JP5862361B2 - 吸気弁および吸気弁装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に、内燃機関に吸入される吸入空気（以下、吸気と呼ぶことがある。）の流量を増減する吸気弁に関する。

従来から、内燃機関の吸気系統には各所に吸気弁が組み入れられており、例えば、サージタンク上流側のスロットル装置におけるスロットル弁や、コンプレッサ上流側の低圧ＥＧＲ装置における吸気絞り弁に利用されている（例えば、特許文献１参照）。
吸気弁では、主に弁体の寸法ばらつきに起因して、流路の開度が最小になっている全閉状態のときの流量がばらつく。そして、全閉状態における流量ばらつきが大きい場合、様々な不具合が生じる。

例えば、吸気絞り弁に関し、全閉状態における吸気の流量が規定量に対して小さい場合、コンプレッサ上流側において、導入される吸気が少なくなってサージング現象が発生する虞が高まり、結果的にコンプレッサ損傷の虞が高まる。また、全閉状態における吸気の流量が規定量に対して大きい場合、コンプレッサ上流側において、導入される吸気が多くなってＥＧＲガスの負圧吸引が不充分になる虞が高まり、結果的にＥＧＲガスの還流量が減ってエミッション悪化の虞が高まる。

ところで、従来の吸気弁に利用されている弁体１００には、図７および図８に示すように、側面視でいわゆるＺ形の形状を呈するものが知られている。ここで、Ｚ形の形状の弁体１００とは、例えば、ネジ１０１によりシャフト１０２に締結される締結部１０３と、２回対称を呈するように締結部１０３の両側で締結部１０３に対し屈曲して広がる弁部１０４とを有するものである。そして、弁体１００をＺ形にすることで、弁部１０４が流路軸に対して非垂直に交差する状態で全閉状態を実現するとともに、ボア１０５にネジ１０１を差し入れて弁体１００をシャフト１０２に締結する作業を容易化している。

しかし、弁体１００をＺ形にすると、管理すべき寸法項目は、例えば、項目ａ〜ｅの５つとなって寸法管理が極めて煩雑である。
そこで、弁体１００をＺ形にして吸気弁に採用する場合に、全閉状態における信頼性を維持しながら寸法管理の煩雑さを低減するため、新規な対策が求められている。

特開２０１１−０３２９２９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、Ｚ形を呈する吸気弁の弁体に関し、全閉状態における信頼性を維持しながら寸法管理の煩雑さを低減することにある。

本発明の吸気弁は、内燃機関に吸入される吸入空気の流量を増減するものであり、所定のアクチュエータにより回転駆動されるシャフトと、所定の締結部材によりシャフトに一体化している板状の弁体とを備える。また、弁体は、側面視でくの字状を呈するように屈曲する同一形状の２つの板状パーツからなり、２つの板状パーツは側面視で２回対称を呈するように部分的に重なって重層部を形成し、重層部に締結部材が配されて締結力を受けることでシャフトに一体化している。

これにより、本発明の吸気弁において弁体となる部品の形状は従来よりも簡単なものになる。すなわち、従来の弁体となる部品は、弁体そのものであってＺ形であったが、本発明において弁体となる部品は、側面視でくの字状の板状パーツである。このため、弁体となる部品に関して、管理すべき寸法項目を減らすことができる。また、管理すべき寸法項目を従来よりも甘く管理しても、重層部の形成時に重なり方を調節することで、弁体としての寸法を高精度に保つことができる。
以上により、Ｚ形を呈する吸気弁の弁体に関し、全閉状態における信頼性を維持しながら寸法管理の煩雑さを低減することができる。
また、重層部を形成する２つの板状パーツのそれぞれの重なり代には、締結部材が通る締結穴が設けられ、弁体の外形は、一方の板状パーツの締結穴と他方の板状パーツの締結穴との重なり方を変えることで調節されている。
これにより、締結部材が重なり代を貫通してシャフトに螺合する状態を確実に確保しながら、重層部の重なり方を調節することができる。
また、２つの板状パーツは、ボアの内径よりも小さい内径の円筒空洞に嵌まるように重層部を形成して互いに仮止めされた後、ボアに収容されてシャフトに一体化される。
これにより、弁体が、例えば全開状態から閉側に回転したときに、ボア壁に当たり、メカ的にロック状態になるのを確実に回避することができる（詳細は実施例参照。）。

