(57)【要約】【課題】低温環境下においても、二次空気の排気系への供給量の制御を実現可能な二次空気制御装置を提供する。【解決手段】二次空気制御装置１０は、内燃機関の排気系３へ二次空気を供給する供給量を、二次空気が流通するガス通路２１を開閉することにより制御する弁体３１と、弁体３１に接続されるシャフト３６と、シャフト３６を駆動させる駆動手段３２と、弁体３１を収容するとともに、弁体３１と密着することでガス通路２１を閉鎖するシール面２４を有したハウジング２０と、を備え、シール面２４は、水平面に対して傾斜して形成され、シャフト３６は、弁体３１の中心部３１ａから下方に偏芯した箇所３１ｂで弁体３１と接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系（３）へ二次空気を供給する供給量を、前記二次空気が流通するガス通路（２１）を開閉することにより制御する弁体(３１，２３１、３３１)と、
前記弁体に接続されるシャフト（３６、３３６）と、
前記シャフトを駆動させる駆動手段（３２）と、
前記弁体を収容するとともに、前記弁体と密着することで前記ガス通路を閉鎖するシール面（２４）を有したハウジング（２０）と、を備え、
前記シール面は、水平面に対して傾斜して形成され、
前記シャフトは、前記弁体の中心部（３１ａ）から下方に偏芯した箇所（３１ｂ）で前記弁体と接続されていることを特徴とする二次空気制御装置。
【請求項２】
前記シール面を含む仮想平面をシール仮想平面とすると、
前記シャフトは、前記シール仮想平面に対して斜めに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の二次空気制御装置。
【請求項３】
前記弁体は、前記シール面と密着するリップシール面(２６１ａ)を有した弾性部材（２６０）を備え、
前記弾性部材は、前記シール面のシャフト側端部（２２４ｂ）から前記シャフト側に延出して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の二次空気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次空気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気系へ二次空気を供給する供給量を制御する二次空気制御装置が、知られている。このような二次空気制御装置は、例えば、二次空気が流通するガス通路を弁体により開閉することで、実現されている。
【０００３】
特許文献１に示されている二次空気制御装置は、弁体を駆動手段により駆動制御すると共に、弁体は、ガス通路の形成されたハウジングにより収容されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４０２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、ガス通路には、二次空気が流通すると共に、ガス通路は排気系へと連通することになる。そのため、閉状態では、排ガス及び二次空気が弁体の周囲に充満することになる。そのため、車両の駐車時に二次空気制御装置の周囲の温度が低くなると、排ガス中に含まれている水分の冷却により発生する排気凝縮水と、二次空気の冷却により発生する水滴とが、ハウジングのうち、弁体と密着することでガス通路を閉鎖するシール面に付着する。そして、二次空気制御装置の周囲の温度がさらに低くなると、水滴は氷結してしまう。その結果、適当なタイミングでガス通路を開くことができなくなってしまう恐れがある。
【０００６】
本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、低温環境下においても、二次空気の排気系への供給量の制御を実現可能な二次空気制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内燃機関の排気系へ二次空気を供給する供給量を、二次空気が流通するガス通路を開閉することにより制御する弁体と、弁体に接続されるシャフトと、シャフトを駆動させる駆動手段と、弁体を収容するとともに、弁体と密着することでガス通路を閉鎖するシール面を有したハウジングと、を備え、シール面は、水平面に対して傾斜して形成され、シャフトは、弁体の中心部から下方に偏芯した箇所で弁体と接続されている。
【０００８】
