JP5249145B2 - スロットルバルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、スロットルバルブ装置に関するものである。

従来、この種のスロットルバルブ装置としては、内部にボアを有するスロットルボディと、ボアの開閉が可能なスロットルバルブとを備えるものが提案されている。
このスロットルバルブ装置では、スロットルバルブの外周端面およびボアのスロットルバルブの外周端面に対向する対向面の両方にコーティング膜を被覆することにより、スロットルバルブとボア内壁との間にデポジットが堆積するのを防止している。

特開２００８−３８６３０号公報

しかしながら、こうしたスロットルバルブ装置では、デポジットの堆積を抑制できるが、コーティング被膜が比較的高価であることからコストアップとなってしまう。
ところで、デポジットは、スロットルバルブが低開度のときに、バルブ軸からの距離が最も遠い位置において堆積しやすい。これは、バルブ軸からの距離が最も遠い位置においては、その他の位置に比べて、スロットルバルブの外周端面からこれに対向するボアの内壁までの距離が大きく、通過する空気の流速が小さいためである。この部位にデポジットが堆積してスロットルバルブがボアに固着した場合、固着を解除するためには大きな回転トルクが必要となる。
一方、バルブ軸近傍でデポジットが堆積してスロットルバルブが固着しても、固着を解除するための回転トルクは小さいもので済む。従って、バルブ軸からの距離が最も遠い位置におけるスロットルバルブの外周端面およびこれに対向するボアの内壁のみにコーティング膜を被覆することも考えられるが、そのためのマスキング作業が発生するなど余計な作業が生じ、コストアップとなってしまう。

本発明のスロットルバルブ装置は、コストアップを抑えながら弁体が回動不能となる状態の発生を抑制することを目的とし、この目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明は、空気の通路としての吸気通路を構成するボアが形成されたケースと、前記空気の流れ方向に対して略直交する方向に前記ボア内に配置され前記ケースに回動可能に支持された回転軸と、該回転軸に固定され該回転軸とともに回動することにより前記ボアの開閉が可能な弁体と、を備えるスロットルバルブ装置であって、
前記ボアは、前記回転軸からの距離が該回転軸の両端から内側に向かうに従い大きくなる傾向の形状に形成されてなり、
前記弁体は、前記ボアの形状に対応した形状に形成されるとともに前記回転軸を挟んで両側に開口が画成されるよう前記回転軸に固定されてなり、
前記ボアのうち前記回転軸から最も離れた位置における前記空気の流れ方向に沿う部分であって、前記空気の流れ方向に対し前記弁体の上流側および下流側の前記弁体の回転方向に対応した側には、内側に向かって突出する突出部が形成されていることにより、前記弁体が閉状態から開状態となる際、所定開度までは、前記回転軸からの距離が最も遠い位置における前記弁体の外周面から前記ボア内壁までの距離が、他の位置における前記弁体の外周面から前記ボア内壁までの距離より小さく形成されてなることを要旨とする。

本発明のスロットルバルブ装置では、弁体が閉状態から開状態となる際、所定開度までは、回転軸からの距離が最も遠い位置における弁体の外周面からボア内壁までの距離を、他の位置における弁体の外周面からボア内壁までの距離より小さく形成するから、所定開度までは回転軸からの距離が最も遠い位置における空気の流速が他の位置における空気の流速よりも大きくなる。これにより、回転軸からの距離が最も遠い位置におけるデポジットの堆積を抑制することができる。しかも、突出部を形成するだけだからコストアップとなることもない。この結果、コストアップを抑えながら弁体がボアの内壁と固着して回動不能となる状態の発生を抑制できる。

また、本発明のスロットルバルブ装置は、前記ボアは、前記空気の流れ方向に対して直交する断面が円形状に形成されてなり、前記弁体は、前記回転軸に対して直交する方向における直交方向長さが前記ボアの直径と略等しい長さに形成されるとともに、前記回転軸の軸方向における軸方向長さが前記ボアの直径よりも小さく形成されてなるものとすることもできる。
こうすれば、弁体が閉状態から開状態となる際、所定開度までは、回転軸から最も遠い位置における弁体の外周面からボア内壁までの距離を、他の位置における弁体の外周面からボア内壁までの距離より小さく形成する構造を簡易に確保することができる。

