JP2001329866A - スロットルシャフトの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アイシング等によりスロットルバルブが固着
した場合には、大きなトルクを発生することができるス
ロットルシャフトの駆動装置を提供する。 【解決手段】 スロットルボディ１１のボア１２ａ内に
配置されたスロットルバルブ１３を開閉方向に回動する
スロットルシャフト１４と、第１駆動手段１６と、第２
駆動手段２５とを有する。第１駆動手段のモータ１６に
は、トルクモータを使用し、第２駆動手段としては、Ｄ
Ｃモータ１８と歯車列２３とを設けている。第１又は第
２のいずれかのモータが故障しても、非常走行を可能と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、スロットルバルブ
を回転駆動する駆動装置に関し、特に、スロットルバル
ブの回転トルクを必要に応じて大きくすることができる
スロットルシャフトの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の電子制御スロットルバル
ブの構成を示す断面図である。スロットルボディ１は、
ボディ本体２の中央に円形のボア２ａを有し、ここに円
板形状をしたスロットルバルブ３を設けている。このス
ロットルバルブ３は、ボア２ａを貫通配置されたスロッ
トルシャフト４にビス５で固定され、ボア２ａを閉止す
る位置からボア２ａの中心軸と平行になった全開位置ま
で、ほぼ９０゜の間で回動自在である。

【０００３】スロットルボディ１には、モータ６が一体
的に取り付けられており、このモータ６の軸がスロット
ルシャフト４となっている。そして、モータ６への通電
方向を変更することでスロットルシャフト４は開方向に
回転したり、閉方向に回転することになる。モータ６と
してはトルクモータが使用されているが、一般にトルク
モータは応答性に優れており、無接点なので、信頼性が
高いという特徴を有する。

【０００４】スロットルシャフト４の下端には、スロッ
トルポジションセンサ７が取り付けられて、スロットル
バルブ３の開度を電気信号に変換する。

【０００５】通常のエンジン吸気系を制御する電子制御
スロットルバルブでは、バルブの開閉に必要とされるモ
ータのトルクは、スロットルバルブ３やスロットルシャ
フト４の慣性、スロットルシャフト４に加わる軸受など
の摩擦力、ボア２ａを流れる流体圧力、などの総合され
た力に打ち勝つトルクが必要であるが、これらは正常な
作動状態では、それほど大きいものではなく、０．３Ｎ
ｍ以下である。

【０００６】しかしながら、実際には、上記のモータ６
は、上記のトルクより遙かに大きな１Ｎｍ以上のトルク
をスロットルシャフトに与えることが要求される。その
理由は、スロットルバルブの開度が小さいところで起こ
りやすいアイシング（氷結）等の固着に対応するためで
ある。

【０００７】気温が氷点下の条件では、戸外に車両を駐
車しておくと、スロットルボディ内に付着した水分が凍
ってスロットルバルブを固着してしまうことがある。ま
た、エンジンを始動するときには凍結していないとして
も、スロットルバルブの開度が小さい領域での運転を続
けていると、バルブを通過する空気の流速が速いため、
これによってバルブ周辺の温度が低下してアイシングを
起こす可能性がある。アイシングを起こすと、スロット
ルバルブがスロットルボア内周面に固着して回転制御が
できなくなってしまうことになる。

【０００８】このようなアイシングを防止するために、
ヒータやエンジンの冷却用の温水によりスロットルボデ
ィを保温すると同時に、スロットルシャフト４を回転駆
動するモータ６のトルクを予め十分に確保して、スロッ
トルバルブ３の固着から離脱できるようにする対策が一
般に採用されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、トルク
モータのトルクを大きくするには、当然のことながら、
モータ６を大型化しなければならず、モータの価格が上
昇してコストアップの原因となる。また、モータを大型
化すれば重量が重くなるといった問題が生じる。特に、
トルクモータは、出力を上げるために電磁コイルだけで
なく、磁束が通過するアマーチャをも大きくする必要が
あり、同じ出力のＤＣモータに比べて質量が大きく、こ
の問題が重要となる。

