JP4089724B2

JP4089724B2 - 内燃機関のスロットルバルブ装置

Info

Publication number: JP4089724B2
Application number: JP2005368689A
Authority: JP
Inventors: 正毅芥川; 森　　幸雄
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2015-07-14
Also published as: JP2006097695A

Description

本発明は、冬季にスロットルバルブの上流側から吸気管の内周面を伝わってくる水分によるスロットルバルブの凍結を防止する機能を備えた内燃機関のスロットルバルブ装置に関するものである。

従来の一般的なスロットルバルブの凍結防止構造は、図７に示すように、冬季にスロットルバルブ１の上流側から吸気管２の内周面を伝わってくる水分がスロットルバルブ１で塞き止められて凍結することを防止するために、スロットルボディ３にエンジン冷却温水を通す温水通路４を形成し、この温水通路４内にエンジン冷却温水を導入することで、スロットルボディ３を暖めてスロットルバルブ３の凍結を防止するようにしている。

しかしながら、上記従来構成では、スロットルボディ３の温水通路４の入口パイプ５とエンジン冷却系とをパイプやホース等で連結する必要があり、空きスペースの少ないエンジンルーム内への組付けが面倒であるばかりか、パイプやホース等の部品コストも高くつくという欠点がある。しかも、エンジン停止後の放置時間が長くなるに従って、エンジン冷却水が放熱により温度低下するため、長時間放置された車両については、エンジン冷却水による凍結防止が全く機能しなくなる欠点もある。

更に、近年、スロットルボディ３のコスト低減や他部品との一体化を狙って、スロットルボディ３を樹脂化することが考えられている。しかし、樹脂は熱伝導率が低いため、スロットルボディ３を樹脂で形成すると、寒冷地では、エンジン冷却水を導入しただけでは、スロットルボディ３を氷点以上に暖めることは困難であり、スロットルバルブ３の凍結を防止しきれない。

尚、実開平３−１７１５６号公報には、スロットルボディにエンジン冷却水を導入せずにスロットルバルブの凍結を防止する構造が記載されているが、このものは、スロットルボディの下流側に連結されたサージタンク（コモンチャンバ）内で結露した水分によるスロットルバルブの凍結を防止するために、スロットルボディの下流側フランジとサージタンクとの連結部分にサージタンク側が低くなる段差部を形成し、サージタンク内で結露した水分がスロットルボディ側に流れ込まないようにしている。この凍結防止構造は、ＥＧＲ付きエンジンの場合にサージタンク内で結露する水分が多くなることに対処したものであるが、スロットルバルブの上流側から空気の流れに沿って吸気管の内周面を伝わってくる水分に対しては全く効果がない。通常のエンジンでは、スロットルバルブの上流側から入ってくる水分が問題になり、この水分による凍結防止を如何に図るかが近年の重要な技術的課題となっている。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、エンジン冷却水をスロットルボディに導入しなくても、上流側からの水分によるスロットルバルブの凍結を防止できると共に、組付性向上、部品点数削減、樹脂化の要求も満たすことができる内燃機関のスロットルバルブ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関のスロットルバルブ装置は、管状のスロットルボディ内に吸入空気量を制御するスロットルバルブを開閉可能に設けたものにおいて、前記スロットルボディ内周部における、少なくとも前記スロットルバルブの上流側から吸気管内周面を水分が伝わってくる下部に、上流側から伝わってくる水分を塞き止めるコの字状の塞き止め凹部を形成すると共に、この塞き止め凹部は、塞き止めた水分が溜まる下部に他に繋がる連通路を持たない構成とし、この塞き止め凹部の開口を前記スロットルバルブの上流側に位置させて該塞き止め凹部の開口を該スロットルバルブの下流側から上流側に向けて臨ませ、さらに、前記コの字状の塞き止め凹部の内側面のうち、前記吸気管の半径方向外側の面を外側壁、前記吸気管の半径方向内側の面を内側壁とし、前記外側壁を前記内側壁の前記上流側の端部よりも前記凹部の奥側に前記他に繋がる連通路を持たないように延設した構成としたものである。

