JPH10141096A - 内燃機関の絞り弁制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクセルセンサの回転軸が、絞り弁の回転軸
とは別に設けられていても、アクセル操作量の検出が高
精度で得られるようにした内燃機関の絞り弁制御装置を
提供すること。 【解決手段】 絞り弁１の軸３と平行な軸２３を有する
アクセルポジションセンサ１９を用い、その軸２３に取
り付けたレバー２４を、アクセルワイヤ１５によりアク
セルペダル１４に連結されたスロットルレバー１１ｂ
に、接合ピン２４ａを介して連結させることにより、絞
り弁１に連動してるアクセルポジションセンサ１９が回
動されるようにしたものにおいて、アクセルポジション
センサ１９の軸２３にスプリング１３を設け、スロット
ルレバー１１ｂの回動とレバー２４の回動の間での遊び
を無くすようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絞り弁開閉操作用
のアクチュエータを備え、通常時は、このアクチュエー
タにより絞り弁の開度を制御し、異常時には、このアク
チュエータを絞り弁から切り離し、アクセルペダルの操
作により絞り弁の開度が制御出来るようにしてフェイル
セイフ機能をもたせるようにした車載用の内燃機関にお
ける絞り弁制御装置に係り、特に自動車用のエンジンに
好適な内燃機関の絞り弁制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば自動車など、車両用内燃機
関の絞り弁(スロットルバルブ)の制御方式として、従来
のアクセルペダル操作による直接的な絞り弁の操作に代
えて、アクセルペダルの操作量をセンサにより電気信号
として取り込み、所定の演算処理を施してから電動機な
どからなるアクチュエータに供給し、このアクチュエー
タにより絞り弁を開閉制御する、いわゆる電子スロット
ル方式の絞り弁制御装置が注目されるようになり、エン
ジンの高出力化など自動車の高性能化に際して有効なト
ラクションコントロールなどの各種のエンジン制御に適
用されるようになっている。

【０００３】ところで、このような電子スロットル方式
の絞り弁制御装置では、そこに使用されているアクチュ
エータや、その制御装置などでの異常に際しても、常に
充分な安全性が確保されるようにする、いわゆるフェイ
ルセイフ機能の付与が不可欠である。

【０００４】そこで、例えば、特開平２−３０９３３号
公報の開示に代表される従来技術では、絞り弁のアクチ
ュエータ側とアクセルペダル側の両方に、それぞれ電磁
クラッチを設け、正常時には、アクチュエータ側の電磁
クラッチをつないでアクチュエータによる絞り弁の電子
制御、つまり電子スロットルモードでの動作を可能と
し、アクチュエータ系が故障等の異常状態となったとき
には、アクセルペダル側の電磁クラッチにつなぎ代え、
アクセルペダルによる直接的な絞り弁の制御を可能に
し、異常発生にもかかわらず、とにかく自動車の自力で
の運行継続を可能にして、修理工場などへの自動車の持
込ができるようにした、いわば、“異常時補助走行”と
でも言うべきモードが得られるようにしていた。

【０００５】また、このようなフェイルセイフ機能を付
与した電子スロットル方式の絞り弁制御装置では、絞り
弁の開度と、アクセル操作量とを検出する必要があり、
このため、絞り弁の開度を検出する絞り弁センサと、ア
クセル操作量を検出するアクセルセンサの２個のセンサ
を用いていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術は、アクセル
センサの回転軸が、絞り弁の回転軸とは別に設けられて
いる場合について配慮がされておらず、精度保持の点に
問題があった。すなわち、アクセルセンサの回転軸が、
絞り弁の回転軸とは別に設けられていると、アクセルの
操作により、絞り弁の回転軸が回動されたとき、それに
連動してアクセルセンサの回転軸が回動されることにな
るが、このときの連動機構に遊びが存在してしまうた
め、アクセルセンサの検出精度の保持が困難になってし
まうのである。

【０００７】本発明の目的は、アクセルセンサの回転軸
が、絞り弁の回転軸とは別に設けられていても、アクセ
ル操作量の検出が高精度で得られるようにした内燃機関
の絞り弁制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、アクセルの
操作量に応じて電気的に駆動される電気的駆動装置によ
り絞り弁を開閉制御するものにおいて、前記アクセルの
操作に応じて前記絞り弁と連動して回動され、前記絞り
弁の回転軸と平行に配置された回転軸を有するアクセル
センサと、前記絞り弁の回転軸を付勢する第１のスプリ
ングと、前記アクセルセンサの回転軸を付勢する第２の
スプリングとを設け、これら第１のスプリングと第２の
スプリングは、それぞれ前記アクセルを初期位置に戻す
方向に付勢されているようにして達成される。

