JP2017040183A - Intake air quantity control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の吸気量制御装置に関し、特に、アイシングによるバルブ固着時のエンジン始動に有用な技術に関する。 The present invention relates to an intake air amount control device for an internal combustion engine, and more particularly to a technique useful for starting an engine when a valve is stuck by icing.
車両用などのレシプロ式の内燃機関(エンジン)においては、燃焼室への吸気量を制御する吸気量制御装置が用いられる。
一般に、この種の吸気量制御装置では、吸気マニホールド上流に設けられたスロットルバルブの開度を調整することにより、その後流の燃焼室への吸気量を制御できるようになっている(例えば、特許文献1,2参照)。
In a reciprocating internal combustion engine (engine) for a vehicle or the like, an intake air amount control device that controls an intake air amount into a combustion chamber is used.
Generally, in this type of intake air amount control device, the intake air amount to the downstream combustion chamber can be controlled by adjusting the opening of a throttle valve provided upstream of the intake manifold (for example, a patent)
ところで、この種の吸気量制御装置においては、スロットルバルブが氷で固着する現象(アイシング)が発生する場合がある。特に、ブローバイガスを吸気マニホールド内のスロットルバルブ近傍に還流させるものや、スロットルバルブで閉塞される吸気通路が略水平に設けられたエンジンでは、このアイシングが発生しやすい。 By the way, in this type of intake air amount control device, a phenomenon (icing) in which the throttle valve sticks with ice may occur. In particular, icing is likely to occur in an engine in which blow-by gas is recirculated to the vicinity of a throttle valve in the intake manifold or an engine in which an intake passage closed by the throttle valve is provided substantially horizontally.
図5は、アイシングの発生状況を説明するための図である。
この図に示すように、外気が氷点下の場合には、エンジン運転中にブローバイガス中の水分が冷やされて凍結し、吸気マニホールド内壁に氷が付着する。付着した氷はエンジン停止後にデットソーク熱により液化して、図中に破線で示すように吸気マニホールドやスロットルボディの内壁を伝い、近傍にあるスロットルバルブの下端部に溜まる。そして、この水が氷点下の雰囲気下で再氷結し、スロットルバルブの固着が発生する。スロットルバルブが固着してしまうと、燃焼室への吸気が行えず、エンジンを正常に始動させることができない。
なお、エンジンの冷却水を通水することでスロットルバルブを保温する構造のものもあるが、エンジン停止後は冷却水自体が雰囲気温度で冷えてしまうため、アイシングによるスロットルバルブの固着には効果が無い。
FIG. 5 is a diagram for explaining the occurrence of icing.
As shown in this figure, when the outside air is below freezing, the moisture in the blow-by gas is cooled and frozen during engine operation, and ice adheres to the inner wall of the intake manifold. The adhering ice is liquefied by dead soak heat after the engine is stopped, travels through the intake manifold and the inner wall of the throttle body as indicated by broken lines in the figure, and accumulates at the lower end of the throttle valve in the vicinity. Then, this water refreezes in an atmosphere below freezing point, and the throttle valve is fixed. If the throttle valve is stuck, intake into the combustion chamber cannot be performed and the engine cannot be started normally.
