JP2024064137A - スロットル装置及び吸気システム - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の削減、構造の簡素化、低コスト化、通路抵抗の低減等を図り、燃焼室で旋回流を生じさせ得るスロットル装置及び吸気システムを提供する。【解決手段】吸気を燃焼室に導くと共に燃焼室に臨む位置において吸気弁により開閉される主吸気通路、主吸気通路の途中から分岐して吸気弁よりも上流側の主吸気通路に合流する副吸気通路を含む内燃エンジンの吸気システムに適用されるスロットル装置であって、主吸気通路の一部をなす主通路１２及び主通路から分岐して副吸気通路の一部をなす副通路１７を画定するスロットルボディ１０と、主通路を開閉するスロットル弁３０を備え、副通路１７の分岐口１７ａは、閉弁状態においてスロットル弁よりも上流側の主通路から遮断され、スロットル弁が所定開度θに至るまでスロットル弁よりも上流側の主通路と連通する開口面積Ａがスロットル弁の開度に応じて増加する位置に形成されている。【選択図】図７

Description

本発明は、車両、例えば自動二輪車等に搭載される内燃エンジンのスロットル装置及び吸気システムに関する。

従来の内燃エンジンにおける吸気システムとしては、外部から導入された空気（吸気）を内燃エンジンの燃焼室に導く吸気通路と、吸気通路の一部をなす吸気ポートを開閉する吸気バルブと、吸気ポートの近傍に配置されて燃料を噴射するインジェクタと、吸気通路の途中に配置されて吸気通路を開閉する第１スロットルバルブと、第１スロットルバルブよりも下流側に配置されて吸気通路を開閉する第２スロットルバルブと、第１スロットルバルブと第２スロットルバルブの間において吸気通路から分岐しインジェクタの下流側に合流する副通路を備えたものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

この吸気システムでは、部分負荷時において、下流側の第２スロットルバルブを閉弁した状態で上流側の第１スロットルバルブのみを開弁して、外部から導入された空気を、副通路に流してインジェクタの下流側の通路に導き、噴射された燃料と混合させることで、燃料の微粒化を促進するものである。

しかしながら、上記吸気システムでは、二つのスロットルバルブ（第１スロットルバルブ、第２スロットルバルブ）を、吸気通路を画定するボディに回動自在に設けると共にそれぞれに開閉動作を行わせる構造であるため、二つのスロットルバルブが必要であり、又、各々のスロットルバルブを開閉するための駆動機構等が必要であり、部品点数の増加、高コスト化、構造の複雑化を招く。また、全開時においては、通路内に二つのスロットルバルブを配置するため、一つのスロットルバルブの場合に比べて通路抵抗が増加する。

他の吸気システムとしては、外部から導入された吸気を内燃エンジンの燃焼室に導く吸気通路を画定するインレットパイプと、燃焼室に臨む位置において吸気通路を開閉する吸気弁と、吸気通路の途中に燃料を噴射するべくインレットパイプに設けられたインジェクタと、吸気通路を開閉するべくインレットパイプに設けられたスロットル弁と、スロットル弁よりも下流側において吸気通路を上側吸気通路と下側吸気通路に仕切る仕切板と、スロトル弁よりも下流側でかつ仕切板の上流端縁に隣接する位置においてインレットパイプに設けられた吸気振分け弁を備え、吸気振分け弁を適宜回転させて、上流側吸気通路と下流側吸気通路を流れる空気の割合を変更するようにした吸気装置が知られている（例えば、特許文献２を参照）。

しかしながら、上記吸気装置では、吸気振分け弁が必要であり、スロットル弁と吸気振分け弁をそれぞれ駆動するための機構が必要になり、高コスト化、構造の複雑化を招く。また、スロットル弁の全開時においては、吸気振分け弁と吸気振分け弁を支持するシャフトが吸気流れの邪魔になり、通路抵抗が増加する。

特開２００２－３２７６６５号公報 特許第５９２５８７８号公報

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、部品点数の削減、構造の簡素化、低コスト化、通路抵抗の低減等を図り、副吸気通路を流れる吸気の流量を増加させることができ、燃焼室でスワール流やタンブル流等の旋回流を生じさせ得る、スロットル装置及び吸気システムを提供することにある。

本発明のスロットル装置は、吸気を燃焼室に導くと共に燃焼室に臨む位置において吸気弁により開閉される主吸気通路、主吸気通路の途中から分岐して吸気弁よりも上流側の主吸気通路に合流する副吸気通路を含む内燃エンジンの吸気システムに適用されるスロットル装置であって、主吸気通路の一部をなす主通路及び主通路から分岐して副吸気通路の一部をなす副通路を画定するスロットルボディと、主通路を開閉するスロットル弁とを備え、副通路の分岐口は、閉弁状態においてスロットル弁よりも上流側の主通路から遮断され、スロットル弁が所定開度に至るまでスロットル弁よりも上流側の主通路と連通する開口面積がスロットル弁の開度に応じて増加する位置に形成されている、構成となっている。

上記スロットル装置において、スロットル弁は、回転軸に固定されると共に回転軸の軸線を境に二つの半体領域を含む平板状のバタフライ弁であり、副通路の分岐口は、バタフライ弁が開弁する際に下流側に向けて傾斜する半体領域に臨むように配置されている、構成を採用してもよい。

上記スロットル装置において、副通路の分岐口は、主通路において、回転軸の軸線よりも下流側に位置する、構成を採用してもよい。

上記スロットル装置において、主通路は円形断面をなし、副通路は円形断面をなし、副通路の分岐口は円形又は楕円形をなす、構成を採用してもよい。

上記スロットル装置において、副通路の分岐口は、その中心が主通路の中心線及び回転軸の軸線に垂直なスロットル弁の中心線を含む平面上に位置するように配置されている、構成を採用してもよい。

上記スロットル装置において、副通路は、分岐口から所定の長さに亘って、主通路の中心線に対して所定の傾斜角度で下流側に伸長するように形成されている、構成を採用してもよい。

