JP3393164B2 - 流量制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車のアイド
ル制御弁として用いられる流量制御弁に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、自動車の内燃機関においてアイド
ル回転数を制御するには、スロットルバルブと並行にバ
イパス通路を設け、バイパス通路を通流する吸入空気を
スロットルバルブの下流側のサージタンク吹出口および
燃料噴射ノズル付近に設けられたアシストエア吹出口に
バイパスする装置が知られている。この装置におけるア
イドル回転数の制御には、内燃機関の運転状態に応じ
て、前記バイパス通路を通流する吸入空気を制御する、
例えば図１０に示すような三方型の流量制御弁５０（実
開平４−５４３７６号公報参照）が用いられている。 【０００３】前記流量制御弁５０は、ステッピングモー
タ５１と、２系統（図中に破線で区画したＡおよびＢ）
の流路を有する制御部５２とから構成されている。該制
御部５２は、互いが連通する上弁室５３および下弁室５
４を有した弁ハウジング５５と、前記ステッピングモー
タ５１に設けられた前記両弁室５３，５４内を貫通し、
上下方向に直進運動する作動軸５６とからなる。 【０００４】前記下弁室５４には、吸入空気が流入する
入口ポート５７が側部に設けられており、下弁室５４の
下方には、前記作動軸５６の先端部に設けられた下弁体
５８が内嵌する下シート５９が配設されるとともに、該
下シート５９の下方には下出口ポート６０が設けれてい
る。また、前記上弁室５３には、前記作動軸５６に外嵌
した上弁体６１が当接する上シート６２が配設されてお
り、前記弁室５３の側部には上出口ポート６３に連通す
る開口部６４が設けれている。このような流量制御弁５
０は、入口ポート５７が内燃機関の経路に設けられたス
ロットルバルブより上流側に、また上出口ポート６３は
前記アシストエア吹出口に、そして下出口ポート６０は
前記サージタンク吹出口に接続されており、前記内燃機
関の経路には、スロットルバルブを迂回する２系統のバ
イパス通路が形成される。 【０００５】前記流量制御弁５０で内燃機関における吸
入空気量の不足を補う際には、前記ステッピングモータ
５１に所定のパルス信号を加え、ステッピングモータ５
１のステップ数を増加させる。すると、前記各弁体５
８，６１の設けられた作動軸５６が上方へ移動し、入口
ポート５７より流入する吸入空気が、各出口ポート６
０，６３、すなわち、前記サージタンク吹出口および前
記アシストエア吹出口へ流出する。詳しくは、図１１に
示すように、ステッピングモータ５１のステップ数が
“０”の地点では、上弁体６１が上シート６２に当接
し、また下弁体５８が下シート５９に内嵌した状態にあ
り、上出力ポート流出量Ｃ，下出力ポート流出量Ｄおよ
び総流出量Ｅはほぼ“０”となり、前記ステップ数の増
加に伴い上出力ポート流出量Ｃおよび総流出量Ｅが増加
する。ステップ数が少ない状態においては、下シート５
９に下弁体５８が内嵌した状態が維持され、下出力ポー
ト流出量Ｄはほぼ“０”のままである。そして、さらに
ステップ数を増加させると、やがて上出力ポート流出量
Ｃは飽和地点Ｆにて飽和してしまうが、下弁体５８と下
シート５９とが開弁されることによって前記下出力ポー
ト流出量Ｄが増加しはじめるので、前記総流出量Ｅは飽
和することなく増加し続ける。このように、ステッピン
グモータ５１のステップ数を変化させて総流出量Ｅを制
御することにより、内燃機関における吸入空気量の不足
を補うことができる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の流量制御弁５０において、前記ステップ数に対する
前記総流出量Ｅを比例的に制御するには、上出力ポート
流出量Ｃが飽和する飽和地点Ｆにて正確に下出力ポート
流出量Ｄの増加率を上げる必要がある。したがって、こ
れを実現するためには、上弁体６１と下弁体５８の位置