内燃機関の吸排気系統の構成図である（実施例）。 低圧ＥＧＲ弁と吸気絞り弁とを含むユニットの構成図である（実施例）。 ユニットにおける吸気の流量、および、低圧ＥＧＲガスの流量と低圧ＥＧＲ弁の回転角との相関図である（実施例）。 吸気弁の側面図である（実施例）。 吸気弁の正面図である（実施例）。 治具の円筒空洞に収まった弁ＡＳＳＹの正面図である（実施例）。 吸気弁の側面図である（従来例）。 吸気弁の正面図である（従来例）。

実施形態の吸気弁を実施例に基づき説明する。

〔実施例の構成〕
実施例の吸気弁１の構成を、図１〜図６を用いて説明する。
吸気弁１は、例えば、内燃機関２の給排気系統を形成する１つの要素である低圧ＥＧＲ装置３を構成する吸気絞り弁である。

ここで、内燃機関２の吸排気系統には、図１に示すように、取り込んだ新気から異物を除去するエアクリーナ５、タービン６およびコンプレッサ７を有して排気ガスのエネルギーにより吸気を過給するターボチャージャー８、コンプレッサ７により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ９、内燃機関２への吸気の吸入量を調節するスロットル装置１０、タービン６を通過する前の排気ガスの一部を吸気側に還流する高圧ＥＧＲ装置１１、タービン６を通過した後の排気ガスの一部を吸気側に還流する低圧ＥＧＲ装置３、排気ガスの粒子状物質（ＰＭ）を捕捉するＤＰＦ１２等が備わっている。

そして、スロットル装置１０を経て供給される吸気、および、高圧ＥＧＲ装置１１を経て還流される排気ガスは、例えば、インテークマニホールドに設けられたサージタンク１３で混合されて内燃機関２に吸入される（以下、低圧、高圧ＥＧＲ装置３、１１を経て還流される排気ガスを、それぞれ、低圧、高圧ＥＧＲガスと呼ぶことがある。）。

高圧ＥＧＲ装置１１は、高圧ＥＧＲガスを冷却する高圧ＥＧＲクーラ１６と、高圧ＥＧＲガスの流量を増減する高圧ＥＧＲ弁１７とを備える。また、高圧ＥＧＲ装置１１は、高圧ＥＧＲガスに高圧ＥＧＲクーラ１６を通過させる冷却路１８と、高圧ＥＧＲガスに高圧ＥＧＲクーラ１６を迂回させる迂回路１９との間で高圧ＥＧＲガスの通過を切り替える切替弁２０を備える。

低圧ＥＧＲ装置３は、低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ２２と、低圧ＥＧＲガスの流量を増減する低圧ＥＧＲ弁２３と、低圧ＥＧＲ弁２３の弁開度に応じて新気として供給される吸気の流れを絞る吸気絞り弁（吸気弁１）とを備える。
そして、吸気弁１と低圧ＥＧＲ弁２３とは、１つのユニット２４として構成されている。

ここで、ユニット２４は、図２に示すように、吸気弁１および低圧ＥＧＲ弁２３を回転させるトルクを発生する電動機（図示せず。）、電動機が発生したトルクを増幅して低圧ＥＧＲ弁２３に伝達する減速機２６、吸気弁１の回転と低圧ＥＧＲ弁２３の回転とをリンクさせるリンク機構２７、低圧ＥＧＲガスの流路と吸気の流路との合流部を形成するとともに吸気弁１および低圧ＥＧＲ弁２３を回転自在に収容する流路形成部材２８等を備える。

