JP2001295671A - 内燃機関の吸入空気量調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スロットル弁の開動作時に発生する気流騒音
を効果的に低減することのできる内燃機関の吸入空気量
調節装置を提供すること。 【解決手段】 本発明の吸入空気量調節装置は、内燃機
関の吸気通路上に配設されたスロットル弁８を備え、ス
ロットル弁８によって吸気通路の有効断面積を変更して
内燃機関の吸入空気量を調節するもので、スロットル弁
８が、吸気通路の有効断面積を変更するための開閉可能
な複数の遮蔽部８ａ，８ｂを有し、遮蔽部８ａ，８ｂの
少なくとも一つは、独立して開動作が可能とされている
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸入空
気量を調節する内燃機関の吸入空気量調節装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関は、吸入した空気と噴射された
燃料とを混合させた混合気を燃焼させることによって動
力を生み出す。内燃機関が出力する動力は、吸入空気量
や燃料噴射量を調節することによって制御できる。ここ
で、吸入空気量は、図４に示されるような、内燃機関の
吸気通路１００上に設けられたスロットル弁１０１によ
って調節されるのがごく一般的である。車輌などの場
合、スロットル弁は、運転者によるアクセルペダル操作
量（ペダルストローク量）に応じて、その開度が調節さ
れる。

【０００３】スロットル弁１０１が全閉状態から急激に
開かれるときには、吸気通路１００内に生じる急激な圧
力変化や乱流によって気流騒音が生じる。特に、スロッ
トル弁１０１が空気流に対抗して開かれる側で気流音が
顕著に発生する〔図４中Ａ部〕。このような騒音は、自
動車の車室内騒音の低減（静粛性の追求）上好ましくな
い。さらに、近年になってインテークマニフォールドが
樹脂化されるようになると、このような騒音の伝播や放
射がより顕著になる傾向もある。そこで、このような騒
音を低減する種々の方法が既に検討されている。

【０００４】このような騒音低減を目的としたスロット
ル弁として、特開平11-13500号公報に記載のものなどが
知られている。特開平11-13500号公報に記載されている
ものは、スロットル弁の急開時の圧力変化を緩和するた
めに、スロットル弁と吸気管内壁との隙間を流れる空気
流に抵抗を与える部材を配置させている。特開平11-135
00号公報には、空気流に抵抗を与える部材として、吸気
管の内部に金網を設けたり、吸気管内壁フィンやディン
プルを設けたりしている。このような部材によって吸入
空気の流速を低速化して流量を規制し、騒音の発生を抑
止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な手法では、フィンやディンプルの大きさの設定が異な
ると騒音を効果的に低減できない場合もあった。このよ
うなフィンやディンプルを予め複数準備して対応するこ
とも考えられるが、実用的でなく、構造的に非常に困難
である。そこで、より効果的に上述したような気流騒音
を低減するための装置が要望されていた。従って、本発
明の目的は、スロットル弁の開動作時に発生する気流騒
音を効果的に低減することのできる内燃機関の吸入空気
量調節装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関の吸入
空気量調節装置は、内燃機関の吸気通路上に配設された
スロットル弁を備え、スロットル弁によって吸気通路の
有効断面積を変更して内燃機関の吸入空気量を調節する
もので、スロットル弁が、吸気通路の有効断面積を変更
するための開閉可能な複数の遮蔽部を有し、遮蔽部の少
なくとも一つは、独立して開動作が可能とされているこ
とを特徴としている。

【０００７】本発明によれば、遮蔽部の少なくとも一つ
が独立して開動作を行えるため、この独立して開動作を
行える遮蔽部のみを開放してスロットル弁の上流側と下
流側との間の圧力変化を緩和してからスロットル弁全体
を開放することができる。スロットル弁の上流側と下流
側との間の圧力変化を緩和してから全体を開放できるの
で、圧力変化に伴う気流の急激な変化も抑止でき、気流
騒音を抑制することができる。

