JP2013019367A - 空気量制御装置 - Google Patents

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行博 因田
Mikio Hamada
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Abstract

【課題】アイドル開度保持状態からレバー部に閉弁方向の過荷重がかかっても弁体をアイドル開度に保持すること。
【解決手段】空気量制御装置1は、弁体4の開度を可変とすることで、ボア3を流れる空気量を制御する。弁体4が固定される板状の固定部11aを含む棒状のシャフト部11と、シャフト部11と一体に形成され、固定部11aに固定された弁体4を回動させる駆動手段が連結されるレバー部12と、レバー部12と一体に形成され、弁体4をアイドル開度に保持すべくストッパ24に当接するアーム部13とを備える。ストッパ24がアーム部13の当接平面13aに当接して弁体4がアイドル開度に保持された状態において、固定部11aの弁体4が固定される固定平面11dと、アーム部13の当接平面13aとが略直交するようにシャフト部11とアーム部13がレバー部12に配置される。
【選択図】 図1

Description

この発明は、エンジンの吸気通路を流れる空気量を制御する空気量制御装置に関する。
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献1に記載される空気制御弁構造が知られている。この空気制御弁構造は、ボディに対して回動可能に支持された板状のバルブ(弁体)を駆動手段により回動させるように構成される。この空気制御弁構造は、板状の弁体を固定する第一板部材と、その第一板部材と一体に形成され、かつ、その第一板部材と異なる平面に位置する第二板部材とからなる板材を備える。第一板部材の弁体を取り付けた位置の両側部は樹脂材で被覆され、その両側部の樹脂材がボディに接触して支持され、第二板部材に駆動手段が取り付けられる。第二板部材には、弁体の開度を適度なアイドル開度に調整するためにアイドル開度調整用スクリュを当接させる当接板部が一体に形成される。そして、第一板部材の弁体が取り付けられる取付平面と、第二板部材の当接板部にスクリュが当接する当接平面とがほぼ平行をなすように第一板部材と第二板部材が配置される。
上記した空気制御弁構造では、弁体が固定される第一板部材と駆動手段が取り付けられる第二板部材とが同じ板材により一体に形成されることから、従来のバタフライバルブを固定するために金属製の回転軸を用いた空気制御弁と比べ、軽量化と部品点数の削減を図ることができる。
特開平9−60737号公報 特開2007−303357号公報
ところで、特許文献1に記載の空気制御弁構造では、アイドル開度調整用スクリュが当接板部に当接することで、弁体がアイドル開度に保持される。このアイドル開度保持状態において、弁体をアイドル開度よりも低開度側へ回動させる方向(閉弁方向)へ、第二板部材に対して過荷重がかかった場合を想定する。この場合、その過荷重によりスクリュが当接する当接板部の当接平面と、第一板部材の弁体の取付平面とがほぼ平行をなす関係にあることから、第一板部材の板厚方向に過荷重が作用することとなり、第一板部材の過荷重に対する剛性が比較的小さく、第一板部材がその板厚方向に変形し易い傾向がある。その結果、第一板部材の変形により弁体が回動してアイドル開度が減少し、エンジンのアイドル回転速度が低下するおそれがあった。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、弁体がアイドル開度に保持された状態から更にレバー部に対して閉弁方向へ過荷重がかかっても弁体をアイドル開度に保持できる空気量制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、ボディに対して回動可能に支持された板状の弁体を駆動手段により回動させることによりボアに対する弁体の開度を可変としてボアを流れる空気量を制御する空気量制御装置であって、弁体が固定される板状の固定部を含み、棒状をなすシャフト部と、シャフト部と一体に形成され、固定部に固定された弁体を回動させるために駆動手段が連結されるレバー部と、レバー部と一体