(57)【要約】【課題】樹脂製ハウジングにより構成するもスロットルバルブ周りに対する加熱効果の高い電制スロットルバルブ装置を提供する。【解決手段】ハウジング１の吸気通路２を構成する円筒孔を貫通させて回転可能に配置したシャフト３の円筒孔内の露出部分に固定して円板状のス弁体４を備え、電動モータ５により前記シャフト３をその軸周りに回転させて前記弁体４により吸気通路２を開閉する電制スロットルバルブ装置Ａであり、全閉状態の弁体４の周縁に臨む吸気通路２の環状内壁面を取囲むハウジング１の壁面中に熱伝導率の高い材料で形成したリング体１４を配置すると共に電動モータ５の収容孔１０形成部材１３を熱伝導率の高い材料で形成し、前記リング体１４とモータ収容孔形成部材１３とを熱伝導可能に接続して、電動モータ５で発生した熱により前記リング体１４の温度を調整するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの吸気通路を構成する円筒孔を貫通させて回転可能に配置されたシャフトの円筒孔内の露出部分に固定して円板状の弁体を備え、電動モータにより前記シャフトをその軸周りに回転させることで、前記弁体により吸気通路を開閉させて流量コントロールを行なう電制スロットルバルブ装置において、
全閉状態の弁体の周縁に臨む吸気通路の環状内壁面および／または前記環状内壁面を取囲むハウジングの壁面中に熱伝導率の高い材料で形成したリング体を配置すると共に、前記電動モータのケースおよび／または電動モータの収容孔形成部材を熱伝導率の高い材料で形成し、
前記リング体とモータケースおよび／またはモータ収容孔形成部材とを熱伝導可能に接続して、電動モータで発生した熱を利用するようにしたことを特徴とする電制スロットルバルブ装置。
【請求項２】
前記リング体は樹脂で形成した吸気通路の壁面内に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の電制スロットルバルブ装置。
【請求項３】
前記リング体、モータ収容孔形成部材および両者の接続部材は、金属により一体に成形され、樹脂で構成するハウジングにモールド成形により埋め込まれていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電制スロットルバルブ装置。
【請求項４】
前記リング体は、弁体を支持するシャフトが貫通する部位の周辺領域において、吸気通路の表面に露出されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の電制スロットルバルブ装置。
【請求項５】
前記リング体は、弁体を支持するシャフトが貫通する部位の周辺を終端とする「Ｃ」字状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の電制スロットルバルブ装置。
【請求項６】
前記電動モータは、コントローラにより、弁体の吸気通路内面への氷結が検出された際には、印加される電流値が増加され、発熱を促進するよう駆動されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の電制スロットルバルブ装置。
【請求項７】
前記弁体の吸気通路内面への氷結状態の検出は、電動モータへの開度指令値と弁体の開度検出値との偏差と予め設定した偏差の設定値とを比較することにより判定されることを特徴とする請求項６に記載の電制スロットルバルブ装置。
【請求項８】
前記発熱を促進する駆動は、弁体を閉弁方向に駆動してストッパに当接させた全閉状態を継続させることで実行されることを特徴とする請求項６に記載の電制スロットルバルブ装置。
【請求項９】
吸気通路を構成する円筒孔を貫通して回転可能に配置されたシャフトと、該シャフトに固定され該シャフトと共に回転する弁体とを備え、電動モータにより該シャフトの回転位置を制御することで吸気通路に流れる吸入空気量を調整する電制スロットルバルブ装置において、
