JPH11132058A

JPH11132058A - 内燃機関のスロットル弁制御装置

Info

Publication number: JPH11132058A
Application number: JP29917297A
Authority: JP
Inventors: Mikio Nozaki; 幹生野崎
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単かつ軽量・コンパクトで低コストな構成に
より、フェールセーフ機能やリンプホーム機能を良好に
奏することができる内燃機関のスロットル弁制御装置を
提供すること。【解決手段】スロットル制御系に異常が生じた場合に
は、スイッチング回路１１をブラシ２ｃ側に切り替え
る。これにより、電動モータ２を駆動し続けても、ブラ
シ２ａと２ｃの間に、切り欠き部Ｘがある場合にしか、
電動モータ２には回転力が発生しなくなる。従って、異
常発生時にスロットル弁１が急激に開方向に誤作動され
ることを防止することができるので、異常発生時におけ
る安全性（フェールセーフ機能）を確実に確保すること
ができる。また、異常発生後、例えば、一旦スロットル
弁１が全閉状態とされると、全閉状態を含む狭い通電範
囲内でのみ、スロットル弁１の開度制御が可能となるの
で、スロットル弁１の誤作動を防止しつつ、リンプホー
ム機能を確保することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スロットル弁を電
動モータにより電気的に制御する内燃機関のスロットル
弁制御装置に関し、詳しくは、スロットル制御系の異常
時におけるフェールセーフ機能やリンプホーム機能を備
えた内燃機関のスロットル弁制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、内燃機関の吸気通路
等にスロットル弁（スロットルバルブ）を介装し、運転
者のアクセル操作量等に基づいて制御回路において演算
される駆動信号により電動モータを駆動し、その駆動力
により歯車伝達機構等を介して前記スロットル弁を回動
させることで、運転者のアクセル操作とは独立して、前
記スロットル弁の開度を調整可能にしたものがある（図
１０参照）。

【０００３】そして、上記のような装置において、スロ
ットル開度情報を検出するためのスロットル開度セン
サ、アクセル操作情報を検出するためのアクセルセンサ
や、アクセル全閉情報を検出するためのアクセルスイッ
チ、制御回路等からなるスロットル制御系に何らかの異
常があった場合には、従来は、例えば、特開平６−２６
４８０４号公報や特開平９−４４７５号公報に開示され
るようにして、フェールセーフ機能やリンプホーム機能
（最小限のエンジン出力を確保して整備工場等への自走
搬入を可能にする機能）を持たせていた。

【０００４】即ち、特開平６−２６４８０４号公報に開
示されるものでは、スロットル弁をバイパスして機関に
吸気を導くためのバイパス通路と、そのバイパス通路の
流路面積を制御するバイパス弁と、を備え、スロットル
制御系異常時には、スロットル弁制御を停止してフェー
ルセーフ機能を確保しつつ、前記バイパス弁の開度調整
によってリンプホーム（バックアップ）機能を確保する
ようにしている。

【０００５】また、特開平９−４４７５号公報に開示さ
れるものでは、少なくとも１つの副エアーギャップを介
して２つの磁極片が主エアーギャップを形成し、前記主
エアーギャップ内には駆動軸と一体に移動する永久磁石
からなる移動体を配設し、前記２つの磁極片を磁気的に
連結する連結磁路には、少なくとも３つの励磁コイルを
備え、前記１つの励磁コイルは、他の励磁コイルと異な
る極性で制御可能な構成とし、１つの励磁コイルや駆動
装置に異常があった時には、残りのコイルで、起磁力の
相殺や代替を行なわせるようにすることで、フェールセ
ーフ機能やリンプホーム機能を持たせるようにしてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の手法では、バイパス通路やバイパス弁を備える必要
があったり、少なくとも３つの励磁コイルを備える必要
があるため、装置が大型化し、装置の小型化・軽量化等
を図ることができないと言った惧れがある。また、シス
テムが複雑化し、低コスト化が図れないと言った惧れも
ある。

【０００７】本発明は、かかる従来の実情に鑑みなされ
たもので、スロットル弁を電動モータにより電気的に制
御する内燃機関のスロットル弁制御装置であって、簡単
かつ軽量・コンパクト、なおかつ、低コストな構成であ
りながら、フェールセーフ機能やリンプホーム機能を良
好に奏することができる内燃機関のスロットル弁制御装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の発明では、スロットル弁の開度を電動モータにより
電気的に制御するようにした内燃機関のスロットル弁制
御装置であって、異常時において、前記電動モータの回
転力を、スロットル弁の開度に応じて断続的に発生させ
るようにした。

【０００９】請求項２に記載の発明では、図１に示すよ
うに、スロットル弁の開度を電動モータにより電気的に
制御するようにした内燃機関のスロットル弁制御装置で
あって、異常時において、前記電動モータの回転力を、
スロットル弁の開度に応じて断続的に発生させる異常時
スロットル弁制御手段を含んで構成するようにした。

【００１０】請求項１や請求項２に記載の発明によれ
ば、異常時には、電動モータの回転力を、スロットル弁
の開度に応じて断続的に発生させることになるから、電
動モータによるスロットル弁の開度制御には、その開度
に応じて、制御可能な範囲と、制御不可能な範囲と、が
交互に現れることになる。即ち、異常時において、電動
モータを駆動し続けても、スロットル弁の開度制御可能
な範囲は、最小開度から最大開度まで許容されるのでは
なく、所定範囲に狭く制限されることになるので、異常
時に急激にスロットル弁が開弁されることがないので、
異常発生時における安全性（フェールセーフ機能）を確
実に確保することができる。

【００１１】更に、本発明によれば、運転者がアクセル
を踏んでいる場合には、異常発生時であっても、ステッ
プ的で比較的狭い範囲ではあるが、スロットル弁開度制
御が可能となるので、例えば、異常発生時に運転者がア
クセルを踏んでいても急激にスロットル弁を閉弁させる
ようにしたものに比べ、運転者の意志に反した急減速な
どを抑制することができる。

