説明

内燃機関のスロットル装置

【課題】スロットル開度を検出するための構成を簡素化して組立性の向上等を図ることのできる内燃機関のスロットル装置を提供する。
【解決手段】内燃機関のスロットル装置1は、吸気通路3を開閉するスロットルバルブ8が固定されたスロットルシャフト6と、スロットルシャフト6を回転駆動するモータ4と、を備える。スロットルバルブ8は、モータ4の非通電時にスロットルスプリング15によって所定の開度に保持される。半導体ひずみセンサは、スロットルスプリング15又はスロットルスプリング15のフック部15aが取り付けられるボス部16に設置される。スロットル装置1は、前記半導体ひずみセンサの出力信号に基づいてスロットル開度を検出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の吸入空気量を制御するスロットル装置に関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関のスロットル装置は、一般に、吸気通路が形成されたスロットルボディと、吸気通路を開閉するスロットルバルブが固定されたスロットルシャフトと、このスロットルシャフトを回転駆動するモータと、前記スロットルバルブの開度(スロットル開度)を検出する検出部と、を備える。そして、検出部によって検出されたスロットル開度が目標開度となるようにモータを駆動するようにしている。
【0003】
従来の内燃機関のスロットル装置に用いられる検出部としては、可変抵抗式のセンサやインダクティブ式のセンサなどが知られている。可変抵抗式のセンサは、例えば、スロットルシャフトと一体に回転する回転子(ロータ)に設けられたブラシがこれに対向配置された抵抗体上を摺動する際の抵抗値に基づいてスロットル開度を検出する。インダクティブ式のセンサは、例えば、電流が流れることによって磁界を発生する励磁導体部と、スロットルシャフトに固定されて前記励磁導体部の磁界の作用によって電流が流れる励起導電部と、この励起導電部に近接して配置された受信導体部と、を有し、スロットルシャフトの回転に応じて前記受信導体部に誘起された電流に基づいてスロットル開度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2002−188461号公報
【特許文献2】特開2010−151567号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、前記可変抵抗式のセンサにおいては、どの回転位置でも前記ブラシと前記抵抗体とが接触するように両者を配置する必要があり、スロットル開度を検出するための構成要素に高い位置精度が要求される。また、前記ブラシの摩耗やこれに伴う接触不良が発生するおそれがあり、耐久性や信頼性の面で課題が残る。
また、前記インダクティブ式のセンサにおいても、前記励磁導電部と前記励起導電部のクリアランスや前記励起導電部と前記受信導体部のクリアランスなどによって前記受信導体部に誘起される電流が変化するため、前記可変抵抗式のセンサと同様に、スロットル開度を検出するための構成要素に高い位置精度が要求される。
そのため、従来のスロットル装置においては、特にスロットル開度を検出するための構成要素の組立作業等に手間がかかり、スロットル装置の組立性などの面で改善する余地があった。
【0006】
本発明は、このような実情に着目してなされたものであり、スロットル開度を検出するための構成を簡素化して組立性の向上等を図ることのできる内燃機関のスロットル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一側面による内燃機関のスロットル装置は、吸気通路を開閉するスロットルバルブが固定されたスロットルシャフトと、このスロットルシャフトを回転駆動する電動アクチュエータと、前記スロットルシャフトの回転に伴って弾性変形する所定部位に設置され、当該所定部位のひずみに応じた信号を出力するひずみセンサと、を含み、前記ひずみセンサの出力信号に基づいてスロットル開度を検出し、検出されたスロットル開度に基づいて前記電動アクチュエータを制御する。
【発明の効果】
【0008】
上記内燃機関のスロットル装置によれば、スロットルシャフトの回転に伴って弾性変形する所定部位にひずみセンサを設置するだけでスロットル開度を検出できるので、従来技術に比べて、スロットル開度を検出するための構成が簡素化されると共に、各構成要素について従来技術のような高い位置精度が要求されない。このため、スロットル装置の組立性が向上する。
また、ひずみセンサの出力信号に基づいてスロットル開度を検出するため、従来技術に比べて、特に金属製ギヤなどの摩耗粉の影響も小さくなり、スロットル開度の安定した検出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の第1実施形態による内燃機関のスロットル装置の基本的な構成を示す断面図である。
