができる。
【0025】本発明の好適な実施の形態では、EGRバ
ルブ1は空気圧によって駆動され、これによって、ガス
ケット16に取り付けられたダイヤフラム29及びピス
トン20が第1位置と第2位置との間で移動する。バル
ブ要素10をクローズ位置からオープン位置に移動させ
て流体の流量を制御するには、バルブハウジング2に形
成されるポート25に空気圧を供給し、これによって、
スプリング18の抵抗力を克服するのに十分な圧力がダ
イヤフラム29の底部に抗するように提供される。空気
圧が増加すると、ダイヤフラム29及びピストン20は
一体的なスプリングシートキャップ14に向かって上方
向に移動する。バルブ要素10をクローズ位置に向かっ
て移動させるには、ダイヤフラム29を上方向に強制移
動させる空気圧をポート25を介して放出させる。この
時点で、スプリング18の抵抗力は、バルブ要素10が
バルブシート21と係合するまでピストン20を下方向
に強制移動させるのに十分である。図5に示されるバル
ブ構造のようないくつかの実施の形態において、スプリ
ングはバルブ要素を付勢し、これによりクローズ位置に
おいてバルブヘッドの裏面が着座してバルブを密閉す
る。この実施の形態では、バルブ要素をバルブシートか
ら離れるように下方向に駆動することによってバルブは
開かれる。あらゆる駆動手段(即ち、ソレノイド、水圧
など)を本発明と共に使用してバルブ要素10の往復移
動を制御できることを当業者は認識すべきである。
ルブ1は空気圧によって駆動され、これによって、ガス
ケット16に取り付けられたダイヤフラム29及びピス
トン20が第1位置と第2位置との間で移動する。バル
ブ要素10をクローズ位置からオープン位置に移動させ
て流体の流量を制御するには、バルブハウジング2に形
成されるポート25に空気圧を供給し、これによって、
スプリング18の抵抗力を克服するのに十分な圧力がダ
イヤフラム29の底部に抗するように提供される。空気
圧が増加すると、ダイヤフラム29及びピストン20は
一体的なスプリングシートキャップ14に向かって上方
向に移動する。バルブ要素10をクローズ位置に向かっ
て移動させるには、ダイヤフラム29を上方向に強制移
動させる空気圧をポート25を介して放出させる。この
時点で、スプリング18の抵抗力は、バルブ要素10が
バルブシート21と係合するまでピストン20を下方向
に強制移動させるのに十分である。図5に示されるバル
ブ構造のようないくつかの実施の形態において、スプリ
ングはバルブ要素を付勢し、これによりクローズ位置に
おいてバルブヘッドの裏面が着座してバルブを密閉す
る。この実施の形態では、バルブ要素をバルブシートか
ら離れるように下方向に駆動することによってバルブは
開かれる。あらゆる駆動手段(即ち、ソレノイド、水圧
など)を本発明と共に使用してバルブ要素10の往復移
動を制御できることを当業者は認識すべきである。
【0026】一体的なスプリングシートキャップ14は
最上端部に開口24を含み、開口24は、EGRバルブ
1の電位差計として機能する線形位置センサ26か又は
同様のタイプの線形位置センサを収容する。センサ26
は一体的なスプリングシートキャップ14と螺合してリ
テーナナット22に当接する。リテーナナット22は、
線形位置センサ26のベースに往復動するように取り付
けられた延長部27を介する位置センサ接触部としても
機能する。リテーナナット22はピストン20の真上に
配置され、従来の態様でバルブ要素10の最上部分に接
続されている。
最上端部に開口24を含み、開口24は、EGRバルブ
1の電位差計として機能する線形位置センサ26か又は
同様のタイプの線形位置センサを収容する。センサ26
は一体的なスプリングシートキャップ14と螺合してリ
テーナナット22に当接する。リテーナナット22は、
線形位置センサ26のベースに往復動するように取り付
けられた延長部27を介する位置センサ接触部としても
機能する。リテーナナット22はピストン20の真上に
配置され、従来の態様でバルブ要素10の最上部分に接
続されている。
【0027】EGRバルブ1の動作の際、線形位置セン
サ26はバルブ要素10の移動を記録して、バルブシー
ト21に対するバルブ要素10の移動及び位置を追跡す
る。このデータは、EGRバルブ1がオープン状態又は
クローズ状態にあるかを決定するのに有用であり、ま
た、バルブのリフトを計算してバルブ構造体の所望のフ
ロー特性を得るのにも必要である。例えば、線形フロー
特性が望まれる場合、バルブステムは(100%の最大
リフトと比較して)25%のリフトを有し、(100%
の最大フロー面積と比較して)25%のフロー面積を得
ることができる。バルブ要素10のリフト又は位置を調
節することにより、EGRバルブ1は、入口通路4から
出口通路6を通って流れることができるガス流体の流量
を正確に制御することができる。バルブ要素10の位置
は、絶えず繰り返されるダイヤフラム29の移動によっ
て制御され、従ってバルブは繰り返し可能な制御スキー
ムを維持することができる。
サ26はバルブ要素10の移動を記録して、バルブシー
ト21に対するバルブ要素10の移動及び位置を追跡す
る。このデータは、EGRバルブ1がオープン状態又は
クローズ状態にあるかを決定するのに有用であり、ま
た、バルブのリフトを計算してバルブ構造体の所望のフ
ロー特性を得るのにも必要である。例えば、線形フロー
特性が望まれる場合、バルブステムは(100%の最大
リフトと比較して)25%のリフトを有し、(100%
の最大フロー面積と比較して)25%のフロー面積を得
ることができる。バルブ要素10のリフト又は位置を調
節することにより、EGRバルブ1は、入口通路4から
出口通路6を通って流れることができるガス流体の流量
を正確に制御することができる。バルブ要素10の位置
は、絶えず繰り返されるダイヤフラム29の移動によっ
て制御され、従ってバルブは繰り返し可能な制御スキー
ムを維持することができる。
【0028】EGRバルブ1はフロー変更デバイス35
を更に含み、これは、入口通路4から出口通路6へのガ
ス流体のフローを可能にするフロー通路28を有するイ
ンサート36を含む。インサート36は滑りばめによっ
て下部キャビティ内に固定される円筒状要素であり、バ
ルブ要素10に隣接して配置される。インサート36が
下部キャビティ11内で回転するのを防ぐために、止め
