JP2007187044A - バルブ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で組立性のよいバルブ構造を提供する。
【解決手段】複数の弁体１を同一軸線上に配列して夫々の弁体１の回動を連結軸２により連携させるバルブ構造において、前記弁体１の軸線上の両端に弁部３と一体に軸部４を設け、前記軸線上の両端の軸部４および弁部３をともに貫通させて連結軸２を挿通させる貫通穴６を設け、前記弁部３を貫通する貫通穴６は、弁部３の両面に開放した溝６Ａで形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数個が同一軸心上に配列されて一個のアクチュエータにより作動させるバルブ構造に関し、特に、内燃機関の低速回転領域で吸気ポートの一部を閉じて吸気流を偏向させるに好適なバルブ構造に関するものである。

従来から燃焼室内に流入させる吸気流を低速回転領域において偏向させて燃焼性を向上させるため、各吸気ポートの夫々が同一軸心上に配列されて一個のアクチュエータにより作動するバルブを備えた内燃機関の吸気装置が提案されている（特許文献１参照）。

これは、各吸気ポートを貫通させて一本のシャフトを配置し、各吸気ポート内に露出するシャフト部分夫々にバタフライ式の弁体を固定し、シャフトを端部のアクチュエータにより回動させることにより、各吸気ポート内に配置したバタフライバルブを開閉させるようにしている。
特開２００３−３０１７２３号公報

しかしながら、上記従来例では、シャフトに対して弁体を２本のねじにより固定する構造であり、シャフトには弁体を固定するための面加工やねじ加工を必要とし、コスト高となる一方、組立においても、夫々の弁体をシャフトにねじ結合するという煩雑な作業を必要とする。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、安価で組立性のよいバルブ構造を提供することを目的とする。

本発明は、複数の弁体を同一軸線上に配列して夫々の弁体の回動を連結軸により連携させるバルブ構造において、前記弁体の軸線上の両端に弁部と一体に軸部を設け、前記軸線上の両端の軸部および弁部をともに貫通させて連結軸を挿通させる貫通穴を設け、前記弁部を貫通する貫通穴は、弁部の両面に開放した溝で形成した。

したがって、本発明では、弁体の軸線上の両端に弁部と一体に軸部を設け、前記軸線上の両端の軸部および弁部をともに貫通させて連結軸を挿通させる貫通穴を設け、前記弁部を貫通する貫通穴は、弁部の両面に開放した溝で形成した。このため、弁部の最も厚肉となる回転中心部分の厚さ寸法をその分だけ薄くでき、バルブ全開状態における通気抵抗を軽減させる効果があり、また、ポートの形状をその分だけ薄く、即ちインテークマニホールドも薄くすることができ、エンジンの小型化、並びに軽量化にも有利である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図８は、本発明のバルブ構造の実施形態を示し、図１は本発明のバルブ構造における弁体の正面図、平面図および左右側面図、図２は弁体の断面図、図３はバルブ構造をエンジンのインテークマニホールドに配置されたタンブルコントロールバルブに適用した平面図、図４はインテークマニホールドのシリンダヘッドへの接合面部分の断面図、図５および図６は実施形態と比較例との作用説明図、図７および図８は改良例の弁体を示す平面図および断面図である。

本実施形態のバルブ構造は、弁体１と、弁体１を連結する連結軸２とを備える。前記弁体１は、図１に示すように、インテークマニホールドのポート１０内で回動される弁本体としての弁部３と、弁部３の両側に一体的に配置されてポート１０の壁面に貫通させて設けた軸穴１１に挿入される軸部４とを備える。

前記弁部３は、樹脂による射出成形等により製作され、インテークマニホールドのポート１０の断面形状と同等の外形形状を備える。この外形形状は、図示例では、一方（平面図において上方となる）において長く、また他方において短い直線状の縁を備え、両者の縁同士は曲線状の縁により連結した形状としている。

そして、前記曲線状の縁同士の幅寸法が最大となる両側位置に軸部４を一体に連結している。また、前記両端の軸部４の中心同士を結ぶ軸線に沿った回動中心領域において最も厚く、この回動中心から離れるに連れて徐々に薄くなる肉厚で形成されている。

前記軸部４が連結された部分には、軸部４に対して段付を介して拡径したフランジ５を形成している。フランジ５の背面は徐々に肉厚を薄くしながら中心領域および周辺領域の肉厚まで減少される形状としている。

前記両端の軸部４は、弁部３のフランジ面５Ａから直立した円柱状に形成されている。前記両端の軸部４および弁部３を貫通させて連結軸２を収容する貫通穴６が形成されている。前記貫通穴６は、円形断面を除いてどのような形状でもよく、例えば、楕円や角穴で構成する。図示例では、弁部３の面方向に沿った長辺を持つ長方形の断面を備える貫通穴６が形成されている。

