JPH04347340A - 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、スロットル弁とアクセ
ルペダルとを機械的に連結するスロットル機構の途中に
電気的に吸入空気量が制御可能な機構を介装したエンジ
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、アクセルペダルの操作量に対するスロットル
弁の開度制御において、車速を一定に保つ定速走行制御
（オートクルーズ制御）、車輪のスリップ量を所定状態
に維持するトラクション制御、その他アクセル操作の変
化に応じたスロットル特性を可変とした走行フィーリン
グの補正制御等が行えるようにするために、吸気系のス
ロットル弁とアクセルペダルとの機械的連係をなくし、
このスロットル弁をアクセル操作量に応じてアクチュエ
ータの駆動によって開閉し、その開閉特性の自由度を高
めるようにした技術が知られている。

【０００３】しかし、上記のようにアクチュエータによ
って電気的に吸入空気量を制御するについて、このアク
チュエータによるスロットル弁の開閉駆動系統に故障が
発生すると、吸入空気量の調整が不能となってエンジン
回転が暴走状態となる恐れがあることから、アクセルペ
ダルとスロットル弁との機械的連係を保持して、電気的
制御が不能となったフェイル時にもスロットル弁を全閉
状態に復帰できるようにした技術が、例えば、特開昭６
３−２０８６３２号公報に見られるように公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかして、上記のよう
なオートクルーズ制御、トラクション制御等を行うにつ
いて、スロットル弁の開閉機構を少ないアクチュエータ
で簡易に構成しつつ、システムフェイル時のスロットル
開度の急変状態の回避とバックアップ機能の確保とを行
うことが困難となっている。

【０００５】すなわち、スロットル弁とアクセルペダル
とを完全に分離して、電気的手段によってスロットル開
度の開閉制御を行うように設けた場合には、単一のアク
チュエータによってスロットル制御を行うことができる
が、この場合に上記アクチュエータの制御系統に故障が
発生して制御不能となった際に、スロットル弁がそれま
での開度から急激に閉作動するものでは、エンジンの暴
走状態の発生は回避できるがこのスロットル変化に応じ
てエンジン出力が急激に変化して運転者に違和感を与え
ることになる。また、スロットル弁が開放状態のまま固
定するフェイル発生の可能性があり、この場合にはエン
ジン暴走の恐れがあることからバックアップのためにも
複数のアクチュエータを設置するか、スロットル弁とア
クセルペダルとのアクセルワイヤによる機械的連係を維
持する必要があるが、複数のアクチュエータの設置はコ
スト、重量の面で大きな問題があり、簡易な機構で確実
なバックアップ機能を得ることが望まれている。

【０００６】そこで本発明は上記事情に鑑み、スロット
ル弁とアクセルペダルとの機械的な連結を確保しつつ両
者の位相関係が変更可能に設けるとともにフェイル時の
エンジン出力の急変を防止する機構をコンパクトに構成
す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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のエンジンの吸入空気量制御装置は、スロットル
弁とアクセルペダルとを機械的に連結するスロットル機
構を設けると共に、該スロットル機構にアクセルペダル
とスロットル弁との位相関係をスロットル弁の閉方向に
のみ変更可能な位相調整手段を設け、該位相調整手段は
通電することにより作動し、通電カット時には位相関係
を現状態に固定するように構成したものである。

【０００８】前記位相調整手段は２枚のプレートと、両
プレートを所定の圧着力で押圧する付勢手段と、上記プ
レートに超音波振動を与える加振手段とよりなる超音波
モータで構成することができる。

【０００９】また、前記位相調整手段にはスロットル弁
開方向への作動を規制する規制手段を設け、さらに、位
相調整手段よりもアクセルペダル側にスロットル開方向
への作動を行うアクチュエータを備えて構成するのが好
適である。

