JP2002295270A - 内燃機関用スロットル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 要求性能を確保するとともに、電気駆動手段
にかかる負荷を低減するエンジン用スロットル装置を提
供する。 【解決手段】 リターンスプリング２６の小径部２６ｂ
はアイドル開度位置でスロットルギア２５の係止部２５
ｂの外壁に当接するように設定されているので、アイド
ル開度位置から全開位置までは巻数ｎの小径部２６ｂが
係止部２５ｂに巻き付いて巻数Ｎの大径部２６ａが付勢
力を発揮し、アイドル開度位置でリターンスプリング２
６のトルク特性が急激に変化する。したがって、全閉位
置からアイドル開度位置まで開かせるときと、アイドル
開度位置から全開位置まで開かせるときとでの要求性能
を確保し、アイドル開度位置から全開位置までのモータ
負荷トルクを低減してモータ４０の駆動力を小さく済ま
せることができる。その結果、モータ４０を小型にして
製造コストを低減し、スロットル装置１０の搭載スペー
スを容易に確保することができる。

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（以下、
「内燃機関」をエンジンという）の空気流量を調整する
エンジン用スロットル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、スロットルボディの内部に空気通
路を形成し、空気通路の開度を調節する弁部材をモータ
等の電気駆動手段で駆動するエンジン用スロットル装置
として、例えば特開平１１−３５０９８１号公報に開示
されるように、モータの断線等によりモータの作動が停
止しても、空気通路の開度を所定開度になるように弁部
材を所望の開位置、例えば全閉位置よりも僅かに開いた
位置近傍に設定する構成のものが知られている。例え
ば、弁部材を閉方向に付勢するリターンスプリングを設
けることにより、モータが弁部材を駆動することができ
なくなっても空気通路の開度を全閉位置よりも僅かに開
いた位置近傍に弁部材を設定し、このスロットル装置を
搭載した車両の退避走行を可能にしていする。

【０００３】また、弁部材を開方向に付勢するリターン
スプリングを設けたディーゼルエンジン用スロットル装
置においては、無負荷運転時（アイドル運転時）に弁部
材で空気流量を制限することでエンジン振動および騒音
を低減させ、エンジン停止時に空気通路の開度を全閉位
置にすることでエンジン振動を伴うことなくエンジンを
停止させる。また、排気ガス還流時に弁部材により空気
流量を制限することで空気通路内を減圧させる。なお、
ディーゼルエンジンにおいては、ガソリンエンジンとは
異なり、空気流量で出力が制御されず、燃料噴射量の制
御で出力が制御されるため、スロットル装置の弁部材は
基本的に開いていればよく、全開位置であっても大出力
になるという不具合は起こらない。

【０００４】このようなディーゼルエンジン用スロット
ル装置において、モータやエンジン制御ユニット等が断
線等で故障した場合に、車両の退避走行を可能にするた
め、弁部材をすべての開度において全開位置に開くよう
にリターンスプリングの仕様を設定することが考えられ
る。これで、故障時に弁部材がリターンスプリングで全
開位置に開けられるため、エンジンの継続的運転を行う
ことが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、スロットル
装置における弁部材の応答性は、モータの駆動力と、リ
ターンスプリングの付勢力や軸受用シール部材等の摺動
抵抗などの負荷とのバランスにより決定される。また、
弁部材をすべての開度において常に全開位置に開くよう
にするためには、比較的大きい付勢力のリターンスプリ
ングを用いる必要がある。このため、従来のスロットル
装置では、上記の負荷に打ち勝って弁部材を開閉するこ
とが可能な駆動力を発生する能力を有するモータを用い
ることが必要となる。したがって、モータの大型化等に
よりコストアップの原因となり、装置の体格が大型にな
り搭載スペースを確保することが困難になっている。ま
た、従来のスロットル装置では、リターンスプリングの
リニアなトルク特性によりモータにかかる負荷トルクを
低減することができず、コスト低減等の目的で駆動力の
小さいモータを採用しようとした場合、スロットル装置
として満足のできる性能を発揮することが困難であると
いう問題があった。

