JPH10252460A - 樹脂製空気量制御装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械加工を必要とせず、スロットルボディの
ボア壁の温度及び昇温速度を増大でき、しかもボア壁の
温度のばらつきを低減可能な樹脂製空気量制御装置及び
その製造方法を提供する。 【解決手段】 合成樹脂をマトリックスとする複合材料
を用いて形成したスロットルボディ１０１を有する空気
量制御装置である。スロットルバルブ１０３の外周部と
相対するスロットルボディのボア部の全周にエンジン冷
却水の通路１２０が設けられている。エンジン冷却水の
通路となるパイプ１２０をボア部形成用金型１２１に巻
回し、このパイプの両端をコネクタ形成用金型１２７に
嵌入し、樹脂を射出する製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関（エンジ
ン）等の吸気通路に設置されているスロットルバルブ
（絞り弁）によって吸気量を制御する空気量制御装置及
びその製造方法に係り、更に詳細には、軽量化等の目的
からスロットルボディを合成樹脂をマトリックスとする
複合材料を用いて形成した空気量制御装置におけるスロ
ットルバルブの氷結（アイシング）を防止する構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射システムを備えたエンジンで
は、通常、吸入空気を暖めることなく外気をそのまま取
り入れている。従って、寒冷地走行等においては冷たい
外気がそのまま吸気通路内に侵入することになるため、
スロットルバルブ近傍で氷結が発生し、特に水路走行又
は雪路走行時にはこの現象が著しい。

【０００３】また、これとは別に、ＥＧＲ（排気ガス再
燃焼）システムを採用するエンジンにおいては、スロッ
トルバルブ近傍に導かれる排気ガス中の水蒸気によって
氷結が発生することもある。これに対し、従来は、スロ
ットルボディの周りにエンジン冷却水を循環させる（以
下、「温水加熱」という。）ことにより、スロットルボ
ディを加熱してスロットルバルブの氷結を防止してい
る。

【０００４】しかし、軽量化等の要請からスロットルボ
ディを合成樹脂をマトリックスとする複合材料を用いて
形成することがあり、このような複合材料製のスロット
ルボディを、現在主流となっているアルミ合金、亜鉛合
金又は真鍮等の金属材料を用いて形成したスロットルボ
ディ及びスロットルバルブと比較すると、合成樹脂をマ
トリックスとする複合材料は熱伝導率が小さいため、温
水加熱を行ってもスロットルボディのボア壁の温度上昇
が不十分であったり、昇温に長時間を要する等の問題が
発生することが皆無ではなかった。

【０００５】このような問題を解決する手法は、例え
ば、実開平４−１１９３５２号公報に提案されており、
この手法では、図１に示すように、合成樹脂をマトリッ
クスとする複合材料を用いて形成したスロットルチャン
バ本体１の、図示しないスロットル弁を囲む内壁に、ア
ルミニウム製の円筒体（スリーブ）３を一体に設ける。
そして、円筒体３の外周に、アルミニウム製の突起部６
を形成し、これに凹溝７を形成して、ここに温水パイプ
４を嵌入する構成を採用している。このような構成で
は、温水パイプ４と円筒体３（凹溝７）との接触面積が
大きいので熱伝導率がよく、氷結防止性能を改善するこ
とができる。

【０００６】実開平４−１１９３５２号公報以外にも、
合成樹脂をマトリックスとする複合材料を用いて形成し
たスロットルボディの一部を金属製の円筒体で形成し、
この円筒体に接触又は近接した位置に冷却水の通路を設
ける技術が、特開平２−９１４３１号公報、実開平３−
１７２４１号公報、実開平４−１１９３３８号公報及び
特開平７−７７１０８号公報等に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術においては、合成樹脂をマトリックスとする
複合材料を用いて形成したスロットルボディの一部を金
属製の円筒体で形成する構成としているため、現在広く
使用されているアルミ合金製空気量制御装置と同様に、
円筒体のボア部の仕上げ加工やスロットルシャフトを通
すためのシャフト穴の加工を施す必要性が生ずることか
ら、かかる複合材料製のスロットルボディにおける機械
加工を必要としないという利点が損なわれることにな
る。

