JPH0763144A - アイドル回転数制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バタフライ弁の回転が自由状態となっても、
バタフライ弁がバイパス通路内の通気流によって閉塞位
置に変位して、空気流量を抑える。 【構成】 バイパス通路１３の垂直通路１３ｃに補助弁
の弁体（バタフライ弁）３１を設ける。垂直通路１３ｃ
の下端部に水平通路１３ｄを接続させる。弁体３１は閉
塞状態において、垂直通路１３ｃの長手方向に対して傾
斜している。水平通路１３ｄは、弁体３１は閉塞状態に
おいて上流側に位置する端部３１ａの側に向かって延び
ている。弁体３１の周囲を通る空気において、上流側の
端部３１ａの近傍を流動する空気の流速は、下流側の端
部３１ｂの近傍を流動する空気の流速よりも大きい。し
たがって弁体３１は閉塞方向の空気力を受ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関において、ス
ロットル弁を迂回するバイパス通路の流路面積を変化さ
せることによりアイドル回転数を制御する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来アイドル回転数制御装置として、ス
ロットル弁を迂回するようにして、バイパス通路を吸気
通路に接続させるとともに、このバイパス通路に制御弁
を設けたものが知られている。この制御弁を駆動するア
クチュエータは、例えばステッピングモータであり、制
御弁の開度はコンピュータによって、アイドル回転数が
所定の目標値になるように制御される。この目標値はエ
ンジンの運転条件によって定められ、すなわち、例えば
エアコン等が作動してエンジン負荷が大きくなった時、
高められる。

【０００３】制御弁のアクチュエータが、もし全開状態
で故障してロックすると、エンジンへ供給される空気量
が過大となりエンジンが暴走するおそれがある。そこで
従来、このような暴走を防止するため、制御弁とは別
に、エンジン冷却水の温度によって開度を変化させる補
助弁（バタフライ弁）を設けたものが提案されている
（例えば実開昭６２−１１９４４６号公報等）。すなわ
ち、制御弁および補助弁の各全開度の大きさは所定の大
きさに制限されており、補助弁はエンジン冷却水の温度
を検知する機構に接続されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、例えば冷却水
温度検知機構の部品が折損したことにより、補助弁すな
わちバタフライ弁の回転が自由状態になるとともに、何
らかの原因により制御弁が開放側で固定された状態で故
障した場合を想定する。このような場合、バタフライ弁
はバイパス通路内の空気流の影響を受け、所定の釣合い
位置において停止することとなる。この停止位置がバイ
パス通路の閉塞位置であれば、特に大きな問題は生じな
いが、バイパス通路を大きく開放する位置であると、制
御弁による空気量の制御が不可能であるため、エンジン
に供給される空気量が過大となってエンジンが暴走する
おそれが発生する。

【０００５】本発明は、何らかの原因により制御弁とバ
タフライ弁が同時に故障しても、バタフライ弁がバイパ
ス通路内の空気流によって閉塞位置に変位して空気流量
を抑え、エンジンに供給される空気量が過大となること
を防止するアイドル回転制御装置を提供することを目的
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアイドル回
転数制御装置は、バイパス通路が、バタフライ弁が設け
られた第１の通路と、この第１の通路の下流側に設けら
れた第２の通路とを有し、バタフライ弁が、閉塞状態に
おいて前記第１の通路の長手方向に対して傾斜してお
り、前記第２の通路が、前記閉塞状態において第１の通
路の内壁面に近接するバタフライ弁の両端部のうち、上
流側に位置する端部の側に向かって延びていることを特
徴としている。

【０００７】

【実施例】以下図示実施例により本発明を説明する。図
１は、本発明を適用したアイドル回転数制御装置の概略
構成を示す図である。この図に示されるように、スロッ
トル弁１１を迂回するようにして吸気通路１２に接続さ
れたバイパス通路１３には、制御弁１４と補助弁３０が
設けられている。制御弁１４は補助弁３０の上流側に配
設されており、これらの弁１４、３０の動作によりバイ
パス通路１３の流路面積が変化し、空気流量が制御され
る。