【００１０】また、上記のスロットルボディでは、モー
タ６が故障すると、スロットルシャフト４の回転駆動が
全くできなくなってしまうので、自動車が走行不能にな
る可能性がある。

【００１１】本発明は、このような事実から考えられた
もので、モータが故障しても回転制御が可能なスロット
ルシャフトの駆動装置を提供することを第１の目的とし
ている。また、モータを小型化しても、アイシングの際
には、大きなトルクを発生して固着から脱出することが
できるスロットルシャフトの駆動装置を提供することを
第２の目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的を達成
するために本発明は、スロットルボディのボア内に配置
されたスロットルバルブを開閉方向に回動するスロット
ルシャフトと、該スロットルシャフトを駆動する第１駆
動手段及び第２駆動手段を有し、上記第１駆動手段及び
第２駆動手段がそれぞれにモータを備えていることを特
徴としている。

【００１３】また、上記第１の目的に合わせて第２の目
的を達成するために、上記第１駆動手段が、上記スロッ
トルシャフトをモータ軸とするトルクモータであり、第
２駆動手段がＤＣモータと減速手段とからなる構成を特
徴としている。

【００１４】また、上記第１駆動手段と第２駆動手段と
が１つの駆動回路により制御される構成としたり、上記
減速手段が歯車列であり、複数段で減速する構成とする
ことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面を用
いて説明する。図１及び図２は、本発明のスロットルシ
ャフトの駆動装置を取り付けたスロットルボディ１１の
図で、図１はスロットルボディをスロットルシャフトの
中心で切断した断面図、図２は図１のＡから見た側面図
である。ボディ本体１２の中央には円形のボア１２ａが
あり、円板形状のスロットルバルブ１３が、スロットル
シャフト１４にビス１５，１５で固定されている。スロ
ットルシャフト１４は、両側の軸受１４ｃ，１４ｄで回
転自在に支持され、図１の下端には、従来例と同様のス
ロットルポジションセンサ７が設けられている。スロッ
トルシャフト１４の図１の上端側は細径部１４ａとなっ
ており、この細径部１４ａが第１モータ１６のモータ軸
となっている。この実施例の第１モータ１６は本発明の
第１駆動手段であり、３つの磁極片を有するトルクモー
タを用いている。

【００１６】スロットルシャフトの細径部１４ａは第１
モータ１６を貫通して図１の上方に抜き出ており、その
先端には、セクタギヤ１７が嵌合されてナット１４ｂで
締め付け固定されている。また、ボディ本体１２内の図
２の左側には、小型ＤＣモータからなる第２モータ１８
が取り付けられている。コネクタ１９には電源からのハ
ーネスが接続され、第２モータ１８と第１モータ１６の
双方に電気の供給がされる。

【００１７】第２モータ１８とスロットルシャフト１４
との間には、中間軸２０があり、ここに回動自在な中間
ギヤ２１がある。中間ギヤ２１には、一方に大径ギヤ２
１ａがあり、他方には小径ギヤ２１ｂを有する。

【００１８】第２モータ１８のモータ軸には、ピニオン
２２が嵌合されている。ピニオン２２が中間ギヤ２１の
大径ギヤ２１ａとかみ合い、中間ギヤ２１の小径ギヤ２
１ｂがセクタギヤ１７とかみ合って、第２モータ１８の
回転が減速されてスロットルシャフト１４に伝達される
ことになる。

【００１９】以上の構成において、ピニオン２２、大径
ギヤ２１ａ、小径ギヤ２１ｂ及びセクタギヤ１７で減速
手段としての歯車列２３を構成し、歯車列２３と第２モ
ータ１８とで第２駆動手段２５を構成している。

【００２０】図３は、第１モータ１６と第２モータ１８
の制御回路を示す図である。第１モータ１６と第２モー
タ１８とは、同じ極性のコイル端子を並列に接続され、
コネクタ１９を介してハーネス２７により制御装置２８
に接続される。制御装置２８内には、ドライバ駆動回路
２９と、ＣＰＵ３０とが設けられている。ＣＰＵ３０は
コンピュータの中央演算処理装置を用いたもので、図示
しないアクセルペダル開度センサからのアクセルペダル
開度信号を得て、ドライバ駆動回路２９に指示を出し、
スロットルバルブ１３の開閉動作が行われる。