に形成され、固定部に固定された弁体をアイドル開度に保持するためにボディに設けられたストッパに当接するアーム部とを備え、固定部が弁体を固定させる固定平面を含み、アーム部がストッパを当接させる当接平面を含み、ストッパが当接平面に当接して弁体がアイドル開度に保持された状態において、固定平面と当接平面とが略直交するようにシャフト部とアーム部がレバー部に対して配置されたことを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、レバー部がシャフト部と一体に形成され、アーム部がレバー部と一体に形成されるので、シャフト部、レバー部及びアーム部が一体に形成されることとなり、シャフト部、レバー部及びアーム部を別体で形成して組み付けた場合と比べて、部品点数が少なくなる。また、ストッパがアーム部の当接平面に当接して弁体がアイドル開度に保持された状態において、弁体がボアを閉じようとする閉弁方向へレバー部を回動させるようにレバー部に過荷重がかかっても、固定部の固定平面とアーム部の当接平面とが略直交するので、板状の固定部には、主としてその板幅方向に過荷重が作用することとなり、固定部の板厚方向に過荷重が作用する場合と比べて過荷重に対する固定部の剛性が相対的に高くなる。
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、弁体がボアを閉じようとする閉弁方向へレバー部を回動させるようにレバー部にかかる過荷重の力点と固定部における第1の作用点との間の第1の距離が、アーム部におけるストッパが当接する第2の作用点と力点との間の第2の距離より大きく設定されたことを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、力点を中心とする第1の距離が第2の距離より大きく設定されるので、固定部に作用する過荷重がアーム部に作用する過荷重に比べて相対的に小さくなる。
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、シャフト部、レバー部及びアーム部は、一つの板材が所定の展開形状に打ち抜かれ、折り曲げられることで一体に形成されるものであり、一つの板材が所定の展開形状に打ち抜かれた状態において、レバー部を中心にしてシャフト部とアーム部が互いに反対側に配置され、かつ、シャフト部の中心線とアーム部の中心線とのなす角度が弁体のアイドル開度に係る角度と略同一に設定されたことを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、請求項1又は2に記載の発明の作用に加え、シャフト部、レバー部及びアーム部が、一つの板材により一体に形成されるので、板材の板厚や材質の設定により、軽量化が可能となる。
請求項1に記載の発明によれば、弁体のアイドル開度保持状態からレバー部に閉弁方向の過荷重がかかっても弁体をアイドル開度に保持することができる。
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に対し、固定部の変形を更に抑えることができ、閉弁方向への過荷重に対して弁体をアイドル開度により確かに保持することができる。
請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は2に記載の発明の効果に加え、空気量制御装置の軽量化を図ることができる。
一実施形態に係り、空気量制御装置を示す側面図。 同実施形態に係り、空気量制御装置を一部を省略して示す正面図。 同実施形態に係り、空気量制御装置を一部省略して示す図1のA−A線断面図。 同実施形態に係り、空気量制御装置を示す図3のB−B線断面図。 同実施形態に係り、空気量制御装置の弁体を含む部分の全開状態を示す断面図。 同実施形態に係り、レバー部等を示す側面図。 同実施形態に係り、レバーカバーを示す側面図。 同実施形態に係り、一つの金属板材からシャフト部、レバー部及びアーム部が打ち抜かれた展開形状を示す平面図。 同実施形態に係り、図8に示す展開形状からシャフト部及びアーム部を折り曲げた状態をレバー部の内側から見て示す斜視図。 同実施形態に係り、図8に示す展開形状からシャフト部及びアーム部を折り曲げた状態をレバー部の外側から見て示す斜視図。 同実施形態に係り、図1の主要部を示す側面図。 同実施形態に係り、図11の鎖線円の中を拡大して示す側面図。 同実施形態に係り、アイドル開度保持状態におけるレバー強制戻し過荷重とバルブ戻り角度との関係を対比例と対比して示すグラフ。
