JP2014125917A

JP2014125917A - スロットルバルブ装置

Info

Publication number: JP2014125917A
Application number: JP2012281670A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Sekiguchi; 眞一関口
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: WO2014103698A1; JP6157850B2

Abstract

【課題】スロットルバルブ装置を提供すること。
【解決手段】流路１１内に配置された弁体１２を回動させることでエンジンに取り込まれる空気の量を調整するスロットルバルブ装置１であって、弁体が配置された流路をバイパスするバイパス流路を備え、バイパス流路を通過する空気の流量をアクチュエータ３０により制御することで、エンジンのアイドリング時の回転速度を調整する機能を有するとともに、弁体の回動角度を検出する回動角度検出装置２０を有するスロットルバルブ装置において、回動角度検出装置は、弁体の回動に応じて回動するマグネット２１と、マグネットが発生する磁界の磁束密度の変化を検出することで弁体の回動角度を検出する磁気センサ２２と、を有し、磁気センサは、磁束密度を感知する感知面の方向が、アクチュエータが発生する磁界の方向と、非平行となる態様で配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、スロットルバルブ装置に関するものである。

流路内に配置された弁体を回動させることでエンジンに取り込まれる空気の量を調整するスロットルバルブ装置が広く用いられている。

このようなスロットルバルブ装置では、例えば、特許文献１に開示されているように、弁体が取り付けられたシャフトにマグネットを取り付け、このマグネットが発生する磁界を磁気センサで検出し、磁束密度の変化により、弁体の回動角度を非接触で検出することが一般的に行われている。

特開平１１−２６４７１１号公報

ところで、特許文献１に開示された技術のように、磁束密度の変化によって回動角度を検出する場合、外部磁界の影響によって磁気センサが影響を受け、検出された角度に誤差が生じたり、角度を正確に検出できなかったりする場合が生じる。

近年、弁体が配置された流路をバイパスするバイパス流路を設け、このバイパス流路を通過する空気の流量をアクチュエータにより制御することで、エンジンのアイドリング時の回転速度を調整する機能を有するスロットルバルブ装置が存在する。このようなスロットルバルブ装置では、磁界を発生するアクチュエータが磁気センサの近くに配置されることから、特に磁界の影響を受けやすい。さらに、最近では、スロットルバルブ装置の小型化が進んでいるため、アクチュエータと磁気センサとの距離が接近する傾向にあるため、影響が一層大きくなっている。

本発明は、上記のような課題を鑑みて行われたものであり、外部磁界の影響によらず、弁体の回動角度を正確に検出できるスロットルバルブ装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の一面は、流路内に配置された弁体を回動させることでエンジンに取り込まれる空気の量を調整するスロットルバルブ装置であって、弁体が配置された流路をバイパスするバイパス流路を備え、バイパス流路を通過する空気の流量をアクチュエータにより制御することで、エンジンのアイドリング時の回転速度を調整する機能を有するとともに、弁体の回動角度を検出する回動角度検出装置を有するスロットルバルブ装置において、回動角度検出装置は、弁体の回動に応じて回動するマグネットと、マグネットが発生する磁界の磁束密度の変化を検出することで弁体の回動角度を検出する磁気センサと、を有し、磁気センサは、磁束密度を感知する感知面の方向が、アクチュエータが発生する磁界の方向と、非平行となる態様で配置されていることを特徴とする。

また、磁気センサは、磁束密度を感知する感知面の方向が、アクチュエータが発生する磁界の方向と、直交する態様で配置することが望ましい。

本発明によれば、外部磁界の影響によらず、弁体の回動角度を正確に検出できるスロットルバルブ装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態の構成例を示す斜視図である。図１に示すホールＩＣの詳細を示す図である。図２に示すホールＩＣの方向による外部磁界の影響を示す図である。図１に示す実施形態を矢印Ａの方向から見た側面図である。図１に示す実施形態を矢印Ｂ−Ｂ’で切断した場合の断面図である。ソレノイドバルブとホールＩＣの位置関係を示す図である。図６に示す位置関係の場合においてソレノイドバルブを動作させたときのホールＩＣの出力波形である。ソレノイドバルブとホールＩＣの他の位置関係を示す図である。図８に示す位置関係の場合においてソレノイドバルブを動作させたときのホールＩＣの出力波形である。図６，８に示す位置関係における磁束密度を示す図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

［実施形態の構成の説明］
図１は本発明の実施形態に係るスロットルバルブ装置の概略構成例を示す斜視図である。この図に示すように、本実施形態に係るスロットルバルブ装置１は、エンジンの吸気口に送る空気が通過する流路１１が形成された本体部１０を有している。流路１１の途中には、流路の断面形状と略同じ形状を有する弁体１２が配置されている。この弁体１２は、シャフト１３を軸として回動し、その角度に応じて流路１１を遮ることで、流路１１を流れる空気の量を調整する。流路１１の一方（例えば、図１の右側）には、空気中のダスト等を濾過するためのエアフィルタが設けられており、他方にはエンジンの吸気口が接続される。弁体１２を回動させることで、エアフィルタから吸気口に流れる空気の流量を調整し、エンジンの回転速度を制御する。