Although there is a structure that keeps the throttle valve warm by passing engine cooling water, the cooling water itself cools at the ambient temperature after the engine stops, so it is effective for fixing the throttle valve by icing. No.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、アイシングによるバルブ固着が発生した場合であっても、正常にエンジンを始動させることができる内燃機関の吸気量制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides an intake air amount control device for an internal combustion engine that can normally start the engine even when valve sticking due to icing occurs. Objective.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、回動軸回りの回動に伴って燃焼室への吸気通路を開閉可能なスロットルバルブと、当該スロットルバルブを回動させる駆動手段とを備える内燃機関の吸気量制御装置であって、
前記スロットルバルブは、
前記吸気通路断面のうち下端部を除く部分を開閉可能な第一バルブと、
前記吸気通路断面のうち下端部を含む他の部分を開閉可能な第二バルブと、
から構成され、
前記第一バルブが、前記駆動手段に連結され、
前記第二バルブが、常態で前記第一バルブと一体的に回動するように付勢部材に付勢されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
The throttle valve is
A first valve capable of opening and closing a portion excluding a lower end portion of the cross section of the intake passage;
A second valve capable of opening and closing other portions including a lower end portion of the cross section of the intake passage;
Consisting of
The first valve is connected to the drive means;
The second valve is biased by a biasing member so as to rotate integrally with the first valve in a normal state.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の吸気量制御装置において、
前記第一バルブは、前記吸気通路断面のうちの内周部分を開閉可能に構成され、
前記第二バルブは、前記吸気通路断面のうち前記内周部分よりも外周側の部分を開閉可能に構成されていることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the intake air amount control device for an internal combustion engine according to the first aspect,
The first valve is configured to be able to open and close an inner peripheral portion of the cross section of the intake passage,
The second valve is configured to be capable of opening and closing a portion on the outer peripheral side of the inner peripheral portion in the intake passage cross section.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の内燃機関の吸気量制御装置において、
前記付勢部材は、前記駆動手段から前記第一バルブまでの駆動力伝達部と、前記第二バルブの回動軸とに両端が固定されたトーションスプリングであることを特徴とする。
A third aspect of the present invention is the intake air amount control apparatus for an internal combustion engine according to the first or second aspect,
The urging member is a torsion spring having both ends fixed to a driving force transmission portion from the driving means to the first valve and a rotation shaft of the second valve.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気量制御装置において、
前記吸気通路が略水平に設けられていることを特徴とする。
The invention according to
The intake passage is provided substantially horizontally.
本発明によれば、バルブ固着が発生していない通常時には、駆動手段からの駆動力が第一バルブに加わるとともに、この第一バルブと一体的に回動するように第二バルブが付勢部材に付勢されることにより、これら第一バルブと第二バルブとが一体で開閉動作を行い、吸気通路が開放される。
また、アイシングによるバルブ固着の発生時には、吸気通路断面のうち下端部を含む部分を開閉する第二バルブは氷で固着し得るものの、下端部を除く他の部分を開閉する第一バルブは駆動手段によって通常時と同様に回動され、吸気通路が開放される。
したがって、通常時は勿論のこと、アイシングによるバルブ固着が発生した場合であっても、正常に燃焼室への吸気を行ってエンジンを始動させることができる。
According to the present invention, the driving force from the driving means is applied to the first valve and the second valve is biased so as to rotate integrally with the first valve at the normal time when the valve is not fixed. As a result, the first valve and the second valve are integrally opened and closed to open the intake passage.
