バルブ装置
【課題】 バックラッシュ吸収の機能を果たすバネ手段、またはリターンスプリングの機能を果たすバネ手段を搭載するバルブ装置の体格を小型化する。
【解決手段】 ＥＧＲ弁体３の回動中心に、ＥＧＲ弁体３を所定開度へ戻すトーションバー５を配置する。このように、バックラッシュ吸収の機能とリターンスプリングの機能を果たすバネ手段が、ＥＧＲ弁体３の回動中心に配置されたトーションバー５であるため、ＥＧＲバルブ装置１の体格を小型化できる。また、トーションバー５は、共振周波数が非常に高いため、車両振動等が与えられてもトーションバー５が共振する不具合がなく、共振による摩耗や折損を回避することができ、ＥＧＲバルブ装置１の信頼性を高めることができる。
【解決手段】 ＥＧＲ弁体３の回動中心に、ＥＧＲ弁体３を所定開度へ戻すトーションバー５を配置する。このように、バックラッシュ吸収の機能とリターンスプリングの機能を果たすバネ手段が、ＥＧＲ弁体３の回動中心に配置されたトーションバー５であるため、ＥＧＲバルブ装置１の体格を小型化できる。また、トーションバー５は、共振周波数が非常に高いため、車両振動等が与えられてもトーションバー５が共振する不具合がなく、共振による摩耗や折損を回避することができ、ＥＧＲバルブ装置１の信頼性を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体通路内に配置された弁体を回動させることで、流体通路の開閉、あるいは流体通路の通路面積の可変を行なうバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体通路内に配置された弁体を回動させることで、流体通路の開閉、あるいは流体通路の通路面積の可変を行なうバルブ装置（ＥＧＲバルブ装置等）が広く用いられている。
弁体は、電動アクチュエータ、流体アクチュエータ、手動等を駆動源とした駆動手段によって回動駆動されるものであり、駆動源と弁体との間には、ギヤ機構、リンク機構などよりなる動力伝達手段が介在される。なお、本発明では、駆動源と動力伝達機構を合わせて駆動手段と称する。
【０００３】
バルブ装置には、駆動手段におけるバックラッシュの吸収を行なうためのネジリコイルバネ、あるいは弁体を初期位置（例えば、全閉位置、全開位置、中間開度位置など）へ戻すためのネジリコイルバネを搭載するものが知られている。
このネジリコイルバネは、巻き径を有する。このため、バルブ装置にネジリコイルバネを搭載することでバルブ装置の体格が大きくなる不具合があった。
【０００４】
具体的な例として、図１０に示すＥＧＲバルブ装置１を参照して従来技術の問題点を説明する。なお、符号は後述する実施例等に合わせて、同一機能物に同一符号を付したものである。
図１０に示すＥＧＲバルブ装置１は、駆動手段４の出力軸、および駆動シャフト７の外周を覆うようにネジリコイルバネＮＣを配置している。しかるに、駆動手段４の出力軸、および駆動シャフト７の外周に、径の大きいネジリコイルバネＮＣを配置することで、ＥＧＲバルブ装置１の体格が大きいものになってしまう（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
一方、ネジリコイルバネＮＣは、巻き径を有するために共振周波数（固有振動数）が比較的低い。このため、ＥＧＲバルブ装置１に用いられるネジリコイルバネＮＣは、車両振動等によって共振しやすい。共振が生じてしまうと、ネジリコイルバネＮＣにおける線間摩耗が生じたり、折損等が生じる懸念がある。そこで、従来のＥＧＲバルブ装置１では、トライアンドエラーを繰り返してネジリコイルバネＮＣを設計しなければならないという不具合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３３０６３号公報
【特許文献２】特開２００７−２４２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、少なくともバックラッシュ吸収の機能、あるいはリターンスプリングの機能を果たすためのバネ手段を搭載するバルブ装置の体格を小型化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段のバルブ装置は、弁体の回動中心（軸芯）に配置されたトーションバーによって、弁体の開度を所定開度へ戻す構成を採用する。これにより、トーションバーが、少なくともバックラッシュ吸収の機能、あるいはリターンスプリングの機能を果たす。 このように、バックラッシュ吸収の機能、あるいはリターンスプリングの機能を果たすバネ手段が、弁体の回動中心に配置されたトーションバーであるため、バルブ装置の体格を小型化することができる。
また、弁体の回動中心に配置されるトーションバーは、棒状を呈するバネであるため、従来用いられていたネジリコイルバネに比較して共振周波数が高い。このため、ネジリコイルバネを用いた場合に共振するような環境下（例えば、車両搭載の環境下）においても、トーションバーでは共振する不具合がなく、共振による摩耗や折損等を回避することができ、バルブ装置の信頼性を高めることができる。
【０００９】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段のバルブ装置における流体通路は、エンジンの排気ガスの一部を吸気側へ戻すＥＧＲ流路であり、弁体はエンジンに戻されるＥＧＲ量の調整を行なうＥＧＲ弁体である。
【００１０】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段のバルブ装置における流体通路は、エンジンに燃焼用の空気を導く吸気通路であり、弁体はエンジンに吸い込まれる吸気量を調整するスロットル弁体、あるいは吸気通路の内部に負圧を発生させるための吸気弁体である。
【００１１】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段のバルブ装置は、２つの弁体を備え（例えば、低圧ＥＧＲ弁体と吸気弁体）、駆動手段に搭載された１つの電動モータの出力により、２つ設けられた弁体をそれぞれ回動操作するものである。そして、各弁体のそれぞれの回動中心には、それぞれの弁体を、それぞれの所定開度へ戻すトーションバーが配置されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＥＧＲバルブ装置の概略断面図である（実施例１）。
【図２】ＥＧＲ弁体をＥＧＲ流路の上流側より見た図、およびＥＧＲ弁体におけるプレス成形品の展開図である（実施例１）。
【図３】ＥＧＲ弁体の回転角度と、開度（Ｑ）との関係を示すグラフである。
【図４】ＥＧＲ弁体を片持ち支持するタイプのＥＧＲバルブ装置の断面図である（実施例２）。
【図５】ＥＧＲ弁体を両持ち支持するタイプのＥＧＲバルブ装置の断面図である（実施例３）。
【図６】２つの弁体（ＥＧＲ弁体と吸気弁体）を駆動手段に搭載された１つの電動モータにより駆動するバルブ装置の断面図である（実施例４）。
【図７】リンク機構の説明図である（実施例４）。
【図８】エンジンの吸排気システムの概略図である。
【図９】ＥＧＲ弁体の回転角度に応じたＥＧＲ弁体の開度（Ｑ）と、吸気弁体の開度（Ｑ）との関係を示すグラフである（実施例４）。
【図１０】ＥＧＲバルブ装置の断面図である（従来例）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
ＥＧＲバルブ装置１（バルブ装置の一例）は、ＥＧＲガス（流体の一例）を吸気側へ戻すＥＧＲ流路２（流体通路の一例）の内部において回動可能に支持され、回動によりＥＧＲ流路２の開閉、あるいは開度調整を行なうＥＧＲ弁体３（弁体の一例）と、このＥＧＲ弁体３を駆動する駆動手段４（例えば、電動モータ＋歯車減速機構等）とを具備する。
そして、ＥＧＲ弁体３の回動中心には、ＥＧＲ弁体３を全閉位置（所定開度の一例）へ戻すトーションバー５が配置される。
【実施例１】
【００１４】
次に、本発明を車両エンジンに搭載されるＥＧＲ装置のＥＧＲバルブ装置１に適用した実施例１を、図１〜図３を参照して説明する。なお、本実施例において、上記［発明を実施するための形態］と同一符号は、同一機能物を示すものである。
