JP2007056900A - アクチュエータ駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータ駆動システムの小型化を阻害することなく、アクチュエータの振動を抑制することのできるアクチュエータ駆動システムを提供する。
【解決手段】可変動弁機構のアクチュエータ駆動システムは、コントロールシャフト３５を駆動するモータアクチュエータ５０と、モータアクチュエータ５０を制御する電子制御装置１００とを備える。モータアクチュエータ５０のダイナミックダンパとして機能させるべく電子制御装置１００がゴム１０２を介してモータアクチュエータ５０に装着される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、アクチュエータ駆動システムに関する。

燃費性能の向上を図るために、内燃機関の運転状態に応じて、吸気バルブや排気バルブの最大リフト量などのバルブ特性を可変とする可変動弁機構が知られている。特許文献１に記載される可変動弁機構では、コントロールシャフトを軸方向に沿って往復移動させることにより、バルブリフト量を連続的に調節して内燃機関の負荷や燃焼状態を制御している。具体的には、コントロールシャフトはモータアクチュエータによって駆動され、モータの正転・逆転を変更することで、コントロールシャフトの移動方向が変更される。
特開２００４−３１６４６４号公報

ところで、バルブ開閉反力がコントロールシャフトを介して伝わると、コントロールシャフトを駆動する部材やそれらを支持する部材には振動が生じる。このような部材の中にはモータ等振動に弱い部材もあるため、可変動弁機構の駆動性を損なうおそれがある。したがって、振動を抑制するために何らかの構成が必要となるが、そのような構成を可変動弁機構に付加した場合には、同機構の小型化が阻害されることとなる。

なお、こうした実情は、内燃機関の可変動弁機構に限らず、その他のアクチュエータ駆動システムであっても概ね共通したものとなる。
本発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アクチュエータ駆動システムの小型化を阻害することなく、アクチュエータの振動を抑制することのできるアクチュエータ駆動システムを提供することにある。

以下、上記目的を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、被駆動部材を駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する電子制御装置とを備えるアクチュエータ駆動システムにおいて、前記アクチュエータのダイナミックダンパとして機能させるべく前記電子制御装置が弾性部材を介して前記アクチュエータに装着されることを特徴とする。

同構成によれば、アクチュエータのダイナミックダンパとして機能させるべく電子制御装置が弾性部材を介してアクチュエータに装着されるため、アクチュエータの振動を抑制することができる。また、アクチュエータを制御する電子制御装置を防振部品として用いることで、防振のためにシステムの部品数を増やすことを回避することができる。その結果、アクチュエータ駆動システムの小型化を阻害することなく、アクチュエータの振動を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアクチュエータ駆動システムにおいて、前記電子制御装置は、少なくとも二つの方向の振動を抑制するように前記アクチュエータに装着されることを特徴とする。

同構成によれば、電子制御装置は少なくとも二つの方向の振動を抑制するようにアクチュエータに装着されるため、アクチュエータの振動を更に抑制することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ駆動システムにおいて、前記アクチュエータは、軸方向に沿って移動可能なコントロールシャフトを駆動することにより内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブ特性を可変とするモータアクチュエータであり、前記電子制御装置は、前記モータアクチュエータの駆動を制御するものであることを特徴とする。

コントロールシャフトが軸方向に沿って往復駆動されることによりバルブ特性が可変とされる内燃機関の可変動弁機構では、バルブ反力がコントロールシャフトを介して伝わることにより同機構に振動が生じる。さらに、アクチュエータにモータが用いられる場合には、モータが振動に弱いため、可変動弁機構の駆動性が損なわれるおそれがある。

この点、上記構成によれば、電子制御装置がダイナミックダンパとして機能するため、可変動弁機構の振動を抑制することができる。その結果、モータアクチュエータを用いる可変動弁機構において、駆動性が損なわれることを抑制することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のアクチュエータ駆動システムにおいて、前記電子制御装置は、前記コントロールシャフトの軸方向に振動するように前記アクチュエータに装着されることを特徴とする。