【０００８】ここで、独立して開動作が可能な少なくと
も一つの遮蔽部は、スロットル弁の全閉状態からの開動
作時に他の遮蔽部に先立って開放され、その開動作方向
が吸入空気の流れ方向とされていることが好ましい。こ
のようにすれば、他の遮蔽部に先立って、独立して開動
作を行える遮蔽部のみを吸入空気の流れ方向に開くので
吸入空気の流れの乱れを最小限にすることができ、気流
騒音の発生をより一層抑止することができる。特に、ス
ロットル弁の全閉状態からの開動作時には、気流が生じ
ていない状態から気流が発生する状態に移行するので気
流騒音が発生しやすい状況であるので、このように独立
して開かれる遮蔽部が吸入空気の流れ方向に開かれるこ
とが特に好ましい。

【０００９】また、ここで、スロットル弁が二枚の板状
の遮蔽部を有し、各遮蔽部は同一回転軸を中心にそれぞ
れ独立して回動可能とされており、スロットル弁の全閉
状態からの開動作時に、一方の遮蔽部が他方の遮蔽部に
先立って吸入空気の流れ方向に回動されることが好まし
い。このように各遮蔽部を同一回動軸を中心に回動させ
てスロットル弁を開くようにすれば、この回転軸に相当
する部分を吸気通路の外部に導出し、これを駆動すると
いう簡潔な構成によって上述したスロットル弁を駆動す
ることができる。また、このような構成とすれば、吸気
通路の内部と外部との間で気密を保持させる部位を極力
少なくできると共に、吸気通路内での吸気抵抗を極力小
さくすることもできる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の吸入空気量調節装置の一
実施形態について、図面を参照しつつ以下に説明する。
図１に、本実施形態の吸入空気量調節装置を有する内燃
機関の構成図を示す。なお、図１に示すエンジン（内燃
機関）１は、燃料をシリンダ２内に直接噴射する筒内噴
射型のエンジンであるが、インテークポート内に燃料を
噴射するタイプのエンジンなどに対しても本発明は適用
可能であり、燃料の供給方法は問わない。

【００１１】本実施形態の吸入空気量調節装置は、車輌
に搭載されたエンジン１に付随する装置である。エンジ
ン１は、図１に示されるように、点火プラグ３によって
各シリンダ２内の混合気に対して点火を行うことによっ
て駆動力を発生する。エンジン１の燃焼に際して、外部
から吸入した空気は吸気通路４を通り、シリンダ２内で
インジェクタ５から噴射された燃料と混合される。シリ
ンダ２の内部と吸気通路４との間は、吸気バルブによっ
て開閉される。シリンダ２の内部で燃焼された混合気
は、排気ガスとして排気通路６に排気される。シリンダ
２の内部と排気通路６との間は、排気バルブによって開
閉される。

【００１２】本実施形態の吸気通路４は、吸気管(イン
テークマニフォールドやスロットルボディを含む)７か
らエンジンブロックの内部にかけて形成されている。吸
気通路４上には、シリンダ２内に吸入される吸入空気量
を調節するスロットル弁８が配設されている。本実施形
態のスロットル弁８は、いわゆる電子制御スロットルで
あり、アクセルペダル１３のペダルストローク量を電気
的に検出し、この検出結果に基づいてスロットル弁８を
スロットル駆動部１０によって開閉するものである。ま
た、スロットル弁８には、そのスロットル弁の開度を検
出するスロットルポジションセンサ９が接続されてい
る。

【００１３】スロットルポジションセンサ９やスロット
ル駆動部１０は、エンジン１の運転を総合的に制御する
ＥＣＵ１１に接続されている。ＥＣＵ１１には、アクセ
ルポジションセンサ１２も接続されている。アクセルポ
ジションセンサ１２は、アクセルペダル１３のペダルス
トローク量を検出し、検出結果をＥＣＵ１１に送出して
いる。ＥＣＵ１１は、アクセルポジションセンサ１２の
検出結果やその他の情報をもとに、スロットル弁８の開
度や開速度を決定し、これに基づいてスロットル駆動部
１０を駆動する。

