JP2010090825A - 内燃機関のスロットル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットルバルブ周辺における水分の付着及び凍結を抑制し、スロットルバルブの凍結による固着、氷塊の噛み込み、及びこれらに伴う作動不良を防止することができる内燃機関のスロットル装置を提供すること。
【解決手段】スロットル装置１は、エンジン（内燃機関）の吸気通路３を形成するスロットルボデー２と、スロットルボデー２の内側において吸気通路３を開閉するように回転軸４１を中心に回転可能に配設された板状のスロットルバルブ４とを有する。スロットルボデー２の内壁面２１のうち、スロットルバルブ４の閉状態においてスロットルバルブ４の外周端部４２が対向する対向内壁面２１１には、吸水性部材５が配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、スロットルバルブを開閉することによって内燃機関に対する吸気量を制御する内燃機関のスロットル装置に関する。

従来から、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブを開閉することにより、燃焼室に吸入される空気量（吸気量）を制御するスロットル装置が知られている。
スロットル装置では、使用環境によって吸気中に含まれる水分が冷却され、凝縮水となってスロットルバルブの周辺（吸気通路を形成するスロットルボデーの内壁面等）に付着する場合がある。そして、例えば内燃機関を停止させて低温（氷点下）となった場合には、その凝縮水（以下、適宜、単に水分ということもある）が凍結し、スロットルバルブが固着して作動不良を起こすという問題があった。

そこで、特許文献１では、スロットルバルブ周辺のスロットルボデーの内壁を、例えばフッ素樹脂、シリコン樹脂等の着氷力の低い材料で形成することにより、着氷した氷塊がスロットルバルブの回動を妨害することを防止するスロットル弁制御装置が提案されている。

特開平９−４９４４３号公報

しかしながら、上記の構造は、あくまで着氷した氷塊がスロットルボデーの内壁面より剥離し易くするものである。つまり、ストットルバルブの氷塊の噛み込みが問題となる部位での水分の凍結を抑制するものではない。そのため、特に、水分の凍結によって形成される氷塊が多い場合には、その氷塊によってスロットルバルブの噛み込みが生じ、作動不良を起こすおそれがある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、スロットルバルブ周辺における水分の付着及び凍結を抑制し、スロットルバルブの凍結による固着、氷塊の噛み込み、及びこれらに伴う作動不良を防止することができる内燃機関のスロットル装置を提供しようとするものである。

本発明は、内燃機関の吸気通路の一部を形成するスロットルボデーと、該スロットルボデーの内側において上記吸気通路を開閉するように回転軸を中心に回転可能に配設された板状のスロットルバルブとを有する内燃機関のスロットル装置において、
上記スロットルボデーの内壁面のうち、上記スロットルバルブの閉状態において該スロットルバルブの外周端部が対向する対向内壁面の少なくとも一部及び／又は該対向内壁面の上流側に位置する上流側内壁面の少なくとも一部には、吸水性部材が配設されていることを特徴とする内燃機関のスロットル装置にある（請求項１）。

本発明のスロットル装置は、水分を吸蔵する機能を有する吸水性部材が、上記スロットルボデーの上記対向内壁面の少なくとも一部、上記上流側内壁面の少なくとも一部、又はその両方に配設されている。そのため、上記吸気通路を流通する吸気中の水分が冷却されて凝縮水が発生した場合でも、上記スロットルバルブ周辺に存在する凝縮水は、上記吸水性部材に吸蔵される。これにより、上記スロットルバルブ周辺における凝縮水（水分）の付着、凍結、さらには凍結による氷塊の形成を抑制することができる。それ故、上記スロットルバルブが凝縮水（水分）の凍結によって固着したり、氷塊を噛み込んだり、これらに伴って作動不良を起こしたりすることを防止することができる。

また、上記スロットルボデーの上記上流側内壁面に上記吸水性部材を配設した場合には、上記の効果を特に有効に発揮することができる。すなわち、上記吸気通路内で発生した凝縮水の大半は、上記スロットルボデーの内壁面に沿って吸気の流通方向に（上流側から下流側へと）移動する。そのため、上記スロットルバルブの上流側に位置する上記上流側内壁面に上記吸水性部材を配設することにより、上記スロットルバルブの手前で凝縮水を上記吸水性部材に吸蔵させることができる。これにより、上記スロットルバルブ周辺における凝縮水（水分）の付着及び凍結をさらに抑制することができる。

