JP2006029300A - スロットル弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体抵抗を小さくしてスロットルレスポンスを向上させ、スワールを生成するために、吸気系を簡単な構造にするとともに、重量を低減し、更に、部品数を削減し、吸気ポートの短縮化が図れ、吸気系の設計自由度に制約を受けにくい、スロットル弁を提供する。
【解決手段】 内燃機関の吸入空気量を調整するために吸気通路１３と直交するスロットル軸３２，３３に取付けたスロットル弁１１であって、このスロットル弁１１は、それぞれ別々に開閉可能な第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８で構成され、これらの第１・第２スロットル弁３７，３８により、吸気通路１３に沿うように空気を流す主空気通路６１，６２と、吸気通路１３にほぼ直交するように空気を流す副空気通路６３，６４とを形成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、スロットル弁に関するものである。

従来のスロットル弁として、スロットル軸に取付けた円板状のバタフライバルブが知られている。このスロットル弁の作用を次に説明する。
図１２は従来のスロットル弁を示す作用図であり、吸気通路２０１に直交するようにスロットル軸２０２を設け、このスロットル軸２０２にスロットル弁２０３を取付け、このスロットル弁２０３を開けて吸入空気量を調整する状態を示す。
このとき、空気の流れには、矢印で示すように、スロットル弁２０３の下流側近傍で無数の渦からなる後流が発生する。

また、スロットル弁を配置する吸気系の構造によって燃焼室内にスワールを生成する従来技術として、（１）スワールコントロールバルブを設けたもの（例えば、特許文献１参照。）、（２）スワールコントロールバルブ及びスワールポートを設けたもの（例えば、特許文献２参照。）、（３）一対の吸気ポートの上流側にスロットル弁を設けるとともにこのスロットル弁を支持するスロットル軸を傾けたもの（例えば、特許文献３参照。）、（４）ヘリカルポートを設けたもの（例えば、特許文献４参照。）が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
特開平１１−２４７６６１号公報 特開２００２−２３５５４６公報 特開２００２−２０１９６８公報 特開平７−１５８４５９号公報

特許文献１の図１を以下の図１３で説明する。なお、符号は振り直した（特許文献２〜特許文献４についても同じ。）。
図１３は従来のスワール生成技術を示す吸気渦流発生装置の構成図（従来例１）であり、吸気渦流発生装置は、吸気管２１０内に、スロットルバルブ２１１及びこのスロットルバルブ２１１の下流側に配置したスワールコントロールバルブ２１２を設け、このスワールコントロールバルブ２１２の回転軸となるシャフト２１３にステップモーター２１４を接続し、このステップモーター２１４を、スロットル開度センサー２１５、吸入空気量計２１６、機関回転計２１７からの信号に基づいてコントロールユニット２１８で制御することでスワールコントロールバルブ２１２を開閉し、渦流を発生させるものである。

特許文献２の図１を以下の図１４で説明する。
図１４は従来のスワール生成技術を示す吸気渦流発生装置の断面図（従来例２）であり、吸気管２２０内に、スロットルバルブ２２１と、このスロットルバルブ２２１の下流側を隔壁２２２で分離して形成したメインポート２２３及びスワールポート２２４と、メインポート２２３内に配置したスワールコントロールバルブ２２５と、メインポート２２３内の吸気流をスワールポート２２４側に向けるガイドフィン２２６を設けたものである。なお、２２７はスワールコントロールバルブ２２５を駆動する駆動モータ、２２８は駆動モータ２２７を制御するコントローラ、２２９はシリンダである。

特許文献３の図５〜図７を以下の図１５（ａ）〜図１５（ｃ）で説明する。（図５を図１５（ａ）、図６を図１５（ｂ）、図７を図１５（ｃ）で説明する。）
図１５（ａ）〜（ｃ）は従来のスワール生成技術を示す吸気装置の説明図（従来例３）である。
（ａ）において、吸気装置は、スロットルボディ２３１にスロットル軸２３２を介してスロットル弁２３３を取付け、スロットルボディ２３１のスロットルボア２３６下流側に一対の吸気ポート２３７，２３８を連通させ、これらの吸気ポート２３７，２３８を燃焼室２４１に連通させるとともに吸気ポート２３７，２３８の出口に吸気弁２４２，２４２を設けたものである。
スロットル弁２３３は、下方弁部２４４と上方弁部２４５とからなる。