【０００８】また、氷結防止性能においても、上記複合
材料製のスロットルボディの一部を形成する金属製の円
筒体とエンジン冷却水の通路とを接触又は嵌入させた程
度では、十分な熱交換が行われ難いため、アルミ合金製
空気量制御装置と同等レベルのスロットルボディのボア
壁の温度又は昇温速度を得ることは容易ではない。

【０００９】更に、エンジン冷却水の温度が低い寒冷地
の早朝やエンジン始動時においては、エンジン冷却水の
通路から離れたスロットルボディのボア壁の温度は、エ
ンジン冷却水の通路に比較的近いスロットルボディのボ
ア壁よりも温度が低くなる傾向にあり、スロットルボデ
ィのボア壁の温度が均一になり難いという課題があっ
た。

【００１０】本発明は、上述のような従来の課題に鑑み
てなされたものであり、機械加工を必要とせず、また、
従来の温水加熱システムを有する樹脂製空気量制御装置
のみならずアルミ合金製空気量制御装置をも上回るよう
なスロットルボディのボア壁の温度及び昇温速度を得る
ことが可能であり、しかも、ボア壁の温度のばらつきを
低減可能な温水加熱システムを有する樹脂製空気量制御
装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、複合材料製のスロ
ットルボディの特定部位に冷却水の通路を設けることに
より、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完
成するに至った。

【００１２】即ち、本発明の樹脂製空気量制御装置は、
合成樹脂をマトリックスとする複合材料を用いて形成し
たスロットルボディを有する空気量制御装置において、
スロットルバルブ外周部と相対するスロットルボディの
ボア部の全周にエンジン冷却水の通路を設けたことを特
徴とする。

【００１３】また、本発明の樹脂製空気量制御装置の製
造方法は、上述の樹脂製空気量制御装置を製造するに当
たり、上記エンジン冷却水の通路となるパイプを上記ボ
ア部形成用金型に巻回し、このパイプの両端を、エンジ
ン冷却水を供給・排出するホースを挿入するコネクタ形
成用金型に嵌入し、しかる後、樹脂を射出することによ
り、上記エンジン冷却水の通路を形成することを特徴と
する。

【００１４】また、本発明の空気量制御装置において
は、上記エンジン冷却水の通路をパイプで形成し、この
パイプ外表面の一部を上記ボア部の内壁であるボア壁に
露出させた構成を採用することができ、これにより、こ
のボア壁の温度及び昇温速度を更に増大させることがで
きる。更に、上記パイプ全体又は少なくとも上記ボア壁
に露出した部位の表面を、ポリテトラフルオロエチレ
ン、フッ素、二硫化モリブデン若しくはこれらの任意の
化合物・混合物、又はオルガノシロキサン系着氷防止剤
で被覆することが好ましく、これにより、氷結防止性能
を更に向上させることができる。

【００１５】

【作用】上記の構成を採用した本発明の空気量制御装置
においては、エンジン冷却水をゴムホース中に流すと、
コネクタを経てスロットルボディに供給されたエンジン
の冷却水によって、スロットルバルブ外周部と相対する
スロットルボディのボア壁の一部を兼ねるパイプ製のエ
ンジン冷却水の通路の外表面が、直ちに、しかもほぼ均
一に加熱されるため、スロットルバルブの氷結を有効に
防止することが可能である。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図２〜図１２に基
づいて詳細に説明する。ここで、図２は本発明の樹脂製
空気量制御装置の正面図、図３は本装置の垂直断面図、
図４は本装置の上面図であり、図５は本装置におけるス
ロットルボディの上面図、図６は本装置におけるシャフ
ト支持部近傍の構造を示す垂直断面図（シャフト支持部
はアクセルドラム、反アクセルドラム側、同一構造のた
め、反アクセルドラム側の構造のみ図示した。）であ
る。

