JP2857527B2 - スロットルバルブ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スロットルバルブ開閉
操作用のアクチュエータを備え、通常時は、このアクチ
ュエータによりスロットルバルブの開度を制御し、異常
時には、このアクチュエータをスロットルバルブから切
り離し、アクセルペダルの操作によりスロットルバルブ
の開度が制御出来るようにしてフェイルセイフ機能をも
たせるようにした車載用の内燃機関におけるスロットル
バルブ制御装置に係り、特に自動車用エンジンに好適な
スロットルバルブ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば自動車など、車両用内燃機
関のスロットルバルブ(絞り弁)の制御方式として、従来
のアクセルペダル操作による直接的な操作に代えて、ア
クセルペダルの操作量をセンサにより電気信号として取
り込み、所定の演算処理を施してから電動機などからな
るアクチュエータに供給し、このアクチュエータにより
スロットルバルブを開閉制御する、いわゆる電子スロッ
トル方式のスロットルバルブ制御装置が注目されるよう
になり、エンジンの高出力化など自動車の高性能化に際
して有効なトラクションコントロールなどの各種のエン
ジン制御に適用されるようになっている。

【０００３】ところで、このような電子スロットル方式
のスロットルバルブ制御装置では、そこに使用されてい
るアクチュエータや、その制御装置などでの異常に際し
ても、常に充分な安全性が確保されるようにする、いわ
ゆるフェイルセイフ機能の付与が不可欠である。

【０００４】そこで、従来から、特開平２−１４０４３
６号公報で提案されているように、複数の歯車からなる
差動歯車機構を用い、アクセルペダルを介して与えられ
る人為的な操作入力と、アクチュエータから与えられる
操作入力とが並列にスロットルバルブに伝達されるよう
にした技術や、特開平２−２７１２３号公報で提案され
ているように、歯車とリンクを併用した技術、或いは特
開平２−２７７９３２号公報で提案されているように、
異常時にはクラッチを開き、複数のバネを用いてアクセ
ルペダルの動きをスロットルバルブに伝えるようにした
技術などを用いて、異常時でもアクセルペダルによる直
接的なスロットルバルブの制御を可能にし、フェイルセ
イフ機能が与えられるようにすると共に、異常発生にも
かかわらず、とにかく低速での自動車の運行継続を可能
にして、修理工場などへの自動車の持込ができるように
した、いわば、“異常時補助走行機能”が与えられるよ
うにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術は、アクセル
ペダルの操作によりスロットルバルブに与えられるであ
ろう開度よりも、アクチュエータによるスロットルバル
ブ開度が開方向へ制御されている状態が存在する点につ
いて配慮がされておらず、このような状態にあるとき、
アクチュエータ系に異常が発生したとすると、アクセル
ペダルを完全に戻してもスロットルバルブを全閉位置に
戻すことが出来ず、充分なフェイルセイフ機能や“異常
時補助走行機能”の付与が出来ないという問題点があっ
た。

【０００６】すなわち、従来技術では、アクチュエータ
系に回転ロックなどの異常が発生すると、アクセルペダ
ルを戻してもスロットルバルブは全閉しなくなったり、
或いは全閉したままで開かなくなってしまい、暴走とい
った重大な事故につながる可能性を生じて完全なフェイ
ルセイフ機能が成立せず、或いは“異常時補助走行機
能”が得られなくなってしまうという問題が生じてしま
うのである。

【０００７】また、上記従来技術は、コストの低減につ
いての配慮が充分にされておらず、電磁クラッチや複雑
な機構を要するため、コストダウンが困難であるという
問題もあった。

