JP6005508B2 - 流量制御弁 - Google Patents

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。

ＰＣＶバルブの従来例（以下、「従来例１」という）を述べる。図１９はＰＣＶバルブを示す断面図である。図１９に示すように、ＰＣＶバルブ１４０は、流入口１４３及び流出口１４４を有する筒状のケース１４２と、ケース１４２内に軸方向に往復動可能に配置された弁体１４６と、弁体１４６を流入口１４３側（図１９において右側）へ付勢するコイルばねからなるばね１６６とを備える。ケース１４２内には、所定の内径の計量孔部１５１を有するシート１５０が設置されている。また、弁体１４６は、基軸部１５９と、基軸部１５９の先端部に連続する計量軸部１６０とを備える。計量軸部１６０は、先端側の小径軸部１６３と、基端側の大径軸部１６４と、小径軸部１６３側から大径軸部１６４側へ向けて拡径されたテーパ状のテーパ部１６５とを同心状に有する。テーパ部１６５は、所定のテーパ角θ１で形成されている。弁体１４６の計量軸部１６０は、シート１５０の計量孔部１５１内に挿入されている。また、弁体１４６の基端部にはフランジ状のガイド部１６１が設けられている。また、ばね１６６は、ケース１４２のシート１５０と弁体１４６のガイド部１６１との間に介装されている。

前記ＰＣＶバルブ１４０において、エンジンの吸気負圧が流出口１４４側からケース１４２内に導入されると、上流側圧力と下流側圧力との差圧に応じて弁体１４６がばね１６６の付勢力に抗して流出口１４４側（図１９において左側）に移動する。これにより、ケース１４２の計量孔部１５１と弁体１４６の計量軸部１６０との間の環状の開口部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。なお、従来例１と同様の構造を備えるＰＣＶバルブは、例えば特許文献１及び２に記載されている。

特開２００５−３３０８９８号公報 特開２０１２−１６３０８５号公報

前記従来例１によると、ばね１６６に、ばね定数が一定のコイルばねが使用されている。また、エンジンのＷＯＴ（Wide Open Throttle）域において、ブローバイガスの流量を大流量化したいという要求がある。このため、弁体１４６の計量軸部１６０の小径軸部１６３が小径化されるにともない、テーパ部１６５のテーパ角θ１が大きい角度（すなわち急角度）になっている。テーパ角θ１が急角度のテーパ部１６５を有する弁体１４６では、計量孔部１５１とテーパ部１６５との間の計量にかかる移動領域において弁体１４６の移動量に対する流量の変化が大きいため、自励振動が発生しやすく、流量特性が不安定になることがある。

前記従来例１の変更例（以下、「従来例２」という）を説明する。図２０はＰＣＶバルブを示す断面図である。従来例１の各部に対応する従来例２の各部には符号、Ａが付記されている。図２０に示すように、弁体１４６Ａのテーパ部１６５Ａのテーパ角θ２を小さい角度（すなわち緩角度）で形成することにより、弁体１４６Ａの自励振動を抑制し、流量特性を安定化することが考えられる。しかし、テーパ角θ２が緩角度のテーパ部１６５Ａに変更すると、テーパ部１６５Ａの軸長が長くなるとともに大径軸部１６４Ａの軸長も長くなることにより、弁体１４６Ａ全体の軸長が長大化し、更にはケース１４２Ａの軸長も長大化することになる。また、弁体１４６Ａの移動領域いわゆるストローク量が増大するとともに、ばね１６６Ａのばね長（軸長）を長くしかつばね定数を小さく設定する必要がある。したがって、ＰＣＶバルブ１４０Ａの大型化を余儀なくされることになる。

前記した従来例１及び２によると、ＰＣＶバルブの流量特性の安定化と大型化の抑制との背反する事を両立することが困難であり、設計の自由度が低いという問題があった。また、前記特許文献１及び２のＰＣＶバルブについても、従来例１と同様の問題があった。なお、特許文献２においては、ケース内の下流側に、弁体の下流側への過度の移動を規制するための規制ばねが設けられている。しかしながら、規制ばねは、弁体が計量にかかる移動領域を超えて下流側へ過度に移動したときに作用するばねであって、計量にかかるばねではない。

