JP7065000B2 - 吸気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関への空気の流量を制御して供給可能な吸気装置に関する。
従来から、車両に搭載される内燃機関への空気量を制御可能な吸気装置が知られており、この吸気装置は、上流側に設けられ空気の流量を制御するスロットルバルブ装置と、該スロットルバルブ装置の下流側に設けられ前記空気を内燃機関の各シリンダへと分配する吸気管とを備えている。このスロットルバルブ装置の流路内にはバタフライバルブがシャフトを介して開閉自在に設けられ、該バタフライバルブを開状態とすることで外部から取り込まれた空気を吸気通路を通じて内燃機関へと供給している。
上述したような吸気装置では、例えば、バタフライバルブを全閉状態から開き始める際、上流側に向かって移動する前記バタフライバルブの一端側から下流側へと流れる空気が、該バタフライバルブの下流側において吸気通路内の乱流の影響によって上方へと持ち上げられて圧力変動が生じ、それに伴って吸気音が発生することがある。
このような吸気音の低減を目的として特許文献1に係る吸気装置では、内部に形成された吸気通路にスロットル弁が開閉自在に設けられ、該スロットル弁の下流側には、吸気通路の軸線上となる中央部に円筒が設けられている。この円筒は、吸気通路の軸線に沿って延在し、該吸気通路を流れる空気を中央と外周側とに分割可能としている。また、スロットル弁に臨む円筒の上流側端部には、該スロットル弁が開動作した際に接触することがないように切り欠いた段部を有している。
そして、スロットル弁が吸気通路を塞いだ全閉状態から開き始めた際、該スロットル弁の上端及び下端と吸気通路との間を通じて下流側へと流れる空気が、円筒の外周側をそれぞれ流れることで分離され吸気通路内で乱れることがないため、圧力変動が抑制され、この圧力変動に起因した吸気音が抑制される。
特許第3430840号公報
上述した特許文献1に係る吸気装置では、吸気音を低減させるための円筒を吸気通路の軸線上となる中央部に配置している。そのため、例えば、開動作する際に上流側へと移動するスロットル弁の上端と吸気通路との間を通じて下流側へと流れた空気が、斜め下方へと流れて円筒内へと流入し、一方、スロットル弁の下端と吸気通路との間を流れてきた空気の一部が前記円筒内へと流入することで互いに衝突して吸気音が発生してしまうことが懸念される。
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、全閉状態からバルブを開動作させた際に生じる吸気音をさらに低減することが可能な吸気装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明の態様は、シャフトを介して回転自在に設けられ空気の流通する吸気通路を開閉するバルブを有し、バルブは全閉時において吸気通路の延在方向と直交するように配置され、バルブを全閉時からシャフトを中心として開動作させることで、バルブの一端が上流側へと移動し他端が下流側へと移動して吸気通路を通じて内燃機関へ供給される空気の流量が制御される吸気装置において、
バルブの下流側において、バルブの全閉時に一端に臨み、吸気通路に沿って延在して吸気通路の内周面に接続され、吸気通路を流れる空気の一部を下流側へと導く整流部を備え、
整流部が、吸気通路に対して小径な円形状断面で形成され吸気通路に沿って一定径で延在すると共に、その外周面が吸気通路の内周面に接続された円筒体と、吸気通路の内周面と円筒体の外周面とを接続する支持体とからなり、バルブの全開時において他端の径方向外側となり、且つ、非接触となる位置に配置され、
円筒体は、吸気通路の内周面から離間した第1の半円部と、吸気通路の内周面に接続された第2の半円部とを有し、
第1の半円部は、第1の半円部の全周に亘って吸気通路の内周面から離間しており、
第2の半円部は、吸気通路の内周面に接続された接続部と、円筒体の周方向における接続部の両側に位置して吸気通路の内周面に接続されない非接続部と、を有する。
