JP4634935B2 - 吸気装置、センサユニット、二輪車および吸気温検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置、スロットルボディに装着されるセンサユニットおよびそれらを備えた二輪車、さらには吸気温検出方法に関する。

エンジンの吸気系には、吸気温センサ、圧力センサ、バルブ回転センサ等が取り付けられるが、従来吸気温センサはエアクリーナに、圧力センサはスロットルボディまたはインテークマニホルド若しくは専用のハウジングに、バルブ回転センサはスロットルボディにそれぞれ個別に取り付けられている。各センサには、各々専用の配線や取り付け機構が必要であるため配線が煩雑になり、取り付け工程も複雑になるという問題が存在する。また、エンジンシステムのＦＩ化に伴って、センサ類の装着は、コンパクト化、モジュール化が求められている。このため、圧力センサと吸気温センサとをユニット化し、スロットルボディ上流側の吸気管に取り付けたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。

特開平７−２６０５３４号公報

本願発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、吸気温センサおよび圧力センサをコンパクトに取り付け可能な吸気装置、当該センサユニットおよびそれらを備えた二輪車、さらには吸気温検出方法を提供することを目的としている。

本発明の吸気装置は、吸気温センサと圧力センサとスロットル開度センサとを備えるセンサユニットがスロットルボディに搭載されるバタフライ型スロットルバルブを用いた吸気装置であって、前記スロットル開度センサがスロットルシャフトに取り付けられ、前記吸気温センサが、前記スロットルボディの流路内においてスロットルシャフトよりも上流側で、かつ前記スロットルバルブに接触しない位置に配置され、前記圧力センサが、スロットルシャフトよりも下流側の位置に配置されるとともに、前記圧力センサへ圧力を導く圧力導入路の前記流路内の入口が、前記スロットルバルブが開方向へ回動されるときに上流側に回動される前記スロットルバルブの第１半片部の下流側に配置され、前記センサユニットを前記スロットルボディに取り付けるための第１取付手段が、前記第１半片部の上流側に配置されるとともに、前記センサユニットを前記スロットルボディに取り付けるための第２取付手段が、前記スロットルバルブが開方向へ回動されるときに下流側に回動される前記スロットルバルブの第２半片部の下流側に配置され、前記第１および第２取付手段が、前記流路の側方であって、前記流路の横断面において、前記スロットルシャフトの軸心からの距離が、前記流路の内径の略１／２以下であるスロットルボディの側壁面となる位置に各々配置されることを特徴とする。

また、本発明の吸気装置は、前記センサユニットが、前記吸気温センサを取り付けるための吸気温センサ取付部を有し、前記吸気温センサ取付部が、前記流路の内周壁から前記スロットルシャフトに沿って前記流路内に突出し、前記吸気温センサの前記内周壁から突出する長さが、前記流路の内径の略１／２以下であることを特徴とする。

また、本発明の吸気装置は、スロットルボディの流路内においてスロットルシャフトよりも上流側で、かつ前記スロットルバルブに接触しない位置に配置された吸気温センサと、前記吸気温センサによって検出された検出値を、エアクリーナ近傍における吸気温の値に補正する補正回路と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の吸気装置は、吸気温マップ値を記憶するメモリを備え、前記補正回路は、前記メモリに記憶された吸気温マップ値を用いて検出値を補正することを特徴とする。

また、本発明の吸気装置は、吸気温センサ取付部の、吸気温センサ導入路の入口の断面に接する部分に、少なくとも２つ以上の突起部材を配設し、前記突起部材と前記吸気温センサ導入路の入口の断面とが当接することを特徴とする。

また、本発明の吸気装置は、前記突起部材が、隣接する前記突起部材とそれぞれ等間隔に配設されることを特徴とする。

また、本発明の二輪車は、前記吸気装置を搭載することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、吸気装置に吸気温センサおよび圧力センサをコンパクトに取り付けることができる。

図１は吸気装置の流路に沿い、かつスロットルシャフト軸方向からの模式的な側断面図である。
図２は吸気装置の流路に沿い、かつスロットルシャフト軸に垂直な方向からの模式的な断面図であり、図６のII−II線に沿った断面図に対応する。
図３は図２のIII−III線に沿った模式的な横断面図である。
図４は流路の内周に沿った方向における圧力導入路の入口の位置を説明するための図である。
図５はセンサユニットが取り付けられる方向のスロットルボディの側面図であり、センサユニットが取り外された状態で示される。
図６は図５と同様の方向からのセンサユニットが取り付けられた状態の吸気装置の側面図である。
図７は図２の拡大図である。
図８は図７のXI−XI線に沿った断面図である。
図９は吸気装置一例を示すブロック図である。
図１０は吸気温検出方法の一例を示すフローチャートである。