【図2】スロットル開度の検出に用いる半導体ひずみセンサの一例を示す図である。
【図3】スロットルスプリングに半導体ひずみセンサを設置した例を示す図である。
【図4】スロットルスプリングに設置された半導体ひずみセンサの出力特性の一例を示す図である。
【図5】スロットルスプリングのフック部を取り付けるボス部(取付部)に半導体ひずみセンサを設置した例を示す図である。
【図6】ボス部(取付部)に設置された半導体ひずみセンサの出力特性の一例を示す図である。
【図7】スロットルシャフトに作用するトルクを説明するための図である。
【図8】無線式の半導体ひずみセンサの一例を示す図である。
【図9】本発明の第2実施形態による内燃機関のスロットル装置の基本的な構成を示す断面図である。
【図10】デフォルト機構の構成及びこのデフォルト機構における半導体ひずみセンサの設置位置を説明するための図である。
【図11】デフォルト機構に設置された半導体ひずみセンサの出力特性の一例を示す図である。
【図12】デフォルト機構における半導体ひずみセンサの他の設置位置を説明するための図である。
【図13】半導体ひずみセンサを用いてスロットル開度を検出する構成の他の例(変形例)を示す図である。
【図14】半導体ひずみセンサを用いてスロットル開度を検出する構成の他の例(変形例)を示す図である。
【図15】半導体ひずみセンサを用いてスロットル開度を検出する構成の他の例(変形例)を示す図である。
【図16】半導体ひずみセンサを用いてスロットル開度を検出する構成の他の例(変形例)を示す図である。
【図17】半導体ひずみセンサを用いてスロットル開度を検出する構成の他の例(変形例)を示す図である。
【図18】半導体ひずみセンサを用いてスロットル開度を検出する構成の他の例(変形例)を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態による内燃機関のスロットル装置の基本的な構成を示す断面図である。図1に示すように、スロットル装置1は、例えばアルミダイキャスト製のスロットルボディ2を有する。このスロットルボディ2には、吸気通路(ボア)3と電動アクチュエータとしてのモータ4を収容するモータハウジング5とが形成されている。
【0011】
スロットルボディ2には、吸気通路3をその軸線と直交する方向に貫通する例えば金属製のスロットルシャフト6が設けられている。このスロットルシャフト6の両端は、スロットルボディ2に圧入固定されたベアリング7、7によって回転可能に支持されている。
【0012】
スロットルシャフト6には、その軸方向に延びるスリット6aが形成されており、このスリット6aに、例えば金属製の円板で形成されたスロットルバルブ8が差し込まれている。スリット6aに差し込まれたスロットルバルブ8は、ねじ9によってスロットルシャフト6に固定されている。
【0013】
スロットルシャフト6の一端側には、スロットルギヤ10がナット11によって締め付け固定されている。このスロットルギヤ10は、金属プレート10aとこの金属プレート10aに一体化された樹脂製のギヤ部10bとから構成されている。
【0014】
モータ4は、その出力軸4aがスロットルシャフト6と平行となるようにモータハウジング5内に収容されている。そして、モータ出力軸4aの端部には、例えば金属製のギヤ(モータギヤ)12が固定されている。
【0015】
スロットルギヤ10とモータギヤ12の間には、例えば樹脂製のアイドルギヤ13が設けられている。このアイドルギヤ13は、スロットルギヤ10と噛み合う小径ギヤ部及びモータギヤ12と噛み合う大径ギヤ部を有する二段ギヤとして形成されており、スロットルボディ2に圧入固定された金属シャフト14に回転可能に支持されている。
【0016】
また、スロットルボディ2の側面部とスロットルギヤ10の間には、ねじりコイルばねからなるスロットルスプリング15が挟持されている。このスロットルスプリング15の一端側のフック部(固定側フック部)15aは、スロットルボディ2に突出形成されたボス部(取付部)16に取り付けられており、他端側のフック部(移動側フック部)は、スロットルギヤ10に形成された切欠部等(図示省略)に取り付けられている。このスロットルスプリング15は、スロットルバルブ8を開く方向に付勢するものであり、モータ4の非通電時にはスロットルバルブ8を全開位置に保持するように構成されている。
【0017】
スロットルギヤ10、モータギヤ12、アイドルギヤ13及びスロットルスプリング15は、スロットルボディ2の側面部とこの側面部を覆う樹脂製等のカバー部材(ギヤカバー)17との間に形成されるギヤ収容室18に配置されている。
【0018】
このような構成において、通電によってモータ4が回転すると、このモータ4の回転は、モータギヤ12、アイドルギヤ13及びスロットルギヤ10を介してスロットルシャフト6に伝達される。すると、スロットルシャフト6が回転してスロットルバルブ8が吸気通路(ボア)3を開閉する。これにより、吸気通路(ボア)3の開口面積が変化して内燃機関の吸入空気量が調整される。