減速機２６は、電動機の出力軸に締結されるモータギヤ３０、低圧ＥＧＲ弁２３の回転軸に締結されるバルブギヤ３１、モータギヤ３０とバルブギヤ３１との間に介在する中間ギヤ３２を有し、中間ギヤ３２は、モータギヤ３０と噛み合う大径ギヤ３３、およびバルブギヤ３１と噛み合う小径ギヤ３４を同軸に有する。

リンク機構２７は、バルブギヤ３１と一体に設けられる駆動プレート３６、および、吸気弁１の回転軸であるシャフト３７に締結される従動プレート３８を有する。駆動プレート３６には、吸気弁１を通過する吸気の流量、および、低圧ＥＧＲ弁２３を通過する低圧ＥＧＲガスの流量と低圧ＥＧＲ弁２３の回転角との相関（図３参照。）に応じて定まる形状を有するカム溝３９が設けられている。また、従動プレート３８には、駆動プレート３６の回転に応じてカム溝３９に嵌まりながら回転するローラ４０が設けられている。そして、駆動プレート３６の回転に応じてローラ４０がカム溝３９内を回転しながら変位することで、低圧ＥＧＲ弁２３および吸気弁１は、図３に示す相関を満たすように回転する。

流路形成部材２８は、吸気の流路をなす円筒状の第１ボア４２と、低圧ＥＧＲガスの流路をなす円筒状の第２ボア４３とを有し、第１ボア４２に第２ボア４３がＴ字状に接続している。そして、吸気弁１は、第１ボア４２の内、第２ボア４３が接続して開口する領域に収容され、低圧ＥＧＲ弁２３は、第２ボア４３に収容されている。なお、電動機への通電は所定の電子制御ユニット（図示せず。）からの指令に応じて制御され、電動機への通電制御により、第１ボア４２を流れる吸気の流量、および第２ボア４３を流れて吸気に合流する低圧ＥＧＲガスの流量が制御される。

吸気弁１は、内燃機関２に吸入される吸気の内、エアクリーナ５を経て供給される新気の流量を増減するものである。また、吸気弁１は、減速機２６およびリンク機構２７を経て電動機のトルクにより回転駆動されるシャフト３７と、２つのネジ４５によりシャフト３７に一体化している板状の弁体４６とを備える（図２〜図５参照。）。

弁体４６は、側面視でくの字状を呈するように屈曲する同一形状の２つの板状パーツ４７からなる。また、２つの板状パーツ４７は、側面視で２回対称を呈するように部分的に重なって重層部４８を形成し、重層部４８にネジ４５が螺合されて締結力を受けることでシャフト３７に一体化している。つまり、弁体４６は、ネジ４５によりシャフト３７に締結される重層部４８と、側面視で２回対称を呈するように重層部４８の両側で重層部４８に対し屈曲して広がる２つの弁部４９とを有し、いわゆるＺ形の形状を呈する。

ここで、板状パーツ４７は、例えば、楕円を長軸に沿って２分割した半楕円形を呈する１つの弁部４９と、弁部４９の長軸と同一長さを有する矩形状であって重層部４８を形成する締結部５０とを有し、締結部５０は、２つの板状パーツ４７のそれぞれの重なり代をなす。また、締結部５０は、弁部４９の長軸の方向（以下、長軸方向と呼ぶことがある。）に並ぶ２つの締結穴５１を有し、締結穴５１は、弁部４９の短軸の方向（以下、短軸方向と呼ぶことがある。）に長い長穴形状である。

また、シャフト３７は、自身の軸方向に平行に伸びる平坦面５２を有し、平坦面５２は、締結部５０と略同一の矩形を呈するように設けられている。
なお、締結穴５１の長軸方向の幅は、ネジ４５の軸部を締結穴５１に対して垂直に通すことができ、かつ、ネジ４５の頭部を締結穴５１に対して垂直に通すことができない程度の広さである。

