JPH11153053A

JPH11153053A - 車両用スロットル弁開閉装置及び内燃機関

Info

Publication number: JPH11153053A
Application number: JP25784198A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Kowatari; 武彦小渡; Shigeru Tokumoto; 徳元　　茂; Kosaku Ono; 耕作大野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動手段による操作力が無い状態ではスロット
ル弁を開いた状態に保持でき、しかもスロットル弁の開
度を目標値に対して遅れを小さくして追従させることを
目的とする。【解決手段】モータ２０に接続されたカム１１は、モー
タ２０がオフ時には一方向にのみトルクを発生する戻し
バネ２１により静止位置にあり、アーム１２とバルブギ
ヤ１３を介して接続されるスロットル弁は開いている。
モータ２０がトルクを発生するとカム１１が回転してア
ーム１２がスロットル弁１４を閉じ、カム１１がさらに
回転するとスロットル弁１４は全開する方向に動く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエンジン（内燃機
関）の吸入空気量を変化させて出力を制御するスロット
ル弁の開閉装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用エンジンの出力制御は、通常、
ドライバが操作するアクセルペダルと機械的に接続され
たスロットル弁を開閉して行う。スロットル弁は、エン
ジンの吸入空気通路に配置され、吸入空気量を調整する
ことでエンジン出力を制御する役目を担う。

【０００３】このようなスロットル弁の開閉装置として
は、特開昭６３−１５０４４９号公報に記載されたもの
がある。この装置では、スロットル弁の開度をアクセル
量に応じて決定する制御装置と、この制御装置で決定さ
れた開度に基づいてスロットル弁を全閉位置と全開位置
との間で駆動するモータと、スロットル弁を閉方向に付
勢する戻しばね（リターンスプリング）と、この戻しば
ねとは逆方向にスロットル弁を付勢する弾性部材とを備
えている。

【０００４】このとき、モータのスロットル弁を開く方
向の駆動力よりも戻しばねの付勢力を小さくし、かつモ
ータのスロットル弁を閉じる方向の駆動力よりも弾性部
材の付勢力を小さく設定している。そして、モータがス
ロットル弁を駆動していないときには、スロットル弁は
戻しばねによって閉じる方向に付勢され、スロットル弁
の開度は戻しばねの付勢力と弾性部材の付勢力とがつり
合った位置（角度）に自動調整されるようになってい
る。また、このときの開度は、低温時においてもエンジ
ンの始動を確実に行え、モータが駆動力を発生できなく
なったときでも必要最小限の走行を可能にする吸気量を
確保できるように設定されている。

【０００５】また、米国特許第４，９９１，５５２号公
報には、アイドル回転数を調整するスロットル弁の開閉
装置が開示されている。この装置では、第１のレバー機
構と第２のレバー機構とを備え、これらのレバー機構に
よってスロットル弁のシャフトにこの弁を開く方向の駆
動力を作用させている。

【０００６】第１のレバー機構は電気モータや空気アク
チュエータで駆動され、アイドル回転数を調整するため
に用いられる。このために、第１のレバー機構はスロッ
トル弁を全閉状態から約２５degの開状態まで操作でき
るように構成されている。一方、第２のレバー機構は運
転者のアクセル操作でスロットル弁を開閉するように構
成されており、この第２のレバー機構によってスロット
ル弁を開く操作の方が第１のレバー機構による操作より
も優先されるようになっている。

【０００７】また、第１及び第２のレバー機構はいずれ
もスロットル弁を開く方向にのみ操作力を伝達できるよ
うになっており、閉じる方向については戻しばね（リタ
ーンスプリング）で操作力を発生するようになってい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】現在の自動車では、ス
ロットル弁の開度を全閉状態から全開状態まで制御装置
で制御して目標値に追従させている。このとき、エンジ
ンの排気を浄化することをはじめ種々の理由から、空燃
比をより細かく制御することが望まれる。特に、燃料を
筒内に直接噴射するエンジンでは、層状燃焼と均一燃焼
を有効に利用するため、空燃比の細やかな制御が望まれ
る。従ってスロットル弁の開閉装置には、スロットル弁
の開度が全閉状態から全開状態まで目標値に正確に追従
することが必要である。

【０００９】また、安全性を高める観点からは、スロッ
トル弁を閉じるための閉操作手段を多重に設けることが
好ましい。すなわち、もし一つの閉操作手段が使用不能
状態に陥っても、他の閉操作手段でスロットル弁を車両
の暴走につながらない位置（以下、デフォルト位置とい
う）まで速やかに閉じれるようにする。

【００１０】上記従来技術のうち前者が開示するスロッ
トル弁の開閉装置では、スロットル弁のデフォルト位置
で弁が少し開いた状態を保持できるようにするために、
相反する方向に操作力を発生してスロットル弁を付勢す
る２つの付勢手段、すなわち戻しばねと弾性部材を使用
している。２つの付勢手段のうち一方の操作力のみが作
用している状態では、スロットル弁の開度を目標値に追
従させることは比較的容易であるが、他方の操作力が作
用し始める時点では、操作力の変化に制御装置が対応し
きれず目標値に対する遅れが大きくなってしまう。この
ため、エンジン出力制御における正確性或いは即応性が
損なわれてしまう。

【００１１】一方、上記従来技術のうち後者が開示する
スロットル弁の開閉装置では、走行のためのスロットル
弁の開閉操作の制御については配慮されておらず、アイ
ドル回転数の調整のための制御が配慮されているに過ぎ
ない。このアイドル回転数の調整のための制御装置で
は、戻しばねの力が常に一方向にのみ作用する構成にな
っており、しかもスロットル弁のデフォルト位置で弁が
少し開いた状態を保持することができる。しかし、アイ
ドル回転数の調整のための制御装置であるがために、こ
の制御装置はスロットル弁を全閉状態から２５度程度ま
で操作することしか配慮していない。仮に、このアイド
ル回転数の調整のための装置（機構）を用いてスロット
ル弁を全閉状態から全開状態（９０度）まで操作しよう
とすれば、レバーの揺動範囲の関係上、レバー機構の大
型化を避けられず、自動車に搭載することは不可能に近
い。

