WO2020059227A1

WO2020059227A1 - 吸気装置

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Publication number: WO2020059227A1
Application number: PCT/JP2019/024417
Authority: WO
Inventors: 新井一基; 山▲崎▼理雄
Original assignee: 株式会社ケーヒン
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2020-03-26
Also published as: CN112673157A; JP2020045793A; US20210285387A1; CN112673157B; US11255275B2; JP7065000B2

Abstract

吸気装置（１０）は、ボディ（１６）に対して回転自在なバルブ（２０）を有したスロットルボディ（１２）と、該スロットルボディ（１２）の下流側に設けられ内燃機関に接続される吸気管（１４）とを備え、前記吸気管（１４）の吸気通路（２４）には、前記スロットルボディ（１２）から供給される前記空気を該吸気通路（２４）の延在方向へと導く整流部（２６）を備え、前記整流部（２６）が、前記吸気通路（２４）において前記スロットルボディ（１２）側となる上流側端部に設けられると共に、前記バルブ（２０）の全開時において非接触となる位置で、該吸気通路（２４）の内周面（２４ａ）に接続するように設けられる。

Description

吸気装置

　本発明は、内燃機関への空気の流量を制御して供給可能な吸気装置に関する。

　従来から、車両に搭載される内燃機関への空気量を制御可能な吸気装置が知られており、この吸気装置は、上流側に設けられ空気の流量を制御するスロットルバルブ装置と、該スロットルバルブ装置の下流側に設けられ前記空気を内燃機関の各シリンダへと分配する吸気管とを備えている。このスロットルバルブ装置の流路内にはバタフライバルブがシャフトを介して開閉自在に設けられ、該バタフライバルブを開状態とすることで外部から取り込まれた空気を吸気通路を通じて内燃機関へと供給している。

　上述したような吸気装置では、例えば、バタフライバルブを全閉状態から開き始める際、上流側に向かって移動する前記バタフライバルブの一端側から下流側へと流れる空気が、該バタフライバルブの下流側において吸気通路内の乱流の影響によって上方へと持ち上げられて圧力変動が生じ、それに伴って吸気音が発生することがある。

　このような吸気音の低減を目的として特許第３４３０８４０号公報に係る吸気装置では、内部に形成された吸気通路にスロットル弁が開閉自在に設けられ、該スロットル弁の下流側には、吸気通路の軸線上となる中央部に円筒が設けられている。この円筒は、吸気通路の軸線に沿って延在し、該吸気通路を流れる空気を中央と外周側とに分割可能としている。また、スロットル弁に臨む円筒の上流側端部には、該スロットル弁が開動作した際に接触することがないように切り欠いた段部を有している。

　そして、スロットル弁が吸気通路を塞いだ全閉状態から開き始めた際、該スロットル弁の上端及び下端と吸気通路との間を通じて下流側へと流れる空気が、円筒の外周側をそれぞれ流れることで分離され吸気通路内で乱れることがないため、圧力変動が抑制され、この圧力変動に起因した吸気音が抑制される。

　上述した特許第３４３０８４０号公報に係る吸気装置では、吸気音を低減させるための円筒を吸気通路の軸線上となる中央部に配置している。そのため、例えば、開動作する際に上流側へと移動するスロットル弁の上端と吸気通路との間を通じて下流側へと流れた空気が、斜め下方へと流れて円筒内へと流入し、一方、スロットル弁の下端と吸気通路との間を流れてきた空気の一部が前記円筒内へと流入することで互いに衝突して吸気音が発生してしまうことが懸念される。

　本発明の一般的な目的は、全閉状態からバルブを開動作させた際に生じる吸気音をさらに低減することが可能な吸気装置を提供することにある。

　本発明の態様は、シャフトを介して回転自在に設けられ空気の流通する吸気通路を開閉するバルブを有し、バルブは全閉時において吸気通路の延在方向と直交するように配置され、バルブを全閉時からシャフトを中心として開動作させることで、バルブの一端が上流側へと移動し他端が下流側へと移動して吸気通路を通じて内燃機関へ供給される空気の流量が制御される吸気装置において、
　バルブの下流側において、バルブの全閉時に一端に臨み、吸気通路に沿って延在して吸気通路の内周面に接続され、吸気通路を流れる空気の一部を下流側へと導く整流部を備え、
　整流部が、吸気通路に対して小径な断面を有した円筒体からなり、バルブの全開時において他端の径方向外側となり、且つ、非接触となる位置に配置される。