また、本発明のスロットルバルブ装置は、前記弁体は、楕円形状に形成されてなるものとすることもできる。
こうすれば、弁体が閉状態から開状態となる際、所定開度までは、回転軸から最も遠い位置における弁体の外周面からボア内壁までの距離を、他の位置における弁体の外周面からボア内壁までの距離より小さく形成する構造をより簡易に確保することができる。

また、本発明のスロットルバルブ装置は、前記弁体は、円形状に形成されてなり、前記ボアは、前記回転軸に対して直交する方向における直径が前記弁体の直径と略等しい長さに形成されるとともに、前記回転軸の軸方向における直径が前記弁体の直径よりも大きく形成されてなるものとすることもできる。
こうすれば、弁体が閉状態から開状態となる際、所定開度までは、回転軸から最も遠い位置における弁体の外周面からボア内壁までの距離を、他の位置における弁体の外周面からボア内壁までの距離より小さく形成する構造を簡易に確保することができる。

また、本発明のスロットルバルブ装置は、前記ボアは、前記空気の流れ方向に対して直交する断面が楕円形状に形成されてなるものとすることもできる。
こうすれば、弁体が閉状態から開状態となる際、所定開度までは、回転軸から最も遠い位置における弁体の外周面からボア内壁までの距離を、他の位置における弁体の外周面からボア内壁までの距離より小さく形成する構造をより簡易に確保することができる。

スロットルバルブ装置を備えたエンジンの概略断面構成図である。 第１実施例のスロットルバルブ装置の拡大断面構成図である。 第１実施例のスロットルバルブ装置を上流側から視た正面拡大断面構成図である。 図３の状態からスロットルバルブ装置の弁体が所定角度開いた状態の正面拡大断面構成図である。 スロットルバルブ装置の弁体の閉状態における空気量を従来のものと比較した線図である。 第２実施例のスロットルバルブ装置の図３に対応した弁体の閉状態の正面拡大構成図である。 図６の状態から弁体が所定角度開いた状態の正面拡大構成図である。 第３実施例のスロットルバルブ装置の弁体の閉状態の正面拡大構成図である。 図８の状態から弁体が所定角度開いた状態の正面拡大構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、スロットルバルブ装置４を備えたエンジン１の概略断面構成図である。
エンジン１の燃焼室１ａには吸気通路２と排気通路３が連通されており、吸気通路２内にスロットルバルブ装置４が設けられ、スロットルバルブ装置４の下流側にタンブルコントロールバルブ５と更に下流側にインジェクタ６が配設されている。また、エンジン１は、ＮＯｘ低減や燃費向上のために、排気通路３を流れる排気ガスの一部や、ピストン１１とシリンダーボア１ｂの隙間から漏れ出した未燃焼ガスをスロットルバルブ装置４よりも下流の吸気通路２に環流している。
なお、図中７は、カムシャフト８に設けられたカムにより開閉される吸気弁であり、図中９は、カムシャフト１０に設けられたカムにより開閉される排気弁である。

図２は、吸気通路２内に設けられたスロットルバルブ装置４の拡大断面構成図であり、スロットルバルブ装置４は、空気の通路としての吸気通路２を構成するボア１３が形成されたケース１２と、吸気通路２の上流側から燃焼室１ａに向かって流れる空気の流れ方向に対して略直交する方向にボア１３内に配置されてケース１２に回動可能に支持された回転軸１４と、この回転軸１４に固定され回転軸１４とともに回動することによりボア１３の開閉が可能な弁体１５とを備えて構成されている。

