JP2014202196A

JP2014202196A - 車両用エンジンのスロットル装置

Info

Publication number: JP2014202196A
Application number: JP2013081840A
Authority: JP
Inventors: 敬雄黒木; Takao Kuroki
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-10-27

Abstract

【課題】車両用エンジンのスロットル装置において、寒冷時でのスロットルボディの凍結を防止するとともに、燃費の向上を図ることにある。【解決手段】スロットルボディ（２１）には、バルブ（２４）を支持するバルブシャフト（２５）が保持される保持部（２８）を形成するとともに、この保持部（２８）に近接して配置されるスロットル用排気ガス通路部（５９）を形成している。スロットル用排気ガス通路部（５９）の一端部に開口する導入口（６０）は、排気ガス還流通路（３９）の一部である下流側排気ガス還流通路部（４７）に接続する。スロットル用排気ガス通路部（５９）の他端部に開口する排出口（６１）は、吸気マニホルド（１６）に接続する。【選択図】図１

Description

この発明は、車両用エンジンのスロットル装置に係り、特にスロットルボディを排気ガス（ＥＧＲガス）によって暖める車両用エンジンのスロットル装置に関する。

従来、車両に搭載されるエンジンにおいては、スロットルボディを備えたスロットル装置を設けている。
スロットルボディは、バルブシャフトに支持されて内部に配置されたバルブを有し、このバルブの回動によってボディ吸気通路の開口面積を変化させている。
しかし、寒冷時に、ボディ吸気通路がバルブによって閉ざされた状態で、外気温度の急激な低下により、ブローバイガス中に含まれる水滴等によってバルブやバルブシャフトが凍結するおそれがあった。
詳しく説明すると、スロットルボディにおいて、バルブがボディ吸気通路を閉鎖した場合に、バルブの外周縁とボディ吸気通路の内周壁との隙間が極めて小さくなり、そして、このような状態で、バルブの外周縁とボディ吸気通路の内周壁との間に水滴が溜まり、この水滴が凍結した場合に、バルブの外周縁とボディ吸気通路の内周壁とが凍った水滴で繋がって、バルブの動きを一時的に阻害するおそれがあった。
このような不具合を解消するためのスロットルボディの加熱装置としては、以下の先行技術文献がある。

特開２０１１−１７９４７５号公報

特許文献１に係る内燃機関のスロットルボディ加熱装置は、エンジンからの冷却水とラジエータからの冷却水との混合水をスロットルボディの内部に導入するためのスロットル加熱用配管を設けた構造である。

ところが、上記の特許文献１では、スロットルボディの凍結防止のために、エンジンの冷却水をスロットルボディの内部に循環させることから、冷却水の総容量が増えて余分な冷却水が必要となり、且つ冷却水の熱がスロットルボディにより奪われるために、エンジンの暖機時間が延長して燃費が悪化するという不都合があった。また、部品点数の増加や冷却水量の増加により、重量が増加して燃費が悪化するという不都合があった。

そこで、この発明は、寒冷時でのスロットルボディの凍結を防止するとともに、燃費の向上を図る車両用エンジンのスロットル装置を提供することを目的とする。

この発明は、エンジンのシリンダヘッドには一側部で吸気ポートを形成するとともに他側部で排気ポートを形成し、前記吸気ポートへ連通して吸入空気を流すマニホルド吸気通路が形成された吸気マニホルドを前記シリンダヘッドの一側部に取り付け、前記マニホルド吸気通路へ連通するボディ吸気通路が形成されるとともにこのボディ吸気通路の開口面積を変化させるバルブが備えられたスロットルボディを前記吸気マニホルドに取り付け、前記排気ポートへ連通して排気ガスを流すマニホルド排気通路が形成された排気マニホルドを前記シリンダヘッドの他側部に取り付け、前記排気マニホルドの下流端部には触媒が備えられた排気管を連結し、前記排気ポートと前記排気マニホルドと前記排気管とを含む排気系部品と前記吸気マニホルドとの間には前記排気ポートから排出された排気ガスの一部が導入される排気ガス還流通路を設けた車両用エンジンのスロットル装置において、前記スロットルボディには、前記バルブを支持するバルブシャフトが保持される保持部を形成するとともにこの保持部に近接して配置されるスロットル用排気ガス通路部を形成し、このスロットル用排気ガス通路部の一端部に開口する導入口を前記排気ガス還流通路の一部である下流側排気ガス還流通路部に接続する一方、前記スロットル用排気ガス通路部の他端部に開口する排出口を前記吸気マニホルドに接続したことを特徴とする。