この構成では、スロットルバルブの上流側から吸気管内周面を伝わってくる水分が、スロットルボディ内周部の少なくとも下部に形成されたコの字状の塞き止め凹部で塞き止められ、空気の流れに抗してそこに溜めることができ、該水分がスロットルバルブに到達することが防がれる。このため、冬季にスロットルボディにエンジン冷却水を導入しなくても、塞き止め凹部で塞き止められ溜められた水分がそこで凍結するだけであり、スロットルバルブの凍結が防がれる。

また、請求項２では、前記スロットルボディを樹脂で一体成形した構成としている。前述したように、本発明は、スロットルバルブの上流側から入ってくる水分を塞き止め凹部で塞き止めることで、スロットルバルブの凍結を防ぐため、スロットルボディをエンジン冷却水で暖める必要がなく、熱伝導率が低い材料である樹脂でスロットルボディを一体成形しても、凍結防止性能を何等損なうことはない。

以上の説明から明らかなように、本発明の請求項１の構成によれば、スロットルボディ内周部の少なくとも下部に塞き止め凹部を形成し、スロットルバルブの上流側から吸気管内周面を伝わってくる水分を上記塞き止め凹部で塞き止めるようにしたので、エンジン冷却水をスロットルボディに導入しなくても、上流側からの水分によるスロットルバルブの凍結を防止できると共に、スロットルボディとエンジン冷却系とをパイプやホース等で連結する必要が無くなり、エンジンルーム内への組付性を向上することができると共に、部品点数削減、部品コスト削減も実現できる。しかも、樹脂によるスロットルボディの一体成形を凍結防止性能を損なうことなく実現でき、スロットルボディの軽量化やコストダウンの要求も満たすことができる。

また、請求項２では、スロットルボディを樹脂で一体成形することにより、スロットルボディの軽量化やコストダウンが可能になると共に、他の部品との一体成形も可能となり、一層の部品点数削減、組立性向上も実現できる。

以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。スロットルボディ１１は、ゴムダクトからなる吸気管１２の下流にバンド（図示せず）等で固定され、吸気管１２の上流部にはエアクリーナ（図示せず）が装着されている。一方、スロットルボディ１１の下流側にはサージタンク１３がシール材１０を挟んでボルト（図示せず）等で連結され、このサージタンク１３から吸気マニホールド１４を通してエンジン（図示せず）の各気筒に吸入空気が導入される。

上記スロットルボディ１１は、耐熱性のある樹脂の一体成形により外管１５内にそれより少し短い内管１６を同心状に配置した二重管構造に形成され、内管１６で吸気通路が形成されてその中央部に軸１７を介してスロットルバルブ１８が組み込まれている。更に、外管１５と内管１６との間の空間がそのほぼ中央で全周にわたって隔壁１９で仕切られ、この隔壁１９の上流側空間２０が吸気管１２の内周面を伝わってくる水分を塞き止める塞き止め凹部２０となっている。この塞き止め凹部２０の開口をスロットルバルブ１８の上流側に位置させて該塞き止め凹部２０の開口を該スロットルバルブ１８の上流側に向けて臨ませた構成となっている。この塞き止め凹部２０は、塞き止めた水分が溜まる下部に他に繋がる連絡路を持たない構成となっている（図１参照）。尚、外管１５と内管１６の上流側端面部は、吸入空気の通風抵抗を少なくするために、アール形状（丸みのある形状）に形成され、内管１６の上流側端面部が外管１５の上流側端面部よりも下流側にずらされている。これにより、塞き止め凹部２０の空間をかせぐとともに、必要以上に内管１６を上流部に突出させることを避け、材料の節減を図っている。

また、外管１５と内管１６との間に隔壁１９で仕切られた上流側空間２０（塞き止め凹部）と下流側空間２１には、それぞれ外管１５の上壁部に空気流入口２２と空気流出口２３が形成され、外管１５の外周部に空気流入口２２と空気流出口２３とを囲むように囲壁２４が一体形成されている。そして、この囲壁２４の上面開口部にシール材２５を挟んでステップモータ２６を嵌合装着して囲壁２４の上面開口部を閉鎖することで、上流側空間２０（塞き止め凹部）→空気流入口２２→囲壁２４内の空間→空気流出口２３→下流側空間２１の経路で空気が流れるバイパス空気通路２７が形成されている。