ねじを使用してインサート36をバルブハウジング2に
固定することができる。流体の流量を制御するために開
口を出口通路6と適切に位置合わせすることに依存する
インサートデザインでは、止めねじか又は同様の固定手
段が必要である。
を更に含み、これは、入口通路4から出口通路6へのガ
ス流体のフローを可能にするフロー通路28を有するイ
ンサート36を含む。インサート36は滑りばめによっ
て下部キャビティ内に固定される円筒状要素であり、バ
ルブ要素10に隣接して配置される。インサート36が
下部キャビティ11内で回転するのを防ぐために、止め
ねじを使用してインサート36をバルブハウジング2に
固定することができる。流体の流量を制御するために開
口を出口通路6と適切に位置合わせすることに依存する
インサートデザインでは、止めねじか又は同様の固定手
段が必要である。
【0029】インサート36はバルブハウジング2から
取り外し可能であり、EGRバルブ1を介する広い範囲
の制御されるフロー構造を生じるように様々な幾何学的
形状及びフロー通路を有することができる。インサート
36は、バルブハウジング2の入口通路4に隣接して配
置される第1の開口37と、第1の開口37に対向す
る、従ってこれらの間のフロー通路28を画定する第2
の開口39とを含む。好適な実施の形態では、図1
(B)に示されるように、インサート36はインサート
36の壁に形成される2つの開口38を含む。この実施
の形態では、開口は円形である。第2の好適な実施の形
態では、更に詳しく後述するように、インサートはテー
パーづけされた内壁を有するか、又はインサートの壁に
形成される異なる形状の開口を有することができる。更
に、インサートは、EGRバルブ1の所望のフロー特性
に依存して、インサートの同様の半径方向面か又は異な
る面に沿って配置される1つ又はそれより多くの開口を
有することができる。
取り外し可能であり、EGRバルブ1を介する広い範囲
の制御されるフロー構造を生じるように様々な幾何学的
形状及びフロー通路を有することができる。インサート
36は、バルブハウジング2の入口通路4に隣接して配
置される第1の開口37と、第1の開口37に対向す
る、従ってこれらの間のフロー通路28を画定する第2
の開口39とを含む。好適な実施の形態では、図1
(B)に示されるように、インサート36はインサート
36の壁に形成される2つの開口38を含む。この実施
の形態では、開口は円形である。第2の好適な実施の形
態では、更に詳しく後述するように、インサートはテー
パーづけされた内壁を有するか、又はインサートの壁に
形成される異なる形状の開口を有することができる。更
に、インサートは、EGRバルブ1の所望のフロー特性
に依存して、インサートの同様の半径方向面か又は異な
る面に沿って配置される1つ又はそれより多くの開口を
有することができる。
【0030】図1(A)にはっきりと示されるように、
バルブヘッド40はインサート36の内部半径範囲内で
移動する。バルブ要素10がフロー通路28内を移動す
ると、バルブヘッド40はインサート36の内壁と密接
した滑りばめを形成して流体シールを生じ、従って流体
のフローが第1の開口37から第2の開口39に通らな
いようにする。インサートの第2の開口を通る流体のフ
ローを妨げることにより、流体はバルブ要素10の位置
に基づいてインサート36に形成される開口の有効断面
面積を通るようにフローする。バルブ要素10がオープ
ン位置に向かって上昇すると、バルブヘッド40は開口
38の大部分を徐々に露出し、開口38を介する有効断
面フロー面積を所定の速度で徐々に増加させる。
バルブヘッド40はインサート36の内部半径範囲内で
移動する。バルブ要素10がフロー通路28内を移動す
ると、バルブヘッド40はインサート36の内壁と密接
した滑りばめを形成して流体シールを生じ、従って流体
のフローが第1の開口37から第2の開口39に通らな
いようにする。インサートの第2の開口を通る流体のフ
ローを妨げることにより、流体はバルブ要素10の位置
に基づいてインサート36に形成される開口の有効断面
面積を通るようにフローする。バルブ要素10がオープ
ン位置に向かって上昇すると、バルブヘッド40は開口
38の大部分を徐々に露出し、開口38を介する有効断
面フロー面積を所定の速度で徐々に増加させる。
【0031】開口38の形状及び位置は、開口38の有
効フロー面積が増加する速度を制御するのに重要であ
る。従来のポペットバルブは、バルブヘッド移動の初め
の範囲の間、即ちバルブヘッドがバルブシートから離れ
るように移動し始めて流体をそれらの間にフローさせる
際に、有効フロー面積に関して急速に開く傾向がある。
結果として、有効フロー面積がリフトと共に増加する速
度は減少する。本発明は開口の形状及び位置を利用し、
有効フロー面積がバルブのリフトと共に増加する速度を
制御する。図1(B)は、互いに隣接して形成される2
つの開口を有するインサート36を示している。しか
し、より大きい開口かより小さな開口、又は異なるパタ
ーンでインサートに形成される開口を有するようにイン
サート36をデザインすることができる。本質的には、
開口のサイズ及び位置を変えて所望の流量制御を達成す
ることができる。
効フロー面積が増加する速度を制御するのに重要であ
る。従来のポペットバルブは、バルブヘッド移動の初め
の範囲の間、即ちバルブヘッドがバルブシートから離れ
るように移動し始めて流体をそれらの間にフローさせる
際に、有効フロー面積に関して急速に開く傾向がある。
結果として、有効フロー面積がリフトと共に増加する速
度は減少する。本発明は開口の形状及び位置を利用し、
有効フロー面積がバルブのリフトと共に増加する速度を
制御する。図1(B)は、互いに隣接して形成される2
つの開口を有するインサート36を示している。しか
し、より大きい開口かより小さな開口、又は異なるパタ
ーンでインサートに形成される開口を有するようにイン
サート36をデザインすることができる。本質的には、
開口のサイズ及び位置を変えて所望の流量制御を達成す
ることができる。
【0032】図2は、インサート36及び開口38に関
連するバルブヘッド40の分解図を示している。この図
によって示されるように、開口38を横切って上方向に
移動するバルブヘッド40は、これらの2つの開口38
