(57)【要約】【課題】スロットル装置に対する取付状態にばらつきがあった場合であっても、検出精度の低下を最小限に抑えることができるセンサユニット及びこのセンサユニットを備えたスロットルシステムの提供を目的としている。【解決手段】センサユニット１は、スロットル装置２に接合状態で取り付けられるユニット本体２１と、ユニット本体２１に設けられ、スロットル装置２のスロットル弁１８の開度を検知するためのポジションセンサ５０とを備え、ポジションセンサ５０の検出部３１は、スロットル装置２とユニット本体２１との接合部７０にほぼ位置して設けられている。【選択図】  図１
2007270618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に接続された吸気管に設けられる吸気流量調整用のスロットル装置に対して取り付けられるセンサユニットにおいて、
前記スロットル装置に接合状態で取り付けられるユニット本体と、
前記ユニット本体に設けられ、前記スロットル装置のスロットル弁の開度を検知するためのポジションセンサと、
を備え、
前記ポジションセンサの検出部は、前記スロットル装置と前記ユニット本体との接合部にほぼ位置して設けられていることを特徴とするセンサユニット。
【請求項２】
前記ポジションセンサは、前記スロットル弁と共に回転するロータに固定された略環状のマグネットと、前記ロータの回転に伴う磁場の変化を検出するホール素子と、前記マグネットと前記ホール素子との間に前記マグネットと略同心的に設けられ且つ磁気回路を形成して前記ホール素子の周囲の磁場を制御する略円筒状のステータとから成り、前記ホール素子が前記スロットル装置と前記ユニット本体との接合部にほぼ位置して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサユニット。
【請求項３】
前記ステータの軸方向に沿う厚さは、前記マグネットの軸方向に沿う厚さの略２倍であることを特徴とする請求項２に記載のセンサユニット。
【請求項４】
前記ステータまたはこれを支持する支持部の熱膨張を規制する規制手段が設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のセンサユニット。
【請求項５】
内燃機関に接続された吸気管に設けられる吸気流量調整用のスロットル装置と、このスロットル装置に対して取り付けられるセンサユニットとから成るスロットルシステムであって、
前記センサユニットは、
前記スロットル装置に接合状態で取り付けられるユニット本体と、
前記ユニット本体に設けられ、前記スロットル装置のスロットル弁の開度を検知するためのポジションセンサと、
を備え、
前記ポジションセンサの検出部は、前記スロットル装置と前記ユニット本体との接合部にほぼ位置して設けられていることを特徴とするスロットルシステム。
【請求項６】
前記ポジションセンサは、前記スロットル弁と共に回転するロータに固定された略環状のマグネットと、前記ロータの回転に伴う磁場の変化を検出するホール素子と、前記マグネットと前記ホール素子との間に前記マグネットと略同心的に設けられ且つ磁気回路を形成して前記ホール素子の周囲の磁場を制御する略円筒状のステータとから成り、前記ホール素子が前記スロットル装置と前記ユニット本体との接合部にほぼ位置して設けられていることを特徴とする請求項５に記載のスロットルシステム。
【請求項７】
前記ステータの軸方向に沿う厚さは、前記マグネットの軸方向に沿う厚さの略２倍であることを特徴とする請求項６に記載のスロットルシステム。
【請求項８】
前記ステータまたはこれを支持する支持部の熱膨張を規制する規制手段が設けられていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のスロットルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料供給制御と吸気流量制御において必要不可欠なデータを検知するためのセンサ、特に、内燃機関への吸気流量を調整するためのスロットル弁の開度を検知するためのポジションセンサを組み込んだセンサユニット及びこのセンサユニットを備えたスロットルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、少なくとも大型の自動二輪車を含めた自動車の内燃機関（以下、適宜「エンジン」という）は、コンピュータを搭載した電子式制御装置によって制御されることが一般的になっている。