このバイパス空気通路２７内には、空気流出口２３に対向する位置にステップモータ２６で駆動されるアイドルスピードコントロールバルブ（以下「ＩＳＣバルブ」と略記する）２８がバイパス空気流量調整手段として設けられ、アイドル運転時に上記ＩＳＣバルブ２８の開度（つまりＩＳＣバルブ２８と空気流出口２３との隙間）をステップモータ２６でフィードバック制御することにより、アイドル回転数を安定化させるようになっている。尚、空気流出口２３の上縁部は、ＩＳＣバルブ２８の形状に対応してテーパ状に形成され、弁座として機能するようになっている。

一方、サージタンク１３の上流側フランジ部１３ａの開口面積は、スロットルボディ１１内の空気通路面積である内管１６の開口面積とほぼ同一になるように設定され、内管１６からサージタンク１３への通風抵抗を小さくするようにしている。また、フランジ部１３ａのＩＳＣバルブ２８側端面１３ａａは空気流出口２３を塞ぐように設けられているので、下流側からの汚れがＩＳＣバルブ２８に悪影響を与えない。フランジ部１３ａの重力方向側端面１３ａｂは後述する下流側空間２１に水分を溜めるように構成されていれば良く、下流側からの水分が隙間２９を飛び越えてスロットルバルブ１８に付着しないよう、フランジ部１３ａの重力方向側端面１３ａｂを図１に示された位置より下方に形成しても良い。

そして、内管１６とサージタンク１３の上流側フランジ部１３ａ端面との間には、全周にわたって隙間２９が形成され、バイパス空気通路２７を通過したバイパス空気が上記隙間２９からサージタンク１３内に流入すると共に、サージタンク１３内で結露した水分が上記隙間２９からスロットルボディ１１内の下流側空間２１に流れ込んで溜められるようになっている。

また、図２及び図３に示すように、スロットルボディ１１の外周左側部には、半導体圧力センサからなる吸気管圧力センサ３０が取り付けられ、スロットルボディ１１内の下流側空間２１の外周壁（外管１５）に形成されたセンサ導入穴３１から吸気管圧力センサ３０の圧力検出部３２（圧力導入管部）が下流側空間２１内に導入され、これら圧力検出部３２とセンサ導入穴３１との間がシール材３３によってシールされている。更に、上流側空間２０（塞き止め凹部）と下流側空間２１とを仕切る隔壁１９には、吸気管圧力センサ３０の圧力検出部３２に対向する位置に小径のパージ孔３４が形成され、このパージ孔３４を通過した空気流が圧力検出部３２に向かって流れるようになっている。

尚、図２に示すように、スロットルボディ１１の外周右側部には、スロットルバルブ１８の軸１７に連結されたスロットルレバー３５が設けられ、このスロットルレバー３５とアクセルペダル（図示せず）との間がアクセルワイヤ（図示せず）で連結されている。これにより、アクセルペダルの踏み込み量に応じてスロットルレバー３５が回動され、それと一体的にスロットルバルブ１８が回動される。

以上説明した第１の実施形態では、スロットルボディ１１が二重管構造となっていて、スロットルボディ１１内の全周にわたって塞き止め凹部２０（上流側空間）が上流側に向けて形成されているので、スロットルバルブ１８の上流側から吸気管１２の内周面を伝わってくる水分がスロットルボディ１１に到達しても、その水分が確実に塞き止め凹部２０で塞き止められ、スロットルバルブ１８に到達することが防がれる。しかも、スロットルボディ１１内の隔壁１９で仕切られた下流側空間２１の開口を隙間２９を介してスロットルバルブ１８の下流側のサージタンク１３に臨ませているので、サージタンク１３内で結露した水分がスロットルボディ１１側に伝ってきても、その水分が隙間２９から下流側空間２１に流れ込んで溜められ、スロットルバルブ１８に到達することが防がれる。このため、従来のように冬季にスロットルボディ１１にエンジン冷却水を導入しなくても、塞き止め凹部２０（上流側空間）と下流側空間２１で塞き止められた水分がそこで凍結するだけであり、スロットルバルブ１８の凍結が防がれる。しかも、スロットルボディ１１にエンジン冷却水を導入する構成にする必要がないので、スロットルボディ１１とエンジン冷却系とをパイプやホース等で連結する必要が無くなり、エンジンルーム内への組付けが著しく簡単になると共に、部品点数削減、部品コスト削減も実現できる。