上記スロットル装置において、スロットルボディは、副吸気通路を画定する通路部材を連結するコネクタ部を有する、構成を採用してもよい。

上記スロットル装置において、スロットルボディは、スロットル弁を迂回するバイパス通路を含み、副通路の分岐口は、バイパス通路の合流口から外れた位置に配置されている、構成を採用してもよい。

上記スロットル装置において、スロットルボディは、スロットル弁よりも下流側において主通路内の圧力を検出する検出口を含み、副通路の分岐口は、検出口から外れた位置に配置されている、構成を採用してもよい。

また、本発明の吸気システムは、吸気を燃焼室に導くと共に燃焼室に臨む位置において吸気弁により開閉される主吸気通路と、主吸気通路を開閉するスロットル弁と、主吸気通路の途中から分岐して吸気弁よりも上流側の主吸気通路に合流する副吸気通路と、主吸気通路の途中に又は燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、副吸気通路の分岐口は、閉弁状態においてスロットル弁よりも上流側の主通路から遮断され、スロットル弁が所定開度に至るまでスロットル弁よりも上流側の主吸気通路と連通する開口面積がスロットル弁の開度に応じて増加する位置に形成されている、構成となっている。

上記吸気システムにおいて、スロットル弁は、回転軸に固定される共に回転軸の軸線を境に二つの半体領域を含む平板状のバタフライ弁であり、副吸気通路の分岐口は、バタフライ弁が開弁する際に下流側に向けて傾斜する半体領域に臨むように配置されている、構成を採用してもよい。

上記吸気システムにおいて、副吸気通路の分岐口は、主吸気通路において、回転軸の軸線よりも下流側に位置する、構成を採用してもよい。

上記吸気システムにおいて、主吸気通路は円形断面をなし、副吸気通路は円形断面をなし、副吸気通路の分岐口は円形又は楕円形をなす、構成を採用してもよい。

上記吸気システムにおいて、副吸気通路の分岐口は、その中心が主吸気通路の中心線及び回転軸の軸線に垂直なスロットル弁の中心線を含む平面上に位置するように配置されている、構成を採用してもよい。

上記吸気システムにおいて、副吸気通路は、その分岐口から所定の長さに亘って、主吸気通路の中心線に対して所定の傾斜角度で下流側に伸長するように形成されている、構成を採用してもよい。

上記吸気システムにおいて、副吸気通路の合流口は、吸気弁よりも上流側において、燃焼室内にスワール流を生じさせる向きに方向付けられている、構成を採用してもよい。

上記吸気システムにおいて、副吸気通路の合流口は、吸気弁よりも上流側において、燃焼室内にタンブル流を生じさせる向きに方向付けられている、構成を採用してもよい。

上記構成をなすスロットル装置及び吸気システムによれば、部品点数の削減、構造の簡素化、低コスト化、通路抵抗の低減等を達成しつつ、副吸気通路を流れる吸気の流量を増加させることができ、よって、燃焼室でスワール流やタンブル流等の旋回流を生じさせ得ることができ、燃焼効率の向上に寄与する。

本発明の一実施形態に係るスロットル装置を備えた内燃エンジンの吸気システムを模式的に示す断面図である。 一実施形態に係るスロットル装置を含む吸気システムの部分斜視図である。 一実施形態に係るスロットル装置を上流側斜め方向から視た斜視図である。 一実施形態に係るスロットル装置を下流側斜め方向から視た斜視図である。 一実施形態に係るスロットル装置において、主吸気通路の一部をなす主通路の中心線及び回転軸の軸線に垂直なスロットル弁の中心線を含む平面で切断した断面図である。 一実施形態に係るスロットル装置において、主吸気通路の一部をなす主通路の中心線及び回転軸の軸線を含む平面で切断した斜視断面図である。 一実施形態に係るスロットル装置において、主通路、副通路、及びスロットル弁の位置関係と、スロットル弁の動作を模式的に示す断面図である。 一実施形態に係るスロットル装置において、スロットル弁が所定開度の開度位置にあるときの吸気の流れを模式的に示す断面図である。 一実施形態に係るスロットル装置において、スロットル弁が全開位置にあるときの吸気の流れを模式的に示す断面図である。 一実施形態に係るスロットル装置において、主通路の内径、副通路の内径、回転軸の軸線からの副通路の位置、及び副通路の傾斜角度の関係を示す断面図である。 本発明のスロットル装置において、主通路の内径、副通路の内径、回転軸の軸線からの副通路の位置、及び副通路の傾斜角度の値を適宜変更した場合の副通路の吸気流量の変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。 一実施形態に係るスロットル装置において、スロットル弁が全閉位置から僅かに（２０度程度）開弁したときの主吸気通路（主通路）及び副吸気通路（副通路）の吸気流れをシミュレーションした結果を示すものであり、回転軸の軸線に垂直な面でかつ主吸気通路（主通路）及び副吸気通路（副通路）の中心線を含む面で切断した断面における吸気流れ線図である。 一実施形態に係るスロットル装置において、主吸気通路及び副吸気通路から燃焼室に流れ込む吸気の流れをシミュレーションした結果を示すものであり、ピストンの上面に垂直な方向から視た吸気流れ線図である。 本発明のスロットル装置を含む吸気システムにおいて、スロットル弁の開度と、主吸気通路及び副吸気通路を流れる全体通路の流量及び副吸気通路の流量の関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明のスロットル装置を含む吸気システムにおいて、車速（負荷）と、副吸気通路の有無における燃焼室のスワール比、副吸気通路の流量割合、スロットル弁開度の関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るスロットル装置において、主吸気通路の一部をなす主通路の中心線及び回転軸の軸線に垂直なスロットル弁の中心線を含む平面で切断した断面図である。 本発明の他の実施形態に係る内燃エンジンの吸気システムを模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
本発明のスロットル装置は、一例として自動二輪車に搭載される内燃エンジンの吸気システムにおいて、エアクリーナより下流側で吸気管の途中に組み付けられるものである。

