油圧サーボ駆動装置、およびこれを用いたバルブ装置
【課題】ポペットバルブが開き側から戻らない等、被駆動体の異常を確実に検知できる油圧サーボ駆動装置、およびこれを用いたバルブ装置を提供すること。
【解決手段】ＥＧＲバルブ装置１は、パイロット圧によって摺動するパイロットスプール２２と、ポンプ圧によりパイロットスプール２２に追従して摺動するサーボピストン１６とを備えた油圧サーボ駆動装置４と、この油圧駆動装置４で駆動されるポペットバルブ３と、サーボピストン１６またはパイロットスプール２２の位置をポペットバルブ３のリフト位置として代替的に検出するストロークセンサ２９と、パイロット圧を供給する比例制御弁３１と、ストロークセンサ２９からの検出信号に基づいて比例制御弁３１を制御するコントローラとを備えている構成となっている。
【解決手段】ＥＧＲバルブ装置１は、パイロット圧によって摺動するパイロットスプール２２と、ポンプ圧によりパイロットスプール２２に追従して摺動するサーボピストン１６とを備えた油圧サーボ駆動装置４と、この油圧駆動装置４で駆動されるポペットバルブ３と、サーボピストン１６またはパイロットスプール２２の位置をポペットバルブ３のリフト位置として代替的に検出するストロークセンサ２９と、パイロット圧を供給する比例制御弁３１と、ストロークセンサ２９からの検出信号に基づいて比例制御弁３１を制御するコントローラとを備えている構成となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧サーボ駆動装置、およびこれを用いたバルブ装置に係り、例えば、ポペットバルブの固着を検知する油圧サーボ駆動装置、およびこれを用いたバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する対策としてＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排ガス再循環）が知られている。ＥＧＲでは、エンジンからの排気ガスの一部が排気管からＥＧＲ配管を通って給気管に戻される。この際、ＥＧＲ配管の途中、または排気管とＥＧＲ配管との分岐部分にはＥＧＲバルブ装置が設けられている。このＥＧＲバルブ装置を構成するポペットバルブの開閉をエンジンの運転状態に応じて制御することで、適切な排気ガス量を適切なタイミングで給気管に戻すようにしている。
【０００３】
このようなＥＧＲバルブ装置のポペットバルブは、バルブスプリングによって閉じ側に付勢されているとともに、その基端側が油圧ピストンに連結されている。従って、ポペットバルブを開く時には、バルブスプリングの付勢力、排気ガスの圧力、あるいは排気ガスの流体力に抗した油圧力で油圧ピストンを移動させ、ポペットバルブをリフトさせることになる（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００５／０９５８３４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ポペットバルブのリフト中にこじりなどが生じた場合には、ポペットバルブが開いた状態で固着するおそれがある。この場合に、ポペットバルブを閉じようとすると、ポペットバルブは固着しているため、バルブスプリングの付勢力では閉じ側へ戻らず、油圧ピストンのみが閉じ側に戻る。一方、ポペットバルブの開閉状態は、ポペットバルブ自身の位置検出がセンサの配置スペースの制約により困難なことから、油圧ピストンの位置をストロークセンサで代替的に検出することで判断される。従って、ポペットバルブが固着して閉じ側に正常に戻らず、油圧ピストンのみが戻るような状況では、この油圧ピストンの位置検出によってポペットバルブが正常に戻っていると判断されてしまい、ポペットバルブの固着を検知できないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、ポペットバルブが開き側から戻らない等、被駆動体の異常を確実に検知できる油圧サーボ駆動装置、およびこれを用いた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】
【０００７】
本発明の請求項１に係る油圧サーボ駆動装置は、パイロット圧によって摺動するパイロットスプールと、ポンプ圧により前記パイロットスプールに追従して摺動するサーボピストンとを備えた油圧サーボ駆動装置であって、前記サーボピストンには、当該油圧サーボ駆動装置にて駆動される被駆動体と当接する当接部、および前記サーボピストンの摺動時にドレーンされる油の流出・停止を切り換える切換弁が設けられ、この切換弁は、前記当接部が前記被駆動体から離間することで前記油の流出を停止させることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に係るバルブ装置は、パイロット圧によって摺動するパイロットスプールと、ポンプ圧により前記パイロットスプールに追従して摺動するサーボピストンとを備えた請求項１に記載の油圧サーボ駆動装置と、この油圧駆動装置で駆動されるバルブと、前記サーボピストンまたは前記パイロットスプールの位置を前記バルブのリフト位置として代替的に検出する位置検出手段と、前記パイロット圧を供給する制御弁と、前記位置検出手段からの検出信号に基づいて前記制御弁を制御するコントローラとを備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に係るバルブ装置は、請求項２に記載のバルブ装置において、前記コントローラは、前記バルブの目標リフト位置を決定する目標リフト位置決定手段と、前記位置検出手段にて検出した前記バルブの位置と前記目標リフト位置とを比較する比較手段と、前記比較手段での比較結果に応じた制御信号を生成して前記制御弁に出力する制御信号生成手段と、前記比較手段での比較結果に基づいて前記バルブが異常であるか否かを判定する異常判定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に係るバルブ装置は、請求項２または請求項３に記載のバルブ装置において、前記バルブがポペットバルブとされたＥＧＲバルブ装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上において、請求項１、２の発明によれば、サーボピストンに設けられた当接部が被駆動体（バルブ）と当接することで被駆動体を駆動させているが、例えば、サーボピストンやパイロットスプールの戻り側に移動する際に、被駆動体が固着して動作しなくなった場合には、切換弁によって油のドレーンを停止させることで、サーボピストンおよびパイロットスプールの摺動をも停止させることができ、このサーボピストンやパイロットスプールの停止を検出することで、被駆動体の異常を確実に検知できる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、比較手段は、目標リフト位置決定手段により決定したリフト位置と、位置検出手段により検出されたリフト位置とを比較でき、その偏差に応じて制御信号生成手段が制御信号を生成できる。従って、位置検出手段が逐一、パイロットスプールの位置を検出し、比較手段により検出されたリフト位置と目標リフト位置とを比較できるため、偏差が変化していない場合には確実に異常判定手段によりバルブの固着を確実に検知できる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、ＥＧＲバルブ装置のポペットバルブは固着し易いことから、ポペットバルブの固着を確実に検知できることで、ＥＧＲバルブ装置が搭載されたエンジンに好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１実施形態でのＥＧＲバルブ装置１の断面図であり、被駆動体としてのポペットバルブ３が閉じている状態の図である。図２は、ポペットバルブ３が開いている状態のＥＧＲバルブ装置１の断面図であり、図３は、ポペットバルブ３が固着した状態を示すＥＧＲバルブ装置１の断面図である。また、図４は、ＥＧＲバルブ装置１の要部を示す拡大図である。図５，６は、ＥＧＲバルブ装置１のブロック図、およびポペットバルブ３の固着を検知する際のフローチャートである。
【００１５】
図１において、ＥＧＲバルブ装置１は、内部を排気ガスが流れるバルブハウジング２と、バルブハウジング２内に配置されたポペットバルブ３と、バルブハウジング２に固定されてポペットバルブ３の開閉駆動を行う油圧サーボ駆動装置４とを備えている。
【００１６】