同構成によれば、電子制御装置はコントロールシャフトの軸方向に振動するようにアクチュエータに装着されるため、バルブ反力によるコントロールシャフトの軸方向の振動を効率的に抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のアクチュエータ駆動システムにおいて、前記電子制御装置は、その内部の基板が前記コントロールシャフトの軸方向に対して垂直になるように装着されることを特徴とする。

電子制御装置内の電子素子は、端子を介して基板に実装されている。その端子は、基板に平行な方向の振動よりも、基板に垂直な方向の振動に対して強い。
この点、上記構成によれば、電子制御装置はその内部の基板がコントロールシャフトの軸方向に対して垂直になるように装着されるため、バルブ反力によるコントロールシャフトの軸方向の振動に対して基板の耐久性を高くすることができる。

以下、本発明を内燃機関の可変動弁機構のモータアクチュエータ駆動システムに適用した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態においては、図１に示されるモータアクチュエータ５０の正転・逆転を変更することによりコントロールシャフト３５が軸方向に沿って往復駆動される。そして、コントロールシャフト３５の駆動により、仲介駆動機構６０（図２）を介して駆動される吸気弁９０（図３）の最大リフト量を変更している。

まず、図１を参照してモータアクチュエータ５０の構造を説明する。
図１に示されるように、モータアクチュエータ５０は、回転駆動力源としてのモータ１０、減速機２０及び駆動力変換伝達機構３０を備えている。

減速機２０は、モータ１０の出力軸１１の駆動力を伝達するとともに、その回転速度を減速させる。出力軸１１の駆動力は、順に出力ギヤ２１、大径ギヤ２２、小径ギヤ２４へと伝達される。なお、大径ギヤ２２と小径ギヤ２４とは、シャフト２３によって連結されている。シャフト２３は、減速機２０のハウジング５１に回転可能に支持されている。

駆動力変換伝達機構３０は、小径ギヤ２４から伝達される回転駆動力をコントロールシャフト３５の軸方向の駆動力に変換して伝達する。小径ギヤ２４の回転駆動力はギヤ部３７に伝達される。ギヤ部３７には、ボールネジ部３１が接続されており、ギヤ部３７の回転に伴ってボールネジ部３１が回転する。なお、ボールネジ部３１は、ボールネジナット軸受３８によって回転可能に支持されている。ボールネジナット軸受３８は、内燃機関に接続する壁５２の内側に固定されている。

ボールネジ部３１のボールネジナット３１ａには、コントロールシャフト３５の端部が挿入されている。コントロールシャフト３５の外周にはヘリカルスプラインが形成されており、このヘリカルスプラインとボールネジナット３１ａの内周に形成されたネジが噛み合っている。そして、ボールネジ部３１の回転に伴って、コントロールシャフト３５は軸方向に往復駆動される。また、コントロールシャフト３５の外面には溝３４が軸方向に形成されており、この溝３４に板３３が摺動可能に係合している。板３３は、上記壁５２等の非可動部に固定されており、コントロールシャフト３５の回転を防止している。

ここで、上記モータ１０の出力軸１１とコントロールシャフト３５とは平行に配置されている。このため、コントロールシャフト３５の往復移動によりその軸方向の振動が発生し、その振動によってモータ１０は出力軸１１の軸方向に振動することとなる。

図２に示されるように、仲介駆動機構６０は、入力部６２、第１出力部６１、第２出力部６４及びスライダギヤ６６を備える。入力部６２のハウジング６２ｂは内部に軸方向に延びる空間を有し、この空間の内周面には軸方向に右ネジの螺旋状にヘリカルスプラインが形成されている。第１出力部６１及び第２出力部６４のハウジング６１ｂと６４ｂとの内部には、軸方向に延びる空間が形成されており、この内部空間の内周面には軸方向に左ネジの螺旋状にヘリカルスプラインが形成されている。また、入力部６２の外周面にローラ６２ａが回転可能に取り付けられている。

ハウジング６２ｂ，６１ｂ，６４ｂの内部空間には、スライダギヤ６６が配置されている。ここでスライダギヤ６６は略円柱状をなし、外周面中央には右ネジの螺旋状に入力用ヘリカルスプライン６６ａが形成されている。また、この入力用ヘリカルスプライン６６ａの両側に、左ネジの螺旋状に第１出力用ヘリカルスプライン６６ｂ及び第２出力用ヘリカルスプライン６６ｃが形成されている。