前記円筒孔に熱伝導率の高い部材を配置すると共に、前記電動モータと前記部材とを熱伝導可能に接続し、電動モータで発生した熱を前記部材に伝えることを特徴とする電制スロットルバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気通路中に設けられる、氷結を防止することのできる電制スロットルバルブ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から樹脂製ハウジングで構成され、寒冷外気中を走行しても氷結することのないスロットルバルブ装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、樹脂製ハウジングの弁体が配設された吸気通路の内周面を金属リングで構成し、その金属リングに触れるようにハウジングの壁部内に設けた通路に加熱流体としてのエンジン冷却水を導き、この冷却水の熱により金属リングを暖めることで、アイシングによる弁体のロックを防ぐようにしている。
【特許文献１】特開平２−９１４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
暖機後のエンジンが寒冷地等で停止したとき、吸気通路中に存在する水分が外気によって冷却されてスロットルバルブを氷結固着させてしまう場合がある。この場合、次回エンジン始動時にスロットルバルブが固着して吸入空気量を調整できないことから、所望の吸入空気量を得られないという不都合を生じる可能性がある。
【０００５】
上記特許文献１の技術は、エンジン冷却水を利用して氷結を解除しようというものである。ここで、エンジン冷却水はエンジンの熱を利用して温度が上昇していくため、エンジンが冷間始動してからエンジン冷却水の温度が氷結を解除できる温度に到達するまでに時間がかかってしまう。このため、エンジンの始動から早期にスロットルバルブの氷結を解除できずに、所望の吸入空気量を得られず安定したエンジンの運転を行うことができない虞がある。
【０００６】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、エンジン始動時から速やかに氷結を解除可能な電制スロットルバルブ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ハウジングの吸気通路を構成する円筒孔を貫通させて回転可能に配置されたシャフトの円筒孔内の露出部分に固定して円板状の弁体を備え、電動モータにより前記シャフトをその軸周りに回転させることで、前記弁体により吸気通路を開閉させて流量コントロールを行う電制スロットルバルブ装置において、全閉状態の弁体の周縁に臨む吸気通路の環状内壁面および／または前記環状内壁面を取囲むハウジングの壁面中に熱伝導率の高い材料で形成したリング体を配置すると共に、前記電動モータのケースおよび／または電動モータの収容孔形成部材を熱伝導率の高い材料で形成し、前記リング体とモータケースおよび／またはモータ収容孔形成部材とを熱伝導可能に接続して、電動モータで発生した熱を利用して前記弁体の氷結を解除するようにした。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明では、全閉状態の弁体の周縁に臨む吸気通路の環状内壁面および／または前記環状内壁面を取囲むハウジングの壁面中に熱伝導率の高い材料で形成したリング体を配置すると共に、前記電動モータのケースおよび／または電動モータの収容孔形成部材を熱伝導率の高い材料で形成し、前記リング体とモータケースおよび／またはモータ収容孔形成部材とを熱伝導可能に接続して、電動モータで発生した熱により前記リング体の温度を調整するようにした。このため、電動モータで発生させた熱により吸気通路の表面を加熱・保温することにより、エンジンの冷間始動時においても、早期に弁体の氷結を解除できるので、氷結が発生するエンジン始動時においても早期に安定した運転を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の電制スロットルバルブ装置の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１は本発明を適用した第１実施形態の電制スロットルバルブ装置の断面図、図２は同じく図１のＡ−Ａ線による断面図、図３は電制スロットルバルブのエンジンへの適用状態を示す説明図、図４は電制スロットルバルブ装置のシステム構成図、図５は電制スロットルバルブ装置の制御フローチャート、図６は電制スロットルバルブ装置の第２実施例の断面図、図７は電制スロットルバルブ装置の第３実施例の断面図である。
