JPH088262Y2 - スロットルバルブ開度制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は内燃機関のスロットルバルブ開度を制御する
装置に関し、特にスロットルバルブ開度を目標値に電子
制御するもののフェールセーフ対策技術に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関のスロットルバルブ開度を目標値に電子制御
するものとして従来例えば特開昭60-190626号公報に示
されるようなものがある。このものは、アクセルペダル
の操作信号（操作量，操作速度等）によって設定された
スロットルバルブ開度の目標値と、実際のバルブ開度と
の偏差を演算し、演算結果に基づいてバルブ駆動用のモ
ータを作動してスロットルバルブを目標値に制御するよ
うにしている。

このように、駆動源をモータとして、スロットルバル
ブをアクセルリンケージとは切り離して完全に電気的信
号の授受により制御する電子制御式のものは多数提案さ
れている。

また、この種の電子制御式スロットルバルブ開度制御
装置では、駆動源がハーネスの断線，モーターの故障等
で作動しなくなったり、ガム質等の付着によってスティ
ックを生じてモーターの駆動力では動かないような場合
を考慮して、アクセルペダルを所定量以上踏み込むと、
スロットルバルブを機械的に連係して最小開度開かせて
取り敢えず安全な場所まで走行できるようにすることが
提案されている（特開昭59-122742号公報，特開昭62-13
5624号公報等参照）。

前記従来の電子制御式スロットルバルブ開度制御装置
は、前記駆動源が作動しない故障に対しては対処してい
るが、駆動源の異常によりスロットルバルブが開方向に
過剰に開かれるという事態には対処できていない。即
ち、前記したスロットルバルブとの機械的な連係は、ア
クセルペダルの開方向にのみ連係するものであり、閉方
向への戻し操作時には連係するものではなかったからで
ある。しかし、アクセルペダルをスロットルバルブと直
結してしまったのでは、モーターによる駆動が行えなく
なってしまう。

このような事態に対処すべく、リターンスプリングに
抗しつつアクセルペダルに連係してスロットルバルブの
最大開度を規制するストッパを設け、該リターンスプリ
ングの反力をスロットルバルブ駆動用の電動モーターの
駆動力より大きく設定することにより、前記スロットル
バルブが開方向に過剰に開かれることを防止したものが
ある（特開昭59-190440号公報参照）。

〈考案が解決しようとする問題点〉 そこで、これら２種類のフェールセーフ機構を組み合
わせれば、スロットルバルブを最小開度駆動することが
できると共に、過剰に開かれることも防止できることと
なる。

しかしながら、これら２種類のフェールセーフ機構を
組み合わせた構造のものでは、次のような問題を生じ
る。

即ち、前記従来のスロットルバルブの最小開度強制駆
動機構では、アクセルペダルを所定量以上踏み込まない
とスロットルバルブに連係しない機構であるため、前記
所定量から全開までの制約されたアクセル操作量の範囲
で必要な最小開度を確保しなければならない。したがっ
て、単位アクセル操作量当りのバルブ開度量したがって
スロットルバルブの回転トルク比（入力トルク／出力ト
ルク）を大きくしなければならず、特にステック等でス
ロットルバルブが動きにくくなっている場合には、大き
な操作力が要求される。

更に、前記スロットルバルブの最大開度を規制する機
構を組み合わせた場合には、前記アクセルペダルに加え
られるリターンスプリングの反力を電動モーターの駆動
力より大きく設定しているため、前記最小開度を得るた
めにアクセルペダルを所定量以上踏み込むと、それだけ
でも大きな反力が加わることになる。