【０００８】本発明の目的は、コスト的に優位で、万
一、アクチュエータ駆動系が故障等の異常状態になった
ときでも、フェイルセイフが働き、且つ、アクセルペダ
ル操作での“異常時補助走行”が可能で、このとき、暴
走等の重大事故が発生する虞れを充分になくすことがで
きるスロットルバルブ制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、スロットル
バルブ開閉操作用のアクチュエータを備え、アクセルペ
ダルによるスロットルバルブ開方向操作位置以内の範囲
で上記アクチュエータによるスロットルバルブの開閉制
御を行なうようにしたスロットルバルブ制御装置におい
て、上記アクチュエータから上記スロットルバルブに開
閉用駆動力を伝達する駆動力伝達機構と、上記アクチュ
エータから上記スロットルバルブへの開閉用駆動力の伝
達をアクセルペダルの操作によって切り離す駆動力切離
手段とを設け、上記駆動力伝達機構が、上記アクチュエ
ータの回転軸に取付けられた駆動側歯車と、上記スロッ
トルバルブの回転軸に取付けられた被駆動側歯車と、こ
れら駆動側歯車と被駆動側歯車の双方に噛み合った遊び
歯車とで構成され、上記駆動力切離手段が、上記遊び歯
車を上記スロットルバルブの回転軸の開方向操作に追従
して上記被駆動側歯車の外周に噛み合いながら公転移動
させるレバーで構成され、上記アクセルペダルによるス
ロットルバルブ開方向操作位置が予め設定された開度以
下のとき、上記駆動力切断手段が作動するようにして達
成される。

【００１０】

【作用】駆動力切離手段は、アクセルペダルによるスロ
ットルバルブ開方向操作位置が予め設定された開度以下
のときには、常にアクチュエータからスロットルバルブ
への開閉用駆動力の伝達を切り離してしまうように働
く。

【００１１】従って、異常発生時を含め、どのようなと
きでも、アクセルペダルを操作してやれば、所定の開度
以下の範囲に限られるが、とにかくアクチュエータの状
態と無関係に、常に確実にスロットルバルブの開閉操作
を行なうことができ、完全なフェイルセイフ機能と“異
常時補助走行機能”とを与えることができる。

【００１２】また、このとき、電磁クラッチなどが不要
なのでコスト的に優位な構成とすることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明によるスロットルバルブ制御装
置について、図示の実施例により詳細に説明する。図１
は、本発明の一実施例で、図において、１は内燃機関の
吸気管(吸入空気管)で、その中にスロットルバルブ２が
スロットルシャフト３により回動自在に設けられてい
る。スロットルシャフト３の両端は、それぞれ吸気管１
の外側に伸びているが、まず、その一方にはスプリング
プレート４が固定状態で取付けられ、さらに外側にはア
クセルレバー６が回動自在に保持されており、これらス
プリングプレート４とアクセルレバー６の間はコイル状
のスプリング５が設けられている。

【００１４】アクセルレバー６にはアクセルワイヤ１５
が掛止されていて、図示してないアクセルペダルに連結
され、このペダルの踏み込み操作により、図の矢印方向
に回動されるようになっている。そして、このときのア
クセルペダルの踏み込み操作に対する戻し力は、アクセ
ルレバー６に取付けてあるリターンスプリング１４によ
る引っ張り弾性力によって与えられるようになってい
る。

【００１５】また、スプリングプレート４とアクセルレ
バー６にはレバー部４ａ、６ａが設けてあり、何も外力
が加えられないときには、これらのレバー部４ａ、６ａ
が、図示のように、互いに当接した状態を保つような力
が働くようにして、スプリング５がスプリングプレート
４とアクセルレバー６の間に掛止されている。すなわ
ち、いま、スロットルシャフト３が固定されていて、ス
プリングプレート４も動かない状態にあったとすると、
スプリング５は、アクセルレバー６を、図示の矢印とは
反対の方向に回動させるようなねじり弾性力を発生する
ように構成されているのである。

【００１６】次に、スロットルシャフト３の他方には、
まずコネクトプレート７が取付けてあり、次にギアレバ
ー９が回動自在に保持されている。そして、これらのコ
ネクトプレート７とギアレバー９との間にはコイル状の
スプリング８が掛止されており、さらにスロットルシャ
フト３の外側には被駆動側の平歯車(ドリブンギア)１０
が取付けてある。

【００１７】また、コネクトプレート７にはレバー部７
ａが設けてあり、何も外力が加えられないときには、こ
のレバー部４ａが、ギアレバー９の、図の右側からみ
て、右側に当接するように、スプリング８によるねじり
弾性力が働くように構成してある。

