| 【発明の名称】 |
内燃機関の吸気装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】新井 雅人
【氏名】古川 晃
【氏名】今井 動志
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| 【要約】 |
【課題】粘着質を持ったデポジットの付着防止をしつつ、微小クリアランスを必要とする摺動部に樹脂コーティングできる簡素な構造の内燃機関の吸気装置を提供する。
【解決手段】弁体８と弁体８が回転しうる範囲に対向する弁ハウジング２の少なくともどちらか一方に、ポリアミドイミド５０とシリコン６０の混合剤Ｐで形成された樹脂Ｃで覆う。それにより、樹脂Ｃの膜厚ｔを１０μｍ以下にすることができるので、クリアランス調整構造等を備える必要がなく、簡素な構造をとれる。しかも、樹脂Ｃの下層部Ｃ１にはポリアミドイミド５０が密に、樹脂Ｃの上層部Ｃ２にはシリコン６０が密に存在することで、摺動部表面２ａ近傍には接着性のよいポイアミドイミド５０が付着し、かつ樹脂Ｃ表面を非粘着性のシリコン６０で覆うことができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 吸入空気通路を形成するハウジングと、該ハウジング内に回転自在に配設された駆動軸と、該駆動軸に固定され、前記空気通路の開口面積を可変にする弁体を備えた吸気装置において、前記弁体、および前記弁体が回転しうる範囲に対向するハウジングの摺動部の少なくともいずれか一方の外周面は、シリコンとポリアミドイミドの混合剤で形成された樹脂で覆われていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】 前記混合剤は、予めエタノールとトルエンの溶剤に溶解されており、硬化させると、前記樹脂の上層部に前記シリコンを多く含み、下層部に前記ポリアミドイミドを多く含むように形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装置。
【請求項３】 前記樹脂の表面は、粘着質の付着を防ぐ樹脂に覆われていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】 前記樹脂は、前記外周面の一部に付着しており、前記一部よりも他部を疎に付着し、或いは全く付着していないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の吸気装置に関し、例えば、揺動制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の吸気装置において、吸気装置の回転部の相互間のクリアランスを小さくして、例えばポンプ効率を高める手段として、回転部の表面に樹脂コーティングすることが知られている（特公平５−２０５９４号公報）。特公平５−２０５９４号公報によれば、回転部の外周表面および回転部の両端にかけて連続して四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂をコーティングしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来構造では、コーティングする膜厚が０．２ｍｍから１．０ｍｍの範囲にあり、膜厚が厚く、しかも膜厚のばらつきが大きい。微小クリアランスに設定しようとすると、膜厚を考慮した回転部の構造設計、例えばクリアランスを調整できる組付構造にする必要がある。このため、樹脂コーティングして微小クリアランスを管理しようとすると、回転部は構造が複雑となる。
【０００４】また、この樹脂は、剥離しやすいため、平面部だけに部分的にコーティングすることができない。
【０００５】さらに近年、内燃機関にＥＧＲ、過給機が採用されるようになり、例えば内燃機関の運転を中止直後等には吸入装置に未燃ガスが逆流する。このとき、吸気装置の回転部、例えば揺動制御弁に未燃ガスに含まれる粘着質を持ったデポジットが付着すると弁クリアランスが縮小する。場合によっては弁ロックする可能性がある。