の各々のフロー面積42をほぼ同じに変える。開口38
の形状は開口を通ってフローできる流体の量を制御する
一方で、バルブのリフトは有効フロー面積を制御する。
小さなフロー面積を画定する開口の底部部分のみが露出
されて流体のフローを可能にするため、インサート36
の円形開口は、バルブヘッド移動の初めの範囲の間に微
細な制御を可能にする。開口38が矩形で、円形開口に
対するバルブリフトが同じである場合、底部部分のフロ
ー面積はより広くなるため、円形開口よりも多量の流体
が矩形開口を通ることができる。従って、円形開口は、
バルブヘッドリフトの初めの範囲において、例えば矩形
開口か又は同様形状の開口よりも優れた流量の制御を提
供する。本発明の好適な実施の形態に使用する開口のフ
ロー特性は、更に詳しく後述する図6にグラフで表され
ている。
連するバルブヘッド40の分解図を示している。この図
によって示されるように、開口38を横切って上方向に
移動するバルブヘッド40は、これらの2つの開口38
の各々のフロー面積42をほぼ同じに変える。開口38
の形状は開口を通ってフローできる流体の量を制御する
一方で、バルブのリフトは有効フロー面積を制御する。
小さなフロー面積を画定する開口の底部部分のみが露出
されて流体のフローを可能にするため、インサート36
の円形開口は、バルブヘッド移動の初めの範囲の間に微
細な制御を可能にする。開口38が矩形で、円形開口に
対するバルブリフトが同じである場合、底部部分のフロ
ー面積はより広くなるため、円形開口よりも多量の流体
が矩形開口を通ることができる。従って、円形開口は、
バルブヘッドリフトの初めの範囲において、例えば矩形
開口か又は同様形状の開口よりも優れた流量の制御を提
供する。本発明の好適な実施の形態に使用する開口のフ
ロー特性は、更に詳しく後述する図6にグラフで表され
ている。
【0033】図3は本発明の第2の好適な実施の形態を
示している。これは図1に示されるものに類似するバル
ブ構造体を含むが、フロー変更デバイスは、バルブハウ
ジング2の下部キャビティに配置されるテーパーづけイ
ンサート48を含む。共に取り外し可能であり円筒状で
あるという点で(図1に示される)、テーパーづけイン
サート48は穴あきインサート36と非常に類似してい
る。滑りばめによって、止めねじを必要とせずにテーパ
ーづけインサート48をバルブハウジング2内に固定す
ることができる。更に、穴あきインサート36のよう
に、テーパーづけインサート48はバルブシート21の
下流に配置されて入口通路4と出口通路6との間の流体
のフローを変える。テーパーづけインサート48は、入
口通路4から流体を受け取ってこの流体フローをフロー
通路28に送る第1の開口51と、第1の開口51の下
流に配置されて流体フローを出口通路6に送る第2の開
口53とを含む。テーパーづけインサート48は、第1
の開口と第2の開口との間を延びるフロー変更面47を
含むことによって、インサート36とは異なっている。
バルブヘッドが第1の開口と第2の開口との間に配置さ
れると、フロー変更面47はバルブヘッド40を取り囲
み、フロー通路28のフロー変更面47とバルブヘッド
40との間にフロー経路即ち半径方向ギャップを画定す
る。バルブヘッドがフロー変更面47に沿ってオープン
位置に向かって移動することによってフロー通路28の
半径方向ギャップの有効断面フロー面積が変わり、これ
を通る流体の流量が所定量増加するように、フロー変更
面47は所定の形状を有する。
示している。これは図1に示されるものに類似するバル
ブ構造体を含むが、フロー変更デバイスは、バルブハウ
ジング2の下部キャビティに配置されるテーパーづけイ
ンサート48を含む。共に取り外し可能であり円筒状で
あるという点で(図1に示される)、テーパーづけイン
サート48は穴あきインサート36と非常に類似してい
る。滑りばめによって、止めねじを必要とせずにテーパ
ーづけインサート48をバルブハウジング2内に固定す
ることができる。更に、穴あきインサート36のよう
に、テーパーづけインサート48はバルブシート21の
下流に配置されて入口通路4と出口通路6との間の流体
のフローを変える。テーパーづけインサート48は、入
口通路4から流体を受け取ってこの流体フローをフロー
通路28に送る第1の開口51と、第1の開口51の下
流に配置されて流体フローを出口通路6に送る第2の開
口53とを含む。テーパーづけインサート48は、第1
の開口と第2の開口との間を延びるフロー変更面47を
含むことによって、インサート36とは異なっている。
バルブヘッドが第1の開口と第2の開口との間に配置さ
れると、フロー変更面47はバルブヘッド40を取り囲
み、フロー通路28のフロー変更面47とバルブヘッド
40との間にフロー経路即ち半径方向ギャップを画定す
る。バルブヘッドがフロー変更面47に沿ってオープン
位置に向かって移動することによってフロー通路28の
半径方向ギャップの有効断面フロー面積が変わり、これ
を通る流体の流量が所定量増加するように、フロー変更
面47は所定の形状を有する。
【0034】テーパーづけインサート48のフロー変更
面47は、円錐台又はテーパーづけされた形状を含む。
しかし、フロー変更面の形状を変えて、半径方向ギャッ
プを通って流れることができるガス流体の量を増加させ
たり減少させたりすることができる。例えば、バルブ要
素が最大のリフトになった後でも流量を多くしたい場合
は、テーパーづけインサート48の大きな直径部分49
を更に大きくしてより多量の流体をフローさせることが
できる。
面47は、円錐台又はテーパーづけされた形状を含む。
しかし、フロー変更面の形状を変えて、半径方向ギャッ
プを通って流れることができるガス流体の量を増加させ
たり減少させたりすることができる。例えば、バルブ要
素が最大のリフトになった後でも流量を多くしたい場合
は、テーパーづけインサート48の大きな直径部分49
を更に大きくしてより多量の流体をフローさせることが
できる。
【0035】図4は、本発明の第2の好適な実施の形態
に従った、テーパーづけインサート48のフロー変更面
47に関連するバルブヘッド40の分解図を示してい
る。この図は、(図1及び図3に示される)バルブヘッ
ド40とバルブシート21との間の軸方向ギャップ52
と、フロー変更面47とバルブヘッド40の外環エッジ
との間の半径方向ギャップ54を示しており、これらは
