(57)【要約】      （修正有）【課題】内部の弁体が自励振動するのを抑制し、異音の発生や異常磨耗を防止するＰＣＶバルブシステムを提供する。【解決手段】両端璧にそれぞれ入口ポート１１１と出口ポート１１２とが設けられている円筒状のバルブハウジング１１と、該バルブハウジング１１内において軸方向に配置され、前記出口ポート１１２の開口面積Ａを可変とするテーパ状の弁体１２と、前記ハウジング１１と前記弁体１２との間に配置され該弁体１２が前記出口ポート１１２の前記開口面積Ａを大きくする方向に該弁体１２を付勢支持するバネ体１３と、を有するＰＣＶ（ポジティブ・クランクケース・ベンチレーション）バルブ１と、前記ＰＣＶバルブ１の前記出口ポート１１２に接続される下流側管路２と、を有するＰＣＶバルブシステムにおいて、前記入口ポート１１１の上流側あるいは前記出口ポート１１２の下流側いずれかに上流側絞り１１３あるいは下流側絞りを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端璧にそれぞれ入口ポートと出口ポートとが設けられている円筒状のバルブハウジングと、該バルブハウジング内において軸方向に配置され、前記出口ポートの開口面積Ａを可変とするテーパ状の弁体と、前記ハウジングと前記弁体との間に配置され該弁体が前記出口ポートの前記開口面積Ａを大きくする方向に該弁体を付勢支持するバネ体と、を有するＰＣＶ（ポジティブ・クランクケース・ベンチレーション）バルブと、前記ＰＣＶバルブの前記出口ポートに接続される下流側管路と、を有するＰＣＶバルブシステムにおいて、
前記入口ポートの上流側あるいは前記出口ポートの下流側いずれかに上流側絞りあるいは下流側絞りを備えることを特徴とするＰＣＶバルブシステム。
【請求項２】
両端璧にそれぞれ入口ポートと出口ポートとが設けられている円筒状のバルブハウジングと、該バルブハウジング内において軸方向に配置され、前記出口ポートの開口面積Ａを可変とするテーパ状の弁体と、前記ハウジングと前記弁体との間に配置され該弁体が前記出口ポートの前記開口面積Ａを大きくする方向に該弁体を付勢支持するバネ体と、を有するＰＣＶバルブと、前記ＰＣＶバルブの前記出口ポートに接続される下流側管路と、を有するＰＣＶバルブシステムにおいて、
前記下流側管路内に管路絞りを有することを特徴とするＰＣＶバルブシステム。
【請求項３】
前記下流側絞りの開口面積Ａ1と前記出口ポートの前記開口面積Ａの最小面積Ａ0との比Ａ1／Ａ0が４〜８の範囲である請求項１に記載のＰＣＶバルブシステム。
【請求項４】
前記上流側絞りの開口面積Ａ2と前記出口ポートの前記開口面積Ａのの最小面積Ａ0との比Ａ2／Ａ0が４〜７の範囲である請求項1に記載のＰＣＶバルブシステム。
【請求項５】
前記管路絞りの開口面積Ａ3と前記出口ポートの前記開口面積Ａの最小面積Ａ0との比Ａ3／Ａ0が４〜８の範囲である請求項２に記載のＰＣＶバルブシステム。
【請求項６】
両端璧にそれぞれ入口ポートと出口ポートとが設けられている円筒状のバルブハウジングと、該バルブハウジング内において軸方向に配置され、前記出口ポートの開口面積Ａを可変とするテーパ状の弁体と、前記ハウジングと前記弁体との間に配置され該弁体が前記出口ポートの前記開口面積Ａを大きくする方向に該弁体を付勢支持するバネ体と、を有するＰＣＶバルブと、前記ＰＣＶバルブの前記出口ポートに接続される下流側管路と、を有するＰＣＶバルブシステムにおいて、
前記管路の内径をｄ、前記管路内圧力波伝播速度をα、前記ＰＣＶバルブの前記バネ体と前記弁体の共振周期をＴ、としたとき、該管路長さＬをαＴｄ2／（５．９４×１０-4）以下にすることを特徴とするＰＣＶバルブシステム。
【請求項７】
