(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な構成で制御軸の回転角を制御することのできる可変動弁装置を提供する。【解決手段】バルブのリフト量を可変に設定するための制御軸１２と、制御軸１２を回転させるためのモータ１４と、モータ１４の回転を減速させて制御軸１２に伝達する減速機構１８と、を備える可変動弁装置において、雄ネジが形成された外周面を有し、モータ１４の出力軸１６とともに回転する雄ネジ部材２４と、雄ネジ部材２４と螺合する雌ネジが形成された孔を有し、雄ネジ部材２４が回転することにより、その回転軸方向に直線的に移動する雌ネジ部材２６と、雌ネジ部材２６の位置に対応した出力を検出する出力検出手段と、出力検出手段により検出された出力に基づいて、制御軸１２の回転角を制御する制御手段と、を備える。好ましくは、出力検出手段として可変抵抗器２８が使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブのリフト量を可変に設定するための制御軸と、前記制御軸を回転させるためのモータと、前記モータの回転を減速させて前記制御軸に伝達する減速機構と、を備える可変動弁装置において、
雄ネジが形成された外周面を有し、前記モータの出力軸とともに回転する雄ネジ部材と、
前記雄ネジ部材と螺合する雌ネジが形成された孔を有し、前記雄ネジ部材が回転することにより、その回転軸方向に直線的に移動する雌ネジ部材と、
前記雌ネジ部材の位置に対応した出力を検出する出力検出手段と、
前記出力検出手段により検出された出力に基づいて、前記制御軸の回転角を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする可変動弁装置。
【請求項２】
前記出力検出手段は、前記雌ネジ部材の移動位置に対応して抵抗値を変化させる可変抵抗器を含むことを特徴とする請求項１記載の可変動弁装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記出力検出手段により検出された出力が前記制御軸の目標回転角に対応する出力と一致するように、前記モータの回転角をフィードバック制御することを特徴とする請求項１または２記載の可変動弁装置。
【請求項４】
モータにより駆動されるアクチュエータの制御装置であって、
雄ネジが形成された外周面を有し、前記モータの出力軸とともに回転する雄ネジ部材と、
前記雄ネジ部材と螺合する雌ネジが形成された孔を有し、前記雄ネジ部材が回転することにより、その回転軸方向に直線的に移動する雌ネジ部材と、
前記雌ネジ部材の位置に対応した出力を検出する出力検出手段と、
前記出力検出手段により検出された出力に基づいて、前記モータの回転角を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするアクチュエータの制御装置。
【請求項５】
雄ネジが形成された外周面を有し、モータの出力軸とともに回転する雄ネジ部材と、
前記雄ネジ部材と螺合する雌ネジが形成された孔を有し、前記雄ネジ部材が回転することにより、その回転軸方向に直線的に移動する雌ネジ部材と、
前記雌ネジ部材の位置に対応した出力を検出する出力検出手段と、
を備えることを特徴とする回転角センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可変動弁装置、アクチュエータの制御装置、または回転角センサに係り、特に、バルブのリフト量を可変可能な可変動弁装置に用いて好適なアクチュエータのセンサ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００５−２４８８４９号公報に開示されるように、可変動弁機構の制御軸をモータによって回転させることにより、その回転角に応じてバルブのリフト量を可変に設定することのできる可変動弁装置が知られている。この装置は、制御軸の回転位置に応じて出力を変化させる回転角センサを備え、検出した回転位置が目標位置と一致するように、モータを適当に駆動する仕組みになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４８８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンの通常運転中においては、可変動弁装置の制御軸は６０度程度しか回転しない。このため、上記従来の可変動弁装置のように、制御軸に配置された回転角センサを用いて該制御軸の回転角を直接検出する構成では、精度よく回転角を検出することが困難となる。このため、検出精度を向上させるために高分解能を有する高価な回転角センサを用いなければならなかった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、簡易な構成で制御軸の回転角を制御することのできる可変動弁装置を提供することを目的とする。また、簡易な構成でアクチュエータの回転角を制御することのできるアクチュエータの制御装置、またはこれに用いる回転角センサ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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、可変動弁装置であって、
