JPH0674708A - スロットル開度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出されたスロットル開度が正常値であるか
否か判断することができるスロットル開度検出装置を提
供する。 【構成】 ホール素子２１は、スロットルバルブに連動
して回転する磁場内に設けられ、その出力電圧を差動増
幅回路６１で増幅して得られる電圧Ｖ2 は、スロットル
開度に対応して変化する。抵抗体４５はスロットルバル
ブの回転に連動して摺動するコンタクト４１と接触して
おり、抵抗体４５両端に定電圧Ｖｃｃを印加したときに
コンタクト４１に印加される電圧Ｖ1 も、スロットル開
度に対応して変化する。比較回路６５はＶ1 ，Ｖ2 の差
が所定範囲以外であるとき異常を検出する。Ｖ1 ，Ｖ2
は正常値から外れる様式が異なるので、Ｖ1 ，Ｖ2 が同
時に正常値から離れたときも異常検出可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関などに設けら
れたスロットルバルブの開度を検出するスロットル開度
検出装置に関し、特に、検出されたスロットル開度が正
常値であるか否かを判断することのできるスロットル開
度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関のスロットル開度を検出
する所謂スロットルポジションセンサとして、次のよう
なものが知られている。例えば、実開昭５９−４１７０
８号公報には、スロットルバルブシャフトの回転に応じ
て抵抗体上を摺動する接点を備え、その接点と抵抗体の
一端との間に形成される一種の可変抵抗の抵抗値に基づ
いてスロットル開度を検出するセンサが記載されてい
る。また、特開平２−１２２２０５号公報には、スロッ
トルバルブシャフトと一体に回転する永久磁石と、セン
サハウジングに固定されたホール素子とを備え、永久磁
石の磁束方向に応じて変化するホール素子の出力に基づ
いてスロットル開度を検出するセンサが記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、抵抗値に基
づいてスロットル開度を検出するセンサでは、接点が摩
耗し易く充分な耐久性が得られない。そして、接点の摩
耗粉が抵抗体の一部に付着すると、その部分で接点が接
触不良を起こす。このような場合、その接点と抵抗体の
一端との間の抵抗値に基づいて検出されたスロットル開
度は正常値から外れてしまうことがある。

【０００４】一方、ホール素子の出力に基づいてスロッ
トル開度を検出するセンサは、非接触で検出を行うため
優れた耐久性を有する。ところが、ホール素子などの磁
電変換素子の出力や、それらの素子の出力を増幅する増
幅回路の出力は、温度などによって変化する所謂出力ド
リフトを起こすことがある。そして、このような場合検
出されたスロットル開度が正常値から外れてしまうこと
がある。

【０００５】そして、このように正常値から外れたスロ
ットル開度に基づいて内燃機関の制御を行うと、機関回
転数が不安定になったり燃費が悪化したりする。そこで
本発明は、検出されたスロットル開度が正常値であるか
否か、すなわち実際のスロットル開度に対応しているか
否かを判断することができるスロットル開度検出装置を
提供することを目的としてなされた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するために
なされた本発明は、図１０に例示するようにスロットル
バルブの開度に応じて所定の第１物理量を変化させる第
１物理量変化手段と、上記第１物理量に基づいて上記ス
ロットルバルブの開度を検出する第１開度検出手段と、
上記スロットルバルブの開度に応じて上記第１物理量と
は異なる所定の第２物理量を変化させる第２物理量変化
手段と、上記第２物理量に基づいて上記スロットルバル
ブの開度を検出する第２開度検出手段と、上記第１開度
検出手段にて検出された上記スロットルバルブの開度
と、上記第２開度検出手段にて検出された上記スロット
ルバルブの開度とを比較して、上記第１開度検出手段お
よび上記第２開度検出手段にて検出された上記スロット
ルバルブの開度が共に正常値であるか否かを判断する判
断手段と、を備えたことを特徴とするスロットル開度検
出装置を要旨としている。

【０００７】

【作用】このように構成された本発明では、第１物理量
変化手段はスロットルバルブの開度に応じて第１物理量
を変化させ、第１開度検出手段はその第１物理量に基づ
いてスロットルバルブの開度を検出する。同様に、第２
物理量変化手段はスロットルバルブの開度に応じて第２
物理量を変化させ、第２開度検出手段はその第２物理量
に基づいてスロットルバルブの開度を検出する。

