JP2004150323A

JP2004150323A - 内燃機関の電子制御スロットル装置

Info

Publication number: JP2004150323A
Application number: JP2002315220A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kamimura; 康宏上村; Yasushi Sasaki; 靖佐々木; Hiroki Shimada; 広樹島田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】カバー部材をスロットルボディ本体に組み付ける際の組み立て性の簡便化，スロットルセンサ各部品の位置精度向上による出力精度向上及びシール空間内への水浸入に対する信頼性の向上を図る。
【解決手段】スロットルボディ本体及びカバー部材各々に、カバー部材の回転方向位置を規制するための嵌合面及びスロットルシャフトとの芯ずれ量を規制する為の嵌合面を設け、これらの嵌合面はカバー部材をスロットルボディに組み付ける際の案内になるような面を設ける。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用ガソリンエンジンの吸気量制御装置やディーゼルエンジンの吸気絞り装置に用いられる、内燃機関の吸気通路の開口面積を制御する弁機構に関し、モータで駆動されるいわゆる電子制御スロットル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１０−３０６７５号公報に記載される電子制御スロットル装置では、その弁の開度（弁軸の回転角度）を検出するスロットルポジションセンサ（以下スロットルセンサ若しくはＴＰＳと称す）が当該弁機構のボディ側とそこに固定されるカバー部材側の双方に分離して設けられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３０６７５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、ボディ側とそこに固定されるカバー部材側の双方に分離して設けられて組み立てられたスロットルポジションセンサの検出精度が良くないという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、組み立て時の公差を少なくしてスロットルポジションセンサの検出精度を向上することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、ボディに設けたスロットルシャフト挿通孔の中心に対して同心の円線上のボディ部に部分円弧面を形成し、一方カバー部材にもこの円弧面と接触する位置に別の部分円弧面を形成した。
【０００７】
その他の具体的な構成の特徴は実施例の説明で明らかとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
従来からエンジンの吸入空気量をアクチュエータ（例えば、直流モータ，トルクモータ，ステッピングモータ）により最適に駆動制御する電子式スロットル制御装置が使用されている。
【０００９】
電子式スロットル制御装置は、アクセルペダルの踏み込み量やエンジンの運転状態により算出された目標開度に一致するようにアクチュエータでスロットルバルブ位置を動かす。しかして、その挙動をスロットルポジションセンサで検出し、フィードバック制御するものである。センサを構成する部品は特開２００１−２８９０６８号公報等に示されるように、スロットルバルブ位置を制御するアクチュエータとスロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサの双方がカバー部材とボディとの間に形成された空間内に配置され、センサ及びアクチュエータの配線がカバーに設けたコネクタに接続されている。ここでスロットルポジションセンサは、ボディ側（シヤフトの端部に設けたロータ）とカバー側（検出素子）とに分離して設けられている。
【００１０】
実施例の基本的概要は以下の通りである。
【００１１】