【００１７】また、図７はコネクタ部の垂直断面図、図
８は樹脂製スロットルボディ成形用金型の構造を示す垂
直断面図、図９は本装置を製造する際、パイプ製エンジ
ン冷却水通路をスロットルボディのボア部形状の形成に
必要な金型にセットした状態を示す斜視図、図１０は本
装置の製造する際、パイプ製エンジン冷却水通路の末端
をエンジン冷却水を供給・排出するゴムホースを挿入す
るためのコネクタ内部形状の形成に必要な金型に嵌入し
た状態を示す断面図、図１１は、本装置のボア壁（ポイ
ントＡ：図５参照）における温度測定結果を示す線図、
図１２は、現在広く一般に使用されている温水加熱シス
テムを有するアルミ合金製空気量制御装置のスロットル
ボディの上面図である。

【００１８】図２及び図３において、スロットルボディ
１０１の吸気通路１０２を開閉するスロットルバルブ１
０３がビス１０４でスロットルシャフト１０５に固着さ
れており、スロットルシャフト１０５はスロットルボデ
ィ１０１の相互に対向する一対のシャフト支持部１０６
によって回転可能に支承されている（図４及び図５参
照）。また、スロットルシャフト１０５の一方の端部は
スロットルボディ１０１から突出し、その突出部にアク
セルドラム１０７とアクセルレバー１０８がワッシャ１
０９を介してナット１１０で締結されている（図４参
照）。

【００１９】図４及び図５において、１１１はスロット
ルボディ１０１のシャフト支持部１０６の外周部にゆる
く巻回したリターンスプリングであり、スロットルバル
ブ１０３を閉じる方向にスロットルシャフト１０５を付
勢する。リターンスプリング１１１の先端フック部１１
１ａはスロットルボディ１０１から突出するボス状のス
トッパー１１２に係合している。また、リターンスプリ
ング１１１の他端フック部１１１ｂはアクセルレバー１
０８に係合している（図２参照）。

【００２０】スロットルシャフト１０５の他方の端部
は、スロットルボディ１０１から突出し、ワッシャ１１
３ａ〜１１３ｃを介してナット１１４で締結されてい
る。シャフト支持部１０６においては、スロットルボデ
ィ１０１に圧入されたブシュ（滑り軸受）１１５がスロ
ットルシャフト１０５を回転可能に支承しており、その
外側には、気密性を保持するためシール部材１１６がス
ロットルボディ１０１に圧入され、更にワッシャ１１３
ａ〜１１３ｃを介してナット１１４で締結されている
（図６参照）。

【００２１】本装置において、エンジン冷却水は、コネ
クタ１１９ａに挿入されたゴムホース１２５ａを経てス
ロットルボディ１０１に供給され、エンジン冷却水の通
路であるパイプ１２０（図７参照）を通ってスロットル
バルブ１０３の外周部と相対するスロットルボディ１０
１のボア壁を一周し、コネクタ１１９ｂを経てゴムホー
ス１２５ｂから排出される。よって、ボア壁全体が迅速
且つ均一に加熱されるため、スロットルバルブの氷結を
有効に防止することが可能である。

【００２２】次に、本実施例の樹脂製空気量制御装置の
製造方法について説明する。本装置は、図８〜図１０に
示したように、スロットルボディのボア部形状の形成に
必要な金型１２１にパイプ１２０を巻き付け、パイプ１
２０の両端をエンジン冷却水を供給・排出するゴムホー
スを挿入するためのコネクタ１１９ａ、１１９ｂの内部
形状を形成するために必要な金型１２７に嵌入させた
後、樹脂の射出を行うことにより製造できる。なお、ゴ
ム、一部の合成樹脂や金属等、柔軟性を有する材料で形
成したパイプを使用すると、図９に示したように、かか
るパイプを金型１２１に直接巻き付けることが可能であ
り、パイプを予めボア部形状に賦形する必要がなく、ボ
ア部の真円度の確保も容易である。

【００２３】また、図８において、１２１はスロットル
ボディのボア部形状の形成に必要な金型、１２２はスロ
ットルボディのボア上部形状の形成に必要な金型、１２
３及び１２４はエンジン冷却水を供給・排出するゴムホ
ースを挿入するためのコネクタ１１９ａ、１１９ｂの内
部形状を形成するために必要な金型１２７（図９参照）
が組み込まれた金型、１２５及び１２６はシャフト穴の
形成に必要なピン形状金型である。