一実施形態に係るスロットル装置Ｍは、図１に示すように、内燃エンジンＥの燃焼室Ｃに吸気を導く吸気システムに適用されるものである。
内燃エンジンＥは、シリンダブロック１、ピストン２、シリンダヘッド３、吸気弁４ａ、排気弁４ｂ、排気管５、吸気システムＩＳ等を備えている。
そして、シリンダヘッド３は、ピストン２の上面と協働して燃焼室Ｃを画定すると共に、主吸気通路の一部をなす吸気ポート３ａ、副吸気通路の一部をなす副ポート３ｂ、排気ポート３ｃを有し、又、吸気弁４ａ及び排気弁４ｂを開閉駆動する駆動機構（不図示）、点火プラグ（不図示）等を収容している。

副ポート３ｂは、吸気弁４ａの直近上流側において吸気ポート３ａに合流するように形成されている。すなわち、副吸気通路（副ポート３ｂ）は、吸気弁４ａよりも上流側の主吸気通路（吸気ポート３ａ）に合流する合流口３ｂ_１を備えている。
副ポート３ｂの合流口３ｂ_１は、燃焼室Ｃ内にスワール流（横渦）を生じさせる向きに方向付けられている。具体的には、副ポート３ｂの合流口３ｂ_１は、図１３に示すように、吸気ポート３ａに対して斜め方向から合流して、燃焼室Ｃの内壁面の接線方向に吸気が流れ込むように形成されている。

吸気システムＩＳは、シリンダヘッド３の吸気ポート３ａ及び副ポート３ｂ、外気を吸い込むエアクリーナ６、通路部材としての吸気管７、通路部材としての副吸気管８、吸気管７の途中に配置された燃料噴射弁９、燃料噴射弁９よりも上流側において吸気管７の途中に配置されたスロットル装置Ｍを備えている。

吸気管７は、金属又は樹脂材料等により形成され、エアクリーナ６により吸い込まれた吸気を通すべく円形断面をなす主吸気通路７ａを画定するものであり、エアクリーナ６とシリンダヘッド３の吸気ポート３ａの間に介在するように配置される。
副吸気管８は、金属、樹脂、又はゴム材料等により形成され、吸気を通すべく円形断面をなす副吸気通路８ａを画定するものであり、スロットル装置Ｍとシリンダヘッド３の副ポート３ｂの間に介在するように配置される。
燃料噴射弁９は、吸気管７に配置されており、吸気ポート３ａ側寄りにおいて主吸気通路７ａ内に燃料を噴射するものである。

スロットル装置Ｍは、図２ないし図６に示すように、スロットルボディ１０、軸線Ｓを中心とする回転軸２０、スロットル弁３０、スロットル弁３０を開閉駆動する駆動ユニット４０、調整弁５０、センサユニットＵを備えている。ここで、センサユニットＵは、角度位置センサ６０、圧力センサ７０、温度センサ８０を備えている。

スロットルボディ１０は、アルミニウム等の金属材料又は樹脂材料により形成され、上流側接続部１１ａ、下流側接続部１１ｂ、主通路１２、回転軸２０を通す軸孔１３、バイパス通路１４、調整弁５０を収容する収容部１５、検出口１６、副通路１７、コネクタ部１８を備えている。

上流側接続部１１ａは、エアクリーナ６に接続された上流側の吸気管７と連結される。
下流側接続部１１ｂは、内燃エンジンＥのシリンダヘッド３の吸気ポート３ａに接続された下流側の吸気管７と接続される。

主通路１２は、吸気を燃焼室Ｃに導く主吸気通路の一部として機能するものであり、軸線Ｓに垂直な中心線Ｌを中心とする円形断面をなすと共に中心線Ｌ方向に伸長する円筒状に形成されている。また、主通路１２は、図５に示すように、スロットル弁３０が回動自在に配置される所定領域から上流側接続部１１ａと下流側接続部１１ｂに向けてそれぞれ通路面積が拡大する円錐面状に形成されている。
軸孔１３は、図６に示すように、回転軸２０が軸線Ｓ回りに回転自在に通されるように円形孔に形成され、軸線Ｓ方向の外側には、リップ型シールＲｓを嵌め込む環状凹部１３ａが形成されている。

バイパス通路１４は、図５及び図６に示すように、スロットル弁３０よりも上流側の主通路１２から分岐する上流側通路１４ａ、スロットル弁３０よりも下流側の主通路１２に合流する下流側通路１４ｂ、上流側通路１４ａと下流側通路１４ｂの間に介在すると共に調整弁５０により通路面積が調整される連通路（不図示）により構成されている。
すなわち、バイパス通路１４は、スロットル弁３０よりも上流側に位置する分岐口１４ａ_１において主通路１２から分岐して吸気を導入し、スロットル弁３０を迂回して、スロットル弁３０よりも下流側に位置する合流口１４ｂ_１において主通路１２に吸気を導出するようになっている。

収容部１５は、図５に示すように、調整弁５０の弁体５１を往復動自在に収容する領域であり、上流側通路１４ａと下流側通路１４ｂを連通させる連通路としても機能する。
検出口１６は、図６に示すように、スロットル弁３０よりも下流側において、主通路１２に開口し、センサユニットＵに設けられた圧力センサ７０が主通路１２内の吸気に曝されるように形成されている。

副通路１７は、副吸気通路の一部をなすものであり、図５に示すように、スロットル弁３０よりも下流側の主通路１２から分岐し、副通路１７の起点となる分岐口１７ａから所定の長さに亘って、主通路１２の中心線Ｌに対して所定の傾斜角度で下流側に伸長するように形成されている。具体的には、副通路１７は、主通路１２の中心線Ｌと角度βをなす中心線Ｌ２を中心とする円形断面をなすと共に中心線Ｌ２方向に伸長する円筒孔として形成されている。したがって、副通路１７の分岐口１７ａは、主通路１２の中心線Ｌ方向に長尺な楕円形をなす。

