JP3694015B2 - 内燃機関のスロットル制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸入空気量を制御するためのスロットル制御装置に関し、スロットルバルブの開度を検出するためのスロットルセンサの信頼性の向上に関するものである。

従来、ＥＣＵ（Electronic Control Unit ）からの信号に従って回動するモータにより、ギア（減速歯車機構）を介してスロットルシャフトに固定されたスロットルバルブを開閉させてエンジン回転数を制御する電動式スロットル制御装置においては、モータ出力軸に固定される駆動ギア、スロットルシャフトに固定されるスロットルギア、前記両ギアを仲介する中間ギア、スロットルバルブを閉方向に付勢する戻しバネ、スロットルバルブ開度を検出するためのスロットルセンサ部（以下、単に「センサ部」と記す。）等を備えている。そして、スロットルシャフトの両端がスロットルボデー本体の軸受から外向きに突出し、スロットルシャフトの一方端には減速歯車機構が連結され、スロットルシャフトの他方端にはセンサ部が連結されたスロットル制御装置が公知である（例えば、特開平１０−１５９５９１号公報参照）。

前記の特開平１０−１５９５９１号公報に記載された従来技術では、スロットルシャフトの一方端に減速歯車機構を連結し、他方端にセンサ部を連結しているので、スロットルシャフトの一方端に歯車ケースを設け、他方端にセンサケースを設ける必要があり、スロットルボデーの構造が複雑で部品数が多くなるという問題がある。そこで、特開平１０−１５９５９１号公報に記載された従来技術を改良して減速歯車機構、センサ部等をスロットルシャフトの一方の側に配置し、一つの部屋に収容する構成をとることが考えられた（本出願人の出願に係る特願平１１−６８８５５号参照）。非公知のこの発明では、図２及び図１１において、駆動ギア20、中間ギア22、スロットルギア18、全閉位置調整ねじ23、スロットルセンサ用のブラシ16、基板17等がカバー32によって包囲され同一室内に収容されている。

減速歯車機構、センサ部等を一つの部屋に収容すると、ギア間、あるいはスプリングとそれに当接するガイドとの間で生じた摺動摩耗粉がセンサ部のブラシと基板（抵抗体）との間に入り込み、堆積することで接触不良が生じ、正しいスロットル開度を検出しなくなるおそれがある。その対策として、ブラシ及び基板からなるセンサ部をスロットルシャフトのスロットルボア部近傍に取り付け、スロットルボデー本体に嵌合するように構成された、蓋付き筒状のカバーで覆うことにより部品間の摺動摩擦粉の進入を防止する案も考えられるが、カバーとスロットルボデー本体との間で生ずるエンジン振動による振動摩擦粉がブラシと基板間に堆積して接触不良を生じ、正しいスロットル開度を検出しなくなるおそれは否めない。また、センサ部をスロットルボア近傍の奥まった箇所に設けることにより、スロットルボデー組付時のブラシ押圧力を測定するための作業が困難で、作業工数が増大し組付コストを増大させる問題を有する。

特開平１０−１５９５９１号公報

本発明は、内燃機関のスロットル制御装置において、部品間の摺動摩耗粉やエンジン振動による部品間の振動摩耗粉の進入を防止して、スロットルセンサのブラシと基板（抵抗体）間の接触不良を防ぎ、正しいスロットル開度を検出することができるようにすること
を第１の課題とし、組付作業工数を低減させ組付費用を低減させることを第２の課題とする。ギア室のカバーの外側にセンサ室を形成し、センサ部をセンサ室に収容し、センサ室の室壁に呼吸孔を設けることが考えられる。この場合に、ギア室内の摩耗粉が呼吸孔を通ってセンサ室のセンサ部に付着しないようにすることを第３の課題とし、センサ室又はギア室に浸入した水滴で呼吸孔が塞がらないようにすることを第４の課題とする。