以下、本発明における空気量制御装置を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
図1に、この実施形態の空気量制御装置1を側面図により示す。図2に、空気量制御装置1を一部を省略して正面図により示す。図3に、空気量制御装置1を一部を省略して図1のA−A線断面図により示す。この空気量制御装置1は、二輪車のエンジンの吸気通路(図示略)に設けられ、その吸気通路を流れる空気量を制御するために使用される。空気量制御装置1は、金属製のボディ2と、ボディ2に形成された断面円形状のボア3と、ボア3を開閉するためにボディ2に対して回動可能に支持された円形板状の弁体4とを備える。空気量制御装置1は、弁体4を駆動手段により回動させることにより、ボア3に対する弁体4の開度を可変とし、ボア3を流れる空気量を制御するように構成される。エンジンの運転時に、この空気量制御装置1により吸気通路を流れる空気量を制御することにより、エンジンの回転速度を制御することができる。
図3に示すように、ボディ2には、ボア3に対して直角をなすようにシャフト孔5が形成される。このシャフト孔5には、弁体4を固定する棒状及び板状をなすシャフト部11が配置される。シャフト部11は、その両端部の外周に設けられた一対の樹脂製カラー21,22を介してシャフト孔5に対して回動可能に組み付けられる。シャフト部11の中間には、弁体4を固定する板状の固定部11aが設けられる。固定部11aには、弁体4が一対のネジ23により締め付けられて固定される。図4に、空気量制御装置1を、図3のB−B線断面図により示す。図4に示すように、シャフト部11は、断面板状をなし、そのシャフト部11の外周を覆うように断面円形状をなすカラー21が設けられる。図4に示すように、シャフト部11は、カラー21の中心からやや片側にずれて配置される。図1〜3は、弁体4がボア3をほぼ閉鎖する状態を示し、詳しくは、弁体4がアイドル開度に保持された状態を示す。これに対し、図5は、空気量制御装置1の弁体4を含む部分であって、弁体4がボア3を最大限に開く全開状態を断面図により示す。図5に示すように、シャフト部11は、その板厚方向に平面状の表面11bと裏面11cを含み、固定部11aの表面11bに弁体4がネジ23により固定される。この固定部11aの平面状の表面11bが、固定平面11dとなっている。そして、図5に示すように、弁体4の板厚方向の中心が、両カラー21,22の中心軸線L1と一致するように配置される。
図1〜3に示すように、シャフト部11の一端(図3において左側)には、固定部11aに固定された弁体4を回動させるために駆動手段が連結されるレバー部12が、シャフト部11と一体に形成される。図6に、レバー部12等を側面図により示す。レバー部12は、中央に切欠き部12aを有する略U字状をなす。シャフト部11は、レバー部12の中央にて、切欠き部12aの中に配置される。シャフト部11は、図1,6の紙面裏側へ向けて直角に折り曲げられる。図6において、レバー部12の右側には、一対の止め孔12bが間隔を置いて形成される。図6において、レバー部12の上側及び下側の外縁には、それぞれ傾斜した傾斜部12cが円弧状に形成される。また、図6において、レバー部12の右側には、固定部11aに固定された弁体4をアイドル開度に保持するために、図1に示すようにボディ2のブラケット2aに設けられたストッパ24に当接するアーム部13が、レバー部12と一体に形成される。アーム部13は帯状をなし、その先端部が図6の紙面裏側へ向けて直角に折り曲げられる。アーム部13は、ストッパ24を当接させる当接平面13aを含む。この実施形態では、シャフト部11、レバー部12及びアーム部13が、一つの板材から一体に形成される。
図1〜3に示すように、レバー部11の外側には、レバーカバー14がレバー部11に対して溶接等により固定される。図7に、このレバーカバー14を側面図により示す。図7において、レバーカバー14は、中央に円形孔14aを有する略円環状をなし、その右側には、レバー部11の一対の止め孔12bに対応する一対の止め孔14bが形成される。これら止め孔14bの一部には、切欠き14cが形成される。図7において、レバーカバー14の外周縁には、止め孔14bがある部分を除いて、傾斜した傾斜部14dが形成される。
