(57)【要約】【課題】スワール制御バルブ１０の作動端において、アクチュエータの駆動を停止した状態でも、弁体１０Ａの位置を安定して確実に保持することができる吸気制御用弁装置を提供する。【解決手段】スワール制御バルブ１０の弁体１０Ａは、スイング型の弁構造を有し、その外形形状は四隅が滑らかな矩形状で、その断面は吸気流れに対向して翼形状を有し、また翼の後縁２５に弁軸２２を一体に構成して、吸気管５０のメインポート１１を横断して貫通する軸受部５４に支承され、弁軸２２はアクチュエータに連結され、通電により開閉方向に揺動駆動される。両作動端において通電は停止され、その全開閉位置では吸気流れ自体の作用力を利用して、全閉時は動圧にて、全開時は揚力にて常にその停止位置を保持させることができる。よって、弁体１０Ａが風圧や脈動、もしくは振動を受けた場合でも、弁体１０Ａがばたついたり開閉動作をすることを防止できる。【選択図】図２
2007127072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気管内に弁軸を介して回動開閉可能に配設される弁体と、前記弁軸を回転駆動するアクチュエータとを備えた吸気制御用弁装置において、
前記弁体は、吸気流中に配されて揚力を発生させる翼形状を有し、前記アクチュエータの駆動を停止した状態でも、前記弁体の全開作動端に保持されることを特徴とする吸気制御用弁装置。
【請求項２】
請求項１に記載の吸気制御用弁装置において、
前記弁体は、吸気流の動圧を受け、前記アクチュエータの駆動を停止した状態でも、前記弁体の全閉作動端に保持されることを特徴とする吸気制御用弁装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の吸気制御用弁装置において、
前記弁体は、前記弁体の翼形状後縁側にて前記弁軸と係止されるスイング型弁体であることを特徴とする吸気制御用弁装置。
【請求項４】
請求項３に記載の吸気制御用弁装置において、
前記弁体は、前記弁軸との係止位置より後方に、前記弁体の翼形状後縁を所定の長さ突出した形状を有することを特徴とする吸気制御用弁装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１に記載の吸気制御用弁装置において、
前記弁体の翼形状凸面には少なくとも１個の突起を設けたことを特徴とする吸気制御用弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気系に設けられるスワール制御バルブあるいは吸気管長制御バルブとして好適に使用される内燃機関の吸気制御用弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
〔従来の技術〕
内燃機関の吸気系に設けられる吸気制御用弁装置として、例えば低速回転時のシリンダ内への吸気にスワール（渦流）を生じさせ、燃焼速度を速めて燃焼効率を向上させ、燃費の改善や有害排気成分の改善を図る吸気渦流発生装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
図４（ａ）は、吸気制御用弁装置が内燃機関の吸気管５０に配置される構成摸式図であり、図４（ｂ）は、吸気渦流発生装置の吸気制御用弁装置１００の構成斜視図である。図示するように、吸気管５０内のスロットルバルブ６０の下流側の通路内に、より広いメインポート１１とより狭いスワールポート１２が分離壁１３を介して形成され、スワール制御バルブ１１０は、メインポート１１を開閉するように配置され、外部よりアクチュエータ１７により回転駆動される。内燃機関の低速回転時にはメインポート１１を閉鎖して、分離壁１３側に設けられた狭いスワールポート１２に吸気を通すことにより、内燃機関のシリンダ内にスワールを発生させるものである。
【０００４】
