JP2007064098A - 吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度の変化にともなう弁部材の緩みを防止する吸気装置を提供する。
【解決手段】 シャフト４０をバタフライ３０の筒部３１に挿入すると、シャフト４０の大径部４１は筒部３１の径方向内側へ圧縮される。そのため、シャフト４０の大径部４１は、筒部３１の内壁を径方向外側へ押し付ける弾性力を生じる。そのため、吸気装置の周囲の温度が高くなり、樹脂製のバタフライ３０の膨張などにより筒部３１における締め付け力が小さくなっても、シャフト４０は大径部４１の弾性力により筒部３１を径方向外側へ押し付ける。その結果、吸気装置の周囲の温度が高くても、バタフライ３０とシャフト４０とはシャフト４０の弾性力によって固定され、緩みやがたつきが生じることがない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの吸気装置に関し、特に吸気の流れを切り換える弁部材を備える吸気装置に関する。

従来、吸気の流れを切り換える弁部材を備える吸気装置が公知である（特許文献１参照）。特許文献１に開示されている吸気装置は、樹脂製の弁部材を金属製の軸部材によって回転駆動している。弁部材は、インテークマニホールドが形成する複数の吸気通路にそれぞれ設置されている。複数の弁部材は、一本の軸部材によって駆動される。樹脂製の弁部材には、例えば軸部材が圧入される。これにより、弁部材は、自身の弾性力によって軸部材に固定されている。

独国ＤＥ１９５０４２５６Ｃ２明細書

しかし、弁部材は樹脂で形成されているため、吸気装置が搭載されるエンジンの周囲の温度が上昇すると、樹脂製の弁部材は例えば膨張などにより寸法的な緩みが生じる。そのため、軸部材に対する弁部材の弾性力が低下し、軸部材と弁部材との間にがたつきが生じやすくなる。その結果、がたつきによって生じる弁部材とインテークマニホールドとの間の空気漏れにより、エンジンの出力低下を招く。また、エンジンで発生する吸気の脈動によって軸部材と弁部材との間に異常な振動を招き、弁部材の局所的な摩耗を生じるおそれがある。

そこで、本発明の目的は、温度の変化にともなう弁部材の緩みを防止する吸気装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、軸部材は弁部材の筒部の内側から径方向外側へ押し付ける弾性力を有している。すなわち、軸部材は、筒部の内側へ挿入されたとき、筒部を内側から外側へ向けて押し付ける。これにより、エンジンの周辺の温度変化によって弁部材の寸法が変化しても、弁部材と軸部材とは、弁部材の軸部材に対する締め付け力だけでなく、軸部材の弾性力によって固定される。したがって、温度変化にともなう弁部材と軸部材との緩みが防止され、緩みにともなう空気漏れ、およびエンジンの吸気脈動による弁部材の振動を防止することができる。これにより、エンジンの出力低下および弁部材の局所的な摩耗を低減することができる。

請求項２記載の発明では、軸部材の変形部は筒部の内部で径方向内側へ圧縮されている。すなわち、軸部材の変形部を筒部の内側へ挿入したとき、変形部が径方向内側へ圧縮される。これにより、変形部は、筒部を内側から径方向外側へ押し付ける力を発生する。その結果、軸部材は、筒部へ挿入することにより、筒部の径方向外側へ押し付ける弾性力を有する。したがって、温度変化にともなう弁部材と軸部材との緩みを防止することができる。

請求項３記載の発明では、軸部材は変形部を形成する大径部および小径部を有している。大径部は、軸部材が挿入される筒部の内径よりもやや大きい。そのため、軸部材を筒部に挿入することにより、大径部は筒部の径方向内側へ変形する。これとともに、変形した大径部は、筒部を径方向外側へ押し付ける。したがって、簡単な構造で温度変化にともなう弁部材と軸部材との緩みを防止することができる。

請求項４記載の発明では、軸部材は、筒部の内部に二つ以上の大径部を有している。筒部の内部における大径部の数が多くなるほど、大径部と筒部とが接する総面積が低減可能である。これにより、筒部の内周側に軸部材を挿入するときの接触抵抗は低減される。したがって、軸部材を筒部の内周側へ容易に挿入することができる。

