JP2009197601A - 電子制御スロットルボディ - Google Patents

Abstract

【課題】モータシャフトと弁軸との軸間距離を短くして装置の小型化を可能とした電子制御スロットルボディを得る。
【解決手段】ボディ４、ボディ内で回転自在に支持された弁軸７、及びこの弁軸に固定されボディ内に形成された吸気通路８の開口面積を変える弁体９を有するスロットル弁と、
このスロットル弁の弁軸に連結された減速機構２と、この減速機構に連結されたモータ３とを備え、モータの駆動力が減速機構を介して弁軸に伝達され、弁体の回動により吸気通路の開口面積が変化する電子制御スロットルボディにおいて、減速機構２を遊星歯車機構と平歯車機構とによって構成し、モータの駆動力を遊星歯車機構で減速し、更に平歯車減速機構で減速して弁軸７に伝達するようした。
【選択図】図１

Description

この発明は、アクセルペダル操作に応じてモータを駆動し、減速機構を介して弁体が回動するようにした電子制御スロットルボディに関するものである。

従来から、例えば特開２００２−２６６６６６号公報（以下、特許文献１と称す。）に示されるように、アクセルペダル操作に応じてモータを駆動し、減速機構を介して弁体の開度を制御する電子制御スロットルボディが知られている。
この特許文献１に示される電子制御スロットルボディでは、モータの発生するトルクを弁体の開度制御に必要なトルクまで増大させるため、モータによって発生したトルクを、モータシャフトに固定された出力ギヤから出力ギヤと平行に配置された中間ギヤに伝達し、さらに中間ギヤに伝達されたトルクを、弁体を支持する弁軸に固定され中間ギヤと平行に配置された入力ギヤに伝達することによって、２段階に減速する平歯車２段減速機構を用いている。

特開２００２−２６６６６６号公報

しかしながら、このような従来の電子制御スロットルボディでは、平歯車２段減速機構によるトルクの伝達のために、出力ギヤ軸と中間ギヤ軸、及び中間ギヤ軸と入力ギヤ軸のそれぞれの間に各ギヤのピッチ径に応じた軸間距離が必要となるので、装置の大きさは軸間距離によって決められ、容易に小型化できないという問題点があった。

また、装置の小型化を図ろうとすると、各ギヤのピッチ径を抑える必要があり、ギヤの歯数を抑えなければならず、それによって減速比を上げられないために結果的に必要なモータの駆動トルクが大きくなり、モータの小型化を阻害する要因となっていた。

また、減速部に平歯車２段減速機構を用いた場合、モータシャフトに固定された出力ギヤは中間ギヤからの反力を受けており、その反力がモータシャフトに対してモータシャフトの軸受部を支点とした曲げモーメントを発生させるため、モータシャフトには曲げモーメントと駆動トルクの両方が加わることになり、モータシャフトの強度を容易に落とすことが出来ない。このため、モータシャフトの強度を確保するためにはモータシャフトの径を小さくすることが出来ず、結果的にモータの小型化を阻害する要因となっていた。

加えて、減速部に平歯車２段減速機構を用いた場合、出力ギヤ軸と入力ギヤ軸の間が離れており、かつ出力ギヤ軸と中間ギヤ軸、入力ギヤ軸の平行な３本の歯車軸の軸間距離精度を出す必要があるため、コストダウンを目的として、例えばボディを樹脂性にしようとしても、この３本の軸間距離の精度を出すことが出来ず、製造が非常に困難であるといった問題も生じていた。

さらに、電子制御スロットルボディが取り付けられているエンジンの吸気管内では、外気温が低いとエンジン停止後に凝縮水が発生し、０度以下の雰囲気中に放置された場合は凝縮水による氷結が生じる。スロットル弁近傍に凝縮水が溜まり、この凝縮水によってスロットル弁が氷結するのを避ける為に、通常、スロットルボディは、エンジンルーム内の吸気経路の中で比較的高い位置に搭載されるが、従来の電子制御スロットルボディにおいては、モータ配置をスロットル弁軸より上側に配置した場合はボンネットとの干渉の懸念や、これを避ける為にボンネットラインを高くせざるを得ない等の問題が有った。
また、モータをスロットル弁軸より下側に配置した場合には、凝縮水の溜まり易い吸気通路の内壁面の地面側に温水加熱通路を設ける事が出来ず、効率良く氷結対策を施す事が難しかった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、モータシャフトと弁軸との軸間距離を短くして装置全体を小型化するとともに、モータに必要な駆動トルクを低減しモータシャフトの径を小さくしてモータの小型化を可能とした電子制御スロットルボディを提供することを目的とする。
また、平行な歯車軸を２本とすることによって軸間距離の精度が必要な箇所を減らし、ボディを樹脂化する際の製造上の課題を解決することを目的とする。
さらに、モータを弁軸に対して対向かつ平行に配置する事により、弁軸より下側にモータを設置した場合においても吸気通路の内壁面の地面側に温水加熱通路を設ける事を可能とした電子制御スロットルボディを提供することを目的とする。

