JP2810266B2 - 内燃機関用スロットルアクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関用スロットルバ
ルブを駆動するスロットルアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンに吸入空気を供給する吸入筒に
はスロットルバルブが設けられている。このスロットル
バルブを開閉することによってエンジンに吸入される空
気を制御する。このスロットルバルブをモータ等によっ
て駆動しスロットルバルブの開度を任意に設定すること
によって、エンジンの運転状態を最適に維持したり、あ
るいは、車両の走行状態を環境状態に適合させるように
する技術は知られている。

【０００３】一方、スロットルバルブを駆動するモータ
等の装置が故障したときは、スロットルバルブの制御が
不能になる。そのため、例えば、特開平2−30933号公報
に記載されているように、モータとスロットルバルブの
間に通電があるとトルクを伝達するモータ側クラッチを
設け、さらに、アクセルペダルとスロットルバルブの間
に通電があるとトルクを遮断するアクセル側クラッチを
設け、モータが故障したときには、モータ側クラッチと
アクセル側クラッチの通電を停止して、モータとスロッ
トルバルブを切り離すと共にアクセルペダルとスロット
ルバルブを機械的に接続する技術が考え出された。

【０００４】

【０００５】

【０００６】

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来技術では、運転開始時の、モータ側クラッチ及びアク
セル側クラッチの通電のタイミングについて何の配慮も
されていなかった。即ち、アクセルを踏み込んだ状態で
キースイッチをオンすると両方のクラッチに同時に通電
される結果、スロットルバルブが半開きの状態でモータ
アクチュエータに接続されてしまう。これでは運転開始
時にスロットルバルブの零点が正確に検出できないう
え、運転開始時にエンジン回転数がいきなり高回転にな
ってしまうという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、運転開始時に、電気的な
信号によって制御される駆動手段側クラッチ及びアクセ
ル側クラッチへの通電を適切に制御して、運転開始時に
アクセルを踏み込んでいるか否かに関わらず正確な零点
調整を可能にすると共に、運転開始時にエンジン回転数
がいきなり高回転にならないようにする点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、エンジンに吸入空気を供給する吸気筒と、前記吸気
筒内に設けられたスロットルバルブと、無通電時に非接
続状態である第１のクラッチと、無通電時に接続状態で
ある第２のクラッチと、前記第１のクラッチを介して前
記スロットルバルブに接続された電気的な信号によって
制御される駆動手段と、前記第２のクラッチを介して前
記スロットルバルブに接続されたアクセルペダルとを有
する内燃機関用スロットル制御装置において、運転開始
時に前記第２のクラッチに通電し、その後所定時間の経
過を待ってから、前記第１のクラッチに通電するコント
ロールユニットを備えるように構成した。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【作用】上記発明によれば、運転開始時、まずアクセル
側クラッチの接続が解除され、所定時間中は電気的な信
号によって制御される駆動手段側の前記第１のクラッ
チ、及びアクセルペダル側の前記第２のクラッチが両方
とも接続が解除された状態となり、その後前記第１のク
ラッチが接続される。この両クラッチの解放期間中にス
ロットルバルブはリターンスプリングで確実に全閉位置
（零点位置）まで閉じる。従って、このとき全閉学習を
すれば、正確な全閉学習が可能となる。また、アクセル
が踏み込まれていても、この期間はスロットルバルブは
全閉となるので、エンジンの回転数を低回転状態に維持
でき、運転開始時に回転数が吹き上がることがない。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図２はシステム全体の構成図である。エアクリーナ
１から吸入された空気は吸気筒２を通りエンジン３に供
給される。吸気筒２にはエンジン３に供給する吸入空気
量を制御するスロットルバルブ４が配されている。

【００１８】吸気筒２のなかにスロットルシャフト５が
軸支されるように設けられ、また、スロットルシャフト
５はスロットルバルブ４に固着される。そのために、ス
ロットルシャフト５が回転されスロットルバルブ４が開
かれるとエンジン３に供給される空気量が増加し、逆
に、スロットルシャフト５が反対方向に回転されスロッ
トルバルブ４が閉じられるとエンジン３に供給される空
気量が減少する。