請求項５記載の発明では、軸部材は波形状に形成されていてもよい。軸部材は、振幅すなわち波形状の山の頂点と谷の頂点との距離が筒部の内径よりもやや大きく形成されている。そのため、軸部材を筒部の内側に挿入したとき、波形状の軸部材は径方向内側へ変形する。すなわち、軸部材は、筒部の径方向内側へ圧縮される。これにより、軸部材は、筒部を内側から径方向外側へ押し付ける力を発生する。その結果、軸部材は、筒部へ挿入することにより、筒部の径方向外側へ押し付ける弾性力を有する。したがって、温度変化にともなう弁部材と軸部材との緩みを防止することができる。さらに、軸部材を波形状に形成することにより、軸部材と筒部とが接する総面積が低減される。これにより、筒部の内周側に軸部材を挿入するときの接触抵抗は低減される。したがって、軸部材を筒部の内周側へ容易に挿入することができる。

以下、本発明による吸気装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による吸気装置を図２および図３に示す。吸気装置１０は、例えば図示しないサージタンクの出口側に設置される。これにより、サージタンクに吸入された空気は、吸気装置１０へ流出する。

吸気装置１０は、インテークマニホールド１１、バルブユニット２０、およびシャフト４０を備えている。インテークマニホールド１１は、樹脂により形成され、四つの吸気通路１２を形成している。本実施形態の場合、吸気装置１０は、四気筒のエンジンに適用される。そのため、インテークマニホールド１１は、四つの吸気通路１２を有している。インテークマニホールド１１の吸気通路１２は、図示しないサージタンクとエンジンとを接続している。

バルブユニット２０は、インテークマニホールド１１の各吸気通路１２にそれぞれ収容されている。バルブユニット２０は、ハウジング２１および弁部材としてのバタフライ３０を有している。ハウジング２１は、筒状に形成され、内部に通路２２を形成している。本実施形態の場合、インテークマニホールド１１の吸気通路１２は吸気通路１２の軸に垂直な断面が略矩形状である。そのため、ハウジング２１は、吸気通路１２に垂直な断面が吸気通路１２に対応する略矩形状に形成されている。ハウジング２１は、インテークマニホールド１１が形成する吸気通路１２よりもやや小さく形成されている。

ハウジング２１は、内部にバタフライ３０を有している。バタフライ３０は、ハウジング２１の内部においてシャフト４０とともに回転可能である。バタフライ３０は、シャフト４０とともに回転することにより、ハウジング２１が形成する通路２２を開閉する。ハウジング２１およびバタフライ３０は、樹脂により形成されている。

バタフライ３０は、図１および図３に示すように筒部３１および翼部３２を有している。筒部３１は、図３に示すように通路２２が伸びる方向においてバタフライ３０の概ね中央部に設置されている。筒部３１は、図１に示すように翼部３２のシャフト４０軸方向の両端部から突出している。筒部３１は、図３に示すように内部にシャフト４０が貫く軸孔３３を有している。筒部３１は、ハウジング２１の支持孔２３に支持されている。筒部３１の外径は、支持孔２３の内径よりもやや小さい。これにより、バタフライ３０は、ハウジング２１の支持孔２３に回転可能に支持される。翼部３２は、筒部３１から径方向外側に伸びて形成されている。翼部３２は、筒部３１の径方向の両端部に設置されている。翼部３２は、筒部３１とともに回転する。翼部３２の面積は、ハウジング２１が形成する通路２２の断面積に近似している。これにより、バタフライ３０が回転することにより、ハウジング２１が形成する通路２２、すなわち吸気通路１２は開閉される。

シャフト４０は、例えばステンレスなどの金属で形成されている。シャフト４０は、図２に示すようにインテークマニホールド１１および各バルブユニット２０を貫いている。シャフト４０は、図１および図４に示すように軸方向へ大径部４１および小径部４２を交互に有している。大径部４１は、外径が筒部３１の内径よりもやや大きい。また、小径部４２は、外径が大径部４１および筒部３１の内径よりも小さい。大径部４１は、軸方向の長さがバタフライ３０の幅、すなわちシャフト４０の軸方向の長さとほぼ同一である。