〔ＥＧＲ装置の説明〕
ＥＧＲ装置は、エンジンの排出した排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気側に戻すことで、吸気の一部に不燃ガスであるＥＧＲガスを混入させてエンジン燃焼室の燃焼温度を抑え、効果的に窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑える装置である。
ＥＧＲ装置は、排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路へ戻すＥＧＲ流路２と、このＥＧＲ流路２の開度調整を行なうＥＧＲバルブ装置１とを少なくとも備えるものであり、このＥＧＲバルブ装置１が車両の走行状態に応じてＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略）によって開度制御される。
【００１５】
なお、実施例１に示すＥＧＲバルブ装置１は、吸気通路における高負圧発生範囲（スロットル弁体の吸気下流側）へＥＧＲガスを戻す高圧ＥＧＲ装置（図８の符号Ｈ参照）に搭載される高圧ＥＧＲバルブ装置であっても良いし、吸気通路における低負圧発生範囲（スロットル弁体の吸気上流側：例えばターボチャージャ搭載車両であればコンプレッサの吸気上流側）へＥＧＲガスを戻す低圧ＥＧＲ装置（図８の符号Ｌ参照）に搭載される低圧ＥＧＲバルブ装置であっても良い。
【００１６】
次に、図１を参照して、ＥＧＲバルブ装置１を説明する。なお、以下では、図１におけるＥＧＲ流路２を基準として駆動手段４が配置される側（図１の上側）を上、駆動手段４が配置される側とは異なる側（図１の下側）を下と称して説明するが、この上下は実施例の説明のための方向であり、限定されるものではない。
ＥＧＲバルブ装置１は、ＥＧＲ流路２の内部に配置されるＥＧＲ弁体３と、このＥＧＲ弁体３を駆動する駆動手段４と、ＥＧＲ流路２を形成するハウジング６と、ＥＧＲ弁体３を支持する駆動シャフト７および従動シャフト８とを備える。
【００１７】
ＥＧＲ弁体３は、バタフライ弁であり、回動位置に応じてＥＧＲ流路２を開閉可能であるとともに、ＥＧＲ流路２の開口面積を可変可能であり、ＥＧＲ流路２の開口面積を可変することで吸気通路へ戻されるＥＧＲ量の調整を行なうものである。
駆動手段４は、ハウジング６の上部に固定されて、駆動シャフト７を回動駆動するものであり、通電により回転動力を発生する周知の電動モータ２１（符号、図４参照）と、この電動モータ２１の回転を減速して出力トルクを増大化させる歯車減速機構２２（符号、図４参照）とを組み合わせてなる。
【００１８】
ハウジング６の主要部は、アルミニウム合金のダイキャスト製であり、高温のＥＧＲガスが流れるＥＧＲ流路２の内壁が耐熱性、耐腐食性に優れた部材（例えば、ステンレス鋼）によって設けられている。
ここで、この実施例１のＥＧＲバルブ装置１は、図１に示すように、ＥＧＲ流路２の中心線と、ＥＧＲ弁体３を駆動する駆動シャフト７の中心線とが傾斜配置されるものである。
【００１９】
従来のＥＧＲバルブ装置１では、ＥＧＲ弁体３の回動に伴う開度変化の特性をサイン曲線よりも直線特性に近づける目的と（図３の破線Ａ参照）、バルブ精度を高める目的とで、図１０に示すように、ＥＧＲ弁体３が総切削（削出し）に近い制作技術によって作られてＥＧＲ弁体３の板厚が厚く設けられるとともに、駆動シャフト７がＥＧＲ流路２の中心部まで深く挿入配置されていた。
このため、図１０に示す従来のＥＧＲバルブ装置１では、全開時において、厚いＥＧＲ弁体３と、深く挿入配置された駆動シャフト７とにより、ＥＧＲ流路２を塞ぐ面積が大きくなってしまい、通気抵抗の増大（圧力損失が大きい）によって全開時のＥＧＲ量が低下してしまう。
【００２０】
この実施例１は、上記の問題点を解決するために、以下に示す技術を採用している。
駆動シャフト７の下端をＥＧＲ弁体３の上端に連結させて、ＥＧＲ流路２の内部に挿入される駆動シャフト７の挿入量を極力小さくする。
同様に、従動シャフト８の上端をＥＧＲ弁体３の下端に連結させて、ＥＧＲ流路２の内部に挿入される従動シャフト８の挿入量を極力小さくする。
即ち、図１に示すように、駆動シャフト７と従動シャフト８とが、ＥＧＲ流路２の内部で離れた状態で配置される。
【００２１】
ＥＧＲ弁体３は、駆動シャフト７と従動シャフト８の間に支持されるものであって、ＥＧＲ流路２を開閉可能な円板弁１０と、この円板弁１０の上部において駆動シャフト７の下端に連結される第１弁支持部１１と、円板弁１０の下部において従動シャフト８の上端に連結される第２弁支持部１２とからなり、円板弁１０の板面に沿う方向から見て（図１参照）、円板弁１０、第１、第２弁支持部１１、１２の３者によって略Ｚ字形状を成すものである。
【００２２】
この円板弁１０、第１、第２弁支持部１１、１２の３者は、１枚の金属板からプレス加工によって形成されたものである。このように、プレス成形品で設けることで、ＥＧＲ弁体３の精度が総切削に近い従来品に比較して低下してしまう。そこで、プレス成形した円板弁１０の周囲にシールリング１３を設けて、ＥＧＲ弁体３の精度低下を無くすように設けられている。
具体的に、この実施例では、シールリング１３が円板弁１０の外周縁をインサート成形することで、プレス成形品よりなるＥＧＲ弁体３の精度低下を無くしている。即ち、プレス成形品に生じた精度誤差を無くすようにシールリング１３を形成することで、閉弁時にシールリング１３の外周縁がＥＧＲ流路２の内周壁に一致するように設けられている。
【００２３】
この実施例のシールリング１３は、耐熱性樹脂により形成されるものであり、図２（ａ）に示すように、円板弁１０の外周縁を全周に亘って樹脂の内部にインサートするものである。
円板弁１０には、図２（ｂ）に示すように、樹脂固定用穴１４が多数形成されており、プレス成形品よりなる円板弁１０と樹脂製のシールリング１３との結合力を高めることで、長期に亘って円板弁１０からシールリング１３が分離しないように設けられている。
【００２４】
駆動シャフト７は、耐熱性、耐腐食性に優れた部材（例えば、ステンレス鋼）よりなる円柱棒状を呈し、ハウジング６の上側において上下方向に延びて配置されるものであり、ハウジング６に取り付けられた軸受１５によって回転自在に支持されるものである。なお、軸受１５は、ボールベアリング、ローラベアリング等の転がりベアリング、あるいはメタルベアリング等の滑りベアリングであり、ハウジング６に形成されたベアリング収容筒の内部に圧入等の結合手段によって固定されて、内周に挿通された軸材を回転自在に支持する。
【００２５】
駆動シャフト７の下端は、ＥＧＲ弁体３の上部（具体的には、第１弁支持部１１）と一体に回転するように連結されるものである。具体的な連結手段として、この実施例では、回り止め嵌合（例えば、２面幅嵌合やキー溝嵌合など）と、溶接技術（またはサークリップ等の他の固定手段でも良い）とを用いて、駆動シャフト７の下端とＥＧＲ弁体３とが一体に回転するように連結される。
【００２６】
従動シャフト８は、耐熱性、耐腐食性に優れた部材（例えば、ステンレス鋼）よりなる円柱棒状を呈するものであり、ハウジング６の下側において上下方向に延びて配置され、ＥＧＲ弁体３の下部（具体的には、第２弁支持部１２）を回転自在に支持するものである。
この実施例における従動シャフト８は、圧入によってハウジング６に固定され、従動シャフト８と第２弁支持部１２との連結部分に軸受構造を設けたものである。なお、この実施例では、第２弁支持部１２にバーリングによって摺動筒１６を形成して、従動シャフト８と第２弁支持部１２との接触面積を増やし、軸受部分の摩耗を抑えている。
【００２７】
この実施例１では、上述したように、駆動シャフト７および従動シャフト８によりＥＧＲ流路２内へのシャフト挿入量を抑える技術と、プレス成形品よりなる略Ｚ字形状を呈するＥＧＲ弁体３を用いる技術とにより、全開時にＥＧＲ流路２の開口面積をＥＧＲ弁体３が塞ぐ割合を極めて小さく抑えることができ、全開時における流路抵抗を極めて小さくできる。即ち、全開時におけるＥＧＲバルブ装置１の圧力損失を極めて小さくすることができる。
具体的には、駆動シャフト７の回動変化により、ＥＧＲ流路２の開口面積が、全開側において図３の実線Ｂに示すように変化する。