スロットルボディ本体とシール材を具備したカバー部材で密閉空間を構成し、その空間内部にスロットル位置を検出する検出手段及びスロットルバルブ位置を制御するアクチュエータ等で構成された駆動手段が配され、外部との入出力はカバー上に形成されたコネクタを通して、これら位置検出手段及びアクチュエータと密閉空間内で電気的接続を得られる電子制御スロットル装置において、スロットルボディ本体とシール材を有するカバー部材の組み立て性の向上，スロットルポジションセンサの出力精度向上、及び信頼性の向上を図ることができる電子制御式スロットル装置を提供することを目的とする。
【００１２】
実施例では上記目的を達成するために、以下のような電子式スロットル装置を提案する。
【００１３】
（１）スロットルセンサの固定側部品（接触式センサであれば抵抗体，非接触センサであればホール素子等）はシール部材を有するカバー部材に構成され、回動側部品（接触式センサであればブラシ、非接触センサであればマグネット等）がスロットルバルブを回転支持するスロットルシャフト上に構成される電子制御スロットル装置の場合、スロットルセンサ出力特性精度，傾斜特性精度及び耐久性を向上するためにスロットルシャフト上に構成されるセンサの回動側部品とカバー部材側に構成される固定側部品との芯ずれ量の管理をする必要性が生じる。
【００１４】
また、カバー部材をスロットルボディに組み付けるとスロットルバルブを駆動するモータ等のアクチュエータの端子と外部との電気信号のやり取りを行うコネクタが電気的に接続される構成を持つ電子制御式スロットル装置の場合、アクチュエータ端子とカバー部材側に構成された電気的接続が可能な構成が確実に接続していることの確認の必要性も生じる。
【００１５】
そこで、電子制御スロットル装置の空気通路を形成しているスロットルボディ本体とシール部材を有するカバーの各々に、カバー組み付け時の回転方向位置を規制する嵌合面とスロットルバルブを支持する回転体であるスロットルシャフトとの芯ずれ量を規制する嵌合面を設置し、これらが組み付け時に案内ガイドの役割を果たすことを特徴とする電子制御スロットル装置を提案する。
【００１６】
これら嵌合面の設置により、幾何学的に各部位置の規制ができる為、組み立て性の向上ができる。
【００１７】
（２）更に、前記カバー部材の前記スロットルシャフトとの芯ずれ量を規制する嵌合面は、前記カバー部材に形成された前記スロットルポジションセンサの固定側部品が組み込まれる面と同軸度等の幾何公差で関連づけ、前記スロットルボディに設けられた前記スロットルシャフトとの芯ずれ量を規制する嵌合面と、前記スロットルシャフトを支持する軸受け部材を組み込む為の前記スロットルボディに設けられた穴との同軸度等の幾何公差で関連づけられたことを特徴とする電子制御式スロットルボディを提案する。
【００１８】
このように同軸度等の幾何公差により関連づけることで、スロットルボディにカバー部材を組み付けると同時に嵌合面が嵌合するため、カバー部材に構成されたＴＰＳ固定側部品とスロットルシャフト上に構成されたＴＰＳ回転側部品の芯ずれ量が規定され、芯ずれによるスロットルポジションセンサ出力特性のバラツキを低減できる。
【００１９】
また、このような構成とすることで、接触式センサの場合は各個体間のブラシ接触圧バラツキの低減及び回転範囲内におけるブラシ接触圧の均一化が可能となり、耐久性を向上できる。
【００２０】
次に、カバー部材の回転方向位置を規制する嵌合面は、スロットルボディ側の嵌合面を覆う様な位置関係であることを特徴とする電子制御式スロットル装置を提案する。
【００２１】
このような関係とすることで、カバー部材が有するシール部材とスロットルボディ側のシール面を覆い隠すことが出来る為、スロットルボディとシール部材を具備したカバー部材で構成されるシール空間に水が浸入するという事象に対して信頼性を高めることができる。
【００２２】
以下、図面を用いて実施例を詳細に説明する。
【００２３】
まず、本実施例に係る自動車用内燃機関の電子制御スロットル装置の構成について図１を用いて説明する。
【００２４】
スロットルボディ１は空気通路を形成し、また各種構成部品を支持している。
【００２５】