【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、要求性能を確保するとともに、
電気駆動手段にかかる負荷を低減するエンジン用スロッ
トル装置を提供することを目的とする。本発明の他の目
的は、電気駆動手段を小型にして製造コストを低減し、
搭載スペースを確保することが容易なエンジン用スロッ
トル装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
エンジン用スロットル装置によると、弁部材を開方向ま
たは閉方向に付勢する付勢手段の一端が係止され、弁部
材とともに回動可能な係止部材は、弁部材が回動すると
き、付勢手段の付勢力を発揮する部分のうち所定部分が
当接可能であるので、空気通路の開度が全閉位置と全開
位置との間の半開位置において、付勢手段の付勢力を発
揮する部分のうち所定部分が係止部材に当接するように
設定することにより、付勢手段の特性が不連続に変化す
る。このため、付勢手段により弁部材を全閉位置から半
開位置まで開かせるとき（あるいは全開位置から半開位
置まで閉じさせるとき）と、半開位置から全開位置まで
開かせるとき（あるいは半開位置から全閉位置まで閉じ
させるとき）とで、それぞれに必要なトルク特性を発揮
して要求性能を確保するとともに、電気駆動手段にかか
る負荷トルクを低減することができる。したがって、電
気駆動手段の発生する駆動力が小さくて済むため、電気
駆動手段を小型にして製造コストを低減し、搭載スペー
スを確保することが容易となる。

【０００８】本発明の請求項２記載のエンジン用スロッ
トル装置によると、付勢手段の付勢力を発揮する部分
は、大径部および小径部を有し、この大径部および小径
部のいずれか一方が係止部材に当接可能であるので、簡
単な構成で全閉位置と全開位置との間の所望の半開位置
で付勢手段の付勢力を急激に変化させることが可能とな
る。したがって、簡便に要求性能を確保するとともに、
電気駆動手段にかかる負荷を容易に低減することが可能
となり、構成を簡単にして製造コストを低減することが
できる。

【０００９】さらに、大径部および小径部のいずれか他
方は係止部材に当接しないため、付勢手段は常にある程
度の付勢力を弁部材に対して発揮する。このため、例え
ば電気駆動手段の駆動力を弁部材に伝達する伝達手段に
ギアを用いた場合、ギアのバックラッシュ等によるがた
つきを防止することができる。したがって、電気駆動手
段の駆動力を弁部材に良好に伝達し、弁部材の制御性を
高めることにより、空気通路の空気流量を良好に調節す
ることができる。

【００１０】本発明の請求項３記載のエンジン用スロッ
トル装置によると、係止部材は大径部および小径部を有
し、付勢手段の付勢力を発揮する部分のうち所定部分が
上記の大径部および小径部のいずれか一方に当接可能で
あるので、簡単な構成で全閉位置と全開位置との間の所
望の半開位置で付勢手段の付勢力を急激に変化させるこ
とが可能となる。したがって、簡便に要求性能を確保す
るとともに、電気駆動手段にかかる負荷を容易に低減す
ることが可能となり、構成を簡単にして製造コストを低
減することができる。

【００１１】さらに、付勢手段の付勢力を発揮する部分
のうち所定部分は係止部材の大径部および小径部のいず
れか他方に当接しないため、付勢手段は常にある程度の
付勢力を弁部材に対して発揮する。このため、例えば電
気駆動手段の駆動力を弁部材に伝達する伝達手段にギア
を用いた場合、ギアのバックラッシュ等によるがたつき
を防止することができる。したがって、電気駆動手段の
駆動力を弁部材に良好に伝達し、弁部材の制御性を高め
ることにより、空気通路の空気流量を良好に調節するこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
複数の実施例を図面に基づいて説明する。 （第１実施例）本発明の第１実施例によるエンジン用ス
ロットル装置を図１、図２および図３に示す。図１、図
２および図３に示すスロットル装置１０は、ディーゼル
エンジン用スロットル装置であって、アクセル開度、エ
ンジン回転数、エンジン負荷、水温等のエンジン運転条
件に応じスロットル開度を電気的に制御し、スロットル
ボディ１１に形成した吸気通路１１ａを流れる吸入空気
の流量を調整するものである。ここで、図１、図２およ
び図３に示す状態はスロットル装置１０のアイドル開度
状態である。

