JP2020051316A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットルユニットの取付けが容易な吸気装置を提供する。【解決手段】吸気装置は、スロットルボデー１と、これを上流側と下流側とから挟む上流側筒状体３及び下流側筒状体４を備えている。上流側筒状体３と下流側筒状体４とは、その端面を突き合わせた状態に配置されている。上流側筒状体３及び下流側筒状体４の外周には外向きフランジ１４，１５が形成されており、両者はボルト１６等のファスナで固定されている。スロットルボデー１と上流側筒状体３及び下流側筒状体４とは、Ｏリング１１を介して軸方向及び横方向にずれ不能に保持されている。上流側筒状体３と下流側筒状体４とは、単に突き合わせているだけであるため、組み付けは簡単である。上流側筒状体３及び下流側筒状体４に曲げ力が作用しても、曲げ力はスロットルボデー１には波及しない。この面でも、スロットルボデー１の変形を防止して弁軸５を滑らかに回転できる。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関において、スロットルバルブを備えた吸気装置に関するものである。

内燃機関において、気筒に供給される吸気量はスロットルバルブによって制御されている。スロットルバルブは吸気通路に介挿されているが、スロットルバルブの取付けを簡易化する技術が特許文献１に開示されている。

すなわち、特許文献１では、エアダクトとインテークマニホールドとを嵌め合わせて、インテークマニホールドに突設した爪部とエアダクトとを結束バンドで締結すると共に、両者で形成された空間にスロットルボデーを配置することが開示されている。

特開２０１３−６０８４４号公報

特許文献１では、スロットルボデーはエアダクトとインテークマニホールドとの間に挟み込まれているため、スロットルボデーの取付けは比較的簡単であると云えるが、結束バンドによって締結するためには、エアダクトとインテークマニホールドとを部分的に嵌め合わせなければならないため、スロットルボデーの入り口側の端部の外径を部分的に小径化してエアダクトに嵌め合わせることにより、エアダクトの内径とスロットルボデーの内径とを同径に設定し、かつ、スロットルボデーとインテークマニホールドとの間にＯリングを介在させている。

しかし、この特許文献１の構成では、まず、エアダクトは、インテークマニホールドから突設された爪部が結束バンドでエアダクトに固定されているに過ぎないため、エアダクトとインテークマニホールドとを同心の状態に強固に固定し難いという問題がある。

また、スロットルボデーの一部がエアダクトに密嵌しているため、スロットルボデーとエアダクトとは同心の状態に保持されるが、上記のとおり、エアダクトとインテークマニホールドとは必ずしも同心に保持されない場合があるため、スロットルボデーがインテークマニホールドに対して片当たりの状態になってしまい、結果として、シール性の悪化、スロットルボデーにひずみが発生して弁軸の滑らかな回転が阻害されることが懸念される。

更に、特許文献１では、スロットルボデーの一部を小径化することになるため、スロットルボデーの剛性が低下する問題がある。そして、スロットルボデーの剛性が低下すると、エアダクト及びインテークマニホールドからなる通路に何らかの理由で曲げ力が作用した場合、スロットルバルブに変形（ひずみ）が発生し、その変形によって弁軸の滑らかな回転が阻害されるといったことも懸念される。

本願発明は、このような現状を改善することを課題とするものである。

本願発明は、
「一端と他端とを開口したスロットルボデーと、前記スロットルボデーにその一端の側から被嵌する上流側筒状体と、前記スロットルボデーにその他端の側から被嵌する下流側筒状体とを備えており、
前記スロットルボデーの内部には、当該スロットルボデーの軸心と直交した姿勢の弁軸を介して弁体が配置されている一方、前記スロットルボデーの外部には、前記弁軸の駆動手段が配置されている」
という基本構成である。

そして、上記基本構成において、
「前記上流側筒状体と前記下流側筒状体とは、その端面を互いに突き合わせた状態でねじ又は他のファスナで締結されており、前記スロットルボデーが、Ｏリングその他の弾性シールリングを介して前記上下流筒状体内に保持されているか、又は、前記スロットルボデーに設けたフランジが前記上流側筒状体と前記下流側筒状体との端面間に挟み固定されている」
という構成になっている。なお、弁軸の駆動手段として、電動モータのような電子制御可能なアクチュエータが多いが、アクセルペダルと機械的に連動したレバーなど使用できる。

