JP3784873B2

JP3784873B2 - バルブ開度センサ

Info

Publication number: JP3784873B2
Application number: JP01759196A
Authority: JP
Inventors: 耕一山野上
Original assignee: Visteon Japan Ltd
Current assignee: Visteon Japan Ltd
Priority date: 1996-02-02
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: JPH09209793A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流路内を通過する媒体の流量を制御するバルブの開度を検出するバルブ開度センサに関し、例えば、ガソリン機関のスロットルバルブの絶対的な開度を非接触にて検出するバルブ開度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガソリン機関におけるスロットルバルブの開度検出情報は、過渡応答時の空燃比補正や機関の無負荷状態の検出（スロットルバルブの全閉状態の検出）に用いられる。
【０００３】
ところで、ガソリン機関の無負荷状態の検出は、全閉に近い微小なスロットル開度を判定レベルとし、この判定レベルとバルブ開度センサの検出値とを比較して、バルブ開度センサの検出値が判定レベルを下回ったときに無負荷状態と判断するようになっている。しかしながら、スロットルバルブを軸支するシャフトとポテンショメータの回転軸とは機械的に接続されているのが一般的であり、また、バルブ全閉時のポテンショメータの出力電圧値を所定値に合わせる必要性からこのポテンショメータの取り付け位置は可動的に構成されている。
【０００４】
この構成では、スロットルバルブの開度とポテンショメータの回転角とは相対的に変化する可能性があり、経時変化や初期組み付け位置によって検出特性が不安定になるので、バルブ全閉位置の検出のように微小で絶対的なバルブ開度の検出は困難であった。
【０００５】
かかる問題を解決するために、特開昭６３−５０３０８２号には、スロットルバルブが全閉或いは全開となったときに、ポテンショメータから出力される電圧の最小値を更新して学習させるようにしたものが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来のバルブ開度センサにおいては、ポテンショメータからの開度検出情報には、電気的なノイズが常に重畳し、この電気的ノイズの混入によってバルブ全閉時に誤った電圧値が学習されるという問題が容易に予想される。
【０００７】
また、場合によっては、学習される期間（一般に、イグニッションスイッチのオンからオフまでの期間）にスロットル全閉操作がなされないような、例えば、周知のファーストアイドル機構が作動する低温状態でしか運転されない場合には、学習する機会を失うといった問題もある。
【０００８】
さらに、従来技術では、真のバルブ開度（絶対的なバルブ開度）を検出していないという欠点がある。即ち、周知のバタフライ式の空気流量調整機構は、全閉時にバルブボア面とバルブ材とが接触することによって生ずる”かじり”（この”かじり”が発生するとバルブの操作抵抗が増加して自動車においてアクセル機構の操作感が悪化する）を防止するため所定の微小な間隙をあけて全閉するように構成されている。
【０００９】
この微小な間隙は、調整可能な、例えば、ネジ付きストッパ等によって保持されているので、このストッパの経時的な磨耗、変形、或いはゴミの噛み込み等によって変化する。故に、従来技術のバルブ開度センサはこの変化する間隙を基準として、相対的なバルブ開度を検出し得るのみであり、絶対的な開度を検出することは原理的に不可能である。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点を解決するために提案されたもので、その目的は、バルブの絶対的な開度を検出でき、検出精度を向上し得るバルブ開度センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決し、目的を達成するために、この発明に係わるバルブ開度センサは、次のような構成を備える。即ち、
非導電性媒体の流量を制御するバルブの開度を検出するバルブ開度センサにおいて、