In addition, when the valve sticking due to icing occurs, the second valve that opens and closes the portion including the lower end portion of the intake passage cross section can be fixed with ice, but the first valve that opens and closes the other portion except the lower end portion is the driving means. Is rotated in the same manner as in the normal state, and the intake passage is opened.
Therefore, not only during normal times, but also when the valve is stuck due to icing, the engine can be started with normal intake into the combustion chamber.
以下、本発明に係る内燃機関の吸気量制御装置の実施形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of an intake air amount control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態におけるエンジン(内燃機関)100の吸気系統の概略構成を示すブロック図であり、図2は、エンジン100が備えるスロットルバルブユニット1の構成を模式的に示す図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an intake system of an engine (internal combustion engine) 100 according to the present embodiment, and FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a
図1に示すように、本実施形態におけるエンジン100の吸気系統では、エアクリーナー111を備えるエアダクト110から吸気マニホールド120を経て燃焼室130に至る吸気流路Pが構成されている。吸気マニホールド120には、図示しないクランクケースからのブローバイガスを導入するためのガス導入口121が設けられている。
この吸気流路Pの構成部品のうち、エアダクト110と吸気マニホールド120との間には、スロットルバルブ2を備えるスロットルバルブユニット1が設けられている。
As shown in FIG. 1, in the intake system of the
Among the components of the intake passage P, a
スロットルバルブユニット1は、本発明に係る内燃機関の吸気量制御装置であり、スロットルバルブ2の開度を調整することによって、燃焼室130への吸気量を制御するためのバルブユニットである。
具体的には、図2に示すように、スロットルバルブユニット1は、スロットルバルブ2の他に、駆動モータ3と、2つのトーションスプリング4と、2つのポジションセンサー5とを備えている。
The
Specifically, as shown in FIG. 2, the
スロットルバルブ2は、スロットルボディ6に形成された略円形断面の吸気通路61を開閉可能な略円板状の弁体である。
なお、スロットルボディ6の吸気通路61は、エアダクト110及び吸気マニホールド120の各吸気通路と連通して吸気流路Pを構成しており(図1参照)、本実施形態では略水平に設けられている。
The
The
具体的に、スロットルバルブ2は、互いに独立して回動可能な内周側の第一バルブ21と外周側の第二バルブ22とから構成されている。
このうち、第一バルブ21は、略円板状に形成されており、その径方向に沿った第一回動軸210と一体的に設けられている。第一回動軸210は、吸気通路61と直交する方向に沿って延在するとともに第一バルブ21の両側方に延出しており、図示しないベアリングを介してスロットルボディ6に軸支されている。このような構成により、第一バルブ21は、第一回動軸210の軸中心Ax回りに回動することによって、吸気通路61断面のうちの内周部分を開閉可能となっている。
Specifically, the
Among these, the 1st valve |
一方、第二バルブ22は、吸気通路61断面を閉塞可能な外径と、第一バルブ21の外径に対応した内径とを有する円環板状に形成されており、第二回動軸220と一体的に設けられている。第二回動軸220は、第一回動軸210と軸中心Axを等しくする円筒状に形成されて第一回動軸210が内部に挿通されており、図示しないベアリングを介してスロットルボディ6に軸支されている。このような構成により、第二バルブ22は、軸中心Ax回りに回動することによって、吸気通路61断面のうち、第一バルブ21が開閉する内周部分よりも外周側の部分を開閉可能となっている。
また、第二バルブ22には、第一バルブ21に対する当該第二バルブ22の回動を規制するストッパー221が内周側に突設されている(図3参照)。このストッパー221は、後述するように、第二トーションスプリング42に付勢された第二バルブ22が第一バルブ21よりも開方向(吸気通路61を開放させる方向)に回動しないように、その回動を規制している。
On the other hand, the
Further, the
駆動モータ3は、スロットルバルブ2を回動させるための駆動手段であり、第一バルブ21の第一回動軸210に連結されている。より詳しくは、第一回動軸210の一端が第二回動軸220よりも側方まで延出しており、この延出部分に平歯車の駆動ギア211が設けられている。そして、この駆動ギア211が、減速機構7を介して駆動モータ3の駆動軸31に連結(噛合)されている。
また、駆動モータ3は、ECU(Engine Control Unit)140と電気的に接続されており(図1参照)、当該ECU140によって駆動制御される。
The
The
2つのトーションスプリング4は、第一トーションスプリング41と、第二トーションスプリング42とから構成されている。
このうち、第一トーションスプリング41は、第一バルブ21を軸中心Ax回りの閉方向(吸気通路61を閉塞する方向)に付勢するリターンスプリングであり、両端がスロットルボディ6と第一回動軸210の駆動ギア211とに固定されている。
一方、第二トーションスプリング42は、本発明に係る付勢部材であり、第一バルブ21と第二バルブ22とが常態で一体的に回動するように(つまり、互いに同じ回転角度位置で回動するように)、第二バルブ22を軸中心Ax回りに付勢している。より詳しくは、第二トーションスプリング42は、第一トーションスプリング41の付勢力よりも小さな付勢力で、第二バルブ22を軸中心Ax回りの開方向に付勢している。この第二トーションスプリング42は、第一トーションスプリング41の内周側において、第二回動軸220の一端に設けられたフランジ222と、第一回動軸210の駆動ギア211とに、両端が固定されている。