（ｂ）において、スロットルボア２３６は、上方弁部２４５の全閉位置から中負荷運転時の開度までの設定開度θ１に対応する位置に、上方弁部２４５の外周の軌跡に沿った形状の凹曲面部２４６を形成したものである。

従って、スロットル軸２３２を微小回転させると、スロットル弁２３３の下方弁部２４４は開き、上方弁部２４５は閉じたままの状態となり、吸入空気は、下方弁部２４４側のみから流れるため、（ａ）において、一方の吸気ポート２３７側を通じて燃焼室２４１に流れ込み、燃焼室２４１内にスワール流を生成する。

（ｃ）において、吸気弁２４２，２４２のそれぞれの中心を結ぶ軸線２４７に対して、スロットル軸２３２を角度θ２だけ傾けるとともに、軸線２４７をスロットルボア２３６の中心に対してオフセットさせたことを示す。

特許文献４の図１を以下の図１６で説明する。
図１６は従来のスワール生成技術を示す吸気装置の説明図（従来例４）であり、第１ヘリカルポート２５１及び第２ヘリカルポート２５２を気筒内に連通させ、気筒内にスワールＡを形成することを示す。なお、２５３は第１ヘリカルポート２５１を開閉する第１吸気弁、２５４は第２ヘリカルポート２５２を開閉する第２吸気弁である。

図１２において、スロットル弁２０３の下流側近傍には無数の渦からなる後流が発生するため、スロットル弁２０３の下流側では圧力が大きく低下し、流体抵抗は大きくなる。このように流体抵抗が大きいと、スロットル弁２０３を開いたときに、燃焼室内にスムーズに十分な空気量が供給されず、エンジン回転数が直ちに上昇しない。上記した流体抵抗を小さくできれば、エンジン回転数が上昇し易くなり、スロットルレスポンスが向上できる。

また、上記の図１３に示した技術では、スワール生成のために、スワールコントロールバルブ２１２、シャフト２１３、ステップモーター２１４が必要になり、更に、ステップモーター２１４を制御するために、スロットル開度センサー２１５、吸入空気量計２１６、機関回転計２１７からの信号をコントロールユニット２１８で処理するソフトウェアが必要になる。従って、吸気系は部品、ソフトウェアの増加によって複雑、大型になり、コストの増大を招く。

上記の図１４に示した技術においても、スワール生成のために、吸気管２２０に隔壁２２２を設けたり、メインポート２２３にスワールコントロールバルブ２２５、ガイドフィン２２６を設けたり、スワールコントロールバルブ２２５を駆動するための駆動モータ２２７、コントローラ２２８が必要になるから、やはり、部品数が多くなって、吸気系の複雑化、大型化、コスト増を招く。

図１５に示した技術において、例えば、吸気系を簡単な構造とするために吸気ポート２３７，２３８のうち一方のみを設ける場合は、吸気ポート２３７（又は、吸気ポート２３８）の出口位置を燃焼室２４１の中心に対してオフセットさせて設ける必要があり、吸気系の設計自由度が制約を受ける。

図１６に示した技術では、第１ヘリカルポート２５１及び第２ヘリカルポート２５２の形状が複雑であるために、成形が難しく、スワールを形成するために十分なポート長を確保しなければならず、ポート長が長くなるから、生産性、コスト、重量、圧力損失の点で不利になる。

本発明は、（１）流体抵抗を小さくしてスロットルレスポンスを向上させ、（２）スワールを生成するために、吸気系を簡単な構造にするとともに、重量を低減し、更に、部品数を削減し、吸気ポートの短縮化が図れ、吸気系の設計自由度に制約を受けにくい、スロットル弁を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、内燃機関の吸入空気量を調整するために吸気通路と直交するスロットル軸に取付けたスロットル弁であって、このスロットル弁は、それぞれ別々に開閉可能な複数のスロットル弁要素で構成され、これらのスロットル弁要素により、吸気通路に沿うように空気を流す主吸気口と、吸気通路にほぼ直交するように空気を流す副吸気口とを形成することを特徴とする。
主吸気口で吸入空気量の調整を行うとともに、副吸気口で吸入空気量の調整に加えて、空気を吸気通路とほぼ直交する方向へ流し、吸気通路内に渦流を発生させる。

請求項２に係る発明は、スロットル弁要素が、それぞれスロットル軸に対して垂直に二分割されるほぼ半円形の半円部からなるとともにスロットル軸を中心としてそれぞれ逆方向に回動可能な第１スロットル弁及び第２スロットル弁であり、第１スロットル弁及び第２スロットル弁の一方を正回転させ、他方を正回転、又は逆回転、若しくは停止させて吸入空気量を調整しつつスワールを生成することを特徴とする。