前記バルブが設けられた前記媒体の流路において、このバルブに対して一方側に配設され、電磁波を出力する送信手段と、
前記バルブに対して他方側に配設され、前記送信手段から出力された電磁波を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信される前記電磁波に基づいて、前記バルブの開度を検出する検出手段とを具備し、
前記バルブが前記送信手段から出力された電磁波をシールドする導電体で構成され、
前記検出手段は、前記バルブの開度に従って変化する電磁波の電界強度に基づいて、前記バルブの開度を検出する。
【００１２】
以上のように、本発明においては、非導電性媒体の流量を制御するバルブの開度を検出する際に、バルブが設けられた媒体の流路において、このバルブに対して一方側から出力された電磁波を他方側で受信し、電磁波をシールドする導電性を有するバルブの開度に従って変化する電磁波の電界強度に基づいて、バルブの開度を検出するように作用する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態につき添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る第１実施形態のスロットルバルブ周辺の機構を示す断面図である。図１において、スロットルバルブ１１は、自動車等におけるガソリン機関の吸入空気流路となる吸気管１０の途中に設けられ、吸気管１０は、その内面形状を円筒形に形成され、アルミダイキャスト等で成形される。吸気管１０には、その断面中心を貫通して不図示のアクセルペダルとワイヤ等で接続されたシャフト１２が設けられ、スロットルバルブ１１は、この吸気管１０における空気の流れ方向に直交する断面形状と略同形でシャフト１２の回転に伴って回転可能に設けられている。吸気管１０は、スロットルバルブ１１が回転することによりその吸入空気流路が開閉される。
【００１５】
吸気管１０には、スロットルバルブ１１の一方側（上流側）からガソリン機関の吸入空気が流入し、スロットルバルブ１１の開度によって吸気管１０の空気流量を調節してガソリン機関の発生出力を制御されている。
【００１６】
吸気管１０の内部において、スロットルバルブ１１に対して上流側又は下流側の吸入空気流路に機械的に接続された送信アンテナ１０１が配設され、この送信アンテナ１０１は電気的に絶縁された電気的導電材料からなる接続部材１０１ａを介して吸気管１０の内部に設けられている。
【００１７】
接続部材１０１ａは、送信アンテナ１０１と電気的に接続され、吸気管１０の内部から外部に向かって貫通しており、外部においてその先端が送受信回路１００に接続されている。
【００１８】
この送信アンテナ１０１と同様に、吸気管１０の内部において、スロットルバルブ１１を介して送信アンテナ１０１と反対側の吸入空気流路には、機械的に接続された受信アンテナ１０２が配設され、この受信アンテナ１０２は電気的に絶縁された電気的導電材料からなる接続部材１０２ａを介して吸気管１０の内部に設けられている。
【００１９】
接続部材１０２ａは、受信アンテナ１０２と電気的に接続され、吸気管１０の内部から外部に向かって貫通しており、外部においてその先端が送受信回路１００に接続されている。
【００２０】
送受信回路１００は、外部に延びたリードワイヤを介して不図示の燃料噴射制御回路に接続され、この燃料噴射制御回路から電源供給されると共に、バルブ開度検出信号を送信するようになっている。
【００２１】
図２は、図１に示す送受信回路１００の詳細な回路図である。図２において、送受信回路１００は、インバータ１１０、抵抗１１５、コンデンサ１１３、１１４、発振子１１２を有する発振回路を有し、この発振回路からインバータ１１１と抵抗１１６、コンデンサ１１７を介してコイル状の送信アンテナ１０１が接続される。また、送受信回路１００は、コンデンサ１２０、抵抗１２１、１２２、インバータ１２３からなるリニアアンプを有し、受信アンテナ１０２は、送信アンテナ１０１と同様にコイル状に形成され、その一端がこのリニアアンプに接続されている。リニアアンプの出力は、振動子１２４と抵抗１２５からなるフィルタを介してコンデンサ１２６、抵抗１２７、インバータ１２８からなる増幅回路に接続される。また、インバータ１２８の出力は、検波回路１３０に入力され、検波回路１３０の出力は、リードワイヤ１０３を介して出力信号Ｖ０が出力されるようになっている。
【００２２】
