JP3646215B2

JP3646215B2 - Throttle body with diffuser

Info

Publication number: JP3646215B2
Application number: JP33652398A
Authority: JP
Inventors: 雅也早川
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 1998-11-11
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2018-11-11
Also published as: JP2000145551A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のディフューザ付スロットルボデーに関するもので、スロットルバルブの下流、特にスロットルシャフトの下流背部における吸気流体の剥離現象を抑制してエネルギー損失を減少させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、内燃機関の吸入空気量を制御するためのスロットルボデーは、インテークマニホールドにおける吸気脈動を低減するためにインテークマニホールドの上流に設けられたサージタンクに取り付けられ、このサージタンクを介してエンジンに空気を供給するよう構成される吸気装置が知られている。サージタンクはその容積を確保するため径大となるのは否めない。そのため、スロットルボデーのスロットルボアー内径よりもサージタンクの内径が極大となり、内径差が生じる。そのため、スロットルボデーの下流部において、流体の減速と複雑な流れ現象とが相まって剥離現象が生じ、その剥離現象に基づく流れによってエネルギー損失が生じ、エンジンの吸入効率が低下する。この対策として図４に示すように、スロットルボアー１ａのスロットルバルブ３の下流部を円錐面状に内径が徐々に拡大する形状でディフューザ１ｂを設けることが一般的に行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ディフューザ１ｂを有するスロットルボデー１は、スロットルバルブ３全開のエンジン全負荷時において、スロットルシャフト２の下流背部には、吸気流体の減速によって剥離現象による剥離領域２０（点模様部）が形成され、これがサージタンク内の圧力回復効率を低下させる要因となる。ちなみに、圧力回復効率とは次のようにして求められる。すなわち、ベルヌーイの式より、
【０００４】
【数１】

【０００５】
ここで、Ｐ1：スロットルボアー内壁部の圧力（静圧）、ｕ1：スロットルボアー内壁部の流速、Ｐ2：サージタンク内壁部の圧力（静圧）、ｕ2：サージタンク内壁部の流速、ρは流体の密度、ｇは重力加速度である。これより速度エネルギーが圧力エネルギーにいかに効率よく変換されるかの指標としての圧力回復効率ηは次のように導かれる。
【０００６】
【数２】

