JP3851321B2 - 内燃機関の絞り弁制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸入空気量を制御する絞り弁の制御装置に関し、殊に絞り弁開閉操作用のモータのようなアクチュエータと、絞り弁の制御位置を検出する検出器と、その検出器の出力と絞り弁の制御目標開度を比較判断して絞り弁開閉操作用のアクチュエータを制御する内燃機関の絞り弁制御装置に関する。

車輌用内燃機関の絞り弁（スロットルバルブ）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絞り弁の操作に代えて、アクセルペダルの操作量を検出器（センサ）により電気信号として取り込み、所定の演算処理をしてから電動機等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絞り弁を開閉制御する、いわゆる電子スロットル方式の絞り弁制御装置を注目されるようになり、エンジンの高出力化等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（従来技術：特開平3−50338号）。

また別の従来技術では、アクセル踏み込み量を検出するアクセルセンサ等の運転状態に関する出力値を演算処理し、絞り弁の目標開閉が設定され、モータ等のアクチュエータに制御信号を送り絞り弁を駆動する。更に、絞り弁開度を検出するスロットルセンサが設けられ、この出力値が上記目標開度と同等となる開度まで絞り弁開度がフィードバック制御されるものである（特開昭61−8441号公報）。

ところで、前述した従来技術のような電子制御スロットル装置においては、ＩＳＣ（アイドルスピードコントロール）機能，ＦＩＣＤ（ファーストアイドルコントロール）機能等、従来他部品により行っていた制御を統合し、電子制御スロットル装置自体の付加価値を向上させるニーズがある。

このような動向の中で、それを達成するためには、電子制御スロットル装置の持つ機械的ヒステリシス及び電気的ヒステリシスの低減や、制御弁の位置を検出する検出器（スロットルセンサ）としてのポテンショメータ等の分解能の向上という問題がある。

また、制御弁（絞り弁）を位置制御するためのモータなどのアクチュエータ，位置検出手段が各々電気配線の為のコネクタを持つために、その数が多くなるという問題もある。

更に上記従来技術のアクセルペダルの操作量を検出器（アクセルセンサ）としてのポテンショメータにより電気信号として取り込む機構は、検出器内に設けられた抵抗体上をシャフトと一体で回動するブラシが規定の軌道の位置で軌道することにより、アクセルペダルの操作量に応じて電気信号出力を得ている。

車載用の内燃機関における電子スロットル方式の絞り弁制御装置は、絞り弁開閉操作用のアクチュエータと、絞り弁の制御位置を検出する検出器と、その検出器の出力と絞り弁の制御目標開度を比較判断して絞り弁開度をフィードバック制御する駆動ユニットにより、絞り弁の開度を高精度に制御することを目的としているが、上記従来技術では、絞り弁の制御位置を検出する検出器が絞り弁制御装置本体にスロットルシャフト径方向に大きな隙間が生じる構造であるため、組込方向が定まらず、検出器内に設けられた抵抗体上をシャフトと一体で回動するブラシが規定の軌道の位置で軌道できず、アクセルペダルの操作量に対する上記検出器の電気信号出力に直線性がなく安定しないことが多かった。すなわち、絞り弁を高精度に制御することが難しいという問題があった。

本発明の目的は、電子スロットル方式の絞り弁制御装置において、絞り弁の制御位置を検出する検出器，アクセルワイヤによって回転されるスロットルレバーの位置（アクセルシャフトの回転角度）を検出する検出器の検出精度の向上を計り、絞り弁の開度を高精度に制御することが出来る内燃機関の絞り弁制御装置を提供することにある。

本発明の別の目的は上記事情を考慮して、スロットルセンサとしてのポテンショメータの位置検出手段の部品数を低減することにある。また機械的ヒステリシス及び電気的ヒステリシスの少ない位置検出手段を得ることにより絞り弁位置の制御精度を向上することにある。また、コネクタの集約化ができる絞り弁制御装置を提供することにある。

上記目的は、絞り弁の制御装置，スロットルレバーの位置を精度良く検出すべく、上記検出器を装着するシャフトと同軸に設けた本体のボス上に上記検出器の摺動子を嵌合させることにより達成することが出来る。