【００１０】

【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、単にアクセル操作量に応じてスロットル
制御を行う場合には、位相調整手段は停止状態にあって
アクセルペダルの操作に連係して機械的にスロットル弁
の開閉作動が行われる。また、オートクルーズ制御、ト
ラクション制御、走行フィーリングの補正制御などを行
うために位相調整手段に通電すると、この位相調整手段
は所定の吸入空気量を得るべくスロットル開度を低減方
向のみに制御し、所定の特性を得るものである。なお、
スロットル開度の増量方向への修正は運転者が出力不足
に対応してアクセルペダルが操作されることによって行
うものである。

【００１１】そして、フェイル時には位相調整手段への
通電がカットされ、この位相調整手段はアクセルペダル
とスロットル弁との位相関係を現状態に固定することに
よって、スロットル弁をアクセルペダルの開閉操作に応
じて開閉作動させるものであり、その際、上記位相調整
手段は閉弁方向のみに作動することでアクセルペダルを
戻すとスロットル弁は必ず全閉状態に戻ってエンジンの
暴走が防止でき、さらに、フェイル時に急にスロットル
弁が閉じたりするような変動を生じることなく、エンジ
ン出力の急変に伴う運転者への違和感がなく、良好な走
行性が維持でき、しかも、アクチュエータの少ないコン
パクトな機構でコスト、重量面で有利となるものである
。

【００１２】また、規制手段によってスロットル弁の開
方向への作動を規制し、吸気負圧によりスロットル弁が
開方向に開くことを防止し安全性が向上する。さらに、
オートクルーズ制御等の場合にはアクチュエータによっ
てスロットル弁を開作動することでスロットル開度を所
定量開いてアクセルペダルの操作を不要とし、この開度
からの位相調整手段による低減制御で所定開度に調整す
るものである。また、開き側への制御を運転者に告知す
ることにより安全性が向上するとともに、暴走時のバッ
クアップを位相調整手段により行うことができるもので
ある。

【００１３】

【実施例】以下、図面に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１に一実施例におけるエンジンの吸入空気量制御
装置の構成図を示す。

【００１４】エンジン本体（図示せず）に吸気を供給す
る吸気通路１１にスロットル弁１２が介装され、該スロ
ットル弁１２の弁軸１３に位相調整手段１５としての超
音波モータが設置され、この超音波モータ１５の弁軸１
３と反対側のドラム１６には、一端がアクセルペダル１
７に接続されたアクセルワイヤ１８の他端が接続され、
スロットル弁１２とアクセルペダル１７とを機械的に連
結するスロットル機構が構成される。

【００１５】そして、上記超音波モータ１５は、詳細構
造については後述するが、図２にも示すように、第１プ
レート２１（以下ロータ）と第２プレート２２（以下ス
テータ）の２枚のプレートと、両プレート２１，２２　
を所定の圧着力で押圧する付勢手段２３（皿バネ）と、
ステータ２２に超音波振動を与える加振手段２４（駆動
回路）とよりなり、その通電による作動時にはアクセル
ペダル１７とスロットル弁１２との位相関係をスロット
ル弁１２の閉方向にのみ変更調整可能である。該超音波
モータ１５はコントロールユニット２０から制御信号に
基づいてその作動が制御されるものであり、該超音波モ
ータ１５への通電が行われていない状態では該超音波モ
ータ１５は固定状態にあり、アクセルペダル１７の操作
に対して機械的に連係してスロットル弁１２が開閉作動
する。

【００１６】また、前記超音波モータ１５には、アクセ
ルペダル１７の操作量に対応するスロットル開度よりス
ロットル弁１２が開作動しないように、スロットル弁開
方向への作動を規制する規制手段２７を備えている。さ
らに、アクセルワイヤ１８を開弁方向に操作するように
、超音波モータ１５のドラム１６側をスロットル開方向
へ作動するオートクルーズ用アクチュエータ２８が設置
されている。すなわち、前記ロータ２１に係止部材２９
が取り付けられる一方、ドラム１６（ステータ２２）に
はストッパ３０が取り付けられ、該ストッパ３０に対し
て係止部材２９が閉弁側から当接可能に配設されている
。また、前記オートクルーズ用アクチュエータ２８は作
動時に上記ストッパ３０を開弁方向に操作するように配
設されている。

