JP2010031755A - Intake air control device - Google Patents

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Misozo Suzuki
三十三 鈴木
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Aisin Seiki Co Ltd
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an intake air control device capable of controlling an intake air quantity efficiently by an actuator in an internal combustion engine equipped with at least two cylinders. <P>SOLUTION: The internal combustion engine 10 having the plurality of cylinders 12 is provided with a shaft body 3 arranged over respective intake passages 17 for the at least two cylinders 12, the actuator 4 for rotating and driving the shaft body 3 in both normal and reverse directions, a valve element 2, arranged for the shaft element 3 via an one-way clutch 5, switched between an open state for opening the intake air passage 17 and a close state for closing the intake air passage by being rotated and driven to respectively different directions by the shaft element 3 and a holding mechanism 6 for holding the valve element 2 in the open state or the close state. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の気筒への吸気を制御する吸気制御装置に関する。   The present invention relates to an intake air control device that controls intake air into a cylinder of an internal combustion engine.

従来から、内燃機関の燃焼室への吸気充填効率を高め、内燃機関の出力の向上、吸入流速アップによる燃焼の改善、スモークの低減等を図るべく、内燃機関の負荷状態や気筒の吸気弁の開閉状態に応じて吸入空気量を調整する装置があった。そのような装置では、吸入空気を調整するために、吸気弁よりも上流側の吸気通路に弁を設け、クランクシャフトの回転に同期させてこの弁を開閉させていた。複数の気筒を備える内燃機関の吸気制御装置の場合は、例えば、気筒の数に応じて備えられた複数の弁を、夫々の気筒毎に備えられたアクチュエータによって開閉させる（特許文献１参照）。
特開平６−２２１１６６号 Conventionally, in order to increase the efficiency of intake charging into the combustion chamber of the internal combustion engine, improve the output of the internal combustion engine, improve combustion by increasing the intake flow velocity, reduce smoke, etc., the load state of the internal combustion engine and the intake valve of the cylinder There is a device that adjusts the amount of intake air according to the open / close state. In such a device, in order to adjust the intake air, a valve is provided in the intake passage upstream of the intake valve, and this valve is opened and closed in synchronization with the rotation of the crankshaft. In the case of an intake control device for an internal combustion engine including a plurality of cylinders, for example, a plurality of valves provided in accordance with the number of cylinders are opened and closed by actuators provided for the respective cylinders (see Patent Document 1).
JP-A-6-221166

しかしながら、特許文献１の技術は、夫々の気筒にアクチュエータを備える構成であるため、吸気制御装置を小型化することができず、コスト高な吸気制御装置となっていた。これを解消するために、機械的なリンクにより、一つのアクチュエータで夫々の弁を異なるタイミングで開閉させることはできる。しかし、リンクが複雑になってアクチュエータで動作させるべき部材数が増えるため、動作抵抗が増大して、弁開閉の時間遅れが発生したりする。このため、高速の動作が要求される吸気制御装置には適さない。   However, since the technology of Patent Document 1 has a configuration in which an actuator is provided in each cylinder, the intake control device cannot be reduced in size and has become an expensive intake control device. In order to solve this problem, each valve can be opened and closed at different timings by one actuator by a mechanical link. However, since the link becomes complicated and the number of members to be operated by the actuator increases, the operation resistance increases and a time delay of valve opening / closing occurs. For this reason, it is not suitable for an intake control device that requires high-speed operation.

本発明は上記実情に鑑み、少なくとも二つの気筒を備える内燃機関において、一つのアクチュエータで効率良く吸入空気量を制御できる吸気制御装置を提供することを目的としている。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an intake control device that can efficiently control an intake air amount with a single actuator in an internal combustion engine having at least two cylinders.

本発明に係る吸気制御装置の第１特徴構成は、複数の気筒を有する内燃機関において、少なくとも二つの前記気筒への夫々の吸気通路に亘って設けられた一つの軸体と、前記軸体を正逆両方向に回転駆動する一つのアクチュエータと、前記軸体にワンウェイクラッチを介して設けられ、前記軸体により夫々異なる方向に回転駆動されて前記吸気通路を開放する開状態と前記吸気通路を閉塞する閉状態とに切り換わる弁体と、前記弁体を開状態又は閉状態に保持する保持機構とを備えた点にある。   A first characteristic configuration of an intake air control device according to the present invention is an internal combustion engine having a plurality of cylinders. One shaft body provided over each intake passage to at least two cylinders, and the shaft body One actuator that is rotationally driven in both forward and reverse directions, and a one-way clutch provided on the shaft body. The shaft body is rotationally driven in different directions to open the intake passage, and the intake passage is closed. A valve body that switches to a closed state, and a holding mechanism that holds the valve body in an open state or a closed state.

本構成によると、アクチュエータの正方向の回転駆動によってのみ回転駆動する弁体とアクチュエータの逆方向の回転駆動によってのみ回転駆動する弁体とを一つの軸体に備えることができる。このため、一つのアクチュエータを正逆両方向に回転駆動させることによって、二つ以上の弁体を各気筒の吸気弁の開閉タイミングに応じた夫々異なるタイミングで開状態又は閉状態とすることができる。したがって、コンパクト且つ低コストの吸気制御装置とすることができる。   According to this configuration, it is possible to provide, in one shaft body, a valve body that is rotationally driven only by the rotational drive in the forward direction of the actuator and a valve body that is rotationally driven only by the rotational drive in the reverse direction of the actuator. Therefore, by rotating one actuator in both forward and reverse directions, two or more valve bodies can be opened or closed at different timings according to the opening / closing timing of the intake valve of each cylinder. Accordingly, a compact and low-cost intake control device can be provided.

