WO2019003529A1

WO2019003529A1 - 内燃機関のバイパス空気量制御装置

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Publication number: WO2019003529A1
Application number: PCT/JP2018/012444
Authority: WO
Inventors: 賢一村上
Original assignee: 愛三工業株式会社
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2019-01-03
Also published as: JP2019011693A; JP6821523B2

Abstract

バイパス空気量制御装置（１０）は、内燃機関のスロットルバルブを迂回するバイパス通路（１６）を有するスロットルボディ（１２）と、バイパス通路（１６）を開閉するバルブ体（２４）とを備えている。バルブ体（２４）は、先方に向って縮径する第１テーパー部（３７）と、第１テーパー部（３７）に連設されかつ第１テーパー部（３７）のテーパー角（Ｔ１）よりも小さいテーパー角（Ｔ２）の第２テーパー部（３８）とを有している。バイパス通路（１６）には、バルブ体（２４）が着座及び離座するバルブシート（２１）が形成されている。バルブシート（２１）は、バルブ体（２４）の全閉位置において第１テーパー部（３７）と当接する当接部（４１）を有している。第１テーパー部（３７）と第２テーパー部（３８）との境界部（３９）が、バルブ体（２４）の全閉位置において当接部（４１）に対して近接して配置される構造になっている。

Description

内燃機関のバイパス空気量制御装置

　本発明は、内燃機関のバイパス空気量制御装置に関する。

　内燃機関は、空気を吸入するための吸気通路と、吸気通路に設けられたスロットルバルブを有している。スロットルバルブの上流と下流を連結するバイパス通路を流れるバイパス空気量を制御するバイパス空気量制御装置も従来知られている。バイパス空気量制御装置は、内燃機関のアイドル運転時において、バイパス通路を経由して内燃機関へ供給される空気量いわゆるバイパス空気量を制御する。

　図５はバイパス空気量制御装置のバルブシートの周辺部を示す断面図である。図５に示すように、従来例のバイパス空気量制御装置１１０は、スロットルボディ１１２とバルブ体１２４を備えている。スロットルボディ１１２は、内燃機関（エンジン）のスロットルバルブを迂回するバイパス通路１１６を有している。バルブ体１２４は、軸方向の移動によりバイパス通路１１６を開閉する。

　バルブ体１２４は、先方に向って縮径するテーパー状の第１テーパー部１３７と、第１テーパー部１３７に連設されかつ第１テーパー部１３７のテーパー角ｔ１よりも小さいテーパー角ｔ２の第２テーパー部１３８とを有している。第１テーパー部１３７が、バルブシート１２１に着座及び離座可能とされている。テーパー角ｔ１は、バルブ体１２４の全閉位置におけるバルブシート１２１に対する第１テーパー部１３７の食い付きを防止可能な角度に設定されている。

　バルブシート１２１は、断面Ｒ形状のシート面１２１ａを有している。バルブシート１２１に連続する通路部１１９は、シート面１２１ａの最小内径端から軸方向（図５において下方）に延在するストレート状である。特開平１０－２２７２３２号公報には、バルブ体が全閉位置においてバルブシートに対して食い付くことを防止するように第１テーパー部のテーパー角が設定されている構造が開示されています。

　図５に示すように、従来のバルブシート１２１は、バルブ体１２４の全閉位置において第１テーパー部１３７と当接する当接部１４１を有している。バルブ体１２４は、第１テーパー部１３７と第２テーパー部１３８との間に境界部１３９を有している。境界部１３９は、バルブ体１２４の全閉位置において当接部１４１と離れて位置している。そのため、内燃機関のアイドル運転時の使用域において第１テーパー部１３７がバルブの開度に寄与する。すなわち、図４に示すように、特性線Ｌ２の特性線部Ｌ２ａにおいて第１テーパー部１３７がバルブの開度に寄与する。特性線部Ｌ２ｂにおいて第２テーパー部１３８がバルブの開度に寄与する。内燃機関のアイドル運転時の使用域Ｓが特性線部Ｌ２ａに含まれている。

