(57)【要約】【課題】内燃機関側から異常圧力が加わっても損傷を防止できると共に、ギヤの傾きを抑制し、ギヤの異常摩耗を防止することが可能な内燃機関用渦流発生装置を提供する。【解決手段】可変吸気絞り弁４ａが固定された駆動軸４２と、該駆動軸とを駆動する駆動装置２との間に設けられて、可変吸気絞り弁を閉じる方向に付勢し、異常圧力発生時には、可変吸気絞り弁を全開方向に作動させるコイルスプリング３６が設けられており、該コイルスプリングの巻始めと巻終りを内径側に絞り込む形状にすることで、駆動軸に係合された入力用スパーギヤ３４ｃ（一体成形部材３４）の傾きを抑制する。【選択図】図４
2007297999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関への吸入空気通路を形成するハウジング（４１）と、
前記ハウジング（４１）内に回転自在に配設された駆動軸（４２）と、
前記駆動軸（４２）に固定され、前記吸入空気通路の一部（４１ｂ）を開閉することを可能にする可変吸気絞り弁（４ａ）と、
減速機構（２０ａ）を有し、この減速機構を介して前記駆動軸（４２）を駆動する駆動装置（２）と、
前記駆動軸（４２）と前記駆動装置（２）との間に設けられて、前記可変吸気絞り弁（４ａ）を閉じる方向に付勢し、異常圧力発生時には、前記可変吸気絞り弁を全開方向に作動させる付勢手段（３６）と、
を備えている内燃機関用渦流発生装置において、
前記付勢手段がコイルスプリング（３６）であり、前記コイルスプリング（３６）の巻始めと巻終りを内径側に絞り込む形状にすることによって、前記駆動軸（４２）に係合された入力用スパーギヤ（３４ｃ）の傾きを抑制することを特徴とする内燃機関用渦流発生装置。
【請求項２】
前記コイルスプリング（３６）の絞り込み形状が、徐々に絞り込まれていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用渦流発生装置。
【請求項３】
前記コイルスプリング（３６）の巻き始め端（３６ａ）と巻き終り端（３６ｂ）とが、前記コイルスプリング（３６）の中心軸線（Ｌ）を挟んで対極に位置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用渦流発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における吸入空気に渦流を発生させる内燃機関用渦流発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室内に混合気のスワール流やタンブル流などの渦流を発生させて燃焼効率の向上を図るために、吸気管のスロットルバルブの下流側に渦流発生装置を配置させることが行われている。このような渦流発生装置では、可変吸気絞り弁により吸入通路の一部を閉じ、片側通気状態を形成することで渦流を発生させるようにしており、片側通気状態を形成する可変吸気絞り弁の制御シャフト及び弁体には、制御シャフト回りに回転モーメントが発生し易い構造となっている。
【０００３】
一方、自動車用内燃機関においては、燃費改善のためリーンバーン燃焼やＥＧＲ制御の採用化が進んでおり、また運転条件に応じた使い分けによる燃焼適合が図られている。このため、例えば、可変吸気絞り弁とＥＧＲの作動タイミングに起因する燃焼の悪化が発生する場合や、運転条件によっては、バックファイヤ等の異常燃焼が発生する場合がある。このことから、回転モーメントを受け易い可変吸気絞り弁を備えた渦流発生装置においては、内燃機関側からの異常圧力により損傷されない構造が望まれている。
また、この異常圧力による衝撃荷重や、可変吸気絞り弁を開閉させるために印加する駆動トルクが加わった場合、渦流を良好に発生させることができる渦流発生装置が望まれている。
【０００４】
このため特許文献１に示される従来技術の内燃機関用渦流発生装置では、内燃機関への吸入空気通路の一部を開閉することを可能にする可変吸気絞り弁の駆動軸と、この駆動軸を駆動する駆動装置との間に圧力逃し手段を設けることで、内燃機関側より可変吸気絞り弁に衝撃荷重が加わっても、渦流発生装置の損傷を防止できるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４８４４９号公報
【０００６】
