JP2017096174A

JP2017096174A - 弁装置

Info

Publication number: JP2017096174A
Application number: JP2015229170A
Authority: JP
Inventors: 田中　篤; Atsushi Tanaka; 篤田中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-11-24
Also published as: JP6443310B2

Abstract

【課題】内燃機関の吸気系統に組み入れられる弁装置において、バネとガイドとの接触を抑制する。
【解決手段】弁装置１において、バネ７は、軸方向の一端にバルブギア６に係合する第１フック２１を有し、軸方向の他端にハウジング３に係合する第２フック２２を有している。第１フック２１は、バネ７の一端に接続しバネの外径方向に延びる径方向直線部３０と、径方向直線部３０の外径側の端に接続しバネ７の軸方向に延びる軸方向直線部３１とを有している。バルブギア６は、第１フック２１がバルブギア６に係合し中間フック２５が係止部９に係合するときに、径方向直線部３０に当接する当接部３５と軸方向直線部３１が収容される収容部３７を備えている。
これにより、収容部３７は、径方向直線部３０を回転中心とする回転モーメントを抑制するように軸方向直線部３１に力を作用させることができ、バネ７の軸がガイド８の軸から傾くことを抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気系統に組み入れられる弁装置に関する。

従来から、内燃機関の吸気系統に組み入れられる弁装置では、以下に説明するハウジング、弁体、シャフト、バルブギア、バネ、ガイド、および、係止部を備える構成が公知となっている。
ハウジングは、内燃機関の吸気系統を構成する流路を有する。弁体は、流路に収容され、流路の開度を回転することで調整する。シャフトは、円柱状であって、弁体と一体に回転する。バルブギアは、シャフトと一体に回転するとともに、アクチュエータからの回転駆動力をシャフトに伝達する。

バネは、シャフトと同軸に配される円筒状のコイルスプリングである。そして、バネは、捩じられることで弁体を開弁方向に付勢する第１コイルと、捩じられることで弁体を閉弁方向に付勢する第２コイルとを有する。ここで、第１コイルと第２コイルとは、中間フックにより連結されている。また、バネは、軸方向の一端にバルブギアに係合する第１フックを有し、軸方向の他端にハウジングに係合する第２フックを有している。そして、第１フックは、バネの一端に接続しバネの外径方向に延びる径方向直線部を有する。

ガイドは、バネと同軸にバネの内周側に配されることでバネの径方向の変動を抑制する。
そして、係止部は、中間フックが係合することで弁体の開度を中間開度とする。
なお、このような構成の弁装置においては、アクチュエータが予期せず停止した場合であっても、中間フックが係止部に係合することで弁体の開度を中間開度とすることができ、車両の退避行動を行うことができる。

このような構成の弁装置においては、組み付け時におけるバネの径方向への偏心により、バネとガイドとに接触が生じてしまい、摺動抵抗が大きくなるという不具合があった。
そこで、組み付け時のバネの径方向の偏心を考慮して、バネを成形することで、組み付けられた際におけるバネとガイドとの接触部位を減らし摺動抵抗を減らす構成が公知となっている（特許文献１参照。）。

近年、内燃機関の燃費向上等のため、より高い応答性の弁装置が求められている。そこで、上記構成の弁装置においても応答性向上のため、更なるバネとガイドとの摺動抵抗の低減が求められている。
ここで、発明者による鋭意研究によって、例えば、第１フック１０１がバルブギア１０２に係合し、中間フック１０３が係止部１０５に係合するときに、径方向直線部１０６を回転中心としてバネ１０７の軸ｘがガイド１０８の軸ｙから傾くことで、バネ１０７とガイド１０８との間に接触が生じてしまい、摺動抵抗を増加させる要因の一つとなっていることが見出された（図９参照。）。
なお、図中白抜き矢印は、中間フック１０３および径方向直線部１０６に作用する力の方向を表し、矢印は軸ｘの傾く方向を表している。

特開２００４−３０１１１８号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関の吸気系統に組み入れられる弁装置において、バネとガイドとの接触を抑制することにある。

本願発明の弁装置は、以下に説明するハウジング、弁体、シャフト、バルブギア、バネ、ガイド、および、係止部を備える。
ハウジングは、内燃機関の吸気系統を構成する流路を有する。弁体は、流路に収容され、流路の開度を回転することで調整する。シャフトは、円柱状であって、弁体と一体に回転する。バルブギアは、シャフトと一体に回転するとともに、アクチュエータからの回転駆動力をシャフトに伝達する。

