(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路径の急拡大に起因する吸気流体の剥離現象を防止するため、スロットルバルブの下流のスロットルボアー部に設けられた円錐面状のディフューザを有するスロットルボデーにおいて、スロットルシャフトの軸心方向において前記ディフューザ内通路部を仕切る２枚の板状に形成された隔離板を設けたことを特徴とするディフューザ付スロットルボデー。
【請求項２】
前記隔離板の上流側先端部の、スロットルボアー中心からの寸法が、スロットルボアーの半径より小さく、かつ、下流側に向かうにつれて前記隔離板が離間していくように設けられたことを特徴とする請求項１記載のディフューザ付スロットルボデー。
【請求項３】
前記隔離板の傾斜角度がディフューザのテーパ角と略同一角度であることを特徴とする請求項２記載のディフューザ付スロットルボデー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のディフューザ付スロットルボデーに関するもので、スロットルバルブの下流、特にスロットルシャフトの下流背部における吸気流体の剥離現象を抑制してエネルギー損失を減少させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、内燃機関の吸入空気量を制御するためのスロットルボデーは、インテークマニホールドにおける吸気脈動を低減するためにインテークマニホールドの上流に設けられたサージタンクに取り付けられ、このサージタンクを介してエンジンに空気を供給するよう構成される吸気装置が知られている。サージタンクはその容積を確保するため径大となるのは否めない。そのため、スロットルボデーのスロットルボアー内径よりもサージタンクの内径が極大となり、内径差が生じる。そのため、スロットルボデーの下流部において、流体の減速と複雑な流れ現象とが相まって剥離現象が生じ、その剥離現象に基づく流れによってエネルギー損失が生じ、エンジンの吸入効率が低下する。この対策として図４に示すように、スロットルボアー１ａのスロットルバルブ３の下流部を円錐面状に内径が徐々に拡大する形状でディフューザ１ｂを設けることが一般的に行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ディフューザ１ｂを有するスロットルボデー１は、スロットルバルブ３全開のエンジン全負荷時において、スロットルシャフト２の下流背部には、吸気流体の減速によって剥離現象による剥離領域２０（点模様部）が形成され、これがサージタンク内の圧力回復効率を低下させる要因となる。ちなみに、圧力回復効率とは次のようにして求められる。すなわち、ベルヌーイの式より、
【０００４】
【数１】
0003646215.tif 000002
【０００５】
ここで、Ｐ1：スロットルボアー内壁部の圧力（静圧）、ｕ1：スロットルボアー内壁部の流速、Ｐ2：サージタンク内壁部の圧力（静圧）、ｕ2：サージタンク内壁部の流速、ρは流体の密度、ｇは重力加速度である。これより速度エネルギーが圧力エネルギーにいかに効率よく変換されるかの指標としての圧力回復効率ηは次のように導かれる。
【０００６】
【数２】
0003646215.tif 000003
【０００７】
圧力回復効率ηを向上させるためには、ディフューザ部での剥離現象を抑制し、速度エネルギーを圧力エネルギーにうまく変換する必要がある。そのためには、剥離現象による剥離領域を規制することがポイントとなる。
【０００８】
そこで本発明は、スロットルバルブ全開時のスロットルシャフトの下流背部に形成される剥離現象を抑制、かつ、規制して剥離領域を低減し、サージタンクの圧力回復効率を向上させることができるディフューザ付スロットルボデーの改良構造を提案することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題の解決を目的としてなされた請求項１の発明は、吸気通路径の急拡大に起因する吸気流体の剥離現象を防止するため、スロットルバルブの下流のスロットルボアー部に設けられた円錐面状のディフューザを有するスロットルボデーにおいて、スロットルシャフトの軸心方向において前記ディフューザ内通路部を仕切る２枚の板状に形成された隔離板を設けたことを特徴とする。また、請求項２の発明は、前記隔離板の上流側先端部の、スロットルボアー中心からの寸法が、スロットルボアーの半径より小さく、かつ、下流側に向かうにつれて前記隔離板が離間していくように設けられたことを特徴とする。また、請求項３の発明は、前記隔離板の傾斜角度がディフューザのテーパ角と略同一角度であることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
上述のように、本発明においては、スロットルボアーを流れる吸気流体は、スロットルシャフトの下流背部に設けられた隔離板の上流先端部によって、一部が隔離板とディフューザ円錐面の間に形成される三日月状通路を通ってサージタンクに流れる。そのため、三日月状通路内を通過する吸気流体の流速は減少し難く、剥離現象による剥離領域の拡大を抑制することができるとともに、隔離板によって剥離領域の通路中央への進出も規制され、両隔離板間の通路内には剥離領域は無くなる。そして、隔離板の上流先端部はスロットルボアー中心に近いほど三日月状通路を流れる流体量は増加し、減速が妨げられ剥離領域の発生をさらに抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１において、スロットルボデー本体１の中央に設けられた吸気流体の通路であるスロットルボアー１ａを横切って、スロットルシャフト２が回動自在に設けられ、スロットルシャフト２には吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ３が固定されている。