ガス流体のフローを制御する。図4のこれらの距離は縮
尺が合っておらず、単に本発明における軸方向及び半径
方向のギャップの意味を定義するために示されているこ
とに注意する。
に従った、テーパーづけインサート48のフロー変更面
47に関連するバルブヘッド40の分解図を示してい
る。この図は、(図1及び図3に示される)バルブヘッ
ド40とバルブシート21との間の軸方向ギャップ52
と、フロー変更面47とバルブヘッド40の外環エッジ
との間の半径方向ギャップ54を示しており、これらは
ガス流体のフローを制御する。図4のこれらの距離は縮
尺が合っておらず、単に本発明における軸方向及び半径
方向のギャップの意味を定義するために示されているこ
とに注意する。
【0036】図4を参照すると、(図1及び図3に示さ
れる)バルブ要素10がバルブシート21から上昇され
るにつれて、軸方向ギャップ52及び半径方向ギャップ
54は共に増加する。軸方向ギャップ52はバルブステ
ムリフトの初めの部分の間にガス流体のフローを制御
し、半径方向ギャップ54はリフトの初めの範囲よりも
大きなリフトにおいてフロー面積を制御する。バルブ動
作の際の軸方向及び半径方向ギャップの制御量は、フロ
ー変更面47のサイズ及び形状とバルブヘッド40に対
するその位置に依存して変化する。フロー変更面の様々
なサイズと形状との相違は、図7及び図8に関連して更
に詳しく説明する。バルブヘッド40がテーパーづけイ
ンサート48のフロー変更面47に沿ってオープン位置
に向かって移動すると、フロー通路28の有効断面面積
は所定の流体流量だけ増加するように変化される。流量
は、バルブヘッド40とフロー変更面47との間の有効
フロー面積に基づいて制御される。従って、バルブヘッ
ド40のサイズが一定であると仮定すると、ユーザはフ
ロー変更面の形状を変えるだけでEGRバルブ1の所望
のフロー特性を得ることができる。
れる)バルブ要素10がバルブシート21から上昇され
るにつれて、軸方向ギャップ52及び半径方向ギャップ
54は共に増加する。軸方向ギャップ52はバルブステ
ムリフトの初めの部分の間にガス流体のフローを制御
し、半径方向ギャップ54はリフトの初めの範囲よりも
大きなリフトにおいてフロー面積を制御する。バルブ動
作の際の軸方向及び半径方向ギャップの制御量は、フロ
ー変更面47のサイズ及び形状とバルブヘッド40に対
するその位置に依存して変化する。フロー変更面の様々
なサイズと形状との相違は、図7及び図8に関連して更
に詳しく説明する。バルブヘッド40がテーパーづけイ
ンサート48のフロー変更面47に沿ってオープン位置
に向かって移動すると、フロー通路28の有効断面面積
は所定の流体流量だけ増加するように変化される。流量
は、バルブヘッド40とフロー変更面47との間の有効
フロー面積に基づいて制御される。従って、バルブヘッ
ド40のサイズが一定であると仮定すると、ユーザはフ
ロー変更面の形状を変えるだけでEGRバルブ1の所望
のフロー特性を得ることができる。
【0037】EGRバルブ1に使用するテーパーづけイ
ンサート48の変形が図5に示されている。可変テーパ
ーづけインサート61は、前述のフロー変更面47に類
似するがこれに対して逆に配向されたフロー変更面62
を含む。この実施の形態では、駆動手段は前述の好適な
実施の形態のものに類似するが、バルブ要素10はクロ
ーズ位置においてバルブシート63に抗するように付勢
され、オープン位置に向かって下方向に延び、第1の開
口69から半径方向ギャップ68を通って第2の開口7
1に流れる流体の流量を有効に制御する。この実施の形
態は、フロー制御のために逆方向に着座する(back-sea
ted)バルブ構造体が必要である一定の用途には好まし
い。
ンサート48の変形が図5に示されている。可変テーパ
ーづけインサート61は、前述のフロー変更面47に類
似するがこれに対して逆に配向されたフロー変更面62
を含む。この実施の形態では、駆動手段は前述の好適な
実施の形態のものに類似するが、バルブ要素10はクロ
ーズ位置においてバルブシート63に抗するように付勢
され、オープン位置に向かって下方向に延び、第1の開
口69から半径方向ギャップ68を通って第2の開口7
1に流れる流体の流量を有効に制御する。この実施の形
態は、フロー制御のために逆方向に着座する(back-sea
ted)バルブ構造体が必要である一定の用途には好まし
い。
【0038】本発明の第1及び第2の好適な実施の形態
を参照して前述したように、バルブハウジング2内で2
つのタイプのインサートを使用してバルブシステムのフ
ロー特性を変える。穴あきインサート36の場合では、
図2に示すように、バルブがリフトされている間、バル
ブヘッド40によって露出される開口38の有効断面面
積に基づいてフローを制御する。しかし、テーパーづけ
インサート48の場合では、バルブヘッドがリフトされ
ると、画定されたフロー面積、即ちバルブヘッド40と
バルブシート21との間の軸方向ギャップ及びバルブヘ
ッドとフロー変更面47との間の半径方向ギャップに基
づいてフローを制御する。
を参照して前述したように、バルブハウジング2内で2
つのタイプのインサートを使用してバルブシステムのフ
ロー特性を変える。穴あきインサート36の場合では、
図2に示すように、バルブがリフトされている間、バル
ブヘッド40によって露出される開口38の有効断面面
積に基づいてフローを制御する。しかし、テーパーづけ
インサート48の場合では、バルブヘッドがリフトされ
ると、画定されたフロー面積、即ちバルブヘッド40と
バルブシート21との間の軸方向ギャップ及びバルブヘ
ッドとフロー変更面47との間の半径方向ギャップに基
づいてフローを制御する。
【0039】図6は、穴あきインサート36及びテーパ
ーづけインサート48双方の、EGRバルブの有効フロ
ー面積のパーセント対EGRバルブのリフトのパーセン
トを表すグラフを示している。この図は、とりわけ第1
及び第2の好適な実施の形態の2つのインサートデザイ
ンのフロー特性データのグラフ図を提供している。図7
からの数学的データを用いて、グラフとバルブ動作の関
係を次のように説明する:Zがバルブのリフトであり、
Aがバルブの有効フロー面積である場合、バルブの変化
率、即ち「ゲイン(gain) 」はバルブのリフトに依存し
て変わる。穴あきインサートに関しては、図6に示され