＜バルブ開度センサの開度検出原理＞
次に、本実施形態に係るバルブ開度センサの開度検出原理について説明する。図３は、バルブ回転角度と検波回路からの出力電圧Ｖ０との関係を示す図である。
【００２３】
送信アンテナ１０１は、送受信回路１００の発振回路によって高周波（数１０MHz以上）が印加され、吸気管１０の内部空間に所定の周波数で所定の出力を伴う電磁界を発生する。吸気管１０とスロットルバルブ１１とは、電気的導体からなるので、スロットルバルブ１１が全閉して吸気管内面に対して隙間の無い状態、即ちスロットル全閉状態においては、電磁シールド効果によって受信アンテナ１０２に作用する電磁界の大きさは近似的にゼロとなる。
【００２４】
一方、シャフト１２が回転して、吸気管１０とスロットルバルブ１１との間に所定の開口面積が生じると、この開口面積の大きさに比例して受信アンテナ１０２に向かって漏洩する電磁界の強度が増加する。受信アンテナ１０２は、その漏洩した電磁界の大きさに伴った電圧を発生せしめ、この電圧を増幅、検波して安定した出力電圧Ｖ０を得る。
【００２５】
以上のように、本実施形態に係るバルブ開度センサは、吸気管１０とスロットルバルブ１１により吸入空気流路の開口面積に伴った出力電圧を得ることにより、例えば、図３に示すような開口面積に基づくバルブ回転角度を検出することができる。
【００２６】
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る第２実施形態のバルブ開度センサについて説明する。図４は、本発明に係る第２実施形態のスロットルバルブ周辺の機構を示す断面図である。尚、第２実施形態では、上記第１実施形態と対応する部材には、同一の符号を付して重複説明を省略し、第１実施形態との相違点のみ説明する。
【００２７】
図４において、吸気管１０の内部において、スロットルバルブ１１の送信アンテナ１０１に対して反対側の吸入空気流路には、金属メッシュ部材等からなる電磁シールド４０１が配設され、同様に、スロットルバルブ１１の受信アンテナ１０２に対して反対側の吸入空気流路には、金属メッシュ部材等からなる電磁シールド４０２が配設されている。
【００２８】
この第２実施形態によれば、第１実施形態による効果に加えて、スロットルバルブ１１が全閉状態において、吸気管１０の外壁部分を迂回して漏洩する電磁波により生じる全閉位置のずれ量（検出誤差）を低減することができる。
【００２９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明に係る第３実施形態のバルブ開度センサについて説明する。図５は、本発明に係る第３実施形態のスロットルバルブ周辺の機構を示す断面図である。尚、第３実施形態では、上記第１実施形態と対応する部材には、同一の符号を付して重複説明を省略し、第１実施形態との相違点のみ説明する。
【００３０】
図５において、吸気管１０の内部において、スロットルバルブ１１の送信アンテナ１０１に対して反対側の吸入空気流路には、機械的に接続されたサブ受信アンテナ５０１が配設され、このサブ受信アンテナ５０１は電気的に絶縁された電気的導電材料からなる接続部材５０２を介して吸気管１０の内部に設けられている。
【００３１】
接続部材５０２は、サブ受信アンテナ５０１と電気的に接続され、吸気管１０の内部から外部に向かって貫通しており、外部においてその先端が送受信回路１００に接続されている。
【００３２】
この第３実施形態によれば、第１実施形態による効果に加えて、サブ受信アンテナ５０１の受信時の電界強度により、スロットルバルブ１１の開度に関係なく送信アンテナ１０１の送信時の電界強度をモニタできるので、送信アンテナ１０１の送信出力が一定になるように送受信回路１００の発振回路の出力を制御することにより、送受信回路１００の発振回路の温度変化等による発振出力の変動を防止でき、センサ感度の変動を低減して検出精度を向上させることができる。
【００３３】
＜本実施形態の効果＞
以上のように、本実施形態のバルブ開度センサによれば、スロットルバルブ１１が全閉状態において、検出される出力電圧がゼロとなるから、吸気管１０とスロットルバルブ１１との間に微小な間隙を設ける必要がなく、絶対的なバルブ開度を検出でき、従来技術のようなセンサによる出力電圧値の学習を行う必要がなくなり、また、スロットルバルブを全閉位置に保持するネジ付きストッパの磨耗等に伴う全閉位置のずれが発生してもバルブ開度に対するセンサ出力が変動しないという効果がある。