【０００９】第２のスプリングは、絞り弁の回転軸とア
クセルセンサの回転軸の間の回動伝達系に存在する遊び
を無くすように働く。従って、アクセルセンサの回転軸
は、絞り弁の回転軸の回動に対応して正確に追従して回
動することになり、検出精度の保持が充分に得られるこ
とになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による内燃機関の絞
り弁制御装置について、図示の実施形態により詳細に説
明する。図１は本発明の一実施形態で、図において、１
は絞り弁で、この絞り弁１は、支持体(スロットルボデ
ィ)２に回動自在に支承されている絞り弁軸３に固定さ
れている。次に、４はコントロールユニット、６は絞り
弁開度制御用のアクチュエータとなるモータで、コント
ロールユニット４には、エンジンの運転状態を示す種々
の情報に基づいて設定された目標開度５が入力され、そ
れにより、モータ６へ駆動信号７を伝送する。

【００１１】また、８は電磁クラッチで、コントロール
ユニット４からの励磁信号９により動作し、絞り弁軸３
とモータ６の間での駆動力の伝達切離しを制御する駆動
力結合切離手段を構成する。この電磁クラッチ８のロー
タ８ａは絞り弁軸３に取付けられ、その入力側のギア８
ｂは、絞り弁軸３に対して回動自在に構成されている。
そして、このギア８ｂに噛み合っている減速機１０を介
してモータ６から駆動力が伝達されるようになってい
る。

【００１２】次に、１１はスプリング駆動力伝達機構
で、絞り弁軸３に取付けられた制御レバー１１ａと、ア
クセルワイヤ１５を介してアクセルペダル１４に連結さ
れたスロットルレバー１１ｂ、それに２個のロストモー
ション用のスプリング１１ｃ、１１ｄで構成されてい
る。そして、スロットルレバー１１ｂと制御レバー１１
ａは、これら２個のロストモーション用のスプリング１
１ｃ、１１ｄにより係合されている。また、スロットル
レバー１１ｂには、リターンスプリング１２が設けてあ
り、これにより、絞り弁１を閉じ方向に付勢されてい
る。

【００１３】次に、１８はスロットルポジションセンサ
で、絞り弁１の実開度を検出する検出手段となり、１９
はアクセルポジションセンサで、スロットルレバー１１
ｂの操作位置を検出する検出手段となる。また、２０は
アジャストレバーで、これは絞り弁軸３に固定されてお
り、全開ストッパ１６、全閉ストッパ１７と係合して絞
り弁１の回動範囲を規定する働きをする。なお、この図
１では、全開ストッパ１６は表われていない。

【００１４】次に、２１、２２はスプリング受けで、樹
脂材のような摩擦係数の小さい材料で作られ、ロストモ
ーション用のスプリング１１ｃ、１１ｄをこれらのスプ
リング受け２１、２２上に設けることにより、これらの
摺動抵抗を少なくする働きをする。

【００１５】また、２３はアクセルポジションセンサ軸
で、これは、センサハウジング２５に回動自在に挿入保
持され、これにレバー２４が取付けられている。そし
て、このレバー２４は、スロットルレバー１１ｂと、接
合ピン２４ａにより係合されているので、スロットルレ
バー１１ｂの回動に伴って一緒に回動し、スロットルレ
バー１１ｂの回動をアクセルポジションセンサ１９へ伝
えることができる。

【００１６】そして、このとき、このアクセルポジショ
ンセンサ軸２３には、比較的弱い復帰力のリターンスプ
リング１３が設けてあり、これにより、回動伝達系に存
在する遊びを無くすようになっている。このスロットル
ポジションセンサ１８の出力電圧２６は、コントロール
ユニット４に入力され、絞り弁１の実開度を表わす出力
電圧値２６と目標開度５との比較判断により駆動信号７
がモータ６に伝送され、これにより絞り弁１のフィード
バック制御が成立している。

【００１７】そして、モータ６による制御が中断してい
るときは、基本的には、スロットルポジションセンサ１
８の出力電圧２６とアクセルポジションセンサ１９の出
力電圧２７との間には、ある一定の相関があり、これら
をコントロールユニット４に取り込み、比較判断して正
常の動作をしているか否かのフェイルセイフ制御が成立
している。但し、ここで説明したフェイルセイフ制御ロ
ジックは一例にすぎず、これに限られるものではない。

