JP2004301320A - リードバルブ若しくはリードバルブアセンブリ - Google Patents

リードバルブ若しくはリードバルブアセンブリ Download PDF

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Abstract

【課題】 板厚の薄リードであっても過度の圧力に耐え得る構造を有するとともに、追従性の高いリードバルブ若しくはリードバルブアセンブリを提供する。
【解決手段】 リードバルブ２０は、中央部に板厚方向に貫通する弁孔２２が形成された板状の支持基板２１と、この支持基板２１の一方の面に弁孔２２を覆うとともに長手方向の一端が固定されて配設された板状の可撓性を有するリード２４とを備え、さらに、支持基板２１が弁孔２２内を長手方向中心線に沿って延びて弁孔２２内を２つの空間（２２ａ，２２ｂ）に分けるリブ２７を有して構成される。そして、このリブ２７におけるリード２４と対向する面は、リード２４が取り付けられた支持基板２１の面と略同一平面上若しくは弁孔２２内に位置し、リード２４と近接するように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）の吸気系若しくは排気系への空気の供給に好適なリードバルブ若しくはリードバルブアセンブリに関し、特にエンジンの排気ポートへの２次空気の供給に用いられるリードバルブ若しくはリードバルブアセンブリに関する。
排ガス規制対策の一つとして用いられるエンジンの二次空気供給装置は、エアクリーナからの空気を排気ポートに供給して、排気ガスに含まれる未燃焼成分を再燃焼させるために用いられる。このとき、エアクリーナからの空気は排気ポートに供給されるが、排気ポートからの排気ガスはエアクリーナに流入しないように、二次空気供給装置の途中にはリードバルブが設けられている。そのため、排気ガスが脈動を行うことによって、排気ポートに生じるリードバルブの上方と下方との圧力差を利用して、エアクリーナから排気ポートに対して空気を供給している。つまり、排気ポート側の圧力が低いときは、リードバルブが開いてエアクリーナからの空気が排気ポート内に供給され、排気ポート側の圧力が高いときは、リードバルブが閉じて、排気ガスがエアクリーナに逆流するのを防いでいる。
このリードバルブは、板状の支持基板の中央部に板厚方向に貫通する弁孔を有し、この弁孔を覆うようにリードが配設され、リードの長手方向の一端が支持基板に固定された構造が知られており（例えば、特許文献１参照）、二次空気供給装置に用いる場合は、このリードが取り付けられた面が排気ポート側に位置するようにリードバルブが配設される。
特開２００２−２５０２３３号公報
しかしながら、上記のような構造のリードバルブの場合、排気ポート側の圧力が低い状態から急激に高い状態に移行したときのように、過度の圧力がリードに加えられた場合に備えて板厚を厚くする必要があるが、一方でリードバルブの追従性を上げるには板厚を薄くする必要があり、その両立が課題となっていた。
本発明はこのような課題に鑑みたもので、弁孔内にリブを設けることにより、板厚の薄いリードであっても、過度の圧力に耐え得る構造とし、追従性の高いリードバルブ若しくはリードバルブアセンブリを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明に係るリードバルブは、中央部に板厚方向に貫通する弁孔が形成された板状の支持基板と、この支持基板の一方の面に弁孔を覆うとともに長手方向の一端が支持基板に固定されて配設された板状の可撓性を有するリードとを備えて構成される。そして、支持基板が弁孔内を長手方向中心線に沿って延びて弁孔内を２つの空間に分けるリブを有し、このリブにおけるリードと対向する面は、リードが取り付けられた支持基板の面と略同一平面上若しくは弁孔内に位置し、リードと近接するように構成される。
なお、リブが、リードと対向する面に形成されたリブの幅方向に貫通する溝部を有し、溝部がリブにより分けられた弁孔内の空間を連通させるように構成することが好ましい。
また、溝部が、リブにおけるリードが固定された端部と反対側の端部に近い部分に形成されることが好ましい。