また、副通路１７の分岐口１７ａは、図７に示すように、主通路１２において、回転軸２０の軸線Ｓよりも距離ΔＬだけ下流側に位置するように配置され、その中心（中心線Ｌ２）が主通路１２の中心線Ｌ及び回転軸２０の軸線Ｓに垂直なスロットル弁３０の中心線Ｌ３を含む平面（図７に示す断面）上に位置するように配置されている。
このように、分岐口１７ａが、軸線Ｓ方向において主通路１２及びスロットル弁３０の中央に配置されるため、吸気を副通路１７に向けて効率良く導くことができる。
また、副通路１７の分岐口１７ａは、図６に示すように、バイパス通路１４の合流口１４ｂ_１から外れた位置に配置されると共に、検出口１６から外れた位置に配置されている。
このように、分岐口１７ａが、合流口１４ｂ_１及び検出口１６から外れた位置に配置されているため、相互間での影響を防止でき、それぞれの機能を果たさせることができる。

さらに、副通路１７の分岐口１７ａは、図７に示すように、閉弁状態にあるスロットル弁３０よりも下流側に位置しており、すなわち、閉弁状態においてスロットル弁３０よりも上流側の主通路１２から遮断され、スロットル弁３０が所定開度θに至るまで、スロットル弁３０よりも上流側の主通路１２と連通する開口面積Ａがスロットル弁３０の開度に応じて増加する位置に形成されている。
具体的には、図７において、スロットル弁３０が、全閉位置から時計回りに回転すると、スロットル弁３０の半体領域３０ｂよりも上流側の主通路１２と連通する分岐口１７ａの開口面積Ａがスロットル弁３０の回転に伴って徐々に増加し、所定開度θまで回転したところで分岐口１７ａの開口面積Ａが最大になる。
この回転領域において、スロットル弁３０よりも上流側の主通路１２から流れ込む吸気は、図８に示すように、スロットル弁３０に沿って特に下流側に向けて傾斜する半体領域３０ｂに案内されて、積極的に分岐口１７ａに方向付けられて副通路１７に流れ込む。
そして、スロットル弁３０が所定開度θから全開位置まで回転する領域では、分岐口１７の開口面積に変化はなく、スロットル弁３０は、主通路１２の中心線Ｌと平行（図９において水平）になる。したがって、主通路１２を流れる吸気は、図９に示すように、スロットル弁３０により副通路１７に向けて方向付けられる作用がなくなり、主通路１２内を下流側に向けて流れる。
このように、副通路１７の分岐口１７ａは、スロットル弁３０が開弁する際に、下流側に向けて傾斜する半体領域３０ｂに臨むように配置され、所定開度θに至るまでのスロットル弁３０の案内作用により、主通路１２内の吸気が、副通路１７に流れ込むように積極的に案内される。

コネクタ部１８は、金属製の円筒パイプにより形成されており、副通路１７に連通するようにスロットルボディ１０に圧入されている。そして、コネクタ部１８には、通路部材としての副吸気管８の上流端部が連結される。
ここでは、コネクタ部１８が別部材として形成された例を示したが、スロットルボディ１０に一体的に形成されてもよい。

回転軸２０は、金属材料等により円形断面で軸線Ｓ方向に伸長するように形成され、図６に示すように、中央領域においてスロットル弁３０を嵌め込むスリット２１及び二つのネジ孔２２、一端側において駆動ユニット４０を連結する連結部２３、他端側において有底円筒部２４を備えている。また、スリット２１の領域の外周には、主通路１２における通路抵抗の低減を図るべく二面幅部２１ａが形成されている。
連結部２３は、駆動ユニット４０のドラム４１を一体的に回転するように嵌め込むべく二面幅部を備えている。
有底円筒部２４は、内周面に永久磁石２４ａを備え、センサユニットＵの円柱状をなす角度位置センサ６０を非接触にて内側に収容するように形成されている。

そして、回転軸２０は、スロットルボディ１０の軸孔１３に通された状態で、スリット２１に嵌め込まれたスロットル弁３０がネジｂ２により締結されることにより、スロットル弁３０を開閉自在に保持する。また、回転軸２０は、軸孔１３よりも軸線Ｓ方向の外側において、リップ型シールＲｓにより外周面がシールされている。

スロットル弁３０は、金属材料等により略円板状に形成され、図５及び図６に示すように、ネジｂ２を通す円孔３１を備えている。
スロットル弁３０は、回転軸２０が軸孔１３に通された後に、スリット２１に通されてネジｂ２により回転軸２０に固定され、主通路１２を開閉するように配置される。
すなわち、スロットル弁３０は、回転軸２０に固定されると共に回転軸２０の軸線Ｓを境に二つの半体領域３０ａ、３０ｂを含む平板状のバタフライ弁をなすものである。
そして、スロットル弁３０は、駆動ユニット４０により駆動されて開弁する際に、すなわち、全閉位置から全開位置に移動する際に、図７に示すように、半体領域３０ａが主通路１２の上流側に向けて傾斜しつつ水平となり、半体領域３０ｂが主通路１２の下流側に向けて傾斜しつつ水平となるように姿勢を変化させる。

駆動ユニット４０は、図３、図４、図６に示すように、回転軸２０を軸線Ｓ回りに回転駆動するものであり、回転軸２０の連結部２３に連結されて固定されたドラム４１、回転軸２０の周りにおいてドラム４１とスロットルボディ１０の間に配置されたコイルバネ４２を備えている。
ドラム４１は、スロットルグリップに接続されたワイヤーが係止される係止孔４１ａ、コイルバネ４２を係止する係止部４１ｂ、当接レバー４１ｃを備えている。
コイルバネ４２は、図３に示すように、一端部４２ａがドラム４１の係止部４１ｂに係止され、他端部がスロットルボディ１０の係止部（不図示）に係止されて、スロットル弁３０が閉弁する方向に回転付勢力を及ぼす。
当接レバー４１ｃは、コイルバネ４２の回転付勢力により、図３に示すように、スロットルボディ１０に設けられた調整ネジ１１ｃに当接するようになっている。したがって、調整ネジ１１ｃの繰出し量を適宜調整して、停止位置におけるスロットル弁３０の弁開度が所望される位置に設定され得る。