スロットル装置1、あるいはこれを制御する装置は、スロット開度を検出し、この検出されたスロットル開度に基づいてモータ4を制御する。具体的には、検出されたスロットル開度が内燃機関の運転状態等に基づいて設定される目標開度になるようにモータ4の駆動を制御する。
【0019】
次に、スロットル開度(すなわち、スロットルシャフト6の回転位置)を検出するための構成について説明する。
本実施形態において、スロットル開度は、スロットルシャフト6の回転に伴って弾性変形する所定部位、より具体的には、スロットルシャフト6の回転位置に応じて変形量が変化する所定部位に設置されたひずみセンサの出力信号(ひずみ信号)に基づいて検出される。ひずみセンサは、半導体単結晶を用いて一辺が数百μmから数mm、厚さが十から数百μmの矩形状チップとして形成された半導体ひずみセンサであり、チップ表面にひずみを検出するための不純物拡散層(拡散抵抗)を有している。
【0020】
図2は、半導体ひずみセンサの一例を示している。
図2に示すように、半導体ひずみセンサ50は、半導体単結晶基板(例えばシリコン基板)51を含む。そして、この基板51の表面に、ピエゾ抵抗効果を利用したひずみ検出部52が形成されている。このひずみ検出部52は、図では省略しているが、例えば四つの拡散抵抗からなるブリッジ回路として形成される。また、半導体単結晶基板51の表面には、ひずみ検出部52(ブリッジ回路)に入力電圧を供給するためのパッド部53、及び、ひずみ検出部52(ブリッジ回路)から出力電圧(ひずみ信号)を取り出すためのパッド部54が形成されている。半導体ひずみセンサ50は、例えば半導体単結晶基板51の裏面が、ひずみの測定対象である前記所定部位に接着等によって固定され、当該所定部位に発生したひずみに応じた電圧(ひずみ信号)を出力する。
そして、スロットル装置1、あるいはこれを制御する装置は、パッド部53を介してひずみ検出部52に入力電圧を供給する一方、パッド部54を介してひずみ信号を入力し、この入力したひずみ信号に基づいてスロットル開度を検出する。
【0021】
ここで、前記所定部位は、スロットルシャフト6の回転に伴って弾性変形する(すなわち、ひずみが発生)する部位であればよく、特に制限されないが、例えば、ばね部品であるスロットルスプリング15やこのスロットルスプリング15のフック部が取り付けられるボス部(取付部)16が該当する。以下、順に説明する。
【0022】
図3は、ばね部品であるスロットルスプリング15に半導体ひずみセンサ50を設置した場合を示している。
この場合の半導体ひずみセンサ50の取付位置は、スロットルスプリング15上であれば特に制限されないが、図3に一点鎖線で示すように、スロットルボディ2に形成されたボス部(取付部)16に取り付けられるフック部(固定側フック部)15a又はその近傍に設置するのが好ましい。ボス部16に取り付けられた固定側フック部15aは、スロットルシャフト6の回転によって変位しないため、他の位置に比べて、半導体ひずみセンサ50に入力電圧を供給するための配線や半導体ひずみセンサ50からひずみ信号を取り出すための配線(以下単に「配線」という)の設置が容易だからである。
なお、固定側フック部15aの近傍においては、内周側、外周側のいずれであっても半導体ひずみセンサ50を設置することが可能となる場合が多く、半導体ひずみセンサ50を設置し易いというメリットもある。
【0023】
図4は、スロットル開度とスロットルスプリング15に発生するひずみ(半導体ひずみセンサ50の出力)との関係を示している。スロットルスプリング15は、スロットルバルブ8を開く方向に付勢しており、モータ4の非通電時においては、スロットルバルブ8が全開位置に保持される。このため、スロットルバルブ8を閉じる方向にスロットルシャフト6が回転されるほど、スロットルスプリング15は変形してスロットルスプリング15に発生するひずみ(ひずみ信号)は大きくなる。
スロットル装置1、あるいはこれを制御する装置は、図4に示すような関係をテーブル等で有しており、半導体ひずみセンサ50から出力されるひずみ信号に基づき前記テーブル等を参照することによってスロットル開度を検出する。
【0024】
図5は、スロットルボディ2に突出形成されたボス部(取付部)16に半導体ひずみセンサ50を設置した場合を示している。このボス部16には、スロットルシャフト6の回転に伴ってスロットルスプリング15の復元力(戻りトルク)が作用してひずみが発生する。したがって、ボス部16に発生するひずみは、スロットルシャフト6の回転位置、すなわち、スロット開度に相関する。
この場合、半導体ひずみセンサ50は、図5に示すように、ボス部16上において、スロットルスプリング15の固定側フック部15aの取付位置よりもスロットルボディ2側に設置される。
【0025】
