JP5003798B2

JP5003798B2 - バルブ制御装置

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Publication number: JP5003798B2
Application number: JP2010149284A
Authority: JP
Inventors: 秀樹林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: JP2012012982A

Description

本発明は、流路を開閉するバルブと、バルブを駆動するアクチュエータとを備えるバルブ制御装置に関し、特に、内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路を開閉するバルブ制御装置に係る。

従来より、バルブ制御装置として、内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路を開閉するバルブと、このバルブを保持するとともに回転軸方向に延びるシャフトと、このシャフトに駆動力を伝達してバルブを駆動するアクチュエータとを備え、吸気流量を可変するものが知られている。アクチュエータは、電動モータ（駆動源）から駆動力を伝達される最終ギヤを有し、この最終ギヤにシャフトが接続されることにより、バルブとアクチュエータとが接続されている（特許文献１、２参照）。

図６に示すバルブ制御装置１００（特許文献１参照）では、アクチュエータ１０１は、電動モータ（駆動源）から駆動力を伝達される樹脂製の最終ギヤ１０３を有している。そして、シャフト１０４は金属で形成されており、最終ギヤ１０３に設けられた圧入孔１０６に圧入固定されることでシャフト１０４と最終ギヤ１０３とが接続されている。これにより、最終ギヤ１０３の回転がシャフト１０４を介してバルブ１０７に伝達される。

また、ハウジング１０９には、最終ギヤ１０３に設けられたストッパ部（図示せず）が突き当たることで、バルブ１０７の作動範囲を規制するストッパ（図示せず）が設けられている。すなわち、ストッパにより最終ギヤ１０３の作動角範囲を規制することで、バルブ１０７の作動範囲を規制している。
また、バルブ制御装置１００では、最終ギヤ１０３の回転角をセンサ（図示せず）により検出することで、バルブ１０７の開度を検出している。

ここで、このバルブ制御装置１００によれば、バルブ１０７とアクチュエータ１０１との接続を、最終ギヤ１０３にシャフト１０４を圧入するという低コストの加工で行うことができるという利点がある。
しかしながら、このバルブ制御装置１００では、シャフト１０４と最終ギヤ１０３との圧入箇所が破損した場合に、最終ギヤ１０３の回転角を検出するセンサ（ギヤ角センサ）でその故障を検出することができないという課題がある。すなわち、シャフト１０４への駆動力の伝達経路での故障を検出することができない。

すなわち、圧入箇所が破損した場合、最終ギヤ１０３の回転はストッパにより規制され、シャフト１０４だけが空回りする可能性がある。このとき、最終ギヤ１０３はストッパにより規制された作動角範囲内にあるのに、バルブ１０７はバルブ１０７の作動範囲を越えて回動するが、センサは最終ギヤ１０３の回転角しか検出していないため、バルブ１０７が作動範囲を超えて作動異常を生じていることは検出できない。

特に、エミッション関連部品の場合、自己の故障検出が可能である必要があるが、このバルブ制御装置１００のギヤ角センサでは、上述のような故障モード（シャフト１０４と最終ギヤ１０３との圧入箇所の破損）を検出することができない。このため、上述のような故障モードを検出可能とするためには、例えば、シャフト１０４の回転角を直接検出するセンサをギヤ角センサとは別に設けるといった措置が必要となるが、センサを多く設けると製造コストが増大してしまう。

一方、図７に示すバルブ制御装置２００（特許文献２参照）では、センサ２０１でシャフト２０２の回転角を検出することで、バルブ２０３の開度を検出している。
これによれば、シャフト２０２の回転角をセンサ２０１で直接検出するため、シャフト２０２と最終ギヤ２０４との間の接続の破損等によって、シャフト２０２がバルブ２０３の作動角範囲を超えて回動した場合には、センサ２０１によるシャフト２０２の回転角の検出値が異常値を示し、シャフト２０２に保持されたバルブ２０３の作動異常を検知し、故障と判断することができる。

しかしながら、このバルブ制御装置２００では、バルブ２０３とアクチュエータ２０５との接続、すなわち、最終ギヤ２０４とシャフト２０２との接続が複雑になる上、シャフト２０２に最終ギヤ２０４を接続するためのギヤ保持部材２０６や、シャフト２０２にセンサ用の磁石２０７を保持するためのセンサ保持部材２０８等が必要となるため、部品点数の増加や組付け工数の増加を招き、製造コストが増大してしまう。
すなわち、バルブ制御装置２００でも、シャフト２０２と最終ギヤ２０４との接続の破損等の故障を低コストに検出することはできない。

