JP2010001867A

JP2010001867A - 内燃機関の流量制御弁

Info

Publication number: JP2010001867A
Application number: JP2008163397A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiro Terada; 竜啓寺田; Tomihisa Tsuchiya; 富久土屋; Hiroshi Fujiki; 広藤木
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2028-06-23
Also published as: JP5044486B2

Abstract

【課題】弁体と計量部とが衝突して同計量部が変形することに起因する流量制御弁の流量特性変化を抑制する。
【解決手段】
ＰＣＶバルブは、流出口２７及び流入口２８を有する円筒状のケース２０の内部に弁体３０が水平方向に沿って往復動可能に収容されている。ケース２０の内部には、断面円形状の計量部２３が形成されている。弁体３０は、円柱状の基端部３２と縮径された先端部３１とを有しており、基端部３２の流入口側端部には弁体３０をケース２０内部に水平に保持するための支持部３６が弁体３０と一体となって形成されている。また、弁体３０の内部にはその往復動方向に延びる中空部３４が流出口２７側の端部及び流入口２８側の端部に開口して形成されているとともに、中空部３４の内部には中空部３４を部分的に閉塞する肉厚部３５が支持部３６と近接する位置に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）バルブ等の内燃機関の流量制御弁に関する。

内燃機関に用いられる流量制御弁の代表例として、例えば特許文献１に記載されるように、ブローバイガス還元装置に用いられるＰＣＶバルブを挙げることができる。以下、こうしたＰＣＶバルブの構成について図１０を参照して説明する。なお、図１０はＰＣＶバルブの断面構造を示している。

図１０に示されるように、このＰＣＶバルブは、流出口５２及び流入口５３を有する円筒状のケース５４と、ケース５４内を往復動可能に収容される支持部５６と、同支持部５６と一体となって形成される弁体５５とを備えている。このケース５４はその基端側部分（同図１０において右側部分）が内燃機関のシリンダヘッドカバー７０に取り付けられている。そして、ケース５４の流出口５２は吸気通路においてスロットルバルブ（図示略）の下流側に連通される一方、流入口５３はシリンダヘッドカバー７０の内部に連通されている。

また、ケース５４の内部において、流入口５３と流出口５２との間には所定の内径を有する断面円形状の計量部６１がケース５４の内壁によって区画形成されている。一方、弁体５５は、円柱状の形状を有し、その内部にはその往復動方向に伸びる中空部５１が形成されている。ケース５４の内部には、弁体５５を流入口５３側に向けて付勢するバルブスプリング５９が設けられている。

こうしたＰＣＶバルブにおいて、吸気通路に発生する負圧が流出口５２を通じてケース５４の内部に導入されると、その負圧の作用により弁体５５がバルブスプリング５９の付勢力に抗して流出口５２側に変位するようになる。そして、このように弁体５５が変位することによりその弁体５５の先端部（図１０において左側部分）が計量部６１に挿入される。吸気通路の負圧が更に増大すると、弁体５５は流出口５２側近傍まで挿入されるようになる。このように計量部６１に弁体５５が挿入され、計量部６１内における弁体５５の往復動方向における弁体５５の位置が変化することにより、計量部６１と弁体５５との間の隙間を通過して流入口５３から流出口５２に流れるブローバイガスの量が計量（調量）されるようになる。
特開２００７−１２０６６０号公報

ところで、こうしたＰＣＶバルブにあっては、図１０に示すように例えば、機関振動や自重の影響等によって弁体５５の先端部が正規の位置からずれて傾いた状態でその先端部が計量部６１に挿入されると、その弁体５５の先端部が計量部６１の周縁部や内壁に衝突し、その接触部分における接触面圧が過大になり計量部６１が変形することがある。そして、こうした変形が生じるとそれに起因してＰＣＶバルブの流量特性が変化するおそれがあった。なお、こうした問題は上述したＰＣＶバルブはもとより、他の内燃機関の流量調整弁にあっても、概ね共通したものとなっている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、弁体と計量部とが衝突して同計量部が変形することに起因する流量制御弁の流量特性変化を抑制することをその目的とする。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内壁によって断面円形状の計量部が区画形成されており、前記弁体の内部にはその往復動方向に延びる中空部が形成されるとともに、同弁体は流入口側の端部に形成された支持部によりケースに支持され、同弁体の流出口側部分を前記計量部に挿入してその往復動方向における位置を変化させることにより同計量部と弁体外周との隙間を通過して前記流入口から前記流出口に流れる流体を計量する内燃機関の流量制御弁において、前記中空部の内部には弁体の肉厚を部分的に厚くする肉厚部が前記支持部と近接する位置に形成されること要旨とするものである。

