(57)【要約】【課題】アイシングによるバルブ固着が発生した場合でも、正常にエンジンを始動させる。【解決手段】スロットルバルブユニット１は、軸中心Ａｘ回りの回動に伴って燃焼室１３０への吸気通路６１を開閉可能なスロットルバルブ２と、当該スロットルバルブ２を回動させる駆動モータ３とを備える。スロットルバルブ２は、吸気通路６１断面のうちの内周部分を開閉可能な第一バルブ２１と、吸気通路６１断面のうちの外周部分を開閉可能な第二バルブ２２とから構成される。第一バルブ２１は、駆動モータ３に連結されており、第二バルブ２２は、常態で第一バルブ２１と一体的に回動するように第二トーションスプリング４２に付勢されている。【選択図】図２
2017040183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動軸回りの回動に伴って燃焼室への吸気通路を開閉可能なスロットルバルブと、当該スロットルバルブを回動させる駆動手段とを備える内燃機関の吸気量制御装置であって、
前記スロットルバルブは、
前記吸気通路断面のうち下端部を除く部分を開閉可能な第一バルブと、
前記吸気通路断面のうち下端部を含む他の部分を開閉可能な第二バルブと、
から構成され、
前記第一バルブが、前記駆動手段に連結され、
前記第二バルブが、常態で前記第一バルブと一体的に回動するように付勢部材に付勢されていることを特徴とする内燃機関の吸気量制御装置。
【請求項２】
前記第一バルブは、前記吸気通路断面のうちの内周部分を開閉可能に構成され、
前記第二バルブは、前記吸気通路断面のうち前記内周部分よりも外周側の部分を開閉可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気量制御装置。
【請求項３】
前記付勢部材は、前記駆動手段から前記第一バルブまでの駆動力伝達部と、前記第二バルブの回動軸とに両端が固定されたトーションスプリングであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気量制御装置。
【請求項４】
前記吸気通路が略水平に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気量制御装置に関し、特に、アイシングによるバルブ固着時のエンジン始動に有用な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用などのレシプロ式の内燃機関（エンジン）においては、燃焼室への吸気量を制御する吸気量制御装置が用いられる。
一般に、この種の吸気量制御装置では、吸気マニホールド上流に設けられたスロットルバルブの開度を調整することにより、その後流の燃焼室への吸気量を制御できるようになっている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−８８５４０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７５９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の吸気量制御装置においては、スロットルバルブが氷で固着する現象（アイシング）が発生する場合がある。特に、ブローバイガスを吸気マニホールド内のスロットルバルブ近傍に還流させるものや、スロットルバルブで閉塞される吸気通路が略水平に設けられたエンジンでは、このアイシングが発生しやすい。
【０００５】
図５は、アイシングの発生状況を説明するための図である。
この図に示すように、外気が氷点下の場合には、エンジン運転中にブローバイガス中の水分が冷やされて凍結し、吸気マニホールド内壁に氷が付着する。付着した氷はエンジン停止後にデットソーク熱により液化して、図中に破線で示すように吸気マニホールドやスロットルボディの内壁を伝い、近傍にあるスロットルバルブの下端部に溜まる。そして、この水が氷点下の雰囲気下で再氷結し、スロットルバルブの固着が発生する。スロットルバルブが固着してしまうと、燃焼室への吸気が行えず、エンジンを正常に始動させることができない。
なお、エンジンの冷却水を通水することでスロットルバルブを保温する構造のものもあるが、エンジン停止後は冷却水自体が雰囲気温度で冷えてしまうため、アイシングによるスロットルバルブの固着には効果が無い。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、アイシングによるバルブ固着が発生した場合であっても、正常にエンジンを始動させることができる内燃機関の吸気量制御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】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回動軸回りの回動に伴って燃焼室への吸気通路を開閉可能なスロットルバルブと、当該スロットルバルブを回動させる駆動手段とを備える内燃機関の吸気量制御装置であって、
前記スロットルバルブは、
前記吸気通路断面のうち下端部を除く部分を開閉可能な第一バルブと、
前記吸気通路断面のうち下端部を含む他の部分を開閉可能な第二バルブと、
から構成され、
前記第一バルブが、前記駆動手段に連結され、
前記第二バルブが、常態で前記第一バルブと一体的に回動するように付勢部材に付勢されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸気量制御装置において、