　本発明によれば、吸気装置には、シャフトを介して回転自在に設けられ、全閉時から開動作させることで一端が上流側へと移動し他端が下流側へと移動するバルブを備え、このバルブの設けられる吸気通路には、バルブの下流側となり全閉時にバルブの一端に臨む整流部が設けられ、整流部は吸気通路に沿って延在して吸気通路の内周面に接続され、吸気通路に対して小径な断面を有した円筒体を備え、円筒体がバルブの全開時において他端の径方向外側となり、且つ、非接触となる位置に配置されている。

　従って、バルブを全閉状態から開動作させる際、シャフトと共にバルブが回動して一端が下流側へ移動し他端が上流側へと移動すると、吸気通路の内周面と一端及び他端との間の間隙を通じて空気が上流側から下流側へと流れる。この際、バルブの下流側において、バルブの一端と吸気通路との間隙を通じて流入した空気が、円筒体の内部を流れることで吸気通路に沿って下流側へと好適に導かれ、バルブの他端と吸気通路との間隙を通じて流入した空気の方へ向かって流れて混合されることが防止される。

　その結果、スロットル弁の上端側からの空気と下端側からの空気とが円筒内で衝突してしまうことが懸念される従来の吸気装置と比較し、バルブの一端側から流入する空気を整流部によって好適に下流側へと導き、バルブの他端側から流入する空気との混合を防止することで、圧力変動の発生が抑制され、それに伴って、圧力変動に起因した吸気音の発生をさらに低減させることができる。

本発明の実施の形態に係る吸気装置の全体断面図である。図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った吸気管の断面図である。図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った吸気管の断面図である。図４Ａ～図４Ｆは、第１～第６変形例に係る整流部を有した吸気装置の断面図である。

　この吸気装置１０は、図１に示されるように、例えば、図示しない内燃機関へ供給される空気の流量を制御するスロットルボディ１２と、該スロットルボディ１２の下流側に接続され該内燃機関へ前記空気を供給する吸気管１４とを含む。

　スロットルボディ１２は、例えば、外気を取り込むためのエアダクト（図示せず）の下流側に接続され、ボディ１６と、該ボディ１６の通路（吸気通路）１８に回転自在に支持される円盤状のバルブ２０とを有している。ボディ１６は、例えば、金属製材料から形成され、その内部を一直線状に貫通した通路１８を有し、前記通路１８の一端部が前記エアダクトに接続されると共に、前記通路１８の他端部が吸気管１４と接続されている。

　バルブ２０は、中央に連結されたシャフト２２を介して回動するバタフライ式であり、ボディ１６における軸方向中央に対して他端部側（下流側、矢印Ｂ方向）に配置されると共に、前記ボディ１６における通路１８の断面形状に対応した断面円形状に形成されている。このシャフト２２は、ボディ１６の軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）と直交するように設けられ、その両端部が、ボディ１６の通路１８に臨むように開口した孔部（図示せず）へと挿入されることでバルブ２０を含めて回転自在に支持される。なお、シャフト２２における一方の端部には、図示しない駆動源が接続され、該駆動源からの駆動力が伝達されることで回転する。

　また、バルブ２０は、通路１８を全閉する全閉時（図１中、一点鎖線形状参照）には、その上端（一端）２０ａが若干だけ下流側（矢印Ｂ方向）、下端（他端）２０ｂが若干だけ上流側（矢印Ａ方向）となるように所定角度だけ傾斜し、前記上端２０ａ及び前記下端２０ｂが前記通路１８の内周面に当接するように配置される。

