JP2008190367A

JP2008190367A - 内燃機関用の電子制御スロットル装置

Info

Publication number: JP2008190367A
Application number: JP2007023634A
Authority: JP
Inventors: Masashi Tomose; 昌史伴瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】
スロットルバルブが樹脂で成形された車載エンジン用の電子制御スロットル装置において、スロットルバルブの強度，剛性を確保しようと、スロットルバルブの肉厚を厚くすると、スロットルバルブの投影面積が増加し、エンジンの出力が低下してしまう。
【解決手段】
エンジンへの吸入空気流量が最大となるスロットルバルブ全開位置で、空気が吸入空気の流れる方向に通過できる空気通路をスロットルバルブに設ける。
【効果】
スロットルバルブに前記空気通路を設けることで、通路面積分の開口面積が従来の樹脂スロットルバルブの仕様より増加し、エンジンの出力低下を防ぐ事ができる。
【選択図】図２

Description

本発明は車載用エンジンの吸入空気量を電気的に制御する電子制御スロットルボディに関するものであり、特にスロットルバルブやスロットルシャフトが樹脂材料によって形成された電子制御スロットル装置に関するものである。

スロットルボディ，スロットルシャフトやスロットルバルブを樹脂化した電子制御スロットル装置では圧力変動や温度変化といった劣化要因に対し耐性が低下し、応力変動による疲労破壊や熱劣化であるクリープ変形に対し製品寿命が短くなるという問題がある。

このような課題に対し、特開２００４−２５１２３８号公報記載のものではバルブの肉厚を厚くする等の形状変更により応力を低減することで克服することが提案されている。

特開２００４−２５１２３８号公報

前述のように強度及び剛性を向上させるために樹脂スロットルバルブを厚肉化するとスロットルシャフト径よりスロットルバルブ幅の方が大きくなる。

その為、スロットルバルブの投影面積が増加し、空気抵抗が増大することで、エンジンへの吸入空気流量が減少し、最大出力が低下するという新たな課題に直面することになる。

そこで本発明は、樹脂スロットルバルブを厚肉化し、強度及び剛性の向上を図るだけでは無く、スロットルバルブの投影面積の増加を可能な限り低減しエンジンの最大出力の低下を防ぐことを目的とした電子制御スロットル装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は、少なくともエンジンへの吸入空気流量が最大となるスロットルバルブ全開位置で、空気が吸入空気の流れる方向に通過できる通路をスロットルバルブに設けたことを特徴とする電子制御スロットル装置を提案する。

本発明のようにスロットルバルブに空気が通る通路を設けることで、樹脂製スロットルバルブの強度及び剛性を損なう事無く、エンジンの出力低下を防ぐ事ができ、また、空気通路設置により樹脂消費量も低減した低コストの電子制御スロットル装置を提供できる利点がある。

本発明の一実施例としてスロットルシャフトと一体成形されたスロットルバルブを有する電子制御スロットル装置の詳細について、以下図面に従い説明する。

図１，図２及び図３は、それぞれ本発明の実施例であるスロットルバルブ２の縦断面図、電子制御スロットル装置全体の横断面図及び空気通路を有するスロットルバルブ２の形状を示す。

本発明の対象である電子制御スロットル装置に関し説明する。

スロットルボディ１は空気通路を形成し、また各種構成部品を支持している。

スロットルバルブのシャフト部２Ｂは、滑り軸受４及び転がり軸受３によって支持されており、スロットルバルブ２が回転すると、ボア内壁１Ａ部の面積とスロットルバルブ２の投影面積の差が変化し、エンジンへの吸入空気流量が変化する仕様となっている。

ここでスロットルバルブ２は、従来別々の金属部品で構成されていたスロットルバルブ部２Ａとスロットルバルブのシャフト（回転シャフトとも呼ぶ）部２Ｂを樹脂で一体成形した部品である。

スロットルバルブ２のシャフト部２Ｂは、スロットルボディ１に支持されたモータ５の駆動力がモータギア６，中間ギア７及びスロットルギア８を介して伝達されることで回転する構成となっており、スロットルバルブ２の回転角はスロットルバルブ２のシャフト部２Ｂ先端に保持された角度検出センサの一部品であるロータ１３とギアカバー１１に保持されたロータ位置を検出するためのセンサ部によって検出される。センサ部は基板１２に取付けられている。

