(57)【要約】【課題】  電子式制御システムに異常や故障を生じたとき、絞り弁を運転者のアクセル操作による機械的な開閉動作に切替え、任意車速で走行できるものとする。【解決手段】  絞り弁軸５をアクチュエータ１１と結合し、アクセルペダル１６の踏み込みにより回転するアクセル従動軸１５と切り離した状態で絞り弁４を電子制御する。電子式制御システムＢに異常や故障を生じたとき絞り弁軸５をアクチュエータ１１から切り離すとともに、従動軸レバー２０をアクセルレバー１８に連結機構２３で結合し、アクセルペダル１６の操作を連動機構９を経て絞り弁軸５に伝達し、絞り弁４を機械的に開閉動作させるものとした。【選択図】      図１
2005194948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセル操作量に応じてコントロールユニットが出力する指令により作動するアクチュエータを絞り弁軸と結合・分離するクラッチ手段と、
運転者のアクセル操作に常時連動して回転させられ、アクセルレバーを固着しているとともに従動軸レバーを回転自由且つ軸方向可動に支持しているアクセル従動軸と、
前記アクセルレバーと従動軸レバーとを結合させる連結機構、前記従動軸レバーを前記アクセルレバーと結合するため軸方向へ移動させる押圧移動機構、前記絞り弁軸と従動軸レバーとを常時連動させる連動機構を含む切り換え手段と、
を具え、前記コントロールユニットおよびアクチュエータを含む電子式制御システムが正常なときは前記クラッチ手段が前記アクチュエータと絞り弁軸とを結合しているとともに前記連結機構が切り離されており、前記電子式制御システムに異常や故障を生じたとき前記クラッチ手段が前記アクチュエータと絞り弁軸とを切り離すとともに前記押圧移動機構を作動させて前記連結機構により前記従動軸レバーとアクセルレバーとを結合することによって前記連動機構を介して絞り弁を機械的に開閉動作するものとされ、
そして前記連結機構は前記アクセルレバーおよび従動軸レバーが同一位相のときに向かい合う箇所で前記二つのレバーの一方に設けた嵌合突起ともう一方に設けた嵌合孔とからなり、前記嵌合突起は前記一方のレバーに所定突出長に弾性的に保持されて取り付けられている、
ことを特徴とする電子制御絞り弁装置。
【請求項２】
前記嵌合突起が円柱部片であって直線動可能とされているとともに押ばねによって所定突出長に保持され、前記嵌合孔が前記嵌合突起とほぼ同径の丸孔である請求項１に記載した電子制御絞り弁装置。
【請求項３】
前記嵌合突起が爪状部片であって回転動可能とされているとともに押えばねによって所定突起長に保持され、前記嵌合孔が前記嵌合突起とほぼ同一幅の切欠きである請求項１に記載した電子制御絞り弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用のエンジン吸気系に設置される絞り弁を電子的な制御システムによって開閉動作させるものにおいて、電子式制御システムに絞り弁の開閉動作を不可能とする異常や故障が発生したとき、車両の停止や暴走を防止し安全を図る手段を具えた電子制御絞り弁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの制御を高精密に行なうため、絞り弁を運転者のアクセル操作によって機械的に開閉動作させる代りに、電子式制御システムを用いて電子的に開閉動作させる技術は広く知られており、この制御システムは絞り弁を目標開度位置に開閉動作させるアクチュエータ、アクセル操作量と絞り弁位置とに基いてアクチュエータに所要の駆動信号を送るコントロールユニットを含んでいる。
【０００３】
ここで、前記の電子式制御システムに異常や故障が生じたとき、車両が走行不能となったり暴走したりする事態を生じることを避けるため、アクチュエータにステッピングモータを用いたものについて一つの励磁巻線に異常を生じたとき正常なもう一つの励磁巻線を使用して絞り弁を一定の小開度に保持させること（特許文献１参照）、コントロールユニットについて絞り弁の開度信号記憶部に異常を生じたときアクセル操作量に応じた代替開度信号を算出してアクチュエータに出力すること、或いはコントロールユニットやアクチュエータに異常を生じたとき補助コントロールユニットを用いてアクチュエータを作動すること（特許文献２参照）、が提案されている。
