(57)【要約】【課題】構造が簡単で部品点数が少なくなり、組立工数も少なくなる多気筒内燃エンジンの吸気制御装置を提供する。【解決手段】多気筒内燃エンジンの各気筒に空気を供給する吸気マニホールドの各吸気通路にバルブ駆動軸を連通させ、このバルブ駆動軸の各吸気通路部分に吸気流量を調節するバルブと、バルブ駆動軸を駆動する駆動モータと、運転状態に対応して吸気通路のバルブ開度を調整する駆動モータの制御装置を有する構成の駆動モータは、４極以上の偶数の磁極を有する回転子と、この回転子の磁極数の１．５倍の磁極相数を有し個別に励磁コイルにより励磁される磁極を有する固定子からなる構成とし、駆動モータの回転軸はバルブ回転軸と直結した構成としたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃エンジンの各気筒に空気を供給する複数の吸気通路が形成された吸気マニホールドと、該吸気マニホールドの上記各吸気通路に連通したバルブ駆動軸と、該バルブ駆動軸に設けられ上記各吸気通路の吸気流量を調節するバルブと、上記バルブ駆動軸を駆動する駆動モータと、上記多気筒エンジンの運転状態に対応して上記吸気通路のバルブ開度が吸気流量に対応する開度となるように、上記駆動モータを制御する吸気流量制御手段とを有する多気筒内燃エンジンの吸気制御装置において、
上記駆動モータは、４極以上の偶数の磁極を有する回転子と、該回転子の磁極数の１．５倍の磁極相数を有し個別に励磁コイルにより励磁される磁極を有する固定子からなるブラシレス直流モータとし、上記駆動モータの回転軸は上記バルブ回転軸に直結状態に構成としたことを特徴とする多気筒内燃エンジンの吸気制御装置。
【請求項２】
上記駆動モータの回転子は、上記バルブ駆動軸の端部に回転子磁極を装着した一体構成としたことを特徴とする請求項１記載の多気筒内燃エンジンの吸気制御装置。
【請求項３】
上記駆動モータの回転子は、回転軸外周の所定の位置に環状磁石材を配置し、上記回転軸と上記回転子磁石の間に、射出成形樹脂鉄心材料により一体成形し、射出成形部分をバックヨークとしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の多気筒内燃エンジンの吸気制御装置。
【請求項４】
上記駆動モータの回転子磁極は、上記バルブの停止位置に対応して磁極位置を決定し、着磁することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の多気筒内燃エンジンの吸気制御装置。
【請求項５】
上記駆動モータは、上記バルブ開度に対応する上記各固定子磁極の極性となる励磁電流を通電してステップ駆動し、所定の開度の角度で停止するように制御することを特徴とする請求項１または請求項２記載の多気筒内燃エンジンの吸気制御装置。
【請求項６】
上記バルブの開度制御において、上記ブラシレス直流モータの回転動作時は励磁電流を大きくし、停止時の励磁電流は小さくなるように制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の多気筒内燃エンジンの吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多気筒内燃エンジンの吸気マニホールドの、各吸気通路の吸気流量を制御する多気筒エンジン吸気制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃エンジンにおいて、吸気マニホールドの多気筒内燃エンジンの各気筒に連通する吸気通路にバルブを配置し、エンジンの回転速度、負荷等の運転状態に応じて、バルブの開閉して吸気通路長さを切替え、吸気に慣性過給または共鳴過給の効果を与え、エンジンの出力を向上させるが従来から一般的に用いられている。
また、エンジンのシリンダーヘッドの吸気ポート近傍の吸気上流側に配置されたバルブの開度を変化させて吸気通路内の空気の流量を制御し、うず流を与えて、燃料インジェクタから噴射される燃料と空気の混合状態を改善する気流制御装置も従来から一般的に用いられている。
【０００３】
可変吸気装置や気流制御装置等のエンジンの吸気制御装置の駆動方式としては、例えば、特許文献１の図１に示されているように、ステップモータの回転をロッドの直進運動に変換し、リンク機構を介してバルブ軸を回転駆動するもの、あるいは、特許文献２の図１に示されている駆動モータの回転力を歯車機構を介してバルブ軸に伝えるものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１８２５４４号
