JP2014118914A - 電子制御スロットル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】システム構成の簡略化とコスト低減を有効に実現する電子制御スロットル装置を提供する。
【解決手段】吸気通路26に設けたスロットルバルブ22を制御信号に基づき駆動する駆動モータ23を備える。アクセル操作に応じて回転するアクセルプーリ25とスロットルバルブ22を支持するスロットルシャフト27との相対回転角度を非接触で検出する回転角度検出部44を有し、検出された相対回転角度に対応する制御信号に基づき、スロットルシャフト27がアクセルプーリ25に追従するように駆動モータ23を角度偏差量制御する。
【選択図】図5

Description

本発明は、自動二輪車等の車両に搭載のエンジンにおける特に電子制御スロットル装置に関するものである。
電子制御スロットルボディのスロットルバルブ制御装置に関する先願技術として、例えば特許文献1あるいは特許文献2で公開されている。これらは何れも、アクセル操作力を検出するためのアクセルポジションセンサ(APS;Accel Position Sensor)と、スロットルバルブの実開度を検出するためのスロットルポジションセンサ(TPS;Throttle Position Sensor)を備え、各センサはスロットルバルブを挟んで対向する位置に配置され、スロットルバルブの制御はTPSの値をエンジン制御装置(ECU;Engine Control Unit)にフィードバックし、APSの現在値とTPSの現在値の差分を用いてモータ駆動量をECUで決定するような制御方法を採用している。
特開2005−171787号公報 特開平8−200103号公報 特開2012−13023号公報
しかしながら、電子制御システムを構成するためにはこれまでAPS,TPSがそれぞれ必要であったが、これらの故障は直接エンジンの暴走に繋がるためソフトウェア、ハードウェアの両方に安全対策(多重回路)が必要であり、システム全体の複雑化とコストアップを招いている。
また、スロットルバルブを挟んでスロットルシャフトの両端にAPS,TPSが配置されているため、スロットルボディの幅が広くなり、取付スペースが広域に必要となるため、二輪車の小型軽量化を妨げる要因となっている。
他方、非接触式にスロットルバルブ回転角度を検出し、アクセルペダル開度によって設定された目標開度となるように電動モータをフィードバック制御する先願技術が特許文献3で公開されている。この場合、何れにしても別箇所にセンサ部が設定されている。
本発明はかかる実情に鑑み、システム構成の簡略化とコスト低減を有効に実現する電子制御スロットル装置を提供することを目的とする。
本発明の電子制御スロットル装置は、吸気通路に設けたスロットルバルブを制御信号に基づき駆動する駆動モータを備え、前記スロットルバルブが所望のバルブ開度となるように前記駆動モータを作動制御する電子制御スロットル装置であって、アクセル操作に応じて回転するアクセルプーリと前記スロットルバルブを支持するスロットルシャフトとの相対回転角度を非接触で検出する回転角度検出部を有し、検出された相対回転角度に対応する制御信号に基づき、前記スロットルシャフトが前記アクセルプーリに追従するように前記駆動モータを角度偏差量制御することを特徴とする。
また、本発明の電子制御スロットル装置において、前記アクセルプーリのプーリシャフト及び前記スロットルシャフトが同軸配置され、それらのいずれか一方に設けたセンサ素子と他方に設けた磁石とにより前記回転角度検出部が構成され、前記センサ素子と前記磁石が相対回転可能に近接配置されることを特徴とする。
また、本発明の電子制御スロットル装置において、前記吸気通路に前記スロットルシャフトを介して前記スロットルバルブが装着されたスロットルボディと、このスロットルボディに搭載された前記駆動モータと、前記スロットルシャフト及び駆動モータを接続する減速装置とを含んで構成されるスロットルボディアセンブリと、前記アクセルプーリと、前記センサ素子又は前記磁石を装着した前記プーリシャフトとを含んで構成されるアクセルセンサアセンブリとが分割可能に結合することを特徴とする。