バネは、シャフトと同軸に配される円筒状のコイルスプリングである。そして、バネは、捩じられることで弁体を開弁方向に付勢する第１コイルと、捩じられることで弁体を閉弁方向に付勢する第２コイルとを有する。ここで、第１コイルと第２コイルとは、中間フックにより連結されている。ガイドは、バネと同軸にバネの内周側に配されることでバネの径方向の変動を抑制する。そして、係止部は、中間フックが係合することで弁体の開度を中間開度とする。

また、バネは、軸方向の一端に前記バルブギアに係合する第１フックを有し、軸方向の他端に前記ハウジングに係合する第２フックを有している。
ここで、第１フックは、バネの一端に接続しバネの外径方向に延びる径方向直線部と、この径方向直線部の外径側の端に接続しバネの軸方向に延びる軸方向直線部とを有している。
そして、バルブギアは、第１フックがバルブギアに係合し中間フックが係止部に係合するときに、径方向直線部に当接する当接部と、軸方向直線部が収容される収容部とを備えている。

これにより、第１フックとバルブギアとが径方向直線部において当接し、径方向直線部を回転中心としてバネの軸がガイドの軸から傾いても、軸方向直線部は収容部に当接することができる。
このため、収容部は、径方向直線部を回転中心とする回転モーメントを抑制するように軸方向直線部に力を作用させることができ、バネの軸がガイドの軸から傾くことを抑制することができる。
以上により、内燃機関の吸気系統に組み入れられる弁装置において、バネとガイドの接触を抑制することができる。

吸気制御装置の部分断面図である（実施例１）。弁装置の斜視図である（実施例１）。弁装置の要部側面図である（実施例１）。弁装置の斜視図である（実施例２）。弁装置の斜視図である（実施例３）。弁装置の斜視図である（実施例４）。弁装置の要部側面図である（変形例）。弁装置の要部側面図である（変形例）。弁装置の側面図である（従来例）。

〔実施例１の構成〕
実施例１の弁装置１の構成を図１および図２に基づき説明する。
弁装置１は、内燃機関（図示せず。）の吸気制御装置の一部であり、吸気系統を構成する流路２を開閉するものである。
弁装置１は、以下に説明するハウジング３、弁体４、シャフト５、バルブギア６、バネ７、ガイド８、係止部９を備える。
ハウジング３は、金属材料、例えば、アルミニウム合金製であって、内部に流路２が設けられている。

弁体４は、例えば、円板状のバラフライ弁であって、流路２に収容され、回転することによって流路２の開度を調整する。シャフト５は、円柱状であって、その軸αを中心として弁体４と一体に回転する。
なお、弁体４は、シャフト５に設けられたスリット状の挿入孔に嵌め込まれた状態でネジ等によって締結されることで、シャフト５に固定されている。

バルブギア６は、シャフト５と一体に回転するとともに、アクチュエータ１１からの回転駆動力をシャフト５に伝達する。
また、バルブギア６には、シャフト５の軸方向に延設される延設部６ａが設けられている。

アクチュエータ１１は、例えば、直流電動モータであり、アクチュエータ１１の回転出力軸と一体に回転するギア１４を有する。そして、アクチュエータ１１の回転は、ギア１４によって回転駆動される中間ギア１５と、中間ギア１５によって回転駆動されるバルブギア６の組み合わせにより減速される。すなわち、アクチュエータ１１からの回転駆動力は増幅されてシャフト５に伝達される。

なお、アクチュエータ１１は、例えば、ＥＣＵ（図示せず。）によってバッテリ（図示せず。）からの電圧印加を制御することで回転駆動が制御されている。ここで、ＥＣＵは、内燃機関に対する制御の中枢を成すものであり、車両に搭載されて内燃機関の運転状態や制御状態を示すパラメータを検出する各種センサから信号が入力される。また、ＥＣＵは、入力された信号を処理する入力回路、入力された信号に基づき、内燃機関の制御に関する制御処理を行うＣＰＵ、内燃機関の制御に必要なデータやプログラム等を記憶して保持する各種のメモリ、ＣＰＵの処理結果に基づき、内燃機関の制御に必要な信号を出力する出力回路等を備えて構成される。

バネ７は、円筒状のコイルスプリングであって、バネ７の軸βが、軸αと同軸となるようにシャフト５の周囲に配置され、ハウジング３とバルブギア６との間に組み付けられている。
また、バネ７は、軸方向の一端にバルブギア６に係合する第１フック２１を有し、軸方向の他端にハウジング３に係合する第２フック２２を有している。