【０００７】
圧力回復効率ηを向上させるためには、ディフューザ部での剥離現象を抑制し、速度エネルギーを圧力エネルギーにうまく変換する必要がある。そのためには、剥離現象による剥離領域を規制することがポイントとなる。
【０００８】
そこで本発明は、スロットルバルブ全開時のスロットルシャフトの下流背部に形成される剥離現象を抑制、かつ、規制して剥離領域を低減し、サージタンクの圧力回復効率を向上させることができるディフューザ付スロットルボデーの改良構造を提案することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題の解決を目的としてなされた請求項１の発明は、吸気通路径の急拡大に起因する吸気流体の剥離現象を防止するため、スロットルバルブの下流のスロットルボアー部に設けられた円錐面状のディフューザを有するスロットルボデーにおいて、スロットルシャフトの軸心方向において前記ディフューザ内通路部を仕切る２枚の板状に形成された隔離板を設けたことを特徴とする。また、請求項２の発明は、前記隔離板の上流側先端部の、スロットルボアー中心からの寸法が、スロットルボアーの半径より小さく、かつ、下流側に向かうにつれて前記隔離板が離間していくように設けられたことを特徴とする。また、請求項３の発明は、前記隔離板の傾斜角度がディフューザのテーパ角と略同一角度であることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
上述のように、本発明においては、スロットルボアーを流れる吸気流体は、スロットルシャフトの下流背部に設けられた隔離板の上流先端部によって、一部が隔離板とディフューザ円錐面の間に形成される三日月状通路を通ってサージタンクに流れる。そのため、三日月状通路内を通過する吸気流体の流速は減少し難く、剥離現象による剥離領域の拡大を抑制することができるとともに、隔離板によって剥離領域の通路中央への進出も規制され、両隔離板間の通路内には剥離領域は無くなる。そして、隔離板の上流先端部はスロットルボアー中心に近いほど三日月状通路を流れる流体量は増加し、減速が妨げられ剥離領域の発生をさらに抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１において、スロットルボデー本体１の中央に設けられた吸気流体の通路であるスロットルボアー１ａを横切って、スロットルシャフト２が回動自在に設けられ、スロットルシャフト２には吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ３が固定されている。本図はスロットルバルブ３が全開に保持されている状態を示す。スロットルボアー１ａのスロットルバルブ３の下流部には、ディフューザ１ｂが設けられ円錐面を形成している。ディフューザ１ｂには、ディフューザ内通路部を、スロットルシャフト２の軸心方向において三つに仕切る２枚の隔離板４がスロットルボデー本体１と一体的に設けられている。隔離板４の上流側先端部４ａはスロットルバルブ３回動時の干渉を避けるため弓状に切り欠かれ、スロットルボアー１ａ壁面よりスロットルボアー１ａ中央側に入り込むように設けられている。すなわち、隔離板４の上流側先端部４ａのスロットルボアー１ａ中心からの寸法Ａは、スロットルボアー１ａの半径Ｒより小さくなるよう設置される。また、二枚の隔離板４は、下流側に向かうにつれて離間していくように設けられている（Ａ≦Ｂの関係になっている）。すなわち、各隔離板４の上流側先端部４ａによって、吸気流体（矢印）の一部がディフューザ１ｂの円錐面に向かって流れ易くし、剥離現象により生じた剥離領域２０（図４）の拡大を規制して低減させるために必要な取付位置関係にしてある。
【００１２】
次に、本発明の実施形態の作用について説明する。図１において、スロットルボアー１ａを流れる吸気流体は、スロットルシャフト２の下流背部において隔離板４の上流先端部４ａによって、一部が隔離板４とディフューザ１ｂ円錐面の間に形成される三日月状通路５を通って図示しないサージタンクに流れる。そのため、三日月状通路５内を通過する吸気流体の流速は減少し難く、剥離現象による剥離領域は点模様で示す剥離領域２０ａとなって、剥離領域の拡大を抑制することができるとともに、隔離板４によって剥離領域の中央通路への進出も規制され、両隔離板４間の通路内には剥離領域は無くなる。そして、隔離板４の上流先端部４ａはスロットルボアー１ａ中心に近いほど三日月状通路５を流れる流体量は増加し、減速が妨げられ剥離領域２０ａの発生をさらに抑制することができる。そのため、サージタンク内の圧力回復率は上昇し、エンジンの吸気効率が向上する。
【００１３】
次に、疑似スロットルボデーと疑似サージタンクを使用した疑似吸気装置による本発明の試験結果について説明する。図２は疑似吸気装置を示す縦断面図である。一辺１７８ｍｍの角筒状の疑似サージタンク６の入口部中央には、ボアー径φ６０ｍｍ、ディフューザテーパ角度１１．７度（片側）、ディフューザ長６０ｍｍ、の疑似スロットルボデー７が取り付けられ、出口部６ａは真空ポンプ８に連結され、真空ポンプの吸引によって吸気流量１０．３立方ｍ／分の定常流を流過させた。疑似サージタンク６入口端部６ｂから９４４ｍｍの位置以降には整流用の金網９が３段階に設けられている。疑似サージタンク６入口端部６ｂから４８ｍｍの疑似スロットルボデー７のスロットルボアー壁面の静圧力Ｐ1 、および７２６ｍｍの疑似サージタンク壁面の静圧力Ｐ2 を測定し、前記圧力回復効率η〔＝（Ｐ2 −Ｐ1）／Ｐ1〕を算出比較して、隔離板４（図１）の取付位置、角度の効果を調べた。なお、前記Ｐ2 測定点は、その前後の位置における圧力を測定比較し、圧力値の最も安定した測定点として選択された。
【００１４】
図３（ｂ）は、試験に供試した隔離板の主要取付寸法一覧を示す図表で、図３（ａ）はその試験結果を示す棒グラフである。隔離板を設けたものは、全て従来技術（隔離板なし）に比較して圧力回復効率ηは向上している。特に、試験品「隔離板３、６」においては顕著な効果を示している。したがって、傾斜角度α（図１）はディフューザのテーパ角度（１１．７度）に近い９．４６度である場合が最良であることが確認できた。これは、三日月状通路内での流体の減速が少なく、剥離現象による剥離領域の拡大する割合が小さくなり、剥離領域が最も減少したためと考えられる。
【００１５】