図３にスロットルバルブ装置４を上流側から視た正面拡大断面構成図で示すように、ボア１３は円形状に形成されており、また、弁体１５も円形状に形成されている。
本例では、ボア１３の内壁１３ａのうち回転軸１４から最も離れた位置（図２および図３では上側および下側）における空気の流れ方向に沿う部分には、内側（回転軸１４側）に向かって突出する突出部１６ａ，１６ｂが形成されている。
突出部１６ａ，１６ｂの空気の流れ方向に沿う長さは、弁体１５が所定開度となるまで弁体１５の外周面１５ａに対向し続けることができる長さに設定されている。また、突出部１６ａ，１６ｂのボア１３における周方向長さは、図３に示すように、回転軸１４から最も離れた位置から左右（図３における左右）に約４５°程度までに亘る長さに形成されており、回転軸１４から最も離れた位置における弁体１５の外周面１５ａと突出部１６ａ，１６ｂとの距離が最も小さく、突出部１６ａ，１６ｂの左右端にかけて弁体１５の外周面１５ａと突出部１６ａ，１６ｂとの距離が徐々に大きくなるよう形成されている。

このようにボア内壁１３ａに突出部１６ａ，１６ｂを形成させたことにより、弁体１５が閉状態（図２の実線の状態および図３の状態）から所定開度まで回転した状態（図２の二点鎖線および図４の状態）までは、回転軸１４からの距離が最も遠い位置における弁体１５の外周面１５ａからボア内壁１３ａまでの距離ａが、他の位置における弁体１５の外周面１５ａからボア内壁１３ａまでの距離ｂよりも小さくなる。

即ち、弁体１５の閉状態から図４および図２の二点鎖線で示す弁体１５が所定角度開いた状態となる所定開度までは、回転軸１４からの距離が最も遠い位置（図では上端側および下端側）における開口Ｋの単位周方向長さあたりの開口面積が、他の位置における単位周方向長さあたりの開口面積よりも小さくなる。このため、上端側および下端側の開口Ｋを流れる空気の流速が他の位置における空気の流速よりも大きくなる。そのため、スロットルバルブ装置１４の弁体１５よりも下流側に還流されるＥＧＲガスやブローバイガスの吹き返しガスが回転軸１４から最も遠い位置における開口Ｋにおいて滞留しなくなるため、回転軸１４からの距離が最も遠い位置におけるデポジットの堆積を良好に抑制することができ、弁体１５がボア内壁１３ａに固着して回動不能となる状態の発生を抑制できるものとなる。しかも、ボア内壁１３ａの回転軸１４から最も離れた位置に空気の流れ方向に沿って突出部１６ａ，１６ｂを形成させるだけであるから、簡易な構成となり、コストアップを抑えながら良好にデポジットの堆積を抑制することができるものとなる。

図５は、弁体１５が閉状態から所定開度開いた状態となるまでの任意の開度における、弁体１５の外周面１５ａと突出部１６ａ，１６ｂを含むボア内壁１３ａとの間に形成される開口Ｋを流れる空気量を示した説明図である。
従来構造のスロットルバルブ装置では、図５の破線Ｐ１で示すように、弁体の外周面における周方向位置が９０°，２７０°の位置（回転軸１４から最も遠い位置）における開口Ｋを流れる空気量が最も多く、弁体の外周面における周方向位置が０°，１８０°，３６０°の位置（回転軸１４に最も近い位置）に向かうに伴い開口Ｋを流れる空気量が少なくなっており、周方向位置が０°，１８０°，３６０°の位置（回転軸１４に最も近い位置）における開口Ｋの空気量が最も少なくなっている。

一方、実施例のスロットルバルブ装置４では、図５の実線Ｐ２で示すように、弁体１５の外周面１５ａにおける周方向位置に関わらず開口Ｋを流れる空気量はほぼ同量となっている。即ち、弁体１５の外周面１５ａ全周における開口Ｋの空気の流れをフラットにすることによって、デポジット生成成分の一極集中を避けることができる。
なお、実施例のスロットルバルブ装置４では、図５に示すように、同じアクセル開度において、開口Ｋを通過する空気量が従来構造のスロットルバルブ装置と同じになるよう、弁体１５の開度が調整されている。

