JP3685802B2 - ダイヤフラム式エアバルブおよび内燃機関の２次エア制御装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、ダイヤフラム式エアバルブに係わり、特に、内燃機関の２次エア制御装置に用いて好適なダイヤフラム式エアバルブに関するものである。
背景技術
従来、たとえば、内燃機関の２次エア制御装置に用いられるダイヤフラム式エアバルブＶとして、第４図（たとえば、特許文献１参照）に示す構造のものが知られている。
【特許文献１】
特開２００１−２２７５０６号公報（第２図）
これらのダイヤフラム式エアバルブは、第６図に示すように、内燃機関１の排気通路２とエアクリーナ３とを連通する流体通路としての２次エア通路４の途中に設けられて、前記内燃機関１の運転状態に応じて、前記排気通路２への２次エアの供給を制御するようにしている。
すなわち、第４図に示すダイヤフラム式エアバルブＶ１は、密閉容器状のボディ５と、この内部に形成され、前記内燃機関１の吸気通路７に導圧管８を介して連通させられた圧力作動室９と、前記圧力作動室９に作用する負圧に基づいて作動させられるダイヤフラム１０と、このダイヤフラム１０に取り付けられた可動ロッド１１と、この可動ロッド１１に取り付けられた弁体１２と、前記２次エア通路４内に形成され、前記弁体１２によって開閉される弁座１３と、前記弁体１２を前記弁座１３から離間する方向に付勢するように設けられたスプリング１４とによって構成されている。
そして、このダイヤフラム式エアバルブＶ１は、第７図に曲線Ａで示すように、アイドリング時から急加速時にいたる領域で、前記圧力作動室９の負圧が所定値よりも低い場合に、前記スプリング１４によって前記弁座１３（すなわち、前記２次エア通路４）を開放状態にし、これによって２次エアを前記排気通路２へ供給して、この排気通路２を介して排出される排気ガス中の未燃焼ガスを燃焼させて、排気ガスの浄化を行い、また、急減速時においては、前記吸気通路７内の負圧が高くなり、前記圧力作動室９の負圧が所定値よりも高くなった際に、前記ダイヤフラム１０の作用により、前記スプリング１４の付勢力に抗して可動ロッド１１を弁体１２とともに移動させて前記弁座１３を閉塞し、これによって、前記排気通路２への２次エアの供給を停止して、アフターバーンを防止するようになっている。
また、他の形式のダイヤフラム式エアバルブとして、第５図に符号Ｖ２で示す構造のものがある。
このダイヤフラム式エアバルブＶ２は、前記圧力作動室９の、前記弁体１２を挟む両側に、２つの弁座１３・２０を形成しておき、前記圧力作動室９の負圧が第１の設定値（第７図において開弁圧として示した）よりも低い場合には、スプリング２１の付勢力によって一方の弁座２０を閉塞し、また、前記圧力作動室９の負圧が前記第１の設定値よりも高い第２の設定値（第７図において閉弁圧として示した）よりもさらに高くなった場合には、前記スプリング２１の付勢力に抗して弁体１２を移動させて、前記他方の弁座１３を閉塞するようになっている（第７図の曲線Ｂ参照）。
ところで、前記第４図に示すダイヤフラム式エアバルブＶ１にあっては、特に、急加速時において、前記弁座１３が開放状態とされていることにより、排気通路２において発生する排気音が、２次エア通路４を通して漏れてしまうことが想定される。
一方、第５図に示すダイヤフラム式エアバルブＶ２にあっては、急加速時において、一方の弁座２０を閉塞することにより、排気音の漏れを防止して、前述した不具合を解消することが可能であるが、この一方の弁座２０の開閉圧と、他方の弁座１３の開閉圧とがスプリング２１の設定によって決まるため、前記一方の弁座２０の開放が、第７図の曲線Ｂに示すように、通常走行時の領域から開始されることとなる。
このために、第７図に符号Ｃで示すような、通常走行時における排気ガス浄化が必要である領域において２次エアの供給が不足してしまう。また、符号Ｃの領域で２次エアの供給ができるようにスプリング２１の設定を変えると、今度は他方の弁座１３の開閉弁圧が低くなり、減速時あるいはアイドリング時において２次エアの供給が不足してしまうといった問題点がある。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、急減速時におけるアフターバーンや急加速時における排気音の漏れを防止しつつ、その他の運転領域において排気ガス浄化作用を確実の確保することの可能なダイヤフラム式エアバルブおよび内燃機関の２次エア制御装置を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明の請求の範囲１に記載のダイヤフラム式エアバルブは、前述した目的を達成するために、可動ロッドに取り付けられた弁体と、弁体の移動方向の両側に設けられ、弁体によって選択的に開閉される２つの弁座と、弁体を両弁座のうち一方の弁座へ向けて付勢する付勢手段と、空気圧力が印加されて弁体を一方の弁座から他方の弁体に向けて移動するように作用する圧力作動室を備えたダイヤフラム式エアバルブであって、付勢手段は、弾性係数の異なる一対のスプリングを直列に連結して構成されているものである。
