对减小汽车重量以便减小燃料消耗方面进行了研究和开发。作为 进气系统的一个部件的常规节流阀体由铝模铸制成。近年来，已进行 努力通过形成树脂节流阀体来提供重量轻、成本低的节流阀体。
节流阀体的孔必须形成为使在确定了节流阀体的孔的孔壁和布置 于该节流阀体的孔中的节流阀之间的间隙处在80至100μm的范围内。 通过模铸形成的该常规节流阀体的孔通过机械加工而精加工形成合适 精度的孔。如果树脂制成的节流阀体可以形成为使它的孔形成有能够 保证上述范围的间隙的精度时，将不需要机械加工。孔在模制收缩后 的圆度、节流阀的圆度(下文中，圆度用于表示直径的变化)以及孔 的内径的误差都必须与由模铸形成的铝节流阀的情况相等。还需要防 止孔壁和节流阀之间的干涉，以及由于在非常低温度和超过100℃的高 温之间的温度变化而引起的热变形，从而使节流阀体和节流阀之间的 间隙过度增加。
在JP-A No.169473/1998中提出的一种防止不规则变形的方法 中，将填料定向布置在节流阀体的、确定孔的孔部分中。当通过机械 加工形成的金属节流阀置于该孔部分中时，可以考虑减小该间隙。
不过，为了降低成本，节流阀必须由树脂形成以省略机械加工处 理。当有孔的节流阀体和布置在该孔中的节流阀都由树脂形成时，该 节流阀体和节流阀可以分别由具有相似线性膨胀系数的树脂形成，因 此，可以基本保持在孔壁和节流阀之间的初始间隙。当节流阀由热导 率低于金属的树脂形成时，可以防止在金属节流阀的操作过程中发生 的磨伤情况。即使节流阀体和节流阀都由含有相同量的填料的相同树 脂形成，该节流阀体和节流阀也分别有不同的线性膨胀系数，并分别 由于在节流阀体和节流阀中填料取向之间的差异而通过不同的变形量 来进行变形。因此，该节流阀可能与孔壁干涉，而在孔壁和节流阀之 间的间隙也可能过度增加。
近来，内燃机的趋势是减小空转节流阀开口，以减小空转速度。 当空转节流阀开口减小时，污染物粘在节流阀的外周上的可能性增加， 该污染物例如包含于再循环排气中的碳和包含于漏气中的油类。当沉 积在节流阀上的这些污染物由于内燃机的加热而固化时，该节流阀将 卡在孔壁上，在最坏情况下，即使操作加速器踏板，该节流阀也不会 运动。
发明的公开
本发明的第一个目的是使节流阀体形成这样，即在从非常低温度 到超过100℃温度的温度范围内，使该节流阀体的孔壁的热变形基本等 于节流阀的热变形，且在孔壁和节流阀之间的间隙处于与在常规节流 阀体的孔壁和常规节流阀之间的间隙相同的水平，从而提供低成本、 高性能的节流阀体。
本发明的第二目的是减小孔在模制收缩后的圆度和减小在节流阀 和孔之间的间隙。
本发明的第三目的是防止节流阀由包括碳和油的固体沉积物而被 磨伤。
为了解决上述问题，根据本发明，包含于树脂中的填料沿周向方 向定向，以便通过使节流阀的热变形接近孔的热变形而使节流阀沿径 向方向的线性膨胀系数接近孔的线性膨胀系数，从而防止前述干涉和 间隙的放大。
为了解决前述问题，本发明的节流阀体包括：一个节流阀轴，该 节流阀轴基本径向横过进气气缸(孔)延伸；以及一个节流阀，该节 流阀固定在节流阀轴上，并装于孔中；其中，该孔和节流阀由含有填 料的树脂制成，且在-40℃到120℃的温度范围内，孔的周向变形和节 流阀的径向变形之间的差在0到40μm的范围内。
为了解决上述问题，本发明的节流阀体包括：一个进气气缸(孔)； 以及一个节流阀；其中，该节流阀和孔由含有填料的树脂形成，节流 阀的线性膨胀系数和孔的线性膨胀系数之间的差在0到4×10-6/℃范 围内。