バルブハウジング２には、ＥＧＲ配管にボルト止め等される入口フランジ５が設けられている。ポペットバルブ３を開くことで入口フランジ５から入り込む排気ガスは、バルブハウジング２内を通り、出口孔６からＥＧＲ配管の下流側に流出する（図１中の白抜き矢印参照）。バルブハウジング２内において、入口フランジ５の奥側には円形の弁座７が設けられている。図１に示すように、弁座７にポペットバルブ３が当接することで入口フランジ５が閉められる。
【００１７】
バルブハウジング２にはさらに、ポペットバルブ３のバルブステム８が貫通する隔壁部９が設けられている。隔壁部９を境にして入口フランジ５とは反対側には油室１０が設けられ、油室１０に臨む隔壁部９には受座１１が設けられている。また、油室１０は図示しないタンクと連通され、油室１０内にドレーンされてきた油をタンクに戻すようになっている。受座１１には、バルブスプリング１２の一端が当接されている。ポペットバルブ３のバルブステム８の端部には、受部材１３が取り付けられており、バルブスプリング１２の他端がこの受部材１３に当接されている。つまり、受座１１と受部材１３との間に挟持されたバルブスプリング１２によりポペットバルブ３は、閉まる方向（図１で上方）に付勢されている。
【００１８】
次に、油圧サーボ駆動装置４について説明する。
油圧サーボ駆動装置４は、前記バルブハウジング２にＯリング９９を介して取り付けられた略円筒状のハウジング１４を備えている。ハウジング１４の内部には、ポペットバルブ３の開閉方向に沿って貫通したシリンダ室１５が設けられている。シリンダ室１５の軸中心とポペットバルブ３の軸中心とは一直線上にある。
【００１９】
ハウジング１４のシリンダ室１５内には、貫通方向に沿って摺動するサーボピストン１６が配置されている。サーボピストン１６のポペットバルブ３側の開口部１６Ａには、当接部としての支持部材１７が螺合されている。支持部材１７の内部に設けられた貫通孔１７１には、切換弁としてのチェックバルブ１８が上下に摺動自在に配置されるとともに、受部材１９が上方から圧入されている。ここで図４（Ａ）を参照すると、チェックバルブ１８の内部に設けられた受座１８１と受部材１９との間には、スプリング２０が挟持されており、このスプリング２０によりチェックバルブ１８がポペットバルブ３側へ付勢され、チェックバルブ１８の突出部１８２がバルブステム８の端面に当接されている。受部材１９には、油をドレーンさせる内部流路１９１が設けられている。この内部流路１９１に流入した油は、チェックバルブ１８の内部から外部へ流出し、支持部材１７に設けられた流出口１７Ａから油室１０にドレーンされる。
【００２０】
サーボピストン１６には、内部を摺動方向に沿って貫通するセンターホール２１が設けられ、センターホール２１内にはパイロットスプール２２が摺動自在に配置されている。サーボピストン１６は、ポンプ圧によりパイロットスプール２２に追従して摺動する。シリンダ室１５は、その中程の段差部分まで押し込められた仕切部材２３により上下二室に分かれており、その一方にはサーボピストン１６が配置されているとともに、油圧室２４が形成される。他方には、パイロット油圧室２５が形成される。パイロットスプール２２は仕切部材２３を貫通し、その基端側がパイロット油圧室２５内に位置し、先端側がサーボピストン１６のセンターホール２１内に位置している。
【００２１】
パイロットスプール２２において、その基端部分には保持部材２６が螺合されており、仕切部材２３には、受座２７が設けられている。これらの保持部材２６および受座２７間にはスプリング２８が挟持されている。このスプリング２８によりパイロットスプール２２は、ポペットバルブ３から離間する方向へ付勢されている。また、パイロットスプール２２の基端部分には、位置測定手段としてのストロークセンサ２９の可動子２９Ａが螺合されている。このストロークセンサ２９は、パイロットスプール２２の位置を検出することでポペットバルブ３の位置を代替的に検出するものであり、コントローラ５０（図５）に電気的に接続されている。
【００２２】
仕切部材２３は、閉塞部材３０により押さえ込まれるようにシリンダ室１５に配置されている。また、仕切部材２３の外周および閉塞部材３０の外周には、Ｏリング１００，１０１がそれぞれ取り付けられ、シリンダ室１５の内周面との間をシールしている。Ｏリング１００により、油圧室２４およびパイロット油圧室２５間での油の移動を抑制し、また、Ｏリング１０１によりパイロット油圧室２５から油が外部に漏れるのを防止している。
【００２３】
パイロット油圧室２５には、比例制御弁３１からの図示しないパイロット流路が連通し、パイロット油圧室２５に油が供給されると、その油圧によってパイロットスプール２２がポペットバルブ３側に移動する。反対に、パイロット油圧室２５からパイロット流路を通して油を抜くと、スプリング２８の付勢力によってパイロットスプール２２が戻される。油の流入出は比例制御弁３１によって切り換えられる。
【００２４】
比例制御弁３１は、図示しないタンクと連通しているとともに、コントローラ５０（図４）に電気的に接続されている。このような比例制御弁３１では、コントローラ５０からの指令を受けてパイロット油圧室２５への油の流入出量が制御される。コントローラ５０については後述する。
【００２５】
サーボピストン１６において、その摺動方向の略中央には、内部のセンターホール２１と外部とを連通させる一対のプレッシャポート３２が径方向に対向して穿設されている。プレッシャポート３２の外側は、サーボピストン１６の外周に周方向に沿って連続して形成された幅広の浅溝３３に開口している。また、サーボピストン１６の一端側には、センターホール２１と油圧室２４とを連通させる一対のピストンポート３４が穿設されている。
【００２６】
ここで、ハウジング１４には、シリンダ室１５と連通したポンプ流路３６が設けられている。浅溝３３の幅寸法や、ポンプ流路３６とシリンダ室１５との連通位置は、サーボピストン２２が摺動ストローク中のいずれの位置にある場合でも、ポンプ流路３６が浅溝３３に開口するように設定されている。従って、ポンプ流路３６を通して供給される油は常時、プレッシャポート３２に流入することとなる。これに対し、センターホール２１内に位置するパイロットスプール２２の外周には、ポペットバルブ３側から第１スプールランド３７および第２スプールランド３８が設けられている。以上のように構成された油圧サーボ駆動装置４の動作については後述する。
【００２７】
以下には、コントローラ５０について説明する。
コントローラ５０は、エンジンの駆動状態に応じて、比例制御弁３１に制御信号を出力するものであり、メモリ５０１と、目標リフト位置決定手段５０２と、比較手段としてのリフト位置比較手段５０３と、制御信号生成手段５０４と、異常判定手段５０５とを備えている。
【００２８】
メモリ５０１には、エンジン回転数や燃料噴射量等の所定のパラメータに応じて決定されるポペットバルブ３（実際にはパイロットスプール２２）のリフト位置のマップが記憶されている。
目標リフト位置決定手段５０２は、前述したパラメータに基づき、メモリ５０１に記憶されたマップから目標リフト位置を決定する。
リフト位置比較手段５０３は、決定された目標リフト位置と、ストロークセンサ２９からの検出信号に基づくパイロットスプール２２の実際の位置とを比較する。
【００２９】
制御信号生成手段５０４は、リフト位置比較手段５０３による比較結果に基づき、ポペットバルブ３の目標リフト位置と実際の位置との偏差に応じた制御信号を生成し、比例制御弁３１へ送信する。
異常判定手段５０５は、前述した偏差が０（ゼロ）とならない状態で所定時間変化しない場合、この状態をポペットバルブ３の固着と判断し、キャブ内の表示装置等へ異常信号を出力して通報する。
【００３０】
次いで、図１から図２へのポペットバルブ３の動き、すなわち図４（Ａ）から（Ｂ）への動きについて、油圧サーボ駆動装置４の動作を含め、図６も参照しながら説明する。
図１で示すように、ポペットバルブ３が閉じている状態において、コントローラ５０の目標リフト位置決定手段５０２はメモリ５０１から目標リフト位置を読み出すとともに（図６のＳ１）、リフト位置比較手段５０３はパイロットスプール２２の現在の位置と目標リフト位置とを比較する（Ｓ２）。制御信号生成手段５０４は、当該目標リフト位置とパイロットスプール２２の現在位置との偏差に基づく制御信号を生成して、比例制御弁３１へ出力する（Ｓ３）。以上により、制御信号に応じて内部のスプールバルブが移動し、制御された流量の油がパイロット流路を介してパイロット油圧室２５に送り込まれ、図２に示すように、パイロットスプール２２はポペットバルブ３側へ移動する。
【００３１】