　一方、バルブ２０が上述した全閉時から開動作させる際には、シャフト２２が時計回りに回転し、該シャフト２２を中心として上端２０ａが下流側（矢印Ｂ方向）に向かって移動し、下端２０ｂがシャフト２２を中心として上流側（矢印Ａ方向）に向かうように回動し、最も開いた全開時には、バルブ２０がボディ１６の軸線に沿った水平状態、又は、該水平状態から上端２０ａが前記軸線よりも若干だけ下方となる位置までさらに開いたオーバーシュート状態となる（図１中、二点鎖線形状参照）。

　吸気管１４は、図１～図３に示されるように、例えば、樹脂製材料から断面円形状に形成され、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に延在し、その内部に吸気通路２４が形成される。そして、吸気管１４は、その上流側となる一端部がスロットルボディ１２の下流側となる他端部に接続され、他端部は図示しない内燃機関と接続される分岐管を有した吸気マニホールド（図示せず）を構成している。

　また、スロットルボディ１２に臨む吸気通路２４（吸気管１４）の一端部には、吸気通路２４を流れる空気を整流するための整流部２６が設けられる。

　整流部２６は、例えば、バルブ２０が全閉状態となった際に該バルブ２０の下端２０ｂに臨み、且つ、径方向外側となる吸気通路２４の底壁２８近傍に設けられ、吸気管１４の一端部から他端部側（矢印Ｂ方向）に向かって軸方向に所定長さで延在し、円筒状に形成されたガイド筒（円筒体）３０と、該ガイド筒３０を支持するガイド板（支持体）３２とから構成される。すなわち、整流部２６は、吸気通路２４において最も上流側（一端部側、矢印Ａ方向）となる位置で、バルブ２０の全閉時において、吸気管１４の軸方向から見て下端２０ｂに臨む位置に形成されている（図１参照）。

　また、ガイド筒３０及びガイド板３２を含む整流部２６は、吸気管１４を成形する際に同時且つ一体的に形成される。

　ガイド筒３０は、吸気通路２４よりも小径な断面円形状に形成され、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って一定径で延在すると共に、吸気通路２４の底壁２８（内周面）側となる外周面が、該底壁２８に対して接続される。すなわち、吸気通路２４とガイド筒３０とが略平行となるように形成される。

　また、ガイド筒３０は、吸気通路２４の底壁２８に接続された状態で、バルブ２０が全開時よりもさらに回動したオーバーシュート時に接触することがない直径で形成される。換言すれば、吸気管１４の底壁２８に対するガイド筒３０の高さは、バルブ２０の回動軌跡に重なることがなく、全閉時及びオーバーシュート時に非接触となるように設定されている。

　ガイド板３２は、図２に示されるように、吸気通路２４の軸中心Ｐ側（矢印Ｃ方向）となるガイド筒３０の頂部３４に対して接続され、該ガイド筒３０の外周面に接し、且つ、前記吸気通路２４の内周面２４ａに向かって略水平で一直線状に延在して両端部が該内周面２４ａへとそれぞれ接続されている。なお、ガイド板３２の軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った長さは、ガイド筒３０の軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った長さと略同一に形成される。

　この整流部２６は、図２に示される吸気管１４の軸方向から見て、ガイド筒３０の内部が第１整流通路３６となり、ガイド板３２、ガイド筒３０及び吸気通路２４とで囲まれた内部が第２整流通路３８となる。換言すれば、整流部２６は、吸気通路２４の上流側において、吸気通路２４の底壁２８近傍の一部を分割するように設けられている。

　本発明の実施の形態に係る吸気装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。ここでは、バルブ２０が全閉状態となり、スロットルボディ１２から吸気管１４への空気の流通が遮断された状態を初期状態として説明する。

　先ず、上述した初期状態において、図示しない駆動源の駆動作用下にシャフト２２が時計回りに回動し、それに伴って、バルブ２０が時計回りに回動することで、該バルブ２０の上端２０ａが通路１８の内周面に沿って吸気通路２４側（下流側、矢印Ｂ方向）へと移動し始め、下端２０ｂが前記通路１８の内周面に沿って上流側（矢印Ａ方向）へと移動し始める。換言すれば、バルブ２０の下端２０ｂが、吸気管１４から離間する方向（矢印Ａ方向）へと移動していく。

