JP2015071957A - スロットルバルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな異物に対処可能で、安価であり、既存車にも簡便に適用可能なスロットルバルブ装置を提供する。【解決手段】吸気通路７内においてスロットルバルブ３２の上流側に、吸入空気とともにスロットルバルブ３２に向かう異物Ｑを捕捉するネット部材３３を組み込む。ネット部材３３は、スロットルバルブ３２の全開時における吸気通路７の有効通路より小さい穴３３ａを有している。したがって、異物Ｑがたとえ大きいものであっても、ネット部材３３で確実に捕捉でき、スロットルバルブ３２への噛み込みを防ぐことができる。また、ネット部材３３は、スロットルボデー３１に容易に組付け可能で、かつ、後組付けも可能で既製品にも適用することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車のごとき車両に搭載される内燃機関（以下、単にエンジンという。）において、燃焼室に吸入空気を供給する吸気通路に配置され、吸入空気量の調整を司るスロットルバルブ装置に関する。

(従来の技術）
近年、車両には、無公害化や性能向上の一環として、各種装置、例えば、ＰＣＶシステム（ポジティブ・クランクケース・ベンチレーション装置）、過給機（ターボチャージャ）およびインタークーラを具有する過給システム、ＥＧＲシステム（排気ガス循環装置）などを装備したエンジンが搭載される傾向にある。

ＰＣＶシステムは、エンジンのクランクケースと吸気通路とを連通するブローバイガス通路を有しているもので、このＰＣＶシステムにより、可燃性成分を含むクランクケース内の放出ガス（ブローバイガス）を吸気側に戻して再燃焼させ、同時にクランクケース内を強制的に換気する。
過給システムは、エンジンへ供給される吸入空気を過給機にて過給するものであって、過給された吸入空気は、吸気通路内に設けられたインタークーラで冷却する。
そして、ＰＣＶシステムと過給システムとが共に装備される場合には、ＰＣＶシステムのブローバイガス通路をインタークーラの上流側に開口させるのが一般的で、ＰＣＶシステムからの放出ガス等に含まれるオイル分がインタークーラ内に流入することになる。

また、ＥＧＲシステムは、排気通路から吸気通路へ排気ガスを再循環させるための排気ガス還流路を有するもので、排気ガス還流路が過給機の上流側に接続されているため、排気ガス中の水分が凝縮して発生した凝縮水が、必然的にインタークーラ内に流入する。
もっとも、ＥＧＲシステムが設置されていなくても、インタークーラは、過給機で圧縮された吸入空気を冷却する一種の熱交換器であるため、インタークーラ自体にも凝縮水が発生する。
したがって、インタークーラは、吸気通路において重力方向の最下部に位置するところに、オイル、凝縮水等の液体を溜めるための液体貯留部を設け、この液体貯留部に溜まった液体を適宜処理することが肝要となる。

また、上記各種装置（とりわけ過給システムのインタクーラ）は、流量をスロットルバルブで調整する関係上、スロットルバルブ装置の上流側に配設されている（例えば、特許文献１参照）。

したがって、上記の各種装置を装備したエンジンは、上記液体によるスロットルバルブへの悪影響を最小限に抑えるため、吸入空気をスロットルバルブ装置の下側（地側）から吸込み、スロットルバルブ装置の上側（天側）から燃焼室へ供給するシステム配置構成を採ることになる。つまり、スロットルバルブ装置は、天地の関係でいえば、上流側が地側、下流側が天側となる。

（従来技術の問題点）
しかしながら、このようなシステム配置構成にした場合においても、液体中の残渣（デポジット）等によりスロットルバルブが閉弁固着状態を呈する場合があり、スロットルバルブの閉弁固着対策として種々な方策が提案され、実用にされている（例えば、特許文献２、３参照）。
ところが、これらの方策は、特許文献２に記載されているように、スロットルバルブと吸気通路との対向面に例えば潤滑層を形成して異物が付着しにくくするとか、特許文献３に記載されているように、スロットルバルブを所定の角度範囲において小刻みに往復作動させてスロットルバルブと吸気通路の壁面に付着した異物を除去するなど、スロットルバルブと吸気通路との対向面の改善に主眼が置かれており、吸入空気に乗って飛来してきてスロットルバルブに噛み込むような大きな異物に対する方策としては必ずしも充分ではなかった。
つまり、上記のようなシステム配置構成の場合には、スロットルバルブの上流側において重力方向の最下部付近に位置する吸気通路が存在するため、当該通路に液体が溜まり易く、残渣（デポジット）等が膜状になって壁面に張り付く、所謂膜状異物が形成されることになる。この膜状異物が剥がれ落ちたもの（これが結構大きな異物）が、一気に吸込まれる吸入空気流に乗って流下し、万一スロットルバルブに噛み込むと、スロットルバルブの回動不良等の不測の事態を招きかねないという危惧である。
したがって、このような危惧を解消できる方策が切望されている。特に、エンジンに装備される各種機器には、体格・価格面で厳しい要求がなされており、これらの諸要求を満足し、しかも、既に実用に供されている既存品にも簡便に適用可能な方策が望ましい。

