JP2005155327A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バタフライ型のスロットル弁を備えた吸気制御装置において、カシリを回避しつつスロットル弁の全閉角度を小さくするために、従来スロットル弁の軸周辺部の径を小さくしていたため、この部分で空気洩れが発生する問題があった。本発明では、このような空気洩れを発生することなくカシリを回避して、全閉角度を小さくし、これによりアイドリング回転数を低下させることを目的とする。
【解決手段】 スロットル弁２０の外周角部であって、全閉時に吸気通路の中心軸線Ｃ０に直交する通路直交面Ｈよりも閉じ側に位置する干渉部Ｋを面取りする。
【選択図】 図９

Description

この発明は、内燃機関の吸気制御装置に関する。

円筒形状の吸気通路内に円板形状のスロットル弁をスロットル軸を介して回転可能に配置して、このスロットル弁の回転角度を適切に制御することにより燃焼室に供給する吸気流量を制御する吸気制御装置において、従来例えば実開昭６４−４６４４５号公報に開示されているようにスロットル弁の全閉角度を小さく設定することにより全閉時のスロットル弁（主として回動先端部）と吸気通路の内壁面との間のすき間を小さくして空気洩れを少なくし、これによりアイドリング回転数の低下を図る技術が提供されている。
実開昭６４−４６４４５号公報

しかしながら、一般的に円形のスロットル弁を同じく円形の吸気通路内で開閉可能に支持する構成においては、低開度域においてスロットル弁の外周部のうちスロットル軸周辺部の吸気通路内壁面に対する干渉（いわゆるカシリ）が問題になる。
従来この問題を回避するために、スロットル弁の外周部であってスロットル軸周辺の一定範囲（軸周辺部）について外径寸法を小さくすることにより吸気通路内壁面との間に僅かなすき間を設けて干渉を回避する構成としていたため、場合によってはこの軸周辺部からの空気洩れ量の方が大きくなってしまう問題があった。
本発明は、これら従来の問題に鑑みなされたもので、スロットル弁のいわゆるカシリを回避しつつ上記のような空気洩れを発生することなくスロットル弁の全閉角度を従来よりも小さくして、アイドリング回転数を低下させることができる吸気制御装置を提供すること目的とする。

このため、本願発明は、特許請求の範囲の各請求項に記載した構成の吸気制御装置とした。
請求項１記載の吸気制御装置によれば、スロットル弁の外周角部であって、全閉時に吸気通路の軸線に直交する面（以下、「通路直交面」という）よりも閉じ側に位置する範囲（以下、「干渉部」という）が面取りされる構成であるので、スロットル弁の外径寸法そのものを小さくすることなく、低開度域における吸気通路内壁面との干渉を回避してその全閉角度を小さくすることができる。このため、軸周辺部の外径寸法そのものを小さくすることにより吸気通路内壁面との干渉を回避する従来構成の場合のようにスロットル軸周辺での空気洩れを発生することなく、スロットル弁の全閉角度を従来よりも小さくしてエンジンのアイドリング回転数を低下させることができる。
面取り形状は、断面三角形の他、円弧形状あるいは段付き形状とすることができる。
スロットル弁およびスロットル軸を例えば樹脂を素材とする一体成型により製作する樹脂成形バルブの場合には、干渉部の面取りを成型時に同時に形成することができる。また、成形後、別途切削加工等により形成することができる。
さらに、金属板を素材としてスロットル弁を製作する場合には、干渉部の面取りをプレス加工または切削加工等により形成することができる。