二つのスロットル弁要素のみで、吸入空気量調整及びスワール生成を兼用するから、従来のようなスワール生成装置を省くことができる。また、従来よりも吸気通路を短縮できるから、通路の空気抵抗を小さくすることができる。更に、吸気通路を燃焼室に対して特別な位置に設けなくても、二つのスロットル弁要素で渦流を発生させることができる。

請求項３に係る発明は、第１スロットル弁及び第２スロットル弁をそれぞれ開いたときに、第１スロットル弁と第２スロットル弁との境界部の下流側に出来る扇形状の副吸気口の一部を遮断する遮断フィンを半円部に一体的に設けたことを特徴とする。
遮断フィンを設けることで、副吸気口を絞ることができ、従来のスロットル弁と同等の空気流量特性とすることができる。

請求項１に係る発明では、主吸気口で吸入空気量の調整を行うとともに、副吸気口で吸入空気量の調整に加えて、空気を吸気通路とほぼ直交する方向へ流すことで吸気通路内に渦流を発生させることができ、燃焼室内で混合気のスワールを発生させることができる。

請求項２に係る発明では、二つのスロットル弁要素のみで、吸入空気量調整及びスワール生成を兼用するから、従来のようなスワール生成装置を省くことができ、吸気系を簡素な構造にすることができる。従って、吸気系の小型・軽量化、部品数削減によるコスト低減を図ることができ、更に、吸気通路を短縮することができる。

また、従来よりも吸気通路を短縮できるから、通路の吸気抵抗を小さくすることができ、スロットル弁開閉時におけるエンジン回転のレスポンスを向上させることができる。
更に、吸気通路を燃焼室に対して特別な位置に設けなくても、二つのスロットル弁要素で渦流を発生させることができるから、吸気系の設計自由度を増すことができる。

請求項３に係る発明では、遮断フィンを設けたので、従来のスロットル弁と同等の空気流量特性とすることができ、従来と同様な感覚のスロットル操作を行うことができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るスロットル弁を示す吸気系の説明図であり、吸気系１０は、スロットル弁１１を備えるスロットル装置１２と、このスロットル装置１２内の吸気通路１３に入口側を連通させるとともに出口側を燃焼室１４に連通させた吸気ポート１６と、この吸気ポート１６の出口を開閉する吸気バルブ１７と、吸気ポート１６内に燃料を噴射する燃料噴射弁１８とからなる。なお、２１はスロットル装置１２の入口に取付けたエアファンネル、２２は排気ポート、２３は排気ポート２２を開閉する排気バルブ、２４はシリンダ、２６はシリンダ２４内に移動自在に挿入したピストンである。

図２は本発明に係るスロットル装置を示す正面図であり、スロットル装置１２を、吸気通路１３の入口側から見た図である。
スロットル装置１２は、筒状のスロットルボディ３１と、このスロットルボディ３１の吸気通路１３を横切るようにスロットルボディ３１に回転自在に取付けたスロットル軸３２，３３と、これらのスロットル軸３２，３３の心合わせをする心出しピン３４と、スロットル軸３２，３３にそれぞれ複数のビス３６で取付けた第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８と、スロットル軸３２，３３にそれぞれ連結したドラム４１と、これらのドラム４１にジョイント４２を介して連結したロッド４３とからなる。

第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８は、前述のスロットル弁１１を構成する部材である。

ロッド４３は、図示せぬ二輪車のスロットルグリップ又は四輪車のアクセルペダルに連結した部材であり、上記のスロットルグリップ又はアクセルペダルを操作することにより、ロッド４３を移動させ、ボールジョイント４２を介してスロットル軸３２，３３を回転させ、第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８の両方を開閉する、又は一方のみを開閉する。第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８の両方を開閉する場合には、それぞれを連動させて開閉する、あるいはそれぞれを独立に開閉する。

図３は本発明に係るスロットル弁を示す斜視図であり、第１スロットル弁３７は、心出しピン３４（図２参照）を挿入するピン挿入穴３７ａを開けた円柱状の心材５１と、この心材５１に取付けたほぼ半円形で板状の弁本体５２と、この弁体５２の背面（ここでは、第１スロットル弁３７を配置した吸気通路１３（図２参照）内に空気が流れるときに、弁体５２の下流側の面を背面とした。）に取付けたほぼ扇形状の遮断フィン５３とからなる。なお、５５は第１スロットル弁３７をスロットル軸３２（図２参照）に取付けるためにビス３６（図２参照）を通すビス挿通穴、５６は遮断フィン５３の外縁部に設けた切欠き部である。第２スロットル弁３８は、第１スロットル弁３７と基本構造が同一で、同一構成部品からなる。