【００１２】また、後者の装置のように、スロットル弁
の閉操作を戻しばねだけに頼っていると、戻しばねが破
損した場合には、スロットル弁を閉じれなくなる恐れが
ある。さらに、スロットル弁を開いた状態から急激に閉
じようとした場合、スロットル弁は戻しばねの力のみに
よって駆動されるため、動作が遅くなり必要な時間内に
閉じられないことも考えられる。このとき、戻しばねの
ばね力を強くすると、逆に弁を開くときの負荷が増えて
開き方向の動作が緩慢になるか、これを避けるためにス
ロットル弁の駆動手段を大型化（モータを使用するもの
にあってはモータの大型化）する必要がある。

【００１３】そこで本発明は、スロットル弁の開度を最
小開度から全開まで、また全開から最小開度まで、この
弁を駆動する駆動手段を制御して操作する、車両に搭載
されるスロットル弁の開閉装置において、駆動手段によ
る操作力が無い状態ではスロットル弁を開いた状態に保
持でき、スロットル弁の開度を目標値に対して遅れを小
さくして追従させることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第一の特徴は、内燃機関に吸入される空気の流量を
調節するスロツトル弁と、このスロツトル弁を駆動する
駆動手段と、前記スロツトル弁の関度を目標値に追従さ
せる制御手段とを備え、前記スロツトル弁を最小開度か
ら全開まで、また全開から最小開度まで前記駆動手段を
制御して開閉する車両用スロツトル弁開閉装置におい
て、前記駆動手段の駆動力が前記スロツトル弁に作用し
ない初期状態では、前記スロツトル弁は全開状態から開
方向に所定の開度変位した状態で保持され、この初期保
持状態から前記スロツトル弁が駆動されるとき、前記ス
ロツトル弁は一旦閉じる方向に動作して、最小開度に達
してから開くように動作するようにしたことにある。上
記目的を達成する本発明の第二の特徴は、内燃機関に吸
入される空気の流量を調節するスロツトル弁と、このス
ロツトル弁を駆動する駆動手段と、前記スロツトル弁の
関度を目標値に追従させる制御手段とを備え、前記スロ
ツトル弁を最小開度から全開まで、また全開から最小開
度まで前記駆動手段を制御して開閉する車両用スロツト
ル弁開閉装置において、前記駆動手段は弁開度変化規定
手段と前記弁開度変化規定手段を作働させる作動手段か
らなり、前記開度変化規定手段は前期作動手段の駆動力
が前記スロツトル弁に作用しない初期状態では、前記ス
ロツトル弁を全開状態から開方向に所定の開度に変位し
た状態で保持し、この初期保持状態から前記スロツトル
弁が駆動されるとき、前記スロツトル弁を一旦閉じる方
向に動作し、最小開度に達してから開くように作動させ
るようにしたことにある。上記目的を達成する本発明の
第三の特徴は、上記の車両用スロツトル弁開閉装置にお
いて、該装置は更に、前記スロットル弁を閉じる方向に
付勢し、前記駆動手段が作動していない時に前記スロッ
トル弁を前記初期状態の所定開度を保持させる付勢手段
を有することにある。上記目的を達成する本発明の第四
の特徴は、上記の車両用スロツトル弁開閉装置におい
て、前記作動手段はモータであり、このモータの回転軸
をー方向に180度以上回転させる間に、前記弁開度変化
規定手段は前記スロツトル弁を前記付勢手段で保持され
た所定開度の初期状態から最小開度状態、さらに全開状
態に変化させるようにしたことにある。モータの回転軸
を約１８０度以上回転させてスロットル弁を最小開度か
ら全開まで操作することで、モータを小型にすることが
でき、装置の小型化が可能である。上記目的を達成する
本発明の第五の特徴は、上記の車両用スロツトル弁開閉
装置において、前記モータの軸と前記スロツトル弁の軸
とが平行に配置され、かつ前記弁開度変化規定手段が、
前記モータの軸に締結される回転要素とこの回転要素に
接続される伝達要素と、この伝達要素と接続され前記ス
ロツトル弁の軸に結合される弁駆動要素とから成り、前
記モータの軸から前記伝達要素のスロットル弁側の先端
までの距離の、モータの回転角度に対する微分値の符号
が一度反転するようにしたことにある。上記目的を達成
する本発明の第六の特徴は、上記の車両用スロツトル弁
開閉装置において、前記回転要素が前記モータの回転角
を前記スロツトル弁の開度に変換するための案内部を有
する力ムで構成され、前記力ムの回転中心から前記案内
部までの距離を前記力ムの回転角度で微分したときに、
その微分値が正の値をとる領域と負の値をとる領域を、
前記スロツトル弁の動作範囲に、それぞれーつずつ有す
るようにしたことにある。上記目的を達成する本発明の
第七の特徴は、上記の車両用スロツトル弁開閉装置にお
いて、前記回転要素がモータで回転されるクランク、前
記駆動要素ガスロツトル弁を回転するクランク、前記伝
達要素が前記2つのクランクの間に連結されるリンクで
あり、前記付勢手段として、モータで回転されるクラン
ク軸にー方向の力を作用させるようバネを備えたことに
ある。上記目的を達成する本発明の第八の特徴は、上記
の車両用スロツトル弁開閉装置において、スロツトル弁
の最小開度において、前記モータの軸と回転要素のクラ
ンクとの締結点と、前記回転要素のクランクと前記リン
クとの結合点と、前記リンクと前記駆動要素のクランク
との結合点とが略一直線上に並ぶようにしたことにあ
る。上記目的を達成する本発明の第九の特徴は、複数の
シリンダーと、前記シリンダーに燃料を供給する燃料シ
ステムと、前記シリンダーに吸入される空気の流量を調
節するスロツトル弁と、このスロツトル弁を駆動する駆
動手段と、前記スロツトル弁の関度を目標値に追従させ
る制御手段とを備え、前記スロツトル弁を最小開度から
全開まで、また全開から最小開度まで前記駆動手段を制
御して開閉する車両用スロツトル弁開閉装置とを具備し
た車両用内燃機関において、前記スロットル弁開閉装置
における前記駆動手段は弁開度変化規定手段と前記弁開
度変化規定手段を作働させる作動手段からなり、前記開
度変化規定手段は前期作動手段の駆動力が前記スロツト
ル弁に作用しない初期状態では、前記スロツトル弁を全
開状態から開方向に所定の開度に変位した状態で保持
し、この初期保持状態から前記作動手段が前記スロツト
ル弁を駆動するとき、前記スロツトル弁を一旦閉じる方
向に動作し、最小開度に達してから開くように作動させ
ることにある。上記手段によれば、開状態を保持する様
に付勢されたスロットル弁に駆動手段の作用力が一方向
に作用して、スロットル弁が前記の開状態から閉状態、
更に開状態と変化して全開まで変化する。このため、ス
ロットル弁を付勢する付勢手段の構成が簡単化され、
付勢力が滑らかに変化するように構成することが可能と
なる。従って、スロットル弁の操作において、遅れの小
さい追従制御が可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る第１の実施例を図１
及び図２を用いて説明する。

