JP2010065633A

JP2010065633A - 内燃機関の吸気制御装置

Info

Publication number: JP2010065633A
Application number: JP2008234151A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Ono; 雅彦小野; Hidefumi Iwaki; 秀文岩城; Yasuhisa Uchiyama; 康久内山; Takao Ogata; 貴夫緒方
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】
スロットルバルブとボディの接触やデポジットの付着低減及び水分の氷結を防止することによりスロットルバルブの作動不良の発生を防止してスロットルバルブ全閉時の空気漏れ量を低減した吸気制御装置を提供する。
【解決手段】
本発明に係るスロットル制御装置は、スロットルボディ１１内に開閉方向に回転動作を行うスロットルバルブ１２とを備える吸気制御装置１であって、樹脂製の軸受１４に設けたフランジ部２００を吸気通路２３と面一にしてスロットルボディとスロットルバルブの隙間を小さくする。スロットルボディ，スロットルバルブは金属材製でも、樹脂材製でもかまわない。
【選択図】図１

Description

本発明は自動車や自動二輪車等に搭載される内燃機関の吸気装置（スロットル制御装置）に関するものである。

従来の内燃機関のスロットル制御装置においては、スロットルボディに形成した円筒状の吸気通路を横断して貫通するスロットルシャフトをスロットルボディに形成した軸受部で回転可能に支承し、該スロットルシャフトには、吸気通路の横断面形状と略同形状のバタフライバルブ（スロットルバルブ）を固定し、モータ等の駆動手段によりスロットルシャフトを回転操作して、スロットルバルブの開度を制御することで吸入空気量を調整する。

スロットルボディとスロットルバルブ間には、スロットルバルブの回転がスムースに行えるように、また、スロットルボディとスロットルバルブとが噛り付かないようにするための隙間が設けられている。このためスロットルバルブ全閉時においても空気が流れる（漏れる）。

近年環境問題等からアイドリング回転時の燃費低減が求められている。そのためには全閉時の空気流量（漏れ量）を低減することが必要である。

この空気漏れ量を低減するための一方法として、スロットルバルブとボディの隙間を狭くする方法が考えられる。

具体的には、特許文献１に示す特開平８−１４０６９号公報では、スロットルバルブは吸気通路内に設けられ、全閉時のスロットルバルブと吸気通路の内壁面との間には隙間が形成されている。スロットルバルブの外周端面に非付着性を有するコーティング膜を形成して隙間へのデポジットの堆積を防ぎ、スロットルバルブの固着を防止することにより隙間を狭くすることが可能である。これにより、スロットルバルブの全閉時における漏れ空気量を低減し、アイドル回転時の燃費を低減する方法が示されている。

また、特許文献２に示す特開２００２−１３８８６０号公報では、スロットルボディを樹脂製として吸気通路に軸受の一端を露出させるようにスロットルボディと軸受を一体に成型することにより、軸受部の隙間を形成しない方法が示されている。

また、特許文献３に示す特開２０００−５４８５９号公報では、スロットルバルブを開閉して吸気通路を流れる空気を制御するスロットルバルブの下流側に低摩擦係数の物質を含有する塗布層を形成して隙間を減少させている。

特開平８−１４０６９号公報特開２００２−１３８８６０号公報特開２０００−５４８５９号公報

しかしながら、デポジットの付着防止や空気漏れ量の低減のためにボアの内部にコーティングを行う場合、コーティングや乾燥といった工程が必要になり、コストの増加を招いてしまう。

また、スロットルボディとスロットルバルブとの隙間を小さくするために、金属製ボアの加工精度を高めることも行われているが、隙間を小さくしすぎると燃焼生成物等が堆積してスロットルボディ内壁とスロットルバルブを固着させる恐れがある。

