JPH10131771A - 内燃機関の絞り弁制御装置 - Google Patents
内燃機関の絞り弁制御装置Info
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Abstract
状態を維持できて、非常走行できるようにすると共に小
型で、制御精度の良い内燃機関の絞り弁制御装置を得
る。 【解決手段】モータ駆動式の自動車のスロットル弁制御
装置であって、スロットル弁軸とこれに相対的に回動可
能な連結レバーを設け、両者間をばねで連結する。連結
レバーには、連結レバーをデフォルト開度位置に向って
付勢する別のばねが作用していて、このデフォルト位置
を規定するストッパに連結レバーが当接し、この点を境
に、一つの例ではスロットル弁軸が全開方向(著しくは
全閉方向)に独立して回転し、全閉方向(若しくは全開
方向)には連結レバーと一緒に回転するように構成し
た。
Description
御装置に関し、特にモータ(直流モータやステップモー
タ)等の電動アクチュエータによって絞り弁を駆動する
この種装置に関する。
公報,USP4947815号明細書、その対応日本出願特表平2
−500677号公報,本願と同一出願人になる特開昭62−82
238号公報及びその対応USP4735179号明細書等で良く知
られている。
動アクチュエータで絞り弁を制御する場合、このアクチ
ュエータが故障した時の安全保障が一つの重大な課題で
ある。即ち、走行中に電動アクチュエータへの電力供給
が不作偽に遮断されると絞り弁は戻しスプリングの作用
力で全閉位置に戻されてしまい、急激な減速後、走行不
能に陥いる。
ル位置を調整して、次の動作開始時の電動アクチュエー
タの余分な起動トルクを低減する工夫も必要である。即
ち、エンジン停止時に絞り弁が全閉状態のまま長期間放
置されると吸気管内の燃焼生成物(タールやカーボン)
が絞り弁と吸気管内壁との間に付着して両者が接着さ
れ、電動アクチュエータの起動トルクでは開弁できなく
なってしまう。
障して絞り弁が戻しスプリングの作用力で全閉方向に回
動された時、絞り弁が全閉になるのを阻止する保障スト
ッパを設けている。
の全閉位置に設けたかじり付き防止あるいはアイドル回
転数を維持する為のいわゆる全閉ストッパやアイドルス
トッパと呼ばれるものとは異なる。
セルを踏むのを止めた時でもエンジンのアイドル回転を
確保すべく絞り弁はわずかに開いている必要がある。内
燃機関がその様な運転状態で停止してしまわないように
する必要があるからである。しかし、このアイドル回転
数では車を時速30kmとかあるいはそれ以上の速度で
走行させることはできない。
動アクチュエータからトルクを得られなくなった状態で
も、例えば時速30kmあるいはそれ以上の速度(例え
ば80km/h)で走行可能にすることを考慮してい
る。
パが1〜2゜の位置であるのに対し、それより更に4〜
12゜開いた位置に設ける。これにより、車は時速30
〜80kmでの走行が保証される。
ームと呼ぶこともある。
持されるだけで、アクセルを踏んでもその開度は制御で
きない。従って、走行に必要なトルクの制御は、点火時
期のタイミングを安全保障走行用モードに切替え、ある
いは燃料の供給量が同様の安全保障モードに切替えられ
ることで達成される。
り弁は、アイドル開度より十分開いた開度位置にあるの
で、通常の点火,燃料制御では、機関の回転数が高くな
り過ぎ、いわゆる暴走状態となってしまう。
いることと回転数の値あるいは電動アクチュエータ系の
故障情報等によって、この暴走状態を引き起こさない点
火タイミング,燃料量の指示値を与えるように調整され
るべきである。
している時は、この保障ストッパは邪魔な存在である。
何故なら、電動アクチュエータは、アクセルの踏込み状
態に応じて全閉ストッパの位置から全閉位置まで自由に
開度が制御されなければならないからである。
に対処している。
それらの組合せによって保持されていて、このばねや弾
性体は戻しスプリングのこの位置での引き戻し力を受け
止めるに充分な強いばね力あるいは弾性力が戻しスプリ
ングの作用力と逆方向に作用している。その結果、戻し
スプリングの作用力だけではそれ以上絞り弁は閉じるこ
とはない。
が正常に駆動している状態では、その閉じ方向駆動力に
よって絞り弁は上述のばね力,弾性力に打ち勝って全閉
位置まで制御され得るように設計されている。
や弾性体が電動アクチュエータの全閉方向へ向う閉止ト
ルクによって変位し、絞り弁は全閉位置あるいはアイド
ル回転位置まで閉じることができる。
タはこのばね力や弾性力に打ち勝って4〜13゜の位置
から1〜2゜の位置まで絞り弁を閉じる必要があり、ア
イドル運転中はその1〜2゜の位置を保持するに十分な
トルクを発生し続けなくてはならない。
小さい方が、電動アクチュエータにとっては好都合であ
る。それは、バッテリを充電する発電機が充分出力を出
せないアイドル回転時に電動アクチュエータが電力負荷
として、バッテリに対して負担をかけることから解放す
るためである。