また、本発明の電子制御スロットル装置において、車体前方に前傾姿勢で搭載されたエンジンと、ステアリングヘッドパイプから後方下方に延出するボディフレームと、このボディフレームの下方に配置されたエアクリーナとを有するアンダーボーンタイプの自動二輪車の前記エンジンに適用され、前記駆動モータが、前記エンジンのシリンダヘッドカバーの上面と前記エアクリーナ下面の間に車幅中心方向に沿って配置されたことを特徴とする。
本発明によれば、アクセル操作とスロットル開度をそれぞれ非接触回転センサによって検出し、相対回転角度変位による出力変化をECUで処理し、アクセルプーリに追従するように駆動モータを角度偏差量(状態量)制御するシステムを実現する。本システムによれば、TPS自体とその制御システムを省略することができるため、システムの簡略化とコスト低減が可能となる。
本発明に係る自動二輪車における車体フレームにパワーユニットが搭載された状態を示す左側面図である。 本発明の実施形態におけるパワーユニットまわりの正面図及び左側面図である。 本発明の実施形態におけるパワーユニットまわりの右側面図である。 本発明の実施形態における電子制御スロットル装置の上面図、正面図及び側面図である。 図4(B)のI−I線に沿う断面図である。 本発明の実施形態における電子制御スロットル装置の要部構成を示す図である。 本発明の実施形態における電子制御スロットル装置の分解斜視図及びスロットルボディセンブリの要部斜視図である。 本発明の実施形態における電子制御スロットル装置の作用を示すブロック図である。
以下、図面に基づき、本発明による電子制御スロットル装置における好適な実施の形態を説明する。
図1は本発明の適用例に係る自動二輪車100、特に車両の外装カバー等を取り外して車体フレーム101にパワーユニット10が搭載された状態を示す左側面図である。図2(A),(B)はパワーユニット10まわりの正面図及び左側面図、図3はパワーユニット10まわりの右側面図である。先ず、これらの図1〜図3を用いて、自動二輪車100の全体構成について説明する。なお、以下の説明で用いる図において、必要に応じて適宜車両の前方を矢印Frにより、車両の後方を矢印Rrによりそれぞれ示し、また、車両の側方右側を矢印Rにより、車両の側方左側を矢印Lによりそれぞれ示す。
自動二輪車100は、鋼製あるいはアルミニウム合金製でなる車体フレーム101により車体骨格が形成され、車体フレーム101に対する各種部品の艤装を経て構成される。車体フレーム101の構成例として例えば所謂、アンダーボーンタイプでよく、その前上端部に結合するステアリングヘッドパイプ102から後斜め下方へ向けてボディフレーム103が延設される。このボディフレーム103の後部付近にはシートレール104が結合する。エンジンを含むパワーユニット10は車体フレーム101(特にはボディフレーム103)により車体の略中央部で支持される。
ステアリングヘッドパイプ102は図1に示すように、左右一対のフロントフォーク105を回動可能に支持する。即ち、フロントフォーク105は、ステアリングヘッドパイプ102に挿通するステアリングシャフトを介してハンドルバー106と連結されると共に、その下端側には前輪107が回転可能に支持される。ここで、ハンドルバー106の左右両端にはハンドルグリップ(共に図示せず)が取り付けられ、右側のハンドルグリップはアクセルグリップとして構成される。このアクセルグリップと後述する電子制御スロットル装置20の間にはスロットルケーブル24が配索され、両者は相互に接続される。パワーユニット10の後方には、ピボット軸108を介して上下動可能としたスイングアーム109がボディフレーム103により支持され、スイングアーム109の後端部に後輪110が回転可能に支持される。スイングアーム109の後端部とシートレール104の間にはショックアブソーバ111が装着され、後輪110の上方にはライダーもしくは乗員が着座するシート(図示せず)が配置される。