るように、曲線は上向きの凹状であり、ゲインは低いリ
フトでは低く、全体的なリフト範囲にわたって増加して
いる。これは、低いリフト又は狭いフロー面積において
微細な制御を必要とし、おそらく広い範囲のフロー面積
を必要とし、移動の最上端部付近におけるより荒い制御
に耐えることができるシステム構造には非常に有用であ
る。バルブステムのリフトが低いとき、テーパーづけイ
ンサートのゲインは穴あきインサートと比較して高い。
バルブステムのリフトが増加すると、テーパーづけイン
サートのフロー面積も増加する。しかし、バルブがその
最大リフトのうちの約40%までリフトされた後は、フ
ロー面積は次第に減少し始める。図6のグラフデータ
は、バルブがリフトするとテーパーづけインサートが穴
あきインサートよりも大きなフロー面積を可能にするこ
とを示している。しかし、バルブリフトが50%を越え
ると、テーパーづけインサートの変化率即ちゲインは減
少する。しかし、このグラフから更にわかるように、穴
あきインサートは、EGRバルブ1の初めのバルブステ
ムリフト即ちオープニングの際により正確なフローの制
御を提供する。双方のインサートは、ユーザが特定のE
GRのニーズに合った適切なフロー制御バルブ構造を生
じるために相当な量の柔軟性を提供する。
ーづけインサート48双方の、EGRバルブの有効フロ
ー面積のパーセント対EGRバルブのリフトのパーセン
トを表すグラフを示している。この図は、とりわけ第1
及び第2の好適な実施の形態の2つのインサートデザイ
ンのフロー特性データのグラフ図を提供している。図7
からの数学的データを用いて、グラフとバルブ動作の関
係を次のように説明する:Zがバルブのリフトであり、
Aがバルブの有効フロー面積である場合、バルブの変化
率、即ち「ゲイン(gain) 」はバルブのリフトに依存し
て変わる。穴あきインサートに関しては、図6に示され
るように、曲線は上向きの凹状であり、ゲインは低いリ
フトでは低く、全体的なリフト範囲にわたって増加して
いる。これは、低いリフト又は狭いフロー面積において
微細な制御を必要とし、おそらく広い範囲のフロー面積
を必要とし、移動の最上端部付近におけるより荒い制御
に耐えることができるシステム構造には非常に有用であ
る。バルブステムのリフトが低いとき、テーパーづけイ
ンサートのゲインは穴あきインサートと比較して高い。
バルブステムのリフトが増加すると、テーパーづけイン
サートのフロー面積も増加する。しかし、バルブがその
最大リフトのうちの約40%までリフトされた後は、フ
ロー面積は次第に減少し始める。図6のグラフデータ
は、バルブがリフトするとテーパーづけインサートが穴
あきインサートよりも大きなフロー面積を可能にするこ
とを示している。しかし、バルブリフトが50%を越え
ると、テーパーづけインサートの変化率即ちゲインは減
少する。しかし、このグラフから更にわかるように、穴
あきインサートは、EGRバルブ1の初めのバルブステ
ムリフト即ちオープニングの際により正確なフローの制
御を提供する。双方のインサートは、ユーザが特定のE
GRのニーズに合った適切なフロー制御バルブ構造を生
じるために相当な量の柔軟性を提供する。
【0040】図7は、様々なテーパーづけインサートデ
ザインと、フロー制御特性の範囲を生じる各々の有効フ
ロー面積スケジュールをグラフで表している。各曲線
は、1つのテーパーづけインサートデザインに対応す
る。より詳細には、図7は、第2の好適な実施の形態の
EGRバルブに使用されるテーパーづけインサートのバ
ルブフロー面積のパーセント対バルブリフトのパーセン
トを示している。図7の例は、テーパーづけインサート
デザインの流量のグラフ図を変えるのに使用することが
できる冪関数指数を示している。各曲線の数学的表現
は、A=min(Aax ial , Aradial)であり、式中
「A」はバルブの有効フロー面積を表し、「Aax ial 」
は軸方向のバルブリフトのパーセントを表し、「A
radial」は、バルブヘッド40とインサートのフロー変
更面47との間の半径方向ギャップに基づいたバルブフ
ロー面積を表している。
ザインと、フロー制御特性の範囲を生じる各々の有効フ
ロー面積スケジュールをグラフで表している。各曲線
は、1つのテーパーづけインサートデザインに対応す
る。より詳細には、図7は、第2の好適な実施の形態の
EGRバルブに使用されるテーパーづけインサートのバ
ルブフロー面積のパーセント対バルブリフトのパーセン
トを示している。図7の例は、テーパーづけインサート
デザインの流量のグラフ図を変えるのに使用することが
できる冪関数指数を示している。各曲線の数学的表現
は、A=min(Aax ial , Aradial)であり、式中
「A」はバルブの有効フロー面積を表し、「Aax ial 」
は軸方向のバルブリフトのパーセントを表し、「A
radial」は、バルブヘッド40とインサートのフロー変
更面47との間の半径方向ギャップに基づいたバルブフ
ロー面積を表している。
【0041】Aaxial 値は、次のように計算される。 Aaxial =ΠDZ 式中、「D」はバルブヘッドの直径を表し、「Z」はE
GRバルブ1の動作の際のバルブステムのリフトを表し
ている。
GRバルブ1の動作の際のバルブステムのリフトを表し
ている。
【0042】Aradial値は、次のように計算される。 Aradial=a+bZn 式中、「a」はAmax 、即ちEGRバルブの最大フロー
面積の2.7%である最小直径におけるインサートのテ
ーパーづけされた内壁の直径であり、「b」はバルブス
テムリフトと共にテーパー直径が増加する態様を表す係
数を表し、「Z」はバルブステムのリフトを表し、
「n」は図7のグラフに表される各インサートの固有の
テーパー定義を表す指数である。Aaxial の値はグラフ
のY軸に表され、Aradialの値はグラフのX軸に表され
る。
面積の2.7%である最小直径におけるインサートのテ
ーパーづけされた内壁の直径であり、「b」はバルブス
テムリフトと共にテーパー直径が増加する態様を表す係
数を表し、「Z」はバルブステムのリフトを表し、
「n」は図7のグラフに表される各インサートの固有の
テーパー定義を表す指数である。Aaxial の値はグラフ
のY軸に表され、Aradialの値はグラフのX軸に表され
る。
【0043】フロー能力(flowability)の範囲の点で