図6は、スロットル開度とボス部16に発生するひずみとの関係を示している。上述のように、スロットルスプリング15はスロットルバルブ8を開く方向に付勢しており、スロットルバルブ8を閉じる方向にスロットルシャフト6が回転されるほど、スロットルスプリング15の復元力(戻りトルク)が大きくなり、ボス部16に発生するひずみ(ひずみ信号)も大きくなる。
スロットル装置1、あるいはこれを制御する装置は、例えば図6に示すような関係をテーブル等で有しており、半導体ひずみセンサ50からのひずみ信号に基づき前記テーブル等を参照することによってスロットル開度を検出する。
【0026】
ここで、スロットルスプリング15の固定側フック15a部の形状やボス部16の形状は、図3、5に示されたものに限るものではなく、所望の形状を選択することができる。例えば、スロットルスプリング15の固定側フック15a部をストレートフックとしたり、ボス部16の断面形状を円形や楕円形としたりすることができる。また、半導体ひずみセンサ50の設置場所は、スロットルスプリング15の固定側フック15a部の形状やボス部16の形状に応じて適宜選択すればよい。
【0027】
ところで、スロットルシャフト6の回転に伴ってスロットルシャフト6自身にもスロットルスプリング15の復元力(戻りトルク)がスロットルギヤ10を介して作用する。このため、スロットルシャフト6に半導体ひずみセンサ50を設置することも可能である。
但し、スロットルシャフト6に作用するトルクは、軸受、シール部材、及びモータ4のフリクション等の影響を受けるため、例えば図7に示すように、スロットルバルブ8を閉じる方向と開く方向とでずれが生じる可能性がある。このため、スロットルシャフト6に半導体ひずみセンサ50を設置した場合には、半導体ひずみセンサ50の出力のヒステリシスが大きくなって、スロットル開度の検出精度が低下するおそれがある。
【0028】
一方、上述のように、スロットルスプリング15(の固定側フック部15aの近傍)又はスロットルスプリング15の固定側フック部を取り付けるボス部16に半導体ひずみ50を設置すれば、前記フリクション等の影響をほとんど受けないため、半導体ひずみセンサ50の出力のヒステリシスは小さくなる。この点で、スロットルシャフト6に半導体ひずみセンサ50を設置した場合に比べて、スロットル開度を精度よく検出できる。
特にスロットルボディ2に突出形成されたボス部16は比較的剛性が高いので、このボス部16に半導体ひずみセンサ50を設置することにより、振動等の外乱の影響を抑制することができ、スロットル開度の安定した検出が可能になる。
【0029】
なお、上記第1実施形態によるスロットル装置1では、スロットルスプリング15がスロットルバルブ8を開く方向に付勢しており、モータ4の非通電時にはスロットルバルブ8が全開位置に保持されるようになっている。しかし、これに限るものではなく、スロットルスプリング15がスロットルバルブ8を閉じる方向に付勢し、モータ4の非通電時にはスロットルバルブ8が全閉位置又はその近傍に保持されるようにしてもよい。この場合には、図4,6に示された傾向と逆になり、スロットル開度が大きくなるほど、スロットルスプリング15やボス部16に発生するひずみ(ひずみ信号)が大きくなる。
【0030】
また、上記第1実施形態によるスロットル装置1では、配線が必要な有線式の半導体ひずみセンサ50(図2参照)を用いているが、これに代えて、無線式の半導体ひずみセンサを用いてもよい。このような無線式の半導体ひずみセンサを用いれば、配線の必要がないので、構造がより簡素化されて半導体ひずみセンサの設置が容易になる。例えば、スロットルシャフト6の回転に伴って変位(回動等)する部位に対しても半導体ひずみセンサを容易に設置できる。以下、このような無線式の半導体ひずみセンサの一例を説明する。
【0031】
図8は、無線式の半導体ひずみセンサの一例を示している。
図8に示すように、無線式の半導体ひずみセンサ60は、半導体単結晶基板(例えばシリコン基板)61を含む。そして、この基板61の表面に、電源回路62、上述のひずみ検出部(ブリッジ回路)52、増幅回路63、アナログ回路64、A/D変換部65、通信制御部66及び送信アンテナ67が形成されている。半導体ひずみセンサ60は、ひずみ検出部52の出力(ひずみ信号)を増幅し、無線信号に変換して無線送信する。
スロットル装置1は、無線信号を受信可能に構成されており、半導体ひずみセンサ60から受信した無線信号をひずみ信号に復調し、復調されたひずみ信号に基づいてスロット開度を検出する。なお、無線式の半導体ひずみセンサ60は上記構成を有するものに限るものではなく、ひずみ検出部52を有し、このひずみ検出部52の出力を無線送信できるものであればどのような構成を有するものであってもよい。
【0032】
次に、本発明の第2実施形態による内燃機関のスロットル装置について説明する。
図9は、第2実施形態によるスロットル装置の基本な構成を示す断面図である。