【０００６】本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その第１の目的は、微小クリアランスを必要とする摺動部に樹脂コーティングできる簡素な構造の内燃機関の吸気装置を提供することにある。また、第２の目的は、粘着質を持ったデポジットが付着することを防止できる樹脂コーティングを有する内燃機関の吸気装置を提供することにある。さらに、第３の目的は、少ない付着量で剥離しない樹脂コーティングを有する摺動表面を備えた内燃機関の吸気装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１によると、吸気装置の摺動部の表面、例えば弁体と弁体が回転しうる範囲に対向する弁ハウジングの少なくともどちらか一方に、シリコンとポリアミドイミドの混合剤で形成された樹脂で覆うことで、樹脂膜厚を１０μｍ以下にすることができ、例えば５０〜１００μｍ程度の摺動クリアランスを有する摺動部であれば、クリアランス調整構造を備えなくともよい。このため、薄膜の樹脂を形成できるシリコンとポリアミドイミドの混合剤で形成された樹脂で覆うので、吸気装置は、簡素な構造を提供できる。
【０００８】本発明の請求項２によると、相溶性の悪いポリアミドイミドとシリコンは、予めエタノールとトルエンを溶剤とする混合溶液と組合せて、完全溶解できる。しかも、溶解したシリコン分子とポリアミドイミド分子とが金属表面で引き合うファンデルワース力が、ポリアミドイミド分子の方が大きいので、硬化過程において摺動表面近傍、すなわち樹脂の下層部は、ポリアミドイミド分子が密に存在し、シリコン分子が疎に存在しうる。また、樹脂の上層部はポリアミドイミド分子が疎に存在し、シリコン分子が密に存在しうる。このため、金属接着性に優れるポリアミドイミド分子が摺動表面近傍に密に集まり、摺動表面の面荒さに起因する凹凸部に浸透し硬化できるので、樹脂は、摺動表面と接着性が良く、剥離しにくい。
【０００９】なお、ポリアミドイミドとシリコンを完全溶解させる溶剤として、揮発性溶剤のエタノールとトルエンを用いるので、常温硬化できる。このため、焼成等の特殊な処理が不要であるので、製造工程が簡素な混合剤にて実現できる。
【００１０】本発明の請求項３によれば、前述のように、硬化過程で樹脂の上層部にはシリコンが密に集まることから、樹脂表面近傍にはポイアミドイミド分子が疎に、或いは全く存在しなくなるので、粘着質の物質、例えば未燃ガスに含まれるデポジットに対して、非粘着性のシリコンで樹脂表面を覆うことができる。
【００１１】本発明の請求項４によると、シリコンとポリアミドイミドの混合剤で形成され、金属表面との接着性のよい樹脂で摺動部の外周面を覆うことができるので、樹脂をコーティングする箇所は摺動部の外周面の全部ではなく、例えば、エンジンから逆流してくる未燃ガスに含まれるデポジットに対して、外周面の部分をなす開口している摺動部側のみに樹脂コーティングでき、しかも剥離しにくい。このため、部分的に外周面に樹脂コーティングできるので、コーティングする樹脂量を低減できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の内燃機関の吸気装置において、揺動制御弁を備えた吸気装置に具体化した実施形態を図面に従って説明する。
【００１３】図１は、内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）の吸入装置の一部で、本発明の実施形態の揺動制御弁を備えた絞り弁装置の概略を示す構成図である。図１に示すように、絞り弁装置は、補助空気装置である後述するアイドリング空気制御弁（以下、ＩＳＣＶと呼ぶ）１とスロットルバルブ１００とからなる。このＩＳＣＶは、後述する弁体８を揺動させて空気流量を制御する揺動制御弁をなす。
【００１４】まず、スロットルバルブ１００の構造について以下説明する。スロットルバルブ１００は、スロットルボディ１０１内にメイン通路１０２が形成され、その途中にメイン通路１０２の開口面積を調節する回動自在な絞り弁１０３が設けられている。絞り弁１０３は、スロットルボディ１０１に回動可能に支持される弁軸１０５と、この弁軸１０５と共に回動しメイン通路１０２を流れる吸入空気を調量する弁体１０６とから構成されている。弁軸１０５は、図示しないアクセルペダルの踏込みにより図示しない駆動レバーを介して回動される。なお、図１に示す状態は絞り弁１０３が全閉状態である。
【００１５】スロットルバルブ１００は、車両への搭載状態において、空気上流側がエアフィルタ２００を備えた図示しない吸気ダクトに気密に接合され、また空気下流側が図示しないインテークマニホルドを有するエンジン３００と気密に連通している。絞り弁１０３の上流側のスロットルボディ１０１内にはバイパス通路３（ＩＳＣ通路と呼ぶ）が開口し、絞り弁１０３を迂回して後述するＩＳＣＶ１の絞り弁２０により、吸入空気は調量され絞り弁１０３の下流側のスロットルボディ１０１内へ導出される。吸入空気は、矢印Ａからα、βの順に矢印方向に流れる。