【０００８】制御弁１４は直線的に変位するポペット弁
であり、その開度はステッピングモータ１６によって、
エンジンの運転状態および温度等に応じた大きさに制御
される。補助弁３０の開度はエンジンの温度によって制
御される。すなわち補助弁３０は、例えばバイメタル等
のように、エンジン冷却水の温度を検知する機構に連結
されている。

【０００９】図２および図３は、図１のアイドル回転数
制御装置の構成を具体的に示す図である。

【００１０】これらの図において、アイドル回転数制御
装置の本体２１はビス２２によってスロットルボデー２
３に固定されている。バイパス通路１３は、スロットル
ボデー２３に形成された入口通路１３ａおよび出口通路
１３ｅ、アイドル回転数制御装置本体２１に形成された
第１の水平通路１３ｂ、垂直通路１３ｃおよび第２の水
平通路１３ｄから成る。入口通路１３ａはスロットル弁
１１よりも上方に形成され、出口通路１３ｅはスロット
ル弁１１よりも下方に形成されている。第１の水平通路
１３ｂは入口通路１３ａに連通し、第２の水平通路１３
ｄは出口通路１３ｅに連通している。第１の水平通路１
３ｂ、垂直通路１３ｃおよび第２の水平通路１３ｄは、
相互に連通している。

【００１１】制御弁１４はステッピングモータ１６によ
って駆動され、垂直通路１３ｃの上流側に形成された環
状の開口部２４に対向して往復動し、流路面積を変化さ
せる。補助弁３０は、垂直通路１３ｃ内に設けられ、温
度検知機構４０によって駆動されて開閉する。温度検知
機構４０はエンジン冷却水の温度を検知するものであ
り、その構造については後述する。

【００１２】アイドル回転数制御装置本体２１とスロッ
トルボデー２３には、冷却水が導かれる冷却水通路２５
が形成される。冷却水は、アイドル回転数制御装置本体
２１の温度検知機構４０側に形成された入口部２５ａか
ら流入して、補助弁３０側に形成された出口部２５ｂか
ら流出する。

【００１３】次に図３および図４を参照して、補助弁３
０および温度検知機構４０の構成を説明する。

【００１４】補助弁３０は例えば合成樹脂により一体的
に成形され、薄い楕円形を有する弁体（バタフライ弁）
３１と、この弁体３１の両端部から突出する軸部３２、
３３と、軸部３３に一体的に連結されたガイド部３４と
を有している。ガイド部３４の外周面には突起部３８が
形成されており、この突起部３８は装置本体２１に設け
られたストッパ（図示せず）に係止可能である。したが
って弁体３１は、突起部３８がストッパに係止する範囲
内（例えば約６０°の範囲）において回動可能である。
なお閉塞状態（図２において弁体３１がさらに時計方向
に回動し、水平位置よりも若干傾斜した状態）では、垂
直通路１３ｃを形成する内壁面との間に所定の隙間が形
成され、すなわち所定の流路面積が確保される。

【００１５】一方の軸部３２は、装置本体２１に穿設さ
れた凹部３５に挿入され、他方の軸部３３は、装置本体
２１の軸受孔３６に設けられた軸受５０内に嵌合されて
いる。したがって弁体３１の開閉動作において、軸部３
２、３３はそれぞれ凹部３５および軸受５０に対して摺
動する。

【００１６】軸受５０は合成樹脂により成形された環状
の部材である。この軸受５０は、軸心を含む平面によっ
て分割され、２つの半割軸受５１、５２から構成されて
いる。半割軸受５１、５２の各分割面にはそれぞれ、ピ
ン５３と穴５４が設けられている。一方の半割軸受５
１、５２のピン５３は、他方の半割軸受５２、５１の分
割面に穿設された穴５４に嵌合し、これにより軸受５０
が組み立てられる。