つまり、スティック等を発生してスロットルバルブを
回転させるために大きなトルクが要求されるときには、
前記スロットルバルブの回転トルク比が大きいことによ
り、スティク等の固定力に打ち勝ってスロットルバルブ
を回転させるために必要な操作力が大きくなる上に、更
に、スロットルバルブの回転に供しないアクセルペダル
の所定量の踏込みによって生じるリターンスプリングの
反力が余分に必要な力として加わるため、極めて大きな
操作力が必要となってしまうことがある。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたも
ので、スロットルバルブを強制的に最小開度駆動できる
と共に最大開度をを規制でき、最小開度の強制駆動時
に、アクセル操作量を無駄無くスロットルバルブの回転
に供することができ、必要な操作力を十分小さくするこ
とができるように工夫したスロットルバルブ開度制御装
置を提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 このため本発明は、内燃機関の吸気系に介装されたス
ロットルバルブの回転軸に固定されたバルブ開用レバー
及びバルブ閉用レバーと、 前記スロットルバルブの回転軸に摺動回転自由に支持
され、アクセルペダルに連係して回転駆動されるアクセ
ルドラムと、 前記バルブ開用レバーにアクセル操作の初期から係合
するように固定部材に軸支されたカムと、 前記アクセルドラムと前記カムとの間に連結され、前
記バルブ開用レバーと前記カムとの係合によりスロット
ルバルブをアクセル操作量に応じた最小開度に強制的に
駆動する第１リンク機構と、 前記アクセルドラムに設けられ、前記バルブ閉用レバ
ーとの係合によりスロットルバルブの開方向への移動を
規制し、アクセル操作量に応じた最大開度特性を与える
ストッパ部材と、 スロットルバルブを前記バルブ開用レバーと前記カム
とで規制された最小開度と、前記バルブ閉用レバーと前
記ストッパ部材によって規制された最大開度との範囲内
で設定された目標開度まで駆動するバルブ駆動手段と、 スロットルバルブの回転軸と平行に配設された軸に回
転自由に取り付けられたスプリング組付具に一端が係止
され、他端が固定部材に係止されたリターンスプリング
と、 前記スプリング組付具とアクセルドラムとの間に連結
され、ストッパ部材とバルブ閉用レバーとの係合時前記
リターンスプリングの付勢力を伝達してスロットルバル
ブに前記バルブ駆動手段のスロットルバルブ開方向の駆
動トルクより強い閉方向の戻しトルクを与える第２のリ
ンク機構と、 を備えた構成とする。

〈作用〉 通常運転時は、アクセルペダルを踏み込むと、これに
連動してカムストッパ部材とが夫々アクセル操作量に応
じたスロットルバルブの最小開度と最大開度とを規制す
る位置にセットされる。

一方、バルブ駆動手段はレバーの駆動を介してスロッ
トルバルブを前記規制された最小開度と最大開度との間
で設定された目標開度となるように駆動する。

また、バルブ駆動手段が断線等により故障して作動し
なくなったような場合、あるいはスロットルバルブが機
関停止時にスティックして開弁方向の大トルクを要する
場合でも、アクセル操作によりアクセルドラムから第１
リンク機構，カム，バルブ開用レバーを介してスロット
ルバルブが強制的に開かれるため機関運転を継続するこ
とができ、走行を可能にする。一方、バルブ駆動手段の
異常によりスロットルバルブが目標開度を上回って開か
れようとする場合でもアクセルぺダルを戻し操作するこ
とにより、リターンスプリングの付勢力が第２リンク機
構，アクセルドラム，ストッパ部材，バルブ閉用レバー
を介してスロットルバルブに伝達され、バルブ駆動手段
の駆動力に打ち勝ってスロットルバルブを閉じることが
できるため運転者の要求する機関出力に見合ったスロッ
トルバルブ開度に制御することができる。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１の実施例を示す第１図〜第３図において、スロッ
トルボディ１内には図示しないスロットルバルブが回転
自由に収納され、その回転軸２にバルブ開用レバー３及
びバルブ閉用レバー４が固定されている。

前記スロットルボディ１の端壁に固定された固定部材
としてのプレート５には、カム６が軸７を介して回転自
由に支持されている。

また、図示しないアクセルペダルにアクセルワイヤを
介して連結されたアクセルドラム８が回転軸２に回転自
由に支持されている。

前記アクセルドラム８と前記カム６を一体に固定した
軸７とが２つのリンク9,10によって連結されている。

そして、アクセルぺダルを踏み込むとアクセルワイヤ
を介して前記アクセルドラム８が回転軸２回りに回転
し、これにより前記２つのリンク9,10が揺動してカム６
が軸７回りに回転する。