図５（ａ）は、吸気制御用弁装置１００の構成を示す正面図であり、図５（ｂ）は、スワール制御バルブ１１０のＸ−Ｘ方向の詳細構成を示す断面図である。図示するように、スワール制御バルブ１１０はバタフライ型の弁体１１０Ａで、吸気管５０のメインポート１１の略中央に弁軸１２２に係止されて配置されている。弁軸１２２は吸気管５０の構成側壁５３に設けられた軸受部５４に回転可能に保持されており、弁軸１２２を回転駆動するアクチュエータ１７に連結されている。アクチュエータ１７はモータ１８と減速機１９よりなり、減速機１９はウオーム＆ホイールもしくは平歯車により構成される周知のものである。また、回転軸１６には回転角度を検知するためのセンサが配置されている。そして、スワール制御バルブ１１０は図示しないメインコントローラの指令に従って、内燃機関の低速回転時にはメインポート１１を閉鎖（図中全閉位置）し、中速・高速回転時にはメインポート１１を開放（図中全開位置）するように、通常２つのポジション（作動端）で開閉制御する。
【０００５】
〔従来技術の不具合〕
このようなスワール制御バルブは、従来、全閉位置と全開位置の２つの作動端で弁体を保持するために、モータの通電をオフしてモータの回転力を停止し、停止位置の保持をするものの、弁体が大きな風圧や脈動、もしくは振動を受けた場合、その大きな風圧や脈動、もしくは振動によって、閉じた弁体が開くあるいは開いた弁体が閉じるという不具合が発生することがあった。
【０００６】
このため、弁体を全開位置または全閉位置まで回転駆動してストッパに当接して停止した後も、モータへの通電を継続して行い、これによって、弁体を停止位置に保持する制御も行われているが、通電が長時間となるために、消費電力の問題やアクチュエータ（モータ等）の寿命が短くなる問題がある。
【特許文献１】特開２００２−２８５８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、スワール制御バルブの作動端において、アクチュエータの駆動を停止した状態でも、弁体の位置を安定して確実に保持することができる吸気制御用弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔請求項１の手段〕
本発明では、内燃機関の吸気管内に弁軸を介して回動開閉可能に配設される弁体と、弁軸を回転駆動するアクチュエータとを備えた吸気制御用弁装置において、
弁体は、吸気流中に配されて揚力を発生させる翼形状を有し、アクチュエータの駆動を停止した状態でも、弁体の全開作動端に保持されることを特徴としている。
【０００９】
これによれば、吸気管内の弁体に大きな風圧や脈動、もしくは振動によって閉方向に大きな力を受けた場合でも、弁体の動きを確実に止め弁体を停止位置に自己保持させることが可能となって、従来のように全開を保持するためのアクチュエータへの継続通電が不要となり、消費電力の低減ができると共に、アクチュエータ（モータ等）の寿命が短くなることを防止できる。
【００１０】
〔請求項２の手段〕
請求項１に記載の吸気制御用弁装置において、
弁体は、吸気流の動圧を受け、アクチュエータの駆動を停止した状態でも、弁体の全閉作動端に保持されることを特徴としている。
【００１１】
これによれば、吸気管内の弁体に開方向の大きな力を受けた場合でも、請求項１と同様な効果を有する。
【００１２】
〔請求項３の手段〕
請求項１または請求項２に記載の吸気制御用弁装置において、
弁体は、弁体の翼形状後縁側にて弁軸と係止されるスイング型弁体であることを特徴としている。
【００１３】
これによれば、吸気の流れによる動圧もしくは揚力が、弁軸の中心より上流側にて発生し、常に弁軸の中心に対して回転モーメントを付加でき、自己開閉弁（保持）機能を持つことができる。また、弁体の重心位置に作用する重力も自己閉弁機能として有効となる。
【００１４】
〔請求項４の手段〕
請求項３に記載の吸気制御用弁装置において、
弁体は、弁軸との係止位置より後方に、弁体の翼形状後縁を所定の長さ突出した形状を有することを特徴としている。
【００１５】
