JP3893907B2 - 内燃機関用吸気制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸入空気量を制御する内燃機関用吸気制御装置に関するもので、特にスロットル弁の開度を回転角度検出装置を用いて精度良く検出することが可能な内燃機関用吸気制御装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、特開平８−２５４１２９号公報においては、内燃機関への吸気通路が形成されたスロットルボデーと、このスロットルボデーに回転自在に支持されたシャフトに取り付けられて、吸気通路を開閉するスロットル弁と、このスロットル弁のシャフトの一端部にナットを用いて固定されたバルブギヤと、このバルブギヤに噛み合う中間減速ギヤと、この中間減速ギヤを駆動するモータとを備えた内燃機関用吸気制御装置（従来の技術）が提案されている。
【０００３】
この内燃機関用吸気制御装置は、バルブギヤとは逆側のシャフトの端部にスロットルポジションセンサを配置しているが、この構造であると体格が大きくなるので、バルブギヤと同じ側に非接触式のセンサを配置することが望ましい。また、バルブギヤは、半月状に形成されており、その切欠き端面は、スロットル弁の全閉位置で、スロットルボデーの取付座に固定されたストッパに衝突するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の内燃機関用吸気制御装置において、バルブギヤの材質として鉄系の磁性金属を用いた場合には、磁気発生源である磁石とヨークで構成される磁気回路からの磁束の洩れが発生し、非接触式の検出素子を用いてスロットル弁およびそのシャフトの開度を高精度に検出することはできないという問題が生じている。また、バルブギヤの材質として熱可塑性樹脂を用いた場合には、シャフトの一端部に固定される、バルブギヤの被固定部や、バルブギヤのそれ以上の回転を規制するストッパに衝突する、バルブギヤのストッパ部に、補強材をインサート成形する必要がある。したがって、磁石やヨークを含むと、多くの部品をバルブギヤにインサート成形する必要があるので、コストアップとなるという問題が生じている。
【０００５】
【発明の目的】
本発明の目的は、分割型の磁石と分割型のヨークで構成される磁気回路からの磁束の洩れを防止でき、且つ部品点数を軽減してコストダウンを図ることのできる内燃機関用吸気制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、スロットル弁のシャフト部を駆動する回動体を、磁気回路に影響を与えない非磁性金属により製作し、更に、その非磁性金属製の回動体に、２個に分割された分割型の磁石と２個に分割された分割型のヨークを収容、保持する保持部と、シャフト部に固定される被固定部とを一体的に設け、更に、分割型の磁石および分割型のヨークを、分割型の磁石の一方が分割型のヨークの一方の端部同士で挟まれ、且つ分割型の磁石の他方が分割型のヨークの他方の端部同士で挟まれるように、分割型の磁石が分割型のヨーク間に配置された状態で、回動体の保持部の内周面に固定し、非接触式の検出素子を、分割型の磁石の内周側に配置し、回動体を、非磁性金属により製作したことにより、分割型の磁石と分割型のヨークで構成される磁気回路からの磁束の洩れを防止できるので、非接触式の検出素子を用いてスロットル弁の開度を高精度に検出することができる。また、回動体の被固定部を補強材により補強する必要はなく、部品点数を軽減できるので、コストダウンを図ることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明によれば、回動体を、錆止めが不要な金属により製作したことにより、回動体の表面に防錆処理を施す必要はなく、回動体の製作工程を簡素化できるので、製品コストを低減することができる。また、請求項３に記載の発明によれば、スロットルボデーに、回動体のそれ以上の回転を規制するストッパを設けている。そして、回動体に、スロットル弁の全閉時にストッパに当接するストッパ部を一体的に設けることにより、回動体のストッパ部を補強材により補強する必要はなく、部品点数を軽減できるので、コストダウンを図ることができる。さらに、請求項４に記載の発明によれば、スロットル弁のシャフト部の一端部にバルブギヤの被固定部を、かしめまたは溶接により固定したことによって、ナット締めによる固定に対して、非接触式の検出素子を有する回転角度検出装置を小型化することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
［実施例の構成］
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。ここで、図１および図２は内燃機関用吸気制御装置を示した図である。
