(57)【要約】      （修正有）【課題】デポジットの付着堆積による作動不良が生じない流体制御弁を提供する。【解決手段】吸気渦流発生バルブ３は、インマニ分岐管２の一部を成すゴム製の可撓壁４と、インマニ分岐管２の外部から可撓壁４を変形させて吸気通路１の下側を開閉させる変形駆動手段（内外操作棹８、アーム９、電動アクチュエータ）とを備える。吸気通路１の内部と、可撓壁４を変形させるための変形駆動手段とが、可撓壁４によって完全に遮断されている。このため、可撓壁４を変形させるための変形駆動手段にデポジットが付着することがなく、デポジットの堆積によって吸気渦流発生バルブ３が作動不良を生じない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路の流路面積を変化させて、前記流体通路内を流れる流体流量、流体圧力、あるいは流体の流れ状態をコントロールする流体制御弁において、
この流体制御弁は、前記流体通路を形成する通路形成部材の少なくとも一部に設けられた変形可能な可撓壁と、前記流体通路の外部から前記可撓壁を変形させて前記流体通路の流路面積を変化させる変形駆動手段とを備えることを特徴とする流体制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載の流体制御弁において、
前記流体通路は、内燃機関の燃焼室へ燃焼用空気である吸気を供給する吸気通路であることを特徴とする流体制御弁。
【請求項３】
請求項２に記載の流体制御弁において、
当該流体制御弁は、前記内燃機関が吸引する吸気に渦流を生じさせる吸気渦流発生バルブであることを特徴とする流体制御弁。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の流体制御弁において、
前記可撓壁は、弾性変形可能な樹脂材料によって形成されることを特徴とする流体制御弁。
【請求項５】
請求項４に記載の流体制御弁において、
前記可撓壁は、外部負荷が加わらない自由状態において自己の復元力により前記流体通路の流路面積を大きくするものであり、
前記変形駆動手段は、前記可撓壁を前記流体通路の内部に押し入れる量によって前記流体通路の流路面積を変化させることを特徴とする流体制御弁。
【請求項６】
請求項４に記載の流体制御弁において、
前記可撓壁は、外部負荷が加わらない自由状態において自己の復元力により前記流体通路の流路面積を小さくするものであり、
前記変形駆動手段は、前記可撓壁を前記流体通路の外部に引き出す量によって前記流体通路の流路面積を変化させることを特徴とする流体制御弁。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の流体制御弁において、
前記変形駆動手段は、前記可撓壁を前記流体通路の内部に押し入れるとともに、前記流体通路の内部に押し入れられた前記可撓壁を前記流体通路の外部に引き出す内外操作棹と、
この内外操作棹を前記流体通路の内外方向に駆動するアクチュエータとを備えることを特徴とする流体制御弁。
【請求項８】
請求項５に記載の流体制御弁において、
前記変形駆動手段は、回転角度によって前記可撓壁の押圧量が変化する回転カムと、
この回転カムを回転駆動するアクチュエータとを備えることを特徴とする流体制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体通路内を流れる流体流量、流体圧力、あるいは流体の流れ状態をコントロールする流体制御弁に関し、例えば、内燃機関（以下、エンジンと称する）の吸気通路の流路面積を変化させる流体制御弁に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体制御弁は、流体通路を成すバルブハウジング（通路形成部材の一例）の内部に弁体を配置し、バルブハウジングの外部に配置したアクチュエータによって弁体を変位させることで、流体通路内を流れる流体流量、流体圧力、あるいは流体の流れ状態をコントロールしている。
