JP2001289068A - 内燃機関のスロットル弁制御装置及び自動車 - Google Patents
内燃機関のスロットル弁制御装置及び自動車Info
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Abstract
なく寿命が長いセンサを備えたスロットル制御装置を実
現する。 【解決手段】電動アクチュエータ22で回転駆動される
スロットル弁軸3と、この弁軸に取り付けられた交番マ
グネット82と、マグネットの磁束の変化を検出するホ
ール素子がとり付けられたカバー16と、このカバー電
動アクチュエータが取り付けられたスロットルボディ1
に取り付けられており、ホール素子の出力がスロットル
弁4の開度の関数となるように構成する。
Description
気流量を制御するスロットル弁制御装置及び自動車に関
する。
エータ(例えば直流モータ,ステッピングモータ,トル
クモータ,ブラッシレスモータ)により開閉制御する電
子制御式スロットル装置が実用化されている。
ダルの開度信号やトラクション制御信号に基づきエンジ
ン状態に応じた最適なスロットル弁角度(スロットル弁
開度)を制御するものである。そのために、スロットル
ボディには、スロットル弁の角度を検出するためのセン
サ、いわゆるスロットルセンサ(開度計,スロットルポ
ジションセンサと称せられることもある)を装着してい
る。
ータ方式が採用されており、スロットル弁軸と共に回転
するブラシ(摺動子)が、抵抗体上を摺動することでス
ロットル弁開度に相当する電位差信号(センサ検出信
号)を出力する(例えば特開平7−343878号公
報,特開平9−32588号公報参照)。
の種のスロットルセンサは抵抗基板に形成された可変抵
抗及び導体にブラシが接触し、摺動するものである。こ
のためセンサの寿命が短く、故障も多い。センサを2重
系にしてセンサの故障検出や、相互バックアップを行っ
ているが根本的な解決にはならない。
性が高く、寿命が短いセンサの出力で制御パラメータが
制御されていたため、内燃機関の運転制御の精度が悪か
った。
のとして特許第2845884号が知られているが、ス
ロットル制御弁装置として実用に供するための工夫がな
く実用化されていない。
スロットルセンサを備えたスロットル弁制御装置を提供
するところにある。
装置の一部としてコンパクトに装置に装着するためのい
くつかの工夫を提案する。
影響を取り除くための工夫も提案する。
の制御因子の一つであるスロットルセンサを改良して、
内燃機関の運転制御精度の向上を計ることにある。
成するために、次のようなスロットル弁制御装置及び自
動車を提案する。 (1)電動アクチュエータで回転駆動されるスロットル
弁軸、このスロットル弁軸に取付けられた交番マグネッ
ト、当該交番マグネットの磁束の変化を検出する要素が
取付けられたカバー、当該カバーは前記電動アクチュエ
ータが取付けられたスロットルボディーに取付けられて
おり、前記要素の出力が前記スロットル弁の開度の関数
になっている内燃機関のスロットル弁制御装置。 (2)吸入空気量を制御するスロットル弁を備えたスロ
ットルボディと、前記スロットル弁が取付けられた軸の
回転角度を検出するスロットルセンサと前記スロットル
センサが出力する電気信号によって指令値が調整される
電動アクチュエータとを備え、前記スロットルセンサ
は、前記スロットル弁軸の一端に取付けられた要素と、
この軸端部を覆うようにして前記スロットルボデイに固
定されたカバー部材に装着された別の要素から成り、前
記スロットル軸の回転角度の変化によって前記一対の要
素間の磁気的物理量が変化し、当該磁気的物理量の変化
に反応して前記カバー部材に取付けた側の要素が前記軸
の回転角度に関連した電気信号を出力するように構成さ
れている内燃機関のスロットル弁制御装置。 (3)スロットル弁の軸端に取付けられたマグネットの
磁気的信号を受けて当該スロットル弁の開度に関連した
電気的信号を出力する素子を備え、当該素子が出力する
電気的信号の変化によって機関の制御パラメータが調整
される自動車。 (4)モータの回転をスロットル弁軸に固定されたギア
を介してスロットル弁軸に伝えるようにしたものにおい
て、マグネットとホール素子から成る磁気型のスロット
ルセンサで前記スロットル弁軸の回転角度を検出すると
共に、前記ギアを樹脂材により形成した内燃機関のスロ
