JP2013122248A - 吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】吸気バルブ開閉調節用アクチュエーターの制御装置を提供する。
【解決手段】モーターに連結、回転駆動される入力軸と、入力軸に連動して回転し一端部が吸気バルブに連結され吸気バルブを開閉する出力軸と、出力軸の他端部に備えられ、出力軸と共に回転し、同心円上に第1、第2マグネットが備えられ、第1マグネットは90°の角度で極性が交番、第2マグネットは回転角制御を望む一定角度で極性が交番して設置されるマグネットユニットと、マグネットユニットの一側に備えられ、第1及び第2マグネットの各回転区間内に夫々第1ホールセンサ及び第2、第3ホールセンサが設置され、マグネットユニットの回転によって、夫々第1及び第2マグネットの極性変化を感知し、第2、第3ホールセンサーの何れか一方が相異なる極性の境界部分に位置するとき、他方は何れかの極性の中心部に位置する制御部を含む。
【選択図】図2
【解決手段】モーターに連結、回転駆動される入力軸と、入力軸に連動して回転し一端部が吸気バルブに連結され吸気バルブを開閉する出力軸と、出力軸の他端部に備えられ、出力軸と共に回転し、同心円上に第1、第2マグネットが備えられ、第1マグネットは90°の角度で極性が交番、第2マグネットは回転角制御を望む一定角度で極性が交番して設置されるマグネットユニットと、マグネットユニットの一側に備えられ、第1及び第2マグネットの各回転区間内に夫々第1ホールセンサ及び第2、第3ホールセンサが設置され、マグネットユニットの回転によって、夫々第1及び第2マグネットの極性変化を感知し、第2、第3ホールセンサーの何れか一方が相異なる極性の境界部分に位置するとき、他方は何れかの極性の中心部に位置する制御部を含む。
【選択図】図2
Description
本発明は吸気バルブの開閉タイミングをエンジンの運転条件に応じて適切に調節し、アクチュエーターの制御精度を高めるとともに低価格な構成に設計することができる吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置に関する。
近年、自動車エンジンの出力及び効率を向上させるために多様な努力を傾けており、吸気管の形状及び吸気バルブタイミングを調節して吸気効率を向上させることもこのような努力の一環である。
吸気バルブタイミングを調節するために吸気マニホールドに設置された背景技術としてのアクチュエーターを図1に示すように、吸気マニホールドに締結されるケース100と、駆動軸にピニオンギア24が備えられ、ケース100内に設置された駆動モーター2と、複数のギア部を持ち、ケース100内に軸結合された2段ギア部4と、2段ギア部4と噛み合い、バルブシャフト400を中心軸とするバルブギア部6と、バルブギア部6の一側に設置され、バルブシャフト400の回動角度を感知するセンサー部8とを含んでなる。ここで、センサー部8は磁石64に対応するようにケース100に設置され、ホール素子82が使われる。
すなわち、ホール素子82とバルブギア部62内側の磁石64の間の磁場変位値を測定した後、これを制御部で演算し、この演算された値を基準として駆動モーター2の駆動可否及び方向を決定することになる。
しかしながら、上述のようなロータリーマグネット及びセンサーなどの構成は出力が連続して(linear)出ることになり制御精度が高い利点があるが、価格が相対的に高くなってアクチュエーター製品の価格競争力が落ちる問題がある。また、価格が安いホール素子を使えば、製品の価格競争力を確保することはできるが、出力値の解析精度(アクチュエータの制御精度)が低下する問題がある。以上、背景技術として説明した事項は本発明の背景に対する理解増進のためのものであり、上述した全事項が当業者に既に知られた従来技術に属するものとは限らない。
本発明は上述したような問題点を解決するためになされたものであって、吸気バルブの開閉タイミングをエンジンの運転条件に応じて調節して吸気流入量を最適化するようにし、また、価格競争力の高い三つの検出部品を使って吸気バルブの開閉程度を制御することで、アクチュエーターの制御精度を高めるとともに低価格な構成に設計することができるようにした吸気バルブ開閉調節用アクチュエーターの制御装置を提供することにその目的がある。
上記目的を達成するするための本発明による吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置は、モーターに連結され、正方向または逆方向に回転駆動される入力軸と、前記入力軸に連動して回転するように備えられ、一端部が吸気バルブに連結されて吸気バルブを開閉操作する出力軸と、前記出力軸の他端部に備えられ、出力軸と一緒に回転し、同心円上に第1マグネットと第2マグネットが備えられ、第1マグネットは90°の角度で相異なる極性が交番して設置され、第2マグネットは回転角制御を望む一定角度で相異なる極性が交番して設置されるマグネットユニットと、前記マグネットユニットの一側に備えられ、第1マグネットの回転区間内に第1ホールセンサーが設置され、マグネットユニットの回転によって第1マグネットの極性変化を感知し、第2マグネットの回転区間内に第2ホールセンサー及び第3ホールセンサーが設置され、マグネットユニットの回転によって第2マグネットの極性変化を感知し、第2ホールセンサーと第3ホールセンサーのいずれか一方が相異なる極性の境界部分に位置するとき、他方はいずれかの極性の中心部に位置する制御部と、を含むことを特徴とする。