実施例のスロットルバルブ装置４では、突出部１６ａ，１６ｂの空気の流れ方向に沿う長さは、弁体１５が所定開度となるまで弁体１５の外周面１５ａに対向し続けることができる長さに設定するものとしたが、突出部１６ａ，１６ｂの空気の流れ方向に沿う長さは、弁体１５よりも下流の全域に亘って存在するものとしても差し支えない。

実施例のスロットルバルブ装置４では、突出部１６ａ，１６ｂのボア１３における周方向長さは、回転軸１４から最も離れた位置から左右（図３における左右）に約４５°程度までに亘る長さに形成するものとしたが、突出部１６ａ，１６ｂのボア１３における周方向長さは、これに限らず、回転軸１４から最も離れた位置から左右（図３における左右）に９０°未満であれば如何なる角度範囲に亘る長さに形成するものとしても差し支えない。

実施例のスロットルバルブ装置４では、突出部１６ａ，１６ｂは、回転軸１４から最も離れた位置における弁体１５の外周面１５ａと突出部１６ａ，１６ｂとの距離が最も小さく、突出部１６ａ，１６ｂの左右端にかけて弁体１５の外周面１５ａと突出部１６ａ，１６ｂとの距離が徐々に大きくなるよう形成するものとしたが、弁体１５の外周面１５ａと突出部１６ａ，１６ｂとの距離は一律同じであっても構わない。

次に、図６および図７で第２実施例を説明する。
図６は、スロットルバルブ装置を上流側から視た正面拡大断面構成図であり、弁体１５の閉状態を示す。図７は、弁体１５が所定角度開いた状態を示すものである。
本例では、ボア１３は円形状に形成されており、弁体１５は、回転軸１４に対して直交する上下方向の直交方向長さｃがボア１３の直径と略等しい長さに形成され、弁体１５の回転軸１４の軸方向における軸方向長さｄは、ボア１３の直径よりも小さく形成されている。即ち、弁体１５は縦長の楕円形状に形成されている。

このようにボア１３は円形であり、弁体１５が縦長の楕円形状に形成されているため、弁体１５が図６の閉状態から図７の所定開度に至るまでは、回転軸１４から最も遠い位置における弁体１５の外周面１５ａからボア１３の内壁１３ａまでの距離ａを、他の位置における弁体１５の外周面１５ａからボア１３のボア内壁１３ａまでの距離ｂよりも小さくすることができる。

このように構成することにより、弁体１５の閉状態から所定開度までは回転軸１４からの距離が最も遠い位置（図中９０°と２７０°で示す上端側および下端側の位置）における開口Ｋの単位周方向長さあたりの面積が他の部分よりも小さく、この部分の空気の流速が他の位置における空気の流速よりも大きくなり、この部分のデポジットの堆積を良好に抑制することができるものとなり、弁体１５がボア内壁１３ａに固着して回動不能となる状態の発生を良好に抑制できるものとなる。しかも、弁体１５を縦長楕円形状に形成するのみであるため、簡易な構成となり、コストアップを抑えながらデポジットの堆積を良好に抑制できるものとなる。

次に、図８および図９では第３実施例を示す。
図８は、スロットルバルブ装置を上流側から視た正面拡大断面構成図であり、弁体１５の閉状態を示す。図９は、弁体１５が所定角度開いた状態を示す。
本例では、弁体１５は円形状に形成されており、ボア１３は、回転軸１４に対して直交する方向（図中上下方向）の直径が弁体１５の直径と略等しい長さに形成されており、一方、ボア１３の回転軸１４の軸方向（図中左右方向）の直径が弁体１５の直径よりも大きく形成されている。即ち、ボア１３は横長楕円形状に形成されている。