本発明は、吸気通路を横切り回動（回転）可能に設けられたスロットルシャフトをギア（減速歯車機構）を介してモータにより回動駆動し、該スロットルシャフトに固定されたスロットルバルブの開閉により吸入空気量を制御する内燃機関のスロットル制御装置において、前記スロットルバルブの開度を検出するためのセンサ部のブラシを、カバーから突き出た前記スロットルシャフト外端部に固定するとともに、前記センサ部を、カバーの外側に形成されたセンサ室内に収容して、前記ギアを収容するギア室とシール部材を介して隔離したことを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置としたことを第１構成とする。
本発明は、第１構成において、前記センサ部の前記ブラシを、ブラシレバーの外側に外方に向けて固定したことを第２構成とする。
本発明は、第１及び第２構成において、前記センサ部を収容するセンサ室の室壁に呼吸孔を設けたことを第３構成とする。
本発明は、第１〜第３構成において、中間ギアの固定軸を、スロットルボデー本体及び前記カバーの両方で軸支したことを第４構成とする。
本発明は、第１構成において、センサ基板に埋め込まれた抵抗体から、横方向へ外れた部分に対向した位置に、呼吸孔を配置したことを第５構成とする。
本発明は、第３又は第５構成において、スロットル全閉時のブラシ位置に比べて使用頻度の低いスロットル全開時のブラシ位置から、ブラシの移動範囲の外側方向に外れた部分に対向した位置に呼吸孔を配置したことを第６構成とする。
本発明は、第３構成において、呼吸孔のセンサ室側、ギア室側の一方又は双方に段差部を介して呼吸孔よりも大きい径の補助穴を形成したことを第７構成とする。

請求項１のものは、ギア室とは別に、カバーとプレートでセンサ室を構成し、センサ部をセンサ室に収容したので、ギア室内で発生した摺動及び振動による摩耗粉が、センサ室へ進入することなく、ブラシとセンサ基板との間に堆積して接触不良を生ずることがなく、従ってスロットル開度の検出能力が低下することはなく、正しいスロットル開度を検出することができる。
請求項２のものは、ブラシをブラシレバーの外側に外方に向けて固定したので、スロットルボデー組付時、ブラシの押圧力を測定するのが容易となり、組付作業工数が低減でき組付費用が低減できる。

請求項３のものは、センサ部を収容するセンサ室壁に呼吸孔を設けたので、センサ室内で使用される合成樹脂やゴム類から発生する腐食性ガスを掃気することによりブラシやセンサ基板の腐食を防止することができる。
請求項４のものは、中間ギアの固定軸の両端を軸支するようにしたので、駆動ギアの駆動力は両軸受で二分され、スロットルボデー本体への圧入部長さが半減できるとともに、固定軸の歪量も半減し、ギア間の摺動量も減少し摺動摩耗粉の発生量が減少するとともにギアの耐久性が向上する。

請求項５のものは、呼吸孔がセンサ基板に埋め込まれた抵抗体から横方向へ外れた部分に対向した位置に配置されているので、ギア室の摩耗粉が呼吸孔を通ってセンサ室に進入したとき、その摩耗粉は抵抗体に付着し難く、センサ出力信号に対する摩耗粉の影響が軽減される。
請求項６のものは、呼吸孔がスロットル全閉時のブラシ位置に比べて使用頻度の低いスロットル全開時のブラシ位置から、ブラシの移動範囲の外側方向に外れた部分に対向した位置に配置されている。従って、ギア室の摩耗粉が呼吸孔を通ってセンサ室に進入したとき、その摩耗粉は抵抗体の不使用部分（ブラシが接触しない部分）又は使用頻度の最も低い部分に付着し、センサ出力信号に対する摩耗粉の影響が軽減される。また、摩耗粉が抵抗体の不使用部分又は最も使用頻度の低い部分に付着することにより、ブラシによる摩耗粉のセンサ基板・抵抗体の全体への飛散を防止することができる。

請求項７のものは、呼吸孔のセンサ室側、ギア室側の一方又は双方に段差部を介して呼吸孔よりも大きい径の補助穴を形成した。従って、ギア室又はセンサ室に浸入した水滴がセンサ室壁を伝って移動するとき、水滴は補助穴及び段差部で捕らえられ、水滴が呼吸孔に到達して呼吸孔を水分により塞ぐことが防止される。従って、センサ室内の腐食性ガスの排出が妨げられることがない。

