JP2008115772A

JP2008115772A - 流体制御装置

Info

Publication number: JP2008115772A
Application number: JP2006300036A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Nakayama; 利明中山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2008-05-22

Abstract

【課題】流体通路を開閉するための片持ち支持されている弁部材を小さい駆動トルクで閉方向に回動できる流体制御装置を提供する。
【解決手段】流体通路１９内に設けられ流体通路１９を開閉する弁部材１６ａであって、流体通路１９を流れる流体の流れ方向に垂直な回動軸線Ｐ周りに回動可能に片持ち支持され、流体に押される方向Ｘに回動して流体通路１９を開く弁部材１６ａと、弁部材１６ａに設けられ、流体の流れによって生じる揚力が弁部材に閉方向（Ｙ方向）への力を加えるウィング１８と、を備える。流体の流れによって生じる揚力が弁部材１６ａに閉方向への力を加えるので、片持ち支持されている弁部材１６ａを小さい駆動トルクで閉方向に回動できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体通路を開閉する板状の弁部材が回動可能に片持ち支持されている流体制御装置に関する。

従来、流体が流れる流体通路を開閉する弁部材が公知である（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の流体制御装置では、スロットル弁（弁部材）が空気（流体）の流れ方向に垂直な回動軸線周りに回動可能に支持され、弁部材が回動軸線周りに回動することによって吸気量の増減とタンブル流の制御とを行っている。

ところで、流体通路を開閉する弁部材は、流体の流れ方向に垂直な回動軸線周りに回動可能に片持ち支持される場合がある。しかしながら、このような片持ち支持の弁部材によると、流体に押される開方向に回動するときは小さな駆動トルクで回動できる反面、流体の流れに逆らう閉方向に回動するときは大きな駆動トルクが必要になる。このため、弁部材の開閉駆動に駆動トルクの大きい高価なアクチュエータを用いる必要があり、アクチュエータのコストが増大するという問題がある。

特開平８−３１２３５８号公報

本発明は、上述の問題を解決するために創作されたものであって、流体通路を開閉するための片持ち支持されている弁部材を小さい駆動トルクで閉方向に回動できる流体制御装置を提供することを目的とする。

請求項１、２および３に記載の発明によると、流体の流れによって生じる揚力が弁部材に閉方向への力として加わるウィングを設けたので、片持ち支持されている弁部材を小さい駆動トルクで閉方向に回動できる。従って、弁部材の開閉駆動に駆動トルクの小さい安価なアクチュエータを用いることができ、アクチュエータのコストを低減できる。

請求項３に記載の発明によると、片持ち支持されているタンブル流制御弁を開閉駆動するアクチュエータのコストを低減できる。

以下、本発明の実施形態を複数の実施例に基づいて説明する。各実施形態において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付されたほかの実施形態の構成要素と対応する。尚、以下の説明では「電子制御ユニット」を「ＥＣＵ」と略記する。
図２は、本発明の一実施形態に係る流体制御装置が適用される内燃機関のシステム構成を簡略化して示す模式図である。内燃機関は例えば車両や二輪車に搭載されるガソリンエンジン１０（以下「エンジン」と略す）である。

エンジン１０は４つの燃焼室１１ａ〜１１ｄを備える４気筒エンジンである。エンジン１０には各燃焼室１１ａ〜１１ｄに連通する吸気ポート２６ａ〜２６ｄが形成されており、各吸気ポート２６ａ〜２６ｄにはそれぞれ吸気マニホールド１１の分岐吸気管１３ａ〜１３ｄが接続されている。分岐吸気管１３ａ〜１３ｄの内壁は特許請求の範囲に記載の「吸気通路」を形成している。

図示しない吸気口から取り入れられ図示しないエアクリーナで異物が除去された空気（以下「吸気」という）は吸気管１５からサージタンク１２に流入し、サージタンク１２で分岐吸気管１３ａ〜１３ｄに分配され、分配された吸気は吸気ポート２６ａ〜２６ｄから各燃焼室１１ａ〜１１ｄに吸入される。吸気は特許請求の範囲に記載の「流体」に相当する。

複数の流体制御装置１４ａ〜１４ｄは、それぞれ吸気ポート２６ａ〜２６ｄの近傍で分岐吸気管１３ａ〜１３ｄの内周に嵌合されている。各流体制御装置１４ａ〜１４ｄは吸気通路を開閉する板状の弁部材１６ａ〜１６ｄ（図１参照）を備えている。各弁部材１６ａ〜１６ｄには図示しないモータアクチュエータの回動駆動力が伝達され、ＥＣＵがアクセル開度やその他の車両情報に応じてモータアクチュエータを制御することにより弁部材１６ａ〜１６ｄが開閉する。

流体制御装置１４ａ〜１４ｄは弁部材１６ａ〜１６ｄが開閉することにより、燃焼室１１ａ〜１１ｄに供給する吸気量と燃焼室１１ａ〜１１ｄ内のタンブル流とを制御する。すなわち、弁部材１６ａ〜１６ｄは吸気量を増減するスロットル弁の機能とタンブル流を制御するタンブル流制御弁の機能とを統合した機能統合弁である。

次に、流体制御装置１４ａの詳細について説明する。ここでは流体制御装置１４ａを例に説明するが、流体制御装置１４ｃ〜１４ｄも同構造である。
図３（Ａ）は、流体制御装置１４ａの斜視図である。流体制御装置１４ａは矩形の筒状の通路部材１７ａと、通路部材１７ａの内壁によって形成される吸気通路を開閉する弁部材１６ａとを備える。

