JP2010196590A - 吸気用弁駆動ユニット、及び、吸気用弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 弁体の位置を確実に保持し、しかも信頼性の高い吸気用弁駆動ユニットを提供する。
【解決手段】 出力ギヤ２３４は、上述したようにギヤ部３１に噛み合う伝達ギヤにより、（ａ）に示す位置から（ｂ）に示す位置までを回動する。すなわち、出力ギヤ２３４は、９０度の範囲を回動する。ここで吸引部３２に着目すると、吸引部３２は、「１２時」の位置から「３時」の位置までを移動範囲とする。これら各位置に対応させて、被吸引部４１、４２が設けられている。吸引部３２には永久磁石３２１が埋設されており、被吸引部４１、４２は磁性材料で形成されている。これにより、「１２時」及び「３時」の位置では、非接触で弁軸１４方向の吸引力が作用する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関（以下「エンジン」という）の吸気系に用いられる吸気用弁駆動ユニット及び、当該ユニットを用いた吸気用弁装置に関する。

エンジンの吸気系に設けられる吸気用弁装置として、スロットルバルブよりも燃焼室側で吸気の流れを調整するものが知られている。このような装置を用いる目的は、燃焼室内に、タンブル流、スワール流と呼ばれる吸気の流れを作出することにある。これにより、リーンな混合気領域でも安定した燃焼が得られ、結果として、燃焼効率の向上（燃費の改善）、及び、排気成分の改善を図ることが可能となる。

吸気用弁装置の構造は、吸気管内の通路面積を弁体の開閉によって変化させるものである。
ところで、このような吸気用弁装置では、吸気弁用駆動ユニットによって、弁体を制御するものがある。吸気弁用駆動ユニットはモータを備えており、このモータによって、モータの回転軸に取り付けられたウォームギヤからヘリカルギヤを介して出力ギヤが駆動される。この場合、ウォームギヤの歯面の摩擦力により、ヘリカルギヤの回転が保持されることで出力ギヤの位置が保持され、その結果、弁体の位置が保持されることになる。

ところが、吸気用弁装置は車両へ搭載されるため、吸気用弁装置に生じる振動が大きくなると、モータ内部のロータが軸方向で位置を変えること等から、ウォームギヤの歯面の摩擦力が低下することがある。このような場合、ヘリカルギヤが僅かずつであるが回動してしまう虞があり、結果として、弁体の位置の保持が困難になる。また、ウォームギヤの歯面にはグリスが塗布されるのが一般的であるが、エンジンルームの温度上昇によりグリスの粘度が変化するため、この点でも、ウォームギヤの歯面の摩擦力の低下を招来する。

この問題を解決するためにモータへのＰＷＭ通電を行う吸気用弁装置があるが、モータ軸に常時トルクが発生した状態となるため、ウォームギヤとヘリカルギヤとが食い込むという不具合の発生が見受けられる。また、常時の通電により、モータのブラシの摩耗が促進されたり、モータの発熱が大きくなったりするため、モータの寿命が短くなってしまう虞がある。

そこで、本出願人は、永久磁石を用いて弁体の位置を保持する装置を提案した（特許文献１参照）。この装置では、永久磁石の当接及び吸着により、弁体の位置が保持される。

特開２００２−２８５８５２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、永久磁石同士、あるいは、永久磁石と磁性体とを吸着させるものであるため、永久磁石又は磁性体の破損を招き易いことは否めない。結果として、吸気用弁駆動ユニットの信頼性、ひいては、吸気用弁装置の信頼性を低下させてしまうことが懸念される。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、弁体の位置を確実に保持し、しかも信頼性の高い吸気用弁駆動ユニットを提供することにある。

請求項１に記載の吸気用弁駆動ユニットは、エンジンの吸気管において通路面積を変化させるよう弁体を開閉駆動するものである。本ユニットでは、モータが弁体の開閉駆動を司る。モータの駆動力を伝達するのが伝達ギヤであり、伝達ギヤに噛合い、弁体の回動軸としての弁軸に取り付けられるのが、出力ギヤである。

ここで特に本発明では、吸引部が、出力ギヤに設けられており、当該出力ギヤの回動に伴って弁軸周りに移動する。一方、被吸引部は、吸引部の移動範囲のうち所定位置に対応させて設けられる。これにより、吸引部がその所定位置に来ると、被吸引部との間に非接触状態で吸引力が作用する。

このように所定位置では吸引部と被吸引部との間には吸引力が作用するため、当該吸引力が作用した状態では、弁体の位置を確実に保持することができる。また、この吸引力は非接触状態で作用するため、吸引部又は被吸引部の破損を防止することができる。その結果、吸気用弁駆動ユニットの信頼性を向上させることができる。

