JP2005076524A - Throttle device for general-purpose engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、汎用エンジンのスロットル装置に関し、より詳しくは、スロットルバルブをアクチュエータで開閉するようにした汎用エンジンのスロットル装置に関する。 The present invention relates to a throttle device for a general-purpose engine, and more particularly to a throttle device for a general-purpose engine in which a throttle valve is opened and closed by an actuator.
発電機や農業機械など、様々な用途で駆動源として使用される汎用エンジン(火花点火式の内燃機関)にあっては、従来、ウエイトとスプリングからなる機械式ガバナでスロットルバルブの開度を調整し、エンジン回転数を制御していた。 For general-purpose engines (spark-ignition internal combustion engines) used as a drive source in various applications such as generators and agricultural machinery, the throttle valve opening is conventionally adjusted with a mechanical governor consisting of weights and springs. The engine speed was controlled.
しかしながら、近時、この種の汎用エンジンにあっても、スロットルバルブをステッピングモータなどのアクチュエータで開閉する電子制御式のスロットル装置(電子ガバナ)を用い、エンジン回転数を精度良く制御することが提案されている。 Recently, however, even in this type of general-purpose engine, it has been proposed to use an electronically controlled throttle device (electronic governor) that opens and closes a throttle valve with an actuator such as a stepping motor to accurately control the engine speed. Has been.
かかる技術にあっては、一般に、スロットルバルブを支持するスロットルシャフトとアクチュエータを減速ギヤで接続し、前記アクチュエータの出力をスロットルバルブに伝達している。また、スロットルバルブを、リターンスプリングなどの付勢手段によって閉弁方向に付勢するようにしている(例えば、特許文献1および2参照)。
スロットルバルブを全閉開度から開弁させる場合、スロットルバルブを閉弁方向に付勢していると(あるいは付勢力を与えていない場合であっても)、減速ギヤのバックラッシの影響によって実際にスロットルバルブが開弁されるまでに時間的な遅れが生じ、応答性が良くないという不具合があった。 When opening the throttle valve from the fully closed position, if the throttle valve is energized in the closing direction (or even if no energizing force is applied), it will actually be affected by the backlash of the reduction gear. There was a problem that a time delay occurred before the throttle valve was opened and the responsiveness was not good.
また、スロットルバルブには、吸入空気の流れによって閉弁方向のトルク(圧力)が作用する。従って、スロットルバルブを開弁するには、前記付勢手段の付勢力と吸入空気圧力の合力より大きな駆動力が必要となり、よってスロットルバルブを開閉するアクチュエータを大型化する必要があるという不具合があった。 Further, the torque (pressure) in the valve closing direction acts on the throttle valve by the flow of intake air. Therefore, in order to open the throttle valve, a driving force larger than the resultant force of the urging means and the intake air pressure is required, so that the actuator for opening and closing the throttle valve needs to be enlarged. It was.
従って、この発明の目的は上記した不都合を解消することにあり、スロットルバルブとアクチュエータを減速ギヤを介して接続し、前記スロットルバルブをアクチュエータで開閉しつつ、前記スロットルバルブを全閉開度から開弁したときの応答性を向上させると共に、前記アクチュエータを小型化するようにした汎用エンジンのスロットル装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages. The throttle valve and the actuator are connected via a reduction gear, and the throttle valve is opened from the fully closed position while the throttle valve is opened and closed by the actuator. Another object of the present invention is to provide a throttle device for a general-purpose engine that improves the response when the valve is operated and reduces the size of the actuator.
上記の目的を解決するために、請求項1にあっては、汎用エンジンの吸気路に配置されたスロットルバルブと、前記スロットルバルブを支持するスロットルシャフトと、前記スロットルシャフトに減速ギヤを介して接続されるアクチュエータとを備え、前記アクチュエータを駆動することによって前記減速ギヤを介して前記スロットルシャフトを回動し、よって前記スロットルバルブを開閉して吸入空気量を調量する汎用エンジンのスロットル装置において、前記スロットルバルブを開弁方向に付勢する付勢手段を設けるように構成した。 In order to solve the above-mentioned object, in claim 1, a throttle valve disposed in an intake passage of a general-purpose engine, a throttle shaft that supports the throttle valve, and a throttle gear connected to the throttle shaft A throttle device for a general-purpose engine that adjusts the intake air amount by opening and closing the throttle valve by rotating the throttle shaft via the reduction gear by driving the actuator. An urging means for urging the throttle valve in the valve opening direction is provided.
より具体的には、上記汎用エンジンのスロットル装置において、前記減速ギヤのドリブン側のギヤおよび前記スロットルシャフトのいずれかと、前記減速ギヤが収容されるケースとを接続すると共に、前記スロットルバルブを開弁方向に付勢するリターンスプリングを設けるように構成した。 More specifically, in the throttle device for the general-purpose engine, one of the driven gear and the throttle shaft of the reduction gear is connected to a case in which the reduction gear is accommodated, and the throttle valve is opened. A return spring that biases in the direction is provided.
