JP2007270922A - バルブシステム - Google Patents

Abstract

【課題】センサの信号に誤差が生じにくくかつ組み付け性にすぐれたバルブシステムを提供すること。
【解決手段】本発明のバルブシステムは、エアが流れるエア流路を区画するハウジング１と、エア流路の開口部を開閉する弁体部２００と、軸部２０１と、を備えたバルブ２０と、バルブ２０を往復動させる直流モータ２１と、直流モータの駆動電力を入力する一対の電極端子１６を、一方の極の電極端子１６ａ，１６ｃが少なくともふたつ形成された状態でもつターミナル部１５と、エア流路の弁体部の上流とハウジングの外部とを連通する連通路１２，１３と、連通路１２，１３と連通し内部に圧力センサ３３を備えた圧力測定空間３２を区画し、ターミナル部１５の一方の極の電極端子の少なくともひとつと他方の極の電極端子と電気的に接続されるターミナル接続部３０と、外部電源と接続されるコネクタ部３１と、をもつ中間コネクタ３と、を有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の吸・排気系に用いられるバルブシステムに関する。

車両の排気系には、加圧された二次エアをエンジン（内燃機関）の排気管であって触媒（排ガス浄化用触媒）の上流に供給して、排気中の未燃焼成分を二次エアで燃焼する二次エアシステムがもうけられるようになってきている。二次エアシステムは、エンジンの始動直後のようなエンジンの排気に未燃焼成分が多く含まれる時に駆動する。排気中の未燃焼成分が二次エアにより燃焼することで、燃焼により生成した物質が触媒により分解浄化される。

この二次エアシステムは、回転駆動して二次エアを供給するエアポンプ（二次エア供給装置）と、エアポンプと排気管を連通し二次エアが流通する二次エア流通管と、排気管の排気ガスがエアポンプ側に逆流することを防止するバルブ（弁体）と、を備えた構成を有している。そして、この二次エアシステムにおいてバルブの開閉駆動する手段としては、たとえば、モータの駆動力により行う方法がある。

このようなバルブシステムの一部を構成し、モータの駆動力でバルブの開閉を行うバルブ装置は、モータと、ギアと、スプリングと、バルブと、を備えている。バルブ装置において、スプリングがバルブを閉弁状態に維持されるように付勢力を付与している。そして、モータの駆動力をギアでバルブに伝達し、バルブを軸方向に変位して開弁する。この変位の方向は、バルブにスプリングにより付与される付勢力に反する方向である。そして、モータの駆動は、駆動電圧を供給することで開始される。駆動電圧の供給を停止するとスプリングの付勢力により、バルブが変位して閉状態となる。

さらに、このバルブ装置は、バルブシステムの誤作動を防止するために、二次エア供給管のバルブの上流部の圧力を測定する圧力センサが組み付けられている。圧力センサが二次エア供給管のバルブの上流部の圧力を測定することで、バルブシステムの不具合が検知できる。

このバルブ装置は、モータを駆動するための電圧を供給する電源装置には、中間コネクタを介して接続されている。中間コネクタは、モータの電極端子と接続された状態でバルブ装置に組み付けられ、電源装置からの電圧が流れる導線にもうけられた電源コネクタが接続される部材である。さらに、圧力センサを動作するための電力も、この中間コネクタを介して電源装置から供給される。中間コネクタをもつことで、モータ（及び圧力センサ）と電源装置との接続が簡単となり、組付けの作業性が向上する。

しかしながら、このようなバルブ装置は、車両ごとに中間コネクタの形状を変化させる必要があった。車両のエンジンルーム内の空間は限られており、電源コネクタと接続される接続部の突出する方向が車両ごとに異なっていた。このため、中間コネクタは、車両ごとにその形状を変化させる必要があり、コストの上昇や体格の粗大化を招いていた。

このような問題に対して、特許文献１に示されたように、中間コネクタの向きを変更可能に組み付けることが考えられる。特許文献１には、中間コネクタ側の端子と接触するバルブ装置側の端子を同心円状に配置する構成が開示されている。このような構成は、バルブ装置側の端子を同心円状に配置するために高い精度が要求され、コストの増加を招くという問題があった。また、上記のバルブ装置に適用すると、モータおよび圧力センサに電圧を供給する必要があり、接触する電極端子の接点の数が多いため、中間コネクタ自身の体格が大きくなるだけでなく、信号が不安定になるという問題があった。
特開２００３−２１４１９５号公報