なお、前記２枚の隔離板４はスロットルボアー１ａ中心線を対称に設けられているが、ディフューザ１ｂ部に生ずる剥離領域の形状（でき方）によっては必ずしも対称に設ける必要はなく、効果的な非対称位置に設置してもよい。また、剥離領域の一方のみを規制する場合は、隔離板は１枚のみの設置でよい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。すなわち、スロットルボアーを流れる吸気流体は、スロットルシャフトの下流背部において隔離板の上流先端部によって、一部が隔離板とディフューザ円錐面の間に形成される三日月状通路を通ってサージタンクに流れる。そして、隔離板の上流先端部がスロットルボアー中心に近いほど三日月状通路を流れる吸気流体量が増加し、減速が妨げられることから、三日月状通路内で生じ拡大する剥離領域が、隔離板によって規制され剥離領域が減少し、圧力回復効率の向上が図れる。また、隔離板の傾斜角度をディフューザのテーパ角度に近づけることによって、さらに、剥離領域が減少し、圧力回復効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るスロットルボデーの縦断面図である。
図１（ｂ）は、図１（ａ）の右側面図である。
図１（ｃ）は、図１（ａ）の横断面図である。
【図２】本発明の効果確認のための疑似吸気装置を示す縦断面図である。
【図３】図３（ａ）は、効果確認試験結果を示す棒グラフである。
図３（ｂ）は、効果確認試験に供試した隔離板の取付寸法を示す図表である。
【図４】図４（ａ）は、従来技術を示すスロットルボデーの縦断面図である。
図４（ｂ）は、図４（ａ）の右側面図である。
図４（ｃ）は、図４（ａ）の横断面図である。
【符号の説明】
１スロットルボデー本体
１ａスロットルボアー
１ｂディフューザ
２スロットルシャフト
４隔離板
４ａ上流側先端部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a throttle body with a diffuser for an internal combustion engine, and is intended to reduce energy loss by suppressing a separation phenomenon of intake fluid downstream of a throttle valve, particularly downstream of a throttle shaft.
[0002]
[Prior art]
Recently, a throttle body for controlling the intake air amount of an internal combustion engine is attached to a surge tank provided upstream of the intake manifold in order to reduce intake pulsation in the intake manifold. Inhalation devices configured to supply air are known. The surge tank cannot be denied in order to secure its volume. For this reason, the inner diameter of the surge tank is larger than the inner diameter of the throttle bore of the throttle body, resulting in a difference in inner diameter. For this reason, in the downstream portion of the throttle body, the fluid deceleration and the complicated flow phenomenon occur to cause a separation phenomenon, and energy loss occurs due to the flow based on the separation phenomenon, thereby reducing the intake efficiency of the engine. As a countermeasure against this, as shown in FIG. 4, it is a common practice to provide a diffuser 1b in a shape in which the inner diameter gradually increases in a conical surface at the downstream portion of the throttle valve 3 of the throttle bore 1a.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the throttle body 1 having the diffuser 1b, when the throttle valve 3 is fully opened and the engine is fully loaded, a separation region 20 (dotted pattern portion) due to a separation phenomenon is formed on the downstream back portion of the throttle shaft 2 due to the deceleration of the intake fluid. This is a factor that reduces the pressure recovery efficiency in the surge tank. Incidentally, the pressure recovery efficiency is obtained as follows. That is, from Bernoulli's equation
[0004]
[Expression 1]