前記第一バルブは、前記吸気通路断面のうちの内周部分を開閉可能に構成され、
前記第二バルブは、前記吸気通路断面のうち前記内周部分よりも外周側の部分を開閉可能に構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の吸気量制御装置において、
前記付勢部材は、前記駆動手段から前記第一バルブまでの駆動力伝達部と、前記第二バルブの回動軸とに両端が固定されたトーションスプリングであることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気量制御装置において、
前記吸気通路が略水平に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、バルブ固着が発生していない通常時には、駆動手段からの駆動力が第一バルブに加わるとともに、この第一バルブと一体的に回動するように第二バルブが付勢部材に付勢されることにより、これら第一バルブと第二バルブとが一体で開閉動作を行い、吸気通路が開放される。
また、アイシングによるバルブ固着の発生時には、吸気通路断面のうち下端部を含む部分を開閉する第二バルブは氷で固着し得るものの、下端部を除く他の部分を開閉する第一バルブは駆動手段によって通常時と同様に回動され、吸気通路が開放される。
したがって、通常時は勿論のこと、アイシングによるバルブ固着が発生した場合であっても、正常に燃焼室への吸気を行ってエンジンを始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態におけるエンジンの吸気系統の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態におけるスロットルバルブユニットの構成を模式的に示す図である。
【図３】実施形態におけるスロットルバルブの開閉動作を説明するための図である。
【図４】実施形態の変形例におけるスロットルバルブユニットの構成を模式的に示す図である。
【図５】従来のスロットルバルブにおけるアイシングの発生状況を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る内燃機関の吸気量制御装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態におけるエンジン（内燃機関）１００の吸気系統の概略構成を示すブロック図であり、図２は、エンジン１００が備えるスロットルバルブユニット１の構成を模式的に示す図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態におけるエンジン１００の吸気系統では、エアクリーナー１１１を備えるエアダクト１１０から吸気マニホールド１２０を経て燃焼室１３０に至る吸気流路Ｐが構成されている。吸気マニホールド１２０には、図示しないクランクケースからのブローバイガスを導入するためのガス導入口１２１が設けられている。
この吸気流路Ｐの構成部品のうち、エアダクト１１０と吸気マニホールド１２０との間には、スロットルバルブ２を備えるスロットルバルブユニット１が設けられている。
【００１６】
スロットルバルブユニット１は、本発明に係る内燃機関の吸気量制御装置であり、スロットルバルブ２の開度を調整することによって、燃焼室１３０への吸気量を制御するためのバルブユニットである。
具体的には、図２に示すように、スロットルバルブユニット１は、スロットルバルブ２の他に、駆動モータ３と、２つのトーションスプリング４と、２つのポジションセンサー５とを備えている。
【００１７】
スロットルバルブ２は、スロットルボディ６に形成された略円形断面の吸気通路６１を開閉可能な略円板状の弁体である。
なお、スロットルボディ６の吸気通路６１は、エアダクト１１０及び吸気マニホールド１２０の各吸気通路と連通して吸気流路Ｐを構成しており（図１参照）、本実施形態では略水平に設けられている。
【００１８】
具体的に、スロットルバルブ２は、互いに独立して回動可能な内周側の第一バルブ２１と外周側の第二バルブ２２とから構成されている。
このうち、第一バルブ２１は、略円板状に形成されており、その径方向に沿った第一回動軸２１０と一体的に設けられている。第一回動軸２１０は、吸気通路６１と直交する方向に沿って延在するとともに第一バルブ２１の両側方に延出しており、図示しないベアリングを介してスロットルボディ６に軸支されている。このような構成により、第一バルブ２１は、第一回動軸２１０の軸中心Ａｘ回りに回動することによって、吸気通路６１断面のうちの内周部分を開閉可能となっている。
【００１９】
一方、第二バルブ２２は、吸気通路６１断面を閉塞可能な外径と、第一バルブ２１の外径に対応した内径とを有する円環板状に形成されており、第二回動軸２２０と一体的に設けられている。第二回動軸２２０は、第一回動軸２１０と軸中心Ａｘを等しくする円筒状に形成されて第一回動軸２１０が内部に挿通されており、図示しないベアリングを介してスロットルボディ６に軸支されている。このような構成により、第二バルブ２２は、軸中心Ａｘ回りに回動することによって、吸気通路６１断面のうち、第一バルブ２１が開閉する内周部分よりも外周側の部分を開閉可能となっている。