これによって、全開側でＥＧＲガスを大量に流すことができ、ＥＧＲバルブ装置１を超低圧損化することができる。あるいは、全開時の開口面積を大きくできるため、ＥＧＲバルブ装置１を小型化することができる。
【００２８】
〔実施例１の特徴技術〕
この実施例１に示す超低圧損のＥＧＲバルブ装置１では、上述したように、駆動手段４を介してＥＧＲ弁体３が駆動されるものであり、電動モータ２１の回転出力が、歯車減速機構２２を介して駆動シャフト７に伝達されて、駆動シャフト７と一体にＥＧＲ弁体３が回動する構造を採用している。
ＥＧＲバルブ装置１には、動作可能な機械要素（例えば、歯車減速機構２２の歯車列など）を動かすためのバックラッシュ（隙間）が存在する。しかし、振動等により反転した回転トルクが加えられた時には、バックラッシュにより機械要素に衝撃が生じることがある。
【００２９】
そこで、バックラッシュ吸収用のバネ手段を搭載したＥＧＲバルブ装置１が知られている。バックラッシュ吸収用のバネ手段は、ＥＧＲバルブ装置１に対して一定方向のトルクを付与して、付勢力により機械要素を当接させることで、バックラッシュを吸収するものである。
【００３０】
具体的に、図１０に示すように、従来のＥＧＲバルブ装置１でも、バックラッシュ吸収用のバネ手段を搭載するものが提案されていた。従来技術のバネ手段は、ネジリコイルバネＮＣを用いたものであるため、ネジリコイルバネＮＣの配置位置を工夫しても、ＥＧＲバルブ装置１の体格が大きくなる不具合があった。
また、ネジリコイルバネＮＣは、共振周波数が比較的低いため、車両振動等によって共振しやすく、共振により線間摩耗が生じたり、折損等が生じる懸念がある。そこで、従来のＥＧＲバルブ装置１では、トライアンドエラーを繰り返してネジリコイルバネＮＣを設計しなければならなかった。
【００３１】
この実施例１は、上記の不具合を解決するために、次の技術的手段を採用している。
実施例１のＥＧＲバルブ装置１が採用するバックラッシュ吸収用のバネ手段は、ＥＧＲ弁体３の回動中心に配置された直線棒状を呈するトーションバー５（ネジリ棒バネ）である。
このトーションバー５は、ＥＧＲ弁体３の回動中心に配置されるものであり、トーションバー５の上端が駆動シャフト７（または駆動手段４の出力軸）にカシメまたは溶接技術により固定され、トーションバー５の下端がハウジング６に圧入固定された従動シャフト８にカシメまたは溶接技術により固定されるものである。このようにトーションバー５が結合されることで、トーションバー５の復元力により回動したＥＧＲ弁体３の開度が所定開度へ戻される。
【００３２】
ここで、トーションバー５は、リターンスプリングとしても作用する。この実施例１では、ＥＧＲバルブ装置１がノーマリクローズタイプ（通電停止時にＥＧＲ弁体３がＥＧＲ流路２を閉じるタイプ）となるように、トーションバー５がＥＧＲ弁体３を全閉位置（所定開度の一例）へ戻すように、トーションバー５の下端が固定されている。
【００３３】
また、トーションバー５は、有効長が極力長くなるように設けられている。
具体的にこの実施例では、駆動シャフト７の上端部とトーションバー５の上端が結合し、その結合部の下側の駆動シャフト７の内側には、トーションバー５が挿通される上部挿通穴１７が形成されている。
また、従動シャフト８の下端部とトーションバー５の下端が結合し、その結合部の上側の従動シャフト８の内側には、トーションバー５が挿通される下部挿通穴１８が形成されている。
【００３４】
さらに、図２（ｂ）に示すように、円板弁１０の中心部には、トーションバー５を挿通配置するための打抜穴１９が形成されている。この打抜穴１９は、図２（ａ）に示すように、円板弁１０に固着された閉塞部材２０により閉塞される。この閉塞部材２０は、打抜穴１９内においてトーションバー５と円板弁１０との間の隙間を埋める部材であり、シールリング１３を形成する樹脂によってシールリング１３と一体に形成されるものである。そして、閉塞部材２０の中心部には、トーションバー５が挿通配置される挿通穴２０ａが形成されている。この挿通穴２０ａとトーションバー５との間には、微細な摺動クリアランスのみが形成されるものであり、トーションバー５の挿通部からのＥＧＲガスの漏れが防がれる。
【００３５】
（実施例１の効果）
この実施例１のＥＧＲバルブ装置１は、上述したように、ＥＧＲ弁体３の回動中心に配置されたトーションバー５によって、ＥＧＲ弁体３の開度が全閉位置へ戻る構成を採用する。これにより、トーションバー５が、バックラッシュ吸収の機能とリターンスプリングの機能を果たす。
このように、バックラッシュ吸収の機能とリターンスプリングの機能を果たすバネ手段が、ＥＧＲ弁体３の回動中心に配置されたトーションバー５であるため、ＥＧＲバルブ装置１の体格を小型化することができる。
また、トーションバー５は、従来用いられていたネジリコイルバネＮＣに比較して共振周波数が非常に高い。このため、車両振動等が与えられてもトーションバー５が共振する不具合がなく、共振による摩耗や折損等を回避することができ、ＥＧＲバルブ装置１の信頼性を高めることができる。
【実施例２】
【００３６】
実施例２を図４を参照して説明する。なお、以下の実施例において、上記実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記の実施例１では、ＥＧＲ流路２中へのシャフト挿入量を極力減らし、且つＥＧＲ弁体３をプレス成形品を用いて薄型化した超低圧損のＥＧＲバルブ装置１に本発明を適用する例を示した。
これに対し、この実施例２は、ＥＧＲ弁体３を従来技術と同様、総切削に近い制作技術によって製造するとともに、ＥＧＲ弁体３を上側の駆動シャフト７のみで片持ち支持するＥＧＲバルブ装置１に本発明を適用するものである。
【００３７】
なお、この実施例のトーションバー５は、駆動シャフト７の中心に挿通配置されるものであり、トーションバー５の上端が駆動シャフト７の上端（または駆動手段４の出力軸）に固定され、トーションバー５の下端がハウジング６に圧入された圧入部材２３を介して固定されるものである。もちろん、ＥＧＲ弁体３に対してトーションバー５が相対変位できるように、ＥＧＲ弁体３とトーションバー５の間には微細な摺動クリアランスが設けられるものである。
【実施例３】
【００３８】
実施例３を図５を参照して説明する。
上記の実施例２では、ＥＧＲ弁体３を片持ち支持するＥＧＲバルブ装置１に本発明を適用する例を示した。
これに対し、この実施例３は、下方まで延ばした駆動シャフト７によりＥＧＲ弁体３を両持ち支持するＥＧＲバルブ装置１に本発明を適用したものである。具体的には、ＥＧＲ弁体３に駆動力を付与する駆動シャフト７が、ＥＧＲ弁体３の上下にそれぞれ配置された軸受１５によって回転支持される構造のＥＧＲバルブ装置１に本発明を適用するものである。
【実施例４】
【００３９】
実施例４を図６〜図９を参照して説明する。
この実施例４は、エンジンに燃焼用の空気を導く吸気通路３２の内部に負圧を発生させるための吸気バルブ装置３１にも、本発明を適用するものである。
この実施例４では、低圧ＥＧＲバルブ装置１’と吸気バルブ装置３１とを１つの駆動手段４により駆動する複合バルブ装置を示す。なお、低圧ＥＧＲバルブ装置１’は、上述したＥＧＲバルブ装置１と同一の機能を果たすものである。
【００４０】
具体的に、この実施例４は、駆動手段４に搭載された１つの電動モータ２１の出力により、低圧ＥＧＲバルブ装置１’に搭載される低圧ＥＧＲ弁体３’と、吸気バルブ装置３１に搭載される吸気弁体３３とをそれぞれ回動操作するものであり、図６に示すように、低圧ＥＧＲ弁体３’の回動中心に低圧ＥＧＲ弁体３’の開度を全閉位置へ戻す付勢力を与える低圧ＥＧＲバルブ用のトーションバー５を配置するとともに、吸気弁体３３の回動中心に吸気弁体３３の開度を全開位置へ戻す付勢力を与える吸気バルブ用のトーションバー５’を配置するものである。
【００４１】
次に、この実施例４のバルブ装置の適用例を、図８、図９を参照して説明する。
車両用のエンジンの吸排気システムには、高圧ＥＧＲ装置Ｈとは別に、低圧ＥＧＲ装置Ｌを搭載するものが提案されている。