本発明が解決しようとする課題は、設計の自由度を向上することのできる流量制御弁を提供することにある。

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、ケース内に往復動可能に配置された弁体と、弁体を流入口側へ付勢するばね手段とを備え、ケース内に計量孔部が形成され、弁体は、基軸部と計量軸部とを備え、弁体の計量軸部をケースの計量孔部に挿入し、ケース内の上流側圧力と下流側圧力との差圧に応じて弁体が往復動方向に移動することにより、流入口から流出口に流れる流体の流量を計量する流量制御弁であって、ばね手段を複数のばねで構成し、複数のばねは、計量にかかる弁体の移動領域内においてばね手段のばね定数が変化するように配置されている。この構成によると、弁体を流入口側へ付勢するばね手段を構成する複数のばねが、計量にかかる弁体の移動領域内においてばね手段のばね定数が変化するように配置されることにより、設計の自由度を向上することができる。

第２の発明は、第１の発明において、ばね手段は、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量に応じてばね定数が大きくなる非線形特性を有する。

第３の発明は、第２の発明において、ばね手段は、計量にかかる弁体の移動領域の全域において作用する第１ばねと、弁体の初期位置からの移動量が大きい移動領域において作用する第２ばねとを備える。この構成によると、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量が大きい移動領域において第１ばね及び第２ばねが作用することにより、ばね手段のばね定数（第１ばね及び第２ばねの合成ばね定数）を大きく設定することができる。これにより、ケース及び弁体の軸長の長大化を抑制して流量制御弁の大型化を抑制することができる。
また、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量が小さい移動領域において第１ばねのみが作用することにより、ばね手段のばね定数（第１ばねのばね定数）を小さく設定することができる。

第４の発明は、第３の発明において、弁体の計量軸部は、第１ばねのみ作用する領域において、ケースの計量孔部に対応しかつ先端側よりも基端側が拡径されたテーパ部を有する。この構成によると、第１ばねのみ作用する領域において、テーパ部のテーパ角を小さく設定することにより、弁体の自励振動を抑制して流量特性を安定化することができる。

第５の発明は、第３又は第４の発明において、第１ばねは、ケース内の上流側においてケースと弁体との間に介装し、第２ばねは、ケース内の下流側においてケースと弁体との間に所定の隙間を介して介装し、第２ばねは、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量が隙間を越える移動領域において作用し、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量が隙間より小さい移動領域において作用しない構成としている。この構成によると、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量が隙間を越える移動領域において、第２ばねが作用する。また、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量が隙間より小さい移動領域において、第２ばねが作用しない。

第６の発明は、第５の発明において、第２ばねが弁体に連結されている。この構成によると、第２ばねが弁体と一体的に移動することができる。

第７の発明は、第３又は第４の発明において、第１ばねは、ケース内の上流側においてケースと弁体との間に介装され、ケース内の下流側には、連動部材を軸方向に移動可能に設け、第２ばねは、ケースと連動部材との間に介装され、計量にかかる弁体の初期位置において弁体と連動部材との間には、所定の隙間が設けられ、第２ばねは、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量が隙間を越える移動領域において連動部材を介して作用し、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量が隙間より小さい移動領域において連動部材を介して作用しない構成としている。この構成によると、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量が隙間を越える移動領域において、第２ばねが作用する。また、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量が隙間より小さい移動領域において、第２ばねが作用しない。

第８の発明は、第３〜第７のいずれかの発明において、第１ばねのばね定数が第２ばねのばね定数よりも小さい。

第９の発明は、第３〜第８のいずれかの発明において、第１ばねを１本のコイルばねで構成し、第２ばねを１本のコイルばねで構成している。

第１０の発明は、第３又は第４の発明において、第１ばねは、ケース内の上流側においてケースと弁体との間に介装し、第２ばねは、ケース内の上流側においてケースと弁体との間に所定の隙間を介して介装し、第１ばねと第２ばねとは内外二重に配置し、第２ばねは、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量が隙間を越える移動領域において作用し、弁体の初期位置からの移動量が隙間より小さい移動領域において作用しない構成としている。この構成によると、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量が隙間を越える移動領域において、第２ばねが作用する。また、計量にかかる弁体の初期位置からの移動量が隙間より小さい移動領域において、第２ばねが作用しない。

第１１の発明は、第１〜第１０のいずれかの発明において、内燃機関のブローバイガス還元装置に用いられるＰＣＶバルブである。この構成によると、ＰＣＶバルブの設計の自由度を向上することができる。

