(57)【要約】  第１閉位置と第２閉位置との中間に位置する駆動ロッド（３０）の軸方向位置では、シャット弁本体（４０）が、連絡流路（１０）を全開にするようになっており、第２弁座（５４）よりもリード弁部（１２）側に位置する連絡流路（１０）と第２圧力室（１４ｂ）とを連絡する貫通孔（５０）がケーシング（４）に形成してあり、駆動ロッド（３０）が第１閉位置にある時に、出口ポート（８）からの流体圧が第２圧力室（１４ｂ）に作用し、駆動ロッド（３０）を第２閉位置に強制的に移動可能に構成してある。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主要流体が導入される入口ポートと、前記主要流体が排出される出口ポートと、前記入口ポートおよび出口ポートを連絡する連絡流路が具備してあるケーシングと、
前記ケーシング内部で前記連絡流路の出口ポート側に設けられたリード弁部と、
前記ケーシング内部で前記連絡流路の入口ポート側に設けられたシャット弁部と、を有するバルブ装置であって、
前記シャット弁部が、
ダイヤフラムに一端が接続されて当該ダイヤフラムにより仕切られている第１圧力室および第２圧力室の圧力差に応じて軸方向に移動自在になっている駆動ロッドと、
前記ロッドに固定されて前記ロッドと共に軸方向に移動するシャット弁本体と、を有し、
前記ケーシングの内部には、
前記駆動ロッドが軸方向に沿って前記入口ポート側に最大限に移動した第１閉位置で、前記シャット弁本体の第１弁部が当接して前記連絡流路を全閉にする第１弁座と、
前記駆動ロッドが軸方向に沿って前記第２圧力室側に最大限に移動した第２閉位置で、前記シャット弁本体の第２弁部が当接して前記連絡流路の少なくとも主流路を全閉にする第２弁座と、が形成され、
前記第１閉位置と前記第２閉位置との中間に位置する前記駆動ロッドの軸方向位置では、前記シャット弁本体が、前記連絡流路を全開にするようになっており、
前記第２弁座よりも前記リード弁部側に位置する前記連絡流路と前記第２圧力室とを連絡する貫通孔が前記ケーシングに形成してあり、
前記駆動ロッドが前記第１閉位置にある時に、前記出口ポートからの流体圧が前記第２圧力室に作用し、前記駆動ロッドを前記第２閉位置に強制的に移動可能に構成してあることを特徴とする弁装置。
【請求項２】
前記ケーシングの内部には、前記入口ポートから前記リード弁部に至る前記連絡流路の途中で、前記主流路を構成する主開口部と、当該主開口部よりも開口面積が小さく前記副流路を構成する副開口部とが設けられ、
前記シャット弁本体の第２弁部が前記第２弁座に当接する位置では、前記副開口部の副流路を通して前記入口ポートから前記リード部への流体の流れを許容するようになっている請求項１に記載の弁装置。
【請求項３】
前記主開口部の外側に前記第２弁座が形成してある請求項２に記載の弁装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の弁装置を有する二次空気導入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばガソリンエンジンの排気ガス浄化対策のための二次空気導入装置と、それに用いられる弁装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンの排気ガス浄化対策のために、排気ガス中に二次空気を供給し、排気ガス中に含まれる未燃焼成分を再燃焼させる二次空気導入装置が知られている。このような二次空気導入装置に用いられる弁装置では、排気系中における排気ガス流の脈動を利用してリード弁が開き二次空気の供給を行うようにしてある。【０００３】
従来の二次空気導入装置では、高速高負荷運転時の場合などのように、二次空気の供給により排気系部分の過熱が生じる可能性がある場合には、排気ガス流の脈動に係わらず、二次空気を供給しないようになっている。しかしながら、このように二次空気を全く供給しないと、二次空気の流れによる冷却作用がなくなり、リード弁などは、排気熱の伝導や輻射により過熱されて耐久性に欠けるようになり、しかもエミッションも悪化する。【０００４】