この発明は、寒冷時でのスロットルボディの凍結を防止するとともに、燃費の向上を図ることができる。

図１は車両前部の平面図である。（実施例）図２は車両前部の側面図である。（実施例）図３はエンジンの正面図である。（実施例）図４はエンジンの背面図である。（実施例）図５はスロットルボディの平面図である。（実施例）図６はスロットルボディの背面図である。（実施例）図７は図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線による断面図である。（実施例）図８は図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による断面図である。（実施例）図９は図６のＩＸ−ＩＸ線による断面図である。（実施例）

この発明は、寒冷時でのスロットルボディの凍結を防止するとともに、燃費の向上を図る目的を、冷却水の代わりに排気ガス（ＥＧＲガス）を用いてスロットルボディを暖めて実現するものである。

図１〜図９は、この発明の実施例を示すものである。
図１、図２に示すように、車両１は、前部で、エンジンフード２とフロントバンパ３とダッシュパネル４とによってエンジンルーム５を形成している。
エンジンルーム５には、エンジン６と変速機７とが一体のパワーユニット８が横置きに搭載されている。エンジン６は、多気筒用エンジンであって、例えば、３気筒として、第１〜第３気筒９Ａ〜９Ｃを備える。
エンジン６は、シリンダブロック１０とシリンダヘッド１１とシリンダヘッドカバー１２とオイルパン１３とから構成される。
シリンダヘッド１１には、第１〜第３気筒９Ａ〜９Ｃに対応して、一側部としての後側部で第１〜第３吸気ポート１４Ａ〜１４Ｃが車両後方に延びて形成されるとともに、他側部としての前側部で第１〜第３排気ポート１５Ａ〜１５Ｃが車両前方に延びて形成されている。

シリンダヘッド１１の一側部としての後側部には、吸気マニホルド１６が取り付けられる。この吸気マニホルド１６は、第１〜第３吸気ポート１４Ａ〜１４Ｃへ連通して吸入空気を流すマニホルド吸気通路である第１〜第３分岐吸気通路１７Ａ〜１７Ｃが形成された第１〜第３吸気分岐管１８Ａ〜１８Ｃを備える。
吸気マニホルド１６の第１〜第３吸気分岐管１８Ａ〜１８Ｃが集合する上流端部１９には、図４に示すように、スロットル装置２０を構成するスロットルボディ２１が取り付けられる。
このスロットルボディ２１は、図５、図７に示すように、金属製（例えば、アルミ製）のボディ本体部２２と、このボディ本体部２２の内部のボディ吸気通路２３と、このボディ吸気通路２３の開口面積を変化させるバルブ２４とを備える。
ボディ本体部２２には、図５に示すように、バルブ２４が電子的に操作される構造であって、バルブ２４を動作させるために、バルブシャフト２５を回動する駆動モータ２６と駆動機構２７とを備える。つまり、駆動モータ２６は、駆動機構２７を介してバルブシャフト２５を回動し、バルブ２４を動作する。
また、ボディ本体部２２には、図５に示すように、バルブ２４を支持するバルブシャフト２５を保持するための保持部２８が形成されている。この保持部２８は、ボディ吸気通路２３を挟んで対峙する一側保持部２８Ａと他側保持部２８Ｂとからなる。従って、バルブシャフト２５は、ボディ吸気通路２３の軸心方向に対して直交する方向に指向している。
更に、ボディ本体部２２には、上流側のエアクリーナからの吸入空気（吸気）をボディ吸気通路２３へ導くためのエアクリーナアウトレットホース２９を接続させるホース接続部３０が形成されている。

一方、図１に示すように、シリンダヘッド１１の他側部としての前側部には、排気マニホルド３１が取り付けられる。この排気マニホルド３１は、第１〜第３排気ポート１５Ａ〜１５Ｃへ連通して排気ガスを流すマニホルド排気通路である第１〜第３分岐排気通路３２Ａ〜３２Ｃが形成された第１〜第３排気分岐管３３Ａ〜３３Ｃを備える。
この排気マニホルド３１の第１〜第３排気分岐管３３Ａ〜３３Ｃが集合した下流端部３４には、図３に示すように、触媒３５が備えられた排気管３６が下方へ向けて連結している。

