JP2005337206A - スロットルボデー - Google Patents

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俊之 増井
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Abstract

【課題】ボア部及びインテークマニホールド取付部の大きさを変更する場合であっても、スロットルボデーのその他の部分への設計変更を避けて、さらにはスロットルボデーのコンパクト化を図る。
【解決手段】ボア部11の一端側に設けられているインテークマニホールド取付部12を有するボデー本体10と、ボア部11に回動可能に支承されるスロットルシャフト30と、スロットルシャフト30の回動により吸気通路11aを開閉するバルブ体20と、スロットルシャフト30を減速ギヤ機構42を介して駆動する駆動モータ51と、減速ギヤ機構42を覆うギヤカバー18と、を備えるスロットルボデー1であって、駆動モータ51を、ボア部11及びインテークマニホールド取付部12から離間された位置に設け、該離間された位置はボア部11及びインテークマニホールド取付部12の大きさ変更が許容される位置とする。
【選択図】 図2

Description

本発明は、スロットルボデーに関する。特に、内燃機関の吸気通路の一部を形成して吸入空気量を制御するスロットルボデーに関する。
従来より、円筒形状の吸気通路が形成されたボア部と、そのボア部に回動可能に設けられて吸気通路を開閉するバルブ体とを備えるスロットルボデー(スロットルチャンバともいう。)が知られている。スロットルボデーにおいて、ボア部の上部(吸気通路の上流側)にはエアクリーナが接続され、ボア部の下部(吸気通路の下流側)にはインテークマニホールドが接続される。そして、吸気通路の上流側より下流側へ流れる吸気量をバルブ体の開閉によって制御する。
図9に従来のスロットルボデーの構造を示す。図9はバルブ体が全閉状態のスロットルボデーを示す横断面図である。
図9において、吸気通路11aは、その通路形成方向が紙面を貫く方向となるようにボア部11内に設けられており、スロットルシャフト30が左右方向にボア部11を貫通して配設され、軸受14によって回動可能に支承されている。また、スロットルシャフト30には円板形状のバルブ体20が二つの取付ボルト57によって固定されている。駆動モータ50からの駆動力は、モータピニオン54、カウンタギヤ41、及びスロットルギヤ31を有する減速ギヤ機構42によってスロットルシャフト30に伝えられてバルブ体20を回動させ、吸気通路11aを開閉する構造となっている。
ここで、駆動モータ50が格納されているモータハウジング17は、吸気通路11aの下流側に位置するインテークマニホールド(図示省略)にスロットルボデー1を取り付けるためのインテークマニホールド取付部12、及びボア部11に一体的に形成されている。また、ボデー本体10には減速ギヤ機構42を覆うためのギヤカバー18が取り付けられている。
特開2001−132495号公報(図1及び図3) 特開2001−303978号公報(図1)
しかし、スロットルボデー1は常に同じ規格のインテークマニホールドに取り付けられるとは限らない。例えば、インテークマニホールド取付部12の取付孔12aの配置が変更される等の、取付先のインテークマニホールドの仕様変更等に対してスロットルボデー1側が柔軟に対応できることが望まれている。
ところが、前述の構造では、ボア部11及びインテークマニホールド取付部12の大きさを変更しようとする場合、その両部位の大きさ変更だけでは済まなくなるという問題点がある。すなわち、前記両部位の大きさに加えてモータハウジング17やギヤカバー18の大きさまでも変更する必要がある。また、そのような変更に伴い駆動モータ50の位置も変更されることとなるため、カウンタギヤ41やスロットルギヤ31といった減速ギヤ機構42の配置の変更も余儀なくされる。
さらに、駆動モータ50がスロットルボデー1に占める空間は比較的大きいため(図9参照)、駆動モータ50の位置変更を許容するにしても駆動モータ50を配置できる位置が限られ、スロットルボデー1全体としてのコンパクト化が思うように図れないという問題点もある。
