JP2000038935A

JP2000038935A - スロットルバルブ制御装置

Info

Publication number: JP2000038935A
Application number: JP11138861A
Authority: JP
Inventors: Hideki Tsuchiya; 秀樹土屋; Toru Fujikawa; 透藤川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動手段（ＤＣモータ２２）が過剰な駆動力
を発生しても、ギヤ機構２０や駆動手段の部材を破損す
ることのない、信頼性の高い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２
０はトルクリミッタ機構を備え、所定量以上の駆動力を
スロットルシャフト１２へ伝達しないスロットルバルブ
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ギヤ機構を介してス
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（ＰＩ
Ｄ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号に記載のものが知られている。この技術は、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
いるものである。

【０００４】また、スロットルバルブ制御装置は、スロ
ットルバルブの開度を所定範囲とするため、スロットル
バルブ制御装置には２つのストッパを設けることが一般
的である。一方のストッパは、全開ストッパであり、ス
ロットルバルブの開度が所定範囲内の最大開度の際にス
ロットルバルブと一体に回転する部材が当接する。他方
のストッパは、全閉ストッパであり、スロットルバルブ
の開度が所定範囲内の最小開度（完全な閉鎖又は微少な
開口を確保する状態）の際にスロットルバルブと一体に
回転する部材が当接する。従って、スロットルバルブに
過剰な駆動力が供給された場合などの異常時において
も、２つのストッパよって回転を制限されることによ
り、スロットルバルブは常に所定の範囲に位置するよう
になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スロッ
トルバルブ制御装置周辺の雰囲気温度又は電源の電圧の
変化等によりスロットルバルブ制御装置に異常が発生す
ると、ストッパはスロットルバルブと一体に回転する部
材と衝突する際に、大きな衝撃を受けることとなる。こ
の衝撃力によって、ＤＣモータやギヤ機構が破損すると
いった問題があった。

【０００６】一方で、この問題を解決するために、ギヤ
機構やＤＣモータの部材の強度を向上させる方法が考え
られる。しかしながら、この方法は、部材の重量増加又
は回転モーメントの増加など、スロットルバルブ制御装
置の応答性を悪化させる異なる問題を含んでいる。

【０００７】故に、本発明は、上記不具合を解決し得る
スロットルバルブ制御装置を提供することを技術的課題
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明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、伝達手段は、伝達する駆動力を所
定量以下に抑えるトルクリミッタ機構を備えた構成とし
た。これにより、スロットルバルブに伝達される駆動力
は所定量以下に抑えることができるので、スロットルバ
ルブの回転を規制するストッパに対して過剰な衝撃を与
えることを防止し得る。

【０００９】より具体的には、伝達手段が、駆動手段に
連結するピニオンギヤと、スロットルシャフトに連結す
るファイナルギヤと、ピニオンギヤと嵌合する第１ギヤ
と、ファイナルギヤに嵌合し且つ第１ギヤからトルクリ
ミッタ機構を介して駆動力を受ける第２ギヤとからな
り、トルクリミッタ機構は第１ギヤの駆動力が所定量以
上の場合に、所定量の駆動力を第２ギヤに伝達する構成
とした。これにより、スロットルバルブ制御装置の駆動
手段が何らかの事情で異常となり、過剰な駆動力を発生
しても、スロットルシャフトに伝達される駆動力を所定
量とし、スロットルバルブの回転を規制するストッパに
対して過剰な衝撃を与えることを防止し得る。

【００１０】好ましくは、トルクリミッタ機構は、第１
ギヤと第２ギヤとの間で摩擦力を発生させる付勢手段を
備える構成とした。付勢手段ですべり摩擦トルクを発生
させて駆動力を伝達することが可能で、所定量以上の過
剰な駆動力をスロットルバルブに伝達することを防止し
得る。

【００１１】好ましくは、トルクリミッタ機構は、第１
ギヤ又は第２ギヤの一方と一体で回転し、且つ第２ギヤ
又は第１ギヤの他方との間で摩擦力が作用する中間部材
を有する構成とした。中間部材を介在させることによ
り、すべり摩擦トルクの伝達を容易とする第１ギヤと第
２ギヤとの間の駆動力伝達経路を確保し得る。