【０００８】また、判断手段は、第１開度検出手段にて
検出されたスロットルバルブの開度と、第２開度検出手
段にて検出されたスロットルバルブの開度とを比較し
て、第１開度検出手段および第２開度検出手段にて検出
されたスロットルバルブの開度が共に正常値であるか否
かを判断する。

【０００９】ここで、第１物理量と第２物理量とは互い
に異なる物理量であるので、それらに基づいて検出され
たスロットル開度が正常値から外れる場合も、互いに異
なった様式で外れる。例えば、可動接点と抵抗体の一端
との間に形成される可変抵抗の抵抗値に基づいてスロッ
トル開度を検出する場合、摩耗粉が抵抗体の一部に付着
すると、接点は所定のスロットル開度のときに局所的に
接触不良を起こす。この場合検出されたスロットル開度
も局所的に正常値から外れる。また、スロットル開度に
応じて磁束密度または磁束方向が変化する磁場におかれ
たホール素子の出力に基づいてスロットル開度を検出す
る場合、ホール素子が出力ドリフトを起こすと、この出
力に基づいて検出されたスロットル開度は全てのスロッ
トル開度に渡って正常値から外れる。

【００１０】従って、可変抵抗の接触不良が起こると、
検出された上記二つのスロットル開度は局所的に相違
し、ホール素子の出力ドリフトが起こると、上記二つの
スロットル開度は全てのスロットル開度に渡って相違す
るようになる。なお、第１物理量および第２物理量とし
ては、可変抵抗の抵抗値、および磁束密度または磁束方
向以外にも種々の物理量を用いることができる。この場
合も、各物理量に基づいて検出されたスロットル開度は
互いに異なる様式で正常値から外れ、その様式に従って
二つのスロットル開度が相違するようになる。

【００１１】このため、第１開度検出手段にて検出され
たスロットルバルブの開度と、第２開度検出手段にて検
出されたスロットルバルブの開度とを比較することによ
り、第１および第２開度検出手段にて検出されたスロッ
トル開度が共に正常値であるか否かを良好に判断するこ
とができる。また、検出された二つのスロットル開度は
互いに正常値から外れる様式が異なるので、検出された
二つのスロットル開度が同時に正常値から外れた場合
も、そのスロットル開度が実際の値に対応していないこ
とを良好に判断することができる。

【００１２】なお、この判断手段としては、例えば、第
１開度検出手段にて検出されたスロットルバルブの開度
と、第２開度検出手段にて検出されたスロットルバルブ
の開度との差が所定範囲内であるか否かによって正常値
か否かを判断するものが挙げられる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明す
る。なお、以下の説明において、図１は本実施例のスロ
ットルポジションセンサの内部構成を表す断面図、図２
は図１におけるＡ−Ｂ−Ｃ−Ａ線に沿った断面図、図３
は図１におけるＤ−Ｅ−Ｃ−Ａ線に沿った断面図、図４
はスロットルポジションセンサの底面図、図５は後述す
るプリント基板２７の底面図である。

【００１４】図１〜図４に示す如く、本実施例のスロッ
トルポジションセンサは、樹脂製で中空のハウジング１
を備えている。ハウジング１の中心部には、ベアリング
３がはめ込まれており、このベアリング３には、磁性材
からなる中空のロータ５が回転自在に設けられている。
またロータ５の図１に示す下端部には、スロットルバル
ブの回転を受けるレバー７が固設されており、このレバ
ー７とハウジング１との間にはコイルバネ９が設けられ
ている。

【００１５】図４に示す如く、このコイルバネ９の両端
にはフック部９ａ，９ｂが形成されており、これら各フ
ック部９ａ，９ｂは、それぞれ、ハウジング１に形成さ
れた突起部１ａおよびレバー７に形成された溝部７ａに
係止されている。この結果、コイルバネ９は、スロット
ルバルブに連動して回動するレバー７とロータ５とをス
ロットルバルブの閉方向（矢印Ｘ方向）に付勢する。

【００１６】一方、ロータ５の図１における上端外周部
にはワッシャ１０が固設されており、このワッシャ１０
とベアリング３の図１における上端外周部との間には、
ウェーブ状の弾性のあるワッシャ１１が設けられてい
る。つまり、このワッシャ１１により、図１に示すＺ方
向のガタが発生しないようにされている。

