(57)【要約】【課題】バルブ体の氷結固着を防止し得るバルブ装置を提供する。【解決手段】バルブ装置は、空気が流通する吸気通路と、吸気通路に回転可能に支持されているバルブ軸と、バルブ軸に固定されており、バルブ軸の回転に伴って吸気通路の開度を調整するバルブ体を備えている。バルブ体の周面のバルブ軸から最も離れた部分の一方に対向する吸気通路の内壁に、吸気通路の下流に向けて伸びる溝部が設けられている。【選択図】  図１
2020133395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気系に設けられ、内燃機関への吸気量を調整するバルブ装置であって、
空気が流通する吸気通路と、
吸気通路に回転可能に支持されているバルブ軸と、
バルブ軸に固定されており、バルブ軸の回転に伴って吸気通路の開度を調整するバルブ体と、を備えており、
バルブ体の周面のバルブ軸から最も離れた部分の一方に対向する吸気通路の内壁に、吸気通路の下流に向けて伸びる溝部が設けられているバルブ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブ装置であって、
前記溝部が、前記溝部の吸気通路上流側の端部から下流側に向けて吸気通路の中心から離れるように傾斜しているバルブ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のバルブ装置であって、
バルブ体を全閉したときに、バルブ体の周面が、前記溝部の吸気通路上流側の端部よりも吸気通路の上流側で、吸気通路の内壁に対向するバルブ装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のバルブ装置であって、
バルブ体の周面のバルブ軸から最も離れた部分の他方側において、バルブ軸の回転に伴う吸気流路の流量変化を緩和する突出部が設けられているバルブ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のバルブ装置であって、
突出部のバルブ体と吸気通路が対向する対抗面が球面形状であるバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、内燃機関の吸気系で用いられるバルブ装置に関する技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、内燃機関の吸気系で用いられるバルブ装置が開示されている。特許文献１のバルブ装置は、いわゆるバタフライ弁であり、吸気通路内に回転可能に支持されているバルブ軸と、バルブ軸に固定されており、バルブ軸の回転に伴って吸気通路の開度を調整するバルブ体を備えている。特許文献１のバルブ装置は、バルブ軸を回転駆動するアクチュエータが停止したときに、バルブ体が全閉位置と全開位置の間の中間位置に留まるように制御されている。特許文献１では、バルブ体が氷結固着しないように中間位置が設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０９８７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように、アクチュエータが停止したときにバルブ体が中間位置に留まるように制御することによって、バルブ体の氷結固着を防止することができる。確実に氷結固着を防止するためには、中間位置におけるバルブ開度を大きくすればよい。しかしながら、車両では、バルブ装置に不具合（典型的にはアクチュエータの故障）が生じたときに車両が退避走行を行えるように、バルブ体を制御していないときは、バルブ体が全閉位置と全開位置の間の中間位置（オープナー開度位置）に存在していることが要求されている。例えば、オープナー開度位置におけるバルブ開度を大きくし過ぎると、退避走行時のエンジンによる車輪駆動力が増大し、車両がオーバーランすることが起こり得る。安全な退避走行を実現する開度に設定されたオープナー開度位置では、バルブ体の氷結固着を防止することができず、現状、氷結固着したバルブ体を回動させるために、高トルクのモータ（アクチュエータ）を採用し、強制的にバルブ体の固着を解消している。
【０００５】
以上のように、従来のバルブ装置では、オープナー開度位置を安全な退避走行を実現する開度に設定しながらバルブ体の氷結固着を防止することは困難である。本明細書は、氷結固着を防止し得る新規なバルブ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示する第１技術は、内燃機関の吸気系に設けられ、内燃機関への吸気量を調整するバルブ装置である。バルブ装置は、空気が流通する吸気通路と、吸気通路内に回転可能に支持されているバルブ軸と、バルブ軸に固定されており、バルブ軸の回転に伴って吸気通路の開度を調整するバルブ体を備えていてよい。また、バルブ体の周面のバルブ軸から最も離れた部分の一方に対向する吸気通路の内壁に、吸気通路の下流に向けて伸びる溝部が設けられていてよい。
