JPH09112300A - 内燃機関の弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁を駆動する回転力を小さくし、駆動手段を
構成する体格を小さくするようにした内燃機関の弁駆動
装置を提供する。 【解決手段】 吸気通路１０の開度を調整するスロット
ルシヤフト３の一方側の端部３ｂに同軸上でかつ直接的
にロータ１７が連結され、ロータ１７に固定される永久
磁石１８、１９の外側にコイル２０、２１がハウジング
２４内に取り付けられている。アイドル回転域ではロー
タリソレノイド２６のコイル２０、２１に通電される通
電量に応じて電磁吸引力が発生し、この電磁吸引力の大
きさに応じて、永久磁石１８、１９と一体に回転するス
ロットルシャフト３が吸気絞り弁２の開度を決める。ス
ロットルシャフト３はリターンスプリング１２により弁
閉じ側に付勢され、アクセルペダルの踏み込み時、レバ
ー７がレバー６をリターンスプリング１２に抗して回動
することにより踏み込み量に応じた絞り弁開度にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の弁駆動
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の吸気通路に設けられる吸気弁
等の弁を駆動する駆動手段としては、従来よりＤＣモー
タ、ステップモータ、電磁ソレノイド等の電気的操作手
段が知られている。一方、従来より吸気弁を駆動する伝
統的駆動手段としては、アクセルペダルに機械的に連結
されるワイヤー、レバー等の連結手段が知られている。

【０００３】吸気絞り弁を駆動する電気的操作手段は、
電気操作手段からの駆動力をレバーやギア等の伝達手段
を経由してスロットルバルブシャフトに伝達し、スロッ
トル弁を開閉制御する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の吸気
絞り弁を駆動する電気的操作手段においては、例えばロ
ータリソレノイドを使用するものにおいては、偏心カ
ム、プッシュロッドを介して吸気絞り弁のレバーを駆動
する構成をとっているため、吸気絞り弁の駆動手段を構
成する部品点数が多数になっている。またスロットルシ
ャフトがカム、リターンスプリングにより吸気弁閉方向
に付勢されている構成であることから、電気的操作手段
はこれらのスプリングに抗して動く回転力を要求される
ため、電気的操作手段の要求回転力が大きくなり、電気
的操作手段ならびに伝達機構のサイズが大型化している
という問題がある。

【０００５】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、弁を駆動する回転力を小さくし、駆動手段を構成
する体格を小さくするようにした内燃機関の弁駆動装置
を提供することを目的とする。また本発明は、スロット
ルシャフトに駆動力を伝達する複雑な伝達機構を廃止
し、部品点数を減らした内燃機関の弁駆動装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】さらには本発明は、電気的操作手段が万が
一故障して通電継続状態になったとしても、スロットル
バルブの開度を制限し、内燃機関の過回転を防止するよ
うにした内燃機関の弁駆動装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の内燃機関の弁駆動装置は、請求項１記載の内容を特徴
とする手段を採用することができる。この手段による
と、吸気絞り弁の弁体を回動するスロットルシャフトの
一方側の端部に同軸上でかつ直接的に一体または別体に
形成される回転体に電気的操作手段が設けられているた
め、電気的操作手段の回転力を動力伝達機構なしに増減
速なしにスロットルシャフトに伝達することができる。
したがって、弁駆動装置を小型化できるし、摩擦抵抗が
小さくエネルギー損失が小さく、軽量化できるし応答性
及び精度を向上できる。

【０００８】請求項２に記載の内燃機関の弁駆動装置に
よると、電気的操作手段の作動範囲内での前記スロット
ルシャフトを開方向側に付勢する第２付勢手段を設けて
いるため、電気的操作手段の操作力を小さくすることが
できるので、小通電量にてストットル弁開度を制御する
ことができる。請求項３に記載の内燃機関の弁駆動装置
によると、電気的操作手段が故障しても、吸気絞り弁の
開度の上限が規制されるため、例えば電気操作手段によ
る通電しっぱなしによる内燃機関の過回転が防止され
る。

