JP2014040791A

JP2014040791A - 流量制御弁

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Publication number: JP2014040791A
Application number: JP2012183066A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujiki; 広藤木; Mineji Masuda; 峰士増田
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2014-03-06
Also published as: US20140054486A1; CN103629407A

Abstract

【課題】エンジン振動や吸気脈動における特定の周波数でのバネマス系の共振を防止する。
【解決手段】ＰＣＶバルブ４０は、流入口５１及び流出口５２を有するケース４２と、ケース４２内に往復動可能に配置された弁体６０と、弁体６０を流入口５１側へ付勢するコイルスプリング７４とを備え、ケース４２内に計量部４４が形成され、計量部４４内に挿入される弁体６０の計量面６２は、先端側の小径面部６３と基端側の大径面部６４との間にテーパ面部６５を有し、流入側圧力と流出側圧力との差圧に応じて弁体６０が移動することにより、ケース４２の計量部４４と弁体６０の計量面６２との間の隙間７０を流れる流体の流量を制御する。コイルスプリング７４は、圧縮量の増加にしたがってバネ定数が段階的に大きくなる非線形特性を有する円筒型不等ピッチコイルスプリングである。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体の流量を制御する流量制御弁に関する。

例えば、自動車等の車両における内燃機関（エンジン）のブローバイガス還元装置には、ブローバイガスの流量を制御する流量制御弁としてＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）バルブが用いられている（例えば特許文献１参照）。ＰＣＶバルブの従来例（特許文献１参照）を述べる。図１６はＰＣＶバルブを示す断面図である。

図１６に示すように、ＰＣＶバルブ１００は、流入口及び流出口を有する筒状のケース１０２と、ケース１０２内に軸方向に往復動可能に配置された弁体１０４と、弁体１０４を流入口側（図１６において右方）へ付勢するコイルスプリング１０６とを備える。ケース１０２は、内径が大きい大径孔部１０８と、大径孔部１０８よりＰＣＶガス流れ方向下流側（図１６において左側）に位置する内径が小さい小径孔部１０９と、大径孔部１０８と小径孔部１０９をつなぐ段部１１０とを有する。また、小径孔部１０９には、所定の内径を有する計量部（計量孔）１１２が形成されている。また、弁体１０４には、ケース１０２の計量部１１２内に挿入される外周面からなる計量面１１４が形成されている。弁体１０４の計量面１１４は、先端側の小径面部１１５と基端側の大径面部１１６との間において小径側から大径側へ向けて徐々に拡径するテーパ状のテーパ面部１１７とを同心状に有する。また、弁体１０４の基端部には、フランジ部１１９が設けられている。また、コイルスプリング１０６は、ケース１０２の段部１１０と弁体１０４のフランジ部１１９との間に介装されている。ＰＣＶバルブ１００において、エンジンの吸気負圧がケース１０２内に導入されると、その吸気負圧（ブースト圧）に応じて弁体１０４がコイルスプリング１０６の付勢力に抗して流出口側（図１６において左方）に移動する。これにより、ケース１０２の計量部１１２と弁体１０４の計量面１１４との間の環状の隙間１２１を流れるブローバイガスの流量が制御すなわち計量される。

特開２００５−３３０８９８号公報

前記ＰＣＶバルブ１００のコイルスプリング１０６は、バネ定数が一定の円筒型等ピッチコイルスプリングであった。このため、バネマス系の単一固有振動数（共振周波数）と、エンジン振動や吸気脈動における特定の周波数が一致し、弁体１０４とコイルスプリング１０６が共振するおそれがあった。このことは、流量特性の悪化や摺動部の異常摩耗を招くことからその改善が望まれる。
本発明が解決しようとする課題は、エンジン振動や吸気脈動における特定の周波数でのバネマス系の共振を防止することにある。

