JP2005155515A - スロットル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットルボディに、圧力センサを含むセンサユニットを取り付けたスロットル装置において、装置の小型化、構成部品の削減を図りつつ、吸気圧力を導く通路における気柱振動を防止する。
【解決手段】吸気通路１０ａを開閉する弁体３０を有しかつ吸気圧力を取り出すサンプリング通路１６が形成されたスロットルボディ１０、サンプリング通路１６に連通する圧力導入通路２１ｃ及び圧力導入通路を通して吸気圧力を検出する圧力センサ２２を含みスロットルボディに接合されるセンサユニット２０、を備え、センサユニット２０とスロットルボディ１０との接合領域に、サンプリング通路と圧力導入通路との間に介在するように所定の容積をもつ圧力室１７を形成した。これにより、装置を小型化しつつ、通路内で気柱振動を防止でき、吸気圧力を高精度に検出できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、二輪車、レジャービークル、自動車、その他の車両等に搭載されるエンジンの吸気通路を開閉する弁体を備えたスロットル装置に関し、特に、吸気通路内の圧力を検出する圧力センサを含むセンサユニットを、スロットルボディに一体的に組み付けたスロットル装置に関する。

内燃エンジンに適用される従来のスロットル装置としては、エンジンの吸気通路を形成すると共に弁体を回動自在に支持するスロットルボディに対して、圧力センサを固定し、弁体を迂回するバイパス通路、バイパス通路に連通すると共に圧力センサのセンサ部に吸気圧を導く圧力導入通路（サンプリング通路）、弁体の上流側においてバイパス通路の面積を調整するアジャスティングスクリュー、弁体の上流側においてバイパス通路に連通する新気導入通路等を形成し、ブローバイガス等の逆流による付着を防止しつつ、圧力導入通路により導かれた吸気圧力を検出するように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、吸気通路内の圧力を検出する従来の圧力センサとしては、吸気通路からセンサ部までを連通する圧力導入通路と、圧力導入通路の途中において拡大した空間をもつ圧力室とを、ケーシングにより一体的に形成し、圧力導入通路を伝わって侵入した水、ブローバイガス等を圧力室にて捕獲し、センサ部に付着するのを防止しつつ、圧力導入通路により導かれた吸気圧力を検出するように構成されたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−１２９９３５号公報 特開平９−１７８５９１号公報

ところで、上記従来のスロットル装置においては、圧力導入通路内の雰囲気が新気に曝され、センサ部へのブローバイガス等の付着は防止できても、圧力導入通路の途中に拡大した容積をもつ圧力室を備えていないため、エンジンが例えば高回転及び高負荷の運転状態にあるとき、圧力導入通路内で気柱振動を生じる虞がある。この気柱振動により、圧力センサの出力信号には、図１０に示すように、波形が小刻みに変化するような圧力変動が現れる。したがって、このような変動を伴なう圧力信号を用いると、エンジンを高精度に制御するのが困難になる。

また、上記従来の圧力センサにおいては、センサ部へ吸気圧力を導く圧力導入通路の途中に圧力室を設けているが、その圧力室はセンサのケーシングに一体的に設けられているため、センサ（ケーシング）が大型化し、特に、小型のスロットル装置等に採用するには好ましくない。

さらに、上記従来の圧力センサは、専ら圧力を検出するセンサ単体として使用されるものであり、その他のセンサ、例えば吸気温度を検出する温度センサあるいは弁体のスロットル開度を検出する開度センセ等、その他のセンサと一体的にモジュール化して使用されるものではないため、各々のセンサの配置をそれぞれ検討する必要があり、又、各々のセンサを個別に組付ける場合には、組み付け作業等が煩雑になり、生産性の低下を招く。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、専用の部品を用いることなく、部品点数の削減、装置の小型化を図りつつ、吸気圧力を取り出す（導く）通路内での気柱振動の発生を防止して吸気通路内の圧力を高精度に検出することができ、又、圧力センサ以外のセンサをも含むセンサユニットを形成して、組み付け作業の容易化、装置全体の小型化を図れるスロットル装置を提供することにある。