調整弁５０は、図３、図４、図５に示すように、弁体５１、弁体５１を軸線Ｓと平行な方向に往復動自在に駆動するリードスクリューを備えた電磁アクチュエータ５２、電磁アクチュエータ５２をスロットルボディ１０に固定する押え部材５３を備えている。
そして、調整弁５０は、エンジンのアイドル運転領域において、バイパス通路１４（連通路）の通路面積を増減させて、バイパス通路１４を流れる吸気の流量を調整するようになっている。

角度位置センサ６０は、図６に示すように、センサユニットＵに設けられ、ホール素子を埋設して円柱状に形成されており、回転軸２０に結合された有底円筒部２４に配置された永久磁石２４ａと協働して、回転軸２０の回転角度を検出する。
圧力センサ７０は、図６に示すように、センサユニットＵに設けられ、例えば半導体歪みゲージを備えたダイヤフラム等の受圧部、保護カバー等を備えている。そして、圧力センサ７０は、主通路１２に通じる検出口１６を通して吸気の圧力を検出する。
ここで、検出口１６は、副通路１７の分岐口１７ａから中心線Ｌ方向及び中心線Ｌ周りの周方向に離れた位置に形成されているため、分岐口１７ａの近傍における吸気流れの影響を受けることなく、吸気の圧力を検出することができる。
温度センサ８０は、主通路１２を流れる吸気の温度を検出するものであり、図６に示すように、センサユニットＵに設けられ、例えばサーミスタ等の感温素子８１を含むリード型センサである。そして、温度センサ８０は、センサユニットＵの本体から突出する筒状部８２に収容されて、スロットル弁３０よりも上流側において主通路１２内に突出するように配置され、吸気の温度を検出する。

上記構成において、図１０に示すように、主通路１２の内径φＤ１、副通路１７の内径φＤ２、回転軸２０の軸線Ｓから分岐口１７ａ（の上流側縁部）までの中心線Ｌ方向における距離Ｈ、中心線Ｌに対する副通路１７の中心線Ｌ２の傾斜角度（角度β）の値を種々選択し、スロットル弁３０の開度が１５％、３０％、４５％の場合において、副通路１７に流れ込む吸気の流量割合をシミュレーションしたところ、図１１に示すような結果が得られた。

その結果、以下のことが確認された。
（１）主通路１２の内径φＤ１は、副通路１７の流量割合に及ぼす影響は小さい。
（２）副通路１７の内径φＤ２は、大きくなるにつれて副通路１７の流量割合が大きくなる傾向にある。
（３）距離Ｈは、小さくなるにつれて副通路１７の流量割合が大きくなる傾向にある。
（４）角度βは、小さくなるにつれて、すなわち、主通路１２の中心線Ｌに対して垂直であるよりも傾斜して下流側に伸長する方が副通路１７の流量割合が大きくなる傾向にある。

以上のことから、副通路１７の分岐口１７ａは、回転軸２０の軸線Ｓよりも下流側に位置すると共に軸線Ｓの直近下流の位置に配置されるのが好ましい。また、副通路１７は、主通路１２の中心線Ｌに対して小さい傾斜角度（角度β）で下流側に伸長するように形成されるのが好ましい。さらに、スロットル弁３０の開度が小さい領域で副通路１７を流れる流量割合を大きくしたい場合は、副通路１７の内径φＤ２を大きく設定することが好ましい。したがって、上記特性に基づき、内燃エンジンＥの仕様に応じて副通路１７を流れる吸気流量が設定されるように、種々のパラメータ（φＤ１、φＤ２、Ｈ、β）を設定するのが好ましい。

上記構成をなす吸気システムＩＳにおいては、エアクリーナ６とスロットル装置Ｍの間の吸気管７により画定される主吸気通路７ａ、スロットル装置Ｍにより画定される主通路１２、スロットル装置Ｍと吸気ポート３ａの間の吸気管７により画定される主吸気通路７ａ、及びシリンダヘッド３により画定される吸気ポート３ａにより、吸気を燃焼室Ｃに導くと共に燃焼室Ｃに臨む位置において吸気弁４ａにより開閉される主吸気通路が形成されている。
また、スロットル装置Ｍにより画定される副通路１７、スロットル装置Ｍと副ポート３ｂの間の副吸気管８により画定される副吸気通路８ａ、及びシリンダヘッド３により画定される副ポート３ｂにより、主吸気通路（主通路１２）の途中から分岐して吸気弁４ａよりも上流側の主吸気通路（吸気ポート３ａ）に合流する副吸気通路が形成されている。

次に、上記吸気システムＩＳを備えた内燃エンジンＥの動作について説明する。
先ず、内燃エンジンＥがアイドル運転領域にあるとき、スロットル弁３０は主通路１２を閉じた閉弁状態にあり、エアクリーナ６から吸い込まれた吸気は、主吸気通路７ａ、主通路（主吸気通路）１２を流れ、スロットル弁３０を迂回するようにバイパス通路１４を流れて再び下流側の主通路（主吸気通路）１２に流れ込み、主吸気通路７ａにおいて燃料噴射弁９により噴射された燃料と一緒に混合気として、主吸気通路７ａ及び吸気ポート（主吸気通路）３ａを経て燃焼室Ｃに流入する。
この状態において、調整弁５０は、バイパス通路１４（連通路）の通路面積を調整して、内燃エンジンＥのアイドル運転を安定した状態に維持する。

