JPH0551768B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車などのエンジンのスロツトル
弁の開度を調節するスロツトル弁制御装置に関
し、さらに詳しくはアクセルペダルの踏込量に対
応して電気的にスロツトル弁を遠隔操作するスロ
ツトル弁制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に、自動車などでは、エンジンの吸気路に
設けられたスロツトル弁を開閉することにより、
通路面積を変えて空気と燃料の混合気の流入量を
調節してエンジン出力を制御している。そして、
このスロツトル弁は、アクセルペダルの踏込量に
連動して開閉するようになつている。

従来におけるスロツトル弁の開閉制御は、アク
セルペダルの踏込量をリンクまたはワイヤなど機
械的手段を介してスロツトル弁に伝達するものが
一般的であつた。

ところが、最近では、アクセルペダルの踏込量
に対応して電気的にスロツトル弁を遠隔操作する
スロツトル弁制御装置が種々提案されている。

従来公知の前記電気的スロツトル制御装置の一
例を上げると、第４図に示すようなものがある。

第４図を参照して、スロツトル弁３１は、直流
モータ３２により開閉駆動されるようになつてい
る。スロツトル弁３１の開度を検出する弁開度検
出手段３３からの出力信号と、アクセルペダル３
４の踏込量を検出するアクセルペダル踏込量検出
手段３５からの出力信号を比較演算部３６により
比較し、該比較演算部３６に予め設定されたアク
セル操作量−スロツトル弁操作量特性に基づいて
モータドライバー３７に信号を与え、該モータド
ライバー３７により直流モータ３２の回転を制御
するようになつている。

一方、吸気負圧によりスロツトル弁３１がばた
ついて制御が不安定となることを防止するため、
スロツトル弁３１はリターンスプリング３８によ
り閉方向に付勢されている。

ところで、前記直流モータ３２は、このリター
ンスプリング３８による閉方向の付勢力を上回る
トルクが必要とされるのは勿論、スロツトル弁３
１を安定に制御するためには、大きなトルクを必
要とされる。

ところが、本来直流モータ３２は高速回転で小
トルクであるため、直流モータ３２とスロツトル
弁３１の回転軸３９との間に減速歯車などの減速
機構４０を介装する必要があつた。

一方、圧電素子を用いた超音波モータは、公知
である（特開昭58−148682号参照）。この超音波
モータは、小形、軽量で低速、大トルクという特
性を有しており、さらに応答性も良いという特徴
を有している。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記従来の電気的スロツトル制御装置
では、次のような問題があつた。

まず、スロツトル弁３１と直流モータ３２とを
減速機構４０を介して連結とているため、装置が
複雑かつ大形化していた。

また、直流モータ３２は、起動数の回転数の立
上りが遅く、応答性の面で問題があつた。

さらに、万一故障により直流モータ３２に対す
る通電が遮断された場合には、フエイルセーフの
場合からスロツトル弁３１を閉じる必要がある
が、リターンスプリング３８によりスロツトル弁
３１を閉位置に復帰させようとしても直流モータ
３２と減速機構４０が負荷となつてスロツトル弁
３１が開いた状態のままで固定されてしまうとい
う問題があつた。

本発明は、このような従来技術の問題に鑑みて
なされたものである。すなわち、本発明の目的と
するところは小形かつ簡素で、応答性の良好な
上、モータに対する通電不能となる故障が生じた
時にスロツトル弁が閉じられるフエイルセーフ機
能を備えたスロツトル弁制御機構を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の特徴とする
構成は、スロツトル弁駆動用が弾性体に複数個の
圧電素子を配設して固定子として該弾性体の表面
に進行波を発生させて回転子を回転させる超音波
モータから成り、該超音波モータと前記スロツト
ル弁の間とが直結されてなり、該超音波モータの
固定子に電磁石が設けられ、回転子には磁性体が
設けられ、前記電磁石が励磁すると回転子の磁性
体が固定子側に吸引されて固定子と回転子が加圧
接触するようになつており、電磁石が消磁すると
固定子と回転子の加圧接触が解除され、前記リタ
ーンスプリングの付勢力によりスロツトル弁が閉
じられるようになつているところにある。

（実施例） 以下に、図を参照して本発明の一実施例を説明
する。

第１図を参照して、スロツトル本体１のエア流
通路２内にスロツトル弁３が回転軸４を介して回
転自在に支持されている。回転軸４の両端は、ス
ロツトル本体１に回転自在に支承されている。

スロツトル本体１の一側面には、スロツトル弁
３を閉方向に付勢するリターンスプリング５がス
ロツトル弁３の回転軸４に装着されていると共
に、スロツトル弁３の開度を検出し弁開度信号を
出力する弁開度検出手段６が配設され、該弁開度
検出手段６に前記スロツトル弁３の回転軸４の一
端延長部が連結されている。ここで弁開度検出手
段６としては、ポテンシヨンメータ、タコジエネ
レーシヨンまたはエンコーダなど任意なものが採
用される。