【００１２】また、本発明によれば、異常発生後、例え
ば、一旦スロットル弁が全閉状態とされると、全閉状態
を含む狭い範囲内でのみ、スロットル弁の開度制御を可
能とすることもできるので、スロットル弁の誤作動を防
止しつつ（フェールセーフ機能を確保しつつ）、リンプ
ホーム機能を確保することができる。なお、本発明で
は、上記作用効果を、簡単かつ軽量・コンパクト、なお
かつ、低コストな構成で達成することができる。

【００１３】請求項３に記載の発明では、前記異常時ス
ロットル弁制御手段を、前記電動モータに回転力を発生
させるためのコイルの一端に接続されると共に電源に接
続されるブラシと、前記コイルの他端に接続されると共
に接地されるブラシと、が、前記電動モータの回動軸に
取り付けられる整流子片のうちの一の整流子片に共に接
触する前記回動軸の回転角度幅が、前記各ブラシが夫々
異なる整流子片に接触する前記回動軸の回転角度幅よ
り、大きくなるように、異常時において、前記ブラシ位
置を切り替える或いは変更する手段として構成した。

【００１４】かかる構成とすれば、使用するブラシを切
り替えたり、ブラシの位置を変更（移動）したりすると
いう簡単な構成で、異常時に、電動モータの回転力を、
スロットル弁の開度に応じて断続的に発生させること、
延いては請求項１や請求項２に記載の発明と同様の作用
効果を奏することが可能となる。請求項４に記載の発明
では、前記異常時スロットル弁制御手段を、異常時にお
いて、スロットル弁の動作に関連する回転軸の周囲に、
回転方向に対して交互に導体と絶縁体とを配設し、前記
回転軸の回転によって前記導体と前記絶縁体とに交互に
接触可能で且つ電源へ接続されるブラシと、前記回転軸
の回転によって前記導体と前記絶縁体とに交互に接触可
能で且つ電動モータへ接続されるブラシと、を介して、
前記スロットル弁の動作に関連する回転軸の回転角度位
置延いてはスロットル弁の開度に応じて、断続的に前記
電動モータへ電力を供給する手段として構成した。

【００１５】かかる構成とすれば、異常時に、電動モー
タへの通電・非通電を切り替えることで、電動モータの
回転力を、スロットル弁の開度に応じて断続的に発生さ
せることが可能となる。このため、請求項１や請求項２
に記載の発明と同様の作用効果を奏することができるう
えに、請求項３に記載のもの（電動モータへの通電を制
御するのではなく、電動モータの回転力そのものを制御
するもの）に比べて、比較的簡単な構成で、電動モータ
の回転力を発生させる範囲（発生させない範囲）等を自
由に設定することが可能となる。

【００１６】請求項５に記載の発明では、前記異常時ス
ロットル弁制御手段を、異常時において、運転者がアク
セルペダルを全閉状態にしたときには、前記電動モータ
の回転力を強制消滅させてスロットル弁を最小開度へ戻
すと共に、該最小開度を含む所定スロットル弁開度範囲
内で、前記断続的に発生される電動モータの回転力が発
生されるように構成するようにした。

【００１７】かかる構成とすれば、運転者がアクセルを
踏んでいる場合には、異常発生時であっても、ステップ
的で比較的狭い範囲ではあるが、スロットル弁開度制御
が可能となるので、例えば、異常発生時に運転者がアク
セルを踏んでいても急激にスロットル弁を閉弁させるよ
うにしたものに比べ、運転者の意志に反した急減速など
を抑制することができると共に、異常発生後、例えば、
一旦スロットル弁が全閉状態とされると、全閉状態を含
む狭い範囲内でのみ、スロットル弁の開度制御を可能と
することもできるので、スロットル弁の誤作動を防止し
つつ（フェールセーフ機能を確保しつつ）、リンプホー
ム機能を確保することができる。

【００１８】なお、前記最小開度を、デフォルト開度
（機関始動時においてアクセルを踏み込まなくても始動
できるような開度）とすれば、運転者の意志を尊重しつ
つ、なおかつ、始動性やアイドル運転性等を確保しなが
ら、フェールセーフ機能とリンプホーム機能を確保する
ことが可能となる。請求項６に記載の発明では、前記異
常時スロットル弁制御手段を、異常時において、スロッ
トル開度センサにより検出されるスロットル弁の開度の
現在値と、運転状態に基づいて演算される目標スロット
ル弁開度のうち小さい方の開度より小さな開度であっ
て、前記断続的に発生される電動モータの回転力により
制御可能なスロットル弁の開度範囲内の値を、異常時目
標スロットル弁開度として設定し、該異常時目標スロッ
トル弁開度が得られるようにスロットル弁を制御する手
段を含んで構成するようにした。

【００１９】かかる構成とすれば、異常時であっても、
比較的運転者の意志に近い範囲内で、スロットル弁を制
御可能とすることができる。また、運転者の意志に近い
スロットル開度ではあるが、前記断続的に発生される電
動モータの回転力により制御可能なスロットル弁の開度
範囲外に、目標スロットル弁開度が設定されてしまう惧
れを排除できるので、スロットル弁の制御可能な範囲
と、不可能な範囲と、の間で、スロットル弁開度にハン
チングが生じるなどの惧れを排除することができる。

【００２０】請求項７に記載の発明では、前記異常時目
標スロットル弁開度が、該当する前記断続的に発生され
る電動モータの回転力により制御可能なスロットル弁の
開度範囲内における最大開度より所定開度小さな開度に
設定されるようにした。かかる構成とすれば、より一
層、スロットル弁の制御可能な範囲と、不可能な範囲
と、の間で、スロットル弁開度がハンチングすると言っ
た惧れを排除することができる。

【００２１】請求項８に記載の発明では、前記異常時目
標スロットル弁開度に対応する前記断続的に発生される
電動モータの回転力により制御可能なスロットル弁の開
度範囲が、アイドル運転状態を含む開度範囲でない場合
には、前記異常時目標スロットル弁開度は、該当する前
記断続的に発生される電動モータの回転力により制御可
能なスロットル弁の開度範囲内の一定値に設定されるよ
うにした。