ットル制御装置。 (5)モータの回転軸とスロットル弁軸を平行に配置
し、減速ギアを介して前記モータの回転軸の回転を前記
スロットル弁軸に伝えるように構成し、前記スロットル
弁軸の回転角度を検出可能にマグネットとホール素子か
ら成る磁気型のスロットルセンサを取付け、前記モータ
の回転軸と前記スロットル弁軸の間のトルク伝達経路の
中間に位置するギアの回転軸を磁性材で形成した内燃機
関のスロットル弁制御装置。 (6)モータで駆動されるスロットル弁の回転角度を検
出するものにおいて、前記スロットル弁軸にマグネット
を取付け、このマグネットを挟んで対面する位置にホー
ル素子を配置し、前記ホール素子間に磁路としてのステ
ータを装着し、前記モータは前記両ホール素子から等距
離の位置に取付けた内燃機関のスロットル弁制御装置。 (7)モータで駆動されるスロットル弁の回転角度を検
出するセンサを備え、前記モータの回転軸と前記スロッ
トル弁軸が平行に並んで配置されているものにおいて、
前記スロットル弁軸にマグネットを取付け、このマグネ
ットを挟んで対面する位置にホール素子を配置し、前記
ホール素子間に磁路としてのステータを装着すると共
に、前記モータの回転軸と前記スロットル弁軸の中心と
の間の距離を半径とする円弧の外に前記両ホール素子を
配置した内燃機関のスロットル弁制御装置。 (8)スロットル弁が取付けられたスロットル弁軸にマ
グネットが取付けられており、当該マグネット部分を覆
うようにしてスロットルボディに固定されたカバーを備
え、当該カバーには前記マグネットの磁気的物理量の変
化に感応するホール素子と、 当該ホール素子の出力を
所定の電気信号に変換する信号処理回路が取付けられて
いる内燃機関のスロットル弁制御装置。 (9)モータの回転軸とスロットル弁軸を平行に配置
し、減速ギアを介して前記モータの回転軸の回転を前記
スロットル弁軸に伝えるように構成し、スロットルボデ
ィには前記減速ギアを覆うようにカバーを取付け、前記
スロットル弁軸に固定されたギアの端面と前記カバーと
の間に、前記スロットル弁軸の回転角度を検出可能にマ
グネットとホール素子から成る磁気型のスロットルセン
サを配置した内燃機関のスロットル弁制御装置。 (10)モータで回転されるスロットル弁軸の端部にマ
グネットを取付け、このマグネットと協動して前記スロ
ットル弁軸の回転角度を検出する素子を備え、前記モー
タの通電が断たれたとき前記マグネットを所定の開き開
度位置に保持するばねを前記スロットル弁軸の周囲に装
着した内燃機関のスロットル弁制御装置。 (11)モータで回転されるスロットル弁軸にマグネッ
トを取付け、このマグネットと協動して前記スロットル
弁軸の回転角度を検出する素子を備え、当該素子は前記
マグネットの磁気的影響下に配設された2個の素子から
なり相互にバックアップするよう構成されたスロットル
弁制御装置。
図面に基づいて説明する。
弁装置(スロットル弁装置)は、スロットルボディ(以
下、単にボディと称することもある)1,スロットル弁
4,スロットル弁4を駆動するモータ(スロットル弁駆
動装置;電動アクチュエータ)22,減速ギア機構10
0,スロットル弁4の開き角度(開度)つまり、スロッ
トル弁軸3の回転角度を計測するセンサ(スロットルセ
ンサ)80、およびスロットル弁軸3,モータ22,減
速ギア機構100を保護するカバー16を主な要素とし
て構成される。
気ボア)2とモータ22の収納部(モータハウジング)
1cとを一体成形してなる。
ねじ5により取り付けられ、軸3は、ボディ1に設けた
軸受け6及び26によって支持されている。
グ、軸受26をキャップ形状のプレーンベアリングとし
ている。その理由及び詳細は後述する。ボールベアリン
グ6は、シールリング8を介して軸受ボス1aに装着さ
れている。また、ボールベアリング6の内輪6aは、ス
ロットル弁軸3の外周に圧入され、外輪6bが軸受ボス
1aの内周に中間嵌め(とまり嵌め)されている。
の側壁外に突出する。そして、側壁外に突出したスロッ
トル弁軸一端には、後述するばね10,レバー9,ばね
11及び減速ギア機構100の最終段ギア(従動ギア)
12が装着されている。
モータ22等のスロットル弁関連部品(以下、スロット
ル弁機構と称する)は、ボディ1の側壁に形成した収容
部(ケース)1dに収容され、また、収容部1dは、合
成樹脂のカバー16で蓋されている。プレーンベアリン