１０ スロットルボディ
１１ 流路
１２ スロットルバルブ
１３ スロットルシャフト
１５ 圧力導入路
１６，１７ ネジ穴
２０ センサユニット
２１ ＴＰＳ
２２ 吸気温センサ
２３ 圧力センサ
２４ 吸気温センサ取付部
３０，３１ ネジ
４０（４０ａ〜４０ｂ） 突起部材
４１ 吸気温センサ取付部２４の断面
４２ スロットルボディ１０の吸気温センサ導入路の入口の断面
５０ 補正回路
５１ 吸気温マップ値メモリ

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１、図２は、本発明の一実施の形態である吸気装置の流路に沿った模式的な断面図である。なお図１は、スロットルシャフト軸に沿った側断面図であり、図２は図６のII−II線に沿った断面図に対応する。

スロットルボディ１０の中央には円筒形の流路１１が設けられ、図１、図２において、スロットルボディ１０の左側が上流側であり右側が下流側である。流路１１の略中央には、バタフライ型のスロットルバルブ１２が設けられる。スロットルバルブ１２は、流路１１の略中央を垂直に横切るスロットルシャフト１３に保持される。

スロットルシャフト１３は、スロットルボディ１０に対して回転自在であり、スロットルバルブ１２の開閉は、スロットルシャフト１３の回転により操作される。図１では、全閉状態のスロットルバルブ１２の位置が実線で描かれ、全開状態のスロットルバルブ１２の位置が破線で描かれている。また、スロットルバルブ１２の可動範囲が矢印Ａで示されている。すなわち、図１において、スロットルシャフト１３が反時計回りに回転されるときにスロットルバルブ１２は開かれ、時計回りに回転されるときに閉じられる。

以下の説明においては、流路１１の中心軸Ｘとスロットルシャフト１３の軸心との交点を通り、これらの軸に直交する図１における上向き方向を基準方向（Ｙ軸）として反時計回りの角度θを定義し、この角度を参照して説明を行なう。

通常スロットルバルブ１２には、その長軸が流路１１の内径よりも僅かに大きい楕円形のものが用いられる。したがって、スロットルバルブ１２の開度をスロットルバルブ上半部（スロットルバルブが開方向に回転するときに上流側に回動される部分、第１半片部）のＹ軸からの角度で表すとき、スロットルバルブ１２は、所定の微小角度θ＝αにおいて全閉状態となり、略θ＝９０°で全開状態となる。すなわち、スロットルバルブ１２の上半部はα≦θ≦９０°の範囲で回動され、このとき、スロットルバルブ１２の下半部（第２半片部）はα＋１８０°≦θ≦２７０°の範囲で回動される。

図２に示されるように、本実施の形態のスロットルボディ１０には、その側方にセンサユニット２０が取り付けられる。センサユニット２０には、スロットルシャフト１３の回動角に連動してスロットルバルブ開度を検出するスロットル開度センサ（ＴＰＳ）２１の他、吸気温センサ２２、および圧力センサ２３が設けられる。

センサユニット２０には、ユニット本体から延びる吸気温センサ取付部２４が形成されており、吸気温センサ２２は、吸気温センサ取付部２４の先端に配置される。一方、スロットルボディ１０には、吸気温センサ取付部２４を挿通するための吸気温センサ導入路１４が、スロットルシャフト１３と略平行に形成されている。すなわち、吸気温センサ導入路１４は、スロットルボディ１０の側方から流路１１と外部とを連通し、センサユニット２０がスロットルボディ１０に取り付けられると、吸気温センサ取付部２４は吸気温センサ導入路１４を通って、流路１１内に流路１１の内周壁から長さｄだけ突出する。

図２、図３に示されるように、吸気温センサ取付部２４は、スロットルシャフト１３の上流側において、スロットルシャフト１３の前方軸幅内（スロットルシャフト１３を上流側に中心軸Ｘに沿って平行移動されたときにスロットルシャフト１３が通る領域）に対応する上流側の領域に配置される。これにより、吸気温センサ２２および吸気温センサ取付部２４による下流への影響を最小限に抑えることが可能となる。本実施の形態では、吸気温センサ取付部２４は、流路１１の略中心を横切るように（スロットルシャフト軸と同じ高さに）配置されている。