【００１７】ガイド部３４は、その軸心方向に延びるス
リット３７を有しており、軸受孔３６に隣接して形成さ
れたバイメタル収容室４１内に収容されている。バイメ
タル収容室４１には、コイル状に形成されたバイメタル
４２が収容されており、またバイメタル収容室４１はカ
バー部材４３によって閉塞されている。カバー部材４３
は、ガイド部３４と同様に、その軸心方向に延びるスリ
ット４４を有している。バイメタル４２の一端４２ａ
は、ガイド部３４のスリット３７内に挿入され、またバ
イメタル４２の他端４２ｂは、カバー部材４３のスリッ
ト４４内に挿入されている。バイメタル４２とカバー部
材４３とガイド部３４によって温度検知機構４０が構成
される。

【００１８】上述したように、冷却水通路２５は温度検
知機構４０の近傍に形成されており、したがって冷却水
通路２５内を流動するエンジン冷却水の熱は、装置本体
２１を介してバイメタル４２に伝達される。すなわち、
バイメタル４２がエンジンの温度に応じて変形し、バイ
メタル４２の両端が軸心回りに相対的に回転する。これ
により、ガイド部３４および弁体３１が回転変位し、バ
イパス通路１３の流路面積が制御される。

【００１９】カバー部材４３は例えば合成樹脂から成形
される。カバー部材４３のフランジ４５は、装置本体２
１の外壁面に当接し、このフランジ４５に形成された長
穴４６には、カバー部材４３を装置本体２１に固定する
ためのビス４７が挿入されている。

【００２０】本実施例装置の作用を説明する。スロット
ル弁１１は図２に示すように全閉状態にあり、エンジン
はアイドリング運転しているとする。この状態において
吸入空気のほとんどは、吸気通路１２からバイパス通路
１３の入口通路１３ａに流入して、第１の水平通路１３
ｂ、垂直通路１３ｃ、第２の水平通路１３ｄの順に通過
し、出口通路１３ｅを通って吸気通路１２のスロットル
弁１１の下流側に流入する。このバイパス通路１３内に
おける空気流量は、制御弁１４および補助弁３０によっ
て制御される。

【００２１】制御弁１４の開度は図示しないコンピュー
タによって制御され、冷却水の温度およびエンジンの負
荷の大きさ（エアコンスイッチのオンオフ、パワーステ
アリング機構の作動状態等によって変化する）によって
変化する。補助弁３０の開度は温度検知機構４０によっ
て制御され、冷却水の温度のみによって変化する。冷間
時、制御弁１４と補助弁３０は共に全開状態にある。そ
の後、エンジンの温度が上昇すると、これに伴い制御弁
１４と補助弁３０の開度は共に小さくなっていく。暖機
後、補助弁３０はストッパ等によって所定の開度に固定
されるが、制御弁１４はエンジン回転数が所定値になる
ようにフィードバック制御される。

【００２２】図５は、制御弁１４と補助弁３０の各開度
と空気量Ｑとの関係を示したものである。

【００２３】制御弁１４の開度が比較的小さい時、実線
Ｒで示すように、空気量Ｑは実質的に制御弁１４の開度
だけによって定められ、補助弁３０の開度は空気量Ｑの
制御に影響しない。さらに制御弁１４の開度が大きくな
ると、符号Ｓで示すように補助弁３０の効果が現れ、空
気量Ｑは制御弁１４と補助弁３０の両者の開度に依存す
るようになる。

【００２４】冷却水の温度の上昇とともに補助弁３０の
開度が小さくなるため、例えば制御弁１４が全開の状態
では、符号Ｔで示すように空気量Ｑは冷却水の温度が上
昇するに従って少なくなる。そして冷却水の温度が所定
値（例えば約４０°）まで上昇すると、補助弁３０は閉
塞状態となり、その後空気量Ｑは、符号Ｕで示すように
実質的に制御弁１４だけによって制御されるようにな
る。なお冷却水の温度が所定値よりも低い状態では、補
助弁３０が正常に動作しなくても、制御弁１４が作動す
るため、符号Ｗで示す制御域分だけ空気量Ｑの制御が可
能である。