【００２２】かかる構成とすれば、異常時であっても、
アイドル運転中は、エンジンハンチング・エンジンスト
ール等の発生を良好に抑制しながら、各要求（外部負荷
変動など）に応じたアイドル運転を行なわせることがで
きる一方、エンジンハンチング・エンジンストール等の
発生の惧れの少ない（アイドル運転以外の）運転領域で
は、スロットル弁の開度が、スロットル弁の開度範囲内
の一定値に制御されるので、スロットル弁の制御可能な
範囲と、不可能な範囲と、の間で、スロットル弁開度が
ハンチングすると言った惧れを抑制しながら、簡単な構
成で、良好な運転性を確保することができる。

【００２３】

【発明の効果】請求項１や請求項２に記載の発明によれ
ば、異常時には、電動モータの回転力を、スロットル弁
の開度に応じて断続的に発生させることになるから、電
動モータによるスロットル弁の開度制御には、その開度
に応じて、制御可能な範囲と、制御不可能な範囲と、が
交互に現れることになる。

【００２４】即ち、異常時において、電動モータを駆動
し続けても、スロットル弁の開度制御可能な範囲は、最
小開度から最大開度まで許容されるのではなく、所定範
囲に狭く制限されることになるので、異常時に急激にス
ロットル弁が開弁されることがないので、異常発生時に
おける安全性（フェールセーフ機能）を確実に確保する
ことができる。

【００２５】更に、本発明によれば、運転者がアクセル
を踏んでいる場合には、異常発生時であっても、ステッ
プ的で比較的狭い範囲ではあるが、スロットル弁開度制
御が可能となるので、例えば、異常発生時に運転者がア
クセルを踏んでいても急激にスロットル弁を閉弁させる
ようにしたものに比べ、運転者の意志に反した急減速な
どを抑制することができる。

【００２６】また、本発明によれば、異常発生後、例え
ば、一旦スロットル弁が全閉状態とされると、全閉状態
を含む狭い範囲内でのみ、スロットル弁の開度制御を可
能とすることもできるので、スロットル弁の誤作動を防
止しつつ（フェールセーフ機能を確保しつつ）、リンプ
ホーム機能を確保することもできる。なお、本発明で
は、上記作用効果を、簡単かつ軽量・コンパクト、なお
かつ、低コストな構成で達成することができる。

【００２７】請求項３に記載の発明によれば、使用する
ブラシを切り替えたり、ブラシの位置を変更（移動）し
たりするという簡単な構成で、異常時に、電動モータの
回転力を、スロットル弁の開度に応じて断続的に発生さ
せること、延いては請求項１や請求項２に記載の発明と
同様の作用効果を奏することが可能となる。請求項４に
記載の発明によれば、異常時に、電動モータへの通電・
非通電を切り替えることで、電動モータの回転力を、ス
ロットル弁の開度に応じて断続的に発生させることがで
きる。このため、請求項１や請求項２に記載の発明と同
様の作用効果を奏することができるうえに、請求項３に
記載のものに比べて、比較的簡単な構成で、電動モータ
の回転力を発生させる範囲（延いては発生させない範
囲）等を自由に設定することが可能となる。

【００２８】請求項５に記載の発明によれば、運転者が
アクセルを踏んでいる場合には、異常発生時であって
も、ステップ的で比較的狭い範囲ではあるが、スロット
ル弁開度制御が可能となるので、例えば、異常発生時に
運転者がアクセルを踏んでいても急激にスロットル弁を
閉弁させるようにしたものに比べ、運転者の意志に反し
た急減速などを抑制することができると共に、異常発生
後、例えば、一旦スロットル弁が全閉状態とされると、
全閉状態を含む狭い範囲内でのみ、スロットル弁の開度
制御を可能とすることもできるので、スロットル弁の誤
作動を防止しつつ（フェールセーフ機能を確保しつ
つ）、リンプホーム機能を確保することができる。

【００２９】なお、前記最小開度を、デフォルト開度
（機関始動時においてアクセルを踏み込まなくても始動
できるような開度）とすれば、運転者の意志を尊重しつ
つ、なおかつ、始動性やアイドル運転性等を確保しなが
ら、フェールセーフ機能とリンプホーム機能を確保する
ことが可能となる。請求項６に記載の発明によれば、異
常時であっても、比較的運転者の意志に近い範囲内で、
スロットル弁を制御可能とすることができると共に、運
転者の意志に近いスロットル開度ではあるが、前記断続
的に発生される電動モータの回転力により制御可能なス
ロットル弁の開度範囲外に、目標スロットル弁開度が設
定されてしまう惧れを排除できるので、スロットル弁の
制御可能な範囲と、不可能な範囲と、の間で、スロット
ル弁開度がハンチングするなどの惧れを排除することが
できる。

【００３０】請求項７に記載の発明によれば、より一
層、スロットル弁の制御可能な範囲と、不可能な範囲
と、の間で、スロットル弁開度がハンチングすると言っ
た惧れを排除することができる。請求項８に記載の発明
によれば、異常時であっても、アイドル運転中は、エン
ジンハンチング・エンジンストール等の発生を良好に抑
制しながら、各要求（外部負荷変動など）に応じたアイ
ドル運転を行なわせることができる一方、エンジンハン
チング・エンジンストール等の発生の惧れの少ない（ア
イドル運転以外の）運転領域では、スロットル弁の開度
が、スロットル弁の開度範囲内の一定値に制御されるの
で、スロットル弁の制御可能な範囲と、不可能な範囲
と、の間で、スロットル弁開度がハンチングすると言っ
た惧れを抑制しながら、簡単な構成で、良好な運転性を
確保することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、添付
の図面に基づいて説明する。図２（Ａ）は、本発明の第
１の実施形態にかかる電子制御式スロットル弁システム
の構成を示す図である。図２（Ａ）に示すように、内燃
機関の吸気通路１Ｂには、スロットル弁１が介装されて
おり、該スロットル弁１は、スロットル弁回動軸１Ａ、
歯車伝達機構（スロットル軸歯車３，中間歯車４，モー
タ軸歯車５等の減速機構）等を介して、電動モータ２に
連結されている。