【００１６】尚、以下の説明において、スロットル弁の
「全閉」とは、最小開度まで閉じられた状態を意味する
ものとし、このとき最小開度はスロットル弁が完全に閉
じられる状態のほか、スロットル弁のかじりつきが生じ
ない程度の最小の開度を有する状態の場合もある。

【００１７】図１はその（ａ）に本実施例のスロットル
弁開閉装置の構成を、（ｂ）に本実施例のモータと戻し
バネとカムの配置を示し、右端にカム方向から見た正面
図を、（ｃ）にカム構成の一実施例を示している。ま
た、図２はその（ｂ）に本実施例でスロットル弁が静止
位置にある状態を、（ａ）にスロットル弁が全開の状態
を示している。

【００１８】本実施例では、スロットル弁を全閉状態か
ら全開状態に、また全開状態から全閉状態に駆動するた
めの駆動手段として、モータ２０、カム１１、アーム１
２及びバルブギヤ１３とを使用する。このとき、カム１
１、アーム１２及びバルブギヤ１３は、モータ２０の回
転力をスロットル弁のバルブ軸に伝達する伝達機構を構
成する。さらに詳細に見れば、カム１１はモータ２０の
軸に連結される回転要素であり、バルブギヤ１３はスロ
ットル弁の軸に連結される駆動要素であり、アーム１２
は回転要素の駆動力を駆動要素に伝達する伝達要素とみ
なすことができる。

【００１９】以下、詳細に構成を説明する。

【００２０】モータ２０の軸には、円盤に螺旋状の溝を
設けたカム１１が固定され、全開状態から全閉方向にス
ロットル弁を付勢する付勢手段である戻しバネ２１が接
続されている。カム１１の溝には、カム１１の溝を追従
するようにこの溝をなぞる部材、フォロアー１７が挿入
されており、フォロアー１７はアーム１２に固定されて
いる。バネ１６は、カム１１の中心方向に力を発生しフ
ォロアー１７はカム溝の内側に接している。アーム１２
には長円形の穴１２ａがあり、その中にモータ軸の突起
１８を差し込むようにしている。アーム１２にはラック
状に歯が刻んであり、スロットル弁のバルブ軸と締結し
てあるバルブギヤ１３と噛み合っている。噛み合いを保
つために、アーム１２はバネ１５によりバルブギヤ１３
に押し付けられている。アーム１２の長手方向に沿って
形成された溝の中にはモータ軸の突起１８が挿入されて
おり、この突起１８、バルブギヤ１３及びバネ１５によ
り、アーム１２は水平方向に動くように拘束される。ス
ロットル弁１４はバルブギヤ１３と同軸に固定されてい
る。

【００２１】カム１１がモータ２０により回転駆動され
ると、フォロアー１７に固定されたアーム１２が移動
し、バルブギヤ１３を介してスロットル弁１４が回転
し、エンジンへの吸気通路１９を開閉する。

【００２２】図１（ｂ）にカム１１とモータ２０と戻し
バネ２１の位置関係を示す。戻しバネ２１の一端はケー
シング１０に固定してあり、図１（ａ）では、時計方向
回転力として作用する。戻しバネのトルクはモータの回
転角に対し線形に増加する。

【００２３】モータ２０が戻しバネ２１より大きなトル
クを発生すると、カム１１が回転し（図１（ａ）では反
時計方向）、フォロアー１７がカム１１の回転中心方向
に動き（図１（ａ）の右方向）、アーム１２がスロット
ル弁１４を開動作させる。スロットル弁１４を閉じるに
は、モータ２０でカム１１を逆方向に回転させる。これ
により、フォロアー１７がカム１１の中心より離れるた
めスロットル弁が閉じる方向に動く。すなわち、フォロ
アー１７がカム１１の中心方向に移動すればスロットル
弁１４は開き、反対に外周方向に移動すれば閉じる。も
し、高速な閉動作を必要としないときは、モータ２０の
トルクを戻しバネ２１のトルクより弱め、カム１１をス
ロットル弁１４を開くときと逆方向に回転させてもよ
い。

【００２４】図１（ｃ）にカム１１の形状を示す。カム
１１の溝の外周側にある終端部をカムの回転角０とす
る。溝は、カムの回転の所定の角度Ａに達するまでは外
周に向け（カムの回転中心から溝までの距離が大きくな
るように）切って有り、角度ＡよりＢまでは常に回転軸
方向に近づくように螺旋状に切って有る。つまりカム１
１の回転中心から溝との距離を回転角度で微分すると、
角度０よりＡまでは（＋）符号、角度ＡからＢまで
（−）符号をとる。カム角度Ａにおいてスロットル弁１
４が全閉に位置する。Ｂにて全開の位置となるようにす
るためには、角度Ａ時の溝からカム１１の回転中心まで
の距離と角度Ｂ時の位置の溝からカム１１の回転中心ま
での距離の差が、バルブギヤ１３の直径とスロットル弁
１４の動作角（単位［rad］）の積に等しくなるように
すればよい。同様に、角度０でのカム１１の回転中心か
らカム溝までの距離は、バルブギヤ１３の直径と望まれ
るデフォルト角の積と等しくなるように設定する。