前記課題は本発明により解決することができる。
第１の発明は、流入口及び流出口を有するケースと、前記ケース内に軸方向に往復動可能に配置された弁体と、前記弁体を流入口側へ付勢するコイルスプリングとを備え、前記ケース内に計量部が形成され、前記弁体の先端部分の外周面には、前記計量部内に挿入される計量面が形成され、前記弁体の計量面は、先端側の小径面部と基端側の大径面部との間において先端側から基端側へ向けて徐々に拡径するテーパ面部を有し、流入側圧力と流出側圧力との差圧に応じて前記弁体が移動することにより、前記ケースの計量部と前記弁体の計量面との間の隙間を流れる流体の流量を制御する流量制御弁であって、前記コイルスプリングは、圧縮量の増加にしたがってバネ定数が段階的又は連続的に大きくなる非線形特性を有するコイルスプリングである。この構成によると、コイルスプリングが、圧縮量の増加にしたがってバネ定数が段階的又は連続的に大きくなる非線形特性を有するコイルスプリングであるため、コイルスプリングの圧縮にともないバネマス系の固有振動数が変化する。これにより、エンジン振動や吸気脈動における特定の周波数でのバネマス系の共振を防止することができる。このことは、流量特性の悪化や摺動部の異常摩耗の防止に有効である。

第２の発明は、第１の発明において、前記コイルスプリングは、少なくとも２段階の非線形特性を有し、前記コイルスプリングの小さいバネ定数の領域は、少なくとも前記ケースの計量部に対する前記弁体の計量面のテーパ面部を含む先端側部分の移動ストロークに対応する。したがって、コイルスプリングの小さいバネ定数の領域における単位圧力当りの弁体の移動ストロークを、残りのバネ定数の領域における単位圧力当りの弁体の移動ストロークよりも増大することができる。このため、弁体の計量面のテーパ面部のテーパ角を緩和しながら最小流量を増大するとともに、弁体の計量面のテーパ面部を含む先端側部分を除いた残りの部分の軸方向長さを短縮することができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記コイルスプリングは、円筒型不等ピッチコイルスプリング、鼓型コイルスプリング、樽型コイルスプリングのうちのいずれか１つである。

第４の発明は、第１の発明において、前記コイルスプリングは、バネ定数が連続的に変化する円筒型ピッチ徐変コイルスプリングである。

実施形態１にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。弁体を示す側面図である。円筒型２段ピッチコイルスプリングを示す側面図である。ＰＣＶバルブのブースト圧と弁体の移動ストロークとの関係を示す特性線図である。ブローバイガス還元装置を示す構成図である。比較例１にかかるＰＣＶバルブの一部を示す断面図である。ＰＣＶバルブのブースト圧と弁体の移動ストロークとの関係を示す特性線図である。比較例２にかかるＰＣＶバルブの一部を示す断面図である。ＰＣＶバルブのブースト圧と弁体の移動ストロークとの関係を示す特性線図である。実施形態２にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。鼓型コイルスプリングを示す側面図である。実施形態３にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。樽型コイルスプリングを示す側面図である。実施形態４にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。円筒型ピッチ徐変コイルスプリングを示す側面図である。従来例にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。

［実施形態１］
実施形態１を説明する。本実施形態では、流量制御弁として、内燃機関のブローバイガス還元装置に用いられるＰＣＶバルブを例示する。説明の都合上、ブローバイガス還元装置の一例を説明した後でＰＣＶバルブについて説明する。なお、図５はブローバイガス還元装置を示す構成図である。
図５に示すように、ブローバイガス還元装置１０は、内燃機関であるエンジン１２のエンジン本体１３の燃焼室からシリンダブロック１４のクランクケース１５内に洩れたブローバイガスをインテークマニホールド２０内に導入することにより、燃焼室で再び燃焼させるシステムである。

前記エンジン本体１３は、前記シリンダブロック１４と、前記クランクケース１５の下面側に締結されたオイルパン１６と、シリンダブロック１４の上面側に締結されたシリンダヘッド１７と、シリンダヘッド１７の上面側に締結されたシリンダヘッドカバー１８とを備えている。エンジン本体１３は、吸気、圧縮、爆発、排気といった行程を経ることにより駆動力を得る。また、エンジン本体１３の燃焼室（図示しない。）内での燃焼にともない、エンジン本体１３内すなわちクランクケース１５内や、そのクランクケース１５内に連通するシリンダヘッドカバー１８内にはブローバイガスが発生する。また、ブローバイガスが流入するシリンダヘッドカバー１８内及びクランクケース１５内等は、本明細書でいう「エンジン本体内」に相当する。

