(57)【要約】【課題】新気導入弁につき、アクチュエータに要求される推力を増大させることなく全閉時の流体漏れを防止し、併せて耐振動の信頼性を向上させること。【解決手段】弁座63と、弁座63に着座可能な弁体64と、弁体64を弁座63に対し直角方向へ往復動させる弁軸65と、弁軸65を往復動させるバックラッシを有するネジ機構66と、ネジ機構66を駆動させるステップモータ67と、弁体64を閉方向へ付勢するリターンスプリング68とを備える。弁体64は、弁軸65に対し所定範囲で軸線方向へ往復動可能に設けられ、弁体64と弁軸65とを互いに離間させる方向へ付勢するリリーフスプリング69を備える。リリーフスプリング69の付勢力は、弁体64を弁座63から開方向へ移動させるときのステップモータ67による推力よりも小さく、かつ、弁体64が弁座63に着座した状態で弁体64に対し開方向へ吸気の最大圧力が作用しても弁体64を着座状態に保持できる強さに設定される。【選択図】        図２
2015161261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングに設けられた流路と、
前記流路に設けられた弁座と、
前記弁座に対して着座可能に設けられた弁体と、
前記弁体を前記弁座の座面に対して直角方向へ往復動させるための弁軸と、
前記弁軸を軸線方向へ往復動させるためのネジ機構と、
前記ネジ機構は、前記弁軸の前記軸線方向に所定のバックラッシを有することと、
前記ネジ機構を駆動させるために前記ハウジングに設けられたアクチュエータと、
前記ハウジングと前記弁体との間に設けられ、前記弁体を前記弁座へ着座させる閉方向へ付勢するためのリターンスプリングと
を備え、前記弁座に対する前記弁体の開度を調節することにより前記流路を流れる流体を制御する流体制御弁において、
前記弁体は、前記弁軸に対し所定の範囲で軸線方向へ往復動可能に設けられることと、  前記弁体と前記弁軸との間に設けられ、前記弁体と前記弁軸とを互いに離間させる方向へ付勢するリリーフスプリングと、
前記リリーフスプリングの付勢力が、前記弁体を前記弁座から離間させる開方向へ移動させるときの前記アクチュエータによる推力よりも小さく、かつ、前記弁体が前記弁座に着座した状態において前記弁体に対し前記開方向へ前記流体の最大圧力が作用しても前記弁体を着座状態に保持できる強さに設定されることと
を備えたことを特徴とする流体制御弁。
【請求項２】
前記リリーフスプリングの付勢力は、前記リリーフスプリングの付勢力と前記リターンスプリングの付勢力との和が、前記弁体の質量に、前記開方向における前記流体の最大圧力と前記弁体の受圧面積との積を加えた値より大きい関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の流体制御弁。
【請求項３】
前記リターンスプリングの付勢力は、前記弁体に要求される耐振動加速度と前記弁体の質量との積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の流体制御弁。
【請求項４】
過給機と排気還流装置を備えたエンジンに設けられる新気導入装置であって、
前記エンジンは、吸気通路と、排気通路とを含み、前記吸気通路には、同通路を流れる吸気量を調節するための吸気量調節弁が設けられ、
前記過給機は、前記吸気量調節弁より上流の前記吸気通路に配置されたコンプレッサと、前記排気通路に配置されたタービンと、前記コンプレッサと前記タービンを一体回転可能に連結する回転軸とを含み、
前記排気還流装置は、前記エンジンの燃焼室から前記排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして前記吸気通路へ流して前記燃焼室へ還流させる排気還流通路と、前記排気還流通路における排気還流ガスの流れを調節するための排気還流弁とを含み、
前記排気還流通路は、その入口が前記タービンより下流の前記排気通路に接続され、その出口が前記コンプレッサより上流の前記吸気通路に接続され、
前記吸気量調節弁より下流の前記吸気通路へ新気を導入するための新気導入通路と、前記新気導入通路を流れる新気量を調節するための新気導入弁とを備え、前記新気導入弁が請求項１乃至３の何れかに記載の流体制御弁により構成され、前記弁体の移動方向が、前記新気が流出する方向と平行に設定された
ことを特徴とする新気導入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気体等の流体を制御するために使用される流体制御弁及びその流体制御弁を新気導入弁として使用する新気導入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載されるバイパス弁を挙げることができる。このバイパス弁は、過給機を備えたエンジンにおいて、エンジンの排気の一部を排気還流ガス（ＥＧＲガス）として吸気通路へ流してエンジンへ還流させる低圧ループ式の排気還流装置（ＥＧＲ装置）に関連して設けられる。すなわち、このバイパス弁は、ＥＧＲ装置によって吸気通路へ流れるＥＧＲガスを希釈するために吸気通路へ新気をバイパスして導入する新気バイパス通路に設けられる。過給機は、排気通路に設けられたタービンと、吸気通路に設けられ、タービンにより駆動されるコンプレッサとから構成される。低圧ループ式のＥＧＲ装置は、タービンより下流の排気通路とコンプレッサより上流の吸気通路との間に設けられるＥＧＲ通路と、そのＥＧＲ通路に設けられるＥＧＲ弁とにより構成される。コンプレッサとエンジンとの間の吸気通路には、スロットル弁が設けられる。コンプレッサより上流であってＥＧＲ通路の出口より上流の吸気通路には、吸気絞り弁が設けられる。その吸気絞り弁より上流の吸気通路とスロットル弁より下流の吸気通路との間に新気バイパス通路が設けられる。バイパス弁は、全閉状態と全開状態との間で開閉可能に構成される。そして、要求ＥＧＲ率が急減するエンジンの減速運転時などには、バイパス弁を開き、スロットル弁より下流の吸気通路へ新気バイパス通路を介して新気を導入する。これにより、スロットル弁より下流の吸気通路へ流れたＥＧＲガスを新気により希釈し、燃焼室におけるＥＧＲ率を早期に減衰させるようになっている。