即ち、特許文献１では、バックファイヤ発生時の装置破損を防ぐ目的で、図３の入力用スパーギヤ部（駆動軸を駆動する駆動装置）３１と駆動軸（可変吸気絞り弁の駆動軸）４２とは固定されておらず、スプリング（圧力吸収手段）３６によって一体で動く構造にしている。これにより、第１のプレート３２、第２のプレート３３とスプリング３６を取り付ける係合部３２ｂ，３３ｂの位置によっては、一体成形部材３４の穴３４ｂと駆動軸４２のクリアランス分、円弧状の入力用スパーギヤ３４ｃが駆動軸４２に対して傾く現象が起きる。入力用スパーギヤ３４ｃが傾くことにより、アクチュエータの出力用スパーギヤ２７と入力用スパーギヤ３４ｃのかみ合い率が低下し、ギヤの異常摩耗が発生するという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、内燃機関側からバックファイヤ等の異常圧力が加わっても損傷を防止することができると共に、ギヤの異常摩耗を防止でき、かつギヤの変形及びスプリングの摩耗を抑制することができる内燃機関用渦流発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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内燃機関用渦流発生装置を提供する。
請求項１に記載の内燃機関用渦流発生装置は、可変吸気絞り弁４ａが固定された駆動軸４２とこの駆動軸４２を駆動する駆動装置２との間に設けられて、可変吸気絞り弁４ａを閉じる方向に付勢し、異常圧力発生時には、可変吸気絞り弁４ａを全開方向に作動させる付勢手段であるコイルスプリング３６の巻始めと巻終りを内径側に絞り込む形状にすることで、駆動軸４２に係合された入力用スパーギヤ３４ｃの傾きを抑制するものであり、これによって、入力用スパーギヤ３４ｃの傾きによって生じるギヤの異常摩耗を防止することができる。また、内燃機関側からの異常圧力が可変吸気絞り弁４ａに加わっても、渦流発生装置の損傷を防止できる。
【０００９】
請求項２の該渦流発生装置は、コイルスプリング３６の絞り込み形状を徐々に絞り込むようにしたものであり、これにより、比較的に広い範囲で入力用スパーギヤ３４ｃを径方向に付勢でき、入力用スパーギヤ３４ｃの傾きを抑えることができると共に、コイルスプリング３６と入力用スパーギヤ３４ｃとの接圧を低くし、ギヤの変形及びコイルスプリングとの摩耗を抑えることができる。
請求項３の該渦流発生装置は、コイルスプリング３６の巻き始め端３６ａと巻き終り端３６ｂとが、コイルスプリング３６の中心軸線Ｌを挟んで対極に位置しているものであり、これにより、入力用スパーギヤ３４ｃの傾きを抑制する力が最も有効に働く。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の内燃機関用渦流発生装置について説明する。図１は、内燃機関用吸気装置の一部で本発明の渦流発生装置１の概念を説明する構成図である。渦流発生装置１は、減速構造を備えた駆動装置２と、内燃機関側からの衝撃荷重を吸収する圧力吸収手段３と、片側通気状態を形成する可変吸気絞り弁４ａを備えた吸気管（以下、可変吸気絞り弁部と呼ぶ）４等を含んで構成されている。
【００１１】
可変吸気絞り弁部４は、吸入空気通路を形成し、内燃機関への吸入空気を導入するハウジング４１と、開口面積を調整する回動自在な可変吸気絞り弁４ａを備えている。ハウジング４１には、吸入空気を導入する空気通路４１ａと、途中に導入された吸入空気を空気通路４１ｂと４１ｃとに分ける隔壁４１ｄが設けられている。空気通路４１ｂは、可変吸気絞り弁４ａによって開口面積を調整されるようになっている。
【００１２】
可変吸気絞り弁４ａは、ハウジング４１内に回動可能に支持される駆動軸４２と、この駆動軸４２と共に回動して空気通路４１ｂを流れる吸入空気を調量する弁体４３とから構成されている。駆動軸４２は、圧力吸収手段３を介して、減速構造を備えた駆動装置２により回動される。図１は、可変吸気絞り弁４ａが全開の状態を示している。また、弁体４３の形状は、例えば、駆動軸４２を挟んで一方の側４３ａが半円形状で、他方の側４３ｂが駆動軸４２を長軸とする楕円形状をなしている。弁体４３は、駆動軸４２の回りに、回転モーメントを受け易い構造となっている。
【００１３】
渦流発生装置１は、車両への搭載状態において、吸入空気の上流側は、スロットルバルブ２００と気密に結合され、また吸入空気の下流側は、図示しない燃焼室を有する内燃機関（エンジン）３００と気密に連通している。なお、吸入空気の流れは矢印Ａで示され、矢印Ｂ及び矢印Ｃで示すように分かれて流れる。また、駆動装置２は、例えば、アクセルセンサ６１、回転数センサ６２等の信号によりコンピュータ６０で制御された駆動電流によって、弁体４３と共に回転する駆動軸４２を回動させる。これにより、弁体４３を図１中の二点鎖線で示す位置に回動させて空気通路４１ｂを全閉させることで、矢印Ｂだけの偏った空気の流れを形成し、片側通気状態の吸入空気を燃焼室に送り込むことによって、燃焼室内に混合気のスワール流やタンブル流を発生させる。
