JP4220504B2 - 吸気制御システム - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の吸気系に設置される吸気制御システムに関するものである。

一般に、吸気制御システムの吸気制御装置においては、エンジンに連通する吸気管内に弁軸を有する弁部材からなる吸気制御弁が設けられ、弁部材は弁軸を中心に回動できるようになっており、モータなどのアクチュエータで弁軸を回動し、弁部材の開閉状態を制御することにより吸気管内の吸気通路の断面積を制御している。

例えば、特許文献１に記載された可変吸気制御装置においては、エンジンに連通するインテークマニホールドの吸気通路に弁軸を取り付けた弁部材が設置され、弁部材は弁軸を中心に回動できるようにインテークマニホールドに支持され、弁軸には歯車が挿入され固定されており、弁軸固定された歯車と噛み合うピニオンを備えたモータの駆動力で弁部材を開閉制御している。

上記特許文献１のような構造の場合、弁部材が全開または全閉の際にストッパに当接し、モータや弁軸側の歯車の慣性により弁部材に衝撃荷重が加わり、歯車が噛み合う歯同士に衝撃荷重が生じ、歯同士の噛み合い接触点が全ての衝撃荷重を受けるために、歯が破損しやすいという問題がある。

衝撃荷重を緩和し上記問題を解決する方法として、例えば、特許文献２記載の吸気制御装置では、モータの回転軸に取り付けられた歯車（モータギヤ）と弁部材を取り付けた弁軸の歯車（スロットルギヤ）とにはすば歯車を用い、モータギヤを２つのばね座金で挟んで回転軸に取り付け、モータギヤが軸方向には移動でき、回転軸回りには回転しないように回転軸に取り付けることにより、スロットルギヤが全開または全閉の際にストッパに当たって停止すると、一方のばね座金が圧縮され、他方のばね座金が伸びてモータギヤは回転軸の軸方向に移動し慣性による衝撃荷重が緩和される。

特開２００４−１２４９３３号公報（第４−７頁、図１−３） 特開平１１−１７３１１６号公報（第２−３頁、図１）

特許文献２記載の吸気制御装置では、下記（１）〜（３）のような問題点が生じる。
（１）はすば歯車は構成が複雑であるので製作が困難である。
（２）はすば歯車をばね座金で挟んでばね座金の伸縮で回転軸の軸方向に移動でき、回転軸の回りには回転しないような構造とするためには、ばね座金、ばね座金のストッパー等、部品点数が多くなり、組立工数が増加する。
（３）はすば歯車が回転軸の軸方向に移動する際のはすば歯車と回転軸との摺動部に異物が入る、あるいは、ばね座金が繰り返し応力による経時変化する恐れがあり、信頼性に問題がある。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、製作が困難なはすば歯車を使用することなく、また、多くの部品点数を使用することなく、モータに取り付けられた歯車や弁軸に取り付けられた歯車に加わる衝撃荷重を緩和することができ、かつ、信頼性の高い吸気制御システムを提供することを目的とする。

この発明に係る吸気制御システムは、吸気を内燃機関に供給する吸気通路と、上記吸気通路内に設けられ上記吸気通路を回動により開閉し上記吸気通路の断面積を変更する弁部材と、上記弁部材を回動させる駆動力を上記弁部材に伝達する弁軸と、上記回動の駆動力を供給する駆動部、上記駆動部に設置されて回動する駆動力供給ギア並びに上記駆動部及び駆動力供給ギアを収納するハウジングを有するアクチュエータと、上記弁軸に設置され、上記駆動力供給ギアと噛み合い、上記アクチュエータからの駆動力を上記弁軸に伝達する駆動ギヤとを備えた吸気制御システムにおいて、
上記駆動ギヤは、ボス部、上記駆動力供給ギアと噛み合いアクチュエータからの駆動力を受ける歯部及び上記ボス部と上記歯部との間に挟まれ、上記ボス部と上記歯部とに接合された弾性変形する弾性体を有し、
上記ボス部は、上記弁軸を挿入する挿入孔を有し、上記弁軸に挿入されて上記弁軸と一体的に回動するように構成され、
上記歯部及び弾性体は、上記弁軸を挿入する挿入孔を有し、上記弁軸に挿入されて上記弁軸と相対的に回動できるように構成され、
上記弾性体が、上記弁部材の開閉によって発生した衝撃荷重により上記弁軸の回動方向にねじり変形することで上記衝撃荷重を緩和するようにしたものである。

この発明によれば、はすば歯車を使用することなく、また、多くの部品点数を用いることなく、駆動ギヤの歯部及び駆動力供給ギアに対する衝撃荷重が緩和され、駆動ギヤの歯部及び駆動力供給ギアの損傷が防止される信頼性の高い吸気制御システムが得られる。

