流量控制阀的制作方法
流量控制阀的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种防止弹簧质量系统在发动机振动、进气脉动的特定的频率下共振的流量控制阀。PCV阀（40）包括：外壳（42），具有流入口（51）和流出口（52）；阀芯（60），以能往返运动的方式配置在外壳内；螺旋弹簧（74），用于对阀芯向流入口侧施力，在外壳内形成有计量部（44），可插入计量部内的阀芯的计量面（62）在顶端侧的小径面部（63）与基端侧的大径面部（64）之间具有锥面部（65），通过阀芯与流入侧压力和流出侧压力之间的压力差相应地移动，控制在外壳的计量部与阀芯的计量面之间的间隙（70）流动的流体的流量。螺旋弹簧是具有随着压缩量的增加而弹簧常数阶段性变大的非线形特性的圆筒型不等螺距螺旋弹簧。
【专利说明】流量控制阀
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制流体的流量的流量控制阀。
【背景技术】
[0002]例如在汽车等车辆的内燃机(发动机)的窜漏气还原装置中，作为控制窜漏气的流量的流量控制阀，使用PCV (曲轴箱强制通风:Positive Crankcase Ventilation)阀(例如参照专利文献I)。说明PCV阀的以往例(参照专利文献I)。图16是表示PCV阀的剖视图。
[0003]如图16所示，PCV阀100包括具有流入口和流出口的筒状的外壳102、以能够在轴向上往返运动的方式配置在外壳102内的阀芯104、以及用于对阀芯104向流入口侧(图16中的右方)施力的螺旋弹簧106。外壳102具有内径较大的大径孔部108、位于比大径孔部108靠PCV气体流动方向下游侧(图16中的左侧)的内径较小的小径孔部109、以及连接大径孔部108和小径孔部109的台阶部110。另外，在小径孔部109中形成有具有预定的内径的计量部(计量孔)112。另外，在阀芯104上形成有由可插入到外壳102的计量部112内的外周面构成的计量面114。阀芯104的计量面114在顶端侧的小径面部115与基端侧的大径面部116之间以与阀芯104同轴状具有从小径侧朝向大径侧去而逐渐扩径的锥状的锥面部117。另外，在阀芯104的基端部设有凸缘部119。另外，螺旋弹簧106夹设在外壳102的台阶部110与阀芯104的凸缘部119之间。在PCV阀100中，将发动机的进气负压导入到外壳102内时，阀芯104与该进气负压(增压)相应地克服螺旋弹簧106的施力而向流出口侧(图16中的左方)移动。由此，能够控制、即计量在外壳102的计量部112与阀芯104的计量面114之间的环状的间隙121中流动的窜漏气的流量。
[0004]专利文献1:日本特开2005 - 330898号公报
[0005]上述PCV阀100的螺旋弹簧106是弹簧常数恒定的圆筒型等螺距螺旋弹簧。因此，有可能弹簧质量系统的单一固有振动频率(共振频率)与发动机振动、进气脉动的特定的频率一致而阀芯104和螺旋弹簧106共振。这种情况会导致流量特性的恶化、滑动部的异常摩损，因此期望改善这种情况。
【发明内容】
[0006]本发明欲解决的课题在于防止弹簧质量系统在发动机振动、进气脉动的特定的频率下共振。
[0007]上述课题能够利用本发明来解决。
[0008]第I技术方案的流量控制阀包括:外壳，其具有流入口和流出口 ；阀芯，其以能够沿轴向往返运动的方式配置在上述外壳内；以及螺旋弹簧，其用于对上述阀芯向流入口侧施力，在上述外壳内形成有计量部，在上述阀芯的顶端部分的外周面上形成有可插入到上述计量部内的计量面，上述阀芯的计量面在顶端侧的小径面部与基端侧的大径面部之间具有从顶端侧朝向基端侧去而逐渐扩径的锥面部，通过上述阀芯与流入侧压力和流出侧压力之间的压力差相应地移动，控制在上述外壳的计量部与上述阀芯的计量面之间的间隙中流动的流体的流量，其中，上述螺旋弹簧是具有随着压缩量的增加而弹簧常数阶段性或者连续地变大的非线形特性的螺旋弹簧。采用该结构，由于螺旋弹簧是具有随着压缩量的增加而弹簧常数阶段性或者连续地变大的非线形特性的螺旋弹簧，因此，随着螺旋弹簧的压缩，弹簧质量系统的固有振动频率发生变化。由此，能够防止弹簧质量系统在发动机振动、进气脉动的特定的频率下共振。这对于防止流量特性的恶化、滑动部的异常摩损是有效的。
[0009]在第2技术方案为:在第I技术方案中，上述螺旋弹簧具有至少两阶段的非线形特性，上述螺旋弹簧的弹簧常数较小的区域至少与上述阀芯的包含计量面的锥面部在内的顶端侧部分相对于上述外壳的计量部的移动行程相对应。因而，能够使螺旋弹簧的弹簧常数较小的区域中的每单位压力下的阀芯的移动行程大于剩余的弹簧常数的区域中的每单位压力下的阀芯的移动行程。因此，能够在缓和阀芯的计量面的锥面部的锥角的同时增大最小流量，并且，能够缩短阀芯的除了包含计量面的锥面部在内的顶端侧部分之外的剩余部分的轴向长度。
[0010]第3技术方案为:在第I技术方案或第2技术方案中，上述螺旋弹簧是圆筒型不等螺距螺旋弹簧、鼓型螺旋弹簧、桶型螺旋弹簧中的任一个螺旋弹簧。
[0011]第4技术方案为:在第I技术方案中，上述螺旋弹簧是弹簧常数连续地变化的圆筒型螺距渐变螺旋弹簧。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是表示实施方式I的PCV阀的剖视图。
[0013]图2是表不阀芯的侧视图。
[0014]图3是表示圆筒型两级螺距螺旋弹簧的侧视图。
[0015]图4是表示PCV阀的增压与阀芯的移动行程之间的关系的特性线图。
[0016]图5是表示窜漏气还原装置的结构图。
[0017]图6是表示比较例I的PCV阀的一部分的剖视图。
[0018]图7是表示PCV阀的增压与阀芯的移动行程之间的关系的特性线图。
[0019]图8是表示比较例2的PCV阀的一部分的剖视图。
[0020]图9是表示PCV阀的增压与阀芯的移动行程之间的关系的特性线图。
[0021]图10是表示实施方式2的PCV阀的剖视图。
[0022]图11是表示鼓型螺旋弹簧的侧视图。
[0023]图12是表示实施方式3的PCV阀的剖视图。
[0024]图13是表示桶型螺旋弹簧的侧视图。
[0025]图14是表示实施方式4的PCV阀的剖视图。
[0026]图15是表示圆筒型螺距渐变螺旋弹簧的侧视图。
[0027]图16是表示以往例的PCV阀的剖视图。
【具体实施方式】
[0028]下面，使用【专利附图】
【附图说明】用于实施本发明的方式。
[0029]实施方式I
[0030]说明实施方式I。在本实施方式中，作为流量控制阀，例示内燃机的窜漏气还原装置所采用的PCV阀。为了便于说明，在说明了窜漏气还原装置的一个例子之后对PCV阀进行说明。另外，图5是表示窜漏气还原装置的结构图。