【００２４】なお、スロットルボディ１０１のボア部の
全周にエンジン冷却水の通路を設ける方法としては、例
えば、ビスマス／錫等から成る低融点合金や砂等で形成
した中子を金型にセットした後に樹脂を射出する方法
や、型抜き可能な形状に分割した構成部品を熱板溶着・
振動溶着・超音波溶着・スピン溶着等の溶着工法又は接
着剤、ボルト・ナット、セルフタップねじ等を用いて組
み立てる方法等、様々な方法が考えられるが、本実施例
に示したように、パイプを用いて冷却水の通路を形成す
る方法によれば作業工程数を低減できるので、安価にエ
ンジン冷却水の通路を設ける手段としては好適である。

【００２５】また、本装置において、エンジン冷却水の
通路を形成するパイプの材料としては、熱伝導の観点か
らスチール、アルミニウム又は銅及びこれらの合金等、
金属材料を用いるのが好ましいが、パイプの厚さを小さ
くすることによって、ゴム、一部の合成樹脂や金属等を
用いても、金属材料と遜色のない性能を得ることも可能
である。なお、エンジン冷却水の通路であるパイプ１２
０を射出した樹脂によって完全に被覆してしまうことも
無論可能ではあるが、スロットルボディのボア壁の温度
及び昇温速度を大きくするという観点からは、パイプの
一部をスロットルボディのボア壁に露出させることが望
ましい。

【００２６】また、パイプ１２０は、スロットルボディ
１０１のボア壁の一部を形成しているが、必要に応じて
パイプ自体又はパイプのスロットルボディのボア壁に露
出した部位の表面を、ＰＴＦＥ、フッ素、二硫化モリブ
デンを含む化合物・混合物、又はオルガノポリシロキサ
ン系着氷防止剤等で被覆してもよい。

【００２７】パイプ１２０の形状には制約はないが、柔
軟性を有する材料を使用する場合には、スロットルボデ
ィのボア壁に露出させている部位の形状を円、楕円、Ｒ
の一部又はその類似形状とし、スロットルバルブ１０３
とパイプ１２０を接触させる構造を採用することも可能
である。また、単にパイプ１２０の一部分を、スロット
ルボディ１０１のボア壁の一部として利用するのであれ
ば、平面部を有するパイプの方が、ボア部の真円度の確
保及び金型にパイプを巻き付ける作業性において優れる
場合が多い。

【００２８】（性能試験）パイプの厚さを変化させて本
実施例の空気量制御装置を作製し、各空気量制御装置を
−３０℃の冷凍庫内に２時間放置した後に、８０℃のエ
ンジン冷却水を毎分１．５リットルの速度でスロットル
ボア壁に供給し、エンジン冷却水供給開始３０秒後のス
ロットルのボア壁（ポイントＡ：図５参照）の温度を測
定した。得られた結果を図１１に示す。後述する比較例
１及び２と比較すると、エンジン冷却水供給開始３０秒
後のスロットルボディのボア壁（上記ポイントＡ）の温
度が高く、特にパイプ１２０の厚さ：Ｌが１．０ｍｍ以
下の場合の昇温効果が非常に大きいことが分かる。

【００２９】（比較例１）図１に示した樹脂製空気量制
御装置と同一の温水加熱システムを有する樹脂製空気量
制御装置を用い、ボア壁のポイントＡ’を測定部位とし
て上記性能試験を行ったところ、ポイントＡ’の温度は
１１℃に過ぎなかった。

【００３０】（比較例２）図１２に示した現在広く一般
に使用されている温水加熱システムを有するアルミ合金
製空気量制御装置を用い、ボア壁のポイントＡ”を測定
部位として上記性能試験を行ったところ、ポイントＡ”
の温度は３４℃に過ぎなかった。