【００１７】またロータ５の内周部には、同心円筒状
で、ロータ５の回転軸と直交する方向に着磁された、Ｎ
ｄ−Ｆｅ−Ｂ系等の希土類からなる永久磁石１５が、磁
力および接着により固定されている。次に永久磁石１５
の図１における上方には、ホール素子２１，各種回路素
子２３，および４個のターミナル２４ａ，２４ｂ，２４
ｃ，２４ｄが実装され、且つホール素子２１を収納して
いる帯状のホルダ２５（詳しくは図５）が固定されたプ
リント基板２７が配設されている。そしてプリント基板
２７は、スクリュ２９にてハウジング１に固定されてい
る。

【００１８】またこのようにホール素子２１は、ホルダ
２５を介してプリント基板２７に位置決め固定されるた
め、ホール素子２１の位置は、上記構成により、ハウジ
ング１，プリント基板２７およびホルダ２５の各々の寸
法・精度によって決定されるが、本実施例では、ホール
素子２１がロータ５の回転軸と直交する磁界を感磁して
検出信号を発生するように、ホール素子２１は、永久磁
石１５の中空部内にて、ロータ５の回転軸に沿った面に
平行で、しかも回転軸を中心にして配設されている。

【００１９】次に、ハウジング１のコネクタ部３１に埋
没された４個のコネクタターミナル３２は、プリント基
板２７に実装された４個のターミナル２４ａ〜２４ｄと
外部機器とを電気的に接続するためのもので、これによ
り、プリント基板２７に実装された各種回路素子２３に
外部から電源供給を行ない回路素子２３を動作させると
共に、この動作によって得られる検出信号を外部に取り
出すことが可能となる。

【００２０】また上記プリント基板２７の図１における
上方のハウジング開口部１ｂには、ゴムパッキン３４が
設けられ、更にその上に磁性材のカバー３５を設けて、
ハウジング開口部１ｂの周縁を熱かしめすることによ
り、これら各部が固定されている。またプリント基板２
７の図１における上方には、ヒューミシールのような防
湿剤３６が充てんまたは塗布され、ゴムパッキン３４に
より密閉された内部を湿気から保護するようにされてい
る。また図２，図３に示す如く、ハウジング１の外側
の、ロータ５の回転軸を中心として対称な２ヶ所には、
ブッシュ３８が埋没された相手取付部１ｃが形成されて
いる。

【００２１】次に、ワッシャ１０の図１上面には、所定
の弾性を有する金属片よりなる一対のコンタクト４１，
４３が平行に突設されている。一方、プリント板２７底
面には、抵抗体４５，金属板４７がそれぞれ配設され、
コンタクト４１，４３と接触している。図３に示すよう
に、コンタクト４１，４３は、スクリュ４９にてワッシ
ャ１０表面に固定された金属板５１にそれぞれ固定さ
れ、互いに導通している。また図５に示すように、抵抗
体４５，金属板４７は、プリント基板２７底面に、コン
タクト４１，４３の揺動軌跡に沿って円弧状に配設され
ている。

【００２２】抵抗体４５の両端は信号線５３ａ，５３ｄ
を介してターミナル２４ａ，２４ｄに接続され、金属板
４７の一端は信号線５３ｂを介してターミナル２４ｂに
接続されている。このため、ターミナル２４ａ，２４ｄ
間に一定の電圧を印加すると、ターミナル２４ｂに印加
される電圧は、コンタクト４１，４３が抵抗体４５，金
属板４７と接触する位置に応じて、延いてはレバー７の
回転角度に応じて変化する。また、ターミナル２４ｃに
は、差動増幅回路６１（図６）を介してホール素子２１
の出力端子が接続されている。

【００２３】次に、このように構成されたスロットルポ
ジションセンサの回路構成を、図６のブロック図を用い
て説明する。ターミナル２４ａ，２４ｄは電源回路６０
に接続され、それぞれ定電圧Ｖｃｃおよびアース電位Ｇ
ｎｄに保持される。ターミナル２４ａ，２４ｄから供給
される電圧は、入力回路６３により変換されホール素子
２１に印加される。ホール素子２１の出力電圧は差動増
幅回路６１に入力され、差動増幅回路６１は、ターミナ
ル２４ｃにホール素子２１の出力電圧に応じた電圧Ｖ2
を印加する。