は、テーパーづけインサートのデザインは穴あきインサ
ートデザインよりも柔軟性が高い。前述し、図7の例に
記した範囲パラメータを用いて、ユーザは下記の(a)
〜(c)をデザインすることができる:(a)迅速な初
めのオープニングと、バルブリフトの最上端部における
より微細な制御が要求される状況に対しては、下向きに
凹状のフロー特性の形状(n<1.0);(b)ユーザ
が線形フロー制御を望む場合は完全に直線のフロー特性
の形状(n=0);(c)最上端部においてより荒い制
御を行う代わりに底部端部において微細な制御が必要で
ある場合は、上向きに凹状のフロー特性の形状(n>
1.0)。図7にグラフで表されるテーパーづけインサ
ートデザインはバルブヘッドの直径よりもわずかに大き
い最小のフロー変更面直径を有し、従ってバルブが初め
に開かれたときに最小の流体フローを可能にする。
は、テーパーづけインサートのデザインは穴あきインサ
ートデザインよりも柔軟性が高い。前述し、図7の例に
記した範囲パラメータを用いて、ユーザは下記の(a)
〜(c)をデザインすることができる:(a)迅速な初
めのオープニングと、バルブリフトの最上端部における
より微細な制御が要求される状況に対しては、下向きに
凹状のフロー特性の形状(n<1.0);(b)ユーザ
が線形フロー制御を望む場合は完全に直線のフロー特性
の形状(n=0);(c)最上端部においてより荒い制
御を行う代わりに底部端部において微細な制御が必要で
ある場合は、上向きに凹状のフロー特性の形状(n>
1.0)。図7にグラフで表されるテーパーづけインサ
ートデザインはバルブヘッドの直径よりもわずかに大き
い最小のフロー変更面直径を有し、従ってバルブが初め
に開かれたときに最小の流体フローを可能にする。
【0044】図8は、EGRバルブ1と共に使用される
テーパーづけインサートデザインのバルブフロー面積の
パーセント対リフトのパーセントを表しており、ここで
テーパーの最小直径はバルブヘッドの直径よりも所定の
寸法だけ大きく、従って初めのフロー面積は最も急速に
開かれ、延長された初めのオープニングの期間において
軸方向ギャップによってのみ制御される。例えば、図7
の、n=1.0のテーパー定義指数を有するテーパーづ
けインサートデザイン、即ち最大フロー面積のうち30
%の半径方向フローを生じる最小直径を有する平らな直
線テーパー(5つの曲線のうち真ん中の曲線)では、フ
ロー面積はリフトの初めの25%において最大面積の5
0%まで開いてフロー面積の上部50%を残し、残りの
50%はリフトの残り75%によって制御される。より
高いリフトにおいてより微細な制御を行う場合では、n
=0.5のテーパー定義指数を有するテーパーづけイン
サート(一番上の曲線)は、バルブリフトが50%を越
えたときにバルブヘッド40とフロー変更面47との間
の半径方向ギャップを通って流れるフローを制御するこ
とによって、流量のより大きな制御を提供する。テーパ
ーづけインサート48の内面を変えるだけで、ユーザは
EGRバルブ1をカスタマイズし、特定の機関システム
構造に所望のバルブ特性を適合させることができる。
テーパーづけインサートデザインのバルブフロー面積の
パーセント対リフトのパーセントを表しており、ここで
テーパーの最小直径はバルブヘッドの直径よりも所定の
寸法だけ大きく、従って初めのフロー面積は最も急速に
開かれ、延長された初めのオープニングの期間において
軸方向ギャップによってのみ制御される。例えば、図7
の、n=1.0のテーパー定義指数を有するテーパーづ
けインサートデザイン、即ち最大フロー面積のうち30
%の半径方向フローを生じる最小直径を有する平らな直
線テーパー(5つの曲線のうち真ん中の曲線)では、フ
ロー面積はリフトの初めの25%において最大面積の5
0%まで開いてフロー面積の上部50%を残し、残りの
50%はリフトの残り75%によって制御される。より
高いリフトにおいてより微細な制御を行う場合では、n
=0.5のテーパー定義指数を有するテーパーづけイン
サート(一番上の曲線)は、バルブリフトが50%を越
えたときにバルブヘッド40とフロー変更面47との間
の半径方向ギャップを通って流れるフローを制御するこ
とによって、流量のより大きな制御を提供する。テーパ
ーづけインサート48の内面を変えるだけで、ユーザは
EGRバルブ1をカスタマイズし、特定の機関システム
構造に所望のバルブ特性を適合させることができる。
【0045】図8によってわかるように、バルブヘッド
とインサートのフロー変更面との間の初めの半径方向ギ
ャップのために、初めのバルブのフロー面積のパーセン
トとバルブリフトのパーセントは、全ての種類のテーパ
ーづけインサートデザインにおいて本質的に直線であ
る。しかし、バルブリフトのパーセントが最初のテーパ
ーづけデザイン(n=2.0)の約17%を越えて最後
のテーパーづけデザイン(n=0.5)の約33%まで
増加した後は、バルブのフロー面積は次第に減少する。
これらの特定のフロー特性は、高いリフト状態において
フロー面積をより強く制御するのに望ましい。異なるイ
ンサートを用いてバルブ構造体のフロー特性を変えるこ
とができるため、EGRバルブ1のデザインは既存のE
GRバルブデザインよりも大きな制御能力をある期間に
わたって提供する。本発明によって、ユーザが特定の機
関環境に対する所望のフロー制御量を満たすインサート
デザインを選択することができる。
とインサートのフロー変更面との間の初めの半径方向ギ
ャップのために、初めのバルブのフロー面積のパーセン
トとバルブリフトのパーセントは、全ての種類のテーパ
ーづけインサートデザインにおいて本質的に直線であ
る。しかし、バルブリフトのパーセントが最初のテーパ
ーづけデザイン(n=2.0)の約17%を越えて最後
のテーパーづけデザイン(n=0.5)の約33%まで
増加した後は、バルブのフロー面積は次第に減少する。
これらの特定のフロー特性は、高いリフト状態において
フロー面積をより強く制御するのに望ましい。異なるイ
ンサートを用いてバルブ構造体のフロー特性を変えるこ
とができるため、EGRバルブ1のデザインは既存のE
GRバルブデザインよりも大きな制御能力をある期間に
わたって提供する。本発明によって、ユーザが特定の機
関環境に対する所望のフロー制御量を満たすインサート
デザインを選択することができる。