を正確に調整しなければならず、この調整作業にはかな
りの苦労を要した。 【０００７】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、流出特性の調整が容易に行える流
量制御弁を提供することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明にあっては、駆動手段で駆動される弁体によっ
て開閉され流体の通流量が制御されるシートの流出路
が、中心部を構成する主流出路と周囲部を構成する副流
出路からなる流量制御弁であって、前記シートの前記主
流出路の外周部に有底環状の環状溝を形成して当該シー
トに前記主流出路を包囲する筒体を一体形成するととも
に、前記環状溝を当該シート側部に開口して前記副流出
路を構成する一方、前記弁体に、前記シートの前記環状
溝の外周部に形成された第１弁座に離着座する第１弁部
と、前記筒体の端部に形成された第２弁座と対をなす第
２弁部とを設定し、前記弁体の前記第１弁部を前記シー
トの前記第１弁座に当接させた状態で、前記筒体が挿入
されるリング溝を前記弁体の前記第１弁部と前記第２弁
部との間に形成し、かつ前記主流出路を前記第２弁部が
挿入される寸法に設定した。 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【作用】前記構成において、弁体を駆動して主流出路お
よび副流出路へ通流する流体の制御を行う際には、先
ず、前記弁体に形成された第１弁部と、これと対をなす
シートの環状溝の外周部に形成された第１弁座とによ
り、流出路への通流量が定められる。そして、該流出路
を通流した流体の一部は、弁体に形成された第２弁部と
これと対をなす筒体端部、すなわち主流出路の開口縁に
形成された第２弁座とによって通流量が制御された後、
主流出路から流出される。また、前記流出路を通流した
残りの流体は副流出路から流出される。つまり、主流出
路からの流出量と副流出路からの流出量とを合わせた総
流出量は、前記第１弁部および前記第１弁座との関係の
みによって決定される。 【００１２】また、第１弁部を第１弁座に当接させた状
態では前記総流出量が“０”となる。そして、この状態
から弁体を駆動して流出路への通流を開始すると、始め
は主流出路に第２弁部が挿入されているので、流体は副
流出路のみから流出する。そして、主流出路が開放され
た時点から、主流出路への流出が開始される。 【００１３】 【００１４】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。本発明にかかる流量制御弁は、エンジンの吸
入経路のスロットルバルブに並行して設けられており、
スロットルバルブより上流の吸入空気を、補助空気とし
てスロットルバルブの下流側のサージタンク吹出口（サ
ージタンク）および燃料噴射ノズル付近に設けられたア
シストエア吹出口（アシスト）にバイパスするものであ
る。図１および図２に示すように、流量制御弁１は、下
方に配置されたバルブ本体２と、該バルブ本体２の上方
にＯリング３を介して取り付けられた駆動手段としての
ステッピングモータ４とにより構成されている。 【００１５】前記バルブ本体２内には、弁室５が設けら
れていて、この弁室５の側部には、弁室５に吸入空気を
流入させるパイプが内嵌する流入路６が、また弁室５の
下方には、シート７が取り付けられたシート取付部８が
形成されている。前記シート７は、上部開口縁に第１弁
座９が形成された流出路Ｘを形成する筒状のシート本体
７ａと、該シート本体７ａの上部外周に形成され、Ｏリ
ング３ａを介してシート取付部８に位置決めされた上段
部７ｂと、前記シート本体７ａの下部外周に形成され、
シート取付部８に捩込まれた下段部７ｃとにより一体的
に形成されている。該下段部７ｃには、シート７をシー
ト取付部８に捩込む際に用いられる、中央部を横断する
横断溝１０が形成されている。 【００１６】前記シート７の中央部には主流出路Ｙを形