【００１３】図１に示すように、スロットル軸１２は、
スロットル軸１２の一端に配設したベアリング１５を介
しスロットルボディ１１の内壁に回動可能に支持されて
いる。弁部材としてのスロットル弁１３は円板状に形成
されており、図示しないビスによりスロットル軸１２に
固定されている。スロットル軸１２とスロットル弁１３
とは一体となって回動する。

【００１４】図３に示すように、スロットルギア２５は
半円板状に形成され、ボルト１７によりスロットル軸１
２に回動不能に固定されている。スロットルギア２５は
ギア歯２５ａを有しており、ギア歯２５ａは後述する中
間ギア２８の小径ギア歯２８ａと噛み合っている。係止
部材としてのスロットルギア２５の係止部２５ｂは円形
状に形成されており、スロットル軸１２に嵌挿されてい
る。係止部２５ｂは、後述するリターンスプリング２６
の一端が係止され、スロットル弁１３とともに回動可能
である。

【００１５】付勢手段としてのリターンスプリング２６
は、一端が係止部２５ｂに固定され、他端がスロットル
ボディ１１に固定されている。リターンスプリング２６
は、スロットル弁１３をすべての開度において常に全開
位置に開くように係止部２５ｂを付勢している。リター
ンスプリング２６の実質的に付勢力を発揮する部分は、
巻数Ｎの大径部２６ａと、巻数ｎの小径部２６ｂとを有
している。ここで、大径部２６ａの内径をφＤとし、小
径部２６ｂの内径をφｄ２とし、係止部２５ｂの外径を
φｄ１とすると、以下の(1)式の関係を満たしている。 φＤ＞φｄ２＞φｄ１ ・・・ (1)

【００１６】また小径部２６ｂは、スロットル弁１３が
図２に示す全閉位置から角度θだけ開いた半開位置とし
てのアイドル開度位置で係止部２５ｂの外壁に当接する
ように設定されている。したがって、アイドル開度位置
から全開位置までは、巻数ｎの小径部２６ｂは係止部２
５ｂに巻き付いてスプリングとしての機能を抑制され、
巻数Ｎの大径部２６ａのみが付勢力を発揮する。そし
て、アイドル開度位置からスロットルギア２５に閉方向
の駆動力が加わると、巻数Ｎの大径部２６ａと巻数ｎの
小径部２６ｂとの総和のリターンスプリング２６の付勢
力に抗し、スロットルギア２５は閉方向に回転し、スロ
ットル弁１３はスロットル開度の全閉位置となる。スロ
ットル弁１３は、通常運転時においては全開位置とアイ
ドル開度位置との間で開閉し、エンジン停止時にはアイ
ドル開度位置よりさらに閉じて全閉位置におかれる。

【００１７】伝達手段としての中間ギア２８は、小径ギ
ア歯２８ａおよび大径ギア歯２８ｂを有し、シャフト２
９に回動可能に支持されている。小径ギア歯２８ａはス
ロットルギア２５のギア歯２５ａと噛み合い、大径ギア
歯２８ｂは、後述するモータ４０のモータギア４１のギ
ア歯４１ａと噛み合っている。シャフト２９はスロット
ルボディ１１に圧入、接着または溶接等により固定され
ている。