【０００７】
本明細書で開示する第２技術は、上記第１技術のバルブ装置であって、上記溝部が、上記溝部の吸気通路上流側の端部から下流側に向けて吸気通路の中心から離れるように傾斜していてよい。
【０００８】
本明細書で開示する第３技術は、上記第１または第２技術のバルブ装置であって、バルブ体を全閉したときに、バルブ体の周面が、上記溝部の吸気通路上流側の端部よりも吸気通路の上流側で、吸気通路の内壁に対向してよい。
【０００９】
本明細書で開示する第４技術は、上記第１から第３技術のいずれかのバルブ装置であって、バルブ体の周面のバルブ軸から最も離れた部分の他方側において、バルブ軸の回転に伴う吸気流路の流量変化を緩和する突出部が設けられていてよい。
【００１０】
本明細書で開示する第５技術は、上記第４技術のバルブ装置であって、突出部のバルブ体と吸気通路が対向する対抗面が球面形状であってよい。
【発明の効果】
【００１１】
第１技術によると、バルブ体の氷結固着を防止することができる。バルブ体の氷結固着は、吸気通路内の水分が凝縮し、その後、凝結水が凝固（凍結）することにより生じる。第１技術のバルブ装置では、凝結水を溝部を通じてバルブ体の下流に移動させることができる。そのため、吸気通路内に凝結水が生じても、バルブ体の近傍に凝結水が存在しない。第１技術のバルブ装置は、オープナー開度位置が本来は氷結固着が生じる開度であっても、バルブ体の周囲から氷結の材料（凝結水）を除去することにより、氷結固着を防止することができる。また、氷結固着したバルブ体を強制的に回動させる必要がないので、モータ（アクチュエータ）の低トルク化を実現することができる。なお、溝部自体も、オープナー開度位置における開口の一部となる。
【００１２】
第２技術によると、凝結水をスムーズに下流に移動させることができる。
【００１３】
第３技術によると、弁体が全閉状態のときに内燃機関（内燃機関の燃焼室）に空気が送り込まれることを防止、又は低減することができる。
【００１４】
第４技術によると、バルブ軸に対して溝部が設けられている位置とは反対側で、バルブ体と吸気通路の隙間が制限される。その結果、溝部を設けたことに起因する吸気通路内の流量分解能の低下を抑制することができる。すなわち、吸気通路に溝部を設けることによって増加した吸気通路の開口面積を、溝部に対向する位置で開口を塞ぐことによって減少させる。それにより、バルブ体を全閉位置から開方向に回動させて吸気通路の開度を上昇させるときに、溝部の影響により開度（吸気通路の開口面積）が急速に上昇することを抑制することができる。また、吸気通路の開口面積の増加を制限することができるので、オープナー開度位置において安全に退避走行が可能な開口面積（内燃機関への吸気量）に調整することもできる。
【００１５】
第５技術によると、バルブ体が回動するときに、バルブ体と吸気通路（突出部）の隙間を一定に保つことができる。吸気通路内の流量分解能の低下を、より確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施例のバルブ装置について、バルブ体がオープナー開度位置に存在するときの吸気通路が伸びる方向に沿った断面を示す。
【図２】図１のII−II線に沿った断面を示す。
【図３】図１のIII−III線に沿った断面を示す。
【図４】第１実施例のバルブ装置について、バルブ体が全閉位置に存在するときの吸気通路が伸びる方向に沿った断面を示す。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った断面を示す。
【図６】第２実施例のバルブ装置について、バルブ体がオープナー開度位置に存在するときの吸気通路が伸びる方向に沿った断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施例）
図１から図５を参照し、バルブ装置１００について説明する。なお、図１から図３は、バルブ体１２がオープナー開度位置に存在するときの状態を示し、図４及び図５は、バルブ体１２が全閉位置に存在するときの状態を示している。また、図１には、バルブ体１２がオープナー位置（実線）から開方向に回動した状態を破線で示している。図１及び図４は、吸気通路２が伸びる方向に沿った断面を示しており、具体的には、バルブ軸１０が伸びる方向（Ｘ軸）に直交する面（Ｙ−Ｚ面）のうち、吸気通路２内の流路中心を含む面に沿った断面を示している。また、図２，３及び５は、吸気通路２の径方向に沿った断面を示しており、具体的には、吸気通路２内を気体が流れる方向（Ｚ方向）に直交する面（Ｘ−Ｙ面）に沿った断面を示している。図１及び図４には、吸気通路２内における気体の流れる向きを矢印で示している。なお、バルブ装置１００は、＋Ｙ方向が上方に位置し、−Ｙ方向が下方に位置するように車両に取り付けられる。