【００１２】好ましくは、付勢部材は、第１ギヤと第２
ギヤとの間に配置されるスプリングとすると良い。ま
た、好ましくは、スプリングは、板バネ、ウェーブワッ
シャー、コイルスプリングの汎用スプリングを使用する
ことが好ましい。付勢部材をスプリング、特に、板バ
ネ、ウェーブワッシャー、コイルスプリングの如き汎用
品とすることで、安価なスロットルバルブ制御装置とし
得る。

【００１３】

【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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】図２及び図２の側面図である図３に示すよ
うに、ギヤ機構２０は、ピニオンギヤ４０、第１ギヤ４
２、第２ギヤ４４及びファイナルギヤ４６を有してい
る。中間軸４８はスロットルバルブのハウジング５０に
支えられている。この中間軸４８の回りにベアリング５
２が回転可能に挿入され、且つハブ５４がベアリング５
２の回りに回転可能に挿入されている。なお、ハブ５４
は、ベアリング５２に圧入して固定しても良い。

【００２１】ハブ５４の下端には、図２に示すように、
フランジ部５５がハブ５４と一体的に設けられている。
また、ハブ５４の外周側には第２ギヤ４４、皿バネ５
６、第１ギヤ４２がこの順に回転可能に挿入され、最後
にナット５８がハブ５４との間で締め付け固定される。
図２に示すように、皿バネ５６には円環状の複数の折り
目が形成されている。皿バネ５６は、第１ギヤ４２と第
２ギヤ４４とに接触するように配置され、第１ギヤ４２
と第２ギヤ４４をそれぞれ中間軸４８の軸方向に押し拡
げている。その結果、第１ギヤ４２はナット５８に面接
触し、第１ギヤ４２とナット５８との間の第１の摩擦面
Ｐ１に摩擦力を発生させる。一方、第２ギヤ４４はハブ
５４のフランジ部５５に面接触し、第２ギヤ４４とフラ
ンジ部５５との間の第２の摩擦面Ｐ２に摩擦力を発生さ
せる。

【００２２】ピニオンギヤ４０は、ＤＣモータ２２の出
力軸２３に固定され、第１ギヤ４２に嵌合する。ファイ
ナルギヤ４６は、スロットルシャフト１２に固定されて
いる。スロットルシャフト１２は、ボルト１１ａ、ボル
ト１１ｂによってスロットルバルブ１０に固定されるこ
とでスロットルバルブ１０と一体に回転する。図３に示
すように、ファイナルギヤ４６の形状は扇形をしてお
り、その外周の弧の部分で第２ギヤ４６と嵌合する。Ｄ
Ｃモータ２２の駆動力は、出力軸２３、ピニオンギヤ４
０、ピニオンギヤ４０と第１ギヤ４２との嵌合を介し
て、第１ギヤ４２に伝達される。第１ギヤ４２に伝達さ
れた駆動力は、第１ギヤ４２とナット５８との間の第１
の摩擦面Ｐ１の摩擦係合を介して、フランジ部５５を備
えたハブ５４と一体に回転するナット５８に伝達され
る。フランジ部５５に伝達された駆動力は、第２ギヤ４
４とフランジ部５５との間の第２の摩擦面Ｐ２の摩擦係
合を介して第２ギヤ４４に伝達される。最後に、第２ギ
ヤ４４に伝達された駆動力は、第２ギヤ４４とファイナ
ルギヤ４６との嵌合により、ファイナルギヤ４６に伝達
され、スロットルバルブ１０を開閉する。以上のとお
り、ＤＣモータ２２はスロットルバルブ１０を駆動す
る。

【００２３】図３に示すように、ファイナルギヤ４６は
扇形状としたので、４６ａ、４６ｂの２つの端面を有す
る。ハウジング５０には、全開ストッパ６０と全閉スト
ッパ６２が設けられており、スロットルバルブ１０が図
３に破線で示す全開位置にあるときに、ファイナルギヤ
４６の端面４６ａが全開ストッパ６０に当接し、スロッ
トルバルブ１０が図３に一点破線で示す全閉位置にある
ときに、ファイナルギヤ４６の端面４６ｂが全閉ストッ
パ６２に当接する。この結果、ファイナルギヤ４６は、
端面４６ａが全開ストッパ６０に当接する位置から端面
４６ｂが全閉ストッパ６２に当接する位置までの範囲で
回転可能となり、このことがスロットルバルブ１０の回
転範囲を規制している。