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、センサの信号に誤差が生じにくく、かつ組み付け性にすぐれたバルブシステムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者らはバルブシステムについて検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。

本発明のバルブシステムは、エアが流れるエア流路を区画するハウジングと、エア流路ののびる方向に往復動可能に配置されエア流路の開口部を開閉する弁体部と、弁体部から突出し弁体部を変位させる軸部と、を備えたバルブと、ハウジングにもうけられ、バルブを往復動させる直流モータと、ハウジングに形成され、直流モータの駆動電力を入力する一対の電極端子を、一方の極の電極端子が少なくともふたつ形成された状態でもつターミナル部と、エア流路のハウジングにもうけられ、エア流路の弁体部の上流とハウジングの外部とを連通する連通路と、連通路と連通し内部に圧力センサを備えた圧力測定空間を区画し、ターミナル部の一方の極の電極端子の少なくともひとつと他方の極の電極端子と電気的に接続されるターミナル接続部と、外部電源と接続されるコネクタ部と、をもちハウジングのターミナル部にターミナル接続部が組み付けられる中間コネクタと、を有することを特徴とする。

ターミナル部の一方の極の電極端子の数が増加したことで、中間コネクタの組付けの自由度が向上している。そして、中間コネクタが圧力センサをもつ構成となったことで、中間コネクタとターミナル部との接続部に、圧力センサにつながる端子が形成されなくなり、中間コネクタの接続部の粗大化が抑えられている。

請求項２に記載のバルブシステムは、請求項１に記載のバルブシステムにおいて、ターミナル部が一方の極の電極端子を二つ有し、各一方の極の電極端子は、他方の極の電極端子に対称な位置にもうけられた。このような構成となることで、他方の極の電極端子を中心に一方の極の電極端子を選ぶことができ、中間コネクタを、他方の極の電極端子に対して１８０°回転させることができる。つまり、中間コネクタの組付けを２方向で行うことができ、組付けの自由度が向上した。

請求項３に記載のバルブシステムは、請求項２に記載のバルブシステムにおいて、中間コネクタは、ターミナル接続部がターミナル部の他方の極の電極端子に対称に二つの方向で組付けが可能に形成されている。

請求項４に記載のバルブシステムは、請求項１に記載のバルブシステムにおいて、弁体部が開口部に着座した状態に前記バルブを付勢する付勢部材をもつ。このような構成となることで、エアを通過させたいとき以外は、直流モータを駆動しなくてもよくなる。

請求項５に記載のバルブシステムは、請求項１に記載のバルブシステムにおいて、連通路は、少なくともバルブの軸部が往復動する空間が形成する。これにより、ハウジングの内部に新たに連通路をもうける必要がなくなり、体格の粗大化を抑えることができる。

請求項６に記載のバルブシステムは、請求項１に記載のバルブシステムにおいて、二次エアシステム用バルブシステムである。本発明のバルブシステムは、特に二次エアシステムに用いることでその効果を発揮する。

以下、具体的な実施例を用いて本発明を説明する。なお、以下の実施例は本発明の具体的な実施例であり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

本発明の実施例として、二次エアシステム用バルブシステムを製造した。二次エアシステムは、加圧された二次エアをエンジン（内燃機関）の排気管であって触媒（排ガス浄化用触媒）の上流に供給して、排気中の未燃焼成分を二次エアで燃焼するシステムである。そして、二次エアシステム用バルブシステムは、加圧された二次エアをエンジンの排気管に供給する供給量を制御する。

（実施例）
本実施例のバルブシステムの構成を図１〜４に示した。図１は、本実施例のバルブシステムの構成を示す二次エア流路１０の軸方向での断面図であり、図２はポペット弁２０とギアとの関係がわかる断面図であり、図３はハウジング内の空間を示した図であり、図４はポペット弁２０、モータ２１、ギア２２、スプリング２３の関係を示した図である。

本実施例のバルブシステムは、ハウジング１、ポペット弁２０、モータ２１、ギア２２、スプリング２３、中間コネクタ３とを保持している。

ハウジング１は、二次エアが流れる二次エア流路１０を区画し、ポペット弁２０、モータ２１、ギア２２およびスプリング２３をもつ。本実施例においてハウジング１は、カバーとの間でポペット弁２０、モータ２１、ギア２２およびスプリング２３を保持する。ハウジング１は、軽量および放熱性を確保するためにアルミニウムなどにより形成されている。