実施形態１にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。 ＰＣＶバルブを第１ばね及び第２ばねの作用状態で示す断面図である。 図１のIII−III線矢視断面図である。 弁体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。 実施形態２にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。 ＰＣＶバルブを第１ばね及び第２ばねの作用状態で示す断面図である。 実施形態３にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。 ＰＣＶバルブを第１ばね及び第２ばねの作用状態で示す断面図である。 実施形態４にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。 ＰＣＶバルブを第１ばね及び第２ばねの作用状態で示す断面図である。 実施形態５にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。 ＰＣＶバルブを第１ばね及び第２ばねの作用状態で示す断面図である。 実施形態６にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。 ＰＣＶバルブを第１ばね及び第２ばねの作用状態で示す断面図である。 実施形態７にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。 実施形態８にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。 従来例１にかかるＰＣＶバルブを示す断面図である。 従来例２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６はブローバイガス還元装置を示す構成図である。
図６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（図示省略）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（図示省略）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、スロットル弁２４ａを備えている。スロットル弁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、スロットル弁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、スロットル弁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６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６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、スロットル弁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６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）によって制御すなわち計量される。

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６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６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、スロットル弁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６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、図２はＰＣＶバルブを第１ばね及び第２ばねの作用状態で示す断面図、図３は図１のIII−III線矢視断面図、図４は弁体を示す側面図である。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に示されるように、ＰＣＶバルブ４０は、流入口４３及び流出口４４を有する中空円筒状のケース４２と、ケース４２内に往復動可能に収容される弁体４６とを備えている。ケース４２内の中空部は、軸方向（図１において左右方向）に延びるガス通路４８となっている。ケース４２の後端部（図１において右端部）は、前記ブローバイガス通路３６（図６参照）の上流側の通路部に接続される。また、ケース４２の前端部（図１において左端部）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。また、ケース４２の後端部は、前記シリンダヘッドカバー１８（図６参照）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４８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（前後方向）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。両ケース半体４２ａ，４２ｂは、例えば樹脂製である。前側のケース半体４２ａの中央部内には、円筒状のシート５０が同心状に配置されている。シート５０の中空孔により計量孔部５１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４８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５２が形成されている。また、前側のケース半体４２ａ内すなわちシート５０よりも前側のガス流出側（図１において左側）には、中空円筒状の下流側の通路壁面５４が形成されている。

前記後側のケース半体４２ｂの後端部には、上流側の通路壁面５２よりも径方向内方へフランジ状に突出する後端壁部５６が形成されている。後端壁部５６内の円形状の中空孔により前記流入口４３が形成されている。また、前記前側のケース半体４２ａの前端部には、下流側の通路壁面５４よりも径方向内方へフランジ状に突出する前端壁部５８が形成されている。前端壁部５８内の円形状の中空孔により前記流出口４４が形成されている。

弁体４６は、例えば樹脂製である。図４に示すように、弁体４６は、基軸部５９と、基軸部５９の先端部（前端部）に連続する計量軸部６０と、基軸部５９の基端部（後端部）に形成されたフランジ状のガイド部６１とを同心状に有する。計量軸部６０は、先細りの段付軸状に形成されており、先端側の小径軸部６３と、小径軸部６３よりも大きい外径を有する基端側の大径軸部６４と、小径軸部６３と大径軸部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状のテーパ部６５とを同心状に有する。テーパ部６５は所定のテーパ角θで形成されている。テーパ角θは、弁体４６の軸線４６Ｌとテーパ部６５の外周面とのなす角度である。また、大径軸部６４には段差面及び／又はテーパ面等が少なくとも１つ以上存在するが、その外径の変化は微小であるため、本明細書では無視する。また、大径軸部６４の基端部は、基軸部５９と同一外径で形成されている。

図１に示すように、前記計量軸部６０は、前記ケース４２の計量孔部５１に対して流入口４３側から流出口４４側に向けて挿入されている。したがって、弁体４６が後退（図１において右方へ移動）するにともなって計量孔部５１と計量軸部６０との間の環状の開口部の断面積（流路断面積）が増大される。また、逆に、弁体４６が前進（図１において左方へ移動）するにともなって計量孔部５１と計量軸部６０との間の流路断面積が減少される。すなわち、ケース４２の計量孔部５１に対して弁体４６の計量軸部６０が往復動方向に移動することにより両者５１，６０間の開口部を流れるブローバイガスの流量が計量（調量）される。

前記弁体４６の計量軸部６０は、弁体４６の計量にかかる最後退位置と最前進位置との間の移動領域において計量孔部５１内に対応する。また、計量孔部５１内に対応する弁体４６の計量軸部６０の移動領域が図４にＲで示されている。また、計量軸部６０の小径軸部６３及びテーパ部６５の範囲が図４にＲａで示されている。また、計量軸部６０の大径軸部６４の範囲が図４にＲｂで示されている。また、基軸部５９と計量軸部６０との境界は移動領域Ｒの後端位置にある。したがって、基軸部５９及び小径軸部６３の前端部は計量に関与しない。