【００２４】上記実施形態において、ＤＣモータ２２へ
の電圧が異常となるなどの事情により、万一過剰な駆動
力が第１ギヤ４２に供給された場合、皿バネ５６によっ
て発生する摩擦力に抗して第１ギヤ４２と第２ギヤ４４
との間で相対回転が発生する。具体的には、第１ギヤ４
２と第２ギヤ４４は共に皿バネ５６に付勢力によって
（第１のギヤ４２はナット５８を介して、第２のギヤ４
４はフランジ部５５を介して）ハブ５４に摩擦係合して
いるが、第２ギヤ４４とフランジ部５５との間の第２の
摩擦面Ｐ２が第１ギヤ４２とナット５８との間の第１の
摩擦面Ｐ１に比べて面積が小さいので、過剰な駆動力が
第１のギヤ４２に供給された場合に第１ギヤ４２よりも
第２ギヤ４４がハブ５４の回りを回転し易い。従って、
過剰な駆動力が第１ギヤ４２に供給された場合には、第
１ギヤ４２はナット５８、ハブ５４と共に回転するが、
ハブ５４の駆動力の全ては第２ギヤ４４に伝達すること
なく第２ギヤ４４とフランジ部５５との間の第２の摩擦
面Ｐ２における摩擦力によって伝達可能な範囲で伝達す
る。よって、第２ギヤ４４とフランジ部５５との間の第
２の摩擦面Ｐ２はトルクリミッターとしての働きをし、
第１ギヤ４２から第２ギヤ４４へ伝達される駆動力は常
に所定量以下となる。

【００２５】また、上記の実施の形態の構成は、第１ギ
ヤ４２とナット５８との間の第１の摩擦面Ｐ１の摩擦力
及び第２ギヤ４４とフランジ部５５との間の第２の摩擦
面Ｐ２は、共にナット５８によって締め付けられる皿バ
ネ５６によって発生している。従って、第１の摩擦面Ｐ
１及び第２の摩擦面Ｐ２の摩擦力は、ナット５８の締め
付け力を調整することによって容易に調整できる。

【００２６】また、上記の実施の形態においては、過剰
な駆動力が第１ギヤ４２に供給された場合に、第２の摩
擦面Ｐ２の摩擦係合による駆動力の伝達が解除される構
成としたが、第１の摩擦面Ｐ１の面積を第２の摩擦面Ｐ
２の面積よりも小さくすることによって、第１の摩擦面
Ｐ１の摩擦係合による駆動力の伝達を解除する構成とし
ても良い。更に、上記の実施の形態においては、過剰な
駆動力が第１ギヤ４２に供給された場合に、フランジ部
５５と第２ギヤ４４との摩擦係合による駆動力の伝達が
解除される旨の説明をした。しかしながら、第１の摩擦
面Ｐ１と第２の摩擦面Ｐ２の面積の大小に関わりなく、
何らかの事情で第１ギヤ４２とナット５８との間の摩擦
係合による駆動力の伝達が解除し第１ギヤ４２とナット
５８とが相対的に回転しても、過剰な駆動力が第２ギヤ
４４に伝達されずに同様な結果を得ることができる。

【００２７】図４は、本発明の第２の実施形態を示して
いる。図４における符号は、図２に示される第１の実施
形態と同一の部材に対して、図２と同じ符号を付与して
いる。この第２の実施形態の特徴は、円錐形状の皿バネ
６４を第1ギヤ４２と第２ギヤ４４との間に配置したこ
とである。