前記貫通穴６は、図２の断面図に示すように、弁部３の両面側部分が開放されて、溝６Ａ状に形成されている。前記溝６Ａにより区画される弁部３同士は、両端側に配置した前記軸部４・フランジ部５およびフランジ部５の周辺部分により互いに連結させている。

貫通穴６に連結軸２を挿通した場合には、軸部４においては貫通穴６により連結軸２の全周を取囲んで両者は嵌合し、弁部３においては溝６Ａを構成する両側の壁が連結軸２の対向する一方の両面に接触し、連結軸２の対向する残りの両面は、ポート１０内に露出する構成としている。弁部３の溝６Ａを構成する壁の厚さ寸法は、連結軸２の開放される辺同士間の厚さ寸法と同等の寸法となるよう設定している。

以上の構成になる弁体１は、弁体１の貫通穴６に連結軸２を嵌合させて合体させた上半分の形状に型彫りした上型と、同じく下半分の形状に型彫りした下型と、連結軸２と同一の断面形状を備えた中子と、よりなる樹脂成形金型に、溶融樹脂を注入することにより射出形成し、射出樹脂の固化後に中子を抜き、次いで型開きすることで、形成することができる。

以上の構成の弁体１と連結軸２とは、図３に示すように、インテークマニホールド１３に対して連結配置される。図３は、インテークマニホールド１３の一部の断面形状を示し、各タンブルコントロールバルブＴは図示しないアクチュエータにより全開状態に保持されている。

インテークマニホールド１３には、各ポート１０のシリンダヘッドとの接合面１３Ａに開口させて軸受１４を収容する窪み１５が形成されている（図４参照）。

そして、各弁体１の軸部４および弁部３を貫通させて設けた貫通穴６に連結軸２を挿入すると共に弁体１の軸部４に軸受１４の軸穴１１を嵌め合わせ、軸受１４の軸穴１１の開放側に隣接配置する弁体１の軸部４を挿入すると共にその弁体１の貫通穴６に連結軸２を貫通させ、連結軸２に弁体１の貫通穴６を嵌合させつつ、順次、弁体１の軸部４と軸受１４とを交互に嵌合させることにより、弁体１同士が軸受１４を介在させた状態で連結軸２により交互に連結された状態となる。この場合、連結軸２と貫通穴６との嵌め合い状態を「締り嵌め」とすることにより各弁体１は連結軸２に一体化できる。

また、前記した長方形断面の貫通穴６を用いる場合には、連結軸２も、長方形断面の角柱で形成することとなり、隣接した吸入ポート１０に配置される弁体１との組付方向が一致させ易く、誤組付けし難い構造とすることができる。

そして、連ねて一体化した各弁体１間の軸受１４をインテークマニホールド１３の接合面１３Ａに開口している窪み１５に挿入し、図示しない手段により各軸受１４をインテークマニホールド１３に固定することにより組立が完了する。各弁体１は連結軸２により相互連結された状態でインテークマニホールド１３の各ポート１０内で連動して回動可能となる。そして、図示しないが、連結軸２の端部にレバーを固定し、このレバーにアクチュエータのロッドを連結することによりタンブルコントロールバルブ機構が組立てられる。

エンジンの運転状態においては、吸入された混合気はインテークマニホールド１３内を通り、図示しないインテークポート、シリンダヘッド、燃焼室へと送られる。

エンジン回転数が低い間は、タンブルコントロールバルブＴは閉じた状態（インテークマニホールド１３のポート１０を部分的に閉じる状態）であり、タンブルコントロールバルブＴには吸気圧力による負荷が加えられた状態となる。

エンジン回転数が決められた回転数を超えて増加すると、タンブルコントロールバルブＴは全開状態となり、タンブルコントロールバルブＴには、吸気流が弁部３表面に流れることによる流体力を受ける。

このバルブ構造においては、貫通する連結軸２を収容する弁体１の弁部３は、連結軸２を壁面により挟む溝６Ａで構成しているため、弁体１に作用する荷重（例えば、吸気圧力）に対して連結軸２と弁部３の溝６Ａとの締結力（挟み付け力）の変動を抑制できる。図５は本実施形態のバルブ構造において、吸気圧力が作用した閉弁時の弁体１の弁部３と連結軸２とを示すものであり、図６は比較例のバルブ構造において、吸気圧力が作用した閉弁時の弁体１０１の弁部１０３と連結軸１０２とを示すものである。