【００１７】上記超音波モータ１５の構成を具体的に説
明すれば、前記ドラム１６に隣接して弾性体２２ａ　と
圧電体２２ｂ　とよりなるステータ２２が配設され、こ
のステータ２２のドラム１６と反対側にはスライダ２１
ａ　と摩擦材２１ｂ　とよりなるロータ２１が配設され
、該ロータ２１は皿バネ２３の付勢力でステータ２２に
押圧され、該ステータ２２がドラム１６に押圧されてい
る。上記ロータ２１が取り付けられた軸が弁軸１３とな
って吸気通路１１を貫通してスロットル弁１２が設置さ
れ、一方、ステータ２２およびドラム１６はアクセル側
軸３１に配設され、超音波モータ１５の非作動時（通電
カット時）には、皿バネ２３によってドラム１６、ステ
ータ２２、ロータ２１が一体となって回転する。

【００１８】ステータ２２は励振用の弾性体２２ａ　に
半分だけ波長の１／２　ずつ分割されて分極処理された
圧電体２２ｂ　（圧電セラミックス）が接着されている
。残り半分には同じ圧電体２２ｂ　が１／４　波長ずら
して接着され、所定の配置で設置されている。また、そ
の一部には小さな電極が設けられ、励振された圧電体２
２ｂ　の発生する電圧を取り出して、駆動回路２４（励
振回路）に周波数のフィードバックを行い、温度や負荷
によって弾性体２２ａ　の共振点がずれても、それに励
振が追従するようになっている。

【００１９】弾性体２２ａ　の片面には歯状に切り込み
が設けられ、励振を増幅してロータ２１に伝えている。 このロータ２１は弁軸１３に固定され、弾性体２２ａ　
に接する面部にはトルクを発生する摩擦材２１ｂが接着
されている。また、ステータ２２とロータ２１の接触圧
は前記皿バネ２３によって加圧され、上記ステータ２２
の圧電体２２ｂ　に対して駆動回路２４による高周波発
振電源が接続される。

【００２０】作動原理を説明すれば、定在波の発生メカ
ニズムは、分極処理された圧電体２２ｂ　に交流電圧を
加えると連続的に伸び縮みの振動を発生し、この圧電体
２２ｂ　に張り付けた弾性体２２ａ　には、圧電体２２
ｂが伸びた側は谷となり縮んだ側は山となる撓みが交互
に生じ、該弾性体２２ａ　には同じ場所で繰り返し上下
運動する定在波が発生する。さらに、上記弾性体２２ａ
　に１／４　波長ずらし、厚みの方向へ分極処理された
圧電体２２ｂ　を張り付けていることで、それぞれの圧
電体２２ｂ　に時間的に９０°位相のずれた交流電圧の
印加により、両方から発生した波が相互に干渉を起こし
、合成され進行波となる。

【００２１】そして、弾性体２２ａ　の表面上に形成さ
れた進行波は音速で伝播しており、表面の質点は波の進
行方向と逆向きに楕円運動を行っており、このような楕
円振動している弾性体２２ａ　の表面に押圧されている
ロータ２１（動体）は弾性体２２ａ　の頂点で接触し、
相互の摩擦力によって進行波と逆方向に所定の振動速度
で移動し、出力軸すなわち弁軸１３がステータ２２（ド
ラム１６）に対してスロットル弁１２が閉じる方向に回
転する。

【００２２】また、上記超音波モータ１５の作動状態を
検出し、フィードバック制御するために、前記ドラム１
６の回転量（アクセル開度）を検出するポテンショメー
タによるアクセルセンサ３３が設置されると共に、弁軸
１３にはスロットル開度を検出するためのポテンショメ
ータによるスロットルセンサ３４が設置されている。こ
れらの信号はコントロールユニット２０に出力されて超
音波モータ１５の制御に使用されるものである。