【００３２】この電動モータ２は、図２（Ｂ）に示すよ
うに、モータ回動軸２Ｃに対して軸対象（１８０度）の
位置に配設された２つのブラシ２ａ（例えば＋側），２
ｂ（例えばアース側）と、２つの整流子片２Ａ，２Ｂ
と、を備えて構成される直流モータであり、正常時に
は、一般の直流モータと同様に、当該２つの整流子片２
Ａ，２Ｂと、２つのブラシ２ａ，２ｂと、を介して、後
述する制御回路７（延いてはバッテリ電源）から供給さ
れる駆動電流を図示しないコイルに流すことで、モータ
回動軸２Ｃの回転方向において連続的に回転力を発生さ
せることができるようになっている。

【００３３】そして、このモータ回動軸２Ｃ廻りに発生
する連続的な回転力によって、正常時には、リターンス
プリング１０の弾性力に抗して、スロットル弁１を全閉
位置から全開位置まで任意の位置（モータ回動軸２Ｃの
回転力とリターンスプリング１０の弾性力とがバランス
する位置）に開弁維持させることができることとなる。
なお、制御回路７からの駆動電流の供給を停止すれば、
前記リターンスプリング１０の弾性力によって前記スロ
ットル弁１をデフォルト位置（例えば、機関始動時にお
いてアクセルを踏み込まなくても始動できるような位
置）にリターンさせることができるようになっている。

【００３４】ところで、本発明にかかる異常時スロット
ル弁制御手段として機能することになる制御回路７は、
ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含んで構
成されるマイクロコンピュータ等からなり、例えば、内
装されるスロットル制御系回路では、アクセル操作情報
を検出するアクセルセンサ８、アクセル全閉位置を検出
するアクセルスイッチ９等の検出信号に基づいて、運転
者の加速意図や減速意図を反映することができるような
目標スロットル弁開度を演算すると共に、該目標スロッ
トル弁開度を達成できる目標駆動電流を演算するように
なっている。

【００３５】また、制御回路７を、例えば、スロットル
弁１の実際の開度を検出するスロットル開度センサ６か
らの信号を受け、実際のスロットル弁１の開度と、前記
目標スロットル弁開度と、を比較し、実際のスロットル
弁１の開度が目標スロットル弁開度になるように、駆動
電流をフィードバック制御可能に構成することも可能で
ある。

【００３６】なお、制御回路７には、目標スロットル弁
開度を演算する等のために、エンジンのクランク軸の回
転角度を電気信号として検出するクランク角センサ（図
示せず）、エンジンの吸入空気流量を電気信号として検
出するエアフローメータ（図示せず）、エンジンの冷却
水温を電気信号として検出する水温センサ（図示せ
ず）、車速を電気信号として検出する車速センサ（図示
せず）その他の各種センサ等の検出信号が入力されるよ
うになっている。

【００３７】ところで、本実施形態においては、上記の
構成に加えて、図２（Ｂ）に示すように、ブラシ２ａと
ブラシ２ｂとの間に、ブラシ２ｃが配設されるようにな
っている。即ち、他の２つのブラシ２ａ，２ｂとは互い
に１８０度以外の角をなす位置に、第３のブラシ２ｃが
設けられるようになっている。そして、このブラシ２ｃ
は、電流供給経路の切り替え手段（切り替えスイッチ）
として機能するスイッチング回路１１を介して、制御回
路７（延いては例えばアース）へ接続されている。

【００３８】当該スイッチング回路１１は、正常時に
は、制御回路７を介して、前記ブラシ２ｂ側に切り替え
られており、既述したように、ブラシ２ａ（例えば＋
側），２ｂ（例えばアース側）を介して図示しないコイ
ルに駆動電流を供給する一方、スロットル制御系の異常
時には、当該スイッチング回路１０は、制御回路７を介
して、前記ブラシ２ｃ側に切り替えられ、ブラシ２ａ
（例えば＋側），２ｃ（例えばアース側）を介して図示
しないコイルに駆動電流を供給するようになっている。

【００３９】このようにすると、正常時には、モータ回
動軸２Ｃの回転方向において連続的に回転力を発生させ
ることができる一方で、異常時には、モータ回動軸２Ｃ
の回転方向において断続的にしか回転力を発生させない
ようにすることができることとなる。即ち、ブラシ２
ａ，２ｃとが、共通の整流子片にのみ接触している間
は、図示しないコイルには通電されないこと（非通電状
態）になるので、モータ回動軸２Ｃには回転力が発生し
ない。即ち、図２（Ｂ）において破線で示すように、ブ
ラシ２ａ，２ｃの間隙（狭い側）に、整流子片２Ａ、２
Ｂの間の切り欠き部Ｘ（或いはＹ）が位置する間（即
ち、図示しないコイルへ通電可能な状態にある間）は、
電動モータ２による回転力を与えることができるが、そ
れ以外の位置（ブラシ２ａ，２ｃの広い側の間隙）にあ
るときには、電動モータ２による回転力を与えることが
できなくなる。

【００４０】即ち、本実施形態において、スロットル制
御系の異常時に、スイッチング回路１１をブラシ２ｃ側
に切り替えると、図３に示すように、スロットル弁開度
（電動モータ２の回転角度）に応じて、通電状態と非通
電状態とが交互に現れることになる。なお、通電状態−
非通電状態の１サイクルに対する幅は、モータ回動軸２
Ｃ周りで１８０度なので、スロットル弁回動軸１Ａ周り
では１８０度／（減速機構のギア比）となる。例えば、
ギア比＝１６の場合には、スロットル弁回動軸１Ａ周り
（スロットル弁開度）では、11.25 度／サイクル（deg/
cycle)である。そして、例えば、図２（Ｂ）のように、
ブラシ２ｃを、ブラシ２ａに対してスロットル弁回動方
向に９０度（deg)の位置に配設したとすれば、通電状態
−非通電状態が、5.625 度毎に切り替えられることにな
る。