【０００３】
ここで、特許文献１には特に記載はないが、バイパス弁を、図８に概略図に示すように、弁体９１が弁座９２の座面に対して直角方向へ移動するポペット弁タイプとし、また、弁体９１をネジ機構９３を介してステップモータ等のアクチュエータにより駆動させる電動弁として構成することが考えられる。この種のポペット弁タイプでは、弁体９１を弁座９２の座面に対して直角方向へ往復動させる弁軸９４を備え、ネジ機構９３は、弁軸９４をその軸線方向へ移動させるために、ロータ９５に設けられた雌ネジ９６と弁軸９４上に設けられた雄ネジ９７とから構成される。ネジ機構９３は、弁軸９４の軸線方向において所定のバックラッシ９８を有する。また、ハウジング９９と弁体９１との間には、弁体９１を弁座９２へ着座させる閉方向へ付勢するリターンスプリング１００が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−７５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載のエンジンでは、過給時にＥＧＲ弁を開いてＥＧＲガスを燃焼室へ還流させるときに、新気バイパス通路から吸気通路への新気の導入を遮断するために、バイパス弁を全閉状態にすることになる。このとき、バイパス弁より上流の新気バイパス通路にかかる大気圧とバイパス弁より下流の新気バイパス通路にかかる過給圧との圧力差が大きくなり、バイパス弁にかかる負荷が増大する。これにより、図９に示すように、ネジ機構９３のバックラッシ９８の分だけ弁軸９４と共に弁体９１が開方向へ動き、弁体９１と弁座９２との間に隙間が生じ、バイパス弁より上流の新気バイパス通路へ吸気が漏れるおそれがある。この漏れた吸気にはＥＧＲガスが含まれることから、バイパス弁より上流の新気バイパス通路にＥＧＲガスが侵入すると、その部分で酸性の凝縮水が発生し腐食が生じるおそれがある。また、バイパス弁には、過給圧による負荷やエンジンの振動が作用することから、弁体９１と弁座９２との間で摩耗や異音が生じるおそれがある。一方、過給圧による吸気の漏れを防止するためにリターンスプリング１００の付勢力を大きくすることが考えられる。しかし、その場合は、リターンスプリング１００の付勢力に抗して弁体９１を開弁させるためにアクチュエータを高出力化する必要があり、そのためにアクチュエータを大型化する必要がある。しかし、そのような構成では、バイパス弁が大型化したり、コストアップしたりすることになる。
【０００６】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、アクチュエータに要求される推力を増大させることなく全閉時の流体の漏れを防止し、併せて耐振動の信頼性を向上させることを可能とした流体制御弁及び新気導入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】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングと、ハウジングに設けられた流路と、流路に設けられた弁座と、弁座に対して着座可能に設けられた弁体と、弁体を弁座の座面に対して直角方向へ往復動させるための弁軸と、弁軸を軸線方向へ往復動させるためのネジ機構と、ネジ機構は、前記弁軸の前記軸線方向に所定のバックラッシを有することと、ネジ機構を駆動させるためにハウジングに設けられたアクチュエータと、ハウジングと弁体との間に設けられ、弁体を弁座へ着座させる閉方向へ付勢するためのリターンスプリングとを備え、弁座に対する弁体の開度を調節することにより流路を流れる流体を制御する流体制御弁において、弁体は、弁軸に対し所定の範囲で軸線方向へ往復動可能に設けられることと、弁体と弁軸との間に設けられ、弁体と弁軸とを互いに離間させる方向へ付勢するリリーフスプリングと、リリーフスプリングの付勢力が、弁体を弁座から離間させる開方向へ移動させるときのアクチュエータによる推力よりも小さく、かつ、弁体が弁座に着座した状態において弁体に対し開方向へ流体の最大圧力が作用しても弁体を着座状態に保持できる強さに設定されることとを備えたことを趣旨とする。
【０００８】
