JPH04301145A - エンジンの吸入空気量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの吸気通路に
介装したスロットルバルブの開閉駆動を電気モータで行
うようにしたエンジンの吸入空気量制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジンの吸入空気量制御装
置として、吸気系のスロットルバルブとアクセル機構と
の機械的連係をなくし、このスロットルバルブを電気モ
ータの駆動によって開閉操作し、その開閉特性の自由度
を高めるようにした技術が、例えば特開昭６３−３１４
３２８号公報に見られるように公知である。また、上記
のようにスロットルバルブを電気モータで駆動すること
でエンジンの吸気量を調整する電子制御式のスロットル
バルブを構成するようにした場合には、車輪のスリップ
状態に応じて吸入空気量すなわちエンジン出力を調整す
るトラクション制御などを行うことが可能となるもので
ある。

【０００３】一方、車速を設定値に維持するべく実車速
と設定値との偏差に応じてエンジン出力を調整する定速
走行制御のように、運転者のアクセル操作によらずにエ
ンジンの吸入空気量を制御する技術も一般に採用されて
いる。この定速走行制御のアクチュエータとしては、通
常、アクセル開度を調整することで行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかして、上記のよう
にスロットルバルブを電気モータで開閉操作するように
した際に、各種制御に基づいてスロットル開度を変更操
作するときに、目標スロットル開度に到達するまでの応
答性と目標開度に一致させる位置決め精度との両立が困
難となる問題を有している。

【０００５】すなわち、ステップモータなどの電気モー
タをスロットルバルブに連係してその開閉操作を行う機
構を設置する場合に、急加速時もしくは急減速時などの
ように急激にスロットルバルブを開閉作動したいときに
は、例えばモータの１ステップ駆動で開閉するスロット
ル角度を大きく設定して開閉速度を高め、目標スロット
ル開度への開閉作動の応答性を向上することが良好であ
る。しかし、このように応答性を重視して開閉速度を高
めて１ステップでの移動量を大きくすると、例えば定速
走行制御を行う場合に、設定車速と実車速とが近接して
目標スロットル開度と実スロットル開度の偏差が小さく
なっているときに、１ステップの駆動でも開度変化量が
大きく位置決め精度すなわち制御精度が低くなる。逆に
、制御精度を高めるように１ステップでの移動量を小さ
くすると、スロットル開度の変化速度が低く良好な応答
性が得られなくなる。

【０００６】一方、上記のような制御応答性と制御精度
の両方の特性が得られるような電気モータとサーボ系を
設けることは、電気モータの要求精度が高く、サーボ系
も複雑で高価なものとなり、一般的なエンジンへの採用
が困難となる。また、アクセル操作等に対応して応答性
を重視した特性でスロットルバルブを開閉する電気モー
タと、定速走行制御用などの制御精度を重視した特性で
スロットルバルブを開閉する電気モータとを別途に設置
することも、スロットル駆動機構のコンパクト化の障害
となり、単一の電気モータでの駆動が好ましいものであ
る。

【０００７】そこで本発明は上記事情に鑑み、制御応答
性と制御精度の両立をコンパクトな機構によって得るよ
うにしたエンジンの吸入空気量制御装置を提供すること
を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の吸入空気量制御装置は、図１に基本構成を示す
ように、エンジンＥの吸気通路Ａには吸気量を調整する
スロットルバルブＢが介装され、該スロットルバルブＢ
には減速機構Ｃを介して電気モータＭが接続され、該電
気モータＭの駆動によってスロットルバルブＢの開閉作
動を行う。上記電気モータＭには吸入空気量制御手段Ｆ
からの制御信号が出力され、この吸入空気量制御手段Ｆ
は、アクセル開度などの運転状態に応じた吸入空気量す
なわち目標スロットル開度となるようにスロットルバル
ブＢを開閉操作する制御信号を出力して、吸入空気量の
制御を行う。

【０００９】また、前記電気モータＭとスロットルバル
ブＢとの間には減速機構Ｃと、その減速比を変更する減
速比可変手段Ｄが設置され、この減速比可変手段Ｄは、
前記吸入空気量制御手段Ｆによるスロットル駆動信号を
受け、電気モータＭの駆動量が小さい時には大きいとき
に比べて減速比を大きくする制御を行うように構成され
ている。

【００１０】さらに、車速を設定値に維持するための定
速走行制御手段Ｇを設け、該定速走行制御手段Ｇから実
車速と設定値との偏差に応じた信号が前記吸入空気量制
御手段Ｆに出力され、この吸入空気量制御手段Ｆは実車
速が設定値となるような吸入空気量を得るべくスロット
ル開度を補正制御するようにしてもよく、この定速速走
行制御を行っている場合で、前記偏差が小さく電気モー
タＭの駆動量が小さくなっているときには前記減速比可
変手段Ｄは減速比を大きくするものである。

