JPH0749778B2 - アクチユエータ付スロツトル機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスロツトルバルブの開閉制御に使用されるスロ
ツトル機構に係り、特にアクチユエータの駆動力を用い
てスロツトルバルブの開閉を行なうスロツトル機構に関
するものである。

〔従来の技術〕

近年、車両の内燃機関の分野では、例えばタンデム式の
スロツトル装置のように、２個のスロツトルバルブを吸
気系の流れ方向に縦列に並設し、一方のスロツトルバル
ブ（主スロツトルバルブ）をアクセルペダルに連動さ
せ、他方のスロツトルバルブ（副スロツトルバルブ）を
アクチユエータで駆動させる方式の装置が実用化されて
いる。タンデム式スロツトル装置の従来例としては、例
えば特開昭61−129432号公報等に開示されたものがあ
る。

この種のスロツトル装置は、運転者がアクセルペダルの
操作で主スロツトルバルブの開閉制御を行なうと同時
に、副スロツトルバルブがエンジン制御ユニツトからの
指令に基づくアクチユエータにより開閉制御されるもの
で、例えば、エンジン出力制御に副スロツトルバルブを
併用することでエンジン吸入空気量を目標値に補正制御
し、空燃比制御精度を高めたり、その他にも、スリツプ
運転制御（トラクシヨン制御）をスリツプ状態に応じて
副スロツトルバルブの開閉制御により行なつたり、クル
ーズコントローラ（定速走行制御）を行なう等の種種の
利点を有する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前述した如くスロツトルバルブをアクチユエ
ータを用いて開閉制御する場合には、一般に、アクチユ
エータ（モータ）のシヤフトとスロツトルバルブのスロ
ツトルシヤフトとを歯車を介して連結し、モータの回転
駆動力を歯車を介してスロツトルシヤフトに伝達するこ
とで行なわれる。この場合、例えばスロツトルバルブを
モータの高速駆動力で急開閉制御すると、モータ自身の
駆動力に起因してモータシヤフト及びスロツトルシヤフ
トに衝撃トルクが発生する。そして、このバルブ急開閉
時にスロツトルシヤフトがストツパを介して開閉定位置
に停止すると、何らの配慮がなければこの衝撃トルクが
スロツトル機構の歯車，リターンスプリング，スロツト
ルアクチユエータ等に加わる。

また、アクチユエータが故障した場合には、リターンス
プリングによりスロツトルバルブが開位置に戻される
が、この場合にも、リターンスプリングのばね力によ
り、スロツトルシヤフト，モータシヤフトに衝撃トルク
が生じ、この衝撃トルクが上記同様に歯車，リターンス
プリング、スロツトルアクチユエータ等に加わる。特に
モータを小形化するためには、ギヤ比を上げることが不
可欠であるが、このようにすると、リターンスプリング
によるスロツトルバルブ戻し時にモータシヤフトの回転
が増速してしまい、歯車やリターンスプリング等に受け
る慣性エネルギーが大きく、衝撃トルクも大きくなる。

しかして、これらの衝撃トルクは、歯車，リターンスプ
リング，スロツトルアクチユエータ等の機械部品の疲労
を与えひいては、損傷を発生させる原因ともなり得るた
め、何らかの配慮が望まれている。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、アクチユエータにより駆動されるス
ロツトルバルブにおいて、スロツトルバルブの急開閉動
作に起因する衝撃トルクを逃がして歯車，リターンスプ
リング，スロツトルアクチユエータ等の機械部品の疲労
軽減，損傷防止を図り得るスロツトル機構を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の特徴を、第１図の実施例の符号を引用して説明
すると、 スロットル電子制御系のスロットルアクチュエータとな
るモータ13を備え、そのモータシャフト13aとエンジン
吸気系のスロットルシャフト3bとをこれらのシャフト一
端に設けた動力伝達用歯車4,5を介して結合して、スロ
ットルバルブ２を開閉制御するアクチュエータ付スロッ
トル機構において、 前記スロットルバルブ２は、全閉，全開位置にくるとス
ロットルシャフト3b一端に固定したストッパ６がスロッ
トルチャンバ９に設けた係止部材15に当接してその全閉
〜全開範囲が規定され、 且つ前記動力伝達用歯車4,5のうち前記スロットルシャ
フト3b側に装着される歯車４が該スロットルシャフト3b
一端にトルクリミッタ20を介して嵌装され、このトルク
リミッタ20により、前記ストッパ６が衝撃トルクを伴っ
て前記係止部材15に当接した時に前記スロットルシャフ
ト3b側の歯車４が該スロットルシャフト3b上で周方向に
滑り動作するよう設定した点にある。

