JP2000038931A - スロットルバルブ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成で低流量時の微少角制御性と、大
流量時の高応答性を両立できるスロットルバルブ制御装
置を提供すること。 【解決手段】 内燃機関の吸気通路内の空気流量を調節
するスロットルバルブ１０と、スロットルバルブと一体
化しスロットルバルブを回転可能に軸支するスロットル
シャフト１２と、スロットルバルブを駆動する駆動手段
（モータ２２）を有し、駆動手段の駆動力はギヤ機構２
０を介してスロットルシャフトへ伝達され、ギヤ機構
は、スロットルバルブの開度が小さいときほど減速比が
大きく設定されていることを特徴とするスロットルバル
ブ制御装置とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気量
を調整するスロットルバルブ制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、アクセルペダルの踏み込み量
に応じてモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御
するスロットルバルブ制御装置が知られている。このよ
うなスロットルバルブ制御装置においては、例えば、ア
クセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度を検
出するアクセルセンサからの信号に応じてモータに電流
を流し、モータが駆動されることでスロットルバルブが
開閉され吸入空気量が制御される。このとき、スロット
ルバルブの実開度を検出するスロットルセンサからの実
開度とスロットルバルブの目標開度を決定するアクセル
センサからの目標開度との偏差がなくなるようにモータ
に対して比例・微分・積分制御（ＰＩＤ制御）によるサ
ーボ制御が実行されている。

【０００３】このようなスロットルバルブ制御装置に関
する先行技術文献としては、例えば特開平７−９７９５
０号及び、特開平５−１６３９８８号に記載のものが知
られている。前者は、スロットルバルブ駆動用モータと
して、直流モータを使用しており、後者は、ステップモ
ータを使用しているものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらのスロットルバ
ルブ制御装置は、近年、燃費向上、排気ガス浄化のた
め、エンジンへの吸入空気量を精密かつ迅速に調整する
必要が高まり、バルブ開度の分解能及び応答性の大幅な
向上が要求されている。特に、アイドル回転制御をスロ
ットルバルブ制御装置で実施するような場合には、スロ
ットルバルブの低開度域すなわち小流量域においてはス
ロットルバルブの微少な開度調整が要求される。また、
スロットルバルブの高開度域すなわち大流量域では、ス
ロットルバルブの開度調整の高い応答性が要求される。

【０００５】この要求に対し、前述の特開平７−９７９
５０号に記載のスロットルバルブ装置では、スロットル
バルブの開度の大きさに連動したスロットルバルブの動
きの調整を可能とする構成になっておらず、低開度域に
おいて微少な開度調整ができるものではない。また、特
開平５−１６３９８８号に記載のスロットルバルブ装置
では、ステップモータを使用しているので直流モータに
比べて微少な開度調整が可能となるが、ステップモータ
の応答性は直流モータの応答性に劣り、且つステップモ
ータのコストが高く、装置の製造コストを上昇させてし
まう問題がある。

【０００６】本発明は、上記不具合を解決し、スロット
ルバルブの低開度域におけるスロットルバルブの微少な
開度調整と、スロットルバルブの高開度域における高い
応答性両立できるスロットルバルブ制御装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載のスロットルバルブ装置は、内燃機
関の吸気通路内に配置されるスロットルバルブと、スロ
ットルバルブに一体的に設けられスロットルバルブを回
転可能に軸支するスロットルシャフトと、スロットルバ
ルブを開閉駆動する駆動手段と、駆動手段の駆動力をス
ロットルシャフトに伝達する伝達手段とからなるスロッ
トルバルブ制御装置において、伝達手段にスロットルバ
ルブの開度が小さいときほど減速比が大きくなるギヤ機
構を設けた。

【０００８】一般的に、スロットルバルブを駆動するモ
ータの回転角制御における分解能は実使用範囲全域にわ
たり一定であるのが通常であるが、本発明を採用するこ
とにより、スロットルバルブの低開度時は、ギヤ機構の
減速比が大きくなり、スロットルバルブ開度の分解能が
向上し得る。また、スロットルバルブの高開度時には、
ギヤ機構の減速比が小さくなるので、逆に応答性の良い
制御をし得る。