第2実施形態によるスロットル装置20は、第1実施形態によるスロットル装置1におけるスロットルスプリング15に代えて、デフォルト機構21を有する点が相違する。その他の構成要素については、実質的に第1実施形態によるスロットル装置1と同じであるので、図1と同一の符号を用いてその説明は省略する。デフォルト機構21は、公知のように、モータ4の非通電時にスロットルバルブ8を全閉位置よりも開いた位置(デフォルト開度)に保持する機能を有するものである。
【0033】
図10は、デフォルト機構21の一例を示している。
図10に示すように、デフォルト機構21は、ねじりコイルばねからなるリターンリング22と、ねじりコイルばねからなるデフォルトスプリング23と、リターンスプリング22及びデフォルトスプリング23が連結されるデフォルトレバー24と、を含む。
【0034】
リターンスプリング22は、スロットルバルブ8を閉じる方向に付勢する。リターンスプリング22の一端側のフック部22aは、スロットルボディ2に形成された取付部(図示省略)に取り付けられ、他端側のフック部22bは、デフォルトレバー24に形成された切欠部(第1切欠部)24aに取り付けられている。このリターンスプリング22の作用により、モータ4の非通電時に、デフォルトレバー24は、その係止部24bが例えばスロットルボディ2に形成されたストッパSに接触する位置まで回転させられる。
【0035】
デフォルトスプリング23は、スロットルバルブ8を開く方向に付勢する。デフォルトスプリング23の一端側のフック部23aは、スロットルギヤ10に形成された切欠部(図示省略)に取り付けられており、他端側のフック部23bは、デフォルトレバー24に形成された切欠部(第2切欠部)24cに取り付けられている。このデフォルトスプリング23は、デフォルトレバー24の突起部24dとスロットルギヤ10の端面10aとが接触している状態を保持するように作用する。
【0036】
デフォルトレバー24の係止部24bがストッパSに接触している状態において、リターンスプリング22のスプリング力とデフォルトスプリング23のスプリング力はバランスしており、このときのスロットル開度が上記デフォルト開度となる。そして、この状態(デフォルト開度)からスロットルバルブ8を開く方向にスロットルシャフト6が回転されると、リターンスプリング22が上記デフォルト開度に戻すように作用する。一方、上記状態(デフォルト開度)からスロットルバルブ8を閉じる方向にスロットルシャフト6が回転されると、デフォルトレバー24の突起部24dがスロットルギヤ10の端面10aから離れた状態となり、デフォルトスプリング23は、上記デフォルト開度に戻すように作用する。
【0037】
すなわち、このデフォルト機構21において、スロットル開度がデフォルト開度よりも大きい場合にはリターンスプリング22がスロットル開度をデフォルト開度に戻すように作用し、スロットル開度がデフォルト開度以下の場合にはデフォルトスプリング23がスロットル開度をデフォルト開度に戻すように作用する。これにより、モータ4の非通電時においては、スロットルバルブ8が上記デフォルト開度に保持される。
【0038】
この第2実施形態によるスロットル装置20において、スロットル開度を検出するための半導体ひずみセンサは、図10に示すように、デフォルトレバー24の第1切欠部24aの近傍及び第2切欠部24cの近傍にそれぞれ設置される。第1切欠部24aには、リターンスプリング22の復元力(戻りトルク)が作用してひずみが発生する。一方、第2切欠部24bには、スロットルシャフト6の回転に伴うデフォルトスプリング23の復元力(戻りトルク)が作用してひずみが発生する。
【0039】
図11は、スロットル開度とデフォルトレバー24の第1切欠部24a及び第2切欠部24cに発生するひずみとの関係を示している。
図11に示すように、スロットル開度がデフォルト開度よりも小さくなるほど、デフォルトスプリング23の復元力が大きくなって第2切欠部24cの近傍に発生するひずみが大きくなる。一方、スロットル開度がデフォルト開度よりも大きくなるほど、リターンスプリング22の復元力が大きくなって第1切欠部の24a近傍に発生するひずみが大きくなる。そして、リターンスプリング22のスプリング力とデフォルトスプリング23のスプリング力がバランスしている上記デフォルト開度において、第1切欠部24a及び第2切欠部24cに発生するひずみは最小となる。
スロットル装置20、あるいはこれを制御する装置は、図11に示すような関係をテーブル等で有しており、デフォルトレバー24の第1切欠部24a、第2切欠部24cにそれぞれ設置された半導体ひずみセンサからのひずみ信号に基づき前記テーブル等を参照することによってスロットル開度を検出する。
【0040】
ここで、第1切欠部24a及び第2切欠部24cに設置する半導体ひずみセンサは、図2に示したような有線式の半導体ひずみセンサ50とすることもできるが、第1切欠部24a及び第2切欠部24cは、スロットルシャフト6の回転によって変位(回動)するので配線等が複雑になるおそれがある。このため、図8に示したような無線式の半導体ひずみセンサ60を採用するのが好ましい。
【0041】