置における戻しスプリングの閉方向への作用力の大きさ
によって決まる。
パの位置に保持し続けるために必要なトルクはばね力や
弾性力の初期値や弾性係数及びばねや弾性体の変位量に
よって決まる。
置から閉方向に向う絞り弁の閉動作を少ないトルクで実
現できる様にして電動アクチュエータに要求されるトル
クを低減し、機関に対する電気負荷を低減すること、及
び電動アクチュエータを小型にすることにある。
のように電気的制御で達成するものに限るものではな
い。例えば同一出願人のUSP4747380号明細書に記載され
たもの、あるいは特開平1−117943 号公報に記載された
ものの様にアクセルワイヤでアクセルの踏み込み力を伝
達し、リンプホームを行うものにも適用できる。
プリングは、絞り弁を保障位置(以後デフォルト位置と
呼ぶ)まで閉じる。デフォルト位置から閉方向には、戻
しスプリングと絞り弁とは切離され、別に設けたばね
(以下デフォルトばねと呼ぶ)の作用力(絞り弁をデフォ
ルト位置まで開くための作用力)に抗して、絞り弁は閉
じ方向に動くことになる。
の戻しスプリングの閉方向の作用力をまったく考慮する
必要がなく、従来より十分弱いばねで間合う。
バーが設けられており、このレバーはデフォルト位置
で、デフォルトストッパに受け止められてストップす
る。デフォルト位置を境に一つの実施例では開き方向に
のみ絞り弁だけが電動アクチュエータによって回動し、
別の実施例では閉じ方向にのみ絞り弁だけが電動アクチ
ュエータによって回動する。いずれの場合も連結レバー
は、デフォルト位置にあるデフォルトストッパで回動が
阻止される。つまり、絞り弁軸にはギアを介してモータ
の回転トルクが伝達される。連結レバーは絞り弁軸と接
離可能に係合していてデフォルトストッパにあたるまで
は絞り弁軸と一緒に回動する。デフォルトストッパに連
結レバーがあたると、そこからは絞り弁軸だけが回動す
る。
ーと絞り弁との間にリターンスプリングが張架されてお
り、デフォルトスプリングは連結レバーをデフォルトス
トッパの位置に向って付勢している。
との間にデフォルトスプリングが張架されており、リタ
ーンスプリングは連結レバーをデフォルト位置に向って
付勢している。
ルクを生ずるばねでも引張り力としてトルクを生ずるば
ねでもどちらでもかまわないし、それらが互いに組合わ
されることも阻げない。
ングがぜんまいばねで構成され、内側巻き初め端が絞り
弁軸に対して回動可能に取付けられた連結レバーのスリ
ーブに固定されており、外側巻き終わり端が、絞り弁軸
に固定された部材(例えば減速ギア)に固定される。
れるギアがぜんまいばねを受け入れるための平偏な内側
スペースを絞り弁軸のまわりに形成しており、その結果
ぜんまいばねの外側周囲にギアが位置している。
嵌合して、ギアを絞り弁軸に固定するスリーブが形成さ
れており、このスリーブの外周に回動自在に外側スリー
ブが挿通されており、この外側スリーブに連結レバーが
固定されている。
連結レバーには、デフォルトスプリングの作用端が係止
されている。
ルトストッパに当接する面を持つ腕が形成されている。
がデフォルト位置から閉じ方向に回動する際に絞り弁と
共に回転する部材(好適にはギア部材)が当接する面を
持った腕が形成されている。
の閉方向の回動の終わりを規制するストッパに当接する
面を持つ腕が形成されている。
プリングがぜんまいばねで形成されており、このぜんま
いばねの内側巻き始め端は結果的には絞り弁軸に固定さ
れており、外側巻終わり端は絞り弁軸に回動自在に支承
された連結レバーに係止されている。
ターンスプリングの作用端が係止されている。
ストッパに当接する面を有する腕が形成されている。
位置から絞り弁が開き方向に回動する際、この絞り弁に
固定された部材が当接する面を有する腕が形成されてい
る。更に好適には、連結レバーにはデフォルトスプリン
グの外側巻終わり端が係止される腕がある。
いても、アクチュエータが故障して絞り弁が安全保障位
置(デフォルト位置)に保持されている状態では、アク
セルペダルを操作しても絞り弁は回動しないので、この
様な状態では、燃料の噴射量や点火時期を安全保障走行
モードに切替えて、エンジンの出力トルク(エンジンの
回転数)を制御している。
とデフォルトスプリングが互いに干渉しないのでばねの
選定に自由度が得られる。
詳細に説明する。
理とを図7,図8に基づき説明する。
気は、円板状の絞弁(スロットル弁)1の開き具合いによ
ってその量が調整される。絞弁1は絞弁軸2に固定され
ている。絞弁軸2の端部には減速ギア3が取付けられて
おり、この減速ギア3を含むギア群を介して、モータ4
の回転力が伝達され、絞り弁の開き具合いが調整され
る。
合いによって調整されるので、結局、アクセルの踏み込
み具合いによって絞弁1の開き具合いが調整される。
り、軸2に対して独立に回動できる。しかし、連結レバ
ー5はデフォルトスプリング7によってデフォルトスト
ッパ103に向って付勢(引張っても良いし、押しても
良い)されている。もしモータ4が通電されていなけれ