为了解决上述问题，在本发明的节流阀体中，孔和节流阀中的填 料定向成基本相同的方向。
为了解决上述问题，在本发明的节流阀体中，填料随机地定向在 孔和节流阀中。
为了解决上述问题，在本发明的节流阀体中，节流阀有周向槽或 肋，填料基本周向定向。
为了解决上述问题，在本发明的节流阀体中，节流阀通过将由周 向布置的填料形成的集料夹在树脂层之间而形成。
为了解决上述问题，在本发明的节流阀体中，形成节流阀的树脂 的填料含量与形成孔的树脂的填料含量不同，以便使节流阀的径向线 性膨胀系数几乎等于孔的周向线性膨胀系数。
为了解决上述问题，在本发明的节流阀体中，至少节流阀的、对 着孔的孔壁的外周部分由含有碳氟化合物树脂的树脂制成，或者由碳 氟化合物树脂涂层。
为了解决上述问题，本发明的节流阀体包括：一个节流阀轴，该 节流阀轴基本径向横过进气气缸(孔)延伸；以及一个节流阀，该节 流阀固定在节流阀轴上，并装于孔中；其中，该孔由树脂制成，且具 有固定或连续变化宽度的环形肋或者该环形肋这样的部件形成于该孔 的、与节流阀轴相对应的部分上，以便平衡用于凸台引起的沉陷效果。
为了解决上述问题，在本发明的节流阀体中，最小厚度为最大厚 度的2/3或更小。
为了解决上述问题，在本发明的节流阀体中，肋形成于孔的、围 绕节流阀轴的部分上，这样，最大高度和厚度的乘积在凸台的高度和 平均厚度的乘积的15至40％范围内，且最小高度和厚度的乘积在最大 高度和厚度的乘积的20至80％范围内。
为了解决上述问题，在本发明的节流阀体中，孔在其一部分上有 肋，从而能够将沿孔的中心轴线从与节流阀轴相对应的位置在±5mm范 围内将孔的一部分的圆度(直径)限制到80μm或更低。
根据本发明，在围绕节流阀轴确定孔的进气气缸的部分中形成有 肋，以便减小孔在模制收缩后的圆度。
本发明向树脂添加添加剂，以防止树脂和油类粘附在节流阀上。
附图的简要说明
图1是本发明第一实施例的节流阀的透视图；
图2是作为本发明主题的节流阀体的侧视图；
图3是作为本发明主题的节流阀体的平面图；
图4是帮助解释模制盘形部件的方法的示意图；
图5是帮助解释模制柱形部件的方法的示意图；
图6是沿图1中的线A-A的剖视图；
图7是表示槽的深度和第一实施例的节流阀中的线性膨胀系数之 间的关系的曲线图；
图8是表示在第一实施例的节流阀中的槽的深度和间隙之间的关 系的曲线图；
图9是表示在第一实施例的变化形式中的节流阀的示意图；
图10是根据第一实施例的另一节流阀沿图9中的线A-A的剖视 图；
图11是在本发明的第二实施例中的节流阀的典型视图；
图12是用于模制第二实施例中的节流阀的模具的剖视图；
图13是节流阀体的解析模型的透视图；
图14是图13中所示的解析模型的俯视图；
图15是在本发明第四实施例中的节流阀体的局部透视图；
图16是图15中所示的节流阀体的俯视图；
图17是在第四实施例中的节流阀体的局部俯视图；
图18是在第四实施例中的节流阀体的局部俯视图；
图19是在第四实施例中的节流阀体的局部俯视图；
图20是帮助解释在第四实施例中的节流阀体的变形模式的视图；
图21是沿图9中的线A-A的剖面的另一实例；以及
图22是表示所测量的线性膨胀系数的表。
实现发明的最佳方式
下面将参考附图介绍本发明的优选实施例。
参考图2和3，节流阀体3有：节流阀1，该节流阀1装于由孔4 的孔壁4a环绕的空间中；以及节流阀轴。该节流阀1通过螺钉22固 定在节流阀轴5上。