同構成によれば、弁体には中空部を区画形成する部位の肉厚を部分的に厚くする肉厚部を支持部と近接する位置に形成するようにしている。そしてこうした肉厚部を形成することで弁体の重心を支持部側に移動させることができ、弁体の重心に作用する重力によって弁体の流出口側の端部が支持部を支点として変位することを抑制し、弁体の挙動を安定させることができるようになる。その結果、弁体の流出口側の端部が機関振動や自重の影響等により規定の位置からずれて傾いた状態で計量部に挿入されることを抑制することができる。したがって、弁体と計量部との衝突が抑制されるため、こうした衝突によって同計量部が変形することに起因する流量制御弁の流量特性変化を抑制することができるようになる。

なお、このように肉厚部を形成することにより弁体の重心を支持部側に移動させる上では、請求項２に記載の発明によるように、弁体の中空部を部分的に閉塞するように肉厚部を形成するのが望ましい。同構成によれば、肉厚部の重量をより大きく確保することができ、弁体の重心を支持部側に更に大きく移動させることができる。その結果、弁体の流出口側端部が機関振動や自重の影響等により規定の位置からずれて傾くことを効果的に抑制することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の流量制御弁において、前記中空部は前記肉厚部から前記流出口側に延び同流出口側の端部にて開口してなることを要旨とするものである。

同構成によれば、中空部が肉厚部から流出口側に延び同流出口側の端部にて開口しているため、弁体の流出口側の端部を軽量化することができ、弁体の重心を支持部側に大きく移動させることができる。その結果、弁体の流出口側端部が機関振動や自重影響等により規定の位置からずれて傾くことを一層効果的に抑制することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の流量制御弁において、前記弁体は流入口側部分に対して流出口側部分が縮径されてなること要旨とするものである。

同構成によれば、弁体の流出口側部分を軽量化することができるため、弁体の重心と支持部との距離を更に短縮することができる。したがって、弁体の流出口側端部が自重の影響により規定の位置からずれることにより、同弁体が計量部における鉛直方向下方部分と衝突すること好適に抑制することができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の流量制御弁において、前記ケースは水平方向に突出する状態で前記内燃機関に取り付けられるとともに、前記弁体は水平方向に往復動するものであることを要旨とするものである。

ケースが水平方向に突出する状態で内燃機関に取り付けられて弁体が水平方向に往復動する流量制御弁にあっては、弁体に作用する重力によって同弁体が鉛直方向下方にずれる可能性が高く、そのようにずれが生じた状態で弁体が計量部に挿入されると同計量部における鉛直方向下方部分と弁体とが衝突する可能性も高くなる。

この点、請求項５に記載の構成によれば、弁体の重心を支持部に近接して位置させることで、弁体の流出口側端部が自重の影響により規定の位置からずれて計量部における鉛直方向下方部分と衝突することを好適に抑制することができるようになる。

また、請求項１〜５に記載の流量制御弁は、例えば請求項６に記載の発明によるように、これを内燃機関のクランク室内から吸気通路に供給されるブローバイガスの流量を制御するためのＰＣＶバルブとして具体化することができる。こうした構成によれば、ＰＣＶバルブにおいてその計量部と弁体とが衝突することによる計量部の変形を抑制することができ、同変形に起因するブローバイガスの流量特性変化を好適に抑制することができるようになる。