【００１８】ギアレバー９の先端部には小歯車(遊び平
歯車)１１が、歯車１０と噛み合った状態で回転自在に
保持されており、従って、この歯車１１は、ギアレバー
９がスプリングの弾性力に抗して、レバー部７ａから離
れる方向に回動した場合には、歯車１０の周りを公転移
動することになる。

【００１９】次に、電動機１３は、スロットルバルブ駆
動用のアクチュエータで、その軸には駆動側の平歯車
(ドライブギア)１２が取付けられており、この歯車１２
に小歯車１１が噛み合った状態にあるとき、この歯車１
２から小歯車１１を介して歯車１０に駆動力が伝達され
るような位置関係を保って、図示しない取付部材などに
より、電動機１３が設けられている。

【００２０】次に、図２と図３は、図１のＩ−Ｉ線から
みた状態を示したもので、図２は、アクセルペダルが全
く踏み込まれていないとき、そして図３はアクセルペダ
ルが所定の位置まで踏み込まれたときを、それぞれ示し
ている。

【００２１】まず、アクセルペダルが全く踏み込まれて
いないときには、アクセルレバー６はリターンスプリン
グ１４の弾性力により、全閉位置に戻されており、この
状態が図２である。なお、この全閉位置は、図示してな
い所定のストッパにより位置決めされている。そして、
このときには、図２に示すように、小歯車１１は、歯車
１３と噛み合う位置から所定の角度θだけ離されてい
る。

【００２２】次に、アクセルペダルが踏み込まれると、
アクセルレバー６はリターンスプリング１４の弾性力に
抗して矢印方向に回動し、その回動量が角度θになると
図３の状態になり、ここで歯車１０に噛み合っている小
歯車１１が、さらに歯車１２にも噛み合うようになり、
この結果、電動機１３が回転しない限り、スロットルバ
ルブ２の開度は変らないようになる。そして、さらにア
クセルペダルが踏み込まれていった場合には、スプリン
グ５の弾性力に抗して、スプリングプレート４のレバー
部４ａからアクセルレバー６のレバー部６ａが離れる方
向に、アクセルレバー６だけが回動されることになる。

【００２３】従って、この実施例においては、スロット
ルバルブ２が全閉位置にあるときから、所定の角度θに
なるまでの範囲では、アクセルペダルの踏み込み操作量
に応じてスロットルバルブ２の開度が変化するが、アク
セルペダルの踏み込み操作量が所定の角度θ以上になっ
ている領域では、スロットルバルブ２の開度は直接には
アクセルペダルの踏み込み操作量とは関係が無くなり、
電動機１３の回転に応じた開度に制御されることにな
り、これを図で示すと、図４の通りになる。

【００２４】この図４において、横軸はアクセル開度、
すなわち、アクセルペダルの踏み込み操作量(＝アクセ
ルレバー６の回動角)であり、従って、アクセルレバー
６がスロットルシャフト３に直接固定されていたとすれ
ば、スロットルバルブ２の開度は実線と破線からなる直
線１６で示すような特性になる筈である。

【００２５】しかしながら、この実施例では、図２に示
す状態にあるときだけアクセルペダルの踏み込み操作量
に比例してスロットルバルブ２の開度が制御され、図３
の状態にあるときは、電動機１３の回転によってスロッ
トルバルブ２の開度が制御されるから、図４の斜線を付
した領域１７が電動機１３による制御範囲となる。

【００２６】次に、この実施例の動作について説明す
る。まず、この実施例では、図示してないが、アクセル
ペダルの踏み込み操作量、又はアクセルレバー６の回動
量を検出するセンサが設けてあり、これからの信号が、
これも図示してないスロットル制御装置に取り込まれ、
このスロットル制御装置の出力により電動機１３が制御
されるようになっている。

【００２７】従って、この実施例によれば、アクセルペ
ダルの踏み込み操作量が図２に示すように、所定の角度
θ未満の領域では、アクセルペダルの踏み込み操作によ
り、スロットルバルブ２の開度が直接制御され、アクセ
ルペダルの踏み込み操作量が図３に示すように、所定の
角度θを越えた領域では、電動機１３による電子スロッ
トル方式としての動作が得られることになる。