本発明は前述した従来の問題点を解決するために創案されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、ボア部及びインテークマニホールド取付部の大きさを変更する場合であっても、スロットルボデーのその他の部分への設計変更を避けて、さらにはスロットルボデーのコンパクト化を図ることにある。
上記課題を解決するための手段として、本発明は次の手段をとる。
第1の発明に係るスロットルボデーは次の手段をとる。すなわち、吸気通路を形成するボア部と、該ボア部の一端側に設けられているインテークマニホールド取付部と、を有するボデー本体と、前記ボア部に回動可能に支承されるスロットルシャフトと、該スロットルシャフトに一体的に設けられてその回動により前記吸気通路を開閉するバルブ体と、前記スロットルシャフトを減速ギヤ機構を介して駆動する駆動モータと、前記減速ギヤ機構を覆うギヤカバーと、を備えるスロットルボデーであって、前記駆動モータは、前記ボア部及びインテークマニホールド取付部から離間された位置に設けられており、該離間された位置は前記ボア部及びインテークマニホールド取付部の大きさ変更が許容される位置であることを特徴とする。
第1の発明によれば、ボア部及びインテークマニホールド取付部の大きさ変更があっても、スロットルボデーにおける駆動モータや減速ギヤ機構の配置を変更する必要がなくなる。したがって、ギヤカバーの設計変更が不要となり、スロットルボデーにおいて設計変更が必要になるのはボア部及びインテークマニホールド取付部のみで済む。
また、第2の発明に係るスロットルボデーは次の手段をとる。すなわち、第1の発明に係るスロットルボデーであって、前記駆動モータは、その駆動軸線が前記ボア部に支承されたスロットルシャフトの回動軸線と平行に配置された位置関係にあり、かつ、前記吸気通路の通路形成方向を含む同一平面内に配置された位置関係にあることを特徴とする。
第2の発明によれば、スロットルシャフトの回動軸線と駆動モータの駆動軸線が吸気通路の通路形成方向に並列とされるため、駆動モータ、減速ギヤ機構、及びスロットルシャフトを吸気通路の通路形成方向の直線上に並列に配置して構成することが可能となる。したがって、吸気通路を形成するボア部の一側面となるスロットルシャフトの一端側に、駆動モータ及び減速ギヤ機構をまとめることができるので、スロットルシャフトの一端側以外のボア部回りの側面が駆動モータに干渉されることがなくなる。
また、第3の発明に係るスロットルボデーは次の手段をとる。すなわち、第1又は第2の発明に係るスロットルボデーであって、前記駆動モータは、前記ギヤカバーにインサート成形されて取付けられていることを特徴とする。
第3の発明によれば、ギヤカバーの樹脂成形が駆動モータの取り付けを兼ねることになるため、取付ボルト等によって駆動モータをギヤカバーに締着する必要がなくなる。
また、第4の発明に係るスロットルボデーは次の手段をとる。すなわち、第1又は第2の発明に係るスロットルボデーであって、前記駆動モータは、前記ボデー本体に一体的に設けられたブラケットに取り付けられていることを特徴とする。
第4の発明によれば、駆動モータがボデー本体に対して強固に取り付けられるため、スロットルボデーの振動によって駆動モータの取り付けが緩むことがなくなる。
また、第5の発明に係るスロットルボデーは次の手段をとる。すなわち、第1から第4のいずれかの発明に係るスロットルボデーであって、前記駆動モータは、扁平モータであることを特徴とする。
第5の発明によれば、駆動モータの高さが相対的に低くなり、その高さが制約となって設計変更が制限を受けることがなくなる。したがって、駆動モータを配置する際の自由度が増し、スロットルボデー全体としてのコンパクト化を図ることが容易になる。
ここで、扁平モータについて定義しておく。
扁平モータとは、駆動中心軸方向の長さが短い駆動モータのことであり、フラットモータ(flat motor)と称することもある。本明細書では、駆動モータのうち、特に、そのモータの回転子(ロータ)の駆動中心軸方向の長さをL、駆動中心に対する直径をDとした場合に、L/Dの値が1/2以下のものと定義する。
また、第6の発明に係るスロットルボデーは次の手段をとる。すなわち、第1から第5のいずれかの発明に係るスロットルボデーであって、前記駆動モータは、直接大気に露出されていることを特徴とする。
第6の発明によれば、駆動モータは直接触れている大気によって冷却されるため、カバー等に覆われて駆動モータの放熱が妨げられるということがない。