本発明によれば、吸気装置には、シャフトを介して回転自在に設けられ、全閉時から開動作させることで一端が上流側へと移動し他端が下流側へと移動するバルブを備え、このバルブの設けられる吸気通路には、バルブの下流側となり全閉時にバルブの一端に臨む整流部が設けられ、整流部は吸気通路に沿って延在して吸気通路の内周面に接続され、吸気通路に対して小径な円形状断面で吸気通路に沿って一定径で延在すると共に、その外周面が吸気通路の内周面に接続された円筒体と、吸気通路の内周面と円筒体の外周面とを接続する支持体とを備え、円筒体がバルブの全開時において他端の径方向外側となり、且つ、非接触となる位置に配置されている。また、円筒体が、第1の半円部と、第2の半円部とを有し、第1の半円部が、第1の半円部の全周に亘って吸気通路の内周面から離間しており、第2の半円部は、吸気通路の内周面に接続された接続部と、円筒体の周方向における接続部の両側に位置して吸気通路の内周面に接続されない非接続部とを備えている。
従って、バルブを全閉状態から開動作させる際、シャフトと共にバルブが回動して一端が流側へ移動し他端が流側へと移動すると、吸気通路の内周面と一端及び他端との間の間隙を通じて空気が上流側から下流側へと流れる。この際、バルブの下流側において、バルブの一端と吸気通路との間隙を通じて流入した空気が、円筒体の内部を流れることで吸気通路に沿って下流側へと好適に導かれ、バルブの他端と吸気通路との間隙を通じて流入した空気の方へ向かって流れて混合されることが防止される。
その結果、スロットル弁の上端側からの空気と下端側からの空気とが円筒内で衝突してしまうことが懸念される従来の吸気装置と比較し、バルブの一端側から流入する空気を整流部によって好適に下流側へと導き、バルブの他端側から流入する空気との混合を防止することで、圧力変動の発生が抑制され、それに伴って、圧力変動に起因した吸気音の発生をさらに低減させることができる。
本発明によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、吸気装置を構成する吸気通路には、バルブの下流側となり全閉時にバルブの一端に臨む整流部を備え、整流部は吸気通路に沿って延在して吸気通路の内周面に接続され、吸気通路に対して小径な円形状断面で吸気通路に沿って一定径で延在すると共に、その外周面が吸気通路の内周面に接続された円筒体と、吸気通路の内周面と円筒体の外周面とを接続する支持体とを備えており、この円筒体がバルブの全開時において他端の径方向外側で、且つ、非接触に配置されている。そのため、全閉状態からバルブを開動作させ、吸気通路内においてバルブの上流側から下流側へと空気を流通させる際、バルブの一端側から流入する空気を整流部によって好適に下流側へと導くことで、バルブの他端側から流入する空気に向かって流れて混合されてしまうことが防止される。その結果、吸気通路内における圧力変動が抑制され、この圧力変動に起因した吸気音の発生をさらに低減させることができる。
本発明の実施の形態に係る吸気装置の全体断面図である。 図1のII-II線に沿った吸気管の断面図である。 図2のIII-III線に沿った吸気管の断面図である。 図4A~図4Fは、第1~第6変形例に係る整流部を有した吸気装置の断面図である。
本発明に係る吸気装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図1において、参照符号10は、本発明の実施の形態に係る吸気装置を示す。
この吸気装置10は、図1に示されるように、例えば、図示しない内燃機関へ供給される空気の流量を制御するスロットルボディ12と、該スロットルボディ12の下流側に接続され該内燃機関へ前記空気を供給する吸気管14とを含む。
スロットルボディ12は、例えば、外気を取り込むためのエアダクト(図示せず)の下流側に接続され、ボディ16と、該ボディ16の通路(吸気通路)18に回転自在に支持される円盤状のバルブ20とを有している。ボディ16は、例えば、金属製材料から形成され、その内部を一直線状に貫通した通路18を有し、前記通路18の一端部が前記エアダクトに接続されると共に、前記通路18の他端部が吸気管14と接続されている。