本発明によると、ガス通路を開閉することにより二次空気の供給量を制御する弁体に接続されるシャフトは、弁体のうち、弁体の中心部から下方に偏芯した接続箇所に設けられる。ここで、低温環境下において二次空気及び排ガスの冷却により弁体の周囲に発生した水滴はシール面に溜まり、さらに温度が低下すると氷結して、ガス通路は、開き難くなる。しかし、本発明によれば、シール面は水平面に対して傾斜して形成され、シャフトは弁体のうち弁体の中心部から下方に偏芯した接続箇所に設けられる。そのため、水滴はシール面のうち下方の一部である下部シール面に溜まって氷結し、駆動手段からシャフトへ伝達された力は、弁体を下部シール面から引き剥がすために集中して加わることになる。その結果、水滴が溜まりやすい下部シール面の氷を集中的に砕いて、ガス通路は開かれやすくなる。以上によれば、ガス通路を開きやすくして、低温環境下における二次空気の供給量の制御を実現可能とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一実施形態による二次空気制御装置の断面図である。
【図２】（ａ）図１の部分拡大図である。（ｂ）図２（ａ）の矢印ｂから見た弁体及びシャフトを示す図である。
【図３】本発明の第二実施形態による二次空気制御装置の断面図の部分拡大図である。
【図４】本発明の他の実施形態による二次空気制御装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
【００１１】
（第一実施形態）
図１、２は、本発明の第一実施形態による二次空気制御装置１０を車両の内燃機関に適用した例につき、示している。ハウジング２０、弁装置３０及び逆止弁５０等を備える二次空気制御装置１０は、エアポンプを作動させることにより二次空気を内燃機関の排気系３へ供給する供給量を、制御する。ここで、二次空気は、内燃機関の始動時に、排気系３から排ガス浄化装置としての三元触媒コンバータへ導かれて、三元触媒の活性化に用いられる。
【００１２】
ハウジング２０は、アルミニウム等の金属により、中空形状に形成されている。ハウジング２０は、内部を貫通するガス通路２１を有している。ガス通路２１の両端部は、それぞれガス導入ポート２２及びガス導出ポート２３を形成している。ガス導入ポート２２は、二次空気を吐出するエアポンプ（図示しない）の吐出管（図示しない）内と連通することにより、二次空気が導入されるポートである。ガス導出ポート２３は、内燃機関の排気系３において排気管（図示しない）に合流する合流管３ａ内と連通することにより、ガス導入ポート２２へ導入の二次空気を合流管３ａ内へと導出するポートである。これらの構成により、ガス導入ポート２２に導入されてガス通路２１をガス導出ポート２３にまで流通した二次空気は、合流管３ａ内を通じて排気管内へと流入されて、当該排気管内の排ガスと合流することになる。
【００１３】
弁装置３０は、ハウジング２０内に収容されている。弁装置３０は、弁体３１及びアクチュエータ３２等から構成されている。弁体３１は、ステンレス等の金属により形成され、ガス通路２１に配置されている。弁体３１は、ガス通路２１を開く開弁方向Ｄｏと、同ガス通路２１を閉じる閉弁方向Ｄｃとに、駆動可能となっている。ここで、第一実施形態におけるアクチュエータ３２は、請求項の駆動手段に相当する。
【００１４】
アクチュエータ３２は、可動コア３３、固定コア３４、ヨーク３５及びコイル４０等からなる電磁駆動装置であり、シャフト３６をガス通路２１に挿入させている。可動コア３３は、シャフト３６と同軸上に接続されている。可動コア３３は、鉄等の磁性材により円筒状に形成されて固定コア３４の内周側に収容され、弁体３１が開弁方向Ｄｏと、閉弁方向Ｄｃとに往復移動自在となっている。シャフト３６は、金属により円柱状に形成され、可動コア３３に嵌入固定されている。シャフト３６は、開弁方向Ｄｏの端面を弁体３１に接続されることで、可動コア３３に生じる駆動力を弁体３１に伝達して、ガス通路２１の開閉を行う。
【００１５】
固定コア３４は、鉄等の磁性材により円筒状に形成され、収容部３７及び吸引部３８を軸方向に並んで有している。収容部３７は、軸方向に実質一定の内径をもって円筒孔状の支持孔３７ａを形成することにより、当該可動コア３３を軸方向に往復移動自在に収容して同軸上に摺動支持している。吸引部３８は、収容部３７に対して前述した開弁方向Ｄｏに接続されている。吸引部３８は、収容部３７の支持孔３７ａと実質同一且つ軸方向に一定の内径をもって円筒孔状の吸引孔３８ａを形成することにより、当該吸引孔３８ａに対して可動コア３３が摺動状態で同軸上に進入可能となっている。ヨーク３５は、鉄等の磁性材により有底円筒状に形成され、可動コア３３、固定コア３４及びコイル４０等を収容している。
【００１６】
コイル４０は、エナメル線等の導線が樹脂絶縁材に巻装されてなり、固定コア３４のうち収容部３７の外周側に同軸上に配置されている。コイル４０は、樹脂絶縁材に埋設されたターミナル４１を通じて通電されることにより、ヨーク３５、固定コア３４の収容部３７、可動コア３３及び固定コア３４の吸引部３８を通過する磁束を発生する。コイル４０への通電による発生磁束が可動コア３３を通って吸引部３８に受け渡されることにより、可動コア３３が吸引部３８に吸引駆動される。