【００４１】つまり、本実施形態によれば、例えば、図
３のＺ１の通電範囲内において、スロットル制御系（例
えば、スロットル開度センサ６、アクセルセンサ８、ア
クセルスイッチ９、制御回路７内のスロットル制御系回
路など）に異常が生じた場合には、スイッチング回路１
１をブラシ２ｃ側に切り替えることで、電動モータ２を
駆動し続けたとしても、図３のＺ１の通電範囲（上記例
では、5.625 度）以上には、スロットル弁１は開弁し得
ないことになる。即ち、スロットル弁１の開度制御可能
な範囲は、図３のＺ１の通電範囲内に制限されることに
なる。

【００４２】そして、例えば、スロットル弁１が閉弁側
に操作されると、非通電範囲を飛ばして、図３のＺ１の
通電範囲よりスロットル弁開度で小さい側にある通電範
囲（Ｚ２〜Ｚ５）のうち、モータ回動軸２Ｃの回転力と
リターンスプリング１０の弾性力とがバランスする通電
範囲へと移行し、その通電範囲内でのみスロットル弁１
の開度制御が可能となる。

【００４３】しかも、一旦、スロットル弁開度で小さい
側にある通電範囲（例えば、図３のＺ４）へ移行した後
は、それよりスロットル弁開度で大きい側にある非通電
範囲の存在によって、スロットル弁開度でより大きい側
にある通電範囲（例えば、図３のＺ３、Ｚ２、Ｚ１な
ど）へは移行できなくなる。このため、異常発生後に、
例えば、一旦スロットル弁１が全閉状態とされると、全
閉状態を含む通電範囲（即ち、図３のＺ５）内でのみ、
スロットル弁１の開度制御が可能となる。

【００４４】ここで、本実施形態におけるスロットル弁
制御を、図４に機能ブロック図として示しておく。即
ち、ブロック（図では、Ｂと記してある。以下、同様）
１では、運転者によるアクセルペダルの操作量（アクセ
ル開度）をアクセルセンサ８で検出する。

【００４５】ブロック２では、アクセル開度等に基づい
て運転者が要求する機関トルクを演算する等して、これ
を達成することができる目標スロットル弁開度を演算す
る。そして、スロットル開度センサ６からの信号を受
け、目標スロットル弁開度を達成できるように、駆動電
力を演算し、演算された駆動電力をモータ駆動回路を介
して電動モータ２へ供給する。

【００４６】なお、ブロック２内における異常判定手段
（異常判定回路）では、スロットル開度センサ６、アク
セルセンサ８、アクセルスイッチ９、制御回路７内のス
ロットル制御系回路（目標スロットル弁開度、駆動電力
の演算回路等）などに異常があるか否かを診断する。そ
して、正常であると診断されたときには、スイッチング
回路（切り替えスイッチ）１１を介して、ブラシ２ｂ側
に、その切り替え状態を保持するようにする。

【００４７】一方、何らかの異常があると診断されたと
きには、スイッチング回路（切り替えスイッチ）１１を
介して、ブラシ２ｃ側に、その切り替え状態を切り替え
るようにする。そして、ブロック３では、正常時には、
ブラシ２ａ、ブラシ２ｂを電動モータ２に接続し、モー
タ回動軸２Ｃの回転角度に拘わらず連続的に制御電流を
電動モータ２に通電することで、運転者の意志に応じた
スロットル弁制御を達成することになる。

【００４８】これに対し、異常発生時には、ブラシ２
ａ、ブラシ２ｃを電動モータ２に接続することで、モー
タ回動軸２Ｃ（延いてはスロットル弁開度）の回転角度
に応じて、断続的に、電動モータ２を通電−非通電さ
せ、上述したようにして、スロットル弁１の制御可能範
囲を狭い範囲に制限するようにする。このように、本実
施形態によれば、スロットル制御系に異常が生じた場合
には、スイッチング回路１１をブラシ２ｃ側に切り替え
るようにしたので、電動モータ２を駆動し続けても、異
常発生時のスロットル弁開度に対応する通電範囲以上に
スロットル弁１が開弁されることがなく、異常発生後に
スロットル弁１が急激に開方向に変化することを防止す
ることができるので、異常発生時における安全性（フェ
ールセーフ機能）を確実に確保することができる。

【００４９】更に、本実施形態によれば、運転者がアク
セルを踏んでいる場合には、異常発生時であっても、ス
テップ的ではあるが、対応する通電範囲内でスロットル
弁開度制御が可能となるので、運転者がアクセルを踏ん
でいても異常発生時には電動モータ２の駆動を停止しス
ロットル弁１を閉方向に急激に切り替えるようにした場
合に比べ、運転者の意志に反した急減速などを抑制する
ことができる。

【００５０】また、本実施形態によれば、異常発生後、
例えば、一旦スロットル弁１が全閉状態とされると、全
閉状態を含む狭い通電範囲内でのみ、スロットル弁１の
開度制御が可能となるので、スロットル弁１の誤作動を
防止しつつ（フェールセーフ機能を確保しつつ）、リン
プホーム機能を確保することができる。なお、スロット
ル開度センサ６により検出されるスロットル弁の開度の
現在値と、アクセル開度センサ８等（運転状態）に基づ
いて演算される目標スロットル弁開度のうち小さい方の
開度より小さな開度であって、何れかの通電範囲（断続
的に発生される電動モータの回転力により制御可能なス
ロットル弁の開度範囲）内の値を、異常時には、目標ス
ロットル弁開度（異常時目標スロットル弁開度）として
設定することが好ましい。

【００５１】このようにすると、異常時であっても、比
較的運転者の意志に近い範囲内で、スロットル弁１を制
御可能とすることができると共に、運転者の意志に近い
スロットル弁開度ではあるが、前記通電範囲外に、目標
スロットル弁開度が設定されてしまう惧れを排除できる
ので、スロットル弁１の制御可能な範囲と、不可能な範
囲と、の間で、スロットル弁開度にハンチングが生じる
などの惧れを極力抑制することができることとなる。

【００５２】また、前記異常時目標スロットル弁開度
が、該当する通電範囲内における最大開度より所定開度
小さな開度に設定されるようにすることができる。この
ようにすると、より一層、スロットル弁１の制御可能な
範囲と、不可能な範囲と、の間で、スロットル弁開度が
ハンチングすると言った惧れを排除することができる。