【００１１】なお、前記減速比可変手段Ｄと減速機構Ｃ
とを機械的機構によって一体に構成し、前記電気モータ
Ｍの駆動量が大きい時には小さいときに比べて減速比が
小さくなる作動特性に構成するようにしてもよい。

【００１２】また、前記減速機構Ｃを遊星歯車機構とし
、減速比可変手段Ｄをその一部の回転部品を固定するク
ラッチで構成するようにしてもよい。

【００１３】

【作用および効果】上記のようなエンジンの吸入空気量
制御装置では、通常のアクセル開度などの運転状態に応
じた吸入空気量制御で、加減速時のようにスロットル開
度の変化量の大きい状態では、減速比可変手段によって
電気モータからスロットルバルブに対する減速比を小さ
くしてスロットルバルブの開度変化速度を速めて制御応
答性を高める一方、目標スロットル開度の近傍となって
スロットル開度の変化量が小さい状態では上記減速比を
大きくしてスロットルバルブの制御精度を高めて、目標
スロットル開度への正確な位置決めが行え、所望の吸入
空気量が得られるものである。しかも、上記のような制
御応答性および制御精度の両立を、電気モータの要求精
度の向上、複雑なサーボ系を要することなく実現でき、
更に、単一の電気モータによって構成することで、スロ
ットル機構のコンパクト化が得られ、コスト面でも有利
となるものである。

【００１４】一方、定速走行制御を行う場合には、前記
減速比を大きくしてスロットルバルブの緻密な開度制御
が可能となり吸入空気量すなわちエンジン出力の制御精
度を高めて安定した定速走行制御が実行できる。

【００１５】

【実施例】以下、図面に沿って本発明の各実施態様を説
明する。

【００１６】＜実施例１＞図２にこの実施例の吸入空気
量制御装置を備えたエンジンの全体構成図を示し、エン
ジン１０の燃焼室１１には吸気ポート１２と排気ポート
１３が開口され、両ポート１２，１３　の開口部が吸気
弁１５および排気弁１６によってそれぞれ所定のタイミ
ングで開閉作動される。上記吸気ポート１２に連通して
燃焼室１１に吸気を供給する吸気通路１７には、上流側
からエアクリーナ１８、吸気量を計測する吸気量センサ
１９、吸気量を制御するスロットルバルブ２０が介装さ
れ、サージタンク２１より下流側部分には燃料を噴射供
給するインジェクタ２２が配設されている。また、前記
スロットルバルブ２０をバイパスするバイパス通路２４
が設けられ、このバイパス通路２４にはバイパスエア量
を調整する制御弁２５が介装されている。

【００１７】前記スロットルバルブ２０に連係して電気
モータ３０が配設され、また、この電気モータ３０とス
ロットルバルブ２０との間には減速比可変機構３１を備
えた減速機構３２が介装され、上記スロットルバルブ２
０が電気モータ３０の駆動に応じて所定の減速比で開閉
操作される。この減速比可変機構３１は、詳細構造は図
示しないがアクチュエータの作動によってその減速比が
切換え可能に構成されている。

【００１８】前記電気モータ３０および減速比可変機構
３１に対して、内部にＣＰＵなどを有するコントローラ
３３から制御信号が出力されて、所定の特性でスロット
ルバルブ２０が所定開度に開閉駆動されて吸入空気量の
制御が行われる。また、前記バイパス通路２４の制御弁
２５にもコントローラ３３から制御信号が出力され、ア
イドル時の吸入空気量をバイパスエア量で制御してアイ
ドル回転数制御を行う。

【００１９】上記コントローラ３３にはエンジンの運転
状態を検出するために、吸入空気量を検出する吸気量セ
ンサ１９からの吸気量信号のほか、エンジン回転数を検
出するために回転センサ３５からの回転信号、スロット
ルバルブ２０の開度を検出するスロットルセンサ３６か
らの実スロットル開度信号、アクセルペダル３７の操作
量を検出するアクセルセンサ３８からのアクセル開度信
号、実際に走行している車速を検出する車速センサ３９
からの車速信号、定速走行制御を実行するよう運転者が
操作するオートクルーズスイッチ４１の信号等がそれぞ
れ入力される。