スロットルバルブ２は、ボールベアリング４ａ及び４ｂで支持されたスロットルシャフト３に組み込まれている。
【００２６】
そして、コントロールユニットからアクチュエータであるＤＣモータ５にカバー９上に形成されたコネクタ１５（図２）及びカバー９をスロットルボディ１に組み付けるとコネクタ１５の端子とＤＣモータ５の端子間の電気的導通を得ることができる電気的接続部９ａを介して任意の電圧が印加され、ＤＣモータ５は回転力を発生する。
【００２７】
この回転力は各ギア（６，７及び８）を介してスロットルシャフト３に伝達され、スロットルバルブ２が回転することでエンジンへの吸入空気流量の制御が可能な構成となっている。
【００２８】
また、スロットルシャフト３上にはスロットルポジションセンサ１０の可動側部品であるブラシ１０ａが組み付いており、これがカバー９内に組み込まれたスロットルポジションセンサ１０の固定側部品（抵抗体）１０ｂと接触し、スロットルバルブ２の位置を電圧に変換してコネクタ１５を介して出力し、この出力を基にコントロールユニットはスロットルバルブ２の位置をフィードバック制御する。
【００２９】
上記は、接触式スロットルポジションセンサ１０の場合の説明であるが、この構成は非接触式スロットルポジションセンサの場合も同様であり、例えば磁気式の場合、磁石を具備した可動側部品がスロットルシャフト３上に組み付けてあり、固定側部品であるホール素子を具備した電気回路部分がカバー９内に組み込まれる構成を採用すれば同様の機能を達成可能できる。
【００３０】
また、ＤＣモータ５やスロットルポジションセンサ１０等に異常が検出された場合、コントロールユニットはＤＣモータの電源を切断し、スプリング力だけでデフォルト開度まで戻す為のデフォルト機構が、閉方向に付勢されたリターンスプリング１１，開方向に付勢されたデフォルトスプリング１２，デフォルトレバー１３で構成されている。
【００３１】
そして、これらの部品はスロットルボディ１，シールゴム１４及びカバー９で構成されたシール空間Ｓ内に収納されている。
【００３２】
次に図２〜図４を用いて本発明の実施例を説明する。
【００３３】
図２に示すようにスロットルボディ１は、任意の円径で設けられた円のセンタ位置を決定する為の嵌合面１ａ，１ｂ，１ｃを有しており、これらの面はスロットルシャフト３を支持するボールベアリング４ｂが組み込まれる嵌合面１ｄと同軸度等の幾何公差で関連づけられることで、スロットルシャフト３のセンタ位置とこれらの嵌合面（１ａ，１ｂ，１ｃ）で決まる円のセンタ位置のずれ量を規定している。
【００３４】
本実施例は３つの面で定義された円の中心位置とスロットルシャフトの中心位置を関連づけているが、これは円弧の長さを変えれば一つの面でも複数個の円でも同等の位置規制を達成することは可能である。
【００３５】
また、カバー９がスロットルボディ１に組みつけられた際、カバー９が回転方向に回転することを規制するために、スロットルボディ１とシールゴム１４とのシール面の外周部壁に嵌合面１ｅを設けた（図４）。
【００３６】
同様に、カバー９も任意の円径で設けられた円のセンタ位置を決定する為の嵌合面９ｂ，９ｃ，９ｄを有しており、これらの面はカバー９内に形成されたスロットルポジションセンサ１０の固定側部品（抵抗体）１０ｂを組み付ける面９ｆと同軸度等の幾何公差で関連づけられることで、スロットルポジションセンサ１０の固定側部品（抵抗体）１０ｂのセンタ位置とこれらの嵌合面（９ｂ，９ｃ，９ｄ）で決まる円のセンタ位置のずれ量を規定している（図３）。
【００３７】
カバー９もスロットルボディ１と同様に前記面は、任意の面数で同等の位置規制を達成することが可能である。
【００３８】
更に、カバー９がスロットルボディ１に組みつけられた際、同様にカバー９が回転方向に回転することを規制するためにカバー９側にも嵌合面９ｅがシール面の外周部壁に設けてある（図３及び図４）。
【００３９】
上記のように幾何学的な規定を与えられた各面が、スロットルボディ１にカバー９を組み付けると、嵌合面１ａと９ｂ，１ｂと９ｃ及び１ｃと９ｄとが嵌合するように円径を与えると、スロットルシャフト３のセンタ位置とスロットルポジションセンサ１０固定側部品（抵抗体）１０ｂが組み込まれる嵌合面９ｅとのセンタ位置ずれが必然的に決まる構造となる。