【００１７】
これらの構成により、アクチュエータ３２は、シャフト３６を、ガス通路２１の開弁方向Ｄｏ又は閉弁方向Ｄｃに駆動する。
【００１８】
さらに、逆止弁５０は、ハウジング２０内の弁体３１の開弁方向Ｄｏ側に設けられ、バルブボディ５１と、リードバルブ５２及びリードストッパ５３から構成されている。バルブボディ５１は、内部を二次空気が流通する流通口５１ａを有している。リードバルブ５２は板ばねである。リードバルブ５２の一端は、バルブボディ５１に固定されている。リードバルブ５２は、その他端（自由端）により流通口５１ａを開閉する。リードストッパ５３の一端は、バルブボディ５１に固定されている。リードストッパ５３は、リードバルブ５２の開度を規制する。そして、弁体３１がＤｏ側に開弁時、ガス通路２１の導入ポート２２側のエアポンプ圧力が導出ポート２３側よりも高いとき、リードバルブ５２は、圧力差に応じて開弁する。また、圧力差がなくなったとき、もしくは導出ポート２３側の方が圧力が高くなったときには、リードバルブ５２は、ばね復元力、もしくは逆方向の圧力差によって閉弁し、排ガス及び二次空気の逆流を防止する。
【００１９】
（特徴）
次に、第一実施形態の特徴的構成を詳細に説明する。
【００２０】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、弁体３１は、円板状に形成され、外周部にフッ素ゴム等の弾性部材６０が均一に焼付けられている。弁体３１は、水平面Ｈｏに対して斜めに傾斜した状態で車両に搭載されている。弾性部材６０は、円板の両面に跨って焼付けられ、弁体３１のうち、シャフト３６の接続されている面側にて外周側へ突出する突出部６１を有している。突出部６１は、弁体３１の閉弁方向Ｄｃへの移動に伴って、後述するシール面２４に押し付けられることにより、弁体３１と後述するシール面２４を密着させてガス通路２１を閉鎖する。
【００２１】
ハウジング２０は、中空形状の内周側に形成されるハウジング弁部２５を有し、ハウジング弁部２５には、シール面２４が形成されている。シール面２４は、弁体３１の閉弁方向Ｄｃへの移動に伴って突出部６１が押し付けられる。シール面２４は、アルミダイカストを切削加工することにより滑らかに形成され、また、シール面２４は、水平面Ｈｏに対して斜めに傾斜して、弁体３１の傾斜に沿っている。これらの構成によれば、二次空気及び排ガスの冷却により弁体３１の周囲に発生した水滴は、シール面２４及び弁体３１の傾斜に従って流れ落ち、シール面２４のうち下方の一部の下部シール面２４ａに溜まることになる。
【００２２】
シャフト３６は、弁体３１の中心部３１ａ（図２（ｂ）に示す）から下方に偏芯した接続箇所３１ｂで弁体３１と接続されている。接続箇所３１ｂは、弁体３１の半径の二分の一程度、中心部３１ａから偏った位置であり、接続箇所３１ｂからシール面２４のうち下方の端部への長さは、シール面２４のうち上方の端部への長さより短くなっている。また、接続箇所３１ｂは、図１に示すように弁体３１のうち導入ポート２２とは反対側に偏った位置である。さらに、接続箇所３１ｂは、図１に示すようにリードストッパ５３の固定端側に偏った位置でもある。シャフト３６は、水平面Ｈｏに対して傾斜している弁体３１に一定の角度にて接続されている。いいかえると、シール面２４を含む仮想平面をシール仮想平面Ｈとすると、シャフト３６は、シール仮想平面Ｈに垂直な仮想垂直面Ｖに対して傾斜して弁体３１に接続されている。また、シャフト３６は、鉛直方向Ｖｅに伸びて車両に搭載されている。
【００２３】
（作用効果）
ここまで説明した第一実施形態によると、シャフト３６は、弁体３１のうち、弁体３１の中心部３１ａから下方に偏芯した接続箇所３１ｂに設けられる。ここで、低温環境下において二次空気及び排ガスの冷却により弁体３１の周囲に発生した水滴はシール面２４に溜まり、さらに温度が低下すると氷結して、ガス通路２１は、開き難くなる。
【００２４】
しかし、第一実施形態によれば、シール面２４は水平面Ｈｏに対して傾斜して形成され、シャフト３６は弁体３１のうち弁体３１の中心部３１ａから下方に偏芯した接続箇所３１ｂに設けられる。そのため、水滴は下部シール面２４ａに溜まって氷結し、アクチュエータ３２からシャフト３６へ伝達された力は、弁体３１を下部シール面２４ａから引き剥がすために集中して加わることになる。また下部シール面２４ａは、シール面２４のうちシャフト３６からの距離が最も近い位置、すなわち引き剥がす力が最も強い位置にある。その結果、水滴が溜まりやすい下部シール面２４ａの氷を集中的に砕いて、ガス通路２１は開かれやすくなる。以上によれば、ガス通路２１を開きやすくして、低温環境下における二次空気の供給量の制御を実現可能とする。
【００２５】