ば絞弁軸2を閉じあるいは開き方向に回動させる力はな
にもないので、デフォルトスプリング7の作用力が絞弁
1に固定された駆動部材3の係合レバー3Aを介して絞
弁軸2に伝わり、デフォルトストッパ103の位置で決
まるデフォルト開度(例えば4〜13゜)まで絞弁1を
開く。
開くためには、モータ4へ通電して、絞弁1を反時計方
向へ回動させる方向へこのモータ4を回転する必要があ
る。この時、絞弁1はデフォルト位置で規制されている
連結レバー5との間に張架されたリターンスプリング6
を引き伸ばしながら、反時計方向へ回動する。連結レバ
ー5は、デフォルト位置に置きざりにされる。
を閉じるためには、モータ4へ通電して絞弁1を時計方
向へ回動させる方向にこのモータ4を回転する必要があ
る。この時、絞弁1はデフォルト位置で規制されている
連結レバー5を駆動部材3の係合部3Aで押して時計方
向へ連結レバー5を回動する。この時連結レバー5はデ
フォルトスプリング7を引き伸ばしながら、時計方向へ
駆動部材3の規制端3Bが全閉(アイドル)ストッパ1
01に当接するまで回動する。
あるいは全閉位置とアイドル開度の意味について以下説
明する。
踏み込んでいない時最小開度に保たれる。この最小開度
は、エンジンがストールを発生することなく、アイドル
回転数を維持可能なだけの空気量を確保する開度であ
る。
気通路が設けられていて、エンジンのアイドル運転時
(アクセルを踏んでいない状態)このバイパス空気通路
を開いてアイドル回転数を維持するための空気を確保す
る型式のシステムでは、絞弁1の最小開度は実質的に零
開度であって良い。一般にこのようなシステムの零開度
位置を全閉位置と呼ぶ。
ムの場合はアイドル回転数を維持するのに必要な空気を
確保する開度、例えば1〜2゜が最小開度である。一般
にこれをアイドル開度と呼ぶ。
ておいて、更にバイパス空気通路を設け、1〜2゜の絞
り弁開度でアイドル回転数が維持できない時、このバイ
パス空気通路を開いて、アイドル回転数を維持する様に
組合せ構成することもできる。
ドル)ストッパ,全閉(アイドル)位置というのは、通
常の制御状態での絞り弁の最小開度位置を示している。
ば、絞り弁は更に閉方向に閉じ得る。
通路内壁に喰い着く現象を生じ、好ましくない。それ故
バイパス空気通路付きのシステムでもこの様な閉位置に
ならない様にするため、全閉位置が全閉ストッパによっ
て規制されている訳である。一方、安全保障用のデフォ
ルトストッパは冒頭で説明した通り、これより更に開い
た位置(4〜13゜の位置)に設けられている。
実施例の基本構成を図8に従い説明する。
2が回動可能に支承されており、絞弁1はこの軸2に固
定され、絞弁軸2の回転によって吸気マニホールドの吸
気通路面積を増減して空気量を制御する。
の外まで突出しており、その先端部分に、駆動部材とし
てのギア3が取付けられている。ギア3の中心はギア側
スリーブ301が一体に形成されている。このスリーブ
301の中心は絞弁軸2の先端に形成された廻り止め用
切欠きに合致する断面を持つ孔が形成されていて、この
孔を絞弁軸2に挿入嵌合することによってギア3が絞弁
軸2と常に一緒に回動する様に構成される。
が相対的に回動可能に取付けられている。
501が固定されており、このスリーブ501がギア側
スリーブ301の外周に回動可能に挿入支持されてい
る。
り、その外周に歯が形成されている。歯は軸方向に厚み
を有しているが、スリーブ501と歯の裏側周面との間
に平偏な環状の空間が形成されている。
するぜんまいばねが受け入れられる。
端)601はレバー側スリーブ501の外周に刻設した
スリット502に係止される。
れていてリターンスプリングの巻終わり端(外側端)6
02がそこに係止される。
53が放射状に形成されている。
合部3Aを受ける面510が形成されている。
デフォルトストッパ103に当接する面520が形成さ
れている。
ォルトスプリング7の一端が係止される。
トストッパ103を兼ねる支持ピン103に係止され
る。
形成されており、この規制端は全閉(アイドル開度)位
置で全閉(アイドル)ストッパ101に当接する。
ットルボディに調整可能なスクリューとしてねじ止め固
定されている。
作する。
タの制御回路が故障するかして、モータへの通電が断た
れると、デフォルトスプリング7のばね力が連結レバー
5の腕53とピン103との間作動して腕52の面52
0がデフォルトストッパ(ピン)103に当接した状態
を保つ。この時、リターンスプリング6のばね力はデフ
ォルトスプリング7にはまったく作用していない。これ
が従来例との大きな違いである。
されると、エンジンの制御の観点から、絞弁1にはアイ
ドル回転数を保つためのアイドル開度が要求される。
軸2を反時計方向へ回動させる。
係合部3Aは、連結レバー5の腕51に形成されている
面510に当接しているので、連結レバー5も一緒に反
時計方向に回転する。
転方向最先端に位置する規制端3Bが全閉(アイドル)
ストッパ101にぶつかるまで継続する。
ドル)位置までは、モータはデフォルトスプリング7の