【０００９】
本実施例の内燃機関用吸気制御装置は、内燃機関（エンジン）への吸気通路を形成するスロットルボデー１と、このスロットルボデー１内に回動自在に支持されたスロットル弁（スロットルバルブ）２と、このスロットルバルブ２のシャフト部であるスロットルバルブシャフト（以下シャフトと略す）３と、このシャフト３を回転駆動するアクチュエータ４と、このアクチュエータ４を電子制御するエンジン制御装置（以下ＥＣＵと呼ぶ）とを備えている。そして、内燃機関用吸気制御装置は、自動車のアクセルペダル（図示せず）の踏み加減に基づいてエンジンに流入する吸入空気量を制御することでエンジンの回転速度をコントロールするものである。なお、ＥＣＵには、アクセルペダルの踏み加減を電気信号（アクセル開度信号）に変換し、ＥＣＵへどれだけアクセルペダルが踏み込まれているかを出力するアクセル開度センサ（図示せず）が接続されている。
【００１０】
また、内燃機関用吸気制御装置は、スロットルバルブ２の開度を電気信号（スロットル開度信号）に変換し、ＥＣＵへどれだけスロットルバルブ２が開いているかを出力するスロットルポジションセンサ５を備えている。スロットルボデー１は、アルミニウムダイカストにより製造され、スロットルバルブ２を保持する装置で、エンジンのインテークマニホールドにボルト等の締結具を用いて固定されている。このスロットルボデー１には、シャフト３の一端部をボールベアリング１１を介して回転自在に支持する軸受保持部１２と、シャフト３の他端部をドライベアリング１３を介して回転自在に支持する軸受保持部１４と、アクチュエータ４を収容する収容部１５とを有している。軸受保持部１４の端部には、開口部を塞ぐためのプラグ１６が装着されている。
【００１１】
そして、スロットルボデー１には、スロットルバルブ２が全閉した際にバルブギヤ６が当接するストッパ１７をねじ止め固定している。そのストッパ１７は、スロットルバルブ２が全閉した際に、スロットルバルブ２およびそのシャフト３等のそれ以上の回動を規制する。また、スロットルボデー１には、スロットルバルブ２およびその周辺に空気中の水分が氷結する現象（アイシング）を防止するための温水（エンジンの冷却水）を導く温水配管（冷却水経路）１９が取り付けられている。そして、スロットルボデー１には、スロットルボデー１の開口側を閉塞するセンサカバー２０が取り付けられている。このセンサカバー２０は、スロットルポジションセンサ５の各端子間を電気的に絶縁する熱可塑性樹脂よりなる。そして、センサカバー２０は、スロットルボデー１の開口側に設けられた嵌合部に嵌め合わされる被嵌合部２１を有し、略円筒形状のクリップ２２によってスロットルボデー１の開口側端部に組み付けられている。
【００１２】
スロットルバルブ２は、エンジンに吸入される吸入空気量をコントロールするバタフライ形の回転弁で、シャフト３の外周に締結ねじ等の締結具２３を用いて固定されている。本実施例のスロットルバルブ２は、金属板または樹脂板により略円板形状に形成されている。シャフト３の一端部には、非磁性金属により製作されたバルブギヤ（本発明の回動体に相当する）６が固定されている。バルブギヤ６は、非磁性金属（具体的には防錆処理が不要なステンレス鋼よりなる焼結金属）により所定の略円環形状に形成されている。また、バルブギヤ６の扇形状本体部の外周面には、中間減速ギヤ３３と噛み合うギヤ部２４が設けられている。そして、バルブギヤ６には、シャフト３の一端部にかしめ等の手段を用いて固定される円環状の被固定部２５、内周面に分割型の永久磁石４１と分割型のヨーク４２を保持する円筒状の保持部２６、およびスロットルバルブ２が全閉した際にスロットルボデー１に固定されたストッパ１７に当接する外周突起部（ストッパ部）２７が設けられている。
【００１３】
また、バルブギヤ６とボールベアリング１１の内輪との間には、樹脂材料よりなるロータ部材７がシャフト３の外周に回転自在に支持されている。そして、バルブギヤ６の図示左端面とロータ部材７の図示右端面との間、およびロータ部材７の図示左端面とスロットルボデー１の図示右端面との間には、スロットルバルブ２およびそのシャフト３をエンジンがアイドル回転速度の時の初期位置に戻すためのコイル状のリターンスプリング２８、２９が装着されている。
【００１４】
アクチュエータ４は、ＥＣＵにより電子制御されるモータ３１と、このモータ３１の出力軸の外周に固定されたピニオンギヤ３２と、このピニオンギヤ３２と噛み合って回転する中間減速ギヤ３３と、この中間減速ギヤ３３と噛み合って回転する前述したバルブギヤ６とを有し、スロットルバルブ２およびそのシャフト３を回転駆動するバルブ駆動手段である。モータ３１は、センサカバー２０内に埋設されたモータ用通電端子に一体的に接続されて、通電により作動する駆動源である。ピニオンギヤ３２は、モータ３１の出力軸と一体的に回転するモータギヤである。