バルブ20は、中央に連結されたシャフト22を介して回動するバタフライ式であり、ボディ16における軸方向中央に対して他端部側(下流側、矢印B方向)に配置されると共に、前記ボディ16における通路18の断面形状に対応した断面円形状に形成されている。このシャフト22は、ボディ16の軸方向(矢印A、B方向)と直交するように設けられ、その両端部が、ボディ16の通路18に臨むように開口した孔部(図示せず)へと挿入されることでバルブ20を含めて回転自在に支持される。なお、シャフト22における一方の端部には、図示しない駆動源が接続され、該駆動源からの駆動力が伝達されることで回転する。
また、バルブ20は、通路18を全閉する全閉時(図1中、一点鎖線形状参照)には、その上端20aが若干だけ下流側(矢印B方向)、下端20bが若干だけ上流側(矢印A方向)となるように所定角度だけ傾斜し、前記上端20a及び前記下端20bが前記通路18の内周面に当接するように配置される。
一方、バルブ20が上述した全閉時から開動作させる際には、シャフト22が時計回りに回転し、該シャフト22を中心として上端20aが下流側(矢印B方向)に向かって移動し、下端20bがシャフト22を中心として上流側(矢印A方向)に向かうように回動し、最も開いた全開時には、バルブ20がボディ16の軸線に沿った水平状態、又は、該水平状態から上端20aが前記軸線よりも若干だけ下方となる位置までさらに開いたオーバーシュート状態となる(図1中、二点鎖線形状参照)。
吸気管14は、図1~図3に示されるように、例えば、樹脂製材料から断面円形状に形成され、軸方向(矢印A、B方向)に延在し、その内部に吸気通路24が形成される。そして、吸気管14は、その上流側となる一端部がスロットルボディ12の下流側となる他端部に接続され、他端部は図示しない内燃機関と接続される分岐管を有した吸気マニホールド(図示せず)を構成している。
また、スロットルボディ12に臨む吸気通路24(吸気管14)の一端部には、吸気通路24を流れる空気を整流するための整流部26が設けられる。
整流部26は、例えば、バルブ20が全閉状態となった際に該バルブ20の下端20bに臨み、且つ、径方向外側となる吸気通路24の底壁28近傍に設けられ、吸気管14の一端部から他端部側(矢印B方向)に向かって軸方向に所定長さで延在し、円筒状に形成されたガイド筒(円筒体)30と、該ガイド筒30を支持するガイド板(支持体)32とから構成される。すなわち、整流部26は、吸気通路24において最も上流側(一端部側、矢印A方向)となる位置で、バルブ20の全閉時において、吸気管14の軸方向から見て下端20bに臨む位置に形成されている(図1参照)。
また、ガイド筒30及びガイド板32を含む整流部26は、吸気管14を成形する際に同時且つ一体的に形成される。
ガイド筒30は、吸気通路24よりも小径な断面円形状に形成され、軸方向(矢印A、B方向)に沿って一定径で延在すると共に、吸気通路24の底壁28(内周面)側となる外周面が、該底壁28に対して接続される。すなわち、吸気通路24とガイド筒30とが略平行となるように形成される。
また、ガイド筒30は、吸気通路24の底壁28に接続された状態で、バルブ20が全開時よりもさらに回動したオーバーシュート時に接触することがない直径で形成される。換言すれば、吸気管14の底壁28に対するガイド筒30の高さは、バルブ20の回動軌跡に重なることがなく、全閉時及びオーバーシュート時に非接触となるように設定されている。
ガイド板32は、図2に示されるように、吸気通路24の軸中心P側(矢印C方向)となるガイド筒30の頂部34に対して接続され、該ガイド筒30の外周面に接し、且つ、前記吸気通路24の内周面24aに向かって略水平で一直線状に延在して両端部が該内周面24aへとそれぞれ接続されている。なお、ガイド板32の軸方向(矢印A、B方向)に沿った長さは、ガイド筒30の軸方向(矢印A、B方向)に沿った長さと略同一に形成される。
この整流部26は、図2に示される吸気管14の軸方向から見て、ガイド筒30の内部が第1整流通路36となり、ガイド板32、ガイド筒30及び吸気通路24とで囲まれた内部が第2整流通路38となる。換言すれば、整流部26は、吸気通路24の上流側において、吸気通路24の底壁28近傍の一部を分割するように設けられている。
