JPH09287485A

JPH09287485A - エンジン用弁装置

Info

Publication number: JPH09287485A
Application number: JP3505397A
Authority: JP
Inventors: Hisaaki Sato; 久明佐藤; Katsuto Kumagai; 勝人熊谷; Munehiro Kudo; 宗弘工藤; Keiichi Kai; 圭一甲斐
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 1997-11-04
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: JP3408096B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電制スロットル弁のスロットルチャンバを小
型化する。【解決手段】スロットル弁３の弁軸４の一端に円板状
部材６を取付けて、これにマグネット７を固定する。そ
して、このマグネット７に相対させて、マグネット７と
の間の磁束が弁軸４と平行となるようにコイル８を固定
配置する。コイル８は互いに巻方向が逆な開弁用コイル
と閉弁用コイルとに分けられる。また、弁軸４の他端に
固定したスロットルレバー11に対し２つの捩じりコイル
スプリング12，13を閉弁方向と開弁方向とに作用させ
て、これらの釣合いにより中立位置を設定してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用エンジン
の電制スロットル弁やアイドル制御弁等、弁体の弁軸に
回動用のモータを直結してなるエンジン用弁装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば電制スロットル弁にお
いては、構成部品の簡略化による小型化、低コスト化及
び部品信頼性の向上を目的として、特開平５−１４９１
５４号、特開平４−２３４５３９号、特開平４−２３４
５４０号などに示されているように、スロットル弁の弁
軸の一端に回動用のモータを直結している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいては、そのモータは、前記公報に示されているよう
に、弁軸にマグネットを取付け、マグネットとの間の磁
束が弁軸と直角になるように、マグネットの周囲にコイ
ルを配置して構成しているため、磁束面積の確保のため
に、マグネット及びコイルを弁軸方向又は外径方向に大
型化せざるを得ず、モータ部分が弁軸方向又は外径方向
に大型化するという問題点があった。よって、更なる小
型化が求められている。

【０００４】また、従来においては、故障により電源が
断たれた場合に、全閉となるようになっており、故障時
の走行（いわゆるリンプホーム走行）が困難となるの
で、この点での解決が求められていた。本発明は、この
ような従来の問題点を解決することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、弁体の弁軸に回動用のモータを直結してな
るエンジン用弁装置において、前記モータを、弁軸の一
部に取付けられて一体に回転する円板状部材に固定した
マグネットと、固定部材に取付けられてマグネットとの
間の磁束が弁軸と平行になるように配置した開弁用コイ
ル及び閉弁用コイルとを含んで構成したことを特徴とす
る。

【０００６】このように、マグネットとコイルとの間
（エアギャップ間）の磁束を弁軸と平行にすることによ
り、円板状部材の大きさの設定によって、磁束面積を確
保して、十分なトルクが得られる。よって、弁軸方向の
短縮化による小型化が可能となる。また、弁軸を短くで
きることで、弁軸のイナーシャも低減でき、小型で高応
答の弁装置を提供できる。

【０００７】請求項２に係る発明では、弁軸に対し、２
つのスプリングを閉弁方向と開弁方向とに作用させて、
これらの釣合いにより中立位置を設定するようにしたこ
とを特徴とする。これにより、電源が断たれた場合に
は、閉弁方向と開弁方向とに作用する２つのスプリング
が釣合った位置で停止するため、この中立位置で所定の
開度が得られるようにすることにより、スロットル弁の
上限開度設定を可能にしつつ、下限開度保持を実現でき
る。

【０００８】請求項３に係る発明では、設定された中立
位置に応じて、開弁用コイルと閉弁用コイルとの容量比
を設定するようにしたことを特徴とする。２つのスプリ
ングの中立位置、言い換えれば、これらのスプリングの
負荷力に応じて、開弁用コイル及び閉弁用コイルのそれ
ぞれに要求される駆動力が異なるので、巻量の比などを
変えて、容量比を適切なものとするのがよいからであ
る。

【０００９】請求項４に係る発明では、前記開弁用コイ
ル及び閉弁用コイルは、マグネットと相対させて、偏っ
た板面を有するコアを設け、このコアの軸部に、巻方向
を互いに逆にして、巻回したことを特徴とする。これに
よれば、１つのコアで構成できる。請求項５に係る発明
では、前記開弁用コイル及び閉弁用コイルは、マグネッ
トと相対させて、固定の円板状部材を設け、この円板状
部材の板面に複数のコアを突出形成して、これらのコア
に、巻回したことを特徴とする。