【００１８】電気駆動手段としてのモータ４０は例えば
ステッピングモータであり、スロットルボディ１１に収
容されている。モータ４０の図示しない回転軸とともに
回動するモータギア４１のギア歯４１ａは中間ギア２８
の大径ギア歯２８ｂと噛み合っている。モータ４０が回
動することにより中間ギア２８、スロットルギア２５を
介しスロットル軸１２およびスロットル弁１３にモータ
４０の駆動力が加わり、スロットル開度が調整される。
カバー５０はスロットルボディ１１に図示しないクラン
プ等のスプリング力やねじ締め等により固定され、スロ
ットルギア２５、中間ギア２８およびモータギア４１を
覆っている。

【００１９】スロットルギア２５側のスロットルボディ
１１には図示しない回転角度センサが取り付けられる。
この回転角度センサの図示しないレバー部材は、スロッ
トル軸１２に固定される図示しない接触部材と嵌合する
ことが可能である。この接触部材とともに回転角度セン
サのレバー部材が回転することによりスロットル開度を
検出することができる。回転角度センサは、図示しない
エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）に電気的に接続されて
いる。ＥＣＵは、エンジン運転状態に応じコネクタ４５
からモータ４０に供給する駆動電流を制御し、スロット
ル開度を調整する。

【００２０】次に、上記構成のスロットル装置１０の作
動について説明する。ＥＣＵはコネクタ４５を通じてモ
ータ４０に駆動電流を供給し、エンジン回転数、エンジ
ン負荷、アクセル開度、水温等のエンジン運転状態およ
び回転角度センサの検出信号に応じモータ４０に送出す
る電流値を制御し、スロットル開度を調整する。

【００２１】図２に示すアイドル開度位置から全開位置
までの間、巻数ｎの小径部２６ｂはスロットルギア２５
の係止部２５ｂに巻き付いているので、スロットルギア
２５は巻数Ｎの大径部２６ａの付勢力により一体に回動
する。全開位置からモータ４０に供給する電流値を上昇
させスロットル軸１２に閉方向に加わる駆動力を増加さ
せると、リターンスプリング２６の大径部２６ａの付勢
力に抗してスロットルギア２５は閉方向に回転する。こ
のとき、モータ４０の駆動力はモータギア４１のギア歯
４１ａ、中間ギア２８の大径ギア歯２８ｂ、中間ギア２
８の小径ギア歯２８ａ、スロットルギア２５のギア歯２
５ａおよびスロットル軸１２を介してスロットル弁１３
に良好に伝達され、各ギアのバックラッシュ等によるが
たつきを防止し、スロットル弁１３の制御性を高めるこ
とができる。したがって、吸気通路１１ａを流れる吸入
空気の流量を良好に調整することができる。

【００２２】このように、スロットル弁１３は、ＥＣＵ
により制御されるモータ４０の駆動により、アクセルオ
ン時にエンジンの運転状況に応じて図２に示すアイドル
開度位置から全開位置までの作動範囲内において開度調
整され、アクセルオフによるエンジンの無負荷運転時に
図２に示すアイドル開度位置におかれる。また、エンジ
ン停止時にスロットル弁１３は図２の点線で示す全閉位
置におかれる。

【００２３】次に、第１実施例のリターンスプリング２
６に大径部および小径部を設けずにすべての開度位置に
おいて係止部の外壁にリターンスプリングが当接しない
構成の従来例について、図４を用いて説明する。その他
の構成は、図１、図２および図３に示す第１実施例と同
一構成である。

【００２４】図４の点線で示すように、従来例において
は、リターンスプリングのリニアなトルク特性により、
スロットル弁をすべての開度において常に全開位置に開
くようにするためには、モータ負荷トルクに打ち勝って
スロットル弁を開閉することが可能な駆動力を発生する
能力を有するモータを用いることが必要となる。したが
って、モータの大型化等によりコストアップの原因とな
り、スロットル装置の体格が大型になり搭載スペースを
確保することが困難になるという問題がある。また、コ
スト低減等の目的で駆動力の小さいモータを採用しよう
とした場合、スロットル弁の制御性が悪化し、スロット
ル装置として満足のできる性能を発揮することが困難に
なるという問題がある。