この発明に係る電子制御スロットルボディは、内部に吸気通路が形成されたボディ、このボディ内で回転自在に支持された弁軸、及びこの弁軸に固定され吸気通路の開口面積を変化させる弁体を有するスロットル弁と、このスロットル弁の弁軸に連結された減速機構と、弁軸の回転角度を検出するセンサ部と、減速機構に連結されたモータとを備え、モータの駆動力が減速機構を介して弁軸に伝達され、弁体の回動により吸気通路の開口面積を変化させる電子制御スロットルボディであって、前記減速機構は、太陽歯車、遊星歯車、内歯車およびキャリアを有する遊星歯車機構と、平歯車減速機構とによって構成され、前記モータの駆動力を前記遊星歯車機構で減速し、この遊星歯車機構で減速された駆動力を更に前記平歯車減速機構で減速して前記弁軸に伝達するようにしたものである。

この発明によれば、モータシャフトと弁軸との軸間距離を短くして装置全体を小型化するとともに、モータシャフトの径を小さくしてモータの小型化をも可能とした電子制御スロットルボディを得ることができる。

また、平行な歯車軸を２本とすることによって軸間距離の精度が必要な箇所を減らし、ボディを樹脂化する際の製造上の課題を解決した電子制御スロットルボディを得ることができる。

また、弁軸より下側にモータを設置した場合においても、吸気通路の内壁面の地面側に温水加熱通路を設ける事を可能とした電子制御スロットルボディを得ることができる。

上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について、図１、図２を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一あるいは相当部分を示すものとする。
図１はこの発明の実施の形態１の電子制御スロットルボディを示す断面図、図２は図１の
Ａ−Ａ線における断面図である。
図１、図２において、電子制御スロットルボディは、スロットル弁１と、このスロットル
弁１に連結された減速機構２と、この減速機構２に連結されたモータ３とを備えている。

スロットル弁１は、ボディ４と、ボディ４の左右の壁で第１の軸受５、第２の軸受６を
介して回転自在に支持された弁軸７と、この弁軸７に固定されボディ４内に形成された吸
気通路８の開口面積を変える弁体９と、第１の軸受５の近傍に設けられ、弁軸７を閉弁方
向に付勢するスプリング１０とを有している。
ボディ４は、アルミで構成されているとともに、図１において紙面に対して垂直方向にほぼ円筒形状であり、内部に吸気通路８が形成されている。
ボディ４には、吸気通路８と弁体９の氷結を防止するために温水を流すための温水通路が弁軸７の下側に設けられており、ボディ４に圧入されたニップル２１によって車輌側のホースに接続される。

減速機構２は、遊星歯車機構と平歯車機構とによって構成されており、モータ３のモータシャフト１１に圧入によって固定された太陽歯車１２と、この太陽歯車１２に噛み合う遊星歯車１３と、この遊星歯車１３に噛み合う内歯車１４と、遊星歯車１３を自転及び公転可能に支持するキャリア１５と、キャリア１５の反遊星歯車側に一体に形成された小歯車１６と、弁軸７の端部に固定された大歯車１７とを有している。
大歯車１７は弁軸７の端部に勘合されている。キャリア１５は、ピン１８によって回転可能に支持されており、ピン１８はボディ４に圧入されている。
この減速機構２は、モータ３とともにカバー１９で覆われている。

弁軸７の回転角は、弁軸７の大歯車１７が固定された位置から先端方向に配置されたセンサ２０によって検出される。センサ２０が検出した開度信号は、カバー１９と一体に形成されたコネクタ２２によって外部に伝えられる。コネクタ２２は、モータ３に電流を流すための端子を構成している。