さらに、リブにおけるリードと対向する面と反対側の面は、外側に向かって凸状に突出する断面Ｖ字状に形成されていることが好ましい。
あるいは、本発明に係るリードバルブアセンブリは、中央部に板厚方向に貫通する弁孔が形成された板状の支持基板と、この支持基板の一方の面に弁孔を覆うとともに長手方向の一端が支持基板に固定されて配設された板状の可撓性を有するリードとを備えて構成されるリードバルブと、リードバルブを通過する空気を供給する流入孔が形成されリードが取り付けられた面と反対側の面を覆うように取り付けられるリードバルブカバーとから構成される。そして、リードバルブカバーの内側の面で、弁孔と対向する面から弁孔側に延びるリブが形成される。
このとき、リードバルブカバーがリードバルブに取り付けられたときに、リブとリードとの間には一定の間隙を有することが好ましい。
なお、上記リードバルブ若しくはリードバルブアセンブリは、内燃機関（例えば、実施形態におけるエンジンＥ）の吸気装置（例えば、実施形態におけるエアクリーナ１９）から排気ポートに２次空気を供給する２次空気供給通路内に、リードが取り付けられた面が排気ポート側に向いて取り付けられ、排気ポート内の排気ガスが２次空気供給通路を通って吸気装置に逆流しないように用いられることが好ましい。
本発明に係るリードバルブを以上のように構成すると、リードバルブにおけるリードが配設された面側からリードに対して圧力が過度に加えられたとしても、リブに対してリードが当接して保持されるため、リードの板厚を薄くすることができ、リードバルブの追従性を高くすることができる。また、リブによりリードの着座音を小さくすることができる。
また、本発明に係るリードバルブのリブに溝部を設けることにより、リードバルブにおけるリードが配設された面と逆側の面から圧力が加わりリードが開口したときに、この溝部を通って気体が流れるため、リブがこのリードバルブを流れる気体を妨げるのを防止し、リブの流量への影響を小さくすることができる。
このとき、溝部をリードが固定された端部と反対側に形成することにより、リードが微小量開口したときに、開口する部分の近傍に溝部が形成されているため、微小量の開口時においてもリブによる流量の低下を防ぐことができる。
さらに、以上のように構成したリードバルブにおいて、リブのリードと反対側の面を外側に向かって凸状に突出させることにより、リードバルブに流入する気体がこのリブの突出する部分に沿って流れて弁孔に流入するため、リブにより流れが妨げられず流入することができる。
また、本発明に係るリードバルブアセンブリを以上のように構成することによっても、リードバルブにおけるリードが配設された面側からリードに対して圧力が過度に加えられたとしても、リブによりリードが保持されるためリードの板厚を薄くすることができ、リードバルブの追従性を高くすることができる。
なお、リードバルブカバーが取り付けられたときに、リブとリードとの間に一定の間隙を有するように構成することにより、リブが気体の流れを妨げることなく、かつ、リードを保持することができる。
さらに、本発明に係るリードバルブ若しくはリードバルブアセンブリを内燃機関の２次空気供給通路内に取り付けることにより、２次空気が供給されて排気ポート内で排気ガスに含まれる未燃焼成分が燃焼して排気ポート内の圧力が急激に上昇したときのように、過度の圧力がリードに加えられたとしてもリードがリブにより保持されるため、リードの板厚を薄くすることができ、それによりリードバルブの追従性を高くすることができるため、好適である。
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図２を用いて本発明に係るリードバルブ若しくはリードバルブアセンブリが用いられるエンジン及びこのエンジンに取り付けられている２次空気供給装置について説明する。エンジンＥは、シリンダブロック１と、シリンダヘッド２及びシリンダヘッドカバー３とから構成される。シリンダブロック１、シリンダヘッド２及びシリンダブロック１のシリンダ内に位置するピストン４で形成される燃焼室５には、吸気口及び排気口を介して、それぞれ吸気ポート６及び排気ポート７が連通している。そして、茸状の吸気バルブ８及び茸状の排気バルブ９は、一端が弁軸に取り付けられたリテーナに支持されて、他端がシリンダヘッド２に支持されるバルブスプリング１０，１１により、それぞれ吸気口及び排気口を常時閉じる方向に付勢されている。この吸気バルブ８及び排気バルブ９は、カム及びロッカーアーム等よりなるカム機構１２により開閉操作が行われる。そして、エアフィルタ１９で清浄な状態にされた空気が吸気ポート６より燃料とともに燃焼室５に供給されて燃焼し、排気ポート７より排気ガスとして外部に排出される。