そこで、下記の特許文献１に示すように、リード弁の過熱を防ぐために、絶えず少量の空気をリード弁方向に流す小孔を設けることが提案されている。【０００５】
しかしながら、このような従来の装置では、少量であっても絶えず空気が流れているため、リード弁の冷却には都合が良いが、いわゆるアフターバーンが発生しやすい状況では、アフターバーンを有効に防止することが困難であった。【０００６】
また、特許文献２および特許文献３に示すように、リード弁の二次空気供給側に圧力シリンダで動作する弁構造を有する二次空気制御装置が知られている。【０００７】
ところが、このような構成の場合には、二次空気の供給を停止している場合に、排気ガスが逆流すると、リード弁付近に排気濃縮水が貯まり、リード弁が腐食したり、既に閉じている弁部をさらに押し上げようとしてシール部を劣化させるおそれがある。シール部が劣化すると、シール性が悪くなり、二次空気の供給側に装着してあるエアクリーナーを腐食させるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実公昭５７−１７０５０号公報
【特許文献２】特開２００１−２２７５０６号公報
【特許文献３】特開２００２−３８９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、二次空気の供給を停止している場合に、排気ガスが逆流しても、排気ガスの逆流による不都合を低減することができる弁装置および二次空気導入装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る弁装置は、
主要流体が導入される入口ポートと、前記主要流体が排出される出口ポートと、前記入口ポートおよび出口ポートを連絡する連絡流路が具備してあるケーシングと、
前記ケーシング内部で前記連絡流路の出口ポート側に設けられたリード弁部と、
前記ケーシング内部で前記連絡流路の入口ポート側に設けられたシャット弁部と、を有するバルブ装置であって、
前記シャット弁部が、
ダイヤフラムに一端が接続されて当該ダイヤフラムにより仕切られている第１圧力室および第２圧力室の圧力差に応じて軸方向に移動自在になっている駆動ロッドと、
前記ロッドに固定されて前記ロッドと共に軸方向に移動するシャット弁本体と、を有し、
前記ケーシングの内部には、
前記駆動ロッドが軸方向に沿って前記入口ポート側に最大限に移動した第１閉位置で、前記シャット弁本体の第１弁部が当接して前記連絡流路を全閉にする第１弁座と、
前記駆動ロッドが軸方向に沿って前記第２圧力室側に最大限に移動した第２閉位置で、前記シャット弁本体の第２弁部が当接して前記連絡流路の少なくとも主流路を全閉にする第２弁座と、が形成され、
前記第１閉位置と前記第２閉位置との中間に位置する前記駆動ロッドの軸方向位置では、前記シャット弁本体が、前記連絡流路を全開にするようになっており、
前記第２弁座よりも前記リード弁部側に位置する前記連絡流路と前記第２圧力室とを連絡する貫通孔が前記ケーシングに形成してあり、
前記駆動ロッドが前記第１閉位置にある時に、前記出口ポートからの流体圧が前記第２圧力室に作用し、前記駆動ロッドを前記第２閉位置に強制的に移動可能に構成してあることを特徴とする。【００１１】
本発明に係る弁装置は、排気ガス浄化対策用の二次空気導入装置として好適に用いることができる。すなわち、出口ポートから排気ガス系に、二次空気（主要流体の一例）を比較的多量に送り込み、排ガスの浄化を促進したい場合には、駆動ロッドを軸方向に移動させてシャット弁本体を全開位置にする。【００１２】
また、排気系においてアフターバーンが生じる可能性が高い場合などには、駆動ロッドを軸方向に移動させて第１閉位置に移動させ、シャット弁本体を全閉位置にする。そのことにより、排気系への空気の供給が完全に遮断され、アフターバーンが生じる可能性をきわめて低くすることができる。【００１３】
