JP2012136995A - 流路制御弁装置及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製の弁体の異常を確実に検知できる流路制御弁装置を提供する。
【解決手段】金属製の回転軸１に取り付けられた複数の樹脂製の弁体２により複数の流路を同時に開閉可能な流路制御弁装置において、回転軸は１、複数の回転軸部材７に分割され、弁体２は、回転軸部材７が挿入され、回転軸部材７に対して固定される嵌合部６を有し、隣接する回転軸部材７同士が、これら隣接する回転軸部材７に対して固定された共通の弁体２によって直列に連結されている。隣接する回転軸部材７間では、これら隣接する回転軸部材７に対して取り付けられた共通の弁体２を介して回転トルクが伝達される。そのため、回転軸１上の弁体２が破損するような異常時には、異常のある弁体２により連結された２つの回転軸部材７間で、正常時のように回転トルクが伝達されなくなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、流路、例えば内燃機関の吸気通路のような流路、を開閉する流路制御弁装置及びその組立方法に関する。

例えば、特許文献１には、複数の樹脂製の弁体を同一軸線上に配列して複数の吸気分岐通路を開閉する流路制御弁装置が開示されている。この流路制御弁装置においては、流路を開閉する複数の弁体が一本の軸部に貫通され、互いに連結された構成となっている。また、特許文献１のような流路制御弁装置において、弁体については、金属材料ではなく軽量かつ安価な樹脂材料で形成し、回転軸については、高い強度と剛性が要求されるため金属材料で形成することも従来から知られている。

特開２００７−１８７０４４号公報

特許文献１のような流路制御弁装置において、回転軸が金属製であれば、樹脂製の弁体が破損するような状況下でも回転軸は破損することはない。つまり、回転軸に取り付けられた弁体が何らかの要因により破損し、その一部または全部が脱落するような場合でも、回転軸は正常に回転できる状態にある。

そのため、この特許文献１のような流路制御弁装置において、樹脂製の弁体の破損を検知することは容易ではなく、また樹脂製の弁体の破損を検知できない場合、弁体の破損により吸入空気量が変化し、排気性能が悪化していることを知らずに内燃機関の運転を続けてしまう虞がある。

そこで、本発明は、樹脂製の弁体を使用しても、弁体の故障を容易にかつ、確実に検知可能な構成の流路制御弁装置を提供することを目的としている。

本発明の流路制御弁装置は、金属製の回転軸に取り付けられた複数の樹脂製の弁体により複数の流路を同時に開閉可能するものにおいて、前記回転軸は、複数の回転軸部材に分割され、前記弁体は、前記回転軸部材が挿入され、該回転軸部材に対して固定される嵌合部を有し、隣接する回転軸部材同士が、これら隣接する回転軸部材に対して固定された共通の弁体によって直列に連結されていることを特徴としている。回転軸を回転させる場合、隣接する回転軸部材間では、これら隣接する回転軸部材に対して取り付けられた共通の弁体を介して回転トルクが伝達されることになる。

また、流路制御弁装置において、前記回転軸は、軸方向でみて中央の部分が相対的に細くなるよう形成され、前記弁体は、前記回転軸の軸方向に並んだ状態の位置が中央に位置する内側の弁体ほど、両端に位置する外側の弁体よりも、相対的に細い前記回転軸部材に固定され、前記回転軸の軸方向に並んだ状態の位置が最も外側となる両側の２つの弁体の嵌合部に、前記回転軸部材を細いものから順番に挿入して、最も外側の２つの弁体のうちのいずれか一方の嵌合部を通過した回転軸部材により内側の弁体から順番に前記回転軸部材に固定されるようにしてもよい。

そして、前記回転軸部材は、前記弁体の嵌合部に対して挿入される際に先頭となる側の端面に面取り加工を施すようにしてもよい。

本発明によれば、弁体が隣接する回転軸部材に対して固定されているため、回転軸上の全ての弁体に異常がなければ、回転軸が全長に亙って同一の位相で回転するが、回転軸上の弁体が破損するような異常時には、異常のある弁体により連結された２つの回転軸部材間で、正常時のように回転トルクが伝達されなくなる。従って、樹脂製の弁体を使用しても、弁体の異常を容易にかつ確実に検知することが可能となる。

本発明に係る流路制御弁装置の概略を示す斜視図。 本発明に係る流路制御弁装置の概略を示す分解斜視図。 本発明の第１実施形態の流路制御弁装置を示す説明図。 図４の要部を拡大して示す説明図。 本発明の第２実施形態の流路制御弁装置を示す説明図。 図５の要部を拡大して示す説明図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る流路制御弁装置の概略を示す斜視図、図２は本発明に係る流路制御弁装置の概略を示す分解斜視図である。