[0031]如图5所示，窜漏气还原装置10是这样的系统:通过将从作为内燃机的发动机12的发动机主体13的燃烧室泄漏到缸体14的曲轴箱15内的窜漏气导入到进气歧管20内，使该窜漏气在燃烧室中再次燃烧。
[0032]上述发动机主体13包括上述缸体14、连结在上述曲轴箱15的下表面侧的油底壳
16、连结在缸体14的上表面侧的气缸头17、以及连结在气缸头17的上表面侧的气缸头盖
18。发动机主体13通过经历进气、压缩、做功、排气这样的行程而获得驱动力。另外，伴随着在发动机主体13的燃烧室(未图示。)内的燃烧，在发动机主体13内、即曲轴箱15内、连通于该曲轴箱15内的气缸头盖18内产生窜漏气。另外，窜漏气所流入的气缸头盖18内和曲轴箱15内等相当于在本说明书中所说的“发动机主体内”。
[0033]在上述气缸头盖18上设有新气导入口 18a和窜漏气导出口 18b。在新气导入口18a上连通有新气导入通路30的一端(下游端)。另外，在窜漏气导出口 18b上连通有窜漏气通路36的一端(上游端)。另外，新气导入口 18a及/或窜漏气导出口 18b也可以不设置于气缸头盖18,而替代为设置于曲轴箱15。
[0034]在上述气缸头17上连通有进气歧管20的一端(下游端)。进气歧管20包括稳压箱21。在进气歧管20的另一端(上游端)，通过节气门体24和进气管路23连通有空气过滤器25。节气门体24包括节气门阀24a。节气门阀24a例如连接于油门踏板(未图示)，节气门阀24a与该踏板的踏入量(操作量)相应地打开或关闭。另外，由于空气过滤器25用于导入空气即所谓的新气，因此，内置有用于过滤该新气的过滤器元件26。利用空气过滤器25、进气管路23、节气门体24以及进气歧管20形成了用于将新气、即吸入空气导入到发动机主体13的燃烧室中的一连串的进气通路27。在进气通路27中，将比节气门阀24a靠上游侧的通路部分称作上游侧的进气通路部27a，将比节气门阀24a靠下游侧的通路部分称作下游侧的进气通路部27b。
[0035]在上述进气管路23上形成有新气导入口 29。在新气导入口 29上连通有上述新气导入通路30的另一端(上游端)。在新气导入通路30上设有逆流防止阀32。逆流防止阀32容许空气即所谓的新气从上述上游侧的进气通路部27a向曲轴箱15内的流动(图5中参照箭头Y1)，而且阻止气体向与新气的流动方向相反的方向的流动、即逆流(图5中参照箭头Y3)。另外，在上述稳压箱21上形成有窜漏气导入口 34。在窜漏气导入口 34上连通有上述窜漏气通路36的另一端(下游端)。另外，逆流防止阀32是根据需要而设置的，也可以省略。
[0036]接着，对上述窜漏气还原装置10的工作进行说明。在发动机12的低、中负荷时，节气门阀24a处于大致接近全闭的状态。因此，在进气通路27的下游侧的进气通路部27b中产生比上游侧的进气通路部27a大的进气负压(向真空侧变大的进气负压)。因而，发动机主体13内的窜漏气通过窜漏气通路36被导入到下游侧的进气通路部27b中(图5中参照箭头Y2)。此时，利用PCV阀40 (见后述)控制在窜漏气通路36中流动的窜漏气的流量。
[0037]另外，随着窜漏气从发动机主体13内通过窜漏气通路36被导入到下游侧的进气通路部27b中，逆流防止阀32打开。由此，进气通路27的上游侧的进气通路部27a的新气通过新气导入通路30被导入到发动机主体13内(图5中参照箭头Y1)。然后，被导入到发动机主体13内的新气与窜漏气一同通过窜漏气通路36被导入到下游侧的进气通路部27b中(图5中参照箭头Y2)。像上述这样，对发动机主体13内进行扫气。
[0038]另外，在发动机12的高负荷时，节气门阀24a的开度变大。因而，进气通路27的下游侧的进气通路部27b的压力接近大气压。因而，发动机主体13内的窜漏气难以被导入到下游侧的进气通路部27b内，发动机主体13内的压力也接近大气压。因此，从上游侧的进气通路部27a通过新气导入通路30被导入到发动机主体13内的新气的流量也减少。另夕卜，通过关闭逆流防止阀32，能够阻止窜漏气从发动机主体13内向新气导入通路30的逆流(图5中参照箭头Y3)。
[0039]在上述窜漏气通路36中设有用于控制窜漏气流量的作为流量控制阀的PCV阀40。PCV阀40根据上游侧压力与下游侧压力之间的压力差、即进气负压(也称作“增压”)来控制、即计量窜漏气的流量。由此，能够使与在发动机12中产生的窜漏气的量相均衡的流量的窜漏气流入到下游侧的进气通路部27b中。
[0040]接着，对PCV阀40进行说明。图1是表示PCV阀的剖视图。
[0041]另外，为了便于说明，将图1的左侧作为前侧，将图1的右侧作为后侧来进行说明。
[0042]如图1所示，PCV阀40的外壳42例如为树脂制的，形成为中空圆筒状。外壳42内的中空部成为沿着轴向(图1中的左右方向)延伸的窜漏气通路(称作“气体通路”)50。在外壳42的后端部(图1中的右端部)具有气体通路50的流入口 51，另外，在该外壳42的前端部(图1中的左端部)具有气体通路50的流出口 52。另外，流入口 51连接于上述窜漏气通路36 (参照图5)的上游侧的通路部。另外，流出口 52连接于窜漏气通路36的下游侧的通路部。因而，作为流体的窜漏气在气体通路50中流动。另外，有时流入口 51也连接于上述气缸头盖18的窜漏气导出口 18b。另外，气体通路50相当于本说明书中所说的“流体通路”。
[0043]上述外壳42是通过将在轴向(图1中的左右方向)上被二分割而成的前后一对外壳半体42a、42b互相接合而构成的。在前侧的外壳半体42a的中央部以与该外壳半体42a同轴状形成有减小了内径的中空圆筒状的鼓出壁部43。利用鼓出壁部43的内壁面形成了由中空圆筒孔构成的计量部44。另外，在后侧的外壳半体42b内、即气体通路50的气体流入侧(图1中的右侧)形成有中空圆筒状的上游侧的通路壁面45。上游侧的通路壁面45内成为上游侧的通路部53。另外，在前侧的外壳半休42a中的比鼓出壁部43靠气体流出侧(图1中的左侧)的部分形成有中空圆筒状的下游侧的通路壁面47。下游侧的通路壁面47内成为下游侧的通路部54。另外，在后侧的外壳半体42b的后端部以与该外壳半体42b同轴状形成有比上游侧的通路壁面45向径向内方以凸缘状突出的端壁48。利用端壁48内的中空孔部形成了上述流入口 51。
[0044]在上述外壳42内、即气体通路50中，例如树脂制的阀芯60以能够沿轴向(图1中的左右方向)移动的方式配置。图2是表示阀芯的侧视图。
[0045]如图2所示，阀芯60形成为顶端变细的台阶轴状。在阀芯60的顶端部分、即前半部分(图2中的左半部分)的外周面上形成有计量面62。计量面62以同轴状具有顶端侧的圆筒状的小径面部63、基端侧的圆筒状且具有比小径面部63大的外径的大径面部64、以及在小径面部63与大径面部64之间从小径侧朝向大径侧去而逐渐扩径的锥面部65。另外，在计量面62中，存在于从锥面部65的大径侧端部到基部侧终端部之间的台阶面及/或锥面等是微小的变化，因此无视。另外，在阀芯60的后端部(图2中的右端部)以与该阀芯60同轴状形成有向径向外方突出的凸缘状的引导部67。在引导部67的外周面中，在周向上等间隔地形成有多个平面状的缺口面67b。相邻的缺口面67b相互之间成为圆弧状面67a。