樹脂製のスロットルボディの場合、樹脂自体の加工時の収縮や環境による変形が生じる恐れがあり、寸法精度を高めることが困難である。

また、軽量化のためにバルブをアルミ製にすると、スロットルボディとバルブの隙間を小さくすると金属製、特にアルミ製スロットルボディの場合、同種材のためスロットルバルブとスロットルボディが接触したときに凝着しやすくなり、スロットルシャフトの回転トルクを増大させてしまう恐れがある。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、コーティング等を行うことなくデポジットの固着を低減しスロットルバルブ全閉時の空気漏れ量を低減した内燃機関用吸気装置を提供することを目的とする。

好適には、金属製スロットルボディに金属製のスロットルバルブを用いた場合においても、スロットルバルブ全閉時の空気漏れ量を低減した内燃機関用吸気装置を提供することを目的とする。

上記目的は、スロットルシャフトの回転を支持する軸受部がスロットルボディとは別部材で構成され、軸受部がフランジ部とその対向位置にスロットルボディへの取付け用係止部を有し、該フランジ部がスロットルボディの吸気通路の内壁面に沿う形状の湾曲面を有することにより達成される。この場合、スロットルボディとスロットルバルブは金属製同士または、樹脂材製同士、さらには樹脂材と金属材製との異種材料の組み合わせとしても良い。

また、軸受部も樹脂材でも金属材製でも良い。

本発明によれば、軸受部の吸気通路に面する部位を吸気通路の内周壁面に沿った形状に加工しやすく、このため、スロットルバルブとの間の隙間を可及的に小さくしても噛付き難い軸受部を得ることができる。フランジ部の曲面は好適には、スロットルバルブの周縁の回転軌跡に沿った形状とすることができる。

実施例によれば以下のような効果が期待できる。

スロットルボディとスロットルバルブを同種の金属製とした場合には、スロットルボディとバルブの固着を防止できる。また、スロットルボディとスロットルバルブを同種の樹脂材製とした場合でも、熱膨張によるスロットルボディとスロットルバルブの締め付けを防止できる。また、軸受部を樹脂材製とした場合にはデポジットや水分の付着も低減できるため、これらに起因したスロットルバルブの開閉不良を防止できる。

スロットルボディを金属材製とし、軸受部とスロットルバルブ及びスロットルシャフトを樹脂材製とすることもできる。この場合、スロットルボディの熱変形を小さくできるので軸受部とスロットルバルブとの間の隙間を小さくしても噛り付きが無く、空気漏れが少なくできる。

スロットルボディとスロットルバルブを樹脂材製とし、軸受部材を金属製とした場合には、スロットルバルブと軸受との間が噛り付きにくくなるので、その分隙間を小さくでき、空気漏れが少なくできる。

すべてを樹脂材とした場合でも、スロットルボディの熱変形を軸受との間の嵌合部よって吸収できるので、スロットルボディとスロットルバルブあるいは軸受部とスロットルバルブとが噛り付くことがない。

以下図面に示す実施例を詳細に説明する。

本発明の実施の形態においては吸気量を制御する内燃機関用吸気制御装置のスロットルバルブの固着を防止し、デポジット等の汚れの付着を防止するものである。以下、本発明の一実施例を図面に従って説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の一実施例による内燃機関用吸気制御装置は図１に全体構造を示すように、スロットルボディ１１内に内燃機関への供給空気量を調節するスロットルバルブ１２とこのスロットルバルブのシャフト部となるスロットルシャフト１３が備えられ、あるいは、スロットルバルブとスロットルシャフトが一体に形成され、スロットルシャフト１３はスロットルボディ１１に組み込まれた軸受１４にて回転自在に支承される。

スロットルボディの材料として、リサイクル性や軽量性を考慮すると例えばアルミニウムやその合金等の金属類が挙げられる。

スロットルバルブやスロットルシャフトの材料として、例えば、アルミニウムやその合金，真鍮等の銅合金，鉄系材料や樹脂材料等が挙げられ、リサイクル性や軽量性を考慮するとスロットルバルブはアルミニウム合金が好ましい。