【００２５】一方、第１実施例においては、リターンス
プリング２６の実質的に付勢力を発揮する部分に巻数Ｎ
の大径部２６ａと巻数ｎの小径部２６ｂとが設けられて
おり、小径部２６ｂは、スロットル弁１３が全閉位置か
ら所定角度θだけ開いた半開位置としてのアイドル開度
位置でスロットルギア２５の係止部２５ｂの外壁に当接
するように設定されている。このため、アイドル開度位
置から全開位置までは、巻数ｎの小径部２６ｂは係止部
２５ｂに巻き付いてスプリングとしての機能を抑制さ
れ、巻数Ｎの大径部２６ａのみが付勢力を発揮するの
で、図４の実線で示すように、アイドル開度位置でリタ
ーンスプリング２６のトルク特性が急激に変化する。し
たがって、全閉位置からアイドル開度位置まで開かせる
ときと、アイドル開度位置から全開位置まで開かせると
きとでスロットル装置としての要求性能を確保するとと
もに、簡単な構成でアイドル開度位置から全開位置まで
のモータ負荷トルクを低減してモータ４０の発生する駆
動力を小さく済ませることができる。その結果、モータ
４０を小型にして製造コストを低減し、スロットル装置
１０の搭載スペースを容易に確保することができる。

【００２６】さらに第１実施例においては、モータ４０
の駆動力がモータギア４１のギア歯４１ａ、中間ギア２
８の大径ギア歯２８ｂ、中間ギア２８の小径ギア歯２８
ａ、スロットルギア２５のギア歯２５ａおよびスロット
ル軸１２を介してスロットル弁１３に良好に伝達され、
各ギアのバックラッシュ等によるがたつきを防止し、ス
ロットル弁１３の制御性を高めて吸気通路１１ａを流れ
る吸入空気の流量を良好に調整することができる。

【００２７】（第２実施例）本発明の第２実施例を図５
に示す。図１に示す第１実施例と実質的に同一構成部分
に同一符号を付す。

【００２８】第２実施例においては、図５に示すよう
に、スロットルギア３５はギア歯３５ａを有しており、
ギア歯３５ａは中間ギア２８の小径ギア歯２８ａと噛み
合っている。スロットルギア３５には、後述するリター
ンスプリング３６の一端が係止される大径部としての円
形状の係止部３５ｂが形成され、係止部３５ｂの軸方向
端部に係止部３５ｂよりも小径の小径部３５ｃが形成さ
れている。係止部材としてのスロットルギア３５は、ス
ロットル軸１２に嵌挿され、スロットル弁１３とともに
回動可能である。

【００２９】付勢手段としてのリターンスプリング３６
は、一端が係止部３５ｂに固定され、他端がスロットル
ボディ１１に固定されている。リターンスプリング３６
は、スロットル弁１３をすべての開度において常に全開
位置に開くように係止部３５ｂを付勢している。ここ
で、リターンスプリング３６の内径をφＤ１とし、係止
部３５ｂの外径をφｄ１２とし、小径部３５ｃの外径を
φｄ１１とすると、以下の(2)式の関係を満たしてい
る。 φＤ１＞φｄ１２＞φｄ１１ ・・・ (2)

【００３０】またリターンスプリング３６は、スロット
ル弁１３が全閉位置から所定の角度だけ開いた半開位置
で係止部３５ｂの外壁に当接するように設定されてい
る。したがって、半開位置から全開位置までは、リター
ンスプリング３６の実質的に付勢力を発揮する部分のう
ち所定巻数の部分が係止部３５ｂに巻き付いて残りの巻
数の部分が付勢力を発揮する。そして、半開位置からス
ロットルギア３５に閉方向の駆動力が加わると、リター
ンスプリング３６の実質的に付勢力を発揮する部分の付
勢力に抗しスロットルギア３５は閉方向に回転し、スロ
ットル弁１３はスロットル開度の全閉位置となる。スロ
ットル弁１３は、通常運転時においては全開位置と半開
位置との間で開閉し、エンジン停止時には半開位置より
さらに閉じて全閉位置におかれる。