シリンダヘッドカバー３の上部には、図３及び図４に示すようにバルブ収容室１３が形成されており、このバルブ収容室１３の底部から上部通路１６ａがシリンダヘッドカバー３内を下方に延びて形成されている。一方、図２に示すように、シリンダヘッド２には、上部から排気ポート６に連通する下部通路１６ｂが形成されており、シリンダヘッド２にシリンダヘッドカバー３が取り付けられたときに、上部通路１６ａと下部通路１６ｂが連通して２次空気供給通路１６を形成する。
バルブ収容室１３の上部にはリードバルブ２０が取り付けられており、このときリードバルブ２０のリードは、バルブ収容室１３側に位置するように配設されている（リードバルブ２０の詳細については後述する）。そして、リードバルブ２０の上部に、図５及び図６に示すようなリードバルブカバー１４が取り付けられる。このリードバルブカバー１４は、下方が開放した内部空間１４ｂを有し、空気取入パイプ１５が略水平方向に延びて形成されて内部空間１４ｂに連通している。なお、リードバルブカバー１４は、このリードバルブカバー１４に形成された取付部１４ａ，１４ａとシリンダヘッドカバー３に形成された取付部１３ａ，１３ａにボルト等が挿入されてシリンダヘッドカバー３に締結される。
このように構成されたエンジンＥにおいて、エアクリーナ１９で清浄な状態にされた空気がリードバルブカバー１４の空気取入パイプ１５から取入れられ、リードバルブ２０及び２次空気供給通路１６よりなる２次空気供給装置を通って、２次空気として排気ポート７に供給される。なお、この２次空気供給装置において、エアクリーナ１９とリードバルブカバー１４との間には、二次空気供給制御ソレノイドバルブ１８が設けられており、この二次空気供給制御ソレノイドバルブ１８はエンジンコントロールユニット１７により制御されている。そのため、二次空気供給制御ソレノイドバルブ１８は、このエンジンＥが搭載された車両の走行状態（水温、吸気温度、吸気圧力、スロットルポジション、エンジン回転数、等）に応じて開閉され、最適な状態で排気ガスの再燃焼が行われる。このため、２次空気供給装置に用いられるリードバルブには、排気ガスに含まれる未燃焼成分の再燃焼時等に大きな圧力が加わる可能性がある。
次に、このエンジンＥに用いられる本発明に係るリードバルブ２０について説明する。図１及び図７〜図９は、本発明に係るリードバルブ２０を示している。このリードバルブ２０は、アルミニウムなどの金属により平面ほぼ矩形状に形成された板状の支持基板２１を有している。この支持基板２１のほぼ中央部には、板厚方向に貫通する弁孔２２が形成されている。この支持基板２１の外周部の上下両面及び外周側面には、ゴムなどの弾性体により形成された薄膜のガスケット部２３が形成されている。このガスケット部２３の上下両面及び外周面には３箇所の環状突起２３ａが形成されており、このリードバルブ２０がエンジンＥに取り付けられたときに、バルブ収容室１３及びリードバルブカバー１４にこの環状突起２３ａが当接してリードバルブ２０が係止保持されるとともに、係止保持された部分から気体が流出しないようにシールする。また、このガスケット部２３により、リードバルブ２０の振動がエンジンＥに伝達するのを低減している。
支持基板２１の一方の面（図１においては下面）には弁孔２２を通過する気体の圧力に応じて開閉可能な平面ほぼ矩形状に形成されたリード２４が、弁孔２２を塞ぐようにして配設されており、さらに、このリード２４の下面側には、リード２４の開位置を規制するストッパ２５が取り付けられている。このリード２４及びストッパ２５の長手方向の一端は支持基板２１の上方（リード２４が取り付けられている面と反対の面）から挿入された締結部材２８によって片持状に固着されている。なお、締結部材２８としては、ネジやリベット等を利用することができる。