【００１８】図２は、スプリング駆動力伝達機構１１を
図１のＰ方向から見た図で、絞り弁１は絞り弁軸３に固
定され、制御レバー１１ａも絞り弁軸３に固定されてお
り、従って、絞り弁１と一体となって回動する。一方、
スロットルレバー１１ｂは絞り弁軸３に対して回動自在
に支承されており、ロストモーション用のスプリング１
１ｃ、１１ｄは、スプリング受け２１、２２上に、互い
に逆方向の付勢力をもたせて組付けられており、これに
より、これらのスプリング１１ｃ、１１ｄは、スロット
ルレバー１１ｂに対して相互に反対方向の変位を受ける
ように配置され、且つそれぞれ予応力が与えられるよう
に構成されていることになる。

【００１９】また、アクセルワイヤ１５はスロットルレ
バー１１ｂのワイヤガイド溝１５ａを通って、玉掛け部
１１ｅでスロットルレバー１１ｂに固定され、アクセル
ペダル１４の操作により、リターンスプリング１２の付
勢力に抗して、絞り弁１を矢印θ_A方向に回動させるこ
とができるように構成されている。

【００２０】次に、これら図１、図２に示した実施形態
の動作について、以下、図３の構成概念図により説明す
る。この図３は、理解を容易にするため、図１の実施形
態における回転動作を左右方向の直線移動で表わし、図
１と同じ部分、もしくは同等の部分には同じ符号を付し
たものである。

【００２１】図３において、いま、運転者が、図示して
ないキースイッチをＯＮにすると、これと同時に励磁信
号９が電磁クラッチ８に伝送され、電磁クラッチ８はＯ
Ｎ状態となり、これで通常制御状態での準備完了とな
り、コントロールユニット４からモータ６へ駆動信号７
が伝送されて、絞り弁１が開閉制御されることになる。

【００２２】このとき、絞り弁軸３に取付られている制
御レバー１１ａは、モータ６の回転により、絞り弁１と
一体になって、図中に破線で示すように移動(回動)する
が、この制御レバー１１ａの移動(回動)により発生する
スロットルレバー１１ｂとの相対変位は、ロストモーシ
ョン用のスプリング１１ｃ、１１ｄの一方の伸びと他方
の縮み(図１では、一方の巻き緩みと、他方の巻き締ま
りとなる)により吸収され、この結果、アクセルペダル
１４の踏み込み量に応じて与えられているスロットルレ
バー１１ｂの操作位置にかかわらず、これと独立に、モ
ータ６による絞り弁１の開閉制御が可能になり、電子ス
ロットルモードとしての動作が得られることになる。

【００２３】次に、いま、何らかの理由により、モータ
駆動系に故障等の異常が発生したとする。そうすると、
コントロールユニット４に内蔵されている異常判断機能
の働きにより、まず、電磁クラッチ８の励磁が停止さ
れ、この電磁クラッチ８がＯＦＦ状態にされ、この結
果、絞り弁軸３はモータ６から切り離され、フリーにな
る。

【００２４】しかして、このとき、スロットルレバー１
１ｂと制御レバー１１ａとの間に相対変位が生じていた
とすると、ロストモーション用のスプリング１１ｃとロ
ストモーション用のスプリング１１ｄの付勢荷重に差が
生じているので、この付勢荷重の差がバランスする位
置、つまり相対変位差をゼロとする位置まで、これらの
スプリング１１ｃ、１１ｄの働きにより制御レバー１１
ａが移動(回動)され、この結果、絞り弁１もアクセルペ
ダル１４の操作位置に適合した開度に移動(回動)させら
れてしまうことになる。

【００２５】そして、この結果、絞り弁軸３は、制御レ
バー１１ａとロストモーション用のスプリング１１ｃ、
１１ｄ、それにスロットルレバー１１ｂを介してアクセ
ルペダル１４にだけ結合された状態になり、ここでアク
セルペダル１４の操作で絞り弁１を駆動させるための準
備が完了されることになる。

【００２６】そこで、このあとは、アクセルペダル１４
を踏み込むことにより、リターンスプリング１２、１３
の復帰力に抗してスロットルレバー１１ｂは回動され、
このスロットルレバー１１ｂの移動(回動)に応じて、制
御レバー１１ａにはロストモーション用のスプリング１
１ｃ、１１ｄの荷重がバランスするような力が作用する
ので、制御レバー１１ａはスロットルレバー１１ｂに追
従して、それと同位相での移動(回動)を行ない、絞り弁
１の開度制御が得られ、“異常時補助走行”機能を達成
することができるのである。