前記シリンダヘッドカバー１８には、新気導入口１８ａ及びブローバイガス取出口１８ｂが設けられている。新気導入口１８ａに、新気導入通路３０の一端（下流端）が連通されている。また、ブローバイガス取出口１８ｂに、ブローバイガス通路３６の一端（上流端）が連通されている。なお、新気導入口１８ａ及び／又はブローバイガス取出口１８ｂは、シリンダヘッドカバー１８に代えてクランクケース１５に設けることもできる。

前記シリンダヘッド１７には、インテークマニホールド２０の一端（下流端）が連通されている。インテークマニホールド２０はサージタンク２１を備えている。インテークマニホールド２０の他端（上流端）には、スロットルボデー２４及び吸気管路２３を介してエアクリーナ２５が連通されている。スロットルボデー２４は、スロットルバルブ２４ａを備えている。スロットルバルブ２４ａは、例えばアクセルペダル（図示しない）に連繋されており、そのペダルの踏込み量（操作量）に応じて開閉される。また、エアクリーナ２５は、空気いわゆる新気を導入するもので、その新気をろ過するフィルタエレメント２６を内蔵している。エアクリーナ２５、吸気管路２３、スロットルボデー２４及びインテークマニホールド２０により、新気すなわち吸入空気をエンジン本体１３の燃焼室に導入するための一連の吸気通路２７が形成されている。吸気通路２７において、スロットルバルブ２４ａよりも上流側の通路部分を上流側の吸気通路部２７ａといい、スロットルバルブ２４ａよりも下流側の通路部分を下流側の吸気通路部２７ｂという。

前記吸気管路２３には新気取入口２９が形成されている。新気取入口２９には、前記新気導入通路３０の他端（上流端）が連通されている。新気導入通路３０には逆流防止弁３２が設けられている。逆流防止弁３２は、前記上流側の吸気通路部２７ａからクランクケース１５内への空気いわゆる新気の流れ（図５中、矢印Ｙ１参照）を許容し、かつ、その逆方向への流れすなわち逆流（図５中、矢印Ｙ３参照）を阻止する。また、前記サージタンク２１にはブローバイガス導入口３４が形成されている。ブローバイガス導入口３４には、前記ブローバイガス通路３６の他端（下流端）が連通されている。なお、逆流防止弁３２は、必要に応じて設けられるものであり、省略することもできる。

次に、前記ブローバイガス還元装置１０の作動について説明する。エンジン１２の低、中負荷時においては、スロットルバルブ２４ａがほぼ全閉に近い状態にある。このため、吸気通路２７の下流側の吸気通路部２７ｂに上流側の吸気通路部２７ａより大きな吸気負圧（真空側に大きくなる吸気負圧）が発生する。したがって、エンジン本体１３内のブローバイガスが、ブローバイガス通路３６を通じて下流側の吸気通路部２７ｂに導入される（図５中、矢印Ｙ２参照）。このとき、ブローバイガス通路３６を流れるブローバイガスの流量がＰＣＶバルブ４０（後述する）によって制御される。

また、ブローバイガスがエンジン本体１３内からブローバイガス通路３６を通じて下流側の吸気通路部２７ｂに導入されるにともない逆流防止弁３２が開弁する。これにより、吸気通路２７の上流側の吸気通路部２７ａの新気が、新気導入通路３０を通じてエンジン本体１３内に導入される（図５中、矢印Ｙ１参照）。そして、エンジン本体１３内に導入された新気は、ブローバイガスとともにブローバイガス通路３６を通じて下流側の吸気通路部２７ｂに導入される（図５中、矢印Ｙ２参照）。上記のようにして、エンジン本体１３内が掃気される。