また、弁開度検出手段６の位置の反対側のスロ
ツトル本体１にはスロツトル弁３を駆動する弁駆
動部７が配設されており、該弁駆動部７ではケー
ス８内に超音波モータ９が組み付けられており、
前記スロツトル弁３の回転軸４の他端延長部が該
超音波モータ９の回転軸を兼用されている。この
弁駆動部７の詳細な構造については後で述べるも
のとする。

超音波モータ９は、アクセルペダル１０の踏み
込み量に電気的に連動して駆動されるものとなつ
ている。すなわち、第２図をも併せて参照して、
アクセルペダル１０の踏み込み量を検出してアク
セル信号を出力するアクセル操作量検出手段１１
が設けられ、該アクセル操作量検出手段１１の後
段には該アクセル操作量検出手段１１のアクセル
信号を入力すると共に前記弁開度検出手段６から
の弁開度信号をフイードバツク信号として入力
し、予め設定されたアクセル操作量−スロツトル
弁操作量特性に基づいて前記超音波モータ９の回
転をフイードバツク制御する比較演算部１２が設
けられ、該比較演算部１２の後段には、比較演算
部１２の出力信号を入力して超音波モータ９の回
転を制御する信号を出力するモータドライバ１３
が設けられている。

ここで、前記超音波モータ９を詳しく説明す
る。超音波モータ９は、環状に形成された固定子
１４と、該固定子１４に面対抗する円板状に形成
された回転子１５を有している。固定子１４は、
スロツトル本体１側に配置され、スロツトル本体
１に突設されたブラケツト１６にナツト１７によ
つて固定されている。これに対して、回転子１５
は、前記スロツトル弁３の回転軸４と一体に回転
自在、かつ該回転軸４の軸方向に摺動自在になつ
ている。

固定子１４は、環状の弾性体部分に複数の分極
処理された圧電体１８が固着されて成り、圧電体
１８に高周波電圧を印加すると回転子１５に面す
る進行波発生面１９に屈曲振動による進行波が発
生する。一方、回転子１５は、円板状の回転環２
０に前記固定子１４の進行波発生面１９と面対向
して環状の摺動体２１が固着されて成る。

また、固定子１４の回転子１５に対向する側に
は環状に電磁石２２が設けられ、該電磁石２２と
対向して回転子１５には環状に磁性体２３が設け
られており、前記電磁石２２が励磁して回転子１
５を吸引することにより固定子１４と回転子１５
を圧接状態として、固定子１４に発生している進
行波を回転子１５が受けて回転可能となるように
なつている。ここで電磁石２２の励磁は、図示し
ないイグニツシヨンスイツチがオンされた時に通
電されることにより行われるようになつている。
なお、超音波モータ９の駆動のメカニズムは公知
であるのでその詳細は省略する。

ケース８内面に配設した軸受２４と回転子１５
との間には、回転子１５を固定子１４側に押圧す
る加圧スプリング２５が介装されており、回転子
１５と固定子１４とが常時接触状態（ただし圧接
ではない）に保持されるようになつている。

前記電磁石２２が消磁すると固定子１４と回転
子１５の圧接状態は解除され（接触はしている）、
負荷を軽減されたリターンスプリング５の復元力
によりスロツトル弁３が復帰するようになつてお
り、このような非圧接状態では超音波モータ９は
回転不可能となる。

以上のように構成された本実施例は、次ぎのよ
うに作用する。

イグニツシヨンスイツチのオフ時に、回転子１
５は加圧スプリング２５により固定子１４と接触
状態にされているが、圧接ではないので固定子１
４に進行波が発生しても回転子１５が回転するこ
とはない。

これに対して、イグニツシヨンスイツチがオン
されると、超音波モータ９の固定子１４に設けら
れた電磁石２２に通電され、該電磁石２２が励磁
され、磁性体２３を有する回転子１５を吸引し
て、固定子１４と回転子１５とが圧接される。こ
のため、固定子１４の進行波発生面１９に発生し
ている進行波を回転子１５の摺動面２１が受けて
回転できる状態となる。

この状態において、アクセルペダル１０が踏み
込まれると、アクセルペダル１０の踏み込み量を
検出したアクセル操作量検出手段１１からアクセ
ル信号が出力され、該アクセル信号が比較演算部
１２に入力される。比較演算部１２には、該アク
セル信号と弁開度検出手段６からのスロツトル弁
３の開度信号が入力され、両信号を比較して、予
め設定されたアクセル操作量−スロツトル弁操作
量特性に基づいてスロツトル弁３の開度を補正演
算し、駆動信号をモータドライバ１３に出力す
る。すると、該モータドライバ１３は超音波モー
タ９へ信号を与え、スロツトル弁３を開動作させ
る。