このような吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置において、前記第1ホールセンサーが第1マグネットの相異なる極性の境界部分に位置するとき、第2ホールセンサーと第3ホールセンサーのいずれか一方は第2マグネットの相異なる極性の境界部分に位置することが好ましく、また、前記第1マグネットは、マグネットユニットの回転の際、第1ホールセンサーによって感知される区間内にだけ設置されること好適であり、さらに、前記第1マグネットは一つが設置されることが好ましい。そして、前記第2マグネットは、マグネットユニットの回転の際、第2ホールセンサーと第3ホールセンサーによって感知される区間内にだけ設置されることが好ましく、また、前記第1マグネットと第2マグネットはゴム磁石であることが好適であり、さらに、前記第1乃至第3ホールセンサーは、第1マグネット及び第2マグネットが持つ磁場の範囲内で一定間隔(d)で設置されることが良い。そしてまた、前記入力軸にウォームが備えられ、前記出力軸にはウォームとかみ合って回転するようにウォームホイールが形成されることが好適であり、また、前記制御部は、マグネットユニットの回転の際、第1ホールセンサーによって第1マグネットの極性変化が感知された位置を絶対位置に設定することが良く、さらに、前記制御部は、第1ホールセンサーによって第1マグネットの極性変化を感知するとき、第2ホールセンサー及び第3ホールセンサーで感知される第2マグネットの相対的な極性変化を判断してモーターの回転方向を確認することが好ましい。
本発明によれば、第1ホールセンサーによって絶対位置を設定することになり、絶対位置で第2ホールセンサーと第3ホールセンサーによって検出される相対的な波形信号を判別して回転方向を制御することになるので、吸気バルブの開閉タイミングをエンジンの運転条件に応じて調節して吸気流入量を最適化することができる。また、第1マグネットと第2マグネットが価格競争力の高いゴム磁石でなり、第1マグネットと第2マグネットを第1ホールセンサー、第2ホールセンサー及び第3ホールセンサーで検出及び制御することになるので、アクチュエーターの制御精度を高めるとともに製品の生産原価を低減する効果もある。
以下、本発明による吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置の好適な実施形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態の吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置は図2〜図5に示すように、モーター11に連結され、正方向または逆方向に回転駆動される入力軸10と、入力軸10に連動して回転するように備えられ、一端部が吸気バルブ21に連結されて吸気バルブ21を開閉操作する出力軸20と、出力軸20の他端部に備えられ、出力軸20と一緒に回転し、同心円上に第1マグネット31と第2マグネット32が備えられ、第1マグネット31は90°の角度で相異なる極性が交番して設置され、第2マグネット32は回転角制御を所望の一定角度で相異なる極性が交番して設置されるようにしたマグネットユニット30と、マグネットユニット30の一側に備えられ、第1マグネット31の回転区間内に第1ホールセンサー41が設置され、マグネットユニット30の回転によって第1マグネット31の極性変化を感知し、第2マグネット32の回転区間内に第2ホールセンサー42及び第3ホールセンサー43が設置され、マグネットユニット30の回転によって第2マグネット32の極性変化を感知し、第2ホールセンサー42と第3ホールセンサー43のいずれか一方が互い異なる極性の境界部分に位置するとき、他方はいずれか極性の中心部に位置する制御部40とを含んでなる。
入力軸10はモーター11に連動して回転するように連結されたもので、モーター11の端部に駆動ギア12が軸結合され、駆動ギア12とかみ合って回転するように従動ギア13が設置される。この際、従動ギア13にはその軸方向に沿ってウォーム15(worm)が形成できる。そして、出力軸20は入力軸10から伝達されたモーター11の駆動力を吸気バルブ21側に伝達するもので、出力軸20は吸気バルブ21を開閉させる開閉板に結合されて、出力軸20の回転によって吸気バルブ21を開閉調節することになる。この際、出力軸20にはウォームホイール25(worm wheel)が形成され、ウォーム15とかみ合って回転することができることになる。ここで、ウォームホイール25は回転角度が90゜に制限される扇形に形成される。
マグネットユニット30は出力軸20の上端に固定装着されるもので、出力軸20を中心とした同心円上に第1マグネット31が内側に設置され、第2マグネット32が外側に設置される。ここで、本実施形態に適用された第1マグネット31は4極が着磁されて、90°の角度のバルブ開放及び閉鎖動作を検出及び制御することになり、第2マグネット32は60極が着磁されて、最小単位として3°(360°/60極/2=3°)の角度で検出及び制御することができる。