ここで、バネ７は、第１コイル７ａと第２コイル７ｂとを有する。そして、第１コイル７ａと第２コイル７ｂとがＵ字状の中間フック２５により連結されている。
ここで、中間フック２５は、延設部６ａに係脱自在であって、延設部６ａと係合した状態でバルブギア６の回転に伴って回転することができる。
なお、第１コイル７ａおよび第２コイル７ｂの軸が、軸βとなっている。

ガイド８は、円筒状であり、ガイド８の軸γが軸βと同軸になるようにバネ７の内周側に配されることで、捩じりや重力の作用によるバネ７の径方向の変動を抑制している。
より具体的には、バネ７は、ハウジング３とバルブギア６とにより形成されるバネ収容空間２６に配されており、バネ収容空間２６を区画する内周側の壁面がガイド８となっている。すなわち、ガイド８は、バルブギア６の円筒部とハウジング３の円筒部とから構成されている。

係止部９は、中間フック２５が係合することで弁体４の開度を中間開度とする。
係止部９は、バネ収容空間２６の内周側に突出するようにハウジング３に固定されている。そして、アクチュエータ１１の故障等によりバルブギア６に伝達される回転駆動力が消失した際に、第１コイル７ａまたは第２コイル７ｂの付勢力によって機械的に係止部９に中間フック２５が係合することで、弁体４の開度は中間開度となる。
なお、中間開度とは、全閉状態と全開状態の中間の弁体４の開度であり、バルブギア６に伝達される回転駆動力が消失した際に、中間フック２５に作用する開弁側の力と閉弁側の力の釣り合う位置における弁体４の開度のことである。

より具体的には、中間開度より閉弁側にバルブギア６が駆動された場合、第１フック２１とバルブギア６とが当接するとともに中間フック２５が係止部９に係合することで、第１コイル７ａが捩じられて、弁体４を開弁側に付勢する付勢力が発生する。そして、バルブギア６に伝達される回転駆動力が消失した際に、第１コイル７ａによる開弁側に付勢する付勢力が消失するまでバルブギア６が回転駆動され、弁体４の開度は中間開度となる。

また、中間開度より開弁側にバルブギア６が駆動された場合、延設部６ａと中間フック２５とが係合するとともに、第２フック２２とハウジング３とが当接することで、第２コイル７ｂが捩じられて、弁体４を閉弁側に付勢する付勢力が発生する。そして、バルブギア６に伝達される回転駆動力が消失した際に、第２コイル７ｂによる閉弁側への付勢力によって中間フック２５と係合する延設部６ａを介して、バルブギア６は閉弁側に回転駆動される。そして、中間フック２５は、係止部９に係合することにより延設部６ａへの閉弁側への付勢力を失い、バルブギア６の閉弁側への回転駆動力も消失し、弁体４の開度は中間開度となる。

すなわち、バルブギア６が中間開度より開弁側に駆動されると閉弁側への付勢力が発生し、バルブギア６が中間開度より閉弁側に駆動されると開弁側への付勢力が発生するため、中間開度から何れの側に駆動されていたとしても、バルブギア６へ伝達される回転駆動力が消失した際に、弁体４の開度は中間開度に戻されることになる。

〔実施例１の特徴〕
次に、実施例１の特徴的な構成について図２および図３を用いて説明する。
第１フック２１は、バネ７の一端に接続する。より具体的には、第１フック２１は、第１コイル７ａの中間フック２５に連結しない側の端に接続する。
そして、第１フック２１は、第１コイル７ａの外径方向に延びる径方向直線部３０を有する。さらに、第１フック２１は、径方向直線部３０の外径側の端に接続し第１コイル７ａの軸方向に延びる軸方向直線部３１を有する。

そして、バルブギア６は、第１フック２１がバルブギア６に係合し中間フック２５が係止部９に係合するときに、径方向直線部３０に当接する当接部３５と、軸方向直線部３１が収容される収容部３７とを備える。
より具体的には、収容部３７は、バルブギア６に設けられるバネ７の軸方向に延びる溝であり、溝幅は軸方向直線部３０の幅と略等しくなっている。

〔実施例１の効果〕
実施例１の弁装置１によれば、バネ７は、軸方向の一端にバルブギア６に係合する第１フック２１を有し、軸方向の他端にハウジング３に係合する第２フック２２を有している。
ここで、第１フック２１は、第１コイル７ａの一端に接続し第１コイル７ａの外径方向に延びる径方向直線部３０と、径方向直線部３０の外径側の端に接続し第１コイル７ａの軸方向に延びる軸方向直線部３１とを有している。
そして、バルブギア６は、第１フック２１がバルブギア６に係合し中間フック２５が係止部９に係合するときに、径方向直線部３０に当接する当接部３５と、軸方向直線部３１が収容される収容部３７とを備えている。