特開２００４−１２４９３３号公報特開２００９−０１３９３４号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、低コストで且つ故障検出可能なバルブ制御装置を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の発明によれば、バルブを保持するシャフトと、バルブを駆動するアクチュエータの最終ギヤとは、最終ギヤの樹脂製の嵌合部に形成された圧入孔に、シャフトの圧入部が圧入されることにより接続されている。
これにより、バルブとアクチュエータとの接続を、最終ギヤにシャフトを圧入するという低コストの加工で行うことができる。

また、本発明のバルブ制御装置では、シャフトの嵌合部から突出して露出した露出部に、径方向に延びるストッパ部が設けられ、このストッパ部がストッパにより規制されることにより、バルブの作動範囲（以下、バルブ作動範囲とする）が規制されている。
また、バルブ制御装置は、アクチュエータの回転角を検出するセンサを備えるとともに、シャフトへの駆動力の伝達経路での故障を検出する故障検出手段を備えている。

そして、最終ギヤは、モータ側のギヤと噛み合うギヤ歯として、バルブ作動範囲に対応した最終ギヤの作動角範囲（以下、ギヤ作動角範囲とする）でモータ側のギヤと噛み合う内側ギヤ歯と、ギヤ作動角範囲外でモータ側のギヤと噛み合う外側ギヤ歯とを有する。
すなわち、最終ギヤは、バルブ作動範囲に対応したギヤ作動角範囲の外側でもモータ側のギヤと噛み合って回動可能となっている。

また、故障検出手段は、最終ギヤがギヤ作動角範囲外に回動して、センサによる検出値が、予め設定されたバルブ作動範囲に相当する正常検出値から外れた異常検出値となった場合に、故障と判断する。

これによれば、アクチュエータの回転角の検出により、シャフトへの駆動力の伝達経路における故障を検出することができる。つまり、故障検出のために、シャフトの回転角を直接検出する構造にする必要はなく、製造コストの増大を招かない。
すなわち、最終ギヤにシャフトを圧入してバルブとアクチュエータとを接続するタイプのもの（特許文献１参照）において、シャフトと最終ギヤとの圧入部の破損といった故障モードの検出を低コストに実現することができる。

例えば、最終ギヤの回転角を検出するセンサを用いて、故障検出をすることができる。
すなわち、最終ギヤとシャフトとの接続が正常な場合は、最終ギヤの回動に伴ってバルブは回動する。最終ギヤはシャフトと一体的に回動するため、ギヤ作動角範囲外に回動することはない。このとき、センサの検出値は、最終ギヤの回転角がバルブ作動範囲に対応したギヤ作動角範囲内にあることを示す正常検出値となる。
一方、最終ギヤとシャフトとの圧入部分が破損した場合は、最終ギヤがストッパに関係なく空回りして、ギヤ作動角範囲外に回動する。このとき、センサの検出値は、バルブ作動範囲に相当する正常検出値から外れた異常検出値となるため、最終ギヤからシャフトへの駆動力の伝達に異常が生じたことが検知でき、故障を検出することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の発明によれば、最終ギヤは、外周面全周にギヤ歯を有している。
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の発明によれば、最終ギヤは、外周面の周方向に部分的にギヤ歯を有している。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の発明によれば、センサは、最終ギヤに固定された磁石と、磁石によって放出される磁束を検出する非接触式の磁気検出素子とを有する。
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の発明によれば、流路は、内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路である。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の発明によれば、ハウジングは、吸気通路と、少なくとも最終ギヤを収容する収容室とを形成するとともに、吸気通路と収容室とを区画する隔壁を有し、隔壁は、吸気通路と収容室とを連通するとともに、シャフトを挿通する貫通孔を有する。
シャフトは、吸気通路側がバルブを保持し、反吸気通路側が最終ギヤに圧入され、露出部は、嵌合部から吸気通路側に突出して一部が収容室内に収容されている。
そして、ストッパ部は、露出部の収容室内に収容された部分に設けられている。

〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の発明によれば、バルブ制御装置は、最終ギヤの嵌合部と収容室の内周面との間を気密にシールするシール部材を備える。
このシール部材は、主に、吸気通路からの吸気の漏れを防止するために機能する。

〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の発明によれば、ストッパ部の最大径は、シール部材の外径よりも小さい。
これによれば、収容室の反吸気通路側から最終ギヤ、シャフト、シール部材を組み付ける際の組付け性が向上する。

タンブルコントロールバルブ制御装置を示す部分図である（実施例１）。タンブルコントロールバルブ制御装置の要部を示す図である（実施例１）。（ａ）はストッパ部とストッパを示す図であり、（ｂ）は最終ギヤの正面図である（実施例１）。（ａ）はストッパ部とストッパを示す図であり、（ｂ）は最終ギヤの正面図である（実施例２）。ストッパ部とストッパを示す図である（実施例３）。バルブ制御装置の要部を示す図である（従来例）。バルブ制御装置の要部を示す図である（従来例）。