上記発明の構成によれば、開弁時には、弁体が弁軸においてリターンスプリングの付勢力により閉方向へ付勢された状態で保持される。一方、閉弁時には、ネジ機構がアクチュエータにより駆動されて弁軸が軸線方向へ移動することにより、弁体が弁座に着座し全閉状態となる。このとき、リターンスプリングの付勢力が弁体に作用することで、弁体が弁座に押さえ付けられる。更に、アクチュエータが動作すると、バックラッシ分の空転を経てネジ機構が逆側で螺合し、弁体がリリーフスプリングの付勢力に抗して更に弁座に押さえ付けられる。従って、この状態で弁体に対し開方向へ流体の最大圧力が作用しても弁体が全閉状態のまま保持される。また、リリーフスプリングの付勢力が弁体を開方向へ移動させるアクチュエータの推力より小さいので、アクチュエータに要求される推力が比較的小さくなる。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、リリーフスプリングの付勢力は、リリーフスプリングの付勢力とリターンスプリングの付勢力との和が、弁体の質量に、開方向における流体の最大圧力と弁体の受圧面積との積を加えた値より大きい関係を満たすことを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、全閉時には、弁体にリターンスプリングの付勢力とリリーフスプリングの付勢力との両方が作用し、弁体が弁座に押さえ付けられる。このとき弁体に作用する付勢力が、弁体の質量に、開方向における流体の最大圧力と弁体の受圧面積との積を加えた値より大きい。従って、弁体に対し開方向へ流体の最大圧力が作用しても弁体が全閉状態のまま保持される。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、リターンスプリングの付勢力は、弁体に要求される耐振動加速度と弁体の質量との積より大きいことを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、リターンスプリングの付勢力が、弁体に要求される耐振動加速度と弁体の質量との積より大きいので、弁体に振動が加わっても、リターンスプリングの付勢力により弁体の振動が抑えられる。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、過給機と排気還流装置を備えたエンジンに設けられる新気導入装置であって、エンジンは、吸気通路と、排気通路とを含み、吸気通路には、同通路を流れる吸気量を調節するための吸気量調節弁が設けられ、過給機は、吸気量調節弁より上流の吸気通路に配置されたコンプレッサと、排気通路に配置されたタービンと、コンプレッサとタービンを一体回転可能に連結する回転軸とを含み、排気還流装置は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして吸気通路へ流して燃焼室へ還流させる排気還流通路と、排気還流通路における排気還流ガスの流れを調節するための排気還流弁とを含み、排気還流通路は、その入口がタービンより下流の排気通路に接続され、その出口がコンプレッサより上流の吸気通路に接続され、吸気量調節弁より下流の吸気通路へ新気を導入するための新気導入通路と、新気導入通路を流れる新気量を調節するための新気導入弁とを備え、新気導入弁が請求項１乃至３の何れかに記載の流体制御弁により構成され、弁体の移動方向が、新気が流出する方向と平行に設定されたことを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、全閉時に弁体に対し開方向へ最大過給圧が作用しても弁体が全閉状態のまま保持される。また、リリーフスプリングの付勢力が弁体を開方向へ移動させるアクチュエータの推力より小さいので、アクチュエータに要求される推力が比較的小さくなる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１乃至３の何れかに記載の発明によれば、流体制御弁のアクチュエータに要求される推力を増大させることなく全閉時の流体の漏れを防止することができ、併せて耐振動の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、新気導入弁のアクチュエータに要求される推力を増大させることなく全閉時の過給圧による吸気の漏れを防止することができ、併せて耐振動の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態に係り、過給機、ＥＧＲ装置及び新気導入装置を備えたエンジンシステムを示す概略構成図。
【図２】一実施形態に係り、全閉状態の新気導入弁を示す断面図。
【図３】一実施形態に係り、新気導入弁の主要部の全開状態を示す概略図。
【図４】一実施形態に係り、新気導入弁の主要部の閉弁途中を示す概略図。
【図５】一実施形態に係り、新気導入弁の主要部の全閉状態を示す概略図。
【図６】一実施形態に係り、ステップモータのステップ数に対する弁体の弁座への押さえ荷重の関係を示すグラフ。
【図７】一実施形態に係り、ステップモータのステップ数に対するステップモータに対する負荷の関係を示すグラフ。
【図８】従来例に係り、新気導入弁の主要部の閉弁途中を示す概略図。
【図９】従来例に係り、新気導入弁の主要部の全閉状態を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜第１実施形態＞
以下、本発明における流体制御弁及び新気導入装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１に、この実施形態における過給機、排気還流装置（ＥＧＲ装置）及び新気導入装置を備えたエンジンシステムを概略構成図により示す。このエンジンシステムは、レシプロタイプのエンジン１を備える。エンジン１の吸気ポート２には、吸気通路３が接続され、排気ポート４には、排気通路５が接続される。吸気通路３の入口には、エアクリーナ６が設けられる。エアクリーナ６の直近であってエアクリーナ６より下流の吸気通路３には、吸気通路３を流れる吸気量を計測するためのエアフローメータ５４が設けられる。エアクリーナ６より下流の吸気通路３には、排気通路５との間に、吸気通路３における吸気を昇圧させるための過給機７が設けられる。