この流路制御弁装置は、金属製の回転軸１に取り付けられた複数の樹脂製の弁体２により、複数の流路（図示せず）を同時に開閉するものであって、例えば、多気筒内燃機関の吸気マニホールドに取り付けられ、吸気マニホールドの吸気分岐通路の一部を閉じることにより、各吸気分岐通路を流れる吸気にタンブル成分あるいはスワール成分を付与するタンブル制御弁装置やスワール制御弁装置等として使用されるものである。

本実施形態における流路制御弁装置は、４つの流路を開閉する４つの弁体２と、これら４つの弁体２を貫通しつつ弁体２に嵌合する矩形断面の一本の回転軸１と、から大略構成されており、回転軸１の一端と接続されたアクチュエータ（図示せず）により回転軸１を回転駆動することにより、弁体２よって流路の開度が調整される。

弁体２は、図示せぬ流路を開閉する羽根部３と、この羽根部３の根本側（回転軸１が貫通する側）の両側２箇所に形成され、外周が円形の軸受面をなす一対のジャーナル部４と、ジャーナル部４と羽根部３との間に形成された鍔部５と、を有している。ジャーナル部４は、流路制御弁装置が取り付けられる相手側の部材（例えば、吸気マニホールド）に形成された軸受部（図示せず）に回転可能に支持されるものである。鍔部５は、流路制御弁装置が取り付けられる相手側の部材に対する弁体２の回転軸１軸方向の移動を防止やガタツキを防止するものである。

そして、弁体２には、回転軸１が貫通及び嵌合する嵌合部６が形成されている。嵌合部６は、ジャーナル部４及び鍔部５を貫通する区間では、回転軸１の外形状に応じた矩形の断面形状となる穴６ａとなり、羽根部３の区間では、回転軸１の外形状に応じた断面略コ字形状となる凹溝６ｂとなっている。

そして、回転軸１は、５つの回転軸部材７を同軸上で直列に連結することによって構成されている。つまり、回転軸１は、５つの回転軸部材７に分割されている。回転軸１の軸方向で隣接する回転軸部材７同士は、これら隣接する回転軸部材７に対して固定された共通の弁体２によって、直列に連結されている。換言すれば、各弁体２は、回転軸１の軸方向で隣接する２つの回転軸部材７に対してそれぞれ固定されている。つまり、各弁体２には、実質的には、２つの回転軸部材７とそれぞれ嵌合する２つの嵌合部６が設けられていることになる。

図３及び図４を用いて詳述すると、回転軸１は、回転軸１の軸方向でみて中央の部分が、端部側の部分に比べて相対的に細くなるよう形成されている。回転軸１の軸方向でみて、回転軸１の中央の部分を構成する回転軸部材７ほど、端部側の部分を構成する回転軸部材７に比べて細くなるよう形成されている。つまり、回転軸１の軸方向で隣接する回転軸部材７同士は、互いに異なる太さに形成されている。本実施形態おける回転軸部材７は、３種類の異なる太さに形成されており、回転軸１の両端部（図３における左右両側）を構成する回転軸部材７が最も太く、回転軸１の中央部（図３おける中央）を構成する回転軸部材７が最も細くなっている。なお、回転軸部材７を単独でみた場合、その断面形状及びその断面積はその軸方向で一定に形成されている。

弁体２に形成される嵌合部６は、回転軸１に取り付けられた状態で回転軸１の軸方向の中央側に位置する部分が、相対的に細くなるように形成され、全体として段付き状に形成されている。つまり、弁体２には、図４に示すように、実質的には、２つの異なる太さの回転軸部材７と嵌合する大きさの異なる左右２つの嵌合部６が設けられている。

このような第１実施形態の流路制御弁装置は、最終的には、図３に示すような状態で、複数の弁体２が、複数の回転軸部材７からなる１本の回転軸１上に固定された状態となるが、実際には、隣接する弁体２間に流路制御弁装置が取り付けられる相手側の部材（例えば、吸気マニホールド）が介在することから、具体的には、以下のような手順で組み付けられることになる。

すなわち、嵌合部６の穴６ａが同軸上となるように、複数の弁体２を直列に配列し、この配列の両側の２つの弁体２の嵌合部６に、この配列の外側から回転軸部材７を細いものから順番にそれぞれ挿入する。挿入された回転軸部材７は、後から挿入された回転軸部材７によって内側に押し込まれていく。そして、両側の２つの弁体２のうちのいずれか一方の嵌合部６を通過した回転軸部材７により、内側の弁体２から順番に、嵌合部６が回転軸部材７に固定されていく。

具体的には、図３において最も右側に位置する弁体２の嵌合部６に、図３における右側から回転軸部材７を細いものから順番に挿入し、図３において最も左側に位置する弁体２の嵌合部６に、図３における左側から回転軸部材７を細いものから順番に挿入する。