このように、第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８は、正面視で円板をスロットル軸３２，３３にほぼ直角に二分割することで、それぞれ開閉可能としたものである。

図４（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るスロットル弁を示す説明図である。
（ａ）は側面図であり、第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８（第２スロットル弁３８は太線で描いたものである。以下、（ｂ），（ｃ）においても同じ。）の両方を閉じた状態を示す。

（ｂ）は側面図であり、第１スロットル弁３７のスロットル開度を角度θｔｈ１、第２スロットル弁３８のスロットル開度を角度θｔｈ２とした状態を示す。なお、スロットル開度は、第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８共に、吸気通路１３に直交する基準線５８に対する開度であり、第１スロットル弁３７では、図の時計回りが開方向であり、第２スロットル弁３８では、図の反時計回りが開方向である。

このときの図中のハッチングを施した部分は、空気通路であり、第１スロットル弁３７の遮断フィン５３と、吸気通路１３の内面１３ａとの間に出来る空気通路は、主空気通路（詳細は後述する。）に対して副空気通路６３と呼び、第２スロットル弁３８の遮断フィン５３と、吸気通路１３の内面１３ａとの間に出来る空気通路は、主空気通路に対して副空気通路６４と呼ぶ。これらの副空気通路６３，６４は、吸気通路１３に直交する通路である。

（ｃ）は（ｂ）のＣ矢視図であり、図中のハッチングを施した部分は、主空気通路６１，６２である。即ち、主空気通路６１は、吸気通路１３の内面１３ａと、第１スロット弁３７の外周縁３７ｂ、第２スロットル弁３８の外周縁３８ｂとの間の開口であり、主空気通路６２は、吸気通路１３の内面１３ａと、第１スロット弁３７の外周縁３７ｃ、第２スロットル弁３８の外周縁３８ｃとの間の開口である。これらの主空気通路６１，６２は、吸気通路１３に沿う通路である。

図５（ａ），（ｂ）は本発明に係るスロットル弁の作用を示す第１作用図であり、スロットル弁１１を通過する空気の流れの概略を平面図で説明する。
（ａ）は第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８を開けたときの主空気通路６１（図４（ｃ）も参照）及び副空気通路６４における空気の流れを示す。即ち、第１スロットル弁３７の外周縁３７ｂと内面１３ａ（図４（ｃ）も参照）との間では、矢印Ａで示すように、空気は吸気通路１３に沿ってほぼ直線的に移動し、第２スロットル弁３８の外周縁３８ｂと内面１３ａとの間でも、矢印Ｂで示すように、空気は吸気通路１３に沿ってほぼ直線的に移動する。また、上流側から流れてきた空気は、矢印Ｃで示すように、副空気通路６４に吸気通路１３にほぼ直交するように曲がって進入し、副空気通路６４を通過した後は、矢印Ｂの向きの流れの影響を受けて下流側へ方向を変え、更に、吸気通路１３の内面１３ａに沿う周方向の流れも加わる。

（ｂ）は主空気通路６２（この図では、主空気通路６２は、第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８の下方に位置する。図４（ｃ）も参照。）及び副空気通路６３における空気の流れを示す。即ち、第１スロットル弁３７の外周縁３７ｃと内面１３ａとの間では、矢印Ｄで示すように、空気は吸気通路１３に沿ってほぼ直線的に移動し、第２スロットル弁３８の外周縁３８ｃと吸気通路１３との間でも、矢印Ｅで示すように、空気は吸気通路１３に沿ってほぼ直線的に移動する。また、上流側から流れてきた空気は、矢印Ｆで示すように、副空気通路６３に吸気通路１３にほぼ直交するように曲がって進入し、副空気通路６３を通過した後は、矢印Ｅの向きの流れの影響を受けて下流側へ方向を変え、更に、吸気通路１３の内面１３ａに沿う周方向の流れも加わり、矢印Ｆの流れと（ａ）で説明した矢印Ｃの流れとが協働して、吸気通路１３及び吸気ポート１６（図１参照）内に内面１３ａに沿う渦流を発生させる。