本構成によると、弁体を開状態又は閉状態に保持する保持機構を備えるため、保持機構によって回転する弁体を開状態又は閉状態で停止させることができる。また、弁体がワンウェイクラッチを介して軸体に設けられているため、軸体がどちらか一方向回りに回転駆動したときのみ、弁体は軸体と共にその方向に回転する。軸体が他方向回りに回転駆動したときは、弁体は軸体と共に回転しない。即ち、軸体に対して一方向回りに相対回転する。よって、一度軸体と共に回転し始めた弁体は、軸体が停止してもその回転方向の回転を続ける。このため、アクチュエータは軸体を弾くだけで良く、他方向の回転駆動に素早く移行することができ、アクチュエータの負荷を抑えることができる。   According to this configuration, since the holding mechanism that holds the valve body in the open state or the closed state is provided, the valve body that is rotated by the holding mechanism can be stopped in the open state or the closed state. Further, since the valve body is provided on the shaft body via the one-way clutch, the valve body rotates in that direction together with the shaft body only when the shaft body is driven to rotate in one direction. When the shaft body is driven to rotate in the other direction, the valve body does not rotate with the shaft body. That is, it rotates relative to the shaft around one direction. Therefore, the valve body that has started rotating together with the shaft body continues to rotate in the rotation direction even when the shaft body stops. For this reason, the actuator only needs to flip the shaft, and can quickly shift to rotational driving in the other direction, thereby suppressing the load on the actuator.

さらに、複雑な機械的リンクを用いていないため、動作抵抗が増大することもない。したがって、弁開閉の時間遅れ等の問題も起こらず、精度の良い吸気制御装置とすることができる。   Furthermore, since a complicated mechanical link is not used, the operating resistance is not increased. Therefore, a problem such as a time delay in valve opening / closing does not occur, and a highly accurate intake control device can be obtained.

本発明に係る吸気制御装置の第２特徴構成は、前記保持機構が、前記吸気通路の側に設けられた電磁石と、前記弁体の側に設けられた磁性体とを備えた点にある。   A second characteristic configuration of the intake control device according to the present invention is that the holding mechanism includes an electromagnet provided on the intake passage side and a magnetic body provided on the valve body side.

本構成によると、吸気通路の側に設けた電磁石に通電して磁力を発生させ、弁体の側に設けた磁性体を電磁石に引きつけて、弁体を開状態又は閉状態に保持することができる。通電に際しては、弁体の回転中に磁力が発生するため、弁体を次の開状態又は閉状態へ引き寄せるという効果もある。また、磁性体が磁極を有する場合は、通電の向きを変えて磁性体と反対の磁極を発生させ、電磁石と磁性体とを反発させることにより、弁体を次の開状態又は閉状態へ送り出すことも可能である。   According to this configuration, the electromagnet provided on the intake passage side is energized to generate a magnetic force, and the magnetic body provided on the valve body side is attracted to the electromagnet to hold the valve body in an open state or a closed state. it can. During energization, magnetic force is generated during the rotation of the valve body, which has the effect of drawing the valve body to the next open or closed state. In addition, when the magnetic body has a magnetic pole, the direction of energization is changed to generate a magnetic pole opposite to the magnetic body, and the electromagnet and the magnetic body are repelled to send the valve body to the next open or closed state. It is also possible.

このように、電磁力を利用すれば、アクチュエータの負担を軽減させることができ、その分アクチュエータを小型化することもできる。さらに、電磁的な保持機構であるため、保持動作の精度が良く、物理的に弁体を保持する機構と比べ、弁体の回転速度に応じたより高度な制御を行うことができる。   Thus, if the electromagnetic force is used, the load on the actuator can be reduced, and the actuator can be downsized accordingly. Furthermore, since it is an electromagnetic holding mechanism, the accuracy of the holding operation is high, and more advanced control according to the rotational speed of the valve body can be performed as compared with a mechanism that physically holds the valve body.

本発明に係る吸気制御装置を、自動車の４気筒エンジンに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態において、内燃機関としてのエンジン１０は４サイクルのエンジンである。   An embodiment in which an intake control device according to the present invention is applied to a four-cylinder engine of an automobile will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the engine 10 as an internal combustion engine is a four-cycle engine.

（概要）
エンジン１０は、＃１気筒１２ａ、＃２気筒１２ｂ、＃３気筒１２ｃ、＃４気筒１２ｄを有する。夫々の気筒１２には、図１に示すごとく、燃焼室１５、ピストン１６、吸気弁１３、排気弁１４が備えられている。吸入空気は、気筒１２のピストン１６の下降に伴い、白抜き矢印で示すごとく、インジェクタ１９から噴射される燃料と共に、吸気弁１３を介して吸気通路１７を通り燃焼室１５に流入する。燃焼後の排ガスは、ピストン１６の上昇に伴い、白抜き矢印で示すごとく、排気弁１４を介して排気通路１８を通り、必要に応じて吸気通路１７に再循環され、最終的にはエンジン１０から外部に排出される。吸気制御装置１は、吸気通路１７に設けられ、燃焼室１５への吸入空気量を制御する。 (Overview)
The engine 10 includes a # 1 cylinder 12a, a # 2 cylinder 12b, a # 3 cylinder 12c, and a # 4 cylinder 12d. As shown in FIG. 1, each cylinder 12 is provided with a combustion chamber 15, a piston 16, an intake valve 13, and an exhaust valve 14. As the piston 16 of the cylinder 12 descends, the intake air flows into the combustion chamber 15 through the intake valve 17 and the fuel injected from the injector 19 together with the fuel injected from the injector 19. The exhaust gas after combustion passes through the exhaust passage 18 through the exhaust valve 14 and is recirculated to the intake passage 17 as necessary as the piston 16 rises, and finally, the engine 10 Is discharged to the outside. The intake control device 1 is provided in the intake passage 17 and controls the amount of intake air to the combustion chamber 15.

