(57)【要約】【課題】吸気管内の圧力変動に対して並びに高温時、低温時に破損をしない、信頼性の高い吸気流制御バルブ装置を提供する。【解決手段】整列された複数の開口部２３と、開口部の隔壁１２ｂを整列方向に貫通する隔壁貫通孔１２ａと、を有するインテークマニホールド１２と、開口部内に配置された金属製の吸気流制御バルブ６２と、を有する吸気流制御バルブ装置（５０）であって、吸気流制御バルブの回動中心部６２ａに固定され、多角形の孔６３ａまたは溝部３６３ａを有する樹脂製の被摺動部材６３，１６３，２６３，３６３と、被摺動部材の孔または溝部および隔壁貫通孔に挿入して複数のバルブを整列状に連結する多角形断面を有する一つの金属製バルブシャフト６４と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整列された複数の開口部（２３）と、該開口部の隔壁（１２ｂ）を整列方向に貫通する隔壁貫通孔（１２ａ）と、を有するインテークマニホールド（１２）と、
前記開口部内に配置された金属製の吸気流制御バルブ（６２）と、を有する吸気流制御バルブ装置（５０）であって、
前記吸気流制御バルブの回動中心部（６２ａ）に固定され、多角形の孔（６３ａ）または溝部（３６３ａ）を有する樹脂製の被摺動部材（６３，１６３，２６３，３６３）と、
前記被摺動部材の前記孔または溝部および前記隔壁貫通孔に挿入して複数の前記バルブを整列状に連結する多角形断面を有する一つの金属製バルブシャフト（６４）と、を有することを特徴とする吸気流制御バルブ装置（５０）。
【請求項２】
前記インテークマニホールドの前記開口部内には、前記吸気流制御バルブを囲繞する樹脂製のハウジング（６１）が固定されることを特徴とする、請求項１に記載の吸気流制御バルブ装置。
【請求項３】
吸気流制御バルブ用ベアリング部材（６５）を有し、該ベアリング部材が前記被摺動部材（６３）と一体化されている（１６３）ことを特徴とする、請求項１または２に記載の吸気流制御バルブ装置。
【請求項４】
吸気流制御バルブ用ベアリング部材（３６３）を有し、
前記吸気流制御バルブは、回動中心部（７２ａ）の側面に窓部（７２ｂ）が配設され、
前記被摺動部材の長さは、前記窓部の長さ以下であり、
前記ベアリング部材の一部が前記被摺動部材の一部（３６３ｂ）をカバーしていることを特徴とする、請求項１または２に記載の吸気流制御バルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの吸気管に配置され、燃焼室内に形成される気流（タンブル流）を制御するための吸気流制御バルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特許文献１および２に示すように、タンブル流を制御して燃焼を改善するための吸気流制御バルブ装置が提案され、一部のエンジンにおいて実用化されている。図１０に、吸気流制御バルブ（バタフライ）２２を装着したエンジン９０の断面図を示す。９１はピストン、９２は吸気弁、１２はインテークマニホールド（吸気管）、９４は燃焼室、９５は燃料噴射弁である。Ｔはタンブル流を示す。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９３７７５号公報
【特許文献２】独国特許公開ＤＥ１９５０４２５６Ａ１号公報
【０００４】
図１１に、４気筒エンジン用の従来の吸気流制御バルブ装置の一例を示す。これは、特願２００５−２２８２７８号の明細書にも記載されており、極めてシンプルな構造となっている。吸気流制御バルブ装置１０は、図１１に示すようにインテークマニホールド１２、バルブユニット２０およびバルブシャフト１４を備えている。インテークマニホールド１２は樹脂製であり、四つの吸気通路２３が隔壁１２ｂにより形成されている。また、バルブシャフト１４は金属製である。
【０００５】