【０００９】好ましくは、ギヤ機構に、回転に伴って減
速比が変化する一対の変速ギヤ機構を設けると良い。変
速ギヤ機構を設けることで、スロットルバルブの開度に
応じたスロットルバルブの回転速度を容易に設定し得
る。

【００１０】好ましくは、変速ギヤ機構を、駆動手段の
駆動力の伝達を受ける第１の楕円ギヤと、スロットルシ
ャフトに連結し第１の楕円ギヤと嵌合する第２の楕円ギ
ヤとを備えて構成とすること良い。駆動側のギヤと従動
側のギヤの外形が異円となった変速ギヤは数多く知られ
ているが、楕円形状とすることでギヤ機構の生産性、組
付け性を向上し得る。

【００１１】好ましくは、第１の楕円ギヤと第２の楕円
ギヤの嵌合は、スロットルバブルの開度が最小となると
きに第１の楕円ギヤの長径部分が第２の楕円ギヤの短径
部分に嵌合する構成とすると良い。この構成とすること
により、スロットルバルブの開度が最小となったとき
に、駆動側の第１の楕円ギヤの長径部分と従動側の第２
の楕円ギヤの短径部分とが嵌合しているので、回転する
ことによりスロットルバルブの開度を調整する第２の楕
円ギヤを従動させるために、スロットルバルブの開度が
最小以外の状態のときに比べて第１の楕円ギヤを余分に
回転させる必要がある。すなわち、非常に簡単な構成に
よって、スロットルバルブの開度が小さくなった状況の
みギヤの減速比を小さくし得る。

【００１２】好ましくは、第１の楕円ギヤと第２の楕円
ギヤの回転中心は、それぞれのギヤの楕円形状の重心か
ら偏心した位置に設けると良い。楕円ギヤの嵌合による
減速比の変化は、楕円が本来有する長径部分と短径部分
の長さ比に応じて決定するが、ギヤの回転中心を偏心さ
せることによって減速比の変化の幅を大きくし得る。

【００１３】好ましくは、第１の楕円ギヤと第２の楕円
ギヤの少なくとも一方をセクターギヤとすると良い。ス
ロットルバルブの回転範囲は９０°以下に設定されてい
る。つまり、スロットルバルブの全閉時にスロットルバ
ルブが内燃機関の吸気通路に垂直な位置となり、スロッ
トルバルブの全開時に内燃機関の吸気通路に平行な位置
となる、この両位置の回転範囲は９０°であり、この回
転角度がスロットルバルブの回転角度の最大値である。
しかしながら、スロットルバルブが吸気通路と垂直とな
ることなく、吸気通路の軸方向に傾いて全閉状態を形成
することが多いので、実際のスロットルバルブの回転範
囲は７０°から８０°の範囲で設定されることが多い。
このような事情から、スロットルバルブを回動させるた
めに嵌合する楕円ギヤの部位は限られており、第１及び
／又は第２の楕円ギヤを、外周部分のみ楕円に沿った形
状の嵌合部を有する扇型状のギヤとすることで変速ギヤ
機構を小型化し得る。

【００１４】より具体的には、ギヤ機構が、駆動手段の
出力軸に固定されたピニオンギヤを有し、第１の楕円ギ
ヤを前記ピニオンギヤに嵌合可能とし、そして第２の楕
円ギヤをスロットルシャフトに固定すると良い。或い
は、ギヤ機構を、駆動手段の出力軸に固定されたピニオ
ンギヤと、ピニオンギヤに嵌合可能な中間ギヤと、中間
ギヤと一体回転し前記中間ギヤと同じ回転中心を有する
第１の楕円ギヤと、スロットルシャフトに固定された第
２の楕円ギヤとを有する構成とすると良い。これらの構
成により、第１の楕円ギヤと第２の楕円ギヤとの嵌合に
より、従動側の第２の楕円ギヤの従動回転する回転速度
を可変とする前の段階で、駆動手段の回転に連動するピ
ニオンギヤと、このピニオンギヤと嵌合する第１の楕円
ギヤ又は中間ギヤとの間で、それぞれのギヤ比に応じた
回転速度の調整をし得る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。