そして、レバー部11の外面にレバーカバー14が固定されることにより、図1,3に示すように、両者11,14の間に、開き側ワイヤ31及び閉じ側ワイヤ32を案内するためのワイヤ溝15が形成される。開き側ワイヤ31の一端は、図1,6,7において下側の止め孔12b,14bに、ピン33を介して係止される。これに対し、閉じ側ワイヤ32の一端は、図1,6,7において上側の止め孔12b,14cに、ピン34を介して係止される。図1,3に、それぞれのワイヤ31,32を示す。この実施形態では、これらワイヤ31,32が、二輪車のアクセルグリップに接続されて操作されるプル−プル式アクセル装置を構成する。これらワイヤ31,32は本発明の駆動手段に相当する。
図1,2に示すように、弁体4がほぼ全閉となる状態では、アーム部13の幅方向の一端(図1,2において上端)に位置する当接平面13aが、ボディ2に設けられたストッパ24の先端に当接することで、弁体4がアイドル開度に保持されている。アイドル開度とは、弁体4が全閉状態からわずかに開いた開度を意味し、エンジンのアイドル運転を確保するために必要な開度である。この実施形態で、ストッパ24はネジで構成され、ブラケット2aに対する締め付け量を調節することにより、アーム部13との当接位置を可変とすることができる。このストッパ24の位置調節により、弁体4のアイドル開度を調節することができる。
この実施形態で、上記したシャフト部11、レバー部12及びアーム部13は、一つの金属板材が所定の展開形状に打ち抜かれ、折り曲げられることで一体に形成されるものである。図8に、一つの金属板材から、シャフト部11、レバー部12及びアーム部13が打ち抜かれた展開形状を平面図により示す。図9に、図8に示す展開形状からシャフト部11及びアーム部13が折り曲げられた状態をレバー部12の内側から見た斜視図により示す。図10に、図8に示す展開形状からシャフト部11及びアーム部13が折り曲げられた状態をレバー部12の外側から見た斜視図により示す。ただし、図9,10において、傾斜部12cの図示は省略される。図8に示すように、一つの金属板材が所定の展開形状に打ち抜かれた状態において、レバー部12を中心にしてシャフト部11とアーム部13が互いに反対側に配置される。すなわち、略U字状をなすレバー部12を中心にして、シャフト部11の先端が延びる方向と、アーム部13の先端が延びる方向とが略反対側を向くように配置される。併せて、シャフト部11の中心線L2とアーム部13の中心線L3とのなす角度αが、弁体4のアイドル開度に係る角度θ(図12参照)と略同一に設定される。そして、図8に示す展開形状から、シャフト部11の基端部がレバー部12の中心にて、紙面裏側へ向けて直角に折り曲げられると共に、アーム部13の基端部が紙面裏側へ向けて直角に折り曲げられることにより、図9,10に示すように最終形状の一体部品16が得られる。図8〜10に示すように、シャフト部11の固定部11aには、弁体4をネジ23で固定するための一対のネジ孔11eが形成される。
ここで、図11に、図1の主要部を側面図により示す。図11に示すように、ボディ2に設けられたストッパ24が、アーム部13の当接平面13aに当接して弁体4がアイドル開度に保持された状態において、固定部11aの弁体4が固定される固定平面11d(図5参照)が延びる方向(図11において矢印D1で示す方向であって、弁体4が延びる方向と同じ方向。)と、アーム部13のストッパ24が当接する当接平面13aが延びる方向(図11において矢印D2で示す方向。)とが略直交するようにシャフト部11とアーム部13がレバー部12に対して配置される。
ここで、アイドル開度保持状態において、閉じ側ワイヤ32が何らかの理由により強制的に引っ張られることを想定する。この場合、弁体4がボア3を閉じようとする閉弁方向へレバー部12を回動させるようにレバー部12に過荷重がかかることになる。例えば、二輪車が横転し、それを起こそうとして運転者がアクセルグリップを無意識に強制的に閉じ側方向へ操作した場合を想定することができる。この実施形態では、上記の想定状態において、図11に示すように、レバー部12にかかる過荷重の力点P1を中心にして、その力点P1とシャフト部11の固定部11aにおける第1の作用点P2との間の第1の距離aが、アーム部13におけるストッパ24が当接する第2の作用点P3と力点P1との間の第2の距離bより大きく設定されている。