　したがって、アイドル運転時の使用域Ｓにおけるバルブ体１２４の単位変化量当たりのバイパス空気の変化量が大きくなっている。これにより、エンジン回転数の変化量が大きくなるという問題があった。特開平１０－２２７２３２号公報のバルブ体は、第１テーパー部のテーパー角よりも大きいテーパー角の第２テーパー部を有している。このため、第２テーパー部が機能する範囲においても、バルブ体の単位変化量当たりのバイパス空気の変化量が大きく、エンジン回転数の変化量が大きい。したがって従来、内燃機関のアイドル運転時を含む運転領域におけるエンジン回転数の変化量を低減することのできる、バイパス空気量制御装置が必要とされている。

　本開示の第１の特徴によると、内燃機関のバイパス空気量制御装置は、内燃機関のスロットルバルブを迂回するバイパス通路を有するバイパス通路形成部材と、軸方向の移動によりバイパス通路を開閉するバルブ体を備えている。バルブ体は、第１テーパー部と第２テーパー部とを有している。第１テーパー部は、先方に向って縮径するように軸方向に対して第１テーパー角を有するテーパー状である。第２テーパー部は、第１テーパー部に連設されかつ軸方向に対して第１テーパー角よりも小さい第２テーパー角を有するテーパー状である。バイパス通路形成部材のバイパス通路には、バルブ体が着座及び離座するバルブシートが形成されている。バルブシートは、バルブ体の全閉位置において第１テーパー部と当接する当接部を有している。第１テーパー部と第２テーパー部との境界部が、バルブ体の全閉位置において当接部に対して近接して配置される構造になっている。

　バルブ体がバルブシートに対して離間すると、当接部の近傍の境界部より先方に位置する第２テーパーがバイパス通路の開度に寄与する。換言すると、境界部より基部側に位置する第１テーパーのバイパス通路の開度への影響が小さい。したがって第２テーパー部が内燃機関のアイドル運転時を含む運転領域で機能する。第２テーパー部は、テーパー角が小さい。したがって、バルブ体の単位変化量当たりのバイパス空気の変化量が小さくなる。これにより、エンジン回転数の変化量を小さくすることができる。かくして、内燃機関のアイドル運転時を含む運転領域におけるエンジン回転数の変化量を小さくすることができる。

　本開示の他の特徴によると、バルブシートに連続する通路部は、当接部からバルブ体の軸方向と平行に延出する内周面を有している。この構成によって、当接部がバルブ体に近接する。かくして、当接部がバルブ体の全閉位置における第１テーパー部と第２テーパー部との境界部に近接する。

　本開示の他の特徴によると、バルブシートは、断面Ｒ形状のシート面を有している。バルブシートに連続する通路部は、当接部から軸方向に延在するストレート状に形成されている。この構成によって、当接部がバルブ体に近接する。かくして、当接部がバルブ体の全閉位置における第１テーパー部と第２テーパー部との境界部に近接する。

一実施形態に係るバイパス空気量制御装置の断面図である。バルブシートの周辺部におけるバイパス空気量制御装置の断面図である。バルブシートの第２通路部の説明図である。開度とバイパス空気量との関係を表すグラフである。バルブシートの周辺部における従来例にかかるバイパス空気量制御装置の断面図である。

　以下、本発明を実施するための一実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態に係るバイパス空気量制御装置は、自動車等の車両用エンジンにおいて、スロットルバルブをバイパスするバイパス通路を流れるバイパス空気量を制御する装置である。

　バイパス空気量制御装置１０は、図１に示すように、スロットルボディ（バイパス通路形成部材）１２と流量制御弁１４とを備えている。スロットルボディ１２には、バイパス通路１６が形成されている。バイパス通路１６は、内燃機関のスロットルバルブ（不図示）を迂回するように形成されている。すなわち、バイパス通路１６は、内燃機関の吸気通路に並設され、吸気通路に対してスロットルバルブの上流と下流を連結する。

　図１に示すように、バイパス通路１６は、一端面（上端面）を開口する有底円筒状のバルブ室１７と、バルブ室１７の底部から側方へ延在する第１通路部１８と、バルブ室１７の底面１７ａから同軸状に延在する中空円筒状の第２通路部１９と、を備えている。第２通路部１９のバルブ室１７側の開口端部には、バルブシート２１が形成されている。スロットルボディ１２は、例えば樹脂製である。

　流量制御弁１４は、図１に示すように、駆動装置２２とバルブ体２４とを備えている。駆動装置２２は、略円筒状のハウジング２６と、ハウジング２６内に収納されたステッピングモータ２７と、ステッピングモータ２７の回転運動を直線運動に変換するねじ機構からなる運動変換機構２８と、を備えている。ハウジング２６の一端部（図１において上端部）には、コネクタ部２６ａが設けられている。ハウジング２６の中央部には、外方へ張り出すフランジ状の取り付け部２６ｂが形成されている。