閉じた状態における弁体１の弁部３に上流側から吸気圧力が作用すると、一般的に、上流側の面には引張り応力が、また、下流側の面には圧縮応力が、夫々作用する。この場合に、弁体１０１の弁部１０３の強度を確保するために、連結軸１０２が貫通する溝６Ａの一方を連結部１０６Ｃにより連結させて閉じた溝構造にした比較例のバルブ構造においては、連結部１０６Ｃを吸気流の上流側に配置する場合には、連結軸１０２と溝１０６Ａとの締結力は増加されるが、図６に示すように、溝１０６Ａが開放している側から吸気圧力が作用した場合には、連結軸１０２と溝１０６Ａとの締結力は低下する。

即ち、溝１０６Ａの開放していない連結部１０６Ｃ側には圧縮応力が作用する一方、この部分を支点として溝１０６Ａの開放側が開く方向に引張り応力が作用する。そして、脈動等による吸気圧力の変動が生じた際には、弁部１０３のばたつきが発生し、連結軸１０２に係合している溝部分が摩耗し、溝１０６Ａの開放された側が開くことで、連結軸１０２に対する締結力が低下し、連結軸１０２と弁体１０１との間にガタツキが発生する。また、弁体１０１の弁部の中心領域の厚さ寸法が連結部１０６Ｃの寸法だけ厚くなり、バルブ全開時の通気抵抗が大きくなり、大きいポート径を必要としてインテークマニホールドの厚さ寸法が増加する等の不具合が予想される。

他方、本実施形態のバルブ構造においては、弁部３の溝６Ａはその両面が開放されているため、図５に示すように、いずれの側が吸気流の上流側に配置されても、溝６Ａと連結軸２との締結力に差異が生ずることがなく、締結力の変動を抑制できる。この締結力は溝６Ａと連結軸２との嵌め合い時の締め代を増加させることにより向上させることができ、脈動等による吸気圧力の変動が生じた際に、溝６Ａと連結軸２との締結力が弱まることを抑制できる。また、弁体１の弁部３の中心領域の厚さ寸法は、全開時における吸気流に対して突起等の障害物が生じないように、連結軸２の寸法と同等の厚さ寸法とすれば、その分薄くでき、バルブ全開時の通気抵抗を低減して、ポート径を小さくしてインテークマニホールド１３の厚さ寸法を減少させる等の効果も得ることができる。

この実施形態のバルブ構造においては、各弁体１は樹脂製で製作された弁体であっても軸受１４の軸穴１１に嵌合する軸部４を一体に形成しているため、バルブ全閉状態における吸気圧力の作用により荷重が加わった際にも、軸部４と連結軸２との結合状態に左右されることなく、軸部４を介して軸受１４により確実に支持することができ、ガタツキ等が生じることがない。

また、樹脂製の弁体１とし、全ての弁体１を貫通させる連結軸２を用いているが、上記のように、各弁体１はその軸部４により直接支持されているため、弁体１と連結軸２とは開閉力の伝達・保持のための機能を発揮させるのみでよく、吸気圧力に対する弁体１の支持および連結軸２との開閉力の伝達の両機能を、軸受機能と連結機能とを軸部４と連結軸２とに分離させて、夫々最適にその機能を発揮させることができる。

また、樹脂製の弁体１とする場合において、全ての弁体１を貫通させる連結軸２を用いる場合に、従来例のように、弁部３にも全周が閉じた貫通穴を設ける場合や、比較例のように、一方が開いた貫通穴１０６Ａ（貫通溝）を設ける場合に比較して、貫通穴６の両面が開放されているため、弁部３の最も厚肉となる回転中心部分の厚さ寸法をその分だけ薄くでき、バルブ全開状態における通気抵抗を軽減させる効果があり、また、ポート１０の形状をその分だけ薄く、即ちインテークマニホールド１３も薄くすることができ、エンジンの小型化、並びに軽量化にも有利である。

図７に示す改良例１の弁体１Ａにおいては、連結軸２が貫通する弁部３の貫通溝６Ａの中央付近の縁同士をリブ７により連結する構成としたものである。前記リブ７は、貫通溝６Ａの開放された両側、即ち、弁部３の両面に配置している。このリブ７は、弁部３を形成する金型の一部に中子を横切る溝を設けることにより、この溝と中子との間の空間に充填される樹脂により弁部３と一体に成形することができる。

このように、弁部３の貫通溝６Ａで分離された部分同士を部分的に連結するリブ７を設けることにより、弁部３の曲げ剛性を向上させることができる。また、このリブ７は貫通溝６Ａの溝壁と共に全周が閉じた貫通穴を形成するため、弁体１を連結軸２により連結させた際に、連結軸２と弁体１との連結力を増加させる効果を発揮する。しかも、リブ７として部分的に突出するものであるため、全開時における吸気抵抗の増加も最小限とすることができる。