　これにより、車両の外部からエアダクトを通じて取り込まれた空気が、スロットルボディ１２の通路１８から、バルブ２０の上端２０ａ及び下端２０ｂと前記通路１８の内周面との間にそれぞれ生じた間隙Ｓ１、Ｓ２を通じてそれぞれ吸気管１４側（矢印Ｂ方向）へと流通する。

　この際、下方（矢印Ｄ方向）の間隙Ｓ２を通じて吸気通路２４へと流入した空気の大部分が、整流部２６を構成するガイド筒３０の第１整流通路３６を通じて下流側へと流れ、該ガイド筒３０に対して外側となった残りの空気が、前記ガイド筒３０とガイド板３２によって囲まれた一対の第２整流通路３８を通じて下流側へと流通する。

　その結果、間隙Ｓ２を通じて吸気通路２４へと流れる空気の流れ（下部流）と、間隙Ｓ１を通じて前記吸気通路２４へと流れる空気の流れ（上部流）とを、整流部２６によって確実に分離することができ、吸気通路２４内における上部流と下部流との混合を好適に回避し、該混合に起因した圧力変動を抑制することで、圧力変動に起因した吸気音の発生が低減される。

　そして、図示しない駆動源の駆動作用下にさらにバルブ２０を時計回りに回動させることで全開状態となり、スロットルボディ１２の通路１８内に供給されている空気が、吸気管１４の吸気通路２４へと流通して内燃機関へと供給される。

　以上のように、本実施の形態では、回転自在なバタフライ式のバルブ２０を有したスロットルボディ１２の下流側に吸気管１４が接続され、この吸気管１４の吸気通路２４には、前記スロットルボディ１２側となる上流側端部に、該吸気通路２４の底壁２８に接続される整流部２６を設け、この整流部２６を、底壁２８に接続される円筒状のガイド筒３０と、該ガイド筒３０の外周面に接続され略水平方向に延在して吸気通路２４に接続されるガイド板３２とから構成している。

　これにより、スロットルボディ１２に設けられたバルブ２０を全閉状態から開き始める際、該バルブ２０の下端２０ｂと通路１８との間の間隙Ｓ２を通じて吸気通路２４内へと流通する空気を、整流部２６によって前記吸気通路２４に沿って下流側（矢印Ｂ方向）へと導くことが可能となり、該空気の流れが吸気通路２４内で乱流等の影響によって上方へと偏向されてしまうことが防止される。

　その結果、スロットル弁の上端側から流入した空気と、スロットル弁の下端側から流入した空気とが円筒内で衝突することで吸気音の発生が懸念される従来の吸気装置と比較し、バルブ２０を全閉状態から開き始め、スロットルボディ１２から吸気通路２４内へと流入する際、前記バルブ２０の下端２０ｂ側から流入する下部流と、該バルブ２０の上端２０ａ側から流入する上部流とが、吸気通路２４の上流側において混合されてしまうことが回避される。そのため、上部流と下部流との混合による圧力変動が抑制され、この圧力変動に起因した吸気音の発生を好適に低減させることができる。

　また、整流部２６を、吸気通路２４の内周面２４ａに接続されたガイド筒３０から構成することにより、バルブ２０の下端２０ｂ側から吸気通路２４へと流入する空気を、前記ガイド筒３０を通じて上方へと偏向させることなく確実に下流側へと導くことで、前記バルブ２０の上端２０ａ側から流入する空気（上部流）との混合を確実に回避することができる。

　さらに、整流部２６において、円筒状のガイド筒３０に加え、該ガイド筒３０と吸気管１４の内周面２４ａとを接続するガイド板３２を備えることで、該ガイド筒３０のみを吸気管１４に対して接続させた場合と比較し、前記ガイド板３２によって前記整流部２６の剛性を高めることが可能となる。その結果、例えば、車両からの振動が吸気装置１０に対して付与された場合でも、強度の高められた整流部２６を所定位置に確実に維持しておくことが可能である。