【００２５】フォロアー１７から、スロットル弁１４の
軸（バルブギヤ１３の回転中心）までの距離は、角度０
からＡまでは大きくなり、角度ＡからＢまでは小さくな
る。モータ２０の回転角度に対し、この距離を微分する
と、はじめは（＋）、ついで反転し（−）になる。

【００２６】図１（ａ）はスロットル弁１４の全閉の状
態を示している。図２（ａ）は、モータ２０がトルクを
発生し、スロット弁１４が全開している状態を示す。図
２（ｂ）は、モータ２０の電源をオフにした状態におい
て、戻しバネ２１によってカム１１がデフォルト位置ま
で戻された状態を示す。

【００２７】図３のプロット６１は、モータ２０の回転
角度とスロットル弁１４の角度の関係を表した図であ
る。モータ２０及びカム１１の回転角が０の時には、ス
ロットル弁１４がデフォルト位置にあり、徐々に回転角
が増加するにしたがって全閉したのち、全開まで開く。
通常は、この全閉から全開の範囲で使用される。アイド
リング時には、全閉付近の領域が使用される。

【００２８】カム１１の溝は、インボリュート曲線にす
ると、線形な開弁特性が得られ、これをプロット６１で
示す。この場合、制御が容易になるという長所がある。

【００２９】図４（Ａ）〜（Ｅ）に、本実施例のスロッ
ト弁開閉装置のモータ２０で発生したトルクが、戻しバ
ネ２１のトルクに加わり、伝達系で増減速されスロット
ル弁１４へのトルクの伝達される経路を示す。スロット
ル弁１４を全閉から全開にする方向のトルクを（＋）、
全開から全閉方向に作用するトルクを（−）と表す。以
下、詳細に説明する。

【００３０】図４（Ａ）にモータ２０の発生トルクを示
す。モータ２０の発生トルクは、どちらの方向にも回転
角によらず一定であり、（＋）方向に発生可能な最大ト
ルク（プロット８１）と（−）方向に発生可能な最大ト
ルク（プロット８２）の範囲内でトルクを発生すること
ができる。

【００３１】図４（Ｂ）に戻しバネ２１のトルクとモー
タ２０の回転角の関係をプロット８３で示す。

【００３２】戻しバネ２１のトルクは、スロットル弁１
４を戻すのに必要なトルク以上のトルクを発生し、戻し
バネ２１のトルク（プロット８３）は常に（−）方向に
作用し、モータの回転角が大きくなるほど（−）方向ト
ルクは大きくなる。

【００３３】図４（Ｃ）に、伝達系に伝わるトルクを示
す。伝達系に作用するトルクは、戻しバネ２１がモータ
２０の軸に接続されているので、戻しバネ２１とモータ
２０の発生したトルクとが加算されたトルクになる。
（＋）方向には、モータ２０の回転角が増加するほど戻
しバネ２１のトルクが大きくなるためトルクが減る一方
（プロット８４）、（−）方向トルクは、モータ２０の
トルクと戻しバネ２１のトルクの方向が同じであるの
で、モータ２０の回転角が大きいほど増大する（プロッ
ト８５）。

【００３４】図４（Ｄ）に伝達系の減速比を示す。実施
例ではデフォルト位置、つまりモータ２０の回転角０か
らスロットル弁１４の全閉までは減速比を大きくし、そ
れ以上のモータ回転角度では、減速比を小さくしている
（プロット８６）。伝達系に作用したトルクは、伝達系
によって伝達機構の増／減速比分だけ増加され、スロッ
トル弁１４の軸に作用する。減速比が大きければ、それ
だけスロットル弁１４へのトルクが増大する。

【００３５】図４（Ｅ）に伝達系よりスロットル弁１４
に伝わるトルクを示す。プロット８６のような減速比を
持たせると、プロット８９、プロット９０のように、モ
ータ２０の回転角が０からスロットル弁１４の全閉相当
のモータ回転角までは、（＋）（−）方向トルクとも大
きく、それ以上のモータ回転角では、それより少ないト
ルクを伝達する。トルクは（＋）（−）の両方向に伝達
され、スロットル弁１４を駆動する。

【００３６】閉じる方向に駆動力を発生しない場合は、
戻しバネ２１のバネ力のみの戻しトルクになり、これを
プロット９２で表す。モータ２０の駆動力を併用して閉
じるときのトルク（プロット９０）と比較すると少な
く、このためスロットル弁１４の戻し動作時間はかかる
が、デフォルト角度まで戻すのには十分な戻しトルクが
かかっている。図８に、一例として、全開よりデフォル
ト角度までモータ２０と戻しバネ２１の両者で駆動した
場合と、戻しバネ２１のみを使って駆動した場合のスロ
ットル弁１４の開閉角度と時間との関係を示す。

【００３７】以上、カム１１の溝をインボリュート曲線
にした場合であったが、ほかの曲線を用いることによ
り、図３のプロット６２のような非線形な特性も実現で
きる。これには、プロット６２の特性をもとに、カムの
溝形状を決定する。図５の（Ａ）〜（Ｅ）は、図４と同
様に、トルク伝達の流れをしめす。図３のプロット６２
のような開弁特性では減速比を可変とにでき、モータ２
０の回転角０からスロットル弁１４が全閉となる角度ま
では、減速比が大きくなり、スロットル弁１４の全閉に
相当するモータ回転角度で減速比が最大となる（図５プ
ロット８７）。モータ２０がさらに回転すると、減速比
は小さくなり、再び増加する。