本発明のスロットル装置は、吸気通路を開閉する弁体を有しかつ吸気圧力を取り出すサンプリング通路が形成されたスロットルボディと、サンプリング通路に連通する圧力導入通路及び圧力導入通路を通して吸気圧力を検出する圧力センサを含みスロットルボディに接合されるセンサユニットと、を備えたスロットル装置であって、上記センサユニットとスロットルボディとの接合領域には、サンプリング通路と圧力導入通路との間に介在するように所定の容積をもつ圧力室が形成されている、構成となっている。
この構成によれば、吸気通路を流れる吸気の圧力は、サンプリング通路から圧力導入通路を経て、圧力センサにより検出される。この経路において、所定の容積をもつ圧力室が設けられているため、サンプリング通路あるいは圧力導入通路内で気柱振動等が発生するのを防止でき、吸気圧力を高精度に検出でき、それ故に、エンジンを高精度に制御することができる。
また、圧力室は、センサユニットとスロットルボディとの接合領域に形成されている（すなわち、両者の壁面により形成されている）ため、センサユニットをスロットルボディに接合するだけで圧力室を画定することができる。したがって、圧力室を形成するための専用の部品が不要であり、装置の低コスト化、小型化等を達成することができる。

上記構成において、圧力室は、スロットルボディに形成された窪みにより画定されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、スロットルボディに形成された窪み及びセンサユニットの壁面等により圧力室が形成されるため、センサユニットを小型化でき、又、センサユニットに圧力室を画定するスペースが取れない場合に有効である。

上記構成において、圧力室は、サンプリング通路を画定するパイプ部の周りに形成された環状の窪みにより画定されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、スロットルボディに形成された環状の窪み及びセンサユニットの壁面等により圧力室が形成されるため、センサユニットを小型化でき、又、センサユニットに圧力室を画定するスペースが取れない場合に有効であり、さらには、環状の窪みであるが故に、より大きい容積の圧力室を必要とする場合に有効である。

上記構成において、圧力室は、センサユニットに形成された窪みにより画定されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、センサユニットに形成された窪み及びスロットルボディの壁面等により圧力室が形成されるため、スロットルボディを薄肉化でき、又、スロットルボディに圧力室を画定するスペースが取れない場合に有効である。

上記構成において、圧力室は、スロットルボディ及びセンサユニットにそれぞれ形成された窪みにより画定されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、スロットルボディに形成された窪みとセンサユニットに形成された窪みとにより圧力室が形成されるため、装置全体としての小型化を達成しつつ、より大きい容積の圧力室を必要とする場合に有効である。

上記構成において、サンプリング通路又は圧力導入通路の途中には、所定の通路面積に絞る絞り部が設けられている、構成を採用することができる。
この構成によれば、吸気の圧力を導く通路の途中に絞り部を設けたことにより、吸気通路内の脈動が直接影響するのを確実に防止でき、又、ブローバイガス等が流れ込むのを防止できる。これにより、吸気圧力を高精度に検出できる。

上記構成において、センサユニットは、弁体の上流側の吸気温度を検出する温度センサと、弁体の下流側の吸気圧力を検出する上記圧力センサと、を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、圧力センサ及び温度センサが一体的にモジュール化されているため、従来のように各々のセンサを個別に取り扱う場合に比べて、管理コストを低減でき、取り扱いの煩雑さを解消でき、組み付け作業を簡略化でき、装置のコストを低減できる。

上記構成において、センサユニットは、弁体の開度を検出する開度センサを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、圧力センサ及び開度センサの二個のセンサ、又は、圧力センサ，温度センサ及び開度センサの三個のセンサが一体的にモジュール化されているため、各々のセンサを個別に取り扱う場合に比べて、前述同様に、管理コストを低減でき、取り扱いの煩雑さを解消でき、組み付け作業を簡略化でき、装置のコストを低減できる。