バルブユニット２０は、ハウジング２１および弁部材としてのバタフライ（吸気流制御バルブ）２２を有している。樹脂製のバタフライ２２は、ハウジング２１の内部においてバルブシャフト１４とともに回動可能であり、吸気通路２３を開閉する。図９に従来例の吸気流制御バルブの断面図を示す。図９に示すように、バタフライ２２は、バルブシャフト１４が貫通する断面が長方形の孔２５を有したボス部（回動中心部）２４を有している。また、ボス部２４は、ハウジング２１の支持孔２６（図８参照）に回動自在に支持されている。なお、本明細書において、「長方形」は正方形を含むものとする。
【０００６】
図１１に示すように、バルブシャフト１４は、断面が長方形であり、インテークマニホールド１２の全ての隔壁貫通孔１２ａと、全てのバタフライ２２のボス部２４の長方形孔２５と、を、摺動自在に貫いている。これにより、バルブシャフト１４の回動にともなって、バタフライ２２は同期して回動する。
【０００７】
また、バルブシャフト１４の長方形断面と、バタフライ２２のボス部２４の長方形孔２５との間には、わずかな隙間がある。この隙間の存在とバタフライ２２が樹脂製であることとが相まって、バタフライ２２に対して金属製バルブシャフト１４がスムースに摺動することが可能となる。ちなみに、樹脂は、柔軟性があり、相手側の金属と干渉しても金属を損傷しにくい性質を持つ。
【０００８】
この摺動が必要であることは、次のような理由による。すなわち、インテークマニホールド１２は樹脂製であり、バルブシャフト１４は強度を確保するために金属製であるため、線膨張係数が異なる。このため、高温時や低温時に両者の線膨張差が発生する。このとき、バタフライ２２に対して金属製バルブシャフト１４が固定されている場合（摺動不能時）には、バタフライ２２の側面がハウジング２１の側壁と干渉して、両者が損傷する、いわゆる「かじり」が生じることとなる。この「かじり」を防止する目的で、バタフライ２２に対して金属製バルブシャフト１４がスムースに摺動することが要求されている。
【０００９】
一方、バタフライ２２は、吸気脈動やバックファイヤなどによる圧力変動を受けることがある。この時、バタフライ２２が樹脂製であると、強度が足りないため破損する可能性が生じる。このため、米国では、バタフライ弁が破損しない設計とするか、破損してもその破損を検出可能にすることを法律で義務づけることが予定されている。
【００１０】
この対策として、バタフライ２２を強度上余裕のあるアルミニウム等の金属製にすることが考えられる。しかし、単にバタフライ２２を金属にしても、相手側のバルブシャフト１４が金属であるため、特に圧力変動を受けた時などに、その回動中心部の長方形孔がバルブシャフト１４の断面が長方形の外周面と干渉し（こすり）、バルブシャフト１４の摺動を阻害する恐れがある。さらには、金属同士のこの「こすり」により各外表面が傷つく恐れもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気管内の圧力変動に対して並びに高温時、低温時に破損をしない、信頼性の高い吸気流制御バルブ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の吸気流制御バルブ装置を提供する。
請求項１に記載の発明によれば、吸気流制御バルブ装置は、吸気流制御バルブの回動中心部に固定され、多角形の孔または溝部を有する樹脂製の被摺動部材と、被摺動部材の孔または溝部および隔壁貫通孔に挿入して複数のバルブを整列して連結する多角形断面を有する金属製の一つのバルブシャフトと、を有することを特徴とする。これにより、樹脂製の被摺動部材が介在しているため、摺動部材でもある金属製のバルブシャフトは、同じく金属製の吸気流制御バルブの孔と直接接触して摺動することは無い。すなわち、金属製のバルブシャフトは、樹脂製の被摺動部材と接触して摺動する。樹脂は、柔軟性があり、相手側の金属と干渉しても金属を損傷しにくい性質を持つので、金属製のバルブシャフトに「かじり」を発生させることが無い。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、吸気流制御バルブ装置は、インテークマニホールドの開口部内には、吸気流制御バルブを囲繞する樹脂製のハウジングが固定されることを特徴とする。個別の樹脂製のハウジングは、その大きさがインテークマニホールドよりも小さいため、精度良く製造が可能となる。