請求項２記載の吸気制御装置によれば、干渉部およびこの干渉部に対して板厚方向に対向する外周角部の双方について対称に面取りされる。この構成によれば、例えばプレス加工により板厚方向両側から外周角部を同時に潰すようにして面取りをすることができる。このため、プレス加工工程の簡略化を図ることができるとともに、スロットル弁の組み付け工程において当該スロットル弁の裏表を区別する必要がなくなるので組み付け工程上の作業ミスを回避することができる。
請求項３記載の吸気制御装置によれば、上流側開閉部と下流側開閉部がスロットル軸の回転軸線を通るバルブ面に対してそれぞれ開き側に変位した状態に設けられることにより、全閉時に上記通路直交面よりも閉じ側に位置する部分をなくすことができ、これにより低開度域における軸周辺部の吸気通路内壁面に対する干渉を回避することができる。この場合、スロットルバルブの外径寸法を小さくする構成ではないので、従来のような軸周辺部における空気洩れの問題を発生することなく、全閉角度を小さくしてアイドリング回転数を低下させることができる。
さらに、請求項３記載の構成の場合には、軸周辺部の外周角部に対して面取りをすることなく、請求項１記載の発明と同等の作用効果を得ることができる。但し、請求項３記載の構成において、さらに軸周辺部の外周角部であって干渉部を面取りする構成とすることもできる。この請求項３記載の構成と前記請求項１記載の構成を組み合わせることにより、一層確実に吸気通路内壁面との干渉を回避しつつ全閉角度を小さくしてアイドリング回転数を低下させることができる。

本発明によれば、スロット弁の低開度域におけるカシリを回避しつつ、その全閉角度を小さくすることができ、これによりアイドリング回転数を低下させることができる。

次に、本願発明の実施の形態を図１〜図１２に基づいて説明する。図１は、本願発明の第１実施形態に係る吸気制御装置１を示している。図中符号２は、スロットルボディＢに形成された吸気通路（スロットルボア）を示している。この吸気通路２の上側から下側に向かって空気が流れる。この吸気通路２には、バタフライ型のスロットル弁１０がスロットル軸１１を介して回転可能に支持されている。スロットル軸１１は、その回転軸線Ｃ１回りに回転自在にスロットルボディＢに支持されている。
第１実施形態において、スロットル弁１０は板厚ｄの金属板を素材として外径Ｄの円形にプレス成形されたもので、スロットル軸１１にその回転軸線Ｃ１方向に沿って形成した保持溝１１ａにガタツキなく挿入された状態でビス１２，１３により固定されている。スロットル軸１１から径方向側方へ張り出す上流側開閉部１４と下流側開閉部１５は左右対称に配置されている。上流側開閉部１４はスロットル軸１１に対して上流側の範囲で移動し、下流側開閉部１５はスロットル軸１１に対して下流側の範囲で移動する。
スロットル軸１１の一端側は図示省略した電動モータに連結されている。この電動モータが、アクセルペダルの踏み込み量およびエンジンの運転状態等に基づいて回転制御されてスロットル軸１１がその軸回りに回転することにより、スロットル弁１０の開度が制御され、これにより吸気流量が適切に調整される。図１は、吸気通路２がスロットル弁１０により閉止された全閉状態を示している。以下、スロットル弁１０の開閉方向について、上流側開閉部１４が上方へ移動する方向（下流側開閉部１５が下方へ移動する方向、図１中白抜きの矢印で示した方向）を開き方向と言い、その逆を閉じ方向という。
また、本実施形態では、吸気通路２の中心軸線Ｃ０に直交する面（図１において紙面に直交する面、以下「通路直交面Ｈ」という）に対して開き方向へ約３°傾斜した位置が当該スロットル弁１０の全閉位置に設定されている。さらに、この明細書では、スロットル軸１１の回転軸線Ｃ１を通る面であってスロットル弁１０（上流側開閉部１４と下流側開閉部１５）の面方向を「バルブ面Ｓ」という。従って、この第１実施形態では全閉時においてバルブ面Ｓが通路直交面Ｈに対して約３°だけ開き側に傾いている。