The two
Among these, the
On the other hand, the
2つのポジションセンサー5は、第一バルブ21と第二バルブ22の開度を個別に検出するセンサーであり、第一ポジションセンサー51と第二ポジションセンサー52とから
構成されている。
このうち、第一ポジションセンサー51は、第一回動軸210の一端に設けられており、当該第一回動軸210の回転角度位置を検出することにより、第一バルブ21の開度を検出可能となっている。
一方、第二ポジションセンサー52は、第二回動軸220の他端に設けられており、当該第二回動軸220の回転角度位置を検出することにより、第二バルブ22の開度を検出可能となっている。
これら2つのポジションセンサー5は、ECU140と個別に電気的に接続されており(図1参照)、第一バルブ21及び第二バルブ22の開度情報をECU140に出力する。
The two
Among these, the
On the other hand, the
These two
続いて、スロットルバルブユニット1におけるスロットルバルブ2の開閉動作について説明する。
図3は、スロットルバルブ2の開閉動作を説明するための図である。
Next, the opening / closing operation of the
FIG. 3 is a view for explaining the opening / closing operation of the
まず、通常時におけるスロットルバルブ2の開閉動作について説明する。
駆動モータ3が駆動されていないとき(例えばエンジン停止時など)には、図3(a)に示すように、スロットルバルブ2は、第一バルブ21と第二バルブ22とが一体で(つまり、互いに同じ回転角度位置で)吸気通路61に対してやや傾斜した状態で、当該吸気通路61断面を閉塞している。
より詳しくは、このときには、第二バルブ22を開方向(図3では時計回り方向)に付勢する第二トーションスプリング42よりも大きな付勢力で、第一バルブ21が第一トーションスプリング41により閉方向(図3では反時計回り方向)に付勢されるとともに、第一バルブ21に対する第二バルブ22の開方向への回動がストッパー221により規制される。そのため、スロットルバルブ2は、第一バルブ21と第二バルブ22とが一体となりつつ、第二バルブ22が吸気通路61の内壁に当接した閉状態となる。
First, the opening / closing operation of the
When the
More specifically, at this time, the
この閉状態において、例えばエンジン100が始動されて、ECU140からの駆動指令により駆動モータ3が駆動されると、第一トーションスプリング41の付勢力よりも大きな開方向への駆動力が、減速機構7を介して第一回動軸210に作用する。
これにより、スロットルバルブ2は、図3(b)に示すように、第一バルブ21と第二バルブ22とが一体の状態で開方向に回動して開状態となり、吸気通路61が開放されて後流の燃焼室130に空気が供給される。
In this closed state, for example, when the
As a result, as shown in FIG. 3 (b), the
次に、エンジン停止時でのスロットルバルブ2の閉状態において、アイシングにより第二バルブ22の下端部が固着した場合におけるスロットルバルブ2の開動作について説明する。
スロットルバルブ2の閉状態において、エンジン100が始動されて、ECU140からの駆動指令により駆動モータ3が駆動されると、上述した通常時と同様に、駆動モータ3からの開方向への駆動力が第一回動軸210に作用する。このとき、スロットルバルブ2は、図3(c)に示すように、外周側の第二バルブ22が氷によって吸気通路61の内壁と固着しているものの、内周側の第一バルブ21は開方向に回動する。
これにより、吸気通路61の一部が開放されて後流の燃焼室130に空気が供給され、エンジン100を通常時と同様に始動させることができる。そして、エンジン100の始動により温度が上昇して、第二バルブ22を固着させていた氷が融かされると、第二トーションスプリング42の付勢力によって第二バルブ22は第一バルブ21との一体状態に復帰する。また、第二バルブ22の固着や固着状態からの復帰は、2つのポジションセンサー5からの開度情報によってECU140で検知することができる。
Next, the opening operation of the
When the
As a result, a part of the
以上のように、本実施形態によれば、バルブ固着が発生していない通常時には、駆動モータ3からの駆動力が第一バルブ21に加わるとともに、この第一バルブ21と一体的に回動するように第二バルブ22が第二トーションスプリング42に付勢されることにより、これら第一バルブ21と第二バルブ22とが一体で開閉動作を行い、吸気通路61が開放される。
また、アイシングによるバルブ固着の発生時には、吸気通路61断面のうちの外周部分を開閉する第二バルブ22は氷で固着し得るものの、内周部分を開閉する第一バルブ21は駆動モータ3によって通常時と同様に回動され、吸気通路61が開放される。
したがって、通常時は勿論のこと、アイシングによるバルブ固着が発生した場合であっても、正常に燃焼室130への吸気を行ってエンジン100を始動させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the driving force from the
When the valve sticking due to icing occurs, the
Therefore, not only during normal times, but also when the valve is stuck due to icing,
また、第二バルブ22の回動には第二トーションスプリング42による付勢だけで足りるので、例えば第一バルブ21と第二バルブ22とを個別の駆動モータによって回動させる場合に比べ、簡便な構成とすることができる。
Further, since the
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 The embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では、2つのトーションスプリング4が2つの回動軸(第一回動軸210及び第二回動軸220)を直接付勢するように設けられることとしたが、当該2つのトーションスプリング4は、駆動モータ3から2つの回動軸210,220までの駆動力伝達系統の何処かに設けられていればよい。
例えば図4に示すように、減速機構7と軸部が連結・離脱可能な連結ギア8を同軸上に設けるとともに、この連結ギア8と噛合する歯車をフランジ222の外周面に形成する。そして、スロットルボディ6に固定されたカバー9と減速機構7とに第一トーションスプリング41の両端を固定するとともに、減速機構7と連結ギア8とに第二トーションスプリング42の両端を固定する。