【００２０】
過給機７は、吸気通路３に配置されたコンプレッサ８と、排気通路５に配置されたタービン９と、コンプレッサ８とタービン９を一体回転可能に連結する回転軸１０とを含む。過給機７は、排気通路５を流れる排気によりタービン９を回転させて回転軸１０を介してコンプレッサ８を一体的に回転させることにより、吸気通路３における吸気を昇圧させる、すなわち過給を行うようになっている。
【００２１】
過給機７に隣接して排気通路５には、タービン９を迂回する排気バイパス通路１１が設けられる。この排気バイパス通路１１には、ウェイストゲートバルブ１２が設けられる。ウェイストゲートバルブ１２により排気バイパス通路１１を流れる排気が調節されることにより、タービン９に供給される排気流量が調節され、タービン９及びコンプレッサ８の回転速度が調節され、過給機７による過給圧が調節されるようになっている。
【００２２】
また、過給機７に隣接して吸気通路３には、コンプレッサ８を迂回する吸気バイパス通路３７が設けられる。この吸気バイパス通路３７には、吸気バイパス弁３８が設けられる。この吸気バイパス弁３８を必要に応じて開くことにより、コンプレッサ８より下流の吸気通路３における過給圧を吸気バイパス通路３７を介してコンプレッサ８より上流の吸気通路３へ逃し、過給圧を低減させるようになっている。
【００２３】
吸気通路３において、過給機７のコンプレッサ８とエンジン１との間には、インタークーラ１３が設けられる。このインタークーラ１３は、コンプレッサ８により昇圧されて高温となった吸気を適温に冷却するためのものである。インタークーラ１３とエンジン１との間の吸気通路３には、サージタンク３ａが設けられる。また、コンプレッサ８の下流側であってサージタンク３ａより上流の吸気通路３には、電動式のスロットル弁である電子スロットル装置１４が設けられる。この電子スロットル装置１４は、本発明の吸気量調節弁の一例に相当し、吸気通路３に配置されるバタフライ形のスロットル弁２１と、そのスロットル弁２１を開閉駆動するためのＤＣモータ２２と、スロットル弁２１の開度（スロットル開度）ＴＡを検出するためのスロットルセンサ２３とを備える。この電子スロットル装置１４は、運転者によるアクセルペダル（図示略）の操作に応じてスロットル弁２１がＤＣモータ２２により開閉駆動され、開度が調節されるように構成される。タービン９より下流の排気通路５には、排気を浄化するための排気触媒としての触媒コンバータ１５が設けられる。
【００２４】
エンジン１には、燃焼室１６に燃料を噴射供給するためのインジェクタ２５が設けられる。インジェクタ２５には、燃料タンク（図示略）から燃料が供給されるようになっている。また、エンジン１には、各気筒に対応して点火プラグ２９が設けられる。各点火プラグ２９は、イグナイタ３０から出力される高電圧を受けて点火動作する。各点火プラグ２９の点火時期は、イグナイタ３０による高電圧の出力タイミングにより決定される。点火プラグ２９とイグナイタ３０により点火装置が構成される。
【００２５】
この実施形態において、低圧ループ式のＥＧＲ装置は、エンジン１の燃焼室１６から排気通路５へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）１７と、ＥＧＲ通路１７における排気流量（ＥＧＲ流量）を調節するためにＥＧＲ通路１７に設けられた排気還流弁（ＥＧＲ弁）１８とを備える。ＥＧＲ通路１７は、触媒コンバータ１５より下流の排気通路５と、コンプレッサ８より上流の吸気通路３との間に設けられる。すなわち、排気通路５を流れる排気の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１７を通じて吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させるために、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａが、コンプレッサ８より上流の吸気通路３に接続される。また、ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂは、触媒コンバータ１５より下流の排気通路５に接続される。
【００２６】
ＥＧＲ通路１７には、同通路１７を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２０が設けられる。この実施形態で、ＥＧＲ弁１８は、ＥＧＲクーラ２０より下流のＥＧＲ通路１７に配置される。
【００２７】
図１に示すように、ＥＧＲ弁１８は、ポペット弁として、かつ、電動弁として構成される。すなわち、ＥＧＲ弁１８は、モータ３１により駆動される弁体３２を備える。弁体３２は、略円錐形状をなし、ＥＧＲ通路１７に設けられた弁座３３に着座可能に設けられる。モータ３１は直進的に往復運動（ストローク運動）可能に構成された出力軸３４を備え、その出力軸３４の先端に弁体３２が固定される。出力軸３４は軸受３５を介してＥＧＲ通路１７を構成するハウジングに支持される。そして、ステップモータ３１の出力軸３４をストローク運動させることにより、弁座３３に対する弁体３２の開度が調節されるようになっている。ＥＧＲ弁１８の出力軸３４は、弁体３２が弁座３３に着座する全閉状態から、弁体３２が軸受３５に当接する全開状態までの間で所定のストロークだけストローク運動可能に設けられる。この実施形態では、大量ＥＧＲを実現するために、従前の技術に比べて弁座３３の開口面積が拡大されている。それに合わせて、弁体３２が大型化されている。