【００２５】なお制御弁１４および補助弁３０の全開状
態での開度は、これらの制御弁１４および補助弁３０が
共に全開状態でロックしたとしても、エンジンへ供給さ
れる空気量Ｑは実線Ｖで示すように所定の値に抑えら
れ、アイドル回転数が通常の値よりも高々２５００ｒｐ
ｍしか大きくならないように制御される。

【００２６】以上のような補助弁３０の開閉動作におい
て、補助弁３０が他の部材と摺接する部分は、軸部３
２、３３だけである。このように摺接部分の面積が小さ
いため、補助弁３０に作用する摩擦抵抗は非常に小さ
く、このため補助弁３０は冷却水温の変化に対して敏感
に反応し、優れた応答性を有している。

【００２７】また、本実施例の補助弁３０において、弁
体３１、軸部３２、３３およびガイド部３４は、合成樹
脂等によって一体的に成形されている。したがって、こ
れらの間の同軸度および直角度等の寸法精度は、組立作
業によって変わることはなく、常に高精度に定めること
が可能となり、またバイパス通路１３を通過する空気流
量はエンジン温度に応じた正確な値に制御可能となる。
また本実施例の補助弁３０によれば、一体成形であるた
めに、部品点数が少なくなり製造コストを抑えることが
できる。

【００２８】図６は本実施例における弁体３１の周囲に
おける空気の流れの様子を示したものである。この図に
示すように、弁体３１は垂直通路１３ｃの下端部の近傍
に設けられており、第２の水平通路１３ｄは垂直通路１
３ｃの下端部に接続されている。図において、弁体３１
は閉塞状態にあり、垂直通路１３ｃの長手方向（図の上
下方向）に対して傾斜している。第２の水平通路１３ｄ
は、弁体３１の閉塞状態において垂直通路１３ｃの内壁
面に近接する弁体３１の両端部３１ａ、３１ｂのうち、
上流側に位置する端部３１ａの側に向かって延びてい
る。すなわち第２の水平通路１３ｄは垂直通路１３ｃに
対して略直角をなし、図６の右側に向かって延びてい
る。なお、第２の水平通路１３ｄは垂直通路１３ｃに対
して鋭角に曲がっていてもよく、すなわち第２の水平通
路１３ｄの下流側部分は図６のさらに上方に位置してい
てもよい。

【００２９】空気は、矢印Ａ１で示すように弁体３１の
上流側から導かれ、弁体３１の両端部３１ａ、３１ｂの
近傍を通り、矢印Ａ２で示すように、第２の水平通路１
３ｄから出口通路１３ｅ（図２）へ流出する。

【００３０】ここで、例えばバイメタル４２が折損し、
弁体３１の回転が自由状態となった場合を想定する。弁
体３１の周囲を流れる空気は、垂直通路１３ｃから第２
の水平通路１３ｄへ向かって流動する。このため、上流
側に位置する端部３１ａと垂直通路１３ｃの内壁面との
間を流動する空気（矢印Ａ３）の流速は、下流側に位置
する端部３１ｂと垂直通路１３ｃの内壁面との間を流動
する空気（矢印Ａ４）の流速よりも大きい。したがっ
て、弁体３１の端部３１ａの裏側に発生する負圧が端部
３１ｂの裏側における負圧よりも大きくなり、弁体３１
には時計方向に回転するモーメントが作用する。すなわ
ち弁体３１は空気流によって閉塞側に付勢される。

