JP2522669Y2

JP2522669Y2 - 可変吸気バルブ用アクチュエータ

Info

Publication number: JP2522669Y2
Application number: JP1990012760U
Authority: JP
Inventors: 恒一並木; 晃高橋
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1990-02-14
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2005-02-14
Also published as: JPH03104128U

Description

【考案の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本考案は複数に分岐した吸気ポートのうちの一つに設
けられ、これを開閉することでエンジンへの吸入空気量
を調整する可変吸気バルブの駆動用アクチュエータに関
する。

〈従来の技術〉エンジンの吸気は、空気がエアクリーナから吸入され
てサージタンクに溜められ、慣性過給効果などによって
各吸気ポートから燃焼室に導入されることで行なわれ
る。燃焼室に導入される吸気量は吸気ポートの流路面積
の大きさによって決められ、この流路面積が大きいほど
吸気量を多くすることができる。そして、吸気量が多い
ほどエンジンの出力が増大すると共に高回転化を達成す
ることができる。従って、吸気ポートの流路面積はでき
るだけ大きいほうが望ましい。

ところが、吸気ポートの流路面積を大きくすると、エ
ンジンの高速運転時には高出力が要求れるため大量の空
気が一定の流速で燃焼室に供給されるが、エンジンの低
速運転時には大量の空気を必要とせず、燃焼室に供給さ
れる空気の流速が低下して吸気の燃料との混合が悪くな
って十分なエンジン出力を得ることができない。そのた
め、最近ではエンジンへの吸入空気量を調整可能とする
可変吸気システムが採用されている。

第６図に従来の可変吸気システムの概要を示す。

同図に示すように、一端が図示しないエアクリーナに
接続されたエアダクト１の他端はサージタンク２に接続
されている。そして、サージタンク２にはインテークポ
ート３が接続され、更に、このインテークポート３には
インテークマニホールド４が接続され、インテークマニ
ホールド４の先端は分岐して図示しないエンジンの燃焼
室に接続されている。

サージタンク２に接続されたインテークポート３は二
つの吸気ポート、即ち、プライマリポート５とセカンダ
リポート６を有している。そして、セカンダリポート６
の基端部には可変吸気バルブ７が取付けられている。こ
の可変吸気バルブ７は操作レバー８を介してダイアフラ
ムが内蔵されたバキュームモータ９に連結されている。
バキュームモータ９にはバキュームタンク10が接続され
ている。

而して、エンジンの低・中速回転時には図示しないコ
ントロールユニットによってバキュームタンク10が制御
され、バキュームモータ９を駆動することで可変吸気バ
ルブ７を閉じる。これによって、サージタンク２とセカ
ンダリポート６とは断絶された状態となる。従って、エ
アクリーナから吸入された空気はサージタンク２からプ
ライマリポート５を通り、セカンダリポート６を介して
インテークマニホールド４に導入されてエンジンの燃焼
室に供給される。

また、エンジンの高速回転時には、図示しないコント
ロールユニットによってバキュームタンク10が制御さ
れ、バキュームモータ９を駆動することで可変吸気バル
ブ７を開ける。これによって、サージタンク２とセカン
ダリポート６とは連通された状態となる。従って、エア
クリーナから吸入された空気はサージタンク２からプラ
イマリポート５及びセカンダリポート６を通り、インテ
ークマニホールド４に導入されてエンジンの燃焼室に供
給される。

このように、エンジンの低・中速回転時には可変吸気
バルブ７を閉じて吸気ポートを長くすると共にその流路
面積を小さくすることで、少ない吸気量でもその流速が
遅くならずに十分な空気量を燃焼室に導入することがで
きる。一方、エンジンの高速回転時には可変吸気バルブ
７を開けて吸気ポートの流路面積を大きくすることで、
吸入抵抗が減少して大量の空気量を燃焼室に導入するこ
とができる。

〈考案が解決しようとする課題〉上述した可変吸気システムにおいて、可変吸気バルブ
７はバキュームモータ９の負圧制御によって駆動してい
る。そのため、エンジンの高速運転時、即ち、可変吸気
バルブ７が開いているときにセカンダリポート６に大量
の空気が流れると、その吸気流や気圧差、あるいはエン
ジンの振動などによって可変吸気バルブ７が閉方向に回
動してしまうことがある。すると、エンジンが高出力を
要求しているにもかかわらず、吸気量が減少して不完全
燃焼を起こし、十分な出力を得ることができないという
問題点があった。