【００１４】
図２は、渦流発生装置１における駆動装置２を示す構成図である。駆動装置２は、駆動モータＭと、減速機構部２０と、ケーシング２１とを備えている。駆動モータＭはＤＣモータ等の正逆駆動が可能なモータである。ケーシング２１は、駆動モータＭと減速機構部２０を保持して、締結部材にて可変吸気絞り弁部４に固定されている。
【００１５】
減速機構部２０は、駆動モータＭからの動力を減速する減速機構２０ａと、減速機構２０ａを構成する複数のギヤ間に挟まれて配置される衝撃吸収部材２２から構成されている。
減速機構２０ａは、駆動モータＭの出力軸に固定されたウォームギヤ２５と、ウォームギヤ２５に噛み合うヘリカルギヤ２６と、ヘリカルギヤ２６と同軸上に配置された出力用スパーギヤ２７とを備えている。ヘリカルギヤ２６と出力用スパーギヤ２７との間には、両ギヤ２６，２７と一体となって回動可能な衝撃吸収部材２２が配置されている。ヘリカルギヤ２６と出力用スパーギヤ２７は、ウォームギヤ２５軸に垂直に配置されたシャフト２８に回転自在に支持されている。シャフト２８の一端は、減速機構２０ａを収容する円筒状内周壁を形成するハウジング２１に固定され、他端２８ｂは、ハウジング２１の一部をなす封止部材２１ｂに固定される。なお、ハウジング２１及び封止部材２１ｂは、樹脂材で形成され、例えば、超音波溶接等により一体に形成されている。
【００１６】
衝撃吸収部材２２は、略円筒形をなしていて、両ギア２６，２７に接する端部に配置されている。この衝撃吸収部材２２は、例えば圧延鋼板で形成される２枚のプレート間にゴム材よりなる弾性部材が挟持され、一体に成形されている。
この衝撃吸収部材２２は、駆動モータＭの出力軸に固定されているウォームギヤ２５と噛み合うヘリカルギヤ２６と一体に配置されている。トルクの伝達が衝撃的に作用してしまう場合、例えば全閉位置に弁体４３が固定される瞬間において、衝撃吸収部材２２の弾性部材が変形する捩り作用により、ウォームギヤに伝達される衝撃荷重を緩和させて、ウームギヤのねじ締め状態が発生することを防止する。
【００１７】
また、駆動装置２の動作中は、モータＭの回転トルクが衝撃吸収部材２２を捩り作用により撓ませているため、その反力によりギヤのバックラッシュを詰めた状態とすることができる。このため、駆動装置２の停止時に機能するウォームギヤ２５のセルフロック効果とともに、駆動装置２の動作、非動作に関係なく、可変吸気絞り弁４ａの弁体４３のバタツキを防止できる。
【００１８】
図３は、圧力吸収手段３の分解図である。例えば、バックファイヤ等の異常燃焼が発生した場合、エンジン側より可変吸気絞り弁４ａに、通常のエンジン運転条件で発生する吸入空気圧（例えば、過給気付エンジンでは、最大過給圧）以上の異常圧力が衝撃荷重として加わる場合がある。本発明の可変吸気絞り弁４ａの弁体４３のような回転モーメントを受け易い形状においては、特に異常圧力等が弁体４３に加わった場合には、渦流発生装置１の一部が損傷することなく、渦流を良好に発生させる必要がある。本発明の圧力吸収手段３は、異常燃焼等により発生した異常圧力によって、渦流発生装置１の各々の部材に加わる衝撃荷重を緩和するものである。圧力吸収手段３は、図３に示すように、可変吸気絞り弁４ａの駆動軸４２に備えられる入力用スパーギヤ部３１と、駆動軸４２に固定され、駆動軸４２と共に回動自在な第１のプレート３２とを付勢手段であるコイルスプリング３６によってつなぐことで、異常圧力が発生したとき、弁体４３に加わる異常圧力による衝撃荷重に抗して、コイルスプリング３６を撓ませることにより、入力用スパーギヤ部３１と嵌合した駆動装置２とを切り離すことができる。これにより、全閉状態で受ける異常荷重、すなわち異常圧力の衝撃荷重に応じて、駆動軸４２と一体の弁体４３を全閉状態から全開側へ回動させることができる。このため、全閉状態で受ける異常荷重は、異常圧力を吸収することで、緩和される。
【００１９】