【０００３】
エンジンの電子式制御装置においては、エンジンの運転状態や吸気状態を常時検知するための各種センサが、エンジンとその周辺装置に配置され、エンジンを電子的に集中制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）は、これらの各種センサから送られてくる種々のデータに基づいて、エンジンの最適制御を行なうようになっている。
【０００４】
エンジンは、ガソリン等の燃料を空気と混合させこの空気混合燃料をピストン内で燃焼させることにより回転トルクを生じさせるものであることから、エンジンへの燃料供給量制御と共に吸気流量制御の最適化が重要となる。
【０００５】
エンジンに供給される吸気流量は、一般に、エンジンに接続された吸気管側に設けられるスロットル装置によって調整される。スロットル装置は、通常、吸気用円筒管の内部にスロットル弁（絞り弁）を設けたものであり、このスロットル弁の開度を調整することにより空気流量の調整を行なうようになっている。
【０００６】
したがって、ＥＣＵは、吸気用スロットル装置におけるスロットル弁の開度を常時正確に検知する必要があり、このスロットル弁の開度検知は、スロットル弁の近傍に設置されたスロットル・ポジションセンサ（Throttle Position Sensor：以下、適宜「ＴＰＳ」という）からの出力信号に基づいて行なわれる。
【０００７】
ＴＰＳには、大きく分類して、ポテンショメータをスロットル弁の動きに連動させるように取り付けて、接触子を抵抗膜に接触させることによりスロットル弁の開度を検知する接触型タイプの他に、スロットル弁と連動する可動子には直接接触させずにホール素子やＭＲ素子を利用してスロットル弁の開度を検知するようにした非接触型タイプが存在する。
【０００８】
ポテンショメータを用いた接触型ＴＰＳは、スロットルボディへの取り付けの際に高い位置決め精度が要求される。すなわち、ＴＰＳをスロットル装置のボディ（以下、スロットルボディという）に仮締めした後、ＴＰＳから出力される信号をモニタしながらその位置をスロットル軸周りに調整する必要がある。この調整は、多気筒エンジンの場合、スロットルボディ毎に行なわなければならないため、組み立て作業が極めて煩雑なものとなる。
【０００９】
そのため、最近では、この煩雑な取付作業や調整を必要としない非接触型ＴＰＳを用いるケースが多くなってきている（例えば、特許文献１等参照）。
【特許文献１】特開２００３−１８５４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、前述した非接触型ＴＰＳは、一般に、前記スロットル弁と共に回転するロータ（マグネット）と、前記ロータの回転に伴う磁場の変化を検出するホール素子と、磁気回路を形成して前記ホール素子の周囲の磁場を制御するステータとから成る。
【００１１】
また、従来において、このような非接触型ＴＰＳは、例えば、ＴＰＳの前記構成要素を一体に組み込んだセンサユニットとして構成され、このセンサユニットがスロットルボディに対して着脱自在に取り付けられることにより、前記ホール素子が所定の検出位置に位置決めされる場合がある。しかしながら、そのような場合、スロットルボディに対する前記センサユニットの取付状態によっては、１つの問題が生じ得る。
【００１２】
すなわち、従来において、ＴＰＳの検出部、具体的には、前記ホール素子は、スロットルボディに対してセンサユニットを取り付けた状態で、スロットルボディとセンサユニットとの取付面（接合部）から離れて（オフセットして）位置される。そのため、何らかの原因（例えば、取付不良や取付後における熱害（熱ひずみ））でセンサユニットがスロットルボディに対して傾いた場合には、ホール素子の傾きが、取付面でのセンサユニットの傾き以上となってしまい、ホール素子による検出精度が低下してしまう虞がある。
【００１３】