本発明を実施するための形態のバルブ制御装置は、バルブを駆動するアクチュエータの最終ギヤとバルブを保持するシャフトとは、最終ギヤの樹脂製の嵌合部に形成された圧入孔に、シャフトの圧入部が圧入されることにより接続されている。

シャフトの嵌合部から突出して露出した露出部に、径方向に延びるストッパ部が設けられ、このストッパ部がストッパにより規制されることにより、バルブの作動範囲が規制されている。
また、バルブ制御装置は、アクチュエータの回転角を検出するセンサと、シャフトへの駆動力の伝達経路での故障を検出する故障検出手段とを備えている。

最終ギヤは、モータ側のギヤと噛み合うギヤ歯として、バルブ作動範囲に対応したギヤ作動角範囲でモータ側のギヤと噛み合う内側ギヤ歯と、ギヤ作動角範囲外でモータ側のギヤと噛み合う外側ギヤ歯とを有する。
すなわち、最終ギヤは、バルブ作動範囲に対応したギヤ作動角範囲の外側でもモータ側のギヤと噛み合って回動可能となっている。
また、故障検出手段は、最終ギヤがギヤ作動角範囲外に回動して、センサによる検出値が、予め設定されたバルブ作動範囲に相当する正常検出値から外れた異常検出値となった場合に、故障と判断する。

〔実施例１の構成〕
実施例１のバルブ制御装置として、タンブルコントロールバルブ制御装置（以下、ＴＣＶ制御装置とする）の構成を、図１〜図３を用いて説明する。
ＴＣＶ制御装置は、複数の気筒を有する内燃機関（エンジン）の各気筒毎の燃焼室に連通する複数の吸気通路２の通路断面積を絞ることで、燃料室内にタンブル流を発生させるために用いられる。

本実施例のＴＣＶ制御装置は、内部に吸気通路２を形成するインテークマニホールド３（ハウジング）と、吸気通路２を開閉するバルブ４と、このバルブ４を保持するとともに回転軸方向に延びるシャフト５と、このシャフト５を介してバルブ４を駆動する電動アクチュエータ（以下、アクチュエータ６とする）と、バルブ４の開度を検出するために用いられる回転角度センサ７と、この回転角度センサ７の検出信号が入力される電子制御装置（ＥＣＵ）とを備える。

インテークマニホールド３は、エンジンの各気筒毎の燃焼室に連通する複数の吸気通路２を形成するケーシングであり、例えばポリアミド系の樹脂により形成されている。インテークマニホールド３は、気筒数に対応した個数の断面方形状の吸気通路２を形成しており、各吸気通路２は、シリンダヘッドの各吸気ポート（図示せず）に互いに独立して接続されている。

また、インテークマニホールド３には、インテークマニホールド３の内部を流れる吸気を制御して燃焼室内にタンブル流を発生させるタンブルコントロールバルブ（以下、ＴＣＶと呼ぶ）が配されている。

ＴＣＶは、インテークマニホールド３のハウジング格納室１０に収容されたバルブハウジング１１（ハウジング）と、バルブハウジング１１に回動自在に収容されたバルブ４等によって構成されている。
なお、ハウジング格納室１０は、インテークマニホールド３の内部に気筒数に対応した個数、断面方形状に形成されており、各ハウジング格納室１０の内部に、バルブハウジング１１が嵌合保持されている。

そして、インテークマニホールド３およびバルブハウジング１１には、吸気通路２の流れ方向と直交する方向に延びるとともに、シャフト５が回転自在に挿通される貫通孔１３、１４が設けられている。

シャフト５は、貫通孔１３、１４に挿通され、貫通孔１３、１４の吸気通路側（吸気通路２内に配される部分）でバルブ４を保持し、貫通孔１３、１４の反吸気通路側（貫通孔１３から吸気通路２の外側に突出した部分）がアクチュエータ６に接続される。
なお、シャフト５は、例えば鉄等の金属により形成されており、回転軸方向に垂直な断面が多角形（実施例では四角形）をしている。

また、インテークマニホールド３は、貫通孔１３から反吸気通路側に突出したシャフト５の部分を収容するとともに、シャフト５に接続されるアクチュエータ６の一部を収容する収容室１７を形成している。
すなわち、貫通孔１３、１４は、吸気通路２と収容室１７を区画するインテークマニホールド３およびバルブハウジング１１の部分（隔壁）に貫通して設けられており、貫通孔１４を介して吸気通路２と収容室１７とを連通する。