高圧ＥＧＲ装置Ｈは、排気圧の高い排気通路３４の排気上流側と、吸気負圧の大きい吸気通路３２の吸気下流側とを接続して、多量のＥＧＲガスをエンジンへ戻すことを得意とする排気ガス再循環装置である。
【００４２】
低圧ＥＧＲ装置Ｌは、排気圧の低い排気通路３４の排気下流側と、吸気負圧の小さい吸気通路３２の吸気上流側とを接続して、少量のＥＧＲガスをエンジンに戻すことを得意とする排気ガス再循環装置であり、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路３２の吸気上流側に戻す低圧ＥＧＲ流路２’を備えている。低圧ＥＧＲ流路２’の具体的な一例としては、ＤＰＦ３４ａより排気下流側の排気通路３４と、ターボチャージャのコンプレッサ３２ａより吸気上流側の吸気通路３２とを接続するものである。
【００４３】
実施例４の低圧ＥＧＲ弁体３’は、低圧ＥＧＲ流路２’の開閉および開度調整を行なうものである。
また、実施例４の吸気弁体３３は、吸気通路３２における低圧ＥＧＲ流路２’の接続部分の吸気上流の開度を可変するものであり、吸気通路３２における低圧ＥＧＲ流路２’の接続部分に吸気負圧を発生させるためのものである。ここで、吸気弁体３３は、吸気通路３２を最大に絞った状態であっても、吸気通路３２の一部を開放するように設けられるものである（図９の破線Ｙの最小開度参照）。なお、図９の実線Ｘは低圧ＥＧＲ弁体３’の回転角に対する低圧ＥＧＲ弁体３’の開度を示し、破線Ｙは低圧ＥＧＲ弁体３’の回転角に対する吸気弁体３３の開度を示すものである。
【００４４】
低圧ＥＧＲ装置Ｌは、少量のＥＧＲガスをエンジンに戻すことを得意とする。しかるに、低圧ＥＧＲ装置Ｌを用いて多量のＥＧＲガスをエンジンへ戻したい運転領域が存在しても、低吸気負圧発生範囲にＥＧＲガスを戻す構造の低圧ＥＧＲ装置Ｌでは多量のＥＧＲガスをエンジンへ戻すことが困難である。
そこで、低圧ＥＧＲ装置Ｌは、吸気通路３２における低圧ＥＧＲ流路２’の接続部分に吸気負圧を発生させるための吸気弁体３３を設け、低圧ＥＧＲ装置Ｌにおいて大きなＥＧＲ量を得たい運転領域では、吸気弁体３３を閉じる方向（吸気負圧が発生する方向）に開度制御し、低圧ＥＧＲ装置Ｌにおいて多量のＥＧＲガスをコントロールする。
【００４５】
しかし、吸気弁体３３は、低圧ＥＧＲ装置Ｌを用いて多量のＥＧＲガスをエンジンへ戻す運転領域でのみ、負圧を発生するべく吸気弁体３３の開度を小さくする必要があり、他の運転領域では吸気弁体３３が負圧を発生しないように吸気弁体３３の開度を最大にする必要がある。
低圧ＥＧＲ弁体３’と吸気弁体３３は、それぞれが別の運転要因に基づいて開度が設定される。
このため、既存の技術では、低圧ＥＧＲ弁体３’を駆動するための専用の電動アクチュエータと、吸気弁体３３を駆動するための専用の電動アクチュエータとが必要となり、コストアップ、体格アップ、重量アップの要因になっていた。
【００４６】
そこで、この実施例４では、１つの駆動手段４により、低圧ＥＧＲ弁体３’に要求される開度と、吸気弁体３３に要求される開度とを達成するようにしている。
１つの駆動手段４で低圧ＥＧＲ弁体３’と吸気弁体３３の開度要求を満足するために、駆動手段４は、電動モータ２１、歯車減速機構２２とは別に、リンク機構Ｒを搭載している。
低圧ＥＧＲ弁体３’は、電動モータ２１により駆動される歯車減速機構２２の出力軸に連結され、歯車減速機構２２により駆動される。
吸気弁体３３は、低圧ＥＧＲ弁体３’の回転変位を、吸気弁体３３に要求される開度に変換するリンク機構Ｒによって駆動される。
【００４７】
リンク機構Ｒは、図７に示すものであり、低圧ＥＧＲ弁体３’と一体に回転するリンクプレート３５と、吸気弁体３３と一体に回転するリンクレバー３６とを備える。リンクプレート３５には、カム溝３７が形成されており、リンクレバー３６にはカム溝３７に嵌まり合う噛合ピン３８（例えば、回転自在に支持されたローラ等）が設けられている。
【００４８】
カム溝３７のカムプロフィールは、２つの溝形状を組み合わせたものである。
カム溝３７における一方の溝形状は、低圧ＥＧＲ弁体３’の回転中心と同一中心の円弧溝であり、低圧ＥＧＲ弁体３’の開度が低圧ＥＧＲ流路２’を最大に絞る開度（図９のＥＧＲ側回転角度＝０°）から所定切替開度Ｚに至る閉弁側開度範囲（開度０°〜開度Ｚの角度範囲）において、吸気弁体３３の開度を最大開度に保つように設けられている。
【００４９】
カム溝３７における他方の溝形状は、低圧ＥＧＲ弁体３’の回転中心と同一中心の円弧溝に対して所定の角度で変化する溝（円弧溝、直線溝など）であり、低圧ＥＧＲ弁体３’の開度が所定切替開度Ｚから最大開度（図９のＥＧＲ側回転角度＝９０°）に変化するに従い、リンクレバー３６を回動させて、吸気弁体３３の開度を最大開度から吸気通路３２を閉じる方向に回動させるように設けられている。
上記の構成を採用することで、１つの電動モータ２１によって低圧ＥＧＲ弁体３’と吸気弁体３３の両方を駆動でき、且つ図９に示すように、低圧ＥＧＲ弁体３’に要求される特性と吸気弁体３３に要求される特性の両方を満足することができる。
【００５０】
そして、上述したように、低圧ＥＧＲ弁体３’の回動中心に低圧ＥＧＲ弁体３’の開度を全閉位置へ戻す付勢力を与えるトーションバー５を配置することで、歯車減速機構２２のバックラッシュを吸収することができるとともに、吸気弁体３３の回動中心に吸気弁体３３の開度を全開位置へ戻す付勢力を与えるトーションバー５’を配置することで、リンク機構Ｒのバックラッシュを吸収することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
トーションバー５によって戻される弁体の所定開度は、全閉位置であっても良いし、全開位置であっても良いし、全閉と全開の中間位置（ハーフ開度）であっても良い。
上記の実施例では、本発明をＥＧＲバルブ装置１（低圧ＥＧＲバルブ装置１’を含む）または吸気バルブ装置３１に適用する例を示したが、エンジンに吸い込まれる吸気量を調整するスロットルバルブ装置に本発明を適用しても良い。さらに、制御対象の流体は排気ガスや吸気に限定されるものではなく、気体流体や液体流体の開閉や、流量または圧力調整を行なう他のバルブ装置に本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１ ＥＧＲバルブ装置
１’低圧ＥＧＲバルブ装置
２ ＥＧＲ流路（流体通路）
２’低圧ＥＧＲ流路（流体通路）
３ ＥＧＲ弁体
３’低圧ＥＧＲ弁体
４ 駆動手段
５ ＥＧＲバルブ装置（または低圧ＥＧＲバルブ装置）に用いられるトーションバー
５’吸気バルブ装置に用いられるトーションバー
２１ 電動モータ
２２ 歯車減速機構
３１ 吸気バルブ装置
３２ 吸気通路（流体通路）
３３ 吸気弁体
Ｒ リンク機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体通路内に配置された弁体を回動させることで、流体通路の開閉、あるいは流体通路の通路面積の可変を行なうバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体通路内に配置された弁体を回動させることで、流体通路の開閉、あるいは流体通路の通路面積の可変を行なうバルブ装置（ＥＧＲバルブ装置等）が広く用いられている。
弁体は、電動アクチュエータ、流体アクチュエータ、手動等を駆動源とした駆動手段によって回動駆動されるものであり、駆動源と弁体との間には、ギヤ機構、リンク機構などよりなる動力伝達手段が介在される。なお、本発明では、駆動源と動力伝達機構を合わせて駆動手段と称する。
【０００３】
バルブ装置には、駆動手段におけるバックラッシュの吸収を行なうためのネジリコイルバネ、あるいは弁体を初期位置（例えば、全閉位置、全開位置、中間開度位置など）へ戻すためのネジリコイルバネを搭載するものが知られている。
このネジリコイルバネは、巻き径を有する。このため、バルブ装置にネジリコイルバネを搭載することでバルブ装置の体格が大きくなる不具合があった。
【０００４】
具体的な例として、図１０に示すＥＧＲバルブ装置１を参照して従来技術の問題点を説明する。なお、符号は後述する実施例等に合わせて、同一機能物に同一符号を付したものである。