【００１０】この場合、請求項６に係る発明のように、
各コアに開弁用コイルと閉弁用コイルとを別々に巻回す
るようにしてもよいが、容量比の小さい側のコイルの巻
量が少なくなると、スペース的に無駄を生じるので、請
求項７に係る発明のように、各コアに開弁用コイルと閉
弁用コイルとを一緒に予め定めた容量比に基づいて巻回
するようにするか、請求項８に係る発明のように、一部
のコアに開弁用コイルと閉弁用コイルとを一緒に予め定
めた容量比に基づいて巻回する方が好ましい。

【００１１】請求項９に係る発明では、弁軸の回動位置
に対応した信号を出力するポテンショメータ式のセンサ
を内蔵させたことを特徴とする。このようにセンサを内
蔵することで、フィードバック制御が容易となる他、コ
イルへの通電用端子とセンサの出力端子とを１つのコネ
クタにまとめることが容易となる。

【００１２】請求項10に係る発明では、コイルをマグネ
ットの両側に分けて配置したことを特徴とする。これに
より、マグネットとコイルとによる吸引力が弁軸のスラ
スト方向にかかるのを防止でき、軸受に対する負荷を低
減できる。請求項11に係る発明では、前記弁体は吸気通
路のスロットル弁であり、アクセルペダルに連動するリ
ンプホームレバーを設け、このリンプホームレバーとス
ロットル弁の弁軸に固定したスロットルレバーとを遊び
を持たせて係合可能としたことを特徴とする。

【００１３】これにより、電源が断たれたときに、アク
セルペダルの全開位置付近でスロットル弁を開方向に操
作可能となり、故障時にもある程度の出力制御ができる
ので、故障時の走行がより容易となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を電制
スロットル弁の例で説明する。図１は一実施例を示して
いる。スロットルチャンバ１の吸気通路２構成部分にバ
タフライ式のスロットル弁（弁体）３が設けられてお
り、スロットル弁３の弁軸４の両端は軸受５により回転
自在に支持されてスロットルチャンバ１壁部を貫通して
いる。

【００１５】弁軸４の一端側には回動用のモータが構成
されている。すなわち、弁軸４の一端に円板状部材６を
取付け、この円板状部材６にマグネット７を固定してあ
る。マグネット７は、図２(a) に示すように一対の半円
環状の磁極Ｎ，Ｓを形成している。また、スロットルチ
ャンバ１壁部（固定部材）に取付けて、マグネット７と
の間の磁束が弁軸４と平行になるように、コイル８を配
置してある。具体的には、図２(b) に示すように、マグ
ネット７と相対させて、偏った板面を有するコア９を設
け、このコア９の軸部10に、巻方向を互いに逆にして、
開弁用コイル８ａ及び閉弁用コイル８ｂを巻回してあ
る。

【００１６】弁軸４の他端側にはスロットルレバー11を
取付けてある。スロットルレバー11には２本の捩じりコ
イルスプリング12，13の各一端を係止させ、これらのス
プリング12，13は逆巻にして、各他端をスロットルチャ
ンバ１壁部に突出形成した係止ピン部14，15に係止させ
てある。このようにして、２つのスプリング12，13を閉
弁方向と開弁方向とに作用させて、これらの釣合いによ
り中立位置を設定するようにしている。そして、中立位
置は、全閉位置よりやや開いた位置に設定してある。
尚、かかる中立位置の設定に基づいて、開弁用コイル８
ａと閉弁用コイル８ｂとの容量比を設定してあり、具体
的には、開弁用コイル８ａの巻量を閉弁用コイル８ｂの
巻量より多くしてある。

【００１７】また、スロットルレバー11にはストッパ片
16を突出形成し、このストッパ片16の回動範囲を規制す
べく、スロットルチャンバ１壁部にストッパ部17を突出
形成してある。尚、ストッパ部17は全閉位置規制用と全
開位置規制用との２つあるが、図には１つのみを示して
いる。また、スロットルレバー11には係合片18を突出形
成し、アクセルペダル（図示せず）にアクセルワイヤ19
を介して連動するリンプホームレバー20を設けて、この
リンプホームレバー20とスロットルレバー11の係合片18
とを遊びを持たせて係合可能としてある。すなわち、ア
クセルペダルの通常の踏込み範囲ではリンプポームレバ
ー20が動いても、遊びの範囲で、たとえスロットルレバ
ー11が全閉位置にあったとしても係合しないが、アクセ
ルペダルの全開付近ではリンプホームレバー20がスロッ
トルレバー11の中立位置以上に回動するようになってい
る。