【００２８】
この実施形態では、ＥＧＲ装置に対応して新気導入装置が設けられる。図１に示すように、新気導入装置は、大気側から電子スロットル装置１４（スロットル弁２１）より下流の吸気通路３へ新気を導入するための新気導入通路４１と、新気導入通路４１を流れる新気量を調節するための電動式の新気導入弁４２とを含む。新気導入通路４１は、その入口４１ａがエアフローメータ５４より下流であってＥＧＲ通路１７の出口１７ａより上流の吸気通路３に接続され、その出口４１ｂが電子スロットル装置１４（スロットル弁２１）より下流の吸気通路３に接続される。新気導入弁４２の開度が調節されることにより、スロットル弁２１より下流の吸気通路３へ新気導入通路４１から流れる新気量が調節される。
【００２９】
ここで、エンジン１の減速運転時にＥＧＲ弁１８を全閉にしても、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａから電子スロットル装置１４までの吸気通路３の経路が比較的長いことから、そこにＥＧＲガスが残留することがある。この残留ＥＧＲガスが燃焼室１６に流れ込むと、エンジン１が失火を起こすおそれがある。そこで、この実施形態では、エンジン１の減速運転時に、スロットル弁２１より下流の吸気通路３へ流れるＥＧＲガスを希釈して燃焼室１６のＥＧＲ率を減衰させるために、新気導入弁４２を開いて、スロットル弁２１より下流の吸気通路３へ新気を導入するようになっている。一方、この実施形態では、過給機７が動作する過給時には、新気導入通路４１から吸気通路３への新気の導入を遮断するために、新気導入弁４２を全閉にするようになっている。
【００３０】
次に、新気導入弁４２の構成について説明する。図２に、全閉状態の新気導入弁４２を断面図により示す。この実施形態で、新気導入弁４２は、ポペット弁として、また、電動弁として構成され、全閉状態と全開状態との間で開度が連続的に可変に構成される。新気導入弁４２は、ハウジング６１と、そのハウジング６１に設けられた流路６２と、流路６２に設けられた弁座６３と、弁座６３に対して着座可能に設けられた弁体６４と、弁体６４を弁座６３の座面に対して直角方向へ往復動させるための弁軸６５と、弁軸６５をその軸線方向へ往復動させるためのネジ機構６６と、ネジ機構６６を駆動させるためにハウジング６１に設けられたステップモータ６７と、ハウジング６１と弁体６４との間に設けられ、弁体６４を弁座６３へ着座させる閉方向へ付勢するためのコイルスプリングからなるリターンスプリング６８とを備える。ステップモータ６７は、本発明のアクチュエータの一例に相当する。
【００３１】
後述するように、ネジ機構６６は、互いに螺合する雄ネジ８５と雌ネジ８４により構成され（図３〜図５参照）、弁軸６５の軸線方向に所定のバックラッシ８７を有する。新気導入弁４２は、弁座６３に対する弁体６４の開度を調節することにより流路６２を流れる新気を制御するようになっている。また、弁体６４は、弁軸６５に対して所定の範囲で軸線方向へ往復動可能に設けられる。弁体６４と弁軸６５との間には、弁体６４と弁軸６５とを互いに離間させる方向へ付勢するコイルスプリングからなるリリーフスプリング６９が設けられる。このリリーフスプリング６９の付勢力は、弁体６４を弁座６３から離間させる開方向へ移動させるときのステップモータ６７による推力よりも小さく、かつ、弁体６４が弁座６３に着座した状態（全閉状態）において弁体６４に対し開方向へ吸気の最大圧力（最大過給圧）が作用しても弁体６４を全閉状態に保持できる強さに設定される。
【００３２】
ここで、リリーフスプリング６９の付勢力Ｆｒｆは、リリーフスプリング６９の付勢力Ｆｒｆとリターンスプリング６８の付勢力Ｆｒｔとの和が、弁体６４の質量と弁軸６５の質量との合計の質量ｍｖと振動加速度ａｖとの積に、開方向における最大過給圧ＰＳmaxと弁体６４の受圧面積Ｓｐとの積を加えた値より大きい関係を満たすように設定される。すなわち、次式（１）に示す関係を満たす。
Ｆｒｆ＋Ｆｒｔ＞ａｖ＊ｍｖ＋ＰＳmax＊Ｓｐ    ・・・（１）
開方向における最大過給圧ＰＳmaxは、弁体６４の前後差圧であり、吸気通路３から新気導入通路４１の出口４１ｂに作用する最大過給圧と新気導入通路４１に作用する大気圧との差圧を意味する。また、弁体６４の受圧面積Ｓｐは、全閉時に弁座６３の弁孔６３ａに面する弁体６４の表面積を意味する。また、リターンスプリング６８は、弁体６４に生じる振動を吸収する耐振動機能を有し、リターンスプリング６８の付勢力Ｆｒｔは、弁体６４に要求される振動加速度ａｖと弁体６４の質量ｍｖとの積より大きくなるように設定される。すなわち、次式（２）に示す関係を満たす。
Ｆｒｔ＞ａｖ＊ｍｖ    ・・・（２）
また、弁体６４の移動方向は、弁座６３の弁孔６３ａから新気が流出する方向（図２の下方向）と平行に設定されている。すなわち、弁孔６３ａから新気が流出する方向が、弁孔６３ａの軸線方向Ｌ１であるのに対し、弁体６４の移動方向が弁孔６３ａの軸線方向と平行をなしている。
【００３３】
更に詳細に説明すると、図２に示すように、ステップモータ６７は、樹脂製のハウジング６１に収容されたステータ７１と、ステータ７１の内側で回転するロータ７２とを含む。ステータ７１は、樹脂製のボビン７３を含む。ボビン７３には、複数のヨーク７４がインサート成形により一体に成形される。ボビン７３には、その下端部に形成されたフランジ部７３ａと、フランジ部７３ａの下方へ突出する円筒状のヘッド部７３ｂとを含む。ハウジング６１は、その上部にコネクタ部６１ａを含み、コネクタ部６１ａに各端子７５が配置される。ボビン７３の上部には、ロータ７２の上端部を受け入れ回転可能に支持す