[0046]如图1所示，上述阀芯60以能够沿轴向移动的方式配置在上述外壳42内。阀芯60的计量面62以动配合状可插入到外壳42的计量部44内。在计量部44与计量面62之间形成有供窜漏气流动的环状间隙70。因而，随着阀芯60向前方(图1中的左方)移动，间隙70的通路截面积减少。相反，随着阀芯60向后方(图1中的右方)移动，间隙70的通路截面积增大。另外，阀芯60的计量面62在阀芯60的最后退位置与最前进位置之间的工作范围中与计量部44内相对应。另外，在阀芯60的工作范围中，阀芯60的计量面62的与计量郎44内相对应的范围在图2中用附图标记62R表示。另外，计量面62的大径面部64的范围在图2中用附图标记62Ra表示。另外，阀芯60的引导部67的圆弧状面67a以能够滑动的方式嵌合于外壳42上游侧的通路壁面45。在引导部67的缺口面67b与上游侧的通路壁面45之间形成有供窜漏气流动的D字状的间隙72。
[0047]如图1所示，在上述外壳42与上述阀芯60之间夹设有螺旋弹簧74。详细地讲，螺旋弹簧74嵌合于阀芯60,且夹设在外壳42的鼓出壁部43与阀芯60的引导部67的相对面之间。螺旋弹簧74对阀芯60朝向流入口 51侧(图1中的右方)施力。另外，之后详细说明螺旋弹簧74。
[0048]接着，对上述PCV阀40 (参照图1)的工作进行说明。在发动机12的停止过程中，在进气通路27 (参照图5)中不会产生进气负压(增压)，因此，阀芯60被螺旋弹簧74施力，成为其引导部67抵接于外壳42的端壁48的状态(全闭状态)。另一方面，在发动机12起动时，进气通路27的进气负压通过流出口 52而被导入到外壳42的气体通路50中，因此，在该进气负压的作用下，阀芯60克服螺旋弹簧74的施力而向流出口 52侧移动。
[0049]在此，在发动机12的低负荷时，节气门阀24a (参照图5)的开度较小，在进气通路27中产生的进气负压变大，因此，阀芯60向前方移动。随之，外壳42的计量部44与阀芯60的计量面62之间的间隙70的通路截面积变得最小或者几乎最小，在气体通路50中流动的窜漏气的流量变少。另外，在发动机12的中负荷时，节气门阀24a的开度较大，在进气通路27中产生的进气负压变小，因此，阀芯60在螺旋弹簧74的作用下向后方移动。随之，外壳42的计量部44与阀芯60的计量面62之间的间隙70的通路截面积变大，与发动机12的低负荷时相比，在气体通路50中流动的窜漏气的流量变多。另外，在发动机12的高负荷时，节气门阀24a的开度成为全开或者接近全开，在进气通路27中产生的进气负压基本上消失，因此，阀芯60在螺旋弹簧74的作用下后退到最后退位置(全开)或者最后退位置附近。随之，在外壳42的计量部44与阀芯60的计量面62之间由间隙70形成的通路截面积变得最大或者几乎最大，与中负荷时相比，在气体通路50中流动的窜漏气的流量变多。
[0050]接着，对上述螺旋弹簧74详细地进行说明。图3是表示圆筒型两级螺距螺旋弹簧的侧视图。
[0051]如图3所示，螺旋弹簧74是具有随着压缩量的增加而弹簧常数阶段性地变大的非线形特性的圆筒型不等螺距螺旋弹簧(标注与螺旋弹簧相同的附图标记)74。详细地讲，螺旋弹簧74成为前端部侧的绕线部分(称作“第I区域”)74a中的线材间的螺距比剩余的绕线部分(称作“第2区域”)74b的线材间的螺距短的圆筒型两级螺距螺旋弹簧(标注与螺旋弹簧相同的附图标记)74。即，第I区域74a的弹簧常数小于第2区域74b的弹簧常数。另夕卜，第I区域74a与阀芯60的包含计量面62的小径面部63和锥面部65在内的顶端侧部分相对于外壳42的计量部44的移动行程相对应。另外，螺旋弹簧74将第I区域74a朝前、将第2区域74b朝后地配置在外壳42内(参照图1)。由此，能够使窜漏气在螺旋弹簧74的线材间的间隙中顺畅地流动。
[0052]图4是表示PCV阀的增压与阀芯的移动行程之间的关系的特性线图。
[0053]如图4所示，特性线L具有变异点P，增压(进气负压)小于变异点P时的特性线La的每单位压力下的阀芯60的移动行程大于增压为变异点P以上时的特性线Lb的每单位压力下的阀芯60的移动行程。即，PCV阀40 (参照图1)的圆筒型两级螺距螺旋弹簧74在自PCV阀40的全开状态起被压缩时，主要以减小第I区域74a的螺距的方式弹性变形，同时产生根据阀芯60的移动行程和第I区域74a的弹簧常数决定的弹簧反作用力(参照图4的特性线La)。在圆筒型两级螺距螺旋弹簧74进一步被压缩时，成为第I区域74a的相邻的线材相互抵接的状态(参照图4的变异点P)。在之后的压缩时，圆筒型两级螺距螺旋弹簧74的第2区域74b向压缩方向弹性变形，因此，产生根据阀芯60的移动行程和第2区域74b的弹簧常数决定的弹簧反作用力(参照图4的特性线Lb)。
[0054]采用上述的PCV阀40(参照图1)，螺旋弹簧74是具有随着压缩量的增加而弹簧常数阶段性地变大的非线形特性的圆筒型两级螺距螺旋弹簧(圆筒型不等螺距螺旋弹簧)74。因此，随着螺旋弹簧74的压缩，弹簧质量系统(阀芯60和螺旋弹簧74)的固有振动频率发生变化。由此，能够防止弹簧质量系统在发动机振动、进气脉动的特定的频率下共振。这对于防止流量特性的恶化、滑动部的异常摩损是有效的。
[0055]另外，上述圆筒型两级螺距螺旋弹簧74具有两阶段的非线形特性，螺旋弹簧74的弹簧常数较小的第I区域74a (参照图3)与阀芯60的包含计量面62的小径面部63和锥面部65在内的顶端侧部分相对于外壳42的计量部44的移动行程相对应。因而，能够使螺旋弹簧74的弹簧常数较小的第I区域74a中的每单位压力下的阀芯60的移动行程大于剩余的弹簧常数的区域即第2区域74b中的每单位压力下的阀芯60的移动行程。因此，能够在缓和阀芯60的计量面62的锥面部65的锥角Θ (参照图2)的同时增大最小流量(将小径面部63的外径d2小径化)，并且，能够缩短阀芯60的计量面62的大径面部64 (图2中参照范围62Ra)的轴向长度。另外，锥角Θ是阀芯60的轴线60L与锥面部65所成的角度。
[0056]参照比较例1、2对这一点进行说明。
[0057]比较例I
[0058]图6是表示比较例I的PCV阀的一部分的剖视图，图7是表示PCV阀的增压与阀芯的移动行程之间的关系的特性线图。