吸気制御システムとして内燃機関の吸気系に設けられた吸気制御装置、内燃機関の吸気系に設けられる吸気渦流発生装置などがあるが、以下の実施の形態においては、吸気制御システムが吸気制御装置である場合について説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る吸気制御装置の実施の形態１におけるアクチュエータ及び駆動ギヤの近傍を示す断面図、図２は、本発明の実施の形態１の吸気制御装置をエンジンに搭載した状態を示し、吸気通路の中心で吸気通路と平行に切断した断面図である。図３は、本発明に係る吸気制御装置の実施の形態１におけるアクチュエータ及びアクチュエータに弁部材が接続された構造を示す断面図、図４は、本発明に係る吸気制御装置の実施の形態１における歯車機構の構成を示す斜視図である。

図１に示したように、アクチュエータ５０は、弁軸４０を回動する駆動力を供給する駆動部であるモータ５４と、モータ５４の回転軸に固定され、駆動ギヤ６０の歯部６３と噛み合いモータ５４の駆動力を歯部６３に供給するウォームギヤ（駆動力供給ギア）５５と、モータ５４を固定するとともに、モータ５４を覆うハウジング５１とを備えている。ハウジング５１はスクリュー７１によりインテークマニホールド（吸気管）１０に取り付けられている。駆動ギヤ６０は、歯部６３と、ボス部６１と、歯部６３とボス部６１との間の弾性体６２とを備え、ボス部６１と弾性体６２との接触面及び歯部６３と弾性体６２との接触面は接着剤で接合されて歯部６３及びボス部６１と弾性体６２とが一体化されている。弁軸４０は、中心軸と垂直な断面の断面形状が非円形であり（図４参照）、ボス部６１の中心には弁軸４０の非円形の断面形状と同一形状の挿入孔が形成され、ボス部６１、弾性体６２、歯部６３の順で弁軸４０に挿入され、ボス部６１は弁軸４０に圧入されて、ボス部６１と弁軸４０とは相対的な回動が阻止されるように構成されている。弾性体６２及び歯部６３は弾性体６２及び歯部６３の挿入孔の径より僅かに小さな径の弁軸４０先端の円柱状の突起部４１に挿入され、弾性体６２及び歯部６３と弁軸４０とは相対的に回動できるように構成されている。ボス部６１はベアリング７０で支持されて回動できるようにされ、シール部材７２でハウジング５１とインテークマニホールド１０との間がシールされている。突起部４１は歯部６３の中心に設けられた挿入穴に挿入され、歯部６３がウォームギヤ５５の歯部と正しく噛み合うように位置決めされる。

歯部６３及びボス部６１は、例えば、ポリアミド系の樹脂を成形することにより形成され、弾性体６２は、例えば、ニトリルゴム系の合成ゴムを加硫成形することにより形成される。成形された歯部６３と成形されたボス部６１との間に弾性体６２を加硫成形することにより、接着剤を使用することなく、歯部６３及びボス部６１と弾性体６２とを一体化することができる。

図２に示したように、吸気制御装置１のインテークマニホールド１０は、サージタンク１１とエンジン本体２０とを連通する。図示していない吸入ダクトから吸入された吸気は、図示していないエアクリーナと図２のスロットルバルブ１５を経由してサージタンク１１に流入しインテークマニホールド１０に分配される。インテークマニホールド１０は、エンジン本体２０のシリンダ数に対応して、サージタンク１１から分岐している。また、各インテークマニホールド１０は、低回転用の吸気通路１２と高回転用の吸気通路１３に分岐している。低回転用の吸気通路１２は、エンジン本体２０までの全長が、高回転用の吸気通路１３よりも長く形成され、分岐した低回転用の吸気通路１２と高回転用の吸気通路１３とは吸気の流れの下流側、すなわちエンジン本体２０側で再び合流している。高回転用の吸気通路１３には、高回転用の吸気通路１３の吸気の流れを回動により開閉するための弁部材３０が弁軸４０に設けられている。弁軸４０をアクチュエータで回動させて弁部材３０を閉開し、エンジンの回転数が低いときには弁部材３０を閉として吸気通路の長さを長くし、エンジンの回転数が高いときには弁部材３０を開として吸気通路の長さを短くする。このように弁部材３０を、エンジンの回転数が低いときは閉じて吸気通路の長さを延長し、エンジンの回転数が高いときは開いて吸気通路の長さを短縮することにより、エンジンの回転数にかかわらずエンジンのトルクを向上することができる。