しかも、本発明に係る弁装置では、入口ポートからの二次空気の流入を停止させるために、駆動ロッドが前記第１閉位置にある時に、出口ポートからの排気ガスの逆流などが生じたとしても、出口ポートからの流体圧が貫通孔を通して第２圧力室に作用し、駆動ロッドを第２閉位置に強制的に移動させる。【００１４】
その結果、入口ポートからの主要流体である二次空気の流入を防止できるが、駆動ロットが第１閉位置から第２閉位置に移動する過程において、弁が開き、主要流体である二次空気の出口ポートへの流入を許容する。そのため、出口ポートから逆流してくる排気ガスなどの濃度を低下させることができると共に、逆流を押し返す効果も期待できる。【００１５】
したがって、本発明の弁装置によれば、出口ポートから排気ガスなどの逆流が生じたとしても、排気ガスの濃度を低下させるために、リード弁の腐食を防止することができる。また、排気ガスの逆流を押し返してから入口ポートと出口ポートとの連通を遮断するので、シール部の劣化は少なく、シール性に優れ、入口ポートに接続してあるエアクリーナーなどを腐食させない。【００１６】
本発明では、前記ケーシングの内部には、前記入口ポートから前記リード弁部に至る前記連絡流路の途中で、前記主流路を構成する主開口部と、当該主開口部よりも開口面積が小さく前記副流路を構成する副開口部とが設けられても良く、
前記シャット弁本体の第２弁部が前記第２弁座に当接する位置では、前記副開口部の副流路を通して前記入口ポートから前記リード部への流体の流れを許容するようになっていてもよい。【００１７】
このように構成することで、排気系においてアフターバーンが生じる可能性はあるがその可能性が低い場合、あるいはリード弁部の温度が設定温度を上回った場合には、駆動ロッドを第２閉位置に軸方向に移動させてシャット弁本体を少量流通位置にすることができる。そのことにより、少量の空気をリード弁部方向に流すことが可能になり、リード弁部の過熱を防止することが容易になる。【００１８】
好ましくは、主開口部の外側に第２弁座が形成してある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の一実施形態に係る弁装置の概略断面図であり、シャット弁の全開位置を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは図１Ａに示す弁装置におけるシャット弁本体の第１閉位置を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは図１Ａに示す弁装置におけるシャット弁本体の第２閉位置を示す。
【図１Ｄ】図１Ｄは本発明の他の実施形態に係る弁装置におけるシャット弁本体の第２閉位置を示す。
【図２】図２は図１Ａに示す弁装置が用いられる二次空気導入装置である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
第１実施形態
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１Ａ〜図１Ｃに示す弁装置２は、図２に示すガソリンエンジン６０の排気系配管６４中の排気ガスを浄化するための二次空気導入装置１００として用いられる。車両などに搭載されるエンジン６０の吸気ポート６１には、吸気系配管６２が接続され、排気ポート６３には、排気系配管６４が接続される。
【００２１】
弁装置２は、入口ポート６と出口ポート８とを有し、出口ポート８が二次空気供給配管７０を通して排気系配管６４に接続してある。図示省略してあるエアクリーナなどで浄化された外気は、入口ポート６から弁装置２の内部に導入され、弁装置２の弁動作により、排気系配管６４内の排気脈動に応じて、出口ポート８を通して排気系配管６４内に二次空気を選択的に供給するようになっている。
【００２２】
