JP2007231789A - 吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットルバルブ全閉時の空気漏れ量を低減する内燃機関用吸気制御装置を提供すること。
【解決手段】空気量を調整するスロットルバルブ１２と、スロットルバルブと一体に回転するスロットルシャフト１３と、スロットルバルブに対向する内壁面を有しスロットルシャフトの軸受を有するスロットルボディ１１とを備えた吸気制御装置であって、スロットルバルブ１２は、上流側に回転する第１の外周縁と、下流側に回転する第２の外周縁とを有し、スロットルバルブの全閉時におけるスロットルシャフトから最も離れた第１の外周縁と第２の外周縁とに対向するスロットルボディの内壁面に、空気流れ方向に沿った径一定の所定長さ部を形成し、この所定長さ部の上流側のスロットルボディ１１の内壁面に、スロットルボディの中心軸に向け且つスロットルボディの軸受に向けた突状体２２を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は自動車や自動二輪車等に搭載される内燃機関における吸気装置に関するものである。

従来、内燃機関のスロットル制御装置において、円筒状のスロットルボディ本体（ボア）にスロットルシャフトを開口部横断方向に貫通し、スロットルシャフトに、スロットルボディ本体で形成される空気流路の横断面形状と略同形状のバタフライバルブ（スロットルバルブ）を固着し、モータ等の駆動手段によりスロットルシャフトを介してスロットルバルブを開閉して吸入空気量を調整するように構成されている。

この構成において、スロットルボディとスロットルバルブ間には、スロットルバルブの回転のための隙間が設けられている。このため、スロットルバルブ全閉時においても空気が流れるようになっている。近年、環境問題等から燃費低減が求められており、その中の一つとしてアイドリング回転時の燃費低減がある。そのためには全閉時の空気流量（漏れ量）を低減することが必要である。

この空気漏れ量を低減するために従来種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１では、スロットルバルブが吸気通路内に設けられ、全閉時のスロットルバルブと吸気通路の内壁面との間には隙間が形成されていて、スロットルバルブの外周端面に非付着性を有するコーティング膜を形成して、隙間へのデポジットの堆積を防ぎ、スロットルバルブの固着を防止して、隙間を狭くする構成が提案されている。これにより、スロットルバルブの全閉時における洩れ空気量を低減し、アイドル回転時の燃費を低減することができる。

また、特許文献２では、スロットルバルブを開閉して吸気通路を流れる空気を制御するスロットルバルブの下流側に低摩擦係数の物質を含有する塗布層を形成して隙間を減少させる方法が開示されている。さらに、特許文献３では、スロットルバルブの外周面とスロットルボディ内空気通路であるボアの壁面の両方に、ボアにおける空気の流れ方向Ｘに沿って直列をなす凹凸が設けられ、バルブがボアを全閉とする位置に配置されたとき、バルブの外周面とボアの壁面との間に、凹凸によりラビリンス流路が構成されることでスロットルバルブ全閉時の空気流量を低減する方法が示されている。
特開平８−１４０６９号公報 特開２０００−５４８５９号公報 特開２００５−２４０６１４号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に示すように、空気漏れ量の低減のためにボアの内部にコーティングを行う場合、コーティングや乾燥といった工程が必要になり、工程の増加を招いてしまう。また、スロットルボディとスロットルバルブとの隙間を小さくするために、金属製ボアの加工精度を高めることも行われているが、隙間を小さくし過ぎると燃焼生成物等が堆積してスロットルボディ内壁とスロットルバルブを固着させる恐れがあり、樹脂製のスロットルボディの場合、樹脂自体の加工時の収縮や環境による変形が生じる恐れがあり、寸法精度を高めることが困難である。

また、上記特許文献３に示すようにラビリンス流路を設ける場合も樹脂製のスロットルボディの場合、必要な加工精度を得られにくい恐れがある。

本発明の目的は、上述した課題を解決するために、コーティング等を行うことなく樹脂製スロットルボディにおいてもスロットルバルブ全閉時の空気漏れ量を低減する内燃機関用吸気装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は次のような構成を採用する。
内燃機関に吸入される空気量を調整するスロットルバルブと、前記スロットルバルブと一体に回転するスロットルシャフトと、前記スロットルバルブの外周縁に対向する内壁面を有するとともに前記スロットルシャフトを回転自在に支承する軸受を有するスロットルボディと、を少なくとも備えた内燃機関用吸気制御装置であって、
前記スロットルバルブは、前記スロットルシャフトを回転中心として、前記スロットルボディの上流側に向かって回転する第１の外周縁と、下流側に向かって回転する第２の外周縁とを有し、
前記スロットルバルブの全閉時における前記スロットルシャフトから最も離れた位置にある前記第１の外周縁と前記第２の外周縁とに対向する前記スロットルボディの内壁面に、空気流れ方向に沿った径一定の所定長さ部を形成し、
前記内壁面に形成された径一定の所定長さ部の空気流れ上流側のスロットルボディ内壁面に、前記スロットルボディの中心軸に向け且つ前記スロットルボディの前記軸受に向けた突状体を設ける構成とする。