吸引力が作用する所定位置は、請求項２に示すように、弁体の全開位置及び全閉位置に対応する２つの位置とすることが考えられる。このようにすれば、弁体を全開位置及び全閉位置に確実に保持することができる。

ところで、吸引部と被吸引部との間に作用する吸引力は、請求項３に示すように、所定位置において弁軸方向に作用することとしてもよい。この場合、所定位置において吸引部と被吸引部とが弁軸方向に並んで配置される構成が例示される。また、吸引力は、請求項４に示すように、所定位置において径方向に作用することとしてもよい。この場合、所定位置において吸引部と被吸引部とが径方向に並んで配置される構成が例示される。

仮に出力ギヤの回動方向（周方向）に吸引力が作用する構成とした場合、モータによる出力ギヤの駆動に対する吸引力の影響が大きくなる虞がある。これに対し、上述した構成を採用すると、回動方向と垂直な軸方向や径方向に吸引力が作用するため、出力ギヤの駆動に対する吸引力の影響を抑制することができる。

ところで、吸引部及び被吸引部の少なくとも一方を永久磁石として構成することが考えられる（請求項５、７）。そして、出力ギヤ側の吸引部が永久磁石である構成においては、請求項６に示すように、吸引部の移動範囲のうちの特定位置に対応させて磁気検知手段を設けるようにしてもよい。ここで磁気検知手段は、例えばホールＩＣとして具現化される。このようにすれば、吸引部の通過を磁気検知手段にて判断することができ、吸引部を利用して出力ギヤの回動情報を取得することができる。

以上は吸気用弁駆動ユニットの発明として説明してきたが、本発明は、当該ユニットを用いて構成される吸気用弁装置の発明として実現することもできる。
すなわち、吸気用弁装置は、エンジンの吸気管において通路面積を変化させるものであって、吸気管の通路面積を変化させる弁体と、弁体を回動可能に保持する弁軸と、弁体の開閉駆動を司るモータと、モータの駆動力を伝達する伝達ギヤと、伝達ギヤに噛合い、弁軸に取り付けられる出力ギヤと、出力ギヤに設けられ、当該出力ギヤの回動に伴って弁軸周りに移動する吸引部と、吸引部がその移動範囲のうちの所定位置に来ると、非接触状態で吸引力が作用するよう当該所定位置に対応させて設けられる被吸引部と、を備えていることを特徴とする。

このような吸気用弁装置においても、上記吸気用弁駆動ユニットと同様の効果が奏される。すなわち、吸引部と被吸引部との間には吸引力が作用するため、弁体の位置を確実に保持することができる。また、この吸引力は非接触状態で作用するため、吸引部又は被吸引部の破損を防止することができる。その結果、吸気用弁装置の信頼性を向上させることができる。

なお、このような吸気用弁装置において、上記吸気用弁駆動ユニットと同様、請求項９〜１４に示す構成を採用してもよい。これらの構成を採用すれば、上記吸気用弁駆動ユニットと同様の効果が奏される。

本発明の実施形態の吸気用弁装置の概略構成図である。 出力ギヤの周辺構造を示す説明図である。 図２（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線概略断面図である。 図２（ａ）のＩＶ−ＩＶ線概略断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本形態の吸気用弁装置は、スロットルバルブよりも下流側の吸気管の一部を構成し、吸気管の通路面積を変化させ、燃焼室内にタンブル流を作出するものである。

図１は、本形態の吸気用弁装置１の概略平面図である。なお、図１では、部分的に断面が現れるよう一部が切り欠かれている。図１に示すように、吸気用弁装置１は、吸気ブロック１０と、吸気用弁駆動ユニット２０とを備えている。

吸気ブロック１０は、図示しないシリンダヘッドの吸気ポート上に固定される。すなわち、エンジンへの吸気管の一部を構成する。したがって、吸気ブロック１０は、その内部に、吸気通路１１を有する。また、吸気通路１１は、仕切壁１２によって仕切られている。これにより、吸気通路１１は、通路面積が相対的に大きくなっているメイン通路１２ａと、通路面積が相対的に小さくなっているサブ通路１２ｂとで構成されている。