バルブ４は、例えば、ポリアミド系の樹脂により形成されており、吸気通路２の流れ方向に略直交する方向に回転中心軸線を有し、バルブハウジング１１に回動自在に収容されている。すなわち、バルブ４は、シャフト５が貫く多角孔１９を有しており、シャフト５が多角孔１９に挿通されることでシャフト５に保持され、シャフト５と一体的に回動可能となっている。多角孔１９の断面は、多角形のシャフト５の断面とほぼ同一の形状をしており、シャフト５とバルブ４との間の相対回転が防止されている。

そして、バルブ４は、バルブハウジング１１内で回動して吸気通路２の一部を開閉し、吸気通路２の断面積を変更する。そして、バルブ４により吸気通路２が絞られると、燃焼室にタンブル流が発生する。なお、タンブル流の発生により、燃焼室内での燃焼効率が向上し、燃費やエミッション（例えばＨＣ低減効果）等が改善される。
本実施例のバルブ４は、上端面に切欠き２０を有しており、バルブ４の全閉時にバルブ４とバルブハウジング１１との間に長方形状の開口を形成する（図１参照）。バルブ４の全閉時には、この開口により吸気が絞られて燃焼室にタンブル流が発生する。

ここで、バルブ４の全開時とは、バルブ４が全開位置にあるときを示し、このとき、バルブ４の作動範囲（以下、バルブ作動範囲と呼ぶ）内において吸気通路２の開口面積は最大となる。
バルブ４の全閉時とは、バルブ４が全閉位置にあるときを示し、このとき、バルブ作動範囲内において吸気通路２の開口面積は最小となる。

なお、バルブ作動範囲とは、後にも詳述するが、ストッパ（後に詳述する）により規制されるバルブ４が作動可能な回転角範囲のことを指す。
また、バルブ４の全閉位置とは、ストッパにより規制されるバルブ作動範囲の一方の限界位置であり、バルブ４の全開位置とは、ストッパにより規制されるバルブ作動範囲の他方の限界位置である。

アクチュエータ６は、電力の供給を受けて回転する電動モータ（図示せず）、この電動モータの回転を減速してシャフトに伝達する減速機構、および減速機構を収容するアクチュエータケース２１等を有する。

減速機構は、電動モータの出力軸に固定されたモータギヤ（モータ側のギヤ（図示せず））、このモータギヤに噛み合う中間減速ギヤ（モータ側のギヤ（図示せず））、および、この中間減速ギヤに噛み合う最終ギヤ２５によって構成された歯車減速機構である。

最終ギヤ２５は、全体がポリアミド系の樹脂により略円柱状に形成されており、内部に圧入孔２６が形成された嵌合部２７と、中間減速ギヤから動力が伝達されるギヤ部２８とを有している。
嵌合部２７は、ギヤ部２８から吸気通路側に延びており、ギヤ部２８より小径な中径部３１と、中径部３１の吸気通路側に延びて中径部３１よりも小径な小径部３２とからなっている。

そして、圧入孔２６は、小径部３２の吸気通路側の端面に開口し、吸気通路側の端面から最終ギヤ２５の回転軸方向に延びて反吸気通路側へ凹んで形成されている。
この圧入孔２６には、シャフト５の反吸気通路側端部（圧入部３３）が圧入され、これにより、シャフト５と最終ギヤ２５とは同心的に接続され、シャフト５と最終ギヤ２５とは同一の回転軸回りに一体的に回動する。圧入孔２６の断面は、多角形のシャフト５の断面とほぼ同一の形状をしており、シャフト５と最終ギヤ２５との間の相対回転が防止されている。

なお、シャフト５の圧入部３３の吸気通路側は、嵌合部２７から突出して露出した露出部３４となっている。露出部３４には、径方向に延びるストッパ部３５が設けられている。
ストッパ部３５は、露出部３４の外周面から径方向外側に突出してフランジ状に設けられる円板部３７と、円板部３７の周方向の一箇所から径方向外側に突出するストッパ当接部３８とを有する（図３（ａ）参照）。

収容室１７は、反吸気通路側に開口しており、反吸気通路側から、大径凹部４０、大径凹部４０の吸気通路側に連通する大径凹部４０よりも小径の中径凹部４１、中径凹部４１の吸気通路側に連通する中径凹部４１よりも小径の小径凹部４２とからなっており、小径凹部４２の吸気通路側には貫通孔１３が連通している。

そして、最終ギヤ２５の中径部３１が大径凹部４０に収容され、小径部３２が大径凹部４０から小径凹部４２に渡って収容されている。なお、ギヤ部２８は、アクチュエータケース２１に収容されている。
また、小径凹部４２には、露出部３４およびストッパ部３５が収容されている。