図１０に示すＥＧＲバルブ装置１は、駆動手段４の出力軸、および駆動シャフト７の外周を覆うようにネジリコイルバネＮＣを配置している。しかるに、駆動手段４の出力軸、および駆動シャフト７の外周に、径の大きいネジリコイルバネＮＣを配置することで、ＥＧＲバルブ装置１の体格が大きいものになってしまう（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
一方、ネジリコイルバネＮＣは、巻き径を有するために共振周波数（固有振動数）が比較的低い。このため、ＥＧＲバルブ装置１に用いられるネジリコイルバネＮＣは、車両振動等によって共振しやすい。共振が生じてしまうと、ネジリコイルバネＮＣにおける線間摩耗が生じたり、折損等が生じる懸念がある。そこで、従来のＥＧＲバルブ装置１では、トライアンドエラーを繰り返してネジリコイルバネＮＣを設計しなければならないという不具合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３３０６３号公報
【特許文献２】特開２００７−２４２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、少なくともバックラッシュ吸収の機能、あるいはリターンスプリングの機能を果たすためのバネ手段を搭載するバルブ装置の体格を小型化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段のバルブ装置は、弁体の回動中心（軸芯）に配置されたトーションバーによって、弁体の開度を所定開度へ戻す構成を採用する。これにより、トーションバーが、少なくともバックラッシュ吸収の機能、あるいはリターンスプリングの機能を果たす。 このように、バックラッシュ吸収の機能、あるいはリターンスプリングの機能を果たすバネ手段が、弁体の回動中心に配置されたトーションバーであるため、バルブ装置の体格を小型化することができる。
また、弁体の回動中心に配置されるトーションバーは、棒状を呈するバネであるため、従来用いられていたネジリコイルバネに比較して共振周波数が高い。このため、ネジリコイルバネを用いた場合に共振するような環境下（例えば、車両搭載の環境下）においても、トーションバーでは共振する不具合がなく、共振による摩耗や折損等を回避することができ、バルブ装置の信頼性を高めることができる。
【０００９】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段のバルブ装置における流体通路は、エンジンの排気ガスの一部を吸気側へ戻すＥＧＲ流路であり、弁体はエンジンに戻されるＥＧＲ量の調整を行なうＥＧＲ弁体である。
【００１０】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段のバルブ装置における流体通路は、エンジンに燃焼用の空気を導く吸気通路であり、弁体はエンジンに吸い込まれる吸気量を調整するスロットル弁体、あるいは吸気通路の内部に負圧を発生させるための吸気弁体である。
【００１１】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段のバルブ装置は、２つの弁体を備え（例えば、低圧ＥＧＲ弁体と吸気弁体）、駆動手段に搭載された１つの電動モータの出力により、２つ設けられた弁体をそれぞれ回動操作するものである。そして、各弁体のそれぞれの回動中心には、それぞれの弁体を、それぞれの所定開度へ戻すトーションバーが配置されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＥＧＲバルブ装置の概略断面図である（実施例１）。
【図２】ＥＧＲ弁体をＥＧＲ流路の上流側より見た図、およびＥＧＲ弁体におけるプレス成形品の展開図である（実施例１）。
【図３】ＥＧＲ弁体の回転角度と、開度（Ｑ）との関係を示すグラフである。
【図４】ＥＧＲ弁体を片持ち支持するタイプのＥＧＲバルブ装置の断面図である（実施例２）。
【図５】ＥＧＲ弁体を両持ち支持するタイプのＥＧＲバルブ装置の断面図である（実施例３）。
【図６】２つの弁体（ＥＧＲ弁体と吸気弁体）を駆動手段に搭載された１つの電動モータにより駆動するバルブ装置の断面図である（実施例４）。
【図７】リンク機構の説明図である（実施例４）。
【図８】エンジンの吸排気システムの概略図である。
【図９】ＥＧＲ弁体の回転角度に応じたＥＧＲ弁体の開度（Ｑ）と、吸気弁体の開度（Ｑ）との関係を示すグラフである（実施例４）。
【図１０】ＥＧＲバルブ装置の断面図である（従来例）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
ＥＧＲバルブ装置１（バルブ装置の一例）は、ＥＧＲガス（流体の一例）を吸気側へ戻すＥＧＲ流路２（流体通路の一例）の内部において回動可能に支持され、回動によりＥＧＲ流路２の開閉、あるいは開度調整を行なうＥＧＲ弁体３（弁体の一例）と、このＥＧＲ弁体３を駆動する駆動手段４（例えば、電動モータ＋歯車減速機構等）とを具備する。
そして、ＥＧＲ弁体３の回動中心には、ＥＧＲ弁体３を全閉位置（所定開度の一例）へ戻すトーションバー５が配置される。
【実施例１】
【００１４】
次に、本発明を車両エンジンに搭載されるＥＧＲ装置のＥＧＲバルブ装置１に適用した実施例１を、図１〜図３を参照して説明する。なお、本実施例において、上記［発明を実施するための形態］と同一符号は、同一機能物を示すものである。
〔ＥＧＲ装置の説明〕
ＥＧＲ装置は、エンジンの排出した排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気側に戻すことで、吸気の一部に不燃ガスであるＥＧＲガスを混入させてエンジン燃焼室の燃焼温度を抑え、効果的に窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑える装置である。
ＥＧＲ装置は、排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路へ戻すＥＧＲ流路２と、このＥＧＲ流路２の開度調整を行なうＥＧＲバルブ装置１とを少なくとも備えるものであり、このＥＧＲバルブ装置１が車両の走行状態に応じてＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略）によって開度制御される。
【００１５】
なお、実施例１に示すＥＧＲバルブ装置１は、吸気通路における高負圧発生範囲（スロットル弁体の吸気下流側）へＥＧＲガスを戻す高圧ＥＧＲ装置（図８の符号Ｈ参照）に搭載される高圧ＥＧＲバルブ装置であっても良いし、吸気通路における低負圧発生範囲（スロットル弁体の吸気上流側：例えばターボチャージャ搭載車両であればコンプレッサの吸気上流側）へＥＧＲガスを戻す低圧ＥＧＲ装置（図８の符号Ｌ参照）に搭載される低圧ＥＧＲバルブ装置であっても良い。
【００１６】
次に、図１を参照して、ＥＧＲバルブ装置１を説明する。なお、以下では、図１におけるＥＧＲ流路２を基準として駆動手段４が配置される側（図１の上側）を上、駆動手段４が配置される側とは異なる側（図１の下側）を下と称して説明するが、この上下は実施例の説明のための方向であり、限定されるものではない。
ＥＧＲバルブ装置１は、ＥＧＲ流路２の内部に配置されるＥＧＲ弁体３と、このＥＧＲ弁体３を駆動する駆動手段４と、ＥＧＲ流路２を形成するハウジング６と、ＥＧＲ弁体３を支持する駆動シャフト７および従動シャフト８とを備える。
【００１７】
ＥＧＲ弁体３は、バタフライ弁であり、回動位置に応じてＥＧＲ流路２を開閉可能であるとともに、ＥＧＲ流路２の開口面積を可変可能であり、ＥＧＲ流路２の開口面積を可変することで吸気通路へ戻されるＥＧＲ量の調整を行なうものである。
駆動手段４は、ハウジング６の上部に固定されて、駆動シャフト７を回動駆動するものであり、通電により回転動力を発生する周知の電動モータ２１（符号、図４参照）と、この電動モータ２１の回転を減速して出力トルクを増大化させる歯車減速機構２２（符号、図４参照）とを組み合わせてなる。
【００１８】
