JP4766328B2 - 弁作動機構 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの通気路に設けられた弁体をアクチュエータによって回動させることで前記通気路の断面積を調節する弁作動機構に関する。
従来、この種の弁作動機構は、例えば、自動車のインテークマニホールドに設けられる可変吸気バルブの作動機構として用いられている。当該可変吸気バルブは、吸気経路中に開閉自在に枢支され、その開閉により吸気流速を変化させ、エンジンの燃焼の改善を図るものである。
上述のような可変吸気バルブの作動機構として、例えば特許文献1に記載されたものが知られている。
この作動機構は、吸気管に設けられた弁体と、弁体を一体回転可能に支持する軸体と、当該軸体と一体回転可能に接続されるとともに、アクチュエータに対して突出引退するアクチュエータロッドに枢支連結されるリンク部材とを備える。上述の構成により、アクチュエータロッドの突出・引退動作が、回動動作として軸体に伝達され弁体が開閉作動される。
このような作動機構では、エンジンの回転数などの状況に応じて適切に弁体の開度を調節する必要がある。そこで、アクチュエータロッドとリンク部材との枢支連結部のガタを防止するために、トーションスプリングが設けてある。このトーションッスプリングは、その一端がリンク部材に係止され、他端がアクチュエータをインテークマニホールドの外周部に固定するためのアクチュエータブラケットに係止されている。そして、リンク部材とアクチュエータロッドとが互いに近接する方向に付勢することにより、アクチュエータロッドとリンク部材との連結部のガタを防止している。
実開平5−69474号公報(明細書[0009]段落、図2)
しかし、特許文献1に記載の弁作動機構では、移動側のリンク部材と固定側のアクチュエータブラケットとに亘ってトーションスプリングが設けてあるので、アクチュエータが作動する際に、トーションスプリングの付勢力に抗する必要がある。このため、弁の開閉の応答性を良くするために、アクチュエータを大型化しなければならない場合があった。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アクチュエータを大型化することなく、応答性の良い弁作動機構を得ることにある。
本発明の第1特徴構成は、エンジンの通気路に設けられた弁体をアクチュエータによって回動させることで前記通気路の断面積を調節する弁作動機構であって、前記弁体を支持する軸体に一体回転可能に連結されるとともに、前記アクチュエータの駆動力を伝達するアクチュエータロッドに枢支連結されるリンク部材と、前記軸体に巻回されたコイル状部と、そのコイル状部の両端部から径方向外方側に延びる一対の直線部とを有し、一方の直線部が前記リンク部材に係合されるとともに、他方の直線部が前記アクチュエータロッドの枢支軸に係合されて、前記リンク部材と前記アクチュエータロッドとが互いに当接するようそれら直線部同士が離間する方向に付勢する付勢部材と、を備え、前記軸体の長手方向視において、前記弁体が開状態のときには、前記軸体から前記アクチュエータロッドの突出引退方向に沿う直線に引いた垂線に対して該突出引退方向の一方側に前記枢支軸が位置するとともに、前記弁体が閉状態のときには、前記垂線に対して前記突出引退方向の他方側に前記枢支軸が位置する点にある。
本構成により、付勢部材が、リンク部材とアクチュエータロッドとが互いに当接するよう両者を付勢することとなるので、リンク部材とアクチュエータロッドとの枢支連結部のガタを防止することができる。
また、従来の如く、移動するリンク部材と、固定側のアクチュエータ本体とに渡って付勢部材を設けるのではなく、リンク部材と当該リンク部材と略同方向に移動するアクチュエータロッドとに亘って付勢部材が設けてある。このため、リンク部材とアクチュエータロッドとが移動する際に付勢部材の付勢力に抗する必要がない。この結果、アクチュエータを大型化することなく応答性の良い弁作動機構を得ることができる。