図６（ａ），（ｂ）は本発明に係るスロットル弁の作用を示す第２作用図であり、スロットル弁１１（図１参照）を備える吸気通路に一つの吸気ポート１６を接続したときのスロットル弁１１によるスワール生成確認のテスト結果を示す。（ａ）は実施例であり、このときの第１スロットル弁３７（図４（ｂ）参照）及び第２スロットル弁３８（図４（ｂ）参照）のスロットル開度θｔｈ１，θｔｈ２はそれぞれθｔｈ１＝１５ °、θｔｈ２＝１５ °である。

スロットル弁１１を通過して吸気ポート１６から燃焼室１４内に流入した空気は、各矢印で示すように、反時計回りのスワールを生成する（例えば、大きな矢印Ｈ，Ｊは小さな各矢印の向きを概略的に示す。）。なお、各矢印の長さは速度の大きさを表す（以下、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）について同じ。）。スワールは、シリンダ２４の壁面２４ａ近傍で速度が小さく、壁面２４ａから離れるにつれて速度が大きくなる。

（ｂ）は比較例として従来のスロットル弁としてのバタフライバルブのテスト結果を示す。このときのスロットル開度は３０ °である。
スロットル弁を通過して吸気ポート１６から燃焼室１４内に流入した空気は、大きな矢印Ｌ，Ｈで示すように、シリンダ２４の壁面２４ａにほぼ沿って流れ、更に、大きな矢印Ｐ，Ｑで示すように、それぞれぶつかり合って燃焼室１４の中心側へ向きを変えて流れるため、スワールは発生しない。

図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るスロットル弁の作用を示す第３作用図であり、吸気ポート１６を２つの吸気ポート１６Ａ，１６Ｂで構成した場合のスロットル弁によるスワール生成確認のテスト結果を示す。このときの第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８のスロットル開度θｔｈ１，θｔｈ２はそれぞれθｔｈ１＝θｔｈ２＝１５°である。

（ａ）では空気の流れを複数の流線で表した（以下の図８（ａ）においても同じ。）。 空気は、吸気通路１３におけるスロットルバルブ１１の奥側から手前側へ流れ、吸気ポート１６Ａ，１６Ｂを通って燃焼室１４に至る。

空気は、副空気通路６３，６４（副空気通路６３は不図示。）を通過した後は、吸気通路１３内を渦状になって大きな速度で流れる。また、主空気通路６１，６２（図４（ｃ）参照）を通過した空気も、副空気通路６３，６４を通過した空気と共に渦状となって大きな速度で流れる。そして、空気は、２つの吸気ポート１６Ａ，１６Ｂにほぼ均等に流入してそれぞれの吸気ポート１６Ａ，１６Ｂ内で渦状に流れ、燃焼室１４内に流れ込む。

（ｂ）は（ａ）の空気の流れをシリンダ２４（図１参照）の軸線に沿って見た図（図８（ｂ）においても同じ。）であり、吸気バルブ１７，１７を開いているときに、吸気ポート１６Ａ，１６Ｂの出口を出た空気は、吸気バルブ１７，１７の傘部の半径方向外側に広がり、特に、２つの吸気バルブ１７，１７の間から遠ざかるような大きな流れ（例えば、図中の矢印Ｈ，Ｊで示す流れ）が発生するが、スワールは発生しない。

図８（ａ），（ｂ）は本発明に係るスロットル弁の作用を示す第４作用図であり、吸気ポート１６を２つの吸気ポート１６Ａ，１６Ｂで構成した場合のスロットル弁によるスワール生成確認のテスト結果を示す。このときの第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８のスロットル開度θｔｈ１，θｔｈ２はそれぞれθｔｈ１＝３０°、θｔｈ２＝０°である。

（ａ）において、空気は、副空気通路６３，６４（副空気通路６３は不図示。）を通過した後は、渦状になって吸気ポート１６Ａ，１６Ｂへ流れる。詳しくは、開いた第１スロットル弁３７から遠い側の吸気ポート１６Ｂへ吸気ポート１６Ａよりも多く且つ大きな速度で空気が流れる。また、主空気通路６１，６２（図４（ｃ）参照）を通過した空気も、副空気通路６３，６４を通過した空気の流れの影響を受けてそのほとんどが吸気ポート１６Ｂに流入し、わずかに吸気ポート１６Ａへも流入する。即ち、吸気ポート１６Ｂ内を流れる空気の量が吸気ポート１６Ａを流れる空気の量よりも大きく、且つ吸気ポート１６Ｂ内に発生した渦流のために、燃焼室１４内ではスワールが発生する。