そして、２つの板状パーツ４７は、それぞれの長軸方向が互いに平行となるように、かつ、それぞれが有する２つの締結穴５１が互いに重なるように、さらに、それぞれの弁部４９が側面視で２回対称を呈するように締結部５０が重なって重層部４８を形成している。また、２つの板状パーツ４７は、長軸方向がシャフト３７の軸方向に略一致するように、かつ、それぞれの締結部５０と平坦面５２とが長軸方向において略一致して重なるようにシャフト３７に一体化している。

また、弁体４６は、弁部４９が第１ボア４２の流路軸αに対して非垂直に交差する状態で全閉状態を実現するように、第１ボア４２の収容されている。すなわち、弁体４６は、全閉状態において重層部４８が流路軸αに対して直角をなすように、かつ、弁部４９が流路軸αと鋭角θをなすように第１ボア４２に収容されている（図４参照。）。このため、弁体４６は、第１ボア４２の開度が最大となる全開状態のときに弁部４９が流路軸αと平行になり、全開状態から鋭角θだけ回転したときに全閉状態になる。

さらに、弁体４６は、全閉状態において、自身の周縁と第１ボア４２のボア壁との間に、環状の隙間５３を形成しており、弁体４６の周縁と第１ボア４２のボア壁とは、全閉状態において接触しておらず、さらに、全閉状態と全開状態との間のいずれの回転角においても接触しない。

また、２つの板状パーツ４７は、所定の治具５６に嵌められて重層部４８を形成し、さらに、例えばスポット溶接により重層部４８において互いに仮止めされて弁ＡＳＳＹ５７を形成する（図６参照。）。ここで、治具５６は、第１ボア４２の内径よりも小さい内径の円筒空洞５８を有し、２つの板状パーツ４７は、円筒空洞５８に嵌められる。そして、２つの板状パーツ４７は、重層部４８が円筒空洞５８の軸方向に垂直となるように、かつ、それぞれの弁部４９が、２箇所ずつ、円筒空洞５８をなす治具５６の内周壁との間に当接点５９を形成するように嵌められ、４つの当接点５９を形成した状態で仮止めされて弁ＡＳＳＹ５７を構成する。

このとき、弁体４６の周縁形状となる弁ＡＳＳＹ５７の周縁形状は、一方の板状パーツ４７の締結穴５１と他方の板状パーツ４７の締結穴５１との重なり方を変えることで調節されている。例えば、重層部４８を形成するように２つの板状パーツ４７を重ねたときに、２つの板状パーツ４７の周縁形状が円筒空洞５８に嵌まらない程に過大である場合、締結部５０同士の短軸方向の重なりが大きくなるように締結穴５１同士の重なり方を調節する。逆に、２つの板状パーツ４７の周縁形状が治具５６の内周壁で当接点５９を形成しない程に過小である場合、締結部５０同士の短軸方向の重なりが小さくなるように締結穴５１同士の重なり方を調節する。

そして、仮止め後の弁ＡＳＳＹ５７を第１ボア４２に収容するとともに、弁ＡＳＳＹ５７をネジ４５によりシャフト３７に一体化して弁体４６とする。このとき、シャフト３７は、予め平坦面５２が流路軸αに対して直角をなすように設定されており、弁ＡＳＳＹ５７は、全閉状態を形成するように第１ボア４２に挿入されてシャフト３７に仮置きされる。そして、第１ボア４２の開口からネジ４５を流路軸αに平行に締結穴５１に向かって差し入れ、ネジ４５をシャフト３７に螺合させる（図２参照。）。

〔実施例１の効果〕
実施例１の吸気弁１によれば、弁体４６は、側面視でくの字状を呈するように屈曲する同一形状の２つの板状パーツ４７からなり、２つの板状パーツ４７は側面視で２回対称を呈するように部分的に重なって重層部４８を形成し、重層部４８にネジ４５が配されて締結力を受けることでシャフト３７に一体化している。