【００１６】まず、スロットルバルブ制御装置による制
御の全体的な概略を図１を用いて説明する。

【００１７】図１は、スロットルバルブ１０と、スロッ
トルバルブ１０を駆動するその周辺部材の概略図を示し
ている。

【００１８】スロットルバルブ１０はスロットルシャフ
ト１２に一体的に固定されている。また、スロットルバ
ルブ１０は内燃機関１８の吸入口１６に連通する通路１
４に回動可能に配置されている。本発明に係るギヤ機構
２０はスロットルシャフト１２に取り付けられており、
直流モータ（ＤＣモータ）２２がこのギヤ機構を介して
スロットルシャフト１２を回動させることで、スロット
ル弁１０が開閉し、内燃機関１８へ供給される空気量が
制御される。ＤＣモータ２２は、スロットル制御ＥＣＵ
２６にて演算されたデューティ信号により、ドライバ回
路２４を介してデューティ駆動される。

【００１９】スロットル制御ＥＣＵ２６は、アクセルセ
ンサ２８が発する信号Ａｐよりアクセルペダル３０の踏
み込み量を検出する。また、スロットル制御ＥＣＵ２６
は、図示しないエンジンＥＣＵから内燃機関１８での燃
料噴射量や内燃機関１８の冷却水温度等の情報も受信
し、これらの情報に基づきスロットルバルブ１０の目標
開度を決定する。そして、スロットル制御ＥＣＵ２６で
は、スロットルバルブ１０の開度を検出するスロットル
センサ３２が発する信号Ｓａを読み込み、目標開度と現
在の開度との偏差を求め、この偏差がなくなるように、
ＰＩＤ制御によるフィードバック制御を行い、モータ２
２に与えるデューティ信号を演算し、このデューティ信
号をドライバ回路２４へ供給する役割を果たしている。

【００２０】以上、スロットルバルブ制御装置による制
御の全体的な概略を説明した。

【００２１】次に、本発明に係るギヤ機構２０の具体的
構成について説明する。

【００２２】図２は、ギヤ機構２０の具体的構成を示す
模式図である。ギヤ機構２０の歯車列は図２に示すよう
に、ピニオンギヤ４０、中間ギヤ５０及びファイナルギ
ヤ７０から構成されている。中間ギヤ５０は、大径の第
一ギヤ５２と、小径の第二ギヤ５４と、第一ギヤ５２と
第二ギヤ５４とを一体に連結する筒部５５とを有する。
筒部５５は、ボディ（図示せず）に軸支された中間軸５
６に挿入されて、第一ギヤ５２と第二ギヤ５４とを一体
物として、中間軸５６を回転軸として回転可能に保持し
ている。ピニオンギヤ４０は、モータ２２の出力軸２４
に固定されている。ファイナルギヤ７０は、２つのボル
ト１１ａ、１１ｂによってスロットルバルブ１０と一体
に固定されたスロットルシャフト１２の一端に固定され
ている。そしてピニオンギヤ４０は中間ギヤ５０の第一
ギヤ５２と噛合い、ファイナルギヤ７０は、中間ギヤ５
０の第二ギヤ５４と噛合っている。モータ２２の駆動力
は、モータ２２の出力軸２４を通じてピニオンギヤ４０
に伝達され、ギヤの噛合いにより中間ギヤ５０の第一ギ
ヤ５２に伝達される。第一ギヤ５２に伝達された駆動力
は、筒部５５により第一ギヤ５２に固定される第二ギヤ
５４を第一ギヤ５２に連動して回転させ、第二ギヤ５４
とファイナルギヤ７０とのギヤの噛合いによりファイナ
ルギヤ７０へ伝達される。これにより、スロットルシャ
フト１２が回転駆動され、スロットルシャフト１２と一
体となっているスロットルバルブ１０が駆動される。