上記構成をなすスロットル装置においては、圧力センサを少なくとも含むセンサユニットとスロットルボディとの接合領域に、所定の容積をもつ圧力室を設けたことにより、吸気圧力を圧力センサに導く通路内で気柱振動等が発生するのを防止でき、吸気圧力を高精度に検出でき、それ故に、エンジンを高精度に制御することができる。
また、圧力室を、センサユニットとスロットルボディとの接合領域に形成するため、センサユニットをスロットルボディに接合するだけで圧力室を画定することができ、それ故に、圧力室を形成するための専用の部品を設ける必要がなく、装置の低コスト化、小型化等を達成することができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図４は、本発明に係るスロットル装置の一実施形態を示すものであり、図１は装置の外観図、図２はセンサユニットを接合面側から見た平面図、図３及び図４は装置の断面図である。尚、ここでは、二輪車に搭載される小排気量のエンジンに適用される電子制御用のスロットル装置を示す。

このスロットル装置は、図１ないし図４に示すように、吸気通路１０ａを形成するスロットルボディ１０、スロットルボディ１０に接合されてネジＳ等により固着されたセンサユニット２０、吸気通路１０ａを開閉するバタフライ式の弁体３０、弁体３０を保持するスロットルシャフト４０等により形成されている。尚、スロットルシャフト４０は、スロットルボディ１０に固定されたモータ（不図示）により回転駆動される。

スロットルボディ１０は、アルミ材料又は樹脂材料により形成されおり、図１に示すように、直線Ｌ方向に伸長する吸気通路１０ａを形成する筒状部１１、筒状部１１の両端に形成されエンジンの吸気管に接続される上流側連結部１２及び下流側連結部１３、スロットルシャフト４０を回動自在に支持する軸受孔１４、センサユニット２０を接合するフランジ部１５、吸気通路１０ａからフランジ部１５の接合面に開口するように形成されて吸気圧力を取り出すサンプリング通路１６、フランジ部１５の接合面に開口するように形成された圧力室としての円柱状の窪み１７、吸気通路１０ａからフランジ部１５の接合面に開口するように形成され後述する温度センサ２３を挿入する挿入孔１８、後述する開度センサ２４の可動部２４ａを収容する凹部１９等を備えている。

圧力室としての窪み１７は、サンプリング通路１６から圧力導入通路２１ｃまでの通路内において、エンジンの運転条件に応じて発生し得る気柱振動を打ち消す（防止する）役割をなすものであり、その作用が有効に働くように所望の容積に形成されている。
また、窪み１７（圧力室）は、フランジ部１５の接合面に開口するようにかつサンプリング通路１６と平行に又挿入孔１８とも平行に形成されているため、スロットルボディ１０を金型により成形した後に、サンプリング通路１６又は挿入孔１８と一緒にドリル等により容易に加工することができる。尚、窪み１７は、スロットルボディ１０を金型により成形する際に、抜き型により同時に成形してもよい。

センサユニット２０は、図２ないし図４に示すように、樹脂材料により外輪郭を画定するように形成されると共に一部に埋設用のエポキシ樹脂が充填されたケース２１、ケース２１に保持された圧力センサ２２、温度センサ２３、及び開度センサ２４のセンサ部２４ｂ、並びに電気接続用の端子２５等を備えている。

ケース２１は、図２ないし図４に示すように、（開度センサ２４の）センサ部２４ｂの周りに形成された環状凹部２１ａ、環状凹部２１ａを画定すると共にスロットルボディ１０の凹部１９に勘合される円筒状の嵌合部２１ｂ、サンプリング通路１６及び窪み１７に連通すると同時に圧力センサ２２のセンサ部２２ａに連通する圧力導入通路２１ｃ、ゴムシール５０を嵌め込むべく圧力導入通路２１ｃの周りに形成されたシール溝２１ｄ、温度センサ２３を保持すると共にスロットルボディ１０の挿入孔１８に挿入されるパイプ部２１ｅ、ゴムシール５０を嵌め込むべくパイプ部２１ｅの周りに形成されたシール溝２１ｆ、締結用のネジＳを通すネジ孔２１ｇ、端子２５を囲繞するコネクタ部２１ｈ等を備えている。