そして、コントロールユニットがエンジンへ最適な空気流量を供給するために基板１２により出力されるスロットルバルブ２の位置を検出しながらモータへ駆動信号を与えることで、スロットルバルブ２が回転し、吸入空気流量を制御する。基板１２は、ギアカバー１１の外部側から取付けられ、ふた１１Ａで覆われている。

上記は非接触式スロットルポジションセンサの構成を説明したが、本発明は角度検出装置の方式には依存せず、接触式スロットルポジションセンサであっても問題無い。

また、スロットルボディ１とスロットルギア８の間には、スロットルバルブ２が閉じる方向へ付勢力を与える為のリターンスプリング９と、モータ５無通電時にスロットルバルブ２をある開度に保持する為のデフォルトスプリング１０を有している。

次に、本発明の特徴である前記スロットルバルブ２は、図３に示す様に強度，剛性の向上を目的にスロットルバルブ２のバルブ部２Ａに膨らみを持った形状をし、さらに内部に空気が流れる空気通路２Ｃを有している。ここで、スロットルバルブ２は樹脂で成形されており、これによって、従来の金属材料では製作不可能であった前記形状のスロットルバルブ２の製作を可能にしている。

このスロットルバルブ２は前述のとおりバルブ部２Ａに膨らみを持った形状を有しているが、吸入空気は膨らみ部に沿って流れる為、エンジンへの吸入空気流量は膨らみ部の最大幅に依存し、結果としてエンジン出力低下を招く。

そこで本発明では、この課題を克服するためにスロットルバルブ２のバルブ部２Ａに空気通路２Ｃを設け、空気が流れる仕様とした。

この空気通路２Ｃは、スロットルバルブが図２に示すように全開点に位置した際に、スロットルバルブ部の投影面積を効率的に低減できる様に空気の流れと平行となるように設けている。

また、本図では空気通路２Ｃの数が５個且つ三角形状であるが、強度及び剛性が確保出来れば通路数，通路形状はどのような数量・形状でも同一効果を得ることができる。

図４は本発明の別の実施例である。実施例１に記載のスロットルバルブ２は空気通路
２Ｃをバルブ部２Ａの内部に設けたが、図４に示すようにバルブ部２Ａ表面上に空気流れ方向に延びるスリットのように設けても良く、この場合スリットの形状はどのような形状でもよい。このように空気通路２Ｃをバルブ部２Ａ表面上に設けることで、バルブの強度を保ちつつも、空気吸入時の空気抵抗を低減でき、エンジンの最大出力の低下を防ぐことができる。

図５，図６は本発明の別の実施例である。実施例１，実施例２記載のスロットルバルブ２において、図面で見てシャフト部２Ｂ中心軸より上側に空気通路２Ｃが設けられているが、図３，図４に示す形状では強度的に充分でない場合、図５，図６に示す様にバルブ部２Ａの図面で見て中心軸より下側にも膨らみを持った形状にし、下側にも空気通路２Ｃを設けても良い。本実施例により、更に強度を向上する為にスロットルバルブ２のバルブ部２Ａの厚さを厚くした場合でも空気抵抗の上昇を抑えられる。

図７，図８は本発明の別の実施例である。本発明におけるスロットルバルブ２のバルブ部２Ａが全閉時の外輪郭２Ｄ形状は、図７及び図８に示すような長円形状の形状にしても良い。外輪郭２Ｄを長円形状とする事で、同投影面積の真円形状のスロットルバルブ２と比較してバルブ回転中心からの回転半径が短くなり、スロットルバルブ２の開度が低開度領域での流量特性が改善される。

具体的には、低開度における増加角度あたりの増加流量が小さくなり、流量制御性が向上する。

図９は本発明の別の実施例である。本実施例におけるスロットルバルブ２のバルブ部
２Ａは全閉時の外輪郭２Ｄ形状が、図９に示すように中心より図面下側の部分だけにシャフト部２Ｂが形成されており、図面上側の部分には空気の流れに沿った５つの深い空気通路２Ｃとしての溝が形成されている。この空気通路２Ｃとしての溝はシャフト部２Ｂの上側半分の部分ではシャフト部２Ｂまで深くえぐるように形成されている。結果的にシャフト部２Ｂを形成する部分にも空気流路ができる。

その結果、全開時の空気流路断面積が大きくなり、流体抵抗が減る。又小中開度状態においては、スロットルバルブ２のバルブ部２Ａにおいて、空気の流れが空気通路２Ｃとしての溝で整流され、スロットルシャフトに余計な力を作用させることがない。