スライダギヤ６６の内部には軸方向に延びる貫通孔が形成されている。この貫通孔には、支持パイプ３６が周方向に対して摺動可能に配置されている。更に、支持パイプ３６内には、図１に一部を示すごとく軸方向に摺動可能にコントロールシャフト３５が挿入されている。なお、コントロールシャフト３５からは係止ピン３５ａが突出している。この係止ピン３５ａは、支持パイプ３６に形成されている軸方向の長孔（図示しない）及びスライダギヤ６６に円周方向に形成されている長孔を貫通している。

そして、支持パイプ３６に形成された軸方向の長孔の範囲をコントロールシャフト３５の係止ピン３５ａが軸方向に移動することで、スライダギヤ６６を軸方向に移動させることができる。更に、スライダギヤ６６自体は、周方向の長孔３６ａにて係止ピン３５ａに係止していることにより、軸周りについて揺動可能となっている。

このような構成により、スライダギヤ６６（コントロールシャフト３５）が方向Ｒに移動すると、入力部と出力部とは逆の回転方向に回転するとともに入力部６２のローラ６２ａと出力部６１，６４との位相差は大きくなる。一方、スライダギヤ６６（コントロールシャフト３５）が方向Ｌに移動すると、入力部６２のローラ６２ａと出力部６１，６４との位相差は小さくなる。

図３は仲介駆動機構６０によるバルブリフト可変態様を説明する図であり、吸気カム７０の回転により吸気弁９０を駆動させる動作を示している。上記仲介駆動機構６０の入力部６２は、吸気カムシャフト７１の吸気カム７０により駆動される。そして、仲介駆動機構６０の第１出力部６１は、ローラロッカーアーム８０を介して吸気弁９０を駆動する。

従って、上述したように、入力部６２のローラ６２ａと第１出力部６１との位相差は大きくなると、吸気カム７０が入力部６２のローラ６２ａを押し下げるときに、第１出力部６１がローラロッカーアーム８０を押し下げる距離が長くなる。その結果、吸気弁９０の最大リフト量が大きくなる。一方、入力部６２のローラ６２ａと第１出力部６１との位相差は小さくなると、吸気カム７０が入力部６２のローラ６２ａを押し下げるときに、第１出力部６１がローラロッカーアーム８０を押し下げる距離が短くなる。その結果、吸気弁９０の最大リフト量が小さくなる。

ここで、内燃機関は、運転状態によって要求される吸気量が変わるため、電子制御装置によって吸気弁９０の最大リフト量を制御している。このとき、バルブ反力がコントロールシャフト３５を介して伝わることとなり、アクチュエータ駆動システムにはコントロールシャフト３５の軸方向の振動が生じる。

本実施形態では、図１に示すように、モータ１０の駆動を制御する電子制御装置（以下、「ＥＤＵ」と称する）１００は、モータ１０の軸方向の一端に取り付けられている。ＥＤＵ１００は、ハウジング１０１を備え、制御用の電子回路基板１０６がハウジング１０１の底面１０１ａに装着されている。そして、電子回路基板１０６の表面には、端子１０５を介して電子素子１０４が装着されている。なお、本実施形態においては、ＥＤＵ１００は略直方体形状をしている。

ＥＤＵ１００は、ゴム１０２と金属部材１０３とを介してモータ１０の図示右側の端部に装着されている。金属部材１０３は、板状の基板部１０３ｂと、これに垂直な円柱状の突起１０３ａとを有しており、基板部１０３ｂがモータ１０の軸方向端面に固定されている。突起１０３ａの外周面及び基板部１０３ｂのＥＤＵ１００側の表面にゴム１０２が設けられている。ゴム１０２は、円筒部１０９とその一端に形成された鍔部１０８とを有している。ゴム１０２の形状に対応するように、ハウジング１０１（ＥＤＵ１００）の中心部に円形の孔１０７が形成されている。この孔１０７の内周面は、ゴム１０２の円筒部１０９の外周面に固定されている。また、ハウジング１０１の基板部１０３ｂ側の表面はゴム１０２の鍔部１０８の表面に固定されている。