図１，図２は本発明の内燃機関のスロットル制御装置の実施の形態第１を示す。図１，図２において、スロットルボデー本体１の中央に設けられた吸気通路１ａを横切ってスロットルシャフト２が回動自在に遊嵌され、スロットルシャフト２にはスロットルバルブ３がネジ４で固定されている。スロットルシャフト２は、スロットルボデー本体１の筒状体の内面の軸受部１ｂ，１ｃに嵌合された軸受５ａ，５ｂにより回動自在に保持されている。スロットルシャフト２の一方（図１では右方）の端部２ａにはスロットルギア６が嵌合されて一体的な回り止め構造とされ、ナット７で固定されている。スロットルシャフト２の外周にリリーフレバー８が遊嵌され、リリーフレバー８はスロットルギア６に係合している。

リリーフレバー８とスロットルボディ本体１との間にはコイルバネ９が装着され、コイルバネ９によりスロットルバルブ３は閉じる方向に付勢されている。スロットルギア６とリリーフレバー８との間にもコイルバネ10が装着され、コイルバネ10によりリリーフレバー8 は戻す方向に付勢されている。他方（図１では左方）の筒状体の端部にプラグ11が装着され、スロットルシャフト２の他方の端部２ｂは、スロットルボデー本体１内に密封されている。スロットルボデー本体１には、スロットルシャフト２の軸心に平行にモータ12が固定され、モータ12の出力回転軸の先端部には駆動ギア13が嵌合され一体的に固定されている。スロットルボデー本体１に固定軸14ａの他方端が圧入固定され、固定軸14ａの外周に回転可能に中間ギア14が組み付けられ、中間ギア14の径大部14ｂが駆動ギア13に歯合し、スロットルギア６は中間ギア14の径小部14ｃに歯合するように構成されている。

前記各ギア６，13，14、リリーフレバー８、コイルバネ９，10等をカバー15が覆い、カバー15はスロットルボデー本体１にシールリング（Ｏリング）16により気密を保持して組み付けられている。スロットルシャフト２の外端部２ｃはカバー15の挿通孔から突き出て、ダストシール17により塵埃を封じてシールされている。スロットルシャフト２の外端部２ｃにはブラシレバー18が嵌合されて固定され、導電性弾性体のブラシ18ａがブラシレバー18に一体的に固着されている。ブラシ18ａはブラシレバー18の外側（図１では右側）に外に向かって固着されている。ブラシ18ａの対向位置にセンサ基板19が組み付けられ、センサ基板19に４個の抵抗体27（図２参照）が埋め込まれている。抵抗体27の形状はブラシ18ａの回動軌跡に対応した円弧状をしており、４個のブラシ18ａの先端が各抵抗体27を常に押圧し接触している。センサ基板19は、弾性を有するパッキン20を介してプレート21によりカバー15に当接、固定され、プレート21はカバー15に溶着により固定されている。なお、図２に示すとおり、カバー15は６本のボルト26によってスロットルボデー本体１に固定されている。

センサ基板19の抵抗体27の抵抗値（開度検出値）を出力するための図示しない配線類は、カバー15と一体的に形成された図示しないコネクタ部から導出される。上述の構成により、ブラシ18ａ及びセンサ基板19から成るセンサ部22は、カバー15とプレート21とで形成されるセンサ室24内に収容され、カバー15のセンサ室壁15ａによりギア室（ギアトレーン室）23と隔離される。センサ室壁15ａのほぼ中央部には、センサ室24内の空気（気体）を逃がすための呼吸孔15ｂが孔設されている。呼吸孔15ｂは、センサ室24内で使用される合成樹脂あるいはゴム類から発生する腐食性ガス成分の多少に応じて設けるべきもので、これを設けた場合は摩耗粉の進入防止効果は若干薄れる方向に作用する。

なお、呼吸孔15ｂを設ける場所は、センサ室壁15ａに限られず、カバー15又はプレート21に設けて気体を直接大気中へ逃がしてもよい。また、スロットルボデー本体１の上部にギア室用呼吸孔１ｄが設けられるとともに、スロットルボデー本体１の最下部に相当する箇所に水抜孔１ｅが設けられ、万一ギア室23内に水が進入した場合には、水を外部に流出させるよう構成されている。なお、車載状態により水がかからない場合には、シールリング16の使用を廃止することも可能である。中間ギア14の固定軸14ａの先端（一方端）は、カバー15に設けられた軸孔15ｃに嵌合され、固定軸14ａはカバー15とスロットルボデー本体１とで両軸支持されている。モータ12への出力信号（電気信号）の供給は、カバー15に一体的に形成された図示しないコネクタ部から電極15ｄを通して行われる。