このような構成であっても、上記実施形態と同様にスロットルバルブ2を開閉動作させることができる。具体的に説明すると、通常時には、駆動モータ3の駆動力が減速機構7及び連結ギア8を介して第一バルブ21及び第二バルブ22を同時に回動させる。そして、第二バルブ22の固着時には、連結ギア8が回転を規制されるものの、減速機構7が機能して第一バルブ21を回動させることができる。また、第二バルブ22が固着状態から復帰したときには、第二トーションスプリング42の付勢力によって第二バルブ22を第一バルブ21と一体の状態に復帰させることができる。但し、この場合には、各バルブ21,22とトーションスプリング4との間に各種ギアが介在することとなるため、各トーションスプリング4の付勢力を上記実施形態のものから調整する必要がある。
For example, in the above embodiment, the two
For example, as shown in FIG. 4, a connecting
Even with such a configuration, the
また、スロットルバルブ2が内周側の第一バルブ21と外周側の第二バルブ22とから構成されることとしたが、当該スロットルバルブ2は、吸気通路61断面のうち下端部を除く部分を開閉可能な第一バルブと、吸気通路61断面のうち下端部を含む他の部分を開閉可能な第二バルブとから構成されていればよい。
In addition, the
また、スロットルバルブ2に開閉される吸気通路61は、略水平に設けられていなくともよい。吸気通路61が略水平でなくとも、スロットルバルブ2が閉状態において鉛直方向に対して傾斜していれば、水が吸気通路61の下端部に溜まってアイシングによるバルブ固着が発生し得る。
Further, the
また、第一バルブ21と第二バルブ22との相対回動を規制するストッパー221は、第二バルブ22でなく第一バルブ21に設けられていてもよいし、第二バルブ22が第二トーションスプリング42の付勢力のみによって常態で第一バルブ21と一体的に回動するように構成されていれば、当該ストッパー221は無くともよい。
Further, the
1 スロットルバルブユニット(内燃機関の吸気量制御装置)
2 スロットルバルブ
21 第一バルブ
210 第一回動軸
22 第二バルブ
220 第二回動軸
221 ストッパー
Ax 軸中心
3 駆動モータ(駆動手段)
4 トーションスプリング
41 第一トーションスプリング
42 第二トーションスプリング(付勢部材)
5 ポジションセンサー
51 第一ポジションセンサー
52 第二ポジションセンサー
6 スロットルボディ
61 吸気通路
7 減速機構
100 エンジン(内燃機関)
120 吸気マニホールド
130 燃焼室
1 Throttle valve unit (intake air amount control device for internal combustion engine)
2
4
5
120
Claims (4)
前記スロットルバルブは、
前記吸気通路断面のうち下端部を除く部分を開閉可能な第一バルブと、
前記吸気通路断面のうち下端部を含む他の部分を開閉可能な第二バルブと、
から構成され、
前記第一バルブが、前記駆動手段に連結され、
前記第二バルブが、常態で前記第一バルブと一体的に回動するように付勢部材に付勢されていることを特徴とする内燃機関の吸気量制御装置。 An intake air amount control device for an internal combustion engine comprising a throttle valve capable of opening and closing an intake passage to a combustion chamber in association with rotation about a rotation axis, and drive means for rotating the throttle valve,
The throttle valve is
A first valve capable of opening and closing a portion excluding a lower end portion of the cross section of the intake passage;
A second valve capable of opening and closing other portions including a lower end portion of the cross section of the intake passage;
Consisting of
The first valve is connected to the drive means;
An intake air amount control device for an internal combustion engine, wherein the second valve is biased by a biasing member so as to rotate integrally with the first valve in a normal state.
前記第二バルブは、前記吸気通路断面のうち前記内周部分よりも外周側の部分を開閉可能に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸気量制御装置。 The first valve is configured to be able to open and close an inner peripheral portion of the cross section of the intake passage,
2. The intake air amount control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the second valve is configured to be able to open and close a portion on an outer peripheral side of the inner peripheral portion in the cross section of the intake passage.
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Cited By (1)
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CN113357022A (en) * | 2020-03-05 | 2021-09-07 | 光宝电子(广州)有限公司 | Butterfly valve module, engine management system and vehicle control method |
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- 2015-08-19 JP JP2015161527A patent/JP2017040183A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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