したがって、モータ１０が出力軸１１の軸方向に振動すると、その振動が金属部材１０３及びゴム１０２の鍔部１０８を介してＥＤＵ１００に伝達される。このとき、振動がＥＤＵ１００に伝達される際にゴム１０２が変形して、ＥＤＵ１００がモータ１０（モータアクチュエータ５０）のダイナミックダンパとして機能する。また、モータ１０の出力軸１１に垂直な方向の振動、例えば図１において上下方向の振動は、金属部材１０３及びゴム１０２の円筒部１０９を介してＥＤＵ１００に伝達される。このとき、振動がＥＤＵ１００に伝達される際にゴム１０２の円筒部１０９が変形して、ＥＤＵ１００がモータ１０（モータアクチュエータ５０）のダイナミックダンパとして機能する。

以上説明した本実施の形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）モータアクチュエータ５０のダイナミックダンパとして機能させるべくＥＤＵ１００がゴム１０２を介してモータ１０に装着されるため、モータ１０（モータアクチュエータ５０）の振動を抑制することができる。また、モータ１０（モータアクチュエータ５０）を制御するＥＤＵ１００を防振部品として用いることで、防振のためにシステムの部品数を増やすことを回避することができる。その結果、モータアクチュエータ５０の駆動システムの小型化を阻害することなく、モータアクチュエータ５０の振動を抑制することができる。

（２）ＥＤＵ１００は、モータ１０の出力軸１１の軸方向およびそれに垂直な方向といった複数方向の振動を抑制するようにモータアクチュエータ５０に装着されるため、モータアクチュエータ５０の振動を更に抑制することができる。

（３）コントロールシャフト３５が軸方向に沿って往復駆動されることにより吸気弁９０の特性が可変とされる内燃機関の可変動弁機構では、バルブ反力がコントロールシャフト３５を介して伝わることにより同機構に振動が生じる。さらに、モータアクチュエータ５０に用いられるモータ１０が振動に弱いため、可変動弁機構の駆動性が損なわれるおそれがある。

この点、上記構成によれば、ＥＤＵ１００がダイナミックダンパとして機能するため、モータ１０の振動を抑制することができる。その結果、モータアクチュエータ５０により駆動される可変動弁機構の駆動性が損なわれることを抑制することができる。

（４）ＥＤＵ１００はコントロールシャフトの軸方向に振動するようにモータ１０に装着されるため、バルブ反力によるコントロールシャフト３５の軸方向の振動を効率的に抑制することができる。

（５）ＥＤＵ１００内の電子素子１０４は、端子１０５を介して電子回路基板１０６に実装されている。その端子１０５は、電子回路基板１０６に平行な方向の振動よりも、電子回路基板１０６に垂直な方向の振動に対して強い。

この点、ＥＤＵ１００はその内部の電子回路基板１０６がコントロールシャフト３５の軸方向に対して垂直になるように装着されるため、頻繁に発生するコントロールシャフト３５の軸方向の振動に対して電子回路基板１０６の耐久性を高くすることができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように構成を変更することができる。
・上記実施形態では、内燃機関の可変動弁機構のアクチュエータ駆動システムに本発明を適用しているが、内燃機関可変動弁機構のアクチュエータ駆動システム以外のアクチュエータ駆動システムにも本発明を適用することができる。

・上記実施形態では、ＥＤＵ１００を複数方向の振動を抑制するように装着されているが、一つの方向の振動を抑制するように装着されてもよい。
・上記実施形態では、アクチュエータ駆動システムのアクチュエータとしてモータアクチュエータ５０を用いるものを示したが、油圧式などの他のアクチュエータを用いるものに本発明を適用することもできる。同構成によれば、油圧式アクチュエータに設けられている振動に弱い装置（例えばソレノイドバルブ）の振動を抑制することができ、その振動により可変動弁機構の駆動性が損なわれることを抑制することができる。