吸気制御装置１は、図２に示すごとく、＃１気筒１２ａへの吸気通路１７ａから＃４気筒１２ｄへの吸気通路１７ｄに亘って設けられている。吸気制御装置１は、弁体としてのバルブ２、軸体としてのシャフト３、アクチュエータとしての回転モータ４、ワンウェイクラッチ５、保持機構６を備えている。回転モータ４と保持機構６とはＥＣＵ１１（エンジン・コントロール・ユニット）に接続してあり、ＥＣＵ１１によって回転モータ４及び保持機構６の動作を制御する。   As shown in FIG. 2, the intake control device 1 is provided from the intake passage 17a to the # 1 cylinder 12a to the intake passage 17d to the # 4 cylinder 12d. The intake control device 1 includes a valve 2 as a valve body, a shaft 3 as a shaft body, a rotary motor 4 as an actuator, a one-way clutch 5, and a holding mechanism 6. The rotation motor 4 and the holding mechanism 6 are connected to an ECU 11 (engine control unit), and the ECU 11 controls operations of the rotation motor 4 and the holding mechanism 6.

シャフト３は、全ての吸気通路１７ａ乃至１７ｄに亘って設けられると共に、夫々の吸気通路１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄに対して直交している。回転モータ４は、シャフト３を正逆両方向回りに回転駆動する。回転モータの回転の正方向は、右回り又は左回りに限定しない。ワンウェイクラッチ５は、シャフト３とバルブ２とに亘って設けられ、シャフト３の左右どちらか一方向回りの回転のみをバルブ２に伝達する。バルブ２は、ワンウェイクラッチ５を介してシャフト３に取り付けられ、シャフト３を回転軸として左回り又は右回りにのみ回転駆動し、吸気通路１７を開放する開状態と吸気通路１７を閉塞する閉状態とに切り換わる。保持機構６は、夫々のバルブ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを開状態又は閉状態に保持する。   The shaft 3 is provided over all the intake passages 17a to 17d and is orthogonal to the respective intake passages 17a, 17b, 17c, and 17d. The rotary motor 4 drives the shaft 3 to rotate in both forward and reverse directions. The positive direction of rotation of the rotary motor is not limited to clockwise or counterclockwise. The one-way clutch 5 is provided across the shaft 3 and the valve 2, and transmits only the rotation of the shaft 3 around one of the left and right directions to the valve 2. The valve 2 is attached to the shaft 3 via the one-way clutch 5 and is driven to rotate only counterclockwise or clockwise with the shaft 3 as a rotation axis, and an open state in which the intake passage 17 is opened and a closed state in which the intake passage 17 is closed. And switch to The holding mechanism 6 holds the valves 2a, 2b, 2c, and 2d in an open state or a closed state.

吸気通路１７は、図５に示すごとく、ボディ１７１、ケース１７２、ボア１７３等から構成されており、気筒１２の上流側のキャブレータ（図示しない）からの吸入空気を燃焼室１５に導く通路である。図３、４に示すごとく、並列する４つの開口を有するケース１７２の各開口にボア１７３が嵌め込まれ、さらにケース１７２はボディ１７１に取り付けられている。このように、ボア１７３及びケース１７２は各気筒１２への吸気通路１７の一部を形成している。ボディ１７１は、インテイクマニホルド（図示しない）に接続されている。   As shown in FIG. 5, the intake passage 17 includes a body 171, a case 172, a bore 173, and the like, and is a passage that guides intake air from a carburetor (not shown) on the upstream side of the cylinder 12 to the combustion chamber 15. . As shown in FIGS. 3 and 4, a bore 173 is fitted into each opening of a case 172 having four openings arranged in parallel, and the case 172 is attached to the body 171. Thus, the bore 173 and the case 172 form a part of the intake passage 17 to each cylinder 12. The body 171 is connected to an intake manifold (not shown).

ボア１７３は、図５に示すごとく、その内周面に、バルブ２の回転方向に沿った所定角度に亘って閉状態を維持するための凹形状からなる不感帯領域１７４を有している。バルブ２はボア１７３の不感帯領域１７４の直交断面とほぼ同じ形状であり、不感帯領域１７４においてバルブ２がボア１７３と接している間は、吸気通路１７が遮断されて閉状態となる。   As shown in FIG. 5, the bore 173 has a dead zone region 174 having a concave shape for maintaining a closed state over a predetermined angle along the rotation direction of the valve 2 on the inner peripheral surface thereof. The valve 2 has substantially the same shape as the orthogonal cross section of the dead zone region 174 of the bore 173, and the intake passage 17 is blocked and closed while the valve 2 is in contact with the bore 173 in the dead zone region 174.

（回転モータ）
回転モータ４は、図３、４に示すごとく、ケース１７２の外側に設置されている。回転モータ４は、正逆両方向に回転駆動し、高速にその切り替えができる高性能なモータである。上述したように、その正方向は左回りであっても、右回りであっても良い。 (Rotary motor)
The rotary motor 4 is installed outside the case 172 as shown in FIGS. The rotary motor 4 is a high-performance motor that can be driven to rotate in both forward and reverse directions and switch at high speed. As described above, the positive direction may be counterclockwise or clockwise.

（シャフト）
シャフト３は、図３、４に示すごとく、吸気通路１７、即ち、ケース１７２及び全てのボア１７３に対して回転可能となっている。シャフト３の一方の端部３１は回転モータ４の出力軸４１に接続され、他方の端部３２はケース１７２に設置されたベアリング８によって支持されており、回転モータ４を回転駆動するとシャフト３は円滑に回転される。 (shaft)
As shown in FIGS. 3 and 4, the shaft 3 is rotatable with respect to the intake passage 17, that is, the case 172 and all the bores 173. One end 31 of the shaft 3 is connected to the output shaft 41 of the rotary motor 4, and the other end 32 is supported by a bearing 8 installed in the case 172. When the rotary motor 4 is driven to rotate, the shaft 3 is Smooth rotation.