本発明の第2特徴構成は、前記付勢部材による付勢方向を、前記アクチュエータロッドの突出引退方向に近づけて設定してある点にある。
リンク部材とアクチュエータロッドとの枢支連結部のガタは主にアクチュエータの突出引退方向に沿って生じる。そこで、本構成の如く、付勢部材による付勢方向を、アクチュエータロッドの突出引退方向に近づけて設定することにより、ガタの方向における付勢部材の付勢力を大きくすることができる。この結果、より効果的にガタを防止することができる。
本願の第3の特徴構成は、前記枢支軸のうち前記リンク部材から突出した部位に前記付勢部材の当接位置を設定し、当該当接位置に樹脂製の保護部材を備えている点にある。
本構成により、付勢部材が、保護部材を介してアクチュエータロッドの枢支軸に係止されることとなる。このため、付勢部材の摺動による枢支軸の磨耗を防止することができる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本発明の弁作動機構は、例えばエンジンに供給する空気の流速を調整する吸気制御装置の可変吸気バルブを開閉する弁開閉機構に適用することができる。
図1及び図2に、直列4気筒エンジンに供給する空気の流速を調整する吸気制御装置に本発明に係る弁作動機構を適用した例を示す。
当該吸気制御装置は複数の吸気管100(本実施形態では4つ)を備えたインテークマニホールドを有し、各吸気管100の一端が各シリンダSに連結されている。各吸気管100の途中には、シリンダSの近傍に可変吸気バルブ10が設けられている。吸気制御装置は、吸気管100を流れる空気の通過断面を変化させて流速調整することにより、エンジンの燃焼改善を図る。
上述の弁開閉機構は、各吸気管内100に回動自在に設けられたバタフライ式の可変吸気バルブ10(本願の弁体1に相当)と、可変吸気バルブ10を回動させる軸体2と、軸体2を駆動するアクチュエータ3とを有する。
軸体2は、インテークマニホールドの4つの吸気路100と直交するように配置されている。この軸体2は、インテークマニホールドのフランジ部101の付近に形成された軸受孔に挿入されて、回動自在に支持される。そして、軸体2の各吸気管100に対応する位置に、可変吸気バルブ10が例えばネジにより取り付けてある。
図3に示すように、アクチュエータ3は、ブラケット6を介してインテークマニホールドの外周部に支持してある。ブラケット6は、アクチュエータ3が取り付けられる第1壁部61と当該第1壁部61に立設された第2壁部62とを有する。第2壁部62が、例えばボルト62aによりインテークマニホールドの外周部に形成された取付部に取り付けら
れることにより、アクチュエータ3がインテークマニホールドの外周部に支持される。
このアクチュエータ3は、特に限定はされないが、例えばダイアフラム式のアクチュエータ3であり、アクチュエータ本体32とアクチュエータ本体32に対して突出・引退するアックチュエータロッド31とを有する。
アクチュエータ本体32の内部は、ダイアフラム(不図示)により大気圧室(不図示)と負圧室(不図示)とに区画してある。また、ダイアフラムは大気圧室の側に付勢されている。
ダイアフラムには、アクチュエータロッド31のアクチュエータ本体32の側の端部が接続されており、負圧室への負圧の印加により、アクチュエータロッド31がアクチュエータ本体32に向かって引退する。また、負圧室への負圧の印加を解除することにより、アクチュエータロッド31がアクチュエータ本体32から突出する。
アクチュエータロッド31の先端部には、前記軸体2と平行な方向に突出した枢支軸31aが設けてある。
図2及び図3に示すように、軸体2の一端はインテークマニホールドの側部から突出していて、この突出部分とアクチュエータロッド31とが、リンク部材4を介して接続してある。つまり、図5及び図6に示すように、リンク部材4には軸体2が挿入される孔部41が設けてあり、その孔部41に一体回転可能に軸体2の突出部が挿通され、リンク部材4と軸体2とが一体回転可能に接続してある。また、リンク部材4に設けた孔部42に、アクチュエータロッド31の先端部に設けた枢支軸31aを挿通することにより、アクチュエータロッド31とリンク部材4とが相対回動可能に枢支連結してある。これにより、図4及び図5に示すように、アクチュエータロッド31の突出・引退運動が、リンク部材4を介して回動運動として軸体2に伝達される。