ここで、一般的に円形のスロットル弁を、同じく円形の吸気通路内に開閉可能に支持する構成では、スロットル弁の外周部であってスロットル軸周辺の一定範囲（軸周辺部）の吸気通路内壁面に対する干渉を回避する必要がある。この干渉は、図９に示すようにスロットル弁の全閉時において通路直交面Ｈよりも閉じ側に位置する範囲（図９において斜線を付して示した範囲、以下「干渉部Ｋ」という）において発生する。この干渉部Ｋは、スロットル弁の板厚ｄが大きいほど、また全閉角度が小さいほど広い範囲に及ぶ。
そこで、第１実施形態では、スロットル弁１０の外周角部であって上記干渉部Ｋとなる部位が予め欠落されている。すなわち、干渉部Ｋに相当する外周角部が、他の部位よりも大きく面取りされている。第１実施形態において、上記干渉部Ｋは、上流側開閉部１４の下面側と、下流側開閉部１５の上面側の合計４箇所に相当する。但し、第１実施形態では、これらの４箇所の干渉部Ｋのみならず、それぞれの板厚方向反対側を含めた合計８箇所に同様の面取りが施されている。図１において、上流側（上面側）の面取り部に符号１４ｂｕ，１５ｂｕが付され、下流側（下面側）の面取り部に符号１４ｂｄ，１５ｂｄが付されている。

以上のように構成した第１実施形態の吸気制御装置１によれば、スロットル弁１０外周角部であって干渉部Ｋに相当する部位が面取りされて（面取り部１４ｂｄ，１５ｂｕ）、欠落されている。このため、スロットル弁１０の全閉角度を例示したように３°程度に小さくしても、軸周辺部１４ｂ，１５ｂが吸気通路内壁面２ａに干渉することがないので、スロットル弁１０のスムーズな動きを確保しつつ全閉時におけるスロットル弁１０（主として先端部１４ａ，１５ａ）と吸気通路内壁面２ａとの間のすき間を小さくすることができ、これによりアイドリング回転数を低下させることができる。
また、干渉部Ｋに相当する部位の外周角部が大きく面取りされた構成であり、スロットル弁１０の外径Ｄは、軸周辺部１４ｂ，１５ｂにおいても小さくなっていないので、従来のような軸周辺部における空気洩れを発生することはない。
さらに、第１実施形態の場合、スロットル弁１０の板厚方向両側（上面側および下面側）に面取り部１４ｂｕ，１４ｂｄ，１５ｂｕ，１５ｂｄを形成する構成であるので、当該スロットル弁１０を金属板を素材とするプレス加工により製作する場合に、プレス加工装置の簡略化を図ることができるとともに、組み付け工程においてスロットル弁１０の表裏を区別する必要がないので、組み付けミスを未然に防止することができる。

以上説明した第１実施形態には種々変更を加えることができる。例えば、第１実施形態では、スロットル弁１０の上面側および下面側の両面に合計８箇所の面取り部１４ｂｕ，１４ｂｄ，１５ｂｕ，１５ｂｄを形成する構成を例示したが、図４〜図６に示すように片側面（干渉部Ｋ）にのみ面取り部（合計４箇所）を形成する構成としてもよい。
この第２実施形態の吸気制御装置２０は、樹脂を素材とする一体成形により製作された同じくバタフライ形式のスロットル弁２１（樹脂成形バルブ）を備えている。このスロットル弁２１は、スロットル軸部２２と、このスロットル軸部２２から径方向側方へ張り出す上流側開閉部２３と下流側開閉部２４を備えている。両開閉部２３，２４がスロットル軸部２２に一体に成形されている。このため、第１実施形態におけるビス１２，１３に相当する固定手段は存在しない。
この第２実施形態に係るスロットル弁２１の場合、上流側開閉部２３の下面側の２箇所の干渉部Ｋが面取りされ（面取り部２３ｂ，２３ｂ）、下流側開閉部２４の上面側の２箇所の干渉部Ｋが面取りされている（面取り部２４ｂ，２４ｂ）。
面取り部２３ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２４ｂは、当該スロットル弁２１の成型時に同時に成型されている。但し、各面取り部は後加工（例えば切削加工）により形成してもよい。