このとき、全閉状態となることにより、メイン通路１２ａを閉塞するのが、弁体１３である。弁体１３は、板状の金属部材で形成されており、吸気通路１１の中心を通る弁軸１４にネジ１５によって螺着されている。弁軸１４は、ボールベアリング１６等によって、吸気ブロック１０に対し、回動可能に支持されている。これにより、弁軸１４が回転駆動されることで、弁軸１４を中心として弁体１３が開閉する。弁体１３が全開状態となるとメイン通路１２ａ及びサブ通路１２ｂを経由して燃焼室へ吸気が行われ、弁体１３が全閉状態になるとサブ通路１２ｂを経由して燃焼室への吸気が行われる。このように吸気用弁装置１では、エンジンの運転状態に合わせ、弁体１３によって吸気通路１１の通路面積を変化させることができる。

吸気弁用駆動ユニット２０は、樹脂製のハウジング２１で、その外郭を構成されている。ハウジング２１の内部には、モータ２２が配設されている。このモータ２２の出力軸２２１は、図１中の左方へ延びている。したがって、モータ２２の出力軸２２１側には、後述するような駆動力伝達部２３が配置されている。一方、出力軸２２１とは反対側（図１中の右方）に、コネクタ２４が設けられている。コネクタ２４は、複数の端子２４１を有している。これらの端子２４１は、モータ２２への電力供給用の端子と、後述するホールＩＣからの信号を取得するための端子とで構成されている。

ここで上記駆動力伝達部２３の構成について説明する。
駆動力伝達部２３は、主として軸部２５に取り付けられる各種ギヤで構成されている。軸部２５が取り付けられる部分では、ハウジング２１に、軸部２５の一端側に対応する開口が設けられている。この開口を閉塞するのが樹脂製のカバー２６であり、軸部２５は、ハウジング２１とカバー２６とによって固定されている。
駆動力伝達部２３は、ウォームギヤ２３１、ウォームギヤ２３１の背面側に設けられるヘリカルギヤ（不図示）、連結部２３２、伝達ギヤ２３３、及び出力ギヤ２４４を有している。

ウォームギヤ２３１は、モータ２２の出力軸２２１に取り付けられる。このウォームギヤ２３１に対応して設けられるのが、ヘリカルギヤである。このヘリカルギヤが、上記軸部２５に回動可能に支持されている。ウォームギヤ２３１とヘリカルギヤとの構成は周知であるため割愛するが、当該構成によって、モータ２２の出力軸２２１から取り出される駆動力が、上記軸部２５を中心とする回動力として取り出される。

連結部２３２は、円筒状の部材であり、ヘリカルギヤと伝達ギヤ２３３とを連結する。伝達ギヤ２３３は、ヘリカルギヤと同様、軸部２５に回動可能に支持されている。これにより、連結部２３２を介し、ヘリカルギヤに連動して伝達ギヤ２３３が回動することになる。連結部２３２の軸方向の中央は、エラストマで構成されるクッションとなっている。したがって、連結部２３２に発生する軸方向のねじれが緩和される。

そして、伝達ギヤ２３３に噛み合うのが、出力ギヤ２４４である。出力ギヤ２４４は、吸気ブロック１０の弁軸１４にナット２７で固定されている。これにより、出力ギヤ２３４の回動は、弁軸１４の回動となって現れる。

次に、本形態の特徴部分である出力ギヤ２３４の周辺構成について説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）は、出力ギヤ２３４の概略平面であり、特徴的な構成のみを示す模式図である。また、図３は、図２（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線概略断面図であり、図４は、図２（ａ）のＩＶ−ＩＶ線概略断面図である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、出力ギヤ２３４は、中央部分を弁軸１４（図３、図４参照）に対しナット２７で固定されている。また、出力ギヤ２３４は、円弧に沿って歯が切られたギヤ部３１、及び、径方向においてギヤ部３１と反対側に設けられた吸引部３２を有している。吸引部３２の中央部分には、永久磁石３２１が埋設されている。永久磁石３２１は、本形態では、弁軸１４の方向に磁極を有し、当該方向へ磁力線を発生させる。

出力ギヤ２３４は、上述したようにギヤ部３１に噛み合う伝達ギヤ２３３により、図２（ａ）に示す位置から図２（ｂ）に示す位置まで、時計回りに回動可能となっている。また、図２（ｂ）に示す位置から図２（ａ）に示す位置まで、反時計回りに回動可能となっている。すなわち、出力ギヤ２３４は、本形態では、９０度の範囲を回動することになる。なお、出力ギヤ２３４が図２（ａ）の位置に来ると弁体１３が全閉状態となり、また、図２（ｂ）の位置に来ると弁体１３が全開状態となるものとする。ここで吸引部３２に着目すると、吸引部３２は、「１２時」の位置から「３時」の位置までを移動範囲とする。