エンジン６には、図３に示すように、排気ガス還流装置（ＥＧＲ還流装置）３７が設けられる。
この排気ガス還流装置３７は、第１〜第３排気ポート１５Ａ〜１５Ｃと排気マニホルド３１と排気管３６とを含む排気系部品と吸気マニホルド１６との間に配置される排気ガス還流管（ＥＧＲ還流管）３８を備える。
この排気ガス還流管３８は、第１〜第３排気ポート１５Ａ〜１５Ｃから排出された排気ガスの一部が導入される排気ガス還流通路（ＥＧＲ還流通路）３９を形成している。
排気ガス還流管３８の途中には、排気ガス用クーラ（ＥＧＲクーラ）４０が配置されている。この排気ガス用クーラ４０は、シリンダブロック１０の前側部の上部位で、排気マニホルド３１の下流端部３４よりも内方で且つ長手方向が車両左右方向に指向して取り付けられている。
排気ガス用クーラ４０は、排気ガス還流通路３９に導入した排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するものであって、排気ガス還流通路３９に連通する排気ガスのガス流通路４１を備える。また、排気ガス用クーラ４０には、エンジン６からの冷却水を導入するクーラ用インレットパイプ４２と、ガス流通路４１を流れる排気ガスの冷却後の冷却水をエンジン６に戻すクーラ用アウトレットパイプ４３とが接続している。排気ガス用クーラ４０においては、内部のガス流通路４１を通過する排気ガスを、このガス流通路４１の周辺で流れる冷却水によって冷却する。
図１〜図３に示すように、排気ガス還流管３８は、排気ガス用クーラ４０よりも上流側の上流側排気ガス還流管４４と、排気ガス用クーラ４０よりも下流側の下流側排気ガス還流管４５とから構成される。従って、排気ガス還流通路３９は、上流側排気ガス還流管４４で形成された上流側排気ガス還流通路部４６と、下流側排気ガス還流管４５で形成された下流側排気ガス還流通路部４７とから構成される。

図１〜図３に示すように、上流側排気ガス還流管４６は、一端側の一端側取付フランジ４８が排気系部品の一つである排気管３６に接続されるとともに、他端側の他端側取付フランジ４９が排気ガス用クーラ４０のガス流通路４１の一側に接続され、オイルパン１３が位置する箇所から上方に向かって且つ触媒３５よりも車両右方に配置されている。

図１〜図３に示すように、下流側排気ガス還流管４５は、第１下流側排気ガス還流管５０と第２下流側排気ガス還流管５１とからなる。
第１下流側排気ガス還流管５０は、図３に示すように、一端側の一端側取付フランジ５２が排気ガス用クーラ４０のガス流通路４１の他側に接続されているとともに、他端側の他端側取付フランジ５３がシリンダヘッド１１の上部位に接続され、第１下流側排気ガス還流通路部５４を形成している。また、第１下流側排気ガス還流管５０は、シリンダブロック１０の上部位から上方に向かって且つ排気マニホルド３１よりも車両左方に配置されている。
第２下流側排気ガス還流管５１は、図２に示すように、一端側の一端側取付フランジ５５がシリンダヘッド１１に接続されているとともに、他端側の他端側取付フランジ５６がスロットルボディ２１に接続され、第２下流側排気ガス還流通路部５７を形成している。第２下流側排気ガス還流管５１は、車両左方で水平方向に指向して配置されている。
シリンダヘッド１１の上部位には、図１に示すように、第１下流側排気ガス還流通路部５４と第２下流側排気ガス還流通路部５７とを連通するように、車両前後方向に指向する連絡用下流側排気ガス還流通路部５８が形成されている。
従って、下流側排気ガス還流通路部４７は、第１下流側排気ガス還流通路部５４と、第２下流側排気ガス還流通路部５７と、連絡用下流側排気ガス還流通路部５８とによって構成される。

このような構造の排気ガス還流装置３７においては、エンジン６の燃焼温度が高く、排気ガスの温度が高い高負荷領域において、触媒３５及び排気管３６の破損を防止するために、余分に燃料を供給することで燃焼温度を下げて、排気ガスの温度を下げている。また、排気ガスを燃焼室へ入れることで、燃焼温度及び排気ガスの温度が下がり、高負荷領域において余分な燃料を使用することがなく、理論空燃比にすることができ、これにより、燃費の向上となる。その過程で、排気ガスの温度を冷却水が流れる排気ガス用クーラ４０によって下げることで、体積を収縮し、より多くの排気ガスを吸気マニホルド１６内に入り込ませ、燃焼温度をさらに下げて排気温度を下げることができ、より燃費を向上している。