【００１４】スロットル駆動部１０の機構を、図２及び
図３に示す。なお、図２及び図３においては、吸気管７
などの図示は省略されている。

【００１５】スロットル弁８は、全体として吸気管７の
内径にほぼ等しい外径を有する円形の板状のもので、そ
の中央を境に二つの遮蔽部８ａ，８ｂに分割されてい
る。遮蔽部８ａ，８ｂが回動することによって吸気通路
の有効断面積が変更され、吸入空気量が調節される。一
方の遮蔽部８ａには円筒状の回動軸部８ｃが結合されて
おり、遮蔽部８ａはこの回動軸部８ｃの中心軸を中心に
して回動する。回動軸部８ｃの遮蔽部８ａが結合されて
いる部分は一部切り欠かれており、ここに他方の遮蔽部
８ｂが位置している。

【００１６】他方の遮蔽部８ｂには、棒状の回転軸部８
ｄが結合されている。この回転軸部８ｄは、上述した円
筒状の回転軸部８ｃの内部に挿入されており、遮蔽部８
ｂはこの回動軸部８ｄの中心軸を中心にして回動する。
筒状の回転軸部８ｃと棒状の回転軸部８ｄの中心軸は一
致するので、遮蔽部８ａ，８ｂは同一回転軸を中心に回
動することになる。円筒状の回転軸部８ｃには上述した
ように一部分が切り欠かれているので、他方の遮蔽部８
ｂと円筒状の回転軸部８ｃとが当接しない範囲で、これ
らの各遮蔽部８ａ，８ｂは独立して回動可能である。

【００１７】円筒状の回転軸部８ｃの端部は、円形のギ
ア１０ａの中心に結合されている。回転軸部８ｃの回転
軸とギア１０ａの回転軸とは一致しており、ギア１０ａ
が回転することによって遮蔽部８ａが回動される。一
方、棒状の回転軸部８ｄの端部は、円筒状の回転軸部８
ｃから突出された後に円形のギア１０ｂの中心に結合さ
れている。ギア１０ｂの半径r2は、ギア１０ａの半径r1
よりも小さくされている。回転軸部８ｄの回転軸とギア
１０ｂの回転軸とは一致しており、ギア１０ｂが回転す
ることによって遮蔽部８ｂが回動される。ギア１０ａと
ギア１０ｂとはそれぞれ独立して回転可能である。

【００１８】ギア１０ａはラック１０ｃと噛み合ってお
り、ギア１０ｂはラック１０ｄと噛み合う。ギア１０ａ
とラック１０ｃとは常に噛み合っているが、ギア１０ｂ
とラック１０ｄとはラック１０ｄの位置によっては噛み
合わない状態となる場合もある。ラック１０ｃとラック
１０ｄとは結合されており、常に一緒にスライドする。
このラック１０ｃ，１０ｄは、図示されない駆動源によ
って駆動される。この駆動源はＥＣＵ１１からの指令に
基づいて駆動される。これらのギア１０ａ，１０ｂ、ラ
ック１０ｃ，１０ｄ及び図示されない駆動源などによっ
てスロットル駆動部１０が構成されている。

【００１９】上述した機構のスロットル駆動部１０の挙
動について、スロットル弁８が全閉状態から開かれる場
合を例にして説明する。図２には、スロットル弁８が全
閉状態にあるときが示されている。このとき、ギア１０
ｂとラック１０ｄとはまだ噛み合っていない。この状態
から、図示されない駆動源によってラック１０ｃ，１０
ｄが図２中左下に移動されると、ギア１０ｂとラック１
０ｄとが噛み合うまでは、ラック１０ｃによってギア１
０ａのみが回転される。この結果、遮蔽部８ａのみが吸
入空気の流れ方向に回動される。