上記目的は、絞り弁の駆動軸の端部を被うカバー支持体（スロットルボディ）に取付け、この内部においてスロットルシャフトに直接スロットルセンサの摺動子を取付け、摺動子が接触する抵抗パターンを支持体に取付けることにより達成できる。

以上説明したように、本発明によればコスト的に優位な構成で、機械的ヒステリシス及び電気的ヒステリシスの低減もでき、絞り弁をモータ等のアクチュエータで位置制御する際の絞り弁位置制御精度を向上した車載エンジンのスロットル制御装置を提供することができる。

位置検出手段，制御弁駆動手段を密閉空間内に内蔵化することにより、それらの有する入出力部分を密閉空会内でまとめることができ、コネクタを集約化することが可能となる。さらに制御信号や位置検出手段の出力等を演算処理する制御手段を有することで、配線を短くすることができ、モータ等のアクチュエータに送る制御信号のノイズによる誤動作等の影響を除去することができる。

また、車載時に地面側に来るように密閉空間とエンジンルーム間に空気抜き孔を設けたものでは、エンジンルームの温度変化による結露の防止や、密閉空間内外での圧力差を無くし水または、埃等の吸い込みを無くすことができる。

センサの構造がシンプルになり、機械的フリクションがなくなって検出精度が向上した。

以下、本発明の実施例を図１，図２に基に説明する。

スロットルバルブ（即ち絞り弁）としての制御弁１は、支持体（スロットルボディ）２に回動自在に支承された制御弁軸３に固定されている。制御弁軸（スロットルシャフト）３上には、シール部材であるダストシール８及びダストシール９が具備され、ギアカバー５とＯリング４及びスプリングカバー２０とＯリング７を支持体２に装着することで密閉空間Ｓを有する構造とすることができる。この密閉空間は、異物の侵入を防げる構造であるため、制御弁１の実開度を検出するスロットルセンサ１１を密閉空間内に有することにより、その構成部品を基板１１ａとブラシ１１ｂにすることができ、従来のスロットルボディ外着タイプのスロットルセンサに対し部品数が低減されるとともに、機械的ヒステリシス及び電気的ヒステリシスを低減することができる構成となっている。従って、制御弁１を位置制御するときの制御精度を向上させることが達成できる。

また、この密閉空間に制御弁１を減速機２１を介して駆動制御するＤＣモータ１０を有することで、ＤＣモータ１０のリード線１０ａ及びスロットルセンサ１１のリード線11ｃを一つのコネクタ１６に集約することが可能となり、従来製品に対しコネクタ数を低減することができる構成となっている（図１参照）。

図３，図７に従いさらに詳しく説明する。

スロットルシャフト３は、ボディ２（アクルダイキャスト製）に圧入固定されたメタル軸受２６により支承されている。シャフト３はメタル軸受２６から突出する部分を有していて、そこには、シール機構が形成されている。シール機構は、その外周がボディ２の凹所に圧入固定（９ｃ）された金属ブッシュ９（鉄製）を有し、このブッシュ９は、シャフト３の先端に向って延びるスリーブ９ｂを備える。シールゴム９ａはシャフト３の外周とブッシュ９の内周との間に装着される。

ポジションセンサ（スロットルセンサ）１１は、黄銅製金属ブッシュ１１ｃをブッシュ９のスリーブ９ｂの部分に挿通することによって支承されている。摺動子１１ｂは、この金属ブッシュ１１ｃの先端外周部に支承されて、回動可能である。