これにより、第１フック２１とバルブギア６とが径方向直線部３０において当接し、径方向直線部３０を回転中心として第１コイル７ａの軸βがガイド８の軸γから傾いても、軸方向直線部３１は収容部３７の壁に当接することができる。
このため、収容部３７は、径方向直線部３０を回転中心とする回転モーメントを抑制するように軸方向直線部３１に力を作用させることができ、軸βが軸γから傾くことを抑制することができる（図３矢印および点線矢印参照。）。
以上により、内燃機関の吸気系統に組み入れられる弁装置１において、バネ７とガイド８の接触を抑制することができる。

なお、図３において白抜き矢印は、径方向直線部３０、中間フック２５、および、軸方向直線部３１に作用する力の方向を表している。また、矢印は、中間フック２５に作用する力により、軸βが傾く方向を表し、点線矢印は、軸方向直線部３１に作用する力により軸βが傾く方向を表している。

〔実施例２〕
実施例２について、実施例１と異なる部分を中心に図４を用いて説明する。
なお、以下の実施例においては、実施例１と同一機能物には同一の符号を付してある。
実施例２の弁装置１によれば、第１フック２１は、軸方向直線部３１の径方向直線部３０と接続しない端に接続し、第１コイル７ａの内径方向に延びる追加直線部３８を有する。
より具体的には、追加直線部３８は、バルブギア６に設けられる溝３９に収容されている。

これにより、第１コイル７ａの軸βがガイド８の軸γから傾いた際に、追加直線部３８も溝３９の壁に当接でき、第１フック２１のバルブギア６への当接部位を増やすことができる。このため、収容部３７に作用する力を分散させることができ、収容部３７の摩耗を抑制することができる。
また、図示するように、第１フック２１は、径方向直線部３０、軸方向直線部３１、および、追加直線部３８によってバルブギア６を挟み込むようにも構成できるため、この場合、第１フック２１を収容部３７から外れにくくすることもできる。

〔実施例３〕
実施例３について、実施例１と異なる部分を中心に図５を用いて説明する。
実施例３の弁装置１によれば、第２フック２２は、バネ７の他端に接続する。より具体的には、第２フック２２は、第２コイル７ｂの中間フック２５に連結しない側の端に接続する。
そして、第２フック２２は、第２コイル７ｂの外径方向に延びる径方向直線部４０を有する。さらに、第２フック２２は、径方向直線部４０の外径側の端に接続し第２コイル７ｂの軸方向に延びる軸方向直線部４１を有する。

そして、ハウジング３は、中間フック２５が延設部６ａを介して、バルブギア６に係合し第２フック２２がハウジング３に係合するときに、径方向直線部４０に当接する当接部４５と、軸方向直線部４１が収容される収容部４７とを備える。
ここで、第２フック２２は、ハウジング３と係合部４８において係合する。なお、係合部４８は、ハウジング３の一部であり、バネ収容空間２６へと突き出して設けられている。
また、収容部４７は、係合部４８に設けられる第２コイル７ｂの軸方向に延びる溝であり、第２フック２２の幅に略等しい幅となっている。

これにより、第２フック２２と係合部４８とが径方向直線部４０において当接し、径方向直線部４０を回転中心として第２コイル７ｂの軸βがガイド８の軸γから傾いても、軸方向直線部４１は収容部４７の壁に当接することができる。
このため、収容部４７は、径方向直線部４０を回転中心とする回転モーメントを抑制するように軸方向直線部４１に力を作用させることができ、軸βが軸γから傾くことを抑制することができる。
以上により、内燃機関の吸気系統に組み入れられる弁装置１において、バネ７とガイド８の接触を抑制することができる。

〔実施例４〕
実施例４について、実施例３と異なる部分を中心に図６を用いて説明する。
実施例４の弁装置１によれば、第２フック２２は、軸方向直線部４１の径方向直線部４０と接続しない端に接続し、第２コイル７ｂの内径方向に延びる追加直線部４９を有する。
より具体的には、追加直線部４９は、係合部４８に設けられる溝５０に収容されている。

これにより、第２コイル７ｂの軸βがガイド８の軸γから傾いた際に、追加直線部４９も溝５０の壁に当接でき、第２フック２２の係合部４８への当接部位を増やすことができる。このため、収容部４７に作用する力を分散させることができ、収容部４７の摩耗を抑制することができる。
また、図示するように、第２フック２２は、径方向直線部４０、軸方向直線部４１、および、追加直線部４９によって係合部４８を挟み込むようにも構成できるため、この場合、第２フック２２を収容部４７から外れにくくすることもできる。

