JP4075207B2 - 流量制御弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体流量を制御する流量制御弁に関し、特にエンジンのアイドリング時にスロットル弁をバイパスする空気量を制御するアイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、例えば特開平８−４９７７４号公報に開示された流量制御弁が公知である。
この流量制御弁は、図９に示すように、第１シール部１１０と第１弁座２００から成る主弁と、第２シール部１２０と第２弁座２１０から成る副弁とを有し、第１シール部１１０と第２シール部１２０が１つの弁体１００に設けられ、第１シール部１１０が第１弁座２００に当接した状態で、第２シール部１２０が第２弁座２１０に内嵌する構成である。これによれば、主弁と副弁とが共に開弁状態から弁体１００が降下してくると、先ず第２シール部１２０の外周面が第２弁座２１０の角部に当接することで副弁のみ閉弁状態となる。この時点では、未だ第１シール部１１０が第１弁座２００に当接していないので、主弁は開弁状態を維持している。その後、更に弁体１００が降下すると、第２シール部１２０の外周面が第２弁座２１０の円筒内周面に摺接しながら第２弁座２１０に内嵌し、且つ第１シール部１１０が第１弁座２００に当接することで主弁も閉弁状態となる（図９に示す状態）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の流量制御弁は、副弁を構成する第２シール部１２０と第２弁座２１０が嵌合構造であるため、両者間に嵌合隙間（クリアランス）が生じ、副弁が閉じた状態（第２シール部１２０が第２弁座２１０に内嵌した状態）でも、嵌合隙間を通じて空気が洩れ出る（弁洩れ）という問題があった。なお、弁洩れを低減するために第２シール部１２０と第２弁座２１０との嵌合隙間を小さくすることも考えられるが、この場合、両者（第２シール部１２０と第２弁座２１０）の接触部における摺動抵抗が増大するため、円滑な流量制御が困難となってしまう。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、二系統の空気通路を開閉できる流量制御弁において、弁洩れの低減を図ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
固定弁座に対向する環状の第１シール部を有するとともに、この第１シール部の内周に弁体によって開閉される開口部を有し、第１シール部が固定弁座に当接することで第１の流出通路を遮断でき、且つ第１の流出通路を遮断した状態から自身の弾力によって第１シール部が固定弁座から離れて第１の流出通路を開放できる可動弁座を備えている。
弁体は、可動弁座の開口部の周囲で可動弁座に対向する第１シール部を有し、この第１シール部が可動弁座の表面に当接して開口部を閉じることで第２の流出通路を遮断でき、更に開口部を閉じた状態で可動弁座を押圧して可動弁座の第１シール部を固定弁座に密着させることで連通口を閉じることができ、且つ第２シール部が可動弁座から離れて開口部を開くことで第２の流出通路を開放できる。
【０００５】
上記の構成では、可動弁座の第１シール部が弁体に押されて固定弁座に密着することができる。その結果、可動弁座の第１シール部と固定弁座との間に隙間が生じることはなく、可動弁座が第１の流出通路を遮断した状態で、流入通路から第１の流出通路へ流体が洩れ出ることを防止できる。
また、弁体の第２シール部が可動弁座に当接して開口部を閉じている間は、可動弁座に弾力が生じているため、弁体の第２シール部は、可動弁座に当接してから離れるまでの間、可動弁座に生じる弾力によって可動弁座に密着した状態を維持できる。その結果、弁体の第２シール部と可動弁座との間に隙間が生じることはなく、弁体が開口部を閉じた状態で、流入通路から第２の流出通路へ流体が洩れ出ることを防止できる。
【０００６】
（請求項２の手段）
可動弁座は、第１シール部が固定弁座に当接することで第１の流出通路を遮断でき、且つ第１の流出通路を遮断する閉弁位置と第１シール部が固定弁座から所定量だけ離れて第１の流出通路を開放する開弁位置との間で変位可能に設けられるとともに、第１シール部が閉弁位置から開弁位置へ復帰できる弾力を具備している。