特開２００９−０３０５３５号公報 特開２００８−０３８６３０号公報 特開２００１−１７３４６４号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、体格・価格面での要求を満足しながら、既存品にも簡便に適用可能で、大きな異物がスロットルバルブに噛み込むのを確実に防止することができるスロットルバルブ装置を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に係る発明においては、エンジンの燃焼室に吸入空気を供給する吸気通路と、吸気通路内に回動可能に配設され、吸気通路の通路断面積を可変することで吸入空気量の調整を司るスロットルバルブと、吸気通路内においてスロットルバルブの上流側に配設され、吸入空気とともにスロットルバルブに向かう異物を捕捉するネット部材とを備えることを特徴としている。

上記構成の本発明によれば、吸入空気流の上流側からスロットルバルブに向かって飛来してくる大きな異物をネット部材で確実に捕捉して、異物がスロットルバルブに噛み込むのを防止することができる。しかも、ネット部材は、それ自体を例えば薄板のプレス品で構成できるため、体格・価格面で有利であるのみならず、スロットルボデーの既存スペース等を有効活用して装着することができ、勿論、既存品に対してもネット部材を後付けして簡便に改造することができる。よって、諸要求が厳しいエンジンに装備する機器として好適なスロットルバルブ装置を提供することができる。

本発明のスロットルバルブ装置を備えたエンジンの全体構成を示す模式的縦断面図である（実施例１）。 上記スロットルバルブ装置の機能説明に供するスロットルバルブ部分の模式的横断面図である（実施例１）。 上記スロットルバルブ装置の機能説明に供するネット部材部分の模式的横断面図である（実施例１）。 ネット部材の他の実施形態を示すもので、（ａ）はネット部材の縦断面図、（ｂ）はネット部材の平通路面図である（実施例２）。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例にしたがって詳細に説明する。

本実施例は、本発明を適用するスロットルバルブ装置の代表例として、自動車に搭載されるエンジンに装備され、当該エンジンの燃焼室に供給される吸入空気量の調整を司るスロットルバルブ装置を例示している。以下の説明では、まず、各種装置を装備したエンジンの全体構成を概説したのち、本発明の代表的な実施例として図示する実施例１、２を中心にしながら実施例毎の特徴点および基本的機能について順次説明し、最後に本発明の請求項に対応する特徴点毎の作用効果を要約列挙する。
なお、各実施例１、２において、同一または均等部分には、同一符号を付し、重複説明を省略することとする。

［実施例１］
図１に示すように、エンジン１は、エンジン本体１１の燃焼室に吸入空気を供給するための吸気系として、インテークマニホールド２、スロットルバルブ装置３、吸気管４、各種装置５およびエアクリーナ６を備えている。そして、エアクリーナ６からエンジン本体１１に至るまでの吸入空気流路全体を吸気通路７と総称する。

エンジン１には、吸入空気として、エアクリーナ６にて塵埃等が除去された新鮮な空気が供給される基本構成であるものの、無公害化や性能向上の一環として、各種装置５が装備されるため、後述するがごとき異物対応を余儀なくされる。
この各種装置５は、例えば、ＰＣＶシステム（ポジティブ・クランクケース・ベンチレーション装置）、過給機（ターボチャージャ）およびインタークーラを具有する過給システム、ＥＧＲシステム（排気ガス循環装置）等であり、個々の装置の構成・機能については前述した通りであるので省略する。
そして、これらの各種装置５は、流量をスロットルバルブ装置３で調整する関係上、スロットルバルブ装置３の上流側に配設されている。