バルブのリフト量を可変に設定するための制御軸と、前記制御軸を回転させるためのモータと、前記モータの回転を減速させて前記制御軸に伝達する減速機構と、を備える可変動弁装置において、
雄ネジが形成された外周面を有し、前記モータの出力軸とともに回転する雄ネジ部材と、
前記雄ネジ部材と螺合する雌ネジが形成された孔を有し、前記雄ネジ部材が回転することにより、その回転軸方向に直線的に移動する雌ネジ部材と、
前記雌ネジ部材の位置に対応した出力を検出する出力検出手段と、
前記出力検出手段により検出された出力に基づいて、前記制御軸の回転角を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記出力検出手段は、前記雌ネジ部材の移動位置に対応して抵抗値を変化させる可変抵抗器を含むことを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第２の発明において、
前記制御手段は、前記出力検出手段により検出された出力が前記制御軸の目標回転角に対応する出力と一致するように、前記モータの回転角をフィードバック制御することを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、上記の目的を達成するため、アクチュエータの制御装置であって、
モータにより駆動されるアクチュエータの制御装置であって、
雄ネジが形成された外周面を有し、前記モータの出力軸とともに回転する雄ネジ部材と、
前記雄ネジ部材と螺合する雌ネジが形成された孔を有し、前記雄ネジ部材が回転することにより、その回転軸方向に直線的に移動する雌ネジ部材と、
前記雌ネジ部材の位置に対応した出力を検出する出力検出手段と、
前記出力検出手段により検出された出力に基づいて、前記モータの回転角を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、上記の目的を達成するため、回転角センサであって、
雄ネジが形成された外周面を有し、モータの出力軸とともに回転する雄ネジ部材と、
前記雄ネジ部材と螺合する雌ネジが形成された孔を有し、前記雄ネジ部材が回転することにより、その回転軸方向に直線的に移動する雌ネジ部材と、
前記雌ネジ部材の位置に対応した出力を検出する出力検出手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、可変動弁機構の制御軸を回転させるべくモータを回転させると、雄ネジ部材はモータの回転とともに回転する。一方、雄ネジ部材と螺合する雌ネジ部材は、雄ネジ部材の回転角に応じて該雄ネジ部材の軸方向へ移動する。このため、本発明によれば、雌ネジ部材の位置に応じた出力を検出することにより、制御軸の回転角を検知することができるので、簡易な構成で制御軸の回転角を精度よく制御することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、雌ネジ部材には可変抵抗器の可動端子が取り付けられ、雌ネジ部材が雄ネジ部材の軸方向に移動すると、これとともに該可動端子が移動して抵抗値が可変となるように構成されている。このため、本発明によれば、当該可変抵抗器を介して、雌ネジ部材の位置に応じた出力を検出することができる。
【００１３】
第３の発明によれば、雌ネジ部材の位置に応じた出力が、制御軸の目標回転角に対応した出力値となるように、モータの回転角がフィードバック制御される。このため、本発明によれば、制御軸の回転角を精度よく制御することができる。
【００１４】
第４の発明によれば、アクチュエータを駆動するべくモータを回転させると、雄ネジ部材はモータの回転とともに回転する。一方、雄ネジ部材と螺合する雌ネジ部材は、雄ネジ部材の回転角に応じて該雄ネジ部材の軸方向へ移動する。このため、本発明によれば、雌ネジ部材の位置に応じた出力を検出することにより、モータの回転角を検知することができるので、簡易な構成でアクチュエータの回転角を精度よく制御することができる。
【００１５】
第５の発明によれば、モータを回転させると、雄ネジ部材はモータの回転とともに回転する。一方、雄ネジ部材と螺合する雌ネジ部材は、雄ネジ部材の回転角に応じて該雄ネジ部材の軸方向へ移動する。このため、本発明によれば、雌ネジ部材の位置に応じた出力を検出することにより、モータの回転角を精度よく検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
実施の形態
［実施の形態の構成］