[0059]在比较例I中，如图6所示，PCV阀40的螺旋弹簧采用由图7所示的特性线LI表示的圆筒型等螺距螺旋弹簧76。圆筒型等螺距螺旋弹簧76的弹簧常数恒定。在这种情况下，将阀芯60的计量面62的锥面部65的锥角设为Θ1。另外，将阀芯60的计量面62的小径面部63的外径设为dl。当欲在发动机的高负荷时、即油门的全开区域中、在阀芯60的全开或者全开附近增加窜漏气的流量时，将阀芯60的计量面62的小径面部63的外径dl小径化为外径d2。于是，锥面部65的锥角Θ I变大为锥角Θ2、即变陡。因此，能够预想到由阀芯60抖动导致阀芯60的锥面部65接触于外壳42的鼓出壁部43的角部43a时会对阀芯60的工作性和耐摩损性产生不利。另外，图6中双点划线63表示外径为d2的小径面部63，双点划线65表示锥角为Θ 2的锥面部65。
[0060]比较例2
[0061]图8是表示比较例2的PCV阀的一部分的剖视图，图9是表示PCV阀的增压与阀芯的移动行程之间的关系的特性线图。
[0062]在比较例2中，如图8所示，PCV阀40的螺旋弹簧采用由图9所示的特性线L2表示的圆筒型等螺距螺旋弹簧78。另外，在图8中附记有比较例I的圆筒型等螺距螺旋弹簧76的特性线LI。圆筒型等螺距螺旋弹簧78的弹簧常数比上述比较例I的圆筒型等螺距螺旋弹簧76的弹簧常数小且弹簧常数恒定。例如，将圆筒型等螺距螺旋弹簧78的弹簧常数设为上述比较例I的圆筒型等螺距螺旋弹簧76的弹簧常数的I / 2。于是，与比较例I的阀芯60的移动行程相比，比较例2的阀芯60的移动行程是比较例I的阀芯60的移动行程的两倍。因此，能够在使阀芯60的计量面62的锥面部65的锥角与比较例I的锥角Θ I相同的状态下将计量面62的小径面部63的外径小径化为d2(参照图8)。但是，可以预想到，由于阀芯60的计量面62的大径面部64的轴向长度变长，因此PCV阀40大型化且重量增力口，不利于将PCV阀40搭载于发动机12。
[0063]采用本实施方式的PCV阀40 (参照图1 )，弹簧采用图4中由特性线L表示的圆筒型两级螺距螺旋弹簧74。S卩，特性线L中的特性线La设定为与上述比较例2的圆筒型等螺距螺旋弹簧78 (参照图8)的特性线L2 (参照图9)相同。另外，特性线Lb设定为与上述比较例I的圆筒型等螺距螺旋弹簧76 (参照图6)的特性线LI (参照图7)相同。由此，在使阀芯60的计量面62的锥面部65的锥角Θ (参照图2)与比较例I的锥角Θ I (参照图6)相同的状态下，能够通过将计量面62的小径面部63的外径小径化为d2 (参照图2)来增大最小流量。另外，能够使阀芯60的计量面62的大径面部64的轴向长度与上述比较例I (参照图6)的轴向长度相同。
[0064]实施方式2
[0065]对实施方式2进行说明。由于本实施方式是将上述实施方式I的螺旋弹簧74变更而成的，因此，对其变更部分进行说明，省略重复的说明。图10是表示PCV阀的剖视图，图11是表示螺旋弹簧的侧视图。
[0066]如图10所示，本实施方式采用鼓型螺旋弹簧80 (参照图11)来替代上述实施方式1(参照图1和图3)的螺旋弹簧74。鼓型螺旋弹簧80的两端部的绕线部分(第I区域80a)的弹簧常数小于其中央部的绕线部分(第2区域80b)的弹簧常数。采用鼓型螺旋弹簧80，由于没有方向性，因此，也能够以前后颠倒的朝向配置在外壳42内。
[0067]实施方式3
[0068]对实施方式3进行说明。由于本实施方式是将上述实施方式I的螺旋弹簧74变更而成的，因此，对其变更部分进行说明，省略重复的说明。图12是表示PCV阀的剖视图，图13是表示螺旋弹簧的侧视图。
[0069]如图12所示，本实施方式采用桶型螺旋弹簧82 (参照图13)来替代上述实施方式1(参照图1和图3)的螺旋弹簧74。桶型螺旋弹簧82的中央部的绕线部分(第I区域82a)的弹簧常数小于两端部的绕线部分(第2区域82b)的弹簧常数。采用桶型螺旋弹簧82，由于没有方向性，因此，也能够以前后颠倒的朝向配置在外壳42内。
[0070]实施方式4
[0071]对实施方式4进行说明。由于本实施方式是将上述实施方式I的螺旋弹簧74变更而成的，因此，对其变更部分进行说明，省略重复的说明。图14是表示PCV阀的剖视图，图15是表示螺旋弹簧的侧视图。
[0072]如图14所示，本实施方式采用圆筒型螺距渐变螺旋弹簧84 (参照图15)来替代上述实施方式I (参照图1和图3)的螺旋弹簧74。圆筒型螺距渐变螺旋弹簧84的线材间的螺距从后端朝向前端去而逐渐变小，其弹簧常数从后端朝向前端去而逐渐变小。圆筒型螺距渐变螺旋弹簧84是具有随着压缩量的增加而弹簧常数连续地变大的非线形特性的螺旋弹黃。
[0073]本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行变更。例如，本发明并不限定于应用于PCV阀40，也能够应用于控制除窜漏气之外的流体流量的流量控制阀。另外，外壳42及/或阀芯60并不限于树脂制的，也可以是金属制的。
[0074]附图标记说明
[0075]10、窜漏气还原装置；12、发动机(内燃机)；40、PCV阀(流量控制阀)；42、外壳；44、计量部；51、流入口 ；52、流出口 ；60、阀芯；62、计量面；63、顶端侧的小径面部；64、基端侧的大径面部；65、锥面部；70、间隙；74、螺旋弹簧(圆筒型不等螺距螺旋弹簧、圆筒型两级螺距螺旋弹簧)；80、鼓型螺旋弹簧(螺旋弹簧)；82、桶型螺旋弹簧(螺旋弹簧)；84、圆筒型螺距渐变螺旋弹簧(螺旋弹簧)。
【权利要求】
1.一种流量控制阀，其包括: 外壳，其具有流入口和流出口 ； 阀芯，其以能够沿轴向往返运动的方式配置在上述外壳内；以及 螺旋弹簧，其用于对上述阀芯向流入口侧施力， 在上述外壳内形成有计量部， 在上述阀芯的顶端部分的外周面上形成有可插入到上述计量部内的计量面， 上述阀芯的计量面在顶端侧的小径面部与基端侧的大径面部之间具有从小径侧朝向大径侧去而逐渐扩径的锥面部， 通过上述阀芯与流入侧压力和流出侧压力之间的压力差相应地移动，控制在上述外壳的计量部与上述阀芯的计量面之间的间隙中流动的流体的流量，该流量控制阀的特征在于， 上述螺旋弹簧是具有随着压缩量的增加而弹簧常数阶段性或者连续地变大的非线形特性的螺旋弹簧。
2.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于， 上述螺旋弹簧具有至少两阶段的非线形特性， 上述螺旋弹簧的弹簧常数较小的区域至少与上述阀芯的包含计量面的锥面部在内的顶端侧部分相对于上述外壳的计量部的移动行程相对应。
3.根据权利要求1或2所述的流量控制阀，其特征在于， 上述螺旋弹簧是圆筒型不等螺距螺旋弹簧、鼓型螺旋弹簧、桶型螺旋弹簧中的任一个螺旋弹簧。
4.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于， 上述螺旋弹簧是弹簧常数连续地变化的圆筒型螺距渐变螺旋弹簧。
【文档编号】F16K17/24GK103629407SQ201310369446
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2012年8月22日
【发明者】藤木广, 增田峰士 申请人:爱三工业株式会社