ポペット弁２０は、二次エアが流れる二次エア流通管の管路中にもうけられた二次エア流路１０の開口部１１に着座して遮蔽する弁体部２００と、弁体部２００から突出した軸部２０１と、を備えた形状を有する。ポペット弁２０は、弁体部２００の軸部２０１の突出した表面が開口部１１に着座して当接するように動作し、ハウジング１には軸部２０１の軸方向に往復動可能な状態で保持されている。

モータ２１は、ハウジング１に固定された直流モータよりなり、駆動電圧が印加されたときに駆動軸２１０が回転して駆動する。駆動軸２１０には、ギア（歯車）が形成されている。

ギア２２は、ハウジング１に保持され、ポペット弁２０とモータ２１とを接続し、モータ２１が駆動したときの駆動力をポペット弁２０に伝達する。本実施例においてギア２２は、モータ２１の駆動軸２１０のギアとかみ合う歯車をもつ第一のギア２２０と、第１のギア２２０に形成された歯車とポペット弁２０の軸部２０１に形成された歯車とにかみ合う歯車をもつ第二のギア２２１とから構成される。二つのギア２２０，２２１により、モータ２１が駆動して駆動軸２１０の回転がポペット弁２に伝達され、ポペット弁２が軸部２０１ののびる方向に変位する。

本実施例においてモータ２１とギア２２とは、ポペット弁２０を変位させることができるハウジング１の位置に保持される。そして、ギア２２は、エア流通路１０のポペット弁２０の弁体部２００の上流部と連通孔１２により連通した空間内１３に保持されている。つまり、エア流通路１０のポペット弁２０の弁体部２００の上流部と空間１３とは連通している。

スプリング２３は、第二のギア２２１の回転軸にもうけられ、ポペット弁２０の弁体部２００が着座部に着座する方向に変位する付勢力を第二のギア２２１に付与する。なお、このスプリング２３が請求項の付勢部材に相当する。ここで、本実施例においては、スプリング２３はギア２２１に付勢力を付与し、ギア２２１を介してポペット弁２を付勢しているが、直接ポペット弁に付勢力を付与する形態であってもよい。

ハウジング１には、中間コネクタ３が組み付けられるターミナル部１５が形成されている。ターミナル部１５は、略正方形状の外周形状の凹字状をもち、その底面部に三つの端子１６ａ，１６ｂ，１６ｃが形成されている。本実施例のターミナル部１５は、その底面部がポペット弁２０の軸部２０１ののびる方向に垂直な平面にそった状態で形成されている。三つの端子１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、直線上に等間隔で並んだ状態でもうけられており、中央の端子１６ｂはモータ２１の一方の電極端子と電気的に接続され、両端部の二つの端子１６ａ，１６ｃはモータ２１の他方の電極端子と電気的に接続されている。また、ターミナル部１５の中央の端子１６ｂは、ターミナル部１５の中央部にもうけられている。

また、ターミナル部１５には、空間１３と連通した開口部が開口している。

中間コネクタ３は、ターミナル部１５に係合するターミナル接続部３０と、外部の電源装置に接続された導線の電源コネクタが接続されるコネクタ部３１と、をもつ。中間コネクタ３は、コネクタ部３１に電源装置の電力が入力され、入力された電力をターミナル接続部３０に電導する。

コネクタ部３１は、電源装置の正極と負極の一方に接続される端子３１ａと、他方に接続される端子３１ｂとをもつ。

ターミナル接続部３０は、ターミナル部１５に係合可能な外周形状をもち、その中央部に一対の電極端子３０ａ，３０ｂをもつ。この一対の電極端子３０ａ，３０ｂは、コネクタ部３１にもうけられた一対の端子３１ａ，３１ｂのそれぞれと電気的に接続されている。

ターミナル接続部３０にもうけられた一対の電極端子３０ａ，３０ｂは、ターミナル部１５の三つの端子１６ａ，１６ｂ，１６ｃの間隔に対応した間隔を隔ててもうけられている。そして、一方の電極端子３０ｂは、ターミナル接続部３０の中央部にもうけられている。つまり、一方の電極端子３０ｂは、ターミナル接続部３０をターミナル部１５に係合したときに、ターミナル部１５の中央の端子１６ｂと接続される。そして、他方の電極端子３０ａは、ターミナル接続部３０をターミナル部１５に係合したときに、両端部の二つの端子１６ａ，１６ｃの一方に接続される。ここで、中間コネクタ３は、他方の電極端子３０ａがターミナル部１５の端部の端子１６ａに接続される方向と、ターミナル部１５の端部の端子１６ｃに接続される方向と、の二つの方向で接続することができる。