なお、車両外観として詳細図示は省略するが、各種車体カバーが車体フレーム101等の適所に支持されて被着される。即ち、レッグシールド等を含むフロントフレームカバーは車両前部側を覆うと共にウィンカ等が実装される。リヤフレームカバーはシートの下方乃至車両後部側を覆うと共に、ウィンカやブレーキランプが実装される。前輪107及び後輪110の上方は、それぞれフロントフェンダ及びリヤフェンダよって覆われる。パワーユニット10についてもその一部を除き、車体カバーにより覆われる。
この例ではパワーユニット10は空冷式4サイクル単気筒エンジン11を有し、このエンジン11は特にSOHCエンジンとする。エンジン11は主に、図2及び図3に示すように左右方向に水平配置されるクランクシャフトを回転自在に支持・収容するクランクケース12と、クランクケース12の前部に結合し、その軸線がこの例では略水平方向となるように設定されて前傾姿勢で配置されたシリンダ(もしくはシリンダブロック)13と、シリンダ13の更に前部に結合するシリンダヘッド14及びシリンダヘッド14に蓋着するシリンダヘッドカバー15とを含んで構成される。この場合シリンダヘッド14側が適度に高くなるように、シリンダ13の軸線はかなり前側に傾斜する。クランクケース12は複数のエンジンマウントを介して、車体フレーム101(図1)に取付支持される。
パワーユニット10まわりに関連して、エンジン11に混合気を供給する吸気系においてエンジン11、具体的には図1のようにシリンダヘッドカバー15の上方でボディフレーム103の下方にはエアクリーナ112が支持される。図2及び図3のようにエアクリーナ112とシリンダヘッド14との間に形成される吸気通路の途中に、本発明の電子制御スロットル装置20に係るスロットルボディ21が配置される。ここではその詳細な図示等を省略するが、このスロットルボディ21内にはその内部に形成される吸気通路を開閉するスロットルバルブを有する。スロットルボディ21は吸気管、即ちインテークパイプ113を介して、エンジン11のインテークポートと接続される。インテークパイプ113にはインジェクタ114が装着され、インテークパイプ113から送給される吸気に対してインジェクタ114から燃料が噴射供給されることにより、エンジン11に対して混合気が供給される。
また、エンジン11からの排気ガスを排気する排気系において、この例ではシリンダヘッド14の下部側に図1に示される排気管、即ちエキゾーストパイプ115が結合する。なお、エキゾーストパイプ115は、シリンダヘッド14に形成されたエキゾーストポートに接続される。エンジン11内で生成された燃焼ガスが排気ガスとして、エキゾーストポートからエキゾーストパイプ115を通り、最終的にマフラ116(図1参照)から排気される。
次に、本発明の電子制御スロットル装置について説明する。図4は、本実施形態における電子制御スロットル装置20の構成例を示している。図4において電子制御スロットル装置20の主要部として、スロットルバルブ22が装着されたスロットルボディ21と、スロットルバルブ22を開閉駆動するための駆動モータ23と、一端がハンドルバー106(図1参照)のアクセルグリップに接続されたスロットルケーブル24の他端側が巻回溝25aに巻回され、アクセル操作に応じて回転するアクセルプーリ25とが一体的に構成され、全体としてコンパクトにユニット化されている。
電子制御スロットル装置20は実車では、図3のようにエアクリーナ112とインテークパイプ113の間に介装されるかたちで実装され、高さ方向で概してエアクリーナ112とシリンダヘッドカバー15の中間位置に配置される。スロットルボディ21は、図4に示した吸気通路26の上流であるエアクリーナ112側が高くなるように前上がりに傾斜する。図5及び図6も参照して、スロットルボディ21内部に略直線的に形成された吸気通路26には、その軸線26Aに直交配置されたスロットルシャフト27を介して、スロットルバルブ22が回動自在に支持される。スロットルバルブ22を回動することで、吸気通路26が開閉されてその開度が大小調節される。このようにスロットルバルブ22は、エンジン11へ吸気を導くインテークパイプ113の途中部位に介在するように取り付けられて、エンジン11に吸い込まれる吸気量を制御する。
