JP2009264113A - 内燃機関の電子制御スロットル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ノーマルオープンタイプの電子制御スロットル装置において、モータ駆動制御によりソフトランディングし全開位置に戻す制御をなくすと共に、全開ストッパとギア（ギアと一体に設けられたギアとは別の規制部材）の衝突時の衝撃を緩和する。
【解決手段】
スロットルボディの吸気通路１１に軸支されたスロットルバルブシャフト１２には、スロットルバルブ１３が固定されている。スロットルバルブシャフト１２は減速機構を介してモータによって回転駆動される。スロットルバルブシャフト１２を全開方向に回転付勢するデフォルトスプリング５０を備え、スロットルバルブシャフト１２の全開位置では、衝撃緩和部材（７０，８０）をスロットルボディのストッパ部１４に当接させ回転方向の動きを規制する。ソフトランディング制御の必要が無くなるため、バルブ駆動用モータの制御ソフトの簡素化及び、モータ駆動電流の消費を低減させることが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関のスロットル装置に関し、更に詳細には制御信号に基づきモータを駆動してスロットルバルブを開閉制御する電子制御スロットル装置に関する。この発明は、タンデム式のガソリンエンジンの吸気絞り機構としての電子制御スロットル装置あるいは、燃料電池の水素濃度を制御するための負圧制御スロットルバルブとして用いられる電子制御スロットル装置にも適用できる。

例えば、非通電時にスロットルバルブの開度が全開位置近傍に保持される機構を有するディーゼル内燃機関のスロットル装置においては、従来特定の開度状態のスロットルバルブを全開位置に戻す場合、モータの駆動制御を停止してモータへの駆動電流を断って、スロットルスプリングの回転戻し力により機械全開位置に戻していた。

しかし、この場合、スプリング力及びモータ，ギア，スロットルバルブ等のイナーシャによりギアがストッパ部に激しく衝突する。このときの衝撃荷重がストッパやギアに加わり、ギア又はストッパ部が破損してしまう虞がある。

そこで、これまでは特開２００３−３７０００２号公報に示されるようにモータ駆動制御によりソフトランディング、つまりスロットルスプリングの力を抑制する方向のモータの駆動力を与えながらゆっくり全開位置に戻していた。

特開２００３−３７０００２号公報

このように構成されるディーゼルエンジンの吸入圧力制御用スロットルバルブの電子制御スロットル装置においては、スロットルバルブ駆動用モータの制御ソフトが複雑になる。

本発明の目的はギアとストッパ部との激しい衝突が発生することなく、またスロットルバルブを駆動するモータの制御ソフトが少しでも簡単な電子制御を得るにある。

本発明の上記目的は、全開位置に設けられたストッパとこれに衝突するギア（あるいはギア部に設けられたギアとは別の衝突部材）との間に衝撃緩和部材（衝撃緩和機構）を設けたものである。

本発明により、モータ駆動制御によりソフトランディング制御を用いて全開位置に戻す必要が無くなるため、スロットルバルブを駆動するモータの制御ソフトが簡素になる。またその結果モータ駆動電流の消費を低減することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の実施形態の第１実施例にかかる内燃機関等の吸気スロットルバルブ制御装置が適用された電子制御の吸入空気流量または圧力制御装置における全開ストッパ部の概略構成を示す図である。

図１において、スロットルバルブ１３を全開位置に戻す場合は、モータ２０の電源を切ることで良くなる。構成は、主として、スロットルボディの吸気通路１１に軸支されたスロットルバルブシャフト１２に固定され、吸気通路１１内を通過する吸気量を調整するスロットルバルブ１３，スロットルバルブシャフト１２とスロットルギア２２，中間ギア２１を介して接続されたモータ２０の駆動力によってスロットルバルブシャフト１２と一体的に駆動されるスロットルギア２２，スロットルギア２２とデフォルトスプリング５０の回転力で回転保持されるデフォルトレバー４０からなり、スロットルバルブ１３の全開位置は、デフォルトレバー４０が、スロットルボディのストッパ部１４に当接させ規定する。

リターンスプリング３０は、スロットルバルブシャフト１２に対して巻き線の巻きシャフト方向が平行となるように配設され、リターンスプリングのボディ側フック部３１がスロットルボディに掛けられており、リターンスプリングのデフォルトレバー側（スロットルギア側）フック部３２はデフォルトレバー４０に掛けられている。