【００１０】
図１、２において、本実施形態の電制スロットルバルブ装置Ａは、樹脂製ハウジング１内に、吸気通路を構成する筒状の通路２を横断して回転可能に配置されるスロットルシャフト３およびスロットルシャフト３にネジ３Ａにより固定されて通路２を開閉するバタフライ式の弁体４と、弁体４を開閉させる電動モータ５と、電動モータ５の回転を減速してスロットルシャフト３に伝達する減速ギヤ６と、減速ギヤ６とハウジング１との間に配置されて弁体４を閉じ方向に付勢する戻しバネ機構７と、スロットルシャフト３の回転角度によりバルブ開度を検出するスロットル開度センサ８とを備える。
【００１１】
前記樹脂製ハウジング１は、前記スロットルシャフト３および弁体４が配置された通路２を備えると共に前記電動モータ５を収容するモータ収容孔１０を備える本体ハウジング１１と、本体ハウジング１１の側面に取付けられて内部にスロットルシャフト３の端部および電動モータ５の出力軸を収容し、前記出力軸の回転をスロットルシャフト３に伝達する減速ギヤ機構６、および、スロットル開度センサ８を収容するカバー１２とから構成されている。
【００１２】
前記本体ハウジング１１は、電動モータ５を収容するモータ収容孔１０の壁面を構成する収容孔構成部分１３と、全閉状態の弁体４の周縁に接触若しくは近接する通路２表面を形成する壁面内に形成された環状部分（リング体）１４と、前記両部分１３、１４を一体に連結する連結部分１５とよりなる一体成形のインサート部材１６を内蔵して備える。このインサート部材１６は、前記モータ収容孔１０を構成する部分１３においては、成形樹脂の表面から露出して収容する電動モータ５に直接接触する状態となるが、前記環状部分１４は、弁体４を収容する吸気通路２の表面には露出してなく、樹脂で形成された表面から薄い樹脂層を挟んだ状態で壁内部に配置されている。
【００１３】
この本体ハウジング１１は、成形金型のキャビティ内に前記インサート部材１６を、中子と同様にセットし、金型のキャビティ内に樹脂を射出充填することにより、インサート部材１６を一体モールドして樹脂成形することができる。インサート部材１６に使用する熱伝導率の高い材料としては、金属、例えば、金、銀を始めとして、銅や比較的安価なアルミニウム合金等を用いることができる。なお、インサート部材１６としては、一般的に熱伝導率が高い金属材料を用いることが一般的であるが、これに限定されるものでなく、非金属材料であっても、熱伝導率の高い材料であれば、使用することができる。
【００１４】
前記スロットルシャフト３は、前記本体ハウジング１１の前記吸気通路２を横断させた状態でベアリング１８を介して回転可能に配置され、吸気通路２内に露出する部分には弁体４がネジ３Ａにより一体に固定されている。図示状態は、吸気通路２を閉じた全閉状態の弁体４が示されている。前記シャフト３のカバー１２内の端部には減速ギヤ機構６のスロットルギヤ２０が固定されると共に、スロットルギヤ２０と本体ハウジング１１との間には、弁体４を全閉状態に付勢する戻しバネ７が配置され、また、スロットルシャフト３の軸端には、スロットル開度センサ８が配置されている。スロットル開度センサ８は、弁体４の開度を検出し、その検出信号をエンジンを制御するＥＣＵへ出力する。
【００１５】
前記減速ギヤ機構６は、スロットルシャフト３に固定された扇形の前記スロットルギヤ２０と、電動モータ５の出力軸に固定した駆動ギヤ２１と、中間シャフト２２に回転自在に支持されて大径ギヤ２３Ａおよび小径ギヤ２３Ｂからなり、スロットルギヤ２０に小径ギヤ２３Ｂを噛合わせ、電動モータ５の出力軸の駆動ギヤ２１に大径ギヤ２３Ａを噛合わせる中間ギヤ２３とを備える。
【００１６】
以上の構成の電制スロットルバルブ装置Ａは、図３に示すように、多気筒エンジンＥの全てのインテークマニホールドＩＭの入口を集合させた吸気コレクタＩＣと図示しないエアクリーナとの間に配置される。そして、図４に示すように、アクセルペダルＡＰの踏込み量に応じてエンジン制御ＥＣＵにより電動モータ５の制御電流を制御することで、そのスロットルバルブ開度が制御され、得られたスロットルバルブ開度は、スロットル開度センサ８により検出されて、ＥＣＵにフィードバックされる。