【００２０】次いで、遮蔽部８ａの開放角度θ[rad]が
所定角度θ1だけ回動されたところで、ギア１０ｂとラ
ック１０ｄとが噛み合い、これ以降は、ラック１０ｄに
よってギア１０ｂも回動される。この結果、遮蔽部８ｂ
は、吸入空気の流れ方向とは反対の方向に回動される。
このとき、遮蔽部８ａは回動動作を継続している。そし
て、スロットル弁８の全開時には、遮蔽部８ａ，８ｂの
双方が吸入空気の流れ方向に対して平行となる。スロッ
トルが閉じられるときは、上述した動作と逆の動作が行
われる。即ち、ラック１０ｃ，１０ｄが図２中右上方向
にスライドし、スロットル弁８が閉じられる。

【００２１】上述したように、スロットル弁８の全閉状
態からの開動作時には、まず遮蔽部８ａのみが開かれ、
遮蔽部８ａの開放角度θが所定角度θ1となってから遮
蔽部８ｂが開かれ始め、スロットル弁８の全開状態では
遮蔽部８ａ，８ｂが吸気方向に対して平行となる。この
ような動作を行うために必要なギア１０ａの半径r1とギ
ア１０ｂの半径r2との間の関係について説明する。

【００２２】遮蔽部８ａが所定角度θ1だけ開放される
間に、ラック１０ｃはθ1r1だけ移動している。この
後、遮蔽部８ａが全開状態となるまでに開かれる角度は
(π/2-θ1)であり、その間のラック１０ｃの移動距離は
(π/2-θ1)r1である。ラック１０ｃ，１０ｄは一体的に
移動するので、他方の遮蔽部８ｂは開放角度でπ/2開か
れると全開状態となる。ラック１０ｄとギア１０ｂに着
目して算出すれば、遮蔽部８ｂがπ/2だけ開放される間
のラック１０ｄの移動距離は(π/2)r2となる。従って、
式(π/2-θ1)r1=(π/2)r2が成立する。整理すれば、r2=
[1-(2/π)θ1]r1となる。r1とr2とがこの関係を維持し
ていれば、スロットル弁８の開動作初期に遮蔽部８ａの
みを開き、スロットル弁８の全開時に遮蔽部８ａ，８ｂ
の双方を同時に吸気方向に対して平行とすることができ
る。

【００２３】本実施形態の上述した機構を有する吸入空
気量調節装置においては、スロットル弁８が遮蔽部８
ａ，８ｂに二分割され、一方の遮蔽部８ａが独立して開
動作を行うことができる。このため、スロットル弁８を
開く際には、まず遮蔽部８ａのみを開いてスロットル弁
８の前後の圧力差を緩和し、その後に他方の遮蔽部８ｂ
を開くことによって、吸気通路内の急激な圧力変化によ
る気流の乱れを抑制し、気流騒音の発生を抑止すること
ができる。

【００２４】特に、この圧力変化が顕著となるスロット
ル弁８の全閉状態からの開動作時には、このように急激
な圧力変化を緩和して気流騒音の発生を抑止することは
特に効果的である。また、本実施形態においては、まず
最初に開かれる遮蔽部８ａの開方向が吸入空気の流れ方
向とされているので、吸入空気の流れをより一層乱しに
くく、気流騒音の発生をより一層抑止することができ
る。なお、他方の遮蔽部８ｂは吸入空気の流れとは反対
方向に開かれるが、この時点では遮蔽部８ａ側に吸入空
気の流路が確保されているので吸入空気の乱れは発生し
にくい。

【００２５】また、後から開かれる遮蔽部８ｂを吸入空
気の流れ方向に開かれるようにしてもよいことは言うま
でもない。例えば、ギア１０ｂとラック１０ｄの間にギ
アを一つ追加すれば、遮蔽部８ｂを吸入空気の流れ方向
に開くことが可能となる。さらに、本実施形態において
は、遮蔽部８ａ，８ｂの開放動作を、同一中心軸（回転
軸部８ｃ，８ｄ）を中心に回動させる機構によって実現
している。このようにすれば、吸気通路４の内部から回
転軸部８ｃ，８ｄを外部に導出するだけスロットル弁８
の駆動を行うことができ、吸気通路４の内部と外部との
間で気密を保持する部位を極力少なくできると共に、吸
気通路４内での吸気抵抗を極力小さくすることができ
る。