【００２８】図５は、本発明の第３の実施形態を示して
いる。図５における符号は、図２に示される第１の実施
形態と同一の部材に対して、図２と同じ符号を付与して
いる。この第３の実施形態の特徴は、コイルスプリング
６６を第1ギヤ４２と第２ギヤ４４との間に配置したこ
とである。なお、図５に示すように、コイルスプリング
６６を第1ギヤ４２と第２ギヤ４４との間に配置するた
めに、第１ギヤ４２にスプリング収容部４２ａ、第２ギ
ヤ４４にスプリング収容部４４ａをそれぞれ対向して形
成して、それぞれの収容部４２ａ、４４ａはコイルスプ
リング６６の端部を保持している。

【００２９】図６は、本発明の第４の実施形態を示して
いる。図６における符号は、図２に示される第１の実施
形態と同一の部材に対して、図２と同じ符号を付与して
いる。この第４の実施形態の特徴は、ウェーブワッシャ
ー６８を第１ギヤ４２と第２ギヤ４４との間に配置した
ことである。なお、図６はギヤ機構２０の断面図を示す
ものであるが、ウェーブワッシャー６８の形状を理解し
易くするために、ウェーブワッシャー６８は外形形状を
示している。

【００３０】これら図４乃至図６に示した第２乃至第４
の実施形態の皿バネ６４、コイルスプリング６６及びウ
ェーブワッシャ６８は、それぞれ第１の実施形態の皿バ
ネ５６と同様な作動をし、第１ギヤ４２から第２ギヤ４
４へ伝達するＤＣモータ２２が発生する駆動力を常に所
定量以下とするトルクリミッタ機構を、第１ギヤ４２、
第２ギヤ４４、ハブ５４と共に形成する。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ギヤ機構やＤＣモータの部材の強度を向上させることな
く、簡易な構成で、信頼性を向上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】図２の側面からみたギヤ機構の嵌合を示す概略
図である。

【図４】本発明の第二の実施形態のギヤ機構の具体的構
成を示す模式図である。

【図５】本発明の第三の実施形態のギヤ機構の具体的構
成を示す模式図である。

【図６】本発明の第四の実施形態のギヤ機構の具体的構
成を示す模式図である。

【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ギヤ機構（伝達手段）２２ＤＣモータ（駆動手段）２３出力軸４０ピニオンギヤ４２第一ギヤ４４第二ギヤ４６ファイナルギヤ５４中間部材５６、６４皿バネ（付勢手段）６６コイルスプリング（付勢手段）６８ウェーブワッシャー（付勢手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【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、伝達する駆動力を
所定量以下に抑えるトルクリミッタ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。
【請求項２】請求項１において、前記伝達手段は、前
記駆動手段に連結するピニオンギヤと、前記スロットル
シャフトに連結するファイナルギヤと、前記ピニオンギ
ヤと嵌合する第１ギヤと、前記ファイナルギヤに嵌合し
且つ前記第１ギヤから前記トルクリミッタ機構を介して
駆動力を受ける第２ギヤとからなり、前記トルクリミッ
タ機構は前記第１ギヤの駆動力が前記所定量以上の場合
に、前記所定量の駆動力を前記第２ギヤに伝達すること
を特徴とするスロットルバルブ制御装置。
【請求項３】請求項２において、前記トルクリミッタ
機構は、前記第１ギヤと前記第２ギヤとの間で摩擦力を
発生させる付勢手段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。
【請求項４】請求項３において、前記トルクリミッタ
機構は、前記第１ギヤ又は前記第２ギヤの一方と一体で
回転し、且つ前記第２ギヤ又は前記第１ギヤの他方との
間で前記摩擦力が作用する中間部材を有することを特徴
とするスロットルバルブ制御装置。
【請求項５】請求項３又は４において、前記付勢部材
は、前記第１ギヤと前記第２ギヤとの間に配置されるス
プリングであることを特徴とするスロットルバルブ制御
装置。
【請求項６】請求項５において、前記スプリングは、
板バネであることを特徴とするスロットルバルブ制御装
置。
【請求項７】請求項５において、前記スプリングは、
ウェーブワッシャーであることを特徴とするスロットル
バルブ制御装置。
【請求項８】請求項５において、前記スプリングは、
コイルスプリングであることを特徴とするスロットルバ
ルブ制御装置。