ハウジング６の主要部は、アルミニウム合金のダイキャスト製であり、高温のＥＧＲガスが流れるＥＧＲ流路２の内壁が耐熱性、耐腐食性に優れた部材（例えば、ステンレス鋼）によって設けられている。
ここで、この実施例１のＥＧＲバルブ装置１は、図１に示すように、ＥＧＲ流路２の中心線と、ＥＧＲ弁体３を駆動する駆動シャフト７の中心線とが傾斜配置されるものである。
【００１９】
従来のＥＧＲバルブ装置１では、ＥＧＲ弁体３の回動に伴う開度変化の特性をサイン曲線よりも直線特性に近づける目的と（図３の破線Ａ参照）、バルブ精度を高める目的とで、図１０に示すように、ＥＧＲ弁体３が総切削（削出し）に近い制作技術によって作られてＥＧＲ弁体３の板厚が厚く設けられるとともに、駆動シャフト７がＥＧＲ流路２の中心部まで深く挿入配置されていた。
このため、図１０に示す従来のＥＧＲバルブ装置１では、全開時において、厚いＥＧＲ弁体３と、深く挿入配置された駆動シャフト７とにより、ＥＧＲ流路２を塞ぐ面積が大きくなってしまい、通気抵抗の増大（圧力損失が大きい）によって全開時のＥＧＲ量が低下してしまう。
【００２０】
この実施例１は、上記の問題点を解決するために、以下に示す技術を採用している。
駆動シャフト７の下端をＥＧＲ弁体３の上端に連結させて、ＥＧＲ流路２の内部に挿入される駆動シャフト７の挿入量を極力小さくする。
同様に、従動シャフト８の上端をＥＧＲ弁体３の下端に連結させて、ＥＧＲ流路２の内部に挿入される従動シャフト８の挿入量を極力小さくする。
即ち、図１に示すように、駆動シャフト７と従動シャフト８とが、ＥＧＲ流路２の内部で離れた状態で配置される。
【００２１】
ＥＧＲ弁体３は、駆動シャフト７と従動シャフト８の間に支持されるものであって、ＥＧＲ流路２を開閉可能な円板弁１０と、この円板弁１０の上部において駆動シャフト７の下端に連結される第１弁支持部１１と、円板弁１０の下部において従動シャフト８の上端に連結される第２弁支持部１２とからなり、円板弁１０の板面に沿う方向から見て（図１参照）、円板弁１０、第１、第２弁支持部１１、１２の３者によって略Ｚ字形状を成すものである。
【００２２】
この円板弁１０、第１、第２弁支持部１１、１２の３者は、１枚の金属板からプレス加工によって形成されたものである。このように、プレス成形品で設けることで、ＥＧＲ弁体３の精度が総切削に近い従来品に比較して低下してしまう。そこで、プレス成形した円板弁１０の周囲にシールリング１３を設けて、ＥＧＲ弁体３の精度低下を無くすように設けられている。
具体的に、この実施例では、シールリング１３が円板弁１０の外周縁をインサート成形することで、プレス成形品よりなるＥＧＲ弁体３の精度低下を無くしている。即ち、プレス成形品に生じた精度誤差を無くすようにシールリング１３を形成することで、閉弁時にシールリング１３の外周縁がＥＧＲ流路２の内周壁に一致するように設けられている。
【００２３】
この実施例のシールリング１３は、耐熱性樹脂により形成されるものであり、図２（ａ）に示すように、円板弁１０の外周縁を全周に亘って樹脂の内部にインサートするものである。
円板弁１０には、図２（ｂ）に示すように、樹脂固定用穴１４が多数形成されており、プレス成形品よりなる円板弁１０と樹脂製のシールリング１３との結合力を高めることで、長期に亘って円板弁１０からシールリング１３が分離しないように設けられている。
【００２４】
駆動シャフト７は、耐熱性、耐腐食性に優れた部材（例えば、ステンレス鋼）よりなる円柱棒状を呈し、ハウジング６の上側において上下方向に延びて配置されるものであり、ハウジング６に取り付けられた軸受１５によって回転自在に支持されるものである。なお、軸受１５は、ボールベアリング、ローラベアリング等の転がりベアリング、あるいはメタルベアリング等の滑りベアリングであり、ハウジング６に形成されたベアリング収容筒の内部に圧入等の結合手段によって固定されて、内周に挿通された軸材を回転自在に支持する。
【００２５】
駆動シャフト７の下端は、ＥＧＲ弁体３の上部（具体的には、第１弁支持部１１）と一体に回転するように連結されるものである。具体的な連結手段として、この実施例では、回り止め嵌合（例えば、２面幅嵌合やキー溝嵌合など）と、溶接技術（またはサークリップ等の他の固定手段でも良い）とを用いて、駆動シャフト７の下端とＥＧＲ弁体３とが一体に回転するように連結される。
【００２６】
従動シャフト８は、耐熱性、耐腐食性に優れた部材（例えば、ステンレス鋼）よりなる円柱棒状を呈するものであり、ハウジング６の下側において上下方向に延びて配置され、ＥＧＲ弁体３の下部（具体的には、第２弁支持部１２）を回転自在に支持するものである。
この実施例における従動シャフト８は、圧入によってハウジング６に固定され、従動シャフト８と第２弁支持部１２との連結部分に軸受構造を設けたものである。なお、この実施例では、第２弁支持部１２にバーリングによって摺動筒１６を形成して、従動シャフト８と第２弁支持部１２との接触面積を増やし、軸受部分の摩耗を抑えている。
【００２７】
この実施例１では、上述したように、駆動シャフト７および従動シャフト８によりＥＧＲ流路２内へのシャフト挿入量を抑える技術と、プレス成形品よりなる略Ｚ字形状を呈するＥＧＲ弁体３を用いる技術とにより、全開時にＥＧＲ流路２の開口面積をＥＧＲ弁体３が塞ぐ割合を極めて小さく抑えることができ、全開時における流路抵抗を極めて小さくできる。即ち、全開時におけるＥＧＲバルブ装置１の圧力損失を極めて小さくすることができる。
具体的には、駆動シャフト７の回動変化により、ＥＧＲ流路２の開口面積が、全開側において図３の実線Ｂに示すように変化する。
これによって、全開側でＥＧＲガスを大量に流すことができ、ＥＧＲバルブ装置１を超低圧損化することができる。あるいは、全開時の開口面積を大きくできるため、ＥＧＲバルブ装置１を小型化することができる。
【００２８】
〔実施例１の特徴技術〕
この実施例１に示す超低圧損のＥＧＲバルブ装置１では、上述したように、駆動手段４を介してＥＧＲ弁体３が駆動されるものであり、電動モータ２１の回転出力が、歯車減速機構２２を介して駆動シャフト７に伝達されて、駆動シャフト７と一体にＥＧＲ弁体３が回動する構造を採用している。
ＥＧＲバルブ装置１には、動作可能な機械要素（例えば、歯車減速機構２２の歯車列など）を動かすためのバックラッシュ（隙間）が存在する。しかし、振動等により反転した回転トルクが加えられた時には、バックラッシュにより機械要素に衝撃が生じることがある。
【００２９】
そこで、バックラッシュ吸収用のバネ手段を搭載したＥＧＲバルブ装置１が知られている。バックラッシュ吸収用のバネ手段は、ＥＧＲバルブ装置１に対して一定方向のトルクを付与して、付勢力により機械要素を当接させることで、バックラッシュを吸収するものである。
【００３０】
具体的に、図１０に示すように、従来のＥＧＲバルブ装置１でも、バックラッシュ吸収用のバネ手段を搭載するものが提案されていた。従来技術のバネ手段は、ネジリコイルバネＮＣを用いたものであるため、ネジリコイルバネＮＣの配置位置を工夫しても、ＥＧＲバルブ装置１の体格が大きくなる不具合があった。
また、ネジリコイルバネＮＣは、共振周波数が比較的低いため、車両振動等によって共振しやすく、共振により線間摩耗が生じたり、折損等が生じる懸念がある。そこで、従来のＥＧＲバルブ装置１では、トライアンドエラーを繰り返してネジリコイルバネＮＣを設計しなければならなかった。
【００３１】
この実施例１は、上記の不具合を解決するために、次の技術的手段を採用している。
実施例１のＥＧＲバルブ装置１が採用するバックラッシュ吸収用のバネ手段は、ＥＧＲ弁体３の回動中心に配置された直線棒状を呈するトーションバー５（ネジリ棒バネ）である。
このトーションバー５は、ＥＧＲ弁体３の回動中心に配置されるものであり、トーションバー５の上端が駆動シャフト７（または駆動手段４の出力軸）にカシメまたは溶接技術により固定され、トーションバー５の下端がハウジング６に圧入固定された従動シャフト８にカシメまたは溶接技術により固定されるものである。このようにトーションバー５が結合されることで、トーションバー５の復元力により回動したＥＧＲ弁体３の開度が所定開度へ戻される。
【００３２】