【００２４】また、コンタクト４１は抵抗体４５の両端
との間に一種の可変抵抗を形成し、ターミナル２４ｂに
は、前述のようにレバー７の回転角度に応じて変化する
電圧Ｖ1 が印加される。このように構成された実施例の
スロットルポジションセンサでは、各ターミナル２４
ｂ，２４ｃをコネクタターミナル３２を介して図示しな
い電子制御回路に接続すれば、周知の処理によって電圧
Ｖ1 ，Ｖ2 に対応するスロットル開度を具体的な角度と
して算出することができる。また、本実施例のスロット
ルポジションセンサは、図６に示すように、各ターミナ
ル２４ａ〜２４ｄを故障判定用の比較回路６５に接続し
て使用される。

【００２５】この比較回路６５は、電圧Ｖ1 と電圧Ｖ2
との差が所定範囲を越えたとき所定の信号を出力するも
のである。この信号に基づき、電圧Ｖ1 ，Ｖ2 に基づき
検出されたスロットル開度が共に正常値であるか否かを
次のようにして判断することができる。

【００２６】レバー７の回転角度を図５における矢印Ｙ
方向を横軸の右方向にして表現すると、電圧Ｖ1 ，Ｖ2
は通常図７に示すように変化する。ホール素子２１の出
力電圧は、ホール素子２１を通過する磁束密度の所定方
向成分に応じて変化するので、電圧Ｖ2 はレバー７の回
転角度に対してほぼｓｉｎ曲線に沿って変化する。一
方、ターミナル２４ｂ，２４ｄ間の抵抗値はレバー７の
Ｙ方向への回転に応じて直線的に増加し、ターミナル２
４ａ，２４ｂ間の抵抗値はレバー７の回転に応じて直線
的に減少するので、電圧Ｖ1 はレバー７の回転角度にほ
ぼ比例して増加する。上記電子制御回路はこのグラフに
基づいてスロットル開度を具体的な角度として算出する
のである。また本実施例では、電圧Ｖ2 がほぼ直線的に
変化する部分を使用している。このため電圧Ｖ1 と電圧
Ｖ2 との差は所定範囲内に収まる。

【００２７】ここで、抵抗体４５に摩耗粉などが付着し
てコンタクト４１または４３が接触不良を起こした場
合、電圧Ｖ1 は図８に示すように局所的に低下する。す
なわち、コンタクト４１または４３が摩耗粉の上に乗り
上げると、ターミナル２４ｂは略解放状態となるが、瞬
時に電荷が放電して電圧Ｖ1 が低下する。また、レバー
７が少し回転して接触不良が解消すると、電圧Ｖ1 は正
常値に戻る。

【００２８】一方、ホール素子２１の出力特性が温度に
よって変化したり、差動増幅回路６１が劣化したりする
と、電圧Ｖ2 は図９に示すように、全回転角度において
ほぼ同様に変化する。そして、電圧Ｖ1 ，Ｖ2 のいずれ
が正常値から外れた場合も、｜Ｖ1 −Ｖ2 ｜は上記所定
範囲を越え、比較回路６５が上記信号を出力する。

【００２９】このため、比較回路６５が出力する信号に
基づき、電圧Ｖ1 ，Ｖ2 が共に実際のスロットル開度に
対応しているか否かを良好に判断することができる。ま
た、電圧Ｖ1 と電圧Ｖ2 とでは、互いに正常値から外れ
る様式が異なるので、二つの電圧Ｖ1 ，Ｖ2 が同時に正
常値から外れた場合も、検出されたスロットル開度が実
際の値に対応していないことを良好に判断することがで
きる。

【００３０】従って、例えば本実施例のスロットルポジ
ションセンサおよび比較回路６５を内燃機関に使用する
と共に、比較回路６５のが出力する信号により警報を発
生するようにすれば、スロットルポジションセンサの出
力電圧に基づいて検出されたスロットル開度が正常値か
ら外れたことを迅速に検知して、機関回転数が不安定に
なったり燃費が悪化したりするのを未然に防止すること
ができる。

【００３１】なお、上記実施例において、抵抗体４５お
よびコンタクト４１は第１物理量変化手段に、電源回路
６０およびターミナル２４ｂは第１開度検出手段に、永
久磁石１５は第２物理量変化手段に、ホール素子２１，
差動増幅回路６１，およびターミナル２４ｃは第２開度
検出手段に、比較回路６５は判断手段に、それぞれ相当
する。