圧力吸収手段３の構成を更に詳しく説明する。第１のプレート３２は、駆動軸４２に固定するための嵌合孔と、コイルスプリング３６の一端３６ａを係合させるための凹部３２ｂと、入力用スパーギヤ部３１に収容されたクッション３５と当接する突起３２ｃとを備えている。入力用スパーギヤ部３１は、コイルスプリング３６の一端３６ｂと係合する第２のプレート３３と、この第２のプレート３３と第１のプレート３２の突起３２ｃとに周方向に挟まれるクッション３５と、両プレート３２，３３に挟まれた入力用スパーギヤ３４ｃを備えた一体成形部３４とを備えている。この第２プレート３３は、駆動軸４２と摺動して回動可能な孔３３ａと、コイルスプリング３６の一端３６ｂを係合させるための凹部３３ｂと、クッション３５と当接する突起３３ｃとを備えている。クッション３５は、例えばゴム材により形成され、略円弧状の形状で、径方向には案内部３４ｄに係合できるよう突起を有する。また、一体成形部材３４は、第２プレート３３の突起３３ｃと係合可能で、第２のプレート３３を駆動軸４２回りに全開方向に回転可能な周方向溝３４ａと、駆動軸４２と摺動して回動可能な孔３４ｂと、嵌合する出力用スパーギヤ２７と噛み合い得る範囲に設定された円弧状の入力用スパーギヤ３４ｃとクッション３５を周方向に移動することを規制する案内部３４ｄを備えている。なお、第１のプレート３２と入力用スパーギヤ部３１及びコイルスプリング３６とが、コイルスプリング３６の撓みに応じて、互いに回動し得る配置を維持できるように、駆動軸４２の軸端４２ａにはワッシャ３７を介して、例えば、カシメ加工により軸方向係止部を設けてある。
【００２０】
したがって、異常圧力に抗してコイルスプリング３６が撓んで、入力用スパーギヤ部３１と嵌合した駆動装置２とを切り離しでき、弁体４３は、エンジン側からの異常圧力の衝撃荷重に応じて、全閉状態から全開側へ回動することができる。しかも、可変吸気絞り弁４ａが全開時及び全閉時のような駆動装置２と駆動軸４２とが一体に回動可能な状態で、弁体４３にエンジン振動や吸入空気の流れが加わっても、駆動装置２の減速機構部２０を損傷させないようにクッション３５を設けている。更に異常圧力が発生した場合においては、例えば全閉状態から圧力吸収状態になり、異常圧力を吸収した後、再び全閉状態に戻る時、コイルスプリング３６の付勢力により衝撃荷重が発生しても、駆動軸４２に固定された第１プレート３２の突起３２ｃは、クッション３５を介して、第２プレート３３の突起３３ｃを押圧するので、クッション３５が付勢力による衝撃荷重を衝撃吸収できる。
【００２１】
次に、本実施形態の特徴であるコイルスプリング３６の形状について説明する。コイルスプリング３６は、図５（ａ）に示すように入力用スパーギヤ３４ｃと一体に成形された円筒状の一体成形部３４の外周を、巻始めから巻終りまでの一定の曲率でコイル状に巻かれていて、コイルスプリング３６の内側と一体成形部３４の外周面との間に所定の隙間ｇが形成されている。そのため、先に従来技術で説明したように入力用スパーギヤ３４ｃ（一体成形部３４）が駆動軸４２に対して傾く現象が起きても、コイルスプリング３６には、図５（ｂ）に示すように一体成形部材３４の傾きを抑制する力が働かない。このため、従来では入力用スパーギヤ３４ｃの傾きにより、出力用スパーギヤ２７と入力用スパーギヤ３４ｃの噛み合い率が低下し、ギアの異常摩耗が発生する。
【００２２】
そのため、本実施形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すようにコイルスプリング３６の巻始めと巻終りを内径側に絞り込む形状にすることで、一体成形部材３４（入力用スパーギヤ３４ｃ）を径方向に付勢することで、一体成形部材３４の傾きを抑えるようにしている。この場合、コイルスプリング３６の巻始めの近辺及び巻終り近辺から急激に内径側に絞り込んでもよいし、又は、図４（ａ）に示されるように、コイルスプリング３６の内側が、一体成形部材３４の外周面に略２００度の範囲内で接するように、巻き始めと巻き終りを徐々に内径側に絞り込むようにしてもよい。徐々に絞り込んだ場合は、広い範囲（略２００度）でギヤ（一体成形部材）を径方向に付勢でき、ギヤの傾きをより安定にして抑えることができる。またコイルスプリング３６と一体成形部材３４との接圧を低くし、ギヤの変形とコイルスプリングの摩耗を抑えることができる。また、コイルスプリング３６の巻始め端３６ａと巻終り端３６ｂとが、コイルスプリング３６の中心軸線Ｌを挟んで対極に位置するようにすると、径方向への付勢力を有効に働かせることができる。
【００２３】
上記構成による本発明の渦流発生装置１の動作について説明する。
（１）渦流を発生させていない状態