【００１９】一方、スロットルシャフト５の一端はアク
セル側クラッチ６を介してアクセルレバー７に接続され
る。さらに、アクセルレバー７はアクセルワイア８を介
してアクセルペダル９に接続される。アクセルペダル９
が踏み込まれるとアクセルワイア８を介してアクセルレ
バー７が回転されるが、コントロールユニット１０から
の信号によりアクセル側クラッチ６が“接”状態となっ
たときのみ、この回転力はスロットルシャフト５に伝わ
る。また、アクセルレバー７の回転位置はアクセルポジ
ションセンサ１１により検出され、アクセルポジション
センサ１１の出力信号はコントロールユニット１０に入
力される。

【００２０】さらに、スロットルシャフト５の他端はモ
ータ側クラッチ１２を介してモータ１３に接続される。
このモータ１３はコントロールユニット１０からの信号
により回転が制御される。モータ１３の回転力は、コン
トロールユニット１０からの信号によりモータ側クラッ
チ１２が“接”状態となったときのみ、スロットルシャ
フト５に伝わる。また、スロットルシャフト５の回転位
置はスロットルポジションセンサ１４により検出され、
スロットルポジションセンサ１４の出力信号はコントロ
ールユニット１０に入力される。

【００２１】さらに、スロットルバルブ４を開閉する機
構について、図１を用いて、詳細に説明する。前述のよ
うに、アクセルペダル９の踏み込み力はアクセル側クラ
ッチ６を介してスロットルシャフト５に伝えられるが、
このアクセル側クラッチ６はクラッチコイル２１及びア
ーマチュア２２より構成されている。アクセル側クラッ
チ６の詳細は後述するが、アクセル側クラッチ６は電流
が供給されない状態でトルクを導達するようになってい
る。すなわち、クラッチコイル２１に通電がないと、ア
クセルペダル９の踏み込み力がスロットルシャフト５の
回転力として伝達される。逆に、クラッチコイル２１に
通電があると、アクセルペダル９の踏み込み力は遮断さ
れ、スロットルシャフト５に伝達されない。

【００２２】また、アクセル側クラッチ６は、スロット
ルシャフト５とスロットルレバー７の相対的変位が所定
の関係になったときのみに、アクセルペダル９の踏み込
み力をスロットルシャフト５の回転力として伝達するよ
うになっている。アーマチュア２２には凸状の噛み合い
歯部３１が設けられており、また、クラッチコイル２１
には凹状の噛み合い歯部３０が設けられている。この凸
状の噛み合い歯部３１と凹状の噛み合い歯部３０が噛み
合ったときにアクセルペダル９の踏み込み力はスロット
ルシャフト５の回転力として伝達される。凸状の噛み合
い歯部３１と凹状の噛み合い歯部３０が互いに噛み合っ
たときに、アクセルペダル９から足が離されていると、
スロットルバルブ４が全閉状態となるように凸状の噛み
合い歯部３１と凹状の噛み合い歯部３０は設定されてい
る。

【００２３】アクセル側クラッチ６のクラッチコイル２
１にはリターンスプリング２６が係合され、リターンス
プリング２６の他端はスプリングピン２７に係合され
る。このリターンスプリング２６は、スロットルバルブ
４が閉じる方向に、スロットルシャフト５を付勢してい
る。したがって、アクセルペダル９の踏み込みが、アク
セルレバー７及びアクセル側クラッチ６を介して、スロ
ットルシャフト４に伝達されないときは（正確には、な
おかつ、モータ１３のトルクがスロットルバルブ４に伝
達されていないとき）、このリターンスプリング２６に
より、スロットルバルブ４は閉じた状態にある。

【００２４】モータ１３の回転力は、トライブギア２９
とトリブンギア２８により減速されて、モータ側クラッ
チ１２に伝達される。モータ側クラッチ１２はアーマチ
ュア２３及びクラッチコイル２４より構成されている。
このモータ側クラッチ１２の詳細は後述するが、モータ
側クラッチ１２は電流が供給されるとトルクを伝達す
る。すなわち、モータ側クラッチ１２に通電がないとモ
ータ１３の回転力はスロットルシャフト５に伝達され
ず、逆に、モータ側クラッチ１２に通電があるとモータ
１３の回転力はスロットルシャフト５に伝達される。