また、中間コネクタ３は、ターミナル接続部３０に開口部３２０が開口し、内部に圧力センサ３３が保持された圧力測定空間３２が区画されている。ここで、開口部３２０はターミナル部１５の開口部に対応した位置に開口し、中間コネクタ３が係合したときには、圧力測定空間３２と空間１３とが連通する。つまり、連通孔１２および空間１３を介して二次エア流路１０の開口部１１の上流部と圧力測定空間３２とが連通し、圧力測定空間３２内の圧力が開口部１１の上流部の圧力と同じ圧力になった。これにより、圧力センサ３３の測定結果は、二次エア流路１０の開口部１１の上流部の圧力となる。圧力センサ３３を駆動する電力の供給は、中間コネクタ３のコネクタ部３１に電極端子３１ｃをもうけ、この電極端子３１ｃを介してなされている。

電源装置は、モータ２１を駆動するための電圧を発生する装置である。電源装置は、モータ２１を駆動する電圧を発生できる装置であれば特に限定されるものではない。電源装置は、モータ２１に印加される電圧を制御するリレーをもつことが好ましい。リレーは、本実施例のバルブシステムの外部からの指示に基づいて、モータ２１に印加される正の電圧を制御する。リレーは、電圧を制御できる手段であれば特に限定されるものではなく、また、電源装置と一体をなしていてもよい。

本実施例のバルブシステムは、バルブシステムの不具合を検知する圧力センサ３３が中間コネクタ３に組み付けられている。これにより、ターミナル部１５とターミナル接続部３０の接続部には、モータ２１へ電圧を供給する端子のみをもうけることとなった。つまり、従来の構成においては、圧力センサがハウジング側に組み付けられていたため、圧力センサを駆動する電力を供給するための端子が要求されていた。本願は、圧力センサのための端子に要していたスペースを必要としなくなり、接続部の体格を小型化できるという効果を発揮した。また、接続部が減少したことで、圧力センサに流れる電流がノイズを拾うことが抑えられ、検知結果の誤差が生じなくなった。

また、本実施例のバルブシステムは、ターミナル部１５の三つの端子１６ａ，１６ｂ，１６ｃに対して、ターミナル接続部３０の一対の電極端子３０ａ，３０ｂを選択的に接続することができる。つまり、作業性などにより中間コネクタ３の組み付け方向を決定できるという効果を発揮する。

以下に、本実施例のバルブシステムの動作を二次エアシステムの動作に基づいて説明する。

本実施例のバルブシステムは、通常時は、スプリング２３の作用により、ポペット弁２の弁体部２０が着座部からに着座しており、二次エア流路の開口部が被覆されている。つまり、二次エア流路を二次エアが流れないようになっている。

そして、エンジンの始動直後のように、エンジンの排気中に未燃焼成分が含まれたときに本実施例のバルブシステムは作動する。

本実施例のバルブシステムは、まず、電源装置が正の電圧を発生する。そして、リレーがＥＣＵなどシステムの外部からの指示により、電源装置が発生した電圧をモータ２１に供給する。

モータ２１に正の電圧が印加されると、モータ２１の駆動軸が回転（正回転）する。駆動軸の回転により発生する力は、第一のギア２２０および第二のギア２２１を介してポペット弁２０に伝達され、ポペット弁２を変位する。このとき、モータ２１の回転により発生したポペット弁２０を変位する力は、スプリング２３がポペット弁２０を着座部に付勢する力よりも大きく、この力の差によりポペット弁２０が変位する。この変位により、ポペット弁２０の弁体部２００が着座部から離れて、二次エア流路１０の開口部１１０が露出し、この開口部１１０を通って二次エア流路１０に二次エアが流れる。そして、二次エアは、エンジン（内燃機関）の排気管であって触媒（排ガス浄化用触媒）の上流に流入して、排気中の未燃焼成分を排気管中で燃焼する。これにより、未燃焼成分が燃焼し、燃焼生成物が触媒で浄化される。