本発明は、このような現状に着目してなされたものであり、その目的とするところは、スロットル装置に対する取付状態にばらつきがあった場合（例えば、ネジ締め付けトルクのばらつき）であっても、検出精度の低下を最小限に抑えることができるセンサユニット及びこのセンサユニットを備えたスロットルシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、内燃機関に接続された吸気管に設けられる吸気流量調整用のスロットル装置に対して取り付けられるセンサユニットにおいて、前記スロットル装置に接合状態で取り付けられるユニット本体と、前記ユニット本体に設けられ、前記スロットル装置のスロットル弁の開度を検知するためのポジションセンサとを備え、前記ポジションセンサの検出部は、前記スロットル装置と前記ユニット本体との接合部にほぼ位置して設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この請求項１に記載された発明によれば、ポジションセンサの検出部がスロットル装置とユニット本体との接合部にほぼ位置して設けられているため、何らかの原因（例えば、取付不良や取付後における熱害（熱ひずみ））でユニット本体がスロットル装置に対して傾いた場合でも、ポジションセンサの検出部の傾きが、ユニット本体の傾き以上となることがない。すなわち、スロットル装置に対するユニット本体の組み付け時の位置的バラツキによる検出部の配置のバラツキが最小限に抑えられる。そのため、ユニット本体の傾きに伴う検出精度の低下を最小限に抑えることができる。
【００１６】
なお、上記構成において、前記ポジションセンサは、請求項２に記載されるように、前記スロットル弁と共に回転するロータに固定された略環状のマグネットと、前記ロータの回転に伴う磁場の変化を検出するホール素子と、前記マグネットと前記ホール素子との間に前記マグネットと略同心的に設けられ且つ磁気回路を形成して前記ホール素子の周囲の磁場を制御する略円筒状のステータとから成っていても良い。その場合には、前記ホール素子が前記スロットル装置と前記ユニット本体との接合部にほぼ位置して設けられる。なお、ここで、「略環状」とは、完全に閉じられた環状に限らず、環状体の一部が分断されているなど、環状体を一部切り欠いたＣ字形状等を含む広い概念である。また、「略円筒状」における「略」も同様に解釈されなければならない。また、「環状」と「円筒状」との用語の差異は、その軸方向長さの差異を一般に意味している（半径が同じである場合、環状体の軸方向長さの方が円筒体の軸方向長さよりも短い）が、ここでは、「円筒状」の軸方向寸法が「環状」の軸方向寸法以上であるとして規定される。
【００１７】
また、請求項３に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記ステータの軸方向に沿う厚さは、前記マグネットの軸方向に沿う厚さの略２倍であることを特徴とする。
【００１８】
この請求項３に記載された発明によれば、請求項１に記載された発明と同様の作用効果が得られるとともに、ステータの軸方向に沿う厚さがマグネットの軸方向に沿う厚さの略２倍に設定されているため、例えばスロットル弁を回転させる回転軸に前記ロータが取り付けられているような場合においては、前記回転軸の軸方向のずれによる検出精度の低下を防止できる。すなわち、本請求項の構成においては、スロットル弁と共に回転されるロータ（したがって、磁束を発生するマグネット）が軸方向にガタ付いた場合であっても、そのガタ付きが検出精度に影響しないように（ある程度のガタ付きが生じてもステータの外周に常にマグネットが位置されるように）、磁気回路を構成するステータに十分な厚み（軸方向寸法）を持たせているため、ロータ（マグネット）の軸方向のずれを、取付状態のバラツキを含めて、十分に吸収することができ、ロータの軸方向への変動に伴うポジションセンサ検出部での検出精度の低下を防止することができる。
【００１９】
また、請求項４に記載された発明は、請求項２または請求項３に記載された発明において、前記ステータまたはこれを支持する支持部の熱膨張を規制する規制手段が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