（バルブ）
バルブ２は、図２に示すごとく、夫々の吸気通路１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄに設けられると共に、図５に示すごとく、後述する中間シャフト７に装着されている。バルブ２は、高速回転に耐え得る程度の厚みを持った板状の部材であって、上述したようにボア１７３の直交断面とほぼ同じ形状である。バルブ２の中央付近は中間シャフト７の形状に合わせて凹型に加工してあり、その凹型を中間シャフト７に嵌合させてビス２１により固定している。ただし、バルブ２が高速回転駆動することにより、バルブ２が中間シャフト７から外れないよう確実に固定する必要がある。 (valve)
The valve 2 is provided in each intake passage 17a, 17b, 17c, 17d as shown in FIG. 2, and is attached to an intermediate shaft 7 described later as shown in FIG. The valve 2 is a plate-like member having a thickness that can withstand high-speed rotation, and has substantially the same shape as the orthogonal cross section of the bore 173 as described above. The central portion of the valve 2 is processed into a concave shape in accordance with the shape of the intermediate shaft 7, and the concave shape is fitted to the intermediate shaft 7 and fixed with screws 21. However, it is necessary to securely fix the valve 2 so as not to be detached from the intermediate shaft 7 by driving the valve 2 at high speed.

中間シャフト７は、図３乃至５に示すごとく、シャフト３の外径よりも僅かに大きい内径を有し、シャフト３と同軸芯の円筒状のシャフトで、シャフト３に外挿されつつ、夫々のバルブ２毎に設けられている。中間シャフト７は、ボア１７３の側に設けたベアリング８を介してボア１７３に設置されており、ボア１７３及びシャフト３に対して回転自在である。さらに、図３、４、６に示すごとく、中間シャフト７の一方の端部は、ベアリング８よりも外側に延出しており、その径方向の厚みを大きくしてワンウェイクラッチ５が組み込まれている。   As shown in FIGS. 3 to 5, the intermediate shaft 7 has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the shaft 3, and is a cylindrical shaft coaxial with the shaft 3. It is provided for each valve 2. The intermediate shaft 7 is installed in the bore 173 via a bearing 8 provided on the bore 173 side, and is rotatable with respect to the bore 173 and the shaft 3. Further, as shown in FIGS. 3, 4, and 6, one end portion of the intermediate shaft 7 extends to the outside of the bearing 8, and the one-way clutch 5 is incorporated with an increased thickness in the radial direction. .

シャフト３の他方の端部３２及び中間シャフト７の両端は、ベアリング８によって夫々支持されているため、その回転に対する摩擦力は軽減される。このため、回転モータ４への負荷を抑えることができる。   Since the other end portion 32 of the shaft 3 and both ends of the intermediate shaft 7 are supported by the bearings 8 respectively, the frictional force against the rotation is reduced. For this reason, the load to the rotary motor 4 can be suppressed.

（ワンウェイクラッチ）
ワンウェイクラッチ５は、図６に示すごとく、シャフト３と中間シャフト７との間に設けられている。ワンウェイクラッチ５は、中間シャフト７の内周面に凹部５１を数箇所設けて、その凹部５１にローラー５２とバネ５３を備えた一般的なワンウェイクラッチ５である。凹部５１のスペースは一方の端部５４に向けて狭くしてあり、ローラー５２を他方の端部５５の側から一方の端部５４の側にバネ５３によって常時付勢してある。 (One-way clutch)
The one-way clutch 5 is provided between the shaft 3 and the intermediate shaft 7 as shown in FIG. The one-way clutch 5 is a general one-way clutch 5 in which several recesses 51 are provided on the inner peripheral surface of the intermediate shaft 7, and rollers 52 and springs 53 are provided in the recesses 51. The space of the recess 51 is narrowed toward the one end 54, and the roller 52 is constantly urged by the spring 53 from the other end 55 to the one end 54.

シャフト３が左回りに回転駆動すると、ローラー５２が一方の端部５４の狭いスペースに噛み込んで楔のような役割をなす。このため、シャフト３と中間シャフト７とは一体となって回転する。反対に、シャフト３が右回りに回転駆動すると、ローラー５２は他方の端部５５の側の広いスペースに移動し、ローラー５２はスペースに拘束されない。このため、中間シャフト７はシャフト３に対して回転して、絶対的には静止したままとなる。即ち、シャフト３が左回りに回転駆動したときのみ、バルブ２はシャフト３と共に左回りに回転駆動する。ワンウェイクラッチ５の機構を反転させれば、シャフト３が右回りに回転駆動したときのみ、バルブ２はシャフト３共に右回りに回転駆動する。   When the shaft 3 is driven to rotate counterclockwise, the roller 52 bites into a narrow space at one end portion 54 and functions like a wedge. For this reason, the shaft 3 and the intermediate shaft 7 rotate together. On the contrary, when the shaft 3 is driven to rotate clockwise, the roller 52 moves to a wide space on the other end 55 side, and the roller 52 is not constrained by the space. For this reason, the intermediate shaft 7 rotates relative to the shaft 3 and remains absolutely stationary. That is, only when the shaft 3 is rotated counterclockwise, the valve 2 is rotated counterclockwise together with the shaft 3. If the mechanism of the one-way clutch 5 is reversed, the valve 2 is driven to rotate clockwise together with the shaft 3 only when the shaft 3 is driven clockwise.

例えば、シャフトの３の左回りの回転のみを伝達するワンウェイクラッチ５を備えた中間シャフト７は、シャフト３が右回りに回転駆動したときは、シャフト３に対して左回りに相対回転して、絶対的には回転しない。すなわち、一度シャフト３と共に左回りに回転し始めた中間シャフトは、シャフトが停止しても左回りに回転駆動し続ける。   For example, the intermediate shaft 7 provided with the one-way clutch 5 that transmits only the counterclockwise rotation of the shaft 3 rotates relative to the shaft 3 counterclockwise when the shaft 3 is rotated clockwise. Absolutely does not rotate. That is, the intermediate shaft that has once started to rotate counterclockwise together with the shaft 3 continues to rotate counterclockwise even if the shaft stops.

（保持機構）
保持機構６は、図３、４、６に示すごとく、ケース１７２の内周面に設置した電磁石６１と、中間シャフト７の外周面に設置した磁性体６２とからなる。電磁石６１は、磁性材料の芯のまわりに、コイルを巻いたもので、通電すると磁力が発生し、通電を止めると磁力は失われる。磁性材料は、例えば酸化鉄、酸化クロム、フェライト等である。磁性体６２も同様な材料である。 (Holding mechanism)
As shown in FIGS. 3, 4, and 6, the holding mechanism 6 includes an electromagnet 61 installed on the inner peripheral surface of the case 172 and a magnetic body 62 installed on the outer peripheral surface of the intermediate shaft 7. The electromagnet 61 is obtained by winding a coil around a core of a magnetic material, and generates a magnetic force when energized and loses the magnetic force when the energization is stopped. Examples of the magnetic material include iron oxide, chromium oxide, and ferrite. The magnetic body 62 is also a similar material.