摺動子１１ｂはその外側面がばね１１ｄで押圧されている。その結果基板１１ａに印刷された導体パターン１１ｆ（図２参照）に摺動子片１１ｇが所望の圧力で接触する。

このばね１１ｄは、爪付きワッシャ２７でスロットルシャフト３の先端に固定されている。

またばね１１ｄは、摺動子１１ｂに設けた係合部１１ｈにより、回転方向に対して係止され、その結果、シャフト３の回転が摺動子１１ｂに伝達される。

基板１１ａはねじ１１ｅでスロットルボディ２にねじ止めされる（図１，図２参照）。

この実施例では、スロットルポジションセンサ１１の導体パターン１１ｆが形成された基板１１ａとシャフト３に取付けられたスロットルポジションセンサ１１の摺動子１１ｂとの位置決めは、メタル軸受２６とシャフト３の相対位置，金属ブッシュ９と金属ブッシュ１１ｃとの相対位置でおおむね決まるが、その中でも重要なファクターであるブッシュ９，１１ｃは、これらが金属性であるという理由で、他の機質の場合と比べて加工精度，組付け精度，経年変化の各点で優れている。

即ち、金属ブッシュ９が圧入される孔はスロットルシャフト３を支承するメタル軸受
２６と同軸に加工され、また、基板１１ａは金属ブッシュ９のスリーブ９ｂに対して同軸に形成された金属ブッシュ１１ｃをこれに嵌合することによって組付けられる。

次に、図２の実施例について以下説明する。

本実施例の場合、密閉空間は、制御弁軸３上のダストシール８及びダストシール９，ギアカバー５とＯリング４，ガスケット１２，スロットルコントロールユニット１７，Ｏリング７とアクセルシャフト２３上にダストシール２２を具備したアクセルカバー６及び支持体２より構成される。

そして、この密閉空間内部に制御弁１の実開度を検出するスロットルセンサ１１，制御弁１を減速機２１を介して駆動制御するＤＣモータ１０，ＤＣモータ１０と減速機２１の切断手段である電磁クラッチ１４，アクセルペダルの踏み込み量に応じて回動するスロットルレバー１９ａの位置を検出するアクセルセンサ１５、及び制御信号やスロットルセンサ１１やアクセルセンサ１５の出力等を演算処理するスロットルコントロールユニット
１７を具備した構成となっている。

スロットルセンサ１１やアクセルセンサ１５は、前述のようにその構成部品を基板11ａとブラシ１１ｂ及び基板１５ａとブラシ１５ｂにすることができ、部品数，機械的ヒステリシス及び電気的ヒステリシスを低減した構成となっている。

また、ＤＣモータ１０のリード線１０ａ，電磁クラッチ１４のリード線１４ａ，スロットルセンサ１１のリード線１１ｃ及びアクセルセンサ１５のリード線１５ｃは、密閉空間内部でスロットルコントロールユニット１７に接続され、コネクタ１８を介して外部とのデータの授受をする構成となっている。これにより、従来製品では、ＤＣモータ１０，電磁クラッチ１４，スロットルセンサ１１，アクセルセンサ１５が各々持っていたコネクタを無くすことができ、また、スロットルコントロールユニット１７からＤＣモータ１０，スロットルセンサ１１，アクセルセンサ１５迄の配線を短くすることができるため、ノイズによる誤動作に対し信頼性を向上することができる構造となっている。またＤＣモータ１０のリード線は減速ギアとは反対側に引き出されるので、ギアの磨耗粉によってＤＣモータ１０のリード線の接続部がショートするといった従来の問題が解消される。

この実施例では、電気系統はすべてギアとは反対側に集められている。これは上記ＤＣモータ１０のリード線と同じ問題を解消する為の工夫である。

図４，図８に従って更に詳しく説明する。

アクセルセンサ１５は以下の通り組立てられる。図２，図８に基づき説明する。

樹脂カバー６にはメタル軸受４８がスロットルシャフト３と同軸になる様に位置付けられて固定されている。メタル軸受４８にはアクセルシャフト２３が支承されている。アクセルシャフト２３の一端（カバー６の外方に延びる側）にはスロットルレバー１９ａとアクセルレバー１９が固定されている。

尚、アクセルレバー１９ａはスロットルレバー１９にスポット溶接で固定されている。アクセルレバー１９ａはペダルに連結されたワイヤが巻き付けられ、ペダルの踏み込みによってワイヤが引かれアクセルレバー１９ａが回転する。それによってアクセルレバー
１９ａに固定されているスロットルレバー１９が回転しアクセルシャフト２３が回転する。