スロットルボディ１１の側面には、スロットルボディ１１と一体に成型されるまたは別体として成型し組み付けられるモータケース１５ａ内にモータ１５と、このモータ１５の回転をスロットルシャフト１３に伝達する複数の歯車からなる歯車伝達機構１６，スロットルバルブ１２とスロットルシャフト１３を全閉方向に付勢するばね１７，吸気通路２３からの漏れを防止するシール２０，スロットルバルブの回転角度を検出するセンサ１８がカバー１９内に備えられ、アクセルペダルの踏み込み量に応じて、モータに制御信号を出力すると同時にセンサからの出力信号に基づいてモータの回転を制御するＥＣＵ（図示せず）によりスロットル制御装置が構成される。

通常スロットルバルブ１２の外周縁と対抗するスロットルボディとの間には隙間があり、隙間をなくしてしまうと金属製のスロットルバルブと金属製のスロットルボディが接触し、最悪の場合、固着してしまいバルブの開閉動作が妨げられる恐れがある。また、隙間が小さくなるとすす等の汚れや水分の氷結に起因したバルブの開閉動作が妨げられる恐れも高くなる。

そこで、図２に示す本実施例の樹脂製の軸受１４は一端部にフランジ部２００を有し、その対向他端部外周に設けた取付け用係止部としての複数の凸状係止部２１を有する。中心には軸受孔としての貫通孔１４０を有し、フランジ部２００の外形断面は長円若しくは楕円形状で、これより小径の外形に形成された筒状部２２Ａを有する。

筒状部２２Ａはスロットルボディ１１に設けた軸受孔１１０の吸気通路２３側からスロットルボディ１１の軸受孔１１０内に挿入し、フランジ２００をスロットルボディ１１の吸気通路２３の内周面に沿った湾曲面形状とし、吸気通路２３の内周面の一部を形成するよう構成した。

樹脂材料として例えば耐熱性であるエンジニアリングプラスチックに充填材を添加したＰＢＴ，ＰＰＳ，ＰＰＡ，ＬＣＰ，ＰＥＩ，ＰＥＥＫ，ＰＡ等が挙げられる。充填材としては、補強を目的とした場合、繊維やビーズ状のガラスやカーボン等が好ましく、水分，油分やこれらが空気中の塵や燃焼生成物と混在した汚れを軸受に付着し難くするために、低表面エネルギの物質として例えばＰＴＦＥ等を添加することが好ましい。

軸受の凸状係止部２１はスロットルボディに設けた環状の小径部として形成された断面凸状係止部２２の端面に係合させることで軸受１４の脱落防止とした。またこの凸状係止部２２を図３のＡ方向矢視図に示すように円周の一部に設け、スロットルボディ１１と軸受１４の廻り止めとした。この後スロットルボディ１１の吸気通路２３内面を機械加工することにより軸受１４の吸気通路２３内部に突出した図４の点線の部分４０を削除して、スロットルボディ１１の吸気通路２３内面と同一面にした。

このように軸受１４の面積の大きいフランジ部２００を吸気通路２３に露出させるように設けたことにより、スロットルバルブ１２とスロットルボディ１１間の隙間をなくしてもスロットルバルブ１２が摺動性の高い軸受１４と接触するため、軸トルクの増加を防ぎ、スロットルボディ１１に接触して固着することを防ぐことができる。また、隙間を小さくするとすす等のデポジットの付着や水分が氷結しやすくなるが、表面エネルギの小さい樹脂材料を軸受として最も隙間の狭い部分に配置することでデポジットの付着や水分の付着を低減でき、従来行われていた二硫化モリブデンやフッ素系樹脂膜のコーティングを不要にでき、空気の漏れ量を低減し、かつスロットルバルブの開閉動作不良を防止することができる。