【００１６】次に、本発明の実施形態である揺動制御弁を具体化したＩＳＣＶ１の構造について以下説明する。図２は、本実施形態の揺動制御弁の断面図であり、図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面よりみた弁体と弁ハウジングの摺動部を拡大した断面図である。図４は、コーティングする樹脂の膜厚制御を示すグラフである。図５は、樹脂をコーティングした摺動部表面を示すモデル図である。吸入空気量を制御する揺動制御弁であるＩＳＣＶ１において、弁ハウジング２は、アルミニウム合金のダイカストもしくはＰＢＴ、ナイロン等の合成樹脂で成形されている。この弁ハウジンング２内に上述のＩＳＣ通路３の一部を形成する流体通路４が形成されている。また、弁ハウジング２内には、軸受６が固定されており、この軸受６により弁軸７が回動自在に支持されている。また、弁軸７には弁体８が固定され、弁軸７とともに回動する。したがって、弁座を形成する弁ハウジング２とこの回動自在の弁体８とで絞り９が形成され、この弁体８の回動により、ＩＳＣ通路３の流路開口面積を可変制御する絞り弁２０を形成している。また、絞り９の流路断面形状は、略矩形の形状を成している。なお、図１に示すように絞り弁２０は、弁ハウジング２と弁体８と弁体８を駆動するモータＭとから構成され、そのモータＭはロータリソレノイド以外に、ステッピングモータもしくはＤＣモータ、或いはリニアソレノイド等でもよい。
【００１７】以下、本発明の実施形態に適用したロータリソレノイドにて説明する。弁軸７の端部には、ロータリソレノイド式アクチュエータ（図示せず）が配設されて、弁軸７はロータリソレノイドの駆動軸でもある。ロータリソレノイドは、図１に示すアクセルセンサ４１、回転数センサ４２および温度センサ４３等のセンサより各種の信号が入力されているコンピュータ４０からの電気信号が入力されて、デューティ比制御により弁軸７の回転位置を制御することにより弁軸７と一体で回動する弁体８を制御可能とする。
【００１８】ここで、本発明の実施形態の揺動して空気流量を制御する弁体８と弁ハウジング２との間に形成される摺動部の特徴について以下説明する。
【００１９】まず、前述のように絞り弁２０がＩＳＣ通路３の流路開口面積を可変制御するので、弁ハウジング２は、揺動する弁体８と相互に摺動する摺動部２ａを設けている（図２参照）。この摺動部２ａと弁体８との間に形成される隙間（以下、摺動クリアランスと呼ぶ）γ（図３参照）が大きいと、弁体８を全閉側に揺動したとき、摺動クリアランスγに相当する開口面積分の空気流量がエンジンに供給されてしまうので、摺動クリアランスは微小に管理されている。
【００２０】本実施形態では、摺動クリアランスγをなす弁体８の摺動部表面８ａと、弁体８が揺動、つまり回転しうる範囲に対向する弁ハウジング２の摺動部表面２ａのすくなくともどちらか一方を、エンジンから逆流する未燃ガスに含まれるデポジットの付着を防止させるため、コーティング技術により樹脂Ｃで覆う（図３参照）。以下、実施形態では、弁ハウジング２の摺動部表面２ａに樹脂Ｃを覆う場合で説明する。
【００２１】本実施形態に用いる樹脂の構造の特徴を以下説明する。摺動部表面２ａを覆う樹脂は、ポリアミドイミド５０とシリコン６０の混合剤Ｐで形成されている。
【００２２】この混合剤Ｐで形成される樹脂Ｃは、後述のコーティングで説明する常温硬化により、アルミダイカストで形成された弁ハウジング２の摺動部表面２ａの近傍、すなわち樹脂Ｃの下層部Ｃ１には、ポリアミドイミド分子５０ａが密に存在し、シリコン分子６０ａが疎に存在する。また、樹脂Ｃの上層部Ｃ２には、ポリアミドイミド分子５０ａが疎に存在し、シリコン分子６０ａが密に存在する。
【００２３】また、後述のコーティングで説明する混合剤Ｐを完全溶解させるために用いる揮発性溶剤のエタノール７０とトルエン８０の希釈液濃度を変えて樹脂Ｃの膜厚ｔを制御することで、膜厚ｔを１０μｍ以下にできる。摺動部表面２ａを覆う樹脂Ｃの膜厚ｔは、摺動クリアランスを調整する構造を採用せずに簡素な構造にするには、膜厚ｔの生成ばらつきが小さいほどよい。本実施形態では、膜厚ｔを１μｍとし、０．５μｍから１．０μｍの範囲に設定することも可能である。なお、膜厚ｔの制御については後述する。なお、エタノール７０とトルエン８０とは、揮発性溶剤であるため、樹脂が硬化する過程において、混合剤Ｐを溶解した希釈液中から気化して、例えば大気へ消散する（図５参照）。
【００２４】このため、アルミ材の摺動部表面２ａ近傍には、金属との接着性のよいポリアミドイミド５０が密に付着する。また、粘着質の物質、例えばデポジットに対して、非粘着性のシリコンで樹脂Ｃの表面を覆うことができる。
【００２５】次に、本実施形態に用いる樹脂Ｃのコーティングの特徴を以下説明する。本発明のコーティング樹脂Ｃは、相溶性の悪いポリアミドイミド５０とシリコン６０を希釈して完全溶解させる手段と、希釈された混合剤Ｐの濃度を制御することで膜厚ｔのばらつきを小さくする手段と、常温硬化させる手段とで構成される。