このように、本発明によれば、スロットルバルブ周辺における水分の付着及び凍結を抑制し、スロットルバルブの凍結による固着、氷塊の噛み込み、及びこれらに伴う作動不良を防止することができる内燃機関のスロットル装置を提供することができる。

本発明において、上記スロットル装置は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関に採用することができる。
また、上記スロットルボデーの上記対向内壁面は、上記スロットルボデーの内壁面のうち、上記スロットルバルブの閉状態において該スロットルバルブの外周端部が対向する部分を含み、吸気の流通方向において上流側及び下流側にある程度の幅を持った領域のことをいう。
また、上記スロットルボデーの上記上流側内壁面は、上記スロットルボデーの内壁面のうち、上記対向内壁面の上流側に位置し、吸気の流通方向においてある程度の幅を持った領域のことをいう。

また、上記吸水性部材とは、水分を吸蔵する機能を有する材料である。そのため、例えば、上記スロットルボデー等の温度が低温の時には、上記吸気通路を流通する吸気中の水分が冷却されて発生した凝縮水は、上記吸水性部材に吸蔵される。また、上記吸水性部材に吸蔵された凝縮水は、例えば、上記スロットルボデー等の温度が高温の時には、水蒸気となって蒸発し、上記吸気通路に放出される。

また、上記吸水性部材は、上記スロットルボデーの上記対向内壁面のうち、水分が付着して凍結した場合に上記スロットルボデーの凍結による固着や氷塊の噛み込みが起こり易い部分に配設することが好ましい。
例えば、上記吸水性部材は、上記スロットルボデーの上記対向内壁面のうち、少なくとも上記スロットルバルブの外周端部における上記回転軸から最も離れた頂点部が対向する部分に配設されていることが好ましい（請求項２）。
すなわち、上記スロットルボデーの上記対向内壁面のうち、上記スロットルバルブの外周端部の頂点部が対向する部分は、水分が付着して凍結した場合に上記スロットルバルブの凍結による固着や氷塊の噛み込みが特に起こり易い。そのため、このような部分に上記吸水性部材を配設して水分の凍結を抑制することにより、上記の問題をより一層防止することができる。

また、上記吸水性部材は、上記スロットルボデーの上記対向内壁面全周に渡って配設されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記吸水性部材によって上記スロットルバルブ周辺における水分の付着及び凍結を十分に抑制することができる。これにより、上記スロットルバルブの凍結による固着、氷塊の噛み込み、及びこれらに伴う作動不良をより一層防止することができる。

また、内燃機関等のレイアウト上の都合により、上記スロットルボデー及びその前後において、吸気を下方から上方へ流通させるように上記スロットルボデーが配置される場合がある。このとき、内燃機関の運転時には、上記吸気通路の上流側で発生した凝縮水が吸気の流通方向に沿って上流側から上記スロットルボデーに至るが、内燃機関の停止時には、上記吸気通路の下流側から凝縮水が上記スロットルボデーに逆流する場合がある。
このような場合、上述のごとく、上記吸水性部材を上記スロットルボデーの上記対向内壁面全周に渡って配設することにより、上流側及び下流側の両方向から凝縮水が上記スロットルボデーに至っても、上記スロットルバルブ周辺における凝縮水の付着及び凍結を十分に抑制することができる。これにより、上記スロットルボデーのレイアウトに左右されず、本発明を採用することができる。

また、上記吸水性部材は、例えば、上記吸気通路に対して露出するように上記スロットルボデーの内壁面に埋設する構成とすることもできるし（後述する実施例１、２の図１、図２参照）、上記スロットルボデーの内壁面上に貼り付ける等して配設する構成とすることもできる。

また、上記吸水性部材は、多孔質体であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、いわゆる毛細管現象によって強い吸水性が得られるため、上記スロットルバルブ周辺における水分を上記吸水性部材に十分に吸蔵することができる。また、構造上、機能が劣化し難く、長期間の使用に適している。