力に抗して絞弁軸2を回転させる。そして、アクセルが
踏み込まれて所定の絞り弁開度指令が与えられるまで、
モータは全閉(アイドル)開度を保持するために反時計
方向の回転トルクを発生しつづける。
ると、モータは、アクセルの踏み込み量に応じた時計方
向(絞弁1の開方向)への回転指令を受ける。モータは
絞弁軸2を時計方向に、全開位置まで開くのに十分な力
を発生し得る。
トスプリング7の引張り力がモータのこの回転動作に協
力するように作用することも可能である。
そこまで一緒に回転して来た連結レバー5は、デフォル
トストッパ103で回転が阻止される。従ってそこから
開く方向には絞弁軸2だけが時計方向に回転して絞弁1
を開く。
デフォルト位置で停止している連結レバー5のスリーブ
501に係止されているため回転できず、ギア3に形成
されているピン302に係止されている外側端602だ
けがギア3と共に時計方向に回転し、径が増大するにつ
れ、巻き絞める方向に向う(反時計方向に向う)エネル
ギが蓄えられる。
ならば、このような状態では、ぜんまいばねは巻き縮め
られて径が縮小し、巻き開く方向に向う(時計方向に向
う)エネルギが蓄えられる(図2乃至図6の実施例参
照)。
ータはこのぜんまいばねに蓄えられたエネルギに相当す
る力をギア3を介して絞弁軸2に与え続けることにな
る。
遮断されリターンスプリング6に蓄えられていた巻き絞
め方向への力だけがギア3を介して絞弁軸2へ作用し、
絞り弁は反時計方向(閉じ方向)へ回転する。
がギア3で増幅されて絞弁軸2の閉じ方向の回転に作用
する。また絞弁1にあたる空気の流れもいくらか絞弁1
の閉じ方向に作用する。
連結レバー5の腕51の面510にギア3の係合部3A
がぶつかった時、連結レバー5はギア3と一緒に反時計
方向に回転する。デフォルトスプリング7の力はほとん
どギアの反時計方向への回転に対する抵抗と成り得な
い。
に駆動部材としてのギア3の最先端である規制端3Bが
衝突したところでこの回転は止まる。
る瞬間に絞弁軸2を閉じ方向(反時計方向)へ回転させ
るトルクを発生させる為に通電される。
向への力)は、デフォルト位置で実質的に零になるが、
モータのロータの慣性力とモータの発生トルクによっ
て、絞弁軸2は、閉じ方向(反時計方向)へ向う力を受
けて全閉位置まで回転する。
為のモータのロータの慣性力は、絞り弁の開度が大きい
程大きい。
あれば、リターンスプリング6に蓄えられるエネルギは
ほんのわずかしかないので、当然ロータのエナーシャも
小さい。
向う)で絞弁軸2は全閉位置まで回転する。
タのトルクがなくなった場合も、同じ様にロータの慣性
力が作用する。
もモータは閉じ方向のトルクを発生できないから、結
局、絞弁軸2は、デフォルト開度位置を一旦通り過ぎた
としてもデフォルトばねの引張り力で最後にはデフォル
ト位置に引き戻される。
度)より大きいのでこれが安全保障位置となる理由であ
る。
により後で更に詳細に説明する。
る。
れていてモータ4により減速ギア3を介して時計方向,
反時計方向に回転制御される点は図7と同じである。
回動自在に構成されている点も図7と同じである。
結レバー5を介して絞弁1をデフォルト位置まで閉じる
様に構成されている点、デフォルトスプリングが連結
レバー5と絞弁1との間に張架されている点である。
ある。
ストッパの位置までは、絞弁軸2が連結レバー5からは
なれて単独で回転し、この時デフォルトスプリング7の
作用力は直接絞弁軸2に作用する。
は、絞弁軸2と連結レバー5とが一緒に回転し、この時
リターンスプリング6の作用力は連結レバー5を介し
て、絞弁軸2に作用する。
て増幅され、絞弁軸2で吸気マニホールド(100)に
支承された絞弁軸2に伝達される。その結果、モータの
正逆転により絞弁軸2が時計方向/反時計方向に回転し
て、絞弁1が吸気通路を閉じたり開いたりする。
切欠きが形成されている。
としてのスロットルレバー3が絞弁軸2に嵌挿固定され
ている。
に固定されている。
に回動自在にスリーブ505を介して絞弁軸2に支承さ
れている。
れていて、この腕506は、連結レバー5が時計方向に
回転する時、スロットルレバー3に当接する506aを
有する。
されるデフォルトスプリング7の外側端係止部704が
係止されている。そして連結レバー5が反時計方向に回
転する時、腕506が係止部704に受け止められるよ
うに構成されている。
固定スリーブ701の外周に突設された係止突起72に
引掛けられている。
から反時計方向に何度か巻かれて外側端係止部704に
至る。
の腕507は、連結レバー5が時計方向に回転する時デ
フォルト位置でデフォルトストッパ103に当接する。
デフォルトストッパは、吸気マニホールドあるいは吸気
マニホールドに固定された部材に適宜調整可能にねじ込
まれている。連結レバー5は更にもう一本の腕508を
有する。この腕507には、つるまきばね形のリターン
スプリング6の一端が係止されている。リターンスプリ
ング6の他端は吸気マニホールド100あるいは、吸気
マニホールドに固定された部材に係止されている。