【０００４】
しかしながら、前者はステッピングモータの二つの励磁巻線の一方に異常を生じたときというきわめて特異な場合のみにおける対策手段であり、しかも一定の低速走行に固定されるため事故を回避できない事態を生じるという心配がある。これに対して、後者は電子制御による開閉動作を継続して任意車速で走行することができる利点を有しているが、このものはコントロールユニットに異常を生じたとき、或いはアクチュエータに生じた異常が制御可能な程度というきわめて特異な場合のみの対応手段である。従って、絞り弁の電子制御による開閉動作を不能とするコントロールユニットの異常やアクチュエータの故障のいずれを生じたときもこれらに対応できるものではない。更に、アクチュエータの軸受や減速歯車などの機械要素部品が破損したときは、絞り弁が破損発生時の開度位置に固定されて開度位置によっては車両を暴走させるという心配があるが、前記提案のものでは対応不可能である。
【特許文献１】特開平６−２１３０１２号公報
【特許文献２】特開平６−１３７２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前述の問題を解消することを課題してなされたものであって、電子式制御システムに異常や故障を生じて絞り弁を開閉動作することができなくなったとき、運転者のアクセル操作量に応じて絞り弁を全閉から全開まで機械的に開閉動作させ、任意の車速で走行させることができる切替え手段を具えた電子制御絞り弁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】
【０００６】
本発明はコントロールユニットとアクチュエータとを含んでおり、運転者のアクセル操作量に応じてコントロールユニットが発する指令により絞り弁を目標開度位置に開閉動作させるようにアクチュエータが作動する電子制御絞り弁装置を次のようにすることによって前述の問題を解消させることとした。
【０００７】
即ち、本発明に係る電子制御絞り弁装置はアクセル操作量に応じてコントロールユニットが出力する指令により作動するアクチュエータを絞り弁軸と結合・分離するクラッチ手段と；運転者のアクセル操作に常時連動して回転させられ、アクセルレバーを固着しているとともに従動軸レバーを回転自由且つ軸方向可動に支持しているアクセル従動軸と；アクセルレバーと従動軸レバーとを結合させる連結機構、従動軸レバーをアクセルレバーと結合するため軸方向へ移動させる押圧移動機構、絞り弁軸と従動軸レバーとを常時連動させる連動機構を含む切替え手段とを具えている。コントロールユニットおよびアクチュエータを含む電子式制御システムが正常なときはクラッチ手段がアクチュエータと絞り弁軸とを結合しているとともに連結機構が切り離されており、電子式制御システムに異常や故障を生じたときクラッチ手段がアクチュエータと絞り弁軸とを切り離すとともに押圧移動機構を作動させて連結機構により従動軸レバーとアクセルレバーとを結合させることによって連動機構を介して絞り弁を機械的に開閉動作させる。
【０００８】
そして、連結機構はアクセルレバーおよび従動軸レバーが同一位相のときに向かい箇所で二つのレバーの一方に設けた嵌合突起ともう一方に設けた嵌合孔とからなり、嵌合突起は一方のレバーに所定突出長に弾性的に保持されて取り付けられているものとした。
【０００９】
電子式制御システムの異常や故障として、第一にアクチュエータの制御を不能とするようなコントロールユニットの異常または故障、アクチュエータの断線や焼付きなどの故障が例示され、このような場合は絞り弁の開閉制御が不可能となる。第二にアクチュエータの歯車や軸受など機械要素部分の破損が例示され、このような場合は絞り弁が破損発生時の開度位置に固定され開閉不能となるので車両が暴走するおそれがある。
【００１０】
このような異常や故障を発生したとき、アクチュエータから絞り弁軸に回転を伝達する経路がクラッチ手段の結合解除によって分断されるとともに、運転者のアクセル操作によって機械的に常時回転させられるアクセル従動軸が連結機構、連動機構を介して絞り弁軸と結合されることにより、絞り弁軸の開閉を不可能とする異常や故障の発生箇所を問わず、絞り弁の全開度域に亘る開閉動作を機械的に行なって所望の車速で走行させることができる。また、このときアクチュエータは絞り弁軸から切り離されているので、アクセル操作に要する力は大きく変化せず、殆んど同じ操作力で異和感なく運転を行なうことができる。