例えば、図３において最も右側に位置する弁体２の嵌合部６から最も細い回転軸部材７を挿入し、次に中間の太さの回転軸部材７を挿入し、最後に最も太い回転軸部材７を挿入する場合、図３において最も左側に位置する弁体２の嵌合部６からは、最初に中間の太さの回転軸部材７を挿入し、次に最も太い回転軸部材７を挿入することになる。

図３において最も右側に位置する弁体２の嵌合部６から最初に挿入された最も細い回転軸部材７は、図３において最も右側に位置する弁体２の嵌合部６を殆ど接触することなく通過し、中央の２つの弁体２の嵌合部６に対して嵌合する。図３において最も右側に位置する弁体２の嵌合部６から２番目に挿入された中間の太さの回転軸部材７は、図３において最も右側に位置する弁体２とその内側（図３における左側）に位置する弁体２の嵌合部６に対して嵌合する。図３において最も右側に位置する弁体２の嵌合部６から３番目（最後）に挿入された最も太い回転軸部材７は、その先端側（図３における左側）のみが図３において最も右側に位置する弁体２の嵌合部６に対して嵌合する。一方、図３において最も左側に位置する弁体２の嵌合部６から最初に挿入された中間の太さの回転軸部材７は、図３において最も左側に位置する弁体２とその内側（図３における右側）に位置する弁体２の嵌合部６に対して嵌合する。図３において最も左側に位置する弁体２の嵌合部６から２番目（最後）に挿入された最も太い回転軸部材７は、その先端側（図３における右側）のみが図３において最も左側に位置する弁体２の嵌合部６に対して嵌合する。

このような流路制御弁装置においては、隣接する回転軸部材７同士が、これら隣接する回転軸部材７に対して固定された共通（１つ）の弁体２によって直列に連結されているので、回転軸１を回転させる場合、隣接する回転軸部材７間では、これら隣接する回転軸部材７に対して取り付けられた共通の弁体２を介して回転トルクが伝達されることになる。

そのため、回転軸１上の全ての弁体に異常がなければ、回転軸１が全長に亙って同一の位相で回転するが、回転軸１上の弁体２のいずれかが破損するような異常時には、異常のある弁体２により連結された２つの回転軸部材７間で、正常時のように回転トルクが伝達されなくなるため、この位置から先（回転トルクの伝達方向で下流側）の部分は回転しない、もしくは回転量が小さくなることになる。

つまり、回転軸１に回転トルクを付与した際に、回転軸１の両端位置において回転軸１の回転角度が異なるような場合には、回転軸１上の弁体２のいずれかに異常が発生していると判定することが可能となる。

具体的には、回転軸１の一端（図３において左側端）をアクチュエータと接続する場合には、回転軸１の他端（図３において右側端）に、回転軸１の回転角度を検知する回転角センサを配置することで、回転軸１上の弁体２の破損を容易に検知できる。なお、回転軸１の一端の回転角度は、アクチュエータへの回転指令値から推定可能であるが、回転軸１の一端側にも回転角センサを設けるようにしてもよい。

また、回転軸１上の弁体２のうち、外側の弁体２の嵌合部６ほど、弁体２に回転軸部材７を嵌合させる際に、回転軸部材７が相対的に多く通過することになるが、回転軸部材７は細いものから外側の弁体２の嵌合部６に挿入され、また外側の弁体２ほど嵌合部６が大きく形成されている。そのため、回転軸部材７が相対的に多く通過する外側の弁体２において、嵌合部６と、この嵌合部６を通過する回転軸部材７との干渉を緩和することができ、嵌合部６と、この嵌合部６を通過する回転軸部材７とが擦れることで生じる、穴６ａの穴径の拡大等の嵌合部６の変形を抑制することができる。

なお、回転軸部材７の太さを変えるにあたっては、異なる太さの回転軸部材７間でその断面形状が相似形となっていても、相似形とはなっていなくてもよい。例えば、回転軸部材７が矩形断面の場合、４辺のうち対向する１組の２辺のみの長さが異なるようすることで、回転軸部材７の太さを変更するようにしてもよい。

図５及び図６を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。なお、上述した第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第２実施形態における流路制御弁装置は、上述した第１実施形態と略同一構成となっているが、回転軸１１が全長に亙って、同じ太さに形成されており、５つの回転軸部材１２が全て同じ太さに形成されている。そして、回転軸部材１２は、一端側の端面に、全周に亙ってに面取り部１３が形成されている。

この第２実施形態の流路制御弁装置は、最終的には、図５に示すような状態で、複数の弁体２が、複数の回転軸部材１２からなる１本の回転軸１１上に固定された状態となるが、、実際には、隣接する弁体２間に流路制御弁装置が取り付けられる相手側の部材（例えば、吸気マニホールド）が介在することから、具体的には、以下のような手順で組み付けられることになる。