また、可変吸気バルブ７を駆動するバキュームモータ
９は負圧によって制御されているため、可変吸気バルブ
７は全開位置と全閉位置とでしか停止することができ
ず、吸気量の細かい調整を行なうことができず、エンジ
ンを効率的に稼働させることができなかった。

本考案はこのような問題点を解決するものであって、
可変吸気バルブの正確な開閉制御を行なうことのできる
可変吸気バルブ用アクチュエータを提供することを目的
とする。

〈課題を解決するための手段〉上述の目的を達成するための本考案の可変吸気バルブ
用アクチュエータは、複数に分岐した吸気通路のうちの
一つに設けられ、エンジンへの吸入空気量を調節する可
変吸気バルブの駆動用アクチュエータにおいて、直流電
動モータによって駆動回転するウォームと、該ウォーム
と噛み合わされて駆動回転するウォームホイールと、該
ウォームホイールの回転に伴って前記可変吸気バルブを
開閉する駆動軸と、前記ウォームの回転軸上に設けられ
た被検出体をホール素子により検出し、前記可変吸気バ
ルブの全閉位置から全開位置までの移動範囲中に前記回
転軸の回転によって発生する所定回転パルス数に対する
前記回転軸の回転パルス数を検出することにより前記可
変吸気バルブの開度位置を検出する位置センサと、前記
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前
記位置センサの検出結果及び前記運転状態検出手段の検
出結果に基づいて前記直流電動モータを駆動する制御手
段と、前記回転軸上または前記回転軸と前記直流電動モ
ータとの間の駆動力伝達軸上に設けられて前記可変吸気
バルブの回転範囲を機械的に規制するストッパ機構とを
具えたことを特徴とするものである。

〈作用〉所定の吸気通路に設けられた可変吸気バルブの駆動軸
に直流電動モータのウォームギアを連結し、ウォームの
回転軸上の被検出体をホール素子が検出し、可変吸気バ
ルブの全閉位置から全開位置までの移動範囲中における
所定回転パルス数に対する現在の回転軸の回転パルス数
を検出することによって可変吸気バルブの開度位置を検
出し、制御手段がこの位置センサの検出結果と運転状態
検出手段の検出結果に基づいてこの直流電動モータを駆
動することで、可変吸気バルブが開いているときに、吸
気流や気圧差、エンジンの振動などが作用しても、可変
吸気バルブが誤作動することはなく、エンジンの運転状
態に応じた最適な吸気量が供給され、また、可変吸気バ
ルブの全閉位置や全開位置では、可変吸気バルブは回転
軸上または駆動力伝達軸上のストッパ機構によってその
回転範囲が機械的に規制されることで、ウォームとウォ
ームホイールとのロック状態が未然に防止される。

〈実施例〉以下、図面に基づいて本考案の実施例を詳細に説明す
る。

第１図に本考案の一実施例に係る可変吸気バルブ用ア
クチュエータを備えた可変吸気システムを示す。なお、
従来と同一の機能を有する部材には同一の符号を付して
重複する説明は省略する。

第１図に示すように、可変吸気バルブ用アクチュエー
タ11は、DCモータ12と、DCモータ12によって駆動回転す
るウォームギア13と、ウォームギア13と噛み合うウォー
ムホイール14と、可変吸気バルブ７の位置センサ15を備
え、ウォームホイール14の回転軸が可変吸気バルブ７の
駆動軸と連結されている。

そして、可変吸気バルブ７のDCモータ12には制御ユニ
ット（以下、ECUと称する）16が接続され、DCモータ12
の駆動信号が入力される。また、位置センサ15もECU16
が接続され、可変吸気バルブ７の位置信号が入力され
る。更に、ECU16にはエンジンの運転状態検出手段とし
てのクランク角センサ17が接続され、エンジン回転数が
入力される。

而して、ECU16にクランク角センサ17からエンジン回
転数が入力されると、ECU16は可変吸気バルブ７をその
時のエンジンの運転状態に応じた開閉位置とするため、
DCモータ12を駆動する。このとき、随時に位置センサ15
からECU16に可変吸気バルブ７の位置信号が入力される
ことで、その停止位置を制御している。