以下、この発明にかかる内燃機関の流量制御弁をブローバイガス還元装置に用いられるＰＣＶバルブに具体化するようにした一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。なお、図１〜３はＰＣＶバルブの断面構造を、図４は機関負荷とブローバイガス流量との関係を示している。

同図１に示されるように、このＰＣＶバルブにおいて、流出口２７及び流入口２８を有する円筒状のケース２０はその基端側部分（同図１において右側部分）が内燃機関のシリンダヘッドカバー７０によって支持され、水平方向に突出する状態で同シリンダヘッドカバー７０に取り付けられている。このケース２０の内部には弁体３０が水平方向に沿って往復動可能に収容されている。そして、ケース２０の流出口２７は吸気通路においてスロットルバルブ（いずれも図示略）の下流側に連通される一方、流入口２８はシリンダヘッドカバー７０の内部に連通されている。また、ケース２０の内部において、流入口２８と流出口２７との間には所定の内径を有する断面円形状の計量部２３が同ケース２０の内壁によって形成されている。また、ケース２０内において、流出口２７の近傍にはクッションスプリング４１が設けられる一方、流入口２８の近傍にはバルブシート２１が設けられている。このバルブシート２１にはケース２０の内部と流入口２８を介してケース２０の外部とを連通する連通孔２１ａが形成されている。

一方、弁体３０は、円柱状の先端部３１と、円筒状の基端部３２とを有しており、基端部３２の流入口側端部には弁体３０をケース２０の内部において水平に保持するための支持部３６が弁体３０と一体に形成されている。弁体３０は、基端部３２に対して流出口側部分、すなわち先端部３１が縮径された形状を有している。また、弁体３０の内部にはその往復動方向に延びる中空部３４が流出口２７側の端部及び流入口２８側の端部に開口して形成されるとともに、中空部３４の内部には弁体３０の肉厚を部分的に厚くする肉厚部３５が支持部３６と近接する位置に形成されている。この肉厚部３５は弁体３０の中空部３４を部分的に閉塞するようにして別部材を中空部３４に挿入することによって形成されている。ケース２０の内部には、この弁体３０を流入口２８に向けて付勢するバルブスプリング２６が設けられている。

こうしたＰＣＶバルブにおいて、機関停止中は吸気通路に負圧が発生しないため、弁体３０はバルブスプリング２６による付勢力によって付勢されることにより、その基端部３２がバルブシート２１に接触した状態となる（図示略）。一方、機関が始動されると流出口２７を通じて吸気通路の負圧がケース２０の内部に導入されるため、図１に示すように、その負圧の作用により弁体３０は基端部３２がバルブシート２１に接触した状態からバルブスプリング２６の付勢力に抗して流出口２７側に変位するようになる。

ここで、機関低負荷時にはスロットルバルブの開度が小さくなり、吸気通路に発生する負圧が大きくなるため、図３に示すように、弁体３０はその負圧に基づく力により付勢されて流出口２７側に変位しその先端部３１がクッションスプリング４１に接触するようになる。なおこのように、弁体３０の先端部３１がクッションスプリング４１に接触することにより、弁体３０が流出口２７側に変位した場合でもその先端部３１がケース２０に衝突することはない。また、このとき、弁体３０の外周面と計量部２３との間に形成されるブローバイガスの流路断面積は最も小さくなり、流入口２８からケース２０内に導入され流出口２７を通じて吸気通路に流出するブローバイガスの流量は、図４（ａ）に示されるように最小となる。

これに対して、機関中負荷時にはスロットルバルブの開度が大きくなり、吸気通路に発生する負圧は減少するため、図２に示すように弁体３０はバルブスプリング２６の付勢力により付勢されて流入口２８側に変位する。そのため、こうした弁体３０の変位に伴って弁体３０の外周面と計量部２３との間に形成されるブローバイガスの流路断面積は徐々に増大し、ＰＣＶバルブを通過するブローバイガスの流量は機関低負荷時と比較して増加するようになる。このように、機関負荷の上昇に伴って、ＰＣＶバルブを通過するブローバイガスの流量は図４（ｂ）に示されるように増大するようになる。そして、機関高負荷時においては図１に示されるように弁体３０はバルブスプリング２６の付勢力により付勢されて更に流入口２８側に変位し、弁体３０の外周面と計量部２３との間に形成されるブローバイガスの流路断面積は最も大きくなるため、図４（ｃ）に示されるように、ブローバイガスの流量は最大となる。