前記管路長さＬをαＴｄ2／（１．７８×１０-3）以下にする請求項６に記載のＰＣＶバルブシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと吸気系の間に介装されエンジンからのブローバイガスを吸気系に還元することを制御するＰＣＶ（ポジティブ・クランクケース・ベンチレーション）バルブシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのブローバイガス還元装置及びＰＣＶバルブとしては、例えば図１１〜１４に示すようなものがある（例えば、特許文献１参照）。５０は、エンジン、５１はシリンダブロック、５２はシリンダヘッド、５３はシリンダヘッドカバー、５４はエアクリーナ、５５は気化器である。前記エンジン５０のシリンダヘッド５２と気化器５５とは、吸気管５６により連結されている。前記エアクリーナ５４にエンジン５０のクランクケース５７内で発生するブローバイガスを還元すべく、前記エアクリーナ５４とエンジン５０のシリンダーヘッドカバー５３内とをブローバイガス管５８によって接続する。このブローバイガス管５８の途中に三方の分岐管継手５９を設け、この分岐管継手５９に連絡ホース６０を接続すると共に、この連絡ホース６０をＰＣＶバルブ１０を介して吸気管５６に接続する。このＰＣＶバルブ１０は、両端璧にそれぞれ入口ポート１１１と出口ポート１１２とが設けられている円筒状のバルブハウジング１１と、該バルブハウジング１１内において軸方向に配置され、前記出口ポート１１２の開口面積を可変とするテーパ状の弁体１２と、前記ハウジング１１と前記弁体１２との間に配置され該弁体１２が前記出口ポート１１２の前記開口面積を大きくする方向に該弁体１２を付勢支持するバネ体１３と、を有する。
【０００３】
ＰＣＶバルブによるブローバイガスの流量制御が、弁体１２の前後差圧とバネ体１３との釣り合いにより制御されるため、流量の制御性は、弁体１２の質量とバネ体１３のバネ係数との兼ね合いに左右される。そこで通常は、軽量な弁体１２を前後差圧のみでリフトさせるために、ある程度低いバネ係数（例えば、１５０Ｎ／ｍ）のバネ体１３を使用することになり、ＰＣＶバルブ１０内を流れる流体からの力の大きさによっては弁体１２とバネ体１３の間に自励振動が発生してしまう。ここで、自励振動が減衰しない条件下では、弁体１２はその固有振動数に近い振動を続け、ブローバイガスの流量を制御出来なくなる。また、自励振動により、弁体１２がハウジング１１の壁面に衝突することなどにより異音を発生したり、異常磨耗したりする問題が発生することがあった。
【特許文献１】実開平３−１７２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の背景技術で触れたように、これまでのＰＣＶバルブは、内部の弁体が自励振動し、定められた流量制御が出来なくなり、振動による音の発生や磨耗といった問題をもっていた。
【０００５】
本発明は、かかる問題を解決するために創出されたものである。すなわち、本発明の目的は、内部の弁体が自励振動するのを抑制し、流量制御性向上、或いは異音の発生や異常磨耗を防止するＰＣＶバルブシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するためになされた本発明のＰＣＶバルブシステムは、両端璧にそれぞれ入口ポートと出口ポートとが設けられている円筒状のバルブハウジングと、該バルブハウジング内において軸方向に配置され、前記出口ポートの開口面積Ａを可変とするテーパ状の弁体と、前記ハウジングと前記弁体との間に配置され該弁体が前記出口ポートの前記開口面積Ａを大きくする方向に該弁体を付勢支持するバネ体と、を有するＰＣＶバルブと、前記ＰＣＶバルブの前記出口ポートに接続される下流側管路と、を有するＰＣＶバルブシステムにおいて、前記入口ポートの上流側あるいは前記出口ポートの下流側いずれかに上流側絞りあるいは下流側絞りを備えることを特徴としている。ここで、出口ポートの開口面積Ａは、弁体が挿入される前の出口ポートの開口面積から弁体が挿入され出口ポートの開口部内にある弁体の最大断面積を差し引いた面積であり、弁体の挿入位置によりＡの値が変化する。