上記構成の電子制御スロットルボディでは、吸気上流側のエアフィルタ（図示せず）を介して吸入された空気が、ボディ４内の吸気通路８に導入される。この導入された空気は、減速機構２を介してモータ３の駆動により、スプリング１０の弾性力に逆らって回動される弁体９の開度に応じて吸気流量が調節される。この調節された空気は、スロットル弁１の下流側に気密に配置されたエンジンに導出され、燃料噴射弁（図示せず）から供給された燃料と燃焼室内で混合されて着火される。

以上のように構成された実施の形態１の電子制御スロットルボディにおいて、モータ３で発生したトルクは、太陽歯車１２、遊星歯車１３、内歯車１４、及びキャリア１５によって減速され、小歯車１６に伝達される。小歯車１６に伝達されたトルクは小歯車１６と噛み合う大歯車１７によって減速され、弁軸７に伝達される。

ここで、実施の形態１の電子制御スロットルボディにおいては、遊星歯車機構の構造上、太陽歯車１２とキャリア１５は同軸上に配置され、従ってまた、太陽歯車１２と小歯車１６は同軸上に配置されているため、平行な歯車軸は太陽歯車軸と弁軸の２本となる。
このため、平行な歯車軸が３本必要である平歯車２段減速機構を備えた従来の電子制御スロットルボディと比較して、平行な歯車軸が１本少なくなり、モータシャフト１１と弁軸７との軸間距離が大幅に短縮され、装置の小型化を達成することができる。

また、図２に示すように、遊星歯車１３は、円周上に１８０°均等に２つ配置されている。このため、太陽歯車１２と遊星歯車１３が噛み合う歯の枚数は、遊星歯車が１つの場合と比べて２倍となり、１枚の歯に加わる荷重は約半分となる。これによって歯車の強度を落とすことが出来るため、歯幅を薄くするなどして装置の小型化を達成することができる。
また、遊星歯車１３を円周上に均等に配置することによって、太陽歯車１２が２つの遊星歯車から受ける反力は太陽歯車１２の軸中心で釣り合い、モータシャフト１１には曲げ応力が殆んど加わらない。このため、平歯車減速機構を用いた従来の電子制御スロットルボディに比べて、モータシャフトの強度を下げることが可能となり、結果的に、モータシャフトの径を小さくしてモータの小型化を達成することが可能となる。

また、遊星歯車を自転及び公転可能に支持するキャリア１５には、遊星歯車を支持する側と反対側に、小歯車１６を一体に形成している。これによって、減速部のレイアウトを小型化出来、かつ部品点数を削減することができる。

また、キャリア１５を回転可能に支持するピン１８はボディ４によって固定されているので、回転軸の精度はボディの精度によって決まり、太陽歯車１２の回転軸と小歯車１６の回転軸のずれを小さくすることができ、安定して歯車同士が噛み合うようにすることができる。
さらに、ピン１８の軸長は小歯車１６の軸長より長くしている。これによって、ピンには小歯車１６が大歯車１７から受ける反力が軸方向に均等にかかり、小歯車１６及びキャリア１５のがたつきを抑えることが出来るため、安定して歯車同士が噛み合うようにすることができる。

また、実施の形態１の電子制御スロットルボディによれば、前述の通り、モータシャフト１１と弁軸７の軸間距離が短縮できるため、センサ２０とモータ３を平行に配置することで、センサ２０とモータ３の入出力端子をまとめることが容易となり、その結果、センサ２０とモータ３の入出力端子を、カバー１９と一体に形成されたコネクタ２２にまとめることで、装置の小型化を図ることができると共に、配線または端子の長さを短くすることができ、安価な電子制御スロットルボディを得ることができる。

また、ボディ４には、弁軸７の下側、すなわち吸気通路８の内壁面の地面側に温水通路が設けられている。これによって吸気通路８の内壁面の地面側を効率よく加熱して氷結対策を施す事ができ、さらにモータ３を弁軸７より下側に配置しているため、エンジンルーム内における電子制御スロットルボディの搭載位置を比較的高い位置に搭載する事が可能となる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２の電子制御スロットルボディを示す断面図である。
なお、図中、図１、図２との同一符号は、同一あるいは相当部分を示し、重複説明は省略する。
この実施の形態２の電子制御スロットルボディは、ボディ４が樹脂（ＰＰＳ）によって成形され、真鍮で出来たホルダ２３が、ボディ４にインサート成形されたものである。
ホルダ２３には、弁軸７を支持する軸受６と、小歯車１６を支持するピン１８が圧入されている。