[0005]
Where P1: pressure of the inner wall of the throttle bore (static pressure), u1: flow velocity of the inner wall of the throttle bore, P2: pressure of the inner wall of the surge tank (static pressure), u2: flow velocity of the inner wall of the surge tank, ρ is fluid Density, g is gravity acceleration. Accordingly, the pressure recovery efficiency η as an index of how efficiently the velocity energy is converted into the pressure energy is derived as follows.
[0006]
[Expression 2]

[0007]
In order to improve the pressure recovery efficiency η, it is necessary to suppress the separation phenomenon in the diffuser part and to convert the velocity energy into pressure energy well. For that purpose, it is important to regulate the peeling region due to the peeling phenomenon.
[0008]
Accordingly, the present invention provides a diffuser-equipped throttle that can suppress the separation phenomenon formed in the downstream back portion of the throttle shaft when the throttle valve is fully opened and can regulate and reduce the separation region to improve the pressure recovery efficiency of the surge tank. The problem is to propose an improved structure for the body.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention of claim 1 is directed to a conical surface provided in a throttle bore portion downstream of the throttle valve in order to prevent a separation phenomenon of the intake fluid caused by a sudden increase in the diameter of the intake passage. In the throttle body having the diffuser, there are provided two separators formed in a plate shape for partitioning the passage portion in the diffuser in the axial direction of the throttle shaft. Further, the invention according to claim 2 is such that the size of the upstream end portion of the separator plate from the throttle bore center is smaller than the radius of the throttle bore, and the separator plate is separated toward the downstream side. It is characterized by being provided in. The invention according to claim 3 is characterized in that an inclination angle of the separator is substantially the same as a taper angle of the diffuser.
[0010]
[Action]
As described above, in the present invention, the intake fluid flowing through the throttle bore is partially formed between the separator and the diffuser conical surface by the upstream tip of the separator provided on the downstream back portion of the throttle shaft. It flows to the surge tank through the crescent-shaped passage. Therefore, the flow velocity of the intake fluid that passes through the crescent-shaped passage is difficult to decrease, and the expansion of the separation region due to the separation phenomenon can be suppressed, and the separation plate restricts the advancement of the separation region to the center of the passage. There is no separation area in the passage between the plates. As the upstream tip of the separator plate is closer to the throttle bore center, the amount of fluid flowing through the crescent-shaped passage increases, and the deceleration is hindered to further suppress the generation of the separation region.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, a throttle shaft 2 is rotatably provided across a throttle bore 1a which is an intake fluid passage provided in the center of the throttle body body 1, and the throttle shaft 2 adjusts the amount of intake air. The throttle valve 3 is fixed. This figure shows a state in which the throttle valve 3 is held fully open. A diffuser 1b is provided downstream of the throttle valve 3 of the throttle bore 1a to form a conical surface. The diffuser 1 b is integrally provided with the throttle body main body 1 with two separators 4 that divide the diffuser passage portion into three in the axial direction of the throttle shaft 2. The upstream end portion 4a of the separator plate 4 is cut out in an arc shape to avoid interference when the throttle valve 3 is rotated, and is provided so as to enter the center side of the throttle bore 1a from the wall surface of the throttle bore 1a. That is, the dimension A from the center of the throttle bore 1a of the upstream end 4a of the separator 4 is set to be smaller than the radius R of the throttle bore 1a. Further, the two separators 4 are provided so as to be separated from each other toward the downstream side (A ≦ B). That is, the upstream tip 4a of each separator 4 facilitates part of the intake fluid (arrow) to flow toward the conical surface of the diffuser 1b, and enlarges the separation region 20 (FIG. 4) caused by the separation phenomenon. The mounting positions are necessary for regulating and reducing.
[0012]
Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described. In FIG. 1, the intake fluid flowing through the throttle bore 1a is a crescent-shaped passage partly formed between the separator 4 and the conical surface of the diffuser 1b by the upstream tip 4a of the separator 4 at the downstream back of the throttle shaft 2. 5 flows to a surge tank (not shown). Therefore, the flow velocity of the intake fluid passing through the crescent-shaped passage 5 is unlikely to decrease, and the separation region due to the separation phenomenon becomes a separation region 20a indicated by a dotted pattern, and the expansion of the separation region can be suppressed and the separator plate 4, the advance of the peeling region into the central passage is also restricted, and there is no separation region in the passage between the two separators 4. As the upstream tip portion 4a of the separator plate 4 is closer to the center of the throttle bore 1a, the amount of fluid flowing through the crescent-shaped passage 5 is increased, the deceleration is prevented, and the generation of the separation region 20a can be further suppressed. As a result, the pressure recovery rate in the surge tank increases, and the intake efficiency of the engine improves.
[0013]
Next, the test results of the present invention using a pseudo air intake device using a pseudo throttle body and a pseudo surge tank will be described. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the pseudo air intake device. A pseudo throttle body 7 having a bore diameter of 60 mm, a diffuser taper angle of 11.7 degrees (one side), and a diffuser length of 60 mm is attached to the center of the inlet portion of the square cylindrical pseudo surge tank 6 having a side of 178 mm. Connected to the vacuum pump 8, a steady flow of 10.3 cubic m / min was passed by suction of the vacuum pump. A rectifying wire mesh 9 is provided in three stages after a position of 944 mm from the inlet end portion 6b of the pseudo surge tank 6. The static pressure P1 of the throttle bore wall surface of the pseudo throttle body 7 48 mm from the pseudo surge tank 6 inlet end 6b and the static pressure P2 of the pseudo surge tank wall surface of 726 mm are measured, and the pressure recovery efficiency η [= (P2-P1 ) / P1] was calculated and compared to examine the effect of the mounting position and angle of the separator 4 (FIG. 1). The P2 measurement point was selected as the measurement point with the most stable pressure value by measuring and comparing the pressures at the front and back positions.
[0014]
FIG. 3B is a chart showing a list of main mounting dimensions of the separators used in the test, and FIG. 3A is a bar graph showing the test results. The pressure recovery efficiency η of all the separators provided is improved as compared with the prior art (no separator). In particular, the test product “