このパイロットスプール２２の移動に伴い、パイロットスプール２２に設けられた第１、第２スプールランド３７，３８間の溝部分を通して、サーボピストン１６のプレッシャポート３２とピストンポート３４とが連通するようになり、プレッシャポート３２に供給されていたポンプ流路３６からの油が、ピストンポート３４を通って油圧室２４へ流入する。
【００３２】
これにより、図２に示すように、油圧室２４は流入した油によって拡張するため、サーボピストン１６が移動して支持部材１７がポペットバルブ３の端部に完全に当接し（図４（Ｂ））、サーボピストン１６のさらなる移動により、バルブスプリング１２の付勢力およびポペットバルブ３に作用する排気ガスの圧力や流体力に抗して、ポペットバルブ３を開ける。そして、ストロークセンサ２９は、パイロットスプール２２の位置をポペットバルブ３のリフト位置の代替として逐一検出し、検出信号をコントローラ５０へ送信する（Ｓ４）。
【００３３】
コントローラ５０のリフト位置比較手段５０３は、ストロークセンサ２９から送信された検出信号を受信すると、この検出信号に基づくパイロットスプール２２の位置と目標リフト位置とを比較する（Ｓ２）。ポペットバルブ３が図２に示す状態へと正常に開く場合、パイロットスプール２２の位置が目標リフト位置に移動すると、パイロットスプール２２の実際の位置との偏差が０（ゼロ）となるため、制御信号も出力されなくなり、パイロット油圧室２５内の圧力が一定に維持されて、パイロットスプール２２およびサーボピストン１６の位置、すなわちポペットバルブ３の位置が保持される（Ｓ５）。
【００３４】
次に、図２、図４（Ｂ）の状態から図１の状態に戻す途中において、図３、図４（Ｃ）に示すようにポペットバルブ３が固着した場合について、同様に図６も参照しながら説明する。
ポペットバルブ３は現在、正常にあいたリフト位置にあるため、ポペットバルブ３を例えば完全に閉じる場合では、目標リフト位置決定手段５０２によって決定される目標リフト位置としては、リフト量が０（ゼロ）の原点位置である（Ｓ１）。リフト位置比較手段５０３はポペットバルブ３の現在の位置と目標リフト位置とを比較し（Ｓ２）、制御信号生成手段５０４は、その偏差に基づく制御信号を生成して、比例制御弁３１へ出力する（Ｓ３）。この比例制御弁３１の動作により、パイロット油圧室２５内の油は、図示しないパイロット流路を介してタンクへ戻され、パイロットスプール２２は、スプリング２８によって閉じ側へ戻される。
【００３５】
ここで、パイロットスプール２２内には、リターン流路３９が設けられ、また、第２スプールランド３８の外側では、リターン流路３９とパイロットスプール２２の外部とが連通している。サーボピストン１６の一端側において、センターホール２１の開口部分はリターンポート４０になっている。これにより、油圧室２４とリターン流路３９とがリターンポート４０を介して連通することで、油がリターン流路３９を流れ、支持部材１７に圧入された受部材１９内部の内部流路１９１に流れ込む。
【００３６】
そして、ポペットバルブ３が固着していない正常時であれば、油はチェックバルブ１８の内部を経由し、支持部材１７の流出口１７Ａからポペットバルブ３の端部に設けられた溝３Ａを通して油室１０にドレーンする。油室１０内の油は、ハウジング１４に設けられた図示しないドレーンポートからタンクへ戻される。そうすると、バルブスプリング１２の付勢力により、ポペットバルブ３ごとサーボピストン１６が戻される。
【００３７】
しかし、図３、図４（Ｃ）に示すように、ポペットバルブ３が固着していた場合には、パイロットスプール２２は戻ろうとするが、ポペットバルブ３は戻らないために、バルブスプリング１２による付勢力が得られず、サーボピストン１６が停止してしまう。そこで、パイロットスプール２２は、その先端（図中では下端）とサーボピストン１６との間の隙間Ｃ１（図４（Ｂ））分だけ戻ると、この隙間Ｃ１がなくなることでサーボピストン１６と係合することになり、サーボピストン１６を戻そうとする。ところが、サーボピストン１６は、保持部材１７とポペットバルブ３の端部との間に隙間Ｃ２が形成されるまで戻ると、チェックバルブ１８が機能し、保持部材１７の流出口１７Ａが閉じることとなる。これにより、油圧室２４内の油がチェックバルブ１８により閉じ込められ、油室１０へドレーンすることがないため、サーボピストン１６が再び停止し、ひいてはパイロットスプール２２が停止することとなる。
【００３８】
ストロークセンサ２９は、パイロットスプール２２の位置を検出し、検出信号をコントローラ５０へ送信する（Ｓ２）。そうすると、コントローラ５０のリフト位置比較手段５０３は、検出信号を受信し、この受信した検出信号に応じた位置と目標リフト位置（ここではリフト量０の位置）とを比較をする（Ｓ２）。制御信号生成手段５０４は、各位置との偏差に基づく制御信号を比例制御弁３１へ出力し続ける（Ｓ３）。一方で、異常判定手段５０５は、偏差の大きさを監視している（Ｓ４）。ポペットバルブ３が固着し、サーボピストン１６およびパイロットスプール２２が停止している状態では、偏差が縮まらず変動しない。このような状態が所定時間継続した場合、異常判定手段５０５はポペットバルブ３が固着したと判断し、制御信号生成手段５０４に対して制御信号の出力を停止させるとともに、表示装置等へ異常信号を出力する（Ｓ６）。
【００３９】
以上により、本実施形態によれば、ポペットバルブ３が固着して移動しなくなった場合は、サーボピストン１６の戻り側へのわずかな移動により、保持部材１７の開口部１７Ａが閉じられる。これにより、油圧室２４内の油がチェックバルブ１８により閉じ込められるため、油室１０へドレーンすることがなく、サーボピストン１６およびパイロットスプール２２が停止する。従って、ストロークセンサ２９からの検出信号を監視しているコントローラ５０では、制御信号を生成する際の目標リフト位置と、停止しているパイロットスプール２２の位置との偏差が変化しないことを判断することにより、ポペットバルブ３の固着を確実に検知できる。
【００４０】
[第２実施形態]
図７には、本発明の第２実施形態に係るＥＧＲバルブ装置１が示されている。
第１実施形態のＥＧＲバルブ装置１と異なる構成について、図７を参照して説明する。本実施形態では、油圧サーボ駆動装置４として４ポートサーボバルブが用いられている。また、バルブハウジング２が中間ハウジング７０に固定され、この中間ハウジング７０に油圧サーボ駆動装置４が固定されている。
【００４１】
本実施形態のＥＧＲバルブ装置１では、サーボピストン１６およびパイロットスプール２２の形状が４ポート式に対応した形状とされているとともに、シリンダ室１５内には、サーボピストン１６の両側にそれぞれ第１油圧室４１（図７では最も縮小された状態が示されている）および第２油圧室４２が形成されている。
【００４２】
サーボピストン１６の溝部６５には、アーム６４が固定されており、アーム６４は、サーボピストン１６の移動に応じて動作する。アーム６４の内部には、ドレーン流路４４が設けられ、アーム６４には、保持部材１７が螺合されている。保持部材１７の内部の貫通孔１７１には、第１実施形態と同様に受部材１９が圧入され、チェックバルブ１８が配置されている。
【００４３】
サーボピストン１６には、センターホール２１と連通して、センターホール２１内の油をドレーン流路４４へドレーンさせるリターンポート４３が設けられている。サーボピストン１６のストローク内では、リターンポート４３とドレーン流路４４とが常時連通し、ドレーン流路４４は、受部材１９の内部に設けられたドレーン用の内部流路１９１に連通している。
【００４４】
また、サーボピストン１６には、図７中に点線で示すように、センターホール２１と図中上側の第１油圧室４１とを連通させる第１ピストンポート６１、およびセンターホール１７と下側の第２油圧室４２とを連通させる第２ピストンポート６２が設けられている。この際、第１ピストンポート６１のセンターホール２１側の開口部分は、プレッシャポート３２よりも第２油圧室４２側に位置し、第２ピストンポート６２のセンターホール２１側の開口部分は、プレッシャポート３２よりも第１油圧室４１側に位置している。第１、第２ピストンポート６１、６２はそれぞれ、プレッシャポート３２に対して連通しない位置にずれて設けられている。
【００４５】
サーボピストン１６の端部は、封止部材４５を介してハウジング１４のシリンダ室１５を塞ぐ閉塞部材４６に当接し、当接したサーボピストン１６の最大ストローク位置となる。ここで、閉塞部材４６は、Ｏリング１０２を介してハウジング１４に取り付けられている。第２油圧室４２内において、封止部材４５と閉塞部材４６との間にはスプリング６３が配置され、サーボピストン１６を戻り側へ付勢している。
【００４６】