これにより、吸気弁１において弁体４６となる部品の形状は、側面視でくの字状を呈するものとなり、従来のＺ形よりも簡単なものになる。このため、弁体４６となる部品に関して、管理すべき寸法項目を、例えば、従来の５項目（図７および図８に記載の項目ａ〜ｅ）から図４および図５に示す項目ｆ、ｇ、ｈの３項目に減らすことができる。また、項目ｆ、ｇに関して従来よりも甘く管理しても、重層部４８の形成時に重なり方を調節することで、弁体４６としての寸法を高精度に保つことができる。

以上により、Ｚ形を呈する吸気弁１の弁体４６に関し、全閉状態における信頼性を維持しながら寸法管理の煩雑さを低減することができる。
なお、弁体４６はＺ形であって、弁部４９が流路軸αに対して鋭角θだけ傾斜し、かつ重層部４８が流路軸αに対して直角をなす状態で全閉状態を実現しているので、第１ボア４２にネジ４５を差し入れて弁ＡＳＳＹ５７をシャフト３７に締結する作業が容易である。

また、締結部５０にはネジ４５が通る締結穴５１が設けられ、弁体４６の外形は、一方の板状パーツ４７の締結穴５１と他方の板状パーツ４７の締結穴５１との重なり方を変えることで調節されている。
これにより、ネジ４５の軸部が２つの締結部５０を貫通してシャフト３７に螺合する状態を確実に確保しながら、重層部４８の重なり方を調節することができる。

また、２つの板状パーツ４７は、第１ボア４２の内径よりも小さい内径の円筒空洞５８に嵌まるように重層部４８を形成して互いに仮止めされた後、第１ボア４２に収容されてシャフト３７に一体化される。
これにより、弁体４６が、例えば全開状態から閉側に回転したときに、鋭角θよりも小さい回転角でボア壁に当たり、メカ的にロック状態になるのを確実に回避することができる。

〔変形例〕
吸気弁１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の吸気弁１は、吸気絞り弁に採用されていたが、吸気弁１をスロットル装置１０におけるスロットル弁に採用してもよい。

１ 吸気弁 ２ 内燃機関 ３７ シャフト ４５ ネジ ４６ 弁体 ４７ 板状パーツ ４８ 重層部

Claims (2)

1. 内燃機関（２）に吸入される吸入空気の流量を増減する吸気弁（１）において、
   所定のアクチュエータにより回転駆動されるシャフト（３７）と、
   側面視でくの字状を呈するように屈曲する同一形状の２つの板状パーツ（４７）からなり、この２つの板状パーツ（４７）は側面視で２回対称を呈するように部分的に重なって重層部（４８）を形成し、この重層部（４８）に所定の締結部材（４５）が配されて締結力を受けることで前記シャフト（３７）に一体化している板状の弁体（４６）とを備え、
   前記重層部（４８）を形成する前記２つの板状パーツ（４７）のそれぞれの重なり代（５０）には、前記締結部材（４５）が通る締結穴（５１）が設けられ、
   前記弁体（４６）の外形は、一方の板状パーツ（４７）の締結穴（５１）と他方の板状パーツ（４７）の締結穴（５１）との重なり方を変えることで調節されている吸気弁（１）。
2. 内燃機関（２）に吸入される吸入空気の流量を増減する吸気弁（１）と、
   この吸気弁（１）を回転自在に収容するボア（４２）とを備える吸気弁装置（２４）の製造方法において、
   前記吸気弁（１）は、
   所定のアクチュエータにより回転駆動されるシャフト（３７）と、
   側面視でくの字状を呈するように屈曲する同一形状の２つの板状パーツ（４７）からなり、この２つの板状パーツ（４７）は側面視で２回対称を呈するように部分的に重なって重層部（４８）を形成し、この重層部（４８）に所定の締結部材（４５）が配されて締結力を受けることで前記シャフト（３７）に一体化している板状の弁体（４６）とを備え、
   前記２つの板状パーツ（４７）を、前記ボア（４２）の内径よりも小さい内径の円筒空洞（５８）に嵌まるように前記重層部（４８）を形成して互いに仮止めした後、前記ボア（４２）に収容して前記シャフト（３７）に一体化することを特徴とする吸気弁装置（２４）の製造方法。

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