図５〜図９に示すように、スロットルボディ２１のボディ本体部２２には、バルブシャフト２５の保持部２８に近接して配置されるスロットル用排気ガス通路部５９が形成される。
また、スロットル用排気ガス通路部５９の一端部に開口する導入口６０は、図１に示すように、排気ガス還流通路３９の一部を構成する下流側排気ガス還流通路部４７の第２下流側排気ガス還流通路部５７に接続する。一方、スロットル用排気ガス通路部５９の他端部に開口する排出口６１は、図４に示すように、吸気マニホルド１６の上流側端部１９に接続している。

上記の構造により、この実施例では、以下のような作用効果がある。
排気ガス還流通路３９からスロットル用排気ガス通路部５９へ流れる排気ガスによって、スロットルボディ２１を加熱することができ、特に、寒冷時において、スロットルボディ２１の凍結を防止することができる。
また、スロットル用排気ガス通路部５９を保持部２８に近接して配置しているため、排気ガスの熱を保持部２８に伝達することができ、保持部２８を集中して加熱できる。これにより、バルブシャフト２５とスロットルボディ２１のボディ本体部２２との間に水滴が生じて、寒冷時に水滴が凍結するのを回避させて、バルブシャフト２５の回動が阻害されるのを防止することができる。
さらに、保持部２８を排気ガスによって集中的に加熱することで、保持部２８からバルブシャフト２５、さらに、バルブシャフト２５からバルブ２４ヘと熱を伝達させて、バルブ２４の外周縁とボディ吸気通路２３の内周壁との間で凍結するのを防止することができる。
また、排気ガスがスロットルボディ２１の内部を通過するため、寒冷時に、金属製のスロットルボディ２１の冷気で排気ガスが冷却されることから、充填効率が向上して燃費を向上させることができる。
そして、スロットルボディ２１の内部に排気ガスを流すことで、従来のように冷却水を流す必要がなくなり、エンジン６の暖機時に、エンジン６の内部を流れる冷却水の温度がスロットルボディ２１の冷気によって奪われることがなくなり、エンジン６の暖機時間を短縮することができ、燃費を向上させることができる。

即ち、この実施例にあっては、凍結防止のために暖めたいスロットルボディ２１にスロットル用排気ガス通路部５９を設けることにより、より温度を下げたい排気ガスによってスロットルボディ２１を暖める一方、金属製のスロットルボディ２１の冷気により排気ガスの温度をさらに下げることができる。よって、スロットルボディ２１を流れる冷却水量やホース類の部品を削減することができ、軽量化を図り、また、エンジン６の暖機時間が短くなり、これにより、燃費を向上させることができる。

また、この実施例において、図８、図９に示すように、スロットル用排気ガス通路部５９は、導入口６０を形成した導入通路６２と、この導入通路６２に連通する環状通路部６３と、この環状通路部６３に連通して排出口６１が形成された排出通路６４とから構成される。
具体的に説明すると、図８、図９に示すように、スロットル用排気ガス通路部５９の途中には、スロットルボディ２１内のバルブ２４を迂回するとともに、ボディ吸気通路２３の外周面に沿って延びる環状通路部６３を形成する。この環状通路部６３は、ボディ吸気通路２３の径方向外側からバルブ２４の外周縁を囲むように配置され、上流側の一側導入路６５Ａ及び他側導入路６５Ｂが導入口６０を形成した導入通路６２に連通するとともに、途中が排出口６１を形成した排出通路６４に連通する。
このような構造とするのは、以下の理由からである。
一般に、ボディ吸気通路２３が閉じられるバルブ２４の位置では、バルブ２４の外周縁とボディ吸気通路２３の内周壁との間の隙間が最も小さくなる。このため、寒冷時に、その隙間に水滴が溜まって、急激に外気温度が低下した際に、その隙間を凍った水滴によって塞がれて、凍った水滴によってバルブ２４の外周縁とボディ吸気通路２３の内周壁とが繋がってしまうおそれがある。
そこで、この実施例では、上記のような構造とすることで、環状通路部６３からバルブ２４の外周縁とボディ吸気通路２３の内周壁との間の隙間に排気ガスの熱を伝達することができ、寒冷時であってもその隙間及びバルブシャフト２５が凍結するのを確実に防止することができる。