以上に説明した、本発明の超音波モータを使用
したスロツトル弁制御装置では、従来公知の直流
モータ使用のスロツトル弁制御装置と比べて次の
ような特徴を有している。

第３図は直流モータと超音波モータとの立上り
特性を示す線図であるが、図に示すように、直流
モータでは起動から定格回転数に達するまでの立
上り時間が長いのに対して、超音波モータで立上
り時間が非常に短く応答性がよいという特性があ
る。

また、直流モータは高速回転、低トルクのた
め、減速機構を介装させる必要があるが、超音波
モータでは低速回転、大トルクのため減速機構が
不要であるから、応答特性が一層優れたものとな
る。

さらに、超音波モータ９の固定子１４と回転子
１５とが圧接状態にあるので、その接触摩擦力に
よりスロツトル弁３の停止位置を確実に維持でき
る。このため、吸気負圧によるスロツトル弁３の
ばたつきや、機械の振動によりスロツトル弁３の
制御が不安定となることが防止される。

今、本発明の前記スロツトル弁制御装置におい
て、制御系の事故により超音波モータ９の電磁石
２２に対する通電が停止する事態が発生したとす
ると、電磁石２２が消磁し、固定子１４と回転子
１５との圧接状態は解除され（加圧スプリングに
より接触はしている）、負荷を軽減されたリター
ンスプリング５の復元力によりスロツトル弁３は
全閉状態となる。このため、本発明ではフエイル
セーフ機能が発揮される。このような非圧接状態
では、超音波モータ９は回転できないので、仮に
誤つて回転信号が超音波モータ９に与えられたと
しても、超音波モータ９が回転するようなことが
ない。

また、イグニツシヨンスイツチがオフの時に
は、超音波モータ９の電磁石２２には通電されな
いので、超音波モータ９が駆動されることはな
い。

（発明の効果） 本発明では、スロツトル弁を低回転、大トルク
野超音波モータにより駆動し、該超音波モータと
前記スロツトル弁との間とが直結されているの
で、減速機構がない分だけ装置を小型化、簡素化
でき、また制御の応答性が良好なものとなる。

また、制御系の事故により超音波モータに設置
された回転子吸引用の電磁石に対する通電が停止
する事態が発生すると、該電磁石が消磁し、固定
子と回転子の圧接状態は解除され、負荷を軽減さ
れたリターンスプリングの復元力によりスロツト
ル弁が全閉となるため、フエイルセーフ機能が発
揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の断面図である。
第２図は、第１図の実施例のブロツク図である。
第３図は、超音波モータと直流モータの起動特性
図である。第４図は、従来公知のスロツトル弁制
御装置の一例を示す概略図である。 １：スロツトル本体、３：スロツトル弁、４：
回転軸、５：リターンスプリング、６：弁開度検
出手段、７：弁駆動部、９：超音波モータ、１
０：アクセルペダル、１１：アクセル操作量検出
手段、１２：比較演算部、１４：固定子、１５：
回転子、２２：電磁石、２３：磁性体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スロツトル本体に回転自在に支持されたスロ
   ツトル弁と、該スロツトル弁を閉方向に付勢する
   リターンスプリングと、スロツトル弁を駆動する
   モータと、スロツトル弁の開度を検出する弁開度
   検出手段と、アクセルペダルの踏込量を検出する
   アクセル操作量検出手段と、該アクセル操作量検
   出手段の出力信号と前記弁開度検出手段の出力信
   号を比較してあらかじめ設定されたアクセル操作
   量−スロツトル弁操作量特性に基づいて前記モー
   タの回転を制御する比較演算部とから成るエンジ
   ンのスロツトル弁制御装置において、 前記スロツトル弁駆動用のモータが弾性体に複
   数個の圧電素子を配設して固定子として該弾性体
   の表面に進行波を発生させて回転子を回転させる
   超音波モータから成り、該超音波モータの回転子
   と前記スロツトル弁とが連結されてなり、前記超
   音波モータの固定子に電磁石が設けられ前記回転
   子に磁性体が設けられ、前記電磁石が励磁すると
   回転子が固定子側に吸引されて固定子と回転子と
   が加圧接触するようになつており、電磁石が消磁
   すると固定子と回転子の加圧接触状態が解除さ
   れ、前記回転子が回転自在となつて前記リターン
   スプリングの付勢力により前記スロツトル弁が閉
   じられることを特徴とするエンジンのスロツトル
   弁制御装置。