請求項1にあっては、汎用エンジンの吸気路に配置されたスロットルバルブと、前記スロットルバルブを支持するスロットルシャフトと、前記スロットルシャフトに減速ギヤを介して接続されるアクチュエータとを備え、前記アクチュエータを駆動することによって前記減速ギヤを介して前記スロットルシャフトを回動し、よって前記スロットルバルブを開閉して吸入空気量を調量する汎用エンジンのスロットル装置において、前記スロットルバルブを開弁方向に付勢する付勢手段を設けるように構成したので、スロットルバルブを全閉開度から開弁したときに減速ギヤのバックラッシの影響を受けず、よってスロットルバルブが全閉開度から開弁するまでの応答性を向上させることができる。また、吸入空気の流れによってスロットルバルブに作用する閉弁方向のトルクと、付勢手段の付勢力(開弁方向のトルク)とが相殺されることから、スロットルバルブを開弁するのに必要な駆動力を低減することができ、よってスロットルバルブを開閉するアクチュエータを小型化することができる。 The present invention includes a throttle valve disposed in an intake passage of a general-purpose engine, a throttle shaft that supports the throttle valve, and an actuator that is connected to the throttle shaft via a reduction gear. In the throttle device of a general-purpose engine that adjusts the intake air amount by opening and closing the throttle valve by rotating the throttle shaft via the reduction gear by driving the throttle valve, the throttle valve is attached in the valve opening direction. Since the biasing means is provided, the throttle valve is not affected by the backlash of the reduction gear when the throttle valve is opened from the fully closed opening, and therefore the throttle valve is not opened from the fully closed opening. Responsiveness can be improved. Further, since the torque in the valve closing direction acting on the throttle valve and the urging force (torque in the valve opening direction) acting on the throttle valve are canceled by the flow of the intake air, it is necessary to open the throttle valve. The driving force can be reduced, and thus the actuator for opening and closing the throttle valve can be reduced in size.
以下、添付図面に即してこの発明に係る汎用エンジンのスロットル装置を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out the throttle device for a general-purpose engine according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、この発明の第1実施例に係る汎用エンジンのスロットル装置を全体的に示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic view generally showing a throttle device for a general-purpose engine according to a first embodiment of the present invention.
図1において符号10は、汎用エンジン(以下「エンジン」という)を示す。エンジン10は1個の気筒(シリンダ)12を備え、その内部にピストン14が往復動自在に収容される。ピストン14の頭部と気筒壁面の間には燃焼室16が形成されると共に、気筒壁面には吸気バルブ18と排気バルブ20が配置され、燃焼室16と吸気路22あるいは排気路24の間を開閉する。尚、エンジン10は、具体的には水冷4サイクルの単気筒OHV型の内燃機関であり、196ccの排気量を備える。
In FIG. 1,
ピストン14はクランクシャフト28に連結され、クランクシャフト28はギヤを介してカムシャフト30と連結される。また、クランクシャフト28にはフライホイール32が取り付けられると共に、フライホイール32の先端側にはエンジン10を手動で始動するためのリコイルスタータ34が取り付けられる。フライホイール32の内側には発電コイル(オルタネータ)36が配置され、交流電流を発電する。発電コイル36で発電された交流電流は、図示しない処理回路を介して直流電流に変換された後、後述するECUやモータドライバ、図示しない点火回路などに動作電源として供給される。
The
また、吸気路22の上流にはスロットルボディ40が配置される。スロットルボディ40にはスロットルバルブ42が収容され、スロットルバルブ42は後述するスロットルシャフトと減速ギヤ機構を介して電動モータ44(アクチュエータ。具体的には、ステッピングモータあるいはDCモータなど)に接続される。また、スロットルボディ40においてスロットルバルブ42の上流側には、キャブレタ・アシー(図1で図示せず)が設けられる。キャブレタ・アシーは、図示しない燃料タンクに接続され、スロットルバルブ42の開度に応じて吸入された空気にガソリン燃料を噴射して混合気を生成する。生成された混合気は、スロットルバルブ42、吸気路22および吸気バルブ18を通って気筒12の燃焼室16に吸入される。
A