第２図乃至第４図に可変吸気バルブ用アクチュエー
タ、第５図に可変吸気バルブの位置制御のタイミングチ
ャートを示す。

第２図に示すように、可変吸気バルブ用アクチュエー
タ11のギアケース21には前述したDCモータ12が内蔵され
ている。このDCモータ12の出力軸22には駆動ギア23が固
結されている。一方、ギアケース21には出力軸22と平行
をなす従動軸24が回転自在に支持されており、この従動
軸24の中間部には従動ギア25が固結されている。そし
て、駆動ギア23と従動ギア25とは中間ギア26によって駆
動連結されている。

従動軸24の一端には前述したウォーム13が固結されて
いる。このウォーム13に隣接するギアケース21にはウォ
ームホイール14が従動軸24と直交をなす回転軸27によっ
て回転自在に支持され、このウォームホイール14はウォ
ーム13と噛み合っている。そして、この回転軸27は可変
吸気バルブ７の駆動軸28（第１図参照）と一体回転接続
されている。

なお、ウォームホイール14には可変吸気バルブ７を閉
方向、即ち、第１図および第２図において時計回り方向
に付勢するための図示しないばねが内蔵されている。こ
れはウォームギアのバックラッシを防止すると共に可変
吸気バルブ７に作用する吸気流や気圧差、エンジンの振
動などによってこの可変吸気バルブが作動しないように
するためのものである。

また、可変吸気バルブ７の回動範囲、即ち、回動位置
制御は前述した位置センサ15によって設定されるもので
あるが、この位置センサ15の故障等による可変吸気バル
ブ７の損傷を防止するための安全対策として、前述した
従動軸24には可変吸気バルブ７の回動範囲を機械的に限
定するためのストッパ機構が設けられている。

第２図に示すように、従動軸24の中間部には外周部に
ねじ部31が形成されている。そして、このねじ部31には
移動体32が螺合している。この移動体32は、第３図に示
すように、リング形状をなし、内周面にめねじ33が形成
されると共に外周部に突出した回転規制部34が形成され
ている。この回転規制部34は、第４図に示すように、ギ
アケース21に従動軸24と平行をなして形成された規制溝
35に嵌合しており、これによって移動体32は従動軸24が
回転しても回転せず軸方向に移動できるようになってい
る。

また、移動体32の両端面にはそれぞれ、第２図および
第３図に示すように、第１凸部36と第２凸部37が形成さ
れている。そして、この第１凸部36に対向した従動ギア
25の一端面には第１ストッパ38が形成される一方、従動
軸25に固結された回転体39において第２凸部37に対向し
た一端面には第２ストッパ40が形成されている。

従って、第１図に実線で示す可変吸気バルブ７の全閉
状態では、第２図に実線で示すように、移動体32がねじ
部31の左端に位置し、第１凸部36の端面が第１ストッパ
38の端面に突設した位置にある。

この状態からDCモータ12を駆動して従動軸24を回転さ
せると、第１ストッパ38が形成された従動ギア25と第２
ストッパ40が形成された回転体39は回転するものの、第
１凸部36と第２凸部37が形成された移動体32は回転規制
部34が規制溝35によって規制されているため回転せずに
軸方向（第２図右方向）に移動する。そして、移動体32
が所定量移動して、第２図に二点鎖線で示すように、こ
の移動体32がねじ部31の右端に位置し、第２凸部37の端
面が第２ストッパ40の端面に当接した位置で従動軸24の
回転は停止し、可変吸気バルブ７は第１図に二点鎖線で
示す全開状態となる。

ところで、ウォームギアの動的摩擦抵抗をＦ₁、静的
摩擦抵抗をＦ₂、DCモータ16の駆動力をＦ₃、慣性力Ｆ₀
とすると、Ｆ₁＝Ｆ₃＋Ｆ₀ 逆に作動する力は、Ｆ₂＜Ｆ₃ である必要があり、一般に、Ｆ₂＞Ｆ₁ であり、よって、Ｆ₂≫Ｆ₃ となり、ウォームギアがロックした状態で作動できなく
なってしまう。従って、本実施例では前述したように、
従動軸24上にストッパ機構を設け、この従動軸24の回転
を停止することで可変吸気バルブ７を停止するように
し、ウォーム13とウォームホイール14の噛み込みを防止
している。