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、弁装置２は、入口ポート６から出口ポート８へと至る連絡流路１０を内部に構成するケーシング４を有する。ケーシング４は、内部に連絡流路１０が形成されたケーシング本体４ａと、そのケーシング本体４ａに取り付けられ、入口ポート６を構成する入口ポートカバー４ｂと、出口ポート８を構成する出口ポートカバー４ｃと、連絡流路１０とは区別された圧力室１４を構成する圧力室カバー４ｄとを有する。
【００２３】
本実施形態では、入口ポート６の軸芯と出口ポート８の軸芯とが略直交するように連絡流路１０が設けられている。出口ポート８を構成する出口ポートカバー４ｃがケーシング本体４ａに取り付けられる接続部付近には、リード弁部１２が設けられ、リード弁部１２と入口ポート６との間の連絡流路１０には、シャット弁部１６が設けられている。
【００２４】
リード弁部１２は、図２に示す排気系配管６４中における排気ガス流の脈動に応じて開き、入口ポート６から取り入れた二次空気を、出口ポート８および二次空気供給配管７０を通して排気系配管６４に供給する。シャット弁部１６については後述する。
【００２５】
ケーシング本体４ａの内部では、入口ポート６から出口ポート８へと至る連絡流路１０の途中に、主開口部１０ａを形成するための隔壁４ｆが形成してある。
【００２６】
主開口部１０ａの中心は、駆動ロッド３０の軸芯と略一致し、しかも、入口ポート６の軸芯と略一致するように、主開口部１０ａを含む連絡流路１０の内部に駆動ロッド３０が軸受け３２により軸方向に移動自在に装着してある。軸受け３２は、ケーシング本体４ａの内部に一体的に設けられた仕切り壁４ｅに固定してある。仕切り壁４ｅは、圧力室１４と連絡流路１０とを仕切るようになっている。
【００２７】
駆動ロッド３０における軸方向の第１端部３０ａには、円盤状のダイヤフラム２０の中央部が、ダイヤフラム２０を挟持する一対の円盤状のリテーナ１８の中央部と共に固定してある。ダイヤフラム２０の外縁は、圧力室カバー４ｄがケーシング本体４ａの上端に取り付けられる連結部に固定してあり、ダイヤフラム２０は、圧力室１４を、第１圧力室１４ａと第２圧力室１４ｂとに分離してある。
【００２８】
第１圧力室１４ａを覆うように具備してある圧力室カバー４ｄには、接続管１６が接続してある。接続管１６の先端には、絞り孔１８が形成してある。接続管の絞り孔１８は、図示省略してある配管を通して図２に示す吸気系配管６２に連通してあり、吸気系配管６２の内部圧力が、第１圧力室１４ａに導入され、第２圧力室１４ｂとの圧力差により、ダイヤフラム２０を、図１Ａ〜図１Ｃに示すように変形させ、駆動ロッド３０を軸方向に移動させるようになっている。
【００２９】
なお、絞り孔１８は、図２に示す吸気系配管６２ではなく、流体圧制御装置などに接続しても良い。また、第２圧力室１４ｂは、本実施形態では密閉空間となっているが、大気圧に連通させたりしても良い。
【００３０】
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、駆動ロッド３０の下端である第２端部３０ｂには、シャット弁部１６を構成する円盤状のシャット弁本体４０の中央部が固定してある。シャット弁本体４０は、一対のリテーナ４１により駆動ロッド３０の第２端部に固定してあり、上側のリテーナ４１には、コイル状スプリング３４の下端が当接している。スプリング３４の上端は、ケーシング本体４ａの仕切り壁４ｅの下面に当接し、このスプリング３４のスプリング力により、ケーシング本体４ａに対して相対的に、弁本体４０を駆動ロッド３０と共に軸方向下方向に押圧可能になっている。
【００３１】
弁本体４０の外周側下面には、第１弁部としてのリング状第１凸部４２が形成してある。図１Ｂに示すように、第１圧力室１４ａの圧力が第２圧力室１４ｂの圧力に比較して最大限に大きくなり、駆動ロッド３０が軸方向の最下端位置まで移動させられた状態では、弁本体４０のリング状第１凸部４２は、入口ポートカバー４ｂの内面に形成してある第１弁座５２に圧接し、入口ポート６と連絡流路１０との連通を完全に遮断する（第１閉位置での全閉）ようになっている。