リード２４は、弁孔２２の上方から下方への気体の流動を可能とし（この方向を以降の説明では「順方向」と呼ぶ）、反対方向への流動を阻止するためのものであり（この方向を以降の説明では「逆方向」と呼ぶ）、可撓性を有する薄板状の金属あるいは樹脂により形成されている。
ストッパ２５は、剛性を有する金属などにより形成されており、ストッパ２５の支持端部を除く部分は、支持基板２１の下面から離間を有するように形成されており、特に、弁孔２２の長手方向中央部で支持基板２１の下面から最も離れるように、下方に凸状に形成されている。これにより、図１の点線で示すように、リード２４が開いたときには、ストッパ２５によりリード２４のリフト量（支持基板２１の下面からの離間量）が規制されるとともに、リード２４の開閉動作により支持基板２１の下面から最も離れる位置が弁孔２２の長手方向の中央部となるように規制している。さらに、このように形成されたストッパ２５によって、リード１７の自由端側に位置する先端部のリフト量を小さくするように規制している。なお、ストッパ２５の弁孔２２に対向する部分には、弁孔２２より面積の小さい板厚方向に貫通する抜き孔２５ａが形成されている。
ところで、支持基板２１は、弁孔２２内を長手方向中心線に沿って延びてこの弁孔２２内を２つの空間２２ａ，２２ｂに分けるリブ２６が形成されている。このリブ２６の下面（リード２４側の面）には、上述のガスケット部２３が延びて形成されており、ガスケット部２３を含むリブ２６の下面は、支持基板２１の下面の弁孔２２の周辺部（ここに、リード２４が閉じているときに着座しているため、「着座面」と呼ばれる）と略同一平面上若しくは弁孔２２内に位置している。このため、リード２４が閉じた状態で、リブ２６の下面とリード２４の上面は近接しており、リード２４が位置する面側から逆方向に気体の圧力が過度に加えられたとしても、このリブ２６にリード２４が当接して支持される。そのため、リード２４の板厚を薄くすることができ、このリードバルブ２０の追従性を高くすることができる。また、このリブ２６により、リード２４が着座面に着座したときの着座音を低減することができる。
なお、リブ２６のリード２４側の面には、幅方向の側面に貫通する溝部２７が形成されており、この溝部２７により弁孔２２がリブ２６により分けられた２つの空間２２ａ，２２ｂが連通する。そのため、リードバルブ２０に対して順方向に圧力が加わり、弁孔２２を気体が流れるときに、この溝部２７を気体が流れて、リード２４と支持基板２１の下面（着座面）との間に形成された空間を通って流出するため、リブ２６により気体の流れが妨げられることがない。とくに、リードバルブ２０の上方から微小圧力が加わったときは、弁孔２２に対向する部分で、かつ、自由端側のリード２４が下方に移動して開口する。そのため、リブ２６の弁孔２２内に位置する下面におけるリード２４の自由端側に溝部２７を形成することにより、この溝部２７を通って気体が流れることができるため、リブ２６により気体の流れを妨げない構成としてより有効である。
また、リブ２６におけるリード２４と反対側の面は、外側に凸状に突出した屋根型であり、断面はＶ字状に形成されている。そのため、リードバルブ２０に流入する気体（順方向に流れる気体）がこのリブ２６の突出した部分の面に沿って弁孔２２に流れ込むため、リブ２６により流入する気体の流れが妨げられることがない。
以上の説明では、逆方向の気体の圧力が加えられたときにリード２４を保持するために、リードバルブ２０を構成する支持基板２１にリブ２６を形成していたが、このリブは、リードバルブケース側に形成し、リードバルブとリードバルブケースによりリードバルブアセンブリとして構成することも可能である。以下に、リードバルブアセンブリとして実施する場合について、図１０〜図１３を用いて説明する。