この請求項４に記載された発明によれば、請求項１または請求項３に記載された発明と同様の作用効果が得られるとともに、前記ステータまたはこれを支持する支持部の熱膨張を規制する規制手段が設けられているため、温度変化によって磁気回路のギャップに及ぼされる影響を最小限に抑えることができ、ホール素子による磁束変化検出を安定化させることができる。すなわち、ステータは、一般に、樹脂ケースにモールドされているが、温度変化を受けた場合、樹脂の膨張・収縮により、ステータが形成する磁気回路のギャップが変化する。また、この変化により、ホール素子が検出する磁束密度にも影響がでる。しかしながら、本請求項の構成においては、ステータまたはこれを支持する支持部の熱膨張を規制する規制手段が設けられているため、温度変化によって磁気回路のギャップに及ぼされる影響を最小限に抑えることができる。なお、前記規制手段としては、ステータを熱膨張率の低い非磁性体（例えばステンレス）に結合することが考えられる。この場合、前記非磁性体は、ステータを支持する支持部であっても良い。
【００２１】
なお、本発明においては、上記構成のセンサユニットの他、このセンサユニットを備えたスロットルシステムが提供される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、スロットル装置に対する取付状態にばらつきがあった場合（例えば、ネジ締め付けトルクのばらつき）であっても、検出精度の低下を最小限に抑えることができるセンサユニット及びこのセンサユニットを備えたスロットルシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係るセンサユニット１とスロットル装置２とから成るスロットルシステムＳを示しており、また、図２は、スロットル装置２から取り外された本実施形態に係るセンサユニット１を示している。
【００２５】
図１に示されるように、センサユニット１は、スロットル装置２におけるスロットル軸１５の近傍のスロットルボディ２０の側面に取り付けられる。図１中、スロットル軸１５の左側が吸気上流側（エアフィルタ側）であり、スロットル軸１５の右側が吸気下流側（エンジン側）である。
【００２６】
スロットルボディ２０は、筒状に形成されており、内燃機関に接続された図示しない吸気管に設けられる。また、スロットルボディ２０には、左端にエアホーン１０Ａが形成され、右端にフランジ１０Ｂが形成されている。空気取入口から取り入れられた外気はエアフィルタ（図示せず）により濾過され、この濾過された空気は、エアホーン１０Ａ側からスロットル装置２に供給される。スロットル装置２は、この濾過空気の通路面積すなわちスロットル弁１８の開度を狭くしたり広くしたりすることにより、エンジンへの吸気流量を制御する。具体的には、スロットルボディ２０の側面の略中央にスロットル軸１５が設けられ、このスロットル軸１５に吸気流量を調整するスロットル弁１８が結合されている。なお、このスロットル弁１８の開度は、後述するように、例えばホール素子３１を備えた非接触型ポジションセンサ（ＴＰＳ）５０により検知される。
【００２７】
図１に示されるように、スロットル弁１８の吸気上流側には、吸気管を通じて吸引される空気の温度を検知する吸気温度センサ３３が配置され、また、スロットル弁１８の下流側には、吸気管を通じて吸引される空気の圧力を検知する吸気圧力センサ３２が配置されている。更に、吸気温度センサ３３と吸気圧力センサ３２との間には、スロットル弁１８の開度を検知する前述したＴＰＳ５０が配置されている。この場合、ＴＰＳ５０、吸気圧力センサ３２、吸気温度センサ３３はそれぞれ、センサユニット１のユニット本体２１の所定位置に設けられたポジションセンサ室２３、圧力センサ室２６、温度センサ室２４内の所定の空間部位に収容保持されている。なお、吸気圧力センサ３２を収容保持する圧力センサ室２６の空間部位は、本実施形態においては、矩形枠状の周壁２６ｂ（図２に明確に示されている）によって形成されている。
【００２８】