更に、上記実施形態では、外管１５と内管１６との間に隔壁１９で仕切られた塞き止め凹部２０（上流側空間）と下流側空間２１とを連通させるバイパス空気通路２７を形成し、このバイパス空気通路２７を利用してＩＳＣバルブ２８を設けるようにしたので、スロットルボディ１１の二重管構造を利用して、塞き止め凹部２０とＩＳＣバルブ２８のバイパス空気通路２７との双方を形成することができ、これらを一体成形し易い構造となり、成形型の構成簡単化、成形コスト低減の要求も満たすことができる。

尚、上記実施形態では、バイパス空気通路２７にＩＳＣバルブ２８を設けたが、バイパススクリューを空気流入口２２に対向させて設けるようにしても良い。このバイパススクリューは、工場でアイドル回転数を初期設定するとき、或は、吸気中の汚れの付着等によりスロットルバルブ１８の全閉状態での吸気量（通気面積）が経時的に低下したときに、それをマニュアル調整するのに用いられる。ＩＳＣバルブ２８とバイパススクリューの双方を設けても良いし、いずれか一方のみを設けるようにしても良い。

また、上記実施形態では、スロットルボディ１１内の下流側空間２１に吸気管圧力センサ３０の圧力検出部３２を配置しているので、下流側空間２１を圧力検出部３２の配置スペースとしても利用でき、圧力検出部３２の配置スペースを別途設ける必要がなく、加工費削減が可能になると共に、吸気管圧力センサ３０の組み付けも容易である。

しかも、上記実施形態では、隔壁１９における圧力検出部３２に対向する位置にパージ孔３４を形成しただけで、圧力検出部３２に絶えず空気流を当てて、圧力検出部３２への異物の付着を防止することができ、異物付着による吸気管圧力の検出精度の低下を抑えることができる。

更に、前述したように、上記実施形態では、二重管構造のスロットルボディ１１内に仕切り形成された塞き止め凹部２０（上流側空間）と下流側空間２１とによってスロットルボディ１１内で水分を塞き止めることで、スロットルバルブ１８の凍結を防ぐため、スロットルボディ１１をエンジン冷却水で暖める必要がない。このため、スロットルボディ１１の形成材料に要求される物理特性として高熱伝導性は不要となり、熱伝導率が低い樹脂でスロットルボディ１１を一体成形しても、凍結防止性能を何等損なうことはなく、優れた凍結防止性能を確保できる。しかも、スロットルボディ１１の樹脂化により低コスト化と軽量化が可能となり、更には、スロットルボディ１１と吸気管１２やサージタンク１３との樹脂一体化も可能となる。

以上説明した第１の実施形態では、スロットルボディ１１を二重管構造にしたが、本発明の所期の目的を達成するのに必ずしも二重管構造にする必要はなく、例えば図４に示す本発明の第２の実施形態のように、樹脂の一体成形によりスロットルボディ４１の下部のみに塞き止め凹部４２を形成し、この塞き止め凹部４２の開口をスロットルバルブ１８の上流側に臨ませた構成としても良い。

この第２の実施形態では、前記第１の実施形態で設けられていたバイパス空気通路２７や下流側空間２１が無く、塞き止め凹部４２のみが設けられた極めて単純な構成となっている。この構成でも、スロットルボディ４１の下部に形成された塞き止め凹部４２によって上流側からの水分を塞き止めることができ、本発明の所期の目的は達成できる。

また、図５に示す本発明の第３の実施形態では、樹脂の一体成形によりスロットルボディ４３の全周に塞き止め凹部４４を形成し、この塞き止め凹部４４の開口をスロットルバルブ１８の上流側に臨ませた構成としている。この第３の実施形態でも、前記第１の実施形態で設けられていたバイパス空気通路２７や下流側空間２１が無い。