本発明の請求の範囲２に記載のダイヤフラム式エアバルブは、請求の範囲１に記載の圧力作動室の負圧が予め設定されている第１の設定値以上である場合に、弾性係数の小さなスプリングが圧縮させられることにより、一方の弁座が開かれ、圧力作動室の負圧が、第１の設定値よりも高い第２の設定値以上である場合に、弾性係数の大きいスプリングが圧縮させられることにより、他方の弁座が閉塞されるように、一対のスプリングの弾性係数が設定されているものである。
本発明の請求の範囲３に記載のダイヤフラム式エアバルブは、請求の範囲１または２に記載の弁体が両弁座から開放状態にある際に、圧力作動室に作用する所定の圧力変化に対して弁体が所定位置に保持されるように、一対のスプリングの弾性係数が設定されているものである。
本発明の請求の範囲４に記載の内燃機関の２次エア制御装置は、請求の範囲１ないし３の何れかに記載のダイヤフラム式エアバルブが組み込まれた内燃機関の２次エア制御装置であって、一方の弁座側がエアクリーナに連通され、他方の弁座側が排気通路に連通され、圧力作動室に吸気管圧力が作用して弁体が両弁座から開放状態にある際に、一方の弁座側から他方の弁座へ向かう方向に２次エアが供給されるようになされているものである。
本発明の請求の範囲５に記載の内燃機関の２次エア制御装置は、請求の範囲４に記載の他方の弁座よりも下流側に、２次エアの逆流を防止する逆止弁が設けられているものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施形態を示す縦断面図である。
第２図は、本発明の一実施形態の動作を説明するための縦断面図である。
第３図は、本発明の一実施形態の動作を説明するための縦断面図である。
第４図は、一従来例を示す縦断面図である。
第５図は、他の従来例を示す縦断面図である。
第６図は、内燃機関の２次エア制御装置を示す概略図である。
第７図は、内燃機関の運転状態に対応した２次エアの供給形態を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の一実施形態について、第１図ないし第３図を参照して説明する。
なお、以下の説明中、第４図ないし第６図と共通する部分については同一符号を用いて説明を簡略化する。
本実施形態は、第６図に示すような内燃機関１の２次エア制御装置に適用したダイヤフラム式エアバルブであって、第１図ないし第３図において符号３０で示す。
本実施形態に係わるダイヤフラム式エアバルブ３０は、可動ロッド３５に取り付けられた弁体３６と、この弁体３６の移動方向の両側に設けられ、この弁体３６によって選択的に開閉される２つの弁座３７・３８と、弁体３６を、一方の弁座３７へ向けて付勢するスプリング３９と、導圧管８を介して負圧が印加されて弁体３６を一方の弁座３７から離間する方向へ作用する圧力作動室３２を備え、スプリング３９が、弾性係数の異なる一対のスプリング３９ａ・３９ｂを直列に連結して構成されている。
さらに詳細について説明すれば、ボディ３３の内部には、可動ロッド３５を摺動自在に支持するガイド４０が一体に取り付けられている。
また、可動ロッド３５のガイド４０と間隔をおいた位置には、可動リング４１が摺動自在に嵌合されており、この可動リング４１と弁体３６との間に、一方のスプリング３９ａが介装され、また、可動リング４１とガイド４０との間に、他方のスプリング３９ｂが位置決めリング４０ａを介して介装されている。
そして、本実施形態においては、一方のスプリング３９ａの弾性係数が、他方のスプリング３９ｂの弾性係数よりも小さく設定されており、圧力作動室３２の負圧が予め設定されている第１の設定値（第７図に開弁圧として示した）以上である場合に、弾性係数の小さな一方のスプリング３９ａが圧縮させられることにより、一方の弁座３７が開かれ、圧力作動室３２の負圧が、第１の設定値よりも高い第２の設定値（第７図に閉弁圧として示した）以上である場合に、弾性係数の大きい他方のスプリング３９ｂが圧縮させられることにより、他方の弁座３８が閉塞されるように、一対のスプリング３９ａ・３９ｂの弾性係数が設定されている。
そして、本実施形態においては、圧力作動室３２が、導圧管８を介して吸気通路７へ連通させられており、ダイヤフラム式エアバルブ３０、２次エア通路４、および、導圧管８等によって内燃機関１の２次エア制御装置を構成している。
このように構成された本実施形態に係わるダイヤフラム式エアバルブ３０にあっては、内燃機関１の運転状態に応じて、第７図に曲線Ｄで示すような２次エアの供給制御を行う。
すなわち、アイドリング時から通常走行時に至る領域（第７図に領域Ｘで示す）で、圧力作動室３２の負圧が、前述した第１の設定値と第２の設定値の間にある場合には、弾性係数の小さな一方のスプリング３９ａが縮められて、両弁座３７・３８が開放状態となる。
これによって、２次エアがダイヤフラム式エアバルブ３０を介して排気通路２へ供給されて排気ガスの浄化作用が得られる。
ここで本願実施形態は、弾性係数の小さな一方のスプリング３９ａのみが圧縮されて、少なくとも可動リング４１と弁体３６が接するまでは、弾性係数の大きな他方のスプリング３９ｂは圧縮されない弾性係数に設定しているため、圧力作動室の負圧が所定範囲内で変化しても弁体３６の開弁位置が保持される。