前記カム６は、前記バルブ開用レバー３のスロットル
バルブ閉方向側の端面と係合可能な位置に取り付けら
れ、レバー３と係合してカム６が回転するときには、レ
バー３を揺動させレバー３を介してスロットルバルブを
全閉から小開度の範囲で動かせるようになっている。こ
こでアクセルぺダルの踏込量に対しての前記カム６とレ
バー３との係合によるスロットルバルブの最小開度特性
が第３図のＡに示すように設定してある。

ここで前記リンク9,10は１リンク機構を構成する。

また、前記リンク９をアクセルドラム８に連結する支
軸11のアクセルドラム８を貫通してリンク９とは反対側
に突出する部分が、前記バルブ閉用レバー４のスロット
ルバルブ開方向側の端面と係合可能な位置に設けられ
る。つまり、支軸11はストッパ部材を構成する。

したがって、バルブ閉用レバー４がアクセルドラム８
に固定された支軸11端部に係合した位置でスロットルバ
ルブの最大開度が規制され、アクセルぺダルの踏込量に
対する前記レバー４と支軸11係合時のスロットルバルブ
の最大開度特性が第３図のＢに示すように設定してあ
る。

また、スロットルバルブの回転軸２のアクセルドラム
８取付部より外側の先端部には回転軸２の回転量によっ
てスロットルバルブの開度を検出するポテンショメータ
12が連結されており、一方、回転軸２の他端部には、バ
ルブ駆動手段としての電動モータ13が連結されている。

そして、前記ポテンショメータ12によって検出される
スロットルバルブ開度と、図示しないセンサによって検
出されるアクセルぺダル踏込量に対して設定されるスロ
ットルバルブの目標開度との偏差に応じて前記電動モー
タ13を駆動することによりスロットルバルブを目標開度
に制御するようにしている。ここで前記目標開度は、前
記カム６によって規制される最小開度と支軸11によって
規制される最大開度との間（第３図でＡ線とＢ線との
間）の値に設定されている。

さらに前記プレート５には、回転軸２と平行に軸14が
固定され、この軸14にはスプリング組付具15が回転自由
に軸受されている。そして、前記組付具15に形成された
溝15aに一端が係止され、他端がプレート５に係止され
たコイル状のリターンスプリング16が組み付けられてい
る。

さらに前記リターンスプリング組付具15のリターンス
プリング16係止側の部材と前記アクセルドラム８とがリ
ンク17によって連結され、リターンスプリング16により
組付具15からリンク17,アクセルドラム８を介してアク
セルぺダルをスロットルバルブ閉方向に付勢するように
なっている。前記リンク17は第２リンク機構を構成す
る。

ここで前記リターンスプリング16からリンク17を介し
て伝達されるスロットルバルブ閉方向の戻しトルクは前
記電動モータ13によってスロットルバルブ開方向の駆動
トルクを上回る大きさに設定されている。

次に本実施例の一連の作用を説明する。

通常運転時は前記したように電動モータ13によりカム
６で規制された最小開度と支軸11で規制された最大開度
との間に設定された目標開度となるようにスロットルバ
ルブ開度が制御される。

一方、低温状態で機関が停止中にスロットルバルブの
回転軸２とスロットルボディ１壁との間にガム質が付着
してスティックを生じ電動モータ13による駆動力のみで
はスロットルバルブを開く力が不足するような場合で
も、アクセルぺダルの踏込みによりカム６が回転してバ
ルブ開用レバー３を介してスロットルバルブを強制的に
所定開度開かせることができるため、スティック状態が
解かれてその後は電動モータ13の駆動力のみで容易にス
ロットルバルブを目標開度まで開かせることができる。

そして、このように、アクセルぺダルの踏込みによっ
て、スロットルバルブの大きな開弁力が得られるため、
電動モータ13は駆動力が小さくて済み、小型のものを使
用できるのでコスト低減を図れ、消費電力の節約により
燃費低減も図れる。