このため、ハウジングを備えない装置と比較して、吸気流制御バルブとの間のシール隙間に関する製品バラツキを低減することが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、吸気流制御バルブ装置は、吸気流制御バルブ用ベアリング部材を有し、該ベアリング部材が被摺動部材と一体化されていることを特徴とする。ベアリング部材が被摺動部材と一体化されているため、部品点数や組付け工数が低減されコストが低減される。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、吸気流制御バルブ装置は、吸気流制御バルブ用ベアリング部材を有し、吸気流制御バルブは、回動中心部の側面に窓部が配設され、被摺動部材は、窓部の長さ以下であり、ベアリング部材の一部が前記被摺動部材の一部をカバーしていることを特徴とする。被摺動部材の交換が容易に可能となり、また、この構成により運転中に被摺動部材が外れなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
本発明に係る吸気流制御バルブ装置５０は、エンジンの燃焼室の入口側に設置される。これにより、図示しないエアクリーナおよびサージタンクを通過した空気は、吸気流制御バルブ装置５０を経由してエンジンの燃焼室に流入する。吸気流制御バルブ装置５０は、燃焼室に流入する吸気の流れ方向、すなわちタンブル流Ｔの方向を制御する。
【００１８】
図６、７に本発明に係る吸気流制御バルブ装置を示す。本発明に係る吸気流制御バルブ装置５０は、図６に示すようにインテークマニホールド１２、バルブユニット６０およびバルブシャフト６４を備えている。インテークマニホールド１２は、樹脂により製作され、図７に示すように四つの収容室１６を形成している。この場合、バルブ装置５０は４気筒のエンジンに適用される。そのため、インテークマニホールド１２は、四つの吸気通路２３に対応する四つの収容室１６を整列状に有している。インテークマニホールド１２の収容室１６は、サージタンクとエンジンの燃焼室とを接続する吸気通路２３の一部を構成している。また、バルブシャフト６４は金属製である。
【００１９】
図７に示すように、バルブユニット６０は、インテークマニホールド１２の各収容室１６にそれぞれ収容されている。バルブユニット６０は、図８に示すように樹脂製ハウジング６１および弁部材としてのバタフライ６２および金属製薄肉ベアリング２９を有している。金属製ベアリング２９は、ハウジング６１に固定されている。ハウジング６１は、枠状に形成され、内部に吸気通路２３を形成している。そして、インテークマニホールド１２の収容室１６は略長方体となっている。そのため、ハウジング６１は、通路２３が収容室１６に対応する略長方体に形成されている。すなわち、ハウジング６１は、断面が略長方形の四角枠状に形成されている。ハウジング６１が形成する通路２３は、サージタンクからエンジンの燃焼室へ流入する吸気が流れる。そのため、通路２３は、吸気通路を構成している。ハウジング６１は、インテークマニホールド１２の収容室１６よりもやや小さく形成されている。
【００２０】
ハウジング６１の内側にはバタフライ（吸気流制御バルブ）６２が配置される。バタフライ６２は、ハウジング６１の内部においてバルブシャフト６４とともに回動可能である。バタフライ６２は、バルブシャフト６４とともに回動することにより、ハウジング６１が形成する通路２３を開閉する。後述するように、バタフライ６２は、バルブシャフト６４が貫通する断面が長方形の孔を有した被摺動部材を有している。バルブシャフト１４は、断面が長方形であり、インテークマニホールド１２の全ての隔壁貫通孔１２ａと、全てのバタフライ２２のボス部２４の長方形孔２５と、を、摺動自在に貫いている。これにより、バルブシャフト１４は、複数の前記バルブを整列状に連結し、バルブシャフト１４の回動にともなって、バタフライ２２は同期して回動する。
【００２１】
図７に、インテークマニホールド１２とバルブユニット６０とバルブシャフト６４の組立方法が示されている。まず、インテークマニホールド１２の四つの収容室１６に各バルブユニット６０を組付ける。その後、バルブシャフト６４を、インテークマニホールド１２の最も外側に位置する隔壁貫通孔１２ａから挿入する。これにより、全てのバタフライ６２を整列して連結させることとなる。