【００３２】
弁本体４０の外周側上面には、第２弁部としてのリング状第２凸部４４が形成してある。図１Ｃに示すように、第１圧力室１４ａの圧力が第２圧力室１４ｂの圧力に比較して最大限に小さくなり、駆動ロッド３０が軸方向の最上端位置まで移動させられた状態では、弁本体４０のリング状第２凸部４４は、前述した主開口部１０ａを構成する隔壁４ｆの下面に形成してある第２弁座５４に圧接し、主開口部１０ａの主流路を閉塞する（第２閉位置での全閉）ようになっている。
【００３３】
図１Ａに示すように、第１圧力室１４ａと第２圧力室１４ｂとの圧力が釣り合っている状態では、ダイヤフラム２０に連結してある駆動ロッド３０の弁本体４０は、第１弁座５２と第２弁座５４との中間位置に位置する。そのため、弁本体４０は、主開口部１０ａを開くと共に、入口ポート６も開口し、入口ポート６から取り入れた空気は、リード弁部１２の開閉に応じて、出口ポート８から図２に示す排気系配管６４の内部に最大限の流量で二次空気を供給可能になる。
【００３４】
本実施形態では、弁装置２を構成する各部材の材料は、特に限定されず、金属、ゴム、合成樹脂などで構成される。ただし、好ましくは、ダイヤフラム２０は、金属薄板、合成樹脂あるいはゴムなどの可撓性部材で構成され、弁本体４０は、合成樹脂あるいはゴムなどの弾性部材で構成され、カバー４ｂ，４ｃ，４ｄは、金属などで構成される。
【００３５】
本実施形態では、ケーシング本体４ａの内部に一体的に設けられた仕切り壁４ｅには、第２弁座５４とリード弁部１２との間でリード弁部１２の近くに位置する連絡流路１０と、圧力室１４の第２圧力室１４ｂとを連絡する貫通孔５０が形成してある。貫通孔５０は、単一でも複数でも良いが、貫通孔５０の内径は、リード弁部の孔径に対して１．６〜８．６％の大きさであることが好ましい。
【００３６】
本実施形態に係る弁装置２は、図２に示す排気ガス浄化対策用の二次空気導入装置１００として好適に用いることができる。すなわち、出口ポート８から排気系配管７０に、二次空気を比較的多量に送り込み、排ガスの浄化を促進したい場合には、第１圧力室１４ａに中圧力を導入し、図１Ａに示すように、第１圧力室１４ａと第２圧力室１４ｂとにおける圧力を釣り合わせ、シャット弁本体４０を全開位置にする。
【００３７】
また、図２に示す排気系配管６４においてアフターバーンが生じる可能性が高い場合などには、第１圧力室１４ａに、前記中圧力よりも高い圧力を導入する。その結果、図１Ｂに示すように、第１圧力室１４ａから第２圧力室１４ｂに向けてダイヤフラム２０を押し下げ、駆動ロッド３０を軸方向に移動させてシャット弁本体４０を第１閉位置（全閉）にする。そのことにより、入口ポート６が完全に塞がれ、出口ポート８を通しての排気系配管６４への空気の供給が完全に遮断され、アフターバーンが生じる可能性をきわめて低くすることができる。
【００３８】
また、この状態で、出口ポート８からリード弁部１２を通して、ケーシング４の内部への排気ガスの逆流が生じたとしても、出口ポート８からの排気ガスの逆流に基づく流体圧が貫通孔５０を通して第２圧力室１４ｂに作用し、図１Ｃに示すように、駆動ロッド３０を第２閉位置に強制的に移動させる。そのため、弁本体４０のリング状第２凸部４４は、主開口部１０ａを構成する隔壁４ｆの下面に形成してある第２弁座５４に圧接し、主開口部１０ａの主流路を閉塞する（第２閉位置での全閉）。
【００３９】
その結果、入口ポート６からの主要流体である二次空気の流入を防止できるが、駆動ロッド３０が第１閉位置から第２閉位置に移動する過程において、シャット弁が開き、主要流体である二次空気の出口ポート８への流入を許容する。そのため、出口ポート８から逆流してくる排気ガスなどの濃度を低下させることができると共に、逆流を押し返す効果も期待できる。
【００４０】
