JP2675478B2 - スロットル制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンのスロットル弁
を開閉制御するスロットル制御装置に係り、さらに詳細
には、電子制御によるスロットルアクチュエータを備え
たスロットル制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの吸入空気量を制御するスロッ
トル装置においては、エンジンに関する各種センサのデ
ータに基づき、その運転条件に合ったスロットル制御信
号（目標設定開度信号）をエンジン制御コントローラか
ら発生させて、この制御信号によりスロットルアクチュ
エータ（モータ）を駆動制御して、スロットルバルブの
開度を制御する、いわゆる電子制御のスロットル制御装
置が実用化されている。

【０００３】この種のスロットル制御装置は、スロット
ルアクチュエータの故障（例えばモータロック等）やそ
の制御系の故障（例えば動作不能，暴走等）に対するフ
ェイルセーフ対策、電子制御スロットル系が故障した時
でも自力走行を行うリンプホーム機能を備えることが要
求されている。

【０００４】そのため、従来は、例えば特開平２−１４
０４３６号公報に開示されるに数種のギアを用いた差動
歯車機構を利用して、スロットルアクチュエータとアク
セルペダル（自力走行）との両方の駆動系でエンジンへ
の吸入空気量を制御できるようにしたものや、同目的を
達成するために特開平２−２７１２３号公報に開示のよ
うにギアとリンクを併用した機構のものが提案されてい
る。

【０００５】なお、上記種々の従来技術は、スロットル
の電子制御系に故障が生じた場合にこれを判断する回路
が設けてあって、これによりスロットルアクチュエータ
の電源を遮断し（フェイルセーフ）、その後リンプホー
ム機能に切り換わる配慮がなされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記したように種々の
フェイル対策や自力走行に関する技術が提案されてい
る。このうち、差動歯車機構のように複数のギアを使う
ものは、アクチュエータにモータロック等の故障が生じ
た場合には、アクチュエータ側の入力ギヤとアクセルペ
ダル側の入力ギヤとの差動でスロットル弁を駆動制御す
るため、アクセルペダルの操作量に対するスロットル開
度量が半減し、スロットル弁の制御速度が遅れがちとな
り、特に走行時急加速、急減速のもたつき感として表れ
る。

【０００７】また、そのほか、ギアやリンクを用いたも
の等は機構が複雑となり、装置の小形化を満足できな
い。

【０００８】また、従来のものは、アクチュエータたる
モータの暴走が生じた場合、故障診断系がこれを検知し
て電源を切るまではその影響を受けてしまう。

【０００９】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目
的は、構造が簡単で、しかも電子スロットル制御系を備
えたスロットル制御装置の故障が生じた場合のフェイル
セーフとリンプホーム機能のより充実化を図ることにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために次のように構成する（なお、発明の構成要素
に付した符号は説明の便宜のため、図１の実施例の符号
を引用したものである）。

【００１１】すなわち、本発明は、エンジンの吸気通路
内の開度制御を行うスロットルバルブ２と、スロットル
シャフト３と、アクセル２１の動力をアクセルワイヤ２
０を介してスロットルシャフト３に伝達するアクセルレ
バー７と、電子スロットル制御系のスロットル開度制御
信号により駆動するモータ１８と、モータ１８の動力を
スロットルシャフト３に伝達するドライブギヤ１５及び
ドリブンギヤ１１とを備え、アクセルレバー７は、スロ
ットルシャフト３に遊嵌されつつアクセルトルク伝達用
のコネクトスプリング５を介してスロットルシャフト３
と連結され、ドリブンギヤ１１は、スロットルシャフト
３に遊嵌されつつギヤリターンスプリング１２を介して
スロットルシャフト３と連結され、ドライブギヤ１５
は、モータシャフト１８ａに遊嵌されつつモータトルク
伝達用のコネクトスプリング１６を介してモータシャフ
ト１８ａと連結され、コネクトスプリング５は、そのば
ね定数がギヤリターンスプリング１２及びスロットルシ
ャフト３のリターンスプリング９より大きく、コネクト
スプリング１６は、そのばね定数が少なくともギヤリタ
ーンスプリング１２より大きく設定されさらにドリブン
ギヤ１１とスロットルシャフト３とに、ドリブンギヤ１
１がスロットルシャフト３上でスロットルバルブ２の閉
方向にのみ回動したときに関係し合う係合部１１ａ，１
０ａがそれぞれ固設され、且つスロットルシャフト３に
は、アクセルレバー７がスロットルシャフト３上で所定
角度回動するとアクセルレバー７と関係する係合部７ａ
が固設してある。