【００１１】
切替えの際に、運転者のアクセル操作に対応したアクセルレバーの位相と、コントロールユニットが指令する絞り弁目標開度位置に対応した従動軸レバーの位相とが一致していないことがある。このような状態で従動軸レバーを押圧移動機構によりアクセルレバーに向けて移動させたとき、弾性的に保持されている嵌合突起が相手レバーに当って突出長を短かくするので、移動させながらアクセルレバーを少し回転させるアクセル操作を大きな抵抗を伴わずに行なって嵌合孔と合致させ、容易に完全に結合することができる。
【００１２】
尚、異常や故障の検知、クラッチ手段の切り離しおよび切替え手段の作動は周知の異常検知、故障診断、フェイルセーフ、異常発生報知の各手段を適宜に利用または応用することによって容易に実施することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によると絞り弁の開閉を不可能とする異常や故障が電子式制御システムに発生したとき、その発生箇所を問わずに運転のアクセル操作による機械的な開閉動作に容易且つ確実に切替えて絞り弁に全閉から全開までの開閉を行なわせるものとしたので、周囲の状況に応じた安全車速での走行や任意車速での走行を行なわせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明すると、吸気路１を横断してスロットルボディ２に回転可能に支持した絞り弁軸５の一端に絞り弁軸レバー６が固定して取り付けられており、ねじりコイルばねからなる絞り弁戻しばね７がこの絞り弁軸レバー６に係合して絞り弁４を閉じる方向の回転力を付勢している。また、絞り弁軸５には絞り弁位置センサ８が設けられている。
【００１５】
絞り弁軸５のもう一端には電磁クラッチからなるクラッチ手段Ａの従動体１０ｂが結合され、このクラッチ手段Ａの駆動体１０ａは直流モータからなるアクチュエータ１１の出力軸に結合されている。このクラッチ手段Ａのコイルに電流を供給する電気回路１３には、後述する電子式制御システムＢが正常なときは閉じており、異常や故障を生じたときコントロールユニット１２からの指令により、または手動操作により開かれる遮断器１４が設置されている。
【００１６】
絞り弁軸５から少し離れてアクセル従動軸１５が取付台３に回転自由に支持されており、このアクセル従動軸１５にはアクセルペダル１６とワイヤ１７で連結したアクセルレバー１８が固定して取り付けられているとともに、従動軸レバー２０が回転自由且つ軸方向可動に嵌装して取り付けられている。アクセルレバー１８にはねじりコイルばねからなるアクセル戻しばね１９が係合してアクセル従動軸１５にアクセル非操作位置に戻す力を付勢している。また、アクセル従動軸１５にはアクセル位置センサ２１が設けられている。
【００１７】
前記の絞り弁位置センサ８が検知した絞り弁位置およびアクセル位置センサ２１が検知したアクセル操作量に基いてコントロールユニット１２が出力する駆動信号によりアクチュエータ１１が絞り弁４を目標開度位置に開閉動作させるものであり、このような本実施の形態はよく知られた電子式制御システムＢを構成している。
【００１８】
また、絞り弁軸レバー６と従動軸レバー２０とは、両端をこれらにそれぞれ回動自由に結合した長さ可調節のリンク部材２２によって互いに連動するように連結されており、これらは絞り弁軸５と従動軸レバー２０とが常時連動して回転する連動機構９を構成している。
【００１９】
更に、アクセルレバー１８と従動軸レバー２０とには嵌合孔２４とそこへ嵌入係合する嵌合突起２５とが、アクセルペダル１６の踏み込み量とこれに対応する絞り弁４の開度位置で互いに向かい合うように設けられ、これらは連結機構２３を構成している。図１ないし図４に示した実施の形態では、嵌合孔２４はアクセルレバー１８に設けられた丸孔であり、嵌合突起２５は従動軸レバー２０に突出長可変に取り付けられた円柱部片であって嵌合孔２４とほぼ同径とされている。そして、嵌合突起２５は後方へ延びる案内軸２６を有し、従動軸レバー２０に固着した有底円筒形の保持筒２８に先端部分を突出させて嵌装され、圧縮コイルばねからなる押ばね２９によって案内軸２６のストッパ２７が保持筒２８の底面に当った位置に置かれ、所定突出長を保持している。