図１は、本実施の形態のシステム構成を説明するための全体構成図を示している。この図に示すように、本実施の形態のシステムは、可変動弁機構１０を備えている。可変動弁機構１０は、例えば、後述する制御軸１２の回転角に応じて、ロッカーアーム（図示せず）の揺動量や揺動タイミングを変化させて、リフト量、作用角、バルブタイミングといったバルブの開弁特性を連続的に変更できるように構成されている。具体的には、本実施の形態における可変動弁機構１０は、例えば、特開２００５−２４８８４９号公報等に記載されているような公知の技術を用いて構成されている。
【００１８】
また、図１に示すとおり、本実施の形態の可変動弁機構１０は、制御軸１２を備えている。また、可変動弁機構１０には、制御軸１２を任意の角度に回転駆動するためのモータ１４が付設されている。モータ１４は、通電状態に応じて正，逆回転可能な出力軸１６を備えている。この出力軸１６は、図１に示すように、軸線Ａ−Ａを中心として回転しつつ、制御軸１２に大きな回転トルクを伝達するものである。
【００１９】
また、モータ１４と制御軸１２との間には、減速機構１８が介在している。減速機構１８は、モータ１４の回転出力を減速しつつ、制御軸１２に大きな回転トルクを伝達するものである。具体的には、減速機構１８は、この図に示すように、モータ１４の出力軸１６に取り付けられたウォームシャフト２０と、制御軸１２の外周側に固定されたウォームホイール２２とにより構成されている。
【００２０】
ウォームシャフト２０は、モータ１４の出力軸１６と同軸に配置され、当該出力軸１６とともに回転するものである。ウォームシャフト２０は、ウォームホイール２２と噛合した状態に保持されている。
【００２１】
一方、ウォームホイール２２は、略扇形をなす平板状のギア部品として形成され、制御軸１２から径方向に外向きに突出している。そして、ウォームホイール２２は、モータ１４によりウォームシャフト２０を介して回転駆動され、制御軸１２とともに回転する仕組みになっている。
【００２２】
また、本実施の形態のシステムは、上述したウォームシャフト２０と一体に形成された雄ネジ部材２４を備えている。雄ネジ部材２４の外周面には雄ネジ加工が施されている。雄ネジ部材２４は、ウォームシャフト２０とともにモータ１４の出力軸１６と同軸に配置され、当該出力軸１６とともに回転するように構成されている。
【００２３】
また、雄ネジ部材２４の雄ネジ部には、雌ネジ部材２６が螺合している。雌ネジ部材２６は、より具体的には、内周面に雌ネジ加工が施された孔を備え、当該孔の雌ネジ部が雄ネジ部材２４の雄ネジ部に螺合して構成されている。また、雌ネジ部材２６には、後述する可変抵抗器２８の可動端子２９が接続されている。このため、雄ネジ部材２４が軸線Ａ−Ａを中心として回転すると、雌ネジ部材２６自身は回転せずに軸線Ａ−Ａの方向に移動する。
【００２４】
また、本実施の形態のシステムでは、雌ネジ部材２６の近傍に可変抵抗器２８が固定されている。可変抵抗器２８は、軸線Ａ−Ａ方向に移動可能な可動端子２９を備えている。可変抵抗器２８の可動端子２９は、雌ネジ部材２６に固定されている。このため、雌ネジ部材２６の位置が移動すると、可変抵抗器２８の抵抗値が変化する仕組みになっている。
【００２５】
また、本実施の形態のシステムは、モータ１４に駆動電力を供給するためのドライバ３４、駆動電力としてのバッテリ３６、およびドライバ３４へ動作指令を送るためのアンプ３２を備えている。また、本実施のシステムには、その制御装置として、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０が備えられている。ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態などに基づいて、最適なリフト量を特定する他、当該リフト量を実現するためのモータ１４の目標回転角を演算する。
【００２６】
［実施の形態における動作］
次に、図１を参照して本実施の形態のシステムの動作について説明する。
【００２７】
（バルブのリフト量の変更動作）
バルブのリフト量を減少させる場合には、モータ１４を作動させることにより、出力軸１６をリフト量の減少方向に回転させる。出力軸１６の回転は、ウォームシャフト２０を介してウォームホイール２２に伝達される。これにより、可変動弁機構１０の制御軸１２は、ウォームホイール２２と一緒にリフト減少方向に回転駆動されて、バルブのリフト量が制御軸１２の回転角に応じて減少する。
【００２８】
一方、バルブのリフト量を増大させる場合には、モータ１４の出力軸１６をリフト量の増大方向に回転させる。この結果、可変動弁機構１０の制御軸１２は、減速機構１８を介してリフト増大方向へ回転駆動されて、バルブのリフト量が制御軸１２の回転角に応じて増大する。
【００２９】
（制御軸の回転角制御動作）
エンジンの運転状態に基づいてバルブのリフト量が特定されると、当該リフト量を実現すべく、制御軸の回転制御が実行される。より具体的には、制御軸１２の実回転角が所望のリフト量を実現するための目標回転角に一致するように、モータ１４を適当に駆動する。