【００２６】まず、相溶性の悪いポリアミドイミド５０とシリコン６０を完全溶解させる手段として、エタノール７０とトルエン８０の溶剤Ｌで希釈して完全溶解させる。
【００２７】本実施形態では、混合剤Ｐの比率は、ポリアミドイミド５０を７２〜９８％好ましくは８５％、シリコンン６０を２〜２８％好ましくは１５％の配合比率とし、また、溶剤Ｌの体積濃度比率は、エタノール７０を３０〜７０％好ましくは５０％、トルエン８０を３０〜７０％好ましくは５０％とすることで完全溶解することが望ましい。
【００２８】次に、膜厚ｔのばらつきを小さくする手段として、希釈された混合剤Ｐの濃度を図４のように制御するのが望ましい。
【００２９】図４は、混合剤Ｐを溶剤Ｌに溶解して調合する希釈液に占める混合剤Ｐの濃度比率ｐｐと膜厚ｔとの関係を示すグラフである。図４に示すように濃度ｐｐを２５％以下に設定すれば、膜厚ｔは１０μｍ以下とすることができる。
【００３０】また、濃度ｐｐを１０％以上では、濃度ｐｐに比例して膜厚ｔが増加するが、、濃度ｐｐを１０％未満では、希釈されて濃度ｐｐが低下しても膜厚ｔは若干低下するだけで略同じ膜厚ｔとなる。このため、濃度ｐｐを１０％未満で所定濃度範囲に調合すれば、膜厚ｔを薄くでき、しかも生成する膜厚ｔのばらつきを低減することができる。
【００３１】さらに、常温硬化させる手段としては、完全溶解させるために用いる溶剤Ｌとして揮発性溶剤のエタノール７０とトルエン８０を用いることで、以下の樹脂生成の過程で硬化するので、溶剤Ｌが揮発すれば、常温硬化して所望の樹脂コーティングができる。
【００３２】相溶性の悪いポリイミドイミド５０とシリコン６０は、予めエタノール７０とトルエン８０を溶剤Ｌとする混合溶液と組合せて希釈すれば、完全溶解できる。しかも、摺動部２ａを形成するアルミニウムの金属表面に引き合うファンデルワース力が、シリコン分子６０ａに比べてポリアミドイミド分子５０ａの方が大きいので、硬化過程において摺動表面２ａ近傍、すなわち樹脂Ｃの下層部Ｃ１は、ポリアミドイミド分子５０ａが密に存在し、シリコン分子６０ａが疎に存在しうる。また、樹脂Ｃの上層部Ｃ２はポリアミドイミド分子５０ａが疎に存在し、シリコン分子６０ａが密に存在しうる。
【００３３】このため、金属接着性に優れるポリアミドイミド分子５０ａが摺動表面２ａ近傍に密に集まり、摺動表面２ａの面荒さに起因する凹凸部に浸透し硬化できるので、樹脂Ｃは、摺動表面２ａと接着性の良く、剥離しにくい。
【００３４】さらに、樹脂Ｃの表面は、シリコン分子６０ａが密に存在できるので、粘着質の物質、例えばデポジットに対して、非粘着性のシリコンで樹脂Ｃの表面を覆うことができる。
【００３５】（変形例）摺動部表面２ａにコーティングさせて樹脂Ｃを付着させる変形例について、以下図６を参照して説明する。図６は、弁体と弁ハウジングの摺動部を拡大した断面図である。絞り９の弁ハウジング２の開口形状が、図６図示のように弁軸方向に幅Ｗを狭くして長方形形状をなしており、同一の開口面積を得るのに弁体８の揺動量を大きくさせる構造にしたものである。
【００３６】樹脂Ｃが覆う表面は、摺動部表面２ａの一部である図中にハッチングした範囲に限定することができる。このとき、本実施形態の樹脂は、アルミ材の摺動部表面２ａ近傍には、金属との接着性のよいポリアミドイミド５０が密に付着しているので、剥離しにくい。このため、部分的に外周面に樹脂コーティングできるので、コーティングする樹脂量を低減できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
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| 【出願日】 |
平成１２年３月２４日（２０００．３．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９６９９８
【弁理士】
【氏名又は名称】碓氷 裕彦 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２７１７２７（Ｐ２００１−２７１７２７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１０月５日（２００１．１０．５） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−８４７７５（Ｐ２０００−８４７７５） |
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