図3に示すように、リンク部材4には、後述するトーションスプリング51(付勢部材5の一例)を係止する係止部43が、リンク部材4の一部を屈曲形成して設けてある。また、図6に示すように、枢支軸31aのリンク部材4からの突出部に、樹脂製のブッシュ31b(本発明の保護部材に相当)が外装してある。
図3、図5及び図7に示すように、トーションスプリング51は、直線部51a,51bとコイル状部51cとを有し、直線部51a,51bとが離間する方向に付勢するように構成してある。
このトーションスプリング51がリンク部材4と、アクチュエータロッド31とに亘って設けてある。つまり、図3及び図6に示すように、軸体2のリンク部材4からの突出部に、例えば樹脂製のブッシュ21を介してトーションスプリング51のコイル状部51cが巻回してあるとともに、直線部51aがリンク部材4の係止部43に、直線部51bが枢支軸31aに設けたブッシュ31bに、夫々係止してある。
これにより、リンク部材4とアクチュエータロッド31とが互いに近接する方向に付勢される。つまり、本実施形態では、リンク部材4の孔部42の内周部分と、アクチュエータロッド31に設けた枢支軸31aの外周部分とが、互いに近接する方向に付勢されている。また、図7に示すように、この付勢方向は、アクチュエータロッド31の突出引退方向と略沿った方向に設定してある。
上述のように、リンク部材4と当該リンク部材4と略同方向に移動するアクチュエータロッド31とに亘ってトーションスプリング51を設けることにより、リンク部材4とアクチュエータロッド31とが移動する際にトーションスプリング51の付勢力に抗する必要がない。この結果、アクチュエータ3を大型化することなく応答性の良い弁作動機構を得ることができる。
また、枢支軸31aとリンク部材4の孔部42との間のガタは主にアクチュエータロッ
ド31の突出引退方向に沿って生じる。そこで、図7に示すように、トーションスプリング51による付勢方向を、アクチュエータロッド31の突出引退方向に近づけて設定することにより、ガタの方向における付勢力を大きくすることができる。この結果、より効果的にガタを防止することができる。
また、トーションスプリング51が、ボス31bを介してアクチュエータロッド31の枢支軸31aに係止されることとなる。このため、トーションスプリング51の摺動による枢支軸31bの磨耗を防止することができる。
図3に示すように、上述のブラケット6において、第1壁部61はリンク部材4の付近まで延在している。図5(a)に示すように、この第1壁部61の延在部の一方の面は、リンク部材4の一方の揺動方向における揺動限界を規定する第1ストッパ部63として機能する。
また、図5(b)に示すように、第1ストッパ部63の裏面にリンク部材4の他方の揺動方向における揺動限界を規定する第2ストッパ部64が形成してある。第2ストッパ部64は、例えば第1壁部61に形成した雌ネジ部にリンク部材4が当接するボルト64bを螺合させ、これに緩み止めのナット64aを螺合することにより形成してある。ボルト64bを回転させ先端位置を調整することにより、リンク部材4の揺動限界位置を調節することができる。
次に、この弁作動機構の動作について説明する。
図5(a)に示すように、アクチュエータ3の負圧室に負圧が印加されていないとき、アクチュエータロッド31は、突出側に付勢されている。このため、リンク部材4が、第1ストッパ部63に当接した状態で停止している。このとき可変吸気バルブ10は開状態である(図4の実線)。
図5(b)に示すように、負圧室に負圧を印加していくと、アクチュエータロッド31がアクチュエータ本体32の側へ引退する。アクチュエータロッド31の引退に伴い、リンク部材4が揺動され、軸体2が回動され弁体10が閉方向に回動する。そして、リンク部材4が第2ストッパ部64に当接した状態で、可変吸気バルブ10が閉状態となる(図4の破線)。