【００４０】
また、嵌合面１ｅと９ｆが嵌合することで、カバー９の回転方向の組み付け位置も必然的に決まる構造である。
【００４１】
つまり、これら嵌合面が各々嵌合することで、スロットルシャフト上に組みつけられるスロットルポジションセンサ１０の可動側部品１０ａとカバー９側に組みつけられる固定側部品（抵抗体）１０ｂセンタ位置のずれと可動側部品１０ａのセット角度が必然的決まる構造となっている。
【００４２】
さらに、これらの嵌合面は、スロットルボディ１に組み付ける際ガイドの役割を果たすため、スロットルボディ１にカバー９を組み付けた瞬間に、ＤＣモータ５の端子とカバー９側電気的接点部の導通及びスロットルシャフト３とスロットルポジションセンサ１０の可動側部品１０ａとの嵌合が確実に行える構造となっている。
【００４３】
したがって、スロットルボディ１とカバー９に嵌合面を設け、これらの嵌合面を幾何学的な規制で関連付けるという安価な手法で、スロットルポジションセンサ１０の可動側部品１０ａと固定側部品（抵抗体）１０ｂとのセンタ位置ずれ量及び可動側部品のセット位置の精度を向上した電子制御スロットル装置を提供できる。
【００４４】
このセンタ位置ずれは電子制御スロットル装置と言う観点でみると、スロットルポジションセンサの定義点での出力及び傾斜に影響を与える要因であり、これらの精度の向上することは、電子制御スロットル装置の空気流量とスロットル開度の関係の精度を向上することになる。
【００４５】
更に、上記関係改善を実車システムで考えると、一般的に電子制御スロットル装置の目標開度は必要空気流量に収束したかどうかを確認する為にエンジン回転数のフィードバック制御を行っているため、前記空気流量とスロットル開度の関係のバラツキが大きいと、スロットル開度が目標開度通りに動作しても、エンジン側ユニットは必要回転数になっていないと判断し、新たな目標開度を設定する可能性がある。
【００４６】
結果として目標開度を種々変更して最終的に必要空気流量相当のスロットル開度に収束するが、実車全体の系として考えると応答時間が遅くなる可能性が考えられる。
【００４７】
しかし、上記のような方法で前記空気流量とスロットル開度の関係の精度を向上すれば、実車全体の系としての応答時間が小さくなり、結果として電子制御スロットル装置の応答時間を早くしたと同等の効果を得ることができる。
【００４８】
更に、スロットルポジションセンサ１０の可動側部品１０ａと固定側部品（抵抗体）１０ｂのセンタ位置ずれ量を改善すると、特に接触式センサの場合、各個体間のブラシ接触圧バラツキの低減が可能となる為、出力瞬断及び抵抗体摩耗に対する設計的裕度が増えると共に、回転範囲内におけるブラシ接触圧の均一化が可能となり、部分的ブラシ接触圧が高い為に起こる摩耗促進，部分的ブラシ接触圧が低い為に起こる出力瞬断に対する信頼性を向上できる。
【００４９】
また、カバー９をスロットルボディ１に組み付けた際の回転方向位置を規制する為の嵌合面は、図４に示すようにシール面が直接外界と接しない構造を採用している為、外部からの水浸入等に対する信頼性も向上できる。
【００５０】
以上のように本実施例によれば、自動車用内燃機関の電子制御スロットル装置において、組み立て作業の簡便化のみならず、ＴＰＳ出力精度向上，接触式ＴＰＳの場合はブラシ接触圧均一化による信頼性向上及びシール面を覆うことによるシール空間内の水浸入に対する信頼性向上を図ることができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、スロットルシャフトと同シャフトの回転角検出センサとの位置合せが、精度良く行える。そのため、空気量の制御が正確に行える電子制御スロットルバルブが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子制御スロットルボディの断面図。
【図２】本発明の実施例を示す説明図（１）。
【図３】本発明の実施例を示す説明図（２）。
【図４】本発明の実施例を示す説明図（３）。
【符号の説明】