一方、内燃エンジンＥがアイドル運転領域以外の運転領域（低負荷～中負荷～高負荷）にあるとき、スロットル弁３０は開弁して主通路１２を開放する。
したがって、主通路１２を流れる吸気は、バイパス通路１４を経ることなく、主通路１２又は副通路１７を流れて燃焼室Ｃに吸い込まれる。

すなわち、スロットル弁３０が全閉位置から所定開度θまで開弁する低負荷～中負荷の運転領域において、スロットル弁３０の半体領域３０ｂよりも上流側の主通路１２と連通する分岐口１７ａの開口面積Ａが、スロットル弁３０の回転に伴って徐々に増加する。
したがって、スロットル弁３０よりも上流側の主通路１２から流れ込む吸気は、図８及び図１２に示すように、スロットル弁３０の下流側に向けて傾斜する半体領域３０ｂに案内されて、積極的に分岐口１７ａに方向付けられて副通路１７に流れ込む。
その結果、副吸気通路（副通路１７、副吸気通路８ａ、副ポート１３ｂ）を流れる吸気量が増加して、図１３に示すように、燃焼室Ｃに流れ込む混合気にスワール流（横渦）が生じる。このスワール流により、燃料の微粒化及び吸気と燃料の混合気の均一化が促進されて、燃焼効率が向上する。

そして、スロットル弁３０が所定開度θから全開位置まで回転する高負荷の運転領域では、分岐口１７の開口面積に変化はなく、スロットル弁３０は、主通路１２の中心線Ｌと平行になる。したがって、主通路１２を流れる吸気は、図９に示すように、スロットル弁３０により副通路１７に向けて方向付けられる作用がほぼなくなり、主通路１２内を下流側に向けて流れる。その結果、高負荷の運転領域では、主吸気通路（主吸気通路７ａ、主通路１２、主吸気通路７ａ、吸気ポート３ａ）を流れる吸気量が増加して、燃焼速度が高まり、効率の良い燃焼が促進される。

すなわち、図１４に示すように、スロットル弁３０が全閉位置から全開位置に向けて開弁する際に、低負荷から中負荷の運転領域（スロットル弁３０の開度が０度から４０度程度の範囲）においては、副吸気通路（副通路１７、副吸気通路８ａ、副ポート１３ｂ）を流れる吸気の割合が増加する。また、中負荷から高負荷の運転領域（スロットル弁３０の開度が４０度程度から全開の範囲）においては、副吸気通路（副通路１７、副吸気通路８ａ、副ポート１３ｂ）を流れる吸気の割合が減少し、主吸気通路（主吸気通路７ａ、主通路１２、主吸気通路７ａ、吸気ポート３ａ）を流れる吸気量の割合が増加する。
よって、低負荷から中負荷の運転領域において、燃焼室Ｃ内でスワール流を発生させて、燃焼効率を向上させることができ、又、高負荷の運転領域において、主通路１２を主として流れる高速の吸気流量が増加し、燃焼速度が高まり、効率の良い燃焼が促進される。

また、図１５に示すように、副吸気通路が無い場合は、スロットル弁３０の開度全域においてスワール比が０であるため殆どスワール流を発生させることはできないが、本発明の構成によれば、スロットル弁３０の開弁動作だけで、スワール比を０．８程度まで高めることができ、副吸気通路（副通路１７、副吸気通路８ａ、副ポート１３ｂ）を流れる吸気の量を調整して、効率良くスワール流を発生させることができる。
よって、低負荷から中負荷の運転領域において、燃焼効率を向上させることができる。

上記一実施形態のスロットル装置Ｍにおいては、副通路１７が主通路１２に対して傾斜角度（角度β）をなす方向に伸長する形態を示したが、図１６に示すように、主通路１２に対して垂直に分岐した後に下流側に向けて伸長する副通路１１７を採用してもよい。
この実施形態において、副通路１１７の分岐口１１７ａは、前述同様に、閉弁状態においてスロットル弁３０よりも上流側の主通路１２から遮断され、スロットル弁３０が所定開度に至るまでスロットル弁３０よりも上流側の主通路１２と連通する開口面積Ａがスロットル弁３０の開度に応じて増加する位置に形成されている。また、副通路１１７の分岐口１１７ａは、主通路１２に対して円形にて開口する。

上記一実施形態に係るスロットル装置Ｍを備えた吸気システムＩＳにおいては、副吸気通路（副ポート３ｂ）の合流口３ｂ_１が、吸気弁４ａよりも上流側において、燃焼室Ｃ内にスワール流を生じさせる向きに方向付けられた構成を示したが、図１７に示すように、燃料噴射弁９が燃焼室Ｃに直接燃料を噴射するように配置され、副吸気通路（副ポート１１３ｂ）の合流口１１３ｂ_１が、吸気弁４ａよりも上流側において、燃焼室Ｃ内にタンブル流（縦渦）を生じさせる向きに方向付けられた構成を採用してもよい。

以上述べたように、本発明のスロットル装置Ｍによれば、吸気を燃焼室Ｃに導くと共に燃焼室Ｃに臨む位置において吸気弁４ａにより開閉される主吸気通路（７ａ，３ａ）、主吸気通路の途中から分岐して吸気弁４ａよりも上流側の主吸気通路（３ａ）に合流する副吸気通路（８ａ，３ｂ）を含む内燃エンジンＥの吸気システムＩＳに適用されるスロットル装置Ｍであって、主吸気通路の一部をなす主通路１２及び主通路１２から分岐して副吸気通路の一部をなす副通路１７を画定するスロットルボディ１０と、主通路１２を開閉するスロットル弁３０を備え、副通路１７の分岐口１７ａは、閉弁状態においてスロットル弁３０よりも上流側の主通路１２から遮断され、スロットル弁３０が所定開度θに至るまでスロットル弁３０よりも上流側の主通路１２と連通する開口面積Ａがスロットル弁３０の開度に応じて増加する位置に形成されている。
これによれば、部品点数の削減、構造の簡素化、低コスト化、通路抵抗の低減等を達成しつつ、所定開度θに至るまでに対応する低負荷～中負荷の運転領域において、副吸気通路（１７，８ａ，３ｂ）を流れる吸気の流量を増加させて、燃焼室Ｃ内に積極的に旋回流（スワール流やタンブル流）を生じさせることができる。その結果、燃焼効率の向上に寄与する。