成する筒体１１が設けられており、シート７には、前記
筒体１１と前記シート本体７ａとの間に副流出路として
の環状溝１２が形成されている。そして、この環状溝１
２は、シート本体７ａの側面に形成された第１オリフィ
ス１３を介してパイプが内嵌するアシスト出口１４へ連
通している。また、前記筒体１１の上部開口縁には第２
弁座１５が設けられており、筒体１１の底部には第２オ
リフィス１６が形成されている。これにより、前記弁室
５は、筒体１１および第２オリフィス１６を介してサー
ジタンク出口１７へ連通している。 【００１７】一方、前記ステッピングモータ４の回転軸
には、該回転軸の回転に従って上下に駆動される中間部
材１８が設けられており、該中間部材１８はステッピン
グモータ４のステップ数が増加すると上方へ移動するよ
うに構成されている。また、前記中間部材１８の先端部
には、前記シート７と対をなす弁体１９が設けられてい
る。該弁体１９は、前記第１弁座９に着座する第１テー
パー部２０と、該第１テーパー部２０に沿って内側に形
成されたリング溝２１と、弁体１９の中心部に形成され
た第２テーパー部２２とにより一体的に形成されてお
り、該第２テーパー部２２は、第１テーパー部２０が第
１弁座９に当接した状態で、筒体１１に内嵌するように
形成されている。また、第２テーパー部２２のテーパー
角は、第１テーパー部２０のテーパー角より大きめに設
定されている。 【００１８】これらシート７および弁体１９による流量
の制御は、図２に示すように、第１弁座９と第１テーパ
ー部２０の外周の第１弁部２３とによって構成される主
弁２４、および、筒体１１の上部外周縁２５と第１テー
パー部２０の内周縁２６とによって構成される圧力制御
弁２７、および、第２弁座１５と第２テーパー部２２外
周の第２弁部２８とによって構成される副弁２９とによ
って行われる。そして、前記各弁２４，２７，２９は、
図３に示すように、流体が流れる方向に対して直列に配
列されており、流入路６より流入する吸入空気を、主弁
２４にて制御した後、圧力制御弁２７、副弁２９により
制御し、第２オリフィス１６を介してサージタンク出口
１７へ流出させるように構成されている。また、主弁２
４により制御された吸入空気の一部は、第１オリフィス
１３を介してアシスト出口１４へも流出される構成にな
っている。 【００１９】以上の構成にかかる本実施例において、エ
ンジンの運転状態に応じた流量制御弁１の動作について
説明する。流量制御弁１は、エンジンの運転状態を総合
的にコントロールするコントロールユニットにより制御
されるものであり、エンジン温度やエンジン回転数など
の様々な情報によってコントロールされている。 【００２０】エンジンを始動した直後などエンジンが冷
えている際には、エンジンのアイドル回転数を保持する
ために多量の空気が必要となる。このため、流量制御弁
１のステッピングモータ４には、前記コントロールユニ
ットより中間部材１８を上方へ駆動させるパルス信号が
与えられ、ステッピングモータ４のステップ数は増加す
る。すると、図４に示すように、中間部材１８に設けら
れた弁体１９が上方へ移動し、第１弁座９と第１弁部２
３とからなる主弁２４と、筒体１１の上部外周縁２５と
第１テーパー部２０の内周縁２６とからなる圧力制御弁
２７と、第２弁座１５と第２弁部２８とからなる副弁２
９とが全て開状態となる。 【００２１】これにより、流入路６より弁室５に流入し
た吸入空気は、エンジンの回転に伴って負圧がかかった
アシスト出口１４およびサージタンク出口１７へ流出
し、補助空気としてエンジンへ送られる。このとき、前
記各出口１４，１７には第１および第２オリフィス１
３，１６が形成されているので、各出口１４，１７から
の流出量は、各オリフィス１３，１６によって定まる最
大流出量となる。よって、前記両出口１４，１７からの
総流出量も最大となる（図９の全開領域Ｋ）。また、各
オリフィス１３，１６によって定まる最大流出量は、前
記サージタンク吹出口、および、前記アシストエア吹出