スロットルバルブ装置３は、インテークマニホールド２と吸気管４との間に介装されるもので、横断面円形のボア３１ａを有する円筒形状のスロットルボデー３１、このスロットルボデー３１のボア３１ａ内に回動可能に収納されるスロットルバルブ３２、および後で詳述するネット部材３３の３部材を主要構成部品としている。
スロットルボデー３１は、インテークマニホールド２と同様アルミダイカスト製で、一端（上端）にフランジ部３１ｂを有しており、このフランジ部３１ｂでインテークマニホールド２に取付固定されている。
スロットルバルブ３２は、所謂バタフライバルブと称せられているもので、円板状の弁体３２ａと、この弁体３２ａを保持しスロットルボデー３１に回動可能に枢着されるシャフト３２ｂから構成されている。そして、このシャフト３２ｂがエンジン制御装置（図示せず）からの制御信号に基づいて回動操作されることで、弁体３２ａがボア３１ａの通路面積（吸入通路7の通路断面積）を変化させ、吸入空気量を調整する。
なお、吸気管４は、例えばゴム製で、スロットルボデー３１の他端（下端）に嵌着している。

しかして、上記の各種装置５を搭載したエンジン１は、各種装置５を経由して吸入空気に混入する液体中の残渣（デポジット）等によるスロットルバルブ３２への悪影響を最小限に抑えるため、吸入空気をスロットルバルブ装置３の下側（地側）から吸込み、スロットルバルブ装置３の上側（天側）から燃焼室へ供給するシステム配置構成を採っている。つまり、スロットルバルブ装置３は、天地の関係でいえば、上流側が地側、下流側が天側となる。

したがって、吸気管４には、インテークマニホールド２で凝縮した液体等が滴下してくることを含め、スロットルバルブの上流側において重力方向の最下部付近に位置するところに液体等が溜まり易く、残渣（デポジット）等が膜状になって壁面に張り付く、所謂膜状異物が形成されることになる。この膜状異物が剥がれ落ち、結構大きな異物Ｑとなって、白抜き矢印の吸入空気流に乗ってスロットルバルブ３２の方へ飛来すると、この異物Ｑがスロットルバルブ３２に噛み込む恐れがある。
本発明のスロットルバルブ装置３は、そのような恐れを未然に防止できる方策を講じたもので、異物Ｑを捕捉するネット部材３３をスロットルバルブ３２の上流側に配設している。

〔本実施例の特徴〕
次に、本スロットルバルブ装置３の特徴事項を、図２および図３をも参照しながら説明する。

図２に示すように、バタフライ式のスロットルバルブ３２は、円板状の弁体３２ａが板厚より大なる外径ｄを有するシャフト３２ｂに挟持固定されている。
そして、吸気通路７の一部を形成するスロットルボデー３１のボア３１ａの内径をＤとすると、スロットルバルブ３２の全開時におけるボア（吸気通路）３１ａの実質的な有効通路径をＹと呼ぶとき、
Ｙ＝ Ｄ−ｄ ………（１）
上記の関係式（１）が成立し、また、ボア３１ａの有効通路Ａがシャフト３２ｂの両側にそれぞれ通路Ａ１、通路Ａ２として分割形成されることから、片側の有効通路Ａ１（またはＡ２）の最大寸法Ｚは、
Ｚ＝Ｙ／２ ………（２）
となる。

一方、ネット部材３３は、図１に示すように、スロットルボデー３１のボア３１ａ内において、スロットルバルブ３２の上流側に配設されるもので、錆びない材料、例えば樹脂やステンレス鋼（ＳＵＳ）で作製されている。
このネット部材３３は、図３に示すように、全体として、円盤型の網目状体を呈しており、複数の穴３３ａとこの各穴３３ａを囲繞形成する骨格３３ｂとを有している。特に、本実施例では、骨格３３ａが環状部分３３ｃとその内側を四等分する十字部分３３ｄとで構成され、扇形状の４個の穴３３ａを囲繞形成している。
なお、ネット部材３３のスロットルボデー３１への組付けは、例えば、ボア３１ａの内壁面に対し環状部分３３ｃを圧入もしくは接着することで容易に行うことができる。

しかして、ネット部材３３の各穴３３ａと、ボア３１ａの有効通路Ａとの関係を、次のように設定している。
つまり、各穴３３ａの大きさは、実質的にボア３１ａの有効通路Ａの大きさ、とりわけ、片側の有効通路Ａ１（Ａ２）の最大寸法Ｚより小さくすることが肝要で、穴３３ａの内接円径をＸとすると、
Ｘ＜Ｚ（＝Ｙ／２） ………（３）
上記関係式（３）が成立するようにしている。

〔本実施例の効果〕
上記のように構成された本発明のスロットルバルブ装置３によれば、次のような作用効果を奏することができる。
イ）スロットルバルブ３２の上流側にはネット部材３３が配置されているため、吸気管４内を吸入空気流に乗ってスロットルバルブ３２に向かって飛来してくる大きな異物Ｑは、ネット部材３３の穴３３ａに引っ掛かる。つまり、当該異物Ｑをネット部材３３で捕捉することができるわけで、異物Ｑがスロットルバルブ３２に噛み込む事態を回避することができる。