圧力センサ２２は、検出の対象となる吸気の圧力をダイヤフラム等のセンサ部２２ａ（受圧部）により検出するものである。したがって、吸気通路１０ａを流れる吸気圧力は、図３及び図４に示すように、スロットルボディ１０のサンプリング通路１６及びセンサユニット２０の圧力導入通路２１ｃを通して、センサ部２２ａに導かれ検出されるようになっている。

温度センサ２３は、図３に示すように、吸気の温度を検出するセンサ部２３ａ、センサ部２３ａから導出される配線２３ｂにより形成されている。センサ部２３ａは、ケース２１のパイプ部２１ｅに保持されて吸気通路１０ａの略中央領域に配置されており、流れる吸気に曝されるようになっている。尚、配線２３ｂは、ケース２１に埋設された回路基板上の配線に接続されている。

開度センサ２４は、図３に示すように、スロットルシャフト４０に固定された可動部２４ａ、センサユニット２０のケース２１に埋設されたセンサ部２４ｂにより形成されている。センサ部２４ｂは、ホール素子、磁束を通す一対のステータ等からなり、ケース２１の成形時に一体的に埋設される。ホール素子の配線は、回路基板上の配線に接続されている。可動部２４ａは、マグネットが埋設されて円筒状に形成され、スロットルシャフト４０と一体的に回動するようになっている。そして、可動部２４ａがセンサ部２４ｂに対して相対的に回動することにより、弁体３０の開度が非接触式にて検出されるようになっている。

ここで、圧力センサ２２と温度センサ２３とは、吸気通路１０ａの伸長方向Ｌ（吸気の流れ方向）において、開度センサ２４を挟むように配置されている。したがって、三個のセンサ２２，２３，２４を備えつつも、全体を集約化でき、センサユニット２０をコンパクト化できる。

上記構成をなすセンサユニット２０とスロットルボディ１０とは、嵌合部２１ｂが凹部１９に嵌合されると共にセンサ部２４ｂが可動部２４ａの内側に非接触にて位置付けられ、パイプ部２１ｅが挿入孔１８に挿入され、両者の接合面が接合されると、図３及び図４に示すように、サンプリング通路１６と窪み１７とが圧力導入通路２１ｃと連通して、窪み１７がサンプリング通路１６と圧力導入通路２１ｃとの間に介在する圧力室を画定した状態となる。

このように、圧力室（窪み１７）は、センサユニット２０とスロットルボディ１０との接合領域において、両者の壁面により画定されるため、センサユニット２０をスロットルボディ１０に接合するだけで圧力室を形成することができる。したがって、圧力室を形成するための専用部品が不要であり、装置のコストを低減でき、又、装置を小型化できる。

また、圧力室（窪み１７）を設けたことにより、図５に示すように、圧力センサ２２の出力信号において、従来のような小刻みに変化する波形はなく、圧力変動が解消されている。したがって、この圧力信号を用いると、エンジンを高精度に制御することができる。
ここでは、特に、窪み１７がスロットルボディ１０に形成されているため、センサユニット２０を小型化でき、又、センサユニット２０に圧力室を画定するスペースが取れないような場合に好ましい。

さらに、センサユニット２０が、圧力センサ２２及び温度センサ２３並びに開度センサ２４（センサ部２４ｂ）を一体的に保持するようにモジュール化されているため、従来のように各々のセンサを個別に取り扱う場合に比べて、管理コストが低減され、取り扱いの煩雑さが解消され、組み付け作業等も簡略化される。

図６は、本発明に係るスロットル装置の他の実施形態を示すものであり、前述の実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施形態において、スロットルボディ１０´には、フランジ部１５の接合面に開口するサンプリング通路１６ａ´を画定するパイプ部１６´が形成され、パイプ部１６´の周りにおいて、同様に接合面に開口する環状の窪み１７´が形成されている。ここで、環状の窪み１７´は、前述の実施形態における窪み１７に比べて、数倍の容積をもつように形成されている。