ユニット本体２１は、所定の厚さＨを有しており、その厚さ方向でスロットル装置２のスロットルボディ２０に対して取り付けられる。そして、ユニット本体２１がスロットルボディ２０に取り付けられると、各センサ３２，３３，５０がスロットル装置２における所定の測定位置に自動的に位置決めされるようになっている。具体的には、スロットルボディ２０には略円筒状の嵌合部６０が形成されており、この嵌合部６０内にポジションセンサ室２３を形成する略円筒状の周壁部５９が嵌合されるようになっている。また、温度センサ室２４は、スロットル装置２のスロットルボディ２０の内壁に達する長さでユニット本体２１から突出する導管２４ａによって形成されており、この導管２４ａがスロットルボディ２０に設けられた貫通孔２０ａに嵌挿されるようになっている。そして、ポジションセンサ室２３の略円筒状の周壁部５９および温度センサ室２４の導管２４ａがスロットルボディ２０の嵌合部６０および貫通孔２０ａにそれぞれ嵌挿されることにより、ユニット本体２１がスロットル軸１５周りでスロット装置２に対して位置決めされるとともに、各センサ３２，３３，５０がスロットル装置２における所定の測定位置に自動的に位置決めされる（吸気温度センサ３３がスロットル弁１８の吸気上流側の所定位置に配置され、吸気圧力センサ３２がスロットル弁１８の吸気下流側の所定位置に配置され、ＴＰＳ５０が後述する所定のバルブ検出位置に位置決めされる）。
【００２９】
なお、ユニット本体２１には、スロットルボディ２０の流路４０内と吸気圧力センサ３２側とを連通させる吸気圧力測定用通路としての圧力サンプリング通路１３が形成されている。また、ユニット本体２１には、ＴＰＳ５０を挟んだ２箇所に、ユニット本体２１をスロットルボディ２０に対して固定するためのネジが螺合されるネジ穴１４が設けられている（第３図参照）。
【００３０】
図１および図２に示されるように、センサユニット１のユニット本体２１内には、その所定箇所に、回路基板３０が固定して設けられている。回路基板３０には、ＴＰＳ５０を構成するホール素子３１が直接に取り付けられるとともに、吸気圧力センサ３２が電気的に接続されている。また、温度センサ室２４の導管２４ａの先端開口に設けられた吸気温度センサ３３からのリード線３４も回路基板３０に対して電気的に接続されている。なお、回路基板３０に電気的に接続され或いは搭載されたこれらの素子３１，３２，３３は、ユニット本体２１に形成されたコネクタ２８（図３参照）の端子を介して、図示しない電子制御回路に電気的に接続される。
【００３１】
ＴＰＳ５０は、スロットル弁１８と共に回転するロータ１１に固定された略環状のマグネットＭと、ロータ１１の回転に伴う磁場の変化を検出するホール素子３１と、マグネットＭとホール素子３１との間にマグネットＭと略同心的に設けられ且つ磁気回路を形成してホール素子３１の周囲の磁場を制御する略円筒状のステータ５５とから成る。
【００３２】
具体的に説明すると、ホール素子３１は、ユニット本体２１に形成された略円筒状のステータ収容部６２内に配置されている。この場合、ホール素子３１は、スロットルボディ２０とユニット本体２１との接合部（接合面；取付面）７０にほぼ位置して設けられている。また、このステータ収容部６２内には、ホール素子３１の周りの磁場を制御するために、所定の形状に成形された磁性体からなるステータ５５が配置されている。スロットル軸１５には、ＴＰＳ５０を構成するロータ１１が接続されている。この場合、ロータ１１は、スロットル軸１５に対してネジ１６によって固定され、スロットル軸１５と一体的に回転する。スロットル軸１５は、スロットルボディ２０を貫通し、スロットルボディ２０の略中央を横断する。スロットルボディ２０を貫通したスロットル軸１５は、ロータ１１と反対側の端部においてスロットルレバー１７に連結される。スロットル軸１５には、スロットルボディ２０内の流路４０において、スロットル弁１８が取り付けられており、スロットル弁１８の位置（角度）に応じて流路４０内を通る吸気量が調整される。すなわち、ロータ１１の回転角度はスロットル弁１８の開度に相関する。ここで、スロットル軸１５には、スロットルレバー１７を介して、リターンスプリング１９が係合される。また、ロータ１１の内周面の一部には、その周方向に沿って磁石Ｍが設けられている。この磁石Ｍは、センサユニット１をスロットルボディ２０に装着した際にステータ収容部６２の外周に沿って配置されるようになっている。
【００３３】
このように、ＴＰＳ５０は、スロットル弁１８の位置に応じたロータ１１の回転による磁場の変化をホール素子３１で検出することにより、スロットル弁１８の位置を検出できる。
【００３４】
また、本実施形態において、ステータ５５の軸方向に沿う厚さＷ１は、マグネットＭの軸方向に沿う厚さＷ２の略２倍に設定されている。特に、本実施形態においては、例えば、ステータ５５の厚さＷ１が５ｍｍに設定されるとともに、マグネットＭの厚さＷ２が２．５ｍｍに設定されている。
【００３５】