【００１７】
この構成の電制スロットルバルブ装置Ａにおいては、電動モータ５により減速ギヤ機構６を介してスロットルシャフト３および弁体４を開閉駆動して、例えば、アクセルペダルＡＰの踏込み開度に応動させて、その開度を調整するようにされる。その際に、電動モータ５は弁体４の戻しスプリング７による負勢力を受けつつ弁体４を駆動するための所定の駆動力を発揮するために、駆動電流が供給されて、モータ５自体が発熱する。この熱は、電動モータ５を収容している収容孔１０を形成している本体ハウジング１１のインサート部材１６の収容孔形成部分１３に伝達され、次いで、インサート部材１６の連結部分１５を経由して吸気通路２の壁面内の環状部分１４に伝えられる。そして、壁面内の環状部分１４から薄い樹脂層を介在させて通路２表面を加熱・保温する。
【００１８】
また、前記吸気通路２の弁体４の周縁と接触若しくは近接する通路２表面は、ハウジング１を形成する樹脂により形成されている。樹脂は軽量であるが熱伝導性が悪いという性質を持つ反面、樹脂で形成された表面は、アルミニウム合金等の金属表面に比較して、水に対する接触角が小さく、表面に付着した水は玉状になり易い。このため、水は樹脂表面に付着したとしても離脱し易いという性質がある。
【００１９】
従って、電動モータ５で発生させた熱により吸気通路２の表面を加熱・保温することにより、熱伝導性の悪い樹脂をハウジング１の材質として用いても、弁体４周りのハウジング１の内壁面を確実に氷結温度以上に保温することができる。しかも、付着した水は接触角が小さく保たれることにより、通路２表面に強力に付着することが抑制されて容易に離脱させることができる。
【００２０】
このため、エンジンクランク室から戻された未燃ガス内の水分が、このスロットルバルブ装置Ａ内を流れても付着して氷結することを防止でき、また、付着したとしても容易に離脱させることができる。また、エンジン始動前に氷結していたことがあったとしてもインサート部材１６を経由する過熱・保温により速やかに氷結を溶解させ、樹脂表面の性質により容易に離脱させることができる。
【００２１】
図５は、外気温が低温である場合とエンジン始動後の暖機運転中の場合とのいずれかである場合に、エンジン制御ＣＰＵにより一定時間毎に実行される電制スロットルバルブ装置Ａの制御フローチャートである。即ち、外気温が低温である場合やエンジン始動後の暖機運転中においては、エンジンクランク室の未燃ガスを電制スロットルバルブ装置Ａの上流および下流に戻して再度燃焼させると、この未燃ガス内に含まれた水が弁体４とハウジング１の内壁面との間で氷結して、弁体４が作動しなくなる虞がある。電制スロットルバルブ装置Ａの制御フローチャートについて以下に説明する。
【００２２】
先ず、ステップＳ１により、電動モータ５への開度指令値とスロットル開度センサ８よりの開度検出値とが読込まれ、ステップＳ２において、上記開度指令値と開度検出値との偏差が演算され、ステップＳ３へ進む。
【００２３】
ステップＳ３では、ステップＳ２で演算された偏差が予め設定した設定値を超えているかどうかが判定され、偏差が設定値を超えている場合にはステップＳ４へ進み、ステップＳ４において、モータ温度上昇運転を開始すると共に温度上昇中のフラグ（Ｆ）を「１」として今回の処理を終了する。
【００２４】
前記モータ温度上昇運転としては、例えば、弁体４を閉状態となるよう電動モータ５を駆動することを継続させて大きな電流を流すことにより、弁体４を図示しない全閉ストッパに当接させて全閉状態に駆動し続けることにより、電動モータ５の発熱を促進させてその温度を上昇させたり、若しくは、開度指令信号を微小に増減させて電動モータ５に過大な電流を流し、電動モータ５の発熱を促進させてその温度を上昇させるようにする。その結果、弁体４の氷結による固着は、インサート部材１６から加えられた熱と弁体４に加えられた電動モータ５のトルクとにより、解消される。吸気通路２表面が樹脂で形成されていることにより、上記固着解消作動は一層容易となる。
【００２５】