スロットルレバー１９ａとカバー６との間にはワッシャ２３ａが配置され、カバー６とスロットルレバー９ａとの間のスラスト荷重を受けている。このワッシャ２３ａとメタル軸受４８との間には環状のシールゴム２２がシャフト２３の外周に接触する様にして、カバー６の環状凹所に配置されている。

カバー６はメタル軸受４８の長手方向に沿ってスペースＳに突出する筒状スリーブ６ａを有する。

アクセルセンサ１５の基板１５ａの中心には金属ブッシュ１５ｃが取付けられており、このブッシュ１５ｃがカバー６の筒状スリーブ６ａの外周に挿通される。このブッシュ
１５ｃは、基板１５ａの表面からアクセルシャフト２３に沿ってスペースＳ方向に突出するスリーブを有し、そこにアクセルセンサ１５の摺動子１５ｂが嵌め込まれている。

アクセルシャフト２３の他端に形成されたねじ２３ｃにはワッシャ２３ｂ，ばね１５ｄ，コネクティングプレート４０，ワッシャ３９が順次嵌装され、ナット３８を最後にねじ２３ｃに締付けて、これらをシャフ２３に保持している。

この時ばね１５ｄは摺動子１５ｂに所望の軸方向の押圧力を付与する。またばね１５ｄは摺動子１５ｂに設けた係止部１５ｈによって係止され回転方向には摺動子１５ｂと一緒に回転する。この結果アクセルシャフト２３の回転は摺動子１５ｂに伝達され、摺動子片１５ｇ（図４参照）が基板１５ａの導体パターン１５ｆ上を摺動する。

基板１５ａはねじ１５ｅによってカバー６のスペースＳ側内壁面にねじ止め固定される。

コネクティングプレート４０は、ロストモーション機構Ｍ₁ を介して、スロットルシャフト３のスロットルセンサ１１側の端部（基板１７の孔１７ａを貫通して延びる）に連結されている。

かくして、アクセルセンサ１５は、アクセルシャフト２３に対して同心的に精度よく組付けられる。

また、アクセルペダルが所定位置まで踏み込まれると、ロストモーション機構Ｍ₁ を介してアクセルシャフト２３の回転力がスロットルシャフト３に伝達される。従ってＤＣモータ１０が故障して回転しなくなった際は、アクセルペダルを強く踏み込めば、機械的にスロットルバルブ１を開くことができ、モータが故障しても走行は維持できる。

この機能は謂所フェイルセーフ機能である。

次に図６に従ってギアによるモータの回転力の伝達メカニズムを説明する。

ＤＣモータ１０のシャフトの端部には、ギア２３ａが固定されている。ギア２３ａはスロットルボディ２とカバー５によって支承されるシャフト２１ａに固定された中間ギア
２５と噛み合っている。中間ギアはこれと一体に形成された小径ギア２２を有しており、この小径ギアはスロットルシャフト３の端部に固定されたギア２１と噛み合っている。これによりＤＣモータ１０の回転は減速され（トルクは増幅され）、スロットルバルブ１の開閉に必要な回転力と回転速度が得られる。

ギア２１は半月状に形成されており、その切欠き端面は、スロットルバルブ１の全閉位置真近でストッパ４７に衝突するように構成されている。

電気的に制御される範囲では、スロットルバルブ１の全閉位置は、このストッパ４７にギアが接触しない位置になる様に設定されている。電気的制御が解除されるとスロットルバルブ１は、ギア２１がストッパ４７に当接するところまで、回転してそこが機械的な全閉位置となる。

この機械的全閉位置までスロットルバルブが回動して来た時の大きな慣性力を受け止めることができるように、ストッパ４７は、スロットルボディ２の取付座２ｅに強固にねじ止め固定されている。その位置は、調整できる様にストッパ４７はねじで構成されている。