　ステッピングモータ２７は、図１に示すように、コネクタ部２６ａを介してＥＣＵ（電子制御装置）と電気的に接続されている。ＥＣＵからの信号によってステッピングモータ２７が回転出力を発し、回転出力が運動変換機構２８によってバルブ体２４の上下動に変換される。これにより流量制御弁１４がＥＣＵからの信号によって開閉制御される。

　図１に示すように、ハウジング２６の他端部側の部分（下部）は、スロットルボディ１２のバルブ室１７の開口部（上部）内にＯリング２９を介して同軸状に嵌合されている。ハウジング２６の取り付け部２６ｂは、スロットルボディ１２に締結等により固定されている。

　図１に示すように、バルブ体２４は、スロットルボディ１２のバルブ室１７内に同軸状に配置されている。バルブ体２４は、軸方向（上下方向）に並ぶ筒状部３１、フランジ部３２及びバルブ部３３を有している。筒状部３１は、駆動装置２２の運動変換機構２８の出力部材２８ａに同軸状に連結されている。これにより、バルブ体２４は、駆動装置２２のステッピングモータ２７の駆動により運動変換機構２８を介して軸方向（上下方向）に移動される。

　図１に示すように、フランジ部３２は、筒状部３１及びバルブ部３３よりも径方向外方へ張り出されている。フランジ部３２とハウジング２６との対向面の間には、コイルばねからなるばね部材３５が同軸状に介装されている。ばね部材３５は、バルブ体２４をハウジング２６から離隔させる方向（下方）に付勢している。バルブ部３３は、先方（下方）に向って先細り状をなすテーパ状に形成されており、スロットルボディ１２のバルブシート２１と同軸状に配置されている。バルブ体２４は、例えば樹脂製である。

　バイパス空気量制御装置１０の動作を図１を参照して説明する。バルブ体２４のバルブ部３３がバイパス通路１６のバルブシート２１に着座すなわち当接されているときには、バルブ体２４が全閉位置に位置されている。このとき、バイパス通路１６を流れるバイパス空気量は０（ゼロ）である。この状態から、バルブ体２４が駆動装置２２に後退（上方へ移動）されていくことにより、バルブ部３３がバイパス通路１６のバルブシート２１から離されていく、すなわちバルブ体２４が開き方向に移動される。これにともない、バイパス通路１６の第１通路部１８側から第２通路部１９側へ流れるバイパス空気量は次第に増加する。また、開位置から、バルブ体２４が駆動装置２２により進出（下方へ移動）されていくことにより、バルブ体２４が閉じ方向に移動される。これにともない、バイパス空気量は次第に減少し、最終的にはバルブ体２４がバルブシート２１に着座することで、バイパス空気量は０（ゼロ）になる。

　バルブ体２４のバルブ部３３は、図２に示すように、先方（下方）に向って縮径するテーパー状の第１テーパー部３７と第２テーパー部３８とを有している。第２テーパー部３８は、第１テーパー部３７に連設されている。第１テーパー部３７の外周面とバルブ体２４の軸線Ｌとのなす傾斜角は、第１テーパー角Ｔ１に設定されている。第２テーパー部３８の外周面と軸線Ｌのなす傾斜角は、第２テーパー角Ｔ２に設定されている。第１テーパー角Ｔ１は、バルブ体２４の全閉位置におけるバルブシート２１に対する第１テーパー部３７の食い付きを防止可能な角度、例えば３０°に設定されている。第２テーパー角Ｔ２は、第１テーパー角Ｔ１よりも小さい角度、例えば１０°に設定されている。

　バルブシート２１は、図２に示すように、スロットルボディ１２のバルブ室１７の底面１７ａと第２通路部１９の仮想内周面とのなす段付き角部に面取り状に形成されたシート面２１ａを有している。シート面２１ａは、断面Ｒ形状であって、その半径Ｒは、例えば０．５～１．０ｍｍである。図３に示すように、第２通路部１９の内周面は、半径Ｒの仮想線とバルブ体２４の軸線Ｌと平行な線とが接する接線から構成される仮想内周面１９ａよりも径方向外側に位置している。すなわちバルブシート２１のシート径２１ｄは、シート面２１ａを半径Ｒに沿って接線１９ａと接する場所まで延長したときの最小内径端の直径よりも大きい。仮想内周面１９ａは、軸方向ないし下方にストレート状に延在する。