（ｂ）は（ａ）の空気の流れをシリンダ２４（図１参照）の軸線に沿って見た図であり、吸気ポート１６Ａ，１６Ｂの出口を出た空気は、吸気バルブ１７，１７の傘部の半径方向外側に広がって、特に、吸気ポート１６Ｂの吸気バルブ１７側から壁面２４ａに沿って吸気ポート１６Ａの吸気バルブ１７側への大きな流れ（例えば、図中の大きな矢印Ｔで示す流れ）が発生し、燃焼室１４内に反時計回りのスワールが発生する。

このように、本発明のスロットル弁１１により、吸気ポート１６Ａ，１６Ｂ内に渦流を発生させることができ、更に、この渦流によって燃焼室１４にスワールを生成し易くすることができる。本発明は、例えば、ヘリカルポートと同様な効果を簡単な構成で得ることができ、しかも、ヘリカルポートに比べて吸気ポートを短くすることができる。

図９（ａ），（ｂ）はスロットル弁の性能を比較する第１グラフである。
（ａ）は実線で示す実施例１（第１実施形態であり、図３に示したスロットル弁１１から遮断フィン５３，５３を除いたものである。）と、破線で示す比較例１（通常のバタフライバルブである。）とにおける、スロットル弁のスロットル開度に対するスロットル弁の上流側と下流側との差圧を示す。

グラフの縦軸は差圧ｄＰ（単位はＰａである。）、横軸はスロットル開度θｔｈ（第１スロットル弁のスロットル開度θｔｈ１及び第２スロットル弁のスロットル開度θｔｈ２である。θｔｈ＝θｔｈ１＝θｔｈ２である。単位は°である。）を表す。

スロットル開度θｔｈが小さいときには、比較例１よりも実施例１の方が差圧ｄＰは小さく、スロットル開度θｔｈが約４０°以降は、比較例１及び比較例２の差圧ｄＰは次第に一致するとともに一定になる。

（ｂ）は比較例１及び実施例１における、スロットル弁のスロットル開度に対する空気の流速（（ａ）で説明した差圧の計測時の流速である。）を示す。グラフの縦軸は流速Ｖ（単位はｍ／ｓ）、横軸はスロットル開度θｔｈ（単位は°）を表す。
スロットル開度θｔｈが小さいときには、比較例１よりも実施例１の方が流速Ｖは大きく、スロットル開度θｔｈが大きくなるにつれて、その差は小さくなり、スロットル開度θｔｈが約４０°以降は、比較例１及び実施例１の流速Ｖは次第にほぼ同じ値になるとともに一定になる。

以上のことから実施例１では、スロットル開度θｔｈが小さくても、吸入空気の通路面積を大きくすることができ、吸入空気量を多くできて、スワールを生成しながらスロットルレスポンスを向上させることが可能になる。

一方で、（ａ），（ｂ）で示すように、比較例１と実施例１との差圧ｄＰ及び流速Ｖが大きく異なるのは、実施例１において、スロットル弁の主空気通路に加えて副空気通路が開いて通路面積がスロットル開度が小さいうちに大きくなるためである。このように、比較例１と実施例１とで差圧ｄＰ、流速Ｖが大きく異なると、吸入空気量に大きな差が出るため、スロットル操作時のエンジン回転のレスポンスが異なる。いわゆる、スロットル操作フィーリングが異なる。

図１０（ａ），（ｂ）はスロットル弁の性能を比較する第２グラフである。
（ａ）は一点鎖線で示す実施例２（第２実施形態であり、図３に示したスロットル弁１１である。）及び破線で示す比較例１（図９（ａ），（ｂ）で説明した通常のバタフライバルブである。）において、スロットル弁のスロットル開度に対する、スロットル弁の上流側と下流側との差圧を示す。

グラフの縦軸は差圧ｄＰ（単位はＰａである。）、横軸はスロットル開度θｔｈ（第１スロットル弁のスロットル開度θｔｈ１及び第２スロットル弁のスロットル開度θｔｈ２については、θｔｈ＝θｔｈ１＝θｔｈ２である。単位は°である。）を表す。

スロットル開度θｔｈが次第に大きくなると、実施例２と比較例１とはほぼ同じ曲線を描いて差圧が徐々に低下し、スロットル開度θｔｈが約４０°以降は差圧ｄＰはほぼ一定となる。