【专利摘要】本发明提供一种防止弹簧质量系统在发动机振动、进气脉动的特定的频率下共振的流量控制阀。PCV阀（40）包括：外壳（42），具有流入口（51）和流出口（52）；阀芯（60），以能往返运动的方式配置在外壳内；螺旋弹簧（74），用于对阀芯向流入口侧施力，在外壳内形成有计量部（44），可插入计量部内的阀芯的计量面（62）在顶端侧的小径面部（63）与基端侧的大径面部（64）之间具有锥面部（65），通过阀芯与流入侧压力和流出侧压力之间的压力差相应地移动，控制在外壳的计量部与阀芯的计量面之间的间隙（70）流动的流体的流量。螺旋弹簧是具有随着压缩量的增加而弹簧常数阶段性变大的非线形特性的圆筒型不等螺距螺旋弹簧。
【专利说明】流量控制阀
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制流体的流量的流量控制阀。
【背景技术】
[0002]例如在汽车等车辆的内燃机(发动机)的窜漏气还原装置中，作为控制窜漏气的流量的流量控制阀，使用PCV (曲轴箱强制通风:Positive Crankcase Ventilation)阀(例如参照专利文献I)。说明PCV阀的以往例(参照专利文献I)。图16是表示PCV阀的剖视图。
[0003]如图16所示，PCV阀100包括具有流入口和流出口的筒状的外壳102、以能够在轴向上往返运动的方式配置在外壳102内的阀芯104、以及用于对阀芯104向流入口侧(图16中的右方)施力的螺旋弹簧106。外壳102具有内径较大的大径孔部108、位于比大径孔部108靠PCV气体流动方向下游侧(图16中的左侧)的内径较小的小径孔部109、以及连接大径孔部108和小径孔部109的台阶部110。另外，在小径孔部109中形成有具有预定的内径的计量部(计量孔)112。另外，在阀芯104上形成有由可插入到外壳102的计量部112内的外周面构成的计量面114。阀芯104的计量面114在顶端侧的小径面部115与基端侧的大径面部116之间以与阀芯104同轴状具有从小径侧朝向大径侧去而逐渐扩径的锥状的锥面部117。另外，在阀芯104的基端部设有凸缘部119。另外，螺旋弹簧106夹设在外壳102的台阶部110与阀芯104的凸缘部119之间。在PCV阀100中，将发动机的进气负压导入到外壳102内时，阀芯104与该进气负压(增压)相应地克服螺旋弹簧106的施力而向流出口侧(图16中的左方)移动。由此，能够控制、即计量在外壳102的计量部112与阀芯104的计量面114之间的环状的间隙121中流动的窜漏气的流量。
[0004]专利文献1:日本特开2005 - 330898号公报
[0005]上述PCV阀100的螺旋弹簧106是弹簧常数恒定的圆筒型等螺距螺旋弹簧。因此，有可能弹簧质量系统的单一固有振动频率(共振频率)与发动机振动、进气脉动的特定的频率一致而阀芯104和螺旋弹簧106共振。这种情况会导致流量特性的恶化、滑动部的异常摩损，因此期望改善这种情况。
【发明内容】
[0006]本发明欲解决的课题在于防止弹簧质量系统在发动机振动、进气脉动的特定的频率下共振。
[0007]上述课题能够利用本发明来解决。
[0008]第I技术方案的流量控制阀包括:外壳，其具有流入口和流出口 ；阀芯，其以能够沿轴向往返运动的方式配置在上述外壳内；以及螺旋弹簧，其用于对上述阀芯向流入口侧施力，在上述外壳内形成有计量部，在上述阀芯的顶端部分的外周面上形成有可插入到上述计量部内的计量面，上述阀芯的计量面在顶端侧的小径面部与基端侧的大径面部之间具有从顶端侧朝向基端侧去而逐渐扩径的锥面部，通过上述阀芯与流入侧压力和流出侧压力之间的压力差相应地移动，控制在上述外壳的计量部与上述阀芯的计量面之间的间隙中流动的流体的流量，其中，上述螺旋弹簧是具有随着压缩量的增加而弹簧常数阶段性或者连续地变大的非线形特性的螺旋弹簧。采用该结构，由于螺旋弹簧是具有随着压缩量的增加而弹簧常数阶段性或者连续地变大的非线形特性的螺旋弹簧，因此，随着螺旋弹簧的压缩，弹簧质量系统的固有振动频率发生变化。由此，能够防止弹簧质量系统在发动机振动、进气脉动的特定的频率下共振。这对于防止流量特性的恶化、滑动部的异常摩损是有效的。
[0009]在第2技术方案为:在第I技术方案中，上述螺旋弹簧具有至少两阶段的非线形特性，上述螺旋弹簧的弹簧常数较小的区域至少与上述阀芯的包含计量面的锥面部在内的顶端侧部分相对于上述外壳的计量部的移动行程相对应。因而，能够使螺旋弹簧的弹簧常数较小的区域中的每单位压力下的阀芯的移动行程大于剩余的弹簧常数的区域中的每单位压力下的阀芯的移动行程。因此，能够在缓和阀芯的计量面的锥面部的锥角的同时增大最小流量，并且，能够缩短阀芯的除了包含计量面的锥面部在内的顶端侧部分之外的剩余部分的轴向长度。
[0010]第3技术方案为:在第I技术方案或第2技术方案中，上述螺旋弹簧是圆筒型不等螺距螺旋弹簧、鼓型螺旋弹簧、桶型螺旋弹簧中的任一个螺旋弹簧。
[0011]第4技术方案为:在第I技术方案中，上述螺旋弹簧是弹簧常数连续地变化的圆筒型螺距渐变螺旋弹簧。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是表示实施方式I的PCV阀的剖视图。
[0013]图2是表不阀芯的侧视图。
[0014]图3是表示圆筒型两级螺距螺旋弹簧的侧视图。
[0015]图4是表示PCV阀的增压与阀芯的移动行程之间的关系的特性线图。
[0016]图5是表示窜漏气还原装置的结构图。
[0017]图6是表示比较例I的PCV阀的一部分的剖视图。
[0018]图7是表示PCV阀的增压与阀芯的移动行程之间的关系的特性线图。
[0019]图8是表示比较例2的PCV阀的一部分的剖视图。
[0020]图9是表示PCV阀的增压与阀芯的移动行程之间的关系的特性线图。
[0021]图10是表示实施方式2的PCV阀的剖视图。
[0022]图11是表示鼓型螺旋弹簧的侧视图。
[0023]图12是表示实施方式3的PCV阀的剖视图。
[0024]图13是表示桶型螺旋弹簧的侧视图。
[0025]图14是表示实施方式4的PCV阀的剖视图。
[0026]图15是表示圆筒型螺距渐变螺旋弹簧的侧视图。
[0027]图16是表示以往例的PCV阀的剖视图。
【具体实施方式】
[0028]下面，使用【专利附图】
【附图说明】用于实施本发明的方式。
[0029]实施方式I
[0030]说明实施方式I。在本实施方式中，作为流量控制阀，例示内燃机的窜漏气还原装置所采用的PCV阀。为了便于说明，在说明了窜漏气还原装置的一个例子之后对PCV阀进行说明。另外，图5是表示窜漏气还原装置的结构图。
[0031]如图5所示，窜漏气还原装置10是这样的系统:通过将从作为内燃机的发动机12的发动机主体13的燃烧室泄漏到缸体14的曲轴箱15内的窜漏气导入到进气歧管20内，使该窜漏气在燃烧室中再次燃烧。