このように弁体１５は円形で、ボア１３が横長楕円形状である場合においても、弁体１５が閉状態から所定開度に至るまでは、回転軸１４から最も遠い位置（９０°，２７０°で示す上端側および下端側の位置）における弁体１５の外周面１５ａからボア１３の内壁１３ａまでの距離ａを、他の位置における弁体１５の外周面１５ａからボア１３の内壁１３ａまでの距離ｂよりも小さくすることができ、上端側および下端側の開口Ｋの単位周方向長さあたりの面積が他の部分における単位周方向長さあたりの開口面積よりも小さくなり、これにより、上端側および下端側の開口Ｋを流れる空気の流速が他の位置における空気の流速よりも大きくなる。そのため、回転軸１４からの距離が最も遠い位置におけるデポジットの堆積を良好に抑制することができ、弁体１５がボア内壁１３ａに固着して回動不能となる状態の発生を抑制できるものとなる。しかも、ボア１３を横長楕円形状に形成するのみであるため、簡易な構成となり、コストを抑えながら弁体１５がボア１３の内壁１３ａと固着して回動不能となる状態の発生を良好に抑制できるものとなる。

また、上記実施例では、弁体１５は回転軸１４を挟んで上下方向に開口Ｋを形成する形態のものを例示しているが、回転軸１４の両側に開口Ｋを形成する態様のもの以外に、回転軸１４の片側に開口Ｋを形成するような態様の弁体１５においても、弁体１５の閉状態から所定開度に至るまでは、回転軸１４からの距離が最も遠い位置における空気の流速が他の位置における空気の流速よりも大きくなるように、上記実施例の構造を適用することができる。

１ エンジン
１ａ 燃焼室
２ 吸気通路
４ スロットルバルブ装置
１２ ケース
１３ ボア
１３ａ ボア内壁
１４ 回転軸
１５ 弁体
１５ａ 外周面
１６ａ，１６ｂ 突出部
Ｋ 開口
ａ 回転軸１４から最も遠い位置における弁体１５の外周面１５ａからボア１３の内壁１３ａまでの距離
ｂ 他の位置における弁体１５の外周面１５ａからボア１３の内壁１３ａまでの距離

Claims (5)

1. 空気の通路としての吸気通路を構成するボアが形成されたケースと、前記空気の流れ方向に対して略直交する方向に前記ボア内に配置され前記ケースに回動可能に支持された回転軸と、該回転軸に固定され該回転軸とともに回動することにより前記ボアの開閉が可能な弁体と、を備えるスロットルバルブ装置であって、
   前記ボアは、前記回転軸からの距離が該回転軸の両端から内側に向かうに従い大きくなる傾向の形状に形成されてなり、
   前記弁体は、前記ボアの形状に対応した形状に形成されるとともに前記回転軸を挟んで両側に開口が画成されるよう前記回転軸に固定されてなり、
   前記ボアのうち前記回転軸から最も離れた位置における前記空気の流れ方向に沿う部分であって、前記空気の流れ方向に対し前記弁体の上流側および下流側の前記弁体の回転方向に対応した側には、内側に向かって突出する突出部が形成されていることにより、前記弁体が閉状態から開状態となる際、所定開度までは、前記回転軸からの距離が最も遠い位置における前記弁体の外周面から前記ボア内壁までの距離が、他の位置における前記弁体の外周面から前記ボア内壁までの距離より小さく形成されてなる
   スロットルバルブ装置。
2. 前記ボアは、前記空気の流れ方向に対して直交する断面が円形状に形成されてなり、
   前記弁体は、前記回転軸に対して直交する方向における直交方向長さが前記ボアの直径と略等しい長さに形成されるとともに、前記回転軸の軸方向における軸方向長さが前記ボアの直径よりも小さく形成されてなる請求項１記載のスロットルバルブ装置。
3. 前記弁体は、楕円形状に形成されてなる請求項２記載のスロットルバルブ装置。
4. 前記弁体は、円形状に形成されてなり、
   前記ボアは、前記回転軸に対して直交する方向における直径が前記弁体の直径と略等しい長さに形成されるとともに、前記回転軸の軸方向における直径が前記弁体の直径よりも大きく形成されてなる請求項１記載のスロットルバルブ装置。
5. 前記ボアは、前記空気の流れ方向に対して直交する断面が楕円形状に形成されてなる請求項４記載のスロットルバルブ装置。

Images