【００２５】次に、アクセル側クラッチ６及びモータ側
クラッチ１２の詳細をそれぞれ図３及び図４を用いて説
明する。

【００２６】図３はアクセル側クラッチ６の詳細を示す
図である。スロットルシャフト５の外周にはロータ３６
が圧入され、スロットルシャフト５の外周にロータ３６
が固着される。ロータ３６の外周に係合しスロットルシ
ャフト５の軸方向に摺動可能に移動板３７が設けられて
いる。ロータ３６の外周には軸受メタル３２を介して回
転自在に取付板３３が設けられている。取付板３３と移
動板３７の間にはコイル巻線３５が配される。コイル巻
線３５は、取付板３３に固着され、取付板３３と一体と
なってロータ３６の外周を回転する。移動板３７と対向
して、スロットルシャフト５の外周にメタル軸受３１を
介して自在にアーマチュア２２が配される。移動板３７
は、戻しバネ３４により付勢されて、アーマチュア２２
の方向に移動し、アーマチュア２２に接するまで移動す
る。なお、移動体３７には凹状の噛み合い歯部３１が設
けられてあり、一方、アーマチュア２２には凸状の噛み
合い歯部３０が設けられている。この凸状の噛み合い歯
部３０と凹状の噛み合い歯部３１はアクセルペダル９と
スロットルバルブ４が相対的に所定の位置になったとき
に、噛み合うものである。具対的には、アクセルペダル
９が全く踏み込まれていない状態でスロットルバルブ４
が全閉になる状態に対応するように、凸状の噛み合い歯
部３０と凹状の噛み合い歯部３１の相対的な変位が規定
されたときに、凸状の噛み合い歯部３０と凹状の噛み合
い歯部３１が互いに噛み合う。

【００２７】また、コイル巻線３５に通電がないときに
は移動板３７は戻しバネ３４によりアーマチュア２２に
接するまで移動する。この状態のときに、アクセルペダ
ル９の踏み込み力はアクセルワイヤ８及びアクセルレバ
ー７を介してアーマチュア２２に伝えられる。この伝え
られたアクセルペダル９の踏み込み力はさらに、移動板
３７及びロータ３６を介してスロットルシャフト５に伝
えられる。一方、コイル巻線３５に通電がなされると、
移動板３７は戻しバネ３４の付勢力に抗して取付板３３
の方向に吸引される。これにより、アーマチュア２２と
移動板３７の結合は解かれる。そして、スロットルシャ
フト５は、再び、アクセルペダル９の踏み込み力から解
き放される。

【００２８】図４はモータ側クラッチ７の詳細を示す図
である。スロットルシャフト５の外周に、フランジ部を
持ったロータ４４が固着されている。さらにロータ４４
の外周にはコイル巻線４３及び取付板４１がメタル軸受
４２を介して回転自在に支持されている。ロータ４４の
フランジ部にはフリクションプレート４５が埋め込まれ
ている。フリクションプレート４５と対向してアーマチ
ュア２３がロータシャフト５の外周に回転自在に設けら
れている。アーマチュア２３は中間板４６，連動板４８
及び板ばね４７より構成されている。連動板４８は、モ
ータ１３のトルクを受けるものであり、スロットルシャ
フト５の外周にメタル軸受４９を介して回転自在に支持
されている。連動板４８とロータ４４との間には中間板
４６が設けられており、この中間板４６と連動板４８は
板バネ４７によって連結されている。

【００２９】コイル巻線４３に通電がないと中間板４６
とロータ４４は、板バネ４７により、所定の間隙を保
つ。一方、コイル巻線４３に通電があると、中間板４６
はロータ４４の方向に移動し、中間板４６はロータ４４
に設けられたフリクションプレート４５に押しつけられ
た状態となる。コイル巻線４３に通電がなされると、連
動板４８，板バネ４７，中間板４６，フリクションプレ
ート４５，ロータ４４の順にトルクが伝わる。

【００３０】次に再び図１を用いて、スロットルバルブ
４の開閉の動作を説明する。

【００３１】(１)エンジン始動前 キースイッチに差し込まれたキーが回転されておらず、
キーがアクセサリーの位置に滞っているときには、ま
だ、エンジンが始動されていない。この状態では、アク
セル側クラッチ６のクラッチコイル２１及びモータ側ク
ラッチ１２のクラッチコイル２４には共に電流が供給さ
れない。