【００１５】
中間減速ギヤ３３は、樹脂により一体成形され、回転中心を成す支持軸３４の外周に回転自在に嵌め合わされている。そして、中間減速ギヤ３３には、ピニオンギヤ３２に噛み合う大径ギヤ３５、およびバルブギヤ６のギヤ部２４に噛み合う小径ギヤ３６が設けられている。ここで、ピニオンギヤ３２および中間減速ギヤ３３は、モータ３１のトルクをバルブギヤ６に伝達するトルク伝達手段である。また、支持軸３４の軸方向の一端部は、センサカバー２０の内壁面に形成された凹状部に嵌め込まれ、他端部は、スロットルボデー１の外壁面に形成された凹状部に圧入固定されている。
【００１６】
スロットルポジションセンサ５は、本発明の回転角度検出装置に相当するもので、磁界発生源である分割型（略角形状）の永久磁石４１と、この永久磁石４１に磁化される分割型（略円弧状）のヨーク（磁性体）４２と、分割型の永久磁石４１に対向するようにセンサカバー２０側に一体的に配置されたホール素子４３と、このホール素子４３と外部のＥＣＵとを電気的に接続するための導電性金属薄板よりなるターミナル（図示せず）と、ホール素子４３への磁束を集中させる鉄系の金属（磁性材料）よりなるステータ４４とから構成されている。
【００１７】
分割型の永久磁石４１および分割型のヨーク４２は、バルブギヤ６の保持部２６の内周面に接着剤等を用いて固定されている。なお、分割型の永久磁石４１は、隣設する２つのヨーク４２間に配されている。本実施例の分割型の永久磁石４１は、着磁方向が図２において図示上下方向（図示上側がＮ極、図示下側がＳ極）の略角形状の永久磁石が、互いに同じ極が同じ側になるように配置されている。ホール素子４３は、本発明の非接触式の検出素子に相当するもので、永久磁石４１の内周側に対向して配置され、感面にＮ極またはＳ極の磁界が発生すると、その磁界に感応して起電力（Ｎ極の磁界が発生すると＋電位が生じ、Ｓ極の磁界が発生すると−電位が生じる）を発生するように設けられている。
【００１８】
［実施例の作用］
次に、本実施例の内燃機関用吸気制御装置の作用を図１および図２に基づいて簡単に説明する。
【００１９】
運転者がアクセルペダルを踏み込むと、アクセル開度センサよりアクセル開度信号がＥＣＵに入力される。そして、ＥＣＵによってスロットルバルブ２が所定の開度となるようにモータ３１が通電されて、モータ３１の出力軸が回転する。そして、出力軸が回転することによりピニオンギヤ３２が図２において図示左回転方向に回転して中間減速ギヤ３３の大径ギヤ３５にトルクが伝達される。そして、大径ギヤ３５の回転に伴って小径ギヤ３６が支持軸３４を中心にして図２において図示右回転方向に回転すると、小径ギヤ３６と噛み合うギヤ部２４を有するバルブギヤ６が回転する。これにより、バルブギヤ６がシャフト３を中心にして図２において図示左回転方向に回転するので、シャフト３が所定の回転角度だけ回転し、スロットルボデー１に形成されるエンジンへの吸気通路内においてスロットルバルブ２が所定の回転角度に保持される。
【００２０】
一方、スロットルポジションセンサ５は、バルブギヤ６と一体的に回転する分割型の永久磁石４１の回転位置をホール素子４３によって検出して、ターミナルを介してＥＣＵにスロットル開度信号を送る。このスロットル開度信号によってＥＣＵはどれだけ燃料を噴射するかを判断する。運転者がアクセルペダルを戻すと、モータ３１の回転によってスロットルバルブ２、そのシャフト３およびバルブギヤ６が元の回動位置に戻されて、スロットルバルブ２が全閉位置となり、エンジンの回転速度がアイドル回転速度となる。
【００２１】
［実施例の効果］
以上のように、本実施例の内燃機関用吸気制御装置は、スロットルバルブ２およびそのシャフト３を駆動するためのバルブギヤ６の材質を、磁気回路に影響を与えない、つまりホール素子４３の検出精度に影響を与えない非磁性金属としたことにより、分割型の永久磁石４１と分割型のヨーク４２で構成される磁気回路からの磁束の洩れを防止することができるので、非接触式の検出素子であるホール素子４３を用いてスロットルバルブ２の開度を高精度に検出することができる。また、バルブギヤ６を非磁性金属により製作することにより、シャフト３の一端部にかしめ等の手段を用いて固定される円環状の被固定部２５、およびスロットルバルブ２が全閉した際にスロットルボデー１に固定されたストッパ１７に当接する外周突起部２７に、補強するための補強材（例えば金属材）を設ける必要はなく、部品点数を軽減できるので、コストダウンを図ることができる。
【００２２】