【特許文献２】特開２００２−２４２６８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、モータの回転をロッドの直進運動に変換するための機構とロッドの直進運動をバルブ軸の回転運動に変換するためのリンク機構が必要である。
また、特許文献２では、ステップモータの動きをバルブ軸に減速して伝える歯車機構が必要である。
このため、特許文献１および特許文献２の構成では、部品点数が多く、複雑な構造となっているので、組立て工数が多くなり、装置として高価なものとなる問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、構造が簡単で部品点数が少なく、組立工数も少なくなる多気筒内燃エンジンの吸気制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る多気筒内燃エンジンの吸気制御装置は、多気筒内燃エンジンの各気筒に空気を供給する複数の吸気通路が形成された吸気マニホールドと、この吸気マニホールドの各吸気通路に連通したバルブ駆動軸と、バルブ駆動軸に設けられ上記各吸気通路の吸気流量を調節するバルブと、バルブ駆動軸を駆動する駆動モータと、多気筒エンジンの運転状態に対応して吸気通路のバルブ開度が吸気流量に対応する開度となるように、駆動モータを制御する吸気流量制御手段とを有し、駆動モータは、４極以上の偶数の磁極を有する回転子と、この回転子の磁極数の１．５倍の磁極相数を有し個別に励磁コイルにより励磁される磁極を有する固定子からなるブラシレス直流モータとし、駆動モータの回転軸はバルブ回転軸に直結状態に構成としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る多気筒内燃エンジンの吸気制御装置は、特許文献１または特許文献２に示されているような駆動モータの回転をバルブ軸の回転に伝達、変換するための複雑な機構が不要な簡単な構造で部品点数が少なく、組立工数も短縮された多気筒内燃エンジンの吸気制御装置が構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は実施の形態１の多気筒内燃エンジンの吸気制御装置の構成図であり、図２は図１の駆動モータ部分の断面図であり、バルブ軸と一体に形成した場合の構成を示す。図３は駆動モータのステップ駆動の説明図である。
図１に示す多気筒内燃エンジンの吸気制御装置は、エンジン１が４気筒の場合を示すもので、エンジン１に吸気マニホールド２の各吸気通路２ａが接続され、吸気通路２ａにバルブ軸３を横断的に連通させ、それぞれの吸気通路２ａにバルブ４が設けられている。バルブ軸３にバルブ４の開度を調整する駆動モータ１０が直結され、駆動モータ１０は吸気流量制御手段２０により制御される。
【００１０】
駆動モータ１０の構成は、図２に示す通りであり、回転子１１はバルブ軸３の端部を回転軸として利用する場合を示している。駆動モータ１０の回転子１１は、バルブ軸３の端部周囲の所定に位置に環状の回転子磁石１２を配置し、回転子磁石１２とバルブ駆動軸３の端部の間に射出成形可能な樹脂鉄心材料を射出成形してバックヨーク１３を成形することで回転子１１を形成し、必要な磁極数となるように着磁した構成である。
【００１１】
バルブは蝶形弁であり、全閉状態から全開状態になる角度は９０°であり、駆動モータ１０の回転範囲は９０°の範囲となる。
この駆動モータ１０の駆動角度範囲９０°の間を６ステップで動作する場合は、駆動モータ１０の回転子１１の磁極数は８極とし、固定子１５の磁極相数は１２相とすることで角度９０度の間を角度１５°の６ステップで駆動する構成となる。
【００１２】
駆動モータ１０は、固定子鉄心１６とそのスロットに固定子コイル１７を装着した固定子１５をケーシング１８に装着し、ケーシング１８の一端側にベアリング１９を装着し、回転子１０を挿入して組み立てられる。
組み立てられた駆動モータ１０の回転軸であるバルブ軸３を吸気マニホールド２の各吸気通路２ａの部分に横断的に挿通し、それぞれの吸気通路２ａにバルブ４を装着して吸気マニホールド２が組み立てられる。
【００１３】
駆動モータ１０の回転子１１の磁極数８極、固定子１５の磁極相数１２相とした場合のステップ動作について図３により詳細に説明する。