【０００７】
また、課題を解決するためになされた本発明の別のＰＣＶバルブシステムは、両端璧にそれぞれ入口ポートと出口ポートとが設けられている円筒状のバルブハウジングと、該バルブハウジング内において軸方向に配置され、前記出口ポートの開口面積Ａを可変とするテーパ状の弁体と、前記ハウジングと前記弁体との間に配置され該弁体が前記出口ポートの前記開口面積Ａを大きくする方向に該弁体を付勢支持するバネ体と、を有するＰＣＶバルブと、前記ＰＣＶバルブの前記出口ポートに接続される下流側管路と、を有するＰＣＶバルブシステムにおいて、前記下流側管路内に管路絞りを有することを特徴としている。
【０００８】
前記下流側絞りの開口面積Ａ1と前記出口ポートの前記開口面積Ａの最小面積Ａ0との比Ａ1／Ａ0が４〜８の範囲にあるようにするとよい。
【０００９】
あるいは、前記上流側絞りの開口面積Ａ2と前記出口ポートの前記開口面積Ａの最小面積Ａ0との比Ａ2／Ａ0が４〜７の範囲にあるようにしてもよい。
【００１０】
また、前記管路絞りの開口面積Ａ3と前記出口ポートの前記開口面積Ａの最小面積Ａ0との比Ａ3／Ａ0が４〜８の範囲であるようにするとよい。
【００１１】
課題を解決するためになされた本発明のさらに別のＰＣＶバルブシステムは、両端璧にそれぞれ入口ポートと出口ポートとが設けられている円筒状のバルブハウジングと、該バルブハウジング内において軸方向に配置され、前記出口ポートの開口面積Ａを可変とするテーパ状の弁体と、前記ハウジングと前記弁体との間に配置され該弁体が前記出口ポートの前記開口面積Ａを大きくする方向に該弁体を付勢支持するバネ体と、を有するＰＣＶバルブと、前記ＰＣＶバルブの前記出口ポートに接続される下流側管路と、を有するＰＣＶバルブシステムにおいて、前記管路内圧力波伝播速度をα、前記ＰＣＶバルブの前記バネ体と前記弁体の共振周期をＴ、としたとき、前記管路長さＬを（αＴｄ2／５．９４×１０-4）以下にすることを特徴としている。
【００１２】
前記管路長さＬを（αＴｄ2／１．７８×１０-3）以下にするとさらによい。
【発明の効果】
【００１３】
１）上流側絞りあるいは下流側絞りを備えることによる（請求項1の）作用及び効果
ＰＣＶバルブの弁体が振動する場合、振動により弁体前後で変動する体積が必要になる。例えば、図１２において弁体１２が変位ｘで振動する場合、弁体１２の前後の体積変化は、弁体１２の断面積σを乗じたσｘとなる。弁体１２の前後が図１２のように開放されている場合は、この体積変化について弁体１２に何の抵抗力も作用しない。一方、図１、４のように弁体１２の前あるいは後に上流側絞り１１３あるいは下流側絞り１１４を設けた場合は、前記体積変化が起こるためには絞り１１３、１１４を通じて流体を吸入または排出する必要があり、絞り１１３、１１４での流れ損失等により体積変化が抑制される。
【００１４】
体積変化の抑制は、弁体１２の振動の抑制（弁体１２への抵抗が大）になるので、弁体１２の前あるいは後に上流側絞り１１３あるいは下流側絞り１１４を設けることで、弁体１２の振動を抑制することができる。
２）下流側管路内に管路絞りを備えることによる（請求項２の）作用及び効果