このように計量部２３に弁体３０が挿入され、計量部２３内における弁体３０の往復動方向における弁体３０の位置が変化することにより、計量部２３と弁体３０との間の隙間を通過して流入口２８から流出口２７に流れるブローバイガスの量が計量（調量）されるようになる。

以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する作用効果を奏することができる。
（１）機関振動や自重等の弁体３０に作用する力の影響により、弁体３０が正規の位置からずれて傾くことがある。

この点、本実施形態のＰＣＶバルブでは、弁体３０の中空部３４の内部に肉厚部３５を支持部３６と近接する位置に形成されているため、弁体３０の重心を支持部３６側に移動させることができ、弁体３０の重心に作用する重力により弁体３０の流出口２７側の端部、すなわち先端部３１が支持部３６を支点として変位することを抑制し、弁体３０の挙動を安定させることができるようになる。その結果、弁体３０の先端部３１が機関振動や自重の影響等により規定に位置からずれた状態で計量部２３に挿入されることを抑制することができる。したがって、弁体３０と計量部２３との衝突が抑制されるため、こうした衝突によって計量部２３が変形することに起因する流量制御弁の流量特性変化を抑制することができるようになる。

（２）特に、本実施形態にかかるＰＣＶバルブでは、肉厚部３５が弁体３０の中空部３４を部分的に閉塞するように形成されている。そのため、肉厚部３５の重量をより多く確保することができ、弁体３０の重心を支持部３６側に大きく移動させることができる。その結果、弁体３０の流出口２７側が機関振動や自重の影響等により規定の位置からずれることを効果的に抑制することができるようになる。

（３）さらに、本実施形態にかかるＰＣＶバルブでは、中空部３４が肉厚部３５から流出口２７側に延び流出口２７側の端部にて開口しているため、弁体３０の流出口２７側の端部を軽量化することができ、弁体３０の重心を支持部側に大きく移動させることができる。その結果、弁体３０の流出口２７側端部が機関振動や自重影響等により規定の位置からずれることを一層効果的に抑制することができるようになる。

（４）また、弁体３０はその基端部３２に対して先端部３１が縮径された形状を有しているため、弁体３０の先端側部分（流出口側部分）を軽量化することができ、弁体３０の重心と支持部３６との距離を更に短縮することができる。したがって、弁体３０の先端部３１が自重の影響により規定の位置からずれることにより、同弁体３０が計量部２３における鉛直方向下方部分と衝突することを更に効果的に抑制することができるようになる。

（５）ＰＣＶバルブは、ケース２０が水平方向に突出する状態で内燃機関に取り付けられて弁体３０が水平方向に往復動するため、弁体３０に作用する重力によって弁体３０が鉛直方向下方にずれる可能性が高く、そのようにずれが生じた状態で弁体３０が計量部２３に挿入されると計量部２３における鉛直方向下方部分と弁体３０が衝突する可能性も高くなる。この点、本実施形態にかかるＰＣＶバルブによれば、弁体３０の重心を支持部３６側に引接して位置させることで、弁体３０の流出口２７側端部が自重の影響により規定の位置からずれて計量部２３における鉛直方向下方部分と衝突することを好適に抑制することができるようになる。

以上説明した実施形態はこれを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、弁体３０内の中空部３４はその往復動方向に延び流出口２７側の端部において開口部を有しているとともに、肉厚部３５がその中空部３４を一部閉塞するようにしたが、弁体３０の実施態様はこれに限られない。例えば、図５に示されるように、ブローバイガスが弁体３０の内部を通過しないようにその中空部３４の流出口２７側端部を閉塞する一方、肉厚部３３については中空部３４を閉塞しない構成とすることもできる。同構成によっても、弁体３０の重心を支持部３６側に移動させることができ、弁体３０の重心に作用する重力により弁体３０の先端部３１が支持部３６を支点として変位することを抑制し、弁体３０の挙動を安定させることができる。