（ｂ）は実施例２及び比較例１における、スロットル弁のスロットル開度に対する空気の流速（（ａ）で説明した差圧の計測時の流速である。）を示す。グラフの縦軸は流速Ｖ（単位はｍ／ｓ）、横軸はスロットル開度θｔｈ（単位は°）を表す。
スロットル開度θｔｈが次第に大きくなると、実施例２と比較例１はほぼ同じ曲線を描いて流速が徐々に増加し、スロットル開度θｔｈが約４０°以降は流速はほぼ一定となる。

以上の図１０（ａ），（ｂ）で示すように、実施例２では、前述の実施例１のスロットルバルブに遮断フィンを追加したことで、これまでのバタフライバルブ（比較例１）と同等の差圧ｄＰ、流速Ｖを得ることができ、従来のスロットル弁（比較例１）と同様なスロットル操作フィーリングでありながら、実施例１と同様に、スワールを発生させることができる。

以上の図２及び図４（ａ）〜（ｃ）で説明したように、本発明は第１に、内燃機関の吸入空気量を調整するために吸気通路１３と直交するスロットル軸３２，３３に取付けたスロットル弁１１であって、このスロットル弁１１は、それぞれ別々に開閉可能な複数のスロットル弁要素としての第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８で構成され、これらのスロットル弁要素３７，３８により、吸気通路１３に沿うように空気を流す主吸気口としての主空気通路６１，６２と、吸気通路１３にほぼ直交するように空気を流す副吸気口としての副空気通路６３，６４とを形成することを特徴とする。

主吸気口６１，６２で吸入空気量の調整を行うとともに、副吸気口６３，６４で吸入空気量の調整に加えて、空気を吸気通路１３とほぼ直交する方向へ流すことで吸気通路１３内に渦流を発生させることができ、燃焼室１４（図１参照）内で混合気のスワールを発生させることができる。従って、燃料と空気との混合を促進させることができ、燃焼が促進されて、出力向上、燃料消費率の低減、排気浄化等が可能になる。

本発明は第２に、スロットル弁要素３７，３８が、それぞれスロットル軸３２，３３に対して垂直に二分割されるほぼ半円形の半円部としての弁本体５２を備えるとともにスロットル軸３２，３３を中心としてそれぞれ逆方向に回動可能な第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８であり、第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８の一方を正回転させ、他方を正回転、又は逆回転、若しくは停止させて吸入空気量を調整しつつスワールを生成することを特徴とする。

二つのスロットル弁要素３７，３８のみで、吸入空気量調整及びスワール生成を兼用するから、従来のようなスワール生成装置を省くことができ、吸気系１０（図１参照）を簡素な構造にすることができる。従って、吸気系１０の小型・軽量化、部品数削減によるコスト低減を図ることができ、更に、吸気通路１３を短縮して吸気抵抗を低減することができる。

本発明は第３に、第１スロットル弁３７及び第２スロットル弁３８をそれぞれ開いたときに、第１スロットル弁３７と第２スロットル弁３８との境界部の下流側に出来る扇形状の副吸気口６３，６４の一部を遮断する遮断フィン５３を半円部５２に一体的に設けたことを特徴とする。

遮断フィン５３を設けたので、副吸気口６３，６４を通過する空気量を調整することができ、従来のスロットル弁と同等の空気流量特性とすることができて、スワールを生成しつつ従来と同様なスロットル操作フィーリングを得ることができる。

図１１（ａ），（ｂ）は本発明に係るスロットル弁の別実施形態を示す説明図である。
（ａ）はスロットル弁７０の断面図であり、スロットル弁７０は、スロットルボディ７１にそれぞれベアリング７２を介して回転自在に支持した第１スロットル軸７３、第２スロットル軸７４及び第３スロットル軸７５と、これらの第１スロットル軸７３、第２スロットル軸７４及び第３スロットル軸７５にそれぞれビス７７で取付けた扇形状の第１スロットル弁８１、第２スロットル弁８２及び第３スロットル弁８３とからなる。

上記の第１スロットル弁８１、第２スロットル弁８２及び第３スロットル弁８３は、スロットル弁８５を構成し、円板を３分割（ここでは、扇の角度を１２０°として３等分した。）した部品である。

（ｂ）は第１スロットル軸７３（（ａ）参照）、第２スロットル軸７４（（ａ）参照）及び第３スロットル軸７５（（ａ）参照）をそれぞれ同一方向に且つ同一角度だけ回転させて、第１スロットル弁８１、第２スロットル弁８２及び第３スロットル弁８３をそれぞれ開けた状態を示す。