グ26は圧入により装着されている。
バー16により保護されるように配置されており、モー
タハウジング1cの開口(モータ取り付け用の開口)1
c′は、収容部1d内に臨むように位置し、この開口を
通してモータ22がハウジングに収容され、モータのエ
ンドブラケット22aが開口1c′周辺でねじ37によ
り固定されている(図3,図4参照)。
子23は、前記収容部1dの側壁の一辺近くに位置し、
カバー16側に向いて配置され、カバー16側に設けた
中継端子24aと中継コネクタ33を介して接続されて
いる。中継コネクタ33は、種々の態様のものが考えら
れる。本実施例では、中継コネクタ33として導電材製
スリーブを用い、その両端に90度だけ向きをずらした
スリット34,35を設け、このスリットに中継端子2
4a及びモータ端子23がさし込まれている。これらの
端子24a,23もスリット34,35の向きに合わせ
て90度だけ向きをずらしている。
に関するアクセル信号やトラクション制御信号,定速走
行信号,アイドルスピードコントロール信号に応じて駆
動され、モータ22の動力が減速ギア機構100(モー
タピニオン21,中間ギア20,最終段ギア12)を介
してスロットル弁軸3に伝達される。ピニオン21はモ
ータシャフト27に取り付けられ、中間ギア20は、ス
ロットルボディ1に固着した導電性シャフト19にフリ
ーに嵌合する。中間ギア20のうち径の大きい方のギア
20aがピニオン21とかみ合い、径の小さい方のギア
20bがギア12にかみ合う。
扇形ギアである。
ア12は、図3に示すように、スロットル弁軸3の一端
を通す穴12hを有し、孔12hがスロットル弁軸一端
3a′(少なくとも2つの平面を有する)に係合可能な形
状にしてあり、スロットル弁軸と一体に回動する。
周面)にフリーに嵌合されているが、ばね11を介して
ギア12と引き付け合うように係合している。例えば、
図4の符号12fで示す突起がレバー9の図示しない突
起に係合する。突起12fは、ギア12の内側に形成さ
れている。
ングであり、一端がボディ1に設けたばね係止部(図示
省略)に係止し、他端がレバー9に係止している。
スロットル弁軸に戻し力を付与するが、さらに、ばね1
1及びレバー9と協働して、既に公知であるいわゆるデ
フォルト開度設定機構を構成する。
ーオフ時(換言すれば電動アクチュエータ22の非通電
時)のスロットル弁4のイニシャル開度を全閉位置より
大きな所定の開度に保持するためのものである。
は、モータ22のトルクとばね(リターンスプリング)
10の閉弁力との釣り合いによりスロットル弁開度が決
定される。
小さく制御する場合には、レバー9はデフォルト開度ス
トッパ(図示省略)により動きが規制され、ばね11の
力に抗してギア12及びスロットル弁軸3だけを全閉方
向に回動させることで行われる。
る全閉ストッパ(図示せず)に扇形ギア12の一辺に設
けた可動側ストッパ12dが当接することで全閉位置が
決定される。
部が金属プレート12aであり、歯を形成する部分12
b及び残り部分が合成樹脂(強化プラスチック)により
一体に成形されている。
2の樹脂部にインサートモールドされる。
脂部分に対面する。
2に漏洩するのが防げる。
マグネットホルダ81でスロットルボディ1a側に押し
付けているがマグネットホルダ81自体は樹脂材である
から金属プレート12aに接触しても磁束の漏洩はな
い。
可動側ストッパ12dは、金属プレート12aと一体に
つながっている。
撃を図るために金属製とした。すなわち、スロットル弁
の機械的全閉位置は、制御上の基準点となり、運転開始
時或いは運転終了時の都度に1回はストッパ要素12d
が固定側の全閉ストッパ25に当たる。そのために、可
動側ストッパ12dは、比較的衝突頻度が高いので、そ
れに耐えられるように金属製とした。
ためのガイドである。
ネットホルダ81が圧入固定され、マグネットホルダ8
1にはマグネット82がモールド成形により一体に装着
されている。
端面をスロットルシャフト3の段付き部3d側に押し付
け、ギア12の抜け止めを兼ねている。
に対面する位置にはスロットルセンサ80の回路基板8
4が溶着ピン86により固定されている。
取り囲むように半月状の一対のステータ83が互いに所
定の間隔87を保って向き合ように固定されている。8
5は回路基板84に一体に設けたステータ83のガイド
である。
7部分にはホール素子86が取付けられている。