【００３２】そのために、クラッチコイル２１とアーマ
チュア２２は結合し、アクセルペダルの踏み込み力はア
クセル側クラッチ６を介してスロットルシャフト５に伝
達される。また、クラッチコイル２４とアーマチュア２
３は切り離され、モータ側クラッチ１２によって、スロ
ットルシャフト４はモータ１３の回転力から切り離され
る。このように、エンジン始動前では、アクセルペダル
９の踏み込み力によってスロットルバルブ４が開閉され
る。

【００３３】(２)エンジン始動後 エンジンが始動されると、アクセル側クラッチ６のクラ
ッチコイル２１及びモータ側クラッチ１２のクラッチコ
イル２４に共に電流が供給される。

【００３４】そのために、クラッチコイル２１とアーマ
チュア２２は切り離され、スロットルシャフト５はアク
セルペダル９の踏み込み力から切り離される。また、ク
ラッチコイル２３とアーマチュア２４は給合され、モー
タ１３の回転力はモータ側クラッチ１２を介してスロッ
トルシャフト４に伝達される。このように、エンジン始
動後では、スロットルバルブ４はモータ１３によって開
閉される。

【００３５】(３)異常時 モータ１３等に故障が生じ、異常が検出されたときに
は、再び、アクセル側クラッチ６のクラッチコイル２１
及びモータ側クラッチ１２のクラッチコイル２４への電
流が遮断される。

【００３６】そのために、モータ１３のトルクはスロッ
トルシャフト５に伝達されなくなり、スロットルバルブ
４の開度はモータ１３の回転位置とは無関係に決定され
るようになる。一方、アクセルペダル９の踏み込み力
は、アクセルペダル側クラッチ６を介してスロットルシ
ャフト５に伝達されるようになる。しかしながら、アク
セル側クラッチ６のクラッチコイル２１に通電が開始さ
れると、直ちに、アクセルペダル９の踏み込み力がスロ
ットルシャフト５に伝わるわけではない。すなわち、凸
状の噛み込み歯部３１が凹状の噛み込み歯部３０に噛み
込む位置まで移動し、アーマチュア２２とクラッチコイ
ル２１の相対的位置が所定関係になったときに、アクセ
ルペダル９の踏み込み力がスロットルシャフト５に伝達
されるようになる。

【００３７】図５を用いて、この動作をさらに詳細に説
明する。まず、図５の故障点５２に於いて故障が発生し
た場合、リターンスプリング２６の付勢力により、スロ
ットルバルブ４は閉じ方向に動く。関係線５１は、噛み
合い歯部３０，噛み合い歯部３１が互いに噛み合った場
合のアクセルペダル９の踏み込み量に対して決まるスロ
ットルバルブ４の開度を示している。関係線５１の線上
の、噛み合い点５３に於いて、噛み合い歯部３０，噛み
合い歯部３１の位置関係が一致し、噛み合い歯部３０と
噛み合い歯部３１が噛み合い、アクセルレバー７の動作
がスロットルバルブ４に伝わる様になる。それ以後スロ
ットルバルブ４の動作は、関係線５１の上を辿るように
動作する。

【００３８】次に図５の故障点５４に於いて故障が発生
した場合、リターンスプリング２６の付勢力により、ス
ロットルバルブ４は閉じ方向に動く。さらに、スロット
ルバルブ４は全閉位置５５に達する。この場合アクセル
ペダル９を離すと原点に於いて噛み合い歯部３０と噛み
合い歯部３１が噛み合う。以後スロットルバルブ４の動
作は関係線５１の上を辿るように動作する。

【００３９】本発明に於いては、以上のようにして、制
御系またはモータに故障が生じた場合にも安全に車両を
運行するフェイルセーフ機能及び故障が生じた場合でも
車両を移動させるリンプホーム機能を達成している。な
お、本発明中のクラッチは電磁式に限らず、機械式のク
ラッチであっても良い。更に、モータに関しても電動式
に限らず、油圧式もしくは空気式等であっても良く、ま
た、歯車機構を平歯車以外のウォームギア及び傘歯車を
用いても良い。