弁体は、可動弁座の開口部の下流側に配されて軸方向に移動可能に設けられ、開口部の周囲で可動弁座に対向する第２シール部を有し、弁体の移動に伴って第２シール部が可動弁座に当接して開口部を閉じることで第２の流出通路を遮断でき、更に開口部を閉じた状態で可動弁座を押圧して可動弁座の第１シール部を固定弁座に密着させることで連通口を閉じることができ、且つ第２シール部が可動弁座から離れて開口部を開くことで第２の流出通路を開放できる。
【０００７】
上記の構成によれば、可動弁座の第１シール部が弁体に押されながら開弁位置から閉弁位置まで変位し、その閉弁位置で第１シール部が弁体から押圧力を受けて固定弁座に密着することができる。その結果、第１シール部と固定弁座との間に隙間が生じることはなく、可動弁座が第１の流出通路を遮断した状態で、流入通路から第１の流出通路へ流体が洩れ出ることを防止できる。
また、弁体の第２シール部が可動弁座に当接して開口部を閉じている間は、可動弁座の第１シール部が開弁位置と閉弁位置との間にあるため、可動弁座には、第１シール部が開弁位置へ復帰しようとする弾力が生じる。これにより、弁体の第２シール部は、可動弁座に当接してから離れるまでの間、可動弁座に生じる弾力によって可動弁座に密着した状態を維持できる。その結果、弁体の第２シール部と可動弁座との間に隙間が生じることはなく、弁体が開口部を閉じた状態で、流入通路から第２の流出通路へ流体が洩れ出ることを防止できる。
【０００８】
（請求項３の手段）
可動弁座は、所定の荷重特性を有する板ばねと、この板ばねの変形に追従して弾性変形できるゴム材とを組み合わせて構成されている。これにより、板ばねの弾力によって第１シール部が閉弁位置から開弁位置まで復帰することができ、且つその板ばねにゴム材を組付けて（例えば焼き付ける）、板ばねに生じる隙間をゴム材で塞ぐことにより、第１シール部が固定弁座に密着した時に第１の流出通路を遮断することができる。
【０００９】
（請求項４の手段）
可動弁座の第１シール部が固定弁座から離れた後、開弁位置で停止できるように、第１シール部の変位量を規制するストッパを設けたことを特徴とする。これにより、可動弁座の第１シール部が閉弁位置から開弁位置へ戻る時に、ストッパによって第１シール部の移動を規制できるので、確実に第１シール部を開弁位置に停止させることができる。
【００１０】
（請求項５の手段）
本発明の流量制御弁は、車両用エンジンのアイドリング時にスロットル弁をバイパスする空気量を制御するためのアイドル回転速度制御弁として用いることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の流量制御弁をアイドル回転速度制御弁として用いた実施例を図面に基づいて説明する。
図１はアイドル回転速度制御弁１の断面図である。
アイドル回転速度制御弁１（以下ＩＳＣＶと呼ぶ）は、図２に示すように、吸気管２に対してスロットル弁３をバイパスするバイパス通路４に設けられ、エンジンのアイドリング時にバイパス通路４を流れる空気量を制御するものである。このＩＳＣＶ１は、バイパス通路４の一部を成す空気通路（後述する）を形成するハウジング５と、空気通路を流れる空気流量を調節する弁手段（後述する）と、その弁手段を作動させる電磁式アクチュエータ６等より構成される。
【００１２】
ハウジング５には、１つの流入通路７を有する流入室８、２つの流出通路（第１の流出通路９と第２の流出通路１０）を有する流出室１１、及び流入室８と流出室１１とを連通する連通口１２が形成され、これらによって上記の空気通路を構成している。また、連通口１２の周囲には、環状の固定弁座１３が設けられている。
流入通路７は、連通管１４を介してスロットル弁３より上流の吸気管２に接続され、第１の流出通路９は、連通管１５を介して燃料噴射ノズル１６の近傍に設けられたアシストエア吹出口に接続され、第２の流出通路１０は、連通管１７を介してスロットル弁３より下流のサージタンク１８に接続されている（図２参照）。
【００１３】
弁手段は、第１の流出通路９を遮断できる可動弁座１９と、第２の流出通路１０を遮断できる弁体２０とを有している。
可動弁座１９は、図３または図４に示すように、円環状の板ばね１９Ａと、この板ばね１９Ａに焼き付けされたゴム材１９Ｂとで構成され、ゴム材１９Ｂの内周縁部が固定弁座１３に対向する第１シール部１９ａとして設けられ、その第１シール部１９ａの内周に開口部１９ｂが開けられている。この可動弁座１９は、開口部１９ｂが連通口１２と重なる位置に配され、且つ連通口１２と開口部１９ｂとの間に所定の距離が確保された状態で、板ばね１９Ａの外周部がストッパ２１と共にピン２２等によりハウジング５側に固定されている。