【００３４】
従来のポテンショメータに比べて可動する部分が存在しないため、寿命、信頼性を向上させることができる。
【００３５】
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態を修正又は変更したものに適用可能である。
【００３６】
上記第１〜第３実施形態では、送信アンテナ及び受信アンテナとしてコイル状の導電線を用いたが、これらのアンテナにはプレート状のものやロッドタイプ等のあらゆる形態のものが適用できる。また、送受信回路は、図２に示したものに限定されず、同様の機能を有するものであればあらゆるものを適用できる。更に、送信波と受信波は、バルブ開度に基づいてその位相関係が変化するので、この位相関係とバルブ開度とを関連付けてもよい。また、送信アンテナから送信されるものとして、電磁波以外に赤外線を用いてもよい。
【００３７】
また、送信アンテナ、受信アンテナ等の配設位置やサイズ等の調整、或いは吸気管１０内面の断面形状を変更して、電磁波の反射を生ぜしめることでバルブ開度に対する検出特性を所定の任意の特性に設定するようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のバルブ開度センサによれば、非導電性媒体の流量を制御するバルブの開度を検出する際に、バルブが設けられた媒体の流路において、このバルブに対して一方側から出力された電磁波を他方側で受信し、電磁波をシールドする導電性を有するバルブの開度に従って変化する電磁波の電界強度に基づいて、バルブの開度を検出するので、バルブの絶対的な開度を検出でき、検出精度を向上することができる。
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態のスロットルバルブ周辺の機構を示す断面図である。
【図２】図１に示す送受信回路１００の詳細な回路図である。
【図３】バルブ回転角度と検波回路からの出力電圧Ｖ０との関係を示す図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態のスロットルバルブ周辺の機構を示す断面図である。
【図５】本発明に係る第３実施形態のスロットルバルブ周辺の機構を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…吸気管
１１…スロットルバルブ
１２…シャフト
１００…送受信装置
１０１…送信アンテナ
１０２…受信アンテナ
４０１、４０２…金属メッシュ部材
５０１…サブ受信アンテナ

Claims

非導電性媒体の流量を制御するバルブの開度を検出するバルブ開度センサにおいて、
前記バルブが設けられた前記媒体の流路において、このバルブに対して一方側に配設され、電磁波を出力する送信手段と、
前記バルブに対して他方側に配設され、前記送信手段から出力された電磁波を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信される前記電磁波に基づいて、前記バルブの開度を検出する検出手段とを具備し、
前記バルブが前記送信手段から出力された電磁波をシールドする導電体で構成され、
前記検出手段は、前記バルブの開度に従って変化する電磁波の電界強度に基づいて、前記バルブの開度を検出することを特徴とするバルブ開度センサ。
前記送信手段は、前記バルブの上流側に配設された送信アンテナであり、前記受信手段は、前記バルブの下流側に配設された受信アンテナであることを特徴とする請求項１に記載のバルブ開度センサ。
前記送信手段は、前記バルブの下流側に配設された送信アンテナであり、前記受信手段は、前記バルブの上流側に配設された受信アンテナであることを特徴とする請求項１に記載のバルブ開度センサ。
前記送信手段に近接して配設されるサブ受信アンテナを更に具備することを特徴とする請求項１に記載のバルブ開度センサ。
前記バルブの一方側及び他方側において、前記送信手段及び受信手段の前記バルブの配設位置とは反対側に前記電磁波を遮蔽する遮蔽手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のバルブ開度センサ。
前記検出手段は、前記受信手段により受信した電磁波を電圧に変換して前記バルブの開度を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のバルブ開度センサ。