【００１２】

【作用】正常時動作時…本発明は基本として、通常はア
クセルのマニュアル操作によりスロットルバルブ３の開
度制御がなされる。

【００１３】この場合の動力伝達は（なおモータ１８は
非駆動状態にあるものとする）、上記構成をなすことに
より、アクセル−アクセルワイヤ２０−アクセルレバー
７−コネクトスプリング５−スロットルシャフト３に伝
達され、スロットルシャフト３はリターンスプリング９
及びギヤリターンスプリング１２に抗して固定状態にあ
るドリブンギヤ１１に対し相対回動して、スロットルバ
ルブ２が開度制御される。

【００１４】また、スロットルバルブ３が上記アクセル
操作により任意の開度にある場合、モータ１８に電子制
御ユニットから開度制御信号（例えばトラクション制御
のようなバルブ閉方向制御信号）が送られると、モータ
動力がコネクトスプリング１６−ドライブギヤ１５−ド
リブンギヤ１１（ギヤ１１はばね１２のたわみで係合部
１１ａが係合部１０ａに関係するまでシャフト３上を回
動する）−係合部１１ａ，１０ａ−スロットルシャフト
３の経路で伝達され、この動力がコネクトスプリング５
に打ち勝ってスロットルシャフト３がアクセルレバー７
に拘束されることなく閉方向に回動し、バルブ閉方向の
制御が可能となる。

【００１５】電子制御系（モータを含む）の故障時…モ
ータ１８が万が一、開方向に暴走した場合、ドライブギ
ヤ１５が回転するとドリブンギヤ１１がギヤリターンス
プリング１２の付勢によりスロットルシャフト３上を空
転するが、この時にはドリブンギヤ１１側の係合部１１
ａとスロットルシャフト３側の係合部１０ａとが関係を
もたない（非当接）ので、スロットルシャフト３ひいて
はスロットルバルブ２はモータ暴走に追従せず、スロッ
トルシャフト３はあくまでもアクセル操作に依存するの
でフェイルセーフを保証する。

【００１６】また、モータ１８が任意の位置でロックす
ると（例えばアクセルレバー７が最大スロットル開度位
置にあってモータ１８がバルブ全閉位置でロックした場
合）、この時にはアクセル操作によりスロットルシャフ
ト３を開方向に回動させようとしても、この時には、ス
ロットルシャフト３側の係合部１０ａが係合部１１ａに
当たる位置関係にあるので（その詳細は実施例の項で述
べてある）、通常のアクセル操作範囲である限りスロッ
トルシャフト３の回動は係合部１１ａの位置で規制を受
ける。

【００１７】ただし、さらにアクセル操作量を増すと
（アクセルペダルを通常の操作範囲以上に踏み込む
と）、アクセルレバー７がコネクトスプリング５に抗し
てスロットルシャフト３上を相対回動して、アクセルレ
バー７の一部７ａがスロットルシャフト３側の係合部６
ａと当接し、その結果、アクセルレバー７の動力がスロ
ットルシャフト３−係合部１０ａ−係合部１１ａ−ドリ
ブンギヤ１１−ドライブギヤ１５に伝達され、これによ
りスロットルシャフト３，ドリブンギヤ１１，ドライブ
ギヤ１５はモータ１８側のコネクトスプリング１６のた
わみ余有代分だけ回動でき、スロットルバルブ２が開度
制御される。その結果、上記余有代の設定いかんでスロ
ットルバルブ２がほゞ通常のスロットル開度範囲で制御
され、モータロック時の自力走行（リンプホーム）とフ
ェイルセーフを同時に十分に満足させる。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。

【００１９】図１は本発明の一実施例の斜視図、図２は
その機構の動力伝達系の原理を等価的に示した模式図で
ある。

【００２０】図１において、エンジンの吸気通路（吸気
筒）１の内部には、スロットルシャフト３に固定された
スロットルバルブ２が回動自在に装着される。

【００２１】スロットルシャフト３の一端に、シャフト
３の一部となるプレート４（以下、コネクトプレート４
と称する）とコネクトレバー６が固設され、他端に、同
じくスロットルシャフト３の一部となるトプレート１０
（以下、リターンプレート１０と称する）とプレート１
３（以下ギヤリターンプレート１３と称する）が固設さ
れる。

【００２２】これらのプレートのうち、ギヤリターンプ
レート１３はナット１４の締め付けでスロットルシャフ
ト３の軸端に固着され、残りのプレート４，１０及びコ
ネクトレバー６は、圧入又は溶接などでスロットルシャ
フト３に固着してある。