【００５３】そして、前記異常時目標スロットル弁開度
を含む通電範囲が、アイドル運転状態を含む開度範囲で
ない場合には、前記異常時目標スロットル弁開度は、通
電範囲（該当する前記断続的に発生される電動モータの
回転力により制御可能なスロットル弁の開度範囲）内の
一定値に設定されるようにすることもできる。このよう
にすると、異常時であっても、アイドル運転中は、エン
ジンハンチング・エンジンストール等の発生を良好に抑
制しながら、各要求（外部負荷変動など）に応じたアイ
ドル運転を行なわせることができる一方、エンジンハン
チング・エンジンストール等の発生の惧れの少ない（ア
イドル運転以外の）運転領域では、スロットル弁１の開
度が、該当する通電範囲内の一定値に制御されるので、
スロットル弁１の制御可能な範囲と、不可能な範囲と、
の間で、スロットル弁開度がハンチングすると言った惧
れを抑制しながら、簡単な構成で、良好な運転性を確保
することができることとなる。

【００５４】なお、本実施形態では、上記作用効果を、
簡単かつ軽量・コンパクト、なおかつ、低コストな構成
で達成することができるものである。次に、本発明の第
２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第
１の実施形態に加え、異常発生時に、アクセルが全閉状
態であれば、安全性をより高めるべく強制的に電動モー
タ２への通電を停止する一方、アクセル全閉状態でない
ときには、第１の実施形態と同様、通電を継続させるよ
うにしたものである。

【００５５】このため、第２の実施形態では、図５
（Ａ）に示すように、ブラシ２ｃとスイッチング回路１
１との間に、リレー１２が介装されるようになってい
る。このリレー１２は、アクセルスイッチ９によりアク
セル全閉状態が検知されると同時に、ブラシ２ｃとスイ
ッチング回路１１との接続を断つことができるように構
成されている。つまり、異常発生時に、運転者がアクセ
ルを全閉にしたときには、強制的に、電動モータ２への
通電を停止する一方、運転者がアクセルを全閉にしない
間は、異常発生時であっても、第１の実施形態と同様
に、電動モータ１への通電を許可することとなる。

【００５６】これにより、第２の実施形態では、異常発
生時に、ブラシ２ａ、ブラシ２ｃを電動モータ２に接続
することで、モータ回動軸２Ｃ（延いてはスロットル弁
開度）の回転角度に応じて、断続的に、電動モータ２を
通電−非通電させるようにして、第１の実施形態と同
様、異常発生後にスロットル弁１が急激に開方向に変化
することを防止して安全性を確保すると共に、運転者が
アクセルを踏んでいる場合には、運転者の意志に反した
急減速などを抑制できるようにすることに加え、更に、
運転者がアクセルを全閉にしたときには、電動モータ２
への通電を、直ちに（機械的に）停止させ、リターンス
プリング１０を介して、スロットル弁１をデフォルト開
度（機関始動時においてアクセルを踏み込まなくても始
動できるような開度。図６参照）に戻すようにしたの
で、運転者の意志を尊重しつつ、なおかつ、始動性やア
イドル性等を確保しながら、異常発生時における危険性
を一層確実に回避（フェールセーフ機能を確保）するこ
とが可能となる。

【００５７】しかも、一旦、スロットル弁１をデフォル
ト開度に戻した後は、運転者がアクセルを踏み込んで、
再度、電動モータ２へ通電が行なわれても、デフォルト
開度を含む通電範囲内でのみしかスロットル弁１は制御
されないことになるので、スロットル弁１の誤作動を防
止しつつ（フェールセーフ機能を確保しつつ）、なおか
つ、始動性やアイドル運転性等を確保しながら、リンプ
ホーム機能をも良好に奏することが可能となる。

【００５８】ここで、本実施形態におけるスロットル弁
制御を、図７に機能ブロック図として示しておく。な
お、図４のブロック図と同一の機能については説明を省
略する。即ち、ブロック１では、第１の実施形態に対し
て、更に、アクセルスイッチ９によりアクセル全閉状態
を検知するようになっている。

【００５９】ブロック４では、アクセル全閉状態が検知
されたら、ブラシ２ｃとスイッチング回路１１との間に
配設されたリレー１２を介して、ブラシ２ｃと電動モー
タ２とを結ぶ電流供給ラインを切断するようになってい
る。これにより、ブロック２において、異常判定され、
スイッチング回路１１によりブラシ２ｃ側に切り替えら
れている場合には、電動モータ２への電力供給が停止さ
れることになる。

【００６０】このように、第２の実施形態によれば、異
常発生時に、ブラシ２ａ、ブラシ２ｃを電動モータ２に
接続することで、モータ回動軸２Ｃ（延いてはスロット
ル弁開度）の回転角度に応じて、断続的に、電動モータ
２を通電−非通電させるようにして、第１の実施形態と
同様、異常発生後にスロットル弁１が急激に開方向に変
化することを防止して安全性を確保すると共に、運転者
がアクセルを踏んでいる場合には、運転者の意志に反し
た急減速などを抑制できるようにし、更に、運転者がア
クセルを全閉にしたときには、電動モータ２への通電
を、直ちに（機械的に）停止させ、リターンスプリング
１０を介してスロットル弁１をデフォルト開度に戻すよ
うにしたので、運転者の意志を尊重しつつ、なおかつ、
始動性やアイドル運転性等を確保しながら、異常発生時
における危険性をより一層確実に回避することが可能と
なる。

【００６１】しかも、一旦、スロットル弁１をデフォル
ト開度（全閉近傍における通電範囲）に戻した後は、運
転者がアクセルを踏み込んで、再度、電動モータ２へ通
電が行なわれても、デフォルト開度を含む通電範囲内で
のみしかスロットル弁１は制御されないことになるの
で、スロットル弁１の誤作動を防止しつつ（フェールセ
ーフ機能を確保しつつ）、なおかつ、始動性やアイドル
運転性等を確保しながら、リンプホーム機能をも良好に
奏することが可能となる。