シャフト１３の一端には、回動角度検出装置２０が接続されている。より詳細には、シャフト１３の一端にはシャフト１３の回動に応じて回転する円筒形状を有するマグネット２１が設けられている。マグネット２１の中空部には、磁気センサであるホールＩＣ（Integrated Circuit）２２が配置されている。マグネット２１は、円筒形の内側面がＳ極、Ｎ極に交互に帯磁されており、マグネット２１がシャフト１３に従って回動することで、ホールＩＣ２２を貫通する磁束密度が変化する。ホールＩＣ２２は、図示しない基板に固定され、シャフト１３に応じて回動するマグネット２１が発生する磁束密度の変化を検出することで、弁体１２の角度（開度）を検出し、図示しないＥＣＵ（Engine Control Unit）に通知する。

図２は、ホールＩＣ２２の詳細な構成例を示す図である。この図２に示すように、ホールＩＣは、磁束密度の変化を検出するホール素子が内蔵された本体部２２１および端子２２２〜２２４を有している。ホールＩＣ２２は感知面２２１ａ，２２１ｂを有しており、図２に示すＹ方向と平行な方向の磁束の変化を検出し、それ以外の方向に対する感度は低い。

図３は、図２のＸ，Ｙ，Ｚ方向に外部磁界が印加された場合の出力変動に与える影響を示す図である。この図３に示すように、Ｘ方向とＺ方向の外部磁界の影響は小さく、Ｙ方向の外部磁界の影響は大きい。すなわち、図２のＸ方向またはＺ方向と平行な外部磁界の影響は小さく、Ｙ方向に平行な方向の外部磁界の影響は大きい。

図４は、図１を矢印Ａから見た場合の側面図である。この図４に示すように、ホールＩＣ２２は、マグネット２１の中空部の略中央に配置されている。また、ホールＩＣ２２は、感知面２２１ａ，２２１ｂが図の左右方向に向くように配置されている。なお、ホールＩＣ２２をこのような方向で配置する理由については後述する。

図５は、スロットルバルブ装置１を図１に示す矢印Ｂ−Ｂ’で切断した断面図を示している。この図に示すように、本体部１０の弁体１２上部には、弁体１２が閉じた状態（エンジンがアイドリングまたは停止状態）において、弁体１２によって閉じられた流路１１をバイパスして空気が流れるバイパス流路１１０が形成されている。また、バイパス流路１１０の上部には、ソレノイドバルブ３０が配置されている。このソレノイドバルブ３０は、バイパス流路１１０内に挿入され、図５の上下方向に移動することで、流路の断面積を可変し、バイパス流路１１０内を流れる空気の量を調整する弁体３１２、弁体３１２に接続され、コイル３１３の内部に配置された磁性体によって構成されるプランジャ３１１、および、電流を通じることで磁界を発生してプランジャ３１１に上下方向の駆動力を与えるコイル３１３を有している。なお、図５では、プランジャ３１１を原点位置に復帰させるスプリングは図示を省略している。

このようなソレノイドバルブ３０は、例えば、図示しないＥＣＵによって制御され、エンジンがアイドリング状態になった場合には、エンジンの回転速度に応じてコイル３１３に電流が通じられて回転速度が一定になるように（アイドリングが安定するように）制御される。具体的には、回転速度が低い場合にはバイパス流路１１０の断面積が大きくなるように調整されて回転速度が高く制御され、また、回転速度が高い場合にはバイパス流路１１０の断面積が小さくなるように調整されて回転速度が低く制御される。このようなソレノイドバルブ３０を用いてアイドリング時の回転速度を調整することで、流量の微調整が困難な弁体１２を用いることなく、回転速度を安定化することができる。

ところで、ソレノイドバルブ３０は、コイル３１３によって生じる磁力によって動作することから、このソレノイドバルブ３０を動作させると磁界が生じる。このため、図６に示すように、ホールＩＣ２２の感知面２２１ａ，２２１ｂの方向（Ｙ方向）が、ソレノイドバルブ３０が発生する磁界の方向（図６中に破線矢印で示す方向）と平行である場合には、磁界の影響を大きく受ける。なお、感知面２２１ａ，２２１ｂの方向とは、ホールＩＣ２２に様々な方向の磁界を入力した場合に、最も感度が高い方向の磁界の方向を示すものとする。図７は、このような配置状態において、ソレノイドバルブ３０を動作させた場合における、ホールＩＣ２２の出力波形の一例を示している。この図７に示すように、ソレノイドバルブ３０を動作させると、動作に応じて波形が大きく変動するため、これが誤検出の原因となる。

一方、図８では、本実施形態と同様に、ホールＩＣ２２の感知面２２１ａ，２２１ｂの方向（Ｙ方向）が、ソレノイドバルブ３０が発生する磁界の方向（図６中に破線矢印で示す方向）と、略直交するように設定されている。このような位置関係を有する場合、ホールＩＣ２２は、ソレノイドバルブ３０が発生する磁界の影響を受けにくい。図９は、このような配置状態において、ソレノイドバルブ３０を動作させた場合における、ホールＩＣ２２の出力波形の一例を示している。この図９に示すように、ソレノイドバルブ３０を動作させた場合でも、図７に比較すると出力波形の変動は非常に小さいことから、誤検出の発生を防ぐことができる。