【００２３】また、スロットルシャフト３の一端に、ア
クセルレバー７がコネクトレバー６と近接した位置で遊
嵌され、このアクセルレバー７はアクセル２１（図２に
示す）とアクセルワイヤ２０を介して連動可能に連結さ
れ、且つコネクトスプリング５を介してコネクトプレー
ト４と連結される。

【００２４】アクセルレバー７には、突起部（係合部）
７ａが配設され、一方、スロットルシャフト３側のコネ
クトレバー６には突起部（係合部）６ａが配設され、ア
クセルレバー７がスロットルシャフト３上でシャフト３
に対しスロットルバルブ開方向に所定角度（ここでは、
通常のアクセル操作範囲以上の回転角度）回動すると、
突起部７ａが突起部６ａに当接するように設定してあ
る。

【００２５】スロットルシャフト３の他端（アクセルレ
バー７と反対側の端部）側におけるリターンプレート１
０は、スロットルボディに設けたスロットルピン８とリ
ターンスプリング９を介して連結され、このリターンス
プリング９によりスロットルシャフト３をバルブ閉方向
に付勢してある。

【００２６】リターンプレート１０とギヤリターンプレ
ート１３との間にドリブンギヤ１１（モータ１８側のド
ライブギヤ１５と噛み合って従動するギヤ）が遊嵌さ
れ、ドリブンギヤ１１はギヤリターンスプリング１２を
介してギヤリターンプレート１３と連結され、このギヤ
リターンスプリング１２によりドリブンギヤ１１をスロ
ットルバルブ２の開方向に付勢している。

【００２７】ドリブンギヤ１１とリターンプレート１０
との対向する面には、それぞれ突起部（係合部）１１
ａ，突起部（係合部）１０ａが配設され、これらの突起
部は、スロットルシャフト３がギヤリターンスプリング
１２の力に抗してバルブ全閉位置からバルブ全開位置ま
でドリブンギヤ１１に対し相対回動しても、リターンプ
レート１０側の突起部１０ａがドリブンギヤ１１側の突
起部１１ａに当たらない間隔を保つように設定してあ
る。

【００２８】１８は電子スロットル制御のアクチュエー
タとなるモータで、そのモータシャフト１８ａにドライ
ブギヤ１５が遊嵌され、且つモータシャフト１８ａの一
部となるプレート１７（以下、モータプレート１７と称
する）が固設され、ドライブギヤ１５がコネクトスプリ
ング１６を介してモータプレート１７が固設される。

【００２９】前述した各スプリングのうちアクセルレバ
ー７の動力伝達用となるコネクトスプリング５は、その
ばね定数がギヤリターンスプリング１２及びスロットル
シャフト３のリターンスプリング９より大きく、コネク
トスプリング１６は、そのばね定数が少なくともギヤリ
ターンスプリング１２より大きく設定してある。

【００３０】２２は電子スロットル制御機能を備えたエ
ンジン制御ユニットで、エンジン回転数，スロットルポ
ジション，速度信号等エンジンの運転状態を知る各種セ
ンサ信号を入力し、これらの信号を基に例えばトラクシ
ョン制御に要するスロットル開度制御信号をモータ１８
に送り、モータ１８を駆動制御する。

【００３１】次の本実施例の動作を説明する。

【００３２】本実施例は、基本的には、通常はアクセル
のマニュアル操作によりスロットルバルブ３の開度制御
がなされる。

【００３３】すなわち、アクセルペダルの動力は、踏込
量に応じてアクセルワイヤ２０を介してアクセルレバー
７にその動力が伝達されると、アクセルワイヤ２０−ア
クセルレバー７−コネクトスプリング５−スロットルシ
ャフト３に伝達される。このときモータ１８が非駆動状
態にあると、ドリブンギヤ１１は固定状態にあるが、ス
ロットルシャフト３は、前述したような各スプリング
５，９，１２，１６のばね定数の関係から、リターンス
プリング９及びギヤリターンスプリング１２に抗してド
リブンギヤ１１に対し相対回動し、スロットルバルブ２
が開度制御される。

【００３４】図２（ａ）はこのときの動作を模式化した
もので、便宜上、図に向かって軸にそった左方向がバル
ブ開方向の回転、右方向がバルブ閉方向の回転を示し、
その実線がスロットル全閉の時にある各スロットル制御
要素の状態を示し、破線がアクセル操作により開度制御
されている時の各スロットル制御要素の状態を示す。