転すると、絞り弁の全閉(アイドル)位置に設けられた全
閉(アイドル)ストッパ101に当接する様に関係構成
されている。
うに動作する。
ていない時は、リターンスプリング6が連結レバー5を
デフォルトストッパ103の位置に保持している。絞弁
軸2には閉じ方向の力も開き方向の力も作用しないの
で、この状態が維持される。
れていない時は、エンジンの要求から、全閉(アイド
ル)開度が要求される。この為、モータに通電され、モ
ータは絞弁軸2を絞弁1の閉じ方向(時計方向)に回転
させるトルクを出力する。絞弁軸2が時刻方向に回転す
ると、連結レバー5がデフォルト位置で係止されている
為スロットルレバー3は連結レバー5の腕506からは
なれる。デフォルトスプリング7は、係止部704が腕
506で動かないように係止されており、一方内側端7
03は固定スリーブ701と共に絞弁軸2の回転に伴っ
て、時計方向に回転するから、デフォルトスプリングを
形成するぜんまいばね7は巻き縮められ、その結果巻き
開き方向のエネルギが蓄積される。
閉(アイドル)開度に維持される必要がある。その為モ
ータはその間ずっとこのデフォルトスプリング7に蓄積
されたエネルギに相当する対抗力を絞弁軸2に与え続け
ることになる。その間スロットルレバー3は、全閉(ア
イドル)ストッパ101に当接したままとなる。
と絞弁1はアクセルの踏み込み量に応じた開度に制御さ
れる。
れ、その結果モータは絞弁軸2を反時計方向に回転する
トルクを発生する。
ング7に蓄積されたエネルギがモータのトルクと同じ方
向に作用して絞弁軸2の反時計方向の回転を助ける。
スロットルレバー3が連結レバー5の腕506の面50
6aに当接し、そこから更に反時計方向へ回転する時は
連結レバー5も一緒に回転する。
8に張架されているリターンスプリング6が引き伸ばさ
れ、その結果、リターンスプリング6には縮む方向のエ
ネルギが蓄積される。
遮断され、リターンスプリング6に蓄えられた引張り力
だけが連結レバー5の腕506,スロットルレバー3を
介して絞弁軸2に作用し、絞弁軸2は閉方向(反時計方
向)に回転する。
タの質量による慣性力がギア3で増幅されて絞弁軸2の
閉じ方向の回転に作用する。
デフォルトストッパ103が連結レバー5の腕507を
受け止めると連結レバー5の回転はそこで止まり、そこ
から閉方向には、絞弁軸2だけが、先のロータの慣性力
を受けて単独で回転する。
き縮められて巻き開く方向の力を蓄える。) 当然デフォルト位置を通過した後は、モータへの通電が
再開されるので、モータが正常ならばモータのトルクが
絞弁軸2を閉方向に回転させるように作用する。
戻し力(時計方向への力)はデフォルト位置でもはや絞
弁軸2には作用しなくなるので、モータのロータの慣性
力とモータの発生する閉方向のトルクで絞弁軸2は全閉
(アイドル)位置まで回転する。
は慣性力は、絞り弁の開度が大きい程大きい。
あればリターンスプリング6に蓄えられるエネルギはほ
んのわずかしかないので、当然ロータのエナーシャも小
さい。
ルク(時計方向へ向う)で絞弁軸2は全閉位置まで回転
することになる。
た場合も同じ様にモータのロータの慣性力が絞り弁軸に
作用する。
もモータは閉じ方向のトルクを発生しないので、デフォ
ルトスプリング7に蓄えられた巻き開き方向の力で最後
には絞弁軸2は、デフォルト位置まで引き戻される。
も、絞弁軸2がデフォルト位置より、閉じ側の位置に制
御されている際に、何らかの故障でモータへの通電が断
たれた場合、デフォルトスプリング7に蓄えられた引き
戻し力あるいは巻き開き力でデフォルト位置まで絞弁軸
2が回転されることは言うまでもない。
トロールユニットECUは、アクセル開度信号APSと
スロットルセンサ201からのスロットル弁開度信号θ
T とからスロットルアクチュエータ駆動信号VM を計算
してモータ4を正逆転させスロットル弁1の開度を制御
している。
ットル弁開度信号θT が所定値にならない場合、あるい
はモータへの通電が正常に行われていない場合等の時
は、ステップ120で非常走行状態と判断する。
警告ランプを点灯し、ステップ126では、非常走行用の
燃料供給信号Tpを演算し出力する。ステップS127
では点火タイングθAdを通常運転時より遅角側に補正制
御する。
で車速Vsが零の時は、エンジンはアイドル回転数状態
に継持されなければならないが、非常時走行状態では絞
り弁開度が、4〜13°と大きいのでエンジン回転数N
eはアイドル回転数よりそうとう高い回転数になる。
る為に、本実施例では、エンジン回転数Neと、予め設
定してあるアイドル回転数値とを比較し、設定アイドル
回転数になる様に、燃料噴射量を少なくする。
転での点火時期に調整する。
合は、エンジンコントロールユニットECUは、ステッ
プ121で吸入空気量Qaとエンジン回転数Neとから
基本燃料パルスTpを演算し、ステップ122でエンジ
ン回転数Neに対応した点火時期θAdを演算し、ステッ
プ123,124でそれぞれInjector,点火制御回路I