デフォルトレバー４０は、スロットルギア２２にデフォルトスプリング５０の回転力で保持される。この時デフォルトレバーのストッパ（スロットルギア側）４１でスロットルギア２２の位置を規定する。デフォルトスプリング５０は、リターンスプリング３０と逆巻きのスプリングである。

図１の構造において、全開位置に戻る場合、リターンスプリング３０の回転戻し力とモータ２０及びスロットルバルブシャフト１２等のイナーシャ分のエネルギは、デフォルトスプリング５０により吸収されるため、各ギア又はストッパ部１４に衝撃荷重が加わることはなく、破損には至らない。

図２は本発明の実施形態の第２実施例にかかる内燃機関の吸気スロットルバルブ制御装置が適用されたノーマルオープンタイプの電子制御の吸入空気流量または圧力制御装置における全開位置保持機構の概略構成を示す図である。

本仕様でリターンスプリング３０は、スロットルバルブシャフト１２に対して巻き線の巻きシャフト方向が平行となるように配設され、デフォルトレバーのストッパ（スロットルギア側）４１がスロットルボディに掛けられており、他端部がデフォルトスプリングの一端部と溶接によりスロットルスプリングとデフォルトスプリングの接合部（ストッパ）６０され、全開点は、スロットルスプリングとデフォルトスプリングの接合部（ストッパ）６０がスロットルボディのストッパ部１４に当接させ規定する。

デフォルトスプリング５０はリターンスプリング３０と径が異なっており、リターンスプリング３０とデフォルトスプリング５０は並列に配置され、デフォルトスプリング５０の他端部はスロットルギア２２に掛けられている。

図２の構造において、全開位置に戻る場合、リターンスプリング３０の回転戻し力とモータ２０及びスロットルバルブシャフト１２等のイナーシャ分のエネルギは、デフォルトスプリング５０により吸収されるため、各ギア又はスロットルボディのストッパ部１４に衝撃荷重が加わることはなく、破損には至らない。

図３は、図２の機構でデフォルトスプリング５０を廃止し、リターンスプリング３０の一端にばね機構を設定することで、衝撃の吸収を図った物である。

構造は、スロットルギア２２にスプリングのリターンスプリングのデフォルトレバー側（スロットルギア側）フック部３２を設け、このフック部から先の部分にばね形状を設定。この部分は、衝撃吸収スプリング７０となり、このスプリングの保持はストッパ７１にて行う。

本構造において全開位置に戻る場合、リターンスプリング３０の回転戻し力とモータ２０及びスロットルバルブ１３，スロットルバルブシャフト１２等のイナーシャ分のエネルギは、衝撃吸収スプリング７０により吸収されるため、各ギア又はストッパ部１４に衝撃荷重が加わることはなく、破損には至らない。

図４は、衝撃吸収スプリング７０の仕様を変更し考案した物である。

図５は、図１の機構でデフォルトレバー４０とデフォルトスプリング５０を廃止し、ボディ側に緩衝材（機構）を設定することで、衝撃力の低減を図った物である。

構造は、スロットルボディのストッパ部１４にダンパー８０を設けたことを特徴とする。この構造で、ダンパー８０にダンパーリターンスプリング８１を設けることで、安定した緩衝機構を有する。

本構造において全開位置に戻る場合、リターンスプリング３０の回転戻し力とモータ２０及びスロットルバルブ１３，スロットルバルブシャフト１２等のイナーシャ分のエネルギは、ダンパー８０により吸収されるため、各ギア又はストッパ部１４に衝撃荷重が加わることはなく、破損には至らない。

図６は、図５の実施例のダンパー８０の仕様を変更し考案した物で、緩衝材として、衝撃吸収ラバー９０を採用し、コスト的に有利な仕様となる。

以下に本発明の実施例の実施の態様を整理すると以下の通りである。

〔実施の態様１〕
内燃機関等への吸入空気流量または圧力を制御するスロットルバルブとスロットルバルブ開度を一定方向に付勢する付勢力発生手段とスロットルバルブを駆動するためのモータと、前記モータの非通電時に前記スロットルバルブの開度が全開位置付近に保持される機構を有する吸入空気流量または圧力制御装置において、
非通電時のスロットルバルブ位置を全開近傍に保持するストッパ部への衝突力を緩和する衝撃緩和機構としての衝撃吸収スプリング７０，ダンパー８０を設けたことを特徴とする内燃機関の電子制御スロットル弁装置。