4に機械的に保持されると共に、回路基板84に配設さ
れた図示しない増幅器あるいはアナログ/デジタル変換
器のような信号処理回路に接続されている。
カバー16に一体モールド成形された導体24に接続さ
れ、カバーと一体成形されたコネクタ16bの電気端子
40(導体24と接続されている)を介して外部装置に
信号を送ることができる。
してマグネット82が回転すると磁界の変化を検知して
ホール電圧を発生する。
アナログ/デジタル変換器で信号変換(増幅も含む)し
て、導体24,端子40を介して外部回路に送られる。
(図示しない)はコネクタ16bに接続されるカプラと
信号線を備えており、端子40からの信号がコントロー
ルユニットに入力される。
磁気的物理量としての磁界の変化によって検出されたス
ロットル開度と車速に基づいて、制御パラメータであ
る、燃料や、スロットル弁の開度の補正や、オートトラ
ンスミッションの変速点の制御を行う。
れた際、ギア12をスロットル弁を開方向へ付勢し、セ
ンサのマグネット82を所定の開度位置へ強制的に開
く。
備えた自動車はスロットル弁の軸端に取付けられたマグ
ネットの磁気的信号を受けて当該スロットル弁の開度に
関連してホール素子86が出力する電気的信号の変化に
よって機関の制御パラメータが調整される。
6が出力する電気的信号の変化としてのスロットル弁4
の開度信号が経年変化を生じる要素が少ないので内燃機
関の制御パラメータの調整が長期間にわたって正確に行
える。
グネット82は、互いに異なる極性を呈する一対の弧状
磁石を対面させた状態でマグネットホルダ81に固定す
る。
3に固定し、スロットル弁軸3を回転させると両マグネ
ットの接合面がホール素子に対して相対的に回転する。
この状態の磁力線の変化を図7に示す。
子86はこのスロットル弁軸3の回転角度の変化に伴う
磁力線の変化に感応して回転角度の関数となる信号を出
力する。
ト82の発生する磁界がギア12によって悪影響を受け
ることがない。
心部を金属としたが、全てを合成樹脂材によって成形す
れば更に磁気的悪影響が少なくなる。
であっても磁界が偏らないのでホール素子86の感応特
性がスロットル軸の回転角度に関係なく一様に得られ
る。
スロットル回転中心との間の寸法を半径として、モータ
の回転中心を中心として描いた円弧Sのエリアの外にホ
ール素子86は取付けてある。
磁的影響をホール素子86が受け難く、ホール素子86
の検出精度が阻害され難い。
バー16の内面に固定するように構成したのでステータ
83の組み付け作業がやりやすい。
ることもできる。
して固定することになるが、軸方向の寸法が短くできる
利点がある。
の間に位置する中間ギア20の回転支軸19を磁性材性
としたので、モータ22の駆動電流の変化による電磁的
影響を回転支軸19でシールドする効果が期待でき、ホ
ール素子86がモータ22の電磁的影響を受け難く、ホ
ール素子86の検出精度が阻害され難い。
10,11、レバー9,最終段ギア12,マグネットホ
ルダ81,マグネット82をサブアッセンブリとしてス
ロットルボディ1に組み付けることができるので組立作
業がやりやすい。
ロットルボディにコンパクトに組み付けることができ
た。
ーとギアの間に非接触式のスロットルセンサをコンパク
トに配設できた。
ットルセンサをモータの電磁ノイズの影響を受け難い構
成でスロットルボディに組み付けることができた。
関の制御パラメータを調整できるので制御精度のよい自
動車が得られた。
の断面図。
の別の断面図。
の分解斜視図。
の別の角度から見た分解斜視図。
子の位置関係を説明するための図面。
軸、4…スロットル弁、9…レバー、10,11…ば
ね、12…最終段ギア、16…カバー、22…モータ、
80…(非接触型)スロットルセンサ、81…マグネッ
トホルダ、82…マグネット、83…ステータ、84…
回路基板、86…ホール素子、100…ギア。
Claims (11)
- 【請求項1】電動アクチュエータで回転駆動されるスロ
ットル弁軸、 このスロットル弁軸に取付けられた交番マグネット、 当該交番マグネットの磁束の変化を検出する要素が取付
けられたカバー、 当該カバーは前記電動アクチュエータが取付けられたス
ロットルボディーに取付けられており、 前記要素の出力が前記スロットル弁の開度の関数になっ
ている内燃機関のスロットル弁制御装置。 - 【請求項2】吸入空気量を制御するスロットル弁を備え