しかるに、流体通路内を流れる流体に含まれる物質（例えば、不純物）が、流体通路内で変位する弁体や、この弁体を収容するバルブハウジング内に、デポジットとして付着堆積する場合がある。そして、デポジットが弁体とバルブハウジングとの軸受部等に付着すると、弁体の変位がデポジットによって阻害される可能性がある。
【０００３】
上記の不具合を具体的に説明する。
例えば、エンジンの吸気通路の流路面積を変化させる流体制御弁として、燃焼室へ吸引される吸気に渦流を生じさせる吸気渦流発生バルブが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
吸気渦流発生バルブは、燃焼室直前のインテークマニホールドの内部に弁体を配置し、この弁体と一体に回動するシャフトをインテークマニホールドの外部から回動操作することで弁体を開閉駆動して、燃焼室に吸引される空気にスワール流（横方向回転流）やタンブル流（縦方向回転流）などの渦流を生じさせるものである。
【０００４】
吸気渦流発生バルブの弁体が配置された吸気通路では、エアフィルタにより濾過された空気に、ＥＧＲガスやブローバイガスが含まれた状態で通過する。このため、排気ガス中に含まれる成分が、吸気通路内に配置された弁体、この弁体を収容する吸気通路の内壁、さらにシャフト軸受部に、デポジットとなって付着堆積する。
デポジットは、冷間時に粘着力が高まる性質をもっている。その結果、弁体とインテークマニホールドとの接触部や、シャフト軸受部に付着したデポジットによって弁体の駆動トルクが上昇して、弁体の開閉が阻害される可能性がある。即ち、吸気渦流発生バルブがデポジットの堆積によって、応答性の悪化や、弁体固着等の作動不良を起こす可能性がある。
【特許文献１】特開２００２−２４２６８４公報
【特許文献２】特開２００７−２５５１９４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、デポジットの付着堆積による作動不良が生じない流体制御弁の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用する流体制御弁は、可撓壁を変形させて流体通路の流路面積を変化させるものであり、可撓壁を変形させるための変形駆動手段が流体通路の外部に配置される。流体通路の内部と、可撓壁を変形させるための変形駆動手段とが、可撓壁によって完全に遮断されるため、可撓壁を変形させるための変形駆動手段にデポジットが付着することがない。
即ち、流体通路の内側には、可撓壁の内壁を除いて流体制御弁の構成部品が存在しない。このため、可撓壁の内壁を除いて流体制御弁の構成部品にデポジットが付着することがなく、デポジットの付着堆積によって流体制御弁が作動不良を生じない。
【０００７】
［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用する流体制御弁の流体通路は、内燃機関の燃焼室へ燃焼用空気である吸気を供給する吸気通路である。
これにより、吸気通路に設けられる流体制御弁が、デポジットの付着堆積によって作動不良を生じない。
【０００８】
［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用する流体制御弁は、エンジンが吸引する吸気に渦流を生じさせる吸気渦流発生バルブである。
これにより、吸気渦流発生バルブが、デポジットの付着堆積によって作動不良を生じない。
【０００９】
［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用する流体制御弁の可撓壁は、弾性変形可能な樹脂材料（ゴムやエラストマー等）によって形成される。
【００１０】
［請求項５の手段］
請求項５の手段を採用する流体制御弁の可撓壁は、外部負荷が加わらない自由状態において自己の復元力により流体通路の流路面積を大きくするものであり、変形駆動手段は、可撓壁を流体通路の内部に押し入れる量によって流体通路の流路面積を変化させるものである。
【００１１】
［請求項６の手段］