この実施の形態２によれば、従来の平歯車２段減速機構を備えた電子制御スロットルボディに比べて歯車軸は１本少なく、軸間の精度を必要とする箇所が従来装置より少ないため、ボディ４を樹脂で成形しても必要な寸法精度を確保でき、コストダウンを図ることができる。
加えて、弁軸７と小歯車１６の歯車軸の軸間距離の精度は、ホルダ２３の加工精度によって決まるため、ボディ４を樹脂で成形しても軸間距離の精度を高くすることが出来る。

この発明の実施の形態１の電子制御スロットルボディを示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線における断面を示す部分断面図である。 この発明の実施の形態２の電子制御スロットルボディを示す断面図である。

符号の説明

１ スロットル弁、２ 減速機構、３ モータ、４ ボディ、７ 弁軸、８ 吸気通路
９ 弁体、１１ モータシャフト、１２ 太陽歯車、１３ 遊星歯車、１４ 内歯車、
１５ キャリア、１６ 小歯車、１７ 大歯車、１８ ピン、１９ カバー、
２０ センサ、２１ ニップル、２２ コネクタ、２３ ホルダ。

Claims (12)

1. 内部に吸気通路が形成されたボディ、このボディ内で回転自在に支持された弁軸、及びこの弁軸に固定され前記吸気通路の開口面積を変化させる弁体を有するスロットル弁と、このスロットル弁の弁軸に連結された減速機構と、前記弁軸の回転角度を検出するセンサ部と、前記減速機構に連結されたモータとを備え、前記モータの駆動力が前記減速機構を介して前記弁軸に伝達され、前記弁体の回動により前記吸気通路の開口面積を変化させる電子制御スロットルボディであって、
   前記減速機構は、太陽歯車、遊星歯車、内歯車およびキャリアを有する遊星歯車機構と、平歯車減速機構とによって構成され、前記モータの駆動力を前記遊星歯車機構で減速し、この遊星歯車機構で減速された駆動力を更に前記平歯車減速機構で減速して前記弁軸に伝達するようにしたことを特徴とする電子制御スロットルボディ。
2. 前記遊星歯車機構は、モータシャフトに固定された太陽歯車と、この太陽歯車に噛み合う少なくとも２つの遊星歯車を有することを特徴とする請求項１に記載の電子制御スロットルボディ。
3. 前記遊星歯車は、円周上に均等に配置されることを特徴とする請求項２に記載の電子制御スロットルボディ。
4. 前記遊星歯車機構の太陽歯車は、モータシャフトに勘合または一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電子制御スロットルボディ。
5. 前記平歯車減速機構は、前記弁軸に固定された大歯車と、前記遊星歯車を支持するキャリアの反遊星歯車側に勘合または一体に形成された小歯車とによって構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電子制御スロットルボディ。
6. 前記キャリアは、前記スロットル弁のボディに固定されたピンによって回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電子制御スロットルボディ。
7. 前記ピンの長さは、前記小歯車の軸長以上であることを特徴とする請求項６に記載の電子制御スロットルボディ。
8. 前記センサ部は、弁軸の減速機構側先端方向に、前記モータと平行に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電子制御スロットルボディ。
9. 前記モータを保護するカバーは、前記センサ部と、センサ及びモータの入出力端子を構成するコネクタ部を一体に形成することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の電子制御スロットルボディ。
10. 前記ボディは、樹脂で成形されていることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の電子制御スロットルボディ。
11. 前記ボディは、スロットル弁の弁軸を支持する軸受とキャリアを支持するピンの両方を、インサート成形された１つの部材で固定することを特徴とする請求項１０に記載の電子制御スロットルボディ。
12. 前記モータを弁軸に対して対向かつ平行に配置し、さらに弁軸より下側にモータを設置し、温水通路を吸気通路内壁面の地面側に設置したことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の電子制御スロットルボディ。

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