【００３５】図２（ａ）からも分かるように、専らマニ
ュアル操作によるスロットル開度制御されているとき
は、ドリブンギヤ１１，ドライブギヤ１５，コネクトス
プリング１６は静止状態を保ち、リターンスプリング９
及びギヤリターンスプリング１２の撓みによりスロット
ルシャフト３のドリブンギヤ１１に対する相対回動を許
容している。また、スロットルシャフト３（リターンプ
レート１０）側の突起部１０ａがドリブンギヤ１１側の
突起部１１ａに近づく。

【００３６】また、スロットルバルブ２が上記アクセル
操作により任意の開度にある場合、モータ１８に電子制
御ユニット２２から開度制御信号（例えばトラクション
制御のようなバルブ閉方向制御信号）が送られると、モ
ータ動力がコネクトスプリング１６−ドライブギヤ１５
−ドリブンギヤ１１（ギヤ１１はばね１２のたわみで突
起部１１ａが突起部１０ａに関係するまでシャフト３上
を回動する）−突起部１１ａ，１０ａの係合によってス
ロットルシャフト３に伝達され、この動力がコネクトス
プリング５に打ち勝ってスロットルシャフト３がアクセ
ルレバー７に拘束されることなく閉方向に回動し、バル
ブ閉方向の制御が可能となる。

【００３７】次に電子制御系（モータを含む）が故障し
た場合について説明する。

【００３８】モータ１８が万が一、開方向に暴走した場
合、ドライブギヤ１５が回転するとドリブンギヤ１１が
ギヤリターンスプリング１２により予め開方向に付勢し
てあるため、スロットルシャフト３上を空転する。この
時にはドリブンギヤ１１側の突起部１１ａとスロットル
シャフト３側の突起部１０ａとが関係をもたない（非当
接）ので、スロットルシャフト３ひいてはスロットルバ
ルブ２はモータ暴走に追従せず、スロットルシャフト３
はあくまでもアクセル操作に依存するのでフェイルセー
フを保証する。なお、電子制御ユニット２２はモータ１
８が暴走した場合には、これを監視してモータ電源を切
る機能を有しているが、本実施例ではモータ暴走から電
源を切るまでの間も上記のようにスロットルシャフト３
にはモータ暴走の動力が伝達されるのを防ぐので、フェ
イルセーフのより完全化を期すことができる。

【００３９】また、例えば、モータ１８がロックして、
例えばドリブンギヤ１１側の突起部１１ａが図１の符号
１１ａ´の位置にあるような場合には、アクセル操作に
よりスロットルシャフト３を開方向に回動させようとし
ても、スロットルシャフト３側の突起部１０ａが突起部
１１ａに当たり、通常のアクセル操作範囲である限りス
ロットルシャフト３の回動は符号１１ａ´の位置で規制
を受ける。ただし、さらにアクセル操作量を増すと（ア
クセルペダルを通常の操作範囲以上に踏み込むと）、ア
クセルレバー７がコネクトスプリング５に抗してスロッ
トルシャフト３上を相対回動して、アクセルレバー７側
の突起部７ａがスロットルシャフト３側（コネクトレバ
ー６側）の突起部６ａと当接し、その結果、アクセルレ
バー７の動力がスロットルシャフト３−突起部１０ａ−
突起部１１ａ−ドリブンギヤ１１−ドライブギヤ１５に
伝達され、これによりスロットルシャフト３，ドリブン
ギヤ１１，ドライブギヤ１５はモータ１８側のコネクト
スプリング１６のたわみ余有代分だけ回動できて、スロ
ットルバルブ２が開度制御される。

【００４０】このことは、仮りにアクセルレバー７が最
大スロットル開度位置にあってモータ１８がバルブ全閉
位置でロックした場合であっても同様である。

【００４１】図２（ｂ）は、このモータロック時の動作
を模式化したもので、実線がアクセルペダル２１を通常
のアクセル操作範囲以上に踏み込んでアクセルレバー７
側の突起部７ａがコネクトレバー６側の突起６ａに当接
した状態を示し、破線がそれ以上にアクセルペダル２１
を踏み込んだ状態を示す。この場合、破線（スロットル
開度制御可能状態）の状態は、前述したようにモータシ
ャフト１８側のスプリング１６のたわみの余有代Ｌの範
囲で保証しており、Ｌの設定いかんによりアクセル操作
範囲を任意に決定でき、モータの踏み込みが深くなるこ
とを除けばほゞ通常に近い応答のスロットル開度制御を
行い得る。

