JP2005291127A - 内燃機関用のスロットル弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットル弁５の全閉からアイドル最大開度までの範囲でスロットル弁５の外周部に対向する吸気通路４の壁面領域(以下、アイドル壁面領域という)に固形物が付着して、アイドル運転時の吸気量が減少することを効果的に防止できるようにする。
【解決手段】スロットル弁５の外周部に面取り部５ａを設ける。スロットル弁５に当たって径方向外方に流れる空気流に面取り部５ａで吸気通路４の軸方向の運動成分を与え、空気流に含まれる固形物が吸気通路４の壁面４ａに勢い良く衝突しないようにする。また、アイドル壁面領域に油付着防止剤７を塗布する。アイドル壁面領域への油分の付着を抑制し、油分の粘着力で固形物が壁面４ａに付着することを防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内部に内燃機関への吸気通路を形成したスロットルボディと、吸気通路内に配置され、スロットルボディに弁軸を介して回転自在に軸支される板状のスロットル弁とを備える内燃機関用のスロットル弁装置に関する。

内燃機関用のスロットル弁装置では、吸気通路の壁面やスロットル弁に機関からの吹き返しガスやＰＣＶガス等に含まれる油分が付着し、この油分に上記ガスに含まれるカーボンやエアクリーナを通過した塵等の固形物が付着混入してタール状化する。このようなタール状の付着物は高温では流動性を持つが、低温になると固化する。そして、スロットル弁のアイドル開度状態でスロットル弁の外周部と吸気通路の内壁面との間に形成される僅かな隙間で付着物が固化すると、スロットル弁の作動不良を生じてしまう。

そこで、従来、スロットル弁の外周寄りの部分を肉薄に形成すると共に、この部分にクロムメッキから成る付着防止皮膜を形成し、スロットル弁の外周部への付着物の固着を抑制するようにしたものが知られている(例えば、特許文献１参照)。

このものは、スロットル弁の作動不良の防止には有効であるが、吸気通路の内壁面への固形物の付着を防止することはできない。吸気通路の内壁面に固形物が付着すると、スロットル弁の開度と吸気量との関係がずれ、スロットル弁を通常のアイドル開度にしたままでは内燃機関のアイドル運転状態を維持できなくなる。そこで、機関回転数のフィードバックによりスロットル弁の開度を増加させて、アイドル運転状態を維持できるようにしている。この場合、安全性を考慮して、一般的に、内燃機関のアイドル運転状態を維持するためのスロットル弁の開度調節範囲の上限を設定している。そして、経年使用により吸気通路の壁面に固形物が多量に付着すると、スロットル弁をこの上限開度にまで開いてもアイドル運転状態を維持できなくなる。

また、従来、スロットル弁と吸気通路の内壁面との隙間を比較的大きく取ると共に、吸気通路の内壁面にこの隙間の埋めるように二硫化モリブデン等の潤滑性のある低摩擦係数の物質の塗布層を比較的厚く形成したものも知られている(例えば、特許文献２参照)。これによれば、スロットル弁の近傍に付着物が堆積しても、付着物は塗布層と共に剥離し、吸気量を確保することができる。然し、このものでは、固形物の付着そのものを抑制することは困難である。更に、付着物と共に塗布層が剥離するため、長期的には塗布層が薄くなって、付着物が剥離されなくなるといった不具合もある。
特公平７−４２８７０号公報 特許第３１９２３５５号公報

本発明は、以上の点に鑑み、吸気通路の壁面への固形物の付着を効果的に防止し、長期に亘って吸気量を確保できるようにした内燃機関用のスロットル弁装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、内部に内燃機関への吸気通路を形成したスロットルボディと、吸気通路内に配置され、スロットルボディに弁軸を介して回転自在に軸支される板状のスロットル弁とを備える内燃機関用のスロットル弁装置であって、スロットル弁の外周部に面取り部が設けられると共に、吸気通路の壁面に、油分の付着を抑制する油付着防止剤が塗布されていることを特徴とする。