【０００９】請求項４に記載の内燃機関の弁駆動装置に
よると、電気的操作手段が永久磁石と電磁コイルとから
なるロータリソレノイドにより構成されているため、通
電量のリニア制御により低コストに弁開制御の高精度及
び高応答性を確保できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】内燃機関の吸気絞り弁の弁駆動装
置に適用した実施例を図１〜図４に示す。図１に示すよ
うに、スロットルボディ１の内部に円筒状の吸気通路１
０が形成され、この吸気通路１０の開度を制御するバタ
フライ式の吸気絞り弁２の弁体１１が設けられている。
弁体１１を固定するスロットルシャフト３は、スロット
ルボディ１に設けられる軸受４、５により回動自在に支
持されている。スロットルシャフト３の一方の端部３ａ
はアクセル操作系により操作され、他方の端部３ｂは電
気操作系により制御される。

【００１１】アクセル操作系は、図１および図４に示す
構成になっている。スロットルシャフト３の一方の端部
３ａからＬ字状に延びるレバー６を引張コイルスプリン
グからなるリターンスプリング１２により吸気絞り弁閉
じ側に付勢している。これは、アクセル操作系または電
気操作系による吸気絞り弁の回転力がゼロの場合吸気絞
り弁２を閉方向に付勢することにより、内燃機関の過回
転を防止するためである。図示しないアクセルペダルと
レバーを介して連結されるワイヤはプーリ８に巻き掛け
られ、このプーリ８とともに一体に回動するレバー７の
径外方向側端部にはスプリング機構１３が設けられてい
る。スプリング機構１３は、レバー７の径方向外側端部
のレバー板厚方向に開けられる穴に挿入されるピン１４
と、このピン１４をレバー６に当接する方向に付勢する
圧縮コイルスプリング１５とからなる。ピン１４の一方
の端部にはピン１４がレバー７の穴から抜け落ちないよ
うにする係止部１４ａを有し、他方の端部側に圧縮コイ
ルスプリング１５の一端が当接する押圧部１４ｂを有す
る。また、レバー７が吸気絞り弁２の全閉位置にあると
き、このレバー７が当接しオンになるスロットルスイッ
チ１６がスロットルボディ１に取り付けられている。図
４に示す状態は、スロットル開度が２０度未満の例えば
１６度付近にある状態を示している。

【００１２】電気操作系は、図１および図２に示すロー
タリソレノイド２６を含む構成からなっている。スロッ
トルシャフト３の他方の端部３ｂに同軸上に円柱状のロ
ータ１７が連結されている。ロータ１７の外周の一部分
に永久磁石１８、１９が固定されている。永久磁石１
８、１９の径方向外側にはコイル２０、２１が設けられ
ている。コイル２０、２１を収容するボビン２２、２３
を固定するハウジング２４は、スロットルボディ１の側
面に取り付けられている。ハウジング２４の外側には、
ロータ１７の回転角を検出する回転角センサ２５がハウ
ジング２４に取り付けられている。スロットルシャフト
３の回転位置信号は回転角センサ２５で電気信号に置き
換えられ、この電気信号がセンサ信号として電子制御装
置（ＥＣＵ）３０に入力される。ＥＣＵ３０は内燃機関
の回転数信号、負荷信号などに応じてロータリソレノイ
ド２６のコイル２０、２１に送信する通電量を制御す
る。吸気絞り弁２の上限開度を設定する上限開度手段と
してのロータリソレノイド２６は、吸気絞り弁全閉位置
から所定の弁開度例えば２０度の弁開角度の範囲内に通
電するようになっている。

【００１３】引張コイルスプリングであるリターンスプ
リング１２と圧縮コイルスプリング１５の付勢力を弁開
度との関係で図５に示す。リターンスプリング１２は吸
気絞り弁閉じ側に付勢されており、圧縮コイルスプリン
グ１５は吸気絞り弁開き側に付勢されている。この両者
の付勢力を比較すると、吸気絞り弁２の開度の０〜２０
°の範囲の弁開角度においてリターンスプリング１２の
付勢力が圧縮コイルスプリング１５の付勢力よりも大き
くなっている。したがって、エンジン停止時、圧縮コイ
ルスプリング１５の付勢力にリターンスプリング１２の
付勢力が打ち勝ってレバー６を吸気絞り弁全閉位置にす
る。