【００２７】ところで、図３において、一点鎖線Ｘ−
Ｘ’で示してあるスロットルレバー１１ｂの位置は、ロ
ストモーション用のスプリング１１ｃ、１１ｄの荷重が
バランスしている状態、すなわち、中立位置にあるとき
での絞り弁１の全閉開度、すなわち、アイドル開度に対
応した位置を表わしている。一方、この実施形態では、
全閉ストッパ１７によるアクセルペダル１４を戻したと
きのスロットルレバー１１ｂの全閉位置は、上記一点鎖
線Ｘ−Ｘ’による位置よりも、さらに所定の角度αだけ
戻し方向になるように構成されている。

【００２８】この結果、この実施形態では、アクセルペ
ダル１４をストロークがゼロの位置に戻すと、リターン
スプリング１２、１３の弾性力により、スロットルレバ
ー１１ｂは絞り弁１の全閉開度(アイドル開度)を越えて
更に全閉ストッパ１定まる全閉位置にまで戻り、この結
果、ロストモーション用のスプリング１１ｃ、１１ｄに
は、それらの中立位置から角度αに対応した変位が与え
られ、この変位に対応した弾性力を発生し、これにより
しっかりと全閉開度(アイドル開度)に押しつけられるの
で、エンジンの吸気負圧などにより絞り弁１が開いてし
まうという虞れを確実に防止し、“異常時補助走行”状
態での暴走等の重大事故発生は確実に抑えられ、完全な
フェイルセイフ機能と高信頼性を達成することができ
る。

【００２９】図４は、この実施形態における制御可能領
域を示したもので、モータ６による絞り弁１の開度制御
領域は、この図４から明らかなように、全域にわたって
の開閉制御が可能である。また、“異常時補助走行”モ
ード時でも、従来技術と同様であり、角度α以上ではア
クセルペダル操作にそのまま追従した制御になることが
判る。

【００３０】次に、図５により、“異常時補助走行”状
態での絞り弁１の動きとアクセルレバー１１ｂの動きの
関係について説明する。この図から明らかなように、こ
の実施形態では、アクセルペダル１４の操作初期時、つ
まりアクセルレバ−１１ｂの回転角がα°以下の場合に
おいては、制御レバー１１ａの動きに、すなわち、絞り
弁１の開度に不感帯が与えられた形になる。

【００３１】この不感帯は、絞り弁１に、全閉開度での
保持力を与えたことによるもので、これにより暴走等の
事故が発生することがなく、完全なフェイルセイフ機能
と高信頼性を達成できることが判る。そして、また、ア
クセルペダル１４の操作に、この不感帯が現われること
により、自動車の運転者は、“異常時補助走行”状態に
移行したことを感じ取ることができる。

【００３２】従って、この実施形態によれば、異常発生
時には、モータ６が絞り弁軸３から切り離されてアクセ
ルペダルによる開度制御下に自動的に移行すると共に、
絞り弁１の開度も、自動的にアクセルペダル１４の操作
位置に対応した状態でアクセルペダルによる開度制御下
に置かれることになり、“異常時補助走行”機能が与え
られると共に、アクセルペダル１４を完全に戻したとき
には、絞り弁１は所定の弾性力で全閉開度に押しつけら
れて保持されるので、“異常時補助走行”状態での暴走
等の重大事故発生は確実に抑えられ、完全なフェイルセ
イフ機能と高信頼性を達成することができる。

【００３３】次に、図６は、この実施形態におけるスプ
リング駆動力伝達機構１１の、モータ６による制御時
と、アクセルペダル１４の操作による制御時での動作を
示す概略図で、横軸は絞り弁１の開度ＴＶＯを、縦軸は
ロストモーション用スプリング１１ｃ、１１ｄの付勢ト
ルクＴを示している。図６中で、点Ｏは、中立(初期)状
態を表わし、ここはアクセルペダルの操作位置に一致し
た絞り弁開度ＴＶＯにあるものとする。

【００３４】まず、モータ６により、絞り弁１を角度θ
_M deg だけ、開き方向に制御している状態を考えると、
一方のロストモーション用スプリング１１ｃは巻き込ま
れる方向に偏角し、他方のロストモーション用スプリン
グ１１ｄは、緩む方向に偏角することになり、従って、
この図６に示すＯ−Ａ″特性がスプリング１１ｃの付勢
トルクＴ特性を示し、Ｏ−Ｂ″特性がスプリング１１ｄ
の付勢トルクＴ特性を示すことになる。そして、ここ
で、Ａ″−Ｂ″の絶対値が、モータ６が発生すべき必要
トルクを表すこととなる。なお、これは、絞り弁１を開
き方向に制御している場合についての説明であるが、閉
じ方向に制御している場合も同様である。