また、エンジン１２の高負荷においては、スロットルバルブ２４ａの開度が大きくなる。したがって、吸気通路２７の下流側の吸気通路部２７ｂの圧力が大気圧に近づく。したがって、エンジン本体１３内のブローバイガスが下流側の吸気通路部２７ｂ内に導入されにくくなり、エンジン本体１３内の圧力も大気圧に近づく。このため、上流側の吸気通路部２７ａから新気導入通路３０を通ってエンジン本体１３内に導入される新気の流量も減少する。また、逆流防止弁３２の閉弁によって、エンジン本体１３内から新気導入通路３０へのブローバイガスの逆流（図５中、矢印Ｙ３参照）が阻止される。

前記ブローバイガス通路３６には、ブローバイガスの流量を制御するための流量制御弁としてのＰＣＶバルブ４０が設けられている。ＰＣＶバルブ４０は、上流側圧力と下流側圧力との差圧すなわち吸気負圧（「ブースト圧」ともいう）に応じてブローバイガスの流量を制御すなわち計量する。これにより、エンジン１２で発生するブローバイガスの量に見合った流量のブローバイガスを下流側の吸気通路部２７ｂに流すことができる。

次に、ＰＣＶバルブ４０について説明する。図１はＰＣＶバルブを示す断面図である。なお、説明の都合上、図１の左側を前側とし、その右側を後側として説明を行う。
図１に示すように、ＰＣＶバルブ４０のケース４２は、例えば樹脂製で、中空円筒状に形成されている。ケース４２内の中空部は、軸方向（図１において左右方向）に延びるブローバイガス通路（「ガス通路」という）５０となっている。ケース４２は、後端部（図１において右端部）にガス通路５０の流入口５１を有し、また、前端部（図１において左端部）にガス通路５０の流出口５２を有する。また、流入口５１は、前記ブローバイガス通路３６（図５参照）の上流側の通路部に接続される。また、流出口５２は、ブローバイガス通路３６の下流側の通路部に接続される。したがって、ガス通路５０には、流体であるブローバイガスが流れる。また、流入口５１は、前記シリンダヘッドカバー１８のブローバイガス取出口１８ｂに接続される場合もある。なお、ガス通路５０は本明細書でいう「流体通路」に相当する。

前記ケース４２は、軸方向（図１において左右方向）に二分割された前後一対のケース半体４２ａ，４２ｂを相互に接合することによって構成されている。前側のケース半体４２ａの中央部には、内径を小さくする中空円筒状の張出壁部４３が同心状に形成されている。張出壁部４３の内壁面によって中空円筒孔からなる計量部４４が形成されている。また、後側のケース半体４２ｂ内すなわちガス通路５０のガス流入側（図１において右側）には、中空円筒状の上流側の通路壁面４５が形成されている。上流側の通路壁面４５内が上流側の通路部５３となっている。また、前側のケース半体４２ａの張出壁部４３よりもガス流出側（図１において左側）には、中空円筒状の下流側の通路壁面４７が形成されている。下流側の通路壁面４７内が下流側の通路部５４となっている。また、後側のケース半体４２ｂの後端部には、上流側の通路壁面４５よりも径方向内方へフランジ状に突出する端壁４８が同心状に形成されている。端壁４８内の中空孔部により前記流入口５１が形成されている。

前記ケース４２内すなわちガス通路５０には、例えば樹脂製の弁体６０が軸方向（図１において左右方向）に移動可能に配置されている。図２は弁体を示す側面図である。
図２に示すように、弁体６０は、先細りの段付軸状に形成されている。弁体６０の先端部分すなわち前半部分（図２において左半部分）の外周面には、計量面６２が形成されている。計量面６２は、先端側の円筒状の小径面部６３と、基端側の円筒状で小径面部６３よりも大きい外径を有する大径面部６４と、小径面部６３と大径面部６４との間において小径側から大径側へ向けて徐々に拡径するテーパ面部６５とを同心状に有する。なお、計量面６２において、テーパ面部６５の大径側端部から基部側終端部までの間に存在する段差面及び／又はテーパ面等については、微小な変化のため無視するものとする。また、弁体６０の後端部（図２において右端部）には、径方向外方へ突出するフランジ状のガイド部６７が同心状に形成されている。ガイド部６７の外周面には、複数の平面状の切欠面６７ｂが周方向に等間隔で形成されている。隣り合う切欠面６７ｂの相互間は円弧状面６７ａになっている。