１…スロットルボディ、１ａ，１ｂ，１ｃ，９ｂ，９ｃ，９ｄ…嵌合面（スロットルシャフトとの同軸度規制用）、１ｄ…ボールベアリング組み付け穴、１ｅ，９ｅ…嵌合面（カバー回転方向位置規制用）、２…スロットルバルブ、３…スロットルシャフト、４ａ，４ｂ…ボールベアリング、５…ＤＣモータ、６…ギア（Ａ）、７…ギア（Ｂ）、８…ギア（Ｃ）、９…カバー、９ａ…電気的接続部
（ＤＣモータ）、９ｆ…センサ固定側部品組み付け面、１０…スロットルポジションセンサ、１０ａ…スロットルポジションセンサ可動側部品、１０ｂ…スロットルポジションセンサ固定側部品（抵抗体）、１１…リターンスプリング、１２…デフォルトスプリング、１３…デフォルトレバー、１４…シールゴム、１５…コネクタ、Ｓ…シール空間。

Claims

スロットルシャフト挿通孔の中心に対して同心の円線上に形成された部分円弧面を有するスロットルボディ、
当該スロットルボディに取り付けられる樹脂材製カバー部材、
前記スロットルシャフトの回転角を検出すべく前記カバー部材の前記スロットルシャフトの端部が対向する部位に取り付けられたスロットルポジションセンサ、
前記樹脂製カバー部材に設けられたカバー側部分円弧面であって、前記スロットルボディに形成された前記部分円弧面に接触する位置に形成され、その中心が前記スロットルセンサの回転部分の回転中心に略一致するカバー側部分円弧面
を備えた内燃機関の電子制御スロットル装置。
請求項１に記載したものにおいて、前記カバー部材と前記スロットルボディに双方の回転を阻止する嵌合面を備えた内燃機関の電子制御スロットル装置。
請求項１に記載したものにおいて、前記部分円弧面は前記スロットルシャフトを支承するベアリングの挿入固定用穴と同心に構成されている内燃機関の電子制御スロットル装置。
請求項１に記載したものにおいて、前記スロットルセンサは摺動抵抗式の接触型センサであってブラシが前記スロットルシャフトと一体に回転し、摺動抵抗部が前記カバー部材に固定されている内燃機関の電子制御スロットル装置。
請求項１に記載したものにおいて、前記スロットルセンサは電磁式の非接触式センサであって磁気発生要素が前記スロットルシャフトと一体に回転し、検出素子が前記カバー部材に固定されている内燃機関の電子制御スロットル装置。
スロットルボディ本体，カバー部材及びシール部材でシールされた空間を有し、その空間内にスロットルバルブの位置を検出する検出手段と前記スロットルバルブの位置を制御するアクチュエータを含む駆動手段を有し、前記スロットルボディ本体に前記カバー部材を組み付けると同時に、電子制御スロットル装置のコネクタと前記スロットルバルブの位置を制御する駆動手段であるアクチュエータ間の電気的接続がなされる電子制御スロットル装置において、前記カバー部材の回転方向位置が規定される嵌合面と、前記スロットルバルブを支持する回転部材との同軸度が規定される嵌合面を前記スロットルボディ本体及び前記カバー部材の各々が有することを特徴とする電子制御スロットル装置。
請求項１において、前記各々の部材の嵌合面は前記カバー部材を前記スロットルボディ本体に組み付ける際のガイドとなることを特徴とする電子制御スロットル装置。
請求項１において、前記嵌合面が複数個存在することを特徴とする電子制御スロットル装置。
シール空間を有し、その空間内に前記スロットルバルブの位置を検出する検出手段を備え、その検出手段の回転側部材は前記スロットルバルブを支持する回転部材上に存在し、検出手段の固定側部材は前記カバー部材内に組み込まれる電子制御スロットル装置において、前記スロットルボディ本体の同軸度を規定する嵌合面は、前記スロットルバルブを支持する回転部材を支持する軸受け部材が組み込まれるスロットルボディに設けられた穴の中心に対して同軸度が規定されていることを特徴とする電子制御スロットル装置。
シール空間を有し、その空間内に前記スロットルバルブの位置を検出する検出手段を備え、その検出手段の回転側部材は前記スロットルバルブを支持する回転部材上に存在し、検出手段の固定側部材は前記カバー部材内に組み込まれる電子制御スロットル装置において、前記カバー部材の同軸度を規定する嵌合面は、前記検出手段の固定側部材を取り付ける為の前記カバー部材に形成された円弧状の壁面に対して同軸度が規定されていることを特徴とする電子制御スロットル装置。