すなわち、この装置によれば、センサユニット２０がスロットルボディ１０´に接合されることで、パイプ部１６´（サンプリング通路１６ａ´）の周りに大容積の環状の圧力室（窪み１７´）が画定される。したがって、サンプリング通路１６ａ´及び圧力導入通路２１ｃにおける気柱振動を防止でき、吸気圧力を高精度に検出することができる。特に、圧力センサユニット２０を小型化しつつも、より大きい容積の圧力室を必要とする場合に好ましい。

図７は、本発明に係るスロットル装置のさらに他の実施形態を示すものであり、前述の実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施形態において、スロットルボディ１０´´には、フランジ部１５の接合面に開口するサンプリング通路１６´´が形成され、センサユニット２０´には、ケース２１´の接合面に開口すると共に圧力導入通路２１ｃに連通する窪み２１ｉ、圧力導入通路２１ｃ及び窪み２１ｉを取り囲むシール溝２１ｄ´が形成されている。

すなわち、この装置によれば、センサユニット２０´がスロットルボディ１０´´に接合されることで、センサユニット２０´（ケース２１´）に圧力室（窪み２１ｉ）が画定される。したがって、サンプリング通路１６´´及び圧力導入通路２１ｃにおける気柱振動を防止でき、吸気圧力を高精度に検出することができる。特に、スロットルボディ１０´´に圧力室を設けない分だけスロットルボディ１０´´を薄肉化でき、スロットルボディ１０´´に圧力室を画定するスペースが取れない場合に好ましい。

図８は、本発明に係るスロットル装置のさらに他の実施形態を示すものであり、前述の実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施形態において、スロットルボディ１０´´´には、フランジ部１５の接合面に開口するサンプリング通路１６´´´窪み１７´´´が形成され、センサユニット２０´には、ケース２１´の接合面に開口すると共に圧力導入通路２１ｃに連通する窪み２１ｉ、圧力導入通路２１ｃ及び窪み２１ｉを取り囲むシール溝２１ｄ´が形成されている。

すなわち、この装置によれば、センサユニット２０´がスロットルボディ１０´´´に接合されることで、窪み２１ｉと窪み１７´´´とがお互いに向かい合って連通し、スロットルボディ１０´´´とセンサユニット２０´（ケース２１´）との協働により圧力室（窪み１７´´´及び窪み２１ｉ）が画定される。したがって、サンプリング通路１６´´´及び圧力導入通路２１ｃにおける気柱振動を防止でき、吸気圧力を高精度に検出することができる。特に、装置全体としての小型化を達成しつつ、より大きい容積の圧力室を必要とする場合に好ましい。

図９は、本発明に係るスロットル装置のさらに他の実施形態を示すものであり、前述の図３及び図４に示す装置を一部変更したものである。したがって、前述の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施形態では、センサユニット２０´´のケース２１´´において、圧力導入通路２１ｃの途中に、通路面積を絞る絞り部２１ｊが設けられている。

すなわち、吸気の圧力を導く通路の途中（圧力導入通路２１ｃ）に絞り部２１ｊを設けたことにより、吸気通路１０ａ内の脈動が圧力センサ２２に直接影響するのを確実に防止でき、又、ブローバイガス等が流れ込むのを防止できる。これにより、吸気圧力を高精度に検出することができる。

上記実施形態においては、スロットル装置を、二輪車に搭載される小排気量のエンジンに適用する場合を示したが、これに限定されるものではなく、二輪車以外の車両に搭載されるエンジンに適用されてもよい。
上記実施形態においては、センサユニット２０，２０´，２０´´に設けるセンサとして、圧力センサ２２の他に、温度センサ２３及び開度センサ２４（センサ部２４ｂ）を示したが、圧力センサ２２のみを設ける構成、あるいは、圧力センサ２２の他に温度センサ２３又は開度センサ２４の一方を設ける構成において、本発明を採用してもよい。
さらに、上記実施形態においては、複数のセンサとして、圧力センサ２２の他に、温度センサ２２と開度センサ２４を示したが、それ以外の状態量を検出するセンサを一体的に設ける構成において、本発明を採用してもよい。