ところで、上記デフォルト機構21においては、スロットル開度の検出のために二つの半導体ひずみセンサを用いている。しかし、例えば、図12に要部構成を示すように、リターンスプリング22のフック部22b及びデフォルトスプリング23のフック部23bを、T字状に形成された取付部25に取り付けるようにすれば、一つの半導体ひずみセンサによってスロットル開度を検出することが可能となる。
【0042】
具体的には、図12に示すように、T字状の横線部分25aの上面に、リターンスプリング22のフック部22b及びデフォルトスプリング23のフック部23bを、縦線部分25bをその間に挟むようにして取り付ける(当接させる)。そして、T字状の縦線部分25bのデフォルトスプリング23側となる面(デフォルト側の側面)に半導体ひずみセンサを設置する。リターンスプリング22の復元力(戻りトルク)が取付部25に作用すると前記デフォルト側の側面には引張応力が発生し、デフォルトスプリング23の復元力(戻りトルク)が取付部25に作用すると前記デフォルト側の側面には圧縮応力が発生することになる。
【0043】
図13は、スロットル開度と上記デフォルト側の側面に発生するひずみとの関係を示している。スロットル開度がデフォルト開度よりも小さくなると、デフォルトスプリング23の復元力(戻りトルク)が大きくなるため、デフォルト側の側面に発生する圧縮ひずみが大きくなる。一方、スロットル開度がデフォルト開度よりも大きくなると、リターンスプリング23の復元力(戻りトルク)が大きくなるため、デフォルト側の側面に発生する引張ひずみが大きくなる。
スロットル装置20、あるいはこれを制御する装置は、図13に示すような関係をテーブル等で有しており、取付部25のデフォルト側の側面に設置された半導体ひずみセンサからのひずみ信号に基づき前記テーブル等を参照することによってスロットル開度を検出する。
【0044】
ここで、図12において、T字状の縦線部分25bのリターンスプリング22側となる面(リターン側の側面)に半導体ひずみセンサを設置するようにしてもよい。この場合、リターンスプリング22の復元力(戻りトルク)が取付部25に作用すると前記リターン側の側面には圧縮応力が発生し、デフォルトスプリング23の復元力(戻りトルク)が取付部25に作用すると前記リターン側の側面には引張応力が発生することなる。
また、上記第2実施形態においては、リターンスプリング22のフック部22a及び/又はデフォルトスプリング23のフック部23aが取り付けられる取付部又はその近傍に半導体ひずみセンサを設置しているが、可能であればリターンスプリング22及びデフォルトスプリング23のそれぞれに半導体ひずみセンサを設置するようにしてもよい。
【0045】
以上説明した第1、第2実施形態によるスロットル装置においては、スロットルシャフト6の回転に伴って変形するスプリング(スロットルスプリング15、リターンスプリング22、デフォルトスプリング23)又はそのフック部が取り付けられる取付部に半導体ひずみセンサを設置し、この半導体ひずみセンサから出力されるひずみ信号に基づいてスロットル開度を検出している。これにより、既存の構成要素を利用しつつスロットル開度の安定した検出を可能としている。
しかし、本発明はこれらに限るものではなく、様々な変形が可能である。以下、スロットルスプリング15、リターンスプリング22及びデフォルトスプリング23以外の「ばね部品」のひずみに基づいてスロットル開度を検出する他の例をいくつか説明する。
【0046】
(変形例1)
スロットル装置1、20において、スロットルシャフト6と一体に回転するカム部を設けると共に、このカム部のカム面に接触させる弾性部材(例えば板ばね)を設け、この弾性部材の所定位置に半導体ひずみセンサを設置する。そして、半導体ひずみセンサからのひずみ信号に基づいてスロットル開度を検出する。この場合、弾性部材がスロットルシャフトの回転に伴って変形する所定部位及びばね部品に相当する。
【0047】
例えば、図14に要部構成を示すように、スロットルシャフト6の端部をカム状に形成する。このカム状の端部(カム部)6aは、図14(b)に示すように、スロットルシャフト6の回転位置に応じてスロットルシャフト6の中心からの距離がaからbへと変化するカム面(外周面)を有している。弾性部材70は、板ばねからなる部分を含み、板ばねの自由端がカム部6aの前記カム面に接触状態で対向するように、例えばギヤカバー17側に取り付けられる。半導体ひずみセンサは、弾性部材70に設置され、スロットルシャフト6の回転に伴いカム部6aの前記カム面によって変形する弾性部材70のひずみを検出する。半導体ひずみセンサからのリード(電源線、リード線等)は、ギヤカバー17に設置されたターミナル17aに溶接、半田等により電気的に接合される。
【0048】