このように構成された第２実施形態の吸気制御装置２０によれば、スロットル弁２０の干渉部Ｋが面取りされているので、スロットル弁２１の全閉角度を３°程度に小さくしても、低開度域において軸周辺部２３ａ，２４ａが吸気通路内壁面２ａに干渉することがなく、従って当該スロット弁２１のスムーズな動作を得ることができる。
また、従来のように板厚方向全域を欠落等して外径Ｄを小さくすることにより軸周辺部と吸気通路内壁面との間にすき間を設定する構成ではないので、全閉時における空気洩れを従来よりも低減することができ、これによりアイドリング回転数を低下させることができる。
なお、第１実施形態と同様、両開閉部２３，２４の干渉部Ｋおよびこれに対向する反対側に面取り部を対称に形成する構成としてもよい。
さらに、各面取り部は、切削加工等の後加工により形成する構成とする他、プレス成形時若しくは樹脂成形時に同時に形成する構成としてもよい。
また、第１および第２実施形態において、軸周辺部以外の部位に対して外周部を断面三角形に欠落した面取り部を例示したが（図３、図６参照）、面取り形状は例えば図７に示すような断面円弧形状の面取り部２５，２５、あるいは図８に示すような段付き形状の面取り部２６としてもよい。円弧形状の面取り部２５は板厚方向両面ではなく片側面のみに形成してもよく、段付き形状の面取り部２６は板厚方向片側ではなく両側に形成する構成としてもよい。
要は、スロットル弁１０，２１の軸周辺部１４ｂ，１５ｂ，２３ａ，２４ａにおける外周角部であって、全閉時において通路直交面Ｈよりも閉じ側に位置する干渉部Ｋを欠落することにより上記の作用効果を得ることができる。

次に、図１０および図１１には、上記例示した第１および第２実施形態とは異なる構成により同様の作用効果を得ることができる第３実施形態の吸気制御装置３０が示されている。
この第３実施形態の吸気制御装置３０は、第２実施形態と同様、樹脂の一体成形により製作されたスロットル弁３１を備えている。このスロットル弁３１は、スロットル軸部３２と、このスロットル軸部３２からその径方向相互に反対側へ張り出すように設けられた上流側開閉部３３と下流側開閉部３４を備えている。図１０中、白抜きの矢印は、両開閉部３３，３４の開き方向を示している。
図１１に示すようにこのスロットル弁３１には前記第１および第２実施形態における面取り部が形成されていない。
第３実施形態の両開閉部３３，３４は、相互に板厚方向にずれた状態に配置されている。すなわち、図１０に示すように上流側開閉部３３の下面３３ａと下流側開閉部３４の上面３４ａ（両開閉部３３，３４の閉じ側面）が、スロットル軸部３２の回転軸線Ｃ１を通るバルブ面Ｓ上にそれぞれ位置する状態で当該両開閉部３３，３４が配置されている。このため、両開閉部３３，３４は、板厚ｄだけ相互に平行にずれた状態で、スロットル軸部３１から張り出している。
このように構成した第３実施形態の吸気制御装置３０によれば、スロットル弁３１の全閉時（図１０に示す状態）において、両開閉部３３，３４の全範囲が通路直交面Ｈよりも開き側に位置している（前記干渉部Ｋが存在しない）ことから、その軸周辺部３３ｂ，３４ｂが吸気通路内壁面２ａに干渉しない。このため、スロットル弁３１の全閉位置を約３°程度に設定しても、従来ように空気洩れを発生することなく当該スロットル弁３１の低開度域におけるスムーズな動きを得ることができ、これによりアイドリング回転数を低下させることができる。