そして、これら「１２時」及び「３時」の各位置に対応させて、被吸引部４１、４２が設けられている。一方の被吸引部４１は、図３に示すように、径内方向へ開く断面コ字状であり、吸引部３２がその内部を通過可能となっている。他方の被吸引部４２も同様である。また、被吸引部４１、４２は、磁性材料で形成されている。これにより、吸引部３２が「１２時」の位置に来る弁体１３の全閉状態及び、吸引部３２が「３時」の位置に来る弁体１３の全開状態では、非接触で弁軸１４方向の吸着力が作用する。

また、吸引部３２の移動範囲の特定位置には、ホールＩＣ５１が配設されている。ホールＩＣ５１は、図４に示すように、センサ部５１１及びリード部５１２を樹脂にてモールされている。このホールＩＣ５１は、特定位置において、センサ部５１１が吸引部３２に埋設された永久磁石３２１と弁軸１４方向に並ぶように配置されている。

なお、本形態における弁体１３が「弁体」を構成し、弁軸１４が「弁軸」を構成し、モータ２２が「モータ」を構成し、伝達ギヤ２３３が「伝達ギヤ」を構成し、出力ギヤ２３４が「出力ギヤ」を構成する。また、本形態における吸引部３２が「吸引部」を構成し、被吸引部４１、４２が「被吸引部」を構成する。さらにまた、本形態におけるホールＩＣ５１が「磁気検知手段」を構成する。

次に、本形態の吸気用弁装置１が発揮する効果を説明する。
出力ギヤ２３４は、上述したようにギヤ部３１に噛み合う伝達ギヤ２３３により、図２（ａ）に示す位置から図２（ｂ）に示す位置までを回動する。すなわち、出力ギヤ２３４は、本形態では、９０度の範囲を回動することになる。ここで吸引部３２に着目すると、吸引部３２は、「１２時」の位置から「３時」の位置までを移動範囲とする。これら各位置に対応させて、被吸引部４１、４２が設けられている。ここで、吸引部３２には永久磁石３２１が埋設されており、被吸引部４１、４２は磁性材料で形成されている。これにより、「１２時」及び「３時」の位置では、非接触で弁軸１４方向の吸引力が作用する。

このように「１２時」及び「３時」の位置では吸引部３２と被吸引部４１、４２との間には吸引力が作用するため、当該吸引力が作用した状態では、弁体１３の位置を確実に保持することができる。また、この吸引力は非接触状態で作用するため、吸引部３２又は被吸引部４１、４２の破損を防止することができる。その結果、吸気用弁駆動ユニット２０の信頼性、ひいては、吸気用弁装置１の信頼性を向上させることができる。

また、本形態では、吸引力が作用する「１２時」及び「３時」の位置はそれぞれ、弁体１３の全閉状態及び全開状態に対応している。これにより、弁体を全開位置及び全閉位置に確実に保持することができる。

ところで、仮に出力ギヤ２３４の回動方向（周方向）に吸引力が作用する構成とした場合、モータ２２による出力ギヤ２３４の駆動に対する吸引力の影響が大きくなる虞がある。この点、本形態では、永久磁石３２１の磁極を弁軸方向に有する構成とした。これにより、吸引部３２と被吸引部４１、４２との間に作用する吸引力は、弁軸方向に作用する。その結果、出力ギヤ２３４の駆動に対する吸引力の影響を抑制することができる。

さらにまた、本形態では、吸引部３２の移動範囲のうちの特定位置に対応させてホールＩＣ５１を設けている。これにより、吸引部３２の通過をホールＩＣ５１にて判断することができ、吸引部３２を利用して出力ギヤ２３４の回動情報を取得することができる。

以上本発明は、上記形態に何等限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施可能である。

（イ）上記形態では、出力ギヤ２３４は９０度の範囲を回動し、弁体１３の全閉状態及び全開状態が作出されていた。この点、出力ギヤの回動範囲は９０度には限定されない。例えば８５度の範囲を回動するようにしてもよい。また例えば９５度の範囲を回動するようにしてもよい。

（ロ）上記形態では、永久磁石３２１の磁極を弁軸方向に有する構成とし、吸引部３２と被吸引部４１、４２との間に弁軸方向の吸引力が作用するようにした。これに対し、吸引部と被吸引部との間に径方向の吸引力が作用するように構成してもよい。このようにしても、出力ギヤ２３４の回動方向（周方向）に吸引力が作用する構成と比べ、出力ギヤ２３４の駆動に対する吸引力の影響を抑制することができる。