これによれば、弁体の全閉時において、弁体の翼形状後縁は弁軸の回転中心より大きく分離壁側へ突出すことができるので、この部分に生じる吸気の副流（バイパス流）を減少させることが可能となって、副流の減少した分スワールポートへの吸気が増えて、スワール強度を向上させることができる。
【００１６】
〔請求項５の手段〕
請求項１ないし請求項４のいずれか１に記載の吸気制御用弁装置において、
弁体の翼形状凸面には少なくとも１個の突起を設けたことを特徴としている。
【００１７】
これによれば、弁体は吸気管内において吸気管内壁に密着することなく常に所定の間隔を保持した吸気通路を形成し、しかも最小限の個数の突起で通路損失を増やすことなく吸気の整流を図ることができ、結果、確実に最大限の揚力を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の最良の実施形態を、図に示す実施例１とともに説明する。
【実施例１】
【００１９】
〔実施例１の構成〕
図は本発明を内燃機関の吸気渦流発生装置の吸気制御用弁装置に適用した例を示し、図１は、スワール制御バルブ１０の弁体１０Ａの構成図を示している。
スワール制御バルブ１０の弁体１０Ａは、スイング型の弁構造を有し、図１（ｂ）に示すように、その外形形状はメインポート１１の内周形状と同形で全閉時に漏れの生じない矩形状または長円状、もしくは円形状など単純な輪郭を有する形状を採用している。本実施例では、矩形状で四隅に全閉時の密閉性を確保するための角アールを有したプレート部材である。
【００２０】
そして、その中央断面（Ｙ−Ｙ断面）は図１（ｃ）に示すように翼形状をなし、吸気中に配置したときに適度な揚力が発生するよう湾曲形状、すなわち平均反り線寸法が決められている。また、翼形状の前方（上流側）は前縁２４と称され、翼厚（翼の最大厚さ）の半分以下の前縁半径をもつ円弧形状で前縁２４は構成され、吸気の流れ剥離等が生じないような形状になっている。同様に、翼形状の後方（下流側）は後縁２５と称され、翼面に沿って流れてきた吸気の流れが後縁２５で渦や剥離が生じないように滑らかな表裏面を滑らかに繋ぐ円弧形状を構成している。
【００２１】
また、図１（ａ）に示すように、弁体１０Ａの幅方向の両端には、リブ２１が形成され、リブ２１の立上げ高さはリブ２１の前方つまり翼の前縁２４での翼厚と略等しくなっており、リブ２１の後方つまり翼の後縁２５側には柱状の突起がリブ２１とは垂直になるように一体的に形成され、弁軸２２を構成している。そして、この弁軸２２は後述するように、吸気管５０の構成側壁５３に備えられた軸受部５４に支承され、この弁軸２２の中心を回転軸として上記した弁体１０Ａが水平（全開）および垂直（全閉）にスイング駆動されることとなる。
【００２２】
また、図１（ｃ）に示すように、翼形状の凸面（図示翼上面）には、吸気の流線に沿って突起２３が設けられており、この突起２３の高さは略翼厚と同等以上で、突起２３の幅は吸気の流線を大幅に偏向させない程度に薄く、また、その個数も同様に、吸気の流線が重なりあって流通損失を増加させない程度に、かつ、逆に吸気の流線を整流するに足る個数、つまり数個が好適に備えられている。この突起２３は、弁体１０Ａが翼形状ゆえに吸気中にて十分な揚力が生じるように所定の隙間を確保し、また、揚力による分離壁１３への密着を防止することが主な目的であるが、さらに、上記したような整流効果も考えられる。
【００２３】
図２（ａ）は、吸気制御用弁装置のスワール制御バルブ１０の全開位置での吸気流線を併記した組付け構成断面図であり、図２（ｂ）は、吸気制御用弁装置のスワール制御バルブ１０の全閉位置での吸気流線を併記した組付け構成断面図である。