口から噴出される噴出量の最大値、すなわち許容範囲内
にて最大に設定されていて、夫々の吹出口における噴出
量が、前記許容範囲をオーバーすることはない。 【００２２】次に、エンジンが暖まり始め、アイドル回
転数を保持するための補助空気の必要量がやや少なくな
った場合には、コントロールユニットより中間部材１８
を下方へ駆動するパルス信号が与えられ、これに伴いス
テップ数が減少する。すると、図５に示すように、中間
部材１８に設けられた弁体１９が下方へ移動し、前記各
弁２４，２７，２９の開度が減少する。このとき、副弁
２７の隙間面積は第２オリフィス１６の面積より狭くな
り、サージタンク出口１７からの流出量は、副弁２９の
隙間面積によって決定される。一方、主弁２４の隙間面
積は、前記副弁２９の隙間面積と第１オリフィス１３の
面積とを合わせた面積よりも大きいので（主弁２４の隙
間面積＞副弁２９の隙間面積＋第１オリフィス１３の面
積）、アシスト出口１４からの流出量は前記最大流出量
となる。したがって、前記総流出量は、サージタンク出
口１７での減少量分のみ減少する。このように、総流出
量を減少させる際には、始めに副弁２９の流出量を絞る
ので、アシスト出口１４への流出、すなわち、ガソリン
を霧化させるためのアシストエア吹出口への流出を優先
させることができる（図９のサージタンク制御領域
Ｌ）。 【００２３】そして、さらに中間部材１８を下方へ駆動
して、図６に示すように、各弁２４，２７，２９の開度
を減少させ、主弁２４の隙間面積を副弁２９の隙間面積
と第１オリフィス１３の面積とを合わせた面積より小さ
くする（主弁２４の隙間面積＜副弁２９の隙間面積＋第
１オリフィス１３の面積）。すると、図３にも示したよ
うに、両出口１４，１７からの総流出量は、各出口１
４，１７より上流側に設けられた主弁２４によって制御
されているので、主弁２４の隙間面積によって決定され
る。 【００２４】次に、エンジンが暖まり、アイドル回転数
を保持するための補助空気の必要量が少なくなった場合
には、さらにステップ数を減少させて中間部材１８を下
方へ駆動し、図７に示すように、圧力制御弁２７を構成
する前記上部外周縁２５と前記内周縁２６との隙間を狭
めるとともに、副弁２９の第２テーパー部２２をシート
７の筒体１１へ内嵌させる。このとき、副弁２９は第２
テーパー部２２によって閉鎖されており、また弁室５と
サージタンク出口１７と気圧差は圧力制御弁２７によっ
て低減されるので、筒体１１と第２テーパー部２２との
間における漏れが押えられ、サージタンク出口１７への
流出はほぼ“０”となる。したがって、前記総流出量
は、主弁２４より制御され、アシスト出口１４へ流出す
る流出量とほぼ同じになる（図９のアシスト制御領域
Ｎ）。 【００２５】一方、補助空気が不要となった場合には、
ステップ数を“０”にして中間部材１８を下方へ駆動
し、図８に示すように、第１テーパー部２０の第１弁部
２３をシート７の第１弁座９に当接させる。すると、主
弁２４は閉鎖され、アシスト出口１４およびサージタン
ク出口１７への流出を完全に遮断することができる（図
９のステップ数＝“０”）。 【００２６】なお、図９は、前記各状態におけるステッ
ピングモータ４のステップ数と、各出口１４，１７での
流出量および両出口１４，１７の総流出量との関係を示
したもので、ステップ数が全開領域Ｋ内にある場合は、
サージタンク側流出量Ｉとアシスト側流出量Ｊとは、前
記各オリフィス１３，１６によって定められた最大流出
量となり、総流出量Ｈも最大流出量となる。また、ステ
ップ数がサージタンク制御領域Ｌ内にある場合は、総流
出量Ｈはサージタンク側流出量Ｉに応じて増減する。さ
らに、ステップ数が、第２テーパー部２１がシート７の
筒体１１に内嵌する内嵌地点Ｍより少ないアシスト制御
領域Ｎ内の場合には、総流出量Ｈはアシスト側流出量Ｊ
の変化に伴い増減する。そして、ステップ数が“０”の
場合には、サージタンク側流出量Ｉ、アシスト側流出量