（ハ）上記形態では、吸引部３２に永久磁石３２１が埋設されていた。これに対し、吸引部３２と共に又は代え、被吸引部４１、４２を永久磁石で構成することも考えられる。

１：吸気用弁装置、１０：吸気ブロック、１１：吸気通路、１２：仕切壁、１２ａ：メイン通路、１２ｂ：サブ通路、１３：弁体、１４：弁軸、１５：ネジ、１６：ボールベアリング、２０：吸気用弁駆動ユニット、２１：ハウジング、２２：モータ、２３：駆動力伝達部、２４：コネクタ、２５：軸部、２６：カバー、２７：ナット、３１：ギヤ部、３２：吸引部、４１：被吸引部、２２１：出力軸、２３１：ウォームギヤ、２３２：連結部、２３３：伝達ギヤ、２３４：出力ギヤ、２４１：端子、２４４：出力ギヤ、３２１：永久磁石、５１：ホールＩＣ（磁気検出手段）、５１１：センサ部、５１２：リード部

Claims (14)

1. エンジンの吸気管において通路面積を変化させるよう弁体を開閉駆動する吸気用弁駆動ユニットであって、
   前記弁体の開閉駆動を司るモータと、
   前記モータの駆動力を伝達する伝達ギヤと、
   前記伝達ギヤに噛合い、前記弁体の回動軸としての弁軸に取り付けられる出力ギヤと、
   前記出力ギヤに設けられ、当該出力ギヤの回動に伴って弁軸周りに移動する吸引部と、
   前記吸引部がその移動範囲のうちの所定位置に来ると、非接触状態で吸引力が作用するよう当該所定位置に対応させて設けられる被吸引部と、
   を備えていることを特徴とする吸気用弁駆動ユニット。
2. 請求項１に記載の吸気用弁駆動ユニットにおいて、
   前記所定位置は、前記弁体の全開位置及び全閉位置に対応する２つの位置であることを特徴とする吸気用弁駆動ユニット。
3. 請求項１又は２に記載の吸気用弁駆動ユニットにおいて、
   前記吸引力は、前記所定位置において、弁軸方向に作用することを特徴とする吸気用弁駆動ユニット。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の吸気用弁駆動ユニットにおいて、
   前記吸引力は、前記所定位置において、径方向に作用することを特徴とする吸気用弁駆動ユニット。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の吸気用弁駆動ユニットにおいて、
   前記吸引部は、永久磁石を用いて構成されていることを特徴とする吸気用弁駆動ユニット。
6. 請求項５に記載の吸気用弁駆動ユニットにおいて、
   前記吸引部の移動範囲のうちの特定位置に対応させて配設される磁気検知手段を備えていることを特徴とする吸気用弁駆動ユニット。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸気用弁駆動ユニットにおいて、
   前記被吸引部は、永久磁石を用いて構成されていることを特徴とする吸気用弁駆動ユニット。
8. エンジンの吸気管において通路面積を変化させる吸気用弁装置であって、
   前記吸気管の通路面積を変化させる弁体と、
   前記弁体を回動可能に保持する弁軸と、
   前記弁体の開閉駆動を司るモータと、
   前記モータの駆動力を伝達する伝達ギヤと、
   前記伝達ギヤに噛合い、前記弁軸に取り付けられる出力ギヤと、
   前記出力ギヤに設けられ、当該出力ギヤの回動に伴って弁軸周りに移動する吸引部と、
   前記吸引部がその移動範囲のうちの所定位置に来ると、非接触状態で弁軸方向の吸引力が作用するように当該所定位置に対応させて設けられる被吸引部と、
   を備えていることを特徴とする吸気用弁装置。
9. 請求項６に記載の吸気用弁装置において、
   前記所定位置は、前記弁体の全開位置及び全閉位置に対応する２つの位置であることを特徴とする吸気用弁装置。
10. 請求項６又は７に記載の吸気用弁装置において、
    前記吸引力は、前記所定位置において、弁軸方向に作用することを特徴とする吸気用弁装置。
11. 請求項６〜８のいずれか一項に記載の吸気用弁装置において、
    前記吸引力は、前記所定位置において、径方向に作用することを特徴とする吸気用弁装置。
12. 請求項６〜９のいずれか一項に記載の吸気用弁装置において、
    前記吸引部は、永久磁石を用いて構成されていることを特徴とする吸気用弁装置。
13. 請求項１０に記載の吸気用弁装置において、
    前記吸引部の移動範囲のうちの特定位置に対応させて配設される磁気検知手段を備えていることを特徴とする吸気用弁装置。
14. 請求項６〜１１のいずれか一項に記載の吸気用弁装置において、
    前記被吸引部は、永久磁石を用いて構成されていることを特徴とする吸気用弁装置。

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