この他、図3において、左側のカラー21の一端フランジ部21aとボディ2の段部2bとの間には、リターンスプリング6が設けられる。このリターンスプリング6は、弁体4をアイドル開度の側へ、すなわち閉弁方向へ付勢するために一体部品16に回転トルクを付与するように構成される。また、図3において、右側のカラー22の一端部には、弁体4の開度を検出するためのスロットルセンサ7が設けられる。このスロットルセンサ7は、ボディ2に取り付けられた樹脂製ケーシング8に収容される。
以上説明したこの実施形態の空気量制御装置1によれば、レバー部12がシャフト部11と一体に形成され、アーム部13がレバー部12と一体に形成されるので、シャフト部11、レバー部12及びアーム部13が一体部品16として一体に形成される。従って、シャフト部11、レバー部12及びアーム部13を別体で形成して組み付けた場合と比べて、部品点数が少なくなり、工数も少なくなる。このため、空気量制御装置1の構成と製造を簡略化することができる。
また、この実施形態の空気量制御装置1によれば、図11に示すように、ストッパ24がアーム部13の当接平面13aに当接して弁体4がアイドル開度に保持された状態において、閉じ側ワイヤ32が強制的に引っ張られて、弁体4がボア3を閉じようとする閉弁方向へレバー部12を回動させるようにレバー部12に過荷重がかかったとする。この過荷重状態において、シャフト部11の固定部11aの固定平面11dが延びる方向D1と、アーム部13の当接平面13aが延びる方向D2とが略直交する。従って、弁体4が固定される板状の固定部11aには、主としてその板幅方向に過荷重が作用することとなり、固定部11aの板厚方向に過荷重が作用する場合と比べて過荷重に対する固定部11aの剛性が相対的に高くなる。
以下に詳しく説明する。図12に、図11の鎖線円S1の中を拡大して側面図により示す。図11において、レバー部12及びレバーカバー14には、矢印で示すように、上側のピン34を介して閉じ側ワイヤ32の引張力F1が作用する。このとき、第1の作用点P2と第2の作用点P3との間に位置する力点P1では、矢印で示すように、引張力F1による力F2が作用する。従って、力点P1、第1の作用点P2及び第2の作用点P3の配置の関係から、第1の作用点P2に作用する力F3は、第1の距離a及び第2の距離bを使用すると次式のように示すことができる。
F3=F2×b/(a+b)
同様に、第2の作用点P3に作用する力F4は、第1の距離a及び第2の距離bを使用すると次式のように示すことができる。
F4=F2×a/(a+b)
ここで、図12において、第1の作用点P2に作用する力F3を、固定部11aの板幅方向における分力F3aと、固定部11aの板厚方向における分力F3bとに分けることができる。アイドル開度に相当する固定部11aの固定平面11dの傾き角θを使用すると、各分力F3a,F3bは次式のように示すことができる。
F3a=F2×b/(a+b)×cosθ
F3b=F2×b/(a+b)×sinθ
従って、図12に示すように、第1の作用点P2に作用する力F3のうち大きい方の分力F3aが板状の固定部11aの板幅方向にかかり、小さい方の分力F3bが板状の固定部11aの板厚方向にかかることとなる。つまり、板状の固定部11aを板厚方向に撓ませようとする分力F3bが相対的に小さくなる。これに対し、相対的に大きい分力F3aは、固定部11aの板幅方向に作用するので、固定部11aの剛性が相対的に高くなり、固定部11aが変形し難くなる。このため、弁体4がアイドル開度に保持された状態から更にレバー部12に対して閉弁方向へ過荷重がかかっても、弁体4をアイドル開度に保持することができる。