【００２０】そして、上記コントローラ３３は、基本的
にはアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて目標ス
ロットル開度を決定し、実スロットル開度と比較して両
者の偏差に応じて電気モータ３０を開方向もしくは閉方
向に駆動し、また、オートクルーズスイッチ４１がオン
操作されている場合には、設定された目標車速と実車速
との偏差に応じて電気モータ３０を開方向もしくは閉方
向に駆動するものであり、更に、上記オートクルーズス
イッチ４１のオン操作に応じて減速比可変機構３１に切
換信号を出力して、減速比を大きくするように制御する
ものである。

【００２１】上記コントローラ３３による電気モータ３
０および減速比可変機構３１の駆動制御を図３のフロー
チャートに沿って説明する。制御スタート後、ステップ
Ｓ１でオートクルーズスイッチ４１がオン操作されてい
るか否かを判定し、定速走行制御を行わない通常制御時
（ＮＯ判定時）には、ステップＳ２に進んで減速比可変
機構３１に減速比を小さくするオフ信号を出力する。こ
れにより、電気モータ３０の駆動に対してスロットルバ
ルブ２０は応答性の高い状態で開閉作動される。

【００２２】上記通常制御時には、ステップＳ３でアク
セル開度ＡＣＣとエンジン回転数Ｎｅとによりマップな
どから目標スロットル開度ＴＶｏ　を決定すると共に、
ステップＳ４でスロットルセンサ３６から実スロットル
開度ＴＶを読み込む。そして、両者の偏差をステップＳ
５およびＳ７で判定するものであり、まず、ステップＳ
５の判定により実スロットル開度ＴＶが目標スロットル
開度ＴＶｏ　より所定値α以上大きい場合には、ステッ
プＳ６で電気モータ３０に逆転信号を出力してスロット
ルバルブ２０を閉駆動する。一方、ステップＳ７の判定
により実スロットル開度ＴＶが目標スロットル開度ＴＶ
ｏ　より所定値α以上小さい場合には、ステップＳ８で
電気モータ３０に正転信号を出力してスロットルバルブ
２０を開駆動する。

【００２３】また、前記ステップＳ１の判定がＹＥＳで
オートクルーズスイッチ４１がオン操作されて定速走行
制御を行う場合には、ステップＳ９に進んで減速比可変
機構３１に減速比を大きくするオン信号を出力する。こ
れにより、電気モータ３０の駆動に対してスロットルバ
ルブ２０の制御精度を高めた状態で開閉作動される。こ
の定速走行制御時には、ステップＳ１０で実車速Ｖと設
定された目標車速Ｖｏ　を読み込む。そして、両者の偏
差をステップＳ１１およびＳ１３で判定するものであり
、まず、ステップＳ１１の判定により実車速Ｖが目標車
速Ｖｏ　より所定値β以上大きい場合には、ステップＳ
１２で電気モータ３０に正転信号を出力してスロットル
バルブ２０を開駆動する。一方、ステップＳ１３の判定
により実車速Ｖが目標車速Ｖｏ　より所定値β以上小さ
い場合には、ステップＳ１４で電気モータ３０に逆転信
号を出力してスロットルバルブ２０を閉駆動する。

【００２４】上記のような処理により、通常制御時には
減速比を小さくした状態で電気モータ３０によってスロ
ットルバルブ２０の開閉駆動を行って良好な制御応答性
を得て、アクセル操作に敏感に反応したスロットル開度
の変更によって吸入空気量を制御する一方、定速走行制
御時には減速比を大きくした状態で電気モータ３０によ
ってスロットルバルブ２０の開閉駆動を行って制御精度
を得て、緻密なスロットル開度の調整により車速を設定
車速に正確に維持するように吸入空気量を制御するもの
である。

【００２５】＜実施例２＞図４および図５にこの実施例
の吸入空気量制御装置の減速機構４５および減速比可変
機構４６を示す。この例では無段階に減速比が変更可能
であると共に、スロットル開度の開閉操作量が大きく電
気モータ３０の駆動量（駆動速度）に応じて減速比を変
更するものであり、加速時のように駆動量の大きい場合
には減速比を小さくしてスロットルバルブ２０の開閉速
度を大きくして制御応答性を高める一方、定速走行制御
時のように電気モータ３０の駆動量の小さい場合には減
速比を大きくしてスロットルバルブ２０の開閉速度を遅
くして制御精度を高める機構を、機械的構造によって得
るようにしたものである。