小径凹部４２を形成するインテークマニホールド３の部分は、露出部３４を周方向に取り囲むとともに、ストッパ当接部３８が突き当たることでバルブ作動範囲を規制するストッパを有している。なお、バルブ４はシャフト５と一体的に回動するため、ストッパ当接部３８が突き当たることでシャフト５の回動が規制されることによりバルブ４の作動範囲が規制される。

ストッパは、全閉位置ストッパ４４と全開位置ストッパ４５とからなっている（図３（ａ）参照）。
すなわち、小径凹部４２は、円板部３７の外径よりもわずかに大きい内径を有する第１収容部４６と、第１収容部４６の周方向の一部が径方向に拡大された第２収容部４７とを有する。第１収容部４６には円板部３７が収容され、第２収容部４７にはストッパ当接部３８がそれぞれ収容されている。
そして、第１収容部４６と第２収容部４７との周方向の境界が段状に設けられ、一方の境界が全閉位置ストッパ４４、他方の境界が全開位置ストッパ４５となっている。

ここで、ストッパ当接部３８が全閉位置ストッパ４４に突き当たったときのバルブ４の位置が全閉位置であり、ストッパ当接部３８が全開位置ストッパ４５に突き当たったときのバルブ４の位置が全開位置となり、全閉位置から全開位置までがバルブ作動範囲となる。

また、最終ギヤ２５もシャフト５及びバルブ４と一体的に回動するため、バルブ作動範囲が規制されると、最終ギヤ２５の作動可能な回転角範囲（以下、ギヤ作動角範囲とする）も規制される（図３（ｂ）参照）。すなわち、ギヤ作動角範囲は、バルブ作動範囲と同一である。
ここで、全閉位置ストッパ４４により規制されるギヤ作動角範囲の閉弁側の限界位置を全閉ギヤ位置、全開位置ストッパ４５により規制されるギヤ作動角範囲の開弁側の限界位置を全開ギヤ位置とする。

ギヤ部２８は、ギヤ作動角範囲内だけでなく、ギヤ作動角範囲外に回動しても中間減速ギヤと噛み合うギヤ歯を有している。すなわち、ギヤ歯として、ギヤ作動角範囲内で中間減速ギヤと噛み合う内側ギヤ歯４９と、ギヤ作動角範囲外で中間減速ギヤと噛み合う外側ギヤ歯５０とを有している（図３（ｂ）参照）。

本実施例では、ギヤ歯はギヤ部２８の外周面全周に設けられており、ギヤ作動角範囲内に設けられたギヤ歯が内側ギヤ歯４９であり、ギヤ作動角範囲の外側は全て外側ギヤ歯５０である。
すなわち、最終ギヤ２５は、バルブ作動範囲に対応したギヤ作動角範囲の外側でも中間減速ギヤと噛み合って回動可能となっている。

なお、ギヤ部２８の反吸気通路側の端面には、反吸気通路側の端面から最終ギヤ２５の回転軸方向に延びて吸気通路側へ凹んで形成された円柱状の凹部５１が設けられている。この凹部５１に、アクチュエータケース２１から突出する円柱状の支持部５２が挿入されることによって、最終ギヤ２５はアクチュエータケース２１に組み付けられている（図２参照）。

また、ＴＣＶ制御装置は、嵌合部２７と収容室１７の内周面との間を気密にシールするシール部材５３（例えば、オイルシールやＸリング）を備える（図２参照）。シール部材５３は小径部３２の外周に装着されており、シール部材５３の外周が中径凹部４１の内周面に当接し、シール部材５３の内周が小径部３２の外周面に当接している。これにより、小径部３２と収容室１７の内周面との間は気密にシールされ、シール部材５３は、吸気通路２から貫通孔１４、１３を経てアクチュエータ側に吸気が漏れるのを防止する。
そして、ストッパ部３５の最大外径は、シール部材５３の外径よりも小さくされている。

回転角度センサ７は、最終ギヤ２５に固定された磁石５４と、この磁石５４によって放出される磁束を検出する非接触式のホール素子５５とを有する。
具体的には、最終ギヤ２５の反吸気通路側の端部にインサート成型によって磁石５４が固定されており、この磁石５４と共に磁気回路を形成するホール素子５５がアクチュエータケース２１に配されている。

すなわち、磁石５４とホール素子５５とは相対移動可能に設けられており、最終ギヤ２５の回転によって磁石５４とホール素子５５との相対位置が変化すると、ホール素子５５を通過する磁束密度が変化するため、この磁束密度の変化に基づいて、最終ギヤ２５の回転角を検出する。なお、ホール素子５５の代わりに、ホールＩＣまたは磁気抵抗素子を用いてもよい。
本実施例では、バルブ４を保持するシャフト５の回転角と最終ギヤ２５の回転角とは同じであるため、最終ギヤ２５の回転角に相当する検出値を回転角度センサ７によって得ることで、バルブ４の開度を検出することができる。