図３に示すように、前記ガイド部６１の外周面には、複数の平面状の切欠面６１ｂが周方向に等間隔で形成されている。隣り合う切欠面６１ｂの相互間は円弧状面６１ａになっている。また、円弧状面６１ａは、前記ケース４２の上流側の通路壁面５２に摺動可能に嵌合されている。切欠面６１ｂと上流側の通路壁面５２との間には、ブローバイガスが流れる流路としてのＤ字状の開口部が形成されている。

図１に示すように、前記ケース４２のガス通路４８の上流側の通路部内において、ケース４２と弁体４６との間には、円筒型コイルばねからなる１本の第１ばね６７が設けられている。第１ばね６７は、弁体４６の軸状部（基軸部５９及び計量軸部６０）に嵌合され、ケース４２のシート５０と弁体４６のガイド部６１との対向面間に介装されている。第１ばね６７は、常に弁体４６を流入口４３側に向けて付勢している。また、第１ばね６７は、計量にかかる弁体４６の移動領域全域において作用するばねである。また、計量にかかる弁体４６の初期位置が図１に二点鎖線４６で示されている。

前記ケース４２のガス通路４８の下流側の通路部内には、ピッグテールエンド部６９ａを有する円筒型等ピッチコイルばねからなる１本の第２ばね６９が設けられている。ピッグテールエンド部６９ａは、シート５０側に向けられている。また、前記弁体４６の計量軸部６０の小径軸部６３の先端部には、環状の取付溝７１（図４参照）が形成されている。取付溝７１には、第２ばね６９のピッグテールエンド部６９ａの小径側の端末部がその弾性変形を利用して装着されている。これにより、第２ばね６９が弁体４６に連結されているため、弁体４６と第２ばね６９が一体的に移動する。また、ケース４２の前端壁部５８と第２ばね６９との対向面間には、軸方向に所定の隙間Ｓ（図１参照）が設定されている。これにより、第２ばね６９は、計量にかかる弁体４６の初期位置（図１中、二点鎖線４６参照）からの移動量が隙間Ｓより小さい移動領域において作用しない。また、第２ばね６９は、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量が隙間Ｓより大きい移動領域において作用するばねであり、その移動領域において弁体４６を流入口４３側に向けて付勢する。なお、第１ばね６７及び第２ばね６９は本明細書でいう「ばね手段」を構成している。また、第１ばね６７及び第２ばね６９は、それぞれ線形特性を有するものとする。

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（図６参照）の停止中は吸気通路２７に吸気負圧（ブースト圧）が発生しない。このため、弁体４６は、第１ばね６７の弾性によって付勢されることにより、ガイド部６１が後端壁部５６に近付いた状態いわゆる全開状態となる（図１中、二点鎖線４６参照）。このとき、第２ばね６９は、ケース４２の前端壁部５８に対して隙間Ｓを隔てて離れている。なお、弁体４６の全開位置は本明細書でいう「初期位置」に相当する。

また、エンジン１２が始動されると、流出口４４を通じて吸気通路２７の吸気負圧がケース４２の内部すなわちガス通路４８に導入される。このため、吸気負圧の作用により弁体４６が第１ばね６７の付勢力に抗して流出口４４側に移動する。さらに、弁体４６の移動にともない第２ばね６９がケース４２の前端壁部５８に当接することにより第２ばねが作用するため、弁体４６が第１ばね６７及び第２の付勢力に抗して流出口４４側に移動する。すなわち、エンジン１２の低負荷時には、スロットルボデー２４（図６参照）のスロットル弁２４ａの開度が小さく、吸気通路２７に発生する吸気負圧が大きい。このため、弁体４６は、吸気負圧により流出口４４側に移動される（図２中、二点鎖線４６参照）。このとき、弁体４６の大径軸部６４の大径側軸部がケース４２の計量孔部５１に対応する。このため、計量孔部５１と計量軸部６０との間の開口部の流路断面積は小さくなり、ＰＣＶバルブ４０を流れるブローバイガスの流量は小流量となる。なお、このときの弁体４６の移動領域は、エンジン１２（図６参照）のアイドル域に対応する移動領域である。

また、エンジン１２の中負荷時には、スロットルボデー２４（図６参照）のスロットル弁２４ａの開度が大きくなり、吸気通路２７に発生する吸気負圧は減少する。このため、弁体４６は第１ばね６７及び第２ばね６９の付勢力により流入口４３側に移動される（図２中、実線４６参照）。このとき、弁体４６の大径軸部６４の小径側軸部がケース４２の計量孔部５１に対応する。このため、計量孔部５１と計量軸部６０との間の開口部の流路断面積は大きくなり、ＰＣＶバルブ４０を流れるブローバイガスの流量は、低負荷時と比較して増加する。なお、このときの弁体４６の移動領域は、エンジン１２（図６参照）のパーシャル域に対応する移動領域である。