図中の８７はスロットルボディ７１の内面７１ａと、第１スロットル弁８１の外周縁８１ａとの間に出来る第１主空気通路、８８は内面７１ａと、第２スロットル弁８２の外周縁８２ａとの間に出来る第２主空気通路、８９は内面７１ａと、第３スロットル弁８３の外周縁８３ａとの間に出来る第３主空気通路、９２は第１スロットル弁８１の半径方向に延びる側縁８１ｃと第２スロットル弁８２の半径方向に延びる側縁８２ｂとの間に出来る第１副空気通路、９３は第２スロットル弁８２の半径方向に延びる側縁８２ｃと第３スロットル弁８３の半径方向に延びる側縁８３ｂとの間に出来る第２副空気通路、９４は第３スロットル弁８３の半径方向に延びる側縁８３ｃと第１スロットル弁８１の半径方向に延びる側縁８１ｂとの間に出来る第３副空気通路、９６は内面７１ａと第１副空気通路９２との間に出来る空気通路、９７は内面７１ａと第２副空気通路９３との間に出来る空気通路、９８は内面７１ａと第３副空気通路９４との間に出来る空気通路である。

尚、本発明では、スロットル弁要素は、スロットル軸に対して垂直に二等分した部材としたが、これに限らず、スロットル軸に対して所定角度で二分割した部材としてもよし、また、スロットル軸に対して垂直であって二等分でなく二分割してもよい。
更に、第１スロットル弁と第２スロットル弁とを逆方向に回動可能としたが、これに限らず、同方向に回動可能としてもよい。

また、本実施形態では、スロットル弁を３等分したものを示したが、これに限らず、等分でなくともよく、例えば、扇の角度を１８０°，９０°，９０°に分割してもよい。また、３つのスロットル弁の開度は同一でなくてもよく、更に、各スロットル弁を開けるときにスロットル軸の回転方向は同一でなくてもよい。

本発明のスロットル弁は、二輪車、四輪車等の吸気系に好適である。

本発明に係るスロットル弁を示す吸気系の説明図である。 本発明に係るスロットル装置を示す正面図である。 本発明に係るスロットル弁を示す斜視図である。 本発明に係るスロットル弁を示す説明図である。 本発明に係るスロットル弁の作用を示す第１作用図である。 本発明に係るスロットル弁の作用を示す第２作用図である。 本発明に係るスロットル弁の作用を示す第３作用図である。 本発明に係るスロットル弁の作用を示す第４作用図である。 スロットル弁の性能を比較する第１グラフである。 スロットル弁の性能を比較する第２グラフである。 本発明に係るスロットル弁の別実施形態を示す説明図である。 従来のスロットル弁を示す作用図である。 従来のスワール生成技術を示す吸気渦流発生装置の構成図（従来例１）である。 従来のスワール生成技術を示す吸気渦流発生装置の断面図（従来例２）である。 従来のスワール生成技術を示す吸気装置の説明図（従来例３）である。 従来のスワール生成技術を示す吸気装置の説明図（従来例４）である。

符号の説明

１１…スロットル弁、１３…吸気通路、３２，３３…スロットル軸、３７，３８…スロットル弁要素（第１スロットル弁、第２スロットル弁）、５２…半円部（弁本体）、５３…遮断フィン、６１，６２…主吸気口（主空気通路）、６３，６４…副吸気口（副空気通路）。

Claims (3)

1. 内燃機関の吸入空気量を調整するために吸気通路と直交するスロットル軸に取付けたスロットル弁であって、
   このスロットル弁は、それぞれ別々に開閉可能な複数のスロットル弁要素で構成され、
   これらのスロットル弁要素により、前記吸気通路に沿うように空気を流す主吸気口と、吸気通路にほぼ直交するように空気を流す副吸気口とを形成することを特徴とするスロットル弁。
2. 前記スロットル弁要素は、それぞれ前記スロットル軸に対して垂直に二分割されるほぼ半円形の半円部からなるとともにスロットル軸を中心としてそれぞれ逆方向に回動可能な第１スロットル弁及び第２スロットル弁であり、第１スロットル弁及び第２スロットル弁の一方を正回転させ、他方を正回転、又は逆回転、若しくは停止させて吸入空気量を調整しつつスワールを生成することを特徴とする請求項１記載のスロットル弁。
3. 前記第１スロットル弁及び前記第２スロットル弁をそれぞれ開いたときに、第１スロットル弁と第２スロットル弁との境界部の下流側に出来る扇形状の前記副吸気口の一部を遮断する遮断フィンを前記半円部に一体的に設けたことを特徴とする請求項２記載のスロットル弁。

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