図３に示したように、高回転用の吸気通路１３はエンジン本体２０のシリンダ数に応じて分岐しており、各高回転用の吸気通路１３に弁部材３０が設置されている。弁部材３０は、板状の翼部３１と板状の翼部３１の両側に突出する筒状の筒部３２とを有し、筒部３２には翼部３１及び筒部３２を貫く非円形の弁軸孔３３が形成されており、弁軸４０の形状は中心軸と垂直な断面が弁軸孔３３と同一の非円形状をしている。したがって、弁軸４０に弁軸孔３３が挿入されると、弁軸４０と弁部材３０との相対的な回転は阻止される。

弁部材３０の翼部３１及び筒部３２は、例えば、ポリアミド系の樹脂で一体に形成される。弁軸４０は、鉄などの金属で形成される。

弁軸４０の一端側に固定されたボス部６１はベアリング７０で支持され回転できるようにされ、弁軸４０の中間部及び他端側は、軸受けガイド４３を介して回転できるようにインテークマニホールド１０に支持される。弁軸４０の他端側は円柱状に成形され、この円柱状部は、他端のインテークマニホールド１０に挿入されたシーリング機能を有するブッシュ４２と摺動し回動する。

図４に示したように、モータ５４の回転軸に挿入され、固定されたウォームギヤ５５は駆動ギヤ６０の歯部６３と噛み合い、モータ５４は図示していない制御装置により回動され、ウォームギヤ５５の回動が歯部６３から弁軸４０に伝達されて弁部材３０が回動により開閉し、弁部材３０は、図示していないストッパに当接する。この当接時、モータ５４、弁部材３０等の慣性により弁部材３０に衝撃荷重が加わるが、この衝撃荷重は弾性体６２が回動方向にねじり変形することにより吸収され、歯部６３に対する衝撃荷重は緩和されるので、製造が困難なはすば歯車及び多数の部品を使用した上記特許文献２のような構造を必要としない。

以上のように、本実施の形態１によれば、はすば歯車を使用することなく、また、多くの部品点数を用いることなく、駆動ギヤ６０の歯部６３とボス部６１との間を弾性体６２で接合することによって、ストッパに弁部材３０が当接したときのモータ５４、弁部材３０等の慣性による衝撃荷重が弾性体６２によって吸収され、歯部６３に対する衝撃荷重は緩和され、歯部６３及びウォームギヤ５５の損傷が防止され、信頼性の高い吸気制御システムが得られる。

実施の形態２．
図５は、本発明に係る吸気制御装置の実施の形態２におけるアクチュエータ及び駆動ギヤの近傍を示す断面図であり、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示している。

図５に示したように、本実施の形態２では、ボス部６１を支持するベアリング７０（図１参照）を設けず、ハウジング５１に軸受け孔５２を設け、弁軸４０の突出部４１を軸受け孔５２で支持し、突出部４１が軸受け孔５２で回動できるようにすることにより、弁軸４０が回動できるようにしている。軸受け孔５２の径は、突出部４１の径より僅かに大きく形成されている。

本実施の形態２によれば、ベアリングを使用しなくて済む。

また、上記実施の形態１では、弁軸（ボス部）の回転を支持するベアリング７０をインテークマニホールド１０に設けた。この実施の形態１の場合、駆動ギヤ６０の歯部６３とモータ５４のウォームギヤ５５との噛み合い精度はインテークマニホールド１０に対するアクチュエータ５０の組み付け位置精度に左右されるが、本実施の形態２ではアクチュエータ５０を構成するハウジング５１に弁軸４０の回転を支持する軸受け孔５２を設け、アクチュエータ５０で弁軸の回転を支持するようにしたので、駆動ギヤ６０の歯部６３とモータ５４のウォームギヤ５５との噛み合い精度は、インテークマニホールド１０に対するアクチュエータ５０の組み付け位置精度に左右されず、歯部６３とウォームギヤ５５との噛み合い精度が向上する。

実施の形態３．
図６は、本発明に係る吸気制御装置の実施の形態３におけるアクチュエータ及び駆動ギヤの近傍を示す断面図であり、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示している。

図６に示したように、本実施の形態３では、上記実施の形態２における軸受け孔５２内部に摩擦抵抗が小さい摺動部材からなるスリーブ８０を圧入等の方法で設け、あるいは弁軸４０の突出部４１にスリーブ８０を設け、弁軸４０が摩擦抵抗が小さい状態でスムーズに回動できるようにしている。