ＰＣＶバルブ１の弁体１２の振動に下流側管路２（図１、４参照）が大きく影響することが知られている。これは、弁体１２の振動により発生した圧力波が下流側管路２に接続される吸気通路やサージタンク等との接続部で反射して弁体１２に作用するためである。ここで、この反射した圧力波（反射波）を弁体１２の振動の位相と逆位相となるように作用させることで弁体１２の振動を抑制することができる。この反射波を効果的に作用させるためには管路長さをある程度短くする必要がある。管路長さが短く反射波が管路端で反射してＰＣＶバルブまで戻ってくる時間が短い程、弁体の振動を抑制する作用（振動を打ち消す方向にかかる力）が大きくなるからである。このように、管路長さを短くすることで、弁体の振動を抑制することができる。
【００１５】
図５に示すように、管路２内に管路絞り２１を備えることで、前記圧力波を管路絞り２１で反射させ、管路長さを短くした効果すなわち、弁体１２の振動を抑制する作用を大きくすることができる。
３）下流側絞りの開口面積Ａ1と前記出口ポートの前記開口面積Ａの最小面積Ａ0との比Ａ1／Ａ0が４〜８の範囲であることによる（請求項３の）作用及び効果
図７は、弁体前後差圧が約−４５ｋＰａのときの弁体振動幅とＡ1／Ａ0の関係を実験的に調べた結果で、これからＡ1／Ａ0が８以下のとき振動幅がゼロになることがわかる。なお、図７は、弁体１２の質量が５グラム、バネ体１３のバネ定数が１５０Ｎ／ｍ、下流側管路２の長さが１．２ｍ、管路２の内径が０．００８ｍでの結果である。ただし、Ａ1／Ａ0の下限は４、すなわち出口ポートの可変開口面積Ａの最大値が４Ａ0であり、ＰＣＶバルブの機能上Ａ1はＡの最大値よりも大きい必要がある。したがって、Ａ1／Ａ0が４〜８の範囲であるようにすることで、弁体１２の振動幅をゼロにすることができる。
４）上流側絞りの開口面積Ａ2と前記出口ポートの前記開口面積Ａの最小面積Ａ0との比Ａ2／Ａ0が４〜７の範囲であることによる（請求項４の）作用及び効果
図８は、弁体前後差圧が約−４５ｋＰａのときの弁体振動幅とＡ2／Ａ0の関係を実験的に調べた結果で、これからＡ2／Ａ0が７以下のとき振動幅がゼロになることがわかる。すなわち、Ａ2／Ａ0が４〜７の範囲であるようにすることで、弁体の振動幅をゼロにすることができる。
５）管路絞りの開口面積Ａ3と出口ポートの開口面積Ａの最小面積Ａ0との比Ａ3／Ａ0が４〜８の範囲であることによる（請求項５の）作用及び効果
管路絞りの開口面積Ａ3と出口ポートの開口面積Ａの最小面積Ａ0との比Ａ3／Ａ0を４〜８の範囲にすることにより、当該絞り部において管路内の圧力波の反射が発生し、弁体の振動が抑制される。また、絞りによる流れ抵抗等の増加により弁他の振動が抑制される。
【００１６】
図９は、弁体前後差圧が−４５ｋＰａのときの弁体振動幅とＡ3／Ａ0の関係を実験的に調べた結果である。なお、管路絞りはＰＣＶバルブの出口ポートから２００ｍｍ下流に挿入し、他の条件は図７と同じである。これからＡ3／Ａ0＜８で弁体の振動が抑制されることがわかるが、前記したようにＡ3／Ａ0＜４ではＰＣＶバルブの機能が果たせないため、Ａ3／Ａ0を４〜８の範囲とすることでＰＣＶバルブの機能を保ったまま、弁体振動幅をゼロとすることができる。
６）管路長さＬをαＴｄ2／（５．９４×１０-4）以下にすることによる（請求項６の）作用及び効果
弁体の振動により発生した圧力波の下流での減衰率をηとすると、
η＝ＣＬ／αＴｄ2                                     （１）
ここで、Ｃは比例定数であり、減衰率ηが小さい程反射波で弁体の振動が抑制されていることを示す。
【００１７】
弁体の質量をｍ、ばね体のばね定数をｋ、管路の厚さをｅ、管路材料のヤング率をＥ、流体の体積弾性係数をＫ、流体の密度をρとすると、
Ｔ＝２π（ｍ／ｋ）1/2                                 （２）
α＝（Ｋ／ρ）1/2／（１＋（Ｋ／Ｅ）（ｄ／ｅ））1/2    （３）
である。図１０は、ｍ＝５グラム、ｋ＝１５０Ｎ／ｍ、α＝２７３ｍ／ｓ、ｄ＝０．００６ｍの場合の減衰率ηと管路の長さＬの関係を実験的に求めた結果である。これから、減衰率ηが０以上になるＣを求めると、