ここで、図7(A)に示されるように電子制御スロットル装置20の基本構成において、スロットルボディアセンブリ28とアクセルセンサアセンブリ29が分割可能に結合する。なお、その具体的な分割構造については後述するものとする。スロットルボディアセンブリ28は、上記のように吸気通路26にスロットルシャフト27を介してスロットルバルブ22が装着されたスロットルボディ21と、このスロットルボディ21に搭載された駆動モータ23と、スロットルシャフト27及び駆動モータ23を接続する減速装置30とを含んで構成される。また、アクセルセンサアセンブリ29は、アクセルプーリ25と、後述するセンサ素子又は磁石を装着したプーリシャフト31とを含んで構成される。
スロットルボディセンブリ28において、本実施形態ではスロットルシャフト27を回転駆動するための駆動モータ23が、スロットルボディ21と一体的に結合する。この場合、図6あるいは図7(B)に示されるようにスロットルボディ21の下側で駆動モータ23の出力軸23aが、吸気通路26の軸線26Aと略直交するように配置される。減速装置30は、スロットルボディ21と一体成形されたケーシング32内に複数の減速ギヤを含んで構成される。なお、ケーシング32にはカバー32Aが蓋着し、密閉構造を有する。また、駆動モータ23の円筒状本体の出力軸23a側の部位が、ケーシング32の側面に係合して支持され、これにより駆動モータ23は間接的ではあるが、スロットルボディ21と一体的に結合する。
更に図5及び図6をも参照して減速装置30を説明すると、ケーシング32内では駆動モータ23の出力軸23aにはピニオンギヤ33が取り付けられ、このピニオンギヤ33は、アイドルシャフト34に取り付けられたホイールギヤ35と噛合する。アイドルシャフト34にはまた、図6に示されるようにドライブギヤ36が取り付けられ、このドライブギヤ36は、スロットルシャフト27の軸端に取り付けられたドリブンギヤ37と噛合する。このようにスロットルシャフト27及び駆動モータ23はこれらの減速ギヤ列を介して相互に接続され、駆動モータ23を作動させることで、スロットルシャフト27を介してスロットルバルブ22を所望のバルブ開度となるように制御することができる。
上記の場合、ドリブンギヤ37には図5のようにスロットルシャフト27と同心に、ホルダ38に保持された磁石39(永久磁石)が配置固定される。磁石39はドリブンギヤ37、従ってスロットルシャフト27と一体回転し、後述するホールICと対をなして回転角度検出部を構成する。
一方、アクセルセンサアセンブリ29において、アクセルプーリ25及びプーリシャフト31は同心に一体的に結合する。アクセルプーリ25は、スロットルボディ21側に結合されるステー40によって回転可能に支持される。この例では図4あるいは図7(A)のようにスロットルシャフト27の軸線延長上の適所から放射状に延出する3つのステー40A,40B,40Cを有し、それらの放射状中心部には図5のようにプーリシャフト31が嵌合する軸受部41が形成される。従って軸受部41に支持されるプーリシャフト31は、スロットルシャフト27と同心もしくは同軸に配置される。各ステー40A,40B,40Cには図4あるいは図7(A)のようにスロットルボディ21側へ延出する脚部40aが付設され、これらの脚部40aはそれぞれボルト41によってスロットルボディ21側に固定される。なお、図7等に示されるようにスロットルボディセンブリ28には3つの脚部40aに対応して、ボルト41が螺合するネジ部42aを有する取付部42が設けられる。
アクセルセンサセンブリ29は、この例では上記のように3つのボルト41によってスロットルボディセンブリ28側へ結合固定される。一方、必要に応じてこれらのボルト41を取り外すことで、アクセルセンサセンブリ29をスロットルボディセンブリ28から容易に分離することができる。このように電子制御スロットル装置20は、スロットルボディアセンブリ28及びアクセルセンサアセンブリ29が分割可能に結合する分割構造を有している。