【００２８】そして、この実施例によれば、図３に示す
ように、所定の角度θを越えた領域で、電動機１３によ
る電子スロットル方式としての動作中であっても、アク
セルペダルを所定の角度θ未満の領域に戻してやれば、
直ちに、図２に示す状態になり、アクセルペダルの踏み
込み操作によるスロットルバルブ２の直接制御状態に復
帰させることができるから、電動機１３を含む電子スロ
ットル制御系に異常を生じ、電子スロットル方式での動
作が不能になったとしても、エンジン回転数を低下さ
せ、常に確実にフェイルセイフ機能が得られることがで
き、且つ、この図２の状態では、所定の角度θ未満の領
域に限られるが、とにかくスロットルバルブ２の開度が
アクセルペダルの踏み込み操作により制御できるから、
低速度ではあるが、自動車の走行は可能であり、“異常
時補助走行”機能を確実に得ることができる。

【００２９】なお、以上の実施例では、スロットルアク
チュエータとして電動機を用いていたが、油圧アクチュ
エータや空気圧アクチュエータ、或いは負圧アクチュエ
ータなど任意のアクチュエータを用いて実施してもよい
ことはいうまでもない。

【００３０】また、上記実施例では、スプリング５、８
としてねじりスプリングを、またリターンスプリング１
４として引っ張りスプリングを使用しているが、本発明
はスプリングの型式を問わず実施例可能である。

【００３１】さらに、上記実施例では、歯車として平歯
車を使用してなるが、本発明は、平歯車に限らず、例え
ば、はす歯歯車や、やま歯歯車など任意の歯車により実
施可能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、アクチュエータからス
ロットルバルブへの開閉用駆動力の伝達を、アクセルペ
ダルの操作によって切り離すようにしたので、アクセル
ペダルを戻すだけで、どんなときでも、スロットルバル
ブの制御をアクセルペダルの操作のもとに戻すことがで
き、常に確実にフェイルセイフ機能を与え、“異常時補
助走行”を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスロットルバルブ制御装置の一実
施例を示す斜視図である。

【図２】図１の実施例の第１の状態におけるＩ−Ｉ線か
ら見た断面図である。

【図３】図１の実施例における第２の状態におけるＩ−
Ｉ線から見た断面図である。

【図４】本発明の一実施例の動作特性図である。

【符号の説明】

１ 吸気管 ２ スロットルバルブ ３ スロットルシャフト ４ スプリングプレート ４ａ レバー部 ５ スプリング ６ アクセルレバー ６ａ レバー部 ７ コネクトプレート ７ａ レバー部 ８ スプリング ９ ギアレバー １０ 被駆動側の平歯車 １１ 小歯車(遊び平歯車) １２ 駆動側の平歯車 １３ 電動機

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−111631（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−140436（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−27123（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−227827（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−11132（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−112536（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 9/02 351 F02D 11/04 F02D 11/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットルバルブ開閉操作用のアクチュ
   エータを備え、アクセルペダルによるスロットルバルブ
   開方向操作位置以内の範囲で上記アクチュエータによる
   スロットルバルブの開閉制御を行なうようにしたスロッ
   トルバルブ制御装置において、 上記アクチュエータから上記スロットルバルブに開閉用
   駆動力を伝達する駆動力伝達機構と、 上記アクチュエータから上記スロットルバルブへの開閉
   用駆動力の伝達をアクセルペダルの操作によって切り離
   す駆動力切離手段とを設け、 上記駆動力伝達機構が、 上記アクチュエータの回転軸に取付けられた駆動側歯車
   と、上記スロットルバルブの回転軸に取付けられた被駆
   動側歯車と、これら駆動側歯車と被駆動側歯車の双方に
   噛み合った遊び歯車とで構成され、 上記駆動力切離手段が、 上記遊び歯車を上記スロットルバルブの回転軸の開方向
   操作に追従して上記被駆動側歯車の外周に噛み合いなが
   ら公転移動させるレバーで構成され 、 上記アクセルペダルによるスロットルバルブ開方向操作
   位置が予め設定された開度以下のとき、上記駆動力切断
   手段が作動するように構成したことを特徴とするスロッ
   トルバルブ制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１の発明において、 上記歯車が平歯車で構成されていることを特徴とするス
   ロットルバルブ制御装置。