る金属製の軸受プレート７６が設けられる。ボビン７３の外周部には、コイル７７が設けられる。コイル７７の端末部は各端子７５に接続される。
【００３４】
ステータ７１は、ハウジング６１により覆われる。ハウジング６１の下端開口部は、ボビン７３のフランジ部７３ａにより封鎖される。フランジ部７３ａの外周とハウジング６１との間にはシール用のＯリング７８が設けられる。ハウジング６１の下端部外周には、取付フランジ部６１ｂが形成され、固定用のボルト（図示略）が挿通されるようになっている。
【００３５】
ボビン７３のヘッド部７３ｂ内には、樹脂製のリテーナ７９が圧入される。リテーナ７９は、二重円筒状をなし、ヘッド部７３ｂ内に圧入される外筒部７９ａと、その内側に位置する内筒部７９ｂと、外筒部７９ａと内筒部７９ｂとを連結する連結部７９ｃとを含む。外筒部７９ａの上端部内側には、軸受８０を介して、ロータ７２のために設けられた金属製の軸受スリーブ８１が回転可能に支持される。内筒部７９ｂの内側は、非円形のガイド孔７９ｄとなっている。このガイド孔７９ｄには、金属製の弁軸６５のスライド部６５ａが軸回り方向に回り止めした状態で軸線方向へスライド可能に挿入される。
【００３６】
ロータ７２は、樹脂製のロータ本体８２と、ロータ本体８２の外周部に設けられたマグネット８３とを含む。中空円筒状に形成されたロータ本体８２の上端部には、支持部８２ａが突設される。ロータ本体８２の中空部内には、雌ネジ８４が形成される。ロータ本体８２の下部には、軸受スリーブ８１が一部インサート成形されて固着される。軸受スリーブ８１の下半部は、リテーナ７９の外筒部７９ａの内側にて軸受８０を介して回転可能に支持される。
【００３７】
このように、ロータ７２は、リテーナ７９がヘッド部７３ｂの内側に圧入されることにより、ステータ７１に組み付けられる。併せて、ロータ本体８２の支持部８２ａが、ボビン７３の軸受プレート７６の軸孔内に回転可能に支持される。マグネット８３は、ヨーク７４の内側面にて所定の隙間を隔てて回転可能に配置される。
【００３８】
ロータ本体８２に設けられた雌ネジ８４には、弁軸６５上に設けられた雄ネジ８５が螺合される。また、弁軸６５のスライド部６５ａは、リテーナ７９の内筒部７９ｂ内にて軸回り方向に回り止めされた状態で、軸線方向へスライド可能に挿入される。従って、ロータ７２の回転（正転及び逆転）により、雌ネジ８４と雄ネジ８５の螺合を介して、弁軸６５が軸線方向、すなわち図２の上下方向へ往復動することになる。
【００３９】
弁軸６５の先端部、すなわち図２の下端部には、筒状のスリーブ８６と弁体６４が設けられる。スリーブ８６はその内部に内フランジ部８６ａを含む。弁軸６５の下端部軸上にはフランジ部６５ｂが設けられる。スリーブ８６は、その内フランジ部８６ａが弁軸６５のフランジ部６５ｂに係合するように組み付けられる。弁体６４は、中空状の略弾丸形状をなし、スリーブ８６の内側にて軸線方向へ往復動可能に支持される。弁軸６５の先端（図２の下端）には、他の部分より小径で軸線方向へ伸びるピン部６５ｃが形成される。弁体６４の中空部６４ａには、ピン部６５ｃと同軸に配置され、ピン部６５ｃが挿入される穴部６４ｂが形成される。弁体６４は、このピン部６５ｃと穴部６４ｂとが係合する範囲で、弁軸６５に対して軸線方向へ往復動可能に設けられる。リテーナ７９の内筒部７９ｂには、リターンスプリング６８が外嵌される。このリターンスプリング６８は、リテーナ７９の連結部７９ｃとスリーブ８６の内フランジ部８６ａとの間に介在され、弁体６４と共にスリーブ８６を下方へ、すなわち弁体６４が弁座６３に着座する閉方向へ付勢する。このようなリターンスプリング６８の配置構成により、リターンスプリング６８に、弁体６４に生じる振動を吸収する耐振動機能が与えられている。フランジ部６５ｂより先端（図２の下端）側の弁軸６５上にはリリーフスプリング６９が外嵌される。このリリー
フスプリング６９は、弁軸６５のフランジ部６５ｂと弁体６４の中空部６４ａの底壁との間に介在され、弁体６４を下方へ、すなわち弁体６４と弁軸６５とを互いに離間させる方向へ付勢する。また、スリーブ８６の内側であって弁体６４の上端には、フランジ部６５ｂに係合可能なストッパ７０が設けられる。このストッパ７０は、弁体６４の全閉時に弁軸６５が下方へ移動するとき、フランジ部６５ｂがストッパ７０に係合することで弁軸６５のそれ以上の移動を規制するようになっている。
【００４０】
次に、新気導入弁４２の動作について説明する。図３に、新気導入弁４２の主要部の全開状態を概略図により示す。図４に、新気導入弁４２の主要部の閉弁途中を概略図により示す。図５に、新気導入弁４２の主要部の全閉状態を概略図により示す。図３に示すように、新気導入弁４２の全開状態では、リターンスプリング６８は最大限に圧縮された状態で弁体６４を下方（閉方向）へ付勢し、リリーフスプリング６９は最大限に伸長した状態で弁体６４を弁軸６５から最大限に離間させる。この状態では、弁体６４がリターンスプリング６８の付勢力により下方（閉方向）へ付勢されるので、リターンスプリング６８が耐振動機能を発揮し、弁体６４の振動を抑えることができる。すなわち、新気導入弁４２の開弁時の耐振動性を確保することができる。この状態からステップモータ６７に閉弁信号が入力されることにより、ロータ７２が回転する。これにより、雌ネジ８４と雄ネジ８５との螺合を介して、リターンスプリング６８の付勢力も加担してスリーブ８６と共に弁軸６５が下方へ移動し、弁体６４が弁座６３へ向けて閉弁し始める。このとき、雄ネジ８５のネジ山下面が雌ネジ８４のネジ山上面に係合する関係でロータ７２の回転力が弁軸６５へ伝えられる。