Ｊ、総流出量Ｈは全て“０”となる。したがって、前記
ステップ数が“０”の時点から前記全開領域Ｋに達する
までの間にて、ステップ数に対応した総流出量の制御が
行える。 【００２７】以上のように、前記流量制御弁１では、１
組の弁体１９およびシート７によって所定の特性を得る
ことができるので、従来の２組の弁体およびシートを使
用する場合に比べて部品点数が削減され、これにより流
量制御弁１を低コストにて製造することができる。ま
た、従来のように２つの弁体が作動軸の延在方向に並ぶ
ものに比べて、流量制御弁１を小型化することができ
る。 【００２８】さらに、アシスト出口１４およびサージタ
ンク出口１７からの総流出量は、上流側に設けられた主
弁２４の状態のみによって決定されるので、従来のよう
な、各弁体間の精密な位置調整は不要となる。よって、
流出特性の調整が容易に行える流量制御弁１となり得
る。 【００２９】 【００３０】 【発明の効果】以上説明したように本発明の構成によれ
ば、主流出路からの流出量と副流出路からの流出量とを
合わせた総流出量は、第１弁部および第１弁座との関係
のみによって決定されるので、従来の２つの弁体を有し
た流量制御弁のように、各弁体間の精密な調整は不要と
なる。また、前記総流出量の流出特性を調整する際に
は、流出路の制御、すなわち、第１弁部および第１弁座
の調整のみを行えば良い。よって、流出特性の調整が容
易に行える流量制御弁となる。 【００３１】また、前記総流通量を“０”にすることが
できるので、総流通量が“０”にできない場合と比較し
て、より広範囲での通流量の制御が行える。また、主流
出路および副流出路へ流出を開始する際には、副流出路
側への流出を優先させることができる。 【００３２】

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。 【図２】同実施例の要部拡大図である。 【図３】同実施例における回路図である。 【図４】同実施例の弁体とシートとの関係を示す図であ
る。 【図５】同実施例の弁体とシートとの関係を示す図であ
る。 【図６】同実施例の弁体とシートとの関係を示す図であ
る。 【図７】同実施例の弁体とシートとの関係を示す図であ
る。 【図８】同実施例の弁体とシートとの関係を示す図であ
る。 【図９】同実施例の流量制御弁におけるステッピングモ
ータのステップ数と流出量との関係を示す特性図であ
る。 【図１０】従来の流量制御弁を示す断面図である。 【図１１】従来の流量制御弁におけるステッピングモー
タのステップ数と流出量との関係を示す特性図である。 【符号の説明】 １ 流量制御弁 ４ ステッピングモータ（駆動手段） ６ 流入路７ シート ７ａ シート本体 ９ 第１弁座 １１ 筒体 １２ 環状溝（副流出路） １４ アシスト出口 １５ 第２弁座 １７ サージタンク出口 １９ 弁体（駆動体）２１ リング溝 ２３ 第１弁部 ２８ 第２弁部 Ｘ 流出路 Ｙ 主流出路

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 駆動手段で駆動される弁体によって開閉
   され流体の通流量が制御されるシートの流出路が、中心
   部を構成する主流出路と周囲部を構成する副流出路から
   なる流量制御弁であって、 前記シートの前記主流出路の外周部に有底環状の環状溝
   を形成して当該シートに前記主流出路を包囲する筒体を
   一体形成するとともに、前記環状溝を当該シート側部に
   開口して前記副流出路を構成する一方、 前記弁体に、前記シートの前記環状溝の外周部に形成さ
   れた第１弁座に離着座する第１弁部と、前記筒体の端部
   に形成された第２弁座と対をなす第２弁部とを設定し、 前記弁体の前記第１弁部を前記シートの前記第１弁座に
   当接させた状態で、前記筒体が挿入されるリング溝を前
   記弁体の前記第１弁部と前記第２弁部との間に形成し、
   かつ前記主流出路を前記第２弁部が挿入される寸法に設
   定した ことを特徴とする流量制御弁。