スロットル弁の外周部に面取り部を設けると、スロットル弁に当たって径方向外方に流れる空気流に面取り部で吸気通路の軸方向の運動成分が与えられ、スロットル弁の外周部と吸気通路の壁面との間の隙間に流入する際の空気流の径方向運動成分が減少する。そのため、この隙間における吸気通路の壁面への固形物の衝突による付着が抑制される。然し、吸気通路の壁面に油分が付着していると、吸気通路の壁面に固形物が勢い良く衝突しなくても、油分の粘着力により固形物が吸気通路の壁面に付着してしまう。

本発明によれば、油付着防止剤により吸気通路の壁面への油分の付着が抑制される。従って、スロットル弁の外周部の面取り部により吸気通路の壁面への固形物の衝突が抑制されることと相俟って、吸気通路の壁面への固形物の付着が効果的に防止される。

尚、固形物の付着で問題になるのは、内燃機関のアイドル運転状態での吸気量の減少である。従って、内燃機関のアイドル運転状態を維持するために設定されたスロットル弁の開度調節範囲の上限をアイドル最大開度として、吸気通路の壁面のうち少なくともスロットル弁の全閉からアイドル最大開度までの範囲でスロットル弁の外周部に対向する領域に油付着防止剤が塗布されていることが望ましい。これによれば、固形物の付着による吸気量の減少でアイドル運転が不能になることを確実に防止できる。

図１は内燃機関用のスロットル弁装置を示している。このスロットル弁装置は、スロットルボディ１を備えている。スロットルボディ１の内部には、エアクリーナ(図示せず)に接続される入口２と内燃機関の吸気マニホルド(図示せず)に接続される出口３とを結ぶ吸気通路４が形成されている。

吸気通路４には、円形の板状のスロットル弁５が配置されている。スロットル弁５は、その所定の直径線上に固定した弁軸６を介してスロットルボディ１に回動自在に軸支される。そして、内燃機関用のコントローラで制御されるアクチュエータにより弁軸６を介してスロットル弁５を回動し、内燃機関への吸気量を制御する。コントローラは、内燃機関のアイドル運転時に、内燃機関の回転数が所定のアイドル回転数に維持されるように、スロットル弁５の開度を調節する。安全性を考慮して、アイドル運転状態を維持するためのスロットル弁５の開度調節範囲の上限(最大アイドル開度)が設定されており、アイドル運転状態では、スロットル弁５が最大アイドル開度を超えて開かれることはない。図１の２点鎖線はスロットル弁５が全閉であるときの状態を示し、実線はスロットル弁５が最大アイドル開度であるときの状態を示している。

スロットル弁５の全閉から最大アイドル開度までの範囲でスロットル弁５の外周部に対向する吸気通路４の壁面４ａの領域(以下、アイドル壁面領域という)に固形物が付着すると、スロットル弁５が最大アイドル開度に開かれても、吸気量不足でアイドル運転が不能になる可能性がある。

そこで、本実施形態では、図２に明示する如く、スロットル弁５の外周部に、空気の流れ方向上流側に位置させて、面取り部５ａを設けている。ここで、面取り部５ａの作用を図４を参照して説明する。図４(ａ)に示す如くスロットル弁５の外周部に面取り部を設けない場合は、上流側(エアクリーナ側)からの空気流がスロットル弁５に当たって径方向外方に流れ、スロットル弁５の外周部と吸気通路４の壁面４ａとの間の隙間に径方向の大きな運動成分を持った状態で空気が流入する。そして、この隙間の空気の流入部分において、空気流に含まれる固形物ａが吸気通路４の壁面４ａに衝突し、この部分に固形物ａが付着し易くなる。その結果、スロットル弁４の外周部と吸気通路４の壁面４ａとの間の隙間が狭められ、アイドル運転状態での吸気量が減少する。一方、図４(ｂ)に示す如くスロットル弁５の外周部に面取り部５ａを設けると、スロットル弁５に当たって径方向外方に流れる空気流に面取り部５ａで吸気通路４の軸方向の運動成分が与えられ、スロットル弁５の外周部と吸気通路４の壁面４ａとの間の隙間に流入する際の空気流の径方向運動成分が減少する。そのため、この隙間における吸気通路４の壁面４ａへの固形物ａの衝突による付着が抑制される。然し、これだけでは、吸気通路４の壁面４ａに固形物ａが多少は付着してしまう。その原因は、吸気通路４の壁面４ａに付着する油分であることが判明した。即ち、吸気通路４の壁面４ａに固形物ａが勢い良く衝突しなくても、油分の粘着力により固形物ａが吸気通路４の壁面４ａに付着してしまう。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、吸気通路４の壁面４ａに、油分の付着を抑制するシリコーン等の油付着防止剤７を塗布している。油付着防止剤７の塗布領域は、アイドル壁面領域に対応する図１にＷで示す軸方向範囲としている。尚、アイドル壁面領域外に亘って油付着防止剤７を塗布してもよいが、スロットル弁５の外周部がアイドル壁面領域から外れる状態ではスロットル弁５の開度が大きくなるため、壁面４ａに固形物は殆ど付着しなくなる。従って、油付着防止剤７の塗布領域をアイドル壁面領域に限定しても不具合は生じない。