以上述べたように、本発明のスロットル装置は、エンジンの吸気通路を画定する部材に対して、圧力センサを少なくとも含むセンサユニットを取り付ける構成であれば、二輪車のエンジンに限らず、レジャービークル、自動車、その他の車両等に搭載されるエンジンにおいて有用であり、特に、電子制御システムを採用したスロットル装置において有用である。

本発明に係るスロットル装置の一実施形態を示す外観図である。 本発明に係るスロットル装置の一部をなすセンサユニットを示す平面図である。 図１中のＥ１−Ｅ１におけるスロットル装置の縦断面図である。 図１中のＥ２−Ｅ２におけるスロットル装置の縦断面図である。 本発明に係るスロットル装置の圧力センサにより検出された信号波形を示すグラフである。 本発明に係るスロットル装置の他の実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係るスロットル装置のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係るスロットル装置のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係るスロットル装置のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。 従来のスロットル装置の圧力センサにより検出された信号波形を示すグラフである。

符号の説明

１０，１０´，１０´´，１０´´´ スロットルボディ
１０ａ 吸気通路
１１ 筒状部
１２ 上流側連結部
１３ 下流側連結部
１４ 軸受孔
１５ フランジ部
１６，１６ａ´，１６´´，１６´´´ サンプリング通路
１６´ パイプ部
１７，１７´，１７´´´ 窪み（圧力室）
１８ 挿入孔
１９ 凹部
２０，２０´，２０´´ センサユニット
２１，２１´，２１´´ ケース
２１ａ 凹部
２１ｂ 嵌合部
２１ｃ 圧力導入通路
２１ｄ，２１ｄ´ シール溝
２１ｅ パイプ部
２１ｆ シール溝
２１ｇ ネジ孔
２１ｈ コネクタ部
２１ｉ 窪み（圧力室）
２１ｊ 絞り部
２２圧力センサ
２２ａ センサ部
２３ 温度センサ
２３ａ センサ部
２３ｂ 配線
２４ 開度センサ
２４ａ 可動部
２４ｂ センサ部
２５ 端子
３０ 弁体
４０ スロットルシャフト
５０ ゴムシール

Claims (8)

1. 吸気通路を開閉する弁体を有しかつ吸気圧力を取り出すサンプリング通路が形成されたスロットルボディと、前記サンプリング通路に連通する圧力導入通路及び前記圧力導入通路を通して吸気圧力を検出する圧力センサを含み前記スロットルボディに接合されるセンサユニットと、を備えたスロットル装置であって、
   前記センサユニットとスロットルボディとの接合領域には、前記サンプリング通路と圧力導入通路との間に介在するように所定の容積をもつ圧力室が形成されている、
   ことを特徴とするスロットル装置。
2. 前記圧力室は、前記スロットルボディに形成された窪みにより画定されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のスロットル装置。
3. 前記圧力室は、前記サンプリング通路を画定するパイプ部の周りに形成された環状の窪みにより画定されている、
   ことを特徴とする請求項２記載のスロットル装置。
4. 前記圧力室は、前記センサユニットに形成された窪みにより画定されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のスロットル装置。
5. 前記圧力室は、前記スロットルボディ及び前記センサユニットにそれぞれ形成された窪みにより画定されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のスロットル装置。
6. 前記サンプリング通路又は圧力導入通路の途中には、所定の通路面積に絞る絞り部が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載のスロットル装置。
7. 前記センサユニットは、前記弁体の上流側の吸気温度を検出する温度センサと、前記弁体の下流側の吸気圧力を検出する前記圧力センサと、を含む、
   ことを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載のスロットル装置。
8. 前記センサユニットは、前記弁体の開度を検出する開度センサを含む、
   ことを特徴とする請求項１ないし７いずれかに記載のスロットル装置。
   
   

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