本発明の実施の形態に係る吸気装置10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。ここでは、バルブ20が全閉状態となり、スロットルボディ12から吸気管14への空気の流通が遮断された状態を初期状態として説明する。
先ず、上述した初期状態において、図示しない駆動源の駆動作用下にシャフト22が時計回りに回動し、それに伴って、バルブ20が時計回りに回動することで、該バルブ20の上端20aが通路18の内周面に沿って吸気通路24側(下流側、矢印B方向)へと移動し始め、下端20bが前記通路18の内周面に沿って上流側(矢印A方向)へと移動し始める。換言すれば、バルブ20の下端20bが、吸気管14から離間する方向(矢印A方向)へと移動していく。
これにより、車両の外部からエアダクトを通じて取り込まれた空気が、スロットルボディ12の通路18から、バルブ20の上端20a及び下端20bと前記通路18の内周面との間にそれぞれ生じた間隙S1、S2を通じてそれぞれ吸気管14側(矢印B方向)へと流通する。
この際、下方(矢印D方向)の間隙S2を通じて吸気通路24へと流入した空気の大部分が、整流部26を構成するガイド筒30の第1整流通路36を通じて下流側へと流れ、該ガイド筒30に対して外側となった残りの空気が、前記ガイド筒30とガイド板32によって囲まれた一対の第2整流通路38を通じて下流側へと流通する。
その結果、間隙S2を通じて吸気通路24へと流れる空気の流れ(下部流)と、間隙S1を通じて前記吸気通路24へと流れる空気の流れ(上部流)とを、整流部26によって確実に分離することができ、吸気通路24内における上部流と下部流とのとの混合を好適に回避し、該混合に起因した圧力変動を抑制することで、圧力変動に起因した吸気音の発生が低減される。
そして、図示しない駆動源の駆動作用下にさらにバルブ20を時計回りに回動させることで全開状態となり、スロットルボディ12の通路18内に供給されている空気が、吸気管14の吸気通路24へと流通して内燃機関へと供給される。
以上のように、本実施の形態では、回転自在なバタフライ式のバルブ20を有したスロットルボディ12の下流側に吸気管14が接続され、この吸気管14の吸気通路24には、前記スロットルボディ12側となる上流側端部に、該吸気通路24の底壁28に接続される整流部26を設け、この整流部26を、底壁28に接続される円筒状のガイド筒30と、該ガイド筒30の外周面に接続され略水平方向に延在して吸気通路24に接続されるガイド板32とから構成している。
これにより、スロットルボディ12に設けられたバルブ20を全閉状態から開き始める際、該バルブ20の下端20bと通路18との間の間隙S2を通じて吸気通路24内へと流通する空気を、整流部26によって前記吸気通路24に沿って下流側(矢印B方向)へと導くことが可能となり、該空気の流れが吸気通路24内で乱流等の影響によって上方へと偏向されてしまうことが防止される。
その結果、スロットル弁の上端側から流入した空気と、スロットル弁の下端側から流入した空気とが円筒内で衝突することで吸気音の発生が懸念される従来の吸気装置と比較し、バルブ20を全閉状態から開き始め、スロットルボディ12から吸気通路24内へと流入する際、前記バルブ20の下端20b側から流入する下部流と、該バルブ20の上端20a側から流入する上部流とが、吸気通路24の上流側において混合されてしまうことが回避される。そのため、上部流と下部流との混合による圧力変動が抑制され、この圧力変動に起因した吸気音の発生を好適に低減させることができる。
また、整流部26を、吸気通路24の内周面24aに接続されたガイド筒30から構成することにより、バルブ20の下端20b側から吸気通路24へと流入する空気を、前記ガイド筒30を通じて上方へと偏向させることなく確実に下流側へと導くことで、前記バルブ20の上端20a側から流入する空気(上部流)との混合を確実に回避することができる。
さらに、整流部26において、円筒状のガイド筒30に加え、該ガイド筒30と吸気管14の内周面24aとを接続するガイド板32を備えることで、該ガイド筒30のみを吸気管14に対して接続させた場合と比較し、前記ガイド板32によって前記整流部26の剛性を高めることが可能となる。その結果、例えば、車両からの振動が吸気装置10に対して付与された場合でも、強度の高められた整流部26を所定位置に確実に維持しておくことが可能である。