第１実施形態と同様に、パイロットスプール２２は、略中央部分に第１、第２スプールランド３７，３８を備えている。パイロットスプール２２の内部には、一端が開口したリターン流路３９が設けられており、第１スプールランド３７の外側の溝部部分とリターン流路３９とが連通し、第２スプールランド３８の外側の溝部分とリターン流路３９とが同様に連通している。さらに、リターン流路３９の一端が開口していることで、このリターン流路３９とリターンポート４３とが連通している。
【００４７】
アーム６４の保持部材１７が設けられた側とは反対側には、ストロークセンサ２９の可動子２９Ａが螺合されており、ポペットバルブ３のリフト位置は、パイロットスプール１８を介してではなく、アーム６４の位置、すなわちサーボピストン１６の位置により代替的に検出できるようになっている。
【００４８】
次に、油圧サーボ駆動装置４の動作について説明する。図７は、パイロット油圧室２５には油が供給されておらず、パイロットスプール２２およびサーボピストン１６は最も戻り側にあることを示している。従って、この状態においては、サーボピストン１６の端部は仕切部材２３に当接している。この位置では、パイロットスプール２２の第１スプールランド３７が、サーボピストン１６の第１ピストンポート６１よりも第１油圧室４１側にずれている。このため、第１油圧室２５は、リターン流路３９を介してリターンポート４３、ドレーン流路４４へと連通する。これにより、第１油圧室２５内の油は、ドレーン流路４４に接続されている内部流路１９１を通り、チェックバルブ１８内を介して流出口１７Ａから油室１０へドレーンする。
【００４９】
一方、第２スプールランド３８も第２ピストンポート６２に対して第１油圧室４１側にずれており、プレッシャポート３２と第２ピストンポート６２とが連通している。このため、プレッシャポート３２および第２ピストンポート６２を通して第２油圧室４２に油が供給されている。
【００５０】
ポペットバルブ３を開くには、第１実施形態と同様に、パイロット油圧室２５内に油を供給して所定のパイロット圧まで上げることで、パイロットスプール２２を移動させる。これにより、第１ピストンポート６２とプレッシャポート３２とが連通し、第１油圧室４１へ油が供給される。これに伴い、第２ピストンポート６２とリターン流路３９が連通し、第２油圧室４２内にあった油がドレーンされ、サーボピストン１６が移動するに伴い、アーム６４が移動する。そのため、ポペットバルブ３は、サーボピストン１６の移動量に応じたリフト量で開くこととなる。
【００５１】
また、ポペットバルブ３を戻す場合も、第１実施形態と同様にパイロット油圧室２５内の油を抜けばよく、これにより、第１ピストンポート６１がリターン流路３９と連通し、第１油圧室４１内の油がドレーンされ、サーボピストン１６が戻り側に移動する。これにより、アーム６４が移動することに連動して、ポペットバルブ３はバルブスプリング１２の付勢力により戻り側に移動する。
【００５２】
しかし、ポペットバルブ３が固着していた場合には、パイロットスプール２２およびアーム６４が設けられたサーボピストン１６のみが戻ろうとするため、チェックバルブ１８が動作することとなり、保持部材１７に設けられた流出口１７Ａが閉じることとなる。これにより、第１油圧室４１内の油がチェックバルブ１８により閉じ込められ、油室１０へドレーンされないため、サーボピストン１６はチェックバルブ１８が閉じるまでのわずかな量だけ移動するにとどまり、戻り側へ動作しない。すなわち、サーボピストン１６のアーム６４は、ポペットバルブ３が正常に閉じたときの位置まで戻らず、パイロットスプール２２もサーボピストン１６に係止して停止する。従って、ストロークセンサ２９はアーム６４の位置を検出していることから、このアーム６４が正しい位置に戻らないと判断することにより、ポペットバルブ３が固着していることを確実に検知できる。
【００５３】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成などを含み、以下に示すような変形なども本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、チェックバルブ１８を付勢するためにスプリング１８が設けられたが、スプリング１８の無い構成にしてもよい。この構成によっても、リターン流路３９から内部流路１９１への油の流れにより、チェックバルブ１８を動作させることができる。
また、第２実施形態では、ストロークセンサ２９はアーム６４の位置を検出していたが、第１実施形態と同様に、パイロットスプール２２の位置を検出してもよい。
【００５４】
前記各実施形態では、チェックバルブ１８がカップ状であったが、チェックバルブ１８の形状としては流出口１７Ａに対して開閉する板状や球状のものであってもよい。
また、チェックバルブ１８側に突出部１８２が設けられる代わりに、ポペットバルブ３の端部にチェックバルブ１８側に突出した突出部を設け、支持部材１７がポペットバルブ３に当接している時には、この突出部でチェックバルブ１８を開き側に付勢し、支持部材１７が戻り側へ移動した時には、突出部が離れることでチェックバルブ１８を閉じ側に移動させてもよい。
または、チェックバルブ１８の代わりに、支持部材１７とポペットバルブ３との近接離間に応じて移動するスプール状の切換弁を用いてもよい。
さらに、前記各実施形態では、本発明の当接部として支持部材１７が用いられたが当接部としては切換弁自身であってもよい。
【００５５】
前記各実施形態では、バルブ装置はＥＧＲバルブ装置１であったが、ウェストゲートバルブの開閉を制御するバルブ装置であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のＥＧＲバルブ装置は、ポペットバルブ等の被駆動体の固着を検知するのに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＥＧＲバルブ装置のポペットバルブが閉じている状態を示す断面図。
【図２】前記ＥＧＲバルブ装置のポペットバルブが開いている状態を示す断面図。
【図３】前記ＥＧＲバルブ装置のポペットバルブが固着している状態を示す断面図。
【図４】前記ＥＧＲバルブ装置の要部を示す拡大図。
【図５】前記ＥＧＲバルブ装置に接続されたコントローラのブロック図。
【図６】前記ＥＧＲバルブ装置のポペットバルブの固着を検知するフローチャート。
【図７】本発明の第２実施形態に係るＥＧＲバルブ装置のポペットバルブが閉じている時を示す断面図。
【符号の説明】
【００５８】
１…ＥＧＲバルブ装置、３…被駆動体としてのバルブであるポペットバルブ、４…油圧サーボ駆動装置、１６…サーボピストン、１７…当接部としての支持部材、１８…切換弁としてのチェックバルブ、２２…パイロットスプール、２９…位置検出手段としてのストロークセンサ、３１…制御弁としての比例制御弁、５０…コントローラ、５０２…目標リフト位置決定手段、５０３…比較手段としてのリフト位置比較手段、５０４…制御信号生成手段、５０５…異常判定手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧サーボ駆動装置、およびこれを用いたバルブ装置に係り、例えば、ポペットバルブの固着を検知する油圧サーボ駆動装置、およびこれを用いたバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する対策としてＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排ガス再循環）が知られている。ＥＧＲでは、エンジンからの排気ガスの一部が排気管からＥＧＲ配管を通って給気管に戻される。この際、ＥＧＲ配管の途中、または排気管とＥＧＲ配管との分岐部分にはＥＧＲバルブ装置が設けられている。このＥＧＲバルブ装置を構成するポペットバルブの開閉をエンジンの運転状態に応じて制御することで、適切な排気ガス量を適切なタイミングで給気管に戻すようにしている。
【０００３】