また、吸気温センサ２２は、スロットルボディ１０からの熱の影響を受けないように、なるべく流路１１の壁面から離れて配置される必要がある。本実施の形態では、熱の影響を実質的に受けない範囲として、流路１１の内径をφとするとき、長さｄを略９／３２≦ｄ／φ≦１／２を満たす範囲に設定する。

なお、吸気温センサ２２は、流路１１内において、スロットルシャフト１３の前方に突出することから、スロットルバルブ１２と接触しない位置に配置される必要がある。したがって、吸気温センサ２２が流路中央まで延在する場合には、吸気温センサ２２は、スロットルシャフト１３の軸心から、スロットルバルブ１２の長軸の長さよりも遠い位置に配置される。すなわち、スロットルバルブ１２の長軸の長さをＤとするとき、吸気温センサ２２は、スロットルシャフト１３の軸心を中心とする直径Ｄの円の外側に配置される（図１参照）。ただし、吸気温センサ２２の位置が中心軸Ｘから離れる（流路内壁に近づく）にしたがってスロットルシャフト１３を軸心に近づけることができる。すなわち、吸気温センサ取付部２４が短くなるにしたがって、スロットルバルブ１２の楕円または円形の周縁に沿って、吸気温センサ２２をＸ軸に沿ってスロットルシャフト１３に近づけることができる。

また、スロットルボディ１０の側壁には、センサユニット２０内に配置され、スロットルシャフト１３の下流側に配置される圧力センサ２３に圧力を導くための圧力導入路１５が、スロットルバルブ１２の下流側に形成される。圧力導入路１５は、スロットルバルブ１２の後流の影響をなるべく受けないように配置される必要がある。たとえば、圧力導入路１５を２７０°≦θ≦３６０°の領域（上半部の下流側領域）に設ける場合、スロットルバルブ１２の上半部、下半部のいずれもこの領域内を回動せず、スロットルバルブ１２の上半部は、バルブ開度が大きくなるに連れてこの領域から遠ざかるので、圧力導入路１５の入口をよりスロットルシャフト１３に近づけて（直径Ｄの円内に）配置することが可能となる。

つぎに、流路１１の内周に沿った方向における圧力導入路１５の入口の位置について、図４を参照して説明する。Ｙ軸から、センサユニット２０が取り付けられた方向に角度ψを取るとき、圧力導入路１５の入口は、０°≦ψ≦９０°の範囲に設けられる。圧力導入路１５の長さを短くするためには、圧力導入路１５の入口は、４５°≦ψ≦９０°の範囲に設けられることが好ましい。なお、圧力導入路１５内への異物の進入を防止する目的では、Ｙ軸の方向は、スロットルボディ１０をエンジンブロックに取り付けた際に上方となる方向であることが望ましい。本実施の形態の吸気装置では、圧力センサ２３がスロットルシャフト１３の下流側の位置に配置しているため下流側に配置される圧力導入路１５の長さを短く設定することができる。

また、本実施の形態の吸気装置では、センサユニット２０をスロットルボディ１０に取り付けるために第１取付手段及び第２取付手段である２つのネジ３０、３１（図６参照）が用いられ、これらのネジ３０、３１は、０°≦θ≦９０°の領域（上半部の上流側領域）、および１８０°≦θ≦２７０°の領域（下半分の下流側領域）に配置される。
また、圧力センサ２３および吸気温センサ２２が上述のようにスロットルシャフト１３の下流側及び上流側の位置に分けられて配置されることから、センサユニット２０は、スロットル開度センサを中心に圧力センサ２３および吸気温センサ２２を取付位置に安定して配置することができる。また、ネジ３０、３１は、スロットルシャフト１３に近接して配置することができ、流路１１に重なる領域に配置することができる。すなわち、ネジ３０、３１は、流路１１の側方であって、たとえば図５、６のように流路１１を側面から見た図において、スロットルシャフト１３の軸心からの距離がY軸方向に上下略φ／２以内の高さに配置される。
したがって、ネジ３０、３１はスロットルボディ１０の側壁面にコンパクトに取り付けることができる。