【００４０】次に、エンジン始動時のコントロールユニ
ット１０の動作を図６に示すフローチャートを用いて説
明する。まず、キースイッチが回されるとステップ６０
１で初期設定をおこなう。すなわち、ステップ６０１で
は、アクセル側クラッチ６及びモータ側クラッチ１２に
電流を供給しないようにする。この状態では、アクセル
ペダル９の踏み込み力はスロットルシャフト５に伝わる
が、モータ１３のトルクはスロットルシャフト５には伝
わらないようになっている。ステップ６０２では、エン
ジンが完爆して始動し、エンジン動作があるか否か判断
する。エンジン動作がなければステップ６０１で初期設
定をおこなう。エンジン動作がなされていれば、ステッ
プ６０３で、アクセルポジションセンサ１１の出力に基
づいて、アクセル踏み込み量ＡＣＰが０か否か判断す
る。アクセル踏み込み量ＡＣＰが０でなければ、ステッ
プ６０１に戻り、初期設定をおこなう。ステップ６０３
でアクセル踏み込み量ＡＣＰが０であれば、ステップ６
０４で、スロットルポジションセンサ１４の出力に基づ
いて、スロットルバルブ開度ＴＶＯが０か否か判断す
る。スロットルバルブ開度ＴＶＯが０でなければ、ステ
ップ６０１に戻る。スロットルバルブ開度ＴＶＯが０で
あれば、ステップ６０５に進む。

【００４１】ステップ６０５では、アクセル側クラッチ
６に電流を供給し（図７(ａ)）、スロットルバルブ４を
アクセルペダル９の動作から解放する。このときスロッ
トルバルブは、その開閉動作が両クラッチから解放され
ており、リターンスプリングによって全閉位置（零点位
置）に戻されているので、この時点で零点学習をすると
正確な零点学習ができる。ステップ６０６で、所定時間
経過したことを判断し、さらに、ステップ６０７でモー
タ側クラッチ１２に電流を供給し（図７(ｂ)）、スロッ
トルバルブ４をモータ１３により開閉する。ステップ６
０８で、再び、エンジンが動作されているか判断する。
エンジン動作がなされていなければ、ステップ６０９
で、アクセル側クラッチ６及びモータ側クラッチ１２に
共に電流の供給を続ける。ステップ６０８でエンジン動
作がなされていないと判断されれば、ステップ６０１に
戻り初期設定を行う。

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、内燃機関の運転開始時
に、必ず第２のクラッチが解放されて所定時間が経過し
た後第１のクラッチが接続するので、アクセルを踏みっ
ぱなしで運転を開始しても一旦スロットルバルブが全閉
位置まで閉じるので、エンジン回転数が吹き上がるとい
うことがない。また、このとき全閉学習をすれば確実に
全閉位置を学習できる。

【００５０】

【図面の簡単な説明】

【図１】スロットルバルブの開閉機構の詳細を示す図で
ある。

【図２】システム全体の構成図である。

【図３】アクセル側クラッチの詳細図である。

【図４】モータ側クラッチの詳細図である。

【図５】モータ故障時のスロットルバルブの動作を示す
図である。

【図６】コントロールユニットの動作を示すフローチャ
ート図である。

【図７】アクセル側クラッチ及びモータ側クラッチの電
圧印加のタイミングチャート図である。

【符号の説明】

２…吸気筒、４…スロットルバルブ、５…スロットルシ
ャフト、６…アクセル側クラッチ、９…アクセルペダ
ル、１０…コントロールユニット、１２…モータ側クラ
ッチ、２１…クラッチコイル、２２…アーマチュア、３
１…凸状噛み合い歯部、３２…凹状噛み合い歯部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 門向 裕三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 平３−134234（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−164536（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−80039（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−30933（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 9/02 351 F02D 11/10 F02D 11/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンに吸入空気を供給する吸気筒と、
   前記吸気筒内に設けられたスロットルバルブと、前記ス
   ロットルバルブを閉じ方向に付勢するリターンスプリン
   グと、無通電時に非接続状態である第１のクラッチと、
   無通電時に接続状態である第２のクラッチと、前記第１
   のクラッチを介して前記スロットルバルブに接続された
   電気的な信号によって制御される駆動手段と、前記第２
   のクラッチを介して前記スロットルバルブに接続された
   アクセルペダルとを有する内燃機関用スロットル制御装
   置において、運転開始時に前記第２のクラッチに通電
   し、その後所定時間の経過を待ってから、前記第１のク
   ラッチに通電するコントロールユニットを備えたことを
   特徴とする内燃機関用スロットル制御装置。