【００３８】減速比を可変とした（プロット８７）場合
は、図５の（Ｅ）におけるプロット８８と９１で示すよ
うにモータの回転角が０よりスロットル弁１４の全閉ま
では駆動トルクは増加し、全閉で最大になり、それ以降
は一旦駆動トルクが低下した後、ふたたび増加する傾向
を示す。非線形にする利点は、特に全開相当のモータ角
度でスロットル弁１４の駆動トルクを大きくとれること
にあり、その分、全開位置を保持したときのモータ２０
の発生トルクが少なくてすむことにある。

【００３９】本実施例において、戻しバネ２１でスロッ
トル弁１４を閉じ、さらにデフォルト位置に付勢してお
り、この戻しバネ２１のみでもスロットル弁１４をデフ
ォルト位置に保持することができるが、モータ２０のみ
でもスロットル弁１４をデフォルト位置まで戻すことが
できるようにしている。これにより、戻しバネ２１また
はモータ２０のいずれか一方が壊れて使用不能になって
もスロットル弁１４をデフォルト位置に戻すことができ
る。すなわち、スロットル弁１４の閉操作手段を多重
（２重）化することができる。

【００４０】また、カム１１の溝を渦巻状に形成し、カ
ム１１を一方向に約１８０度以上回転させてスロットル
弁１４をデフォルト位置における開状態から閉状態を経
て開くようにしたので、全閉から全開まで操作でき、か
つ装置の小型化が可能になる。

【００４１】第２の実施例を図６を使って説明する。

【００４２】本実施例の特徴は、部品をなるべく単純化
し低コストな機構を実現した例である。このために本実
施例では、スロットル弁を全閉状態から全開状態に、ま
た全開状態から全閉状態に駆動するための駆動手段とし
て、モータ９５、クランク９１、クランク９３及びリン
ク９２を使用する。このとき、クランク９１、クランク
９３及びリンク９２は、モータ９５の回転力をスロット
ル弁のバルブ軸に伝達する伝達機構を構成する。さらに
詳細に見れば、クランク９１はモータ９５の軸に連結さ
れる回転要素であり、クランク９３はスロットル弁の軸
に連結される駆動要素であり、リンク９２は回転要素の
駆動力を駆動要素に伝達する伝達要素とみなすことがで
きる。

【００４３】以下、構成を詳細に説明する。

【００４４】モータ９５の軸にはクランク９１が連結さ
れ、スロットル弁９４の軸にはクランク９３が連結され
ている。さらにこれらのクランク９１，９３はリンク９
２で連結されている。図示しないが、戻しバネ２１は第
１の実施例の図１（ｂ）のようにモータ軸とケーシング
に固定されており、図中、反時計回り方向にトルクを発
生する。モータ９５の回転角は、開き側にはストッパ９
７、閉じ側にはストッパ９６で規制される。ストッパ９
７は、全開でスロットル弁９４が停止するように設定さ
れ、ストッパ９６は、デフォルト位置相当のモータ角度
に設定される。

【００４５】動作を説明する。モータ９５が戻しバネ以
上のトルクを発生すると、クランク９１が回転し、リン
ク９２を介して、クランク９３が回転する。クランク９
３が回転するとスロットル弁９４が開閉する。図６
（ａ）にモータ９５のトルクを最大限にし、クランク９
１を時計回り方向に回転させ、スロットル弁９４を全開
にした状態を示す。この状態よりモータのトルクを戻し
バネトルクより弱めるか、反時計回りに回転させると、
クランク９１も反時計周りに回転し、スロットル弁９４
を全閉する。図６（ｂ）にこの時の状態を示す。この時
重要なのは、クランク９１とリンク９２が一直線上に位
置することである。これにより、クランク９１がどちら
の方向に回転してもスロットル弁９４が開く。モータに
通電されている時は、以上に述べたクランク位置の範囲
で使用される。モータの電源が切れたときには、戻しば
ねによりリンク９１はさらに反時計方向に回転し、スト
ッパ９６にあたり停止する。この状態を図６（ｃ）に示
す。

【００４６】本実施例の開弁特性を図３のプロット６３
に示す。デフォルト位置におけるモータ９５の回転角を
０とする。モータ９５を回転させるにつれスロットル弁
９４は閉じていく。クランク９１とリンク９２が重なっ
たときにスロットル弁９４は全閉となり、さらに回転さ
せると全開まで開く。

【００４７】図３プロット６３特性となるように、リン
ク９２、クランク９１、９３の長さを設定してある。最
も重要なのは、スロットル弁９４が全閉する位置では、
クランク９１とリンク９２が重なるように、リンク９
２、クランク９１、９３の長さを設定する事にある。こ
れにより、デフォルト位置からモータを一方向に回転す
ると、スロットル弁が一旦閉じ、さらに開く動作が行え
る。

【００４８】このようなリンク、クランクの長さにする
ことで、さらに次のような利点がある。

【００４９】全閉位置でリンク−クランク機構の死点と
なるので、減速比は最大となり、図５（Ｅ）プロット８
８と９１で示されるようにモータ９５および戻しバネか
らスロットル弁９４の軸に与えるトルクが大きくなるこ
とにある。全閉付近では、スロットル弁９４とスロット
ル弁の配置される通路との隙間が小さく、異物によるス
ロットル弁９４の固着が発生しやすい。全閉付近で、ス
ロットル弁９４の軸に大きなトルクを与える事ができる
のは、装置の信頼性を確保する上で好都合である。

【００５０】さらに本実施例のように、図３プロット６
３の特性になるように、リンク９２、クランク９１、９
３の長さを設定する事により、図５（Ｅ）プロット８８
と９１に示されるように、全開に近づくにつれモータ角
度で駆動トルクが増加している。このようにする利点
は、特に全開相当のモータ角度でスロットル弁の１４の
駆動トルクが大きく取れる事により、その分、全開一を
保持したときのモータ９５の発生トルクが少なくてすむ
事にある。