このようなＥＧＲバルブ装置のポペットバルブは、バルブスプリングによって閉じ側に付勢されているとともに、その基端側が油圧ピストンに連結されている。従って、ポペットバルブを開く時には、バルブスプリングの付勢力、排気ガスの圧力、あるいは排気ガスの流体力に抗した油圧力で油圧ピストンを移動させ、ポペットバルブをリフトさせることになる（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００５／０９５８３４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ポペットバルブのリフト中にこじりなどが生じた場合には、ポペットバルブが開いた状態で固着するおそれがある。この場合に、ポペットバルブを閉じようとすると、ポペットバルブは固着しているため、バルブスプリングの付勢力では閉じ側へ戻らず、油圧ピストンのみが閉じ側に戻る。一方、ポペットバルブの開閉状態は、ポペットバルブ自身の位置検出がセンサの配置スペースの制約により困難なことから、油圧ピストンの位置をストロークセンサで代替的に検出することで判断される。従って、ポペットバルブが固着して閉じ側に正常に戻らず、油圧ピストンのみが戻るような状況では、この油圧ピストンの位置検出によってポペットバルブが正常に戻っていると判断されてしまい、ポペットバルブの固着を検知できないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、ポペットバルブが開き側から戻らない等、被駆動体の異常を確実に検知できる油圧サーボ駆動装置、およびこれを用いた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】
【０００７】
本発明の請求項１に係る油圧サーボ駆動装置は、パイロット圧によって摺動するパイロットスプールと、ポンプ圧により前記パイロットスプールに追従して摺動するサーボピストンとを備えた油圧サーボ駆動装置であって、前記サーボピストンには、当該油圧サーボ駆動装置にて駆動される被駆動体と当接する当接部、および前記サーボピストンの摺動時にドレーンされる油の流出・停止を切り換える切換弁が設けられ、この切換弁は、前記当接部が前記被駆動体から離間することで前記油の流出を停止させることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に係るバルブ装置は、パイロット圧によって摺動するパイロットスプールと、ポンプ圧により前記パイロットスプールに追従して摺動するサーボピストンとを備えた請求項１に記載の油圧サーボ駆動装置と、この油圧駆動装置で駆動されるバルブと、前記サーボピストンまたは前記パイロットスプールの位置を前記バルブのリフト位置として代替的に検出する位置検出手段と、前記パイロット圧を供給する制御弁と、前記位置検出手段からの検出信号に基づいて前記制御弁を制御するコントローラとを備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に係るバルブ装置は、請求項２に記載のバルブ装置において、前記コントローラは、前記バルブの目標リフト位置を決定する目標リフト位置決定手段と、前記位置検出手段にて検出した前記バルブの位置と前記目標リフト位置とを比較する比較手段と、前記比較手段での比較結果に応じた制御信号を生成して前記制御弁に出力する制御信号生成手段と、前記比較手段での比較結果に基づいて前記バルブが異常であるか否かを判定する異常判定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に係るバルブ装置は、請求項２または請求項３に記載のバルブ装置において、前記バルブがポペットバルブとされたＥＧＲバルブ装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上において、請求項１、２の発明によれば、サーボピストンに設けられた当接部が被駆動体（バルブ）と当接することで被駆動体を駆動させているが、例えば、サーボピストンやパイロットスプールの戻り側に移動する際に、被駆動体が固着して動作しなくなった場合には、切換弁によって油のドレーンを停止させることで、サーボピストンおよびパイロットスプールの摺動をも停止させることができ、このサーボピストンやパイロットスプールの停止を検出することで、被駆動体の異常を確実に検知できる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、比較手段は、目標リフト位置決定手段により決定したリフト位置と、位置検出手段により検出されたリフト位置とを比較でき、その偏差に応じて制御信号生成手段が制御信号を生成できる。従って、位置検出手段が逐一、パイロットスプールの位置を検出し、比較手段により検出されたリフト位置と目標リフト位置とを比較できるため、偏差が変化していない場合には確実に異常判定手段によりバルブの固着を確実に検知できる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、ＥＧＲバルブ装置のポペットバルブは固着し易いことから、ポペットバルブの固着を確実に検知できることで、ＥＧＲバルブ装置が搭載されたエンジンに好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１実施形態でのＥＧＲバルブ装置１の断面図であり、被駆動体としてのポペットバルブ３が閉じている状態の図である。図２は、ポペットバルブ３が開いている状態のＥＧＲバルブ装置１の断面図であり、図３は、ポペットバルブ３が固着した状態を示すＥＧＲバルブ装置１の断面図である。また、図４は、ＥＧＲバルブ装置１の要部を示す拡大図である。図５，６は、ＥＧＲバルブ装置１のブロック図、およびポペットバルブ３の固着を検知する際のフローチャートである。
【００１５】
図１において、ＥＧＲバルブ装置１は、内部を排気ガスが流れるバルブハウジング２と、バルブハウジング２内に配置されたポペットバルブ３と、バルブハウジング２に固定されてポペットバルブ３の開閉駆動を行う油圧サーボ駆動装置４とを備えている。
【００１６】
バルブハウジング２には、ＥＧＲ配管にボルト止め等される入口フランジ５が設けられている。ポペットバルブ３を開くことで入口フランジ５から入り込む排気ガスは、バルブハウジング２内を通り、出口孔６からＥＧＲ配管の下流側に流出する（図１中の白抜き矢印参照）。バルブハウジング２内において、入口フランジ５の奥側には円形の弁座７が設けられている。図１に示すように、弁座７にポペットバルブ３が当接することで入口フランジ５が閉められる。
【００１７】
バルブハウジング２にはさらに、ポペットバルブ３のバルブステム８が貫通する隔壁部９が設けられている。隔壁部９を境にして入口フランジ５とは反対側には油室１０が設けられ、油室１０に臨む隔壁部９には受座１１が設けられている。また、油室１０は図示しないタンクと連通され、油室１０内にドレーンされてきた油をタンクに戻すようになっている。受座１１には、バルブスプリング１２の一端が当接されている。ポペットバルブ３のバルブステム８の端部には、受部材１３が取り付けられており、バルブスプリング１２の他端がこの受部材１３に当接されている。つまり、受座１１と受部材１３との間に挟持されたバルブスプリング１２によりポペットバルブ３は、閉まる方向（図１で上方）に付勢されている。
【００１８】
次に、油圧サーボ駆動装置４について説明する。
油圧サーボ駆動装置４は、前記バルブハウジング２にＯリング９９を介して取り付けられた略円筒状のハウジング１４を備えている。ハウジング１４の内部には、ポペットバルブ３の開閉方向に沿って貫通したシリンダ室１５が設けられている。シリンダ室１５の軸中心とポペットバルブ３の軸中心とは一直線上にある。
【００１９】
ハウジング１４のシリンダ室１５内には、貫通方向に沿って摺動するサーボピストン１６が配置されている。サーボピストン１６のポペットバルブ３側の開口部１６Ａには、当接部としての支持部材１７が螺合されている。支持部材１７の内部に設けられた貫通孔１７１には、切換弁としてのチェックバルブ１８が上下に摺動自在に配置されるとともに、受部材１９が上方から圧入されている。ここで図４（Ａ）を参照すると、チェックバルブ１８の内部に設けられた受座１８１と受部材１９との間には、スプリング２０が挟持されており、このスプリング２０によりチェックバルブ１８がポペットバルブ３側へ付勢され、チェックバルブ１８の突出部１８２がバルブステム８の端面に当接されている。受部材１９には、油をドレーンさせる内部流路１９１が設けられている。この内部流路１９１に流入した油は、チェックバルブ１８の内部から外部へ流出し、支持部材１７に設けられた流出口１７Ａから油室１０にドレーンされる。
【００２０】
サーボピストン１６には、内部を摺動方向に沿って貫通するセンターホール２１が設けられ、センターホール２１内にはパイロットスプール２２が摺動自在に配置されている。サーボピストン１６は、ポンプ圧によりパイロットスプール２２に追従して摺動する。シリンダ室１５は、その中程の段差部分まで押し込められた仕切部材２３により上下二室に分かれており、その一方にはサーボピストン１６が配置されているとともに、油圧室２４が形成される。他方には、パイロット油圧室２５が形成される。パイロットスプール２２は仕切部材２３を貫通し、その基端側がパイロット油圧室２５内に位置し、先端側がサーボピストン１６のセンターホール２１内に位置している。