シャフト４０は、各バタフライ３０の筒部３１の内側に挿入される。これにより、大径部４１は、筒部３１の径方向内側へ圧縮されつつ、筒部３１の内側へ挿入される。そのため、大径部４１は、筒部３１の内部で径方向内側へ変形する変形部を構成する。大径部４１は、内側に空間を形成している。これにより、大径部４１は、外側から力が加わると、内側へ容易にたわむ。大径部４１は、内側にたわむことにより、外側へ弾性力を生じる。したがって、シャフト４０を筒部３１の内側に挿入することにより、大径部４１は径方向内側へ圧縮されるとともに弾性力により径方向外側へ押す力を発生する。これにより、筒部３１に挿入された大径部４１は、筒部３１の内壁を径方向内側から外側へ押し付ける。

シャフト４０を筒部３１に挿入したとき、筒部３１はシャフト４０を径方向内側へ押し付けるとともに、シャフト４０は筒部３１を径方向外側へ押し付ける。そのため、吸気装置１０の周囲の温度が低く、樹脂製のバタフライ３０の筒部３１における締め付け力が大きいとき、バタフライ３０とシャフト４０とは筒部３１の締め付け力により固定される。一方、吸気装置１０の周囲の温度が高くなり、樹脂製のバタフライ３０の膨張などにより筒部３１における締め付け力が小さくなっても、シャフト４０は大径部４１の弾性力により筒部３１を径方向外側へ押し付ける。その結果、吸気装置１０の周囲の温度が高くても、バタフライ３０とシャフト４０とはシャフト４０の弾性力によって固定される。

上記の構成により、吸気装置１０の周囲の温度が上昇しても、バタフライ３０とシャフト４０との緩みおよびがたつきが防止される。したがって、バタフライ３０とシャフト４０との緩みあるいはがたつきによる吸気通路１２の空気の漏れを防止することができる。また、バタフライ３０とシャフト４０との緩みあるいはがたつきが防止されるため、吸気通路１２を流れる吸気に脈動が生じる場合でも、バタフライ３０の振動が防止される。したがって、バタフライ３０の振動にともなうバタフライ３０およびハウジング２１の局所的な摩耗を低減することができる。

シャフト４０は、例えば図５（Ａ）に示すように対称な形状を有する二つの部材４３を接合することにより形成することができる。また、図５（Ｂ）に示すように一本の部材４４を折り返すことにより、シャフト４０を形成してもよい。さらに、例えば板状の部材をプレスなどで打ち抜くことにより、シャフト４０を形成してもよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による吸気装置の要部を図６に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図６および図７に示すように、第２実施形態ではシャフト５０は第１実施形態と形状が異なっている。第２実施形態の場合、シャフト５０は第１実施形態と比較して多くの大径部５１を有している。大径部５１は、幅すなわちシャフト５０の軸方向の長さが筒部３１の約半分になっている。そのため、筒部３１には、二つの大径部５１が挿入される。すなわち、一つの筒部３１には、シャフト５０の二つの大径部５１が挿入される。隣り合う大径部５１の間には、小径部５２が位置している。

筒部３１に挿入される大径部５１の数を増して大径部５１の幅を低減することにより、大径部５１と筒部３１との接触面積が減少する。これにより、筒部３１にシャフト５０を挿入するとき、シャフト５０と筒部３１との接触抵抗が減少する。したがって、第２実施形態では、バタフライ３０の筒部３１にシャフト５０を容易に挿入することができる。

第２実施形態では、筒部３１に挿入される大径部５１の数を二つにする例について説明した。しかし、筒部３１には、三つ以上の大径部を挿入する構成としてもよい。
また、第１実施形態および第２実施形態では、大径部４１、５１が内側に多角形状の空間を形成する例について説明した。しかし、大径部４１、５１が形成する空間は、例えば長円形状や楕円形状など、大径部４１、５１が弾性力を生じる形状であれば任意の形状に設定することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による吸気装置の要部を図８に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図８に示すように、第３実施形態ではシャフト６０は波形状に形成されている。波形状のシャフト６０の振幅、すなわち波形状のシャフト６０の山の頂部から谷の底部までの距離Ａは、筒部３１の内径よりもやや大きい。そのため、シャフト６０を筒部３１に挿入するとき、シャフト６０は径方向内側へ変形する。