図３は、バルブ４の動作角度９０度の動作範囲を６ステップの回転子１１の磁極の方向と固定子１５の磁極の励磁方向の関係を示す。
回転子１１の環状の固定子磁石１２は８極に着磁され図３（ａ）の位置を基準位置とし、固定子１５の固定子鉄心１６のスロットに固定子コイル１７が巻回された状態を示し、回転角度９０度内にＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相が配置され、全周３６０度の間にＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相が４組配置されている。
【００１４】
図３(ａ)の基準位置における各固定子コイル１７の励磁極性をＵ相：(＋)、Ｖ相：(−)、Ｗ相；(−)とすると、固定子１５の各相の極性はＵ相：Ｎ極、Ｖ相：Ｓ極、Ｗ相：Ｓ極となり、回転子磁極のＳ極が固定子のＵ相磁極のＮ極に吸引され、Ｎ極はＳ極に励磁されたＶ相およびＷ相の双方に吸引されてＶ相とＷ相の中間位置に停止している。
次の図３（ｂ）のステップでは、各固定子コイル１７の励磁極性をＵ相：(＋)、Ｖ相：(＋)、Ｗ相；(−)とすると、固定子１５の各相の極性はＵ相：Ｎ極、Ｖ相：Ｎ極、Ｗ相：Ｓ極となり、回転子磁極のＮ極が固定子のＷ相磁極のＳ極に吸引され、Ｓ極はＮ極に励磁されたＵ相およびＶ相の双方に吸引されてＵ相とＶ相の中間位置に停止する。この状態は回転子１１が図３(ａ)の位置より角度で１５°進んだ位置になる。
次の図３（ｃ）のステップでは、各固定子コイル１７の励磁極性をＵ相：(−)、Ｖ相：(＋)、Ｗ相；(−)とすると、固定子１５の各相の極性はＵ相：Ｓ極、Ｖ相：Ｎ極、Ｗ相：Ｓ極となり、回転子磁極のＳ極が固定子のＶ相磁極のＮ極に吸引され、Ｎ極はＳ極に励磁されたＷ相およびＵ相の双方に吸引されてＷ相とＵ相の中間位置に停止する。この状態は回転子１１が図３(ｂ)の位置より角度で１５°進んだ位置になる。
【００１５】
図３（ｄ）、図３（ｅ）、図３（ｆ）についても同様にして、図示した極性に固定子コイル１７を励磁することにより、図３（ｄ）は図３（ｃ）に対して、図３（ｅ）は図３（ｄ）に対して、図３（ｆ）は図３（ｅ）に対してそれぞれ角度１５°進んだ位置に駆動される。
このように回転子磁極を８極とし、固定子コイルを１２相とすることで、固定子１５に対する回転子１１の角度を１ステップ毎に角度１５°ずつ駆動することができる。
【００１６】
図３に示す駆動モータ１０の駆動動作は、回転子磁極８極、固定子コイルの総数を１２相の場合について説明したが、回転子磁極数ｎは４極以上の偶数極数であればよく、固定子コイル相数Ｎは回転子磁極数ｎの１．５倍の相数とすることにより同様のステップ駆動が可能なブラシレス直流モータとなる。
回転子磁極数ｎと固定子コイルの相数Ｎと１ステップあたりの回転角度αの関係は次の通りとなる。
ｎ＝  ４極、Ｎ＝  ６極のとき、１ステップ回転角度α＝３０°
ｎ＝  ６極、Ｎ＝  ９極のとき、１ステップ回転角度α＝２０°
ｎ＝  ８極、Ｎ＝１２極のとき、１ステップ回転角度α＝１５°
ｎ＝１０極、Ｎ＝１５極のとき、１ステップ回転角度α＝１２°
ｎ＝１２極、Ｎ＝１８極のとき、１ステップ回転角度α＝１０°
したがって、駆動モータ１０の回転子磁極数ｎ＝８極、固定子コイル相数Ｎ＝１２極に限ることなく、１ステップの回転角度αを最適値に選択し、駆動モータ１０の回転子磁極数ｎおよび固定子コイル相数Ｎを選択することで１ステップ回転角度αに対応した駆動モータが構成できる。
【００１７】
上記は多気筒内燃エンジンの吸気マニホルド２の吸気通路２ａに設けられたバルブ４の開度を調整する場合を示したが、この構成は、多気筒内燃エンジンの吸気マニホルドの吸気通路に限らず、空気を通す風洞に設けられたバタフライバルブの開度調整に広く適用することができる。
【００１８】
上記のように多気筒内燃エンジンの吸気マニホルドの吸気制御装置を構成したことにより、従来の構成において、駆動モータの回転をバルブ軸の回転に伝達、変換するための複雑な機構が不要な簡単な構造となり、で部品点数も少なく、組立工数が短縮できる多気筒内燃エンジンの吸気制御装置が構成できる。
【００１９】
上記図１〜図３の構成は、駆動モータ１０の回転軸はバルブ４のバルブ駆動軸３の端部を利用した構成であったが、駆動モータ１０を単体で構成し、軸接手で直結する構成としてもよい。ただし、駆動モータ１０を単体で構成すると、駆動モータ１０の出力側軸受部およびバルブ軸３と接続する接手が必要となり、長さが長くなる。しかし、駆動モータ１０は単体で製作できるので、駆動モータ１０の生産性はよくなる。