制御部40は、例えばPCB(printed circuit board)であることができ、第1ホールセンサー41、第2ホールセンサー42及び第3ホールセンサー43が設置される。第2ホールセンサー42及び第3ホールセンサー43の設置位置は第2ホールセンサー42と第3ホールセンサー43のいずれか一方が相異なる極性の境界部分に位置するときに他方はいずれかの極性の中心部に位置する条件を満足する場合、第2マグネット32の区間内で自由に設置できる。すなわち、図3、4に示したように、第2ホールセンサー42が第2マグネット32のN極とS極の境界部分に位置するときには、第3ホールセンサー43は第2マグネット32のN極またはS極の中心部に位置するように設置されることが好ましい。このように構成された入力軸10、出力軸20、マグネットユニット30及び制御部40がハウジング1の内部に設置されてアクチュエーターをなす。
また、本実施形態では、第1ホールセンサー41が第1マグネット31の相異なる極性の境界部分に位置するとき、第2ホールセンサー42と第3ホールセンサー43のいずれか一方は第2マグネット32の相異なる極性の境界部分に位置するように設置される。すなわち、図3、4に示したように、第1ホールセンサー41が第1マグネット31のN極とS極の境界部分に位置するときには、第2ホールセンサー42が第2マグネット32のN極とS極の境界部分に位置することが好ましい。この際、第3ホールセンサー43は上述のように当然第2マグネット32のN極またはS極の中心部に位置するように設置されることが好ましい。
このような構成によって、第1マグネット31の極性変化によって第1ホールセンサー41で感知される信号の波形がハイ(レベル)信号からロー(レベル)信号に、あるいはロー信号からハイ信号に変化することになる。これと同時に、第2マグネット32を検出する第2ホールセンサー42も第2マグネット32の極性が変化する境界部分に位置しているので、第2ホールセンサー42で感知される信号の波形が第2マグネット32の極性変化によってハイ信号とロー信号にレベルが変化する矩形波の信号を発生させることになる。したがって、第1マグネット31の極性が変化する絶対位置を基準として第2ホールセンサー42によって検出される第2マグネット32の波形信号によって回転角度と回転速度を一層精密に検出及び制御することができることになる。
この実施形態において、第1マグネット31は、マグネットユニット30の回転の際、第1ホールセンサー41によって感知される区間内にだけ設置でき、また、第1マグネット31は一つが設置されることができる。すなわち、出力軸20は吸気バルブ21の開閉板が回転する角度に応じてその回転角度が制限され、出力軸20に固定されたマグネットユニット30も一定回転角度内でだけ回転することになるので、第1ホールセンサー41が検出することになる回転角度内にだけ第1マグネット31を設置することができ、第1ホールセンサー41が検出されない回転区間内には第1マグネット31を設置しないこともできる。特に、第1マグネット31は出力軸20の絶対位置を測定及び設定するためのもので、90°角度で設けられた第1マグネット31を第1ホールセンサー41が検出することになる区間に一つだけ設置しても、第1マグネット31の端部、つまり検出が始まるか終わる部分で波形のレベルが変化するパルス信号が発生することにより、一つの第1マグネット31の構成で絶対位置を設定することができることになる。したがって、第1マグネット31の構成(構造)の最小化が可能であるので、製品の原価を低減し、重量を減少させることができる。
本実施形態において、第2マグネット32は、マグネットユニット30の回転の際、第2ホールセンサー42と第3ホールセンサー43によって感知される区間内にだけ設置できる。すなわち、上述のように、出力軸20は吸気バルブ21の開閉板が回転する角度によってその回転角度が制限され、出力軸20に固定されたマグネットユニット30も一定回転角度内でだけ回転することになるので、第2ホールセンサー42及び第3ホールセンサー43が検出する回転角度内にだけ第2マグネット32を設置することができ、第2ホールセンサー42及び第3ホールセンサー43が検出されない回転区間内には第2マグネット32を設置しないこともできる。したがって、第1マグネット31はもちろんのこと、第2マグネット32の構成(構造)も最小化が可能であるので、製品の原価を一層低減し、重量を減少させることができる。
この実施形態において、第1マグネット31と第2マグネット32はゴム磁石であることが好ましい。すなわち、第1ホールセンサー41、第2ホールセンサー42及び第3ホールセンサー43が検出する第1マグネット31及び第2マグネット32を相対的に価格競争力の高いゴム磁石で構成することで、製品の生産原価を減らすことができる。また各ホールセンサーは第1マグネット31及び第2マグネット32が持つ磁場の範囲内で一定間隔(d)で設置できる。