本発明は上記手段をとることにより、次の効果を得ることができる。
第1の発明によれば、スロットルボデーを、その設計変更を最小限に抑えて、様々なインテークマニホールドの仕様に対応させることができる。
また、第2の発明によれば、ボア部回りの設計変更の自由度が大きくなる。
また、第3の発明によれば、スロットルボデーの製造工程を簡略化することができる。
また、第4の発明によれば、スロットルボデーの内燃機関の振動に対する耐性が大きくなる。
また、第5の発明によれば、内燃機関のコンパクト化に大きく貢献できる。
また、第6の発明によれば、スロットルボデーの設計において駆動モータの放熱を考慮しなくても、良好な放熱効果が得られる。
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
実施例1は図1から図3に示されている。図1は本実施例に係るスロットルボデーの平面図、図2は前記スロットルボデーを一部破断して示す正面図、図3は前記スロットルボデーのギヤカバーを外した状態を示す左側面図である。なお、本実施例において、前述した図9に示す従来構造の部品と対応する部品には同一符号を付して示している。
図1及び図2に示すように、電子制御式のスロットル制御装置に用いられるスロットルボデー1は、ボデー本体10に左側からギヤカバー18を嵌め込んだ構造をしている。
まず、ボデー本体10について説明する。
樹脂製のボデー本体10は、上下方向に貫通する方向にほぼ中空円筒状の吸気通路11aを形成するボア部11を有しており、図示しないが、ボア部11の上部(吸気通路11aの上流側)には、エアクリーナが接続され、ボア部11の下部(吸気通路11aの下流側)にはインテークマニホールドが接続される。そのため、ボア部11の下部側の一端にはインテークマニホールド取付部12が設けられており(図2参照)、インテークマニホールド取付部12の四角には取付孔12aが設けられている(図1参照)。
また、ボア部11には、吸気通路11aを横断面直径方向に貫通して棒状のスロットルシャフト30が回動可能に配設され、スロットルシャフト30は吸気通路11aにあたる部位においてバルブ体20と一体成形されている。ここで、スロットルシャフト30は、ボア部11の相対向する部位に一体成形されている軸受14によって支承されており、軸方向の一端30a(図1及び図2において右端)はその開口端面をプラグ16によって密封されて軸受ハウジング15内に格納されている。一方、スロットルシャフト30の他端30b(図1及び図2において左端)は減速ギヤ機構42に配設されている。減速ギヤ機構42は、モータハウジング17内に格納されている扁平モータ51の駆動力を受けてスロットルシャフト30を駆動させ、バルブ体20を開方向(図3に示す反時計回り方向)あるいはその逆方向(バルブ体20の閉方向)に回動させる構成となっている。
次に、ボア部11内に配設されているバルブ体20について詳述する。なお、図1及び図2はバルブ体20の全閉位置にある状態を示している。
バルブ体20は、回動軸となる金属製の棒状のスロットルシャフト30を所定の金型(成形型)にインサートして樹脂射出成形されたものである。この成形法により、スロットルシャフト30の周囲を覆うようにして一体的にシャフト被覆部21が形成される一方で、シャフト被覆部21から回動軸を挟んで両側には半円板部24が延設形成される。また、バルブ体20の回動軸方向両端部においては、回動軸回りの外側に向かって軸受当接部22が延設形成され、ボア部11に一体的に設けられている軸受14に当接している。
なお、バルブ体20の外周端面23及びそのボア部11側の当接面となるバルブシール面13には、バルブ体20が開く方向に拡径する傾斜面が設けられている。図1に良く示されているように、その傾斜面の角度は回動軸方向の中央部から両端部に向かって緩やかになるように変化がつけられている。樹脂製のバルブ体20及びボア部11が熱膨張により変形することがあっても、その傾斜面上に外周端面23がバルブシール面13上を摺動することによって良好な当接性が得られる構造となっている。
また、図2に良く示されているように、バルブ体20の表裏両面にはシャフト被覆部21から外周端面23に向かって下りスロープ状に延びるリブ25が、所定の間隔をもって平行に複数設けられている。このリブ25によって、半円板部24とシャフト被覆部21との接合が補強されている。