【００６２】なお、第２の実施形態では、上記作用効果
を、簡単かつ軽量・コンパクト、なおかつ、低コストな
構成で達成することができるものである。ところで、本
実施形態では、３つのブラシ（なお、３以上であればこ
れに限定されるものではない）を備え、正常時と異常時
とで使用するブラシを切り替える構成として説明した
が、ブラシ２ａ，２ｂの２つのブラシを備え、正常時と
異常時とで、これら２つのブラシの位置を変更（移動）
させる構成とすることも可能である。

【００６３】また、本実施形態では、整流子片をモータ
回動軸２Ｃ廻りで２分割する構成として説明したが、こ
れに限らず、２以上に分割する構成としたものにも適用
できるものである。続けて、本発明の第３の実施形態に
ついて説明する。第３の実施形態は、第１、第２の実施
形態に対して、フェールセーフ機能を確保しつつ異常発
生後のスロットル弁１の制御可能範囲（通電−非通電範
囲）の設定自由度を拡大できるようにしたものである。

【００６４】即ち、第１の実施形態や第２の実施形態で
は、電動モータ２のブラシを増設し、異常発生時には使
用するブラシを切り替えることで、スロットル弁１の開
度制御可能範囲を狭く制限するようにして、フェールセ
ーフ機能とリンプホーム機能とを確保するようにした
が、当該第３の実施形態では、図８（Ａ），（Ｂ）に示
すように、スロットル弁回動軸１Ａ（或いは中間歯車軸
４Ａやモータ回動軸２Ｃの何れでもよい）に、回転方向
において、周期的にＯＮ−ＯＦＦを繰り返す電気的接点
（接点ユニット）１３を配設する。即ち、ブラシ１３Ｃ
（リレー１４へ接続されるブラシ）と、ブラシ１３Ｄ
（電源へ接続されるブラシ）と、が周期的に通電状態−
非通電状態となるように、導体１３Ａと、絶縁体１３Ｂ
と、を、スロットル弁回動軸１Ａ（或いは中間歯車軸４
Ａやモータ回動軸２Ｃ）の周囲に回動方向に並ばせて配
設する。

【００６５】そして、制御回路７からの駆動信号でＯＮ
−ＯＦＦ制御されるリレー１４が正常時側に切り替えら
れているときには、電源から電動モータ２へ電流を供給
するライン（配線）１６を常に接続し、前記リレー１４
が異常時側に切り替えられたときには、前記ライン１６
を、前記電気的接点１３のＯＮ−ＯＦＦに応じて接続・
遮断するように機能するリレー１５を設けるようにす
る。

【００６６】即ち、リレー１４が正常時側に切り替えら
れているときは、リレー１５のコイルへ常に通電させ、
リレー１５により前記ライン１６を常に接続状態とする
ので、電源から電動モータ２へ電流を常に供給すること
ができるようになっている一方、異常時に、リレー１４
が異常時側に切り替えられると、リレー１５のコイルへ
の通電が、前記電気的接点１３のＯＮ−ＯＦＦ切り替え
（スロットル弁１の開度）に応じて、断続的となるの
で、リレー１５は、前記ライン１６をそれに応じて断続
的に接続状態とするので、電源から電動モータ２へ、ス
ロットル弁１の開度に応じて断続的に電流を供給するよ
うになる。

【００６７】これにより、正常時には、連続的に電動モ
ータ２に回転力を発生させることができる一方で、異常
時には、前記電気的接点１３がＯＮとなっている間し
か、電動モータ２に回転力を発生させないようにするこ
とができることとなる。このように、本実施形態によれ
ば、スロットル制御系に異常が生じた場合には、リレー
１５を異常時側に切り替えるようにして、前記電気的接
点１３を介して電動モータ２へスロットル弁１の開度に
応じて断続的にしか通電させないようにしたので、電動
モータ２を駆動し続けても、前記電気的接点１３の通電
範囲以上にスロットル弁１が開弁されることをがなく、
異常発生後にスロットル弁１が急激に開方向に変化する
ことを防止することができるので、異常発生時における
安全性（フェールセーフ機能）を確実に確保することが
できる。

【００６８】更に、本実施形態によれば、運転者がアク
セルを踏んでいる場合には、異常発生時であっても、ス
テップ的ではあるが、前記電気的接点１３の通電範囲内
でスロットル弁開度制御が可能となるので、運転者の意
志に反した急減速などを抑制することができる。また、
本実施形態によれば、異常発生後、例えば、一旦スロッ
トル弁１が全閉状態とされると、全閉状態を含む狭い通
電範囲内でのみ、スロットル弁１の開度制御が可能とな
るので、スロットル弁１の誤作動を防止しつつ（フェー
ルセーフ機能を確保しつつ）、リンプホーム機能を確保
することができる。

【００６９】なお、本実施形態では、上記作用効果を、
簡単かつ軽量・コンパクト、なおかつ、低コストな構成
で達成することができるものである。ここで、第３の実
施形態におけるスロットル弁制御を、図９に機能ブロッ
ク図として示しておく。なお、図４のブロック図と同一
の機能については説明を省略する。

【００７０】即ち、ブロック２内における異常判定手段
（異常判定回路）では、スロットル開度センサ６、アク
セルセンサ８、アクセルスイッチ９、制御回路７内のス
ロットル制御系回路（目標スロットル弁開度、駆動電力
の演算回路等）などに異常があるか否かを診断する。

【００７１】そして、正常であると診断されたときに
は、スイッチング回路（切り替えスイッチ）を介して、
ブロック５内のリレー１４を正常時側に、その切り替え
状態を保持するようにする。一方、何らかの異常がある
と診断されたときには、スイッチング回路（切り替えス
イッチ）を介して、ブロック５内のリレー１４を異常時
側に、その切り替え状態を切り替えるようにする。

【００７２】そして、ブロック５では、リレー１４が正
常時側に切り替えられている間は、リレー１５内のコイ
ルに常時通電させることで、モータ駆動電源からモータ
駆動回路へ電流を流すようにすると共に、リレー１４が
異常時側に切り替えられたときには、リレー１５内のコ
イルへは、接点ユニットが通電状態となっているときに
限って電流を流すようにし、断続的にモータ駆動電源か
らモータ駆動回路へ電流を流すようになっている。