一方、電動モータ13が断線等の故障により作動不能と
なったような場合でもアクセル操作によりスロットルバ
ルブを強制的に所定開度までは開かせることができるか
らエンジンストールを防止でき機関運転を継続できるた
めフェールセーフ機能を確保できる。

逆に、ポテンショメータ12や制御系統の故障等により
電動モータ13がスロットルバルブ13を過剰に開かせよう
としても、リターンスプリング16の閉方向の戻しトルク
が電動モータ13の駆動トルクを上回っているため支軸11
によって規制される最大開度を上回ることはなく、か
つ、アクセルぺダルを戻し操作することで機関の出力が
過剰に増大することを迅速に抑制しつつ、運転者の要求
する機関出力に見合ったスロットルバルブ開度に制御す
ることができ、アクセルぺダルを完全に離したときには
スロットルバルブを全閉にすることもできる。即ち、こ
の状態では常に電動モータ13の駆動力によりバルブ閉用
レバー３が支軸11に係合しているのでアクセルぺダル操
作で通常のマニュアル式にスロットルバルブ開度を制御
できる。

尚、アクセルドラム８の形状を変更すること等によっ
て最大開度特性を第３図でＢ′,B″のようにしてアクセ
ルぺダル踏込量Qaの小さいところからスロットルバルブ
開度の立ち上りを大きくして応答性を重視した特性とす
ることもでき、また、カム６の形状やバルブ開用レバー
3,第１リンク機構の寸法を変更することにより、同図の
Ａ′,A″に示すようにアクセル踏込量の全閉から全開に
亘って滑らかに増大するような特性とすることもでき
る。ここで、前記Ａ′,A″の特性に示すようにアクセル
操作量の全閉から全開までの全範囲で最小開度を得るも
のでは、単位アクセル操作量当りのバルブ開度量したが
ってスロットルバルブの回転トルク比（入力トルク／出
力トルク）を可及的に小さく設定することができる。一
方、前記Ａの特性のようにアクセル操作の全開前に最小
開度を得るようにした場合には、リターンスプリング16
の反力を小さくすることができる。

つまり、いずれの場合でも、アクセル操作の初期から
カムがバルブ開用レバーに係合する構成であるため、ア
クセルぺダルを所定量踏み込んでからスロットルバルブ
の強制回転に供するような前記従来例のように、スロッ
トルバルブの回転に供しない部分でリターンスプリング
の反力を受けることがなく、アクセル操作量を無駄無く
スロットルバルブの回転に供することができる。

したがって、前記スロットルバルブの回転トルク比に
より決まるスロットルバルブの回転に必要な操作力とリ
ターンスプリングの反力とを合計した操作力を必要最小
限に留めることができる。

また、リターンスプリング16の取付軸（軸14）をスロ
ットルバルブの回転軸２とはオフセットして設けたた
め、同軸上とした場合に比べ全体構造の軸長を短縮する
ことができる。

さらに、バルブ開用レバー３とバルブ閉用レバー４と
を別個に設けたためレイアウトの自由度も増大する。

第４図に示す実施例においては、前記第１の実施例の
構成に追加してアクセルドラム８又はこれに連結された
部材（例えば支軸11）とスロットルバルブの回転軸２に
連結された部材例えば本実施例ではバルブ閉用レバー４
との間をスプリング18で連結したものである。

このようにすれば電動モータ13の作動不能時にアクセ
ルぺダルの踏込操作により、アクセルドラム８の回転に
スプリング18を介してバルブ閉用レバー4,回転軸２が追
従して回転するため電動モータ13の過剰動作時と同様通
常のマニュアル式にスロットルバルブ開度を制御でき
る。

第５図に示す実施例においては、第２の実施例と同様
のものにおいてスロットルバルブ開度検出用のポテンシ
ョメータ12′を電動モータ13側へ設けたものを示す。こ
の場合、電動モータ13の駆動軸又はスロットルバルブの
回転軸２の回転角をギヤ機構を介してポテンショメータ
12′の回転軸に伝達する構成とすればよい。