【００２６】図４は電気モータ３０の停止もしくは低速
状態を示し、電気モータ３０のドライブシャフト４７に
は駆動プーリ４８の固定プーリピース４８ａ　が固着さ
れると共に、スライドプーリピース４８ｂ　が軸方向に
スライド可能にスプライン嵌合され、両プーリピース４
８ａ，４８ｂの対向するテーパ面に伝動ベルト４９が掛
けられている。上記スライドプーリピース４８ｂ　の背
面には半径方向に移動可能にフライウェイト５０が配設
され、該フライウェイト５０の先端傾斜面がガイド部材
５１の傾斜面に当接している。このフライウェイト５０
は、外側に広がるとスライドプーリピース４８ｂ　を固
定プーリピース４８ａ　側に押圧するように軸方向に移
動させる。

【００２７】一方、上記駆動プーリ４８の側方に配設さ
れた従動プーリ５２の対向するテーパ面に前記伝動ベル
ト４９が掛けられた両側のプーリピース５２ａ，５２ｂ
　は、それぞれドリブンシャフト５３に軸方向に移動可
能にスプライン嵌合され、それぞれのプーリピース５２
ａ，５２ｂ　は背面に縮装されたスプリング５４によっ
て伝動ベルト４９を挾圧するように付勢される。上記ド
リブンシャフト５３の一端部に設けられたピニオン５５
から、中間軸５６の減速ギヤ５７を介してスロットルバ
ルブ２０のスロットルシャフト２０ａ　のギヤ５８に回
転が伝達される。

【００２８】上記図４の低速状態ではフライウェイト５
０の遠心力は小さく、該フライウェイト５０は中心側に
位置し駆動プーリ４８での伝動ベルト４９の係合半径は
小さく、従動プーリ５２での係合半径は大きく、減速比
が大きい状態となっている。電気モータ３０の回転速度
が上昇すると、フライウェイト５０が遠心力で外周側に
移動するのに応じて駆動プーリ４８のスライドプーリピ
ース４８ｂ　が中心側に移動し、この駆動プーリ４８で
の伝動ベルト４９の係合半径が大きくなる一方、従動プ
ーリ５２での係合半径は小さく、減速比が小さくなる。 このように電気モータ３０の回転速度に対して低速で減
速比が大きく速度の上昇に伴って減速比が無段階で小さ
くなるように変化する。

【００２９】また、電気モータ３０によるスロットルバ
ルブ２０の開度制御を行う場合に、目標開度に変更する
駆動信号の出力に対して、電気モータ３０の駆動速度は
停止状態から徐々に速度が上昇し、所定速度に達して目
標開度の近傍になると速度が低下し目標開度に一致した
時点で停止するように制御を行うものである。この特性
に応じ、通常の吸入空気量制御においては、目標スロッ
トル開度が大きく変化するのに応じて電気モータ３０の
駆動時間も長いことから駆動速度も速くなる一方、低速
走行制御のように目標スロットル開度の変化が小さいと
きには電気モータ３０の駆動時間も短く、駆動速度は遅
くなる。

【００３０】したがって、前記減速比可変機構４６との
関係において、通常制御の加速時などでは、電気モータ
３０の駆動初期では図４の減速比が大きい状態でも、駆
動時間が長くなるのに応じて駆動速度が速くなることか
ら減速比は小さく図５の状態となってスロットルバルブ
２０の開度変化の速度が速く制御応答性が高くなる。こ
れに対し、定速走行制御などでは、電気モータ３０の駆
動初期の状態（図４）で駆動時間が終了して所定開度に
達するように、電気モータ３０の駆動速度が上昇する前
に停止するものであって、この状態では減速比は大きく
制御精度が高くなる。

【００３１】本例の減速比可変機構４６によれば、上記
制御応答性と制御精度の両立に加えて、大きなトルクを
要する電気モータ３０の駆動開始時における減速比は大
きくなっているので起動が迅速に行え、また、小型の電
気モータ３０の使用が可能となる。

【００３２】＜実施例３＞図６および図７にこの実施例
の吸入空気量制御装置の減速機構６１および減速比可変
機構６２を示し、減速機構６１として遊星歯車機構を採
用し、減速比可変機構６２としてクラッチを使用してい
る。

【００３３】電気モータ３０の駆動軸６３はサンギヤ６
４に連結され、このサンギヤ６４の外側に遊星ギヤ６５
が噛合され、該遊星ギヤ６５の外周がリングギヤ６６の
内歯に噛合している。そして、このリングギヤ６６と同
軸に配設されたスロットルバルブ２０が連結部材６７で
連結され、リングギヤ６６の回転がスロットルバルブ２
０に伝達される。

【００３４】一方、前記遊星ギヤ６５を支承するキャリ
ヤ６８と遊星ギヤ６５との間に該遊星ギヤ６５の自転が
ロック可能な第１クラッチ７０が配設されると共に、上
記キャリヤ６８と固定部７２との間に該キャリヤ６８を
固定して遊星ギヤ６５の公転がロック可能な第２クラッ
チ７１が配設される。