図１に示すように、前記弁体６０は、前記ケース４２内に軸方向に移動可能に配置されている。弁体６０の計量面６２は、ケース４２の計量部４４内に遊嵌状に挿入されている。計量部４４と計量面６２との間には、ブローバイガスが流れる環状の隙間７０が形成されている。したがって、弁体６０が前方（図１において左方）へ移動するにしたがって隙間７０の通路断面積が減少される。また逆に、弁体６０が後方（図１において右方）へ移動するにしたがって隙間７０の通路断面積が増大される。また、弁体６０の計量面６２は、弁体６０の最後退位置と最前進位置との間の作動範囲において計量部４４内に対応する。また、弁体６０の作動範囲において、計量部４４内に対応する弁体６０の計量面６２の範囲が図２に６２Ｒで示されている。また、計量面６２の大径面部６４の範囲が図２に６２Ｒａで示されている。また、弁体６０のガイド部６７の円弧状面６７ａは、ケース４２の上流側の通路壁面４５に摺動可能に嵌合されている。ガイド部６７の切欠面６７ｂと上流側の通路壁面４５との間には、ブローバイガスが流れるＤ字状の隙間７２が形成されている。

図１に示すように、前記ケース４２と前記弁体６０との間には、コイルスプリング７４が介装されている。詳しくは、コイルスプリング７４は、弁体６０に嵌合され、ケース４２の張出壁部４３と弁体６０のガイド部６７との対向面間に介装されている。コイルスプリング７４は、弁体６０を流入口５１側（図１において右方）に向けて付勢する。なお、コイルスプリング７４については後で詳しく説明する。

次に、前記ＰＣＶバルブ４０（図１参照）の作動について説明する。エンジン１２の停止中は吸気通路２７（図５参照）に吸気負圧（ブースト圧）が発生しないため、弁体６０はコイルスプリング７４によって付勢され、そのガイド部６７がケース４２の端壁４８に当接した状態（全開状態）となる。一方、エンジン１２が始動されると流出口５２を通じて吸気通路２７の吸気負圧がケース４２のガス通路５０に導入されるため、その吸気負圧の作用により弁体６０はコイルスプリング７４の付勢力に抗して流出口５２側に移動される。

ここで、エンジン１２の低負荷時には、スロットルバルブ２４ａ（図５参照）の開度が小さく、吸気通路２７に発生する吸気負圧が大きくなるため、弁体６０が前方へ移動される。これにともない、ケース４２の計量部４４と弁体６０の計量面６２との間の隙間７０の通路断面積は最小又はほぼ最小になり、ガス通路５０を流れるブローバイガスの流量は少なくなる。また、エンジン１２の中負荷時には、スロットルバルブ２４ａの開度が大きく、吸気通路２７に発生する吸気負圧が小さくなるため、弁体６０はコイルスプリング７４によって後方へ移動される。これにともない、ケース４２の計量部４４と弁体６０の計量面６２との間の隙間７０の通路断面積は大きくなり、ガス通路５０を流れるブローバイガスの流量はエンジン１２の低負荷時よりも多くなる。また、エンジン１２の高負荷時には、スロットルバルブ２４ａの開度が全開又は全開近くになり、吸気通路２７に発生する吸気負圧がほとんどなくなるため、弁体６０はコイルスプリング７４により最後退位置（全開）又は最後退位置付近に後退される。これにともない、ケース４２の計量部４４と弁体６０の計量面６２との間の隙間７０に形成される通路断面積は最大又はほぼ最大になり、ガス通路５０を流れるブローバイガスの流量は中負荷時よりも多くなる。