ここで、トーションバー５は、リターンスプリングとしても作用する。この実施例１では、ＥＧＲバルブ装置１がノーマリクローズタイプ（通電停止時にＥＧＲ弁体３がＥＧＲ流路２を閉じるタイプ）となるように、トーションバー５がＥＧＲ弁体３を全閉位置（所定開度の一例）へ戻すように、トーションバー５の下端が固定されている。
【００３３】
また、トーションバー５は、有効長が極力長くなるように設けられている。
具体的にこの実施例では、駆動シャフト７の上端部とトーションバー５の上端が結合し、その結合部の下側の駆動シャフト７の内側には、トーションバー５が挿通される上部挿通穴１７が形成されている。
また、従動シャフト８の下端部とトーションバー５の下端が結合し、その結合部の上側の従動シャフト８の内側には、トーションバー５が挿通される下部挿通穴１８が形成されている。
【００３４】
さらに、図２（ｂ）に示すように、円板弁１０の中心部には、トーションバー５を挿通配置するための打抜穴１９が形成されている。この打抜穴１９は、図２（ａ）に示すように、円板弁１０に固着された閉塞部材２０により閉塞される。この閉塞部材２０は、打抜穴１９内においてトーションバー５と円板弁１０との間の隙間を埋める部材であり、シールリング１３を形成する樹脂によってシールリング１３と一体に形成されるものである。そして、閉塞部材２０の中心部には、トーションバー５が挿通配置される挿通穴２０ａが形成されている。この挿通穴２０ａとトーションバー５との間には、微細な摺動クリアランスのみが形成されるものであり、トーションバー５の挿通部からのＥＧＲガスの漏れが防がれる。
【００３５】
（実施例１の効果）
この実施例１のＥＧＲバルブ装置１は、上述したように、ＥＧＲ弁体３の回動中心に配置されたトーションバー５によって、ＥＧＲ弁体３の開度が全閉位置へ戻る構成を採用する。これにより、トーションバー５が、バックラッシュ吸収の機能とリターンスプリングの機能を果たす。
このように、バックラッシュ吸収の機能とリターンスプリングの機能を果たすバネ手段が、ＥＧＲ弁体３の回動中心に配置されたトーションバー５であるため、ＥＧＲバルブ装置１の体格を小型化することができる。
また、トーションバー５は、従来用いられていたネジリコイルバネＮＣに比較して共振周波数が非常に高い。このため、車両振動等が与えられてもトーションバー５が共振する不具合がなく、共振による摩耗や折損等を回避することができ、ＥＧＲバルブ装置１の信頼性を高めることができる。
【実施例２】
【００３６】
実施例２を図４を参照して説明する。なお、以下の実施例において、上記実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記の実施例１では、ＥＧＲ流路２中へのシャフト挿入量を極力減らし、且つＥＧＲ弁体３をプレス成形品を用いて薄型化した超低圧損のＥＧＲバルブ装置１に本発明を適用する例を示した。
これに対し、この実施例２は、ＥＧＲ弁体３を従来技術と同様、総切削に近い制作技術によって製造するとともに、ＥＧＲ弁体３を上側の駆動シャフト７のみで片持ち支持するＥＧＲバルブ装置１に本発明を適用するものである。
【００３７】
なお、この実施例のトーションバー５は、駆動シャフト７の中心に挿通配置されるものであり、トーションバー５の上端が駆動シャフト７の上端（または駆動手段４の出力軸）に固定され、トーションバー５の下端がハウジング６に圧入された圧入部材２３を介して固定されるものである。もちろん、ＥＧＲ弁体３に対してトーションバー５が相対変位できるように、ＥＧＲ弁体３とトーションバー５の間には微細な摺動クリアランスが設けられるものである。
【実施例３】
【００３８】
実施例３を図５を参照して説明する。
上記の実施例２では、ＥＧＲ弁体３を片持ち支持するＥＧＲバルブ装置１に本発明を適用する例を示した。
これに対し、この実施例３は、下方まで延ばした駆動シャフト７によりＥＧＲ弁体３を両持ち支持するＥＧＲバルブ装置１に本発明を適用したものである。具体的には、ＥＧＲ弁体３に駆動力を付与する駆動シャフト７が、ＥＧＲ弁体３の上下にそれぞれ配置された軸受１５によって回転支持される構造のＥＧＲバルブ装置１に本発明を適用するものである。
【実施例４】
【００３９】
実施例４を図６〜図９を参照して説明する。
この実施例４は、エンジンに燃焼用の空気を導く吸気通路３２の内部に負圧を発生させるための吸気バルブ装置３１にも、本発明を適用するものである。
この実施例４では、低圧ＥＧＲバルブ装置１’と吸気バルブ装置３１とを１つの駆動手段４により駆動する複合バルブ装置を示す。なお、低圧ＥＧＲバルブ装置１’は、上述したＥＧＲバルブ装置１と同一の機能を果たすものである。
【００４０】
具体的に、この実施例４は、駆動手段４に搭載された１つの電動モータ２１の出力により、低圧ＥＧＲバルブ装置１’に搭載される低圧ＥＧＲ弁体３’と、吸気バルブ装置３１に搭載される吸気弁体３３とをそれぞれ回動操作するものであり、図６に示すように、低圧ＥＧＲ弁体３’の回動中心に低圧ＥＧＲ弁体３’の開度を全閉位置へ戻す付勢力を与える低圧ＥＧＲバルブ用のトーションバー５を配置するとともに、吸気弁体３３の回動中心に吸気弁体３３の開度を全開位置へ戻す付勢力を与える吸気バルブ用のトーションバー５’を配置するものである。
【００４１】
次に、この実施例４のバルブ装置の適用例を、図８、図９を参照して説明する。
車両用のエンジンの吸排気システムには、高圧ＥＧＲ装置Ｈとは別に、低圧ＥＧＲ装置Ｌを搭載するものが提案されている。
高圧ＥＧＲ装置Ｈは、排気圧の高い排気通路３４の排気上流側と、吸気負圧の大きい吸気通路３２の吸気下流側とを接続して、多量のＥＧＲガスをエンジンへ戻すことを得意とする排気ガス再循環装置である。
【００４２】
低圧ＥＧＲ装置Ｌは、排気圧の低い排気通路３４の排気下流側と、吸気負圧の小さい吸気通路３２の吸気上流側とを接続して、少量のＥＧＲガスをエンジンに戻すことを得意とする排気ガス再循環装置であり、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路３２の吸気上流側に戻す低圧ＥＧＲ流路２’を備えている。低圧ＥＧＲ流路２’の具体的な一例としては、ＤＰＦ３４ａより排気下流側の排気通路３４と、ターボチャージャのコンプレッサ３２ａより吸気上流側の吸気通路３２とを接続するものである。
【００４３】
実施例４の低圧ＥＧＲ弁体３’は、低圧ＥＧＲ流路２’の開閉および開度調整を行なうものである。
また、実施例４の吸気弁体３３は、吸気通路３２における低圧ＥＧＲ流路２’の接続部分の吸気上流の開度を可変するものであり、吸気通路３２における低圧ＥＧＲ流路２’の接続部分に吸気負圧を発生させるためのものである。ここで、吸気弁体３３は、吸気通路３２を最大に絞った状態であっても、吸気通路３２の一部を開放するように設けられるものである（図９の破線Ｙの最小開度参照）。なお、図９の実線Ｘは低圧ＥＧＲ弁体３’の回転角に対する低圧ＥＧＲ弁体３’の開度を示し、破線Ｙは低圧ＥＧＲ弁体３’の回転角に対する吸気弁体３３の開度を示すものである。
【００４４】
低圧ＥＧＲ装置Ｌは、少量のＥＧＲガスをエンジンに戻すことを得意とする。しかるに、低圧ＥＧＲ装置Ｌを用いて多量のＥＧＲガスをエンジンへ戻したい運転領域が存在しても、低吸気負圧発生範囲にＥＧＲガスを戻す構造の低圧ＥＧＲ装置Ｌでは多量のＥＧＲガスをエンジンへ戻すことが困難である。
そこで、低圧ＥＧＲ装置Ｌは、吸気通路３２における低圧ＥＧＲ流路２’の接続部分に吸気負圧を発生させるための吸気弁体３３を設け、低圧ＥＧＲ装置Ｌにおいて大きなＥＧＲ量を得たい運転領域では、吸気弁体３３を閉じる方向（吸気負圧が発生する方向）に開度制御し、低圧ＥＧＲ装置Ｌにおいて多量のＥＧＲガスをコントロールする。
【００４５】
しかし、吸気弁体３３は、低圧ＥＧＲ装置Ｌを用いて多量のＥＧＲガスをエンジンへ戻す運転領域でのみ、負圧を発生するべく吸気弁体３３の開度を小さくする必要があり、他の運転領域では吸気弁体３３が負圧を発生しないように吸気弁体３３の開度を最大にする必要がある。
低圧ＥＧＲ弁体３’と吸気弁体３３は、それぞれが別の運転要因に基づいて開度が設定される。
このため、既存の技術では、低圧ＥＧＲ弁体３’を駆動するための専用の電動アクチュエータと、吸気弁体３３を駆動するための専用の電動アクチュエータとが必要となり、コストアップ、体格アップ、重量アップの要因になっていた。