【００２２】
（第１実施形態）
図１に、本発明に係る第１実施形態の吸気流制御バルブを示す。図１（ａ）は吸気流制御バルブ（バタフライ）の正面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。
バタフライ６２は、複数のリブ６２ｃを備えた剛性の高い構造をしており、アルミニウムから製作されている。吸気の圧力変動やバックファイヤによる破損を防止するためである。そして、バタフライ６２は、ボス部（回動中心部）６２ａを有している。ボス部６２ａは、断面が略長方形の貫通孔６２ｂを有している。略長方形の孔６２ｂには、それより小さい長方形の孔６３ａを有する四角枠状の樹脂製被摺動部材６３が圧入されている。被摺動部材６３に用いられる樹脂は、例えばナイロンである。長方形の孔６３ａの内部には、バルブシャフト６４が貫通して挿入されている。そして、バルブシャフト６４の断面も略長方形である。
【００２３】
また、ボス部６２ａの両端には、樹脂製ベアリング部材６５がそれぞれ固定されている。このベアリング部材６５を介して、バタフライ６２は、ハウジング２１の支持孔２６（図８参照）に固定された金属製ベアリング２９により回動自在に支持されている。金属製ベアリング２９をハウジング２１に配置している理由は、金属は耐磨耗性と強度の点で優れていることによる。バタフライ６２に固定された樹脂製ベアリング部材６５を無くして、金属製のボス部６２ａの端部を直接、金属製ベアリング２９に対して支持させることも考えられる。しかし金属同士の接触回動は、「かじり」の恐れがあるため、好ましいものではない。
【００２４】
図６および図７に示すように、バルブシャフト６４は、インテークマニホールド１２の全ての隔壁貫通孔１２ａを貫いていると同時に、全てのバタフライ６２のボス部６２ａに固定された被摺動部材６３の長方形断面孔６３ａを貫いている。これにより、バルブシャフト６４の回動にともなって、各バルブユニット６０のバタフライ６２は同期して回動する。
【００２５】
また、バルブシャフト６４の長方形断面と、被摺動部材６３の長方形孔６３ａとの間には、わずかな隙間Ｓがある。この隙間の存在と被摺動部材６３が樹脂製であることとが相まって、バタフライ６２に対して金属製バルブシャフト６４がスムースに摺動することが可能となる。ちなみに、樹脂は、柔軟性があり、相手側の金属と干渉しても金属を損傷しにくい性質を持つ。
【００２６】
一方、バタフライ６２に対するバルブシャフト６４の摺動抵抗Ｒは、大きすぎても小さすぎても良くない。摺動抵抗Ｒが大きすぎると、前述したように、高温時または低温時に、インテークマニホールド１２とバルブシャフト６４の材質相違による熱膨張差によるハウジング６１とバタフライ６２との「かじり」が発生する。また摺動抵抗Ｒが小さすぎると、エンジンの振動によりバルブシャフト６４が軸方向に振動して、バタフライ６２の被摺動部材６３の長方形孔の内面を損傷させたり、バルブシャフト６４のスラスト軸受（図示せず）を損傷させたりする。
【００２７】
すなわち、摺動抵抗Ｒは、適切な範囲に設定する必要がある。これは、隙間Ｓと被摺動部材６３の長さＬを適切に選択することにより可能となる。
【００２８】
（第２実施形態）
図２に、本発明に係る第２実施形態を示す。図２（ａ）は、概略的に言うと、図１（ａ）のＸ部位を拡大して、第２実施形態を説明する図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）をＺ方向から視た図である。なお、バルブシャフト６４は、図２においては図示せず、簡略化して説明するため、ボス部６２ａと、第２実施形態に係る被摺動部材およびベアリング部材の一体化物のみを図示している。第２実施形態においては、第１実施形態に係る樹脂製被摺動部材と樹脂製ベアリング部材とが一体化され、部材１６３となっている。すなわち、部材１６３の被摺動部材機能部は１６３ａであり、ベアリング部材機能部は１６３ｂである。二つの部材が一つとなっているため、コスト低減が図れる。
【００２９】