また、前記内燃機関用吸気制御装置において、前記突状体は、前記スロットルボディの内壁面に沿った上流側からの空気流れが前記突状体によって前記スロットルボディの中心軸方向に向かうとともに、前記スロットルボディの前記軸受方向に向かうような略々角錐形状である構成とする。

また、前記内燃機関用吸気制御装置において、前記スロットルボディの内壁面に設けられた前記軸受向けの突状体は、前記第１の外周縁と前記第２の外周縁の各々に対向して、前記スロットルボディの中心軸から４５度の範囲内に形成される構成とする。

本発明によると、スロットルバルブよりも上流側のスロットルボディ内壁面に、空気の流れを不均一にする突状体を設けることにより、空気漏れ量を低減することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置について、図１〜図７を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置の概略構成を示す図である。図２は図１のＡ−Ａ線で切断した断面図であり、本実施形態に関するスロットルバルブとスロットルボディの一の断面図である。図３は図１のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、本実施形態に関するスロットルバルブとスロットルボディの他の断面図である。図４は図１の真上からみた平面図であり、本実施形態に関するスロットルバルブとスロットルボディの別の断面図である。図５は本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置の他の構成例を示す断面図である。図６は本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置の更に他の構成例を示す断面図である。図７は本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置の別の構成例を示す断面図である。

図面において、１は吸気制御装置、２は突状体のスロットルボディ中心軸への拡がり部、３は突状体のスロットルボディ内壁面に沿った拡がり部、４は突状体のスロットルボディ内壁面に沿った当接部、１１はスロットルボディ、１１ａ，１１ｂは分割スロットルボディ、１２はスロットルバルブ、１３はスロットルシャフト、１４はモータケース、１５はカバー、１６は軸受、２１は上流側、２２は突状体、２３は下流側、２４は空気の流れ、３１はスロットルボディ中心軸、をそれぞれ表す。

本実施形態に係る内燃機関用吸気制御装置は、スロットルバルブ全閉時の空気漏れ量を低減する構成を例示するものであるが、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内のものを含むものである。本実施形態に係る吸気制御装置は、図１に全体構造を示すように、スロットルボディ１１と、このスロットルボディ１１内に内燃機関への供給空気量を調節するスロットルバルブ１２と、このスロットルバルブ１２のシャフト部となるスロットルシャフト１３が備えられ、あるいは、スロットルバルブ１２とスロットルシャフト１３が一体形成で備えられ、スロットルシャフト１３はスロットルボディ１１に組み込まれた軸受１６（図２を参照）にて回転自在に支承される。

スロットルボディ１１の材料として、例えばアルミニウムやその合金等の金属類や、樹脂材料等が挙げられる。樹脂材料として、例えば耐熱性であるエンジニアリングプラスチックに充填材を添加したＰＢＴ、ＰＰＳ、ＰＰＡ、ＬＣＰ、ＰＥＩ、ＰＥＥＫ、ＰＡ等（これらはいずれもよく知られた樹脂材料）が挙げられる。充填材としては、補強を目的とした場合、繊維やビーズ状のガラスやカーボン等が好ましく、スロットルボディ１１の空気通路内に付着する水分、油分、水分または油分が空気中の塵や燃焼生成物と混在した付着物、をスロットルボディ１１に付着し難くするために、低表面エネルギの物質として、例えばＰＴＦＥ等（よく知られた物質）を添加することが好ましい。

スロットルバルブ１２やスロットルシャフト１３の材料として、例えば、アルミニウムやその合金，真鍮，鉄系材料や樹脂材料等が挙げられる。樹脂材料やその充填材としては前記スロットルボディと同様の種類が挙げられる。

スロットルボディ１１の側面には、スロットルボディ１１と一体に成型されるまたは別体として成型し組み付けられるモータケース１４内にスロットルシャフト１３を回転駆動するモータ（図示せず）と、このモータの回転をスロットルシャフト１３に伝達する歯車伝達機構（図示せず）と、スロットルバルブ１２とスロットルシャフト１３を全閉方向に付勢するばね（図示せず）と、スロットルバルブ１２の回転角度を検出するセンサ（図示せず）とがカバー１５内に備えられ、上記したこれらの構成要素と、アクセルペダルの踏み込み量に応じてモータに制御信号を出力すると同時にセンサからの出力信号に基づいてモータの回転を制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット：図示せず）とによって吸気制御装置が構成される。