請求項６の手段を採用する流体制御弁の可撓壁は、外部負荷が加わらない自由状態において自己の復元力により流体通路の流路面積を小さくするものであり、変形駆動手段は、可撓壁を流体通路の外部に引き出す量によって流体通路の流路面積を変化させるものである。
【００１２】
［請求項７の手段］
請求項７の手段を採用する流体制御弁の変形駆動手段は、可撓壁を流体通路の内部に押し入れるとともに、流体通路の内部に押し入れられた可撓壁を流体通路の外部に引き出す内外操作棹と、この内外操作棹を流体通路の内外方向に駆動するアクチュエータとを備える。
【００１３】
［請求項８の手段］
請求項８の手段を採用する流体制御弁の変形駆動手段は、回転角度によって可撓壁の押圧量が変化する回転カムと、この回転カムを回転駆動するアクチュエータとを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
最良の形態の流体制御弁は、エンジン燃焼室直前の吸気通路（流体通路の一例）の一部を開閉させて、エンジンに吸引される吸気に渦流を生じさせる吸気渦流発生バルブであり、この吸気渦流発生バルブは、エンジン燃焼室直前の吸気通路を形成するインテークマニホールド（通路形成部材の一例）の少なくとも一部に設けられた変形可能な可撓壁と、吸気通路の外部から可撓壁を変形させて吸気通路の流路状態を変化させる変形駆動手段とを備える。
【実施例１】
【００１５】
本発明を吸気渦流発生バルブに適用した実施例１を、図１、図２を参照して説明する。  燃料の燃焼により回転出力を生じさせるエンジンは、燃焼室へ吸気（燃焼用の空気）を導く吸気通路１（流体通路の一例）と、燃焼室で生成された排気ガスを排出する排気通路とを備える。
吸気通路１は、エアフィルタやスロットルバルブが設けられる吸気管の内部通路、この吸気管の下流部に接続されて吸気管から供給される吸気を各気筒に分配するインテークマニホールドの内部通路、このインテークマニホールドが締結されるシリンダヘッドに形成されてインテークマニホールドの下流端から供給される吸気を燃焼室内に導く吸気ポートの内部通路である。
【００１６】
各吸気ポートに接続されるインテークマニホールドの下流側の各分岐管（以下、インマニ分岐管と称す）２には、このインマニ分岐管２内における吸気通路１の下側を開閉（流路面積の変化の一例）させることで燃焼室（具体的には、ピストンの下降に伴って体積膨張するエンジンのシリンダ内）に吸い込まれる吸気の流れ状態をコントロールして、エンジンの運転状態に応じてエンジンのシリンダ内にタンブル流を生じさせる吸気渦流発生バルブ（流体制御弁の一例）３が設けられている。
吸気渦流発生バルブ３は、インマニ分岐管２（通路形成部材の一例）の一部を成す変形可能な可撓壁４と、インマニ分岐管２の外部から可撓壁４を変形させて、インマニ分岐管２内における吸気通路１の下側を開閉させる変形駆動手段とを備える。
【００１７】
可撓壁４は、弾性変形可能な樹脂材料（例えば、ゴム）によって形成されるものである。具体的に、硬質な樹脂（あるいは、アルミニウム等の金属）によって形成されるインマニ分岐管２の下側には内外を貫通する窓部５が形成されており、伸縮性および耐久性に優れたゴムシートによって形成された可撓壁４によって窓部５を完全に閉塞する構造を採用している。
ここで、インマニ分岐管２と可撓壁４との結合手段は限定されるものではないが、具体的な一例を示すと、インマニ分岐管２に可撓壁４がインサート成形されるものである。なお、インサート成形とは別の手段として、インマニ分岐管２に形成した窓部５に、別途成形した可撓壁４を嵌め合わせて、接着剤等を用いて可撓壁４をインマニ分岐管２に結合するようにしても良い。
【００１８】
この実施例１の可撓壁４は、インマニ分岐管２を流れる吸気の流れの鉛直方向から見て図１に示すように変形可能に設けられるとともに、インマニ分岐管２を流れる吸気の流れに平行方向から見て図２に示すように変形可能に設けられる。
具体的に、可撓壁４における吸気の上下流方向の略中央部には、インマニ分岐管２の内部に向けて略矩形状に膨出可能な膨出部６が設けられるとともに、この膨出部６の吸気流の前後には膨出部６の変形を容易にするための蛇腹７が設けられている。
【００１９】