【００２１】スロットルボディ１１は、この実施例では
自動車のガソリンエンジンに取り付けられており、アク
セルペダルを運転者が踏み込み操作をすることで、第１
モータ１６及び第２モータ１８が回転してスロットルバ
ルブ１３を開閉する。スロットルバルブ１３の実開度
は、スロットルポジションセンサ７に検知され、アクセ
ルの踏み込み量との差がＣＰＵで演算され、目標開度と
の差が算出され、差に応じた電気信号がドライバ駆動回
路２９にフィードバックされ、コネクタ１９を介して第
１モータ１６及び第２モータ１８に電圧が印加される。

【００２２】自動車用の電気制御スロットルバルブの制
御に要求される精度は、全閉から全開までに要する応答
時間が０．１秒以下、開度の分解能は、０．１deg以下
である。

【００２３】この要求を満たすために、スロットルバル
ブの開閉装置を、ＤＣモータと減速手段の第２駆動手段
のみで構成すれば、通常の乗用車用のスロットルバルブ
では、１００Ｗのモータを減速比１５で使用すればよい
ことになる。ただし、減速手段のバックラッシュがある
ので、制御分解能では若干の問題がある。

【００２４】これに対し、トルクモータで上記要求値を
満足させるとすれば、モータの定格は、４０Ｗとなる。
しかしながら、アイシング時の脱出トルクとして１Ｎｍ
を確保する必要があり、結果として１００Ｗのモータが
必要となる。

【００２５】一方、ＤＣモータと減速手段でアイシング
時に必要な脱出トルク１Ｎｍを得るだけであれば、１０
Ｗのモータでも減速比を５０で使用すればよい。勿論、
この場合は、上記の全閉から全開までに要する応答時間
が０．１秒以下、開度の分解能は、０．１deg以下とい
った要求を満足させることはできない。しかし、１Ｎｍ
のトルクを得るだけであれば、非常に小型のモータで足
りることになる。

【００２６】上記のことから、本発明の実施例では、第
１モータ１６として４０Ｗのトルクモータを使用し、第
２モータ１８には、１０ＷのＤＣモータを使用し、歯車
列２３の減速比を５０としている。

【００２７】スロットルバルブを全閉状態から全開状態
へ作動させるときは、第１モータ１６と第２モータ１８
の双方に電圧を印加する。このとき、第１モータ１６に
発生するトルクは直接スロットルシャフト１４に作用
し、スロットルシャフト１４の回転を加速する。このス
ロットルシャフト１４の回転は、歯車列２３を介して第
２モータ１８に伝達される。このときのＤＣモータは、
誘起電圧のため、電流があまり流れないので、スロット
ルシャフト１４の回転を加速するだけの余裕トルクは発
生しない。したがって、第２モータ１８は、歯車列２３
による回転に追従するだけである。こうして、電子制御
スロットルバルブの応答特性は、第１モータ１６により
要求値を達成でき、第２モータ１８を駆動する消費電力
は、非常に少ない。

【００２８】次に、スロットルバルブ１３がアイシング
等によって固着した場合は、第１モータ１６の出力４０
Ｗでは１Ｎｍのトルクが無いので、スロットルシャフト
１４を回転することができない。したがって、このとき
は、第２モータ１８には誘起電圧は生じることはなく、
第２モータ１８のコイルに最大電流（ロック電流）が流
れて第２モータ１８の最大トルク（起動トルク）が発生
する。上記実施例における定格１０Ｗの第２モータ１８
の起動トルクは０．０２Ｎｍであるが、歯車列２３の減
速比は５０なので、１Ｎｍの起動トルクとなって、スロ
ットルシャフト１４に伝達され、アイシング時の固着か
ら脱出するのに十分なトルクとなる。また、第１モータ
１６の起動トルクも同時に作用するので、スロットルシ
ャフト１４に加わるトルクは、第１モータ１６と第２モ
ータ１８の起動トルクの合成されたものとなる。