[0032]上述发动机主体13包括上述缸体14、连结在上述曲轴箱15的下表面侧的油底壳
16、连结在缸体14的上表面侧的气缸头17、以及连结在气缸头17的上表面侧的气缸头盖
18。发动机主体13通过经历进气、压缩、做功、排气这样的行程而获得驱动力。另外，伴随着在发动机主体13的燃烧室(未图示。)内的燃烧，在发动机主体13内、即曲轴箱15内、连通于该曲轴箱15内的气缸头盖18内产生窜漏气。另外，窜漏气所流入的气缸头盖18内和曲轴箱15内等相当于在本说明书中所说的“发动机主体内”。
[0033]在上述气缸头盖18上设有新气导入口 18a和窜漏气导出口 18b。在新气导入口18a上连通有新气导入通路30的一端(下游端)。另外，在窜漏气导出口 18b上连通有窜漏气通路36的一端(上游端)。另外，新气导入口 18a及/或窜漏气导出口 18b也可以不设置于气缸头盖18,而替代为设置于曲轴箱15。
[0034]在上述气缸头17上连通有进气歧管20的一端(下游端)。进气歧管20包括稳压箱21。在进气歧管20的另一端(上游端)，通过节气门体24和进气管路23连通有空气过滤器25。节气门体24包括节气门阀24a。节气门阀24a例如连接于油门踏板(未图示)，节气门阀24a与该踏板的踏入量(操作量)相应地打开或关闭。另外，由于空气过滤器25用于导入空气即所谓的新气，因此，内置有用于过滤该新气的过滤器元件26。利用空气过滤器25、进气管路23、节气门体24以及进气歧管20形成了用于将新气、即吸入空气导入到发动机主体13的燃烧室中的一连串的进气通路27。在进气通路27中，将比节气门阀24a靠上游侧的通路部分称作上游侧的进气通路部27a，将比节气门阀24a靠下游侧的通路部分称作下游侧的进气通路部27b。
[0035]在上述进气管路23上形成有新气导入口 29。在新气导入口 29上连通有上述新气导入通路30的另一端(上游端)。在新气导入通路30上设有逆流防止阀32。逆流防止阀32容许空气即所谓的新气从上述上游侧的进气通路部27a向曲轴箱15内的流动(图5中参照箭头Y1)，而且阻止气体向与新气的流动方向相反的方向的流动、即逆流(图5中参照箭头Y3)。另外，在上述稳压箱21上形成有窜漏气导入口 34。在窜漏气导入口 34上连通有上述窜漏气通路36的另一端(下游端)。另外，逆流防止阀32是根据需要而设置的，也可以省略。
[0036]接着，对上述窜漏气还原装置10的工作进行说明。在发动机12的低、中负荷时，节气门阀24a处于大致接近全闭的状态。因此，在进气通路27的下游侧的进气通路部27b中产生比上游侧的进气通路部27a大的进气负压(向真空侧变大的进气负压)。因而，发动机主体13内的窜漏气通过窜漏气通路36被导入到下游侧的进气通路部27b中(图5中参照箭头Y2)。此时，利用PCV阀40 (见后述)控制在窜漏气通路36中流动的窜漏气的流量。
[0037]另外，随着窜漏气从发动机主体13内通过窜漏气通路36被导入到下游侧的进气通路部27b中，逆流防止阀32打开。由此，进气通路27的上游侧的进气通路部27a的新气通过新气导入通路30被导入到发动机主体13内(图5中参照箭头Y1)。然后，被导入到发动机主体13内的新气与窜漏气一同通过窜漏气通路36被导入到下游侧的进气通路部27b中(图5中参照箭头Y2)。像上述这样，对发动机主体13内进行扫气。
[0038]另外，在发动机12的高负荷时，节气门阀24a的开度变大。因而，进气通路27的下游侧的进气通路部27b的压力接近大气压。因而，发动机主体13内的窜漏气难以被导入到下游侧的进气通路部27b内，发动机主体13内的压力也接近大气压。因此，从上游侧的进气通路部27a通过新气导入通路30被导入到发动机主体13内的新气的流量也减少。另夕卜，通过关闭逆流防止阀32，能够阻止窜漏气从发动机主体13内向新气导入通路30的逆流(图5中参照箭头Y3)。
[0039]在上述窜漏气通路36中设有用于控制窜漏气流量的作为流量控制阀的PCV阀40。PCV阀40根据上游侧压力与下游侧压力之间的压力差、即进气负压(也称作“增压”)来控制、即计量窜漏气的流量。由此，能够使与在发动机12中产生的窜漏气的量相均衡的流量的窜漏气流入到下游侧的进气通路部27b中。
[0040]接着，对PCV阀40进行说明。图1是表示PCV阀的剖视图。
[0041]另外，为了便于说明，将图1的左侧作为前侧，将图1的右侧作为后侧来进行说明。
[0042]如图1所示，PCV阀40的外壳42例如为树脂制的，形成为中空圆筒状。外壳42内的中空部成为沿着轴向(图1中的左右方向)延伸的窜漏气通路(称作“气体通路”)50。在外壳42的后端部(图1中的右端部)具有气体通路50的流入口 51，另外，在该外壳42的前端部(图1中的左端部)具有气体通路50的流出口 52。另外，流入口 51连接于上述窜漏气通路36 (参照图5)的上游侧的通路部。另外，流出口 52连接于窜漏气通路36的下游侧的通路部。因而，作为流体的窜漏气在气体通路50中流动。另外，有时流入口 51也连接于上述气缸头盖18的窜漏气导出口 18b。另外，气体通路50相当于本说明书中所说的“流体通路”。
[0043]上述外壳42是通过将在轴向(图1中的左右方向)上被二分割而成的前后一对外壳半体42a、42b互相接合而构成的。在前侧的外壳半体42a的中央部以与该外壳半体42a同轴状形成有减小了内径的中空圆筒状的鼓出壁部43。利用鼓出壁部43的内壁面形成了由中空圆筒孔构成的计量部44。另外，在后侧的外壳半体42b内、即气体通路50的气体流入侧(图1中的右侧)形成有中空圆筒状的上游侧的通路壁面45。上游侧的通路壁面45内成为上游侧的通路部53。另外，在前侧的外壳半休42a中的比鼓出壁部43靠气体流出侧(图1中的左侧)的部分形成有中空圆筒状的下游侧的通路壁面47。下游侧的通路壁面47内成为下游侧的通路部54。另外，在后侧的外壳半体42b的后端部以与该外壳半体42b同轴状形成有比上游侧的通路壁面45向径向内方以凸缘状突出的端壁48。利用端壁48内的中空孔部形成了上述流入口 51。
[0044]在上述外壳42内、即气体通路50中，例如树脂制的阀芯60以能够沿轴向(图1中的左右方向)移动的方式配置。图2是表示阀芯的侧视图。
[0045]如图2所示，阀芯60形成为顶端变细的台阶轴状。在阀芯60的顶端部分、即前半部分(图2中的左半部分)的外周面上形成有计量面62。计量面62以同轴状具有顶端侧的圆筒状的小径面部63、基端侧的圆筒状且具有比小径面部63大的外径的大径面部64、以及在小径面部63与大径面部64之间从小径侧朝向大径侧去而逐渐扩径的锥面部65。另外，在计量面62中，存在于从锥面部65的大径侧端部到基部侧终端部之间的台阶面及/或锥面等是微小的变化，因此无视。另外，在阀芯60的后端部(图2中的右端部)以与该阀芯60同轴状形成有向径向外方突出的凸缘状的引导部67。在引导部67的外周面中，在周向上等间隔地形成有多个平面状的缺口面67b。相邻的缺口面67b相互之间成为圆弧状面67a。