膨出部６をインマニ分岐管２の内部に押し入れた状態では、図１（ａ）に示すように、吸気の流れの鉛直方向から見て膨出部６が略矩形状に膨出して、吸気通路１の下側が閉塞される。
逆に、膨出部６をインマニ分岐管２の外部に引き出した状態では、図１（ｃ）に示すように、吸気の流れの鉛直方向から見た膨出部６の左右中央部が管外へ引き出されて、インマニ分岐管２の内部への膨出量が少なくなって、吸気通路１の下側の閉塞状態が解除される。
【００２０】
変形駆動手段は、吸気通路１の外部（インマニ分岐管２の外面側で、且つ可撓壁４の外面側）に配置されるものであり、この実施例１では、可撓壁４を吸気通路１の内部に押し入れる動作、および吸気通路１の内部に押し入れられた可撓壁４を吸気通路１の外部に引き出す動作を行なう内外操作棹８と、この内外操作棹８を吸気通路１の上下方向（内外方向の一例）に駆動する電動アクチュエータとを備える。
【００２１】
内外操作棹８の上端は、吸気の流れの鉛直方向から見た膨出部６の左右中央部の外部と図示しない結合手段（結合ピン等）で結合している。
また、内外操作棹８の上端には、２つのアーム９の一端が回動可能に結合されている。各アーム９の他端は、図１（ａ）に示すように、吸気の流れの鉛直方向から見て略矩形状に膨出する膨出部６の角部とそれぞれ結合ピンを介して結合している。
【００２２】
内外操作棹８を上昇させると、図１（ｃ）→図１（ｂ）→図１（ａ）に示すように、膨出部６の中央部がインマニ分岐管２の内部に押し入れられると同時に、２つのアーム９が膨出部６の両方の角部を左右に押し広げる。この結果、膨出部６が吸気通路１の下側を閉塞する。
逆に、内外操作棹８を下降させると、図１（ａ）→図１（ｂ）→図１（ｃ）に示すように、膨出部６の中央部がインマニ分岐管２の外部に引き出されると同時に、２つのアーム９が膨出部６の両方の角部を中央に接近させる。この結果、吸気通路１の下側の閉塞が解除される。
【００２３】
一方、内外操作棹８の下端は、電動アクチュエータに結合されて、電動アクチュエータの作動により内外操作棹８が上下方向に駆動される。
電動アクチュエータは、各インマニ分岐管２に設けられたそれぞれの吸気渦流発生バルブ３の各内外操作棹８を同時に駆動する共通の駆動手段であり、通電により回転出力を発生する電動モータと、この電動モータの回転出力を歯車列等を用いて減衰する減速装置と、この減速装置で減速された回転を内外操作棹８の上下方向の移動に変換する変換リンクとを備える。そして、電動モータがＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略）によって通電制御される。
【００２４】
ＥＣＵは、マイクロコンピュータを搭載した周知の電子制御装置である。
ＥＣＵは、エンジンが温まっている通常時や、エンジンの要求吸気量が多い場合など、タンブル流を生じさせることが要求されない運転状態の時に、電動モータを通電制御して内外操作棹８を下降させ、可撓壁４の膨出部６をインマニ分岐管２内から引き出して、吸気渦流発生バルブ３を開く。即ち、吸気渦流発生バルブ３が吸気通路１の下側の閉塞を解除した状態に設定される。この結果、エンジンの運転状態は、燃焼室にタンブル流が生じない運転状態に設定される。
【００２５】
一方、ＥＣＵは、エンジンが冷えている運転時や、エンジンの要求吸気量が少ない場合など、タンブル流を生じさせることが要求される運転状態の時に、電動モータを通電制御して内外操作棹８を上昇させ、可撓壁４の膨出部６をインマニ分岐管２の内部に押し入れて、吸気渦流発生バルブ３を閉じる。即ち、吸気渦流発生バルブ３が吸気通路１の下側を閉塞する。この結果、エンジンの運転状態は、燃焼室に強いタンブル流が生じる運転状態に設定される。
【００２６】
ここで、吸気渦流発生バルブ３が配置された吸気通路１の内部には、エアフィルタにより濾過された吸気中に、ＥＧＲガスやブローバイガスが含まれた状態で通過する。このため、吸気渦流発生バルブ３が配置されるインマニ分岐管２の内部は、デポジットが付着堆積し易い状態になっている。