また、スロットル弁３０は、回転軸２０に固定されると共に回転軸２０の軸線Ｓを境に二つの半体領域３０ａ，３０ｂを含む平板状のバタフライ弁であり、副通路１７の分岐口１７ａは、バタフライ弁が開弁する際に下流側に向けて傾斜する半体領域３０ｂに臨むように配置されている。
これによれば、主通路１２を流れる吸気をバタフライ弁の半体領域３０ｂで案内して、積極的に副通路１７に流れ込ませることができる。

また、主通路１２は円形断面をなし、副通路１７は円形断面をなし、副通路１７の分岐口１７ａは円形又は楕円形をなすように形成されている。
これによれば、加工し易い形状の通路を採用することで、低コスト化を達成しつつ、吸気が流れる通路の通路抵抗を低減することができる。

また、副通路１７の分岐口１７ａは、その中心Ｌ２が主通路１２の中心線Ｌ及び回転軸２０の軸線Ｓに垂直なスロットル弁３０の中心線Ｌ３を含む平面上に位置するように配置されている。
これによれば、分岐口１７ａが、軸線Ｓ方向において主通路１２及びスロットル弁３０の中央に配置されるため、吸気を副通路１７に向けて効率良く導くことができる。

また、副通路１７は、分岐口１７ａから所定の長さに亘って、主通路１２の中心線Ｌに対して所定の傾斜角度（角度β）で下流側に伸長するように形成されている。
これによれば、曲り損失による通路抵抗を低減しつつ、主通路１２を流れる吸気を副通路１７に導くことができる。

また、副通路１７の分岐口１７ａは、主通路１２において、回転軸２０の軸線Ｓよりも下流側に位置する。
これによれば、スロットル弁３０が開弁するとき、下流側に向けて傾斜するスロットル弁３０の領域（半体領域３０ｂ）を吸気のガイド部材として有効に利用して、吸気を副通路１７に導くことができる。

また、スロットルボディ１０は、副吸気通路８ａを画定する通路部材（副吸気管８）を連結するコネクタ部１８を有する。
これによれば、スロットル装置Ｍを吸気システムＩＳの途中に配置する際に、副吸気通路８ａを画定する通路部材（副吸気管８）を容易に組付けることができ、作業性が向上する。

また、スロットルボディ１０は、スロットル弁３０を迂回するバイパス通路１４を含み、副通路１７の分岐口１７ａは、バイパス通路１４の合流口１４ｂ_１から外れた位置に配置されている。また、スロットルボディ１０は、スロットル弁３０よりも下流側において主通路１２内の圧力を検出する検出口１６を含み、副通路１７の分岐口１７ａは、検出口１６から外れた位置に配置されている。
これによれば、分岐口１７ａが、合流口１４ｂ_１及び検出口１６から外れた位置に配置されているため、相互間での影響を防止でき、それぞれの機能を果たさせることができる。

上記一実施形態に係る吸気システムＩＳにおいては、吸気管７の途中においてスロットルボディ１０を備えたスロットル装置Ｍを配置する構成を示したが、専用のスロットルボディを設けるのではなく、主吸気通路を画定する通路部材に対してスロットル弁を配置し、燃料噴射弁を主吸気通路の途中に噴射するように又は燃焼室に直接噴射するように配置した構成を採用した吸気システムとしてもよい。
すなわち、主吸気通路、スロットル弁、副吸気通路、燃料噴射弁を備え、副吸気通路の分岐口が、閉弁状態においてスロットル弁よりも上流側の主通路から遮断され、スロットル弁が所定開度に至るまでスロットル弁よりも上流側の主吸気通路と連通する開口面積がスロットル弁の開度に応じて増加する位置に形成されている、吸気システムとしてもよい。

上記実施形態においては、スロットル弁として、バタフライ弁の形態をなすスロットル弁３０を示したが、これに限定されるものではなく、主吸気通路（主通路）を開閉するものであり、副吸気通路（副通路）との関係において、副通路の分岐口が、閉弁状態においてスロットル弁よりも上流側の主通路から遮断され、スロットル弁が所定開度に至るまでスロットル弁よりも上流側の主通路と連通する開口面積がスロットル弁の開度に応じて増加する位置に配置される関係をなすスロットル弁であれば、その他の形態をなすスロットル弁を採用してもよい。

上記実施形態においては、主吸気通路（主通路）及び副吸気通路（副通路）が円形断面をなし、副吸気通路（副通路）の分岐口が円形又は楕円形をなす場合を示したが、これに限定されるものではなく、その他の形態をなす主吸気通路（主通路）、副吸気通路（副通路）及び分岐口を採用してもよい。

上記実施形態においては、本発明のスロットル装置及び吸気システムが適用される内燃エンジンを搭載する車両が自動二輪車の場合を示したが、これに限定されるものではなく、自動車等に搭載される内燃エンジンに適用されてもよい。

以上述べたように、本発明のスロットル装置及び吸気システムは、部品点数の削減、構造の簡素化、低コスト化、通路抵抗の低減等を達成しつつ、副吸気通路を流れる吸気の流量を増加させることができ、よって、燃焼室でスワール流やタンブル流等の旋回流を生じさせることができ、燃焼効率の向上に寄与するため、自動二輪車等に搭載の内燃エンジンに適用できるのは勿論のこと、自動車に搭載の内燃エンジン又はその他の車両に搭載の内燃エンジンにおいても有用である。