駆動装置２へ電流を供給していない時、全開状態にある弁体４３は、吸入空気通路４１ａの軸方向に対して傾斜して保持されることで、弁体４３には、吸入空気の流れの力が働くので、エンジン振動や吸気の脈動に起因する弁体４３のバタツキを防止できる。このため、燃焼室に渦流を発生させる必要のない運転条件では、渦流発生装置１を流れる吸入空気の流れを乱すことなく、燃焼室へ吸入空気を供給できる。なお、駆動装置２に電流を供給して、弁体４３を全開状態に保持してもよい。
【００２４】
（２）渦流を発生させる状態
空気通路４１ｂを全閉状態にして、空気通路４１ｃだけで片側通気状態を形成して渦流を発生させるため、駆動装置２へ電流を供給して、この駆動装置２のモータＭのトルクによって、弁体４３を全閉側方向に回動させる。そして全閉側に到達すると、モータＭのトルクにより、弁体４３をハウジング４１周壁内に設けた周方向突起４１ｓに当接するように押圧する。この当接する瞬間に、モータＭのトルクにより弁体４３に衝撃荷重が加わる。このとき、減速機構部２０に組み込まれている衝撃吸収部材２２は、モータＭのトルクに抗して、弾性部材の撓みによる捩り作用によって、衝撃荷重を吸収して緩和する。このため、衝撃的なトルクの伝達を緩和できるので、減速機構部２０に内蔵されたウォームギヤ２５のねじ締め状態が発生することを防止できる。したがって、駆動装置２へ電流を供給中、駆動装置２がねじ締め状態となり損傷することなく、渦流発生装置１を作動させることができる。
【００２５】
なお、駆動装置２の動作中は、モータＭのトルクが衝撃吸収部材２２を捩り作用により撓ませているため、その反力によりギヤのバックラシュを詰めた状態とすることができる。このため、駆動装置２の停止時に機能するウォームギヤ２５のセルフロック効果とともに、駆動装置２の動作、非動作に関係なく、可変吸気絞り弁４ａの弁体４３のバタツキを防止できる。
【００２６】
（３）異常圧力発生時
エンジンの異常燃焼等により渦流発生装置１に異常圧力が発生したときは、圧力吸収手段３が作動して、弁体４３が受ける異常圧力による衝撃荷重と、コイルスプリング３６の付勢力との釣り合い状態の位置に、弁体４３を全開側へ回動させる。これにより、可変吸気絞り弁４ａを損傷させることなく、また減速機構部２０のねじ締め状態の発生を防止するので、異常圧力発生後も、発生前の作動特性と変わりなく、当初設計狙い通りの渦流発生を維持できる。
なお、圧力吸収手段３は、異常圧力の発生状態が解消されるとコイルスプリング３６により弁体４３を発生前の位置に押し戻す。このため圧力吸収手段３は、付勢力により発生する衝撃荷重を吸収するために、クッション３５を備えていることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の渦流発生装置の概念を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態の渦流発生装置における駆動装置を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の渦流発生装置における圧力吸収手段の分解図である。
【図４】本発明の実施の形態の渦流発生装置におけるコイルスプリングの形状を示す、（ａ）平面図と（ｂ）側面図である。
【図５】従来の渦流発生装置におけるコイルスプリングの形状を示す、（ａ）平面図と（ｂ）側面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    渦流発生装置
２    駆動装置
３    圧力吸収手段
４    可変吸気絞り弁部（可変吸気絞り弁を備えた吸気管）
４ａ    可変吸気絞り弁
２０    減速機構部
２２    衝撃吸収部材
２５    ウォームギヤ
２６    ヘリカルギヤ
２７    出力用スパーギヤ
３１    入力用スパーギヤ部
３２    第１プレート
３３    第２プレート
３４    一体成形部材（入力用スパーギヤを備えた一体成形部）
３４ｃ    入力用スパーギヤ
３５    クッション
３６    コイルスプリング（付勢手段）
３６ａ    巻始め端（一端）
３６ｂ    巻終り端（一端）
４１    ハウジング
４１ａ    吸入空気導入通路
４２    駆動軸
４３    弁体
【図１】
2007297999.tif 000003
【図２】
2007297999.tif 000004
【図３】
2007297999.tif 000005
【図４】
2007297999.tif 000006
【図５】
2007297999.tif 000007