【００１４】次に本実施例の作動について説明する。 (1) エンジン停止時 エンジン停止時、アクセルペダルを踏み込んでいない状
態では、レバー７がフリーの状態にあり、圧縮スプリン
グ１５の付勢力にリターンスプリング１２の付勢力が打
ち勝ってレバー６が吸気絞り弁２の最も閉じ側の全閉位
置に弁体１１を置く。

【００１５】(2) アクセルペダルの離し時 エンジン稼動時、アクセルペダルを踏み込んでいない状
態では、レバー７が自由な状態にある。この状態ではロ
ータリソレノイド２６の通電量を制御することによりコ
イル２０、２１と永久磁石１８、１９との間で発生する
電磁力によりスロットルシャフト３の回転角を制御す
る。吸気絞り弁２はリターンスプリング１２により全閉
側に戻され、このリターンスプリング１２と圧縮コイル
スプリング１５との相殺される閉方向付勢力以上のソレ
ノイド駆動力により吸気絞り弁２の開度が制御される。
ロータリソレノイド２６の回転力による最大開度は、図
３に示すアイドル範囲全開位置（吸気絞り弁開度が例え
ば２０°）である。すなわち、図２に示す状態が吸気絞
り弁の全閉状態であり、図３に示す位置が吸気絞り弁の
アイドル範囲の全開状態である。すなわち、ロータリソ
レノイド２６により制御される吸気絞り弁２の最大開度
を２０度とすることにより、エンジン回転がオーバーラ
ンしないようにしている。またロータリソレノイド２６
による通電制御によってエンジンストールを防止してい
る。回転角センサ２５により検出したセンサ信号をＥＣ
Ｕ３０が受けて、ＥＣＵ３０がエンジン負荷、エンジン
回転数等の運転状態信号を演算処理してロータリソレノ
イド２６のコイル２０、２１の通電量を制御している。
これによりアイドル回転時のエンジン回転数が適正に制
御される。しかも、リターンスプリング１２の付勢する
方向と反対方向に付勢される圧縮コイルスプイリング１
５が同時にスロットルシャフト３に弁開き側に作用して
いるため、コイル２０、２１への要求通電量が小さくて
も吸気絞り弁２の開度の駆動制御を応答性よくかつ開度
制御も高精度にすることができる。

【００１６】(3) アクセルペダル踏み込み時 エンジン稼働時、アクセルペダルを踏み込むと、レバー
７が吸気絞り弁２の開方向に動く。すると、レバー７が
スイッチ１６から離れるためスイッチがオフとなり、コ
イル２０、２１への通電がカットされスロットルシャフ
ト３の回転力を解除する。これにより、アクセルペダル
踏み込み量に応じた吸気絞り弁の開度がアクセル操作系
により機械的に制御される。

【００１７】この実施例によると、吸気絞り弁２のスロ
ットルシャフト３をロータリソレノイド２６の回転軸と
して使用することより、ロータリソレノイド２６による
駆動力をギアやリンクなどの伝達機構なしに直接的にス
ロットルシャフト３に伝達することができる。したがっ
て、ギアやリンクなどの伝達機構の摩擦による駆動トル
ク増が防止され、しかも圧縮コイルスプリング１５の作
用によって、コイル２０、２１への要求通電量が小さく
ても弁開制御できるため応答性のよい弁駆動装置を提供
することができる。

【００１８】またロータリソレノイド２６への通電によ
り発生したロータ１７の回転力をスロットルシャフト３
に伝達する機構が極めて簡単な同軸かつ直結方式を採用
するため、ロータリソレノイド機構部分の部品点数を減
らし、組付作業コストと部品コストを低減できるという
効果がある。 （第２実施例）本発明の第２実施例を図６に示す。