そして、排気管中にもうけられたセンサなどからの信号にもとづいて、二次エアの供給が必要ないと判定されたときには、リレーがモータ２１への電圧の印加を停止（遮断）する。電圧の印加が遮断されると、モータ２１において発生した駆動力（ポペット弁を開状態とする力）がなくなる。これにより、ポペット弁２０には、スプリング２３の作用により、ポペット弁２０の弁体部２０が着座部に着座する方向に変位する付勢力を第二のギア２２１に付与する。そして、第二のギア２２１からポペット弁２０に力が伝達し、ポペット弁２０が着座部に着座し、二次エア流路１０の開口部１１を被覆し二次エアの流通を遮断する。

また、本実施例のバルブシステムは、圧力測定空間３２内の圧力が開口部１１の上流部の圧力と同じ圧力になるため、圧力センサ３３により二次エア流路１０の開口部１１の上流部の圧力が測定できる。この測定結果から、本実施例のバルブシステムのポペット弁２０が正常に動作しているかを検知できる（故障の検知を行うことができる）。

上記した実施例のバルブシステムは、ターミナル部１５が三つの端子１６ａ，１６ｂ，１６ｃをもつ形態であるが、本発明はこの形態のみに限定されるものではない。つまり、モータ２１の他方の電極端子と電気的に接続される端子を三つ以上もつ形態であっても、モータ２１の一方の電極端子と電気的に接続される端子と他方の電極端子と電気的に接続される端子とをそれぞれふたつ以上もつ形態であってもよい。

また、上記した実施例のバルブシステムは、三つの端子１６ａ，１６ｂ，１６ｃが端子１６ｂを中心に直線上に並んだ形態であるが、本発明はこの形態のみに限定されるものではない。たとえば、ターミナル部１５の中心に周方向で対称な位置に端子が位置する形態をあげることができる。

実施例の二次エアシステム用バルブシステムの構成を示した断面図である。 実施例の二次エアシステム用バルブシステムの構成を示した断面図である。 実施例の二次エアシステム用バルブシステムの構成を示した断面図である。 実施例の二次エアシステム用バルブシステムのポペット弁を動作させる機構を示した図である。

符号の説明

１：ハウジング １０：二次エア流路
１１：開口部 １２：連通孔
１３：空間 １５：ターミナル部
２０：ポペット弁 ２１：モータ
２２：ギア ２３：スプリング
３：中間コネクタ ３０：ターミナル接続部
３２：圧力測定空間 ３３：圧力センサ

Claims (6)

1. エアが流れるエア流路を区画するハウジングと、
   該エア流路ののびる方向に往復動可能に配置され該エア流路の開口部を開閉する弁体部と、該弁体部から突出し該弁体部を変位させる軸部と、を備えたバルブと、
   該ハウジングにもうけられ、該バルブを往復動させる直流モータと、
   該ハウジングに形成され、該直流モータの駆動電力を入力する一対の電極端子を、一方の極の電極端子が少なくともふたつ形成された状態でもつターミナル部と、
   該エア流路のハウジングにもうけられ、該エア流路の該弁体部の上流と該ハウジングの外部とを連通する連通路と、
   該連通路と連通し内部に圧力センサを備えた圧力測定空間を区画し、該ターミナル部の該一方の極の電極端子の少なくともひとつと他方の極の該電極端子と電気的に接続されるターミナル接続部と、外部電源と接続されるコネクタ部と、をもち該ハウジングの該ターミナル部に該ターミナル接続部が組み付けられる中間コネクタと、
   を有することを特徴とするバルブシステム。
2. 前記ターミナル部が前記一方の極の電極端子を二つ有し、
   各該一方の極の電極端子は、前記他方の極の電極端子に対称な位置にもうけられた請求項１記載のバルブシステム。
3. 前記中間コネクタは、前記ターミナル接続部が前記ターミナル部の前記他方の極の電極端子に対称に二つの方向で組付けが可能に形成されている請求項２記載のバルブシステム。
4. 前記弁体部が前記開口部に着座した状態に前記バルブを付勢する付勢部材をもつ請求項１記載のバルブシステム。
5. 前記連通路は、少なくとも前記バルブの前記軸部が往復動する空間が形成する請求項１記載のバルブシステム。
6. 二次エアシステム用バルブシステムである請求項１記載のバルブシステム。

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