gNに制御信号を出力する。
をシリンダ内に噴射し、点火コイルIgCは点火プラグ
IgPに火花を発生する。吸気弁からシリンダ内に吸入
された空気とInjectorから供給された燃料が混合気とな
ってシリンダ内に充満し、所定のタイミングで点火プラ
グに火花が発生すると混合気が爆発し、ピストンを押し
下げる。排気弁が開くと燃焼後のガスが排気される。ピ
ストンの上下運動は、クランクシャフトを回転させる。
回転数ピックアップNePはクランクシャフトの回転を
エンジン回転数Neとして検出する。
〜図6に従い説明する。
した図である。絞弁1は、絞弁軸2に固着され、スロッ
トルボディ本体100に回転自在に保持されている。絞
弁軸2の一端には、ギアを主体とする駆動部材3がねじ
30によって固定されており、この駆動部材3を通して
モータアクチュエータ4により、絞弁1は開閉駆動され
る。また、駆動部材3が絞り弁閉じ方向に回動した際に
係合する金属の薄板レバーから成る係合部材5が配され
ており、これらの部材の間には、係合部材5と駆動部材
3とを互いに反対方向に回動させる方向の付勢力を与え
る閉じばね6が張架されている。また、係合部材5とス
ロットルボディ本体との間には、係合部材5を絞弁1を
開き方向に回動させる付勢力を与える開きばね7が張架
されている。さらに、スロットルボディ本体には、絞り
弁の全閉位置を規定する全閉ストッパ101,絞り弁の
全開位置を規定する全開ストッパ102,アクチュエー
タが故障した際に非常(待避)走行を可能とする絞り弁
の所定の低開度を規定する待避位置ストッパ103が設
けられている。
ータ4で、絞弁1及び駆動部材3は、全閉ストッパ10
1の位置(図1の上段の状態)から全開ストッパ102
の位置(図1の下段の状態)間で開閉動作されている。
また、アクチュエータ4の故障もしくはエンジンの運転
停止時は、ばね6,7により、絞弁1及び係合部材5
は、待避位置ストッパ103の位置(図1の中段の状
態)に保持される。これにより、アクチュエータ故障時
においても、車両走行に必要な空気量を確保でき例えば
修理工場まで行くことができる。また、エンジン停止時
にも、絞弁1が全閉位置より開き状態(ディフォルト状
態)になっているため、エンジンの再始動性の向上,絞
り弁の貼り付き防止をはかることができる。
は、全閉から非常走行位置の間は、開きばね7のみが作
用し、非常走行位置から全開の間は、閉じばね6のみが
作用し、それぞれ独立してアクチュエータに作用する構
成となっている。これにより、2つのばねの各ばらつき
や摺動抵抗が加算されることがなく、アクチュエータに
かかる負荷特性を一つのばねの特性で決定することがで
きると共に、各ばねの作動範囲が狭いため、ばねの小型
化あるいはアクチュエータに対する負荷の低減をはかる
ことができる。
示した図であり、図2は吸気通路に直交方向での吸気装
置の主要部分の断面を示す図で、図3は駆動部分の正面
図であり、図4,図5及び図6は駆動部材3と係合部材
5をサブ組立体とした状態の正面図と断面図及び分解斜
視図である。
形状の中空スリーブ3bを持った扇形のギアとなってお
り、ギア部3hと中空スリーブ3bとの間にばね6を収
納する空間が形成されている。アクチュエータ4の駆動
力は、出力ギア11,中間ギア12及び駆動部材3のギ
ア部3hを介して、減速されて(即ち、トルクは増幅さ
れて)絞弁軸2に伝達される。また、駆動部材3と係合
部材5はばね6の力で互いに反対方向に回動し、係合部
材5のアーム35の端面35aとギア部3hの端面6f
が当接して一緒に回動する。
閉じばね6が収納されており、このばね6の外側のフッ
ク部6aは、駆動部材3に設けられた係止部3aに係止
されている。本実施例では、駆動部材3の内面とばね6
との間にナイロン樹脂製の低摩擦係数部材3cを設け
て、ばね6外周部とギア部内面との摺動抵抗を低減して
いる。突起3dはギア部3hの内周部に形成した凹部に
嵌合され、回り止めになっている。また、平板部3iは
ばね6の端面と駆動部材3の平板面3jとの間の摩擦を
低減している。内側のフック部6bは、係合部材5に一
体化されている軸受部材5aに形成されたスリット5d
に係止されている。実施例では軸受部材5aは金属材製
でばね6の内側に胴体部が収納されており、その端面中
心部に突出部が形成されその突出部にレバー5の中央孔
が挿通されている。突出部は外周方向に折り曲げられ結
果的にレバー5を軸受部材5aの胴体部端面に加締め付
けている。係合部材5は、この軸受部材5aの内周壁を
軸受けとして、駆動部材3と一体化されている中空スリ
ーブ部3bに回転自在に保持されている。本実施例で
は、更に筒状の金属の表面にナイロンやテフロン樹脂の
ような低摩擦係数部材がコーティングされたスリーブ5
cを軸受部材5aの内周に圧入して摺動抵抗を低減して
いる。係合部材5は3本の放射状にのびるアーム35,
36,37を持った金属薄板で形成されている。アーム
35は前述した、係合部材5と駆動部材3の当接部を形
成する。アーム36はその端面36aがスロットルボデ