図13に、この実施形態の空気量制御装置1につき、弁体4がアイドル開度に保持された状態においてレバー部12にかかる閉弁方向の過荷重(レバー強制戻し過荷重)と、弁体4(バルブ)が閉じ側へ戻る戻り角度との関係を、対比例と対比してグラフにより示す。ここで、本実施形態が板状のシャフト部を使用したのに対し、対比例では丸棒状のシャフトを使用している。図13に示すように、レバー強制戻し過荷重を「0,50,100,150(N)」と変化させた場合に、本実施形態では、バルブ戻り角度が「0,0.02,0.04,0.06(°)」と変化した。これに対し、対比例では、バルブ戻り角度が「0,0.1,0.2,0.3(°)」と変化した。本実施形態では、対比例に対してバルブ戻り角度が「1/5」程度と小さくなることが分かる。
また、この実施形態では、閉弁方向へレバー部12を回動させるようにレバー部12にかかる過荷重の力点P1と固定部11aにおける第1の作用点P2との間の第1の距離aが、アーム部13にストッパ24が当接する第2の作用点P3と力点P1との間の第2の距離bより大きく設定される。従って、図11に示すように、固定部11aの第1の作用点P2に作用する過荷重による力F3が、アーム部13の第2の作用点P3に作用する過荷重による力F4よりも相対的に小さくなる。この意味でも、固定部11aの変形を更に抑えることができ、閉弁方向への過荷重に対して弁体4をアイドル開度により確かに保持することができる。
また、この実施形態では、シャフト部11、レバー部12及びアーム部13が、一つの板材により一体に形成されるので、板材の板厚や材質の設定により一体部品16の軽量化が可能となる。この意味で、空気量制御装置1の軽量化を図ることができる。
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。
前記実施形態では、シャフト部11の全体を板状に形成したが、シャフト部11の固定部11aのみを板状に形成し、その他の部分を丸棒状に形成することもできる。
この発明は、車両等に搭載されるエンジンに利用することができる。
1 空気量制御装置
2 ボディ
3 ボア
4 弁体
11 シャフト部
11a 固定部
11d 固定平面
12 レバー部
13 アーム部
13a 当接平面
16 一体部品
24 ストッパ
31 開き側ワイヤ(駆動手段)
32 閉じ側ワイヤ(駆動手段)
D1 固定平面が延びる方向
D2 当接平面が延びる方向
P1 力点
P2 第1の作用点
P3 第2の作用点
a 第1の距離
b 第2の距離

Claims (3)

  1. ボディに対して回動可能に支持された板状の弁体を駆動手段により回動させることによりボアに対する前記弁体の開度を可変として前記ボアを流れる空気量を制御する空気量制御装置であって、
    前記弁体が固定される板状の固定部を含み、棒状をなすシャフト部と、前記シャフト部と一体に形成され、前記固定部に固定された前記弁体を回動させるために前記駆動手段が連結されるレバー部と、前記レバー部と一体に形成され、前記固定部に固定された前記弁体をアイドル開度に保持するために前記ボディに設けられたストッパに当接するアーム部とを備え、前記固定部が前記弁体を固定させる固定平面を含み、前記アーム部が前記ストッパを当接させる当接平面を含み、前記ストッパが前記当接平面に当接して前記弁体が前記アイドル開度に保持された状態において、前記固定平面と前記当接平面とが略直交するように前記シャフト部と前記アーム部が前記レバー部に対して配置されたことを特徴とする空気量制御装置。
  2. 前記弁体が前記ボアを閉じようとする閉弁方向へ前記レバー部を回動させるように前記レバー部にかかる過荷重の力点と前記固定部における第1の作用点との間の第1の距離が、前記アーム部における前記ストッパが当接する第2の作用点と前記力点との間の第2の距離より大きく設定されたことを特徴とする請求項1に記載の空気量制御装置。
  3. 前記シャフト部、前記レバー部及び前記アーム部は、一つの板材が所定の展開形状に打ち抜かれ、折り曲げられることで一体に形成されるものであり、前記一つの板材が前記所定の展開形状に打ち抜かれた状態において、前記レバー部を中心にして前記シャフト部と前記アーム部が互いに反対側に配置され、かつ、前記シャフト部の中心線と前記アーム部の中心線とのなす角度が前記弁体のアイドル開度に係る角度と略同一に設定されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の空気量制御装置。
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