【００２６】なお、本発明の吸入空気量調節装置は、上
述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上
述した実施形態においては、ギア１０ａ，１０ｂとラッ
ク１０ｃ，１０ｄとによってスロットル弁８の駆動機構
を構成した。このようにすれば、ラック１０ｃ，１０ｄ
の単一の駆動源で駆動することによってスロットル弁８
の開閉を行えるので好ましいが、遮蔽部８ａと遮蔽部８
ｂとで別の駆動源（モータなど）を設け、両者を完全に
独立して駆動させてもよい。

【００２７】また、上述した実施形態においては、スロ
ットル弁８が電子制御スロットルであり、アクセルペダ
ル１３のペダルストローク量を電気的に検出し、この検
出結果に基づいてスロットル弁８をスロットル駆動部１
０によって開閉した。しかし、電子制御スロットルでは
なく、通常の機械式スロットルにも適用が可能である。
例えば、アクセルペダル１３とラック１０ｃ，１０ｄと
をワイヤーなどを用いて機械的に接続し、アクセルペダ
ル１３の踏み込み量に応じてラック１０ｃ，１０ｄをス
ライドさせればよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明の吸入空気量調節装置は、スロッ
トル弁が、吸気通路の有効断面積を変更するための開閉
可能な複数の遮蔽部を有し、遮蔽部の少なくとも一つ
は、独立して開動作が可能とされているので、この独立
して開閉可能な遮蔽部のみを開放してスロットル弁の上
流側と下流側との間の圧力変化を緩和してから、スロッ
トル弁全体を開放し、圧力変化に伴う気流の急激な変化
を抑止して気流騒音を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸入空気量調節装置の一実施形態を有
する内燃機関を示す断面図である。

【図２】本発明の吸入空気量調節装置の一実施形態の機
構を示す斜視図である。

【図３】図２に示される吸入空気量調節装置のスロット
ル弁回転軸を通る断面での断面図である。

【図４】従来のスロットル弁を示す断面図である。

【符号の説明】

１…エンジン（内燃機関）、４…吸気通路、８…スロッ
トル弁、８ａ，８ｂ…遮蔽部、８ｃ，８ｄ…回動軸部、
１０…スロットル駆動部、１０ａ，１０ｂ…ギア、１０
ｃ，１０ｄ…ラック。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G065 CA00 DA04 EA04 GA41 GA46 HA07 HA12 HA21 HA22 JA04 JA09 JA11 KA02 KA36 3G301 HA04 JA37 KA12 LA03 LB04 LC03 PA11Z PF03Z

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸気通路上に配設されたスロ
   ットル弁を備え、前記スロットル弁によって吸気通路の
   有効断面積を変更して前記内燃機関の吸入空気量を調節
   する内燃機関の吸入空気量調節装置において、 前記スロットル弁が、前記吸気通路の有効断面積を変更
   するための開閉可能な複数の遮蔽部を有し、 前記遮蔽部の少なくとも一つは、独立して開動作が可能
   とされていることを特徴とする内燃機関の吸入空気量調
   節装置。
2. 【請求項２】 独立して開動作が可能な少なくとも一つ
   の前記遮蔽部は、前記スロットル弁の全閉状態からの開
   動作時に他の前記遮蔽部に先立って開放され、その開動
   作方向が吸入空気の流れ方向とされていることを特徴と
   する請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量調節装置。
3. 【請求項３】 前記スロットル弁が二枚の板状の前記遮
   蔽部を有し、各遮蔽部は同一回転軸を中心にそれぞれ独
   立して回動可能とされており、 前記スロットル弁の全閉状態からの開動作時に、一方の
   前記遮蔽部が他方の前記遮蔽部に先立って吸入空気の流
   れ方向に回動されることを特徴とする請求項２に記載の
   内燃機関の吸入空気量調節装置。