さらにまた、上述したガイド板32は、整流部26の剛性を高めると同時に、ガイド筒30及び吸気通路24との間に第2整流通路38と構成し、前記ガイド筒30を通らずに側部を通過する空気を、該第2整流通路38を通じて下流側へと好適に案内することができるため、ガイド筒30のみを設けた場合と比較して整流部26による整流効果をさらに高めて吸気音の低減に寄与することができる。
またさらに、ガイド筒30の直径を、バルブ20の全開時、又は、該全開時よりもさらに若干だけ回動したオーバーシュート時において、該バルブ20の上端20aが接触することがない最大の大きさに設定することで、スロットルボディ12から流入する空気を、効率的にガイド筒30の第1整流通路36へと取り込んで下流側へと流通させることが可能となる。
すなわち、ガイド筒30の直径が小さい場合には、スロットルボディ12から流入して上方へと偏向する空気の流れ(下部流)をガイド筒30へと効率的に導くことができず、上部流との混合が発生することなる。そのため、ガイド筒30は、バルブ20がオーバーシュートした状態でも当たることのない最大高さ(最大直径)となるように設定するとよい。
なお、上述したバルブ20のオーバーシュート量は、スロットルボディ12毎に異なるため、ガイド筒30の直径は、前記オーバーシュート量に応じて適宜設定すればよい。
また、吸気通路24に設けられる整流部26は、上述したような単一のガイド筒30と該ガイド筒30の頂部34に対して略水平に接続されるガイド板32とから構成される場合に限定されるものではなく、例えば、図4A~図4Fに示される吸気装置50、60、70、80、90、100のような整流部52、62、72、82、92、102を適用するようにしてもよい。
先ず、図4Aに示される第1変形例に係る吸気装置50は、その整流部52を構成するガイド筒30の頂部34近傍に一対のガイド板54a、54bが接続され、該ガイド板54a、54bは、それぞれガイド筒30から離間する方向に向かって斜め下方へと傾斜して吸気通路24の内周面24aへと接続される構成である。
また、図4Bに示される第2変形例に係る吸気装置60は、整流部62を構成するガイド筒30の外周面に対して頂部34よりも吸気通路24の底壁28側(矢印D方向)となる位置に一対のガイド板64a、64bが接続され略水平方向にそれぞれ延在している。
上述したガイド板54a、54b、64a、64bは、それぞれガイド筒30と吸気通路24の内周面24aとを接続するように設けられている。
このように、ガイド筒30に接続されるガイド板54a、54b、64a、64bは、該ガイド筒30の頂部34近傍と吸気通路24の内周面24aとを接続するように設けられていればよく、前記ガイド板54a、54b、64a、64bによって前記ガイド筒30を吸気通路24の内周面24aへと接続することで、整流部26及び吸気管14の剛性を好適に高め、強度を向上させることができる。
さらに、図4Cに示される第3変形例に係る吸気装置70では、吸気通路24の底壁28に臨むように一対のガイド筒74a、74bが並んで配置され、一方のガイド筒74aの外周と他方のガイド筒74bの外周とが互いに接続されると共に、前記一対のガイド筒74a、74bが前記底壁28に対してそれぞれ接続される構成としている。
このような構成とすることにより、ガイド筒74a、74b同士の接続によって整流部72の剛性をより高めることができるため、ガイド筒74a、74bと吸気通路24とを接続するためのガイド板を不要とすることができ、さらに、板状のガイド板と比較して円筒体であるガイド筒74a、74bの方が剛性が高いため、前記板状のガイド板を設ける場合と比較して一対のガイド筒74a、74bによって剛性をより一層向上でき、それに伴って、整流部72の強度を高めることができる。
さらにまた、図4Dに示される第4変形例に係る吸気装置80は、吸気通路24の底壁28に沿うように整流部82を構成する3つのガイド筒84a、84b、84cが並んで配置され、前記ガイド筒84a、84b、84c同士が互いに接続されると共に、それぞれのガイド筒84a、84b、84cが前記底壁28へと接続される構成である。