ロ）また、上記噛み込み現象は、異物Ｑがスロットバルブ３２を通過できないことに起因している。そのため、ネット部材３３のメッシュサイズ（穴３３ａの大きさ）を、上記関係式（３）のごとく設定し、スロットルバルブ３２の全開時における有効通路幅（Ｚ＝Ｙ／２）以下にしている。
したがって、異物Ｑがネット部材３３の穴３３ａを通過したとしても、当該異物Ｑは、スロットルバルブ３２全開時に形成される有効通路Ａ１またはＡ２の大きさより確実に小さく、かかる通路をスムーズに通過していくため、スロットルバルブ３２に噛み込むことはない。

ハ）円盤状の網目状体を呈するネット部材３３は、樹脂製であれば成型品、金属製であれば平板からのプレス品によって、簡単かつ安価に製作することができる。
ニ）また、ネット部材３３は薄っぺらで小さな体格であるため、スロットルボデー３１のボア３１ａ内の既存スペースを有効活用して、スロットルボデー３１に組付けることができる。

［実施例２］
次に、本発明の別の実施形態（実施例２）について、図４を参照しながら説明する。
この実施例２は、ネット部材として実施例１のものより改良されたネット部材３３を用いるもので、その他の構成は上述の実施例1と同じである。
図４において、ネット部材３３は、基本的には実施例１と同様、環状部分３３ｃと十字部分３３ｄとかなる骨格３３ｂと、この骨格３３ｂで囲繞形成される４個の扇形状穴３３ａとを有する円盤型網状体を呈するとともに、ネット部材３３のメッシュサイズ（穴３３ａの大きさ）を、上記関係式（３）のごとく設定している。そして、ネット部材３３の骨格３３ｂ、特に十字部分３３ｄには突起部３３ｅを設けている。この突起部３３ｅは、上流側、つまりスロットルバルブ３２側とは反対側に向かって突出するとともに、尖端３３ｆを有する山形状を呈している。

上記構成によれば、吸気管４の上流側から吸入空気流に乗ってスロットルボデー３１に飛来してくる大きな異物Ｑは、ネット部材３３の突起部３３ｅに衝突することにより、粉砕されて小片化し、飛散することになる。
したがって、異物Ｑは、ネット部材３３の穴３３ａをスムーズに通過するとともに、スロットルバルブ３２の全開時に形成される有効通路Ａ１およびＡ２をスムーズに通過していくため、スロットルバルブ３２に噛み込むことはなく、上記実施例1と同様な効果を得ることができる。

なお、突起部３３ｅを有するネット部材３３は、樹脂製成型品として簡単に製作することができるが、例えば、十字部分３３ｄの両側面から突起部３３ｅを折曲形成する形態にすれば、穴３３ａを形成するための廃材部分を有効活用して突起部３３ｅを折曲形成することで、金属製プレス品として簡単に作製することができる。

〔変形例〕
以上本発明を２つの実施例について詳述してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々変形することが可能であり、その変形例を例示する。

（１）上記実施例１、２では、ネット部材３３として、４個の穴３３ａを有する円盤型網状体を用いたが、穴３３ａの数は３個でも、５個以上であっても良い。特に、多数の穴３３ａを擁する場合には、金属線を編んで作製する所謂金網をネット部材３３として用いることができる。

（２）また、上記実施例１、２では、ネット部材３３のスロットルボデー３１への組付け手法として、ボア３１ａの内周面に固定する方法を採用したが、ネット部材３３の環状部分３３ｃの形状を工夫する、例えば、環状部分３３ｃを円筒状に形成することにより、この環状部分３３ｃを利用して、スロットルボデー３１の下端外周に嵌着する嵌着方式や、スロットルボデー３１と吸気管４との間に挟み込む挟持方式などの組付け手法を採ることもできる。
（３）ネット部材３３は、上述した組付け手法のいずれを採用したとしても、完成したスロットルバルブ装置３に対して後からネット部材３３を組付けることができる、所謂後付けが可能であるため、既に実用に供されている既存品にもネット部材３３を後付けして、簡便に改造することができる。

（４）実施例２において、突起部３３ｅは、すべての骨格３２ｂに形成しなくても、穴３３ａの数に応じて複数個設ければ良く、その形状も山形状に限定されることなく、異物Ｑの粉砕に資する種々な形状を採用し得ることは勿論である。
（５）上記の実施例は、各種装置５を装備したエンジン１への適用例であるが、各種装置５を装備しないエンジンにも勿論適用できる。