节流阀轴5基本径向横过孔4延伸。节流阀杆7与节流阀轴5的 一端相连。复位弹簧6在节流阀杆7和止动器8之间延伸。节流阀位 置传感器9安装在该节流阀轴5的另一端上。
当驾驶员压低加速器踏板(未示出)时，节流阀杆7运动，从而 使节流阀轴5运动，以便打开节流阀1。当除去施加在加速器踏板上的 力时，该节流阀1由于复位弹簧6的弹性而关闭。在节流阀1关闭时 的状态下，在节流阀1的外周1a和孔壁4a之间的间隙例如为80至100μm 的范围内，以便减小在空转过程中的空转速度、燃料消耗和噪音。该 间隙能够使节流阀1平滑运动。在图3中，该间隙进行了夸大，以便 于理解。
当节流阀体3由于发动机产生的热量而加热时，在节流阀的外周1a 和孔壁4a之间的间隙部分减小，节流阀1咬合到孔壁中。该现象最易 于在空转过程中发生。
含有纤维填料的树脂在与填料的延伸方向平行的方向上的线性膨 胀系数较小，而在与填料的延伸方向垂直的方向上的线性膨胀系数较 大。图4是帮助解释模制普通盘的方法的示意图，图中填料以10表示， 盘以11表示，浇口道以12表示。树脂通过浇口道12流向与盘形部件 11的中心相对应的位置。如图4所示，当盘形部件11的厚度很小时， 填料10从中心径向定向。在图4中将该填料10进行了放大，以便于 了解所定向的方向。可以预期，径向热变形小于周向热变形。图5是 帮助解释模制圆筒形部件的方法的示意图。相对于周向对称的浇口形 成为能提高圆度。图5中表示了圆筒形部件13、浇口14和浇口道15。 在该实例中，填料10沿流动方向延伸，并基本轴向定向。可以预期， 周向和径向的热变形系数较大，而轴向热变形系数较小。图22表示了 由含有填料10的树脂制成的圆筒形部件和盘形部件的测量线性膨胀系 数。
圆筒形部件的周向线性膨胀系数是它的轴向线性膨胀系数的1.6 倍，而盘形部件的周向线性膨胀系数是它的径向线性膨胀系数的1.4 倍，证实与前述预期相同。假设该圆筒形部件是孔，该盘形部件是节 流阀。那么，该圆筒形部件的周向线性膨胀系数和该盘形部件的径向 线性膨胀系数与间隙相关。在圆筒形部件的周向线性膨胀系数28.8× 10-6/℃和盘形部件的径向线性膨胀系数18.8×10-6/℃之间有很大的 差异。当内径为60mm时，在-40至120℃的工作温度范围内的尺寸之 间的差为96μm。因此，最重要的是使两者的线性膨胀系数相等。这样， 使孔和节流阀的相应变形之间的差必须小于80μm。当内径为60mm且工 作温度范围为-40至120℃时，80μm的变形差对应于大约8×10-6/℃ 的线性膨胀系数差。因此，为了防止孔和节流阀磨伤，在两者之间的 相应线性膨胀系数之间的差必须不大于大约8×10-6/℃。更优选是， 考虑到圆度的变化，希望该变形差为40μm或更小。
在本实施例中，设计了一种增加节流阀1的径向线性膨胀系数的 方法，该节流阀1比节流阀体3更易于进行处理。将参照附图叙述本 发明的优选实施方案。
第一实施例：
图1是本发明第一实施例的节流阀1的典型视图。图1中表示了 节流阀16、一些布置在各同心圆上的槽17以及用于将节流阀16安装 在轴5上的孔24。图6是沿图1中的线A-A的剖视图。
填料2可以通过在各同心圆上布置的槽17而大部分定向成周向方 向。在本实施例中，该槽17布置成“Z”字形，以便使树脂必然能流 过各槽的薄部分。因此，将扰乱树脂的径向流动，从而使填料很难沿 径向延伸，并使填料沿周向延伸的可能性增加。
通过改变槽17的深度、尺寸和节距，可以使填料更随机地定向。 当填料大部分沿周向定向时，希望使节流阀1的线性膨胀系数接近孔4 的线性膨胀系数。在节流阀1和孔4之间的线性膨胀系数差可以比当 通过随机定向填料而使填料在节流阀(阀)中径向定向时的线性膨胀 系数差更小，这也在本发明的范围内。