【００４６】
そこで、この実施例４では、１つの駆動手段４により、低圧ＥＧＲ弁体３’に要求される開度と、吸気弁体３３に要求される開度とを達成するようにしている。
１つの駆動手段４で低圧ＥＧＲ弁体３’と吸気弁体３３の開度要求を満足するために、駆動手段４は、電動モータ２１、歯車減速機構２２とは別に、リンク機構Ｒを搭載している。
低圧ＥＧＲ弁体３’は、電動モータ２１により駆動される歯車減速機構２２の出力軸に連結され、歯車減速機構２２により駆動される。
吸気弁体３３は、低圧ＥＧＲ弁体３’の回転変位を、吸気弁体３３に要求される開度に変換するリンク機構Ｒによって駆動される。
【００４７】
リンク機構Ｒは、図７に示すものであり、低圧ＥＧＲ弁体３’と一体に回転するリンクプレート３５と、吸気弁体３３と一体に回転するリンクレバー３６とを備える。リンクプレート３５には、カム溝３７が形成されており、リンクレバー３６にはカム溝３７に嵌まり合う噛合ピン３８（例えば、回転自在に支持されたローラ等）が設けられている。
【００４８】
カム溝３７のカムプロフィールは、２つの溝形状を組み合わせたものである。
カム溝３７における一方の溝形状は、低圧ＥＧＲ弁体３’の回転中心と同一中心の円弧溝であり、低圧ＥＧＲ弁体３’の開度が低圧ＥＧＲ流路２’を最大に絞る開度（図９のＥＧＲ側回転角度＝０°）から所定切替開度Ｚに至る閉弁側開度範囲（開度０°〜開度Ｚの角度範囲）において、吸気弁体３３の開度を最大開度に保つように設けられている。
【００４９】
カム溝３７における他方の溝形状は、低圧ＥＧＲ弁体３’の回転中心と同一中心の円弧溝に対して所定の角度で変化する溝（円弧溝、直線溝など）であり、低圧ＥＧＲ弁体３’の開度が所定切替開度Ｚから最大開度（図９のＥＧＲ側回転角度＝９０°）に変化するに従い、リンクレバー３６を回動させて、吸気弁体３３の開度を最大開度から吸気通路３２を閉じる方向に回動させるように設けられている。
上記の構成を採用することで、１つの電動モータ２１によって低圧ＥＧＲ弁体３’と吸気弁体３３の両方を駆動でき、且つ図９に示すように、低圧ＥＧＲ弁体３’に要求される特性と吸気弁体３３に要求される特性の両方を満足することができる。
【００５０】
そして、上述したように、低圧ＥＧＲ弁体３’の回動中心に低圧ＥＧＲ弁体３’の開度を全閉位置へ戻す付勢力を与えるトーションバー５を配置することで、歯車減速機構２２のバックラッシュを吸収することができるとともに、吸気弁体３３の回動中心に吸気弁体３３の開度を全開位置へ戻す付勢力を与えるトーションバー５’を配置することで、リンク機構Ｒのバックラッシュを吸収することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
トーションバー５によって戻される弁体の所定開度は、全閉位置であっても良いし、全開位置であっても良いし、全閉と全開の中間位置（ハーフ開度）であっても良い。
上記の実施例では、本発明をＥＧＲバルブ装置１（低圧ＥＧＲバルブ装置１’を含む）または吸気バルブ装置３１に適用する例を示したが、エンジンに吸い込まれる吸気量を調整するスロットルバルブ装置に本発明を適用しても良い。さらに、制御対象の流体は排気ガスや吸気に限定されるものではなく、気体流体や液体流体の開閉や、流量または圧力調整を行なう他のバルブ装置に本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１ ＥＧＲバルブ装置
１’低圧ＥＧＲバルブ装置
２ ＥＧＲ流路（流体通路）
２’低圧ＥＧＲ流路（流体通路）
３ ＥＧＲ弁体
３’低圧ＥＧＲ弁体
４ 駆動手段
５ ＥＧＲバルブ装置（または低圧ＥＧＲバルブ装置）に用いられるトーションバー
５’吸気バルブ装置に用いられるトーションバー
２１ 電動モータ
２２ 歯車減速機構
３１ 吸気バルブ装置
３２ 吸気通路（流体通路）
３３ 吸気弁体
Ｒ リンク機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通過可能な流体通路（２、２’、３２）の内部において回動可能に支持され、回動により前記流体通路の開閉、あるいは開度調整を行なう弁体（３、３’、３３）と、
この弁体を駆動する駆動手段（４）と、
を具備するバルブ装置（１、１’、３１）において、
前記弁体における回動中心には、前記弁体の開度を所定開度へ戻すトーションバー（５、５’）が配置されていることを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブ装置において、
前記流体通路は、エンジンの排気ガスの一部を吸気側へ戻すＥＧＲ流路（２）であり、 前記弁体は、前記エンジンに戻されるＥＧＲ量の調整を行なうＥＧＲ弁体（３）であることを特徴とするバルブ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のバルブ装置において、
前記流体通路は、エンジンに燃焼用の空気を導く吸気通路（３２）であり、
前記弁体は、前記エンジンに吸い込まれる吸気量を調整するスロットル弁体、あるいは前記吸気通路（３２）の内部に負圧を発生させるための吸気弁体（３３）であることを特徴とするバルブ装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のバルブ装置において、
このバルブ装置は、２つの前記弁体（３’、３３）を備える複合バルブ装置であり、前記駆動手段（４）に搭載される１つの電動モータ（２１）の出力により、２つの前記弁体（３’、３３）をそれぞれ回動操作するものであり、
各弁体（３’、３３）のそれぞれの回動中心には、それぞれの前記弁体を、それぞれの所定開度へ戻す前記トーションバー（５、５’）が配置されていることを特徴とするバルブ装置。
【請求項１】
流体が通過可能な流体通路（２、２’、３２）の内部において回動可能に支持され、回動により前記流体通路の開閉、あるいは開度調整を行なう弁体（３、３’、３３）と、
この弁体を駆動する駆動手段（４）と、
を具備するバルブ装置（１、１’、３１）において、
前記弁体における回動中心には、前記弁体の開度を所定開度へ戻すトーションバー（５、５’）が配置されていることを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブ装置において、
前記流体通路は、エンジンの排気ガスの一部を吸気側へ戻すＥＧＲ流路（２）であり、 前記弁体は、前記エンジンに戻されるＥＧＲ量の調整を行なうＥＧＲ弁体（３）であることを特徴とするバルブ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のバルブ装置において、
前記流体通路は、エンジンに燃焼用の空気を導く吸気通路（３２）であり、
前記弁体は、前記エンジンに吸い込まれる吸気量を調整するスロットル弁体、あるいは前記吸気通路（３２）の内部に負圧を発生させるための吸気弁体（３３）であることを特徴とするバルブ装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のバルブ装置において、
このバルブ装置は、２つの前記弁体（３’、３３）を備える複合バルブ装置であり、前記駆動手段（４）に搭載される１つの電動モータ（２１）の出力により、２つの前記弁体（３’、３３）をそれぞれ回動操作するものであり、
各弁体（３’、３３）のそれぞれの回動中心には、それぞれの前記弁体を、それぞれの所定開度へ戻す前記トーションバー（５、５’）が配置されていることを特徴とするバルブ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２６５９２３（Ｐ２０１０−２６５９２３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５６１２（Ｐ２００９−１１５６１２）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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