【００２９】本発明の実施例によれば、駆動手段が２系
統あるので、一方のモータが故障等で不作動となって
も、もう一方のモータでスロットルバルブを開閉操作で
きるので、引き続いて走行が可能である。この場合、第
２モータ１８が故障したのであれば、アイシング等の固
着が発生しない限り、通常どおりのアクセル操作ができ
ることになる。一方、第１モータ１６が故障した場合
は、スロットルバルブの応答速度が要求値以下の第２モ
ータ１８でスロットルバルブの開閉がされることになる
が、それでも安全な場所へ避難するための非常走行が可
能となる。

【００３０】また、従来のトルクモータのみ搭載された
スロットルボディと比べて、本発明の実施例は、トルク
モータを小型化でき、歯車列２３は、合成樹脂製のもの
を使用することにより、第２モータ１８と歯車列２３の
付加分を差し引いても、スロットルボディ全体の小型化
と軽量化を達成することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、スロットルボディのボア内に配置されたスロットル
バルブを開閉方向に回動するスロットルシャフトと、該
スロットルシャフトを駆動する第１駆動手段及び第２駆
動手段と、を有し、上記第１駆動手段及び第２駆動手段
がそれぞれにモータを備えているので、一方のモータが
故障しても、他方のモータで引き続きスロットルバルブ
の制御ができる。

【００３２】上記第１駆動手段が、上記スロットルシャ
フトをモータ軸とするトルクモータであり、第２駆動手
段がＤＣモータと減速手段とからなる構成とすれば、Ｄ
Ｃモータと減速機とでスロットルバルブが固着した時の
脱出トルクを確保できるので、トルクモータを小型化で
き、スロットルボディの小型軽量化を図ることができ
る。また、通電による応答速度が異なる２つの駆動手段
を用いれば、応答速度の遅い駆動手段は誘起電圧により
消費電力が非常に少なく、電源の容量は従来のものを使
用できる。

【００３３】上記第１駆動手段と第２駆動手段とを１つ
の駆動回路により制御する構成とすれば、新たに駆動回
路を追加する必要がなく、従来の１つの駆動手段を有す
る制御回路を利用できる。上記減速手段が歯車列であ
り、複数段で減速する構成とすれば、大きな減速比を簡
単な構成で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のスロットルボディをスロット
ルシャフトの中心で切断した断面図である。

【図２】図１のＡから見た側面図である。

【図３】第１モータと第２モータの制御回路を示す図で
ある。

【図４】従来のスロットルシャフトの駆動装置の構成を
示す断面図である。

【符号の説明】

１１ スロットルボディ １２ ボディ本体 １３ スロットルバルブ １４ スロットルシャフト １６ 第１モータ（第１駆動手段） １８ 第２モータ ２３ 歯車列（減速手段） ２５ 第２駆動手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットルボディのボア内に配置された
   スロットルバルブを開閉方向に回動するスロットルシャ
   フトと、該スロットルシャフトを駆動する第１駆動手段
   及び第２駆動手段を有し、上記第１駆動手段及び第２駆
   動手段がそれぞれにモータを備えていることを特徴とす
   るスロットルシャフトの駆動装置。
2. 【請求項２】 上記第１駆動手段が、上記スロットルシ
   ャフトをモータ軸とするトルクモータであり、第２駆動
   手段がＤＣモータと減速手段とからなることを特徴とす
   る請求項１記載スロットルシャフトの駆動装置。
3. 【請求項３】 上記第１駆動手段と第２駆動手段とが、
   １つの駆動回路により制御されることを特徴とする請求
   項１又は２記載のスロットルシャフトの駆動装置。
4. 【請求項４】 上記減速手段が歯車列であり、複数段で
   減速することを特徴とする請求項２又は３記載のスロッ
   トルシャフトの駆動装置。