また、図15に要部構成を示すように、スロットルギヤ10の一部(ギヤ形成部以外の部分)にカム部10aを形成するようにしてもよい。このカム部10aは、図14に示したスロットルシャフト6のカム部6aと同様に、スロットルシャフト6の回転位置に応じてスロットルシャフト6の中心からの距離がaからbまで変化するカム面(外周面)を有している。また、弾性部材70は、板ばねからなり、その自由端がスロットルギヤ10に形成されたカム部10aのカム面(外周面)に接触状態で対向するように、ギヤカバー17側に取り付けられる。半導体ひずみセンサは、弾性部材70に設置され、スロットルシャフト6の回転に伴いカム部10aの前記カム面(外周面)によって変形する弾性部材70のひずみを検出する。半導体ひずみセンサからのリード(電源線、リード線等)は、ギヤカバー17に設置されたターミナル17aに溶接、半田等により電気的に接合される。
【0049】
なお、図15に示す構成において、スロットルギヤ10に形成されたカム部10aは、その外周面をカム面としているが、図16に示すように、その側面(ギヤカバー17側の側面)をカム面として形成してもよい。この場合、弾性部材70は、その自由端がカム部10aのカム面(側面)に接触状態で対向するように、ギヤカバー17側に取り付けられる。半導体ひずみセンサは、弾性部材70に設置され、スロットルシャフト6の回転に伴いカム部10aのカム面(側面)によって変形する弾性部材70のひずみを検出する。
【0050】
以上の変形例1において、弾性部材70がスロットルシャフトの回転に伴って変形する所定部位及びばね部品に相当する。変形例1においては、スロットルシャフト6の一部又はスロットルギヤ10の一部をカム部としているが、スロットルシャフト6と一体に回転するカムを別部品として設けてもよいことはもちろんである。また、半導体ひずみセンサは有線式のものに限られず、無線式の半導体ひずみセンサを用いてもよい。
【0051】
(変形例2)
変形例1では、カム部と接触して変形する弾性部材70のひずみを検出する。これに対して、変形例2では、非接触で弾性部材を変形させてそのひずみを検出する。
すなわち、スロットル装置1、20において、スロットルシャフト6と一体に回転すると共にその外周面の少なくとも一部がカム面として形成された磁力伝達部と、この磁力伝達部のカム面(外周面)に接触しないように対向配置されると共に磁力伝達部からの磁力によって弾性変形する磁性部材(板ばね)と、を設ける。そして、磁性部材(板ばね)の所定位置に設置された半導体ひずみセンサからのひずみ信号に基づいてスロットル開度を検出する。この場合、磁力によって弾性変形する磁性部材がスロットルシャフトの回転に伴って変形する所定部位及びばね部品に相当する。
【0052】
例えば、図17に示すように、スロットルギヤ10の一部(ギヤ形成部以外の部分)にマグネット等の磁力伝達部材からなるカム部10bを形成又は設置する。このカム部10bは、スロットルシャフト6の回転位置に応じてスロットルシャフト6の中心からの距離が変化するカム面(外周面)を有している。磁性部材80は、例えば磁性を有する板ばねからなり、その自由端がカム部10bのカム面(外周面)に非接状態で対向するように、ギヤカバー17側に取り付けられる。半導体ひずみセンサは、磁性部材80に設置され、スロットルシャフト6の回転に伴って変化するカム部10bからの磁力によって変形する磁性部材80のひずみを検出する。
【0053】
ここで、磁力は距離の二乗に反比例するので、カム部10bのカム面(外周面)は、当該カム面(外周面)と磁性部材80との距離がスロットル開度θの平方根(√θ)に比例する値となるように形成されるのが好ましい。このようにすれば、ひずみ特性の線形性を得ることができる。
【0054】
なお、変形例1と同様、カム部10bは、外周面ではなく側面(ギヤカバー17側の側面)をカム面として形成されたものであってもよい。この場合、磁性部材80は、その自由端がスロットルギヤ10に形成されたカム部10bのカム面(側面)に非接触状態で対向するように、ギヤカバー17側に取り付けられる。また、変形例2においても半導体ひずみセンサは有線式、無線式のいずれであってもよい。
【0055】
(変形例3)
この変形例3では、スロットル装置1、20において、スロットルシャフト6とギヤカバー17とを連結する連結部材(例えば渦巻ばね)を設ける。そして、連結部材の所定の位置に設置された半導体ひずみセンサからのひずみ信号に基づいてスロットル開度を検出する。この場合、前記連結部材がスロットルシャフトの回転に伴って変形する所定部位及びばね部品に相当する。
【0056】
例えば、図18に示すように、渦巻ばね等からなる連結部材90の一端側のフック部90aをギヤカバー17に突出形成されたボス部(取付部)17bに取り付ける一方、他方側のフック部90bをスロットルシャフト6と一体に回転しかつスロットルギヤ10よりもギヤカバー17側に設けられた部材91に形成された取付部91aに取り付ける。半導体ひずみセンサは、連結部材90(ここではフック部90aの近傍)に設置され、スロットルシャフト6の回転に伴って変形する連結部材90のひずみを検出する。
【0057】