すなわち、嵌合部６の穴６ａが同軸上となるように、複数の弁体２を直列に配列し、この配列の一端側（図５における右端）の弁体２の嵌合部６から回転軸部材１２を順番に挿入する。このとき回転軸部材１２は、面取り部１３が形成された一端側から嵌合部６に挿入される。挿入された回転軸部材１２は、後から挿入された回転軸部材１２によって前記配列の他端側（図５における左側）に向かって押し込まれていく。そして、一端側（図５における右端）の弁体２の嵌合部６から挿入された回転軸部材１２によって、他端側（図５における左端）の弁体２から順番に、嵌合部６が回転軸部材１２に固定されていく。

このように構成された第２実施形態においても、隣接する回転軸部材１２同士が、これら隣接する回転軸部材１２に対して固定された共通（１つ）の弁体２によって直列に連結されているので、回転軸１１の両端位置において回転軸１１の回転角度が異なるような場合には、上述した第１実施形態と同様に、回転軸１１上の弁体２のいずれかに異常が発生していると判定することが可能となる。

また、弁体２に回転軸部材１２を嵌合させる際に、回転軸部材１２は面取り部１３が形成された一端側から、弁体２の嵌合部６に挿入することで、嵌合部６に挿入される際に先頭となる回転軸部材１２の挿入側端部と、嵌合部６との干渉を緩和することができ、回転軸部材１２の挿入側端部と、嵌合部６とが擦れることで生じる、穴６ａの穴径の拡大等の嵌合部６の変形を抑制することができる。

なお、上述した各実施形態において、回転軸の断面形状は矩形に限定されるものではなく、円形断面を除けばどのような形状としてもよく、例えば、楕円に形成することも可能である。また、回転軸上に設けられる弁体の個数は４つに限定されるものではない。

そして、上述した第１実施形態の回転軸部材７に対しても、第２実施形態の回転軸部材１２のように、嵌合部６に挿入される際に先頭となる回転軸部材７の挿入側端部に面取り部を形成するようにしてもよい。

また、樹脂製の弁体２を使用しても、弁体２の異常を容易にかつ確実に検知することができるので、吸気系の流路制御弁に対する故障検知が義務づけられた国または地域においても、上述した各実施形態の流路制御弁装置を使用可能である。

１…回転軸
２…弁体
３…羽根部
４…ジャーナル部
５…鍔部
６…嵌合部
６ａ…穴
６ｂ…凹溝
７…回転軸部材

Claims (4)

1. 金属製の回転軸に取り付けられた複数の樹脂製の弁体により複数の流路を同時に開閉可能な流路制御弁装置において、
   前記回転軸は、複数の回転軸部材に分割され、
   前記弁体は、前記回転軸部材が挿入され、該回転軸部材に対して固定される嵌合部を有し、
   隣接する回転軸部材同士が、これら隣接する回転軸部材に対して固定された共通の弁体によって直列に連結されていることを特徴とする流路制御弁装置。
2. 前記回転軸は、軸方向でみて中央の部分が相対的に細くなるよう形成され、
   前記弁体は、前記回転軸の軸方向に並んだ状態の位置が中央に位置する内側の弁体ほど、両端に位置する外側の弁体よりも、相対的に細い前記回転軸部材に固定され、
   前記回転軸の軸方向に並んだ状態の位置が最も外側となる両側の２つの弁体の嵌合部に、前記回転軸部材を細いものから順番に挿入して、最も外側の２つの弁体のうちのいずれか一方の嵌合部を通過した回転軸部材により内側の弁体から順番に前記回転軸部材に固定されることを特徴とする請求項１に記載の流路制御弁装置。
3. 前記回転軸部材は、前記弁体の嵌合部に対して挿入される際に先頭となる側の端部に面取り加工が施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流路制御弁装置。
4. 金属製の回転軸に取り付けられた複数の樹脂製の弁体により複数の流路を同時に開閉可能な流路制御弁装置の組立方法において、
   前記回転軸は、軸方向でみて中央の部分が相対的に細くなるよう形成されると共、複数の回転軸部材に分割され、
   前記弁体は、前記回転軸部材が挿入され、該回転軸部材に対して固定される嵌合部を有し、
   前記回転軸の軸方向に並んだ状態の位置が中央に位置する内側の弁体ほど、両端に位置する外側の弁体よりも相対的に細い前記回転軸部材に固定され、
   前記回転軸の軸方向に並んだ状態の位置が最も外側となる両側の２つの弁体の嵌合部に、前記回転軸部材を細いものから順番に挿入し、最も外側となる両側の２つの弁体のうちのいずれか一方の前記嵌合部を通過した前記回転軸部材により内側の弁体から順番に前記回転軸部材に固定することで、隣接する回転軸部材同士を、これら隣接する回転軸部材に対して固定された共通の弁体によって直列に連結することを特徴とする流路制御弁装置の組立方法。

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