通路部材１７ａは外周が分岐吸気管１３ａの内周に嵌合され、吸気通路の一部を形成する。
弁部材１６ａは樹脂などで概ね矩形の板状に形成されており、吸気の流れ方向に垂直な回動軸線Ｐ周りに回動可能に通路部材１７ａに片持ち支持されている。
図３（Ｂ）は、弁部材１６ａのみを示す斜視図である。図示するように弁部材１６ａにはウィング１８が設けられている。ウィング１８は、弁部材１６ａの壁面から延びる２つの支持部１８ｂと、支持部１８ｂにより弁部材１６ａから離間して支持される羽根部１８ａとを有している。なお、例えば一つの支持部１８ｂで羽根部１８ａの回動軸線Ｐ方向の中心を支持する構成でもよい。このウィング１８の作動については後述する。

図４は弁部材１６ａの形状をより詳しく示す図であって、図４（Ａ）は正面図、図４（Ｂ）は弁部材を開方向に回動した状態の正面図、図４（Ｃ）は背面図である。図４（Ｅ）および図４（Ｆ）は図４（Ｂ）に示す状態の弁部材１６ａの側面図である。

次に、流体制御装置１４ａによる吸気量の増減およびタンブル流の制御について説明する。
図５は、流体制御装置１４ａによる吸気量の増減およびタンブル流の制御を説明するための模式図である。なお、図中では燃料を噴射する燃料噴射弁や排気ポート２３を開閉する排気バルブなどは省略して示している。弁部材１６ａは片持ち支持されているので、弁部材１６ａの開度が小さいとき、弁部材１６ａと吸気通路１９との間にはＩＩ−ＩＩ線の通路断面において偏った位置に隙間２４が生じ、この隙間２４を通過することによって吸気流に偏りが生じる。この偏った吸気流が燃焼室１１ａ内に流入することによって燃焼室１１ａ内にタンブル流Ｔが発生し、良好な燃焼が促進される。吸気量は弁部材１６ａの開度が大きくなるほど増大し、タンブル流Ｔは弁部材１６ａの開度が大きくなるほど小さくなる。

次に、ウィング１８の作動について説明する。
図１は、流体制御装置１４ａが内周に嵌合されている状態の分岐吸気管１３ａを示す模式図である。図中においてＸ方向は弁部材１６ａが吸気に押される方向であり、弁部材１６ａは開度が最小の閉姿勢からＸ方向に回動して吸気通路１９を開く。図中のＹ方向は吸気通路１９を閉じる閉方向である。ウィング１８は吸気通路１９内の吸気の流れによって弁部材１６ａの盤面に対して概ね垂直なＷ方向に揚力が生じるように形状が設計されている。このＷ方向の揚力は弁部材１６ａに閉方向への力として加わる。従って、吸気通路１９を閉じるために流体の流れに逆らって弁部材１６ａを閉方向に回動させるとき、ウィング１８によって生じた閉方向への力が加わることにより、モータアクチュエータはウィング１８がない場合に比べて小さい駆動トルクで弁部材１６ａを回動できる。

以上説明した本発明の一実施形態に係る流体制御装置によると、弁部材１６ａに吸気の流れによって生じる揚力が弁部材１６ａに閉方向への力として作用するウィング１８を設けたので、片持ち支持されている弁部材１６ａを小さい駆動トルクで閉方向に回動できる。従って、弁部材１６ａの開閉駆動に駆動トルクの小さい安価なモータアクチュエータを用いることができ、モータアクチュエータのコストを低減できる。

なお、本実施形態では弁部材として機能統合弁を例に説明したが、弁部材はタンブル流制御弁としてのみ用いられるものであってもよい。また、弁部材はスロットル弁としてのみ用いられるものであってもよい。
また、本実施形態では流体制御装置が通路部材を備える場合を例に説明したが、通路部材を備えず、分岐吸気管によって弁部材が軸支される構成でもよい。その場合はインテークマニホールドと弁部材とが流体制御装置に相当する。

また、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の一実施形態に係る弁部材およびウィングの模式図。本発明の一実施形態に係る内燃機関のシステム構成を示す模式図。（Ａ）は本発明の一実施形態に係る流体制御装置の斜視図、（Ｂ）は流体制御装置が備える弁部材およびウィングの斜視図。（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施形態に係る弁部材の正面図、弁部材を開方向に回動した状態の正面図、背面図、（Ｄ）および（Ｅ）は図４（Ｂ）に示す状態の弁部材の側面図。本発明の一実施形態に係る弁部材の作動を説明するための模式図。

符号の説明

１０ガソリンエンジン（内燃機関）、１１ａ〜１１ｄ燃焼室、１４ａ〜１４ｄ流体制御装置、１６ａ〜１６ｄ弁部材、１８ウィング、１９吸気通路（流体通路）、Ｐ回動軸線、Ｔタンブル流

Claims

流体通路を形成する通路部材と、
前記流体通路を流れる流体の流れ方向に垂直な回動軸線周りに回動可能に片持ち支持され、前記流体に押される方向に回動して前記流体通路を開く弁部材と、
前記弁部材に設けられ、流体の流れによって生じる揚力が前記弁部材に閉方向への力を加えるウィングと、
を備える流体制御装置。
前記ウィングは、前記弁部材の壁面から延びる支持部と、前記支持部により前記弁部材から離間して支持される羽根部とを有する請求項１に記載の流体制御装置。
前記流体通路は内燃機関の燃焼室に吸気を供給する吸気通路であり、
前記弁部材は前記燃焼室内のタンブル流を制御するタンブル流制御弁である請求項１又は２に記載の流体制御装置。