【００４２】その結果、モータロック時の自力走行（リ
ンプホーム）とフェイルセーフの充実化を簡単な機構に
より実現することができる。

【００４３】なお、本実施例中、アクチュエータとして
電動機を用いて説明したが、油圧，空気圧モータさらに
はリンク機構を一部追加することで、空圧，油圧ダイヤ
フラムの使用も可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来のよ
うな複雑な機構や電磁クラッチのような高価な機構を用
いることなく、単純な機構により、この種スロットル制
御装置のフェイルセーフとリンプホーム機能を従来以上
に充実させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す斜視図

【図２】上記実施例の動力伝達系の原理を等価的に示し
た模式図である。

【符号の説明】

１…吸気通路（吸気筒）、２…スロットルバルブ、３…
スロットルシャフト、４…コネクトプレート、５…コネ
クトスプリング、６…コネクトレバー、６ａ…係合部
（突起部）、７…アクセルレバー、７ａ…係合部（突起
部）、９…リターンスプリング、１０…リターンプレー
ト、１０ａ…係合部（突起部）、１１…ドリブンギヤ、
１１ａ…係合部（突起部）、１２…ギヤリターンスプリ
ング、１３…ギヤリターンプレート、１５…ドライブギ
ヤ、１６…コネクトスプリング、１７…モータプレー
ト、１８…モータ、１８ａ…モータシャフト、２０…ア
クセルワイヤ、２１…アクセルペダル、２２…電子制御
ユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 宮崎 侑久 (56)参考文献 特開 平２−27123（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの吸気通路内の開度制御を行う
   スロットルバルブ（２）と、スロットルシャフト（３）
   と、アクセル（２１）の動力をアクセルワイヤ（２０）
   を介してスロットルシャフト（３）に伝達するアクセル
   レバー（７）と、電子スロットル制御系のスロットル開
   度制御信号により駆動するモータ（１８）と、モータ
   （１８）の動力をスロットルシャフト（３）に伝達する
   ドライブギヤ（１５）及びドリブンギヤ（１１）とを備
   え、 アクセルレバー（７）は、スロットルシャフト（３）に
   遊嵌されつつアクセルトルク伝達用のコネクトスプリン
   グ（５）を介してスロットルシャフト（３）と連結さ
   れ、ドリブンギヤ（１１）は、スロットルシャフト
   （３）に遊嵌されつつギヤリターンスプリング（１２）
   を介してスロットルシャフト（３）と連結され、ドライ
   ブギヤ（１５）は、モータシャフト（１８ａ）に遊嵌さ
   れつつモータトルク伝達用のコネクトスプリング（１
   ６）を介してモータシャフト（１８ａ）と連結され、コ
   ネクトスプリング（５）は、そのばね定数がギヤリター
   ンスプリング（１２）及びスロットルシャフト（３）の
   リターンスプリング（９）より大きく、コネクトスプリ
   ング（１６）は、そのばね定数が少なくともギヤリター
   ンスプリング（１２）より大きく設定され、 さらにドリブンギヤ（１１）とスロットルシャフト
   （３）とに、ドリブンギヤ（１１）がスロットルシャフ
   ト（３）上でスロットルバルブ（２）の閉方向に回動し
   たときに関係し合う係合部（１１ａ），（１０ａ）がそ
   れぞれ固設され、且つスロットルシャフト（３）には、
   アクセルレバー（７）がスロットルシャフト（３）上で
   所定角度回動するとアクセルレバー（７）と当接する係
   合部（６ａ）が固設してあることを特徴とするスロット
   ル制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、アクセルレバー
   （７）は、スロットルシャフト（３）の一部となるプレ
   ート（４）を介して連結され、ドリブンギヤ（１１）
   は、スロットルシャフト（３）の一部となるプレート
   （１３）とギヤリターンスプリング（５）を介して連結
   され、ドライブギヤ（１５）は、モータシャフト（１８
   ａ）の一部となるプレート（１７）を介して連結されて
   いることを特徴とするスロットル制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２において、アクセ
   ルレバー（７）には突起部（７ａ）が配設され、一方、
   スロットルシャフト（３）にはこのアクセルレバー
   （７）と近接した位置に係合部（６ａ）付きのコネクト
   レバー（６）が固設され、アクセルレバー（７）がスロ
   ットルシャフト（３）上で所定角度回動するとアクセル
   レバー（７）の突起部（７ａ）がスロットルシャフト
   （３）側の係合部（６ａ）に当接するよう設定してある
   ことを特徴とするスロットル制御装置。