吸気管５０は、四方が薄肉の構成壁５１、５２、および構成側壁５３で形成された緩やかな矩形状の吸気の通路であり、その通路内部により広いメインポート１１とより狭いスワールポート１２を分離形成する分離壁１３が設けられており、従来の吸気管と変わるところはない。しかし、分離壁１３のメインポート１１に面する壁は、取付けられた弁体１０Ａの翼形状上面の湾曲面と類似の曲面に仕上げられ、分離壁１３は上流側に薄く、下流側に厚い壁厚を有するあたかも逆の翼形状を呈する構造となっており、弁体１０Ａの取付けにおいてこの分離壁１３と弁体１０Ａは常に一様な隙間が得られるようになっている。
【００２４】
また、メインポート１１の分離壁１３と対向する構成壁（図中下面壁）５２には、弁体の翼形状前縁を係止するストッパ５５が設けられ、弁体１０Ａの全閉位置を決めている。なお、このストッパ５５はメインポート１１内において吸気の流れを乱すことのない小さな突起構成を有したものである。
【００２５】
また、この分離壁１３の下流側の、逆の翼形状終端部近傍には、吸気管５０の構成側壁５３に一対の軸受部５４が設けられ、この軸受部５４の軸受に、翼形状構成の上記弁体１０Ａの弁軸２２が吸気管５０のメインポート１１を横断方向に貫通するように支承される。そして、この弁軸２２は、従来例と同様に、図示しないアクチュエータの回転軸と連結されて、アクチュエータへの通電により、モータが回転し、モータの回転力が減速機によってトルクアップされて弁軸２２を回転駆動する。上記のように弁軸２２はメインポート１１を横断方向に貫通するように支承されているので、弁軸２２と直角方向に略矩形状を形成する弁体１０Ａは、吸気流れに対向して弁軸２２を中心とする揺動動作（スイング動作）をすることとなる。
【００２６】
次に、上記吸気渦流発生装置の吸気制御用弁装置の動作を説明する。図示しないメインコントローラは、内燃機関の始動時およびアイドル時等の低速回転時、スワール制御バルブ１０を全閉状態とするようにアクチュエータを制御する。
【００２７】
アクチュエータへの通電により、モータが回転し、モータの回転力が減速機によってトルクアップされて弁軸２２を回転駆動する。そして、弁体１０Ａはストッパ５５に当接するまで回転移動し、全閉状態となる。このとき、弁体１０Ａが開弁状態から閉弁状態に移行するには、広面積の弁体１０Ａの駆動慣性力と弁軸２２の軸受摩擦力に打ち勝つ起動トルクが必要であるが、一旦回転が始まるとその回転を促進させる弁体１０Ａに作用する吸気流の動圧による回転モーメントや弁体１０Ａの重力モーメントがさらに付加され、自己閉弁機能の働きを得て、弁軸２２の所要回転駆動力を減少させて弁体１０Ａの全閉状態が達成できる。そして、全閉状態にて回転駆動を停止しても、上記の作用力によって常に全閉位置が保持される。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、スワール制御バルブ１０が全閉状態になると、メインポート１１を流れる吸気はせき止められ、動圧は生じるもののメインポート１１には流れが生じない。せき止められた流れはスワールポート１２に向きを転じてスワールポート１２の通路内を流れる。これによって、内燃機関のシリンダ内に適度なスワールが発生する。このスワールの発生によりシリンダ内の燃焼速度が促進され、燃焼効率が向上して、アイドル時等の低速回転時の燃費や有害排気成分が改善される。
【００２９】
一方、図２（ａ）に示すように、内燃機関の中・高速回転時に、メインコントローラがスワール制御バルブ１０を全開状態とするようにアクチュエータを制御すると、モータが上記と逆方向に回転し、モータの回転力が減速機によってトルクアップされて弁軸２２を回転駆動する。そして、弁体１０Ａは回動して全開状態となる。このとき、弁体１０Ａは、その翼形状上面に設けられた突起２３が吸気管５０の分離壁１３に当接する位置（全開位置）で停止し、この全開位置にてメインポート１１の吸気流れに対向し、流れによる揚力が発生する。弁体１０Ａは、この揚力により常に分離壁１３に押付けられ、アクチュエータの回転駆動が停止されても、常にその全開位置が保持される。
【００３０】