【0046】より望ましい排気再循環フロー制御特性を
得ることが必要なあらゆる環境において、本発明のフロ
ー制御バルブを用いることができる。更に、特定のシス
テムのニーズに特に対応するバルブの入力/出力特性を
デザインすることが望ましい場合に、フロー制御バルブ
を使用することができる。更に、NOX エミッションを
低減し、粒状物質エミッション及び燃料の経済性などの
他の対象特性に影響を及ぼす度合いを制御するようにフ
ロー制御バルブを使用することができる。
得ることが必要なあらゆる環境において、本発明のフロ
ー制御バルブを用いることができる。更に、特定のシス
テムのニーズに特に対応するバルブの入力/出力特性を
デザインすることが望ましい場合に、フロー制御バルブ
を使用することができる。更に、NOX エミッションを
低減し、粒状物質エミッション及び燃料の経済性などの
他の対象特性に影響を及ぼす度合いを制御するようにフ
ロー制御バルブを使用することができる。
【図1】(A)は、本発明の好適な実施の形態に従っ
た、半径方向孔インサートを有する排気再循環(EG
R)バルブの部分断面図である。(B)は、(A)の1
b−1bにおける好適な実施の形態の半径方向孔インサ
ートの側面図である。
た、半径方向孔インサートを有する排気再循環(EG
R)バルブの部分断面図である。(B)は、(A)の1
b−1bにおける好適な実施の形態の半径方向孔インサ
ートの側面図である。
【図2】図1(A)及び図1(B)に示される本発明の
好適な実施の形態に従って半径方向孔インサートに対し
て配置されるバルブステムの分解正面図である。
好適な実施の形態に従って半径方向孔インサートに対し
て配置されるバルブステムの分解正面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に従った、テーパー
づけインサートを有するEGRバルブの部分断面図であ
る。
づけインサートを有するEGRバルブの部分断面図であ
る。
【図4】本発明の第2の実施の形態に従ってテーパーづ
けインサートに対して配置されるバルブステムの分解正
面図である。
けインサートに対して配置されるバルブステムの分解正
面図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態に従って可変テーパ
ーづけインサートに対して配置されるバルブステムの分
解正面図である。
ーづけインサートに対して配置されるバルブステムの分
解正面図である。
【図6】本発明の半径方向孔インサート及びテーパーづ
けインサートの、EGRバルブリフトのパーセント対E
GRバルブの有効フロー面積のパーセントのグラフであ
る。
けインサートの、EGRバルブリフトのパーセント対E
GRバルブの有効フロー面積のパーセントのグラフであ
る。
【図7】様々なテーパーづけインサートデザインの、E
GRバルブのフロー面積のパーセント対バルブリフトの
パーセントのグラフである。
GRバルブのフロー面積のパーセント対バルブリフトの
パーセントのグラフである。
【図8】様々なテーパーづけインサートデザインの、E
GRバルブフロー面積のパーセント対バルブリフトのパ
ーセントのグラフであり、ここでテーパーの最小直径
は、ポペットヘッドの直径及びグラフで図7に表される
インサートよりも多少大きい。
GRバルブフロー面積のパーセント対バルブリフトのパ
ーセントのグラフであり、ここでテーパーの最小直径
は、ポペットヘッドの直径及びグラフで図7に表される
インサートよりも多少大きい。
1 バルブ 2 ハウジング 4 入口通路 5 上部部分 6 出口通路 7 下部部分 10 バルブ要素 11 下部キャビティ 12 上部キャビティ 14 スプリングシートキャップ 17 環状壁 18 スプリング 20 ピストン 21 バルブシート 26 センサ 28 フロー通路 33 バルブステム 35 フロー変更デバイス 36 インサート 37、51 第1の開口 38 開口 39、53 第2の開口 40 バルブヘッド 42 フロー面積 47 フロー変更面 48 テーパーづけインサート
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年3月11日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
【手続補正5】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】
【手続補正6】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図6
【補正方法】変更
【補正内容】
【図6】
【手続補正7】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図7
【補正方法】変更
【補正内容】
【図7】
【手続補正8】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図8
【補正方法】変更
【補正内容】
【図8】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジォッシュ エス.シャオ アメリカ合衆国 インディアナ州 コロン バス カントリーサイド 1150 (72)発明者 ポール アール.ミラー アメリカ合衆国 インディアナ州 コロン バス パーク ヴァレー ドライブ 1800 (72)発明者 ロング ケイ.ワング アメリカ合衆国 インディアナ州 コロン バス レッドバード ドライブ 5452
Claims (23)
- 【請求項1】 ガス流体のフローを制御するフロー制御
バルブであって、 キャビティ、入口通路及び出口通路を有するバルブハウ
ジングを含み、 前記キャビティ内に配置され、往復動するように取り付
けられたバルブ要素及びバルブシートを含むポペットバ
ルブを含み、前記ポペットバルブは、前記バルブ要素が
前記バルブシートから一定の距離だけ離れて位置されて
流体のフローが前記キャビティを通ることができるオー
プン位置と、前記バルブ要素が前記バルブシートと係合
して前記キャビティを通るフローを妨げるクローズ位置
との間を移動可能であり、 前記バルブ要素に隣接して前記キャビティ内に位置さ
れ、前記ポペットバルブの移動の際に前記入口通路から
前記出口通路へのガス流体の流量を制御するフロー変更