ＥＣＵには、制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、制御プログラムまたは制御ロジックや各種データを保存する記憶装置（ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、タイマー等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。

そして、ＥＣＵは、回転角度センサ７による検出値に基づいてバルブ４の開度を算出するバルブ開度算出手段として機能する。すなわち、入力回路に入力される回転角度センサ７からの検出信号に基づいてバルブ４の開度を算出する。

また、ＥＣＵは、シャフト５へ駆動力を伝達する経路での故障を検出する故障検出手段として機能する。
ＥＣＵには、ストッパにより規制されるバルブ作動範囲に相当する回転角度センサ７による検出値が正常検出値として記憶されている。すなわち、ギヤ作動角範囲で回動する場合の回転角度センサ７による検出値が正常検出値として記憶されている。

故障検出手段は、最終ギヤ２５がギヤ作動角範囲外に回動して、回転角度センサ７による検出値が、予め設定された正常検出値から外れた検出値（異常検出値）となった場合に、故障と判断する。
例えば、最終ギヤ２５とシャフト５との間の圧入嵌合が破損し、最終ギヤ２５とシャフト５の接続に異常があった場合の故障検出の具体例を以下の作用から説明する。

〔実施例１の作用〕
ａ．正常時
全開位置から全閉位置へバルブを駆動する場合で説明する。
最終ギヤ２５とシャフト５の接続が正常な場合は、モータの駆動力によって最終ギヤ２５は全開ギヤ位置から閉弁側に回動すると、シャフト５を介してバルブ４も一体的に全開位置から閉弁側に回動する。
そして、ストッパ当接部３８が全閉位置ストッパ４４に突き当たると、バルブ４は全閉位置で停止する。バルブ４と一体的に回動する最終ギヤ２５も全閉ギヤ位置で停止する。
この間、ＥＣＵに入力される回転角度センサ７の検出値は、最終ギヤ２５の回転角がギヤ作動角範囲内にあることを示す正常検出値であるため、故障検出手段は、正常であると判断する。

ｂ．異常時
例えば最終ギヤ２５とシャフト５との圧入部分が破損して、最終ギヤ２５とシャフト５との接続が異常をきたした場合は、モータの駆動力によって最終ギヤ２５は全開ギヤ位置から閉弁側に回動すると、最終ギヤ２５が空回りしてしまうため、全閉位置ストッパ４４に関係なく、最終ギヤ２５は閉弁側への回動を続ける。すなわち、最終ギヤ２５は、ギヤ作動角範囲の全閉ギヤ位置よりも外側まで回動してしまう。
このとき、ＥＣＵに入力される回転角度センサ７の検出値は、最終ギヤ２５の回転角がギヤ作動角範囲外にあることを示す異常検出値となる。このため、故障検出手段は、最終ギヤ２５からシャフト５への駆動力の伝達に異常があることを判断し、シャフト５への駆動力の伝達経路で故障が生じたと判断する。
そして、故障と判断した場合には、乗員にランプで故障を知らせる等の指令を出す。

なお、回転角度センサ７による検出値が、バルブ開度に比例している場合、バルブ作動範囲に相当する回転角度センサ７による検出値（正常検出値）として、例えば、全閉位置から全開位置までのバルブ開度に対する検出値の下限値及び上限値を記憶しておく。そして、例えば、実際の検出値がその下限値を下回った場合、または上限値を上回った場合等には、正常検出値から外れた異常検出値として認識される。

〔実施例１の効果〕
本実施例のＴＣＶ制御装置によれば、最終ギヤ２５とシャフト５とは、最終ギヤ２５の嵌合部２７に形成された圧入孔２６に、シャフト５の圧入部３３が圧入されることにより接続されている。
これにより、バルブ４とアクチュエータ６との接続を、最終ギヤ２５にシャフト５を圧入するという低コストの加工で行うことができる。

また、ＴＣＶ制御装置では、シャフト５に設けられたストッパ部３５がストッパにより規制されることにより、バルブ作動範囲が規制されている。
また、最終ギヤ２５の回転角を検出する回転角度センサ７を備えるとともに、シャフト５への駆動力の伝達経路での故障を検出する故障検出手段を備えている。

また、最終ギヤ２５は、バルブ作動範囲に対応したギヤ作動角範囲の外側でも中間減速ギヤと噛み合って回動可能となっている。
そして、故障検出手段は、最終ギヤ２５がギヤ作動角範囲外に回動して、回転角度センサ７による検出値が、予め設定されたバルブ作動範囲に相当する正常検出値から外れた異常検出値となった場合に、故障と判断する。