【００１８】
バルブ装置１００は、吸気通路２と、バルブ軸１０と、バルブ体１２を備えている。バルブ軸１０は、吸気通路２に回転可能に支持されている。バルブ軸１０にはバルブ体１２が固定されている。バルブ軸１０が回転することにより、バルブ体１２が回動し、バルブ体１２と吸気通路２の内壁２ａの隙間のサイズが変化する。すなわち、バルブ軸１０が回転によって吸気通路２の開度が調整される。バルブ体１２は、車両の吸気系で用いられるスロットルバルブであり、いわゆるバタフライ弁である。バルブ軸１０は、アクチュエータであるモータ（図示省略）に接続されており、モータの力によって、開方向（図１のバルブ体１２が破線で示す位置に回動する方向）に回転したり、閉方向（図１のバルブ体１２が図４で示す位置に回動する方向）に回転する。なお、バルブ軸１０には、開スプリングと閉スプリング（図示省略）が取り付けられている。そのため、モータからバルブ軸１０に力が加わらなくなると、バルブ体１２は、図１の実線で示すオープナー開度位置に移動する。開スプリングと閉スプリングを利用したバルブ体の駆動方法は公知のため、詳細な説明は省略する。
【００１９】
上記したように、モータからバルブ軸１０に力が加わらなくなると、バルブ体１２はオープナー開度位置に移動する。そのため、車両の走行中にモータに不具合が生じた場合、あるいは、車両の運転を停止した場合、バルブ体１２は図１に示すオープナー開度位置に移動する。そのため、車両の走行中、モータの故障等、バルブ装置１００に不具合が生じても、車両は退避走行を行うことができる。なお、オープナー開度位置における吸気通路２の開口面積が大きすぎると、内燃機関に多量の空気が供給され、車両がオーバーランし、危険である。一方、オープナー開度位置における吸気通路２の開口面積が小さすぎると、内燃機関に供給される空気が少なくなり（あるいは、全く空気が供給されない）、内燃機関が失火し、退避走行ができなくなる。バルブ装置１００では、オープナー開度位置は、安全に退避走行が行われる開度に設定されている。
【００２０】
図１に示すように、バルブ体１２の下方において、吸気通路２の内壁２ａに溝部１４が設けられている。溝部１４は、吸気通路２の下流に向けて伸びている。より正確には、バルブ体１２の周面のバルブ軸１０から最も離れた部分（＋Ｙ方向端と−Ｙ方向端）の一方（−Ｙ方向端）に対向する位置において、吸気通路２の内壁２ａに溝部１４が設けられている。また、溝部１４は、吸気通路上流側の端部から下流側に向けて吸気通路２の中心から離れるように傾斜し、吸気通路２の中心からの距離が一定程度離れて以降は、吸気通路２の中心からの距離を保ちながら、吸気通路下流側の端部まで伸びている。換言すると、溝部１４の深さは、吸気通路上流側の端部から下流側に向けて除々に深くなり、吸気通路上流側の端部と下流側の端部の中間を過ぎて以降、深さが一定のまま吸気通路下流側の端部まで伸びている。なお、溝部１４は、吸気通路２の上流から見て、オープナー開度位置では開口しており（図１）、全閉位置では閉じている（図４）。すなわち、バルブ体１２を全閉すると、バルブ体１２の周面が、溝部１４の吸気通路上流端よりも吸気通路２の上流側で、吸気通路２の内壁２ａに対向する。これにより、バルブ体１２の全閉時に内燃機関に空気が供給されることを防止、又は低減することができる。
【００２１】
また、バルブ体１２の上方、すなわち、バルブ体１２の周面のバルブ軸１０から最も離れた部分（＋Ｙ方向端と−Ｙ方向端）の他方（＋Ｙ方向端）において、吸気通路２の内壁２ａに突出部４が設けられている。突出部４は、バルブ体１２が回動するときに、バルブ体１２の周面と吸気通路２の内壁２ａの距離が大きく変化することを緩和して、吸気通路２内の流量分解能が悪化することを抑制している。なお、突出部４のバルブ体１２と対向する対抗面４ａは球面形状である。そのため、バルブ体１２が回動したときに、対抗面４ａとバルブ体１２の周面の距離は、ほぼ一定に保たれる。
【００２２】
（バルブ装置１００の利点）