また、軸受１４を樹脂製とすることで、その熱膨張特性により高温時には吸気通路２３方向に向かって膨張するため、より隙間が小さくなりスロットルバルブ１２全閉時の空気漏れ量を低減することができる。氷点下の低温時には僅かにスロットルボディ１１よりも凹むことになるが、軸受１４内部に補強のため添加する繊維状成分の配向性をスロットルシャフト１３と直角方向にすることで軸受１４の縮小量を低減することができる。

軸受１４の吸気通路側端部には大径の環状部１４１が形成されており、この環状部のスロットルボディ１１の軸受孔１１０の開口部に形成された大きな内径部３１に嵌り合い、凸状係止部２２としてスロットルボディ１１に形成された軸受孔１１０の小さな内径部に軸受１４の小径外形部が嵌合することで軸方向に係止される。軸受１４のフランジ部２００とは反対側の端部には凸状係止部２１が設けられており、これがスロットルボディの軸受孔１１０に形成される凸状係止部２２としての小内径筒部の反吸気通路側の端部に形成された大径環状端面２１Ａに係合して、軸方向の抜け止めを形成する。

第２の実施例では軸受１４のフランジ部２００から見た図を図５に示すように楕円形状とした。スロットルボディ１１の軸受組み込み凹部３１も図６に示すように軸受１４の形状に合わせて楕円形状１４２として、スロットルバルブ全閉時の角度に楕円の長軸が合うように数度傾けている。これにより楕円状のフランジ部２００が、スロットルバルブ１２の全閉付近でスロットルボディ１１とスロットルバルブ１２とが接触しやすくなるのを防止する。これによりスロットルバルブ１２の開閉動作の信頼性を高めることができる。フランジ部２００を楕円状１４２にしたことで、このフランジ部２００が廻り止めとなるため前記実施例に示した軸受１４の凸状係止部２１やこの凸状係止部２１と噛合うスロットルボディ１１の凸状係止部２２をなくすことができ、スロットルボディ１１の軸受孔１１０の加工を簡素化できる。吸気通路２３の内圧が下がった場合、軸受１４がスロットルバルブ１２の方向に移動するため隙間を減少させ空気の漏れ量を低減することができる。

実施例１では軸受をスロットルボディに組み込み後、吸気通路２３の加工を行い、軸受のフランジ部２００を吸気通路２３面と段差がなくなるようにしたが、本実施例においてはあらかじめ軸受のフランジ２００面を吸気通路２３と同一になるように成型した。その他の軸受形状は実施例１と同様である。軸受１４の成型時には吸気通路２３面よりも軸受のフランジが数μｍから数十μｍ突出するようにした。このようにすることで、低温時に軸受が収縮した場合においてもスロットルバルブと軸受間の隙間を増加することなく空気の漏れ量を低減できる。

本発明を実施した実施例の実施の態様を列挙すれば以下の通りである。

〔実施態様１〕
吸気通路２３を備えたスロットルボディ１１と、吸気通路２３を横切って配置され、スロットルボディ１１に設けられた一対の軸受１４（キャップ１１２側とセンサ１８側）によって回転可能に軸支されたスロットルシャフト１３と、スロットルシャフト１３に固定されて吸気通路２３内に回転可能に配置され、内燃機関に吸入される空気量を調整するスロットルバルブ１２とを備えた内燃機関の吸気制御装置において、軸受１４は吸気通路２３に面する側の端部に設けられたフランジ部２００と、その反対側端部に形成された取付け用係止部２１とを有する独立した部材で構成され、フランジ部２００の吸気通路２３に面する表面は、吸気通路２３の壁面の曲面（と面一）に習った湾曲面で形成されている。

〔実施態様２〕
好ましくは、軸受１４の取付け用係止部は軸受１４の先端周囲に形成した凸状係止部２１を備え、凸状係止部２１の直径がスロットルボディに設けた軸受１４用の孔１１０の周囲に形成された係合環状面部２１Ａの内径より大きく形成され、軸受１４を軸受１４用の孔に軸方向に差し込み嵌合することによって軸受１４の凸状係止部２１が軸受１４用孔１１０の係合環状面部２１Ａに係合するよう構成されている。