ここで、特許文献１に記載の二次空気制御装置では、シャフトは、弁体の中心部に設けられるため、ガス通路を開くためにアクチュエータからシャフトへ伝達された力は、シール面の全周に対して均等に加わることになる。そのため、シール面が水平面に対して傾斜していても、アクチュエータからの力は全周に対して均等に加わることになり、ガス通路２１は開き難いままである。しかし、第一実施形態によれば、シャフト３６の接続箇所３１ｂは、弁体３１のうち弁体３１の中心部３１ａから下方に偏芯しているため、アクチュエータ３２からの力は、氷結箇所である下部シール面２４ａに集中して加わり、ガス通路２１は開かれやすくなる。
【００２６】
さらに、第一実施形態によると、シール面２４を含む仮想平面であるシール仮想平面Ｈに垂直な仮想垂直面Ｖに対して、シャフト３６は斜めに接続されている。そのため、二次空気制御装置１０のシャフト３６の角度を従来の配置から変更せずに、シール面２４及び弁体３１のみを水平面Ｈｏに対して傾斜させて、低温環境下において二次空気及び排ガスの冷却により弁体３１の周囲に発生した水滴を、下部シール面２４ａに溜めることができる。以上によれば、車両での二次空気制御装置１０のシャフト３６の配置を従来の配置から変更することなく、低温環境下における二次空気の供給量の制御を実現可能とする。
【００２７】
（第二実施形態）
図３に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。第二実施形態の弁体２３１において、弾性部材２６０から突出する突出部２６１は、弁体２３１の閉弁方向Ｄｃへの移動に伴って、シール面２４と密着するリップシール面２６１ａを有している。さらに、弾性部材２６０は、弁体２３１のうちシャフト３６の接続される面から当該シャフト３６側端部２２４ｂに至るまで盛り上がって形成される延出部２６２を有している。
【００２８】
以上説明した第二実施形態よると、シール面２４と密着するリップシール面２６１ａを有した弾性部材２６０は、シール面２４のシャフト３６側端部２２４ｂからシャフト３６側に延出して形成されているため、シール面２４は、シャフト３６側端部２２４ｂまで弾性部材２６０のリップシール面２６１ａと密着されることになる。そのため、弾性部材２６０を備える弁体２３１とシール面２４との間は、空間６３（図２（ａ）に示す）を設けずに埋められることになり、弁体２３１とシール面２４との間に空間６３が設けられる場合よりも、水滴が溜まりにくい。これによれば、弁体２３１とシール面２４同士を氷結しにくくして、低温環境下においてもガス通路２１は開かれやすくなり、二次空気の供給量の制御を実現可能とする。
【００２９】
（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
【００３０】
具体的には、第一実施形態及び第二実施形態において、アクチュエータ３２は、電磁駆動装置としたが、ダイアフラム式や負圧式やモータ式等、他の駆動方法を用いてもよい。また、第一実施形態及び第二実施形態において、弁体３１、２３１は、円板状であるとしたが、多角形の板状等、他の形状であってもよい。さらに、第一実施形態及び第二実施形態において、二次空気制御装置３１０は、例えば図４に示すように水平面Ｈｏに対して傾いて配置し、シャフト３３６に対して９０度の角度で接続した弁体３３１を用いて構成する等してもよい。また、第一実施形態及び第二実施形態において、請求項のシール面２４の「傾斜」とは、シール面２４が水平面Ｈｏに対して所定角度傾いていることを意味し、所定角度とは、９０度であってもよい。
【００３１】
また、第一実施形態及び第二実施形態において、シャフト３６は、ハウジング弁部２５の内周側のうち、弁体３１の中心部３１ａから下方に最も偏芯した箇所に接続されていてもよい。さらに、第一実施形態及び第二実施形態において、シャフト３６は、弁体３１の中心部３１ａから下方に偏芯すると共に、図２（ｂ）の紙面上下方向にも偏芯した別の箇所に接続されていてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
３  排気系、３ａ  合流管、１０  二次空気制御装置、２０  ハウジング、２１  ガス通路、２４  シール面、３０  弁装置、３１、２３１、３３１  弁体、３１ａ  中心部、３２  アクチュエータ（駆動手段）、３３  可動コア、３４  固定コア、３６、３３６  シャフト、３７  収容部、３８  吸引部、４０  コイル、５０  逆止弁、６０、２６０  弾性部材、６１、２６１  突出部、２６１ａ  リップシール面、２６２  延出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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