たスロットルボディと、 前記スロットル弁が取付けられた軸の回転角度を検出す
るスロットルセンサと、 前記スロットルセンサが出力する電気信号によって指令
値が調整される電動アクチュエータとを備え、 前記スロットルセンサは、 前記スロットル弁軸の一端に取付けられた要素と、 この軸端部を覆うようにして前記スロットルボデイに固
定されたカバー部材に装着された別の要素から成り、 前記スロットル軸の回転角度の変化によって前記一対の
要素間の磁気的物理量が変化し、当該磁気的物理量の変
化に反応して前記カバー部材に取付けた側の要素が前記
軸の回転角度に関連した電気信号を出力するように構成
されている内燃機関のスロットル弁制御装置。 - 【請求項3】スロットル弁の軸端に取付けられたマグネ
ットの磁気的信号を受けて当該スロットル弁の開度に関
連した電気的信号を出力する素子を備え、当該素子が出
力する電気的信号の変化によって機関の制御パラメータ
が調整される自動車。 - 【請求項4】モータの回転をスロットル弁軸に固定され
たギアを介してスロットル弁軸に伝えるようにしたもの
において、 マグネットとホール素子から成る磁気型のスロットルセ
ンサで前記スロットル弁軸の回転角度を検出すると共
に、前記ギアを樹脂材により形成した内燃機関のスロッ
トル制御装置。 - 【請求項5】モータの回転軸とスロットル弁軸を平行に
配置し、減速ギアを介して前記モータの回転軸の回転を
前記スロットル弁軸に伝えるように構成し、 前記スロットル弁軸の回転角度を検出可能にマグネット
とホール素子から成る磁気型のスロットルセンサを取付
け、 前記モータの回転軸と前記スロットル弁軸の間のトルク
伝達経路の中間に位置するギアの回転軸を磁性材で形成
した内燃機関のスロットル弁制御装置。 - 【請求項6】モータで駆動されるスロットル弁の回転角
度を検出するものにおいて、 前記スロットル弁軸にマグネットを取付け、 このマグネットを挟んで対面する位置にホール素子を配
置し、前記ホール素子間に磁路としてのステータを装着
し、 前記モータは前記両ホール素子から等距離の位置に取付
けた内燃機関のスロットル弁制御装置。 - 【請求項7】モータで駆動されるスロットル弁の回転角
度を検出するセンサを備え、前記モータの回転軸と前記
スロットル弁軸が平行に並んで配置されているものにお
いて、 前記スロットル弁軸にマグネットを取付け、 このマグネットに対面する位置にホール素子を配置し、
前記ホール素子の周りに磁路としてのステータを装着す
ると共に、 前記モータの回転軸と前記スロットル弁軸の中心との間
の距離を半径とする円弧の外に前記ホール素子を配置し
た内燃機関のスロットル弁制御装置。 - 【請求項8】スロットル弁が取付けられたスロットル弁
軸にマグネットが取付けられており、 当該マグネット部分を覆うようにしてスロットルボディ
に固定されたカバーを備え、 当該カバーには前記マグネットの磁気的物理量の変化に
感応するホール素子と、当該ホール素子の出力を所定の
電気信号に変換する信号処理回路が取付けられている内
燃機関のスロットル弁制御装置。 - 【請求項9】モータの回転軸とスロットル弁軸を平行に
配置し、減速ギアを介して前記モータの回転軸の回転を
前記スロットル弁軸に伝えるように構成し、 スロットルボディには前記減速ギアを覆うようにカバー
を取付け、 前記スロットル弁軸に固定されたギアの端面と前記カバ
ーとの間に、前記スロットル弁軸の回転角度を検出可能
にマグネットとホール素子から成る磁気型のスロットル
センサを配置した内燃機関のスロットル弁制御装置。 - 【請求項10】モータで回転されるスロットル弁軸の端
部にマグネットを取付け、 このマグネットと協動して前記スロットル弁軸の回転角
度を検出する素子を備え、 前記モータの通電が断たれたとき前記マグネットを所定
の開き開度位置に保持するばねを前記スロットル弁軸の
周囲に装着した内燃機関のスロットル弁制御装置。 - 【請求項11】モータで回転されるスロットル弁軸にマ
グネットを取付け、 このマグネットと協動して前記スロットル弁軸の回転角
度を検出する素子を備え、 当該素子は前記マグネットの磁気的影響下に配設された
2個の素子からなり相互にバックアップするよう構成さ
れたスロットル弁制御装置。
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