しかるに、この実施例１の吸気渦流発生バルブ３は、上述したように、インマニ分岐管２の外部から可撓壁４を変形させることで、吸気通路１の下側の開閉を行なう。
【００２７】
このように、この実施例１の吸気渦流発生バルブ３は、吸気通路１の内部と、可撓壁４を変形させるための変形駆動手段とが、可撓壁４によって完全に遮断されているため、可撓壁４を変形させるための変形駆動手段（内外操作棹８、２つのアーム９、これらの駆動手段）にデポジットが付着することがない。
即ち、吸気通路１の内側には、可撓壁４の内壁を除いて吸気渦流発生バルブ３の構成部品（内外操作棹８、２つのアーム９、これらの駆動手段）が存在しない。このため、可撓壁４の内壁を除いて吸気渦流発生バルブ３の構成部品にデポジットが付着することがなく、デポジットの付着堆積によって吸気渦流発生バルブ３が作動不良を生じない。
【実施例２】
【００２８】
図３を参照して実施例２を説明する。なお、以下の各実施例において、上記実施例１と同一符号は同一機能物を示すものである。
上記実施例１では、可撓壁４の一部に蛇腹７を用いる例を示した。
これに対し、この実施例２では、可撓壁４の蛇腹７を廃止し、凹凸のないゴムシートによって可撓壁４を形成したものである。
このように、蛇腹７による凹凸が吸気通路１の内部に形成されないため、蛇腹７による凹凸によって空気抵抗が増加する不具合を回避することができる。また、蛇腹７による凹凸にはデポジットが堆積し易いが、蛇腹７の廃止によって可撓壁４の内壁にデポジットが堆積し難くなる。
【００２９】
上記実施例１では、内外操作棹８を上下方向に駆動して吸気通路１の下側の開閉を行なう例を示した。
これに対し、この実施例２では、可撓壁４が外部負荷が加わらない自由状態において自己の復元力により吸気通路１の下側を開く（流体通路の流路面積を大きくするものの一例）ように設けられるとともに、変形駆動手段が可撓壁４を吸気通路１の内部に押し入れることで吸気通路１の下側を閉じる（流体通路の流路面積を小さくするものの一例）ものである。
【００３０】
具体的に、この実施例２では、図３に示すように、可撓壁４の略中央部に内外操作棹８の上端部が結合されている。
そして、タンブル流を生じさせることが要求される運転状態の時は、ＥＣＵが電動モータを通電制御して内外操作棹８を上昇させる。その結果、図３（ａ）に示すように凹凸のないゴムシートよりなる可撓壁４がインマニ分岐管２の内部に押し入れられて、吸気通路１の下側が閉じられる。
逆に、タンブル流を生じさせることが要求されない運転状態の時は、ＥＣＵが電動モータを通電制御して内外操作棹８を下降させることで、図３（ｂ）に示すように可撓壁４の復元力により吸気通路１の下側が開かれる。
【実施例３】
【００３１】
図４を参照して実施例３を説明する。
上記の実施例２の変形駆動手段は、内外操作棹８を上昇させることで、ゴムシートよりなる可撓壁４の復元力に抗して可撓壁４をインマニ分岐管２の内部に押し入れる例を示した。
これに対し、この実施例３の変形駆動手段は、回転角度によって可撓壁４の押圧量が変化する回転カム１０（例えば、軸方向から見て外縁が楕円で、回転中心が楕円の中心からズレた位置に設けられたカム）を用いて、ゴムシートよりなる可撓壁４の復元力に抗して可撓壁４をインマニ分岐管２の内部に押し入れるものである。
回転カム１０は、実施例１の電動アクチュエータと同様、減速装置を介して電動モータによって回転駆動されるものであり、１本の回転カム１０によって、各インマニ分岐管２のそれぞれの吸気渦流発生バルブ３が駆動されるものである。
【００３２】
具体的に、この実施例３の回転カム１０は、図４に示すように、可撓壁４の下面に配置されて、可撓壁４の略中央部に接触する。
そして、タンブル流を生じさせることが要求される運転状態の時は、ＥＣＵが電動モータを通電制御して図４（ｃ）に示すように、回転カム１０のカム山によって凹凸のないゴムシートよりなる可撓壁４をインマニ分岐管２の内部に押し入れる。これにより、吸気通路１の下側が閉じられる。
逆に、タンブル流を生じさせることが要求されない運転状態の時は、ＥＣＵが電動モータを通電制御して図４（ｂ）に示すように、回転カム１０のカム山による可撓壁４の押圧を解除する。すると、可撓壁４の復元力により吸気通路１の下側が開かれる。