【００２３】このようなギヤ機構２０において、中間ギ
ヤ５０の第二ギヤ５４とファイナルギヤ７０は、楕円形
状をした変速ギヤ機構を構成している。具体的には、図
２のように、第二ギヤ５４の筒部５５及びファイナルギ
ヤ７０のスロットルシャフト１２への取り付け位置は、
夫々のギヤの重心に対して同じ量ｅだけ偏心して取り付
けられ互いに噛合っている。図２では、第二ギヤ５４及
びファイナルギヤ７０の噛み合い位置を基準として、第
二ギヤ５４の回転中心（中間軸５６に挿入される筒部５
５の取り付け位置）までの距離及びファイナルギヤ７０
の回転中心（スロットルシャフト１２の取り付け位置）
までの距離は、第二ギヤ５４の回転中心までの距離が長
い部分と、ファイナルギヤ７０の回転中心までの距離が
短い部分とが噛み合っている。この状態を模式的に示し
た図３から明らかなように、スロットルバルブ１０は通
路１４を閉鎖した状態であり、第二ギヤ５４とファイナ
ルギヤ７０との減速比が大きくなる。従って、ＤＣモー
タ２３によって駆動される第二ギヤ５４の回転速度に比
べて、ファイナルギヤ７０の回転速度を遅くすることが
でき、スロットルバルブ１０の微少な角度調整が可能と
なる。

【００２４】また、図３に示す状態から、第二ギヤ５４
を中心軸５６を回転軸としてＤＣモータ２２の駆動力に
よって時計の回転方向に所定量回転させることで、図４
に示すようにスロットルバルブ１０は全開状態となる。
第二ギヤ５４及びファイナルギヤ７０の噛み合い位置を
基準とした、第二ギヤ５４の回転中心までの距離及びフ
ァイナルギヤ７０の回転中心までの距離に関し図３と図
４とを対比させることで明らかなように、図３の状態に
比べて図４の状態においては、第二ギヤ５４の回転中心
までの距離が短くなっており、ファイナルギヤ７０の回
転中心までの距離が長くなっている。従って、図３の状
態に比べて図４の状態においては、第二ギヤ５４とファ
イナルギヤ７０との減速比が小さくなっている。このこ
とにより、図４に示すようなスロットルバルブ１０の開
度が大きい状態においては、ＤＣモータ２３によって駆
動される第二ギヤ５４の回転速度に比べて、ファイナル
ギヤ７０の回転速度を速くすることができ、スロットル
バルブ１０の応答性能を向上させることが可能となる。

【００２５】よって、このように、第二ギヤ５４とファ
イナルギヤ７０とを、それぞれ楕円形状のギヤとして、
夫々の重心から偏心させて嵌合させるようにすること
で、スロットルバルブ１０の開度に応じてギヤ機構２０
の減速比を徐々に変化させることができる。詳しくは、
スロットルバルブ１０の開度が小さい開度域において、
スロットルバルブ１０をゆっくりとした回転速度で回動
させることができ、スロットルバルブ１０の微少な開度
調整を可能とできる。これと共に、スロットルバルブ１
０の開度が大きい開度域においては、スロットルバルブ
１０をすばやい回転速度で回動させることができ、スロ
ットルバルブ１０の応答性能を向上させることができ
る。

【００２６】図５、図６には、第一の実施形態の図３、
図４に対応する本発明の第二の実施形態を示している。
図５、図６の符号は、第一の実施形態と同一の部材につ
いては、第一の実施形態と同一の符号を付与している。
第二の実施形態の特徴は、第二ギヤ５８とファイナルギ
ヤ７２との形状である。第二ギヤ５８とファイナルギヤ
７２の形状は、外周部分は図３、図４に示した第二ギヤ
５４とファイナルギヤ７０と同一な楕円の一部となって
いるが、第二ギヤ５８とファイナルギヤ７２の形状は扇
形となっている。このことは、スロットルバルブ１０の
回動範囲が図５に示した状態から図６に示した状態まで
の９０°以下の回転範囲であることから、扇形形状とし
た第二ギヤ５８とファイナルギヤ７２の外周部分は嵌合
に用いられる部分のみを備えている。従って、第二ギヤ
５８、ファイナルギヤ７２の重量を軽くすることがで
き、スロットルバルブ制御装置の軽量化を図ることがで
きる。また、第二ギヤ５８、ファイナルギヤ７２の重量
を軽くなることにより、第二ギヤ５８、ファイナルギヤ
７２の回転モーメントを抑えることができ、スロットル
バルブ制御装置の応答性を向上させることができる。