【００５１】本実施例において、戻しバネ２１でスロッ
トル弁９４閉じ、さらにデフォルト位置に付勢してお
り、この戻しバネ２１のみでもスロットル弁９４をデフ
ォルト位置に保持することができるが、モータ９５のみ
でもスロットル弁９４をデフォルト位置まで戻すことが
できるようにしている。これにより、戻しバネ２１また
はモータ９５のいずれか一方が壊れて使用不能になって
もスロットル弁９４をデフォルト位置に戻すことができ
る。すなわち、スロットル弁９４の閉操作手段を多重
（２重）化することができる。

【００５２】また、伝達機構をクランク９１、クランク
９３及びリンク９２で構成し、クランク９１を一方向に
１８０度以上回転させてスロットル弁９４をデフォルト
位置における開状態から閉状態を経て開くようにしたの
で、全閉から全開まで操作でき、かつ装置の小型化が可
能になる。

【００５３】第3の実施例を図７および図８を使って説
明する。

【００５４】本実施例は、第2の実施例に対しさらなる
低コスト化とともに、リンクの接続部におけるガタを小
さくしスロットル弁の位置決め精度と、耐久性の向上を
はかった例である。

【００５５】スロットル弁を全閉状態から全開状態に、
また全開状態から全閉状態に駆動するための駆動手段と
して、モータ１２３、クランク１１１およびクランク１
１３、リンク１１２を使用する。この時、クランク１１
１、クランク１１３、及びリンク１１２は、モータ１２
３の回転力をスロットル弁の軸に１２４に連結される回
転要素であり、クランク１１３はスロットル弁の軸に連
結される駆動要素であり、リンク１１２は回転要素の駆
動力を駆動用要素に伝達する伝達要素とみなす事ができ
る。

【００５６】以下、構成を詳細に説明する。

【００５７】モータ１２３の軸にはクランク１１１が連
結され、スロットル弁９４の軸１２４にはクランク１１
３が連結されている。されにこれらのクランク１１１、
１１３はリンク１１２で連結されている。戻しバネ１２
２は、その一端をケーシング１２５の固定ピン１２６
に、もう一端をクランク１１１に接合されている扇形部
材１１４の回動ピン１２７取り付けられている。戻しバ
ネ１２２のトルクは、図７中、時計回り方向にトルクを
発生する。モータ１２３の回転角は、開き側にはストッ
パ１１６、閉じ側にはストッパ１１５で規制される。ス
トッパ１１５は、デフォルト位置相当のモータ角度に設
定される。ストッパ１１６は、スロットル弁９４の全開
以上となる過回転防止のために設けられている。

【００５８】リンク１１２は、クランク１１１、１１３
にピンで結合されている。リンク１１２とクランク１１
３は、図９の状態で同一面内でピンで接続されている。
図９を使って、ピン結合の状態を説明する。クランク１
１３の端部はスリット状になっており、リンク１１２が
差し込まれている。リンク１１２には、貫通穴があり、
その中にベアリング１３２が圧入されている。ピン１３
４は、クランク１１３の端部のスリットの穴とベアリン
グ１３２を通っている。ピン１３４には、抜け防止のた
め、Ｅリング１３５が取り付く。ガタを小さくするた
め、Ｅリング１３５とクランク１１３の間には、ブッシ
ュ１３３が挿入されている。

【００５９】上記の方法でリンク１１２とクランク１１
３を結合すると、同一面内にリンク１１２とクランク１
１３を配置できる。このような配置にすると、リンク１
１２とクランク１１３は同一面内で動作する事により連
結部のピンの軸方向に作用する力が小さくなり、ガタを
低減するメリットがある。型を低減する事により、モー
タ１２６に対する、スロットル弁の軸１２４に取り付け
られているスロットル一千さ１２１の遊びが小さくな
り、さらに摩擦力の低減ができることから、スロットル
弁の制御精度の向上につながる。さらに、ガタが小さく
なる事からピン接続部の摩耗が減り、耐久性向上につな
がる。

【００６０】動作を説明する。

【００６１】図７（ａ）に見られるようにモータ１２３
がトルクを発生しないときは、戻しバネにより扇形部材
１１４がストッパ１１５に押し付けられ、スロットル弁
９４はデフォルト位置に止められている。モータ１２３
が戻しバネ１２２のトルクより大きなトルクを発生する
と、クランク１１１が反時計方法に回転し、スロットル
弁９４は閉じる方向に動作する。モータ軸１１０の軸の
中心と、クランク１１１とリンク１１２の連結部の中心
と、リンク１１２とクランク１１３の連結部の中心が直
線上になるまで、閉じる動作を行い、さらにモータ１２
３が回転するとスロットル弁９４は開き方向に動作す
る。本実施例ではモータ軸１１０の軸の中心と、クラン
ク１１１とリンク１１２の連結部の中心と、リンク１１
２とクランク１１３の連結部の中心が直線上になるとき
に全閉となるようにスロットル弁９４を配置してある。
なお、ここで全閉とは、スロットル弁９４がスロットル
弁が配置される通路に食い込み、固着しない最小の開度
を指す。

【００６２】図７（ｂ）にしめすように、モータ１２３
は、扇型部材１１４がストッパ１１６に干渉するまで回
転を続ける事ができる。

【００６３】モータ１２３のトルクを戻しばね１２２の
トルクより小さくすると、再び図７（ａ）の状態まで戻
る。

【００６４】本実施例では、ストッパ１１５、１１６
は、クランク１１１の扇形部材１１４に作用するように
構成されている。これは、ストッパが作用したときに、
発生する衝撃力がリンク１１２や回動ピン１２６やスロ
ットル弁軸１２４に繰り返し作用することを防止してい
る。衝撃力がこれら部材に作用すると、変形が生じ、位
置決め精度や耐久性が劣化することがある。極端な場合
には、部材の変形によりスロットル弁の開閉ができなく
なる。そこで、本実施例ではストッパとの衝突のトルク
の発生源はモータ１２３と戻しバネ１２２であることか
ら、衝撃力がモータ軸１１０に直接に作用するようにス
トッパ１１５、１１６を配置した。このように配置する
事で装置の耐久性向上、スロットル位置決め精度の劣化
が防止できる。