なお、この実施例においては、スロットルボディの凍結の原因となる水分を含むブローバイガスが流れるブリーザパイプに排気ガス配管を取り付けてスロットルボディを暖める構造とすることも可能である。このような構造とすることで、ブローバイガス中の水分の温度が凍結する温度まで下がらなくなり、よって、凍結によるバルブの固着を防ぐことが可能となる。

この発明に係るスロットル装置を、各種エンジンに適用可能である。

１車両
５エンジンルーム
６エンジン
９Ａ〜９Ｃ第１〜第３気筒
１０シリンダブロック
１１シリンダヘッド
１４Ａ〜１４Ｃ第１〜第３吸気ポート
１５Ａ〜１５Ｃ第１〜第３排気ポート
１６吸気マニホルド
１７Ａ〜１７Ｃ第１〜第３分岐吸気通路
１８Ａ〜１８Ｃ第１〜第３吸気分岐管
１９吸気マニホルドの上流端部
２０スロットル装置
２１スロットルボディ
２２ボディ本体部
２３ボディ吸気通路
２４バルブ
２５バルブシャフト
２６駆動モータ
２８保持部
３１排気マニホルド
３２Ａ〜３２Ｃ第１〜第３分岐排気通路
３３Ａ〜３３Ｃ第１〜第３排気分岐管
３４排気マニホルドの下流端部
３５触媒
３６排気管
３７排気ガス還流装置（ＥＧＲ還流装置）
３８排気ガス還流管（ＥＧＲ還流管）
３９排気ガス還流通路（ＥＧＲ還流通路）
４０排気ガス用クーラ（ＥＧＲクーラ）
４４上流側排気ガス還流管
４５下流側排気ガス還流管
４６上流側排気ガス還流通路部
４７下流側排気ガス還流通路部
５０第１下流側排気ガス還流管
５１第２下流側排気ガス還流管
５４第１下流側排気ガス還流通路部
５７第２下流側排気ガス還流通路部
５８連絡用下流側排気ガス還流通路部
５９スロットル用排気ガス通路部
６０スロットル用排気ガス通路部の導入口
６１スロットル用排気ガス通路部の排出口
６２スロットル用排気ガス通路部の導入通路
６３スロットル用排気ガス通路部の環状通路部
６４スロットル用排気ガス通路部の排出通路

Claims

エンジンのシリンダヘッドには一側部で吸気ポートを形成するとともに他側部で排気ポートを形成し、前記吸気ポートへ連通して吸入空気を流すマニホルド吸気通路が形成された吸気マニホルドを前記シリンダヘッドの一側部に取り付け、前記マニホルド吸気通路へ連通するボディ吸気通路が形成されるとともにこのボディ吸気通路の開口面積を変化させるバルブが備えられたスロットルボディを前記吸気マニホルドに取り付け、前記排気ポートへ連通して排気ガスを流すマニホルド排気通路が形成された排気マニホルドを前記シリンダヘッドの他側部に取り付け、前記排気マニホルドの下流端部には触媒が備えられた排気管を連結し、前記排気ポートと前記排気マニホルドと前記排気管とを含む排気系部品と前記吸気マニホルドとの間には前記排気ポートから排出された排気ガスの一部が導入される排気ガス還流通路を設けた車両用エンジンのスロットル装置において、前記スロットルボディには、前記バルブを支持するバルブシャフトが保持される保持部を形成するとともにこの保持部に近接して配置されるスロットル用排気ガス通路部を形成し、このスロットル用排気ガス通路部の一端部に開口する導入口を前記排気ガス還流通路の一部である下流側排気ガス還流通路部に接続する一方、前記スロットル用排気ガス通路部の他端部に開口する排出口を前記吸気マニホルドに接続したことを特徴とする車両用エンジンのスロットル装置。
前記スロットル用排気ガス通路部の途中には、前記バルブを迂回するとともに前記ボディ吸気通路の外周面に沿って延びる環状通路部を形成し、この環状通路部は、前記ボディ吸気通路の径方向外側から前記バルブの外周縁を囲むように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンのスロットル装置。