また、エンジン１２の高負荷時においては、スロットルボデー２４（図６参照）のスロットル弁２４ａの開度が更に大きくなり、吸気通路２７に発生する吸気負圧は更に減少する。すると、弁体４６の移動にともない第２ばね６９がケース４２の前端壁部５８から離れることにより、弁体４６は第１ばね６７のみの付勢力により流入口４３側に移動される（図１参照）。このとき、弁体４６の計量軸部６０のテーパ部６５（小径軸部６３を含む）がケース４２の計量孔部５１に対応する。このため、計量孔部５１とテーパ部６５（小径軸部６３を含む）との間の開口部の流路断面積は大きくなり、ＰＣＶバルブ４０を流れるブローバイガスの流量は、中負荷時と比較して増加する。なお、このときの弁体４６の移動領域は、エンジン１２（図６参照）のＷＯＴ域に対応する移動領域である。また、ケース４２の前端壁部５８と第２ばね６９との間の隙間Ｓは、弁体４６の移動領域のうちの計量孔部５１に対して計量軸部６０のテーパ部６５（小径軸部６３を含む）が対応する移動領域に対応している。

図５はＰＣＶバルブのブースト圧と弁体の移動ストローク（移動量）との関係を示す特性線図である。図５に示すように、特性線Ｌは、ブースト圧（吸気負圧）の変異点Ｐを有しており、ブースト圧が変異点Ｐ未満のときの特性線Ｌａの単位圧力当りの弁体４６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４６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の初期位置からブースト圧の変異点Ｐまでは第１ばね６７が作用する（特性線Ｌａ参照）。このとき、ケース４２の前端壁部５８と第２ばね６９との間に設定された隙間Ｓにより第２ばね６９は作用しない。また、ブースト圧の変異点Ｐ以上のときは、第１ばね６７及び第２ばね６９が両方とも作用する（図５の特性線Ｌｂ参照）。このとき、第２ばね６９は、ケース４２の前端壁部５８に当接することにより作用する。したがって、第１ばね６７及び第２ばね６９により構成されるばね手段は、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量に応じてばね定数が大きくなる非線形特性を有する。

本実施形態において、
第１ばね６７のばね定数は、前記従来例２（図２０参照）におけるばね１６６Ａのばね定数と同じ値に設定されている。また、第１ばね６７のばね定数と第２ばね６９のばね定数を合計したばね定数が前記従来例１（図１９参照）のばね１６６のばね定数と同じ値になるように、第２ばね６９のばね定数が設定されている。また、弁体４６の計量軸部６０のテーパ部６５のテーパ角θは、前記従来例２（図２０参照）における弁体１４６Ａのテーパ部１６５Ａのテーパ角θ２と同じ値に設定されている。また、第２ばね６９のばね定数よりも第１ばね６７のばね定数が小さく設定されている。

したがって、ケース４２の計量孔部５１に弁体４６の計量軸部６０のテーパ部６５（小径軸部６３を含む）が対応する移動領域、すなわち、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量が小さい移動領域で、エンジン１２のＷＯＴ域に対応する移動領域（ストローク量）を、従来例２（図２０参照）のものと同じとすることができる。また、ケース４２の計量孔部５１に弁体４６の計量軸部６０のテーパ部６５（小径軸部６３を含む）が対応する移動領域以外の移動領域、すなわち、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量が大きい移動領域で、エンジン１２のパーシャル域及びアイドル域に対応する移動領域（ストローク量）を、従来例１（図１９参照）のものと同じとすることができる。

これにより、ケース４２の計量孔部５１に弁体４６の計量軸部６０のテーパ部６５（小径軸部６３を含む）が対応する移動領域において、ばね手段のばね定数（第１ばね６７のみのばね定数が相当する）を小さく設定するとともにテーパ角θ（図４参照）を小さく設定することにより、弁体４６の自励振動を抑制して流量特性を安定化することができる。また、ケース４２の計量孔部５１に弁体４６の計量軸部６０のテーパ部６５（小径軸部６３を含む）が対応する移動領域以外の移動領域において、ばね手段のばね定数（第１ばね６７と第２ばね６９の合計のばね定数が相当する）を大きく設定することにより、ケース４２及び弁体４６の軸長の長大化を抑制してＰＣＶバルブ４０の大型化を抑制することができる。