上記構成によれば、アクチュエータ（モータ）13により
スロットルバルブ２を開閉制御する場合には、モータ13
の動力が歯車4,5及びトルクリミッタ20を介してスロッ
トルシャフト3bに伝達されることで行なわれる。スロッ
トルバルブ２は、全閉，全開位置にくるとスロットルシ
ャフト3b一端に固定したストッパ６がスロットルチャン
バ９に設けた位置規制用の係止部材15に当接してその全
閉〜全開範囲が規制される。

そして、スロットルバルブ２が急閉或いは急開する時に
は、モータ13自身の駆動力或いはリターンスプリング等
の力でスロットルシャフト3b,モータシャフト13a等に衝
撃トルクが生じるが、その場合、次のように対処され
る。

すなわち、スロットルシャフト3bのストッパ６が位置規
制用の係止部材５に当接して該スロットルシャフト3bが
制止された時点で、スロットルシャフト3b側の歯車４が
衝撃トルクに伴う慣性によりトルクリミッタ20を介して
シャフト3bを滑り動作（シャフト3bに対する相対回転）
する。

その結果、モータシャフト13a側の歯車５及びモータシ
ャフト13aも連動するので、この一連動作を介して衝撃
トルクを逃がす緩衝作用がなされ、スロットル機構要素
たる歯車，アクチュエータ，リターンスプリング等の機
械的疲労を軽減し、これらの機械部品の損傷を有効に防
止することができる。

〔作用〕 このような構成よりなる本発明によれば、アクチユエー
タによりスロツトルバルブを開閉制御する場合には、モ
ータの駆動力が歯車及びトルクリミツタを介してスロツ
トルシヤフトに伝達されることで行なわれる。また、ス
ロツトルバルブが開閉定位置まで回転すると、スロツト
ルシヤフトに固定したストツパが位置決め要素に係止
し、スロツトルシヤフト及びスロツトルバルブの回転が
制止される。そして、スロツトルバルブの急開閉時等に
モータ自身の駆動力或いはリターンスプリング等の力で
スロツトルシヤフト，モータシヤフト等に衝撃トルクが
生じた場合には、スロツトルシヤフトの回転が、ストツ
パで制止された時点で、スロツトルシヤフト側の歯車要
素が衝撃トルクによりトルクリミツタを介してスロツト
ルシヤフトに対し相対的に回転する。その結果、モータ
シヤフト側の歯車及びモータシヤフトも連動するので、
この一連の動作を介して衝撃トルクを逃がす（吸収緩和
する）ことができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第２図は
本実施例の縦断面図、第３図は第１図のＡ−Ａ断面図、
第４図は本実施例の適用対象となるタンデム式スロツト
ルバルブの制御システム図で、特に車両の加速スリツプ
制御を行なうトラクシヨン制御システムを表わしてい
る。

先ず、本実施例の説明に先立ち第４図に基づきタンデム
式スロツトルバルブの制御システムの一例を説明する。

図中、９はスロツトルチヤンバで、スロツトルチヤンバ
９の内部にアクセルペダルに連動する主スロツトルバル
ブ１と、スロツトルアクチユエータ（モータ）13により
駆動される副スロツトルバルブ２が吸気の流れ方向に対
しタンデム状に並置されている。副スロツトルバルブ２
は、主スロツトルバルブ１の上流又は下流のいずれかに
配置されるもので、本例では、主スロツトルバルブ１の
上流側に配置される。

16はエンジン、17はエンジン制御用のコントロールユニ
ツト、18a,18bは主，副のスロツトルバルブ1,2の夫々の
開度を検出するためのスロツトルセンサ、19はエアクリ
ーナ、30は四輪の各車輪速度を検出するためのセンサで
ある。しかして、本システムは、アクセルペダルで主ス
ロツトルバルブ１が開閉制御されて運転が実行され、ま
たスロツトルセンサ18a,18bや各車輪速センサ30からの
各種検出信号が電子制御ユニツト17に入力される。電子
制御ユニツト17は、これらの検出信号に基づき車両のス
リツプの有無や程度と判別し、スリツプを抑えるエンジ
ントルクとなるようにスロツトルアクチユエータ13に指
令信号を与えて、副スロツトルバルブ２が開閉、開度制
御される。