保持機構６は各バルブ２に対して夫々設けている。電磁石６１は、シャフト３の回転軸芯に垂直な平面上であって、吸気通路１７に垂直な方向と平行な方向とに９０度毎に四箇所設けてある。磁性体６２は、前記平面上へ９０度毎に四箇所設けてある。バルブ２は、１８０度開いて対向している任意の二つの磁性体６２を結ぶ直線に沿って取り付けてある。   A holding mechanism 6 is provided for each valve 2. The electromagnets 61 are provided at four positions every 90 degrees on a plane perpendicular to the rotational axis of the shaft 3 and in a direction parallel to the direction perpendicular to the intake passage 17. Four magnetic bodies 62 are provided on the plane every 90 degrees. The valve 2 is attached along a straight line connecting any two magnetic bodies 62 that are opposed to each other by opening 180 degrees.

バルブ２が回転しているときに、電磁石６１に通電して磁力を発生させると、夫々の電磁石６１が最も近傍にある磁性体６２を引き寄せ、図６のような状態で中間シャフト７は停止する。このとき、バルブ２は、図５に実線で示すような開状態にあるか、点線で示すような閉状態にある。電磁石６１への通電を続ければ、バルブ２を開状態又は閉状態に保持し続けることができる。通電を止めれば、バルブ２を保持するものはなくなり、中間シャフト７に回転力を与えればバルブ２は回転駆動する。   When the electromagnet 61 is energized to generate a magnetic force while the valve 2 is rotating, each electromagnet 61 draws the magnetic body 62 closest to the electromagnet 61, and the intermediate shaft 7 stops in a state as shown in FIG. . At this time, the valve 2 is in an open state as shown by a solid line in FIG. 5 or in a closed state as shown by a dotted line. If energization of the electromagnet 61 is continued, the valve 2 can be kept in the open state or the closed state. If the energization is stopped, there is no longer anything holding the valve 2, and if a rotational force is applied to the intermediate shaft 7, the valve 2 is rotationally driven.

電磁石６１への通電は、バルブ２が前の状態から４５度以上回転してから行う。バルブ２の回転が４５度に至っていない場合は、前の状態のときに引き合っていた電磁石６１と磁性体６２とが引き合い、バルブ２の回転と反対向きの力が発生してしまう可能性があるからである。   Energization of the electromagnet 61 is performed after the valve 2 has rotated 45 degrees or more from the previous state. If the rotation of the valve 2 does not reach 45 degrees, the electromagnet 61 and the magnetic body 62 attracted in the previous state attract each other, and a force opposite to the rotation of the valve 2 may be generated. Because.

また、保持機構６をワンウェイクラッチ５と同じ位置に設けることによって、吸気制御装置１をシャフト３の軸芯方向にコンパクトにしている。   Further, the intake control device 1 is made compact in the axial direction of the shaft 3 by providing the holding mechanism 6 at the same position as the one-way clutch 5.

以上の構成によると、回転モータ４の正方向の回転駆動によってのみ回転駆動するバルブ２と、回転モータ４の逆方向の回転駆動によってのみ回転駆動するバルブ２とを一つのシャフト３に備えることができる。このため、回転モータ４の正逆両方向に回転駆動させることによって、四つのバルブを吸気弁１３の開閉に応じた夫々異なるタイミングで開状態又は閉状態とすることができる。したがって、コンパクト且つ低コストの吸気制御装置とすることができる。また、複雑な機械的リンクを用いていないため、時間遅れ等の問題も起こらず、精度の良い吸気制御装置とすることができる。   According to the above configuration, the single shaft 3 includes the valve 2 that is rotationally driven only by the rotational drive in the forward direction of the rotary motor 4 and the valve 2 that is rotationally driven only by the rotational drive in the reverse direction of the rotational motor 4. it can. For this reason, by rotating the rotation motor 4 in both forward and reverse directions, the four valves can be opened or closed at different timings depending on whether the intake valve 13 is opened or closed. Accordingly, a compact and low-cost intake control device can be provided. Further, since a complicated mechanical link is not used, problems such as time delay do not occur, and a highly accurate intake control device can be obtained.

本構成によると、吸気制御装置１は、保持機構６とワンウェイクラッチを備えている。このため、回転モータ４はシャフト３を弾くだけで良く、他方向の回転駆動に素早く移行することができ、回転モータ４の負荷を抑えることができる。   According to this configuration, the intake control device 1 includes the holding mechanism 6 and the one-way clutch. For this reason, the rotation motor 4 only has to play the shaft 3, can quickly shift to the rotation drive in the other direction, and the load on the rotation motor 4 can be suppressed.

上述したように、ボア１７３に不感帯領域１７４を設けているため、バルブ２がボア１７３と不感帯領域１７４において接している間は、吸気通路１７が遮断されて閉状態となる。したがって、電磁石６１及び磁性体６２の設置に多少の誤差があっても、バルブ２は確実に吸気通路１７を遮断することができる。   As described above, since the dead zone region 174 is provided in the bore 173, the intake passage 17 is blocked and closed while the valve 2 is in contact with the bore 173 in the dead zone region 174. Therefore, even if there is some error in the installation of the electromagnet 61 and the magnetic body 62, the valve 2 can reliably block the intake passage 17.

（吸気制御装置の動作）
吸気制御装置１の動作を図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明を適用したエンジン１０の模式図であって、＃１気筒１２ａが圧縮工程、＃２気筒１２ｂが爆発工程、＃３気筒１２ｃが吸気工程、＃４気筒１２ｄが排気工程にあるときの状態を示している。 (Operation of intake control device)
The operation of the intake control device 1 will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic diagram of the engine 10 to which the present invention is applied. The # 1 cylinder 12a is in the compression process, the # 2 cylinder 12b is in the explosion process, the # 3 cylinder 12c is in the intake process, and the # 4 cylinder 12d is in the exhaust process. It shows a certain state.