前記ステップＳ３において偏差が設定値を超えていない場合には、ステップＳ５へ進み、ステップＳ５において、偏差が前記設定値より小さく設定した許容値を超えているか否かが判定され、偏差が許容値を超えている場合にはステップＳ６へ進み、偏差が許容値を超えていない場合にはステップＳ８へ進む。また、ステップＳ６では、温度上昇中のフラグが「１」か否かが判定され、温度上昇中フラグが「Ｆ＝１」である場合にはステップＳ７へ進み、温度上昇中フラグが「Ｆ＝０」である場合にはステップＳ８へ進む。
【００２６】
ステップＳ７ではモータ温度上昇運転が継続され、ステップＳ８ではモータ温度上昇運転が解除され、温度上昇中フラグを「Ｆ＝０」として、夫々今回の処理を終了する。
【００２７】
前記ステップＳ５およびステップＳ６での判定は、弁体４の氷結が発生してステップＳ４でのモータ温度上昇運転が開始された場合には、その偏差がステップＳ５において設定する許容値以下に低下するまで継続させるためのものである。
【００２８】
即ち、前記偏差が許容値を超えているが設定値を超えていない場合には、ステップＳ６での判定により、一旦設定値を超えた偏差がモータ温度上昇運転により設定値以下に低下された場合（Ｆ＝１）には、モータ温度上昇運転を継続させ、偏差がステップＳ５において設定する許容値以下に低下するまで継続させる。また、偏差が設定値を超えることなく許容値のみを超えた場合（Ｆ≠１）には、ステップＳ６からステップＳ８へ進んで、モータ温度上昇運転がされておらず且つ温度上昇中フラグも「Ｆ＝０」であり、そのまま今回の処理を終了させる。このように、モータ温度上昇運転の起動は設定値で判定し、停止は許容値で判定することにより、制御のハンチングを防止することができる。
【００２９】
図６に示す電制スロットルバルブ装置Ａの第２実施例においては、スロットルシャフト３が貫通している周辺の吸気通路２表面に熱伝統率の高いインサート部材６を露出させるようにしたものである。シャフト３周辺部位の吸気通路２表面と弁体４の縁とは、クリアランスを狭く設定して全閉時における空気通過量を減少させることが一般的であり、クリアランスが狭いことに起因して水の氷結による固着が発生しやすい部分である。このクリアランスが狭い領域において、インサート部材１６を露出させることにより、インサート部材１６により直接氷結部を暖めることにより、アイシングによる弁体４のロックをより一層解消させることができる。インサート部材１６は、アルミニウム合金等のダイキャスト成形により形状精度を高くすることができるため、前記クリアランスもより狭く形成でき、上記の氷結防止効果と弁体４による高精度な流量制御との両立を図ることができる。
【００３０】
図７に示す電制スロットルバルブ装置Ａの第３実施例においては、吸気通路２を取囲むハウジング本体１１の壁面中に配置する環状部分１４をスロットルシャフト３が貫通した部分の先端側で省略した「Ｃ」字状としたものである。このように、環状部分１４を吸気通路２の全周に設けることなく、半周強のみ設ける場合には、伝達された電動モータ５の熱を、比較的氷結が発生しやすいスロットルシャフト３周辺部位に、集中的に供給することができ、効率的に氷結による固着を解消させることができる。
【００３１】
なお、上記実施形態において、ハウジング１として、インサート部材１６をモールドした樹脂ハウジングを用いるものについて説明したが、図示はしないが、アルミニウム合金等のダイキャスト成形による金属ハウジングであっても、同様の効果を発揮させることができる。
【００３２】
また、上記実施形態において、リング体１４として、吸気通路２の内壁面に露出しないものについて説明したが、図示はしないが、吸気通路２の内壁面に露出するものであってもよい。
【００３３】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００３４】
（ア）ハウジング１の吸気通路２を構成する円筒孔を貫通させて回転可能に配置されたシャフト３の円筒孔内の露出部分に固定して円板状のス弁体４を備え、電動モータ５により前記シャフト３をその軸周りに回転させることで、前記弁体４により吸気通路２を開閉させて流量コントロールを行なう電制スロットルバルブ装置Ａにおいて、全閉状態の弁体４の周縁に臨む吸気通路２の環状内壁面および／または前記環状内壁面を取囲むハウジング１の壁面中に熱伝導率の高い材料で形成したリング体１４を配置すると共に、前記電動モータ５自体のケースおよび／または電動モータ５の収容孔１０形成部材１３を熱伝導率の高い材料で形成し、前記リング体１４とモータケースおよび／またはモータ収容孔形成部材１３とを熱伝導可能に接続（１５）して、電動モータ５で発生した熱により前記リング体１４の温度を調整するようにした。したがって、電動モータ５で発生させた熱により吸気通路２の表面を加熱・保温することにより、エンジンの冷間始動時においても、弁体４周りのハウジング１の内壁面を確実に氷結温度以上に保温することができ、エンジン冷却水を熱源として用いる場合に比較して、氷結解除が早い。