図５に、センサユニット２０が取り付けられる側のスロットルボディ１０の側面図を示す。図５に示すように、スロットルボディ１０の側面にはネジ３０、３１（図６を参照）を取り付けるためのネジ穴１６、１７を、スロットルシャフト１３を中心に対角線上に対称に配置することが可能なので極めて安定的にセンサユニット２０をスロットルボディ１０に取り付けることができる。また、これらの領域にはいずれのセンサも設けられていないので、ネジ穴１６、１７は、スロットルシャフト１３に近接して設けることができるので、センサユニット２０の小型化をより促進する。なお、図６にセンサユニット２０が取り付けられた状態のスロットルボディ１０の側面図を示す。

また、図７は、図２の拡大図であり、図８は、図７のXI−XI線に沿った断面図である。図７および図８において、吸気温センサ取付部２４の、吸気温センサ導入路の入口の断面に接する部分に、少なくとも２つ以上の突起部材４０（４０ａ〜４０ｄ）を配設する。そして、吸気温センサ取付部２４がスロットルボディ１０に取り付けられる際、突起部材４０と吸気温センサ導入路の入口の断面４２とが当接するようにする。これによって、直接に、センサユニット２０とスロットルボディ１０の吸気温センサ導入路の入口の断面４２とが直接に接しないようにする。

すなわち、突起部材４０を介して接することによって、スロットルボディ１０の吸気温センサ導入路の入口の断面４２と吸気温センサ取付部２４とが当接する面積を小さくするとともに両者間に空間を設けることができ、スロットルボディ１０の吸気温センサ導入路の入口の断面４２と吸気温センサ取付部２４の断面４１とを平面同士で嵌合した場合に生じるスロットルボディ１０からの熱伝導を効果的に抑制することができる。また、スロットルボディ１０の吸気温センサ導入路の入口の断面４２と吸気温センサ取付部２４の断面４１とが当接する面積を小さくすることによって、両者を平面同士で嵌合するよりも嵌合の強度を向上させることができる。これによって、センサユニット２０をスロットルボディ１０に安定して取り付けることができる。

また、突起部材４０は、それぞれ対角の位置に隣接する突起部材４０同士の間隔が略９０°となるように４つ配設する。センサユニット２０とスロットルボディ１０とが確実に嵌合するためには、各突起部材４０に均等に力が加わるように、等間隔に配設されるのが望ましい。突起部材４０の数は「４」に限定されるものではなく、「３」（突起部材４０同士の間隔が略１２０°）あるいは「５」（突起部材４０同士の間隔が略７２°）以上であってもよい。突起部材４０の数が多くなればなるほど、安定して嵌合することができる反面、熱伝導率の抑制効果が低下する。したがって、突起部材４０の数、大きさ、形状については、嵌合の安定度および熱伝導率の抑制効果などを勘案して設計するのが望ましい。

また、通常、吸気温センサ２２は、図示を省略するエアクリーナ近傍に配設し、当該エアクリーナ近傍における吸気温を検出することが望ましい。しかしながら、本実施の形態にあっては、コンパクト化を実現するため、スロットルバルブ１２の近傍、すなわち、スロットルボディ１０の流路１１内においてスロットルシャフト１３よりも上流側で、かつスロットルバルブ１２に接触しない位置に吸気温センサ２２を配設している。このため、上記エアクリーナ近傍において検出した吸気温との違いが生じてしまう。そこで、吸気温センサ２２によって検出された検出値を、上記エアクリーナ近傍における吸気温の値に補正する補正回路５０を備えている。図９は、吸気装置一例を示すブロック図である。

図９において、吸気温センサ２２において検出された検出値を、補正回路５０がエアクリーナ近傍における吸気温の値に補正する。また、吸気温マップ値を記憶する吸気温マップ値メモリ５１を備えており、補正回路５０は、吸気温マップ値メモリ５１に記憶された吸気温マップ値を用いて検出値を補正する。吸気温マップ値は、スロットルバルブ１２の近傍における検出値（吸気温）と、その吸気温に対応するエアクリーナ近傍の吸気温に関するデータをあらかじめ計測しておき、そのデータを吸気温マップ値として格納する。

補正回路５０および吸気温マップ値メモリ５１の少なくともいずれか一方は、図示を省略するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）内に設けられるのが望ましいが、ＥＣＵとは別に設けられていてもよい。

図１０は、吸気温検出方法の一例を示すフローチャートである。図１０のフローチャートにおいて、まず、吸気温センサ２２によって、スロットルバルブ１２の近傍における吸気温の検出値を取得する（ステップＳ６１）。つぎに、吸気温マップ値メモリ５１に記憶されている吸気温マップ値を用いて、上記検出値をエアクリーナ近傍の吸気温になるように補正をする（ステップＳ６２）。そして、補正された値を、吸気温として出力する（ステップＳ６３）。