次に上記制御システムに用いるスロツトル機構の詳細を
第１図ないし第３図に基づき説明す。先ず第２図でスロ
ツトル機構の全体構成を説明する。既述したように、１
は主スロツトルバルブ、２は副スロツトルバルブで、各
スロツトルバルブは、夫々のスロツトルシヤフト3a,3b
に固定されている。スロツトルシヤフト3a,3bは、主，
副のスロツトルバルブ1,2をスロツトルチヤンバ９にタ
ンデム状に配置しつつ、スロツトルチヤンバ９を貫通
し、軸受８を介して回転可能に支持される。スロツトル
シヤフト3aは、ワイヤ機構（図示せず）を介してアクセ
ルペダルに連結される。

スロツトルシヤフト3bは、その一端に歯車要素（大歯
車）４が後述するトルクリミツタ20（第１図に示す）を
介して結合されると共に、ストツパ６がナツト７の締付
けにより固定される。

13はスロツトルアクチユエータたるモータで、モータ13
のシヤフト13aにピニオン５が固着され、ピニオン５と
大歯車４とが噛合うことにより、モータの出力伝達系た
る歯車機構が構成される。

また、スロツトルシヤフト3bの他端に、リターンスプリ
ング12が装着されている。このリターンスプリング12
は、副スロツトルバルブ２を開方向に付勢するものであ
る。

ここで、本実施例の要部となるスロツトル機構の歯車4,
トルクリミツタ20,スロツトルシヤフト3b等の結合構
造、及びストツパ６の取付構造を第１図に基づき説明す
る。

第１図に示す符号の21〜26はトルクリミツタ20の構成要
素を示すもので、スロツトルシヤフト3bの一端３′ｂ
は、第３図に示すようにＤカツトされ、このＤカツト部
にフランジ形フリクシヨン部21′を有するフリクシヨン
カラー21が嵌合固定される。フリクシヨンカラー21の胴
部は、フランジ付根近くの一部21aが円筒形を呈し、残
り21bはＤカツトされているもので、カラー21の円筒形
胴部21aに円形のフリクシヨンプレート22及び大歯車４
がフリクシヨンカラー21,スロツトルシヤフト3bに対し
相対的に回転できるように嵌装されている。フリクシヨ
ンプレート22は、大歯車４とフランジ形フリクシヨン部
21′との間に挟み込まれている。大歯車４は、内部の一
部を空洞化して空間Ｇを確保してある。

また、フリクシヨンカラー21のＤカツト胴部21bには、
フリクシヨンプレート23が大歯車４の空洞Ｇに位置する
ようにして嵌合固定され、更にスロツトルシヤフト3bの
一端Ｄカツト部３′ｂには、これらのフリクシヨン要素
21,22,23を嵌装した後で、フリクシヨンプレート24,ス
トツパ6,締付ナツト７が順に嵌合固定される。フリクシ
ヨンプレート23,24間には、スプリング25,26が２重に嵌
装される。スプリング25,26の押圧力はナツト７の締付
により調整され、このスプリング25,26の押圧力を受け
て、フリクシヨン要素21′,22及び23と大歯車４とが圧
接し合う。14はシール部材である。

15は副スロットルバルブ２の全閉，全開位置を規定する
位置決め用ボルト（係止部材）で、ストッパ６と共働し
て副スロツトルバルブ２が全閉（アイドル開度）から全
開に至るまでの角度90゜の範囲で回転するように規制す
る。具体的には、ストツパ６は、第３図に示すように、
90゜間隔で配設された一対のストツパ片6a,6bとで構成
され、また位置決め用ボルト15も一対のボルト15a,15b
とで構成され、副スロツトルバルブ２が全開位置で、例
えばストツパ片6aが位置決め用ボルト15aに係止し、副
スロツトルバルブ２が全閉位置で、ストツパ片6bが位置
決め用ボルト15bに係止し、このようにしてスロツトル
シヤフト3b及び副スロツトルバルブ２の回転範囲が規制
される。

次に本実施例の動作について説明する。

本実施例では、スロツトルシヤフト3b側に嵌装された大
歯車４がトルクリミツタ20のフリクシヨン要素21,22,23
と摩擦係合することで、大歯車４とスロツトルシヤフト
3bとが結合するもので、モータ13の駆動力は、ピニオン
5,大歯車４及びフリクシヨン要素21,22,23を介してスロ
ツトルシヤフト3b側に伝達される。モータ13は、電子制
御ユニツト17からの開閉指令信号を受けて駆動制御さ
れ、これに伴いスロツトルシヤフト3bも回転して副スロ
ツトルバルブ２が開閉制御される。また、副スロツトル
バルブ２が、全開，全閉の開閉定位置まで回転すると、
スロツトルシヤフト3bに固定したストツパ６のいずれか
の要素6a,6bが位置決めボルト15a,15bのいずれかに係止
して、スロツトルシヤフト3bひいては副スロツトルバル
ブ２の回転が制止される。