４サイクルエンジンにおいては、クランクシャフト（図示しない）が２回転する間に、吸気、圧縮、爆発、排気の一連の工程が行われるため、図７に示すごとく、＃１気筒１２ａ、＃３気筒１２ｂ、＃４気筒１２ｃ、＃２気筒１２ｄの順に、夫々のピストン１６は１８０度ずつ回転位相がずれている。＃１気筒１２ａと＃４気筒１２ｄとのピストン１６の回転位相は３６０度ずれており、即ち、夫々のピストン１６は同じ動きをしており、また、＃２気筒１２ｂと＃３気筒１２ｃとのピストン１６の回転位相は３６０度ずれており、即ち、夫々のピストン１６は同じ動きをしている。例えば、＃１気筒１２ａのピストン１６がＴＤＣ（上死点）に位置するとき＃４気筒１２ｄのピストン１６もＴＤＣに位置し、＃１気筒１２ａのピストン１６が下死点ＢＤＣ（下死点）に位置するとき＃４気筒１２ｄのピストン１６も下死点ＢＤＣに位置する。なお、図７の横軸はクランクシャフトの時系列の回転位相を表している。   In the 4-cycle engine, a series of steps of intake, compression, explosion, and exhaust are performed while the crankshaft (not shown) rotates twice, so that as shown in FIG. 7, the # 1 cylinder 12a and the # 3 cylinder 12b , # 4 cylinder 12c, # 2 cylinder 12d, the respective pistons 16 are 180 degrees out of rotation. The rotational phases of the pistons 16 of the # 1 cylinder 12a and the # 4 cylinder 12d are shifted by 360 degrees, that is, the pistons 16 move in the same manner, and the # 2 cylinder 12b and the # 3 cylinder 12c The rotational phases of the pistons 16 are shifted by 360 degrees, that is, each piston 16 moves in the same manner. For example, when the piston 16 of the # 1 cylinder 12a is located at TDC (top dead center), the piston 16 of the # 4 cylinder 12d is also located at TDC, and the piston 16 of the # 1 cylinder 12a is located at bottom dead center BDC (bottom dead center). The piston 16 of the # 4 cylinder 12d is also located at the bottom dead center BDC. The horizontal axis in FIG. 7 represents the time-series rotational phase of the crankshaft.

通常、吸気充填効率を向上させるために、各気筒１２の吸気弁１３はピストン１６がＴＤＣ又はＢＤＣにあるときに開閉するのではなく、図７に示すごとく、少し早めに開弁し、又は、遅めに閉弁する。図示しないが、同様に排気弁もＢＤＣ又はＴＤＣのタイミングよりも少し早めに開弁し、又は遅めに閉弁する。   Normally, in order to improve the intake charging efficiency, the intake valve 13 of each cylinder 12 is not opened and closed when the piston 16 is at TDC or BDC, but is opened slightly earlier as shown in FIG. Close the valve late. Although not shown, similarly, the exhaust valve opens a little earlier than the timing of BDC or TDC or closes later.

吸気弁１３が開弁し始めたとき、バルブ２は閉状態にあり、バルブ２と吸気弁１３との間の吸気通路１７にある空気が燃焼室１５に流入し始める。その後、吸気弁１３の開度がピークに達する頃には、その吸気通路１７の空気は減少し、空気圧が下がっている。このときにバルブ２を開状態とすると、一気に吸気通路１７に空気が流れ込み、吸気弁１３の開度が小さくなりつつあっても、さらに吸気充填効率を向上させることができる。そして、吸気弁１３が閉弁する前に、バルブ２を閉状態にする。   When the intake valve 13 starts to open, the valve 2 is in a closed state, and the air in the intake passage 17 between the valve 2 and the intake valve 13 starts to flow into the combustion chamber 15. Thereafter, when the opening degree of the intake valve 13 reaches a peak, the air in the intake passage 17 decreases and the air pressure decreases. If the valve 2 is opened at this time, even if air flows into the intake passage 17 at a stretch, and the opening degree of the intake valve 13 is decreasing, the intake charging efficiency can be further improved. Then, the valve 2 is closed before the intake valve 13 is closed.

図２に示すごとく、バルブ２ａとバルブ２ｄとは、中間シャフト７を介してシャフト３の右回りの回転のみを伝達する第１ワンウェイクラッチ５Ｒを夫々備え、バルブ２ｂとバルブ２ｃとは、中間シャフト７を介してシャフト３の左回りの回転のみを伝達する第２ワンウェイクラッチ５Ｌを夫々備えている。このため、回転モータ４を右回りに回転駆動させると、バルブ２ａとバルブ２ｄとは回転駆動し、バルブ２ｂとバルブ２ｃとは回転しない。また、回転モータ４を左回りに回転駆動させると、バルブ２ｂとバルブ２ｃとは回転駆動し、バルブ２ａとバルブ２ｄとは回転しない。   As shown in FIG. 2, the valve 2a and the valve 2d are each provided with a first one-way clutch 5R that transmits only the clockwise rotation of the shaft 3 via the intermediate shaft 7, and the valve 2b and the valve 2c are each an intermediate shaft. The second one-way clutch 5 </ b> L that transmits only the counterclockwise rotation of the shaft 3 is provided. Therefore, when the rotary motor 4 is rotated clockwise, the valves 2a and 2d are driven to rotate, and the valves 2b and 2c are not rotated. When the rotary motor 4 is driven to rotate counterclockwise, the valves 2b and 2c are driven to rotate, and the valves 2a and 2d do not rotate.