Ｅ 内燃エンジン
ＩＳ 吸気システム
３ａ 吸気ポート（主吸気通路）
３ｂ、１１３ｂ 副ポート（副吸気通路）
３ｂ_１，１１３ｂ_１ 副吸気通路の合流口
４ａ 吸気弁
７ 吸気管
７ａ 主吸気通路
８ 副吸気管（通路部材）
８ａ 副吸気通路
９ 燃料噴射弁
Ｍ スロットル装置
１０ スロットルボディ
１２ 主通路（主吸気通路）
Ｌ 主通路の中心線
１４ バイパス通路
１４ｂ_１ バイパス通路の合流口
１６ 検出口
１７，１１７ 副通路（副吸気通路）
１７ａ，１１７ａ 副通路の分岐口
β 角度（傾斜角度）
Ｌ２ 副通路の中心線
１８ コネクタ部
２０ 回転軸
Ｓ 回転軸の軸線
３０ スロットル弁（バタフライ弁）
θ 所定開度
３０ａ，３０ｂ 半体領域
Ｌ３ スロットル弁の中心線

Claims (17)

1. 吸気を燃焼室に導くと共に前記燃焼室に臨む位置において吸気弁により開閉される主吸気通路、前記主吸気通路の途中から分岐して前記吸気弁よりも上流側の前記主吸気通路に合流する副吸気通路を含む内燃エンジンの吸気システムに適用されるスロットル装置であって、
   前記主吸気通路の一部をなす主通路及び前記主通路から分岐して前記副吸気通路の一部をなす副通路を画定するスロットルボディと、
   前記主通路を開閉するスロットル弁と、を備え、
   前記副通路の分岐口は、閉弁状態において前記スロットル弁よりも上流側の前記主通路から遮断され、前記スロットル弁が所定開度に至るまで前記スロットル弁よりも上流側の前記主通路と連通する開口面積が前記スロットル弁の開度に応じて増加する位置に形成されている、
   ことを特徴とするスロットル装置。
2. 前記スロットル弁は、回転軸に固定されると共に前記回転軸の軸線を境に二つの半体領域を含む平板状のバタフライ弁であり、
   前記副通路の分岐口は、前記バタフライ弁が開弁する際に下流側に向けて傾斜する半体領域に臨むように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスロットル装置。
3. 前記副通路の分岐口は、前記主通路において、前記回転軸の軸線よりも下流側に位置する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のスロットル装置。
4. 前記主通路は、円形断面をなし、
   前記副通路は、円形断面をなし、
   前記副通路の分岐口は、円形又は楕円形をなす、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスロットル装置。
5. 前記副通路の分岐口は、その中心が前記主通路の中心線及び前記回転軸の軸線に垂直な前記スロットル弁の中心線を含む平面上に位置するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一つに記載のスロットル装置。
6. 前記副通路は、前記分岐口から所定の長さに亘って、前記主通路の中心線に対して所定の傾斜角度で下流側に伸長するように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一つに記載のスロットル装置。
7. 前記スロットルボディは、前記副吸気通路を画定する通路部材を連結するコネクタ部を有する、
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一つに記載のスロットル装置。
8. 前記スロットルボディは、前記スロットル弁を迂回するバイパス通路を含み、
   前記副通路の分岐口は、前記バイパス通路の合流口から外れた位置に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一つに記載のスロットル装置。
9. 前記スロットルボディは、前記スロットル弁よりも下流側において前記主通路内の圧力を検出する検出口を含み、
   前記副通路の分岐口は、前記検出口から外れた位置に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一つに記載のスロットル装置。
10. 吸気を燃焼室に導くと共に前記燃焼室に臨む位置において吸気弁により開閉される主吸気通路と、
    前記主吸気通路を開閉するスロットル弁と、
    前記主吸気通路の途中から分岐して前記吸気弁よりも上流側の前記主吸気通路に合流する副吸気通路と、
    前記主吸気通路の途中に又は前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備え、
    前記副吸気通路の分岐口は、閉弁状態において前記スロットル弁よりも上流側の前記主通路から遮断され、前記スロットル弁が所定開度に至るまで前記スロットル弁よりも上流側の前記主吸気通路と連通する開口面積が前記スロットル弁の開度に応じて増加する位置に形成されている、
    ことを特徴とする吸気システム。
11. 前記スロットル弁は、回転軸に固定される共に前記回転軸の軸線を境に二つの半体領域を含む平板状のバタフライ弁であり、
    前記副吸気通路の分岐口は、前記バタフライ弁が開弁する際に下流側に向けて傾斜する半体領域に臨むように配置されている、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の吸気システム。
12. 前記副吸気通路の分岐口は、前記主吸気通路において、前記回転軸の軸線よりも下流側に位置する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の吸気システム。
13. 前記主吸気通路は、円形断面をなし、
    前記副吸気通路は、円形断面をなし、
    前記副吸気通路の分岐口は、円形又は楕円形をなす、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の吸気システム。
14. 前記副吸気通路の分岐口は、その中心が前記主吸気通路の中心線及び前記回転軸の軸線に垂直な前記スロットル弁の中心線を含む平面上に位置するように配置されている、
    ことを特徴とする請求項１０ないし１３いずれか一つに記載の吸気システム。
15. 前記副吸気通路は、前記分岐口から所定の長さに亘って、前記主吸気通路の中心線に対して所定の傾斜角度で下流側に伸長するように形成されている、
    ことを特徴とする請求項１０ないし１３いずれか一つに記載の吸気システム。
16. 前記副吸気通路の合流口は、前記吸気弁よりも上流側において、前記燃焼室内にスワール流を生じさせる向きに方向付けられている、
    ことを特徴とする請求項１０ないし１３いずれか一つに記載の吸気システム。
17. 前記副吸気通路の合流口は、前記吸気弁よりも上流側において、前記燃焼室内にタンブル流を生じさせる向きに方向付けられている、
    ことを特徴とする請求項１０ないし１３いずれか一つに記載の吸気システム。

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