図１０は本発明のさらに別の実施例である。本実施例におけるスロットルバルブ２のバルブ部２Ａは全閉時の外輪郭２Ｄ形状が、図１０に示すようにシャフトの中心より図面上下の部分に空気の流れに沿った５つの深い空気通路２Ｃとしての溝が形成されている。この空気通路２Ｃとしての溝はシャフト部２Ｂまで深くえぐるように形成されている。結果的にシャフト部２Ｂを形成する部分にも多くの空気流路ができる。

その結果、全開時の空気流路断面積が大きくなり、流体抵抗が減る。又小中開度状態においては、スロットルバルブ２のバルブ部２Ａにおいて、空気の流れが空気通路２Ｃとしての溝で整流され、スロットルシャフトに余計な力を作用させることがない。特にバルブの表と裏で、空気の流れが類似した流れになるので、よりスロットルシャフトに余計な力を作用させることがない。

本発明は、内燃機関の空気量を制御するスロットル装置のバタフライバルブとして用いると好適であるが、それに限ることなく樹脂材製バタフライバルブとして流体の流量制御に広く利用できる。

本発明の実施例１における電子制御スロットル装置の、スロットルバルブシャフト付近の断面図。本発明の実施例１における電子制御スロットル装置の、バルブ全開状態での断面図。本発明の実施例１スロットルバルブシャフト単品説明図。本発明の実施例２スロットルバルブシャフト単品説明図。本発明の実施例３スロットルバルブシャフト単品説明図。本発明の実施例３スロットルバルブシャフト単品説明図。本発明の実施例４スロットルバルブシャフト鳥瞰図。本発明の実施例４における電子制御スロットル装置の、バルブ全開状態での断面図。本発明の実施例５スロットルバルブシャフト単品説明図。本発明の実施例６スロットルバルブシャフト単品説明図。

符号の説明

１スロットルボディ
１Ａスロットルボディボア内壁部
２スロットルバルブ
２Ａスロットルバルブのバルブ部
２Ｂスロットルバルブのシャフト部
２Ｃスロットルバルブの空気通路
２Ｄスロットルバルブの全閉時外輪郭
３転がり軸受
４滑り軸受
５モータ
６モータギア
７中間ギア
８スロットルギア
９リターンスプリング
１０デフォルトスプリング
１１ギアカバー
１２基板
１３ロータ

Claims

吸入空気が通過する通路を有した管形状のハウジングと、このハウジングに回転可能に支持されると共に前記通路を横切るように配置された回転シャフトと、この回転シャフトに固定され、回転シャフトの回転によってハウジング内通過空気量を調整するバタフライ弁型のスロットルバルブとで構成される内燃機関用電子制御スロットル装置において、前記回転シャフトとスロットルバルブは樹脂材料の射出成形によって形成されており、前記スロットルバルブには、前記回転シャフトをまたいで、前記スロットルバルブの上流から下流に向けて空気が通過する通路を設けたことを特徴とする内燃機関用電子制御スロットル装置。
請求項１に記載の内燃機関用電子制御スロットル装置において、前記通路がバルブ内部に複数個設けられていることを特徴とする内燃機関用電子制御スロットル装置。
請求項２記載の内燃機関用電子制御スロットル装置において、空気通路は、前記スロットルバルブが空気流量が最小となる全閉状態においてシャフト中心軸より上流側か下流側、もしくは両側にオフセットした部位に形成されていることを特徴とした内燃機関用電子制御スロットル装置。
請求項１に記載の内燃機関用電子制御スロットル装置において、前記通路は前記スロットルバルブ表面上に形成され、前記回転シャフトをまたいで延びる少なくとも一つのスリットとして設けられていることを特徴とする内燃機関用電子制御スロットル装置。
請求項４記載の内燃機関用電子制御スロットル装置において、バルブ全閉時の状態で上流側か下流側のどちらか若しくは両側のバルブ表面上に前記通路としての前記スリットが設けられていることを特徴とする内燃機関用電子制御スロットル装置。
請求項３および請求項５記載の内燃機関用電子制御スロットル装置において、前記スロットルバルブと前記回転シャフトが一体で成形されていることを特徴とした内燃機関用電子制御スロットル装置。
請求項１乃至６のいずれかに記載したものにおいて、前記通路が前記シャフトの直径より小さい部分にも形成されていることを特徴とした内燃機関用電子制御スロットル装置。