次に、図2及び図3に基づいて、扁平モータ51の駆動力が減速ギヤ機構42を介してスロットルシャフト30に伝えられる様子について詳述する。
まず、扁平モータ51は、その外形がモータ駆動軸53を中心軸とするほぼ円筒形状のモータケーシング52で形成されており、その底面(図2において右側面)には突出部52aが形成されている。
扁平モータ51は、その駆動軸線がスロットルシャフト30の回動軸線の直上部となる位置に配置されてモータハウジング17内に格納されている。モータハウジング17はボデー本体10上部のボア部11寄りにボデー本体10と一体的に形成されている。なお、図3に良く示されているように、扁平モータ51はモータケーシング52に設けられた取付フランジ58を介して、ボデー本体10に取付ボルト57によって4点で固定されている。扁平モータ51の駆動軸53には樹脂製のモータピニオン54が一体的に設けられており、その回動は減速ギヤ機構42に伝えられる。減速ギヤ機構42はモータピニオン54、カウンタギヤ41、及びスロットルギヤ31から構成されている。
カウンタギヤ41は、ギヤ径の異なる大径ギヤ部41aと小径ギヤ部41bを有し、ボデー本体10とギヤカバー18との間に設けられたカウンタシャフト40によって回動可能に支持されている。大径ギヤ部41aはモータピニオン54と噛合している一方、小径ギヤ部41bはスロットルギヤ31と噛合している。モータピニオン54、カウンタギヤ41、及びスロットルギヤ31の回動軸線は同一平面内に配置されており(図3参照)、モータピニオン54の回動がスロットルギヤ31に伝えられる構成となっている。
スロットルギヤ31は樹脂製の扇形ギヤから成り、スロットルシャフト30の左端30bに一体的に設けられている。スロットルギヤ31とボデー本体10との間には、スロットルシャフト30の軸方向回りにバックスプリング32が設けられている。バックスプリング32は、スロットルシャフト30の左端30bを覆う形状のスプリングガイド33によって位置ずれを生じない構成となっている。バックスプリング32は、常にスロットルギヤ31をバルブ体20の閉方向へ付勢している。
なお、本実施例においては、図9に示す従来技術と比べると明らかなように、バックスプリング32のピッチPを大きくとることができる(図2参照)。これは、扁平モータ51をスロットルシャフト30の回動軸線の直上部に配置したことによって、ボデー本体10においてボア部11とギヤカバー18との間に扁平モータ51が格納できるだけの空間を設ける必要が生じたことによる副次的な効果である。これによってバックスプリング32の動きの自由度が増し、バックスプリング32の作動ヒステリシス(バックスプリング32の伸縮再現のばらつき)が低減され、スロットルギヤ31の回動の信頼性が増すという効果がある。このような扁平モータ51が格納できるだけの空間を設けながらも、スロットルボデー1全体としてはコンパクトにまとまっていることも本実施例の特徴である。
次に、スロットルシャフト30の回動角に応じて電気的信号が出力される様子について説明する。
スロットルギヤ31には、図2に示すように、スロットルシャフト30の回動軸線と同一軸線上に位置するリング状の磁性材料から成るヨーク34が一体的に設けられている。ヨーク34の内周面には磁界を発生する一対の磁石35が一体化されている。ギヤカバー18の内側には磁気抵抗素子を内臓するセンサIC36を備えた回動角センサ37が配置されている。スロットルシャフト30の回動に伴ってヨーク34及び磁石35が回動し、その回動角を回動角センサ37が検知して、センサIC36の出力信号が出力される。その出力信号は、スロットルボデー1の外部に設けられている電気的制御手段(図示省略)によって処理されてスロットルシャフト30の回動角すなわちバルブ体20の開度制御に用いられる。
次に、ギヤカバー18について説明する。
樹脂製のギヤカバー18には、減速ギヤ機構42等を覆うための、スナップフィット手段、クリップ手段、又はネジ締結手段等によって、ボデー本体10に嵌め込まれる構造となっている。また、ギヤカバー18にはコネクタ部19が設けられており、外部コネクタ(図示省略)が接続可能となっている。また、コネクタ部19の内部には、図示はしないが、扁平モータ51につながる電気的ターミナルや回動角センサ37につながる電気的ターミナルが配置されている。