ィに設けたストッパ103に当接して絞り弁開度を所定
の低開度位置に保持する(アクチュエータのトルクがな
い時)。アーム37は、先端にグロメット5dが設けら
れていてばね7の一端のフック71がひっかけられてい
る。尚、ばね7の他端フック72はスロットルボディに
形成した突起104にひっかけられている。このように
することにより、駆動部材3と係合部材5を一体のサブ
組立体とすることができ、スロットルボディへの組立性
を向上することができる。また、全閉から非常走行位置
の間は、駆動部材3と係合部材5が一緒に動くため、係
合部材の軸受け部に摺動が発生しない。このため、微小
開度制御特性を改善することができ、アイドル制御性の
向上等がはかれる。
で構成されている本実施例ではばね自身の作動時の摺動
抵抗を少なくできる。また、ねじりばねのように絞弁軸
2の全周に配置する必要がないため、中間ギア12と並
べた位置に配置することができ、スロットルボディの小
型化がはかれる。
はスロットルボディに一体に形成されたギアカバー部分
(ギアの一部を覆う)に設けた孔にねじ込まれた金属性
の調整可能式ピン、全開ストッパ102はスロットルボ
ディ本体に形成した段付部、待避位置ストッパ103は
スロットルボディに一体形成された金属突起でそれぞれ
形成されている。
が絞り弁の全閉位置で当接する。ストッパ102にはギ
ア部3hの端部3gが絞り弁の全開位置で当接する。ス
トッパ103にはアーム36の端面30aが所定の低開
度位置で当接する。
るための回転角センサ20がギア部を有する駆動部材と
スロットルボディとの間に設けられており、このセンサ
は一体化された樹脂ハウジング21とスロットルボディ
壁面との間に収納されている。これにより、センサ20
全体を薄型化することができると共に、検出部をギア等
から発生する摩耗粉から保護することができる。
に固定することができる。この時軸受部材5a自身も樹
脂で形成できこの場合スリーブ5cは不要にできる。ス
リーブ5cもナイロンのような樹脂材で一体成形しても
よい。本実施例では、絞り弁を全開位置から閉方向に引
き戻すいわゆる戻しスプリングとしてばね6をカバー1
01の内に収納できる。またばね7も同様にカバー10
1内に収納できる。回転センサは2重カバー(カバー1
01,ハウジング21)構造で水分等の侵入が防止され
る。
クチュエータ故障時、高アイドルング回転を維持し非常
時走行を可能としつつ、小型で特に低開度域においてよ
り精密で制御精度の高い絞り弁制御装置を構成すること
ができる。
リングとリターンスプリング)を係合部材(連結レバー
5)をかいして係止することにより、両者の付勢力が同
時に働く領域がないため、荷重ばらつき及び摺動抵抗を
少なくできる。さらに、それぞれのばねの作動範囲が小
さい(絞り弁の全開動範囲の一部のみ作動する)ため、
アクチュエータにかかる最大負荷荷重を大きくすること
なしに、ばね定数を大きくすることができ、ばねの小型
化(巻数を少なく)できる。また、ばね定数をかえない
ようにすれば、アクチュエータにかかる最大負荷荷重を
小さくできるため、アクチュエータの小型化または減速
比の低減化によるギアの小型化をはかることができる。
微小角度制御の必要な低開度域に作用するデフォルトば
ねに線間摩擦の少ない(摺動抵抗が少ない)引張りばね
を採用したので、低開度での制御精度を向上することが
できる。また、引張りばねは、絞り弁軸の全周に配する
必要がないため、スロットルボディの小型化がはかれ
る。さらに、係合部材のガイド部を駆動部材側に設ける
ことにより、低開度における係合部材の摺動部をなくす
ことができ、低開度域の制御精度を向上することができ
る。
より、円筒部の内側に前記リターンばねを収納できると
ともに、外側の絞り弁を開動するアクチュエータと連結
するギアの歯面を形成することができ、スロットルボデ
ィの小型化がはかれる。さらに、高開度域に作用するリ
ターンばねを渦巻き式ばねとし、この外側のフック部を
駆動部材に設け、内側のフック部を係合部材に設けたこ
とにより、駆動部材にてリターンばねの外径ガイドをか
ねつつ、ばねの外周と外径ガイドの相対移動(摺動抵
抗)を最低限におさえることができるので、高開度域に
おいても制御精度を向上することができる。また、係合
部材のガイド部を駆動部材と一体化したことにより、係
合部材・駆動部材・リターンばねをサブ組立体とするこ
とができ、組立性の向上がはかれる。
なくとも一面をスロットルボディ本体で形成し、他の面
を該回転角センサの取付ハウジングとして回転角センサ
と一体化したことにより、検出部を保護した状態を確保
しつつ、全面を取付ハウジングで覆った場合にくらべ薄
型化することができるとともに、摩耗粉が発生しやすい
ギア周辺部にセンサを配することができるので、スロッ
トルボディの小型化とセンサの信頼性確保の両立をはか
れる。
アイドルング回転を維持し非常時走行を可能としつつ、
小型で制御精度の高いスロットルボディを構成すること
ができる。
例をモデル化した図。