【００２１】
パイロットスプール２２において、その基端部分には保持部材２６が螺合されており、仕切部材２３には、受座２７が設けられている。これらの保持部材２６および受座２７間にはスプリング２８が挟持されている。このスプリング２８によりパイロットスプール２２は、ポペットバルブ３から離間する方向へ付勢されている。また、パイロットスプール２２の基端部分には、位置測定手段としてのストロークセンサ２９の可動子２９Ａが螺合されている。このストロークセンサ２９は、パイロットスプール２２の位置を検出することでポペットバルブ３の位置を代替的に検出するものであり、コントローラ５０（図５）に電気的に接続されている。
【００２２】
仕切部材２３は、閉塞部材３０により押さえ込まれるようにシリンダ室１５に配置されている。また、仕切部材２３の外周および閉塞部材３０の外周には、Ｏリング１００，１０１がそれぞれ取り付けられ、シリンダ室１５の内周面との間をシールしている。Ｏリング１００により、油圧室２４およびパイロット油圧室２５間での油の移動を抑制し、また、Ｏリング１０１によりパイロット油圧室２５から油が外部に漏れるのを防止している。
【００２３】
パイロット油圧室２５には、比例制御弁３１からの図示しないパイロット流路が連通し、パイロット油圧室２５に油が供給されると、その油圧によってパイロットスプール２２がポペットバルブ３側に移動する。反対に、パイロット油圧室２５からパイロット流路を通して油を抜くと、スプリング２８の付勢力によってパイロットスプール２２が戻される。油の流入出は比例制御弁３１によって切り換えられる。
【００２４】
比例制御弁３１は、図示しないタンクと連通しているとともに、コントローラ５０（図４）に電気的に接続されている。このような比例制御弁３１では、コントローラ５０からの指令を受けてパイロット油圧室２５への油の流入出量が制御される。コントローラ５０については後述する。
【００２５】
サーボピストン１６において、その摺動方向の略中央には、内部のセンターホール２１と外部とを連通させる一対のプレッシャポート３２が径方向に対向して穿設されている。プレッシャポート３２の外側は、サーボピストン１６の外周に周方向に沿って連続して形成された幅広の浅溝３３に開口している。また、サーボピストン１６の一端側には、センターホール２１と油圧室２４とを連通させる一対のピストンポート３４が穿設されている。
【００２６】
ここで、ハウジング１４には、シリンダ室１５と連通したポンプ流路３６が設けられている。浅溝３３の幅寸法や、ポンプ流路３６とシリンダ室１５との連通位置は、サーボピストン２２が摺動ストローク中のいずれの位置にある場合でも、ポンプ流路３６が浅溝３３に開口するように設定されている。従って、ポンプ流路３６を通して供給される油は常時、プレッシャポート３２に流入することとなる。これに対し、センターホール２１内に位置するパイロットスプール２２の外周には、ポペットバルブ３側から第１スプールランド３７および第２スプールランド３８が設けられている。以上のように構成された油圧サーボ駆動装置４の動作については後述する。
【００２７】
以下には、コントローラ５０について説明する。
コントローラ５０は、エンジンの駆動状態に応じて、比例制御弁３１に制御信号を出力するものであり、メモリ５０１と、目標リフト位置決定手段５０２と、比較手段としてのリフト位置比較手段５０３と、制御信号生成手段５０４と、異常判定手段５０５とを備えている。
【００２８】
メモリ５０１には、エンジン回転数や燃料噴射量等の所定のパラメータに応じて決定されるポペットバルブ３（実際にはパイロットスプール２２）のリフト位置のマップが記憶されている。
目標リフト位置決定手段５０２は、前述したパラメータに基づき、メモリ５０１に記憶されたマップから目標リフト位置を決定する。
リフト位置比較手段５０３は、決定された目標リフト位置と、ストロークセンサ２９からの検出信号に基づくパイロットスプール２２の実際の位置とを比較する。
【００２９】
制御信号生成手段５０４は、リフト位置比較手段５０３による比較結果に基づき、ポペットバルブ３の目標リフト位置と実際の位置との偏差に応じた制御信号を生成し、比例制御弁３１へ送信する。
異常判定手段５０５は、前述した偏差が０（ゼロ）とならない状態で所定時間変化しない場合、この状態をポペットバルブ３の固着と判断し、キャブ内の表示装置等へ異常信号を出力して通報する。
【００３０】
次いで、図１から図２へのポペットバルブ３の動き、すなわち図４（Ａ）から（Ｂ）への動きについて、油圧サーボ駆動装置４の動作を含め、図６も参照しながら説明する。
図１で示すように、ポペットバルブ３が閉じている状態において、コントローラ５０の目標リフト位置決定手段５０２はメモリ５０１から目標リフト位置を読み出すとともに（図６のＳ１）、リフト位置比較手段５０３はパイロットスプール２２の現在の位置と目標リフト位置とを比較する（Ｓ２）。制御信号生成手段５０４は、当該目標リフト位置とパイロットスプール２２の現在位置との偏差に基づく制御信号を生成して、比例制御弁３１へ出力する（Ｓ３）。以上により、制御信号に応じて内部のスプールバルブが移動し、制御された流量の油がパイロット流路を介してパイロット油圧室２５に送り込まれ、図２に示すように、パイロットスプール２２はポペットバルブ３側へ移動する。
【００３１】
このパイロットスプール２２の移動に伴い、パイロットスプール２２に設けられた第１、第２スプールランド３７，３８間の溝部分を通して、サーボピストン１６のプレッシャポート３２とピストンポート３４とが連通するようになり、プレッシャポート３２に供給されていたポンプ流路３６からの油が、ピストンポート３４を通って油圧室２４へ流入する。
【００３２】
これにより、図２に示すように、油圧室２４は流入した油によって拡張するため、サーボピストン１６が移動して支持部材１７がポペットバルブ３の端部に完全に当接し（図４（Ｂ））、サーボピストン１６のさらなる移動により、バルブスプリング１２の付勢力およびポペットバルブ３に作用する排気ガスの圧力や流体力に抗して、ポペットバルブ３を開ける。そして、ストロークセンサ２９は、パイロットスプール２２の位置をポペットバルブ３のリフト位置の代替として逐一検出し、検出信号をコントローラ５０へ送信する（Ｓ４）。
【００３３】
コントローラ５０のリフト位置比較手段５０３は、ストロークセンサ２９から送信された検出信号を受信すると、この検出信号に基づくパイロットスプール２２の位置と目標リフト位置とを比較する（Ｓ２）。ポペットバルブ３が図２に示す状態へと正常に開く場合、パイロットスプール２２の位置が目標リフト位置に移動すると、パイロットスプール２２の実際の位置との偏差が０（ゼロ）となるため、制御信号も出力されなくなり、パイロット油圧室２５内の圧力が一定に維持されて、パイロットスプール２２およびサーボピストン１６の位置、すなわちポペットバルブ３の位置が保持される（Ｓ５）。
【００３４】
次に、図２、図４（Ｂ）の状態から図１の状態に戻す途中において、図３、図４（Ｃ）に示すようにポペットバルブ３が固着した場合について、同様に図６も参照しながら説明する。
ポペットバルブ３は現在、正常にあいたリフト位置にあるため、ポペットバルブ３を例えば完全に閉じる場合では、目標リフト位置決定手段５０２によって決定される目標リフト位置としては、リフト量が０（ゼロ）の原点位置である（Ｓ１）。リフト位置比較手段５０３はポペットバルブ３の現在の位置と目標リフト位置とを比較し（Ｓ２）、制御信号生成手段５０４は、その偏差に基づく制御信号を生成して、比例制御弁３１へ出力する（Ｓ３）。この比例制御弁３１の動作により、パイロット油圧室２５内の油は、図示しないパイロット流路を介してタンクへ戻され、パイロットスプール２２は、スプリング２８によって閉じ側へ戻される。
【００３５】
ここで、パイロットスプール２２内には、リターン流路３９が設けられ、また、第２スプールランド３８の外側では、リターン流路３９とパイロットスプール２２の外部とが連通している。サーボピストン１６の一端側において、センターホール２１の開口部分はリターンポート４０になっている。これにより、油圧室２４とリターン流路３９とがリターンポート４０を介して連通することで、油がリターン流路３９を流れ、支持部材１７に圧入された受部材１９内部の内部流路１９１に流れ込む。
【００３６】