separators

3 and 6” shows a remarkable effect. Therefore, it was confirmed that the inclination angle α (FIG. 1) was 9.46 degrees that was close to the taper angle (11.7 degrees) of the diffuser. This is presumably because the fluid deceleration in the crescent-shaped passage was small, the rate of expansion of the separation region due to the separation phenomenon was reduced, and the separation region was reduced most.
[0015]
The two separators 4 are provided symmetrically with respect to the center line of the throttle bore 1a. However, depending on the shape (how it is formed) of the separation region generated in the diffuser 1b, the separators 4 are not necessarily provided symmetrically. You may install in an asymmetrical position. When only one of the peeling areas is restricted, only one separator may be installed.
[0016]
【The invention's effect】
Since this invention is comprised as mentioned above, there exist the following effects. That is, the intake fluid flowing through the throttle bore flows to the surge tank through a crescent-shaped passage formed partly between the separator and the diffuser conical surface by the upstream tip of the separator at the downstream back portion of the throttle shaft. The closer the upstream tip of the separator is to the center of the throttle bore, the more the amount of intake fluid flowing through the crescent-shaped passage increases and the deceleration is hindered. As a result, the peeled area is reduced and the pressure recovery efficiency can be improved. Further, by bringing the inclination angle of the separator closer to the taper angle of the diffuser, the separation region is further reduced and the pressure recovery efficiency is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) is a longitudinal sectional view of a throttle body according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1B is a right side view of FIG.
FIG.1 (c) is a cross-sectional view of Fig.1 (a).
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a pseudo air intake device for confirming the effect of the present invention.
FIG. 3 (a) is a bar graph showing the effect confirmation test results.
FIG. 3B is a chart showing the mounting dimensions of the separator used in the effect confirmation test.
FIG. 4 (a) is a longitudinal sectional view of a throttle body showing the prior art.
FIG. 4B is a right side view of FIG.
FIG. 4C is a cross-sectional view of FIG.
[Explanation of symbols]
1 Throttle body 1a Throttle bore 1b Diffuser 2 Throttle shaft 4 Separator 4a Upstream tip

Claims

In order to prevent the separation phenomenon of the intake fluid due to the sudden increase of the intake passage diameter, in the throttle body having a conical diffuser provided in the throttle bore portion downstream of the throttle valve, 2. A throttle body with a diffuser, comprising two plate-like separators for partitioning the passage in the diffuser.

The upstream tip portion of the separator is smaller than the radius of the throttle bore and is provided so that the separator is separated toward the downstream side. The throttle body with a diffuser according to claim 1.

The throttle body with a diffuser according to claim 2, wherein the inclination angle of the separator is substantially the same as the taper angle of the diffuser.