弾性シールリングの配置態様としては、スロットルボデーに、上流側筒状体に対応したフランジと下流側筒状体に対応したフランジを形成して、フランジと上流側筒状体及び下流側筒状体と間に、弾性シールリングを介在させるのが好ましい。

本願発明では、上流側筒状体と下流側筒状体とは端面を突き合わせて固定されているため、上流側筒状体と下流側筒状体とを同心の状態に強固に保持できる。従って、上流側筒状体と下流側筒状体とからなる通路に曲げ力が作用しても、内部に配置したスロットルボデーに外力が及ぶことはなくて、スロットルボデーを安定した状態に保持できる。

そして、スロットルボデーは、一つの態様では、上流側筒状体及び下流側筒状体の締結部に対してスロットルボデーバルブボアの上流と下流部は弾性シールリングを介して保持されて、他の態様では、スロットルボデーに設けたフランジが上流側筒状体との端面間に挟み固定されており、いずれにしても、スロットルボデーは外力を受けない構造になっているため、スロットルボデーは、上流側筒状体及び下流側筒状体との間でのシール性を確保しつつ、外力が作用しない状態に安定的に保持される。従って、スロットルボデーに曲がりやひずみが発生することを防止して、弁軸の滑らかな回転を確保できる。

また、本願発明では、上流側筒状体と下流側筒状体とは、その端面を直接突き合わせた状態か又は端面間にスロットルボデーのフランジを挟んだ状態に連結されているため、スロットルボデーは、その筒部の厚さを部分的に薄くすることなく、上流側筒状体と下流側筒状体とで挟み固定され得る。従って、スロットルボデーの剛性が低下することを防止できる。この面でも、スロットルボデーの変形を防止して、弁軸の滑らかな回転を確保できる。

更に、スロットルボデーが上流側筒状体と下流側筒状体に包まれた状態で保持されるので外気からの遮断効果が期待でき、冷間時の弁軸、弁体の凍結防止温水配管の廃止や、エンジンルームが高温雰囲気に曝された時の吸気温度の上昇抑制が可能となる。

第１実施形態を弁軸の軸線方向から見た断面図である。 第１実施形態を弁軸の軸線方向と直交した方向から見た断面図である。 第１実施形態を弁軸の軸線方向と直交した方向から見た分離断面図である。 図２の IV-IV視方向から見た分離図である。 第２実施形態の断面図である。

(1).実施形態の構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜４に示す第１実施形態を説明する。吸気装置は、両端が開口した筒状のスロットルボデー１を備えたスロットルユニット２と、スロットルボデー１の上流側半部に被嵌する上流側筒状体３と、スロットルボデー１の下流側半部に被嵌する下流側筒状体４とを備えており、上流側筒状体３と下流側筒状体４とは、その端面を直接突き合わせた状態に配置されている。

上流側筒状体３は、例えば、エアクリーナの出口管であるか、又は、吸気通路を構成するダクトの下流側端部である。他方、下流側筒状体４は、インテークマニホールド（或いはサージタンク）の入り口部であるが、下流側筒状体４についても、吸気通路を構成するダクトの一部で構成することは可能である。

スロットルボデー１は、ストレート筒状（円筒状）の基本形態あり、一端と他端との間の中途部に、軸心と直交した弁軸５が回転自在に挿通されており、弁軸５には、円板状の弁体６がビス等で固定されている。弁軸５の一端部はスロットルボデー１の外側に大きく突出しており、アクチュエータの一例として電動モータ７の内部に入り込んでいる。電動モータ７は、スロットルボデー１の側部に固定された円形のボス部８を有している。

そして、スロットルボデー１の外周のうち上流側筒状体３に入り込んだ部位に第１フランジ９を突設し、下流側筒状体４に入り込んだ部位に第２フランジ１０を突設しており、フランジ９，１０の上下外側に、弾性シールリングの一例としてのＯリング１１を配置し、上流側筒状体３と下流側筒状体４とには、フランジ９，１０とでＯリング１１を挟み込む段部１２，１３を形成している。

本実施形態では、フランジ９，１０とＯリング１１と段部１２，１３とにより、スロットルボデー１を移動不能に保持する位置決め部が構成されている。なお、両フランジ９，１０を一体化することも可能である。また、段部１２，１３の箇所を内向きフランジに形成してもよい。