【００３５】
（イ）リング体１４は樹脂で形成した吸気通路２の壁面内に埋め込まれていることにより、熱伝導性の悪い樹脂をハウジング１の材質として用いても、電動モータ５で発生させた熱により吸気通路２の表面を加熱・保温することにより、弁体４周りのハウジング１の内壁面を確実に氷結温度以上に保温することができる。しかも、付着した水は接触角が小さく保たれることにより、通路２表面に強力に付着することが抑制されて容易に離脱させることができる。
【００３６】
（ウ）リング体１４、モータ収容孔形成部材１３および両者の接続部材１５は、金属により一体に成形され、樹脂で構成するハウジング１１にモールド成形により埋め込まれていることにより、インサート部材１６は樹脂製ハウジング１を補強し、低温から高温までの温度変化に対して吸気通路２の内径の変化を抑制して弁体４との隙間の変化を抑制し、吸気流量の制御精度を向上させることができる。
【００３７】
（エ）図６に示すように、リング体１４は、弁体４を支持するシャフト３が貫通する部位の周辺領域において、吸気通路２の表面に露出されていることにより、もっとも氷結が問題となる箇所に直接加熱・保温する金属材料を配置するので、氷結解除を早くすることができる。
【００３８】
（オ）図７に示すように、リング体１４は、弁体４を支持するシャフト３が貫通する部位の周辺を終端とする「Ｃ」字状に形成されていることにより、比較的氷結が発生しやすいスロットルシャフト３周辺部位に集中的に熱を供給することができる。
【００３９】
（カ）電動モータ５は、コントローラＥＣＵにより、弁体４の吸気通路２内面への氷結が検出された際には、印加される電流値が増加され、発熱を促進するよう駆動されることにより、弁体４の氷結を速やかに解除させることができる。
【００４０】
（キ）弁体４の吸気通路２内面への氷結状態の検出は、電動モータ５への開度指令値と弁体４の開度検出値との偏差と予め設定した偏差の設定値とを比較することにより判定することにより、温度センサ等を必要とすることなく、確実に弁体４の氷結を検出することができる。
【００４１】
（ク）発熱を促進する駆動は、弁体４を閉弁方向に駆動してストッパに当接させた全閉状態を継続させることで実行されることにより、弁体４を閉じる方向に制御するものであるため、より安全性を向上させる制御である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態を示す電制スロットルバルブ装置の断面図。
【図２】同じく図１のＡ−Ａ線による断面図。
【図３】電制スロットルバルブのエンジンへの適用状態を示す説明図。
【図４】電制スロットルバルブ装置のシステム構成図。
【図５】エンジン制御部で行われる電制スロットルバルブ装置の制御フローチャート。
【図６】電制スロットルバルブ装置の第２実施例の断面図。
【図７】電制スロットルバルブ装置の第３実施例の断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１  電制スロットルバルブ装置
２  吸気通路
３  スロットルシャフト
４  弁体
５  電動モータ
６  減速ギヤ
７  戻しスプリング゜
８  スロットル開度センサ
１０  モータ収容孔
１１  本体ハウジング
１２  カバー
１３  収容孔構成部分
１４  リング体、環状部分
１５  接続部分
１６  インサート部材
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図３】
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【図５】
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