本実施の形態３によれば、軸受け孔５２内における弁軸４０の突出部４１の摺動抵抗が小さくなり、弁軸４０を回動させるのに要するトルクを小さくすることができる。

実施の形態４．
図７は、本発明に係る吸気制御装置の実施の形態４におけるアクチュエータ及び駆動ギヤの近傍を示す断面図であり、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示している。

図７に示したように、本実施の形態４では、弁軸４０の突出部４１と歯部６３の中心に設けられた挿入孔との間に、摩擦抵抗が小さい摺動部材からなるスリーブ８０を設けている。スリーブ８０は、歯部６３の挿入孔内に固定してもよく、突出部４１に固定してもよい。

前述のように、弁部材３０が開閉して図示していないストッパに当接した時、モータ５４、弁部材３０等の慣性により弁部材３０に加わった衝撃荷重が弾性体６２により吸収される。この時、弁軸４０の突出部４１と歯部６３とを相対的に回動させるトルクが発生するが、歯部６３の中心に設けられた挿入孔と弁軸４０の突出部４１との間の摺動抵抗が大きい場合には、弁軸４０の突出部４１と歯部６３との相対的な回動がスムーズに行われなくなり、衝撃荷重が歯部６３に伝達されることになり、衝撃荷重の緩和の効果が小さくなる。

本実施の形態４によれば、弁軸４０の突出部４１と歯部６３の中心に設けられた挿入穴との間に摺動性のよいスリーブ８０を設けたので、弁軸４０の突出部４１と歯部６３とが相対的に回動するときの摺動抵抗が小さくなり、スムーズに相対的な回動が行われ、衝撃荷重が歯部６３に伝達されにくくなる。

なお、本実施の形態４は、図７に示したように、弁軸４０の軸受け部をハウジング５１の軸受け孔５２とした例を示したが、上記実施の形態１と同様に、弁軸４０の軸受け部をボス部６１を支持するベアリングとしてもよい。

実施の形態５．
図８は、本発明に係る吸気制御装置の実施の形態５におけるアクチュエータ及び駆動ギヤの近傍を示す断面図であり、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示している。

図８に示したように、本実施の形態５では、ボス部６１の非円形の挿入孔の大きささを弁軸４０の非円形部の大きより僅かに大きくして、駆動ギヤ６０を弁軸４０の軸方向にスムーズに動かせることができるようにしている。また、ハウジング５１に歯部６３の側面と当接する突起５３を形成し、さらに、弁軸４０の軸方向の突起５３と反対側の方向に駆動ギヤ６０が移動するのを制限するストッパー（図示せず）を設ける。

本実施の形態５によれば、駆動ギヤ６０を弁軸４０の軸方向にスムーズに動かすことができるようにしているので、弁軸４０に駆動ギヤ６０を組み込む際に、圧入等の工法を採らずに手の力で組み込むことができるので、組立性がよくなる。

また、歯部６３の側面と当接する突起５３と、弁軸４０の軸方向に突起５３と反対側の方向に駆動ギヤ６０が移動するのを制限するストッパーとにより、駆動ギヤ６０が軸方向に移動する移動距離を制限する移動阻止部を設けたので、ウォーム５５と歯部６３との噛み合い寸法を確保することができる。

なお、本実施の形態５は、図８に示したように、弁軸４０の軸受け部をハウジング５１の軸受け孔５２とした例を示したが、上記実施の形態１と同様に、弁軸４０の軸受け部をボス部６１を支持するベアリングとしてもよい。

また、上記実施の形態１〜５では、吸気制御システムとして内燃機関の吸気系に設けられた吸気制御装置について説明したが、上記実施の形態１〜５は、内燃機関の吸気系に設けられる吸気渦流発生装置に適用することも可能である。

吸気渦流発生装置は、内燃機関の吸気系に設けられ、エンジンの低速回転時のシリンダ室への吸気にスワールバルブ（弁部材）により通気流路の面積を小さくしてスワール（渦流）を発生させ、燃焼速度を速めて燃焼効率を向上させ、燃費の改善や有害排気成分の改善を図る装置である。

この発明に係る吸気制御システムは、自動車等の内燃機関の吸気系に設置される吸気制御装置及び吸気渦流発生装置に有効に利用することができる。

本発明に係る吸気制御装置の実施の形態１におけるアクチュエータ及び駆動ギヤの近傍を示す断面図である。 本発明の実施の形態１の吸気制御装置をエンジンに搭載した状態を示し、吸気通路の中心で吸気通路と平行に切断した断面図である。 本発明に係る吸気制御装置の実施の形態１におけるアクチュエータ及びアクチュエータに弁部材が接続された構造を示す断面図である。 本発明に係る吸気制御装置の実施の形態１における歯車機構の構成を示す斜視図である。 本発明に係る吸気制御装置の実施の形態２におけるアクチュエータ及び駆動ギヤの近傍を示す断面図である。 本発明に係る吸気制御装置の実施の形態３におけるアクチュエータ及び駆動ギヤの近傍を示す断面図である。 本発明に係る吸気制御装置の実施の形態４におけるアクチュエータ及び駆動ギヤの近傍を示す断面図である。 本発明に係る吸気制御装置の実施の形態５におけるアクチュエータ及び駆動ギヤの近傍を示す断面図である。