[0046]如图1所示，上述阀芯60以能够沿轴向移动的方式配置在上述外壳42内。阀芯60的计量面62以动配合状可插入到外壳42的计量部44内。在计量部44与计量面62之间形成有供窜漏气流动的环状间隙70。因而，随着阀芯60向前方(图1中的左方)移动，间隙70的通路截面积减少。相反，随着阀芯60向后方(图1中的右方)移动，间隙70的通路截面积增大。另外，阀芯60的计量面62在阀芯60的最后退位置与最前进位置之间的工作范围中与计量部44内相对应。另外，在阀芯60的工作范围中，阀芯60的计量面62的与计量郎44内相对应的范围在图2中用附图标记62R表示。另外，计量面62的大径面部64的范围在图2中用附图标记62Ra表示。另外，阀芯60的引导部67的圆弧状面67a以能够滑动的方式嵌合于外壳42上游侧的通路壁面45。在引导部67的缺口面67b与上游侧的通路壁面45之间形成有供窜漏气流动的D字状的间隙72。
[0047]如图1所示，在上述外壳42与上述阀芯60之间夹设有螺旋弹簧74。详细地讲，螺旋弹簧74嵌合于阀芯60,且夹设在外壳42的鼓出壁部43与阀芯60的引导部67的相对面之间。螺旋弹簧74对阀芯60朝向流入口 51侧(图1中的右方)施力。另外，之后详细说明螺旋弹簧74。
[0048]接着，对上述PCV阀40 (参照图1)的工作进行说明。在发动机12的停止过程中，在进气通路27 (参照图5)中不会产生进气负压(增压)，因此，阀芯60被螺旋弹簧74施力，成为其引导部67抵接于外壳42的端壁48的状态(全闭状态)。另一方面，在发动机12起动时，进气通路27的进气负压通过流出口 52而被导入到外壳42的气体通路50中，因此，在该进气负压的作用下，阀芯60克服螺旋弹簧74的施力而向流出口 52侧移动。
[0049]在此，在发动机12的低负荷时，节气门阀24a (参照图5)的开度较小，在进气通路27中产生的进气负压变大，因此，阀芯60向前方移动。随之，外壳42的计量部44与阀芯60的计量面62之间的间隙70的通路截面积变得最小或者几乎最小，在气体通路50中流动的窜漏气的流量变少。另外，在发动机12的中负荷时，节气门阀24a的开度较大，在进气通路27中产生的进气负压变小，因此，阀芯60在螺旋弹簧74的作用下向后方移动。随之，外壳42的计量部44与阀芯60的计量面62之间的间隙70的通路截面积变大，与发动机12的低负荷时相比，在气体通路50中流动的窜漏气的流量变多。另外，在发动机12的高负荷时，节气门阀24a的开度成为全开或者接近全开，在进气通路27中产生的进气负压基本上消失，因此，阀芯60在螺旋弹簧74的作用下后退到最后退位置(全开)或者最后退位置附近。随之，在外壳42的计量部44与阀芯60的计量面62之间由间隙70形成的通路截面积变得最大或者几乎最大，与中负荷时相比，在气体通路50中流动的窜漏气的流量变多。
[0050]接着，对上述螺旋弹簧74详细地进行说明。图3是表示圆筒型两级螺距螺旋弹簧的侧视图。
[0051]如图3所示，螺旋弹簧74是具有随着压缩量的增加而弹簧常数阶段性地变大的非线形特性的圆筒型不等螺距螺旋弹簧(标注与螺旋弹簧相同的附图标记)74。详细地讲，螺旋弹簧74成为前端部侧的绕线部分(称作“第I区域”)74a中的线材间的螺距比剩余的绕线部分(称作“第2区域”)74b的线材间的螺距短的圆筒型两级螺距螺旋弹簧(标注与螺旋弹簧相同的附图标记)74。即，第I区域74a的弹簧常数小于第2区域74b的弹簧常数。另夕卜，第I区域74a与阀芯60的包含计量面62的小径面部63和锥面部65在内的顶端侧部分相对于外壳42的计量部44的移动行程相对应。另外，螺旋弹簧74将第I区域74a朝前、将第2区域74b朝后地配置在外壳42内(参照图1)。由此，能够使窜漏气在螺旋弹簧74的线材间的间隙中顺畅地流动。
[0052]图4是表示PCV阀的增压与阀芯的移动行程之间的关系的特性线图。
[0053]如图4所示，特性线L具有变异点P，增压(进气负压)小于变异点P时的特性线La的每单位压力下的阀芯60的移动行程大于增压为变异点P以上时的特性线Lb的每单位压力下的阀芯60的移动行程。即，PCV阀40 (参照图1)的圆筒型两级螺距螺旋弹簧74在自PCV阀40的全开状态起被压缩时，主要以减小第I区域74a的螺距的方式弹性变形，同时产生根据阀芯60的移动行程和第I区域74a的弹簧常数决定的弹簧反作用力(参照图4的特性线La)。在圆筒型两级螺距螺旋弹簧74进一步被压缩时，成为第I区域74a的相邻的线材相互抵接的状态(参照图4的变异点P)。在之后的压缩时，圆筒型两级螺距螺旋弹簧74的第2区域74b向压缩方向弹性变形，因此，产生根据阀芯60的移动行程和第2区域74b的弹簧常数决定的弹簧反作用力(参照图4的特性线Lb)。
[0054]采用上述的PCV阀40(参照图1)，螺旋弹簧74是具有随着压缩量的增加而弹簧常数阶段性地变大的非线形特性的圆筒型两级螺距螺旋弹簧(圆筒型不等螺距螺旋弹簧)74。因此，随着螺旋弹簧74的压缩，弹簧质量系统(阀芯60和螺旋弹簧74)的固有振动频率发生变化。由此，能够防止弹簧质量系统在发动机振动、进气脉动的特定的频率下共振。这对于防止流量特性的恶化、滑动部的异常摩损是有效的。
[0055]另外，上述圆筒型两级螺距螺旋弹簧74具有两阶段的非线形特性，螺旋弹簧74的弹簧常数较小的第I区域74a (参照图3)与阀芯60的包含计量面62的小径面部63和锥面部65在内的顶端侧部分相对于外壳42的计量部44的移动行程相对应。因而，能够使螺旋弹簧74的弹簧常数较小的第I区域74a中的每单位压力下的阀芯60的移动行程大于剩余的弹簧常数的区域即第2区域74b中的每单位压力下的阀芯60的移动行程。因此，能够在缓和阀芯60的计量面62的锥面部65的锥角Θ (参照图2)的同时增大最小流量(将小径面部63的外径d2小径化)，并且，能够缩短阀芯60的计量面62的大径面部64 (图2中参照范围62Ra)的轴向长度。另外，锥角Θ是阀芯60的轴线60L与锥面部65所成的角度。
[0056]参照比较例1、2对这一点进行说明。
[0057]比较例I
[0058]图6是表示比较例I的PCV阀的一部分的剖视图，图7是表示PCV阀的增压与阀芯的移动行程之间的关系的特性线图。
[0059]在比较例I中，如图6所示，PCV阀40的螺旋弹簧采用由图7所示的特性线LI表示的圆筒型等螺距螺旋弹簧76。圆筒型等螺距螺旋弹簧76的弹簧常数恒定。在这种情况下，将阀芯60的计量面62的锥面部65的锥角设为Θ1。另外，将阀芯60的计量面62的小径面部63的外径设为dl。当欲在发动机的高负荷时、即油门的全开区域中、在阀芯60的全开或者全开附近增加窜漏气的流量时，将阀芯60的计量面62的小径面部63的外径dl小径化为外径d2。于是，锥面部65的锥角Θ I变大为锥角Θ2、即变陡。因此，能够预想到由阀芯60抖动导致阀芯60的锥面部65接触于外壳42的鼓出壁部43的角部43a时会对阀芯60的工作性和耐摩损性产生不利。另外，图6中双点划线63表示外径为d2的小径面部63，双点划线65表示锥角为Θ 2的锥面部65。