また、本実施形態のセンサユニット１には、ステータ５５またはこれを支持する支持部の熱膨張を規制する規制手段が設けられている。具体的に、本実施形態において、前記規制手段は、ステータ５５を熱膨張率の低い非磁性体に結合することによって成される。更に具体的には、ステータ５５を支持するステータ収容部（支持部）６２がステンレスによって形成されている。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態のセンサユニット１においては、ＴＰＳ５０のホール素子３１がスロットル装置２のスロットルボディ２０とユニット本体２１との接合部７０にほぼ位置して設けられている。そのため、何らかの原因（例えば、取付不良や取付後における熱害（熱ひずみ））でユニット本体２１がスロットルボディ２０に対して傾いた場合でも、ＴＰＳ５０のホール素子３１の傾きが、ユニット本体２１の傾き以上となることがない。すなわち、スロットルボディ２０に対するユニット本体２１の組み付け時の位置的バラツキによるホール素子３２の配置のバラツキが最小限に抑えられる。そのため、ユニット本体２１の傾きに伴う検出精度の低下を最小限に抑えることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、ステータ５５の軸方向に沿う厚さＷ１がマグネットＭの軸方向に沿う厚さＷ２の略２倍に設定されているため、スロットル弁１８を回転させる回転軸としてのスロットル軸１５の軸方向のずれによる検出精度の低下を防止できる。すなわち、本実施形態においては、スロットル弁１８と共に回転されるロータ１１（したがって、磁束を発生するマグネットＭ）が軸方向にガタ付いた場合であっても、そのガタ付きが検出精度に影響しないように（ある程度のガタ付きが生じてもステータ５５の外周に常にマグネットＭが位置されるように）、磁気回路を構成するステータ５５に十分な厚み（軸方向寸法）を持たせているため、ロータ１１（マグネットＭ）の軸方向のずれを、取付状態のバラツキを含めて、十分に吸収することができ（本実施形態では、マグネットＭの±１．２５ｍｍの軸方向ずれを吸収できる）、ロータ１１の軸方向への変動に伴うホール素子３１での検出精度の低下を防止することができる。
【００３８】
また、本実施形態のセンサユニット１には、ステータ５５またはこれを支持する支持部の熱膨張を規制する規制手段が設けられているため、温度変化によって磁気回路のギャップに及ぼされる影響を最小限に抑えることができ、ホール素子３１による磁束変化検出を安定化させることができる。すなわち、ステータ５５が樹脂ケースにモールドされていると、温度変化を受けた場合、樹脂の膨張・収縮により、ステータ５５が形成する磁気回路のギャップが変化し、この変化により、ホール素子３１が検出する磁束密度にも影響がでるが、本実施形態のように、ステータ５５が熱膨張率の低い非磁性体に結合されていれば、温度変化によって磁気回路のギャップに及ぼされる影響を最小限に抑えることができる。
【００３９】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることは言うまでもない。例えば、前述した実施形態において、センサユニット１は、複数のセンサを組み込んでいるが、ＴＰＳ５０のみを組み込んだユニットであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、センサを一体に組み込んで成るあらゆるセンサユニットに対して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るセンサユニットとスロットル装置とから成るスロットルシステムの断面図である。
【図２】スロットル装置から取り外された図１のセンサユニットの断面図である。
【図３】図１のセンサモジュールユニットの平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  センサユニット
２  スロットル装置
１８  スロットル弁
２１  ユニット本体
３１  ホール素子（検出部）
５０  ポジションセンサ
７０  接合部
【図１】
2007270618.tif 000003
【図２】
2007270618.tif 000004
【図３】
2007270618.tif 000005