前記したＰＣＶバルブ４０によると、弁体４６を流入口４３側へ付勢するばね手段を構成する複数のばね（第１ばね６７及び第２ばね６９）が、計量にかかる弁体４６の移動領域内においてばね手段のばね定数が変化するように配置されることにより、設計の自由度を向上することができる。

また、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量が大きい移動領域において第１ばね６７及び第２ばね６９が作用することにより、ばね手段のばね定数（第１ばね６７及び第２ばね６９の合成ばね定数）を大きく設定することができる。これにより、ケース４２及び弁体４６の軸長の長大化を抑制してＰＣＶバルブ４０の大型化を抑制することができる。また、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量が小さい移動領域において第１ばね６７のみが作用することにより、ばね手段のばね定数（第１ばね６７のばね定数）を小さく設定することができる。

また、第１ばね６７のみ作用する領域において、テーパ部６５のテーパ角θ（図４参照）を小さく設定することにより、弁体４６の自励振動を抑制して流量特性を安定化することができる。

また、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量が隙間Ｓ（図１参照）を越える移動領域において、第２ばね６９が作用する。また、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量が隙間Ｓより小さい移動領域において、第２ばね６９が作用しない。

また、第２ばね６９が弁体４６に連結されている。したがって、第２ばね６９が弁体４６と一体的に移動することができる。

［実施形態２］
実施形態２について説明する。本実施形態以降の実施形態は、前記実施形態１のＰＣＶバルブ４０の一部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７はＰＣＶバルブを示す断面図、図８は同じく第１ばね及び第２ばねの作用状態で示す断面図である。図７及び図８に示すように、本実施形態は、前記実施形態１（図１参照）の第２ばね６９を、円錐筒型コイルばねからなる第２ばね（符号、７４を付す）に代えたものである。第２ばね７４の小径側の端末部が、弁体４６の取付溝７１にその弾性変形を利用して装着されている。

［実施形態３］
実施形態３について説明する。図９はＰＣＶバルブを示す断面図、図１０は同じく第１ばね及び第２ばねの作用状態で示す断面図である。図９及び図１０に示すように、本実施形態は、前記実施形態１（図１参照）の第２ばね６９を、ピッグテールエンド部６９ａを有しない円筒型コイルばねからなる第２ばね（符号、７６を付す）に変更したものである。また、ケース４２のシート５０と第２ばね７６との間に、連動部材７８が軸方向に移動可能に配置されている。連動部材７８は、弁体４６の軸方向に延びる円筒状の筒部７８ａと、筒部７８ａの前端開口部を閉鎖する端板部７８ｂと、筒部７８ａの後端外周に張り出すフランジ７８ｃとを有する（図９参照）。第２ばね７６は、ケース４２の前端壁部５８と連動部材７８のフランジ７８ｃとの間に介装されている（図９参照）。

また、前記実施形態１（図１参照）の弁体４６の取付溝７１（図１参照）が省略されている。弁体４６の計量軸部６０の小径軸部６３の先端部が、前記連動部材７８の筒部７８ａ内に軸方向に移動可能に嵌合されている。弁体４６の小径軸部６３と連動部材７８の筒部７８ａとは遊嵌状に嵌合されており、両者４６，７８間にブローバイガスが流れる流路が形成されている。また、連動部材７８の筒部７８ａには、ブローバイガスが流れる少なくとも１つの通気孔（図示省略）が形成されている。また、弁体４６の小径軸部６３と連動部材７８の端板部７８ｂとの間には隙間Ｓ（図９参照）が設定されている。

本実施形態によると、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量が隙間Ｓ（図９参照）を越える移動領域において、第２ばね７６が作用する（図１０参照）。また、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量が隙間Ｓより小さい移動領域において、第２ばね７６が作用しない（図９参照）。

［実施形態４］
実施形態４について説明する。図１１はＰＣＶバルブを示す断面図、図１２は同じく第１ばね及び第２ばねの作用状態で示す断面図である。
図１１及び図１２に示すように、本実施形態は、前記実施形態１（図１参照）の弁体４６の取付溝７１（図１参照）が省略されているとともに、弁体４６から第２ばね６９のピッグテールエンド部６９ａ（図１参照）が分離されている。また、ピッグテールエンド部６９ａの小径側の端末部と弁体４６の小径軸部６３とは、軸方向に接離可能に対向されている。

本実施形態によると、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量が隙間Ｓ（図１参照）を越える移動領域において、第２ばね６９が作用する（図１２参照）。また、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量が隙間Ｓ（図１参照）より小さい移動領域において、第２ばね６９が作用しない（図１１参照）。