また、第二バルブ２２には、第一バルブ２１に対する当該第二バルブ２２の回動を規制するストッパー２２１が内周側に突設されている（図３参照）。このストッパー２２１は、後述するように、第二トーションスプリング４２に付勢された第二バルブ２２が第一バルブ２１よりも開方向（吸気通路６１を開放させる方向）に回動しないように、その回動を規制している。
【００２０】
駆動モータ３は、スロットルバルブ２を回動させるための駆動手段であり、第一バルブ２１の第一回動軸２１０に連結されている。より詳しくは、第一回動軸２１０の一端が第二回動軸２２０よりも側方まで延出しており、この延出部分に平歯車の駆動ギア２１１が設けられている。そして、この駆動ギア２１１が、減速機構７を介して駆動モータ３の駆動軸３１に連結（噛合）されている。
また、駆動モータ３は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１４０と電気的に接続されており（図１参照）、当該ＥＣＵ１４０によって駆動制御される。
【００２１】
２つのトーションスプリング４は、第一トーションスプリング４１と、第二トーションスプリング４２とから構成されている。
このうち、第一トーションスプリング４１は、第一バルブ２１を軸中心Ａｘ回りの閉方向（吸気通路６１を閉塞する方向）に付勢するリターンスプリングであり、両端がスロットルボディ６と第一回動軸２１０の駆動ギア２１１とに固定されている。
一方、第二トーションスプリング４２は、本発明に係る付勢部材であり、第一バルブ２１と第二バルブ２２とが常態で一体的に回動するように（つまり、互いに同じ回転角度位置で回動するように）、第二バルブ２２を軸中心Ａｘ回りに付勢している。より詳しくは、第二トーションスプリング４２は、第一トーションスプリング４１の付勢力よりも小さな付勢力で、第二バルブ２２を軸中心Ａｘ回りの開方向に付勢している。この第二トーションスプリング４２は、第一トーションスプリング４１の内周側において、第二回動軸２２０の一端に設けられたフランジ２２２と、第一回動軸２１０の駆動ギア２１１とに、両端が固定されている。
【００２２】
２つのポジションセンサー５は、第一バルブ２１と第二バルブ２２の開度を個別に検出するセンサーであり、第一ポジションセンサー５１と第二ポジションセンサー５２とから
構成されている。
このうち、第一ポジションセンサー５１は、第一回動軸２１０の一端に設けられており、当該第一回動軸２１０の回転角度位置を検出することにより、第一バルブ２１の開度を検出可能となっている。
一方、第二ポジションセンサー５２は、第二回動軸２２０の他端に設けられており、当該第二回動軸２２０の回転角度位置を検出することにより、第二バルブ２２の開度を検出可能となっている。
これら２つのポジションセンサー５は、ＥＣＵ１４０と個別に電気的に接続されており（図１参照）、第一バルブ２１及び第二バルブ２２の開度情報をＥＣＵ１４０に出力する。
【００２３】
続いて、スロットルバルブユニット１におけるスロットルバルブ２の開閉動作について説明する。
図３は、スロットルバルブ２の開閉動作を説明するための図である。
【００２４】
まず、通常時におけるスロットルバルブ２の開閉動作について説明する。
駆動モータ３が駆動されていないとき（例えばエンジン停止時など）には、図３（ａ）に示すように、スロットルバルブ２は、第一バルブ２１と第二バルブ２２とが一体で（つまり、互いに同じ回転角度位置で）吸気通路６１に対してやや傾斜した状態で、当該吸気通路６１断面を閉塞している。
より詳しくは、このときには、第二バルブ２２を開方向（図３では時計回り方向）に付勢する第二トーションスプリング４２よりも大きな付勢力で、第一バルブ２１が第一トーションスプリング４１により閉方向（図３では反時計回り方向）に付勢されるとともに、第一バルブ２１に対する第二バルブ２２の開方向への回動がストッパー２２１により規制される。そのため、スロットルバルブ２は、第一バルブ２１と第二バルブ２２とが一体となりつつ、第二バルブ２２が吸気通路６１の内壁に当接した閉状態となる。
【００２５】
この閉状態において、例えばエンジン１００が始動されて、ＥＣＵ１４０からの駆動指令により駆動モータ３が駆動されると、第一トーションスプリング４１の付勢力よりも大きな開方向への駆動力が、減速機構７を介して第一回動軸２１０に作用する。
これにより、スロットルバルブ２は、図３（ｂ）に示すように、第一バルブ２１と第二バルブ２２とが一体の状態で開方向に回動して開状態となり、吸気通路６１が開放されて後流の燃焼室１３０に空気が供給される。
【００２６】
次に、エンジン停止時でのスロットルバルブ２の閉状態において、アイシングにより第二バルブ２２の下端部が固着した場合におけるスロットルバルブ２の開動作について説明する。
スロットルバルブ２の閉状態において、エンジン１００が始動されて、ＥＣＵ１４０からの駆動指令により駆動モータ３が駆動されると、上述した通常時と同様に、駆動モータ３からの開方向への駆動力が第一回動軸２１０に作用する。このとき、スロットルバルブ２は、図３（ｃ）に示すように、外周側の第二バルブ２２が氷によって吸気通路６１の内壁と固着しているものの、内周側の第一バルブ２１は開方向に回動する。