このようにすれば、全体構造の回転軸２軸線方向長さ
を短縮でき、コンパクト化を図れ、レイアウトの自由度
を増大できる。

〈考案の効果〉 以上説明したように、本考案によれば通常運転時はバ
ルブ駆動手段により、スロットルバルブを目標開度まで
駆動して良好な開度特性を得る一方、第１リンク機構に
より最小開度特性が保証され、機関の運転を継続するこ
とができ、走行を可能する。

また、ストッパ部材と、リターンスプリング及び第２
リンク機構とによりバルブ駆動手段の駆動力より大きな
閉弁付勢力を与えることができバルブ駆動手段がスロッ
トルバルブを過剰に開かせるような事態を発生しても、
アクセル戻し操作により所望のスロットルバルブ開度に
制御することができる。

また、リターンスプリングをスロットルバルブの回転
軸とはオフセットした軸上に設けたため全体の長さが短
縮してコンパクト化を図れると共に、バルブ開用レバー
とバルブ閉用レバーとを独立して設けたことによりリン
ク機構のレイアウトの自由度が増大する等の利点も備え
る。更に、スロットルバルブを最小開度強制的に開かせ
る機構に用いるカムを、バルブ開用レバーにアクセル操
作の初期から係合させる構成としたため、スティック等
を生じてスロットルバルブが動きにくくなっている状態
でも、操作力を必要最小限に留めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１の実施例の全体構成を示す正面
図、第２図は第１図の左側面図、第３図は同上実施例の
スロットルバルブ開度特性を示すグラフ、第４図は本考
案の第２の実施例を示す左側面図、第５図は本考案の第
３の実施例の全体構成を示す正面図である。 ２……回転軸、３……バルブ開用レバー、４……バルブ
閉用レバー、５……プレート、６……カム、８……アク
セルドラム、9,10……リンク、11……支軸、13……電動
モータ、14……軸、15……スプリング組付具、16……リ
ターンスプリング、17……リンク

フロントページの続き (72)考案者 井上 直彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)考案者 柴田 晃 群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１ 日本電 子機器株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−122742（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−190440（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−135624（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気系に介装されたスロットル
   バルブの回転軸に固定されたバルブ開用レバー及びバル
   ブ閉用レバーと、 前記スロットルバルブの回転軸に摺動回転自由に支持さ
   れ、アクセルペダルに連係して回転駆動されるアクセル
   ドラムと、 前記バルブ開用レバーにアクセル操作の初期から係合す
   るように固定部材に軸支されたカムと、 前記アクセルドラムと前記カムとの間に連結され、前記
   バルブ開用レバーと前記カムとの係合によりスロットル
   バルブをアクセル操作量に応じた最小開度に強制的に駆
   動する第１リンク機構と、 前記アクセルドラムに設けられ、前記バルブ閉用レバー
   との係合によりスロットルバルブの開方向への移動を規
   制し、アクセル操作量に応じた最大開度特性を与えるス
   トッパ部材と、 スロットルバルブを前記バルブ開用レバーと前記カムと
   で規制された最小開度と、前記バルブ閉用レバーと前記
   ストッパ部材によって規制された最大開度との範囲内で
   設定された目標開度まで駆動するバルブ駆動手段と、 スロットルバルブの回転軸と平行に配設された軸に回転
   自由に取り付けられたスプリング組付具に一端が係止さ
   れ、他端が固定部材に係止されたリターンスプリング
   と、 前記スプリング組付具とアクセルドラムとの間に連結さ
   れ、ストッパ部材とバルブ閉用レバーとの係合時前記リ
   ターンスプリングの付勢力を伝達してスロットルバルブ
   に前記バルブ駆動手段のスロットルバルブ開方向の駆動
   トルクより強い閉方向の戻しトルクを与える第２のリン
   ク機構と、 を備えて構成したことを特徴とするスロットルバルブ開
   度制御装置。