［実施形態５］
実施形態５について説明する。図１３はＰＣＶバルブを示す断面図、図１４は同じく第１ばね及び第２ばねの作用状態で示す断面図である。
図１３及び図１４に示すように、本実施形態では、前記実施形態１（図１参照）のケース４２のシート５０及び前端壁部５８が省略されている。また、シート５０の代わりに、ケース４２の前側のケース半体４２ａの中央部に、内径を小さくする中空円筒状のシート部８０が同心状に形成されている。シート部８０の中空孔が計量孔部（符号、８１を付す）になっている。シート部８０の流入口４３側の壁面には、円環状のばね座面８３が形成されている。また、第１ばね６７と第２ばね（符号、８５を付す）が内外二重に配置されている。第２ばね８５は円筒型コイルばねからなる。両ばね６７，８５は、ケース４２のばね座面８３と弁体４６のガイド部６１との対向面間に介装されている。また、第２ばね８５と弁体４６のガイド部６１との対向面間に隙間Ｓ（図１３参照）をもって介装されている。また、両ばね６７，８５の配置にともない、後側のケース半体４２ｂの上流側の通路壁面５２が大径化されている。また、弁体４６のガイド部６１及び基軸部５９が大径化されている。

本実施形態によると、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量が隙間Ｓ（図１３参照）を越える移動領域において、第２ばね８５が作用する（図１４参照）。また、計量にかかる弁体４６の初期位置からの移動量が隙間Ｓより小さい移動領域において、第２ばね８５が作用しない（図１３参照）。

［実施形態６］
実施形態６について説明する。図１５はＰＣＶバルブを示す断面図、図１６は同じく第１ばね及び第２ばねの作用状態で示す断面図である。
図１５及び図１６に示すように、本実施形態では、前記実施形態３（図９参照）のシート５０の外周部に流入口４３側を小径とする段付凹部８７を形成し、その段付凹部８７の段付面に第１ばね６７の前端面を当接させている。また、実施形態３の連動部材７８が、円板状の基板部８９ａと、基板部８９ａの前面に同心状に突出されたガイド軸８９ｂとを有する連動部材（符号、８９を付す）に変更されている（図１５参照）。また、連動部材８９には、ブローバイガスが流れる少なくとも１つの通気孔（図示省略）が形成されている。

また、第２ばね７６は、ケース４２の前端壁部５８と連動部材７８の基板部８９ａとの間に介装されている（図１５参照）。また、第２ばね７６の後端部が連動部材８９のガイド軸８９ｂに嵌合されている。なお、第２ばね７６は、実施形態３（図９参照）のものよりも小径化されている。このため、ケース４２の前側のケース半体４２ａの下流側の通路壁面５４と前端壁部５８とのなす隅角部には、第２ばね７６の前端部を嵌合する複数本のリブ状のガイド突起９１が周方向に等間隔で形成されている。また、弁体４６の小径軸部６３を短縮することにより、その小径軸部６３と連動部材８９の基板部８９ａとの間に隙間Ｓが設定されている（図１５参照）。また、弁体４６の基軸部５９も短縮されている。

本実施形態によると、実施形態３のものと比較して、ケース４２及び弁体４６の軸長を短縮することができる。また、両ばね６７，７６のばね長（軸長）を短縮することができる。このため、ＰＣＶバルブ４０を小型化することができるとともに、ケーシングの両ケース半体４２ａ，４２ｂ、及び、弁体４６の成形性を向上することができる。

［実施形態７］
実施形態７について説明する。図１７はＰＣＶバルブを示す断面図である。
図１７に示すように、本実施形態では、前記実施形態１（図１参照）の弁体４６の計量軸部６０の小径軸部６３の先端部に、小径軸部６３の外径よりも小さい外径の取付軸部９３が同心状に形成されている。また、取付軸部９３は、第２ばね６９のピッグテールエンド部６９ａの小径側の端末部の内径よりも小さい外径とされている。取付軸部９３は、第２ばね６９のピッグテールエンド部６９ａの小径側の端末部に軸方向に移動可能に挿入されている。このため、取付軸部９３を第２ばね６９のピッグテールエンド部６９ａの小径側の端末部内に挿入するだけでよく、弁体４６と第２ばね６９との組付性を向上することができる。また、第２ばね６９のピッグテールエンド部６９ａに対して弁体４６の取付軸部９３が軸方向に移動可能であるが、ピッグテールエンド部６９ａが取付軸部９３から抜け外れないように構成されている。

［実施形態８］
実施形態８について説明する。図１８はＰＣＶバルブを示す断面図である。
図１８に示すように、本実施形態は、前記実施形態７（図１７参照）の第２ばね６９を、前記実施形態２（図７参照）の円錐筒型コイルばねからなる第２ばね７４に代えたものである。取付軸部９３は、第２ばね７４の小径側の端末部に軸方向に移動可能に挿入されている。