η＝ＣＬ／αＴｄ2≦１  、Ｌ≦αＴｄ2／Ｃ＝０．６より、Ｃ＝５．９４×１０-4となる。すなわち、管路長さＬをαＴｄ2／（５．９４×１０-4）以下にすることにより、減衰率ηを０以上にする（弁体の振動を抑制する）ことができる。
７）管路長さＬをαＴｄ2／（１．７８×１０-3）以下にすることによる（請求項７の）作用及び効果
図１０から減衰率ηが０．８以上になるＣを求めると、Ｃ＝１．７８×１０-3となる。すなわち、管路長さＬをαＴｄ2／（１．７８×１０-3）以下にすることにより、減衰率ηを０．８以上にする（弁体の振動をさらに良く抑制する）ことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、同一構成要素には同じ符号を付し説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態を示すＰＣＶバルブシステムの断面図である。図２は図１のａ−ａ断面図であり、図３は図１のｂ−ｂ断面図である。このＰＣＶバルブシステムは、ＰＣＶバルブ１と下流側管路２を有している。ＰＣＶバルブ１は、上端に入口ポート１１１を、下端に出口ポート１１２をもち、入口ポート１１１の上流部（上端部）に開口面積Ａ2の上流側絞り１１３をもつ円筒状のバルブハウジング１１と、バルブハウジング１１内において軸方向に配置され、出口ポート１１２の開口面積Ａ（図２参照）を可変とするテーパ状の弁体１２と、ハウジング１１と弁体１２との間に配置され弁体１２が出口ポート１１２の前記開口面積Ａを大きくする方向に弁体１２を付勢支持するバネ体１３と、を有している。そして、上流側絞り１１３の開口面積Ａ2と出口ポート１１２の開口面積Ａの最小面積Ａ0の比が４〜７となるようにしてある。
【００２０】
次に、上記構成のＰＣＶバルブシステムの作動について説明する。本発明では、図１のように、入口ポート１１１の上流部に開口面積Ａ2の上流側絞り１１３をもち、Ａ2とＡの比が４〜７となるようにしてあるので、弁体１２の振動による弁体１２の前での体積変化が抑制され、弁体１２の振動がゼロになる。
【００２１】
図４は、本発明の第２の実施形態を示すＰＣＶバルブシステムの断面図である。本発明のＰＣＶバルブシステムは、第１の実施形態の上流側絞り１１３の代わりに出口ポート１１２の下流部に開口面積Ａ1の下流側絞り１１４を設け、Ａ1とＡ0の比が４〜８となるようにする以外は、第１の実施形態のＰＣＶバルブシステムと同じである。
【００２２】
図５は、本発明の第３の実施形態を示すＰＣＶバルブシステムの断面図である。本発明のＰＣＶバルブシステムは、第１の実施形態の上流側絞り１１３の代わりに下流側管路２の上流部に開口面積Ａ3の管路絞り２１を設け、管路絞り２１の開口面積Ａ3と出口ポート１１２の開口面積Ａの最小面積Ａ0との比Ａ3／Ａ0が４〜８の範囲であるようにする以外は、第１の実施形態のＰＣＶバルブシステムと同じである。
【００２３】
弁体１２の振動により発生する圧力波の反射が管路絞り２１で起こり、弁体１２の振動が抑制される。なお、管路絞り２１はできるだけＰＣＶバルブ１の出口ポート１１２の近くに設けることが好ましい。管路絞り２１の位置が出口ポートに近いほど、振動抑制効果が大きくなる。
【００２４】
図６は、本発明の第４の実施形態を示すＰＣＶバルブシステムの断面図である。本発明のＰＣＶバルブシステムは、第１の実施形態の上流側絞り１１３を無くし、管路２の長さＬをαＴｄ2／（５．９４×１０-4）に等しく、すなわち、弁体１２の質量ｍ＝５グラム、ばね体１３のばね定数ｋ＝１５０Ｎ／ｍ、管路１２の厚さｅ＝１．５ｍｍ、管路１２の内径ｄ＝０．００６ｍ、管路１２のヤング率Ｅ＝１．０×１０6Ｎ／ｍ2、流体の体積弾性係数Ｋ＝１４００００Ｎ／ｍ2、流体の密度ρ＝１．２０５ｋｇ／ｍ3、管路内圧力波伝搬速度α＝２７３ｍ／ｓ、として、Ｌ＝０．６ｍにすること以外は、第１の実施形態のＰＣＶバルブシステムと同じである。