【００１８】このスロットルチャンバ１にはまた、弁軸
４の回動位置に対応した信号を出力するポテンショメー
タ式のスロットルセンサ21を内蔵させている。このスロ
ットルセンサ21は、弁軸４に取付けたロータ22に可動接
点23を設け、この可動接点23を固定基板24の抵抗体上を
摺動させることにより、弁軸４の回動位置に対応した電
圧信号を出力するものである。

【００１９】次に作用を説明する。図３は原理図であ
り、これにより開弁用コイル８ａ及び閉弁用コイル８ｂ
の通電方法について説明する。25はエンジンコントロー
ルモジュールであり、図示しないアクセルセンサ、車速
センサ、エンジン回転数センサ等の信号に基づいて、目
標スロットル開度を算出し、これに対応した信号を出力
する。

【００２０】26はスロットルコントロールモジュールで
あり、エンジンコントロールモジュール25からの目標ス
ロットル開度に基づき、スロットルセンサ21により検出
される実際のスロットル開度をフィードバックしつつ、
開弁デューティ（％）を増減設定して、デューティ制御
を行う。具体的には、目標スロットル開度と実スロット
ル開度とを比較して、例えば実スロットル開度の方が小
さいときは、開弁デューティ（％）を増大させる。

【００２１】開弁デューティ（％）が設定されると、開
弁用コイル８ａに対しては、その開弁デューティのＯＮ
時間割合のデューティ信号を出力し、閉弁用コイル８ｂ
に対しては、前記デューティ信号を反転させたデューテ
ィ信号を出力する。これにより、開弁デューティ（％）
に応じた比率で開弁方向と閉弁方向との駆動が連続的に
繰り返されて、開弁デューティに応じた開度に制御され
る。

【００２２】ここにおいて、本発明では、マグネット７
とコイル８との間（エアギャップ間）の磁束を弁軸４と
平行にしてあるので、円板状部材６の大きさの設定によ
って、磁束面積を確保して、十分なトルクが得られる。
よって、弁軸４方向の短縮化による小型化が可能とな
る。また、弁軸４を短くできることで、弁軸４のイナー
シャも低減でき、小型で高応答となる。

【００２３】また、故障等により電源が断たれた場合に
は、閉弁方向スプリング12と開弁方向スプリング13とが
釣合った位置でスロットル弁３が停止し、この中立位置
で所定の開度が得られるようにすることにより、暴走を
回避しつつ、エンストを防止できる。また、故障等によ
り電源が断たれた場合には、アクセルペダルを全開位置
付近まで操作すれば、リンプホームレバー20が中立位置
にあるスロットルレバー11に係合するため、スロットル
弁３を開方向に操作可能となり、故障時にもある程度の
出力制御ができるので、故障時の走行がより容易とな
る。

【００２４】尚、この実施例では、コイル８側を図２
(b) のように構成しているが、図４に変形態様を示すよ
うに、固定の円板状部材31に２つのコア32を設けて、一
方のコアに開弁用コイル８ａを巻回し、他方のコアに閉
弁用コイル８ｂを巻回するようにしてもよい。しかし、
図４の場合はコイルの巻量を多くできないので、図５に
示すように、固定の円板状部材31に４つのコア32を設け
て、対角線上の２つのコアに開弁用コイル８ａを巻回し
て、通電時にそれぞれがＮ，Ｓ極となり、残りの対角線
の２つのコアに閉弁用コイル８ｂを巻回して、通電時に
それぞれがＮ，Ｓ極となるようにするとよい。

【００２５】図６は他の実施例を示している。図１の場
合、マグネットの片側にのみコイルを配置してあるの
で、マグネットとコイルとの間の吸引力によって、弁軸
にスラスト方向の力が働く。これを解決するため、この
実施例では、マグネットの両側にこれを挟むようにコイ
ルを配置するようにしている。

【００２６】すなわち、弁軸４の一端に円板状部材６を
取付け、この円板状部材６にマグネット７を固定してあ
る。マグネット７は、一方の面にて、図７(a) に示すよ
うに一対の半円状の磁極Ｎ，Ｓを形成し、他方の面に
て、反対に磁極Ｓ，Ｎを形成している。また、スロット
ルチャンバ１壁部（固定部材）に取付けて、マグネット
７との間の磁束が弁軸４と平行になるようにして、マグ
ネット７の両側に、コイル８を配置してある。