【００３１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、複合材料製のスロットルボディの特定部位に冷却水
の通路を設けることとしたため、機械加工を必要とせ
ず、また、従来の温水加熱システムを有する樹脂製空気
量制御装置のみならずアルミ合金製空気量制御装置をも
上回るようなスロットルボディのボア壁の温度及び昇温
速度を得ることが可能であり、しかも、ボア壁の温度の
ばらつきを低減可能な温水加熱システムを有する樹脂製
空気量制御装置及びその製造方法を提供することができ
る。

【００３２】即ち、請求項１記載の発明においては、ス
ロットルバルブ外周部と相対するスロットルボディのボ
ア部の全周にエンジン冷却水の通路を設けたことによ
り、スロットルボディのボア壁の到達温度及び昇温速度
の増大と、スロットルボディのボア壁の温度の均一化が
可能になった。この結果、エンジン冷却水の温度が比較
的低い状態でもスロットルバルブの氷結防止効果を得る
ことができる。

【００３３】なお、一般に、中子を用いてエンジン冷却
水の通路を設ける方法では、成形時の圧力によって中子
が移動するため、エンジン冷却水の通路とボア壁間の距
離を極端に小さくできず、また均一にすることもできな
い。これに対して、請求項２記載の発明においては、ス
ロットルボディのボア壁の一部をパイプで形成すること
によって、エンジン冷却水の通路とボア壁間の距離を極
限まで小さくすることが可能になった。また、パイプの
肉厚を調整することによって、エンジン冷却水の通路と
ボア壁間の距離を任意に設定することも可能である。

【００３４】以上のように、請求項２記載の発明では、
請求項１記載の発明においてエンジン冷却水の通路の形
成にパイプを用いることによって、エンジン冷却水の通
路とボア壁間の距離を小さく、しかも一定することが可
能になった。この結果、スロットルボディのボア壁の到
達温度及び昇温速度の増大と、スロットルボディのボア
壁の温度の均一化の効果を得ることが容易になった。

【００３５】請求項３記載の発明においては、上記パイ
プ自体又は少なくともパイプのスロットルボディのボア
壁に露出した部位の表面をＰＴＦＥ等でで被覆すること
によって、エンジン冷却水によるスロットルボディの加
熱効果が期待できない寒冷地の早朝や、エンジン始動直
後においてもスロットルバルブの氷結防止効果を得るこ
とが可能になった。

【００３６】また、パイプをシール部材として積極的に
利用することによって、スロットルバルブ閉時の空気の
漏れ量の低減やスロットルバルブ及びスロットルボディ
の寸法ばらつき及び熱膨張・収縮に伴うスロットルバル
ブ及びスロットルボディの寸法変化を吸収する手段とし
ても利用することも可能である。更に、ＰＴＦＥ等によ
れば、防汚効果も期待できるため、主としてエンジンの
ブローバイガスとＥＧＲガスによって生成する粘着生成
物、いわゆるデポジットがスロットルバルブに付着する
ことを防止又は低減する効果を得ることも可能になっ
た。

【００３７】請求項５記載の発明では、請求項１〜４の
空気量制御装置を製造するに当たり、エンジン冷却水通
路の形成手段として、スロットルボディのボア部形状の
形成に必要な金型にパイプを巻き付け、パイプの両端
を、エンジン冷却水を供給及び排出するゴムホースを挿
入するためのコネクタの内部形状を形成するために必要
な金型に嵌入させた後に樹脂の射出を行うことによっ
て、中子を利用した射出成形では必須の中子製造工程を
廃止可能とするとともに、溶着、接着、ボルト・ナッ
ト、セルフタップねじ等を用いて組み立てる方法におい
て必要な複数の金型の製作及び溶着、接着、ボルト・ナ
ット、セルフタップねじ等を用いる組立工程を廃止する
ことが可能となった。

【００３８】特に、パイプの材料としてゴムや一部の樹
脂材料や金属等の柔軟性を有する材料を用いた場合、パ
イプを事前に賦形する必要がなく、しかもパイプの両端
を、冷却用コネクタの内部形状を形成するために必要な
金型に嵌入させるだけで金型内にセット可能なため、パ
イプ製のエンジン冷却水の通路をインサート成形するこ
とに伴う金型構造の複雑化や成形サイクルの悪化等に起
因するコストの増加を殆ど伴うことなく、請求項１〜４
の樹脂製空気量制御装置を製造することが可能になっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のスロットルチャンバの氷結防止装置の一
例を示す斜視図である。