また、上記吸水性部材は、金属であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記スロットルボデー側からの熱の伝達に有利である。そのため、内燃機関の温度が上昇した場合には、上記スロットルボデーを経由して熱が伝達され易く、上記吸水性部材に吸蔵された水分を短時間で蒸発させることができる。
なお、上記吸水性部材としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属を採用することができる。

また、上記スロットル装置において、温水によって上記スロットルボデーの冷却を防止するための温水加熱装置を配設する構成とすることもできる。このとき、上記温水加熱装置は、上記スロットルボデーにおいて、水分が付着して凍結した場合に上記スロットルバルブの凍結による固着や氷塊の噛み込みが起こり易い部分に配設することが好ましい。
この場合には、上記吸水性部材によって水分の付着及び凍結を抑制すると共に、上記温水加熱装置によって水分の凍結をさらに抑制することができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるスロットル装置について、図を用いて説明する。
本例のスロットル装置１は、図１に示すごとく、エンジン（内燃機関）の燃焼室に吸入される空気量（吸気量）を制御するためのものであり、吸気通路３の一部を形成する円筒状のスロットルボデー２とスロットルボデー２の内側において配設された円板状のバタフライ型のスロットルバルブ４とを有する。

同図に示すごとく、スロットルバルブ４は、スロットルボデー２に支持された回転軸４１を中心に回転可能に配設されている。また、スロットルバルブ４は、スロットルボデー２の内側において回転軸４１を中心に回転することにより、吸気通路３の開閉を行うことができるように構成されている。

また、スロットルバルブ４は、ステップモータ等のアクチュエータ（図示略）に接続されており、このアクチュエータによって回転駆動するように構成されている。アクチュエータは、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：エンジン用電子制御ユニット、図示略）から送られてくる信号によって制御できるように構成されている。

また、同図に示すごとく、スロットルバルブ４の閉状態においてその外周端部４２が対向するスロットルボデー２の内壁面２１である対向内壁面２１１の全周に渡って吸水性部材５が配設されている。吸水性部材５は、吸気通路３に対して露出するようにスロットルボデー２の内壁面２１に埋設されている。また、本例の吸水性部材５は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）よりなる多孔質体である。

ここで、スロットルバルブ４の閉状態とは、スロットルバルブ４の外周端部４２とスロットルボデー２の内壁面２１との間の距離が最小となり、吸気通路３を流通する吸気Ｇの流量が最小となる状態のことである（図１のスロットルバルブ４の実線部分の位置）。
また、対向内壁面２１１とは、スロットルボデー２の内壁面２１のうち、スロットルバルブ４の閉状態においてその外周端部４２が対向する部分を含み、吸気Ｇの流通方向において上流側及び下流側にある程度の幅を持った領域のことをいう。

次に、本例のスロットル装置１における作用効果について説明する。
吸気Ｇ中に含まれる水分が多く、吸気通路３の内壁面（スロットルボデー２の内壁面２１を含む）の温度が吸気温よりも低い状態では、凝縮水Ｗが発生する。そして、エンジン運転時においては、図１に示すごとく、吸気通路３を流通する吸気Ｇから発生した凝縮水Ｗは、主に吸気通路３の内壁面に沿って下流側に移動する。このとき、エンジン又はエンジンルーム内が十分に高温であれば、発生した凝縮水Ｗは、下流側へ移動中に蒸発する。

一方、低温環境下において、エンジンが低負荷運転状態の場合等では、発生した凝縮水Ｗが蒸発せずに、そのまま下流側へ移動し、スロットルボデー２のスロットルバルブ４周辺に至ることがある。しかしながら、この場合には、スロットルバルブ４周辺に至った凝縮水をスロットルボデー２の対向内壁面２１１に配設された吸水性部材５に吸蔵させることができる。これにより、スロットルバルブ４周辺における凝縮水Ｗの付着、凍結、さらには凍結による氷塊の形成を抑制することができる。それ故、スロットルバルブ４が凝縮水Ｗの凍結によって固着したり、氷塊を噛み込んだり、これらに伴って作動不良を起こしたりすることを防止することができる。