第２図に示すように、従動軸24の他端には可変吸気バ
ルブ７の位置検出センサ15を構成する第１マグネット41
と第２マグネット42が固定されている。そして、この各
マグネット41,42の回転軌跡に対向するギアケース21に
はホール素子を有する検出部43が取付けられている。な
お、第１マグネット41と第２マグネット42は、第５図に
示すように、磁界の方向が90度ずれて取付けられてい
る。

そして、従動軸24、即ち、第１マグネット41と第２マ
グネット42が１回転するごとにホール素子に磁力を与え
る。そして、この磁力を電気パルスに変換し、パルスを
カウントすることで従動軸24の回転数から移動体32の位
置を検出し、可変吸気バルブ７を開閉制御する。このと
き、第１マグネット41は１回転ごとに発生するパルスを
カウントすることで可変吸気パルス７の開閉位置を認識
する一方、第２マグネット42は第１マグネット41の発生
するパルスに対する第２マグネット42の発生するパルス
の“H"位置、“L"位置を検出することで可変吸気バルブ
７の開閉方向を認識する。

本実施例では従動軸24が12回転することで可変吸気バ
ルブ７が全開位置と全閉位置との間を移動することがで
きるようになっている。

第５図に示すように、可変吸気バルブ７が全閉位置か
ら全開位置に移動するために従動軸24が正転（第５図に
示す白抜き矢印方向）すると、第１マグネット41の回転
によって12個のパルスが発生する。従って、この発生パ
ルスをカウントすることで可変吸気バルブ７の開閉位置
を検出している。

このとき、第２マグネット42によっても12個のパルス
が発生するが、両者のパルス発生位置はずれている。そ
のため、第１マグネット41のパルスの立ち上がり位置Ａ
に対する第２マグネット42のパルスの位置を検出する。
そして、この第２マグネット42のパルスの位置が“L"位
置であれば正転していることが認識される。また、可変
吸気バルブ７が全開位置から全閉位置に移動するために
従動軸24が逆転（第５図に示す黒塗矢印方向）していれ
ば、第１マグネット41のパルスの立ち上がり位置Ｂに対
する第２マグネット42のパルスの位置が“H"であり、こ
れによって逆転していることが認識される。

また、この検出部43のパルス検出による可変吸気バル
ブ７の停止位置と前述した移動体32の第１凸部36と第２
凸部37の各第１ストッパ38と第２ストッパ40への当接に
よる停止位置とは若干ずれている。即ち、第５図に示す
ように、パルス幅をＴ₀とすると、パルス検出による停
止位置とストッパによる停止位置とのずれ幅Ｔ₁は、Ｔ₀
＞Ｔ₁≧Ｔ₀/2の範囲に設定されている。

Ｔ₁ストッパによる停止手段は安全対策によって設け
られているものであり、正常運転時には使用されない。
第１マグネット41は12個目のパルスをカウントした後も
その慣性力によって若干回動する。このとき、パルス検
出による停止位置とストッパによる停止位置とのずれ幅
が小さいと、移動体32の凸部36,37がストッパ38,40に当
接してしまって跳ね返り、ハンチング現象を起こしてし
まう。すると、検出部43は13個目のパルスをカウントし
てしまい、可変吸気バルブ７の開閉位置制御が正確に行
なわれなくなってしまう。そのため、パルス検出による
停止位置とストッパによる停止位置とのずれ幅を十分と
る必要があり、本実施例では前述した範囲内に設定する
ことで、可変吸気バルブ７の停止位置の精度の向上を図
っている。また、可変吸気バルブ７の位置制御のための
パルス検出手段とストッパによる機械的手段とを同軸
（従動軸24）上に設けたことで、両者間の位置制御の精
度の向上をも図っている。

而して、ECU16からDCモータ12に駆動信号が入力され
ると、その入力信号に基づいてDCモータ12は正転、ある
いは逆転駆動する。この駆動力は駆動ギア23、中間ギア
26、従動ギア25を介して従動軸24に伝達され、ウォーム
13を回転させる。そして、このウォーム13と噛み合うウ
ォームホイール14が回転することで可変吸気バルブ７が
開閉駆動する。