スロットルボデー１にフランジ９，１０を形成したことに対応して、上流側筒状体３及び下流側筒状体４には、フランジ９，１０の外側に位置した大径部３ａ，４ａが形成されており、大径部３ａ，４ａの端面が互いに突き合わさっている。

上流側筒状体３及び下流側筒状体４とスロットルボデー１との内径は、同一径になっている。従って、上流側筒状体３には、第１フランジ９よりも上流側の部位が嵌まる膨大部３ｂが形成されて、下流側筒状体４には、第２フランジ１０よりも下流側の部位が嵌まる膨大部４ｂが形成されている。

そして、上流側筒状体３と下流側筒状体４との大径部３ａ，４ａに、互いに重なりあう外向きフランジ１４，１５を一体に形成しており、これらの外向きフランジ１４，１５が、ファスナの一例としてのボルト１６で締結されている。

正確には、下流側筒状体４の外向きフランジ１５に鬼目ナット１７をインサート成型又は打ち込みによって固定し、上流側筒状体３の外向きフランジ１４に挿通したボルト１６を鬼目ナット１７にねじ込んでいる。外向きフランジ１４，１５は、周方向に離れた複数箇所（例えば３か所）に設けている。なお、鬼目ナット１７に代えて通常のナットを使用してもよいし、ボルトを下流側筒状体４の外向きフランジ１５に直接ねじ込むことも可能である。

上流側筒状体３と下流側筒状体４との合わせ面は、基本的には弁軸５よりも少し下流側にずれている。そこで、スロットルボデーの回転方向規制を３もしくは４との略嵌合する部材形状を設定する。一例としては、図４に明示するように、下流側筒状体４には、上流側に向いて突出した突部１８を形成する一方、上流側筒状体３には、突部１８が嵌合する凹部１９を形成し、これら突部を１８と凹部１９との合わせ面に、スロットルユニット２のボス部８が若干のクリアランスを持って嵌まる第１凹所２０と、弁軸５の外側に位置した第２凹所２１とを形成している。

第２凹所２１はキャップ２２で塞がれているが、弁軸５の先端部はスロットルボデー１の外側にはみ出ていないので、第２凹所２１は必ずしも必要ない。また、第２凹所２１を形成する場合、一点鎖線で示すように、上流側筒状体３の大径部３ａと下流側筒状体４の大径部４ａとを、スナップ式の外蓋２３で覆うことも可能である。

なお、弁軸５の先端部はスロットルボデー１の外側にはみ出ていないので、弁軸５の外側に突部を１８と凹部１９とを形成する必要はないが、軸心を挟んだ両側に突部を１８と凹部１９とを形成しておくと、上流側筒状体３と下流側筒状体４との位置合わせを正確に行える利点がある。

(2).まとめ
本実施形態は以上の構成であり、スロットルボデー１は、上流側筒状体３と下流側筒状体４とで挟むようにして配置されているだけであるため、吸気装置の組み立てはごく簡単に行える。すなわち、スロットルボデー１の一部を、上流側筒状体３と下流側筒状体４とのうちいずれか一方に挿入してから、スロットルボデー１のうちはみ出ている部分に他方の筒状体を被嵌して、ついで、上流側筒状体３と下流側筒状体４とをボルト１６で締結したらよいのであり、面倒な作業はなくて、組み付けを簡単に行える。

そして、上流側筒状体３と下流側筒状体４とは、フランジ接合によってボルト１６で強固に固定できるため、上流側筒状体３と下流側筒状体４とからなる通路は、外力が作用しても変形はしない。従って、組み立てた後にスロットルボデー１に変形・ひずみが発生するようなことなくて、弁軸５の滑らかな回転を確保することができる。

また、上流側筒状体３とスロットルボデー１との間のシール性は上部のＯリング１１で確保されている一方、下流側筒状体４とスロットルボデー１との間のシール性は下部のＯリング１１で確保されており、かつ、スロットルボデー１は上下のＯリング１１を介して軸方向にも横方向にもずれ不能に保持されているため、上流側筒状体３及び下流側筒状体４とスロットルボデー１との間に若干のクリアランスがあっても、吸気の漏れを無くした状態でスロットルユニット２を取り付けることができる。

このように、スロットルボデー１と上流側筒状体３及び下流側筒状体４との間に若干のクリアランスがあってもシール性と位置決め性とを確保できるため、上記した組み付けの容易性を更に向上できる。