　さらにまた、上述したガイド板３２は、整流部２６の剛性を高めると同時に、ガイド筒３０及び吸気通路２４との間に第２整流通路３８を構成し、前記ガイド筒３０を通らずに側部を通過する空気を、該第２整流通路３８を通じて下流側へと好適に案内することができるため、ガイド筒３０のみを設けた場合と比較して整流部２６による整流効果をさらに高めて吸気音の低減に寄与することができる。

　またさらに、ガイド筒３０の直径を、バルブ２０の全開時、又は、該全開時よりもさらに若干だけ回動したオーバーシュート時において、該バルブ２０の上端２０ａが接触することがない最大の大きさに設定することで、スロットルボディ１２から流入する空気を、効率的にガイド筒３０の第１整流通路３６へと取り込んで下流側へと流通させることが可能となる。

　すなわち、ガイド筒３０の直径が小さい場合には、スロットルボディ１２から流入して上方へと偏向する空気の流れ（下部流）をガイド筒３０へと効率的に導くことができず、上部流との混合が発生することとなる。そのため、ガイド筒３０は、バルブ２０がオーバーシュートした状態でも当たることのない最大高さ（最大直径）となるように設定するとよい。

　なお、上述したバルブ２０のオーバーシュート量は、スロットルボディ１２毎に異なるため、ガイド筒３０の直径は、前記オーバーシュート量に応じて適宜設定すればよい。

　また、吸気通路２４に設けられる整流部２６は、上述したような単一のガイド筒３０と該ガイド筒３０の頂部３４に対して略水平に接続されるガイド板３２とから構成される場合に限定されるものではなく、例えば、図４Ａ～図４Ｆに示される吸気装置５０、６０、７０、８０、９０、１００のような整流部５２、６２、７２、８２、９２、１０２を適用するようにしてもよい。

　先ず、図４Ａに示される第１変形例に係る吸気装置５０は、その整流部５２を構成するガイド筒３０の頂部３４近傍に一対のガイド板５４ａ、５４ｂが接続され、該ガイド板５４ａ、５４ｂは、それぞれガイド筒３０から離間する方向に向かって斜め下方へと傾斜して吸気通路２４の内周面２４ａへと接続される構成である。

　また、図４Ｂに示される第２変形例に係る吸気装置６０は、整流部６２を構成するガイド筒３０の外周面に対して頂部３４よりも吸気通路２４の底壁２８側（矢印Ｄ方向）となる位置に一対のガイド板６４ａ、６４ｂが接続され略水平方向にそれぞれ延在している。

　上述したガイド板５４ａ、５４ｂ、６４ａ、６４ｂは、それぞれガイド筒３０と吸気通路２４の内周面２４ａとを接続するように設けられている。

　このように、ガイド筒３０に接続されるガイド板５４ａ、５４ｂ、６４ａ、６４ｂは、該ガイド筒３０の頂部３４近傍と吸気通路２４の内周面２４ａとを接続するように設けられていればよく、前記ガイド板５４ａ、５４ｂ、６４ａ、６４ｂによって前記ガイド筒３０を吸気通路２４の内周面２４ａへと接続することで、整流部２６及び吸気管１４の剛性を好適に高め、強度を向上させることができる。

　さらに、図４Ｃに示される第３変形例に係る吸気装置７０では、吸気通路２４の底壁２８に臨むように一対のガイド筒７４ａ、７４ｂが並んで配置され、一方のガイド筒７４ａの外周と他方のガイド筒７４ｂの外周とが互いに接続されると共に、前記一対のガイド筒７４ａ、７４ｂが前記底壁２８に対してそれぞれ接続される構成としている。

　このような構成とすることにより、ガイド筒７４ａ、７４ｂ同士の接続によって整流部７２の剛性をより高めることができるため、ガイド筒７４ａ、７４ｂと吸気通路２４とを接続するためのガイド板を不要とすることができ、さらに、板状のガイド板と比較して円筒体であるガイド筒７４ａ、７４ｂの方が剛性が高いため、前記板状のガイド板を設ける場合と比較して一対のガイド筒７４ａ、７４ｂによって剛性をより一層向上でき、それに伴って、整流部７２の強度を高めることができる。