【００１４】
また、可動弁座１９は、弾性体（板ばね１９Ａとゴム材１９Ｂ）で構成されているので、内周側が板厚方向（但しストッパ２１と反対側）へ撓むことができ、第１シール部１９ａが固定弁座１３に当接することにより、ゴム材１９Ｂが焼き付けられた部分によって第１の流出通路９を遮断でき、第１シール部１９ａが固定弁座１３から離れることで第１の流出通路９を開放することができる。
ストッパ２１は、例えば金属板を円環状に打ち抜いて形成したもので、可動弁座１９の片面（連通口１２と反対側の面）側に隣接して配され、可動弁座１９の内周側がストッパ２１側へ撓むことを防止している。
なお、可動弁座１９の第１シール部１９ａが固定弁座１３に当接する位置を閉弁位置（図５に示す位置）、第１シール部１９ａが固定弁座１３から離れてストッパ２１に規制された状態を開弁位置（図６及び図７に示す位置）と呼ぶ。
【００１５】
弁体２０は、可動弁座１９の開口部１９ｂより下流側で開口部１９ｂと対向して配され、アクチュエータ６により駆動されるシャフト２３の先端部に嵌合してスプリング２４に付勢され、シャフト２３と一体に軸方向（図１の左右方向）へ移動可能に設けられている。
スプリング２４は、ハウジング５に螺着された調節ネジ２５と弁体２０との間に介在され、弁体２０を開弁方向（図１の右方向）へ付勢している。
弁体２０は、可動弁座１９と対向する表面に、可動弁座１９の開口部１９ｂを開閉するための第２シール部２０ａが突設されている。この第２シール部２０ａは、可動弁座１９の第１シール部１９ａと略同一径に設けられている。従って、弁体２０は、第２シール部２０ａが可動弁座１９の開口部１９ｂの周囲に当接することで開口部１９ｂを閉じて第２の流出通路１０を遮断し、第２シール部２０ａが可動弁座１９から離れることで開口部１９ｂを開いて第２の流出通路１０を開放することができる。
【００１６】
上記の弁体２０は、例えば樹脂製でベローズ２６と一体に設けられている。ベローズ２６は、軸方向に伸縮可能に設けられ、後端フランジ部２６ａ（図１の右端部）がシャフト２３を支持する板ばね２７とともに、ハウジング５の段差面とアクチュエータ６のマグネチックプレート２８との間に挟持されている。
なお、弁体２０には、ベローズ２６の内部へ大気圧（スロットル弁３より上流の吸入空気圧）を導入するための小孔２０ｂが複数開けられている。また、ベローズ２６の有効径Ｄ（図６参照）は、可動弁座１９の第１シール部１９ａ及び弁体２０の第２シール部２０ａと略同一径に設定されている。これにより、流入室８と流出室１１との間に発生する圧力差（大気圧とエンジン負圧との圧力差）に起因する流量特性への影響を排除できる。
【００１７】
アクチュエータ６は、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）により通電制御されるコイル２９と、このコイル２９の固定磁路を形成する磁路形成部材（下述する）と、シャフト２３に固定されたムービングコア３０等より構成される。
コイル２９は、ボビン３１に巻装されて、コネクタ３２にモールドされたターミナル３３と電気的に接続されている。コイル２９の外周は、コネクタ３２と一体に樹脂モールドされている。
磁路形成部材は、コイル２９の外周を覆う円筒状のヨーク３４、このヨーク３４の先端面に隣接して配された前述のマグネチックプレート２８、ヨーク３４の後端面に隣接して配されたプレート３５、ボビン３１の内周に配されたステータコア３６より構成され、それぞれ鉄等の磁性材料により形成されている。
【００１８】
ムービングコア３０は、磁路形成部材と同様に鉄等の磁性材料から成り、板ばね２７の後方側（図１の右側）でシャフト２３の外周に圧入固定され、ステータコア３６との間に介在されたスプリング３７により図１の左側へ付勢されている。このムービングコア３０は、コイル２９が通電されて磁路形成部材が磁化されると、スプリング３７の付勢力に抗してステータコア３６側へ吸引され、コイル２９への通電が停止すると、スプリング３７の付勢力によって反ステータコア３６側へ押し戻される。