【００２０】
更にまた、アクセル従動軸１５の軸端部に有底円筒状の押出部材３１が一体回転且つ軸方向可動に嵌装されており、その底端部分は取付台３に付設したシリンダブロック３２のシリンダ室３３に突出してピストン３４に接している。押出部材３１の先端は従動軸レバー２０をアクセル従動軸１５に回転自由に保持している軸受３５の一端面に接し、軸受３５の反対端面にはピストンばね３６が作用させてある。シリンダ室３３は圧力源３７に開閉弁３８を有する圧力管路３９によって接続されており、これらの押出部材３１、シリンダ室３３、ピストン３４は押出移動機構３０を構成している。
【００２１】
そして、前記の連動機構９、連結機構２３、押圧移動機構３０および遮断器１４は絞り弁軸５のアクチュエータ１１との結合からアクセル従動軸１５との結合に切替える切替え手段Ｃを構成している。
【００２２】
このような構成とした本実施の形態は、電子式制御システムＢが正常なときはコントロールユニット１２が出力する駆動信号により駆動されるアクチュエータ１１の回転をクラッチ手段Ａを経て絞り弁軸５に伝達する。このとき、従動軸レバー２０はピストンばね３６に押されてアクセルレバー１８から切り離されているので、運転者のアクセルペダル踏み込みによるアクセルレバー１８、アクセル従動軸１５の回転と無関係であり、絞り弁軸５の回転に伴う絞り弁軸レバー６の回転に応じて自由に回動する。図２はそのときの一つの状態を示す側面図であって、絞り弁４が電子制御によって目標開度位置に動作させられたときの従動軸レバー２０の位相と、そのときのアクセルペダル踏み込み量に対応して回転させられたアクセルレバー１８の位相とが異なっている。このことは、電子制御を行なっているときアクセルペダル１６を絞り弁軸５に拘束されることなく、従ってまた踏み力の増減を伴うことなく操作できることを示している。
【００２３】
電子制御システムＢに異常または故障が生じて絞り弁４が開閉制御不可能となったり一定開度位置に固定されたとき、これらをコントロールユニット１２が検知して運転者のアクセル操作による機械的な絞り弁開閉に切替える。この切替えは自動的に行なわれるか、または異常発生の報知を受けた運転者の手動で行なわれるものであり、本実施の形態では遮断器１４を開くとともに開閉弁３８を開弁する、というきわめて簡単な操作で切替えることができる。
【００２４】
即ち、遮断器１４を開くことによってクラッチ手段Ａの駆動体１０ａと従動体１０ｂとが切り離されてアクチュエータ１１と絞り弁軸５との結合が断たれる。また、開閉弁３８を開弁することによって圧力源３７の圧力流体がシリンダ室３３に導入され、ピストン３４を介して押出部材３１を押して従動軸レバー２０をアクセルレバー１８に接近させ、嵌合突起２５を嵌合孔２４に嵌入することによって従動軸レバー２０とアクセルレバー１８とが結合される。このときの状態は図３，図４に示されており、アクセルペダル１６の踏み込み量に対応してアクセルレバー１８と従動軸レバー２０とが一体に回動し、リンク部材２２を介して絞り弁軸レバー６が回動することにより、絞り弁４をアクセル操作量に応じて全閉から全開まで任意に開閉動作させることができる。
【００２５】
前述の切替えを行なう際に、アクセルレバー１８と従動軸レバー２０との位相が図２に示すように異なっている場合、図５（Ａ）に示す嵌合突起２５が嵌合孔２４から離れている状態から従動軸レバー２０をアクセルレバー１８に接近させると、嵌合突起２５が嵌合孔２４から偏心した部位でアクセルレバー１８に当たって接近に伴い図５（Ｂ）に示すように押ばね２９を圧縮して保持筒２８内に後退する。このとき、押しばね２９のばね力がアクセルペダル１６の踏み込みに対する抵抗を若干増大させるだけであるので、アクセルペダル１６をほぼ通常の力で操作してアクセルレバー１８を容易に回動させることができる。そして、この操作により嵌合突起２５に嵌合孔２４が合致すると、嵌合突起２５が押ばね２９によって保持筒２８から押し出され、嵌合孔２４に嵌入して図５（Ｃ）に示す結合状態となる。