【００２３】そして、前記超音波モータ１５の駆動制御
は、図３に示すように、コントロールユニット２０から
駆動回路２４に制御信号が出力されて行われるものであ
り、この駆動回路２４には制御量演算部２５からの位相
調整信号が出力される。この制御量演算部２５はアクセ
ル開度、エンジン回転数、車速、車輪速などの検出信号
を入力インターフェイス回路３８を介して受け、トラク
ション制御およびオートクルーズ制御に基づいて目標ス
ロットル開度を演算し、この目標スロットル開度がアク
セルペダル１７の操作量に対応したアクセル開度に対し
て小さくなった場合に、実際のスロットル開度が目標ス
ロットル開度となるように、前記超音波モータ１５への
通電によってスロットル開度を閉方向に駆動する信号を
出力して制御するものである。

【００２４】また、上記コントロールユニット２０はオ
ートクルーズ指令部２６を有し、このオートクルーズ指
令部２６はメイン操作信号、車速セット信号、ブレーキ
信号、車速などの信号を入力インターフェイス回路３８
を介して受け、このオートクルーズ制御の成立条件を判
定する信号に基づき、オートクルーズ制御を行う場合に
は、オートクルーズ用アクチュエータ２８を駆動するべ
く指令信号を出力する一方、オートクルーズ制御を停止
する際には、指令信号の出力を停止してオートクルーズ
用アクチュエータ２８の駆動を停止する制御を行うもの
である。

【００２５】さらに、上記コントロールユニット２０は
故障診断回路３７を備え、この故障診断回路３７は、前
記スロットル弁１２の制御における実スロットル開度が
所定時間以上経過しても目標スロットル開度に近接しな
い故障発生時等には、前記駆動回路２４に対して超音波
モータ１５への通電をカットする信号を出力する。

【００２６】次に、前記コントロールユニット２０によ
る故障診断制御の処理を、図４のフローチャートに基づ
いて説明する。この故障診断サブルーチンでは、まず、
ステップＳ１で前記超音波モータ１５に駆動信号が出力
されているか否かを判定し、この判定がＹＥＳで超音波
モータ１５の駆動制御が行われている場合には、ステッ
プＳ２で後述のフェイルフラグＦが１にセットされてい
るか否かを判定する。故障診断が行われていない場合に
は上記フェイルフラグＦは０にリセットされていること
から、ステップＳ３に進んで制御量演算部２５からアク
セル開度に対して超音波モータ１５の駆動によって低減
作動する目標スロットル開度ＴＶｏ　、およびスロット
ルセンサ３４による実スロットル開度ＴＶを入力する。

【００２７】そして、ステップＳ４でこの目標スロット
ル開度ＴＶｏ　と実スロットル開度ＴＶとの偏差ΔＴＶ
を演算し、ステップＳ５で上記偏差ΔＴＶが一定値Ａ以
上か否かを判定する。この判定がＹＥＳで偏差が一定値
Ａ以上の場合には、ステップＳ６でこの状態が一定時間
以上継続したか否かを判定し、継続している故障発生時
にはステップＳ７でフェイルフラグＦをセットするとと
もにステップＳ９で通電カットを行う。上記フェイルフ
ラグＦのセットに基づき前記ステップＳ２のＹＥＳ判定
で通電カットを継続する。また、前記ステップＳ１の判
定がＮＯでモータ駆動指令がされていない場合、ステッ
プＳ５またはＳ６の判定がＮＯで正常作動時にはステッ
プＳ８でフェイルフラグＦをリセットする。

【００２８】なお、上記フェイル時にはオートクルーズ
制御は不能となるので、故障診断回路３７からオートク
ルーズ指令部２６に停止信号を出力してオートクルーズ
用アクチュエータ２８の作動を停止する信号を出力する
ものである。