【００３５】上記第１クラッチ７０は前記キャリヤ６８
の一端部にクラッチハウジング７３が設けられ、このク
ラッチハウジング７３内に遊星ギヤ６５に固着された摺
接部材７４が設けられ、上記クラッチハウジング７３と
摺接部材７４とのスプリング７５の付勢力による圧接状
態でこの第１クラッチ７０が締結状態となるように構成
されている。また、上記キャリヤ６８は遊星ギヤ６５の
中心を軸方向に移動可能に第２クラッチ７１側に貫通し
、その移動を停止するストッパ７６が形成されている。 このキャリヤ６８の他端部には第２クラッチ７１の摺接
部材７７が設けられ、この摺接部材７７の外周側にクラ
ッチハウジング７８が配設されている。このクラッチハ
ウジング７８は軸方向に移動可能に設置され、背部のプ
ッシュソレノイド７９によって押圧作動されて、第１お
よび第２クラッチ７０，７１　の締結状態が連係して切
換え操作される。

【００３６】上記プッシュソレノイド７９に対しては、
前記実施例１の減速比可変機構３１に対する制御信号と
同様にコントローラ（図示せず）からの制御信号が出力
され、定速走行制御のように減速比を大きくする場合に
プッシュソレノイド７９に駆動信号を出力して、第１ク
ラッチ７０を解放状態にする一方、第２クラッチ７１を
締結状態に切り換えるものである。また、通常制御時に
はプッシュソレノイド７９の駆動を解除して、第１クラ
ッチ７０を締結状態にする一方、第２クラッチ７１を解
放状態に戻す。

【００３７】その作動を説明すれば、通常制御状態では
、第１クラッチ７０が締結されることで遊星ギヤ６５の
自転ができず公転のみとなり、サンギヤ６４、遊星ギヤ
６５、リングギヤ６６はロック状態となり、電気モータ
３０によるサンギヤ６４の回転とリングギヤ６６の回転
が同一となり、減速比の小さい駆動となって制御応答性
を得る。また、低速走行制御状態では、第２クラッチ７
１の締結作動により遊星ギヤ６５は公転せず、電気モー
タ３０の回転はサンギヤ６４に伝達され、遊星ギヤ６５
が自転してリングギヤ６６が上記歯車列の減速で減速比
が大きな状態で駆動され、良好な制御精度が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエンジンの吸入空気量制御装置の基本
構成図

【図２】第１の実施例を示す吸入空気量制御装置を備え
たエンジンの全体構成図

【図３】図２の例におけるコントローラの処理を説明す
るためのフローチャート図

【図４】第２の実施例における吸入空気量制御装置の減
速比可速変機構を示す機構図

【図５】図４の減速比の変更状態を示す同機構図

【図６
】第３の実施例における吸入空気量制御装置の減速比可
変機構を示す機構図

【図７】図６の作動原理を示す斜視図

【符号の説明】

Ｅ，１０　　　　　エンジン Ｂ，２０　　　　　スロットルバルブ Ｃ，３２，４５，６１　　　　　減速機構Ｍ，３０　　
　　　電気モータ Ｄ　　　　減速比可変手段 Ｇ　　　　定速走行制御手段 ３１，４６，６２　　　　減速比可変機構３３　　　　
コントローラ ４８　　　　駆動プーリ ５２　　　　従動プーリ ６４　　　　サンギヤ ６５　　　　遊星ギヤ ６６　　　　リングギヤ ７０，７１　　　　　クラッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エンジンの吸気通路に介装され吸気量
   を調整するスロットルバルブの開閉駆動を行う電気モー
   タを設け、アクセル開度などの運転状態に応じて上記電
   気モータの作動を制御しスロットルバルブを所定開度に
   操作して吸入空気量を制御するようにしたエンジンの吸
   入空気量制御装置において、前記電気モータとスロット
   ルバルブとの間に減速機構と、電気モータの駆動量が小
   さい時には大きいときに比べて減速比を大きくする減速
   比可変手段とを備えたことを特徴とするエンジンの吸入
   空気量制御装置。
2. 【請求項２】　　前記減速比可変手段は、車速を設定値
   に維持する定速走行制御中には減速比を大きくすること
   を特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量制御
   装置。
3. 【請求項３】　　前記減速機構は遊星歯車機構で、減速
   比可変手段がクラッチであることを特徴とする請求項１
   記載のエンジンの吸入空気量制御装置。