【００７３】ところで、図８（Ａ）に示すように、第２
の実施形態におけるリレー１２と同様な機能を、リレー
１５にも持たせるようにすることも可能である。即ち、
本実施形態によれば、第１や第２の実施形態と同様の作
用効果を奏することができることに加えて、異常発生後
のスロットル弁１の制御可能範囲（通電−非通電範囲）
の設定自由度を拡大できることができるものである。

【００７４】なお、本発明は、一般的な各種直流モータ
やステップモータなどにより駆動されるアクチュエータ
全般に適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】（Ａ）は、本発明の第１実施形態にかかる全体
構成を示すシステム図。（Ｂ）は、電動モータのブラシ
と整流子片の構成を説明する拡大断面図。

【図３】同上実施形態におけるアクセル開度とスロット
ル弁開度との関係（異常時）を説明するための図。

【図４】同上実施形態におけるスロットル弁制御を説明
するブロック図。

【図５】（Ａ）は、本発明の第２実施形態にかかる全体
構成を示すシステム図。（Ｂ）は、電動モータのブラシ
と整流子片の構成を説明する拡大断面図。

【図６】同上実施形態におけるアクセル開度とスロット
ル弁開度との関係（異常時）やデフォルト位置（開度）
を説明するための図。

【図７】同上実施形態におけるスロットル弁制御を説明
するブロック図。

【図８】（Ａ）は、本発明の第３実施形態にかかる全体
構成を示すシステム図。（Ｂ）は、接点ユニットの構成
を説明する拡大断面図。

【図９】同上実施形態におけるスロットル弁制御を説明
するブロック図。

【図10】従来の内燃機関のスロットル弁制御装置を示す
システム図。

【符号の説明】

１スロットル弁２電動モータ２ａ〜２ｃブラシ２Ａ，２Ｂ整流子片７制御回路１１スイッチング回路１２リレー１３接点ユニット（電気的接点）１４リレー１５リレー

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/22 ３１０Ｆ０２Ｄ 41/22 ３１０Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スロットル弁の開度を電動モータにより電
気的に制御するようにした内燃機関のスロットル弁制御
装置であって、異常時において、前記電動モータの回転力を、スロット
ル弁の開度に応じて断続的に発生させるようにしたこと
を特徴とする内燃機関のスロットル弁制御装置。
【請求項２】スロットル弁の開度を電動モータにより電
気的に制御するようにした内燃機関のスロットル弁制御
装置であって、異常時において、前記電動モータの回転力を、スロット
ル弁の開度に応じて断続的に発生させる異常時スロット
ル弁制御手段を含んで構成したことを特徴とする内燃機
関のスロットル弁制御装置。
【請求項３】前記異常時スロットル弁制御手段が、前記電動モータに回転力を発生させるためのコイルの一
端に接続されると共に電源に接続されるブラシと、前記
コイルの他端に接続されると共に接地されるブラシと、
が、前記電動モータの回動軸に取り付けられる整流子片
のうちの一の整流子片に共に接触する前記回動軸の回転
角度幅が、前記各ブラシが夫々異なる整流子片に接触す
る前記回動軸の回転角度幅より、大きくなるように、異常時において、前記ブラシ位置を切り替える或いは変
更する手段であることを特徴とする請求項２に記載の内
燃機関のスロットル弁制御装置。
【請求項４】前記異常時スロットル弁制御手段が、異常時において、スロットル弁の動作に関連する回転軸の周囲に、回転方
向に対して交互に導体と絶縁体とを配設し、前記回転軸
の回転によって前記導体と前記絶縁体とに交互に接触可
能で且つ電源へ接続されるブラシと、前記回転軸の回転
によって前記導体と前記絶縁体とに交互に接触可能で且
つ電動モータへ接続されるブラシと、を介して、前記スロットル弁の動作に関連する回転軸の回転角度位
置延いてはスロットル弁の開度に応じて、断続的に前記
電動モータへ電力を供給する手段であることを特徴とす
る請求項２に記載の内燃機関のスロットル弁制御装置。
【請求項５】前記異常時スロットル弁制御手段が、異常時において、運転者がアクセルペダルを全閉状態に
したときには、前記電動モータの回転力を強制消滅させ
てスロットル弁を最小開度へ戻すと共に、該最小開度を
含む所定スロットル弁開度範囲内で、前記断続的に発生
される電動モータの回転力が発生されるように構成され
たことを特徴とする請求項２〜請求項４の何れか１つに
記載の内燃機関のスロットル弁制御装置。
【請求項６】前記異常時スロットル弁制御手段が、異常時において、スロットル開度センサにより検出され
るスロットル弁の開度の現在値と、運転状態に基づいて
演算される目標スロットル弁開度のうち小さい方の開度
より小さな開度であって、前記断続的に発生される電動
モータの回転力により制御可能なスロットル弁の開度範
囲内の値を、異常時目標スロットル弁開度として設定
し、該異常時目標スロットル弁開度が得られるようにス
ロットル弁を制御する手段を含んで構成されたことを特
徴とする請求項２〜請求項５の何れか１つに記載の内燃
機関のスロットル弁制御装置。
【請求項７】前記異常時目標スロットル弁開度が、該当
する前記断続的に発生される電動モータの回転力により
制御可能なスロットル弁の開度範囲内における最大開度
より所定開度小さな開度に設定されることを特徴とする
請求項６に記載の内燃機関のスロットル弁制御装置。
【請求項８】前記異常時目標スロットル弁開度に対応す
る前記断続的に発生される電動モータの回転力により制
御可能なスロットル弁の開度範囲が、アイドル運転状態
を含む開度範囲でない場合には、前記異常時目標スロッ
トル弁開度は、該当する前記断続的に発生される電動モ
ータの回転力により制御可能なスロットル弁の開度範囲
内の一定値に設定されることを特徴とする請求項６に記
載の内燃機関のスロットル弁制御装置。