図１０は、図６および図８の配置状態においてホールＩＣ２２によって検出される磁束密度の変化を示す磁場解析による解析値を示している。図１０の上段は、図６の配置状態において、図６に示す位置を基準位置（０ｍｍ）とし、この位置から図６に矢印で示す方向（図６の右方向）に、ホールＩＣ２２を移動させた場合の移動距離と、ホールＩＣ２２で検出される磁束密度の変化との関係を示している。この図６では、距離が０ｍｍである場合（図６の状態）では、磁束密度の変化は３ｍＴであり、１０ｍｍでは０．４ｍＴであり、２０ｍｍでは０．１５ｍＴであり、３０ｍｍでは０．０４ｍＴとなっている。

一方、図１０の下段は、図８に示す状態（図６の基準位置と同じ位置に配置した状態）においてホールＩＣ２２によって検出される磁束密度の変化の実測値を示している。図８に示す配置状態で検出される磁束密度の変化は０．５ｍＴであり、図６の基準位置に比較すると、１／６程度に減衰している。なお、図８の状態で、基準位置から遠ざける実験は行っていないが、図６との比較から、基準位置から遠ざければ、磁束密度の変化が減少することが予想される。このため、スロットルバルブ装置１のサイズが許せば、ホールＩＣ２２は、ソレノイドバルブ３０が発生する磁界と、感知面２２１ａ，２２１ｂが略直交するようにするとともに、これらをできるだけ離して設置することが望ましい。

以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、ホールＩＣ２２の感知面の方向を、ソレノイドバルブ３０が発生する磁界の方向と、略直交する態様で配置するようにしたので、ソレノイドバルブ３０を動作させた場合であっても、ホールＩＣ２２に与える影響を少なくすることができる。

また、図１０に示すように、ソレノイドバルブ３０とホールＩＣ２２を近接して配置することができるので、スロットルバルブ装置１を小型化した場合でも、弁体１２の開度の検出精度が低下することを防止できる。

［変形実施形態の説明］
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、ソレノイドバルブ３０を用いてアイドリング時の回転速度を調整するようにしたが、これ以外のアクチュエータを用いることもできる。例えば、ステッピングモータ等の電動モータを用いることも可能である。その場合であっても、電動モータが生じる磁界の方向と、ホールＩＣ２２の感知面の方向とを、略直交するように配置することで、磁界の影響を受けにくくすることができることから、誤検出の発生を抑制することができる。

また、以上の実施形態では、アクチュエータであるソレノイドバルブ３０が発生する磁界の方向と、ホールＩＣ２２の感知面２２１ａ，２２１ｂの方向とが略直交する態様で配置するようにしたが、ホールＩＣ２２がアクチュエータの磁界の影響を受けない態様であればよく、これらが平行にならない態様で配置すればよい。望ましくは、ソレノイドバルブ３０が発生する磁界の方向と、ホールＩＣ２２の感知面２２１ａ，２２１ｂが９０°±１０°の範囲以内となるように設定することができる。

また、以上の実施形態におけるソレノイドバルブ３０の構成は一例であって、このような構成にのみ本発明が限定されるものではない。例えば、バイパス流路１１０の構成は、図５に示す以外の構成でもよく、また、弁体３１２の構成は、図５に示す以外の構成でもよい。

また、以上の実施形態では、バイパス流路１１０は、図１の上面に設けるようにしたが、磁界の方向と、ホールＩＣ２２の感知面との方向が、前述した関係を満たすことができれば、これ以外の面に設けるようにしてもよい。具体的には、回動角度検出装置２０と同じ面に設けるようにしてもよい。

１スロットルバルブ装置
１０本体部
１１流路
１２弁体
１３シャフト
２０回動角度検出装置
２１マグネット
２２ホールＩＣ（磁気センサ）
３０ソレノイドバルブ
１１０バイパス流路

Claims

流路内に配置された弁体を回動させることでエンジンに取り込まれる空気の量を調整するスロットルバルブ装置であって、前記弁体が配置された前記流路をバイパスするバイパス流路を備え、前記バイパス流路を通過する空気の流量をアクチュエータにより制御することで、前記エンジンのアイドリング時の回転速度を調整する機能を有するとともに、前記弁体の回動角度を検出する回動角度検出装置を有するスロットルバルブ装置において、
前記回動角度検出装置は、
前記弁体の回動に応じて回動するマグネットと、
前記マグネットが発生する磁界の磁束密度の変化を検出することで前記弁体の回動角度を検出する磁気センサと、を有し、
前記磁気センサは、前記磁束密度を感知する感知面の方向が、前記アクチュエータが発生する磁界の方向と、非平行となる態様で配置されている、
ことを特徴とするスロットルバルブ装置。
前記磁気センサは、前記磁束密度を感知する感知面の方向が、前記アクチュエータが発生する磁界の方向と、直交する態様で配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスロットルバルブ装置。