さて、スロットルボデー１の剛性が低下すると、上流側筒状体３と下流側筒状体４との間に挟み付けるにおいて、スロットルボデー１に対する力の掛かり具合によっては、スロットルボデー１が僅かながら変形し、弁軸５の滑らかな回転が阻害されることが懸念される。

これに対して本実施形態は、上流側筒状体３と下流側筒状体４とはその端面を突き合わせた状態で配置されていることにより、スロットルボデー１は、上流側筒状体３と下流側筒状体から絶縁された状態になっていて、上流側筒状体３に嵌まる膨大部３ｂの外径と、下流側筒状体４に嵌まる膨大部４ｂの外径とを同一径に設定できるため、スロットルボデー１は、第１フランジ９よりも上流側の部分と第２フランジ１０よりも上流側の部分とを同じ肉厚に設定されており、全体として高い剛性を確保できるため、組み付け後に外力が作用しても変形することはなくて、弁軸５の円滑な回転を保持できる。

上流側筒状体３と下流側筒状体４とは弁軸５の軸心の箇所で突き合わせてもよいが、上流側筒状体３のように合わせ面を弁軸５の軸心からずらすと、上流側筒状体３と下流側筒状体４とには突部１８と凹部１９とを形成する必要があるため、上流側筒状体３と下流側筒状体４との位置合わせを正確に行える利点がある（特に、周方向の位置決めを正確に行なえる。）。

Ｏリング等の弾性シールリングは、スロットルボデー１の端面に配置してもよいが、実施形態のようにフランジ９，１０の箇所に配置すると、軸方向のシールと横方向のシールとを同時に行えるため、スロットルボデー１と筒状体３，４との間のクリアランスの吸収性能に優れている利点がある。

図５に示す第２実施形態では、スロットルボデー１に設けた第２フランジ１０が、上流側筒状体３の外向きフランジ１４と下流側筒状体４の外向きフランジ１５との間に挟まるように形成されており、３つのフランジ１４，１０，１５がボルト１６で共締めされている。

この実施形態では、スロットルボデーは上流側筒状体３と下流側筒状体４とに一体に固定された状態になっているため、スロットルボデー１の安定的に優れている。また、この実施形態でも、Ｏリング１１によって上下からシールされているが、下流側筒状体４の外向きフランジ１５とスロットルボデー１の外向きフランジ１４との間は、ガスケットを介在させてシールすることも可能である。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、ファスナとしては、穴に押し込むだけのプッシュ式キャッチや、重なったフランジを外側から挟持するＣ形のクリップ（例えば、エアクリーナの本体と蓋との固定に使用されているもの）なども使用できる。

また、上流側筒状体３と下流側筒状体４との合わせ面を、周方向に凹凸が連続する形態に形成することも可能である。自動車用内燃機関においては、弁軸の駆動手段は、ペダルの踏み込みに連動して動くレバーであってもよい。

本願発明は、吸気装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ スロットルボデー
２ スロットルユニット
３ 上流側筒状体
４ 下流側筒状体
５ 弁軸
６ 弁体
７ 駆動手段の一例としての電動モータ（アクチュエータ）
８ ボス
９，１０ 位置決め部の一環を成すフランジ
１１ 弾性シールリングの一例としてＯリング
１２，１３ シール手段の一環を成す段部
１４，１５ 外向きフランジ
１６ ファスナの一例としてのボルト

Claims (1)

1. 一端と他端とを開口したスロットルボデーと、前記スロットルボデーにその一端の側から被嵌する上流側筒状体と、前記スロットルボデーにその他端の側から被嵌する下流側筒状体とを備えており、
   前記スロットルボデーの内部には、当該スロットルボデーの軸心と直交した姿勢の弁軸を介して弁体が配置されている一方、前記スロットルボデーの外部には、前記弁軸の駆動手段が配置されている構成であって、
   前記上流側筒状体と前記下流側筒状体とは、その端面を互いに突き合わせた状態でねじ又は他のファスナで締結されており、前記スロットルボデーが、Ｏリングその他の弾性シールリングを介して前記上下流筒状体内に保持されているか、又は、前記スロットルボデーに設けたフランジが前記上流側筒状体と前記下流側筒状体との端面間に挟み固定されている、
   内燃機関の吸気装置。

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