【００６５】本実施例において、戻しばね１２２でスロ
ットル弁９４を閉じ、さらにデフォルト位置になるよう
に付勢しており、この戻しばね１２２のみでもスロット
ル弁９４をｄフォルト位置に保持する事ができるが、モ
ータ１２３のみでもスロットル弁９４をデフォルト位置
まで戻す事ができるようにしてある。これにより、戻し
ばね１２２またはモータ１２３のいづれかが故障しても
スロットル弁９４をデフォルト位置に戻す事ができる。
すなわち、スロットル弁９４の兵争さ手段を多重（２
重）化することができる。

【００６６】また伝達機構をクランク１１１、１１３お
よびリンク１１２で構成し、クランク１１１を一方向に
180度以上回転させてスロットル弁９４をｄフォルト位
置における開状態から閉状態を経て開くようにしたの
で、全閉から全開まで操作でき、かつ小型化が可能とな
る。

【００６７】図１０に以上の実施例を動作させるのに必
要な、システムの構成図を示す。システムは、スロット
ル弁開閉装置のモータ１５２と、モータ１５２の駆動力
を制御するコントローラ１５１と、スロットル弁位置セ
ンサ１５３より構成される。スロットル弁位置センサ１
５３は、スロットル弁の位置情報をコントローラ１５１
にフィードバックする。コントローラ１５１は、位置情
報と位置指令を比較し、制御を行う。コントローラ１５
１の内部には、モータの回転角とスロットル弁位置の関
係が記憶されている。

【００６８】図１２は、第１、第２および第3の実施例
の一つを用いたエンジンである。このエンジンは、運転
者が操作するアクセルペダル１４１と、アクセルの位置
を検出するアクセルペダル位置センサ１４２と、位置セ
ンサの情報を基に最適なエンジン運転状態となるように
スロットル弁の位置を制御するコントローラ１４３と、
第１もしくは第２の実施例のスロットル弁開閉装置１４
４と、エンジンに吸気を導く吸気管１４５と、エンジン
に燃料を供給するインジェクタ１４６と、エンジン本体
１４８と、エンジンの排気ガスを排気する排気管１４７
より成り立っている。

【００６９】運転者がアクセルペダル１４１を踏み込む
と、アクセルペダル位置センサ１４２がアクセルペダル
の位置を検出し、検出量をコントローラ１４３に伝え
る。コントローラは、エンジンの運転状態が最適になる
ように、エンジンの運転状態を検出する各種センサより
の信号１４９を基に、スロットル弁開閉装置１４４を制
御する。

【００７０】図１３に、一例として図１２のエンジンが
アイドル状態の時に、運転者がアクセルペダル１４１を
踏み込んだときの目標開度の時間変化をプロット１５３
でしめす。スロットル弁の実際の動作をプロット１５１
でしめす。目標開度に追従し、遅れを生じることなく、
スムースに動作する。この場合、エンジン出力をスムー
スに増加することができる。一方、同条件で従来のスロ
ットル弁開閉装置を用いると、プロット１５２に示すよ
うにデフォルト位置でスロットル弁の開きに遅れが生じ
る。これは、デフォルト開度にてモータに作用するばね
トルクが反転するためである。スロットル弁が滑らかに
開かないため、エンジン出力もこれに伴い変化し、スム
ースなエンジンの運転ができない。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、開状態を保持するよう
に付勢されたスロットル弁に駆動手段の作用力が一方向
に作用して、スロットル弁が前記開状態から閉状態、更
に開状態と変化して全開まで変化するので、駆動手段に
よる操作力が無い状態ではスロットル弁を開いた状態に
保持できるとともに、開状態を保持するように付勢する
力が単純化され、スロットル弁の開度を遅れを小さくし
て目標値に追従させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の構成を示す図である。