因此，如上所述，节流阀的径向线性膨胀系数可以形成为接近孔4 的径向线性膨胀系数，以便抑制节流阀16和孔4之间的间隙随温度变 化的变化。
在本实施例中的节流阀16能够很容易地通过将热塑性树脂注入有 与槽相对应的凸起的模具腔中而制成。
图7表示了厚度为t0＝3mm和外径为60mm，且分别有深度为0.5mm、 0.75mm和1.0mm的槽的四种盘形部件的线性膨胀系数α。有这些深度 的槽的盘形部件的最小厚度t分别为2.0mm、1.5mm和1.0mm。测量的 厚度比t/t0在水平轴线上，而测量的线性膨胀系数比α/α0，即节流阀 的线性膨胀系数α与孔的线性膨胀系数α0之比在垂直轴线上。当厚度 比t/t0小于2/3时，槽的效果很明显，线性膨胀系数比α/α0接近1； 也就是，盘形部件和孔的相应线性膨胀系数彼此接近。
图8表示了在-40到120℃的温度范围内盘形部件和孔之间的计算 间隙。当盘形部件没有任何槽时的间隙为49μm。当盘形部件有1mm深 的槽时的间隙小至18μm。在本实施例中，通过在盘形部件中形成槽， 达到最小厚度为初始厚度的1/2或更低，当盘形部件的温度在-40至120 ℃温度范围内时，该间隙可以限制为40μm或更低(0至40μm)。当内 径为60mm时，这相当于线性膨胀系数差为大约4×10-6/℃(0至4× 10-6/℃)。
在本实施例中，盘形部件的线性膨胀系数α为23.7×10-6/℃，大 于在图22中所示的盘形部件的线性膨胀系数18.1×10-6/℃，并接近 孔的线性膨胀系数28.8×10-6/℃。可以认为，由于厚度在1.5至3.0mm 的范围内增加和增加了周向定向的纤维比例，因此增加了不会与壁表 面剪切的部分。
为了防止节流阀和孔4磨损，实际的节流阀16在与孔的轴线倾斜 几度的位置与孔4接触，并不是垂直于孔的轴线。因此，实际的节流 阀16并不是完全的圆盘，是椭圆盘，并为锥形。模具将制成为与该节 流阀16的形状相符。
尽管槽17在相对的两表面中形成，该槽17也可以只形成于相对 表面中的一个内而达到同样的效果。不过，当槽17只形成于一个相对 表面内时，必须采取措施以防止该节流阀翘曲，例如将模具的不同部 分分别加热至不同温度。尽管在本实施例中该槽17成“Z”字形布置， 但是该槽也可以径向布置。节流阀可以有同心圆的槽。该槽17可以只 形成于外周部分中，而达到相同效果。
在空转过程中，节流阀1将由于负压而绕节流阀轴弯曲。如上所 述，因为节流阀11并不垂直于孔的轴线，而是相对于该孔的轴线倾斜 一定角度，因此，靠近发动机的一半节流阀部分将弯曲成远离孔壁。 远离发动机的另一半节流阀部分将弯曲成靠近孔壁。因此，该节流阀 和孔将磨伤，在最坏情况下，还可能使该节流阀变得无法控制。
如图9所示，肋形成于远离发动机的一半节流阀部分上(图9中 的右半部分)，以代替槽，这样，填料定向成周向。图10表示了槽17 和肋23。因此，可以防止由于形成槽而减小厚度，且可以增加此半部 分的刚性。图10是沿图9中的线A-A的剖视图。在图10中所示的有 肋23的一半节流阀部分中，填料10的大部分定向成周向。因此，节 流阀1的线性膨胀系数能够靠近或基本等于孔的线性膨胀系数。因此， 节流阀1的强度能够增加，同时节流阀和孔之间的线性膨胀系数差值 可以减小至不大于预定值，这可以解决节流阀1和孔4的擦伤问题。