そして、ポペットバルブ３が固着していない正常時であれば、油はチェックバルブ１８の内部を経由し、支持部材１７の流出口１７Ａからポペットバルブ３の端部に設けられた溝３Ａを通して油室１０にドレーンする。油室１０内の油は、ハウジング１４に設けられた図示しないドレーンポートからタンクへ戻される。そうすると、バルブスプリング１２の付勢力により、ポペットバルブ３ごとサーボピストン１６が戻される。
【００３７】
しかし、図３、図４（Ｃ）に示すように、ポペットバルブ３が固着していた場合には、パイロットスプール２２は戻ろうとするが、ポペットバルブ３は戻らないために、バルブスプリング１２による付勢力が得られず、サーボピストン１６が停止してしまう。そこで、パイロットスプール２２は、その先端（図中では下端）とサーボピストン１６との間の隙間Ｃ１（図４（Ｂ））分だけ戻ると、この隙間Ｃ１がなくなることでサーボピストン１６と係合することになり、サーボピストン１６を戻そうとする。ところが、サーボピストン１６は、保持部材１７とポペットバルブ３の端部との間に隙間Ｃ２が形成されるまで戻ると、チェックバルブ１８が機能し、保持部材１７の流出口１７Ａが閉じることとなる。これにより、油圧室２４内の油がチェックバルブ１８により閉じ込められ、油室１０へドレーンすることがないため、サーボピストン１６が再び停止し、ひいてはパイロットスプール２２が停止することとなる。
【００３８】
ストロークセンサ２９は、パイロットスプール２２の位置を検出し、検出信号をコントローラ５０へ送信する（Ｓ２）。そうすると、コントローラ５０のリフト位置比較手段５０３は、検出信号を受信し、この受信した検出信号に応じた位置と目標リフト位置（ここではリフト量０の位置）とを比較をする（Ｓ２）。制御信号生成手段５０４は、各位置との偏差に基づく制御信号を比例制御弁３１へ出力し続ける（Ｓ３）。一方で、異常判定手段５０５は、偏差の大きさを監視している（Ｓ４）。ポペットバルブ３が固着し、サーボピストン１６およびパイロットスプール２２が停止している状態では、偏差が縮まらず変動しない。このような状態が所定時間継続した場合、異常判定手段５０５はポペットバルブ３が固着したと判断し、制御信号生成手段５０４に対して制御信号の出力を停止させるとともに、表示装置等へ異常信号を出力する（Ｓ６）。
【００３９】
以上により、本実施形態によれば、ポペットバルブ３が固着して移動しなくなった場合は、サーボピストン１６の戻り側へのわずかな移動により、保持部材１７の開口部１７Ａが閉じられる。これにより、油圧室２４内の油がチェックバルブ１８により閉じ込められるため、油室１０へドレーンすることがなく、サーボピストン１６およびパイロットスプール２２が停止する。従って、ストロークセンサ２９からの検出信号を監視しているコントローラ５０では、制御信号を生成する際の目標リフト位置と、停止しているパイロットスプール２２の位置との偏差が変化しないことを判断することにより、ポペットバルブ３の固着を確実に検知できる。
【００４０】
[第２実施形態]
図７には、本発明の第２実施形態に係るＥＧＲバルブ装置１が示されている。
第１実施形態のＥＧＲバルブ装置１と異なる構成について、図７を参照して説明する。本実施形態では、油圧サーボ駆動装置４として４ポートサーボバルブが用いられている。また、バルブハウジング２が中間ハウジング７０に固定され、この中間ハウジング７０に油圧サーボ駆動装置４が固定されている。
【００４１】
本実施形態のＥＧＲバルブ装置１では、サーボピストン１６およびパイロットスプール２２の形状が４ポート式に対応した形状とされているとともに、シリンダ室１５内には、サーボピストン１６の両側にそれぞれ第１油圧室４１（図７では最も縮小された状態が示されている）および第２油圧室４２が形成されている。
【００４２】
サーボピストン１６の溝部６５には、アーム６４が固定されており、アーム６４は、サーボピストン１６の移動に応じて動作する。アーム６４の内部には、ドレーン流路４４が設けられ、アーム６４には、保持部材１７が螺合されている。保持部材１７の内部の貫通孔１７１には、第１実施形態と同様に受部材１９が圧入され、チェックバルブ１８が配置されている。
【００４３】
サーボピストン１６には、センターホール２１と連通して、センターホール２１内の油をドレーン流路４４へドレーンさせるリターンポート４３が設けられている。サーボピストン１６のストローク内では、リターンポート４３とドレーン流路４４とが常時連通し、ドレーン流路４４は、受部材１９の内部に設けられたドレーン用の内部流路１９１に連通している。
【００４４】
また、サーボピストン１６には、図７中に点線で示すように、センターホール２１と図中上側の第１油圧室４１とを連通させる第１ピストンポート６１、およびセンターホール１７と下側の第２油圧室４２とを連通させる第２ピストンポート６２が設けられている。この際、第１ピストンポート６１のセンターホール２１側の開口部分は、プレッシャポート３２よりも第２油圧室４２側に位置し、第２ピストンポート６２のセンターホール２１側の開口部分は、プレッシャポート３２よりも第１油圧室４１側に位置している。第１、第２ピストンポート６１、６２はそれぞれ、プレッシャポート３２に対して連通しない位置にずれて設けられている。
【００４５】
サーボピストン１６の端部は、封止部材４５を介してハウジング１４のシリンダ室１５を塞ぐ閉塞部材４６に当接し、当接したサーボピストン１６の最大ストローク位置となる。ここで、閉塞部材４６は、Ｏリング１０２を介してハウジング１４に取り付けられている。第２油圧室４２内において、封止部材４５と閉塞部材４６との間にはスプリング６３が配置され、サーボピストン１６を戻り側へ付勢している。
【００４６】
第１実施形態と同様に、パイロットスプール２２は、略中央部分に第１、第２スプールランド３７，３８を備えている。パイロットスプール２２の内部には、一端が開口したリターン流路３９が設けられており、第１スプールランド３７の外側の溝部部分とリターン流路３９とが連通し、第２スプールランド３８の外側の溝部分とリターン流路３９とが同様に連通している。さらに、リターン流路３９の一端が開口していることで、このリターン流路３９とリターンポート４３とが連通している。
【００４７】
アーム６４の保持部材１７が設けられた側とは反対側には、ストロークセンサ２９の可動子２９Ａが螺合されており、ポペットバルブ３のリフト位置は、パイロットスプール１８を介してではなく、アーム６４の位置、すなわちサーボピストン１６の位置により代替的に検出できるようになっている。
【００４８】
次に、油圧サーボ駆動装置４の動作について説明する。図７は、パイロット油圧室２５には油が供給されておらず、パイロットスプール２２およびサーボピストン１６は最も戻り側にあることを示している。従って、この状態においては、サーボピストン１６の端部は仕切部材２３に当接している。この位置では、パイロットスプール２２の第１スプールランド３７が、サーボピストン１６の第１ピストンポート６１よりも第１油圧室４１側にずれている。このため、第１油圧室２５は、リターン流路３９を介してリターンポート４３、ドレーン流路４４へと連通する。これにより、第１油圧室２５内の油は、ドレーン流路４４に接続されている内部流路１９１を通り、チェックバルブ１８内を介して流出口１７Ａから油室１０へドレーンする。
【００４９】
一方、第２スプールランド３８も第２ピストンポート６２に対して第１油圧室４１側にずれており、プレッシャポート３２と第２ピストンポート６２とが連通している。このため、プレッシャポート３２および第２ピストンポート６２を通して第２油圧室４２に油が供給されている。
【００５０】
ポペットバルブ３を開くには、第１実施形態と同様に、パイロット油圧室２５内に油を供給して所定のパイロット圧まで上げることで、パイロットスプール２２を移動させる。これにより、第１ピストンポート６２とプレッシャポート３２とが連通し、第１油圧室４１へ油が供給される。これに伴い、第２ピストンポート６２とリターン流路３９が連通し、第２油圧室４２内にあった油がドレーンされ、サーボピストン１６が移動するに伴い、アーム６４が移動する。そのため、ポペットバルブ３は、サーボピストン１６の移動量に応じたリフト量で開くこととなる。
【００５１】
また、ポペットバルブ３を戻す場合も、第１実施形態と同様にパイロット油圧室２５内の油を抜けばよく、これにより、第１ピストンポート６１がリターン流路３９と連通し、第１油圧室４１内の油がドレーンされ、サーボピストン１６が戻り側に移動する。これにより、アーム６４が移動することに連動して、ポペットバルブ３はバルブスプリング１２の付勢力により戻り側に移動する。
【００５２】