これにより、吸気通路６１の一部が開放されて後流の燃焼室１３０に空気が供給され、エンジン１００を通常時と同様に始動させることができる。そして、エンジン１００の始動により温度が上昇して、第二バルブ２２を固着させていた氷が融かされると、第二トーションスプリング４２の付勢力によって第二バルブ２２は第一バルブ２１との一体状態に復帰する。また、第二バルブ２２の固着や固着状態からの復帰は、２つのポジションセンサー５からの開度情報によってＥＣＵ１４０で検知することができる。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、バルブ固着が発生していない通常時には、駆動モータ３からの駆動力が第一バルブ２１に加わるとともに、この第一バルブ２１と一体的に回動するように第二バルブ２２が第二トーションスプリング４２に付勢されることにより、これら第一バルブ２１と第二バルブ２２とが一体で開閉動作を行い、吸気通路６１が開放される。
また、アイシングによるバルブ固着の発生時には、吸気通路６１断面のうちの外周部分を開閉する第二バルブ２２は氷で固着し得るものの、内周部分を開閉する第一バルブ２１は駆動モータ３によって通常時と同様に回動され、吸気通路６１が開放される。
したがって、通常時は勿論のこと、アイシングによるバルブ固着が発生した場合であっても、正常に燃焼室１３０への吸気を行ってエンジン１００を始動させることができる。
【００２８】
また、第二バルブ２２の回動には第二トーションスプリング４２による付勢だけで足りるので、例えば第一バルブ２１と第二バルブ２２とを個別の駆動モータによって回動させる場合に比べ、簡便な構成とすることができる。
【００２９】
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３０】
例えば、上記実施形態では、２つのトーションスプリング４が２つの回動軸（第一回動軸２１０及び第二回動軸２２０）を直接付勢するように設けられることとしたが、当該２つのトーションスプリング４は、駆動モータ３から２つの回動軸２１０，２２０までの駆動力伝達系統の何処かに設けられていればよい。
例えば図４に示すように、減速機構７と軸部が連結・離脱可能な連結ギア８を同軸上に設けるとともに、この連結ギア８と噛合する歯車をフランジ２２２の外周面に形成する。そして、スロットルボディ６に固定されたカバー９と減速機構７とに第一トーションスプリング４１の両端を固定するとともに、減速機構７と連結ギア８とに第二トーションスプリング４２の両端を固定する。
このような構成であっても、上記実施形態と同様にスロットルバルブ２を開閉動作させることができる。具体的に説明すると、通常時には、駆動モータ３の駆動力が減速機構７及び連結ギア８を介して第一バルブ２１及び第二バルブ２２を同時に回動させる。そして、第二バルブ２２の固着時には、連結ギア８が回転を規制されるものの、減速機構７が機能して第一バルブ２１を回動させることができる。また、第二バルブ２２が固着状態から復帰したときには、第二トーションスプリング４２の付勢力によって第二バルブ２２を第一バルブ２１と一体の状態に復帰させることができる。但し、この場合には、各バルブ２１，２２とトーションスプリング４との間に各種ギアが介在することとなるため、各トーションスプリング４の付勢力を上記実施形態のものから調整する必要がある。
【００３１】
また、スロットルバルブ２が内周側の第一バルブ２１と外周側の第二バルブ２２とから構成されることとしたが、当該スロットルバルブ２は、吸気通路６１断面のうち下端部を除く部分を開閉可能な第一バルブと、吸気通路６１断面のうち下端部を含む他の部分を開閉可能な第二バルブとから構成されていればよい。
【００３２】
また、スロットルバルブ２に開閉される吸気通路６１は、略水平に設けられていなくともよい。吸気通路６１が略水平でなくとも、スロットルバルブ２が閉状態において鉛直方向に対して傾斜していれば、水が吸気通路６１の下端部に溜まってアイシングによるバルブ固着が発生し得る。
【００３３】
また、第一バルブ２１と第二バルブ２２との相対回動を規制するストッパー２２１は、第二バルブ２２でなく第一バルブ２１に設けられていてもよいし、第二バルブ２２が第二トーションスプリング４２の付勢力のみによって常態で第一バルブ２１と一体的に回動するように構成されていれば、当該ストッパー２２１は無くともよい。
【符号の説明】
【００３４】
１          スロットルバルブユニット（内燃機関の吸気量制御装置）
２          スロットルバルブ
２１      第一バルブ
２１０  第一回動軸
２２      第二バルブ
２２０  第二回動軸
２２１  ストッパー
Ａｘ      軸中心
３          駆動モータ（駆動手段）
４          トーションスプリング
４１      第一トーションスプリング
４２      第二トーションスプリング（付勢部材）
５          ポジションセンサー
５１      第一ポジションセンサー
５２      第二ポジションセンサー
６          スロットルボディ
６１      吸気通路
７          減速機構
１００      エンジン（内燃機関）
１２０      吸気マニホールド
１３０      燃焼室
【図１】
2017040183.tif 000003
【図２】
2017040183.tif 000004
【図３】
2017040183.tif 000005
【図４】
2017040183.tif 000006
【図５】
2017040183.tif 000007