まず、図１０及び図１１を用いて、リードバルブアセンブリを構成するリードバルブ３０について説明する。リードバルブ３０においても、アルミニウムなどの金属により平面ほぼ矩形状に形成された板状の支持基板３１を有しており、この支持基板３１のほぼ中央部に、板厚方向に貫通する弁孔３２が形成されている。また、この支持基板３１の外周部の上下両面及び外周側面には、ゴムなどの弾性体により形成された薄膜の第１ガスケット部３３が形成されている。この第１ガスケット部３３には、上述のリードバルブ２０で説明したガスケット部２３に形成された環状突起と同様の突起が上下及び側面の三箇所に形成されており、エンジン等に取り付けられたときの作用・効果も同様である。
支持基板３１の一方の面（図１１においては下面）には、この弁孔３２を囲むように第２ガスケット部３４が形成されており、この第２ガスケット部３４がリード３５の着座面となる。そして、第２ガスケット部３４が形成された側の面から弁孔３２を塞ぐように、リード３５が配設されており、さらに、リード３５の下面側にはストッパ３６が配設されている。リード３５及びストッパ３６は上述のリードバルブ２０と同様に締結部材３７で取り付けられ、ストッパ３６の弁孔３２に対向する部分には、弁巧３２より面積の小さい抜き孔３６ａが形成されている。
このような構成によるリードバルブ３０においても、リードバルブ３０の上面側（リード３５が配設されている面の反対側の面側）から順方向の気体の圧力が加わると、リード３５が開き（図１１に点線で示したリード３５の状態）、弁孔３２を通って気体が流れる。逆に、リードバルブ３０の下面側から逆方向の気体の圧力が加わると、リード３５が弁孔３２を塞ぎ、気体の逆流を防止する。
次にこのリードバルブ３０に取り付けられるリードバルブカバー４０について、図１２及び図１３を用いて説明する。リードバルブカバー４０も、上述のリードバルブカバー１４と同様に、下面が開放し、内部に空間４０ｂを有しており、この内部空間４０ｂに連通するように空気取入パイプ４１が形成されている。そして、内部空間４０ｂの上面（つまり、リードバルブケース４０がリードバルブ３０に取り付けられたときに、弁孔３２と対向する面）から下方に延びるリブ４２が形成されている。このリブ４２の下端は、リードバルブケース４０の下面より下方に位置しており、リブ４２の下面の面積は弁孔３２の面積よりも小さく形成されている。そのため、リードバルブ３０にリードバルブケース４０が取り付けられたときに、このリブ４２が弁孔３２内に挿入されて位置する。このとき、リブ４２の下面とリード３５の上面とは一定の間隙を有するように形成されている。
以上のように構成されたリードバルブ３０及びリードバルブカバー４０を組み合わせたリードバルブアセンブリにより、リード３５が位置する面から逆方向の気体の圧力が加わったとしても、リブ４２にリード３５が当接して支持されるため、リード３５の板厚を薄くすることができ、リードバルブ３０の追従性を高くすることができる。また、リブ４２の下面とリード３５の上面との間に一定の間隙を有するため、順方向に気体が流れるときに、このリブ４２が気体の流れを妨げることがない。なお、リードバルブ３０及びリードバルブカバー４０（リードバルブアセンブリ）のシリンダヘッドカバー３への取り付け方法は、上述のリードバルブ２０及びリードバルブカバー１４の場合と同様である。
以上説明したように、上記実施例に係るリードバルブ２０若しくはリードバルブアセンブリ４０によれば、リードバルブ２０若しくはリードバルブ３０を覆うリードバルブカバー４０にリブ２６，４２を形成してリード２４，３５と近接させることにより、リードバルブ２０，３０に対して逆方向の気体の圧力が過度に加えられたとしても、このリブ２６，４２によりリード２４，３５が保持されるため、リード２４，３５の板厚を薄くすることができ、そのため、リードバルブ２０，３０の追従性を高くすることができる。特に、本発明に係るリードバルブ２０若しくはリードバルブアセンブリ４０をエンジンＥの２次空気供給装置（２次空気供給通路１６）に用いると、２次空気が供給されて排気ポート内で排気ガスに含まれる未燃焼成分が燃焼することにより、排気ポート内の圧力が急激に上昇しても、リブに対してリードが当接して保持されるため好適である。また、リード２４，３５の板厚を薄くすることにより２次空気の供給に対しても良好な追従性を有することができる。