【００２７】具体的には、マグネット７の片側に、固定
の円板状部材31を設け、この円板状部材31に図７(b) に
示すように４つのコア32を設けて、これら４つのコアに
開弁用コイル８ａを巻回して、通電時に隣合う２つのコ
アがＮ極、残りの２つのコアがＳ極となるようにしてあ
る。また、マグネット７のもう一方の片側に、固定の円
板状部材33を設け、この円板状部材33にも同様に４つの
コア34を設けて、これら４つのコアに閉弁用コイル８ｂ
を巻回して、通電時に隣合う２つのコアがＮ極、残りの
２つのコアがＳ極となるようにしてある。

【００２８】このような構成であれば、マグネット７と
コイル８との間の吸引力が左右で相殺されて、弁軸４に
スラスト荷重としてかからないため、軸受５の負荷を低
減できる。次に、図８〜図10の実施例を参照して、開弁
用コイル８ａと閉弁用コイル８ｂとの容量比について、
更に説明する。

【００２９】スプリング12，13の中立位置の設定（全閉
位置よりやや開いた位置）により、開弁用コイル８ａと
閉弁用コイル８ｂとの容量比を設定すると、開弁用コイ
ル８の巻量を閉弁用コイル８ｂの巻量より多くする必要
がある。そして、回転側の円板状部材６のマグネット７
と相対させて、固定の円板状部材31を設け、この円板状
部材31の板面（背面）に複数のコア32を突出形成して、
これらのコア32に開弁用コイル８ａ及び閉弁用コイル８
ｂを巻回する場合、図８の実施例に示すように、各コア
32に開弁用コイル８ａと閉弁用コイル８ｂとを別々に巻
回すると、閉弁用コイル８ｂの巻量が少ない分、スペー
ス的に無駄を生じる。

【００３０】そこで、図９の実施例のように、各コア32
に開弁用コイル８ａと閉弁用コイル８ｂとを一緒に予め
定めた容量比に基づいて巻回すると、スペース的に無駄
がなくなる。この例では、各コア32に、先ず多量の開弁
用コイル８ａを巻回し、その上に少量の閉弁用コイル８
ｂを巻回している。又は、図10の実施例のように、一方
のコア32に開弁用コイル８ａのみを巻回し、他方のコア
32に開弁用コイル８ａと閉弁用コイル８ｂとを一緒に巻
回するようにしてもよい。

【００３１】尚、以上の説明では、電制スロットル弁に
適用した例で説明したが、本発明は、スロットル弁をバ
イパスする補助空気通路に設けられるアイドル制御弁に
適用することもできる。更には、直噴ガソリンエンジン
における均質混合燃焼と成層混合燃焼との切換時に発生
するトルク段差を少なくするための吸気量制御や、ディ
ーゼルエンジンにおけるＥＧＲ用負圧コントロールのた
めの吸気通路制御などにも使用できる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、マグネットとコイルとの間の磁束を弁軸と
平行にすることにより、弁軸と直角な面内で磁束面積を
確保して、十分なトルクが得られるので、弁軸方向の短
縮化による小型化が可能となり、低コスト化、車載レイ
アウト容易化等の効果が得られる。また、弁軸のイナー
シャの低減により応答性を向上でき、更にはオーバーハ
ング量の減少により耐振動性も向上する等の効果も得ら
れる。

【００３３】請求項２に係る発明によれば、閉弁方向ス
プリングと開弁方向スプリングとの釣合いにより中立位
置を設定するようにしてあるので、電源が断たれた場合
には、この中立位置で所定の開度が得られるようにする
ことにより、スロットル弁の上限開度を規制しつつ、下
限開度を確保できるという効果が得られる。請求項３に
係る発明によれば、設定された中立位置に応じて、開弁
用コイルと閉弁用コイルとの容量比を設定することで、
要求される駆動力の違いに適切に対応できるという効果
が得られる。

【００３４】請求項４に係る発明によれば、偏った板面
を有するコアを用いて、１つのコアで構成できるという
効果が得られる。請求項５に係る発明によれば、複数の
コアを用いて、開閉力の作用方向を適切に設定できると
いう効果が得られる。この場合、請求項６に係る発明の
ように、各コアに開弁用コイルと閉弁用コイルとを別々
に巻回するようにしてもよいが、容量比の小さい側のコ
イルの巻量が少なくなると、スペース的に無駄を生じる
ので、請求項７又は請求項８に係る発明のように、開弁
用コイルと閉弁用コイルとを一緒に予め定めた容量比に
基づいて巻回するようにすれば、スペース的な無駄を解
消することができるという効果が得られる。