〔実施の態様２〕
実施の態様１に示す内燃機関への吸入空気流量または圧力制御装置において、スロットルバルブを保持するためのシャフトとシャフト端部に固定され、モータからの駆動トルクを伝達するためのギアと、一端をギア，もう一端を吸入空気流量または圧力制御装置のハウジングに係合された付勢力発生手段を有する吸入空気流量または圧力制御装置において、ギア側の係合された付勢力発生手段の端部を全開付近に保持するためのストッパに当てることによって、付勢力発生手段による回転方向とは逆の回転力を生じる様にしたことを特徴とする内燃機関の吸入空気流量または圧力制御装置。
〔実施の態様３〕
ガソリンエンジンの加給圧切替えスロットルバルブとして用いたことを特徴とする実施の態様１，２に示す吸入空気流量または圧力制御装置。

〔実施の態様４〕
ディーゼルエンジンの吸入圧力制御スロットルバルブとして用いたことを特徴とする実施の態様１，２に示す吸入空気流量または圧力制御装置。
〔実施の態様５〕
燃料電池の水素濃度を制御するための負圧制御スロットルバルブとして用いたことを特徴とする実施の態様１，２に示す吸入空気流量または圧力制御装置。

実施例の課題，効果を列挙する。

１）ガソリンエンジンの加給圧切替えスロットルバルブとして用いた場合は、メインの空気流量制御装置のスロットルバルブ開度制御と加給圧切替えスロットルバルブの制御が必要になり、スロットルバルブのモータの作動制御が複雑になり且つ、モータ駆動による消費電流が大きくなるため、より電流を消費することになり、燃費の悪化にも繋がることになる。

２）燃料電池の水素濃度を制御するための負圧制御スロットルバルブとして用いた場合には、モータ駆動による消費電流が大きくなるため、より電流を消費することになり、燃費の悪化にも繋がることになる。

上記のように構成した本実施例では、ノーマルオープンタイプの電子制御スロットル装置において、モータ駆動制御によりソフトランディングし全開位置に戻す制御をなくすと共に、全開ストッパとギア（ギアと一体に設けられたギアとは別の規制部材）の衝突時の衝撃を緩和する。これにより、サンプリング周期を大きくすることが出来て、マイコンの負荷を低減させることが出来るため、省電力化及び燃費の向上にも繋がる。

具体的には、スロットルボディの吸気通路１１に軸支されたスロットルバルブシャフト１２には、スロットルバルブ１３が固定されている。スロットルバルブシャフト１２は減速機構を介してモータによって回転駆動される。スロットルバルブシャフト１２を全開方向に回転付勢するデフォルトスプリング５０を備える。スロットルバルブシャフト１２の全開位置では、衝撃緩和部材（７０，８０）をスロットルボディのストッパ部１４に当接させ回転方向の動きを規制する。ソフトランディング制御の必要が無くなるため、バルブ駆動用モータの制御ソフトの簡素化及び、モータ駆動電流の消費を低減させることが出来る。

この発明は、タンデム式のガソリンエンジンの吸気絞り機構としての電子制御スロットル装置あるいは、燃料電池の水素濃度を制御するための負圧制御スロットルバルブとして用いられる電子制御スロットル装置にも適用できる。

（ａ），（ｂ）は本発明の実施例１に係る内燃機関の電子制御スロットル装置における衝撃緩和部材（衝撃緩和機構）の構成図。 （ａ），（ｂ）は本発明の実施例２に係る内燃機関の電子制御スロットル装置における衝撃緩和部材（衝撃緩和機構）の構成図。 本発明の実施例３に係る内燃機関の電子制御スロットル装置における衝撃緩和部材（衝撃緩和機構）の構成図。 （ａ），（ｂ）は本発明の実施例４に係る内燃機関の電子制御スロットル装置における衝撃緩和部材（衝撃緩和機構）の構成図。 本発明の実施例５に係る内燃機関の電子制御スロットル装置における衝撃緩和部材（衝撃緩和機構）の構成図。 本発明の実施例６に係る内燃機関の電子制御スロットル装置における衝撃緩和部材（衝撃緩和機構）の構成図。