スワール制御バルブ１０が全開状態になると、より広いメインポート１１に大量の吸気が流れ、より狭いスワールポート１２に流れる吸気は少なくなり、スワールの発生が生じることなく、内燃機関のシリンダ内に、中・高速回転に必要な吸気がメインポート１１を通して十分に供給される。
【００３１】
このように、スワール制御バルブ１０の弁体１０Ａが両作動端に達したとき、メインポート１１の吸気流れ自体の作用力を利用して停止位置を保持させるので、アクチュエータの回転駆動を停止しても、弁体１０Ａを両作動端位置で確実に保持することができ、弁体１０Ａが風圧や脈動、もしくは振動を受けた場合でも、それによって弁体１０Ａがばたついたり開閉動作をすることを防止できる。
【００３２】
〔実施例１の効果〕
本発明の吸気制御用弁装置によれば、吸気管５０内の弁体１０Ａが風圧や脈動、もしくは振動によって開方向または閉方向に力を受けた場合でも、弁体１０Ａの動きを確実に止め弁体１０Ａを停止位置に自己保持させることが可能となる。また、従来のように、スワール制御バルブの全閉・全開位置を保持するために、アクチュエータへの通電を継続して行う必要がなくなり、消費電力の低減ができると共に、アクチュエータ（モータ等）の寿命が短くなることを防止できる。
【００３３】
〔変形例１〕
本発明の実施例１については、吸気管５０内のスロットルバルブ６０の下流側の通路内に、より広いメインポート１１とより狭いスワールポート１２が分離壁１３を介して形成され、スワール制御バルブ１０は、そのメインポート１１を開閉するように配置され、内燃機関の低速回転時にはメインポート１１を閉鎖して、分離壁１３側に設けられた狭いスワールポート１２に吸気を通すことにより、内燃機関のシリンダ内にスワールを発生させるものであるが、これに限ることなく、分離壁１３を構成せずに、吸気管５０の通路内により広いメインポート１１とより狭いスワールポート１２を形成するような大きさと形状の弁体２０Ａを備えて、そのメインポート１１を開閉するように配置させ、低速回転時にはメインポート１１を閉鎖して、吸気を弁体２０Ａの前縁２４と構成壁５２とに形成される狭い開口部１２Ａに通すことにより、吸気管５０内で吸気にあたかも偏流を生じさせて、流体的なスワールポート１２を形成し、スワールを発生させる吸気制御弁構造であっても良い（図３参照）。この場合には、弁体２０Ａに要求される形状特性は、実施例１よりも簡単な構成が期待できる。
【００３４】
実施例１の弁体１０Ａが角アールを有した略矩形状のプレート部材であって、翼形状を有し、翼形状の後縁２５側に弁軸２２を一体化させ、その後縁２５が弁軸２２より後方へ所定の長さ突出た構造を備えており、全閉動作において、メインポート１１の吸気を漏らさない密閉式の弁体構造を備えているが、これに限ることなく、図３（ｂ）に示すように、弁体２０Ａは後縁２５が弁軸２２に一致する長さの翼形状であって、角アールも不要な矩形状のプレート構造であってもよい。
【００３５】
このとき、図３（ａ）に示すように全閉動作される場合において、吸気は全閉される弁体２０Ａの前縁２４と構成壁５２側とに形成される開口部１２Ａより偏流となってスワールポート１２を流出する。弁軸２２の太さは翼厚以下であり、また、翼上面突起は翼厚以上の寸法を有することから、後縁２５と構成壁５１との隙間は翼厚程度の寸法を残したままとなり、全閉時においてもこの隙間から副流（バイパス流）が生じ、つまり吸気の一部が漏れて、スワールポート１２の偏流と合流するということとなる。これによって、弁体２０Ａは簡単な形状で済ませることが可能となって製作も容易になり、材料取りの歩留まりも向上する。また、当然に吸気管５０も分離壁１３をなくして簡単にした分、小型・軽量となる特徴がある。
【００３６】
〔変形例２〕
また、本発明の実施例１では、弁体１０Ａがスイング型構造を採用することにより、閉弁動作時に弁体１０Ａに作用する吸気流の動圧による回転モーメントと重力モーメントとが付加され、自己閉弁機能の働きを得て、弁軸２２の所要回転駆動力を減少させて弁体１０Ａの全閉状態が達成できる構成となっているが、これは、一方の開弁作動時には、逆に上記各モーメントが開弁駆動の負荷となるために、弁軸２２の回転駆動力の増大が必要となる。このため、弁軸２２の末端部に戻りばねを配置し、スワール制御バルブ１０を常時開放側に付勢する構成であってもよい。