なお、コイル２９が通電されていない状態では、シャフト２３に作用するスプリング力Ｆａ（弁体２０に対するスプリング２４の荷重）よりスプリング力Ｆｂ（ムービングコア３０に対するスプリング３７の荷重）の方が大きく設定されている。その結果、可動弁座１９は、弁体２０の第２シール部２０ａを介して閉弁方向へ押圧されることにより、内周側が反ストッパ２１側へ撓んで、可動弁座１９の第１シール部１９ａが固定弁座１３に押圧されている。
【００１９】
次に、ＩＳＣＶ１の作動について説明する。
ａ）無通電時▲１▼
スプリング力Ｆａ＜スプリング力Ｆｂの関係より、弁体２０が第２シール部２０ａを介して可動弁座１９を押圧する。その結果、可動弁座１９の内周側が反ストッパ２１側へ撓むことにより、可動弁座１９の第１シール部１９ａが固定弁座１３に押圧されて密着する。これにより、図５に示すように、可動弁座１９によって第１の流出通路９が遮断され、弁体２０によって開口部１９ｂが閉じられて第２の流出通路１０が遮断される。
【００２０】
ｂ）通電時▲２▼
コイル２９への通電によってムービングコア３０がステータコア３６側へ吸引されると、ムービングコア３０と一体にシャフト２３が移動して、弁体２０が開弁方向へ移動する。これにより、弁体２０の移動に追従して可動弁座１９が自身の弾力により開弁する。つまり、図６に示すように、可動弁座１９の第１シール部１９ａが固定弁座１３から離れることで、連通口１２を通じて流入通路７と第１の流出通路９とが連通し、流入通路７から連通口１２を通って第１の流出通路９へ空気が流れる。
流入通路７から第１の流出通路９へ流れる空気の流量は、図８のグラフＡで示すように、可動弁座１９の第１シール部１９ａが固定弁座１３から離れる距離（コイル２９への印加電流に比例する）が大きくなるに従って増大し、可動弁座１９がストッパ２１に当接する位置（閉弁位置）で最大となる。
【００２１】
ｃ）通電時▲３▼
上記の通電時▲２▼より更にコイル２９への印加電流が大きくなると、弁体２０が更に移動することにより、ストッパ２１に当接して静止している可動弁座１９から弁体２０の第２シール部２０ａが離れて開弁する。つまり、図７に示すように、可動弁座１９の開口部１９ｂが開くことにより、第１の流出通路９は上記の通電時▲２▼と同じく連通口１２を通じて流入通路７と連通し、第２の流出通路１０は、連通口１２と開口部１９ｂを通じて流入通路７と連通する。その結果、流入通路７から第１の流出通路９と第２の流出通路１０の両方へ空気が流れる。
流入通路７から第２の流出通路１０へ流れる空気の流量は、図８のグラフＢで示すように、弁体２０の第２シール部２０ａが可動弁座１９から離れる距離（コイル２９への印加電流に比例する）が大きくなるに従って増大し、弁体２０の移動が停止する位置で最大となる。また、流入通路７から第１の流出通路９へ流れる空気の流量は、可動弁座１９がストッパ２１に当接してから一定となるため、全体の流量特性は、図８のグラフＣとなる。
【００２２】
（本実施例の効果）
本実施例のＩＳＣＶ１は、可動弁座１９の第１シール部１９ａが弁体２０に押されながら開弁位置から閉弁位置まで変位し、その閉弁位置で第１シール部１９ａが弁体２０から押圧力を受けて固定弁座１３に密着することができる。その結果、全閉状態の時に、可動弁座１９の第１シール部１９ａと固定弁座１３との間に隙間が生じることはなく、可動弁座１９が第１の流出通路９を遮断した状態で、流入通路７から第１の流出通路９へ流体が洩れ出ることを防止できる。
【００２３】
また、弁体２０の第２シール部２０ａが可動弁座１９に当接して開口部１９ｂを閉じている間は、可動弁座１９の第１シール部１９ａが開弁位置と閉弁位置との間にあるため、可動弁座１９には、第１シール部１９ａが開弁位置へ復帰しようとする弾力が生じる。これにより、弁体２０の第２シール部２０ａは、可動弁座１９に生じる弾力によって可動弁座１９に密着した状態を維持できる。その結果、弁体２０の第２シール部２０ａと可動弁座１９との間に隙間が生じることはなく、弁体２０が開口部１９ｂを閉じた状態で、流入通路７から第２の流出通路１０へ流体が洩れ出ることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アイドル回転速度制御弁の断面図である。
【図２】アイドル回転速度制御弁の使用例を示す構成図である。
【図３】可動弁座の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図４】可動弁座の他の例を示す平面図である。