・上記実施形態では、弾性部材としてゴム１０２を用いるものを示したが、バネなどの他の弾性部材を用いることもできる。
・上記実施形態では、ＥＤＵ１００をコントロールシャフト３５の軸方向およびそれに垂直な方向に振動するようにモータアクチュエータ５０に装着しているが、そのＥＤＵ１００を他の方向に振動するようにモータアクチュエータ５０に装着してもよい。例えば、ＥＤＵ１００をコントロールシャフト３５の軸方向と所定角度をなす方向に振動するように装着してもよい。

・上記実施形態では、ＥＤＵ１００をモータ１０に装着しているが、ＥＤＵ１００をハウジング５１などの他の部材に装着してもよい。
・上記実施形態では、ＥＤＵ１００の電子回路基板１０６をコントロールシャフト３５の軸方向に対して垂直になるように装着しているが、その電子回路基板１０６をコントロールシャフト３５の軸方向に対して平行になるように装着してもよい。また、電子回路基板１０６をコントロールシャフト３５の軸方向に対して所定角度をなすように装着してもよい。

本発明の一実施形態にかかるモータアクチュエータ駆動システムの構成を示す部分断面図。 上記モータアクチュエータ駆動システムにより制御される仲介駆動機構の部分破断斜視図。 図２の仲介駆動機構の動作を説明する部分断面図。

符号の説明

１０…モータ、１１…出力軸、２０…減速機、２１…出力ギヤ、２２…大径ギヤ、２３…シャフト、２４…小径ギヤ、３０…駆動力変換伝達機構、３１…ボールネジ部、３１ａ…ボールネジナット、３３…板、３４…溝、３５…コントロールシャフト、３５ａ…係止ピン、３６…支持パイプ、３７…ギヤ部、３８…ボールネジナット軸受、５０…モータアクチュエータ、５１…ハウジング、５２…壁、６０…仲介駆動機構、６１…第１出力部、６１ｂ…ハウジング、６２…入力部、６２ａ…ローラ、６２ｂ…ハウジング、６４…第２出力部、６４ｂ…ハウジング、６６…スライダギヤ、６６ａ…入力用ヘリカルスプライン、６６ｂ…第１出力用ヘリカルスプライン、６６ｃ…第２出力用ヘリカルスプライン、７０…吸気カム、７１…吸気カムシャフト、８０…ローラロッカーアーム、９０…吸気弁、１００…電子制御装置（ＥＤＵ）、１０１…ハウジング、１０１ａ…底面、１０２…ゴム、１０３…金属部材、１０３ａ…突起、１０３ｂ…基板部、１０４…電子素子、１０５…端子、１０６…電子回路基板、１０７…孔、１０８…鍔部、１０９…円筒部。

Claims (5)

1. 被駆動部材を駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する電子制御装置とを備えるアクチュエータ駆動システムにおいて、
   前記アクチュエータのダイナミックダンパとして機能させるべく前記電子制御装置が弾性部材を介して前記アクチュエータに装着される
   ことを特徴とするアクチュエータ駆動システム。
2. 請求項１に記載のアクチュエータ駆動システムにおいて、
   前記電子制御装置は、少なくとも二つの方向の振動を抑制するように前記アクチュエータに装着される
   ことを特徴とするアクチュエータ駆動システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ駆動システムにおいて、
   前記アクチュエータは、軸方向に沿って移動可能なコントロールシャフトを駆動することにより内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブ特性を可変とするモータアクチュエータであり、
   前記電子制御装置は、前記モータアクチュエータの駆動を制御するものである
   ことを特徴とするアクチュエータ駆動システム。
4. 請求項３に記載のアクチュエータ駆動システムにおいて、
   前記電子制御装置は、前記コントロールシャフトの軸方向に振動するように前記アクチュエータに装着される
   ことを特徴とするアクチュエータ駆動システム。
5. 請求項３又は４に記載のアクチュエータ駆動システムにおいて、
   前記電子制御装置は、その内部の基板が前記コントロールシャフトの軸方向に対して垂直になるように装着される
   ことを特徴とするアクチュエータ駆動システム。

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