【００３１】上記第２実施例においては、半開位置から
全開位置までは、リターンスプリング３６の実質的に付
勢力を発揮する部分のうち所定巻数の部分が係止部３５
ｂに巻き付いて残りの巻数の部分が付勢力を発揮するの
で、図４の実線で示す第１実施例と同様に、半開位置で
リターンスプリング３６のトルク特性が急激に変化す
る。したがって、全閉位置から半開位置まで開かせると
きと、半開位置から全開位置まで開かせるときとでスロ
ットル装置としての要求性能を確保するとともに、簡単
な構成で半開位置から全開位置までのモータ負荷トルク
を低減してモータの発生する駆動力を小さく済ませるこ
とができる。その結果、モータを小型にして製造コスト
を低減し、スロットル装置の搭載スペースを容易に確保
することができる。

【００３２】上記第２実施例では、係止部３５ｂの軸方
向端部に係止部３５ｂよりも小径の小径部３５ｃを設け
たが、本発明では、小径部を廃止しても第２実施例と同
様の効果を得ることができる。

【００３３】以上説明した本発明の複数の実施例では、
スロットル弁１３を開方向に付勢するリターンスプリン
グを備えたディーゼルエンジン用スロットル装置に本発
明を適用したが、スロットル弁を閉方向に付勢するリタ
ーンスプリングを備えたガソリンエンジン用スロットル
装置に適用可能なことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるエンジン用スロット
ル装置を示す断面図である。

【図２】図１のII−II線断面図である。

【図３】本発明の第１実施例によるエンジン用スロット
ル装置のカバーを外した状態を示す側面図である。

【図４】本発明の第１実施例によるエンジン用スロット
ル装置の作動を説明するための特性図である。

【図５】本発明の第２実施例によるエンジン用スロット
ル装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ スロットル装置 １１ スロットルボディ １１ａ 吸気通路（空気通路） １２ スロットル軸 １３ スロットル弁（弁部材） ２５、３５ スロットルギア（係止部材） ２５ｂ 係止部 ２６、３６ リターンスプリング（付勢手段） ２６ａ 大径部 ２６ｂ 小径部 ２８ 中間ギア（伝達手段） ３５ａ 係止部（大径部） ３５ｂ 小径部 ４０ モータ（電気駆動手段） ４１ モータギア

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G065 AA01 CA23 DA05 DA06 HA21 KA01 KA15 KA23 3H062 AA03 AA15 BB30 CC01 EE07 FF41 HH02 HH10 3H063 AA02 BB32 DA14 DB31 FF01 GG03 GG19

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に形成される空気通路の空気流量を
   調節する内燃機関用スロットル装置であって、 空気通路を有するスロットルボディと、 前記空気通路の開度を制御するように前記スロットルボ
   ディの内部に設けられる弁部材と、 前記スロットルボディに収容され、駆動電流の供給によ
   り前記弁部材を駆動するための駆動力を発生する電気駆
   動手段と、 前記弁部材を開方向または閉方向に付勢する付勢手段
   と、 前記付勢手段の一端が係止され、前記弁部材とともに回
   動可能な係止部材であって、前記弁部材が回動すると
   き、前記付勢手段の付勢力を発揮する部分のうち所定部
   分が当接可能な係止部材と、 を備えることを特徴とする内燃機関用スロットル装置。
2. 【請求項２】 前記付勢手段の付勢力を発揮する部分
   は、大径部および小径部を有し、前記大径部および前記
   小径部のいずれか一方が前記係止部材に当接可能である
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用スロットル
   装置。
3. 【請求項３】 前記係止部材は大径部および小径部を有
   し、前記付勢手段の前記所定部分が前記大径部および前
   記小径部のいずれか一方に当接可能であることを特徴と
   する請求項１記載の内燃機関用スロットル装置。