【００３５】請求項９に係る発明によれば、ポテンショ
メータ式のセンサを内蔵させたことにより、フィードバ
ック制御が容易となる他、コイルへの通電用端子とセン
サの出力端子とを１つのコネクタにまとめるなど低コス
ト化も可能になるという効果が得られる。請求項10に係
る発明によれば、コイルをマグネットの両側に分けて配
置したことにより、マグネットとコイルとによる吸引力
が弁軸のスラスト方向にかかるのが防止でき、軸受に対
する負荷を低減できるという効果が得られる。

【００３６】請求項11に係る発明によれば、電源が断た
れたときに、アクセルペダルの全開位置付近でリンプホ
ームレバーによりスロットル弁を開方向に操作可能とな
り、故障時にもある程度の出力制御ができて、故障時の
走行がより容易となるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すスロットルチャンバ
の断面図

【図２】マグネット側及びコイル側の概略図

【図３】原理図

【図４】コイル側の変形態様の概略図

【図５】コイル側の変形態様の概略図

【図６】他の実施例を示すスロットルチャンバの断面
図

【図７】マグネット側及びコイル側の概略図

【図８】開弁用コイル及び閉弁用コイルの容量比につ
いての例１を示す図

【図９】開弁用コイル及び閉弁用コイルの容量比につ
いての例２を示す図

【図10】開弁用コイル及び閉弁用コイルの容量比につ
いての例３を示す図

【符号の説明】

１スロットルチャンバ２吸気通路３スロットル弁４弁軸５軸受６円板状部材７マグネット８（８ａ，８ｂ）コイル（開弁用コイル，閉弁用コイ
ル）９コア 10 軸部 11 スロットルレバー 12 閉弁方向スプリング 13 開弁方向スプリング 14，15 係止ピン部 16 ストッパ片 17 ストッパ部 18 係合片 19 アクセルワイヤ 20 リンプホームレバー 21 スロットルセンサ 22 ロータ 23 可動接点 24 固定基板 31 円板状部材 32 コア 33 円板状部材 34 コア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者甲斐圭一神奈川県厚木市恩名1370番地株式会社ユニシアジェックス内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弁体の弁軸に回動用のモータを直結してな
るエンジン用弁装置において、前記モータを、弁軸の一部に取付けられて一体に回転す
る円板状部材に固定したマグネットと、固定部材に取付
けられてマグネットとの間の磁束が弁軸と平行になるよ
うに配置した開弁用コイル及び閉弁用コイルとを含んで
構成したことを特徴とするエンジン用弁装置。
【請求項２】弁軸に対し、２つのスプリングを閉弁方向
と開弁方向とに作用させて、これらの釣合いにより中立
位置を設定するようにしたことを特徴とする請求項１記
載のエンジン用弁装置。
【請求項３】設定された中立位置に応じて、開弁用コイ
ルと閉弁用コイルとの容量比を設定するようにしたこと
を特徴とする請求項２記載のエンジン用弁装置。
【請求項４】前記開弁用コイル及び閉弁用コイルは、マ
グネットと相対させて、偏った板面を有するコアを設
け、このコアの軸部に、巻方向を互いに逆にして、巻回
したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１
つに記載のエンジン用弁装置。
【請求項５】前記開弁用コイル及び閉弁用コイルは、マ
グネットと相対させて、固定の円板状部材を設け、この
円板状部材の板面に複数のコアを突出形成して、これら
のコアに、巻回したことを特徴とする請求項１〜請求項
３のいずれか１つに記載のエンジン用弁装置。
【請求項６】各コアに開弁用コイルと閉弁用コイルとを
別々に巻回したことを特徴とする請求項５記載のエンジ
ン用弁装置。
【請求項７】各コアに開弁用コイルと閉弁用コイルとを
一緒に予め定めた容量比に基づいて巻回したことを特徴
とする請求項５記載のエンジン用弁装置。
【請求項８】一部のコアに開弁用コイルと閉弁用コイル
とを一緒に予め定めた容量比に基づいて巻回したことを
特徴とする請求項５記載のエンジン用弁装置。
【請求項９】弁軸の回動位置に対応した信号を出力する
ポテンショメータ式のセンサを内蔵させたことを特徴と
する請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載のエンジ
ン用弁装置。
【請求項10】コイルをマグネットの両側に分けて配置し
たことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つ
に記載のエンジン用弁装置。
【請求項11】前記弁体は吸気通路のスロットル弁であ
り、アクセルペダルに連動するリンプホームレバーを設
け、このリンプホームレバーとスロットル弁の弁軸に固
定したスロットルレバーとを遊びを持たせて係合可能と
したことを特徴とする請求項１〜請求項10のいずれか１
つに記載のエンジン用弁装置。