【００３０】
ここで、通常のリフト量可変動作において使用する制御軸１２の回転角は６０度程度の範囲内であるため、制御軸１２の回転角を直接検出する構成では、精度よくその回転角を検出することが困難となる。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、モータ１４の回転角に応じて、可変抵抗器２８の抵抗値を変化させるように構成されている。より具体的には、上述したとおり、モータ１４の出力軸１６には雄ネジ部材２４が配置されている。このため、モータ１４の出力軸１６が回転することにより雄ネジ部材２４が回転すると、これに螺合する雌ネジ部材２６が軸線Ａ−Ａ方向に移動する。雌ネジ部材２６には、可変抵抗器２８の可動端子２９が取り付けられている。このため、モータ１４の回転角に応じて可変抵抗器２８の抵抗値を変化させることができる。
【００３２】
可変抵抗器２８の出力は、制御軸１２の位置フィードバック情報としてアンプ３２に送られる。具体的には、例えば、可変抵抗器２８の抵抗値に応じて、２Ｖ〜８Ｖの電圧値として出力される。また、ＥＣＵ３０では、運転状態に基づいて特定された制御軸１２の回転角目標値に対応する出力（例えば、２Ｖ〜８Ｖの電圧値）が演算されて、アンプ３２に送られる。アンプ３２では、これらの出力値が比較されて、その差分に応じた動作指令をドライバ３４に出力する。ドライバ３４は、供給された動作指令に対応する駆動電力を、バッテリ３６からモータ１４へ供給する。
【００３３】
このように、本実施の形態のシステムによれば、可変抵抗器２８からの出力電圧値を制御物理量として直接用いることができるので、信号変換等の処理を行うことなく、制御軸１２の回転角を所望の回転角に制御することができる。また、可変抵抗器２８の動作は、減速機構１８において減速される前のモータ１４の回転を利用して行われるので、可動端子２９の移動量を十分に確保し、検出精度を効果的に向上させることができる。
【００３４】
尚、可変動弁機構１０における制御軸１２の回転角可変範囲は、当該可変動弁装置が搭載されるエンジンによって異なることとなる。そこで、制御軸１２の回転角可変範囲が異なる範囲となる場合には、雄ネジ部材２４および雌ネジ部材２６のピッチを変更することとする。具体的には、制御軸１２の回転角可変範囲が狭い場合には、雄ネジ部材２４および雌ネジ部材２６のピッチを大きくすることにより、可変抵抗器２８の可変範囲を広げて検出分解能を維持することができる。
【００３５】
ところで、上述した実施の形態においては、減速機構１８としてウォームシャフト２０とウォームホイール２２とを用いているが、本発明に用いられる減速機構はこれに限られない。すなわち、モータ１４の出力軸１６の回転が減速されて制御軸１２に伝達されるのであれば、更に複数のギアを介在させる構成でもよいし、また、他の減速機構を用いることとしてもよい。
【００３６】
また、上述した実施の形態においては、雄ネジ部材２４をウォームシャフト２０と一体に形成して、モータ１４の出力軸１６に取り付けることとしているが、雄ネジ部材２４の取り付け場所はモータ１４の出力軸と同軸に限られない。すなわち、モータ１４の高速回転が伝達されるのであれば、モータ１４の出力軸１６とは異なる軸上に配置し、ギアを介して動力を伝達させる構成でもよい。
【００３７】
また、上述した実施の形態においては、雌ネジ部材２６に可変抵抗器２８の可動端子２９を取り付け、該雌ネジ部材２６の位置に応じた電圧を出力することとしているが、該雌ネジ部材２６の位置を検出する構成はこれに限られない。すなわち、他の公知な手法を用いて、雌ネジ部材２６の位置に応じた出力を検知することとしてもよい。
【００３８】
また、上述した実施の形態においては、可変動弁機構１０における制御軸１２の回転角を制御することとしているが、本発明の制御対象は可変動弁機構１０に限られない。すなわち、モータにより駆動され、且つ、回転角の制御を必要とする他のアクチュエータの制御装置に用いることとしてもよい。また、雄ネジ部材２４、雌ネジ部材２６、および可変抵抗器２８からなる構造を、回転角を検知するためのセンサとして他の用途に使用することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための全体構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  可変動弁機構
１２  制御軸
１４  モータ
１６  出力軸
１８  減速機構
２０  ウォームシャフト
２２  ウォームホイール
２４  雄ネジ部材
２６  雌ネジ部材
２８  可変抵抗器
２９  可動端子
３０  ECU(Electronic Control Unit)
３２  アンプ
３４  ドライバ
３６  バッテリ
【図１】
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