また、入力軸10にウォーム15(worm)が備えられ、出力軸20にウォーム15とかみ合って回転するようにウォームホイール25(worm wheel)が形成されることが好ましい。すなわち、入力軸10と出力軸20にウォームギアの方式で噛み合うことにより、モーター11の駆動による出力軸20の回転駆動ができるようにするが、逆方向への回転駆動を抑制することになる。
制御部40は、マグネットユニット30の回転の際、第1ホールセンサー41によって第1マグネット31の極性変化が感知された位置を絶対位置に設定することができる。すなわち、第1マグネット31の各極が90°の角度の扇形に形成されることにより、バルブが90°の角度で開閉または閉鎖される過程で、第1ホールセンサー41によって第1マグネット31の極性変化が必ず感知され、この感知される時点を絶対位置に設定してバルブの開閉程度を調節することができることになる。制御部40は、第1ホールセンサー41によって第1マグネット31の極性変化を感知するとき、第2ホールセンサー42及び第3ホールセンサー43で感知される第2マグネット32の相対的な極性変化を判断してモーター11の回転方向を確認することができる。
次に、本実施形態による吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置の作用及び効果について、図4及び図5に基づいて詳細に説明する。制御部40でエンジンの目標性能によるバルブ開閉調節値を信号として印加すれば、パルス幅変調(PWM:pulse width modulation)制御方式を用いてモーター11を正方向または逆方向に駆動する。このように、モーター11の駆動によって入力軸10が回転するにつれて、出力軸20がこれと連動して回転することになり、出力軸20に固定されたマグネットユニット30とバルブの開閉板が一緒に回転することで、吸気バルブ21に流入する空気の流入量を制御することになる。この際、マグネットユニット30が出力軸20と一緒に回転することにより、制御部40に設置された第1ホールセンサー41、第2ホールセンサー42及び第3ホールセンサー43によって、マグネットユニット30に設置された第1マグネット31及び第2マグネット32の極性変化を感知することになり、出力軸20の回転角度、回転方向及び絶対位置を把握して吸気バルブ21の開閉値を調節することになる。
すなわち、図4及び図5に基づいて説明すれば、第1マグネット31のN極とS極の境界部分(上方)に第1ホールセンサー41が位置(この位置が絶対位置となる)している状態でマグネットユニット30が図面上の反時計方向に回転すれば、第1マグネット31も反時計方向に回転し、これにより第1ホールセンサー41の(下方)位置に第1マグネット31のS極部分が位置移動して、波形信号がハイ(レベル)信号からロー(レベル)信号に変化する。そして、同時に、第2マグネット32も反時計方向に回転して、第2ホールセンサー42の位置に第2マグネット32のN極とS極の境界部分が位置した状態から第2ホールセンサー42の位置に第2マグネット32のN極部分が位置移動して、波形信号がロー信号からハイ信号に変化し、さらにN極部分→境界部分→S極部分が位置するように位置移動して、N極からS極に感知極性が変化するとき、ハイ信号からロー信号に変化することになる。また、第3ホールセンサー43の位置に第2マグネット32のS極の中心部分が位置した状態から第3ホールセンサー43の位置に第2マグネット32のS極部分→境界部分→N極部分が位置移動して、S極からN極に感知極性が変化するとき、ロー信号からハイ信号に変化し、さらにN極からS極に感知極性が変化するとき、ハイ信号からロー信号に変化することになる。すなわち、第1ホールセンサー41で検出される絶対位置を基準として、第2ホールセンサー42と第3ホールセンサー43で感知される信号がハイ信号であるかまたはロー信号であるかを判別して方向を決定することができることになる。
以上説明のように、本発明による吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置は、第1ホールセンサー41によって絶対位置を設定することになり、絶対位置で第2ホールセンサー42と第3ホールセンサー43で検出される相対的な波形信号を判別して回転方向を制御することにより、吸気バルブ21の開閉タイミングをエンジンの運転条件に応じて調節して吸気流入量を最適化することになる。また、本発明は、第1マグネット31と第2マグネット32が価格競争力の高いゴム磁石でなり、第1マグネット31と第2マグネット32を第1ホールセンサー41、第2ホールセンサー42及び第3ホールセンサー43で検出及び制御することにより、アクチュエーターの制御精度を高めるとともに製品の生産原価を低減することができることになる。本発明は、上記したように具体的な実施形態例について詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能であり、このような変更及び修正形態も本発明に包含される。
本発明は、吸気バルブの開閉タイミングをエンジンの運転条件に応じて適切に調節し、アクチュエーターの制御精度を高めるとともに低価格な構成に設計することができる吸気バルブ開閉調節用アクチュエーターの制御装置として適用可能である。