【００１９】図６に示す第２実施例は、吸気絞り弁２の
微小開度領域において圧縮コイルスプリング１５の開方
向への付勢力とリターンスプリング１２の閉方向への付
勢力とをバランスする位置に設定した例である。図６に
示すように、第２実施例においては、圧縮コイルスプリ
ング１５によりスロットルシャフト３を開側に付勢する
力と、リターンスプリング１２によりスロットルシャフ
トを閉じ側に付勢する力とが、吸気絞り弁２の開度Ａ例
えば１０°においてバランスするようにしている。した
がって、この例ではアクセルペダルを離した状態におい
て、吸気絞り弁２の開度がＡ°に保持されるため、エン
ジンストールを防止し、車両の退避走行が可能になると
いう効果がある。

【００２０】本実施例以外の本発明の変形例としては、
引張スプリングとしてのリターンスプリング１２に代え
て圧縮スプリングでもよく、またコイルスプリングでな
く板ばねを用いても良い。また前記実施例では、レバー
７の回転軸がスロットルシャフト２と非同軸であるが、
アクセルペダルに連動する回動部材はスロットルシャフ
トと同軸に配置されてもよい。また圧縮コイルスプリン
グ１５に代えて、本発明では引張スプリングでも板ばね
でもよい。

【００２１】さらにはロータリソレノイドによるアイド
ル回転数制御駆動装置を上記実施例では示したが、本発
明では、ロータリソレノイドによるものでなくとも、例
えばステップモータ、ＤＣモータを採用することもでき
る。また吸気絞り弁の弁駆動装置について本実施例では
説明したが、他の弁開度制御装置に本発明を適用するこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す模式的断面図であ
る。

【図２】図１に示すII-II 線断面図である。

【図３】図２に示す部分のアイドル範囲全開状態を示す
断面図である。

【図４】図１に示すIV-IV 線断面図である。

【図５】本発明の第１実施例によるリターンスプリング
と圧縮スプリングとの付勢力と吸気絞り弁開度との関係
を示す特性図である。

【図６】本発明の第２実施例によるリターンスプリング
と圧縮スプリングとのスプリング力と吸気絞り弁開度と
の関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１ スロットルボディ ２ 吸気絞り弁 ３ スロットルシャフト ４、５ 軸受 ６ レバー ７ レバー １０ 吸気通路 １１ 弁体 １２ リターンスプリング（第１付勢手段） １３ スプリング機構（第２付勢手段） １５ 圧縮コイルスプリング １７ ロータ（回転体） １８、１９ 永久磁石 ２０、２１ コイル ２６ ロータリソレノイド（電気的操作手段） ３０ 電子制御装置（ＥＣＵ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の弁駆動装置において、吸気絞
   り弁の弁体を回動するスロットルシャフトの一方側の端
   部に同軸上でかつ直接的に一体または別体に形成される
   回転体を電気的に回動制御する電気的操作手段を設けた
   ことを特徴とする内燃機関の弁駆動装置。
2. 【請求項２】 吸気通路を有するスロットルボディと、 前記吸気通路の開度を調整可能にバタフライ式に回動可
   能に設けられる弁体と、 この弁体を固定するとともに前記スロットルボディに回
   動可能に支持されるスロットルシャフトと、 前記スロットルシャフトの一方の端部側に設けられ、こ
   のスロットルシャフトを弁閉じ側に付勢する第１付勢手
   段と、 前記第１付勢手段の付勢力に抗する方向にスロットルシ
   ャフトを付勢し、前記電気的操作手段の作動範囲内での
   前記スロットルシャフトを付勢する付勢力を弱める第２
   付勢手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の内
   燃機関の弁駆動装置。
3. 【請求項３】 前記電気的操作手段の故障時、前記吸気
   絞り弁の開度の上限を設定する上限開度設定手段を設け
   たことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の弁駆動装
   置。
4. 【請求項４】 前記電気的操作手段は、前記回転体に取
   付けられる永久磁石と、この永久磁石の外側に相対回動
   可能に設けられる電磁コイルとを備えることを特徴とす
   る請求項１記載の内燃機関の弁駆動装置。