実施例2は図4に示されている。図4は本実施例に係るスロットルボデーの図2相当の正面図である。なお、本実施例は前記実施例1に係るスロットルボデー1のモータハウジング17の変更例を示すものであるから、前記実施例1と重複する説明は省略する。
本実施例に係るモータハウジング17は、扁平モータ51のモータケーシング52に形成されている突出部52aが大気にさらされるように、断面ほぼ円形状の開口部17aが設けられている。その開口部17aとモータケーシング52の突出部52aとが当接する部位にはOリング(オーリング)55が介在されており、モータケーシング52をボデー本体10のモータハウジング17に固定する役割を果たしている。
上記構造により、扁平モータ51に発生した熱は、モータハウジング17の開口部17aを通して大気中に放熱されるため、モータハウジング17内に熱がこもりにくくなり、扁平モータ51の冷却効率が増すというメリットがある。また、モータケーシング52とボデー本体10との固定が取付フランジ58の他に、Oリング55を介して開口部17aによっても行われるため、扁平モータ51の振動を低減できるというメリットもある。
実施例3は図5及び図6に示されている。図5は本実施例に係るスロットルボデーの平面図、図6は前記スロットルボデーのギヤカバーを外した状態を示す左側面図である。なお、本実施例は前記実施例1に係るスロットルボデー1のモータハウジング17及びギヤカバー18の変更例を示すものであるから、前記実施例1と重複する説明は省略する。
本実施例においては、扁平モータ51はギヤカバー18に対して左側面から一体的に取り付けられている。この扁平モータ51と一体化されたギヤカバー18は、ギヤカバー18を樹脂射出成形する際に、扁平モータ51のモータケーシング52のモータ駆動軸53が突出している側をインサートすることによって形成される。したがって、前記実施例1とは異なり、扁平モータ51を固定するために取付フランジ58を用いる必要がない。また、モータケーシング52の底面側すなわち突出部52aが形成されている側がギヤカバー18の左側面に露出されて配置されているため、扁平モータ51の大気中への放熱がモータケーシング52の側面側及び底面側において行われることから、その冷却効率は良好なものとなっている。
また、図6に示すように、減速ギヤ機構42を構成するモータピニオン54、カウンタギヤ41、及びスロットルギヤ31の中心軸の配置は、側面図上三角形を成すように寄せられて配置されている。この配置によって、減速ギヤ機構42のコンパクト化が図られ、ひいてはスロットルボデー1のコンパクト化が図られることとなる。
実施例4は図7及び図8に示されている。図7は本実施例に係るスロットルボデーの平面図、図8は前記スロットルボデーのギヤカバーを外した状態を示す左側面図である。なお、本実施例においては、扁平モータ51がギヤカバー18の左側面に露出されて配置されている点は前記実施例3と同様であるが、その固定方法としてブラケット56を用いている点が異なる。
図7に示すように、ギヤカバー18の左側面には扁平モータ51が通る程度の断面ほぼ円形状の開口部18aが穿設されている。一方、扁平モータ51の固定はボデー本体10に固定されているブラケット56によって行われている。
樹脂製あるいは金属製のブラケット56は、図7及び図8に示すように、そのモータケーシング取付面56bに直交する断面がほぼU字形状を成している。すなわち、U字形状の底面にあたるモータケーシング取付面56bが、ボデー本体10に取付ボルト57によって締着されるボデー本体取付面56aから所定の段差をもって延設されている。なお、ボデー本体取付面56aとモータケーシング取付面56bとの段差は、減速ギヤ機構42においてモータピニオン54の位置が確保されるだけの寸法である。
扁平モータ51のモータケーシング52は、ブラケット56のモータケーシング取付面56bに設けられた嵌合孔(図示省略)に、モータ駆動軸53が突出している側を嵌合、ネジ、又は接着等の締結手段によって固定される。そして、モータピニオン54が取り付けられたモータ駆動軸53が減速ギヤ機構42に配設される。
一方、ギヤカバー18には開口部18aが穿設されており、ギヤカバー18は、ボデー本体10に嵌め込まれる際にOリング55を介してブラケット56に固定される構成となっている。