次に、図１２には、バルブ開度と吸入空気量との関係が本発明に係る吸気制御装置（実線）と従来構成の吸気制御装置（破線）とで比較して示されている。この図から以下のことを読みとることができる。
先ず、本願発明によれば、スロットル弁の低開度域における吸入空気量を従来よりも低下させることができる。これは、従来約６°程度であった全閉角度を３°程度にすることができることによる。これによれば、アイドリング回転数を従来よりも低くすることができる。
また、低開度域においてスロットル開度の変化に対する吸入空気量の変化率を従来と同様低く抑えることができる（ΔＡ≒ΔＢ）。
このように、本発明によれば、スロットル弁の全閉状態において、通路直交面より下流側に位置する干渉部Ｋを予め面取りし、あるいは上流側開閉部および下流側開閉部をそれぞれその板厚方向に変位させて排除しておくことにより、低開度域におけるスロットル弁の軸周辺部の吸気通路内壁面に対する干渉（カシリ）を回避することができる。このため、従来ように軸周辺部の径を小さくした場合における空気洩れを発生することなく、全閉角度を小さくしてアイドリング回転数を低下させることができる。

本発明の第１実施形態を示す図であり、吸気制御装置の縦断面図である。本図において、面取りされる範囲であって、干渉部および干渉部に対向する対称範囲には斜線が付されている。 第１実施形態のスロットル弁の平面図である。 図２における（３）−（３）線断面矢視図であって、軸周辺部の縦断面図である。 第２実施形態を示す図であり、吸気制御装置の縦断面図である。本図において、面取りされる範囲であって、干渉部には斜線が付されている。 第２実施形態のスロットル弁の平面図である。 図５における（６）−（６）線断面矢視図であって、軸周辺部の縦断面図である。 別形態の面取り部を示す断面図である。 別形態の面取り部を示す断面図である。 スロットル弁の軸周辺部における干渉部を示す側面図である。本図において、干渉部に斜線が付されている。 第３実施形態を示す図であり、吸気制御装置の縦断面図である。 第３実施形態のスロットル弁の平面図である。 スロットル弁開度と吸入空気量との関係を本発明と従来技術とで比較した図である。

符号の説明

Ｂ…スロットルボディ
Ｃ０…吸気通路の中心軸線
Ｃ１…スロットル軸の回転軸線
Ｈ…通路直交面
Ｓ…バルブ面
Ｋ…干渉部
Ｄ…スロットル弁の外径
ｄ…スロットル弁の板厚
１…吸気制御装置（第１実施形態）
２…吸気通路、２ａ…吸気通路内壁面
１０…スロットル弁
１１…スロットル軸、１１ａ…保持溝
１２，１３…ビス
１４…上流側開閉部
１４ａ…先端部、１４ｂ…軸周辺部
１４ｂｕ…上面側の面取り部、１４ｂｄ…下面側の面取り部
１５…下流側開閉部
１５ａ…先端部、１５ｂ…軸周辺部
１５ｂｕ…上面側の面取り部、１５ｂｄ…下面側の面取り部
２０…吸気制御装置（第２実施形態）
２１…スロットル弁
２２…スロットル軸部
２３…上流側開閉部、２３ａ…軸周辺部、２３ｂ…面取り部
２４…下流側開閉部、２４ａ…軸周辺部、２４ｂ…面取り部
２５…面取り部（円弧形状）
２６…面取り部（段付き形状）
３０…吸気制御装置（第３実施形態）
３１…スロットル弁
３２…スロットル軸部
３３…上流側開閉部、３３ａ…下面、３３ｂ…軸周辺部
３４…下流側開閉部、３４ａ…上面、３４ｂ…軸周辺部

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気通路内にスロットル軸を介して回転可能に支持されて前記吸気通路を開閉するスロットル弁を備えた吸気制御装置であって、
   前記スロットル弁の外周角部であって、全閉時に前記吸気通路の軸線に直交する通路直交面よりも閉じ側に位置する範囲を面取りした吸気制御装置。
2. 請求項１記載の吸気制御装置であって、全閉時に通路直交面よりも閉じ側に位置する範囲および該範囲に対して板厚方向に対向する範囲を対称に面取りした吸気制御装置。
3. 内燃機関の吸気通路内にスロットル軸を介して回転可能に支持されて前記吸気通路を開閉するスロットル弁を備えた吸気制御装置であって、
   前記スロットル軸の回転軸線を通るバルブ面に対して、前記スロットル弁の上流側開閉部と下流側開閉部をそれぞれの開き方向に変位させた吸気制御装置。

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