次に、前記コイルスプリング７４について詳しく説明する。図３は円筒型２段ピッチコイルスプリングを示す側面図である。
図３に示すように、コイルスプリング７４は、圧縮量の増加にしたがってバネ定数が段階的に大きくなる非線形特性を有する円筒型不等ピッチコイルスプリング（コイルスプリングと同一符号を付す）７４である。詳しくは、コイルスプリング７４は、前端部側の巻線部分（「第１領域」という）７４ａにおける素線間のピッチが、残りの巻線部分（「第２領域」という）７４ｂの素線間におけるピッチに対して短い円筒型２段ピッチコイルスプリング（コイルスプリングと同一符号を付す）７４になっている。すなわち、第１領域７４ａのバネ定数が第２領域７４ｂのバネ定数よりも小さくなっている。また、第１領域７４ａは、ケース４２の計量部４４に対する弁体６０の計量面６２の小径面部６３及びテーパ面部６５を含む先端側部分の移動ストロークに対応している。また、コイルスプリング７４は、ケース４２内に対して、第１領域７４ａを前向きとし、第２領域７４ｂを後向きにして配置されている（図１参照）。これにより、ブローバイガスをコイルスプリング７４の素線間の隙間にスムーズに流すことができる。

図４はＰＣＶバルブのブースト圧と弁体の移動ストロークとの関係を示す特性線図である。
図４に示すように、特性線Ｌは、変異点Ｐを有しており、ブースト圧（吸気負圧）が変異点Ｐ未満のときの特性線Ｌａの単位圧力当りの弁体６０の移動ストロークが、ブースト圧が変異点Ｐ以上のときの特性線Ｌｂの単位圧力当りの弁体６０の移動ストロークよりも大きくなっている。すなわち、ＰＣＶバルブ４０（図１参照）の円筒型２段ピッチコイルスプリング７４は、ＰＣＶバルブ４０の全開状態から圧縮されると、主に第１領域７４ａのピッチを小さくするように弾性変形しつつ、弁体６０の移動ストローク及び第１領域７４ａのばね定数により決まるバネ反力を発生する（図４の特性線Ｌａ参照）。円筒型２段ピッチコイルスプリング７４が更に圧縮されると、第１領域７４ａの隣り合う素線同士が当接した状態になる（図４の変異点Ｐ参照）。それ以降の圧縮時には、円筒型２段ピッチコイルスプリング７４は、第２領域７４ｂが圧縮方向へ弾性変形することから、弁体６０の移動ストローク及び第２領域７４ｂのばね定数により決まるバネ反力を発生する（図４の特性線Ｌｂ参照）。

前記したＰＣＶバルブ４０（図１参照）によると、コイルスプリング７４が、圧縮量の増加にしたがってバネ定数が段階的に大きくなる非線形特性を有する円筒型２段ピッチコイルスプリング（円筒型不等ピッチコイルスプリング）７４である。このため、コイルスプリング７４の圧縮にともないバネマス系（弁体６０及びコイルスプリング７４）の固有振動数が変化する。これにより、エンジン振動や吸気脈動における特定の周波数でのバネマス系の共振を防止することができる。このことは、流量特性の悪化や摺動部の異常摩耗の防止に有効である。

また、前記円筒型２段ピッチコイルスプリング７４は、２段階の非線形特性を有し、コイルスプリング７４の小さいバネ定数の第１領域７４ａ（図３参照）は、ケース４２の計量部４４に対する弁体６０の計量面６２の小径面部６３及びテーパ面部６５を含む先端側部分の移動ストロークに対応する。したがって、コイルスプリング７４の小さいバネ定数の第１領域７４ａにおける単位圧力当りの弁体６０の移動ストロークを、残りのバネ定数の領域である第２領域７４ｂにおける単位圧力当りの弁体６０の移動ストロークよりも増大することができる。このため、弁体６０の計量面６２のテーパ面部６５のテーパ角θ（図２参照）を緩和しながら最小流量を増大（小径面部６３の外径ｄ２を小径化）するとともに、弁体６０の計量面６２の大径面部６４（図２中、範囲６２Ｒａ参照）の軸方向長さを短縮することができる。なお、テーパ角θは、弁体６０の軸線６０Ｌとテーパ面部６５とのなす角度である。