通常、スロットルバルブ１２の外周縁とこれに対向するスロットルボディ１１との間には隙間があり、スロットルバルブ１２の全閉時にも空気が上流側２１から下流側２３へ流れる空気漏れが生じている。特に、スロットルシャフト１３の軸受１６から遠いスロットルバルブ１２の外周縁（スロットルシャフト１３に直交する仮想軸の外周縁：スロットルシャフトから最も離れた位置近傍にあるスロットルバルブの外周縁）に対向するスロットルボディ内壁面には、スロットルバルブ１２の変形による接触を防ぐために、軸受周辺よりも設計隙間を大きくしているため、この部分からの空気漏れが多い傾向がある。また、スロットルボディ１１を樹脂で成型した場合、熱膨張や収縮、水分による膨潤等によって変形が生じやすいため空気漏れ量が増加する恐れがある。

そこで、本実施形態においては、スロットルバルブ全閉時でのスロットルバルブ１２の外周縁の上流側で、スロットルボディ１１の空気通路内壁面に突状体２２を設けることを特徴の１つとしている。本実施形態に関するスロットルボディ内壁面に設けた突状体２２について、図１のＡ−Ａ方向に矢視した図２と、図１のＢ−Ｂ方向に矢視した図３と、図１の上流側から矢視した図４と、を用いて説明する。

スロットルボディ１１の空気通路内壁面に、上流側２１の開口部方向から下流側軸受方向に拡がりを有する突状体２２をスロットルボディ１１と一体に略三角形状に形成している。図２、図３及び図４に示す具体例によると、２は突状体のスロットルボディ中心軸への拡がり部（稜線）、３は突状体のスロットルボディ内壁面に沿った拡がり部（稜線）、４は突状体のスロットルボディ内壁面に沿った当接部、をそれぞれ表し、この符号２，３，４によって突状体２２が構成されている。

そして、スロットルボディ１１の内壁面に設けた突状体２２は、スロットルバルブ１２全閉時のスロットルバルブ外周縁よりも上流側に設置される。ここで、図２と図３に示すように、この突状体２２の下流側では、空気通路内壁面の径一定の範囲ｄが形成されている。径一定の範囲ｄとするのは、スロットルバルブ全閉時またはその近傍におけるバルブ外周縁と内壁面との適宜の隙間を形成できるように、また、内壁面の加工がしやすいように、との観点からである。

本実施形態の具体例では、スロットルバルブ１２とスロットルシャフト１３は樹脂材料にて一体に成型したが、スロットルバルブとスロットルシャフトを別に作成し、ねじ等により組み付けてもよい。その際、材料は同一でも異なっても構わない。

図３及び図４に示すように、この突状体２２はスロットルバルブ１２の回転動作を妨げない程度に、スロットルボディの中心軸３１に向かって突状になるような形状である。この突状体２２によって、上流側２１から吸入された空気の流れ２４が軸受１６方向、スロットルシャフト中央部方向に向かい、突状体２２を越えた空気流れの速度が低下するため、スロットルバルブ外周縁と径一定範囲ｄの内壁面との間の隙間の寸法精度を厳密設計しなくても（寸法精度をラフにしても）、スロットルバルブ全閉時の空気漏れ量を低減することができる。

また、図４に示すように、内壁面に沿った突状体３は、スロットルシャフト１３の軸受１６まで延びるのではなくて、スロットルシャフト１３の中心を通る直交軸を中心として精々４５度の範囲に形成する構成である。この構成の突状体を設ける意味は、スロットルボディの内壁面に流れる空気の流れを不均一にして空気漏れ量を低減することであり、また、スロットルシャフト１３から最も離れたスロットルバルブ１２の外周縁とスロットルボディの内壁面との隙間が、他の外周縁（軸受１６に近い方のスロットルバルブ外周縁）と内壁面との隙間と比べて、前述したように大きく形成されていることに因る（軸受１６に近い方の隙間はより少なく設計形成されているので、この部分からの空気漏れ量は元々少ない）。

上述したスロットルバルブの具体例はスロットルボディを一体成型したものを示したが、他の構成例として、図５に示すように軸受１６部分から二分割して二分割スロットボディ１１ａ，１１ｂを構成してもよい。スロットルボディを二分割にすることで、スロットルボディへの軸受やスロットルシャフト、スロットルバルブを容易に組み込むことができ、一体に成型した場合と同様にスロットルバルブ全閉時の空気漏れ量を低減することができる。