これによれば、〔実施例１の作用〕でも述べたように、最終ギヤ２５からシャフト５への駆動力の伝達に異常が生じた場合に、最終ギヤ２５の回転角の検出によりその異常を検出することができ、シャフト５への駆動力の伝達経路で故障が生じたと判断することができる。つまり、故障検出をするために、シャフト５の回転角を直接検出する構造にする必要はなく、製造コストの増大を招かない。
すなわち、最終ギヤ２５にシャフト５を圧入してバルブ４とアクチュエータ６とを接続するタイプのものにおいて、シャフト５と最終ギヤ２５との圧入部の破損といった故障モードの検出を低コストに実現することができる。
また、ＴＣＶ制御装置は、エミッション改善に関係するエミッション関連部品であるため、故障検出が可能であることが必要であるので、低コストに故障検出できることは大変好ましい。

また、本実施例のＴＣＶ制御装置では、ストッパ部３５の最大径が、シール部材５３の外径よりも小さい。つまり、ストッパ部３５は、シール部材５３を収容する中径凹部４１よりも小径である。
これによれば、収容室１７の反吸気通路側から最終ギヤ２５、シャフト５、シール部材５３を組み付ける際の組付け性が向上する。
すなわち、シャフト５を反吸気通路側から挿入して組み付ける場合に、ストッパ部３５が中径凹部４１を通過し、小径凹部４２に収容された後に、シール部材５３を組み付ければよく、ストッパ部３５とシール部材５３との干渉等を気にする必要がない。

〔実施例２〕
実施例２のＴＣＶ制御装置を、実施例１とは異なる点を中心に図４を用いて説明する。
実施例２のＴＣＶ制御装置は、実施例１とストッパの態様が異なっている。
すなわち、第１収容部４６と第２収容部４７との周方向の境界の段部５７から周方向に突出してストップスクリュー５８が設けられ、一方の段部５７に設けられたストップスクリュー５８の先端が全閉位置ストッパ４４、他方の段部５７に設けられたストップスクリュー５８の先端が全開位置ストッパ４５となっている。

また、実施例２では、ギヤ歯はギヤ部２８の外周面全周に設けられているのではなく、
ギヤ部２８の外周面上において、周方向に部分的にギヤ歯を有している。すなわち、ギヤ作動角範囲に内側ギヤ歯４９が設けられており、ギヤ作動角範囲の全開ギヤ位置よりも外側の所定範囲と、ギヤ作動角範囲の全閉位置よりも外側の所定範囲とに外側ギヤ歯５０が設けられている。
本実施例でも、実施例１と同様の作用効果を奏する。

〔実施例３〕
実施例３のＴＣＶ制御装置を、実施例１とは異なる点を中心に図５を用いて説明する。
実施例３のＴＣＶ制御装置は、実施例１とストッパ及びストッパ部３５の態様が異なっている。
すなわち、ストッパ部３５は、露出部３４の外周面から径方向外側に突出してフランジ状に設けられる円板部３７と、円板部３７の周方向において部分的に径方向内側に凹んだ凹部５９とからなっている。凹部５９の周方向の両端には径方向に延びる係止面を有する段部６０が設けられている。

小径凹部４２は、円板部３７の外径よりもわずかに大きい内径を有しており、小径凹部４２には、小径凹部４２にストッパ部３５が収容された際に、周方向において段部６０に挟まれるように凹部５９に向かって径方向に突出する突部６１が設けられている。突部６１の周方向の一方面が全開位置ストッパ４５となっており、突部６１の周方向の他方面が全閉位置ストッパ４４となっている。
そして、各段部６０の係止面がストッパに突き当たることで、シャフト５の作動範囲が規制される。
本実施例でも、実施例１と同様の作用効果を奏する。

〔変形例〕
ＴＣＶ制御装置の態様は、実施例に限定されず、様々な変形例を考えることができる。
例えば、実施例１では、最終ギヤ２５の回転角を回転角度センサ７で検出することでバルブ４の開度を検出していたが、シャフト５への駆動力の伝達経路における最終ギヤ２５よりも上流のアクチュエータ６の回転角を検出するように回転角度センサ７を設けてもよい。つまり、回転角度センサ７は、電動モータの出力軸またはモータギヤまたは中間減速ギヤの回転角を検出するものであってもよい。

また、実施例１では、回転角度センサ７による検出値がバルブ開度に比例している場合の正常検出値及び異常検出値について説明したが、回転角度センサ７による検出値がＯＮ−ＯＦＦであってもよい。
例えば、回転角度センサ７による検出値が開弁位置から閉弁側に回動する際に１回のＯＮからＯＦＦへの切替があるような場合、予めバルブ作動範囲でのＯＮ−ＯＦＦの切替位置を記憶しておく。そして、例えば、開弁位置から閉弁側に回動する際にはＯＦＦからＯＮへの切替は生じないはずなのに、そのような切替が生じた場合や、予め記憶した切替位置ではない箇所で切替を生じた場合等に、その検出値を正常検出値から外れた異常検出値として認識する。