また、スロットルバルブ２およびそのシャフト３を駆動するためのバルブギヤ６の材質を、ステンレス鋼よりなる焼結金属としたことにより、バルブギヤ６の表面に錆が発生するのを防止するための防錆処理、つまりバルブギヤ６の表面に溶融亜鉛鍍金や電気亜鉛鍍金を施す必要はなく、バルブギヤ６の製作工程を簡素化できるので、コストダウンを図ることができる。また、スロットルバルブ２のシャフト３の一端部にバルブギヤ６を、かしめまたは溶接等の手段を用いて固定したことにより、ナット等の締結具を用いて締め付け固定する固定方法に対して、シャフト３の軸方向寸法を短縮でき、分割型の永久磁石４１および分割型のヨーク４２で構成される磁気回路を小型化することができる。これにより、内燃機関用吸気制御装置全体のサイズを小型化することができる。
【００２３】
［変形例］
本実施例では、本発明をアクチュエータ４によりスロットルバルブ２およびそのシャフト３を回転駆動するようにした内燃機関用吸気制御装置に適用した例を説明したが、本発明をアクセルペダルの踏み込み量をワイヤーケーブルやアクセルレバーを介して機械的にスロットルバルブ２およびそのシャフト３に伝えて、スロットルバルブ２およびそのシャフト３を作動させるようにした内燃機関用吸気制御装置に適用しても良い。
【００２４】
本実施例では、非接触式の検出素子としてホール素子４３を使用した例を説明したが、非接触式の検出素子としてホールＩＣまたは磁気抵抗素子等を使用しても良い。また、本実施例では、回動体をモータ３１のトルクをシャフト３に伝達する中間減速ギヤ３３の小径ギヤ３６に噛み合うギヤ部２４を有するバルブギヤ６に用いた例を説明したが、回動体をアクセルペダルに連動するワイヤーケーブルを取り付けるための取付部を有するアクセルレバーに用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関用吸気制御装置を示した断面図である（実施例）。
【図２】内燃機関用吸気制御装置を示した側面図である（実施例）。
【符号の説明】
１ スロットルボデー
２ スロットルバルブ（スロットル弁）
３ シャフト（シャフト部）
４ アクチュエータ
５ スロットルポジションセンサ（回転角度検出装置）
６ バルブギヤ（回動体）
１７ ストッパ
２５ 被固定部
２６ 保持部
２７ 外周突起部（ストッパ部）
３１ モータ
３３ 中間減速ギヤ
４１ 分割型の永久磁石
４２ 分割型のヨーク
４３ ホール素子（非接触式の検出素子）

Claims (4)

1. （ａ）内燃機関への吸気通路を形成するスロットルボデーと、
   （ｂ）このスロットルボデーに回転自在に支持されたシャフト部を有し、前記吸気通路を開閉制御するスロットル弁と、
   （ｃ）このスロットル弁のシャフト部と一体的に回転する２個に分割された分割型の磁石、これらの磁石により磁化される２個に分割された分割型のヨーク、および前記分割型の磁石の磁力を受けて前記スロットル弁の開度を検出する非接触式の検出素子を有する回転角度検出装置と、
   （ｄ）前記分割型の磁石と前記分割型のヨークを収容、保持する保持部と、前記シャフト部に固定される被固定部とを一体的に有し、前記スロットル弁のシャフト部を駆動する回動体と
   を備え、
   前記分割型の磁石および前記分割型のヨークは、前記分割型の磁石の一方が前記分割型のヨークの一方の端部同士で挟まれ、且つ前記分割型の磁石の他方が前記分割型のヨークの他方の端部同士で挟まれるように、前記分割型の磁石が前記分割型のヨーク間に配置された状態で、前記回動体の保持部の内周面に固定されており、
   前記非接触式の検出素子は、前記分割型の磁石の内周側に配置されており、
   前記回動体は、非磁性金属により製作されていることを特徴とする内燃機関用吸気制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関用吸気制御装置において、
   前記非磁性金属とは、錆止めが不要な金属であることを特徴とする内燃機関用吸気制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関用吸気制御装置において、
   前記スロットルボデーは、前記回動体のそれ以上の回転を規制するストッパを有し、
   前記回動体は、前記スロットル弁の全閉時に前記ストッパに当接するストッパ部を一体的に設けたことを特徴とする内燃機関用吸気制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれかに記載の内燃機関用吸気制御装置において、
   前記回動体は、モータのトルクが伝達されるバルブギヤであり、
   前記被固定部は、かしめまたは溶接により前記シャフト部の一端部に固定されたことを特徴とする内燃機関用吸気制御装置。

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