【００２６】
図６は連結機構２３の異なる実施の形態を示す図であって、嵌合孔４４はアクセルレバー１８に設けられた切欠きであり、嵌合突起４５は従動軸レバー２０に突出長可変に取り付けられた爪状部片であって、これらの幅寸法はほぼ等しい。そして、嵌合突起４５は基端部分が従動軸レバー２０に形成したブラケット４６に挟み込まれてこれらに貫通したピン軸４７により回動可能に支持され、ピン軸４７に巻装して両端を従動軸レバー２０と嵌合突起４５とに係合した押えばね４８によって従動軸レバー２０から直角に突出した姿勢を保持している。
【００２７】
切替えに際して従動軸レバー２０をアクセルレバー１８に接近させたとき、これらの位相が異なっていると嵌合突起４５が嵌合孔４４から偏心した部位でアクセルレバー１８に当たって接近に伴い図７（Ａ）に示すように押えばね４８のばね力に抗して回動する。押えばね４８のばね力はアクセルペダルの踏み込みに対する抵抗を大きく増大しないので、アクセルペダルをほぼ通常の力で操作してアクセルレバー１８を容易に回動させることができる。そして、この操作により嵌合突起４５に嵌合孔４４が合致すると、嵌合突起４５が押えばね４８によって直角の突出位置に復元し、嵌込孔４４に嵌入して図７（Ｂ）に示す結合状態となる。
【００２８】
前記二つの実施の形態で説明した連結機構２３によると、嵌合突起２５，４５がばね力で所定突出長、即ち最大の突出長に保持され、相手レバーに当たったとき直線動または回転動して突出長を短かくするので、相手レバーに食い付くなどの不都合を生じたり位相合わせを困難または不可能にしたりすることなく、容易に嵌合孔２４，４４と合致させることができ、また合致した瞬間にばね力で所定突出長に復元するのでアクセルレバー１８と従動軸レバー２０とを完全且つ確実に結合し、運転者のアクセル操作による絞り弁の機械的な開閉動作に切替えることができる。
【００２９】
尚、押圧移動機構３０のピストン３４を作動する圧力源３７として車両ブレーキ用圧力空気、エンジン潤滑油、別途に準備したポンプで発生させた圧力空気または圧力油が例示され、これらのいずれかを使用する。或いは、押出部材３１または従動軸レバー２０をリニアモータの可動子や電磁ソレノイドの可動鉄心の直線動作を利用して押圧移動させること、或いはまた、運転者が従動軸レバー２０を手動で移動させることによってもアクセルレバー１８と結合することが可能である。尚また、切替えに際して図示実施の形態における遮断器１４を開くことと開閉弁３８を開弁することとを、コントロールユニット１２または運転者が発する電気信号によって行なうほかに、運転者の手動操作で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態を示す電子制御が行なわれているときの縦断面図。
【図２】図１の各レバーの関係を説明する側面図。
【図３】図１の形態において絞り弁が機械的に開閉動作されているときの縦断面図。
【図４】図３の各レバーの関係を説明する側面図。
【図５】図１の形態における連結機構の動作を説明する図。
【図６】連結機構の異なる実施の形態を示し、（Ａ）は嵌合孔の正面図、（Ｂ）および（Ｃ）は嵌合突起の縦断面図および平面図。
【図７】図６の形態における連結機構の動作を説明する図。
【符号の説明】
【００３１】
４  絞り弁、５  絞り弁軸、６  絞り弁軸レバー、９  連動機構、１１  アクチュエータ、１２  コントロールユニット、１５  アクセル従動軸、１６  アクセルペダル、１８  アクセルレバー、２０  従動軸レバー、２２  リンク部材、２３  連結機構、２４，４４  嵌合孔、２５，４５  嵌合突起、２９  押ばね、３０  押圧移動機構、４８  押えばね、Ａ  クラッチ手段、Ｂ  電子制御システム、Ｃ  切替え手段
【図１】
2005194948.tif 000003
【図２】
2005194948.tif 000004
【図３】
2005194948.tif 000005
【図４】
2005194948.tif 000006
【図５】
2005194948.tif 000007
【図６】
2005194948.tif 000008
【図７】
2005194948.tif 000009