符号の説明

１１ 吸気通路
１２ スロットルバルブシャフト
１３ スロットルバルブ
１４ スロットルボディのストッパ部
２０ モータ
２１ 中間ギア
２２ スロットルギア
３０ リターンスプリング
３１ リターンスプリングのボディ側フック部
３２ リターンスプリングのデフォルトレバー側（スロットルギア側）フック部
４０ デフォルトレバー
４１ デフォルトレバーのストッパ（スロットルギア側）
４２ デフォルトレバーのストッパ（ボディ側）
５０ デフォルトスプリング
５１，５２ デフォルトスプリングのスロットルギア側フック部
６０ スロットルスプリングとデフォルトスプリングの接合部（ストッパ）
７０ 衝撃吸収スプリング
７１ 衝撃吸収スプリングのストッパ
８０ ダンパー
８１ ダンパーリターンスプリング
９０ 衝撃吸収ラバー

Claims (9)

1. スロットル装置の本体に設けられた吸気通路、
   吸気通路に取り付けられ吸気通路の開口面積を制御して吸気流量若しくは、吸気通路内の圧力を制御するスロットルバルブ、
   当該スロットルバルブが固定され、前記本体に回転可能に支持されたスロットルシャフト、
   前記スロットルシャフトに固定されたスロットルギア、
   電気的に制御されるモータ、
   前記スロットルギアに前記モータの回転力を伝達する減速ギア、
   前記スロットルギアに一体に、若しくは当該ギア自体に設けられた規制部材、
   前記本体に設けられ、前記規制部材の回転を前記スロットルバルブの全開位置で規制する全開ストッパ、係止され、他端が前記スロットルシャフト若しくはスロットルギアに係止され、前記スロットルシャフトを前記全開ストッパ方向へ回転するよう付勢するスロットルスプリングを備えるものにおいて、
   前記規制部材と前記全開ストッパとの間に、衝撃緩和機構若しくは衝撃緩和部材を設けた
   内燃機関の電子制御スロットル装置。
2. 請求項１に記載したものにおいて、
   前記衝撃緩和機構が、前記規制部材を前記スロットルシャフト若しくは前記スロットルギアに一端が固定され、他端が前記全開ストッパに当接するスプリングによって構成したものである
   内燃機関の電子制御スロットル装置。
3. 請求項１に記載したものにおいて、
   前記衝撃緩和機構が、前記ストッパを弾性機構によって構成したものである
   内燃機関の電子制御スロットル装置。
4. 請求項２に記載のものにおいて、
   前記スプリングの他端は前記スロットルシャフトに回転可能に設けられたレバーに係止され、当該レバーが前記ストッパに当接するよう構成されている
   内燃機関の電子制御スロットル装置。
5. 請求項２に記載のものにおいて、
   前記スロットルスプリングの径よりも前記スプリングの方が小径に形成されており、軸方向にラップして前記スロットルシャフトの周りに同心状態に配置されている
   内燃機関の電子制御スロットル装置。
6. 請求項２に記載のものにおいて、
   前記スプリングの他端はＵ字状の折り返し部を有し、
   当該折り返し部の先端部は前記スロットルギアに形成された係止突起に係止され、
   当該折り返し部に前記全開ストッパが当接するよう構成されている
   内燃機関の電子制御スロットル装置。
7. 請求項６に記載のものにおいて、
   前記Ｕ字状の折り返し部に複数のカール部が形成されており、当該カール部が前記全開ストッパに当接するよう構成されている
   内燃機関の電子制御スロットル装置。
8. 請求項３に記載のものにおいて、
   前記弾性機構が前記全開ストッパと前記本体との間に設けられたダンパリターンスプリングによって形成されている
   内燃機関の電子制御スロットル装置。
9. 請求項３に記載のものにおいて、
   前記弾性機構が前記全開ストッパと前記本体との間に設けられた衝撃吸収ラバーで構成されている
   内燃機関の電子制御スロットル装置。

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