10 入力軸
11 モーター
15 ウォーム
20 出力軸
21 吸気バルブ
25 ウォームホイール
30 マグネットユニット
31 第1マグネット
32 第2マグネット
40 制御部
41 第1ホールセンサー
42 第2ホールセンサー
43 第3ホールセンサー
11 モーター
15 ウォーム
20 出力軸
21 吸気バルブ
25 ウォームホイール
30 マグネットユニット
31 第1マグネット
32 第2マグネット
40 制御部
41 第1ホールセンサー
42 第2ホールセンサー
43 第3ホールセンサー
Claims (10)
- モーター(11)に連結され、正方向または逆方向に回転駆動される入力軸(10)と、
前記入力軸(10)に連動して回転するように備えられ、一端部が吸気バルブ(21)に連結されて吸気バルブ(21)を開閉操作する出力軸(20)と、
前記出力軸(20)の他端部に備えられ、出力軸(20)と一緒に回転し、同心円上に第1マグネット(31)と第2マグネット(32)が備えられ、第1マグネット(31)は90°の角度で相異なる極性が交番して設置され、第2マグネット(32)は回転角制御を望む一定角度で相異なる極性が交番して設置されるマグネットユニット(30)と、
前記マグネットユニット(30)の一側に備えられ、第1マグネット(31)の回転区間内に第1ホールセンサー(41)が設置され、マグネットユニット(30)の回転によって第1マグネット(31)の極性変化を感知し、第2マグネット(32)の回転区間内に第2ホールセンサー(42)及び第3ホールセンサー(43)が設置され、マグネットユニット(30)の回転によって第2マグネット(32)の極性変化を感知し、第2ホールセンサー(42)と第3ホールセンサー(43)のいずれか一方が相異なる極性の境界部分に位置するとき、他方はいずれかの極性の中心部に位置する制御部(40)と、を含むことを特徴とする吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置。 - 前記第1ホールセンサー(41)が第1マグネット(31)の相異なる極性の境界部分に位置するとき、第2ホールセンサー(42)と第3ホールセンサー(43)のいずれか一方は第2マグネット(32)の相異なる極性の境界部分に位置することを特徴とする請求項1に記載の吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置。
- 前記第1マグネット(31)は、マグネットユニット(30)の回転の際、第1ホールセンサー(41)によって感知される区間内にだけ設置されることを特徴とする請求項1に記載の吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置。
- 前記第1マグネット(31)は一つが設置されることを特徴とする請求項3に記載の吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置。
- 前記第2マグネット(32)は、マグネットユニット(30)の回転の際、第2ホールセンサー(42)と第3ホールセンサー(43)によって感知される区間内にだけ設置されることを特徴とする請求項1に記載の吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置。
- 前記第1マグネット(31)と第2マグネット(32)はゴム磁石であることを特徴とする請求項1に記載の吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置。
- 前記第1乃至第3ホールセンサーは、第1マグネット(31)及び第2マグネット(32)が持つ磁場の範囲内で一定間隔(d)で設置されることを特徴とする請求項1に記載の吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置。
- 前記入力軸(10)にウォーム(15)が備えられ、前記出力軸(20)にはウォーム(15)とかみ合って回転するようにウォームホイール(25)が形成されることを特徴とする請求項1に記載の吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置。
- 前記制御部(40)は、マグネットユニット(30)の回転の際、第1ホールセンサー(41)によって第1マグネット(31)の極性変化が感知された位置を絶対位置に設定することを特徴とする請求項1に記載の吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置。
- 前記制御部(40)は、第1ホールセンサー(41)によって第1マグネット(31)の極性変化を感知するとき、第2ホールセンサー(42)及び第3ホールセンサー(43)で感知される第2マグネット(32)の相対的な極性変化を判断してモーター(11)の回転方向を確認することを特徴とする請求項1に記載の吸気バルブ開閉調節用アクチュエーター制御装置。
Applications Claiming Priority (2)
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