このようにすると、例えばギヤ収容室17内の空いている空間を利用してスロットル開度を検出するための構成要素を配置することができる。なお、この変形例3においても図5に示された例と同様に、半導体ひずみセンサをギヤカバー17に形成されたボス部17bに設置してもよく、半導体ひずみセンサは有線式、無線式のいずれであってもよい。
【0058】
以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【0059】
1…スロットル装置、4…モータ(電動アクチュエータ)、6…スロットルシャフト、6a…カム部、8…スロットルバルブ、10…スロットルギヤ、10a,b…カム部、11…モータギヤ、12…アイドルギヤ、15…スロットルスプリング(ばね部品)、16…ボス部(取付部)、17…ギヤカバー、20…スロットル装置、21…デフォルト機構、22…リターンスプリング(ばね部品)、23…デフォルトスプリング(ばね部品)、24…デフォルトレバー、24a…第1切欠部(取付部)、24c…第2切欠部(取付部)、50,60…半導体ひずみセンサ、70…弾性部材(ばね部品)、80…磁性部材(ばね部品)、90…連結部材(ばね部品)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸気通路を開閉するスロットルバルブが固定されたスロットルシャフトと、
前記スロットルシャフトを回転駆動する電動アクチュエータと、
前記スロットルシャフトの回転に伴って弾性変形する所定部位に設置され、当該所定部位のひずみに応じた信号を出力するひずみセンサと、
を含み、
前記ひずみセンサの出力信号に基づいてスロットル開度を検出し、検出されたスロットル開度に基づいて前記電動アクチュエータを制御する、内燃機関のスロットル装置。
【請求項2】
前記ひずみセンサは、前記スロットルシャフトの回転に伴って変形するばね部品に設置されている、請求項1に記載の内燃機関のスロットル装置。
【請求項3】
前記ひずみセンサは、前記スロットルバルブを閉じる方向に付勢するばね部品及び前記スロットルバルブを開く方向に付勢するばね部品の少なくとも一方に設置されている、請求項2に記載の内燃機関のスロットル装置。
【請求項4】
前記ひずみセンサは、前記スロットルシャフトの回転に伴って変形するばね部品のフック部が取り付けられている取付部に設置されている、請求項1に記載の内燃機関のスロットル装置。
【請求項5】
前記スロットルシャフトの回転に伴って変形するばね部品は、前記電動アクチュエータの非通電時に前記スロットルバルブを全開位置又は全閉位置に保持するスロットルスプリングである、請求項2〜4のいずれか一つに記載の内燃機関のスロットル装置。
【請求項6】
前記スロットルバルブを閉じる方向に付勢するリターンスプリングと、前記スロットルバルブを開く方向に付勢するデフォルトスプリングと、前記リターンスプリング及び前記デフォルトスプリングが連結されるデフォルトレバーと、を有し、前記電動アクチュエータの非通電時に前記スロットルバルブを全閉位置よりも開いたデフォルト位置に保持するデフォルト機構をさらに含み、
前記スロットルシャフトの回転に伴って変形するばね部品は、前記リターンスプリング及び前記デフォルトスプリングの少なくとも一方である、請求項2〜4のいずれか一つに記載の内燃機関のスロットル装置。
【請求項7】
前記スロットルシャフトと一体に回転するカム部と、
その自由端が前記カム部のカム面に対向配置され、前記スロットルシャフトの回転位置に応じて変形量が変化する板ばねと、
をさらに含み、
前記ひずみセンサは、前記板ばねに設置されている、請求項2に記載の内燃機関のスロットル装置。
【請求項8】
前記カム部の少なくとも前記カム面は、磁力伝達部材によって形成され、
前記板ばねは、その自由端が前記カム面に非接触状態で対向配置されて当該カム面からの磁力によって変形する、請求項7に記載の内燃機関のスロットル装置。
【請求項9】
前記カム面は、前記板ばねとの間に形成される距離が前記スロットル開度の平方根に比例する値となるように形成されている、請求項8に記載の内燃機関のスロットル装置。
【請求項10】
前記ひずみセンサは、単結晶半導体基板上に四つの拡散抵抗からなるブリッジ回路が形成された半導体ひずみセンサである、請求項1〜9のいずれか一つに記載の内燃機関のスロットル装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【公開番号】特開2013−76358(P2013−76358A)
【公開日】平成25年4月25日(2013.4.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−216242(P2011−216242)
【出願日】平成23年9月30日(2011.9.30)
【出願人】(509186579)日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Fターム(参考)】