本実施例では、扁平モータ51は、ブラケット56を介してボデー本体10にギヤカバー18から独立して固定されている。したがって、扁平モータ51の振動がギヤカバー18に伝わることがなく、扁平モータ51の振動対策上有利である。また、扁平モータ51のモータケーシング52が大気中に露出していることから、扁平モータ51の冷却効率上も有利である。
本発明の実施例1に係るスロットルボデーの平面図である。 本発明の実施例1に係るスロットルボデーを一部破断して示す正面図である。 本発明の実施例1に係るスロットルボデーのギヤカバーを外した状態を示す左側面図である。 本発明の実施例2に係るスロットルボデーを一部破断して示す正面図である。 本発明の実施例3に係るスロットルボデーを一部破断して示す平面図である。 本発明の実施例3に係るスロットルボデーのギヤカバーを外した状態を示す左側面図である。 本発明の実施例4に係るスロットルボデーを一部破断して示す平面図である。 本発明の実施例4に係るスロットルボデーのギヤカバーを外した状態を示す左側面図である。 バルブ体が全閉状態の従来のスロットルボデーを示す横断面図である。
符号の説明
1 スロットルボデー
10 ボデー本体
11 ボア部
11a 吸気通路
12 インテークマニホールド取付部
12a 取付孔
13 バルブシール面
14 軸受
15 軸受ハウジング
16 軸受プラグ
17 モータハウジング
17a モータハウジング開口部
18 ギヤカバー
18a ギヤカバー開口部
19 コネクタ部
20 バルブ体
21 シャフト被覆部
22 軸受当接部
23 外周端面
24 半円板部
25 リブ
30 スロットルシャフト
30a スロットルシャフト一端(右端)
30b スロットルシャフト他端(左端)
31 スロットルギヤ
32 バックスプリング
33 スプリングガイド
34 ヨーク
35 磁石
36 センサIC
37 回動角センサ
40 カウンタシャフト
41 カウンタギヤ
41a 大径ギヤ部
41b 小径ギヤ部
42 減速ギヤ機構
50 駆動モータ
51 扁平モータ
52 モータケーシング
52a モータケーシング突出部
53 モータ駆動軸
54 モータピニオン
55 Oリング(オーリング)
56 ブラケット
56a ボデー本体取付面
56b モータケーシング取付面
57 取付ボルト
58 取付フランジ
P バックスプリングピッチ

Claims (6)

  1. 吸気通路を形成するボア部と、該ボア部の一端側に設けられているインテークマニホールド取付部と、を有するボデー本体と、前記ボア部に回動可能に支承されるスロットルシャフトと、該スロットルシャフトに一体的に設けられてその回動により前記吸気通路を開閉するバルブ体と、前記スロットルシャフトを減速ギヤ機構を介して駆動する駆動モータと、前記減速ギヤ機構を覆うギヤカバーと、を備えるスロットルボデーであって、
    前記駆動モータは、前記ボア部及びインテークマニホールド取付部から離間された位置に設けられており、該離間された位置は前記ボア部及びインテークマニホールド取付部の大きさ変更が許容される位置であることを特徴とするスロットルボデー。
  2. 請求項1に記載のスロットルボデーであって、
    前記駆動モータは、その駆動軸線が前記ボア部に支承されたスロットルシャフトの回動軸線と平行に配置された位置関係にあり、かつ、前記吸気通路の通路形成方向を含む同一平面内に配置された位置関係にあることを特徴とするスロットルボデー。
  3. 請求項1又は2に記載のスロットルボデーであって、
    前記駆動モータは、前記ギヤカバーにインサート成形されて取り付けられていることを特徴とするスロットルボデー。
  4. 請求項1又は2に記載のスロットルボデーであって、
    前記駆動モータは、前記ボデー本体に一体的に設けられたブラケットに取り付けられていることを特徴とするスロットルボデー。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載のスロットルボデーであって、
    前記駆動モータは、扁平モータであることを特徴とするスロットルボデー。
  6. 請求項1から5のいずれかに記載のスロットルボデーであって、
    前記駆動モータは、直接大気に露出されていることを特徴とするスロットルボデー。
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