〔変形例〕
本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
例えば、実施例１の弁装置１は、軸方向直線部３１がバネ７の存しない側に延びていたが、図７に示すようにバネ７の存する側に延びる構成としてもよい。これにより、バルブギア６のバネ７の軸方向の大きさを小さくすることができる。
なお、図中白抜き矢印は、径方向直線部３０、中間フック２５、および、軸方向直線部３１に作用する力の方向を表している。また、図中矢印は、中間フック２５に作用する力により、軸βが傾く方向を表し、点線矢印は、軸方向直線部３１に作用する力により軸βが傾く方向を表している。

また、実施例１において、収容部３７は溝であったが、図８に示すようにバネ７の外径方向に延びる柱状の突起５１が収容部３７を構成してもよい。この場合、実施例１と同様に突起５１と軸方向直線部３１とが当接することで、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

１弁装置２流路３ハウジング４弁体５シャフト６バルブギア
７バネ７ａ第１コイル７ｂ第２コイル８ガイド９係止部
１１アクチュエータ２１第１フック２２第２フック２５中間フック
３０径方向直線部３１軸方向直線部３５当接部３７収容部

Claims

内燃機関の吸気系統を構成する流路（２）を有するハウジング（３）と、
前記流路に収容され、前記流路の開度を回転することで調整する弁体（４）と、
この弁体と一体に回転する円柱状のシャフト（５）と、
このシャフトと一体に回転するとともに、アクチュエータ（１１）からの回転駆動力を前記シャフトに伝達するバルブギア（６）と、
前記シャフトと同軸に配される円筒状のコイルスプリングであって、捩じられることで前記弁体を開弁方向に付勢する第１コイル（７ａ）と、捩じられることで前記弁体を閉弁方向に付勢する第２コイル（７ｂ）とを有し、前記第１コイルと前記第２コイルとが中間フック（２５）により連結されているバネ（７）と、
前記バネと同軸に前記バネの内周側に配されることで前記バネの径方向の変動を抑制するガイド（８）と、
前記中間フックが係合することで前記弁体の開度を中間開度とする係止部（９）とを備える弁装置（１）において、
前記バネは、軸方向の一端に前記バルブギアに係合する第１フック（２１）を有し、軸方向の他端に前記ハウジングに係合する第２フック（２２）を有し、
前記第１フックは、前記バネの一端に接続し前記バネの外径方向に延びる径方向直線部（３０）と、この径方向直線部の外径側の端に接続し前記バネの軸方向に延びる軸方向直線部（３１）とを有し、
前記バルブギアは、前記第１フックがバルブギアに係合し前記中間フックが係止部に係合するときに、前記径方向直線部に当接する当接部（３５）と、前記軸方向直線部が収容される収容部（３７）とを備えることを特徴とする弁装置。
請求項１に記載の弁装置において、
前記第１フックは、前記軸方向直線部の前記径方向直線部と接続しない端に接続し前記バネの内径方向に延びる追加直線部（３８）を有することを特徴とする弁装置。
内燃機関の吸気系統を構成する流路を有するハウジングと、
前記流路に収容され、前記流路の開度を回転することで調整する弁体と、
この弁体と一体に回転する円柱状のシャフトと、
このシャフトと一体に回転するとともに、アクチュエータからの回転駆動力を前記シャフトに伝達するバルブギアと、
前記シャフトと同軸に配される円筒状のコイルスプリングであって、捩じられることで前記弁体を開弁方向に付勢する第１コイルと、捩じられることで前記弁体を閉弁方向に付勢する第２コイルとを有し、前記第１コイルと前記第２コイルとが中間フックにより連結されているバネと、
前記バネと同軸に前記バネの内周側に配されることで前記バネの径方向の変動を抑制するガイドと、
前記中間フックが係合することで前記弁体の開度を中間開度とする係止部とを備える弁装置において、
前記バネは、軸方向の一端に前記バルブギアに係合する第１フックを有し、軸方向の他端に前記ハウジングに係合する第２フックを有し、
前記第２フックは、前記バネの他端に接続し前記バネの外径方向に延びる径方向直線部（４０）と、この径方向直線部の外径側の端に接続し前記バネの軸方向に延びる軸方向直線部（４１）とを有し、
前記ハウジングは、前記中間フックがバルブギアに係合し前記第２フックがハウジングに係合するときに、前記径方向直線部に当接する当接部（４５）と、前記軸方向直線部が収容される収容部（４７）とを備えることを特徴とする弁装置。
請求項３に記載の弁装置において、
前記第２フックは、前記軸方向直線部の前記径方向直線部と接続しない端に接続し前記バネの内径方向に延びる追加直線部（４９）を有することを特徴とする弁装置。