本図はスロットルバルブ３が全開に保持されている状態を示す。スロットルボアー１ａのスロットルバルブ３の下流部には、ディフューザ１ｂが設けられ円錐面を形成している。ディフューザ１ｂには、ディフューザ内通路部を、スロットルシャフト２の軸心方向において三つに仕切る２枚の隔離板４がスロットルボデー本体１と一体的に設けられている。隔離板４の上流側先端部４ａはスロットルバルブ３回動時の干渉を避けるため弓状に切り欠かれ、スロットルボアー１ａ壁面よりスロットルボアー１ａ中央側に入り込むように設けられている。すなわち、隔離板４の上流側先端部４ａのスロットルボアー１ａ中心からの寸法Ａは、スロットルボアー１ａの半径Ｒより小さくなるよう設置される。また、二枚の隔離板４は、下流側に向かうにつれて離間していくように設けられている（Ａ≦Ｂの関係になっている）。すなわち、各隔離板４の上流側先端部４ａによって、吸気流体（矢印）の一部がディフューザ１ｂの円錐面に向かって流れ易くし、剥離現象により生じた剥離領域２０（図４）の拡大を規制して低減させるために必要な取付位置関係にしてある。
【００１２】
次に、本発明の実施形態の作用について説明する。図１において、スロットルボアー１ａを流れる吸気流体は、スロットルシャフト２の下流背部において隔離板４の上流先端部４ａによって、一部が隔離板４とディフューザ１ｂ円錐面の間に形成される三日月状通路５を通って図示しないサージタンクに流れる。そのため、三日月状通路５内を通過する吸気流体の流速は減少し難く、剥離現象による剥離領域は点模様で示す剥離領域２０ａとなって、剥離領域の拡大を抑制することができるとともに、隔離板４によって剥離領域の中央通路への進出も規制され、両隔離板４間の通路内には剥離領域は無くなる。そして、隔離板４の上流先端部４ａはスロットルボアー１ａ中心に近いほど三日月状通路５を流れる流体量は増加し、減速が妨げられ剥離領域２０ａの発生をさらに抑制することができる。そのため、サージタンク内の圧力回復率は上昇し、エンジンの吸気効率が向上する。
【００１３】
次に、疑似スロットルボデーと疑似サージタンクを使用した疑似吸気装置による本発明の試験結果について説明する。図２は疑似吸気装置を示す縦断面図である。一辺１７８ｍｍの角筒状の疑似サージタンク６の入口部中央には、ボアー径φ６０ｍｍ、ディフューザテーパ角度１１．７度（片側）、ディフューザ長６０ｍｍ、の疑似スロットルボデー７が取り付けられ、出口部６ａは真空ポンプ８に連結され、真空ポンプの吸引によって吸気流量１０．３立方ｍ／分の定常流を流過させた。疑似サージタンク６入口端部６ｂから９４４ｍｍの位置以降には整流用の金網９が３段階に設けられている。疑似サージタンク６入口端部６ｂから４８ｍｍの疑似スロットルボデー７のスロットルボアー壁面の静圧力Ｐ1 、および７２６ｍｍの疑似サージタンク壁面の静圧力Ｐ2 を測定し、前記圧力回復効率η〔＝（Ｐ2 −Ｐ1）／Ｐ1〕を算出比較して、隔離板４（図１）の取付位置、角度の効果を調べた。なお、前記Ｐ2 測定点は、その前後の位置における圧力を測定比較し、圧力値の最も安定した測定点として選択された。
【００１４】
図３（ｂ）は、試験に供試した隔離板の主要取付寸法一覧を示す図表で、図３（ａ）はその試験結果を示す棒グラフである。隔離板を設けたものは、全て従来技術（隔離板なし）に比較して圧力回復効率ηは向上している。特に、試験品「隔離板３、６」においては顕著な効果を示している。したがって、傾斜角度α（図１）はディフューザのテーパ角度（１１．７度）に近い９．４６度である場合が最良であることが確認できた。これは、三日月状通路内での流体の減速が少なく、剥離現象による剥離領域の拡大する割合が小さくなり、剥離領域が最も減少したためと考えられる。
【００１５】
なお、前記２枚の隔離板４はスロットルボアー１ａ中心線を対称に設けられているが、ディフューザ１ｂ部に生ずる剥離領域の形状（でき方）によっては必ずしも対称に設ける必要はなく、効果的な非対称位置に設置してもよい。また、剥離領域の一方のみを規制する場合は、隔離板は１枚のみの設置でよい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。すなわち、スロットルボアーを流れる吸気流体は、スロットルシャフトの下流背部において隔離板の上流先端部によって、一部が隔離板とディフューザ円錐面の間に形成される三日月状通路を通ってサージタンクに流れる。そして、隔離板の上流先端部がスロットルボアー中心に近いほど三日月状通路を流れる吸気流体量が増加し、減速が妨げられることから、三日月状通路内で生じ拡大する剥離領域が、隔離板によって規制され剥離領域が減少し、圧力回復効率の向上が図れる。また、隔離板の傾斜角度をディフューザのテーパ角度に近づけることによって、さらに、剥離領域が減少し、圧力回復効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るスロットルボデーの縦断面図である。
図１（ｂ）は、図１（ａ）の右側面図である。
図１（ｃ）は、図１（ａ）の横断面図である。
【図２】本発明の効果確認のための疑似吸気装置を示す縦断面図である。
【図３】図３（ａ）は、効果確認試験結果を示す棒グラフである。
図３（ｂ）は、効果確認試験に供試した隔離板の取付寸法を示す図表である。
【図４】図４（ａ）は、従来技術を示すスロットルボデーの縦断面図である。
図４（ｂ）は、図４（ａ）の右側面図である。
図４（ｃ）は、図４（ａ）の横断面図である。
【符号の説明】
１    スロットルボデー本体
１ａ  スロットルボアー
１ｂ  ディフューザ
２    スロットルシャフト
４    隔離板
４ａ  上流側先端部
【図１】
0003646215.tif 000004
【図２】
0003646215.tif 000005
【図３】
0003646215.tif 000006
【図４】
0003646215.tif 000007