以上詳述してきた本発明の特徴点および特記すべき作用効果を、特許請求の範囲において従属項として記載した各手段にしたがって要約列挙すれば、次の通りである。

（特徴点１＝請求項２の手段）
請求項１に記載のスロットルバルブ装置３において、
ネット部材３３は、複数の穴３３ａとこの各穴３３ａを囲繞する骨格３３ｂとを有する網目状体で構成され、ネット部材３３における穴３３ａの内接円径をＸ、スロットルバルブ３２の全開時における吸気通路７の有効通路径をＹと呼ぶとき、
Ｘ＜Ｙ／２ ………（ａ）
上記関係式（ａ）を満足することを特徴としている（実施例１、２）。
上記手段によれば、異物Ｑがネット部材３３の穴３３ａを通過したとしても、当該異物Ｑは、スロットルバルブ３２全開時に形成される有効通路Ａ１またはＡ２の大きさより確実に小さく、かかる通路をスムーズに通過していくため、スロットルバルブ３２に噛み込むのを防ぐことができる。

（特徴点２＝請求項３の手段）
請求項１または２に記載のスロットルバルブ装置３において、
ネット部材３３には、上流側に向かって突出する突起部３３ｅが骨格３３ｂに設けられていることを特徴としている（実施例２）。
上記手段によれば、吸入空気流に乗ってスロットルボデー３１に飛来してくる大きな異物Ｑは、ネット部材３３の突起部３３ｅに衝突することにより、粉砕されて小片化するため、スロットルバルブ３２の有効通路Ａ１、Ａ２をスムーズに通過していくため、異物Ｑがスロットルバルブ３２に噛み込むのを防ぐことができる。

（特徴点３＝請求項４の手段）
請求項１〜３のいずれか１つに記載のスロットルバルブ装置３において、
吸気通路７の一部を構成し、スロットルバルブ３２を収納するスロットルボデー３１を備えており、ネット部材３３は、スロットルボデー３１に組付けられていることを特徴としている（実施例１、２）。
上記手段によれば、スロットルボデー３１の既存スペースを有効活用して容易に組付けることができる。また、既存品に対しても簡便にすることができる。

（特徴点４＝請求項５の手段）
このスロットルバルブ装置３は、上流側が地側、下流側が天側にして、内燃機関１に配置されることを特徴としている。
上記手段によれば、各種装置5を装備したエンジン１に好適である。

１…エンジン（内燃機関）、３…スロットルバルブ装置、７…吸気通路、３１…スロットルボデー、３２…スロットルバルブ、３３…ネット部材、Ｑ…異物。

Claims (5)

1. 内燃機関（１）の燃焼室に吸入空気を供給する吸気通路（７）と、
   前記吸気通路（７）内に回動可能に配設され、前記吸気通路（７）の通路断面積を可変することで吸入空気量の調整を司るスロットルバルブ（３２）と、
   前記吸気通路（７）内において前記スロットルバルブ（３２）の上流側に配設され、前記吸入空気とともに前記スロットルバルブ（３２）に向かう異物（Ｑ）を捕捉するネット部材（３３）とを備えることを特徴とするスロットルバルブ装置。
2. 請求項１に記載のスロットルバルブ装置において、
   前記ネット部材（３３）は、複数の穴（３２ａ）とこの各穴（３２ａ）を囲繞する骨格（３２ｂ）とを有する網目状体をなしており、
   前記ネット部材３３における前記穴（３２ａ）の内接円径をＸ、前記スロットルバルブ（３２）の全開時における前記吸気通路（７）の有効通路径をＹと呼ぶとき、
   Ｘ＜Ｙ／２ ………（ａ）
   上記関係式（ａ）を満足することを特徴とするスロットルバルブ装置。
3. 請求項１または２に記載のスロットルバルブ装置において、
   前記ネット部材（３３）には、上流側に向かって突出する突起部（３３ｅ）が前記骨格（３３ｂ）に設けられていることを特徴とするスロットルバルブ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のスロットルバルブ装置において、
   吸気通路（７）の一部を構成し、前記スロットルバルブ（３２）を収納するスロットルボデー（３１）を備えており、
   前記ネット部材（３３）は、前記スロットルボデー（３１）に組付けられていることを特徴とするスロットルバルブ装置。
5. 請求項請求項１〜４のいずれか１つに記載のスロットルバルブ装置において、
   このスロットルバルブ装置（３）は、上流側が地側、下流側が天側にして、前記内燃機関（１）に配置されることを特徴とするスロットルバルブ装置。

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