しかし、ポペットバルブ３が固着していた場合には、パイロットスプール２２およびアーム６４が設けられたサーボピストン１６のみが戻ろうとするため、チェックバルブ１８が動作することとなり、保持部材１７に設けられた流出口１７Ａが閉じることとなる。これにより、第１油圧室４１内の油がチェックバルブ１８により閉じ込められ、油室１０へドレーンされないため、サーボピストン１６はチェックバルブ１８が閉じるまでのわずかな量だけ移動するにとどまり、戻り側へ動作しない。すなわち、サーボピストン１６のアーム６４は、ポペットバルブ３が正常に閉じたときの位置まで戻らず、パイロットスプール２２もサーボピストン１６に係止して停止する。従って、ストロークセンサ２９はアーム６４の位置を検出していることから、このアーム６４が正しい位置に戻らないと判断することにより、ポペットバルブ３が固着していることを確実に検知できる。
【００５３】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成などを含み、以下に示すような変形なども本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、チェックバルブ１８を付勢するためにスプリング１８が設けられたが、スプリング１８の無い構成にしてもよい。この構成によっても、リターン流路３９から内部流路１９１への油の流れにより、チェックバルブ１８を動作させることができる。
また、第２実施形態では、ストロークセンサ２９はアーム６４の位置を検出していたが、第１実施形態と同様に、パイロットスプール２２の位置を検出してもよい。
【００５４】
前記各実施形態では、チェックバルブ１８がカップ状であったが、チェックバルブ１８の形状としては流出口１７Ａに対して開閉する板状や球状のものであってもよい。
また、チェックバルブ１８側に突出部１８２が設けられる代わりに、ポペットバルブ３の端部にチェックバルブ１８側に突出した突出部を設け、支持部材１７がポペットバルブ３に当接している時には、この突出部でチェックバルブ１８を開き側に付勢し、支持部材１７が戻り側へ移動した時には、突出部が離れることでチェックバルブ１８を閉じ側に移動させてもよい。
または、チェックバルブ１８の代わりに、支持部材１７とポペットバルブ３との近接離間に応じて移動するスプール状の切換弁を用いてもよい。
さらに、前記各実施形態では、本発明の当接部として支持部材１７が用いられたが当接部としては切換弁自身であってもよい。
【００５５】
前記各実施形態では、バルブ装置はＥＧＲバルブ装置１であったが、ウェストゲートバルブの開閉を制御するバルブ装置であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のＥＧＲバルブ装置は、ポペットバルブ等の被駆動体の固着を検知するのに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＥＧＲバルブ装置のポペットバルブが閉じている状態を示す断面図。
【図２】前記ＥＧＲバルブ装置のポペットバルブが開いている状態を示す断面図。
【図３】前記ＥＧＲバルブ装置のポペットバルブが固着している状態を示す断面図。
【図４】前記ＥＧＲバルブ装置の要部を示す拡大図。
【図５】前記ＥＧＲバルブ装置に接続されたコントローラのブロック図。
【図６】前記ＥＧＲバルブ装置のポペットバルブの固着を検知するフローチャート。
【図７】本発明の第２実施形態に係るＥＧＲバルブ装置のポペットバルブが閉じている時を示す断面図。
【符号の説明】
【００５８】
１…ＥＧＲバルブ装置、３…被駆動体としてのバルブであるポペットバルブ、４…油圧サーボ駆動装置、１６…サーボピストン、１７…当接部としての支持部材、１８…切換弁としてのチェックバルブ、２２…パイロットスプール、２９…位置検出手段としてのストロークセンサ、３１…制御弁としての比例制御弁、５０…コントローラ、５０２…目標リフト位置決定手段、５０３…比較手段としてのリフト位置比較手段、５０４…制御信号生成手段、５０５…異常判定手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイロット圧によって摺動するパイロットスプールと、ポンプ圧により前記パイロットスプールに追従して摺動するサーボピストンとを備えた油圧サーボ駆動装置であって、
前記サーボピストンには、当該油圧サーボ駆動装置にて駆動される被駆動体と当接する当接部、および前記サーボピストンの摺動時にドレーンされる油の流出・停止を切り換える切換弁が設けられ、
この切換弁は、前記当接部が前記被駆動体から離間することで前記油の流出を停止させる
ことを特徴とする油圧サーボ駆動装置。
【請求項２】
パイロット圧によって摺動するパイロットスプールと、ポンプ圧により前記パイロットスプールに追従して摺動するサーボピストンとを備えた請求項１に記載の油圧サーボ駆動装置と、
この油圧駆動装置で駆動されるバルブと、
前記サーボピストンまたは前記パイロットスプールの位置を前記バルブのリフト位置として代替的に検出する位置検出手段と、
前記パイロット圧を供給する制御弁と、
前記位置検出手段からの検出信号に基づいて前記制御弁を制御するコントローラとを備えている
ことを特徴とするバルブ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のバルブ装置において、
前記コントローラは、
前記バルブの目標リフト位置を決定する目標リフト位置決定手段と、
前記位置検出手段にて検出した前記バルブの位置と前記目標リフト位置とを比較する比較手段と、
前記比較手段での比較結果に応じた制御信号を生成して前記制御弁に出力する制御信号生成手段と、
前記比較手段での比較結果に基づいて前記バルブが異常であるか否かを判定する異常判定手段とを備えている
ことを特徴とするバルブ装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のバルブ装置において、
前記バルブがポペットバルブとされたＥＧＲバルブ装置である
ことを特徴とするバルブ装置。
【請求項１】
パイロット圧によって摺動するパイロットスプールと、ポンプ圧により前記パイロットスプールに追従して摺動するサーボピストンとを備えた油圧サーボ駆動装置であって、
前記サーボピストンには、当該油圧サーボ駆動装置にて駆動される被駆動体と当接する当接部、および前記サーボピストンの摺動時にドレーンされる油の流出・停止を切り換える切換弁が設けられ、
この切換弁は、前記当接部が前記被駆動体から離間することで前記油の流出を停止させる
ことを特徴とする油圧サーボ駆動装置。
【請求項２】
パイロット圧によって摺動するパイロットスプールと、ポンプ圧により前記パイロットスプールに追従して摺動するサーボピストンとを備えた請求項１に記載の油圧サーボ駆動装置と、
この油圧駆動装置で駆動されるバルブと、
前記サーボピストンまたは前記パイロットスプールの位置を前記バルブのリフト位置として代替的に検出する位置検出手段と、
前記パイロット圧を供給する制御弁と、
前記位置検出手段からの検出信号に基づいて前記制御弁を制御するコントローラとを備えている
ことを特徴とするバルブ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のバルブ装置において、
前記コントローラは、
前記バルブの目標リフト位置を決定する目標リフト位置決定手段と、
前記位置検出手段にて検出した前記バルブの位置と前記目標リフト位置とを比較する比較手段と、
前記比較手段での比較結果に応じた制御信号を生成して前記制御弁に出力する制御信号生成手段と、
前記比較手段での比較結果に基づいて前記バルブが異常であるか否かを判定する異常判定手段とを備えている
ことを特徴とするバルブ装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のバルブ装置において、
前記バルブがポペットバルブとされたＥＧＲバルブ装置である
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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１２１５７６（Ｐ２００９−１２１５７６Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９５５３５（Ｐ２００７−２９５５３５）
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
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