【図５】アイドル回転速度制御弁の全閉状態を示す要部断面図である。
【図６】アイドル回転速度制御弁の開弁状態を示す要部断面図である。
【図７】アイドル回転速度制御弁の開弁状態を示す要部断面図である。
【図８】弁体のリフト量（印加電流）と空気流量との関係を示す流量特性図である。
【図９】従来技術に係わる弁構造の断面図である。
【符号の説明】
１ ＩＳＣＶ（アイドル回転速度制御弁：流量制御弁）
３ スロットル弁
７ 流入通路
８ 流入室
９ 第１の流出通路
１０ 第２の流出通路
１１ 流出室
１２ 連通口
１３ 固定弁座
１９ 可動弁座
１９Ａ 板ばね（可動弁座）
１９Ｂ ゴム材（可動弁座）
１９ａ 第１シール部
１９ｂ 開口部
２０ 弁体
２０ａ 第２シール部
２１ ストッパ

Claims (5)

1. 連通口を介して流入通路に連通する第１の流出通路及び第２の流出通路と、前記連通口を開閉する弁体とを具備し、この弁体のリフト量に応じて前記流入通路から前記第１の流出通路及び第２の流出通路へ流れる流体流量を制御する流量制御弁であって、
   前記連通口の周囲に設けられた固定弁座に対向する環状の第１シール部を有するとともに、この第１シール部の内周に前記弁体によって開閉される開口部を有し、前記第１シール部が前記固定弁座に当接することで前記第１の流出通路を遮断でき、且つ前記第１の流出通路を遮断した状態から自身の弾力によって前記第１シール部が前記固定弁座から離れて前記第１の流出通路を開放できる可動弁座を備え、
   前記弁体は、前記開口部の周囲で前記可動弁座に対向する第２シール部を有し、この第２シール部が前記可動弁座の表面に当接して前記開口部を閉じることで前記第２の流出通路を遮断でき、更に前記開口部を閉じた状態で前記可動弁座を押圧して前記可動弁座の第１シール部を前記固定弁座に密着させることで前記連通口を閉じることができ、且つ前記第２シール部が前記可動弁座から離れて前記開口部を開くことで前記第２の流出通路を開放できる流量制御弁。
2. 流入通路を有する流入室と、
   第１の流出通路と第２の流出通路を有する流出室と、
   前記流入室と流出室とを連通する連通口と、
   この連通口の周囲に設けられた固定弁座と、
   前記流出室に配されて前記第１の流出通路と第２の流出通路とを連通する開口部を有する可動弁座と、
   前記連通口及び開口部を開閉する弁体とを具備し、
   前記弁体のリフト量に応じて前記流入通路から前記第１の流出通路及び第２の流出通路へ流れる流体流量を制御する流量制御弁であって、
   前記可動弁座は、前記開口部の周囲に前記固定弁座に対向する第１シール部を有し、この第１シール部が前記固定弁座に当接することで前記第１の流出通路を遮断でき、且つ前記第１の流出通路を遮断する閉弁位置と前記第１シール部が前記固定弁座から所定量だけ離れて前記第１の流出通路を開放する開弁位置との間で変位可能に設けられるとともに、前記第１シール部が前記閉弁位置から開弁位置へ復帰できる弾力を具備し、
   前記弁体は、前記可動弁座の開口部の下流側に配されて軸方向に移動可能に設けられ、前記開口部の周囲で前記可動弁座に対向する第２シール部を有し、前記弁体の移動に伴って前記第２シール部が前記可動弁座に当接して前記開口部を閉じることで前記第２の流出通路を遮断でき、更に前記開口部を閉じた状態で前記可動弁座を押圧して前記可動弁座の第１シール部を前記固定弁座に密着させることで前記連通口を閉じることができ、且つ前記第２シール部が前記可動弁座から離れて前記開口部を開くことで前記第２の流出通路を開放できる流量制御弁。
3. 前記可動弁座は、所定の荷重特性を有する板ばねと、この板ばねの変形に追従して弾性変形できるゴム材とを組み合わせて構成されていることを特徴とする請求項１及び２に記載した流量制御弁。
4. 前記可動弁座の第１シール部が前記固定弁座から離れて、自身の弾力によって開弁位置へ復帰する際に、前記第１シール部が前記開弁位置で停止できるように前記第１シール部の変位量を規制するストッパを設けたことを特徴とする請求項１〜３に記載した流量制御弁。
5. 請求項１〜４に記載した流量制御弁は、車両用エンジンのアイドリング時にスロットル弁をバイパスする空気量を制御するためのアイドル回転速度制御弁であることを特徴とする流量制御弁。

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