次に、本発明の実施の形態第１の作用について説明する。図示しないＥＣＵからの電気信号が、電極15ｄからモータ12に供給されると、モータ12が電気信号に応じて回転（回動）し、モータ駆動軸の先端部の駆動ギア13により中間ギア14の径大部14ｂが回転する。すると、中間ギア14の径小部14ｃに歯合するスロットルギア６が回転してスロットルバルブ３を開閉する。中間ギア14の固定軸14ａはスロットルボデー本体１とカバー15の両方で軸支されているので、駆動ギア13の駆動力は両軸受部で二分され、スロットルボデー本体１側の圧入部長さを半減することができる。また、固定軸14ａの歪量も半減するため、ギア間の摺動量も減少し、摺動摩擦粉の発生量が減少するとともに耐久性が向上する。

各ギア13，14，６及びコイルバネ９，10の摺動又は振動により発生した摩耗粉は、センサ室壁15ａ及びダストシール17に阻まれてセンサ室24内への進入が阻止され、ブラシ18ａとセンサ基板19との間への付着が極端に減少する。センサ室壁15ａに設けられる呼吸孔15ｂは、できる限り設けない方が摩耗粉の進入防止には効果的であるが、センサ室24内で使用される合成樹脂やゴム類から発生する腐食性ガス成分の発生状況に応じて設ける必要がある。呼吸孔15ｂを設けた場合は、ダストシール17と共働して、センサ室24内の空気を循環させることができ、センサ室24内を新気で更新することが可能となる。ブラシ18ａはスロットルシャフト２の外端部２ｃ、すなわちカバー15の外側に、しかもブラシレバー18の外側に、外に向かって固定されているので、スロットルボデー30を組み付ける際、センサ基板19に対するブラシ18ａの押圧力を、短時間で効率よく測定することができ、組付作業工数を低減することができる。

本発明の実施の形態第１では、呼吸孔15ｂが円弧状の抵抗体（センサ抵抗体）27のほぼ中心部に対向した位置（センサ室壁15ａのほぼ中央位置）に形成されている。図２に示すように、この位置はスロットルバルブ全閉時のブラシレバー18の位置とスロットルバルブ全開時のブラシレバー18の位置との中間の位置に対応している。このように使用頻度の高い抵抗体27の位置に対向した部分に呼吸孔15ｂがあるので、ギア室23の摩耗粉が呼吸孔15ｂを通ってセンサ室24に進入すると、その摩耗粉が抵抗体27の使用頻度の高い部分に付着し、センサ出力信号が異常となる可能性が高い。

また、本発明の実施の形態第１では、呼吸孔15ｂの形状がセンサ室壁15ａの表面に垂直な丸穴であるので、ギア室23又はセンサ室24に浸入した水滴がセンサ室壁15ａを伝って移
動するとき、水滴が丸穴に流入して丸穴を塞ぐ可能性がある。丸穴が水滴で塞がれると、センサ室24内の腐食性ガスの排出ができなくなり、腐食性ガスにより抵抗体27及びブラシ18ａが腐食される可能性がある。

図３，図４は本発明の内燃機関のスロットル制御装置の実施の形態第２を示す。実施の形態第２は、本発明の実施の形態第１の呼吸孔15ｂの有する前記の欠点を解消するものであり、呼吸孔（穴）15ｂの位置及び形状に特徴がある。実施の形態第２の説明に当たっては、実施の形態第１と同様の部材には実施の形態第１と同一の符号を付し、その部分の説明は省略する。

図３，図４に明示されているように、実施の形態第２の呼吸孔15ｂは、センサ室24の上端部に開口されており、この位置は抵抗体27から横方向（センサ基板19上）に外れたセンサ基板19上の部分に対向している。しかも、呼吸孔15ｂの位置は、スロットル全閉時のブラシ位置に比べて使用頻度の低いスロットル全開時のブラシ位置から、ブラシレバー18・ブラシ18ａの移動範囲の外側方向に外れた部分に対向している。