【図２】本発明の樹脂製空気量制御装置の一実施例を示
す正面図である。

【図３】本発明の樹脂製空気量制御装置の一実施例を示
す垂直断面図である。

【図４】本発明の樹脂製空気量制御装置の一実施例を示
す上面図である。

【図５】スロットルボディの上面図である。

【図６】シャフト支持部近傍の構造を示す垂直断面図で
ある。

【図７】コネクタ部の垂直断面図である。

【図８】樹脂製スロットルボディ成形用金型の構造を示
す垂直断面図である。

【図９】パイプ製のエンジン冷却水通路をスロットルボ
ディのボア部形状の形成に必要な金型にセットした状態
を示す斜視図である。

【図１０】パイプ製のエンジン冷却水通路の末端をコネ
クタ内部形状の形成に必要な金型に嵌入した状態を示す
断面図である。

【図１１】スロットルボディのボア壁の温度測定結果を
示す線図である。

【図１２】現在広く一般に使用されている温水加熱シス
テムを有するアルミ合金製空気量制御装置のスロットル
ボディの上面図である。

【符号の説明】

１ スロットルチャンバ本体 ３ 円筒体 ４ 温水パイプ ６ 突起部 ７ 凹溝 １０１ スロットルボディ １０２ 吸気通路 １０３ スロットルバルブ １０４ ビス １０５ スロットルシャフト １０６ シャフト支持部 １０７ アクセルドラム １０８ アクセルレバー １０９ ワッシャ １１０ ナット １１１ リターンスプリング １１１ａ、１１１ｂ リターンスプリングフック部 １１２ ストッパー １１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ ワッシャ １１４ ナット １１５ ブシュ（滑り軸受） １１６ シール部材 １１７ スロットルバルブ開度調整ねじ １１８ カラー １１９ａ、１１９ｂ コネクタ １２０ エンジン冷却水の通路（パイプ） １２１ 金型 １２２ 金型 １２３ 金型 １２４ 金型 １２５ 金型 １２６ 金型 １２７ 金型 １２８ 金型 １２９ 金型 １３０ エンジン冷却水の通路 １３１ キャビティ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合成樹脂をマトリックスとする複合材料
   を用いて形成したスロットルボディを有する空気量制御
   装置において、 スロットルバルブ外周部と相対するスロットルボディの
   ボア部の全周にエンジン冷却水の通路を設けたことを特
   徴とする樹脂製空気量制御装置。
2. 【請求項２】 上記エンジン冷却水の通路がパイプで形
   成され、このパイプの外表面の一部を上記ボア部の内壁
   であるボア壁に露出させ、このボア壁の一部を上記パイ
   プで形成したことを特徴とする請求項１記載の樹脂製空
   気量制御装置。
3. 【請求項３】 上記パイプの全体又は少なくとも上記ボ
   ア壁に露出した部位の表面を、ポリテトラフルオロエチ
   レン、フッ素及び二硫化モリブデンから成る群より選ば
   れた少なくとも１種のものを含む化合物若しくは混合
   物、又はオルガノシロキサン系着氷防止剤で被覆して成
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の樹脂製空気量
   制御装置。
4. 【請求項４】 上記冷却水の通路の厚さが、１．０ｍｍ
   以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
   つの項に記載の樹脂製空気量制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１つの項に記載
   の樹脂性空気量制御装置を製造するに当たり、 上記エンジン冷却水の通路となるパイプを上記ボア部形
   成用金型に巻回し、このパイプの両端を、エンジン冷却
   水を供給・排出するホースを挿入するコネクタ形成用金
   型に嵌入し、しかる後、樹脂を射出することにより、上
   記エンジン冷却水の通路を形成することを特徴とする樹
   脂性空気量制御装置の製造方法。