この点について比較例１、２を参照して説明する。
［比較例１］
図６は比較例１にかかるＰＣＶバルブの一部を示す断面図、図７はＰＣＶバルブのブースト圧と弁体の弁体の移動ストロークとの関係を示す特性線図である。
比較例１は、図６に示すように、ＰＣＶバルブ４０のコイルスプリングに、図７に示す特性線Ｌ１で表される円筒型等ピッチコイルスプリング７６を用いたものである。円筒型等ピッチコイルスプリング７６のバネ定数は一定である。この場合、弁体６０の計量面６２のテーパ面部６５のテーパ角をθ１とする。また、弁体６０の計量面６２の小径面部６３の外径をｄ１とする。エンジンの高負荷時すなわちアクセルの全開領域で、弁体６０の全開又は全開付近において、ブローバイガスの流量を増やしたい場合は、弁体６０の計量面６２の小径面部６３の外径ｄ１を外径ｄ２に小径化する。すると、テーパ面部６５のテーパ角θ１はテーパ角θ２に大きくなるすなわち急になる。このため、弁体６０のぶれによるケース４２の張出壁部４３の隅角部４３ａに対する弁体６０のテーパ面部６５の接触時における弁体６０の作動性及び耐摩耗性に不利になることが予想される。なお、図６中、二点鎖線６３は外径ｄ２の小径面部６３を示し、二点鎖線６５はテーパ角θ２のテーパ面部６５を示している。

［比較例２］
図８は比較例２にかかるＰＣＶバルブの一部を示す断面図、図９はＰＣＶバルブのブースト圧と弁体の弁体の移動ストロークとの関係を示す特性線図である。
比較例２は、図８に示すように、ＰＣＶバルブ４０のコイルスプリングに、図９に示す特性線Ｌ２で表される円筒型等ピッチコイルスプリング７８を用いたものである。なお、図８に比較例１の円筒型等ピッチコイルスプリング７６の特性線Ｌ１が付記されている。円筒型等ピッチコイルスプリング７８は、前記比較例１の円筒型等ピッチコイルスプリング７６よりも小さいバネ定数で一定である。例えば、円筒型等ピッチコイルスプリング７８のバネ定数を、前記比較例１の円筒型等ピッチコイルスプリング７６のバネ定数の１／２とする。すると、弁体６０の移動ストロークは、比較例１の弁体６０の移動ストロークに比べて２倍となる。このため、弁体６０の計量面６２のテーパ面部６５のテーパ角を比較例１のテーパ角θ１と同じにしたまま、計量面６２の小径面部６３の外径をｄ２に小径化することができる（図８参照）。しかし、弁体６０の計量面６２の大径面部６４の軸方向長さが長大化するため、ＰＣＶバルブ４０の大型化及び重量増加し、エンジン１２に対するＰＣＶバルブ４０の搭載に不利になることが予想される。

本実施形態のＰＣＶバルブ４０（図１参照）によると、スプリングに、図４に特性線Ｌで表される円筒型２段ピッチコイルスプリング７４を用いている。すなわち、特性線Ｌにおける特性線Ｌａは、前記比較例２の円筒型等ピッチコイルスプリング７８（図８参照）の特性線Ｌ２（図９参照）と同じに設定する。また、特性線Ｌｂは、前記比較例１の円筒型等ピッチコイルスプリング７６（図６参照）の特性線Ｌ１（図７参照）と同じに設定する。これにより、弁体６０の計量面６２のテーパ面部６５のテーパ角θ（図２参照）を比較例１のテーパ角θ１（図６参照）と同じにしたまま、計量面６２の小径面部６３の外径をｄ２（図２参照）に小径化することにより最小流量を増大することができる。また、弁体６０の計量面６２の大径面部６４の軸方向長さを前記比較例１（図６参照）の軸方向長さと同じにすることができる。

［実施形態２］
実施形態２について説明する。本実施形態は、前記実施形態１のコイルスプリング７４を変更したものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明を省略する。図１０はＰＣＶバルブを示す断面図、図１１はコイルスプリングを示す側面図である。
図１０に示すように、本実施形態は、前記実施形態１（図１及び図３参照）におけるコイルスプリング７４に代えて、鼓型コイルスプリング８０（図１１参照）を用いたものである。鼓型コイルスプリング８０は、両端部の巻線部分（第１領域８０ａ）のバネ定数が中央部の巻線部分（第２領域８０ｂ）のバネ定数よりも小さくなっている。鼓型コイルスプリング８０によると、方向性がないため、ケース４２内に前後逆向きでも配置することができる。