〔実施態様３〕
好ましくは、フランジ部２００の湾曲面はスロットルバルブ１２の外周面の回転軌跡に沿った湾曲面１４２で形成されている。

〔実施態様４〕
好ましくは、フランジ部２００はスロットルバルブ１２の外周面に対面する面１４２が長円、若しくは楕円形に形成され、軸受１４のフランジ部２００の面１４２の長軸がスロットルバルブの全閉位置の傾斜に習うように構成した。

〔実施態様５〕
好ましくは、スロットルボディ１１がアルミニウム材製である。

〔実施態様６〕
好ましくは、スロットルバルブ１２がアルミニウム材製である。

〔実施態様７〕
好ましくは、スロットルボディ１２と軸受１４との間に軸受１４の廻り止めを設けた。

実施例の効果は以下の通りである。

本実施例では樹脂製の軸受を用いたが、金属材料に樹脂材料をコーティングやライニングした軸受であっても良い。

〔比較例〕
比較例として、軸受の肉厚を厚くしてフランジと同様の効果を得ようとした。この場合、熱膨張による軸受の内径変化を考慮すると初期の軸受隙間を前記実施例の場合と比較して大きく取らなければならなくなり、軸受隙間が大きくなることにより空気の漏れ量が増加してしまった。

本発明はガソリン車の吸気制御装置（スロットル制御装置）だけでなくディーゼル車の絞弁装置にも適用できる。

本発明の一実施例に係る吸気制御装置である。本発明の一実施例に係る軸受である。本発明の一実施例に係る軸受の組込み状態を示す図である。本発明の一実施例に係る軸受の組込み状態を示す図である。本発明の一実施例に係る断面形状のフランジを有する軸受である。本発明の一実施例に係る吸気制御装置である。

符号の説明

１吸気制御装置
１１スロットルボディ
１２スロットルバルブ
１３スロットルシャフト
１４軸受
１５モータ

Claims

吸気通路を備えたスロットルボディと、
当該吸気通路を横切って配置され、前記スロットルボディに設けられた一対の軸受によって回転可能に軸支されたスロットルシャフトと、
前記スロットルシャフトに固定されて前記吸気通路内に回転可能に配置され、内燃機関に吸入される空気量を調整するスロットルバルブとを
備えた内燃機関の吸気制御装置において、
前記軸受は前記吸気通路に面する側の端部に設けられたフランジ部と、その反対側端部に形成された取付け用係止部とを有する独立した部材で構成され、
前記フランジ部の吸気通路に面する表面は、前記吸気通路の曲面に習った湾曲面で形成されている
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
請求項１に記載したものにおいて、
前記軸受の取付け用係止部は当該軸受の先端周囲に形成した凸状係止部を備え、当該凸状係止部の直径が前記スロットルボディに設けた軸受用の孔の周囲に形成された係合環状面部の内径より大きく形成され、
前記軸受を軸受用の孔に軸方向に差し込み嵌合することによって前記軸受の凸状係止部が前記軸受用孔の係合環状面部に係合するよう構成した
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
請求項１若しくは２のいずれかに記載したものにおいて、
前記フランジ部の湾曲面は前記スロットルバルブの外周面の回転軌跡に沿った湾曲面で形成されている
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
請求項３に記載したものにおいて、
前記フランジ部は前記スロットルバルブに対面する面が長円、若しくは楕円形に形成され、
当該軸受の長軸が前記スロットルバルブの全閉位置の傾斜に習うように構成した
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
請求項１乃至４に記載したものにおいて、
前記スロットルボディがアルミニウム材製である
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
請求項１乃至４に記載したものにおいて、
前記スロットルバルブがアルミニウム材製である
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
請求項１乃至６に記載したものにおいて、
前記スロットルボディと前記軸受との間に前記軸受の廻り止めを設けた
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。