【００２０】
また、上記駆動モータ１０の回転子はバルブ駆動軸３の端部にバックヨーク１３を一体成型した構成としたが、固定子磁石１２とバックヨーク１３を成型した後バルブ駆動軸３に嵌挿して接着剤にて固着しても同様に構成できる。
【００２１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、多気筒内燃エンジンの吸気制御装置の構成全般について説明したが、実施の形態１の構成では、駆動モータ１０の回転子１１の停止位置とバルブ４の閉止位置を正確に一致させておくことが必要であるが、回転子軸がバルブ駆動軸３の端部を使用してバルブ軸と一体に形成しているので、回転子１１の環状の回転子磁石１２の各磁極の極性は、バルブ４の閉止位置に合わせて着磁しておく必要がある。このためには、バルブ４の羽根の方向を基準として回転子磁極の方向が決まる着磁治具３０を使用する。
【００２２】
図５は図１〜図３に示した多気筒内燃エンジンの吸気制御装置の駆動モータ１０の着磁治具の構成である。
図５の着磁治具３０は、着磁コイル３２を巻回した着磁磁極３１を円筒形の着磁ヨーク３１の所定の位置に装着し、着磁ヨーク３１の外周部の所定の位置にバルブ位置決め部３４を設けた構成である。
【００２３】
回転子１１の着磁は、バルブ駆動軸３のバルブ４の閉止位置を基準位置として、着磁治具３０の位置決め部３４に合わせて装着し、着磁治具３０の各着磁磁極３１に、回転子磁石１２の磁極はＮとＳの交互になるように各着磁磁極に励磁電流の方向を決め、固定コイル１７に流すことで着磁される。
このように回転子１１の環状磁石１２の着磁は、上記の着磁治具３０を用いて行うことでバルブの羽根の向きと駆動モータ１０固定子１１の磁極位置との相対の関係が正確に設定できる。
【００２４】
実施の形態３．
実施の形態１において、駆動モータ１０のステップ駆動するときの固定子コイル１７に供給する励磁電流は、ステップ駆動する瞬間は所定の回転力が必要であるが、駆動後の停止位置では回転子１１の磁極と固定子１５の磁極が吸引状態であればよく常時大きな励磁電流を供給する必要性はない。
図５は固定子１５の各固定子コイル１７に供給する電流波形の説明図である。
図５（ａ）は固定子１５の一つの固定子コイル１７に供給する電流波形であり、縦軸は励磁電流、横軸は時間を表しており、図５（ｂ）はステップ動作時のバルブ開度の状態を示すものであり、縦軸はバルブ開度、横軸は時間を表している。
【００２５】
駆動モータ１０の回転子１１の動作中はステップ駆動に必要なトルクが得られるように電流値を大きくし、回転子１１の停止時は、動作後の位置を維持するのみであり励磁電流値は小さくてもよい。したがって、固定子コイル１７に供給する電流値は図５（ａ）に示すように、動作ステップ毎に、動作開始時に大きな励磁電流を供給し、ステップ動作後は動作位置が維持できる小さい電流値となるように制御する。
【００２６】
このように制御することにより、動作後の位置を保持するときに、不要な大きな電流が流れないので、無用な電力消費を抑えることができるとともに、固定子１５の固定子コイル１７の温度上昇も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施の形態１の多気筒内燃エンジンの吸気制御装置の構成図である。
【図２】図１の構成の駆動モータ部分の断面図である。
【図３】実施の形態１の駆動モータのステップ動作の説明図である。
【図４】駆動モータの回転子の着磁方法の説明図である。
【図５】駆動モータの固定子コイルに供給する電流の波形とバルブの動作の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  エンジン、２  吸気マニホールド、３  バルブ軸、４  バルブ、
１０  駆動モータ、１１  回転子、１２  回転子磁石、１３  バックヨーク、
１５  固定子、１６  固定子鉄心、１７  固定子コイル、１８  ケーシング、
１９  ベアリング、２０  吸気流量制御手段、３０  着磁治具、３１  着磁ヨーク、
３２  着磁磁極、３３  着磁コイル、３４  バルブ位置決め部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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