したがって、本実施形態の弁装置２によれば、出口ポート８から排気ガスなどの逆流が生じたとしても、排気ガスの濃度を低下させるために、リード弁１２の腐食を防止することができる。また、排気ガスの逆流を押し返してから入口ポート６と出口ポート８との連通を遮断するので、シール部であるリング状第２凸部４４の劣化は少なく、シール性に優れ、入口ポート６に接続してあるエアクリーナーなどを腐食させない。
【００４１】
第２実施形態
図１Ｄに示すように、本実施形態では、主開口部１０ａを形成するための隔壁４ｆには、主開口部１０ａの他に、副開口部１０ｂが、第２弁座５４の外周位置に形成してある以外は、第１実施形態と同様であり、以下に示す以外は同様な作用効果を奏する。隔壁４ｆに形成してある副開口部１０ｂは、主開口部１０ａの開口面積の１／２８〜１／３４の開口面積を有し、主開口部１０ａに比較して十分に小さい。副開口部１０ｂも単一である必要な無く、複数形成しても良い。また、副開口部１０ｂの開口面積は、貫通孔５０よりも小さいことが好ましい。
【００４２】
この実施形態においても、出口ポート８からリード弁部１２を通して、ケーシング４の内部への排気ガスの逆流が生じたとしても、出口ポート８からの排気ガスの逆流に基づく流体圧が貫通孔５０を通して第２圧力室１４ｂに作用し、図１Ｄに示すように、駆動ロッド３０は第２閉位置に強制的に移動させられる。そのため、弁本体４０のリング状第２凸部４４は、主開口部１０ａを構成する隔壁４ｆの下面に形成してある第２弁座５４に圧接し、主開口部１０ａの主流路を閉塞する（第２閉位置）。
【００４３】
ただし、その状態では、隔壁４ｆに形成してある副開口部１０ｂは主開口部１０ａの外側（しかも弁本体４０の外側）に形成してあることから弁本体４０により閉塞されず、その副開口部１０ｂを通して、入口ポート６からリード弁１２に向かう連絡流路１０の連通は確保される。
【００４４】
その結果、本実施形態では、副開口部１０ｂのみが開口して、シャット弁本体４０を少量流通位置にする。そのことにより、入口ポート６から副開口部１０ｂを通して少量の空気をリード弁部１２方向に流すことが可能になり、リード弁部１２の過熱を防止することが容易になると言う効果もある。
【００４５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、本発明に係る弁装置２は、図２に示す二次空気導入装置１００に限らず、その他の装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る弁装置は、たとえばガソリンエンジンの排気系配管中の排気ガスを浄化するための二次空気導入装置として用いられる。
【符号の説明】
【００４７】
２…  弁装置
４…  ケーシング
４ａ…  ケーシング本体
４ｂ…  入口ポートカバー
４ｃ…  出口ポートカバー
４ｄ…  圧力室カバー
４ｆ…  隔壁
６…  入口ポート
８…  出口ポート
１０…  連絡流路
１０ａ…  主開口部
１０ｂ…  副開口部
１２…  リード弁部
１４…  圧力室
１４ａ…  第１圧力室
１４ｂ…  第２圧力室
１６…  シャット弁部
２０…  ダイヤフラム
３０…  駆動ロッド
３４…  スプリング
４０…  シャット弁本体
５０…  貫通孔
５２…  第１弁座
５４…  第２弁座
６０…  エンジン
６２…  吸気系配管
６４…  排気系配管
７０…  二次空気供給配管
１００…  二次空気導入装置
【図１Ａ】
2014030401.tif 000003
【図１Ｂ】
2014030401.tif 000004
【図１Ｃ】
2014030401.tif 000005
【図１Ｄ】
2014030401.tif 000006
【図２】
2014030401.tif 000007
【国際調査報告】
2014030401.tif 000008
2014030401.tif 000009
2014030401.tif 000010
2014030401.tif 000011