手段を含み、前記フロー変更手段はインサートと前記イ
ンサートに形成されるフロー通路を含み、 前記クローズ位置から前記オープン位置への前記バルブ
要素の移動によって前記フロー通路の有効断面フロー面
積が変わる、 フロー制御バルブ。 - 【請求項2】 前記インサートが取り外し可能である、
請求項1に記載のバルブ。 - 【請求項3】 前記フロー通路が、前記インサートの壁
に形成される少なくとも1つの開口を含む、請求項1に
記載のバルブ。 - 【請求項4】 前記インサートは円筒状であり、前記少
なくとも1つの開口は円形開口を含む、請求項3に記載
のバルブ。 - 【請求項5】 前記少なくとも1つの開口が2つの開口
を含む、請求項3に記載のバルブ。 - 【請求項6】 前記2つの開口の形状が円形である、請
求項5に記載のバルブ。 - 【請求項7】 前記2つの円形開口が、前記インサート
の一方の側に互いに隣接して形成される、請求項6に記
載のバルブ。 - 【請求項8】 前記ポペットバルブの移動によって前記
2つの開口の各々のフロー面積がほぼ同じに変わる、請
求項6に記載のバルブ。 - 【請求項9】 前記バルブ要素が前記オープン位置と前
記クローズ位置との間を移動する際に、前記バルブ要素
は前記少なくとも1つの開口の所定の断面面積を通る流
体のフローを妨げるように位置される、請求項3に記載
のバルブ。 - 【請求項10】 前記インサートは、前記入口通路から
流体を受け取って流体フローを前記フロー通路に送る入
口開口と、前記フロー通路からの流体フローを前記出口
通路に送る出口開口とを含み、前記インサートは前記入
口開口が前記出口開口よりも直径が小さくなるようにテ
ーパーづけされた内部範囲を含む、請求項1に記載のバ
ルブ。 - 【請求項11】 前記バルブ要素が、バルブステムと、
前記バルブステムと一体的に形成されるバルブヘッドと
を含み、前記バルブステムに正の力を提供して前記バル
ブヘッドと前記バルブシートとの間にシールを生じる付
勢手段を更に含む、請求項1に記載のバルブ。 - 【請求項12】 前記バルブハウジングが、前記バルブ
要素の一方の端部に位置するキャップと、前記キャップ
に取り付けられて前記バルブステムの位置を感知し、前
記バルブシートに対する前記バルブヘッドの位置を示す
感知手段とを更に含み、前記スプリング手段が着座する
と前記キャップに当接するように配置される、請求項1
1に記載のバルブ。 - 【請求項13】 ガス流体のフローを制御するフロー制
御バルブであって、 中にキャビティが形成されたバルブハウジングを含み、 前記バルブハウジングに形成され、ガス流体を前記キャ
ビティに送る入口通路を含み、 前記キャビティ内に往復動するように取り付けられて前
記フロー制御バルブを通るフローを制御するバルブ手段
を含み、前記バルブ手段はバルブヘッドとバルブシート
を含み、 前記バルブハウジング内の前記バルブ手段の下流に形成
されて前記キャビティから流れるガス流体を受け取る出
口通路を含み、前記出口通路は有効断面フロー面積を有
し、 前記バルブヘッドが移動すると、前記出口通路の少なく
とも一部分を通るフローを妨げることによって前記出口
通路の前記断面フロー面積が変わる、 フロー制御バルブ。 - 【請求項14】 前記バルブ手段が、前記バルブヘッド
と一体形成されたバルブステムと、前記バルブステムに
正の力を提供して前記バルブヘッドと前記バルブシート
との間にシールを生じる付勢手段とを更に含む、請求項
13に記載のバルブ。 - 【請求項15】 前記バルブハウジングが前記バルブヘ
ッドに隣接して配置される取り外し可能なインサートを
含み、前記出口通路が前記取り外し可能インサートに形
成される、請求項14に記載のバルブ。 - 【請求項16】 前記出口通路が2つの開口を含む、請
求項15に記載のバルブ。 - 【請求項17】 前記2つの開口の形状が円形である、
請求項16に記載のバルブ。 - 【請求項18】 前記2つの円形開口が、前記インサー
トの一方の側に互いに隣接して形成される、請求項17
に記載のバルブ。 - 【請求項19】 前記バルブハウジングに取り付けられ
て前記バルブステムの位置を感知し、前記バルブシート
に対する前記バルブヘッドの位置を示す感知手段を更に
含む、請求項13に記載のバルブ。 - 【請求項20】 ガス流体のフローを制御するフロー制
御バルブであって、 中にキャビティが形成されたバルブハウジングを含み、 前記バルブハウジングに形成され、ガス流体を前記キャ
ビティに送る入口手段を含み、 前記バルブハウジングに形成され、前記キャビティから
ガス流体を受け取る出口手段を含み、 前記キャビティに往復動するように取り付けられて前記
入口手段から前記出口手段への流体フローを制御するバ
ルブ手段を含み、前記バルブ手段はバルブヘッドとバル
ブシートを含み、前記バルブヘッドは、前記バルブヘッ
ドが前記シートから一定の距離だけ離れて位置されて流
体のフローが前記キャビティを通ることができるオープ
ン位置と、前記バルブヘッドが前記バルブシートと係合
して前記キャビティを通るフローを妨げるクローズ位置
との間を移動可能であり、 前記バルブシートの下流の前記バルブヘッドに隣接して
位置され、前記入口手段と前記出口手段との間の流体の
流量を変えるフロー変更手段を含み、前記フロー変更手
段は第1の開口と、前記第1の開口の下流に配置される
第2の開口と、前記第1の開口と前記第2の開口との間
に延び、前記バルブヘッドが前記第1の開口と前記第2
の開口との間に位置されると前記バルブヘッドを取り囲
んで前記バルブヘッドとの間にフロー通路を画定するフ
ロー変更面とを含み、前記バルブヘッドを前記フロー変
更面に沿って前記オープン位置に向かって移動させると
前記フロー通路の有効断面フロー面積を変えて流体の流
量を所定量増加させるように、前記フロー変更面が所定
の形状を有する、 フロー制御バルブ。 - 【請求項21】 前記フロー変更面が円錐台形状の部分
を含む、請求項20に記載のバルブ。 - 【請求項22】 前記フロー変更面が取り外し可能なイ
ンサートを含み、前記フロー変更面が前記インサートに
形成されている、請求項21に記載のバルブ。 - 【請求項23】 前記インサートが円筒状である、請求
項21に記載のバルブ。
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