【００３２】また、上記実施例では、永久磁石１５の回
転に伴って変化するホール素子２１の出力電圧、並びに
抵抗体４５とコンタクト４１とからなる可変抵抗の抵抗
値に基づいてスロットル開度を検出しているが、例えば
磁気抵抗素子（ＭＲＥ）など、上記以外の種々の検出手
段によってスロットル開度を検出してもよい。更に、上
記実施例では、第１および第２物理量として可変抵抗の
抵抗値および磁束方向を用いているが、光，超音波など
種々の物理量を用いることができる。

【００３３】また更に、上記実施例では、判断手段とし
ての比較回路６５をスロットルポジションセンサとは別
体に設け使用時に接続しているが、予め比較回路６５を
スロットルポジションセンサに内蔵しておいてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のスロット
ル開度検出装置では、第１開度検出手段は第１物理量に
基づいてスロットル開度を検出し、第２開度検出手段は
第２物理量に基づいてスロットル開度を検出している。
そして判断手段は、第１開度検出手段にて検出されたス
ロットルバルブの開度と、第２開度検出手段にて検出さ
れたスロットルバルブの開度とを比較することにより、
第１および第２開度検出手段にて検出されたスロットル
開度が共に正常値であるか否か、すなわち実際のスロッ
トル開度に対応しているか否かを良好に判断することが
できる。

【００３５】また、第１物理量と第２物理量とは互いに
異なる物理量であるので、それらに基づいて検出された
スロットル開度が正常値から外れる場合も、互いに異な
った様式で外れる。このため、検出された二つのスロッ
トル開度が同時に正常値から外れた場合も、そのスロッ
トル開度が実際の値に対応していないことを良好に判断
することができる。

【００３６】従って、例えば本発明を内燃機関に使用す
れば、検出されたスロットル開度が正常値から外れたこ
とを迅速に検出して、機関回転数が不安定になったり燃
費が悪化したりするのを未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のスロットルポジションセンサの内部構
成を表す断面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ｂ−Ｃ−Ａ線に沿った断面図
である。

【図３】図１におけるＤ−Ｅ−Ｃ−Ａ線に沿った断面図
である。

【図４】スロットルポジションセンサの底面図である。

【図５】プリント基板の底面図である。

【図６】スロットルポジションセンサの回路構成を表す
ブロック図である。

【図７】通常時におけるターミナルの電圧変化を表す説
明図である。

【図８】接触不良発生時におけるターミナルの電圧変化
を表す説明図である。

【図９】ホール素子の特性変化時におけるターミナルの
電圧変化を表す説明図である。

【図１０】本発明を表す構成例示図である。

【符号の説明】

１５…永久磁石 ２１…ホール素子
２３…回路素子 ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…ターミナル
４１，４３…コンタクト ４５…抵抗体 ６１…差動増幅回路 ６３…入力回
路 ６５…比較回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田坂 仁志 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットルバルブの開度に応じて所定の
   第１物理量を変化させる第１物理量変化手段と、 上記第１物理量に基づいて上記スロットルバルブの開度
   を検出する第１開度検出手段と、 上記スロットルバルブの開度に応じて上記第１物理量と
   は異なる所定の第２物理量を変化させる第２物理量変化
   手段と、 上記第２物理量に基づいて上記スロットルバルブの開度
   を検出する第２開度検出手段と、 上記第１開度検出手段にて検出された上記スロットルバ
   ルブの開度と、上記第２開度検出手段にて検出された上
   記スロットルバルブの開度とを比較して、上記第１開度
   検出手段および上記第２開度検出手段にて検出された上
   記スロットルバルブの開度が共に正常値であるか否かを
   判断する判断手段と、 を備えたことを特徴とするスロットル開度検出装置。
2. 【請求項２】 上記第１物理量が、スロットルバルブの
   開度に応じて変化する可変抵抗の抵抗値であり、 上記第２物理量が、スロットルバルブの開度に応じて変
   化する磁束密度または磁束方向であり、 上記判断手段が、上記第１開度検出手段にて検出された
   上記スロットルバルブの開度と、上記第２開度検出手段
   にて検出された上記スロットルバルブの開度との差が所
   定範囲内であるとき、上記第１開度検出手段および上記
   第２開度検出手段にて検出された上記スロットルバルブ
   の開度が共に正常値であると判断することを特徴とする
   請求項１記載のスロットル開度検出装置。