このとき、従動軸24の回転に伴って第１マグネット41
と第２マグネット42が回転し、パルスを発生する。検出
部43はこのパルスを検出して可変吸気バルブ７の開閉位
置および開閉方向を認識し、バルブの開閉位置信号をEC
U16に出力する。そして、ECU16は入力されたバルブの開
閉位置信号に基づいてDCモータ12に停止を指令する。

なお、上述の実施例において、可変吸気バルブ７を全
開位置と全閉位置とに停止するように駆動制御したが、
半開位置などを設定して更に細かい位置で停止できるよ
うにしてエンジンの出力効率の向上を図ることもでき
る。

〈考案の効果〉以上、実施例を挙げて詳細に説明したように本考案の
可変吸気バルブ用アクチュエータによれば、直流電動モ
ータによって駆動回転するウォームにウォームホイール
を噛み合わせ、そのウォームホイールの回転に伴って駆
動軸を介して可変吸気バルブを開閉自在とすると共に、
回転軸上または駆動力伝達軸上に設けられたストッパ機
構によって可変吸気バルブの回転範囲を機械的に規制
し、また、ウォームの回転軸上の被検出体とホール素子
とからなる位置センサが可変吸気バルブの全閉位置から
全開位置までの移動範囲中における所定回転パルス数に
対する現在の回転軸の回転パルス数を検出することによ
って可変吸気バルブの開度位置を検出し、制御手段がこ
の位置センサの検出結果とエンジンの運転状態から直流
電動モータを駆動するようにしたので、可変吸気バルブ
が開いているときに、吸気流や気圧差、エンジンの振動
などが作用しても、可変吸気バルブが誤作動することは
なく、エンジンの運転状態に応じて滑らかで最適な吸気
量が供給され、吸気効率の向上を図ることができると共
に、回転軸の回転パルス数によって可変吸気バルブの開
度位置を検出することで、位置制御が困難な直流電動モ
ータを使用でき、装置の低コスト化及び軽量化を図こと
ができ、また、可変吸気バルブの全閉位置や全開位置で
は、可変吸気バルブが回転軸上または駆動力伝達軸上の
ストッパ機構によって回転範囲が機械的に規制されるこ
とで、ウォームとウォームホイールとのロック状態を未
然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る可変吸気バルブ用アク
チュエータを備えた可変吸気システムの概要図、第２図
は可変吸気バルブ用アクチュエータの断面図、第３図は
移動体の斜視図、第４図は第２図のIV-IV断面図、第５
図は可変吸気バルブの位置制御のタイミングチャート、
第６図は従来の可変吸気システムの概要図である。図面中、３はインテークポート、６はセカンダリポート、７は可
変吸気バルブ、11はアクチュエータ、12はDCモータ、13
はウォーム、14はウォームホイール、15は位置センサ、
16は制御ユニット（ECU）、17はクランク角センサ、23
は駆動ギア、24は従動軸、25は従動ギア、27は駆動軸、
28は回転軸である。

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】複数に分岐した吸気通路のうちの一つに設
けられ、エンジンへの吸入空気量を調節する可変吸気バ
ルブの駆動用アクチュエータにおいて、直流電動モータによって駆動回転するウォームと、該ウ
ォームと噛み合わされて駆動回転するウォームホイール
と、該ウォームホイールの回転に伴って前記可変吸気バ
ルブを開閉する駆動軸と、前記ウォームの回転軸上に設
けられた被検出体をホール素子により検出し、前記可変
吸気バルブの全閉位置から全開位置までの移動範囲中に
前記回転軸の回転によって発生する所定回転パルス数に
対する前記回転軸の回転パルス数を検出することにより
前記可変吸気バルブの開度位置を検出する位置センサ
と、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手
段と、前記位置センサの検出結果及び前記運転状態検出
手段の検出結果に基づいて前記直流電動モータを駆動す
る制御手段と、前記回転軸上または前記回転軸と前記直
流電動モータとの間の駆動力伝達軸上に設けられて前記
可変吸気バルブの回転範囲を機械的に規制するストッパ
機構とを具えたことを特徴とする可変吸気バルブ用アク
チュエータ。