上記したように、バルブ装置１００は、バルブ装置１００を車両に取り付けたときの下方側において、吸気通路２の内壁２ａに溝部１４が設けられている。そのため、オープナー開度位置にバルブ体１２が存在した状態で吸気通路２内の水分が凝縮しても、凝結水が吸気通路２の下流に排出され、バルブ体１２の周囲から凝結水を除去することができる。そのため、バルブ体１２が吸気通路２に氷結固着することを防止することができる。仮にバルブ体１２が吸気通路２に氷結固着した場合、バルブ体１２（バルブ軸１０）を強い力で回転させ、氷結固着を強制的に解除することが必要である。そのためには、高トルクのモータが必要である。バルブ装置１００は、バルブ体１２の周囲から氷結固着の原因である凝結水を除去することにより、結果としてモータの低トルク化を実現することができる。また、オープナー開度位置においては、溝部１４の開口面積が吸気通路２の開口割合（開度）に寄与する。そのため、全閉位置からオープナー開度位置までの角度を小さくすることができる。また、バルブ装置１００では、全閉位置において、バルブ体１２の周面が溝部１４に対向せず、溝部１４が設けられていない部分の吸気通路２の内壁２ａに対向する。そのため、内燃機関への吸気を遮断する制御を行ったときに、溝部１４を通じて内燃機関に空気が供給されることを防止、又は低減することができる。また、溝部１４が上流側の端部から下流側に向けて傾斜しているので、バルブ体１２の近傍で生じた凝結水を、速やかにバルブ体１２の近傍から遠ざけることができる。
【００２３】
また、上記したように、バルブ装置１００は、バルブ装置１００を車両に取り付けたときの上方側において、吸気通路２の内壁２ａに突出部４が設けられている。これにより、溝部１４を設けることにより生じる悪影響（吸気通路２内の流量分解能の低下）を抑制することができる。具体的には、吸気通路２に溝部１４を設けることによって増加した吸気通路２の開口面積を、突出部４を設けることによって開口面積を減少させ、バルブ体１２が全閉位置から開方向に回動するときに、吸気通路２の開度（開口面積）が急速に上昇することを抑制することができる。さらに、突出部４を設けることによって吸気通路２の開口面積の増加が制限され、オープナー開度位置において安全に退避走行が可能な開口面積（内燃機関への吸気量）に調整することができる。
【００２４】
（第２実施例）
図６を参照し、バルブ装置３００について説明する。なお、図６では、バルブ装置１００において図１に示した状態（バルブ体がオープナー開度位置に存在する状態）を示している。また、バルブ装置３００は、バルブ装置１００の変形例である。バルブ装置３００について、バルブ装置１００と実質的に同じ構成については、バルブ装置１００と同じ参照番号を付すことにより説明を省略することがある。
【００２５】
図６に示すバルブ装置３００は、吸気通路２内に突出部が設けられておらず、バルブ体３１２に突出部３０４が設けられている。突出部３０４は、吸気通路２の下流（＋Z方向）に向けて突出している。突出部３０４は、突出部４（図１を参照）と同様に、溝部１４を設けることに起因する流量分解能の悪化を防止することに寄与する。すなわち、吸気通路２に溝部１４を設けることによって増加した吸気通路２の開口面積を、突出部３０４を設けることによって開口面積を減少させ、バルブ体３１２が全閉位置から開方向に回動するときに、吸気通路２の開度（開口面積）が急速に上昇することを抑制することができる。さらに、突出部３０４を設けることによって吸気通路２の開口面積の増加が抑制され、オープナー開度位置において安全に退避走行が可能な開口面積（内燃機関への吸気量）に調整することができる。なお、突出部３０４は、バルブ体３１２の周面のバルブ軸１０から最も離れた部分（＋Ｙ方向端と−Ｙ方向端）の他方（＋Ｙ方向端）に設けられているということもできる。また、突出部３０４のうち、吸気通路２と対向する対抗面３０４ａは球面形状である。バルブ装置３００は、バルブ装置１００において吸気通路２の内壁２ａに設けられていた突出部４を削除し、バルブ体３１２に突出部３０４を設けたものということができる。
【００２６】
（他の実施形態）
上記実施例では、吸気通路の内壁に１個の溝部が設けられている形態について説明した。しかしながら、吸気通路の内壁の複数個所に溝部が設けられていてもよい。車両に対するバルブ装置の配置の自由度が向上する。すなわち、溝部は、少なくともバルブ体の周面のバルブ軸から最も離れた部分の一方に対向する吸気通路の内壁に設けられていればよく、他の位置に別の溝部が設けられていてもよい。
【００２７】
また、上記実施例では、吸気通路の内壁、あるいは、バルブ体に、流量分解能の悪化を抑制するための突出部が設けられている形態について説明した。しかしながら、本明細書で開示する技術において重要なことは、吸気通路内に凝結水を除去するための溝部を設けることであり、必ずしも突出部を備えている必要はない。
【００２８】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２９】
２：吸気通路
１０：バルブ軸
１２：バルブ体
１４：溝部
【図１】
2020133395.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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