また、急減速時（第７図に領域Ｚで示す）等、前記圧力作動室３２の負圧が第２の設定値より大きい場合に、前記一対のスプリング３９ａ・３９ｂのすべてが圧縮させられることにより、第２図に示すように、前記他方の弁座３８が閉塞される。
これによって、排気通路２への２次エアの供給が停止されて、アフターバーンが抑制される。
さらに、急加速時（第７図に領域Ｙで示す）等、前記圧力作動室３２の負圧が、前記第１の設定値よりも低い場合に、前記一対のスプリング３９ａ・３９ｂの付勢力により、第３図に示すように、前記一方の弁座３７が閉塞される。
これによって、急加速時等において、２次エア通路４が閉塞されることとなり、排気音が漏れることが防止され、内燃機関１の静粛性が確保される。
そして、領域Ｘと領域Ｚとの境界部分、および、領域Ｘと領域Ｙとの境界部分においては、前記各スプリング３９ａ・３９ｂのそれぞれの特性により、弁体３６の移動特性を自由に設定できることにより、２次エア通路４内を流れる２次エア量を必要な運転領域で供給できる。
このように、本実施形態においては、内燃機関１の２次エア制御装置に適用した場合に、排気ガス浄化のために、２次エアを供給すべき領域、すなわち、アイドリング時から通常走行時に至る領域の全領域において２次エアを排気通路２へ供給し、また、急減速時等の、アフターバーンを防止する必要のある領域においては、排気通路２への２次エアの供給を停止し、さらに、急加速時等においては、２次エア通路４を閉じて、排気音の漏れを防止することにより、内燃機関１の静粛性を確保することができる。
なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。
たとえば、前記他方の弁座３８よりも下流側に、逆止弁を設けて、排気ガスが排気通路２からダイヤフラム式エアバルブ３０側へ逆流することを防止し、これによって、排気の脈流等に起因した弁体３６のチャタリングの発生を防止することができ、騒音の発生をさらに抑制することができる。
また、前記実施形態において圧力作動室３２のダイヤフラムを挟んで反対側の下室３１と呼ばれる空間を２次エア通路４に連通するように形成したが、これに限らず、下室３１を大気に開放しても良い。
また、前記実施形態において一対のスプリングを２次エア通路４内部に配置したが、これに限らず、圧力作動室３２内部に配置しても同様の効果を有する。さらに、弁体３６を他方の弁座３７へ向けて付勢するようにスプリングを配置しても良い。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の２次エア制御装置に適用した場合に、排気ガス浄化のために、２次エアを供給すべき領域、すなわち、アイドリング時から通常走行時に至る領域の全領域において２次エアを排気通路へ供給し、また、急減速時等の、アフターバーンを防止する必要のある領域においては、排気通路への２次エアの供給を停止し、さらに、急加速時等においては、２次エア通路を閉じて排気音の漏れを防止することにより、内燃機関の静粛性を確保することができる。

Claims (5)

1. 可動ロッドに取り付けられた弁体と、前記弁体の移動方向の両側に設けられ、前記弁体によって選択的に開閉される２つの弁座と、前記弁体を前記両弁座のうち一方の弁座へ向けて付勢する付勢手段と、空気圧力が印加されて前記弁体を前記一方の弁座から他方の弁座に向けて移動するように作用する圧力作動室を備えたダイヤフラム式エアバルブであって、
   前記付勢手段は、弾性係数の異なる一対のスプリングを直列に連結して構成されていることを特徴とするダイヤフラム式エアバルブ。
2. 前記圧力作動室の負圧が予め設定されている第１の設定値以上である場合に、弾性係数の小さなスプリングが圧縮させられることにより、前記一方の弁座が開かれ、
   前記圧力作動室の負圧が、前記第１の設定値よりも高い第２の設定値以上である場合に、弾性係数の大きいスプリングが圧縮させられることにより、他方の弁座が閉塞されるように、前記一対のスプリングの弾性係数が設定されていることを特徴とする請求の範囲１に記載のダイヤフラム式エアバルブ。
3. 前記弁体が前記両弁座から開放状態にある際に、前記圧力作動室に作用する所定の圧力変化に対して前記弁体が所定位置に保持されるように、前記一対のスプリングの弾性係数が設定されていることを特徴とする請求の範囲１または２に記載のダイヤフラム式エアバルブ。
4. 請求の範囲１ないし３の何れかに記載のダイヤフラム式エアバルブが組み込まれた内燃機関の２次エア制御装置であって、
   前記一方の弁座側がエアクリーナに連通され、前記他方の弁座側が排気通路に連通され、前記圧力作動室に吸気管圧力が作用して前記弁体が前記両弁座から開放状態にある際に、前記一方の弁座側から前記他方の弁座へ向かう方向に２次エアが供給されるようになされていることを特徴とする内燃機関の２次エア制御装置。
5. 前記他方の弁座よりも下流側に、前記２次エアの逆流を防止する逆止弁が設けられていることを特徴とする請求の範囲４に記載の内燃機関の２次エア制御装置。

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