これにより、シャフト６０を筒部３１に挿入したとき、シャフト６０は筒部３１に挿入された全体が筒部３１の径方向内側へ圧縮される。シャフト６０は、内側へ圧縮されることにより、外側へ弾性力を生じる。したがって、シャフト６０を筒部３１の内側に挿入することにより、シャフト６０は径方向内側へ圧縮されるとともに弾性力により径方向外側へ押す力を発生する。その結果、筒部３１に挿入されたシャフト６０は、筒部３１の内壁を径方向内側から外側へ押し付ける。

第３実施形態では、バタフライ３０とシャフト６０との緩みを防止することができるとともに、シャフト６０と筒部３１とが接触する総面積が低減される。これにより、筒部３１の内周側にシャフト６０を挿入するときの接触抵抗は低減される。したがって、シャフト６０を筒部３１の内周側へ容易に挿入することができる。
なお、第３実施形態では、シャフト６０を曲線から構成される波形状に形成する例について説明した。しかし、シャフト６０は、直線から構成される波形状あるいは直線と曲線とを組み合わせて構成する波形状など、任意の波形状とすることができる。

以上説明した複数の実施形態では、筒部３１を中心に翼部３２を対称に有する、いわゆる両持ちタイプのバタフライ３０によって吸気通路１２を開閉する例について説明した。しかし、筒部３１から筒部３１の径方向の一方にのみ翼部３２が伸びる、いわゆる片持ちタイプのバタフライ３０によって吸気通路１２を開閉する構成としてもよい。
このように、複数の実施形態を用いて説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

図３のＩ−Ｉ線で切断した断面図である。 本発明の第１実施形態による吸気装置を示す概略斜視図である。 本発明の第１実施形態による吸気装置を示す概略図であって、シャフトに垂直な断面を示す断面図である。 本発明の第１実施形態による吸気装置のシャフトを示す概略斜視図である。 本発明の第１実施形態による吸気装置のシャフトを示す概略図であって、（Ａ）は二つの部材からシャフトを形成する例を示し、（Ｂ）は一つの部材を折り返してシャフトを形成する例を示す図である。 本発明の第２実施形態による吸気装置を示す図であって、図３のＩ−Ｉ線に対応する線で切断した断面図である。 本発明の第２実施形態による吸気装置のシャフトを示す概略斜視図である。 本発明の第３実施形態による吸気装置を示す図であって、（Ａ）は図３のＩ−Ｉ線に対応する線で切断した断面図であり、（Ｂ）はシャフトを示す概略斜視図である。

符号の説明

１０ 吸気装置、１１ インテークマニホールド、１２ 吸気通路、２１ ハウジング、２２ 通路、３０ バタフライ（弁部材）、３１ 筒部、３２ 翼部、４０、５０、６０ シャフト（軸部材）、４１、５１ 大径部（変形部）、４２、５２ 小径部

Claims (5)

1. 内部に通路を形成する筒状のハウジングと、
   筒部、および前記筒部から径方向外側へ伸びる翼部を有し、前記ハウジングの内部で回転して前記通路を開閉する弁部材と、
   複数の吸気通路を形成し、前記吸気通路にそれぞれ前記ハウジングおよび前記弁部材を収容するインテークマニホールドと、
   前記インテークマニホールドを前記吸気通路の軸と概ね垂直に貫き、複数の前記弁部材の各筒部に挿入され、前記筒部の内側から前記筒部を径方向外側へ押し付ける弾性力を有し、前記弁部材を回転可能に支持する軸部材と、
   を備える吸気装置。
2. 前記軸部材は、前記筒部の内部で径方向内側へ圧縮される変形部を有する請求項１記載の吸気装置。
3. 前記軸部材は、外径が前記筒部の内径よりもやや大きく前記変形部を形成する大径部、および前記筒部の内径よりも小さな小径部を有する請求項２記載の吸気装置。
4. 前記軸部材は、前記筒部の内部に二つ以上の前記大径部を有する請求項３記載の吸気装置。
5. 前記軸部材は、振幅が前記筒部の内径よりもやや大きな波形状に形成されている請求項１記載の吸気装置。

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