以上のように本実施の形態によれば、圧力センサ、圧力導入路入口、吸気温センサ、および取付ネジを上述のように配置することにより、各センサおよび取付ネジをＴＰＳが設けられるスロットルシャフトに近接して配置することができ、センサユニットを極めて小型にすることができる。特に、排気装置の取り付けスペースに制限がある小排気量の二輪車（たとえばスクーターなど）に適している。また、各センサともに、良好な条件の下で配置できるとともにセンサユニットを安定した状態でスロットルボディに取り付けることができる。

また、本実施の形態のような配置を採用することにより、ボア径（流路の内径）の異なる吸気装置に対しても、同一センサユニットを用いることが容易となる。すなわち、ボア径が異なると、スロットルバルブの直径も異なるため、圧力導入路の位置を、吸気装置ごとに変更する必要が生じるが、本実施の形態のように配置することにより、ボア径が異なる多くの吸気装置に対して同一位置に圧力導入路を配置することができるので、より多くの種類の吸気装置に対して同一センサユニットを採用することができる。また、吸気温センサの長さを、センサユニットが兼用される吸気装置の最小のボア径の１／２に設定することにより、同様に適応可能なボア径の範囲を拡大することができる。

なお、本実施の形態では、スロットルバルブを楕円形として、αを有限の微小角として説明を行なったが、スロットルバルブを円形とするときには、α＝０とすることができる。

以上説明したように、本発明は、内燃機関（特に小型の二輪車）の吸気装置に適している。

Claims (7)

1. 吸気温センサと圧力センサとスロットル開度センサとを備えるセンサユニットがスロットルボディに搭載されるバタフライ型スロットルバルブを用いた吸気装置であって、
   前記スロットル開度センサがスロットルシャフトに取り付けられ、
   前記吸気温センサが、前記スロットルボディの流路内においてスロットルシャフトよりも上流側で、かつ前記スロットルバルブに接触しない位置に配置され、
   前記圧力センサが、スロットルシャフトよりも下流側の位置に配置されるとともに、前記圧力センサへ圧力を導く圧力導入路の前記流路内の入口が、前記スロットルバルブが開方向へ回動されるときに上流側に回動される前記スロットルバルブの第１半片部の下流側に配置され、
   前記センサユニットを前記スロットルボディに取り付けるための第１取付手段が、前記第１半片部の上流側に配置されるとともに、前記センサユニットを前記スロットルボディに取り付けるための第２取付手段が、前記スロットルバルブが開方向へ回動されるときに下流側に回動される前記スロットルバルブの第２半片部の下流側に配置され、前記第１および第２取付手段が、前記流路の側方であって、前記流路の横断面において、前記スロットルシャフトの軸心からの距離が、前記流路の内径の略１／２以下であるスロットルボディの側壁面となる位置に各々配置されることを特徴とする吸気装置。
2. 前記センサユニットが、前記吸気温センサを取り付けるための吸気温センサ取付部を有し、前記吸気温センサ取付部が、前記流路の内周壁から前記スロットルシャフトに沿って前記流路内に突出し、前記吸気温センサの前記内周壁から突出する長さが、前記流路の内径の略１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の吸気装置。
3. 前記スロットルボディの流路内において前記スロットルシャフトよりも上流側で、かつ前記スロットルバルブに接触しない位置に配置された吸気温センサと、
   前記吸気温センサによって検出された検出値を、エアクリーナ近傍における吸気温の値に補正する補正回路と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の吸気装置。
4. 吸気温マップ値を記憶するメモリを備え、
   前記補正回路は、前記メモリに記憶された吸気温マップ値を用いて検出値を補正することを特徴とする請求項３に記載の吸気装置。
5. 吸気温センサ取付部の、吸気温センサ導入路の入口の断面に接する部分に、少なくとも２つ以上の突起部材を配設し、
   前記突起部材と前記吸気温センサ導入路の入口の断面とが当接することを特徴とする請求項１に記載の吸気装置。
6. 前記突起部材は、隣接する前記突起部材とそれぞれ等間隔に配設されることを特徴とする請求項５に記載の吸気装置。
7. 請求項１に記載の吸気装置を搭載することを特徴とする二輪車。

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