【００２７】図７乃至図１０には、本発明の第三の実施
形態を示している。図７乃至図１０の符号は、図２乃至
図４に示した第一の実施形態と同一の部材については、
第一の実施形態と同一の符号を付与している。第三の実
施形態の特徴は、第二ギヤ６２とファイナルギヤ７４を
備えたギヤ機構２１にある。

【００２８】図７、図８に示すように、ギヤ機構２１の
歯車列は、ピニオンギヤ４１、中間ギヤ５１及びファイ
ナルギヤ７４から構成されている。中間ギヤ５１は、大
径の第一ギヤ６０と、小径の第二ギヤ６２と、第一ギヤ
６０と第二ギヤ６２とを一体に連結する筒部６５を有す
る。筒部６５はボディ１５に支えられた中間軸６４に挿
入されて、第一ギヤ６０と第二ギヤ６２とを一体物とし
て中間軸６４を回転軸として回転可能に保持している。
第一ギヤ６０は真円形状であり、図９、図１０に示すよ
うに第二ギヤ６２は楕円形状で形成され、第一ギヤ６０
と第二ギヤ６０は共に、ギヤの重心部分（中心）に中間
軸６４が貫通することで固定されている。ピニオンギヤ
４０は、モータ２２の出力軸２４に固定されている。フ
ァイナルギヤ７４は、２つのボルト１１ａ、１１ｂによ
ってスロットルバルブ１０と一体に固定されたスロット
ルシャフト１２の一端に固定されている。ファイナルギ
ヤ７４は、図９、図１０に示すように楕円形状であり、
ギヤの重心部分（中心）にスロットルシャフト１２の端
部が挿入することで固定されている。そしてピニオンギ
ヤ４０は中間ギヤ５１の第一ギヤ６０と噛合い、ファイ
ナルギヤ７４は、中間ギヤ５１の第二ギヤ６２と噛合っ
ている。モータ２２の駆動力は、モータ２２の出力軸２
４を通じてピニオンギヤ４０に伝達され、ギヤの噛合い
により中間ギヤ５１の第一ギヤ６０に伝達される。第一
ギヤ６０に伝達された駆動力は、筒部６５により第一ギ
ヤ６０に固定される第二ギヤ６２を第一ギヤ６０に連動
して回転させ、第二ギヤ６２とファイナルギヤ７４ギヤ
の噛合いによりファイナルギヤ７４へ伝達される。これ
により、スロットルシャフト１２が回転駆動され、スロ
ットルシャフト１２と一体となっているスロットルバル
ブ１０が駆動される。

【００２９】第三の実施の形態においては、第一、第二
の実施形態の如く、第二ギヤ６２とファイナルギヤ７４
の重心部分で、それぞれ中間軸６４、スロットルシャフ
ト１２に固定されるので、固定位置を第二ギヤ６２とフ
ァイナルギヤ７４の重心部分から偏心させるといった生
産上の煩わしさを回避できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡易な構成で、低流量時の微少角制御性と、大流量時の
高応答性を両立できるスロットルバルブ制御装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態におけるスロットルバ
ルブ制御装置とその周辺部の概略図である。