【００３５】次に、この図６において、Ｏ点からスプリ
ング駆動力伝達機構１１による“異常時補助走行”機構
が作動した場合を考える。アクセルペダル１４の操作に
より、スロットルレバー１１ｂが角度θ_A deg だけ開き
方向に回動したとすると、スプリング１１ｃ、１１ｄの
付勢トルクＴは、それぞれがバランスする方向に相対移
動させられる。この結果、制御レバー１１ａはスロット
ルレバー１１ｂの回動に伴って同一方向に追従し、図６
上では、Ｏ点→Ｏ´点に移動することになり、絞り弁１
は、同じ角度θ_A deg 、開き方向に回動し、この結果、
モータ６を含む駆動系に異常が発生した場合でも、確実
に“異常時補助走行”機構が成立することになる。

【００３６】通常、この実施形態のように、アクセルペ
ダル１４側にクラッチなどを設けないと、モータ６など
のアクチュエータにより絞り弁１の制御がなされたと
き、アクセルペダル１４にキックバック現象が現われ
る。

【００３７】然し乍ら、この実施形態では、ロストモー
ション用のスプリングとして、２個のスプリング１１
ｃ、１１ｄを用い、これらの付勢トルクが反対になるよ
うにして組み立てられており、この結果、この実施形態
によれば、これらのスプリング１１ｃ、１１ｄの絞り弁
軸３に対する付勢トルク定数を同一にとることにより、
各々の合成トルクをフラット化し、図５の特性Ｏ−Ｃを
得ることができる。従って、この実施形態によれば、キ
ックバック現象を無くすことが出来るという効果があ
る。

【００３８】

【発明の効果】本発明によればコスト的に優位な構成
で、且つ、万一、駆動系が故障等の異常状態になった時
でも、フェイルセイフによりアクセルペダル操作での
“異常時補助走行”が可能で、また、暴走等の重大事故
が発生することのない完全なフェイルセイフ機構と高信
頼性を達成した内燃機関の絞り弁制御装置を容易に提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内燃機関の絞り弁制御装置の一実
施形態を示す断面展開図である。

【図２】図１の実施形態の一部を示す側断面図である。

【図３】図１の実施形態の動作原理を説明するための構
成概念図である。

【図４】本発明の一実施形態における制御可能領域を表
わす特性図である。

【図５】本発明の一実施形態における絞り弁とスロット
ルレバーの特性図である。

【図６】本発明の一実施形態におけるスプリング駆動力
伝達機構の特性図である。

【符号の説明】

１ 絞り弁 ２ 支持体(スロットルボディ) ３ 絞り弁軸 ４ コントロールユニット ５ 目標開度信号 ６ モータ ７ 駆動信号 ８ 電磁クラッチ ８ａ 電磁クラッチのロータ ８ｂ 電磁クラッチのギア ９ 励磁信号 １０ 減速機 １１ スプリング駆動力伝達機構 １１ａ 制御レバー １１ｂ スロットルレバー １１ｃ、１１ｄ ロストモーション用のスプリング １１ｅ 玉掛け部 １２、１３ リターンスプリング １４ アクセルペダル １５ アクセルワイヤ １６ 全開ストッパ １７ 全閉ストッパ １８ スロツトルポジションセンサ １９ アクセルポジションセンサ ２０ アジャストレバー ２１、２２ スプリング受け ２３ アクセルポジションセンサ軸 ２４ レバー ２４ａ 接合ピン ２５ センサハウジング ２６、２７ 出力電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/22 ３１０ Ｆ０２Ｄ 41/22 ３１０Ｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクセルの操作量に応じて電気的に駆動
   される電気的駆動装置により絞り弁を開閉制御するもの
   において、 前記アクセルの操作に応じて前記絞り弁と連動して回動
   され、前記絞り弁の回転軸と平行に配置された回転軸を
   有するアクセルセンサと、 前記絞り弁の回転軸を付勢する第１のスプリングと、 前記アクセルセンサの回転軸を付勢する第２のスプリン
   グとを設け、 これら第１のスプリングと第２のスプリングは、それぞ
   れ前記アクセルを初期位置に戻す方向に付勢されている
   ことを特徴とする内燃機関の絞り弁制御装置。