【００４１】
その後、図４に示すように、弁体６４が弁座６３に着座することにより全閉状態となる。このとき、リリーフスプリング６９が作動し、その付勢力により弁体６４が弁座６３に押し付けられる。従って、この状態では、弁体６４に吸気通路３の側から過給圧や振動が作用しても弁体６４が開方向へ動くことはない。すなわち、新気導入弁４２の全閉時には、吸気の漏れを防止することができ、耐振動性を確保することができる。
【００４２】
その後、ロータ７２が更に回転することにより、バックラッシ８７の分だけ雌ネジ８４が回転するときに、雌ネジ８４と雄ネジ８５の螺合が一旦解除されるが、間もなく、雌ネジ８４のネジ山下面が雄ネジ８５のネジ山上面に係合して雌ネジ８４と雄ネジ８５が螺合する。この間、ステップモータ６７に作用する荷重はリターンスプリング６８の付勢力のみとなる。そして、ロータ７２が更に回転することにより、リリーフスプリング６９が作動し、その付勢力により弁体６４が弁座６３に押し付けられ、弁軸６５が下方へ移動する。また、リリーフスプリング６９の付勢力がステップモータ６７に荷重として作用する。図５に示す状態では、リリーフスプリング６９の付勢力Ｆｒｆにより、雌ネジ８４と雄ネジ８５とのバックラッシ８７を相殺して弁体６４を弁座６３に押し付けて全閉状態に保持することができる。このとき、ロータ７２へはリリーフスプリング６９の付勢力Ｆｒｆのみが荷重として作用することになる。
【００４３】
一方、図５に示すように弁体６４が弁座６３に着座した全閉状態において、ステップモータ６７に開弁信号が入力されることにより、ロータ７２が上記と逆方向へ回転する。このとき、リリーフスプリング６９の付勢力も加担して弁軸６５が上方へ移動し、やがて図４に示すように、リリーフスプリング６９が伸び切った状態となる。その後、バックラッシ８７の分だけ雌ネジ８４が逆方向へ回転し、雌ネジ８４と雄ネジ８５の螺合が一旦解除されるが、間もなく、雌ネジ８４のネジ山上面が雄ネジ８５のネジ山下面に係合して雌ネジ８４と雄ネジ８５が螺合する。この間、ステップモータ６７に作用する荷重はリターンスプリング６８の付勢力のみとなる。そして、ロータ７２が更に逆方向へ回転すると、リターンスプリング６８の付勢力に抗して弁軸６５が上方へ移動し、図３に示すように弁体６４が弁座６３から離れて開弁する。そして、弁体６４が弁座６３から最大限に離れることにより全開状態となる。
【００４４】
図６に、ステップモータ６７のステップ数（ｓｔｅｐ）に対する弁体６４の弁座６３への押さえ荷重の関係をグラフにより示す。図７に、ステップモータ６７のステップ数（ｓｔｅｐ）に対するステップモータ６７に対する負荷の関係をグラフにより示す。図６及び図７とも、太線は本実施形態の測定結果を示し、破線は従来例の測定結果を示す。図６に太線で示すように、本実施形態では、開弁側から閉弁側へ弁体６４を移動させるとき、ステップ数「１００〜７」の間では、弁体６４の弁座６３への押さえ荷重は「０」のままとなる。そして、弁体６４が弁座６３に当たり始めるステップ数「７」では、振動分要求荷重だけ弁体６４の弁座６３への押さえ荷重が増大する。これは、リターンスプリング６８による付勢力Ｆｒｔに相当する。そして、ステップ数「７〜０」の間では、ネジ機構６６のバックラッシ８７の分だけロータ７２が空転することから、弁体６４の弁座６３への押さえ荷重に変化はない。やがて、ネジ機構６６が再び螺合しストッパ７０に当たるまで、ステップ数「０〜−５」の間では、過給圧分要求荷重だけ弁体６４の弁座６３への押さえ荷重が増大する。これは、リリーフスプリング６９による付勢力Ｆｒｆに相当する。これに対し、図６に破線で示すように、従来例では、リリーフスプリングを持たないことから、弁体が弁座に当たり始めるステップ数「７」では、振動分要求荷重及び過給圧分要求荷重だけ弁体の弁座への押さえ荷重が一気に急増する。この急増分だけ、リターンスプリングによる付勢力を確保する必要がある。
【００４５】
図７に太線で示すように、本実施形態では、開弁側から閉弁側へ弁体６４を移動させるとき、ステップ数「１００〜７」の間では、ステップモータ６７の負荷が徐々に減少する。この減少分はリターンスプリング６８による付勢力Ｆｒｔ、すなわち過給圧分要求荷重に相当する。そして、弁体６４が弁座６３に当たり始め、バックラッシ８７の分だけロータ７２が空転するステップ数「７〜０」の間では、ステップモータ６７の負荷はゼロになる。そして、ネジ機構６６が再び螺合すると、ステップ数「０〜−５」の間で、過給圧分要求荷重だけステップモータ６７の負荷が増大する。これは、リリーフスプリング６９による付勢力Ｆｒｆに相当する。つまり、全閉時には、バックラッシ８７の内の荷重はリリーフスプリング６９の付勢力Ｆｒｆによって決まる。そのため、リターンスプリング６８の付勢力Ｆｒｔを強化することなく、リリーフスプリング６９を加えることで、過給圧に打ち勝って弁体６４を全閉状態に押さえられる荷重を得ることができる。これに対し、図７に破線で示すように、従来例では、リリーフスプリングを持たないことから、ステップ数「１００〜７」の間では、ステップモータの負荷が徐々に減少するが、弁体が弁座に当たり始めるステップ数「７」で、振動分要求荷重及び過給圧分要求荷重だけステップモータに負荷がかかることになる。従って、弁体が弁座に着座し始めるまでの間で、ステップモータの負荷がモータ推力限界を越える状態があり得る。すなわち、単に過給圧に打ち勝つためにリターンスプリングの付勢力を強化しただけでは、弁体を閉方向へ移動させるためにステップモータの推力を限界推力以上に設定しなければならない。