上述のように、負圧室に印加する負圧を調節することにより、弁体を開状態と、閉状態との間の任意の位置で維持できる。ここで、負圧室に負圧を印加する例えば、真空ポンプなどの負圧手段(不図示)は、例えばエンジンの回転センサと接続され、エンジンの回転数に応じて負圧室に負圧を印加する。これにより、エンジンの回転数に応じて、可変吸気バルブ10の開度を調節することができる。
[別実施形態]
本発明に係る弁作動機構は、図8に示すように、シリンダSへの吸気経路を切り替えるための可変吸気バルブ10として用いることもできる。
インテークマニホールドはシリンダSに空気を分配するための空気分配室104を有し、当該空気分配室104を取り囲むように吸気管100が設けられている。当該吸気管100は一方が空気分配室に開口を有し、他方がシリンダに連結されている。前記吸気管の途中には、前記空気分配室に開口を有する第二吸気管105が設けられ、当該第二吸気管105の前記開口には当該開口を開閉可能な可変吸気バルブ10が設けられている。
前記可変吸気バルブ10はエンジンの回転数に応じて吸気管長を変化させることによって吸気効率を向上させるものである。
一般的に、エンジンの低回転時には吸気管長が長い方が好ましく、エンジンの高回転時には吸気管長が短いほうが好ましいことが知られている。そこで、前記低回転時には可変
吸気バルブ10を閉じることによって、空気を吸気管の前記開口から吸気管を経てシリンダに供給し(図8中実線矢印)、前記高回転時には前記可変吸気バルブを開くことによって、第2吸気管の前記開口からも空気を供給する(図8中破線矢印)。上述の構成によって、前記低回転時には長い吸気管長を確保し、前記高回転時には前記吸気管長を短くすることができ、幅広いエンジンの回転数の範囲で効率的に空気を供給することができる。
本発明に係る弁作動機構を適用した可変吸気装置の一例を示す図 本発明に係る弁開閉機構の一例を示す図 弁作動機構の要部を示す側面図 弁体の開閉を示す図 弁作動機構の動作を示す図 弁作動機構の要部を示す断面図 リンク部材とアクチュエータロッドとの連結部を示す図 本発明に係る弁作動機構の別の適用例を示す図
1 弁体
2 軸体
3 アクチュエータ
4 リンク部材
5 付勢部材
31 アクチュエータロッド
31a 枢支軸

Claims (3)

  1. エンジンの通気路に設けられた弁体をアクチュエータによって回動させることで前記通気路の断面積を調節する弁作動機構であって、
    前記弁体を支持する軸体に一体回転可能に連結されるとともに、前記アクチュエータの駆動力を伝達するアクチュエータロッドに枢支連結されるリンク部材と、
    前記軸体に巻回されたコイル状部と、そのコイル状部の両端部から径方向外方側に延びる一対の直線部とを有し、一方の直線部が前記リンク部材に係合されるとともに、他方の直線部が前記アクチュエータロッドの枢支軸に係合されて、前記リンク部材と前記アクチュエータロッドとが互いに当接するようそれら直線部同士が離間する方向に付勢する付勢部材と、を備え、
    前記軸体の長手方向視において、前記弁体が開状態のときには、前記軸体から前記アクチュエータロッドの突出引退方向に沿う直線に引いた垂線に対して該突出引退方向の一方側に前記枢支軸が位置するとともに、前記弁体が閉状態のときには、前記垂線に対して前記突出引退方向の他方側に前記枢支軸が位置するエンジンの弁作動機構。
  2. 前記付勢部材による付勢方向を、前記アクチュエータロッドの突出引退方向に近づけて設定してある請求項1に記載の弁作動機構。
  3. 前記枢支軸のうち前記リンク部材から突出した部位に前記付勢部材の当接位置を設定し、当該当接位置に樹脂製の保護部材を備えている請求項1又は2に記載の弁作動機構。
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