上記のようにステー40の軸受部41に嵌合し支持されるプーリシャフト31は、図5に示されるようにその先端部が磁石39の至近位置に配置される。本発明では特にアクセルセンサセンブリ29において、アクセルプーリ25と一体回転するプーリシャフト31の先端には、前述した磁石39と共に回転角度検出部44を構成するセンサ素子であるホールIC43が、磁石39とは非接触の関係で取付固定される。磁石39とホールIC43は相互間の微少間隙を形成しながら、近接配置される。ホールIC43は、磁石39が形成する磁界の強弱変化に応じた出力信号を生成し、これをECUに送出する。この例ではホールIC43からの信号に基づきECUにより磁石39及びホールIC43相互間の相対回転角度が算出される。
次に図8は、本実施形態における電子制御スロットル装置20の作用を示している。図において、ライダーもしくは乗員がハンドルバー106(図1)のアクセルグリップにてアクセル操作を行うことで、スロットルケーブル24を介してアクセル操作に応じてアクセルプーリ25が回転する。アクセルプーリ25と一体回転するプーリシャフト31の先端のホールIC43も、アクセルプーリ25と同一角度だけ回転する。これによりスロットルシャフト27の軸端部側に配置されている磁石39との間に回転角度差が生じる。ホールIC43は、そのときの磁石39の磁界変化に応じた検出信号を生成し、これをECUに送出する。
ECUではホールIC43からの検出信号を受けて、磁石39及びホールIC43相互間の角度差分量である相対回転角度を算出する。そして、ECUはこの相対回転角度だけスロットルシャフト31を回転させ、即ち相対回転角度をゼロにすべく、駆動モータ23に対して駆動制御信号を送出する。駆動モータ23は、減速装置30を介してスロットルシャフト27を回転させ、これによりスロットルバルブ22がアクセルプーリ25と同一角度である所定のバルブ開度となるまで回動する。このようにアクセルプーリ25とスロットルシャフト27の相対回転角度を検出し、相対回転角度差変位による出力変化をECUで処理して、スロットルシャフト27がアクセルプーリ25に追従するように角度偏差量制御が行なわれる。
上述のように本発明の電子制御スロットル装置20において、アクセルプーリ25と一体回動するプーリシャフト31と、スロットルバルブ22と一体回動するスロットルシャフト27との間に回転角度検出部44を配置し、両者の相互関係で角度差分量を検出する構造とし、アクセルプーリ25に追従するようにフィードバック制御を行なうので、スロットルバルブ22は一定の応答遅れを持った後、アクセル開度と同じ開度となる。
かかる構造によってTPS自体とその制御システムを省略することができるため、システムの簡略化とコスト低減が可能となる。
また、スロットルボディ21における特にスロットルシャフト27の軸方向の幅もしくは長さを実質的に短縮することが可能となるので、レイアウトの自由度が増し、二輪車の小型軽量化に貢献する。
更に上記の場合、アクセルプーリ25とスロットルバルブ22との偏差量と例えばエンジン回転数、油水温度等を観測し制御することによって、アクセル開度に対して所定開度だけオフセットした開度にスロットル開度を設定する。このように設定することで、エンジン回転数を制御できるため、ISC(Idol Speed Control)、触媒早期活性化制御等のアクセルの実開度よりもスロットルバルブの開度を増加させる開き側制御を実現することが可能となる。
従来構造ではISC制御を行うための専用のISCモータ、ISCバルブが必要となるが、本制御システムを採用することによりそれらを廃止できるため、コスト低減、小型・軽量化を図ることができる。
また、回転角度検出部44を構成する磁石39及びホールIC43を、同軸配置されたプーリシャフト31あるいはスロットルシャフト27の軸端に相対回転可能に近接配置することで、装置を極めてコンパクトに配置構成することができる。
また、電子制御スロットル装置20を、主要なスロットルボディアセンブリ28とアクセルセンサアセンブリ29とに分割構造とする。
通常、電子制御スロットルを使用する機種やカテゴリーあるいは排気量によってスロットルグリップの回転角度、あるいはケーブルの取回しが異なる。本発明ではアクセルセンサアセンブリ29を分割構造とすることで、そのアクセルプーリ25の径とケーブルホルダーのみを変更して、スロットルボディ21本体の共通化を図り、機種変更等に有効に対応が可能となる。