【００４６】
以上説明したこの実施形態の新気導入弁４２によれば、弁体６４がリターンスプリング６８の付勢力Ｆｒｔにより閉方向へ付勢されるので、開弁時には、弁体６４が弁軸６５において閉方向へ付勢された状態で保持される。これにより、リターンスプリング６８が、弁体６４に対して耐振動機能を発揮する。このため、エンジン１の運転時に新気導入弁４２としての耐振動の信頼性を向上させることができる。一方、閉弁時には、ネジ機構６６がステップモータ６７により駆動されて弁軸６５が軸線方向へ移動することにより、弁体６４が弁座６３に着座し、全閉状態となる。このとき、リターンスプリング６８の付勢力Ｆｒｔが弁体６４に作用することで、弁体６４が弁座６３に押さえ付けられる。更に、ステップモータ６７が動作すると、バックラッシ８７の分の空転を経てネジ機構６６が逆側で螺合し、弁体６４がリリーフスプリング６９の付勢力Ｆｒｆに抗して弁座６３に押さえ付けられる。従って、この状態で弁体６４に対し開方向へ最大過給圧が作用しても弁体６４が全閉状態のまま保持される。また、リリーフスプリング６９の付勢力Ｆｒｆが弁体６４を開方向へ移動させるステップモータ６７の推力より小さいので、ステップモータ６７に要求される推力が比較的小さくなる。このため、新気導入弁４２のステップモータ６７に要求される推力を増大させることなく全閉時の過給圧による吸気漏れを防止することができる。
【００４７】
この結果、新気導入弁４２より上流の新気導入通路４１へＥＧＲガスの侵入を防止することができ、その部分での酸性の凝縮水の発生を防止し、腐食の発生を防止することができる。また、新気導入弁４２で、全閉時には、過給圧により弁体６４に負荷がかかり、エンジン１の振動が作用するが、リターンスプリング６８とリリーフスプリング６９により弁体６４が弁座６３に押さえ付けられる。このため、弁体６４と弁座６３との間で摩耗や異音の発生を抑えることができる。一方、新気導入弁４２では、全閉時に過給圧による吸気漏れを防止するためにリターンスプリング６８の付勢力Ｆｒｔを大きくする必要がないので、新気導入弁４２をリターンスプリング６８の付勢力Ｆｒｔに抗して開弁するためにステップモータ６７の推力を必要以上に増大させる必要がない。このため、ステップモータ６７を大型化する必要がなく、新気導入装置のコスト低減を図ることができる。
【００４８】
この実施形態によれば、全閉時には、弁体６４にリターンスプリング６８の付勢力Ｆｒｔとリリーフスプリング６９の付勢力Ｆｒｆとの両方が作用し、弁体６４が弁座６３に押さえ付けられる。このとき弁体６４に作用する付勢力、すなわち二つの付勢力Ｆｒｔ，Ｆｒｆの和が、弁体６４の質量ｍｖに、開方向における最大過給圧ＰＳmaxと弁体６４の受圧面積Ｓｐとの積を加えた値より大きい。従って、弁体６４に対し開方向へ最大過給圧ＰＳmaxが作用しても弁体６４が全閉状態のまま保持される。このため、新気導入弁４２のステップモータ６７に要求される推力を増大させることなく全閉時の過給圧による吸気漏れを防止することができる。
【００４９】
この実施形態では、リターンスプリング６８の付勢力Ｆｒｔが、弁体６４に要求される
振動加速度ａｖと弁体６４の質量ｍｖとの積より大きいので、弁体６４に振動が加わっても、リターンスプリング６８の付勢力Ｆｒｔの作用により弁体６４の振動が抑えられる。すなわち、新気導入弁４２につき、全閉時に過給圧による吸気漏れを防止しながら、合わせて弁体６４の耐振動機能を確保することができる。
【００５０】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。
【００５１】
例えば、前記実施形態では、アクチュエータの一例としてステップモータ６７を使用したが、ＤＣモータを使用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
この発明は、過給機とＥＧＲ装置を備えたエンジンの新気導入装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  エンジン
３  吸気通路
５  排気通路
７  過給機
８  コンプレッサ
９  タービン
１０  回転軸
１４  電子スロットル装置（吸気量調節弁）
１６  燃焼室
１７  ＥＧＲ通路（排気還流通路）
１７ａ  出口
１７ｂ  入口
１８  ＥＧＲ弁（排気還流弁）
２１  スロットル弁
４１  新気導入通路
４１ａ  入口
４１ｂ  出口
４２  新気導入弁
６１  ハウジング
６２  流路
６３  弁座
６４  弁体
６５  弁軸
６６  ネジ機構
６７  ステップモータ（アクチュエータ）
６８  リターンスプリング
６９  リリーフスプリング
８７  バックラッシ
【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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【図６】
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【図７】
2015161261.tif 000009
【図８】
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【図９】
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