　図２に示すように、バルブシート２１は、バルブ体２４が全閉位置に位置する際に第１テーパー部３７の外周面に対して当接する当接部４１を有する。当接部４１は、全閉位置における第１テーパー部３７の外周面の小径側端部よりも上方に位置し、小径側端部の外径よりも僅かに大きい外径を有する。シート径２１ｄは、バルブ体２４の当接部４１の直径と同一寸法に設定されている。

　図２に示すように、第２通路部１９（バルブシート２１に連続する通路部）は、当接部４１から軸方向（下方）に延在するストレート形状に形成されている。シート径２１ｄは、例えば６．０ｍｍである。バルブ体２４の全閉位置において、当接部４１に対して、第１テーパー部３７と第２テーパー部３８との境界部３９が接近する位置に配置されている。

　シート面２１ａの当接部４１は、図２に示すように、第１テーパー部３７と第２テーパー部３８との間の境界部３９に近接している。したがって、第２テーパー部３８が内燃機関のアイドル運転時を含む運転領域で機能する。すなわち、図４に示すように、特性線Ｌ１の特性線部Ｌ１ａが第１テーパー部３７の機能する部分であり、特性線部Ｌ１ｂが第２テーパー部３８の機能する部分である。したがって、特性線部Ｌ１ｂから分かるように、内燃機関のアイドル運転時（使用域Ｓ参照）を含む運転領域におけるバルブ体２４の単位変化量当たりのバイパス空気の変化量を低減することができる。よって、エンジン回転数の変化量を低減することができる。

　図２に示すように、バルブシート２１は、断面Ｒ形状のシート面２１ａを有している。第２通路部１９は、バルブシート２１に連続し、当接部４１から軸方向に延在するストレート状に形成されている。したがって、当接部４１が第２通路部１９の内周面に近接、すなわちバルブ体２４に近接する。かくして当接部４１がバルブ体２４の全閉位置における第１テーパー部３７と第２テーパー部３８との境界部３９に近接する。

　本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、スロットルボディ１２及び／又はバルブ体２４は、樹脂製に限らず、金属製でもよい。バイパス通路形成部材は、スロットルボディ１２に限らず、バイパス通路１６を形成する他の部材でもよい。第１テーパー角Ｔ１及び／又は第２テーパー角Ｔ２は適宜の大きさを有していてもよい。第２通路部１９のシート径２１ｄは適宜の大きさを有していてもよい。第２通路部１９は、少なくとも、バルブ体２４の全閉位置において、当接部４１からバルブ体２４の先端面を超えるまでの通路部分がストレート状に形成されていればよい。

Claims

　内燃機関のバイパス空気量制御装置であって、
　内燃機関のスロットルバルブを迂回するバイパス通路を有するバイパス通路形成部材と、
　軸方向の移動により前記バイパス通路を開閉するバルブ体を備えており、
　前記バルブ体は、先方に向って縮径するように前記軸方向に対して第１テーパー角を有するテーパー状の第１テーパー部と、該第１テーパー部に連設されかつ前記軸方向に対して前記第１テーパー角よりも小さい第２テーパー角を有するテーパー状の第２テーパー部とを有しており、
　前記バイパス通路形成部材の前記バイパス通路には、前記バルブ体が着座及び離座するバルブシートが形成されており、
　前記バルブシートは、前記バルブ体の全閉位置において前記第１テーパー部と当接する当接部を有し、
　前記第１テーパー部と前記第２テーパー部との境界部が、前記バルブ体の全閉位置において前記当接部に対して近接して配置される構造になっている、内燃機関のバイパス空気量制御装置。
　請求項１に記載の内燃機関のバイパス空気量制御装置であって、
　前記バルブシートに連続する通路部は、前記当接部から前記バルブ体の前記軸方向と平行に延出する内周面を有する、内燃機関のバイパス空気量制御装置。
　請求項１に記載の内燃機関のバイパス空気量制御装置であって、
　前記バルブシートは、断面Ｒ形状のシート面を有しており、
　前記バルブシートに連続する通路部は、前記当接部から前記バルブ体の前記軸方向に延在するストレート状に形成されている、内燃機関のバイパス空気量制御装置。