更に、駆動モータ23をシリンダヘッドカバー15の上面とエアクリーナ112の下面の間に配置することで、アンダーボーンタイプの車両のシート前方部の跨ぎ高さを犠牲にすることなく(ボディフレームを上方に上げることなく)、エアクリーナの容量を確保することができる。
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
例えば、上記実施形態ではスロットルシャフト27側に磁石39を、またアクセルプーリ25側にホールIC43を設けた例を説明したが、それとは逆にスロットルシャフト27側にホールIC43を、またアクセルプーリ25側に磁石39を設けることも可能である。
更に、本発明が適用される排気量や気筒数等を含むエンジン諸元等は、上記実施形態の場合の他に種々のものが選ばれる。また、自動二輪車に限らず、四輪車等に対しても適用可能である。
10 パワーユニット、11 エンジン、12 クランクケース、13 シリンダ、14 シリンダヘッド、15 シリンダヘッドカバー、20 電子制御スロットル装置、21 スロットルボディ、22 スロットルバルブ、23 駆動モータ、24 スロットルケーブル、25 アクセルプーリ、26 吸気通路、27 スロットルシャフト、28 スロットルボディアセンブリ、29 アクセルセンサアセンブリ、30 減速装置、31 プーリシャフト、32 ケーシング、33 ピニオンギヤ、35 ホイールギヤ、36 ドライブギヤ、37 ドリブンギヤ、38 ホルダ、39 磁石、40 ステー、43 ホールIC、44 回転角度検出部、100 自動二輪車、101 車体フレーム、102 ステアリングヘッドパイプ、103 ボディフレーム、104 シートレール、105 フロントフォーク、106 ハンドルバー、107 前輪、109 スイングアーム、110 後輪、111 ショックアブソーバ、112 エアクリーナ、113 インテークパイプ、114 インジェクタ、115 エキゾーストパイプ、116 マフラ。

Claims (4)

  1. 吸気通路に設けたスロットルバルブを制御信号に基づき駆動する駆動モータを備え、前記スロットルバルブが所望のバルブ開度となるように前記駆動モータを作動制御する電子制御スロットル装置であって、
    アクセル操作に応じて回転するアクセルプーリと前記スロットルバルブを支持するスロットルシャフトとの相対回転角度を非接触で検出する回転角度検出部を有し、
    検出された相対回転角度に対応する制御信号に基づき、前記スロットルシャフトが前記アクセルプーリに追従するように前記駆動モータを角度偏差量制御することを特徴とする電子制御スロットル装置。
  2. 前記アクセルプーリのプーリシャフト及び前記スロットルシャフトが同軸配置され、それらのいずれか一方に設けたセンサ素子と他方に設けた磁石とにより前記回転角度検出部が構成され、
    前記センサ素子と前記磁石が相対回転可能に近接配置され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装置。
  3. 前記吸気通路に前記スロットルシャフトを介して前記スロットルバルブが装着されたスロットルボディと、このスロットルボディに搭載された前記駆動モータと、前記スロットルシャフト及び駆動モータを接続する減速装置とを含んで構成されるスロットルボディアセンブリと、
    前記アクセルプーリと、前記センサ素子又は前記磁石を装着した前記プーリシャフトとを含んで構成されるアクセルセンサアセンブリとが分割可能に結合す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装置。
  4. 車体前方に前傾姿勢で搭載されたエンジンと、ステアリングヘッドパイプから後下方に延出するボディフレームと、このボディフレームの下方に配置されたエアクリーナとを有するアンダーボーンタイプの自動二輪車の前記エンジンに適用され、
    前記駆動モータが、前記エンジンのシリンダヘッドカバーの上面と前記エアクリーナ下面の間に車幅中心方向に沿って配置されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子制御スロットル装置。
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