肋可以形成于两个或一个相对表面上。当肋只形成于一个表面上 时，通过在发动机一侧上形成凸起，可以减小流阻。图21表示了节流 阀沿图9中的线A-A的另一相应剖面。图21中表示了槽17和肋23。 该肋形成于节流阀的右半部分中，并且靠近周边的肋的高度大于远离 周边的肋的高度，以便提高该肋的弯曲刚性。在周边部分30上没有形 成任何肋，从而避免碳和滑油粘附在该周边部分30上。
包含在用于本实施例的树脂中的填料的可用材料例如为玻璃纤 维、碳纤维、硼纤维、芳族聚酰胺纤维、硅酸碳纤维、氧化铝纤维和 钛酸钾纤维(KnO.nTiO2)须。
第二实施例：
图11是帮助解释根据本发明第二实施例制造节流阀1的方法的典 型视图，图12是用于制造节流阀1的模具的剖视图。图中表示了由周 向布置的纤维2形成的集料18、下模具19和上模具20。填料2的集 料布置在形成于下模具19中的凹口内，热固性树脂注入该凹口内，以 便用该热固性树脂浸渍填料2，将下模具19和上模具20连接在一起， 并加热该模具，以便使热固性树脂凝固。在第二实施例的节流阀1中， 填料2周向布置。与第一实施例类似，第二实施例的线性膨胀系数也 能接近孔4的线性膨胀系数，这样，它可以防止节流阀1和孔4之间 的间隙随温度变化而变化。
尽管在第二实施例中采用了填料2的集料，也可以采用将填料2 的细线布置成同心圆或螺旋形而形成的填料部件。即使通过编织填料2 的线而形成的、象织物一样的填料部件也有一些效果。
通过用冷固性树脂、可光致固化树脂或热塑性树脂来代替热固性 树脂，也可以制成具有相同特性的节流阀1。当采用可光致固化树脂时， 上模具20必须为玻璃模具。
第三实施例
通过由填料含量与形成孔4的树脂的填料含量不同的树脂来形成 节流阀1的另一方法也可以使节流阀1的径向线性膨胀系数接近孔4 的周向线性膨胀系数。通常，具有较小填料含量的树脂的线性膨胀系 数较大。在本实施例中，通过使节流阀1由具有较小填料含量的树脂 制成，节流阀1的线性膨胀系数可以接近孔4的周向线性膨胀系数。 因此，可以抑制节流阀1和孔4之间的间隙随温度变化而变化。
通过使节流阀和孔分别由不同树脂制成，也可以使节流阀的径向 线性膨胀系数接近孔的周向线性膨胀系数。
第四实施例
图13表示了帮助解释在本发明第四实施例中注射模制节流阀体之 后出现的模制后收缩的模型。图中表示了孔4、用于装支承节流阀轴的 轴承的轴承壳体25以及通孔26，节流阀轴通过该通孔26延伸。孔的 直径为50mm，高度为100mm，壳体的直径为20mm，高度为10mm，通孔 的直径为10mm，该孔的壁厚为2mm。
利用该模型以及通用树脂流动分析软件(MOLDFLOW)来分析在注 射模制过程中的流动、固定和翘曲。所用的PEI(聚醚酰亚胺)含有作 为填料的25％玻璃纤维和20％云母(由GE Plastics制成的ULTEM 3452)。
图14表示了分析结果。在放大图中，虚线27表示在收缩后与节 流阀轴的中心位置相对应的孔的位置。由图14显然可见，与轴承壳体 相对应的部分的收缩更大，该孔有横向拉长的椭圆形状。
为了使该部件形成有令人满意的圆度的形状，环绕与节流阀轴的 中心相对应的部分形成2mm厚和10mm宽的环形肋28。图16表示了利 用图15中所示的模型进行分析的结果。在放大图中，虚线29表示在 收缩后与节流阀轴的中心位置相对应的孔的位置。由图16显然可见， 孔的收缩与图14中所示的孔的收缩不同，与轴承壳体和孔相对应的部 分有纵向拉长的椭圆形状。可以认为，发生这样的收缩是因为环形肋 的收缩大于与轴承壳体相对应的部分。