図８に示す改良例２の弁体１Ｂにおいては、前記リブ７を複数箇所（図示例では、２箇所）に設けたものである。この改良例２においては、前記改良例１の各効果をより一層増大させることができる。

前記各リブ７は、弁体１の平面的にも左右対称構造とし、しかも、弁体面に直角な上下方向にも上下対称構造に形成することにより、組付方向性を無くすることができるため、弁体１Ａ、１Ｂのいずれの面を上面にして組付けても誤組付とならず、組立性が向上できる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）複数の弁体１を同一軸線上に配列して夫々の弁体１の回動を連結軸２により連携させるバルブ構造において、前記弁体１の軸線上の両端に弁部３と一体に軸部４を設け、前記軸線上の両端の軸部４および弁部３をともに貫通させて連結軸２を挿通させる貫通穴６を設け、前記弁部３を貫通する貫通穴６は、弁部３の両面に開放した溝６Ａで形成した。このため、弁部３の最も厚肉となる回転中心部分の厚さ寸法をその分だけ薄くでき、バルブ全開状態における通気抵抗を軽減させる効果があり、また、ポート１０の形状をその分だけ薄く、即ちインテークマニホールド１３も薄くすることができ、エンジンの小型化、並びに軽量化にも有利である。

（イ）開放した溝６Ａを構成する弁部３の厚さ寸法として、挿通される連結軸２の厚さ寸法と同等の寸法に形成したことにより、全開時における吸気流に対する突起等の障害物をなくすことができ、吸気抵抗を低減できる。

（ウ）開放した溝６Ａに、部分的にその縁同士を連結して溝６Ａを横断するリブ７を配置することにより、吸気抵抗を増加させることなしに弁体１の剛性を向上できる。

（エ）リブ７を、溝６Ａの開放した両側に配置することにより、弁体１Ａ、１Ｂの剛性向上に加えて、連結軸２との連結力を増加させることができる。

（オ）リブ７を、複数が弁体１Ａ、１Ｂの中心面を挟んで面対称に形成され且つその軸線と直交する中心線に対して左右対称に形成することにより、組付方向性を無くすることができるため、弁体１Ａ、１Ｂのいずれの面を上面にして組付けても誤組付とならず、組立性が向上できる。

この発明のバルブ構造は、複数の弁体１を同一軸線上に配列して夫々の弁体１の回動を連携させるものであり、主として内燃機関の吸気ポートに配置されているタンブルコントロールバルブに用いるものについて説明しているが、同様の位置に配置されるスワールコントロールバルブやタンブル兼スワールコントロールバルブに用いてもよく、また、他のバタフライバルブに適用してもよい。

本発明の一実施形態を示すバルブ構造における弁体の平面図（Ａ）、正面図（Ｂ）および左右側面図（Ｃ、Ｄ）。 同じく弁体の断面図。 バルブ構造をエンジンのインテークマニホールドに配置されたタンブルコントロールバルブに適用した平面図。 インテークマニホールドのシリンダヘッドへの接合面部分の断面図。 実施形態における弁体の作用説明図。 比較例における弁体の作用説明図。 改良例１の弁体を示す平面図（Ａ）および断面図（Ｂ）。 改良例２の弁体を示す平面図。

符号の説明

１ 弁体
２ 連結軸
３ 弁部
４ 軸部
５ フランジ部
６ 貫通穴
６Ａ 溝、貫通溝
７ リブ

Claims (5)

1. 複数の弁体を同一軸線上に配列して夫々の弁体の回動を連結軸により連携させるバルブ構造において、
   前記弁体の軸線上の両端に弁部と一体に軸部を設け、
   前記軸線上の両端の軸部および弁部をともに貫通させて連結軸を挿通させる貫通穴を設け、
   前記弁部を貫通する貫通穴は、弁部の両面に開放した溝で形成したことを特徴とするバルブ構造。
2. 前記開放した溝を構成する弁部の厚さ寸法は、挿通される連結軸の厚さ寸法と同等の寸法に形成したことを特徴とする請求項１に記載のバルブ構造。
3. 前記開放した溝には、部分的にその縁同士を連結して溝を横断するリブが配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバルブ構造。
4. 前記リブは、前記溝の開放した両側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のバルブ構造。
5. 前記リブは、複数が弁体の中心面を挟んで面対称に形成され且つその軸線と直交する中心線に対して左右対称に形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のバルブ構造。

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