また、吸水性部材５内に凝縮水Ｗが存在する状態でエンジンを停止し、外気が低温（例えば０℃以下）となると、凝縮水Ｗが吸水性部材５内で凍結する。しかしながら、この場合においても、スロットルバルブ４とスロットルボデー２との間において凝縮水Ｗが凍結して氷塊が形成されることがないため、ストットルバルブ４の氷塊の噛み込みを防止することができる。
また、吸水性部材５によって一旦吸蔵された凝縮水Ｗは、エンジンが高負荷運転状態となり、スロットルボデー２の温度が上昇すると、水蒸気となって蒸発し、吸気通路３に放出される。

また、本例では、吸水性部材５は、水分を吸蔵する機能を有する多孔質体よりなる。そのため、スロットルボデー２の温度が低温の時には、吸気通路３を流通する吸気Ｇ中の水分が冷却されて発生した凝縮水Ｗは、吸水性部材５に吸蔵される。また、吸水性部材５に吸蔵された凝縮水Ｗは、スロットルボデー２の温度が高温の時には、水蒸気となって蒸発し、吸気通路３に放出される。この機能は、凝縮水Ｗを吸蔵する多孔質体の空孔が存在する限り維持され、構造上、信頼性が高い。

また、上記の効果は、従来の技術と比べても高いものである。すなわち、例えば、上述した特許文献１に示すごとく、スロットルバルブ周辺のスロットルボデーの内壁を例えばフッ素樹脂、シリコン樹脂等の着氷力の低い樹脂材料で形成した場合では、外気温程度の温度変化であっても、年単位の長期間繰り返されると、表面が劣化して微細なひび割れが発生する。そのため、着氷力が低いという作用が徐々に損なわれ、耐久性に問題が生じる。しかしながら、本例の吸水性部材５であれば、エンジンのメンテナンス期間に適合できる程度の長期間、凝縮水Ｗを吸蔵して放出する機能を十分に維持することができる。

また、吸水性部材５は、金属である。そのため、スロットルボデー２側からの熱の伝達に有利である。これにより、エンジンの温度が上昇した場合には、スロットルボデー２を経由して熱が伝達され易く、吸水性部材５に吸蔵された凝縮水Ｗを短時間で蒸発させることができる。

また、吸水性部材５は、スロットルボデー２の対向内壁面２１１全周に渡って配設されている。そのため、吸水性部材５によってスロットルバルブ４周辺における凝縮水Ｗの付着及び凍結を十分に抑制することができる。これにより、スロットルバルブ４の凍結による固着、氷塊の噛み込み、及びこれらに伴う作動不良をより一層防止することができる。

また、エンジンルーム内のレイアウト上の都合により、スロットルボデー２及びその前後において、吸気Ｇを下方から上方へ流通させるようにスロットルボデー２が配置される場合がある。このとき、エンジンの運転時には、吸気通路３の上流側で発生した凝縮水Ｗが吸気Ｇの流通方向に沿って上流側からスロットルボデー２に至るが、エンジンの停止時には、吸気通路３の下流側から凝縮水Ｗがスロットルボデー２に逆流する場合がある。
このような場合、上述のごとく、吸水性部材５をスロットルボデー２の対向内壁面２１１全周に渡って配設することにより、上流側及び下流側の両方向から凝縮水Ｗがスロットルボデー２に至っても、スロットルバルブ４周辺における凝縮水Ｗの付着及び凍結を十分に抑制することができる。これにより、スロットルボデー２のレイアウトに左右されず、本例の構造を採用することができる。

このように、本例によれば、スロットルバルブ４周辺における凝縮水Ｗの付着及び凍結を抑制し、スロットルバルブ４の凍結による固着、氷塊の噛み込み、及びこれらに伴う作動不良を防止することができるスロットル装置１を提供することができる。

なお、本例では、吸水性部材５を、スロットルボデー２の内壁面２１のうち、スロットルバルブ４の閉状態においてスロットルバルブ４の外周端部４２が対向する対向内壁面２１１に配設したが、その対向内壁面２１１の上流側に位置する上流側内壁面２１２（図１参照）に配設することもできる。また、対向内壁面２１１と上流側内壁面２１２との両方に配設することもできる。