例えば、図７に示すごとく、＃３気筒１２ｃが吸気工程を行っているとき、吸気弁１３ｃの開度がピークに達した頃に、ＥＣＵ１１の制御により回転モータ４を微少角度左回りに回転駆動させる。すると、バルブ２ｃは左回りに回転駆動し、閉状態から開状態に切り換わる。同時に、バルブ２ｂも回転駆動して、閉状態から開状態に切り換わる。このとき、＃２気筒１２ｂは爆発工程にあり、その吸気弁１３ｂは閉弁しているため、バルブ２ｂが開状態となっても何ら支障はない。バルブ２ｂが開状態となることによって、バルブ２ｂと吸気弁１３ｂとの間の吸気通路１７ｃには、確実に吸入空気が満たされる。その後、吸気弁１３ｃが閉弁する前に、再び回転モータ４を微小角度左回りに回転駆動させると、バルブ２ｃとバルブ２ｂとは、左回りに回転駆動して、開状態から閉状態に切り換わる。この間、バルブ２ａとバルブ２ｄとは、第１ワンウェイクラッチ５Ｒの作用により、閉状態を保持したままである。図７に示すごとく、回転モータ４の動作（ｉ）、（ii）、（iii）、（iv）に対応するバルブ２ｃの動作が、＃３気筒１２ｃの欄の（ｉ）、（ii）、（iii）、（iv）であり、同様に図４の（ｉ）、（ii）、（iii）、（iv）である。   For example, as shown in FIG. 7, when the # 3 cylinder 12c is performing the intake process, when the opening of the intake valve 13c reaches a peak, the rotary motor 4 is rotated counterclockwise by a small angle under the control of the ECU 11. Let Then, the valve 2c is rotated counterclockwise and switched from the closed state to the open state. At the same time, the valve 2b is also rotationally driven to switch from the closed state to the open state. At this time, the # 2 cylinder 12b is in the explosion process, and its intake valve 13b is closed, so there is no problem even if the valve 2b is opened. By opening the valve 2b, the intake air 17c between the valve 2b and the intake valve 13b is reliably filled with intake air. Thereafter, before the intake valve 13c is closed, when the rotary motor 4 is rotated again counterclockwise by a minute angle, the valves 2c and 2b are rotated counterclockwise to switch from the open state to the closed state. Change. During this time, the valve 2a and the valve 2d remain in the closed state by the action of the first one-way clutch 5R. As shown in FIG. 7, the operation of the valve 2c corresponding to the operation (i), (ii), (iii), (iv) of the rotary motor 4 is the same as (i), (ii), (Iii), (iv), and similarly (i), (ii), (iii), (iv) of FIG.

バルブ２ｃを開状態とするために回転モータ４を回転駆動させる直前に、ＥＣＵ１１は、バルブ２ｃとバルブ２ｂとに係る電磁石６１への通電を停止し、バルブ２ｃとバルブ２ｂとを左回りに回転可能にする。また、バルブ２ｃが４５以上回転したタイミングで再び前記電磁石６１に通電し、バルブ２ｃとバルブ２ｂとを開状態に誘導し、保持する。バルブ２ｂとバルブ２ｃを開状態から閉状態とするときも、同様の制御を行う。この間、バルブ２ａとバルブ２ｄとに係る電磁石６１には通電がなされたままで、バルブ２ａとバルブ２ｄとは確実に閉状態に保持されている。   Immediately before the rotary motor 4 is rotationally driven to open the valve 2c, the ECU 11 stops energizing the electromagnet 61 related to the valve 2c and the valve 2b, and rotates the valve 2c and the valve 2b counterclockwise. enable. In addition, the electromagnet 61 is energized again at the timing when the valve 2c rotates 45 or more, and the valve 2c and the valve 2b are guided and held in the open state. The same control is performed when the valve 2b and the valve 2c are changed from the open state to the closed state. During this time, the electromagnet 61 associated with the valve 2a and the valve 2d remains energized, and the valve 2a and the valve 2d are securely held in the closed state.

＃２気筒１２ｂが吸気工程を行うときも、上述の制御と同じ制御を行う。また、＃１気筒１２ａ又は＃４気筒１２ｄが吸気工程を行うときは、上述の制御と反対に、電動モータを右回りに回転駆動させる。バルブ２ａとバルブ２ｄとは右回りに回転駆動し、閉状態から開状態へ、又は、開状態から閉状態へ切り換わる。このとき、第２ワンウェイクラッチ５Ｌの作用によりバルブ２ｂとバルブ２ｃとは回転せず、さらに、バルブ２ｂとバルブ２ｃとに係る電磁石６１には通電がなされたままであり、バルブ２ｂとバルブ２ｃとは確実に閉状態に保持されている。   When the # 2 cylinder 12b performs the intake process, the same control as described above is performed. Further, when the # 1 cylinder 12a or the # 4 cylinder 12d performs the intake process, the electric motor is driven to rotate clockwise as opposed to the above control. The valve 2a and the valve 2d are rotated clockwise and switched from the closed state to the open state, or from the open state to the closed state. At this time, the valve 2b and the valve 2c do not rotate due to the action of the second one-way clutch 5L, and the electromagnet 61 related to the valve 2b and the valve 2c remains energized, and the valve 2b and the valve 2c are It is securely held closed.

また、磁性体が磁極を有する永久磁石である場合、例えば、電磁石６１に向く側にＮ極の磁極を有する永久磁石である場合、回転モータが回転駆動し始めるや否や、電磁石がＮ極となるよう通電する。磁性体と電磁石とは反発し合い、バルブの回転に勢いが付く。バルブが４５度以上回転したとき、通電方向を反対にすると電磁石はＳ極を有し、夫々の電磁石に接近しつつあるＮ極の磁性体を強力に引き寄せる。このため、回転モータの負担を軽減でき、高速回転を行うエンジンにも適用可能な吸気制御装置とすることができる。   Further, when the magnetic body is a permanent magnet having a magnetic pole, for example, when it is a permanent magnet having an N-pole magnetic pole on the side facing the electromagnet 61, the electromagnet becomes an N-pole as soon as the rotary motor starts to rotate. Energize so that. The magnetic body and the electromagnet repel each other, and the valve rotates. When the valve rotates 45 degrees or more, if the energization direction is reversed, the electromagnet has an S pole and strongly attracts the N pole magnetic body approaching each electromagnet. For this reason, it is possible to reduce the burden on the rotary motor and to provide an intake control device that can be applied to an engine that rotates at high speed.