またさらに、図4Eに示される第5変形例に係る吸気装置90では、整流部92を構成する3つのガイド筒84a、84b、84cのうちの2つの上部をガイド板94で接続する構成としており、図4Fに示される第6変形例に係る吸気装置100では、整流部102を構成する3つのガイド筒84a、84b、84cに接続されたガイド板104の両端部が吸気通路24の内周面24aまで延在して接続される構成としている。
このように、3つのガイド筒84a、84b、84cを吸気通路24の底壁28に沿って並べてそれぞれ接続させ、且つ、前記底壁28に対しても接続させることで、整流部82、92、102の剛性をより一層高めることが可能となり、さらにガイド板94、104を設けた整流部92、102では、より一層剛性を向上させ強度を高めることができる。
なお、本発明に係る吸気装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
10、50、60、70、80、90、100…吸気装置
12…スロットルボディ 14…吸気管
20…バルブ 20a…上端
20b…下端 24…吸気通路
26、52、62、72、82、92、102…整流部
28…底壁
30、74a、74b、84a、84b、84c…ガイド筒
32、54a、54b、64a、64b、94、104…ガイド板
S1、S2…間隙

Claims (6)

  1. シャフトを介して回転自在に設けられ空気の流通する吸気通路を開閉するバルブを有し、該バルブは全閉時において前記吸気通路の延在方向と直交するように配置され、前記バルブを前記全閉時から前記シャフトを中心として開動作させることで、該バルブの一端が上流側へと移動し他端が下流側へと移動して前記吸気通路を通じて内燃機関へ供給される空気の流量が制御される吸気装置において、
    前記バルブの下流側において、該バルブの全閉時に前記一端に臨み、前記吸気通路に沿って延在して前記吸気通路の内周面に接続され、前記吸気通路を流れる前記空気の一部を下流側へと導く整流部を備え、
    前記整流部が、前記吸気通路に対して小径な円形状断面で形成され前記吸気通路に沿って一定径で延在すると共に、その外周面が前記吸気通路の前記内周面に接続された円筒体と、前記吸気通路の内周面と前記円筒体の外周面とを接続する支持体とからなり、前記バルブの全開時において前記他端の径方向外側となり、且つ、非接触となる位置に配置され、
    前記円筒体は、前記吸気通路の前記内周面から離間した第1の半円部と、前記吸気通路の前記内周面に接続された第2の半円部とを有し、
    前記第1の半円部は、当該第1の半円部の全周に亘って前記吸気通路の前記内周面から離間しており、
    前記第2の半円部は、前記吸気通路の前記内周面に接続された接続部と、前記円筒体の周方向における前記接続部の両側に位置して前記吸気通路の前記内周面に接続されない非接続部と、を有する、吸気装置。
  2. 請求項1記載の吸気装置において、
    前記バルブを有したスロットルボディと、該スロットルボディの下流側に設けられ内燃機関に接続される吸気管とを備え、前記吸気通路が前記スロットルボディから前記吸気管まで貫通するように形成され、前記整流部が、前記吸気管における吸気通路の上流側端部に設けられる、吸気装置。
  3. 請求項1又は2記載の吸気装置において、
    前記支持体は板状に形成され、前記円筒体の外周面から前記吸気通路の径方向に延在するように形成される、吸気装置。
  4. 請求項1又は2記載の吸気装置において、
    前記支持体は、前記円筒体とは別の円筒体からなる、吸気装置。
  5. 請求項4記載の吸気装置において、
    前記別の円筒体同士を接続する第2の支持体を備える、吸気装置。
  6. 請求項1~5のいずれか1項に記載の吸気装置において、
    前記円筒体の直径は、前記バルブの回動範囲において該バルブに接触することがない最大の大きさで設定される、吸気装置。

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