【図２】本発明の第一の実施例のスロットル弁の状態を
示す図である。

【図３】スロットル弁とモータ回転角の関係を表す図で
ある。

【図４】駆動力の伝達系統を示す図である。

【図５】駆動力の伝達を説明する図である。

【図６】本発明の第２の実施例の構成及びスロットル弁
の状態を示す図である。

【図７】第3の実施例のスロットル弁開閉装置の側面図
である。

【図８】第3の実施例のスロットル弁開閉装置の上面図
である。

【図９】第3の実施例のリンクとクランクの連結部を示
す図である。

【図１０】スロットル弁開閉装置のシステムを表す図で
ある。

【図１１】スロットル弁開閉装置で全開からデフォルト
角度まで動作したときの応答特性の一例を示す図であ
る。

【図１２】第１および第２の実施例を用いたエンジンの
システム図である。

【図１３】アイドル状態時に、運転者がアクセルペダル
を踏み込んだときの目標開度の時間変化を示す図であ
る。

【符号の説明】１１…カム、１２…アーム、１３…スロットルギヤ、１
４…スロットル弁、１７…フォロアー、１８…突起、２
０…モータ、２１…戻しバネ、９５…モータ、９１、９
３…クランク、９２…リンク、９６…スロットル弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/14 ３２０Ｆ０２Ｄ 41/14 ３２０Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関に吸入される空気の流量を調節す
るスロツトル弁と、このスロツトル弁を駆動する駆動手
段と、前記スロツトル弁の関度を目標値に追従させる制
御手段とを備え、前記スロツトル弁を最小開度から全開
まで、また全開から最小開度まで前記駆動手段を制御し
て開閉する車両用スロツトル弁開閉装置において、前記駆動手段の駆動力が前記スロツトル弁に作用しない
初期状態では、前記スロツトル弁は全開状態から開方向
に所定の開度変位した状態で保持され、この初期保持状
態から前記駆動手段が前記スロツトル弁を駆動すると
き、前記スロツトル弁は一旦閉じる方向に動作して、最
小開度に達してから開くように動作することを特徴とす
る車両用スロツトル弁開閉装置。
【請求項２】請求項１記載の車両用スロツトル弁開閉装
置において、該装置は更に、前記スロットル弁を閉じる
方向に付勢し、前記駆動手段が作動していない時に前記
スロットル弁を前記初期状態の所定開度を保持させる付
勢手段を有することを特徴とする車両用スロツトル弁開
閉装置。
【請求項３】内燃機関に吸入される空気の流量を調節す
るスロツトル弁と、このスロツトル弁を駆動する駆動手
段と、前記スロツトル弁の関度を目標値に追従させる制
御手段とを備え、前記スロツトル弁を最小開度から全開
まで、また全開から最小開度まで前記駆動手段を制御し
て開閉する車両用スロツトル弁開閉装置において、前記駆動手段は弁開度変化規定手段と前記弁開度変化規
定手段を作働させる作動手段からなり、前記開度変化規
定手段は前期作動手段の駆動力が前記スロツトル弁に作
用しない初期状態では、前記スロツトル弁を全開状態か
ら開方向に所定の開度に変位した状態で保持し、この初
期保持状態から前記スロツトル弁が駆動されるとき、前
記スロツトル弁を一旦閉じる方向に動作し、最小開度に
達してから開くように作動させることを特徴とする車両
用スロツトル弁開閉装置。
【請求項４】請求項３記載の車両用スロツトル弁開閉装
置において、該装置は更に、前記スロットル弁を閉じる
方向に付勢し、前記駆動手段が作動していない時に前記
スロットル弁を前記初期状態の所定開度を保持させる付
勢手段を有することを特徴とする車両用スロツトル弁開
閉装置。
【請求項５】請求項４記載の車両用スロツトル弁開閉装
置において、前記作動手段はモータであり、このモータ
の回転軸をー方向に180度以上回転させる間に、前記弁
開度変化規定手段は前記スロツトル弁を前記付勢手段で
保持された所定開度の初期状態から最小開度状態、さら
に全開状態に変化させることを特徴とする車両用スロツ
トル弁開閉装置。
【請求項６】請求項５に記載の車両用スロツトル弁開閉
装置において、前記モータの軸と前記スロツトル弁の軸
とが平行に配置され、かつ前記弁開度変化規定手段が、
前記モータの軸に締結される回転要素とこの回転要素に
接続される伝達要素と、この伝達要素と接続され前記ス
ロツトル弁の軸に結合される弁駆動要素とから成り、前
記モータの軸と前記伝達要素のスロットル弁側の先端ま
での距離のモータの回転角度に対する微分値の符号が一
度反転することを特徴とする車両用スロツトル弁開閉装
置。
【請求項７】請求項６に記載の車両用スロツトル弁開閉
装置において、スロツトル弁の前記最小開度において、
前記微分値の符号が反転することを特徴とする車両用ス
ロツトル弁開閉装置。
【請求項８】請求項６に記載の車両用スロツトル弁開閉
装置において、前記回転要素が前記モータの回転角を前
記スロツトル弁の開度に変換するための案内部を有する
力ムで構成され、前記力ムの回転中心からまでの距離を
前記力ムの回転角度で微分したときに、その微分値が正
の値をとる領域と負の値をとる領域を、前記スロツトル
弁の動作範囲に、それぞれーつずつ有するようにしたこ
とを特徴とする車両用スロツトル弁開閉装置。
【請求項９】請求項８に記載の車両用スロツトル弁開閉
装置において、前記カムは前記伝達要素として作用する
アームの一端に結合され、他端はラック構造となってお
り、スロットル弁軸に取り付けられた歯車と噛み合って
いることを特徴とする車両用スロツトル弁開閉装置。
【請求項１０】請求項８に記載の車両用スロツトル弁開
閉装置において、前記カムの前記案内部はスパイラルの
形状であることを特徴とする車両用スロツトル弁開閉装
置。
【請求項１１】請求項１０に記載の車両用スロツトル弁
開閉装置において、前記案内部のスパイラルの形状はイ
ンボリュート曲線であることを特徴とする車両用スロツ
トル弁開閉装置。
【請求項１２】請求項６に記載の車両用スロツトル弁開
閉装置において、前記回転要素がモータで回転されるク
ランク、前記駆動要素ガスロツトル弁を回転するクラン
ク、前記伝達要素が前記2つのクランクの間に連結され
るリンクであり、前記付勢手段として、モータで回転さ
れるクランク軸にー方向の力を作用させるようバネを備
えたことを特徴とする車両用スロツトル弁開閉装置。
【請求項１３】請求項１２に記載の車両用スロツトル弁
開閉装置において、スロツトル弁の最小開度において、
前記モータの軸と回転要素のクランクとの締結点と、前
記回転要素のクランクと前記リンクとの結合点と、前記
リンクと前記駆動要素のクランクとの結合点とが略一直
線上に並ぶことを特徴とする車両用スロツトル弁開閉装
置。
【請求項１４】複数のシリンダーと、前記シリンダーに
燃料を供給する燃料システムと、前記シリンダーに吸入
される空気の流量を調節するスロツトル弁と、このスロ
ツトル弁を駆動する駆動手段と、前記スロツトル弁の関
度を目標値に追従させる制御手段とを備え、前記スロツ
トル弁を最小開度から全開まで、また全開から最小開度
まで前記駆動手段を制御して開閉する車両用スロツトル
弁開閉装置とを具備した車両用内燃機関において、前記スロットル弁開閉装置における前記駆動手段は弁開
度変化規定手段と前記弁開度変化規定手段を作働させる
作動手段からなり、前記開度変化規定手段は前期作動手
段の駆動力が前記スロツトル弁に作用しない初期状態で
は、前記スロツトル弁を全開状態から開方向に所定の開
度に変位した状態で保持し、この初期保持状態から前記
スロツトル弁が駆動されるとき、前記スロツトル弁を一
旦閉じる方向に動作し、最小開度に達してから開くよう
に作動させることを特徴とする車両用内燃機関。