一方、図６に示す本発明の第４の実施形態では、前記第１の実施形態と同じく、スロットルボディ４５を、樹脂の一体成形により外管４６内にそれより短い内管４７を同心状に配置した二重管構造に形成し、外管４６と内管４７との間の空間をそのほぼ中央で全周にわたって隔壁４８で仕切って、塞き止め凹部４９（上流側空間）と下流側空間５０を形成している。この第４の実施形態の特徴は、内管４７の内周面を中央部から上流側／下流側に向けて拡開するテーパ状に形成した点であり、これにより、水分がスロットルバルブ１８に一層到達しにくくなっている。この第４の実施形態でも、前記第１の実施形態で設けられていたバイパス空気通路２７が無い。

以上説明した各実施形態では、いずれもスロットルボディを樹脂で形成したが、従来同様、アルミニウム等の金属で形成しても良い。

また、上記第１の実施形態では、上流側空間２０（塞き止め凹部）→空気流入口２２→囲壁２４内の空間→空気流出口２３→下流側空間２１の経路で空気が流れるバイパス空気通路２７を形成したが、上流側空間２０（塞き止め凹部）と下流側空間２１とを仕切る隔壁１９にバイパス通気口を形成し、上流側空間２０（塞き止め凹部）→バイパス通気口→下流側空間２１の経路でバイパス空気通路を形成し、バイパス通気口の開口面積をスライドバルブ等で調整するバイパス空気流量調整手段を設けた構成としても良い。

その他、上記第１の実施形態において、ＩＳＣバルブ２８の駆動源として、ステップモータ２６に代えて、ロータリソレノイド、リニアソレノイド等の他のアクチュエータを用いるようにしても良い。

本発明の第１の実施形態を示すスロットルボディの縦断面図スロットルボディの正面図吸気管圧力センサの周辺部分の断面図本発明の第２の実施形態を示すスロットルボディの縦断面図本発明の第３の実施形態を示すスロットルボディの縦断面図本発明の第４の実施形態を示すスロットルボディの縦断面図従来のスロットルボディの縦断面図

符号の説明

１１…スロットルボディ
１２…吸気管
１３…サージタンク
１５…外管
１６…内管
１８…スロットルバルブ
１９…隔壁
２０…塞き止め凹部（上流側空間）
２１…下流側空間
２２…空気流入口
２３…空気流出口
２４…囲壁
２６…ステップモータ
２７…バイパス空気通路
２８…ＩＳＣバルブ（バイパス空気流量調整手段）
３０…吸気管圧力センサ
３２…圧力検出部
３４…パージ孔
４１…スロットルボディ
４２…塞き止め凹部
４３…スロットルボディ
４４…塞き止め凹部
４５…スロットルボディ
４６…外管
４７…内管
４８…隔壁
４９…塞き止め凹部（上流側空間）
５０…下流側空間

Claims

管状のスロットルボディ内に吸入空気量を制御するスロットルバルブを開閉可能に設けた内燃機関のスロットルバルブ装置において、
前記スロットルボディ内周部における、少なくとも前記スロットルバルブの上流側から吸気管内周面を水分が伝わってくる下部に、上流側から伝わってくる水分を塞き止めるコの字状の塞き止め凹部を形成すると共に、この塞き止め凹部は、塞き止めた水分が溜まる下部に他に繋がる連通路を持たない構成とし、この塞き止め凹部の開口を前記スロットルバルブの上流側に位置させて該塞き止め凹部の開口を該スロットルバルブの下流側から上流側に向けて臨ませ、さらに、前記コの字状の塞き止め凹部の内側面のうち、前記吸気管の半径方向外側の面を外側壁、前記吸気管の半径方向内側の面を内側壁とし、前記外側壁を前記内側壁の前記上流側の端部よりも前記凹部の奥側に前記他に繋がる連通路を持たないように延設したことを特徴とする内燃機関のスロットルバルブ装置。
前記スロットルボディを樹脂で一体成形したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のスロットルバルブ装置。