［実施形態３］
実施形態３について説明する。本実施形態は、前記実施形態１のコイルスプリング７４を変更したものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明を省略する。図１２はＰＣＶバルブを示す断面図、図１３はコイルスプリングを示す側面図である。
図１２に示すように、本実施形態は、前記実施形態１（図１及び図３参照）におけるコイルスプリング７４に代えて、樽型コイルスプリング８２（図１３参照）を用いたものである。樽型コイルスプリング８２は、中央部の巻線部分（第１領域８２ａ）のバネ定数が両端部の巻線部分（第２領域８２ｂ）のバネ定数よりも小さくなっている。樽型コイルスプリング８２によると、方向性がないため、ケース４２内に前後逆向きでも配置することができる。

［実施形態４］
実施形態４について説明する。本実施形態は、前記実施形態１のコイルスプリング７４を変更したものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明を省略する。図１４はＰＣＶバルブを示す断面図、図１５はコイルスプリングを示す側面図である。
図１４に示すように、本実施形態は、前記実施形態１（図１及び図３参照）におけるコイルスプリング７４に代えて、円筒型ピッチ徐変コイルスプリング８４（図１５参照）を用いたものである。円筒型ピッチ徐変コイルスプリング８４は、後端から前端に向かって素線間のピッチが徐々に小さくなっており、バネ定数が後端から前端に向かって徐々に小さくなっている。円筒型ピッチ徐変コイルスプリング８４は、圧縮量の増加にしたがってバネ定数が連続的に大きくなる非線形特性を有するコイルスプリングである。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明は、ＰＣＶバルブ４０に限らず、ブローバイガス以外の流体の流量を制御する流量制御弁にも適用することもできる。また、ケース４２及び／又は弁体６０は、樹脂製に限らず、金属製でもよい。

１０…ブローバイガス還元装置
１２…エンジン（内燃機関）
４０…ＰＣＶバルブ（流量制御弁）
４２…ケース
４４…計量部
５１…流入口
５２…流出口
６０…弁体
６２…計量面
６３…先端側の小径面部
６４…基端側の大径面部
６５…テーパ面部
７０…隙間
７４…コイルスプリング（円筒型不等ピッチコイルスプリング、円筒型２段ピッチコイルスプリング）
８０…鼓型コイルスプリング（コイルスプリング）
８２…樽型コイルスプリング（コイルスプリング）
８４…円筒型ピッチ徐変コイルスプリング（コイルスプリング）

Claims

流入口及び流出口を有するケースと、
前記ケース内に軸方向に往復動可能に配置された弁体と、
前記弁体を流入口側へ付勢するコイルスプリングと
を備え、
前記ケース内に計量部が形成され、
前記弁体の先端部分の外周面には、前記計量部内に挿入される計量面が形成され、
前記弁体の計量面は、先端側の小径面部と基端側の大径面部との間において小径側から大径側へ向けて徐々に拡径するテーパ面部を有し、
流入側圧力と流出側圧力との差圧に応じて前記弁体が移動することにより、前記ケースの計量部と前記弁体の計量面との間の隙間を流れる流体の流量を制御する流量制御弁であって、
前記コイルスプリングは、圧縮量の増加にしたがってバネ定数が段階的又は連続的に大きくなる非線形特性を有するコイルスプリングである
ことを特徴とする流量制御弁。
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記コイルスプリングは、少なくとも２段階の非線形特性を有し、
前記コイルスプリングの小さいバネ定数の領域は、少なくとも前記ケースの計量部に対する前記弁体の計量面のテーパ面部を含む先端側部分の移動ストロークに対応する
ことを特徴とする流量制御弁。
請求項１又は２に記載の流量制御弁であって、
前記コイルスプリングは、円筒型不等ピッチコイルスプリング、鼓型コイルスプリング、樽型コイルスプリングのうちのいずれか１つであることを特徴とする流量制御弁。
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記コイルスプリングは、バネ定数が連続的に変化する円筒型ピッチ徐変コイルスプリングであることを特徴とする流量制御弁。