由前述结果可知，通过合适确定环形肋的形状，可以提高孔在收 缩后的圆度。图17表示了有局部肋的孔。该局部肋使得肋的收缩效果 的范围变窄。图18表示了具有狭窄宽度的肋。图19表示了具有连续 变化的宽度的肋。通过这些肋，孔的圆度能够大大提高。
图20是帮助解释由于模制后收缩而引起的变形与肋的形状的关系 的视图，其中，比例h/h0，即在水平轴线上测量的肋的最大宽度h与 凸台的高度h0之比，比例hb/h，即在垂直轴线上测量的肋的最小宽度 hb与肋的最大宽度h之比。当没有形成任何肋时、当形成较大的肋时 和当形成具有相对狭窄、均匀的宽度的肋时，孔分别变形成横向拉长 的椭圆形状、纵向拉长的椭圆形状和几乎正方形形状。在这三种变形 模式的边界附近，在模制收缩后的圆度最小。在最大宽度为凸台的高 度的15至40％范围内且最小宽度在最大宽度的20至80％的范围内时， 该圆度为80μm或更小。在图20中，肋和孔的相应平均壁厚基本相等。 假定沉陷不仅取决于肋的宽度和凸台的高度，而且取决于体积。当肋 和凸台的壁厚彼此不同时，变形模式将与肋的宽度和凸台的高度为壁 厚的多倍时的情况类似。当肋形成为使得肋的最大宽度和壁厚的乘积 处于凸台的高度和平均壁厚的乘积的15至40％范围内，且肋的最小宽 度和壁厚的乘积处于肋的最大宽度和壁厚的乘积的20至80％范围内 时，可以认为结果将与在肋和凸台有相同壁厚时所得到的结果相同。
因为节流阀在关闭时在5o至7o的角度范围内倾斜，在沿孔的中 心轴线距离与节流阀轴相对应的位置处±5mm的范围内，圆度必须为80 μm或更低。分析结果显示，在前述范围内，圆度基本为80μm或更低。
尽管在本实施例中，肋在与节流阀轴的中心相对应的位置处形成 一层，但是该肋也可以在该节流阀轴的中心周围的位置处形成两层或 更多层。因为肋增强了孔的刚性，因此孔的壁厚可以减小。
分析结果显示，当形成肋的轴向范围与对应于凸台的轴向范围不 同时，与节流阀轴相对应的部分的圆度基本没有提高。因此，该肋必 须在与凸台相对应的轴向范围内形成。
在所采用的树脂和纤维含量与本实施例不同时，也可以采用本实 施例中的肋的形状。
第五实施例：
当未示出的内燃机工作时，排气和漏气有时从该内燃机流向节流 阀1。这些气体含有碳和滑油。当节流阀1和孔壁4a之间的间隙较窄 时，碳和滑油将粘附在节流阀1的、对着孔壁4a的外周部分上，并在 该外周部分上固化。因此，该节流阀1变得不可移动。
通过使节流阀1由能够防止滑油、碳或包含滑油和碳的粘性物质 粘附的树脂形成，可以防止滑油或碳的粘附。更具体地说，通过向树 脂中添加碳氟树脂例如PTRE(聚四氟乙烯树脂)，可以增加防水性以及 防止滑油或碳粘附在节流阀上。通过双色模制而使节流阀1的外周部 分由含有碳氟树脂的树脂形成，也可以提供类似的效果。也可选择， 用碳氟树脂涂覆节流阀1的表面，也可以提供类似的效果。
根据本发明，孔4和节流阀1有基本相同的线性膨胀系数，孔壁4a 和节流阀1的外周1a之间的间隙可以保持均匀，且可以避免孔4和节 流阀1之间的干涉。
根据本发明，可以减小环绕节流阀轴的孔部分在模制收缩后的圆 度。
因此，在空转时孔壁4a和节流阀的外周1a之间的间隙可以限定 为非常小的值，这样，能够获得只允许少量空气泄漏的高性能树脂节 流阀体。
根据本发明，通过向树脂中添加添加剂，可以防止碳和滑油粘附 在节流阀1上，因此，可以消除节流阀1的故障操作。
工业实用性
本发明可用于包含在汽车进气系统中的节流阀体，在节流阀体的 孔和节流阀由树脂制成时特别有利。