また、本実施形態に関するスロットルボディ内壁面における突状体２２の他の構成例として、図６に示すように、突状体２２をスロットルボディ１１の最小内径（図３に示す径一定の範囲ｄ）と同一の部位まで突部とする構成である。このように構成することによって、上流側から吸入された空気流の一部が軸受方向やスロットルボディ中心軸方向に向かうことによりスロットルバルブ全閉時の空気漏れ量を低減することができる。

また、本実施形態に係る吸気制御装置の別の構成例として、図７に示すように、突状体２２をスロットルバルブ１２の回転動作を妨げないように全閉時のスロットルバルブ外周縁に近づけて構成する。すなわち、図３に示す径一定の範囲ｄを図３に比べて短くするものである。突状体２２をスロットルバルブ１２の全閉位置近くに設置することにより、空気漏れ量をさらに低減することができる（突状体２２の頂部を越えた空気流れは殆ど軸受１６やスロットルボディ中心軸方向に向かうこととなり、この頂部を越えて回り込み隙間を通る空気流れは殆どないからである）。

以上説明したように、一般に寸法精度を要求される全閉時のスロットルバルブ外周縁（スロットルシャフトから最も離れた外周縁）に対向するスロットルボディ内壁面に隙間が生じると、空気の漏れ量が多くなってしまうが、本実施形態のように、全閉時スロットルバルブ上流側において、スロットルディ内壁面に突状体を設けることにより、樹脂材料等の変形しやすい材料であって、スロットルボディ内壁面とスロットルバルブ間の隙間が増加した場合においても、また、寸法精度を多少ラフにしても空気の漏れ量を低減することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置の概略構成を示す図である。 図１のＡ−Ａ線で切断した断面図であり、本実施形態に関するスロットルバルブとスロットルボディの一の断面図である。 図１のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、本実施形態に関するスロットルバルブとスロットルボディの他の断面図である。 図１の真上からみた平面図であり、本実施形態に関するスロットルバルブとスロットルボディの別の断面図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置の他の構成例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置の更に他の構成例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置の別の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１ 吸気制御装置
２ 突状体のスロットルボディ中心軸への拡がり部
３ 突状体のスロットルボディ内壁面に沿った拡がり部
４ 突状体のスロットルボディ内壁面に沿った当接部
１１ スロットルボディ
１１ａ，１１ｂ 分割スロットルボディ
１２ スロットルバルブ
１３ スロットルシャフト
１４ モータケース
１５ カバー
１６ 軸受
２１ 上流側
２２ 突状体
２３ 下流側
２４ 空気の流れ
３１ スロットルボディ中心軸

Claims (5)

1. 内燃機関に吸入される空気量を調整するスロットルバルブと、前記スロットルバルブと一体に回転するスロットルシャフトと、前記スロットルバルブの外周縁に対向する内壁面を有するとともに前記スロットルシャフトを回転自在に支承する軸受を有するスロットルボディと、を少なくとも備えた内燃機関用吸気制御装置であって、
   前記スロットルバルブは、前記スロットルシャフトを回転中心として、前記スロットルボディの上流側に向かって回転する第１の外周縁と、下流側に向かって回転する第２の外周縁とを有し、
   前記スロットルバルブの全閉時における前記スロットルシャフトから最も離れた位置にある前記第１の外周縁と前記第２の外周縁とに対向する前記スロットルボディの内壁面に、空気流れ方向に沿った径一定の所定長さ部を形成し、
   前記内壁面に形成された径一定の所定長さ部の空気流れ上流側のスロットルボディ内壁面に、前記スロットルボディの中心軸に向け且つ前記スロットルボディの前記軸受に向けた突状体を設ける
   ことを特徴とする内燃機関用吸気制御装置。
2. 請求項１において、
   前記突状体は、前記スロットルボディの内壁面に沿った上流側からの空気流れが前記突状体によって前記スロットルボディの中心軸方向に向かうとともに、前記スロットルボディの前記軸受方向に向かうような略々角錐形状である
   ことを特徴とする内燃機関用吸気制御装置。
3. 請求項１において、
   前記突状体は、前記径一定の所定長さ部を上流側に延在する延在部と、前記延在部の最上流側のステップ状段部とを有する形状である
   ことを特徴とする内燃機関用吸気制御装置。
4. 請求項１、２または３において、
   前記スロットルボディの内壁面に設けられた前記軸受向けの突状体は、前記第１の外周縁と前記第２の外周縁の各々に対向して、前記スロットルボディの中心軸から４５度の範囲内に形成される
   ことを特徴とする内燃機関用吸気制御装置。
5. 請求項１、２、３または４において、
   前記スロットルボディは、前記軸受の部位で二分割した分割スロットボディを組み合わせたものであることを特徴とする内燃機関用吸気制御装置。

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