符号の説明

１ 吸気制御装置、１０ インテークマニホールド、１１ サージタンク、
１２ 低回転用の吸気通路、１３ 高回転用の吸気通路、１５ スロットルバルブ、
２０ エンジン本体、３０ 弁部材、３１ 翼部、３２ 筒部、３３ 弁軸孔、
４０ 弁軸、４１ 突出部、４２ ブッシュ、４３ 軸受けガイド、
５０ アクチュエータ、５１ ハウジング、５２ 軸受け孔、５３ 突起、
５４ モータ、５５ ウォームギヤ、６０ 駆動ギヤ、６１ ボス部、６２ 弾性体、
６３ 歯部、７０ ベアリング、７１ スクリュー、７２ シール部材、
８０ スリーブ。

Claims (7)

1. 吸気を内燃機関に供給する吸気通路と、上記吸気通路内に設けられ上記吸気通路を回動により開閉し上記吸気通路の断面積を変更する弁部材と、上記弁部材を回動させる駆動力を上記弁部材に伝達する弁軸と、上記回動の駆動力を供給する駆動部、上記駆動部に設置されて回動する駆動力供給ギア並びに上記駆動部及び駆動力供給ギアを収納するハウジングを有するアクチュエータと、上記弁軸に設置され、上記駆動力供給ギアと噛み合い、上記アクチュエータからの駆動力を上記弁軸に伝達する駆動ギヤとを備えた吸気制御システムにおいて、
   上記駆動ギヤは、ボス部、上記駆動力供給ギアと噛み合いアクチュエータからの駆動力を受ける歯部及び上記ボス部と上記歯部との間に挟まれ、上記ボス部と上記歯部とに接合された弾性変形する弾性体を有し、
   上記ボス部は、上記弁軸を挿入する挿入孔を有し、上記弁軸に挿入されて上記弁軸と一体的に回動するように構成され、
   上記歯部及び弾性体は、上記弁軸を挿入する挿入孔を有し、上記弁軸に挿入されて上記弁軸と相対的に回動できるように構成され、
   上記弾性体が、上記弁部材の開閉によって発生した衝撃荷重により上記弁軸の回動方向にねじり変形することで上記衝撃荷重を緩和するようにしたことを特徴とする吸気制御システム。
2. 上記駆動ギヤのボス部及び歯部はポリアミド系の樹脂を成形してなり、上記弾性体は、上記成形したボス部と歯部との間にニトリルゴム系の合成ゴムを加硫成型して、上記ボス部及び歯部と一体化したことを特徴とする請求項１記載の吸気制御システム。
3. 上記弁軸において、上記歯部及び弾性体が挿入される部分は円柱状であり、上記ボス部が挿入される部分は中心軸と垂直な断面の断面形状が非円形であり、上記ボス部の上記挿入孔は上記弁軸における上記非円形の断面形状と同一の形状であることを特徴とする請求項１記載の吸気制御システム。
4. 上記ボス部の上記挿入孔の大きさが、上記弁軸の上記断面形状の大きさより僅かに大きく形成されて上記駆動ギヤと上記弁軸とは互いに軸方向に移動可能であり、かつ、上記駆動ギヤが上記弁軸に挿入された後における上記駆動ギヤの軸方向の移動距離を制限する移動阻止部が設けられたことを特徴とする請求項３記載の吸気制御システム。
5. 上記ハウジングに、上記弁軸の円柱状の先端部分を支持する軸受け孔が設けられ、上記弁軸の円柱状の先端部分が上記軸受け孔で回動することを特徴とする請求項３記載の吸気制御システム。
6. 上記ハウジングに設けられた軸受け孔と上記円柱状の部分が上記軸受け孔に支持される先端部分との間に、上記軸受け孔または上記円柱状の先端部分のいずれか一方に固定された摺動部材を備えたことを特徴とする請求項５記載の吸気制御システム。
7. 上記駆動ギヤの歯部の上記挿入孔と上記弁軸との間に、上記駆動ギヤの歯部の挿入孔または上記弁軸のいずれか一方に固定された摺動部材を備えたことを特徴とする請求項１記載の吸気制御システム。

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