【実施例４】
【００３３】
図５を参照して実施例４を説明する。
上記の実施例３の吸気渦流発生バルブ３は、インマニ分岐管２に対して回転カム１０を垂直に配置して、可撓壁４の略中央部を回転カム１０によって押し上げることで吸気通路１の下側を閉じる例を示した。
これに対し、この実施例４は、２つの回転カム１０をインマニ分岐管２に対して平行に配置して、可撓壁４の下側から２つの回転カム１０によって可撓壁４を上側に押し潰すことで吸気通路１の下側を閉じるものである。
【００３４】
〔変形例〕
上記の実施例では、吸気通路１に配置される吸気渦流発生バルブ３に本発明を適用する例を示したが、吸気通路１に配置される他のバルブ（例えば、吸気量の制御を行なうスロットルバルブ）に本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、流体通路の一部（実施例中ではインマニ分岐管２における吸気通路１の下側）を開閉するバルブに本発明を適用する例を示したが、流体通路を完全閉塞可能なバルブに本発明を適用しても良い。
【００３５】
上記の実施例では、吸気通路１の通路面積を変化させるバルブに本発明を適用する例を示したが、吸気通路１とは異なる流体通路に設けられるバルブに本発明を適用しても良い。具体的な一例を示すと、ＥＧＲ管に設けられるＥＧＲバルブ、ブローバイガス管に設けられるブローバイガスバルブ等に本発明を適用しても良い。
【００３６】
上記の実施例では、気体の流れる流体通路の通路面積を変化させるバルブに本発明を適用する例を示したが、液体など、流体通路を流れる流体は限定されるものではない。
上記の実施例では、可撓壁４の材料として弾性変形可能な樹脂を用いる例を示したが、耐熱性等の使用条件により樹脂材料を用いることができない場合には、伸縮変形可能な部材（例えば、金属製の蛇腹部材や、金属製甲冑構造の伸縮部材等）を用いて可撓壁４を構成しても良い。
【００３７】
上記の実施例では、流体制御弁（実施例中の吸気渦流発生バルブ３）の駆動源として通電によって回転出力を発生する電動モータを用いる例を示したが、流体制御弁の用途に応じて駆動源は限定されるものではない。即ち、流体制御弁の駆動源として、電動モータ以外の他の電動アクチュエータ（例えば、リニアアクチュエータ等）、負圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、手動による操作手段など、他の駆動手段を用いても良い。
【００３８】
上記実施例２〜４で示した可撓壁４は、外部負荷が加わらない自由状態において自己の復元力により流体通路の流路面積を大きくするものであったが、外部負荷が加わらない自由状態において自己の復元力により流体通路の流路面積を小さくするものであっても良い。この場合、変形駆動手段は、可撓壁を流体通路の外部に引き出す量によって流体通路の流路面積を変化させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】吸気流の鉛直断面における吸気渦流発生バルブの作動説明図である（実施例１）。
【図２】吸気流の平行断面における吸気渦流発生バルブの作動説明図である（実施例１）。
【図３】吸気流の平行断面における吸気渦流発生バルブの作動説明図である（実施例２）。
【図４】吸気渦流発生バルブの斜視図、および吸気流の平行断面における吸気渦流発生バルブの作動説明図である（実施例３）。
【図５】吸気流の鉛直断面における吸気渦流発生バルブの作動説明図である（実施例４）。
【符号の説明】
【００４０】
１  吸気通路（流体通路）
２  インマニ分岐管（通路形成部材）
３  吸気渦流発生バルブ（流体制御弁）
４  可撓壁
８  内外操作棹（変形駆動手段）
９  アーム（変形駆動手段）
１０  回転カム（変形駆動手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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