この場合、例えばスロツトルバルブ２をモータ13の高速
駆動力で急開閉制御すると、モータ13自身の駆動力に起
因してモータシヤフト13a及びスロツトルシヤフト3bに
衝撃トルクが発生する。また、モータ13が故障した場合
には、リターンスプリング12が作動して、そのばね力で
スロツトルシヤフト3bを所定の方向に回転させて、副ス
ロツトルバルブ２を全開状態とするが、この場合にも、
ばねによる回転力で、スロツトルシヤフト3b,モータシ
ヤフト13aに衝撃トルクが発生する。

本実施例では、このような衝撃トルクが生じた場合、ス
ロツトルシヤフト3bの回転がストツパ６と位置決めボル
ト15との作用で制止された時点で、大歯車４が衝撃トル
クの力によりフリクシヨンカラー21上を滑り回転する。
すなわち、大歯車４は衝撃トルクに対応してスロツトル
シヤフト3bに対し相対的な回転を行なう。その結果、モ
ータシヤフト側のピニオン５及びモータシヤフト13aを
連動するので、この一連の回転動作を介して衝撃トルク
を逃がすことができる。

従つて、本実施例によれば、衝撃トルクが生じても、ス
ロツトル機構の歯車，アクチユエータ，リターンスプリ
ング等の機械疲労を軽減し、これらの機械部品の損傷を
有効に防止できる。また、大歯車４は一部を空洞化する
ので大歯車の軽量化を図り、その結果、トルクリミツタ
20を組込んだとしても、スロツトルシヤフト3bの慣性ト
ルクを小さくできるので、モータの小形化を図り得、し
かも、トルクリミツタ要素の一部を大歯車４内に組込め
るので、トルクリミツタ取付スペースをさ程要さず、装
置全体の小形化を図ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、アクチユエータ式スロツ
トル機構において、スロツトルバルブの急開閉時等に衝
撃トルクが生じても、この衝撃トルクを逃がすことがで
きるので、スロツトル機構要素たる歯車，アクチユエー
タ，リターンスプリング等の機械的疲労を軽減し、これ
らの機械部品の損傷を有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第２図は
上記実施例の縦断面図、第３図は第１図のＡ−Ａ断面
図、第４図は上記実施例が適用されるスロツトル制御シ
ステムの構成図である。 ２……スロツトルバルブ、3b……スロツトルシヤフト、
4,5……歯車、６……ストツパ、13……モータ、13a……
モータシヤフト、15……位置決め要素、20……トルクリ
ミツタ、21〜26……トルクリミツタ要素。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星 喜一 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所佐和工場内 (72)発明者 高野 喜也 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所佐和工場内 (72)発明者 中村 庸蔵 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 (72)発明者 田中 直行 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 昭59−128934（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−27937（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−32437（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スロットル電子制御系のスロットルアクチ
   ュエータとなるモータ（13）を備え、そのモータシャフ
   ト（13a）とエンジン吸気系のスロットルシャフト（3
   b）とをこれらのシャフト一端に設けた動力伝達用歯車
   （4,5）を介して結合して、スロットルバルブ（２）を
   開閉制御するアクチュエータ付スロットル機構におい
   て、 前記スロットルバルブ（２）は、全閉，全開位置にくる
   とスロットルシャフト（3b）一端に固定したストッパ
   （６）がスロットルチャンバ（９）に設けた係止部材
   （15）に当接してその全閉〜全開範囲が規定され、 且つ前記動力伝達用歯車（4,5）のうち前記スロットル
   シャフト（3b）側に装着される歯車（４）が該スロット
   ルシャフト（3b）一端にトルクリミッタ（20）を介して
   嵌装され、このトルクリミッタ（20）により、前記スト
   ッパ（６）が衝撃トルクを伴って前記係止部材（15）に
   当接した時に前記スロットルシャフト（3b）側の歯車
   （４）が該スロットルシャフト（3b）上で周方向に滑り
   動作するよう設定して成ることを特徴とするアクチュエ
   ータ付スロットル機構。