・上記実施形態では、弁体３０についてその中空部３４が流出口２７側の端部において開口する構成を例示したが例えば、図６に示されるように、中空部３４が流出口２７側の端部において閉塞される構成を採用することもできる。更に、図７に示されるように、中空部３４が流出口２７側端部で開口する一方、同端部よりも基端側の位置で閉塞される構成を採用することもできる。

・また例えば、図８に示されるように、肉厚部３５と支持部３６とを一体に形成することもできる。この場合は、弁体３０の重心位置をより大きく支持部３６側に移動させることができるため、弁体３０の流出口２７側の端部が支持部３６を支点として変位することを好適に抑制し、弁体３０の挙動を安定させることができる。

・上記実施形態では、先端部３１が基端部３２に対して縮径された形状を有する弁体３０を例示したが、例えば図９に示されるように、先端部３１及び基端部３２の外径を等しく設定するようにしてもよい。

・上記実施形態では、内燃機関のブローバイガス流量を制御するためのＰＣＶバルブに本発明を具体化するようにしたが、本発明はこれに限らず同様の構成を有するものであれば、他の流体の流量を制御するＰＣＶバルブ以外の流量制御弁に適用することもできる。

実施形態にかかるＰＣＶバルブの断面図。実施形態にかかるＰＣＶバルブの断面図。実施形態にかかるＰＣＶバルブの断面図。機関負荷とブローバイガス流量との関係を示すグラフ。他の実施形態にかかるＰＣＶバルブの断面図。他の実施形態にかかるＰＣＶバルブの断面図。他の実施形態にかかるＰＣＶバルブの断面図。他の実施形態にかかるＰＣＶバルブの断面図。他の実施形態にかかるＰＣＶバルブの断面図。従来のＰＣＶバルブの断面図。

符号の説明

２０…ケース、２１…バルブシート、２１ａ…連通孔、２３…計量部、２６…バルブスプリング、２７…流出口、２８…流入口、３０…弁体、３１…先端部、３２…基端部、３３…肉厚部、３４…中空部、３５…肉厚部、３６…支持部、４１…クッションスプリング、７０…シリンダヘッドカバー。

Claims

流入口及び流出口を有するケース内に弁体が往復動可能に収容され、同ケースにはその内壁によって断面円形状の計量部が区画形成されており、前記弁体の内部にはその往復動方向に延びる中空部が形成されるとともに、同弁体は流入口側の端部に形成された支持部によりケースに支持され、同弁体の流出口側部分を前記計量部に挿入してその往復動方向における位置を変化させることにより同計量部と弁体外周との隙間を通過して前記流入口から前記流出口に流れる流体を計量する内燃機関の流量制御弁において、
前記中空部の内部には弁体の肉厚を部分的に厚くする肉厚部が前記支持部と近接する位置に形成される
ことを特徴とする内燃機関の流量制御弁。
請求項１に記載の内燃機関の流量制御弁において、
前記肉厚部は前記弁体の中空部を部分的に閉塞するように形成される
ことを特徴とする内燃機関の流量制御弁。
請求項２に記載の内燃機関の流量制御弁において、
前記中空部は前記肉厚部から前記流出口側に延び同流出口側の端部にて開口してなる
ことを特徴とする内燃機関の流量制御弁。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の流量制御弁において、
前記弁体は流入口側部分に対して流出口側部分が縮径されてなる
ことを特徴とする内燃機関の流量制御弁。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の流量制御弁において、
前記ケースは水平方向に突出する状態で前記内燃機関に取り付けられるとともに、前記弁体は水平方向に往復動するものである
ことを特徴とする内燃機関の流量制御弁。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の流量制御弁において、
同流量制御弁は内燃機関のクランク室内から吸気通路に供給されるブローバイガスの流量を制御するためのＰＣＶバルブである
ことを特徴とする内燃機関の流量制御弁。