（第３実施形態）
図３に、本発明に係る第３実施形態を示す。図３は、概略的に言うと、図２と同様に、図１（ａ）のＸ部位を拡大して、第３実施形態を説明する図である。第２実施形態と同様に、第１実施形態に係る被摺動部材とベアリング部材が一体化され、部材２６３となっている。すなわち、部材２６３の被摺動部材機能部は２６３ａであり、ベアリング部材機能部は２６３ｂである。第３実施形態における第２実施形態との相違点は、バタフライ６２をインサート成型して、バタフライ６２と部材２６３を一体化していること（一体成型）である。すなわち、分解は不能である。さらに、部材２６３は、部材２６３のバタフライ６２からの抜け止め機能部２６３ｃを備えることが好ましい。
【００３０】
（第４実施形態）
図４に、本発明に係る第４実施形態を示す。図４（ａ）は吸気流制御バルブ（バタフライ）の正面図であり、図４（ｂ）はそのＹＹ断面図であり被摺動部材を組付ける前の状態を示している。図４（ｃ）は、被摺動部材を組付けた状態を示している。７２はバタフライ、７２ａはバタフライ７２のボス部、７２ｂはボス部７２ａに形成された窓部（窓部）、３６３は被摺動部材、３６３ａは被摺動部材３６３に形成された溝部である。
【００３１】
第４実施形態のバタフライに関する各構成部品の組立方法について説明する。バタフライ７２のボス部７２ａには細長い窓部（開口部）７２ｂが開いている。まず、バルブシャフト６４を、ボス部孔７２ｃ内に設置する。この状態で、図４（ｂ）に示すように、被摺動部材３６３を、窓部７２ｂ側から左方向へ移動する。そうすると、図４（ｃ）被摺動部材３６３の溝部３６３ａが長方形断面を有するバルブシャフト６４の外面に係合して装着される。なお、被摺動部材３６３の長さは、窓部の長さ以下である。
【００３２】
その後、ボス部７２ａの端部７２ｄの両側から、それぞれベアリング部材６５を端部７２ｄに挿入する。これにより、被摺動部材３６３の端部３６３ｂは、ベアリング部材６５によりカバーされることとなる。こうして、被摺動部材３６３がボス部７２ａの外側へ外れることが、防止される。
【００３３】
なお、第４実施形態の変形例として、図５に示すような形態がある。図５（ａ）は、バタフライ７２のＹＹ断面であり、被摺動部材が組付けられる前の状態を示し、図５（ｂ）は、被摺動部材が組付けられた状態を示す。第４実施形態では、バタフライ７２のボス部７２ａに、細長い窓部（開口部）７２ｂが２箇所対称的に開いている。言い換えれば、窓部７２ｂは貫通している。樹脂製の被摺動部材４６３も二つ備えられ、それぞれが両側の窓部７２ｂからバルブシャフト６４に向かって挿入されて組み合わされる。後は、第４実施形態と同じである。
【００３４】
また、本明細書においては、吸気流制御バルブに関して論述しているが、本発明に係る構成をエンジン用スロットルバルブに利用することは勿論可能である。さらに「長方形」に替えて「多角形」とした変形例も、本願発明の思想の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る第１実施形態の吸気流制御バルブである。
【図２】本発明に係る第２実施形態の吸気流制御バルブである。
【図３】本発明に係る第３実施形態の吸気流制御バルブである。
【図４】本発明に係る第４実施形態の吸気流制御バルブである。
【図５】本発明に係る第４実施形態の変形例の吸気流制御バルブである。
【図６】本発明に係る吸気流制御バルブ装置である。
【図７】本発明に係る吸気流制御バルブ装置である。
【図８】本発明に係る吸気流制御バルブユニットである。
【図９】従来例の吸気流制御バルブの断面図である。
【図１０】吸気流制御バルブを備えたエンジンの断面図である。
【図１１】従来例の吸気流制御バルブ装置である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    従来例の吸気流制御バルブ装置
５０    本発明に係る吸気流制御バルブ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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