[0060]比较例2
[0061]图8是表示比较例2的PCV阀的一部分的剖视图，图9是表示PCV阀的增压与阀芯的移动行程之间的关系的特性线图。
[0062]在比较例2中，如图8所示，PCV阀40的螺旋弹簧采用由图9所示的特性线L2表示的圆筒型等螺距螺旋弹簧78。另外，在图8中附记有比较例I的圆筒型等螺距螺旋弹簧76的特性线LI。圆筒型等螺距螺旋弹簧78的弹簧常数比上述比较例I的圆筒型等螺距螺旋弹簧76的弹簧常数小且弹簧常数恒定。例如，将圆筒型等螺距螺旋弹簧78的弹簧常数设为上述比较例I的圆筒型等螺距螺旋弹簧76的弹簧常数的I / 2。于是，与比较例I的阀芯60的移动行程相比，比较例2的阀芯60的移动行程是比较例I的阀芯60的移动行程的两倍。因此，能够在使阀芯60的计量面62的锥面部65的锥角与比较例I的锥角Θ I相同的状态下将计量面62的小径面部63的外径小径化为d2(参照图8)。但是，可以预想到，由于阀芯60的计量面62的大径面部64的轴向长度变长，因此PCV阀40大型化且重量增力口，不利于将PCV阀40搭载于发动机12。
[0063]采用本实施方式的PCV阀40 (参照图1 )，弹簧采用图4中由特性线L表示的圆筒型两级螺距螺旋弹簧74。S卩，特性线L中的特性线La设定为与上述比较例2的圆筒型等螺距螺旋弹簧78 (参照图8)的特性线L2 (参照图9)相同。另外，特性线Lb设定为与上述比较例I的圆筒型等螺距螺旋弹簧76 (参照图6)的特性线LI (参照图7)相同。由此，在使阀芯60的计量面62的锥面部65的锥角Θ (参照图2)与比较例I的锥角Θ I (参照图6)相同的状态下，能够通过将计量面62的小径面部63的外径小径化为d2 (参照图2)来增大最小流量。另外，能够使阀芯60的计量面62的大径面部64的轴向长度与上述比较例I (参照图6)的轴向长度相同。
[0064]实施方式2
[0065]对实施方式2进行说明。由于本实施方式是将上述实施方式I的螺旋弹簧74变更而成的，因此，对其变更部分进行说明，省略重复的说明。图10是表示PCV阀的剖视图，图11是表示螺旋弹簧的侧视图。
[0066]如图10所示，本实施方式采用鼓型螺旋弹簧80 (参照图11)来替代上述实施方式1(参照图1和图3)的螺旋弹簧74。鼓型螺旋弹簧80的两端部的绕线部分(第I区域80a)的弹簧常数小于其中央部的绕线部分(第2区域80b)的弹簧常数。采用鼓型螺旋弹簧80，由于没有方向性，因此，也能够以前后颠倒的朝向配置在外壳42内。
[0067]实施方式3
[0068]对实施方式3进行说明。由于本实施方式是将上述实施方式I的螺旋弹簧74变更而成的，因此，对其变更部分进行说明，省略重复的说明。图12是表示PCV阀的剖视图，图13是表示螺旋弹簧的侧视图。
[0069]如图12所示，本实施方式采用桶型螺旋弹簧82 (参照图13)来替代上述实施方式1(参照图1和图3)的螺旋弹簧74。桶型螺旋弹簧82的中央部的绕线部分(第I区域82a)的弹簧常数小于两端部的绕线部分(第2区域82b)的弹簧常数。采用桶型螺旋弹簧82，由于没有方向性，因此，也能够以前后颠倒的朝向配置在外壳42内。
[0070]实施方式4
[0071]对实施方式4进行说明。由于本实施方式是将上述实施方式I的螺旋弹簧74变更而成的，因此，对其变更部分进行说明，省略重复的说明。图14是表示PCV阀的剖视图，图15是表示螺旋弹簧的侧视图。
[0072]如图14所示，本实施方式采用圆筒型螺距渐变螺旋弹簧84 (参照图15)来替代上述实施方式I (参照图1和图3)的螺旋弹簧74。圆筒型螺距渐变螺旋弹簧84的线材间的螺距从后端朝向前端去而逐渐变小，其弹簧常数从后端朝向前端去而逐渐变小。圆筒型螺距渐变螺旋弹簧84是具有随着压缩量的增加而弹簧常数连续地变大的非线形特性的螺旋弹黃。
[0073]本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行变更。例如，本发明并不限定于应用于PCV阀40，也能够应用于控制除窜漏气之外的流体流量的流量控制阀。另外，外壳42及/或阀芯60并不限于树脂制的，也可以是金属制的。
[0074]附图标记说明
[0075]10、窜漏气还原装置；12、发动机(内燃机)；40、PCV阀(流量控制阀)；42、外壳；44、计量部；51、流入口 ；52、流出口 ；60、阀芯；62、计量面；63、顶端侧的小径面部；64、基端侧的大径面部；65、锥面部；70、间隙；74、螺旋弹簧(圆筒型不等螺距螺旋弹簧、圆筒型两级螺距螺旋弹簧)；80、鼓型螺旋弹簧(螺旋弹簧)；82、桶型螺旋弹簧(螺旋弹簧)；84、圆筒型螺距渐变螺旋弹簧(螺旋弹簧)。
【权利要求】
1.一种流量控制阀，其包括: 外壳，其具有流入口和流出口 ； 阀芯，其以能够沿轴向往返运动的方式配置在上述外壳内；以及 螺旋弹簧，其用于对上述阀芯向流入口侧施力， 在上述外壳内形成有计量部， 在上述阀芯的顶端部分的外周面上形成有可插入到上述计量部内的计量面， 上述阀芯的计量面在顶端侧的小径面部与基端侧的大径面部之间具有从小径侧朝向大径侧去而逐渐扩径的锥面部， 通过上述阀芯与流入侧压力和流出侧压力之间的压力差相应地移动，控制在上述外壳的计量部与上述阀芯的计量面之间的间隙中流动的流体的流量，该流量控制阀的特征在于， 上述螺旋弹簧是具有随着压缩量的增加而弹簧常数阶段性或者连续地变大的非线形特性的螺旋弹簧。
2.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于， 上述螺旋弹簧具有至少两阶段的非线形特性， 上述螺旋弹簧的弹簧常数较小的区域至少与上述阀芯的包含计量面的锥面部在内的顶端侧部分相对于上述外壳的计量部的移动行程相对应。
3.根据权利要求1或2所述的流量控制阀，其特征在于， 上述螺旋弹簧是圆筒型不等螺距螺旋弹簧、鼓型螺旋弹簧、桶型螺旋弹簧中的任一个螺旋弹簧。
4.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于， 上述螺旋弹簧是弹簧常数连续地变化的圆筒型螺距渐变螺旋弹簧。
【文档编号】F16K17/24GK103629407SQ201310369446
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2012年8月22日
【发明者】藤木广, 增田峰士 申请人:爱三工业株式会社
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