【００３１】図７は、弁体３１の回転角度位置と、弁体
３１に作用するトルク（空気流による回転モーメント）
との関係を実験により求めた結果を示すものである。こ
の図において回転角度は、弁体３１が垂直通路１３ｃの
長手方向に平行な状態（全開状態）の時を０°、弁体３
１が垂直通路１３ｃの長手方向に垂直な状態（全閉状
態）の時を９０°としている。

【００３２】図７から理解されるように、弁体３１の回
転角度が０°から増加するに従ってトルクは大きくな
り、回転角度が約２０°において最大値となる。さらに
弁体３１の回転角度が大きくなると、トルクは小さくな
り、約６５°において０となる。なお、補助弁３０の作
動範囲は約２５°から約８５°の間である。

【００３３】このように弁体３１の回転角度が小さく、
開度が比較的大きい状態では、空気流により、弁体３１
には閉塞方向のトルクが作用することが実験によって確
認されている。

【００３４】以上のように本実施例によれば、例えばバ
イメタル４２が折損し、かつ制御弁１４が正常に作動し
ないとしても、弁体３１に閉塞方向のトルクが作用する
ため、バイパス通路１３における空気流量が過大になる
ことはなく、エンジンの暴走は確実に防止される。ま
た、バイメタル４２の一端４２ａはガイド部３４のスリ
ット３７内に挿入され、これらの間には小さいガタがあ
るが、本実施例装置の作動状態においては、常に弁体４
１を一方向に付勢する空気力が作用しているため、弁体
３１は、このガタの影響を受けることなく安定した角度
位置に制御される。

【００３５】なお上記実施例は、制御弁１４の下流側に
補助弁３０を設けた構成に本発明を適用した場合であっ
たが、図８に示すように、本発明は、制御弁１４の上流
側に補助弁３０を設けた構成であっても適用可能であ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、何らかの
原因によりバタフライ弁の回転が自由状態となっても、
バタフライ弁がバイパス通路内の空気流によって閉塞位
置に変位して空気流量を抑え、エンジンに供給される空
気量が過大となることが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したアイドル回転数制御装置の概
略構成を示す図である。

【図２】図１のアイドル回転数制御装置を、補助弁の軸
部に垂直な平面で切断して示す断面図である。

【図３】図１のアイドル回転数制御装置を、補助弁の軸
部に平行な平面で切断して示す断面図である。

【図４】補助弁と温度検知機構を分解して示す斜視図で
ある。

【図５】制御弁および補助弁の開度の変化とバイパス通
路における空気流量の変化との関係を示す図である。

【図６】弁体の周囲における空気流を示す図である。

【図７】弁体の回転角度位置と弁体に作用するトルクの
関係を実験により求めた結果を示す図である。

【図８】本発明を適用したアイドル回転数制御装置の他
の例の概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１１ スロットル弁 １２ 吸気通路 １３ バイパス通路 １３ｂ 第１の水平通路 １３ｃ 垂直通路 １３ｄ 第２の水平通路 １４ 制御弁 ３０ 補助弁 ３１ 弁体（バタフライ弁）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 靖雄 神奈川県小田原市久野2480 株式会社ミク ニ小田原工場内 (72)発明者 橋本 徹 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 橋本 尚二 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットル弁を迂回するようにして吸気
   通路に接続されたバイパス通路の流路面積をバタフライ
   弁により制御するアイドル回転数制御装置であって、バ
   イパス通路は、バタフライ弁が設けられた第１の通路
   と、この第１の通路の下流側に設けられた第２の通路と
   を有し、バタフライ弁は、閉塞状態において前記第１の
   通路の長手方向に対して傾斜しており、前記第２の通路
   は、前記閉塞状態において第１の通路の内壁面に近接す
   るバタフライ弁の両端部のうち、上流側に位置する端部
   の側に向かって延びていることを特徴とするアイドル回
   転数制御装置。
2. 【請求項２】 前記第２の通路が、前記バタフライ弁の
   軸に垂直方向であって、第１の通路に対して略直角に屈
   曲していることを特徴とする請求項１のアイドル回転数
   制御装置。