このように、呼吸孔15ｂはブラシ18ａの使用箇所と最も関係のない部分の対向位置に配置されているので、ギア室23の摩耗粉が呼吸孔15ｂを通ってセンサ室24に進入したとき、その摩耗粉は抵抗体27の不使用部分（ブラシ18ａが接触しない部分）又は使用頻度の最も低い部分に付着し、センサ出力信号に対する摩耗粉の影響が軽減される。また、摩耗粉が抵抗体27の不使用部分又は最も使用頻度の低い部分に付着することにより、ブラシ18ａによる摩耗粉のセンサ基板19・抵抗体27の全体への飛散を防止することができる。なお、38は水溜まり溝を示す。

図３(b) に明示されているように、実施の形態第２では、呼吸孔15ｂのセンサ室24側、ギア室23側の一方又は双方に、呼吸孔15ｂの軸心に垂直な段差部32，33を介して呼吸孔15ｂよりも十分大きい径（２〜３倍の径）の補助穴34，35が形成されている。ここでは、呼吸孔15ｂの軸方向長さをセンサ室壁15ａの厚みと等しくしたので、補助穴34，35は主として筒状体36，37の内部に形成され、また補助穴34と補助穴35は同径にされている。また、ギア室23に水滴が浸入する可能性が全くない場合には、ギア室23側の段差部33、補助穴35、筒状体37を省略することができ、センサ室24に水滴が浸入する可能性が全くない場合には、センサ室24側の段差部32、補助穴34、筒状体36を省略することができる。

段差部32，33及び補助穴34，35の存在により、ギヤ室23又はセンサ室24に浸入した水滴がセンサ室壁15ａを伝って移動するとき、水滴は補助穴34，35及び段差部32，33で捕らえられ、水滴が呼吸孔15ｂに到達して呼吸孔15ｂを水分により塞ぐことが防止される。従って、センサ室24内の腐食性ガスの排出が妨げられることがない。

本発明の内燃機関のスロットル制御装置の実施の形態第１を示す断面図である。 図１の右側面図（９０°右回転させてある）である。 図３(a) は本発明の内燃機関のスロットル制御装置の実施の形態第２を示す断面図であり、図３(b) は図３(a) の呼吸孔部分の拡大図である。 図３(a) の右側面図（９０°右回転させてある）である。

符号の説明

１：スロットルボデー本体
１ａ：吸気通路
２：スロットルシャフト
２ｃ：外端部
３：スロットルバルブ
６：スロットルギア
12：モータ
13：駆動ギア
14：中間ギア
14ａ：固定軸
15：カバー
15ａ：センサ室壁
15ｂ：呼吸孔
17：ダストシール
18：ブラシレバー
18ａ：ブラシ
22：センサ部
23：ギア室
24：センサ室
27：抵抗体
32：段差部
33：段差部
34：補助穴
35：補助穴

Claims (1)

1. 吸気通路を横切り回動可能に設けられたスロットルシャフトと、前記スロットルシャフトと平行に配置されたモータ駆動軸と、前記モータ駆動軸に取り付けられた駆動ギアと、前記スロットルシャフトに取り付けられたスロットルギアと、前記駆動ギアおよび前記スロットルギアに歯合する中間ギアと、前記駆動ギア、前記スロットルギア、および中間ギアを覆うカバーとを備え、前記モータ駆動軸を駆動して前記駆動ギア、前記スロットルギア、および中間ギアを介し、前記スロットルシャフトに固定されたスロットルバルブを開閉させて吸入空気量を制御する内燃機関のスロットル制御装置において、
   前記スロットルシャフト外端部には、前記スロットルバルブ側から、前記スロットルギア、前記カバー、および前記スロットルバルブの開度を検出すためにセンサ基板とブラシを備えるセンサ部が順に配置され、
   前記カバーには、前記スロットルギアと前記センサ部とを隔離するセンサ室壁と、前記センサ室壁の外周部分に立設された側壁とが一体的に形成されてセンサ室が構成されており、
   前記センサ室内に、前記ブラシを前記スロットルシャフトに勘合させたブラシレバーに固着して配置するとともに、前記センサ基板はプレートを介して前記カバーに固定されていることを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。
   

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