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、ばね手段のばね定数の変化形態は適宜変更することができる。また、ばね手段を構成する複数のばねは、第１ばね６７及び第２ばね６９に限らず、適宜増加することができる。また、実施形態では、第２ばね６９のばね定数よりも第１ばね６７のばね定数を小さく設定したが、第２ばね６９のばね定数よりも第１ばね６７のばね定数を大きく設定してもよいし、両ばね６７，６９を同等又は略同等のばね定数に設定してもよい。また、両ばね６７，６９のうちの少なくとも一方のばねは、非線形特性を有するものに代えてもよい。また、第１ばね６７及び第２ばね６９のうちの少なくとも一方のばねを複数本のコイルばねで構成している。また、ケース４２及び／又は弁体４６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
４３…流入口
４４…流出口
４６…弁体
５１…計量孔部
５９…基軸部
６０…計量軸部
６５…テーパ部
６７…第１ばね（ばね手段）
６９…第２ばね（ばね手段）
７４…第２ばね
７６…第２ばね
７８…連動部材
８１…計量孔部
８５…第２ばね
８９…連動部材
Ｓ…隙間

Claims (6)

1. 流入口及び流出口を有するケースと、
   前記ケース内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ばね手段と
   を備え、
   前記ケース内に計量孔部が形成され、
   前記弁体は、基軸部と計量軸部とを備え、
   前記弁体の計量軸部を前記ケースの計量孔部に挿入し、前記ケース内の上流側圧力と下流側圧力との差圧に応じて弁体が往復動方向に移動することにより、前記流入口から前記流出口に流れる流体の流量を計量する
   流量制御弁であって、
   前記ばね手段を第１ばねと第２ばねとで構成し、
   前記ばね手段は、前記計量にかかる前記弁体の移動領域内において、前記弁体の初期位置からの移動量に応じてばね定数が大きくなる非線形特性を有し、
   前記第１ばねは、前記ケース内の上流側において前記ケースと前記弁体との間に介装され、前記計量にかかる前記弁体の移動領域の全域において作用する一方、
   前記第２ばねは、前記弁体に連結されるとともに、前記ケース内の下流側において前記ケースとの間に所定の隙間を介して介装され、前記計量にかかる前記弁体の移動領域内における前記弁体の初期位置からの移動量が大きい移動領域において作用するようにされている
   ことを特徴とする流量制御弁。
2. 請求項１に記載の流量制御弁であって、
   前記弁体の先端部に環状の取付溝が形成されており、
   前記第２ばねの弁体側の端末部は、前記弁体の取付溝に弾性変形を利用して装着されていることを特徴とする流量制御弁。
3. 流入口及び流出口を有するケースと、
   前記ケース内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ばね手段と
   を備え、
   前記ケース内に計量孔部が形成され、
   前記弁体は、基軸部と計量軸部とを備え、
   前記弁体の計量軸部を前記ケースの計量孔部に挿入し、前記ケース内の上流側圧力と下流側圧力との差圧に応じて弁体が往復動方向に移動することにより、前記流入口から前記流出口に流れる流体の流量を計量する
   流量制御弁であって、
   前記ばね手段を第１ばねと第２ばねとで構成し、
   前記ばね手段は、前記計量にかかる前記弁体の移動領域内において、前記弁体の初期位置からの移動量に応じてばね定数が大きくなる非線形特性を有し、
   前記第１ばねは、前記ケース内の上流側において前記ケースと前記弁体との間に介装され、前記計量にかかる前記弁体の移動領域の全域において作用する一方、
   前記ケース内の下流側には、連動部材が軸方向に移動可能にかつ前記弁体との間に所定の隙間を介して設けられ、
   前記第２ばねは、前記ケースと前記連動部材との間に介装され、
   前記第２ばねは、前記計量にかかる前記弁体の移動領域内における前記弁体の初期位置からの移動量が大きい移動領域において前記連動部材を介して作用するようにされている
   ことを特徴とする流量制御弁。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の流量制御弁であって、
   前記弁体の計量軸部は、前記第１ばねのみ作用する領域において、前記ケースの計量孔部に対応しかつ先端側よりも基端側が拡径されたテーパ部を有することを特徴とする流量制御弁。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の流量制御弁であって、
   前記第１ばねのばね定数が前記第２ばねのばね定数よりも小さいことを特徴とする流量制御弁。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の流量制御弁であって、
   内燃機関のブローバイガス還元装置に用いられるＰＣＶバルブであることを特徴とする流量制御弁。

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