【００２５】
本発明では、Ｌ＝０．６ｍにすることで、圧力減衰率が０以上となり、弁体１２の自励振動が抑制される。０．６ｍより短くすると、圧力減衰率が大きくなり、自励振動が一層抑制される。管路１２の長さＬ＝０．６ｍでも、管路１２の厚さｅを大にし、ヤング率Ｅの大きな材料で管路１２を構成することで、（３）式で表される圧力波伝搬速度αを増大させて実効的な管路長を０．６ｍ未満にした場合と同様の作用を奏することができる。
【００２６】
さらに、管路２の長さＬをαＴｄ2／（１．７８×１０-3）以下、すなわち０．２ｍ以下にするとよい。圧力減衰率が０．８以上になり、自励振動がより一層抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるＰＣＶバルブシステムの断面図である。
【図２】図１におけるａ−ａ断面図である。
【図３】図１におけるｂ−ｂ断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるＰＣＶバルブシステムの断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態におけるＰＣＶバルブシステムの断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態におけるＰＣＶバルブシステムの断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるＰＣＶバルブシステムの弁体振動幅とＡ1／Ａ0の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態におけるＰＣＶバルブシステムの弁体振動幅とＡ2／Ａ0の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第３の実施形態におけるＰＣＶバルブシステムの弁体振動幅とＡ3／Ａ0の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第４の実施形態におけるＰＣＶバルブシステムの圧力減衰率と管路長Ｌの関係を示すグラフである。
【図１１】従来のブローバイガス還元装置の概略説明図である。
【図１２】従来のＰＣＶバルブの断面図である。
【図１３】図１２のａ−ａ断面図である。
【図１４】図１２のｂ−ｂ断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１      ＰＣＶバルブ
２      下流側管路
１１    バルブハウジング
１２    弁体
１３    バネ体
２１    管路絞り
１１１  入口ポート
１１２  出口ポート
１１３  上流側絞り
１１４  下流側絞り
【図１】
2005315147.tif 000003
【図２】
2005315147.tif 000004
【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】
2005315147.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005315147.tif 000011
【図１０】
2005315147.tif 000012
【図１１】
2005315147.tif 000013
【図１２】
2005315147.tif 000014
【図１３】
2005315147.tif 000015
【図１４】
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