　さらにまた、図４Ｄに示される第４変形例に係る吸気装置８０は、吸気通路２４の底壁２８に沿うように整流部８２を構成する３つのガイド筒８４ａ、８４ｂ、８４ｃが並んで配置され、前記ガイド筒８４ａ、８４ｂ、８４ｃ同士が互いに接続されると共に、それぞれのガイド筒８４ａ、８４ｂ、８４ｃが前記底壁２８へと接続される構成である。

　またさらに、図４Ｅに示される第５変形例に係る吸気装置９０では、整流部９２を構成する３つのガイド筒８４ａ、８４ｂ、８４ｃのうちの２つの上部をガイド板（第２の支持体）９４で接続する構成としており、図４Ｆに示される第６変形例に係る吸気装置１００では、整流部１０２を構成する３つのガイド筒８４ａ、８４ｂ、８４ｃに接続されたガイド板１０４の両端部が吸気通路２４の内周面２４ａまで延在して接続される構成としている。

　このように、３つのガイド筒８４ａ、８４ｂ、８４ｃを吸気通路２４の底壁２８に沿って並べてそれぞれ接続させ、且つ、前記底壁２８に対しても接続させることで、整流部８２、９２、１０２の剛性をより一層高めることが可能となり、さらにガイド板９４、１０４を設けた整流部９２、１０２では、より一層剛性を向上させ強度を高めることができる。

　なお、本発明に係る吸気装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims

　シャフト（２２）を介して回転自在に設けられ空気の流通する吸気通路（１８、２４）を開閉するバルブ（２０）を有し、該バルブは全閉時において前記吸気通路の延在方向と直交するように配置され、前記バルブを前記全閉時から前記シャフトを中心として開動作させることで、該バルブの一端（２０ｂ）が上流側へと移動し他端（２０ａ）が下流側へと移動して前記吸気通路を通じて内燃機関へ供給される空気の流量が制御される吸気装置（１０）において、
　前記バルブの下流側において、該バルブの全閉時に前記一端に臨み、前記吸気通路（２４）に沿って延在して前記吸気通路の内周面（２４ａ）に接続され、前記吸気通路を流れる前記空気の一部を下流側へと導く整流部（２６、５２、６２、７２、８２、９２、１０２）を備え、
　前記整流部が、前記吸気通路に対して小径な断面を有した円筒体（３０、７４ａ、７４ｂ、８４ａ～８４ｃ）からなり、前記バルブの全開時において前記他端の径方向外側となり、且つ、非接触となる位置に配置される、吸気装置。
　請求項１記載の吸気装置において、
　前記バルブを有したスロットルボディ（１２）と、該スロットルボディの下流側に設けられ内燃機関に接続される吸気管（１４）とを備え、前記吸気通路が前記スロットルボディから前記吸気管まで貫通するように形成され、前記整流部が、前記吸気管における吸気通路の上流側端部に設けられる、吸気装置。
　請求項１又は２記載の吸気装置において、
　前記円筒体（７４ａ、７４ｂ、８４ａ～８４ｃ）が、前記内周面に沿って隣接し、且つ、互いに接続されて複数設けられる、吸気装置。
　請求項１～３のいずれか１項に記載の吸気装置において、
　前記整流部は、前記吸気通路の内周面と前記円筒体とを接続する支持体（３２、５４ａ、５４ｂ、６４ａ、６４ｂ、７４ｂ、８４ａ、８４ｃ、１０４）を備える、吸気装置。
　請求項４記載の吸気装置において、
　前記支持体（３２、５４ａ、５４ｂ、６４ａ、６４ｂ、１０４）は板状に形成され、前記円筒体の外周面から前記吸気通路の径方向に延在するように形成される、吸気装置。
　請求項４記載の吸気装置において、
　前記支持体は、前記円筒体（７４ａ、８４ｂ）とは別の円筒体（７４ｂ、８４ａ、８４ｃ）からなる、吸気装置。
　請求項６記載の吸気装置において、
　前記別の円筒体（８４ａ、８４ｃ）同士を接続する第２の支持体（９４）を備える、吸気装置。