電子制御スロットル弁の断面を示す図。
サブ組立体とした状態の正面図。
サブ組立体とした状態の断面図。
図。
為の概念的斜視図。
図。
を説明する為の概念的斜視図。
自動車の制御システムの概念図。
ットルレバー)、4…モータ、5…連結レバー(係合部
材)、6…リターンスプリング、7…デフォルトスプリ
ング(開きばね)、101…全閉(アイドル)ストッ
パ、103…デフォルトストッパ(待避位置ストッ
パ)。
Claims (12)
- 【請求項1】内燃機関の吸入空気流量を制御する絞弁
(1)を電動式アクチュエータ(4)で開閉駆動するよ
うにしたものにおいて、前記絞弁(1)に固定され前記
電動式アクチュエータ(4)の駆動トルクを伝達する駆
動部材(3)、該駆動部材(3)が前記絞弁(1)を全開
位置から閉じ方向に操作した際に前記駆動部材(3)と
所定の低開度位置で係合する係合部材(5)、前記駆動
部材と係合部材とが互いに引きあう方向の付勢力を発生
するように両者の間に設けられたばね(6)、前記係合
部材が絞り弁の全閉位置から開き方向に移動した際に前
記所定の低開度位置で係合部材の動きを係止するストッ
パ(103)、前記係合部材を前記ストッパ(103)
と係合する方向に付勢する付勢力を発生する別のばね
(7)を設けたことを特徴とする内燃機関の絞り弁制御
装置。 - 【請求項2】請求項1に記載のものにおいて、前記係合
部材(5)が移動する際の軸受け部材(5a,5c)を
前記絞り弁に固定した駆動部材(3)に回動自在に保持
したことを特徴とする内燃機関の絞り弁制御装置。 - 【請求項3】請求項2に記載のものにおいて、前記係合
部材(5)が移動する際の軸受け部(5a,5c)を前
記駆動部材に対して回動自在に保持する部材(3b)を
前記駆動部材(3)と一体化したことを特徴とする内燃
機関の絞り弁制御装置。 - 【請求項4】請求項1に記載のものにおいて、前記別の
ばね(7)を引張りばねとしたことを特徴とする内燃機
関の絞り弁制御装置。 - 【請求項5】請求項1記載のものにおいて、前記駆動部
材(3)を中空形状とし、その中空部に前記ばね(6)
を配置したことを特徴とする内燃機関の絞り弁制御装
置。 - 【請求項6】内燃機関の吸入空気流量を制御する絞弁
(1)を電動アクチュエータ(4)で開動するようにし
た絞り弁制御装置において、前記絞弁(1)に固定され
前記電動アクチュエータ(4)のトルクを伝達する駆動
部材(3)を有し、該駆動部材(3)を軸方向寸法より
径の方が大きい円筒形状とし、該円筒部の内側に前記絞
弁(1)を全開位置から閉じ方向に付勢するばねを配置
し、円筒部の外側を前記絞弁(1)を開動する前記電動
アクチュエータの出力ギア(11)の回転が伝達されるギ
ア(3h)としたことを特徴とする内燃機関の絞り弁制
御装置。 - 【請求項7】請求項6記載のものにおいて、前記駆動部
材(3)の内側に設けられた前記ばね(6)を渦巻き式
ばねとしたことを特徴とする内燃機関の絞り弁制御装
置。 - 【請求項8】請求項7に記載のものにおいて、前記渦巻
き式ばね(6)の外側端(6a)を係止するフック部
(3a)を前記駆動部材(3)に設けたことを特徴とす
る内燃機関の絞り弁制御装置。 - 【請求項9】内燃機関の吸入空気流量を制御する絞弁
(1)を電動アクチュエータ(4)で開動するようにし
た絞り弁制御装置において、前記絞弁(1)の開動角を
検出する回転角センサ(20)を有し、該回転角センサ
(20)を収納するケース(21)の少なくとも一面を吸
気通路を形成する吸気ボディ本体(100)で形成し、
他の面を該回転角センサの取付ハウジング(21)とし
て回転角センサ(20)と一体化したことを特徴とする
内燃機関の絞り弁制御装置。 - 【請求項10】内燃機関のモータ駆動式絞り弁制御装置
であって、絞り弁軸と、 この絞り弁軸に相対的に回動可能な連結レバーと、 全閉位置から開いた位置に設けられたデフォルトストッ
パと、 絞り弁をデフォルトストッパの位置に向って付勢するデ
フォルトスプリングと、 デフォルトスプリングに対して独立して作用し、デフォ
ルトストッパ位置から全開位置の間で、絞り弁軸を閉方
向に付勢するリターンスプリングとを有する内燃機関の
絞り弁制御装置。 - 【請求項11】絞り弁駆動用の電気的アクチュエータが
故障して絞り弁がデフォルト位置に保持されている状態
においては、 燃料の噴射量および/または点火時期を安全保障走行モ
ードに切替えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 【請求項12】絞り弁の中間開度位置から閉じ側には第
1ばねの力に抗して絞り弁が閉動作し、開き側には第2
ばねの力に抗して絞り弁が開動作する様に構成されたも
のにおいて、 前記中間開度位置において、絞り弁に作用するばねを第
1ばねから第2ばねあるいは第2ばねから第1ばねに切
替える切替機構を設けたことを特徴とする内燃機関の絞
り弁制御装置。
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