【００３７】
これによれば、開弁作動時にばねの付勢力を付加された分、弁軸２２の回転駆動力は低減させることが可能となり省動力となるが、他方の閉弁作動時にはこの付勢力が付加されて弁軸２２の回転駆動力は増加せざるを得なくなる。このとき開弁と閉弁の回転駆動力を均衡させることにより、つまり、戻りばねの付勢力を適切に設定することにより、アクチュエータの特性、特に最大出力特性を下げることが可能となり、小型のアクチュエータにて済ませることができる効果がある。
【００３８】
〔変形例３〕
また、本発明の実施例１は、一つの吸気管５０にスワール制御バルブ１０とそのアクチュエータを一つ組付けた例について説明したが、これに限ることなく、内燃機関の気筒（シリンダ）数に応じ、二連の吸気管５０にアクチュエータを一つ、または多連の吸気管５０にアクチュエータを一つ組付ける構成を採用してもよい。
【００３９】
〔他の実施形態〕
さらに、本発明の実施例１では、内燃機関の吸気系に設けられた吸気渦流発生装置の吸気制御用弁装置のスワール制御バルブに適用した例について説明したが、内燃機関の回転速度に応じて変化する吸入空気の脈動流の周波数に合わせて吸気管長を２段階に切替える吸気管長制御装置の吸気管長切替バルブ９０（図４（ａ）参照）についても、本発明を適用することができる。この吸気管長制御装置の吸気管長切替バルブ９０は、図示するように吸気管に設けられる吸気制御用弁装置であって、内燃機関の低・中速回転時には、有効吸気管長を長くするように閉弁し、内燃機関の高速回転時には有効吸気管長を短くするように開弁し、吸気管長切替バルブ９０の弁体の停止位置の自己保持機構に本発明の構成を採用することができる。これにより、実施例１と同様に、吸気管内の弁体に大きな風圧や脈動、もしくは振動によって開方向または閉方向に力を受けた場合でも、弁体の動きを確実に止め弁体を停止位置に自己保持させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）は吸気制御用弁装置のスワール制御バルブの弁体の側面図であり、（ｂ）は吸気制御用弁装置のスワール制御バルブの弁体の平面図であり、(ｃ)は（ｂ）のＹ−Ｙ断面における立面図である（実施例１）。
【図２】（ａ）は吸気制御用弁装置のスワール制御バルブの全開位置での吸気流線を併記した組付け構成断面図であり、（ｂ）は吸気制御用弁装置のスワール制御バルブの全閉位置での吸気流線を併記した組付け構成断面図である（実施例１）。
【図３】（ａ）は吸気制御用弁装置のスワール制御バルブの全閉位置での吸気流線を併記した組付け構成断面図であり、（ｂ）は吸気制御用弁装置のスワール制御バルブの弁体の構成平面図である（変形例）。
【図４】（ａ）は吸気制御用弁装置が内燃機関の吸気管に配置される構成摸式図であり、（ｂ）は吸気渦流発生装置の吸気制御用弁装置の構成斜視図である（従来例）。
【図５】（ａ）は吸気制御用弁装置の構成を示す正面図であり、（ｂ）はスワール制御バルブのＸ−Ｘ方向の詳細構成を示す断面図である（従来例）。
【符号の説明】
【００４１】
１０、２０  スワール制御バルブ
１０Ａ、２０Ａ  弁体
１１    メインポート
１２    スワールポート
１３    分離壁
２１    リブ
２２    弁軸
２３    突起
２４    前縁
２５    後縁
５０    吸気管
５１、５２  構成壁
５３    構成側壁
５４    軸受部
５５    ストッパ
【図１】
2007127072.tif 000003
【図２】
2007127072.tif 000004
【図３】
2007127072.tif 000005
【図４】
2007127072.tif 000006
【図５】
2007127072.tif 000007