また、実施例１〜３では、本発明のバルブ制御装置の一例としてＴＣＶ制御装置を挙げたが、これに限らず、例えば、スワールコントロールバルブ制御装置やスロットルバルブ制御装置に本発明を適用してもよい。また、排気通路に設けられるＥＧＲバルブ制御装置に適用してもよい。

２吸気通路（流路）
３インテークマニホールド（ハウジング）
４バルブ
５シャフト
６電動アクチュエータ（アクチュエータ）
７回転角度センサ（センサ）
１１バルブハウジング（ハウジング）
１３、１４貫通孔
１７収容室
２５最終ギヤ
２６圧入孔
２７嵌合部
３３圧入部
３４露出部
３５ストッパ部
４４全閉位置ストッパ（ストッパ）
４５全開位置ストッパ（ストッパ）
４９内側ギヤ歯
５０外側ギヤ歯
５３シール部材
５４磁石
５５ホール素子

Claims

流路を開閉するバルブと、
前記バルブを保持するとともに、回転軸方向に延びるシャフトと、
少なくとも前記シャフトの周囲を周方向に取り囲むハウジングと、
モータの回転を減速して前記シャフトに伝達する減速機構を有するアクチュエータと、
このアクチュエータの回転角を検出するセンサと、
前記シャフトへの駆動力の伝達経路での故障を検出する故障検出手段とを備えるバルブ制御装置であって、
前記減速機構は、モータ側のギヤと噛み合って、前記モータの駆動力を前記シャフトに伝達する最終ギヤとを有し、
前記最終ギヤは、内部に圧入孔が形成された樹脂製の嵌合部と、前記モータ側のギヤと噛み合うギヤ歯を有し、
前記シャフトは、前記圧入孔に圧入される圧入部と、前記嵌合部から突出して露出した露出部と、この露出部から径方向に延びるストッパ部とを有し、
前記ハウジングは、前記ストッパ部が突き当たることで、前記バルブの作動範囲（以下、バルブ作動範囲とする）を規制するストッパを有し、
前記ギヤ歯は、前記バルブ作動範囲に対応した前記最終ギヤの作動角範囲（以下、ギヤ作動角範囲とする）で前記モータ側のギヤと噛み合う内側ギヤ歯と、前記ギヤ作動角範囲外で前記モータ側のギヤと噛み合う外側ギヤ歯とからなり、
前記故障検出手段は、前記最終ギヤが前記ギヤ作動角範囲外に回動して、前記センサによる検出値が、予め設定された前記バルブ作動範囲に相当する正常検出値から外れた異常検出値となった場合に、故障と判断することを特徴とするバルブ制御装置。
請求項１に記載のバルブ制御装置において、
前記最終ギヤは、外周面全周に前記ギヤ歯を有していることを特徴とするバルブ制御装置。
請求項１に記載のバルブ制御装置において、
前記最終ギヤは、外周面の周方向に部分的に前記ギヤ歯を有していることを特徴とするバルブ制御装置。
請求項１〜３のいずれか１つに記載のバルブ制御装置において、
前記センサは、前記最終ギヤに固定された磁石と、前記磁石によって放出される磁束を検出する非接触式の磁気検出素子とを有することを特徴とするバルブ制御装置。
請求項１〜４のいずれか１つに記載のバルブ制御装置において、
前記流路は、内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路であることを特徴とするバルブ制御装置。
請求項１〜５のいずれか１つに記載のバルブ制御装置において、
前記流路は、内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路であり、
前記ハウジングは、前記吸気通路と、少なくとも前記最終ギヤを収容する収容室とを形成するとともに、前記吸気通路と前記収容室とを区画する隔壁を有し、
前記隔壁は、前記吸気通路と前記収容室とを連通するとともに、前記シャフトを挿通する貫通孔を有し、
前記シャフトは、吸気通路側が前記バルブを保持し、反吸気通路側が前記最終ギヤに圧入され、
前記露出部は、前記嵌合部から吸気通路側に突出して一部が前記収容室内に収容され、
前記ストッパ部は、前記露出部の前記収容室内に収容された部分に設けられていることを特徴とするバルブ制御装置。
請求項６に記載のバルブ制御装置において、
前記嵌合部と前記収容室の内周面との間を気密にシールするシール部材を備えることを特徴とするバルブ制御装置。
請求項７に記載のバルブ制御装置において、
前記ストッパ部の最大径は、前記シール部材の外径よりも小さいことを特徴とするバルブ制御装置。