本実施形態は、四気筒エンジンに本発明を適用した例であるが、エンジンを四気筒に限定するものではない。例えば、二気筒であっても、六気筒であっても良い。また、四気筒の全ての気筒に係る吸気制御装置でなくても良く、例えば、四気筒のうち二気筒に係る吸気制御装置としても構わない。   The present embodiment is an example in which the present invention is applied to a four-cylinder engine, but the engine is not limited to a four-cylinder engine. For example, two cylinders or six cylinders may be used. Further, the intake control device may not be related to all four cylinders, and may be an intake control device related to two of the four cylinders, for example.

本実施形態においては、保持機構は電磁的な機構としたが、物理的にバルブを保持する機構とすることを制限するものではない。図示はしないが、例えば、バルブの開閉状態に応じて、ケース又はボアから突起物を突出させて、回転駆動するバルブをその突起物に当接させて静止させるものであっても良い。この場合も、ワンウェイクラッチの作用によりバルブは一方向にしか回転駆動しないため、その突起物が突出している限りは、その開状態又は閉状態を保持することができる。また、中間シャフトの外周面を両側からブレーキシューで挟んで保持しても、また、中間シャフトにフランジを設けて自動車のディスクブレーキのように保持するのも良い。ただし、物理的にバルブを保持する機構であるため、電磁的な制御の保持機構に比べると、特にエンジンが高速回転しているときは、動作の精度が落ちる虞がある。   In the present embodiment, the holding mechanism is an electromagnetic mechanism, but is not limited to a mechanism that physically holds the valve. Although not shown, for example, a protrusion may be protruded from the case or the bore in accordance with the open / closed state of the valve, and the rotationally driven valve may be brought into contact with the protrusion to be stationary. Also in this case, since the valve is driven to rotate only in one direction by the action of the one-way clutch, the open state or the closed state can be maintained as long as the protrusion protrudes. Further, the outer peripheral surface of the intermediate shaft may be held by being sandwiched by brake shoes from both sides, or the intermediate shaft may be provided with a flange and held like a disc brake of an automobile. However, since it is a mechanism that physically holds the valve, the accuracy of the operation may be reduced, especially when the engine is rotating at a high speed, compared to the electromagnetic control holding mechanism.

本実施形態においては、組立の要領等を勘案して、バルブ２とシャフト３との間に中間シャフト７を設けているが、バルブ２と中間シャフト７とを一体的に形成しても良い。このときは、バルブ２が中間シャフト７から外れる虞は全くなく、バルブの断面形状もより自由に設定でき、バルブの曲げ剛性等を高めることができる。ただし、組立し易いようケース及びボアの構成を変更する必要がある。   In the present embodiment, the intermediate shaft 7 is provided between the valve 2 and the shaft 3 in consideration of the assembly procedure and the like, but the valve 2 and the intermediate shaft 7 may be formed integrally. At this time, there is no possibility that the valve 2 is detached from the intermediate shaft 7, the sectional shape of the valve can be set more freely, and the bending rigidity of the valve can be increased. However, it is necessary to change the configuration of the case and the bore so that assembly is easy.

気筒、吸気弁、吸気制御装置の関係を示す模式図Schematic diagram showing the relationship between the cylinder, intake valve, and intake control device 本発明を適用したエンジンの全体の構成を示す模式図The schematic diagram which shows the whole structure of the engine to which this invention is applied. 吸気通路に平行な方向の吸気制御装置の断面図Sectional view of the intake control device in the direction parallel to the intake passage 吸気通路に垂直な方向の吸気制御装置の断面図Cross section of the intake control device in the direction perpendicular to the intake passage 図３における後V −V方向の断面図Cross-sectional view in the rear V-V direction in FIG. 図３におけるVI−VI方向の断面図Sectional view in the VI-VI direction in FIG. 回転モータ、ピストン、吸気弁、バルブの時系列の状態を示すタイミング図Timing diagram showing the time series status of the rotary motor, piston, intake valve, and valve

符号の説明Explanation of symbols

１ 吸気制御装置
２ バルブ（弁体）
３ シャフト（軸体）
４ 回転モータ（アクチュエータ）
５ ワンウェイクラッチ
６ 保持機構
１０ エンジン（内燃機関）
１２ 気筒
１７ 吸気通路
６１ 電磁石
６２ 磁性体 1 Intake control device 2 Valve (valve)
3 Shaft (shaft)
4 Rotary motor (actuator)
5 One-way clutch 6 Holding mechanism 10 Engine (internal combustion engine)
12 cylinders 17 intake passage 61 electromagnet 62 magnetic body

Claims (2)

複数の気筒を有する内燃機関において、
少なくとも二つの前記気筒への夫々の吸気通路に亘って設けられた一つの軸体と、
前記軸体を正逆両方向に回転駆動する一つのアクチュエータと、
前記軸体にワンウェイクラッチを介して設けられ、前記軸体により夫々異なる方向に回転駆動されて前記吸気通路を開放する開状態と前記吸気通路を閉塞する閉状態とに切り換わる弁体と、
前記弁体を開状態又は閉状態に保持する保持機構とを備えた吸気制御装置。 In an internal combustion engine having a plurality of cylinders,
One shaft provided over each intake passage to at least two of the cylinders;
One actuator that rotationally drives the shaft body in both forward and reverse directions;
A valve body that is provided on the shaft body via a one-way clutch, and that is driven to rotate in different directions by the shaft body to switch between an open state that opens the intake passage and a closed state that closes the intake passage;
An intake control device comprising: a holding mechanism that holds the valve body in an open state or a closed state. 前記保持機構が、前記吸気通路の側に設けられた電磁石と、前記弁体の側に設けられた磁性体とを備えた請求項１に記載の吸気制御装置。   The intake control device according to claim 1, wherein the holding mechanism includes an electromagnet provided on the intake passage side and a magnetic body provided on the valve body side.
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