次に、図５Ｂ，５Ａに従いスロットルコントロールユニット１７ｅを詳しく説明する。ユニット１７の構成は図５Ａ，５Ｂに示されている。ユニット１７にはマイクロコンピュータが取付けられており、その端子１１ｃ′，１５ｃ′には、スロットルセンサ１１及びアクセルセンサ１１からの信号線１１ｃ，１５ｃ及びクラッチ制御回路，モータ制御回路への信号線（図示せず）が接続されている。モータ制御回路の出力端子１０ａ′，クラッチ制御回路の出力端子１４ａ′にはそれぞれクラッチ１４のリード線１４ａとＤＣモータ１０のリード線１０ａが接続されている。

この様に、クラッチ，モータのリード線は、ユニット１７で中継され、コネクタ１８を介して外部電源へ接続される。

またスロットルセンサ，アクセルセンサの信号は、マイクロコンピュータを介してコネクタ１８に送られ、外部へ出力される。

更に、図１及び図２において、制御弁軸を支承する支持体２に水抜き，空気抜き孔１３を設けるとこの孔の作用により、スロットルセンサ１１，アクセルセンサ１５の結露を防止することができ、また、密閉空間内外の圧力差を無くすことにより水等の吸い込みを無くす構造となっている。

密閉空間を構成するカバー５にギアシャフト２１Ａの軸受２４とストッパ２４Ａを有する構造とすることで、減速機を構成する一つの部品であるギア２５のスラスト位置を規制し、従来のＥリング等で止める方法から部品数を低減した構造となっている。またギアシャフトの回転も樹脂カバー５との接触でスムースになる。カバー５，６，２０の材質は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）にグラスウール３０％を混入したものを使用した。

本発明になる内燃機関の絞り弁制御装置の断面図。 本発明になる内燃機関の絞り弁制御装置の別の実施例の断面図。 図１のセンサ部の分解斜視図。 図２のセンサ部の分解斜視図。 （Ａ）：図２のコントロールユニットの詳細図、（Ｂ）：（Ａ）の正面図。 図１，図２のギア部の詳細図。 図１，図２のスロットルセンサ部の詳細図。 図２のアクセルセンサ部の詳細図。

符号の説明

１…制御弁（スロットルバルブ）、２…支持体（スロットルボディ）、３…制御弁軸
（スロットルシャフト）、４，７，１２…Ｏリング、５…ギアカバー、６…アクセルカバー、８，９，２２…ダストシール、１０…ＤＣモータ、１０ａ，１１ｃ,１４ａ,１５ｃ…リード線、１１…スロットルポジションセンサ、１１ａ，１５ａ…基板、１１ｂ，１５ｂ…摺動子（ブラシ）、１３…水抜き兼空気抜き孔、１４…電磁クラッチ、１５…アクセルセンサ、１６，１８…コネクタ、１７…スロットルコントロールユニット、１９…スロットルレバー、２０…カバー、２３…アクセルシャフト。

Claims (4)

1. スロットルボディに回転可能に支持されたスロットルシャフト、
   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、
   前記スロットルシャフトに並列に且つ前記スロットルバルブに近接して前記スロットルボディに取り付けられたモータ、
   前記モータで回転駆動される前記スロットルシャフトの回転角度を検出するスロットルセンサ、
   前記スロットルセンサと外部装置とを電気的に接続するためのコネクタを備えたカバー部材を備え、
   該カバー部材は、前記スロットルボディの一側に固定され、
   前記スロットルセンサは、前記カバー部材と前記スロットルボディとの間に形成される密閉空間に配置され、
   前記スロットルセンサの配線と前記モータの配線は、前記密閉空間に導出され、前記カバー部材に備わる前記コネクタに該カバー部材の内側で集約されていることを
   特徴とするモータ駆動式のスロットルバルブ装置。
2. 請求項１に記載したスロットルバルブ装置において、前記スロットルボディには、前記密閉空間と外部とを連通させる孔が設けられているモータ駆動式のスロットルバルブ装置。
3. 請求項１又は２に記載したスロットルバルブ装置において、前記コネクタが前記スロットルシャフトよりモータに近い位置に設けられているモータ駆動式のスロットルバルブ装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載したスロットルバルブ装置において、前記スロットルバルブと前記モータとを隔てるスロットルボディの壁部よりモータ寄りに前記コネクタが位置するモータ駆動式のスロットルバルブ装置。

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