スロットルボデー２の上流側内壁面２１２に吸水性部材５を配設した場合には、以下の効果が期待できる。すなわち、吸気通路３内で発生した凝縮水Ｗの大半は、スロットルボデー２の内壁面２１に沿って吸気Ｇの流通方向に（上流側から下流側へと）移動する。そのため、スロットルバルブ４の上流側に位置する上流側内壁面２１２に吸水性部材５を配設することにより、スロットルバルブ４の手前で凝縮水Ｗを吸水性部材５に吸蔵させることができる。これにより、スロットルバルブ４周辺における凝縮水Ｗの付着及び凍結をさらに抑制することができる。

（実施例２）
本例は、図２に示すごとく、実施例１のスロットル装置１にスロットルボデー２の冷却を防止するための温水加熱装置６を配設した例である。
本例のスロットル装置１は、同図に示すごとく、温水加熱装置６が備えられている。温水加熱装置６は、スロットルボデー２の内部において周方向に配設され、温水を流通させてスロットルボデー２の冷却を防止するための温水通路６１を有している。

温水通路６１は、スロットルバルブ４の閉状態においてその外周端部４２が対向するスロットルボデー２の対向内壁面２１１、すなわち吸水性部材５が配設されている位置に対応して配設されている。本例では、温水通路６１には、エンジンのシリンダブロック及びシリンダヘッドのウォータジャケットを通過し、加熱されたエンジン冷却水（温水）が供給される。
その他は、実施例１と同様の構成である。

次に、本例の作用効果について説明する。
本例では、温水加熱装置６によってスロットルボデー２の温度を高く保つことにより、スロットルボデー２付近での凝縮水Ｗの発生量を低減することができる。これにより、吸水性部材５によって凝縮水Ｗの付着及び凍結を抑制すると共に、温水加熱装置６によって凝縮水Ｗの凍結をさらに抑制することができる。

また、例えば、極低温下（例えば−２０℃以下）では、エンジン運転中においても、スロットルボデー２よりも上流側の樹脂製パイプよりなる吸気通路３内で発生した凝縮水Ｗが金属製のスロットルボデー２に至り、凍結する場合がある。このような環境下においても、スロットルボデー２を温水加熱装置６の温水通路６１に供給されるエンジン冷却水（温水）によって加熱することで、スロットルボデー２における凝縮水Ｗの凍結を抑制することができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

実施例１における、スロットル装置の構造を示す説明図。 実施例２における、温水加熱装置を備えたスロットル装置の構造を示す説明図。

符号の説明

１ スロットル装置
２ スロットルボデー
２１ 内壁面
２１１ 対向内壁面
３ 吸気通路
４ スロットルバルブ
４１ 回転軸
４２ 外周端部
５ 吸水性部材

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気通路の一部を形成するスロットルボデーと、該スロットルボデーの内側において上記吸気通路を開閉するように回転軸を中心に回転可能に配設された板状のスロットルバルブとを有する内燃機関のスロットル装置において、
   上記スロットルボデーの内壁面のうち、上記スロットルバルブの閉状態において該スロットルバルブの外周端部が対向する対向内壁面の少なくとも一部及び／又は該対向内壁面の上流側に位置する上流側内壁面の少なくとも一部には、吸水性部材が配設されていることを特徴とする内燃機関のスロットル装置。
2. 請求項１において、上記吸水性部材は、上記スロットルボデーの上記対向内壁面のうち、少なくとも上記スロットルバルブの外周端部における上記回転軸から最も離れた頂点部が対向する部分に配設されていることを特徴とする内燃機関のスロットル装置。
3. 請求項１又は２において、上記吸水性部材は、上記スロットルボデーの上記対向内壁面全周に渡って配設されていることを特徴とする内燃機関のスロットル装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、上記吸水性部材は、多孔質体であることを特徴とする内燃機関のスロットル装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、上記吸水性部材は、金属であることを特徴とする内燃機関のスロットル装置。

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