【００２９】上記のような処理により、正常作動時にお
いてはオートクルーズ制御もしくはトラクション制御が
行われていない状態すなわち超音波モータ１５への通電
が行われずその駆動がされないときには、この超音波モ
ータ１５の両プレート２１，２２　は皿バネ２３の付勢
力によって圧着して一体に回転するものであり、アクセ
ルペダル１７の操作に応じてアクセルワイヤ１８を介し
て機械的に連係してスロットル弁１２の開閉作動が行わ
れる。また、滑りやすい路面を走行している際にアクセ
ル開度が開かれて車輪がスリップを起こした際に、トラ
クション制御の結果として制御量演算部２５で求めた目
標スロットル開度が実スロットル開度より小さくなり、
スロットル開度を低減制御する場合には、超音波モータ
１５に駆動信号を出力しロータ２１をスロットル弁１２
の閉方向に作動する。その際、規制手段２７によってス
ロットル弁１２がアクセル開度以上に開方向に開かない
ようにしている。

【００３０】さらに、オートクルーズ制御を行う場合に
は、アクチュエータ２８を作動してスロットル開度を所
定量開作動し、この状態から実車速が設定車速となるよ
うに両者の偏差に応じて目標スロットル開度が演算され
、超音波モータ１５の駆動によってスロットル弁１２を
目標スロットル開度に駆動するものである。

【００３１】一方、上記超音波モータ１５の駆動によっ
てスロットル開度を目標スロットル開度に駆動制御して
いる状態において、実スロットル開度が目標スロットル
開度に一致しない状態が継続して制御不良状態が発生し
ているフェイル時には、超音波モータ１５に対する通電
をカットする。これに伴い該超音波モータ１５の第１お
よび第２プレート２１，２２　は固着状態となり、スロ
ットル弁１２はアクセルペダル１７と一体に開閉作動し
、アクセルペダル１７を戻すことによってスロットル弁
１２も全閉状態に戻り、エンジンが暴走状態となるのを
防止するようにしている。

【００３２】また、その際、超音波モータ１５は通電カ
ットにより固着状態となって、まずスロットル弁１２を
現位相状態のままアクセルペダル１７との機械的連結を
行うことから、急激なスロットル開度の減少を生起せず
、アクセルペダル１７の操作に応じた開度となるもので
あり、出力変動が少なく操作感が良好となっている。

【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全体
構成図

【図２】位相調整手段の作動を説明するための要部斜視
図

【図３】コントロールユニットのブロック図

【図４】コ
ントロールユニットの処理を説明するための要部フロー
チャート図

【符号の説明】

１１　　　　吸気通路 １２　　　　スロットル弁 １５　　　　位相調整手段（超音波モータ）１６　　　
　ドラム １７　　　　アクセルペダル １８　　　　アクセルワイヤ ２０　　　　コントロールユニット ２１　　　　第１プレート（ロータ） ２２　　　　第２プレート（ステータ）２３　　　　付
勢手段（皿バネ） ２４　　　　加振手段（駆動回路） ２５　　　　制御量演算部 ２６　　　　オートクルーズ指令部 ２７　　　　規制手段 ２８　　　　アクチュエータ ２９　　　　係止部材 ３０　　　　ストッパ ３４　　　　スロットルセンサ ３７　　　　故障診断回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　スロットル弁とアクセルペダルとを機
   械的に連結するスロットル機構を設けると共に、該スロ
   ットル機構にアクセルペダルとスロットル弁との位相関
   係をスロットル弁の閉方向にのみ変更可能な位相調整手
   段を介装し、該位相調整手段は通電することにより作動
   し、通電カット時には位相関係を現状態に固定するよう
   に構成されている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】　　前記位相調整手段は２枚のプレートと
   、両プレートを所定の圧着力で押圧する付勢手段と、上
   記プレートに超音波振動を与える加振手段とよりなる超
   音波モータで構成された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】　　前記位相調整手段にはスロットル弁開
   方向への作動を規制する規制手段を設けたことを特徴と
   する請求項１記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
4. 【請求項４】　　前記位相調整手段よりもアクセルペダ
   ル側にスロットル開方向への作動を行うアクチュエータ
   を備えた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。