【図２】本発明の第一の実施形態におけるギヤ機構の具
体的構成を示す模式図である。

【図３】本発明の第一の実施形態のスロットルバルブの
全閉状態時の第二ギヤとファイナルギヤの嵌合状態を示
す概略図である。

【図４】本発明の第一の実施形態のスロットルバルブの
全開状態時の第二ギヤとファイナルギヤの嵌合状態を示
す概略図である。

【図５】本発明の第二の実施形態のスロットルバルブの
全閉状態時の第二ギヤとファイナルギヤの嵌合状態を示
す概略図である。

【図６】本発明の第二の実施形態のスロットルバルブの
全開状態時の第二ギヤとファイナルギヤの嵌合状態を示
す概略図である。

【図７】本発明の第三の実施形態のスロットルバルブの
全閉状態時のギヤ機構の具体的構成を示す模式図であ
る。

【図８】本発明の第二の実施形態のスロットルバルブの
全開状態時のギヤ機構の具体的構成を示す模式図であ
る。

【図９】本発明の第三の実施形態のスロットルバルブの
全閉状態時の第二ギヤとファイナルギヤの嵌合状態を示
す概略図である。

【図１０】本発明の第三の実施形態のスロットルバルブ
の全開状態時の第二ギヤとファイナルギヤの嵌合状態を
示す概略図である。

【符号の説明】

１０ スロットルバルブ １２ スロットルシャフト １４ 通路（吸気通路） ２０、２１ ギヤ機構（伝達手段） ２２ ＤＣモータ（駆動手段） ２４ 出力軸 ４０ ピニオンギヤ ５２、６０ 第一ギヤ（中間ギヤ） ５４、５８、６２ 第二ギヤ（第１の楕円ギヤ） ７０、７２、７４ ファイナルギヤ（第２の楕円ギヤ）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸気通路内に配置されるスロ
   ットルバルブと、前記スロットルバルブに一体的に設け
   られ前記スロットルバルブを回転可能に軸支するスロッ
   トルシャフトと、前記スロットルバルブを開閉駆動する
   駆動手段と、前記駆動手段の駆動力を前記スロットルシ
   ャフトに伝達する伝達手段とからなるスロットルバルブ
   制御装置において、前記伝達手段は、前記スロットルバ
   ルブの開度が小さいときほど減速比が大きくなるギヤ機
   構を備えていることを特徴とするスロットルバルブ制御
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記ギヤ機構は、回転に伴って減速日が変化する一対の
   変速ギヤ機構を備えていることを特徴とするスロットル
   バルブ制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記変速ギヤ機構は、前記駆動手段の駆動力の伝達を受
   ける第１の楕円ギヤと、前記スロットルシャフトに連結
   し前記第１の楕円ギヤと嵌合する第２の楕円ギヤとを備
   えていることを特徴とするスロットルバルブ制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記第１の楕円ギヤと前記第２の楕円ギヤの嵌合は、前
   記スロットルバブルの開度が最小となるときに、前記第
   １の楕円ギヤの長径部分が前記第２の楕円ギヤの短径部
   分に嵌合することを特徴とするスロットルバルブ制御装
   置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記第１の楕円ギヤと前記第２の楕円ギヤの回転中心
   は、それぞれの楕円の重心から偏心した位置に設けられ
   ていることを特徴とするスロットルバルブ制御装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記第１の楕円ギヤと前記第２の楕円ギヤの少なくとも
   一方をセクターギヤとしたことを特徴とするスロットル
   バルブ制御装置。
7. 【請求項７】 請求項３乃至請求項６において、前記ギ
   ヤ機構は、前記駆動手段の出力軸に固定されたピニオン
   ギヤを有し、前記第１の楕円ギヤを前記ピニオンギヤに
   嵌合可能とし、前記第２の楕円ギヤを前記スロットルシ
   ャフトに固定したことを特徴とするスロットルバルブ制
   御装置。
8. 【請求項８】 請求項３乃至請求項６において、前記ギ
   ヤ機構は、前記駆動手段の出力軸に固定されたピニオン
   ギヤと、該ピニオンギヤに嵌合可能な中間ギヤと、該中
   間ギヤと一体回転し前記中間ギヤと同じ回転中心を有す
   る前記第１の楕円ギヤと、前記スロットルシャフトに固
   定された前記第２の楕円ギヤとを有することを特徴とす
   るスロットルバルブ制御装置。