また、油付着防止剤７の塗布は、スロットル弁５をスロットルボディ１に組み込む前に液体状の油付着防止剤７を吸気通路４の壁面４ａにスプレーし、乾燥させて油付着防止剤７の塗膜を形成することにより行う。この塗膜の厚さは、スロットル弁５の外周部との間の隙間が塗膜により狭められて吸気量の減少を生じないように、油分の付着防止効果を損なわない範囲で可及的に薄くする(例えば、１μｍ以内)。

上記の如く油付着防止剤７を塗布すると、アイドル壁面領域への油分の付着が抑制され、スロットル弁５の面取り部５ａによる壁面４ａへの固形物の衝突抑制効果と相俟って、アイドル壁面領域での固形物の付着が有効に防止される。従って、固形物の付着による吸気量の減少でアイドル運転が不能になることを確実に防止できる。

図３はスロットル弁５の開度に対する吸気流量の変化特性を示している。同図のＡ線は吸気通路４の壁面４ａに固形物が付着していない初期状態での特性、Ｂ線は、上記実施形態のスロットル装置を用い、固形物が付着しやすい運転状態で内燃機関を２４時間稼動した後の特性である。また、図４(ａ)に示した従来構造のスロットル弁装置を用い、固形物が付着しやすい運転状態で内燃機関を２４時間稼動した後の特性は図３のＣ線のようになった。流量Ｑ１は、アイドル運転時の吸気流量である。この流量Ｑ１を得るのに必要なスロットル弁５の開度(アイドル開度)は、初期状態ではθａ(例えば、２°)である。従来のスロットル弁装置を用いた場合、２４時間稼動後のアイドル開度はθｃ(例えば、５°)まで大幅に増加する。これに対し、本実施形態のスロットル弁装置を用いた場合は、２４時間稼動後のアイドル開度はθａより若干大きなθｂ(例えば、２．５°)に増加するものの、増加量は従来のスロットル弁装置に比し大幅に減少している。ここで、アイドル開度が増加するのはアイドル壁面領域に付着した固化物の影響であり、本実施形態のスロットル弁装置によれば、固化物の付着が有効に防止されることが分かる。

本発明の実施形態のスロットル弁装置の断面図。 図１のスロットル弁装置の要部の模式的な拡大断面図。 スロットル弁の開度に対する吸気流量の変化特性を示すグラフ。 (ａ)従来のスロットル弁装置の要部の拡大断面図、(ｂ)スロットル弁に面取り部を設けたスロットル弁装置の要部の拡大断面図。

符号の説明

１…スロットルボディ、４…吸気通路、４ａ…壁面、５…スロットル弁、５ａ…面取り部、６…弁軸、７…油付着防止剤。

Claims (2)

1. 内部に内燃機関への吸気通路を形成したスロットルボディと、前記吸気通路内に配置され、前記スロットルボディに弁軸を介して回転自在に軸支される板状のスロットル弁とを備える内燃機関用のスロットル弁装置において、
   前記スロットル弁の外周部に面取り部が設けられると共に、前記吸気通路の壁面に、油分の付着を抑制する油付着防止剤が塗布されていることを特徴とする内燃機関用のスロットル弁装置。
2. 前記内燃機関のアイドル運転状態を維持するために設定された前記スロットル弁の開度調節範囲の上限をアイドル最大開度として、前記吸気通路の壁面のうち少なくとも前記スロットル弁の全閉からアイドル最大開度までの範囲で前記スロットル弁の外周部に対向する領域に前記油付着防止剤が塗布されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用のスロットル弁装置。

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