本発明に係るリードバルブの長手方向断面図（図７のＩ−Ｉ断面図）である。 本発明に係るリードバルブが取り付けられる内燃機関（エンジン）の断面図である。 シリンダヘッドカバーの平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。 本発明に係るリードバルブに用いられるリードバルブカバーの平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。 本発明に係るリードバルブの平面図である。 本発明に係るリードバルブの底面図である。 図１のＩＸ−ＩＸ断面図である。 本発明に係るリードバルブアセンブリを構成するリードバルブの底面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ断面図である。 本発明に係るリードバルブアセンブリを構成するリードバルブカバーの底面図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。
符号の説明
Ｅ エンジン（内燃機関）
７ 排気ポートｄ
１６ ２次空気供給通路
１９ エアクリーナ（吸気装置）
２０ リードバルブ
２１ 支持基板
２２ 弁孔
２４ リード
２６ リブ
２７ 溝部
３０ リードバルブ
３１ 支持基板
３２ 弁孔
３５ リード
４０ リードバルブカバー
４１ 空気取入パイプ
４２ リブ

Claims (7)

  1. 中央部に板厚方向に貫通する弁孔が形成された板状の支持基板と、前記支持基板の一方の面に前記弁孔を覆うとともに長手方向の一端が前記支持基板に固定されて配設された板状の可撓性を有するリードとを備えて構成されるリードバルブにおいて、
    前記支持基板が、前記弁孔内を長手方向中心線に沿って延びて前記弁孔内を２つの空間に分けるリブを有し、
    前記リブにおける前記リードと対向する面は、前記リードが取り付けられた前記支持基板の面と略同一平面上若しくは前記弁孔内に位置し、前記リードと近接することを特徴とするリードバルブ。
  2. 前記リブが、前記リードと対向する面に形成され前記リブの幅方向に貫通する溝部を有し、前記溝部が前記リブにより分けられた前記弁孔内の空間を連通させることを特徴とする請求項１に記載のリードバルブ。
  3. 前記溝部が、前記リブにおける前記リードが固定された端部と反対側の端部に近い部分に形成されることを特徴とする請求項２に記載のリードバルブ。
  4. 前記リブにおける前記リードと対向する面と反対側の面は、外側に向かって凸状に突出する断面Ｖ字状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のリードバルブ。
  5. 中央部に板厚方向に貫通する弁孔が形成された板状の支持基板と、前記支持基板の一方の面に前記弁孔を覆うとともに長手方向の一端が前記支持基板に固定されて配設された板状の可撓性を有するリードとを備えて構成されるリードバルブと、
    前記リードバルブを通過する空気を供給する空気取入パイプが形成され前記リードが取り付けられた面と反対側の面を覆うように取り付けられるリードバルブカバーとから構成されるリードバルブアセンブリであって、
    前記リードバルブカバーの内側の面で、前記弁孔と対向する面から前記弁孔側に延びるリブが形成されていることを特徴とするリードバルブアセンブリ。
  6. 前記リードバルブカバーが前記リードバルブに取り付けられたときに、前記リブと前記リードとの間には一定の間隙を有することを特徴とする請求項５に記載のリードバルブアセンブリ。
  7. 内燃機関の吸気装置から排気ポートに２次空気を供給する２次空気供給通路内に、前記リードが取り付けられた面が前記排気ポート側に向いて前記リードバルブが取り付けられ、前記排気ポート内の排気ガスが前記２次空気供給通路を通って前記吸気装置に逆流しないように用いられる請求項１〜４のいずれかに記載のリードバルブ若しくは請求項５または６に記載のリードバルブアセンブリ。
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