電動モータ44の付近にはスロットル開度センサ46が配置され、スロットルバルブ42の開度θTH(以下「スロットル開度」という)に応じた信号を出力する。また、フライホイール32の付近には電磁ピックアップからなるクランク角センサ48が配置され、所定クランク角度ごとにパルス信号を出力する。
A
エンジン10の付近には、ECU(電子制御ユニット)50が配置される。ECU50はマイクロコンピュータからなり、図示しないCPU,ROM,RAMおよびカウンタなどを備える。
An ECU (electronic control unit) 50 is disposed in the vicinity of the
前記したスロットル開度センサ46およびクランク角センサ48の出力は、ECU50に入力される。ECU50は、クランク角センサ48の出力パルスをカウントしてエンジン回転数NEを検出(算出)する。
The outputs of the
ECU50は、検出されたエンジン回転数NEおよびスロットル開度θTHに基づいてエンジン回転数NEが目標回転数NEDに一致するように電動モータ44の通電指令値を算出すると共に、算出した通電指令値を電動モータ44に出力して電動モータ44の駆動を制御する。
The ECU 50 calculates the energization command value of the
このように、この実施例にあっては、スロットルボディ40、ECU50、および各種センサなどからなる電子制御式のスロットル装置(電子ガバナ)によってスロットルバルブ42を開閉し、エンジン10の吸入空気量を調量することによってエンジン回転数NEを制御する。
As described above, in this embodiment, the
次いで、図2以降を参照してこの実施例に係る汎用エンジンのスロットル装置について詳説する。図2は、その装置のうち、スロットルボディ40を示す平面図である。また、図3は、図2のIII−III線断面図である。
Next, the throttle device for a general-purpose engine according to this embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a plan view showing the
図3に示すように、スロットルボディ40の吸気路の途中にはスロットルバルブ42が配置される。スロットルバルブ42は、スロットルシャフト54によって支持される。また、スロットルボディ40の吸気路において、スロットルバルブ42より上流側には、前記したキャブレタ・アシー56が取り付けられる。
As shown in FIG. 3, a
図2および図3に示すように、スロットルシャフト54は、減速ギヤ機構58を介して電動モータ44の出力軸44Sに接続される。電動モータ44、減速ギヤ機構58およびスロットルシャフト54の一部は、スロットルボディ40に一体的に取り付けられたユニットケース60の内部に収容される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
減速ギヤ機構58は、4個のギヤを備える。減速ギヤ機構58について具体的に説明すると、電動モータの出力軸44Sには、第1のギヤ66が取り付けられ、第1のギヤ66は、ユニットケース60の内部に回転自在に支持された第2のギヤ68と噛合される。第2のギヤ68と同軸上には第3のギヤ70が取り付けられ、第3のギヤ70は、スロットルシャフト54に取り付けられた第4のギヤ72と噛合される。これにより、電動モータ44の出力は、各ギヤのギヤ比に応じて減速されつつスロットルシャフト54に伝達され、よってスロットルバルブ42が開閉される。
The
尚、第3のギヤ70と第4のギヤ72は、図2に良く示すように偏心ギヤとされる。より具体的には、第3のギヤ70と第4のギヤ72は、スロットル開度θTHが小さくなるに従って第3のギヤ70の回転角に対する第4のギヤ72の回転角が小さくなる(減速比が大きくなる)ように設定される。これは、スロットルバルブ42の上流側と下流側の圧力差が、スロットル開度θTHが大きくなるに従って減少し、ついには飽和する(即ち、スロットルバルブ42を通過する吸入空気量の変化量はスロットル開度θTHが小さいときほど大きくなる)ことを勘案したためであり、上記のように設定することで、スロットル開度θTHが小さいときは精緻な開度調整を、スロットル開度θTHが大きいときは速い開閉スピードでの開度調整が可能となり、目標とするエンジン回転数に精度良く、かつ応答性良く追従させることができる。
The
また、図3に示すように、ユニットケース60の内部においてスロットルシャフト54の外周には、リターンスプリング76が配置される。リターンスプリング76は、図4に示す如く、ねじりコイルバネからなる。リターンスプリング76の一端76aは、スロットルシャフト54に取り付けられた第4のギヤ72に接続されると共に、他端76bは、ユニットケース60の内部に突設されたフックピン78に接続される。尚、リターンスプリング76の巻き方向は、スロットルシャフト54がスロットルバルブ42を開弁する方向に回動されるように設定される。
As shown in FIG. 3, a
即ち、この実施例にあっては、エンジン10の吸気路22に配置されたスロットルバルブ42と、前記スロットルバルブ42を支持するスロットルシャフト54と、前記スロットルシャフト54に減速ギヤ機構58を介して接続される電動モータ44とを備え、前記電動モータ44を駆動することによって前記減速ギヤ機構58を介して前記スロットルシャフト54を回動し、よって前記スロットルバルブ42を開閉して吸入空気量を調量する汎用エンジンのスロットル装置において、スロットルバルブ42を開弁方向(全開方向)に付勢するリターンスプリング76を設けるように構成した。以下、この理由について説明する。
That is, in this embodiment, the
図5は、第3のギヤ70と第4のギヤ72、およびスロットルバルブ42を示す模式図である。図5に示すように、第3のギヤ70を、電動モータ44(同図で図示せず)によってスロットルバルブ42が閉弁させられる方向に駆動することにより、スロットルバルブ42は、第4のギヤ72を介して全閉開度に位置させられる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the
ここで、スロットルバルブ42が従来技術のようにリターンスプリング76によって閉弁方向に付勢されている場合、スロットルバルブ42を全閉した後に第3のギヤ70をスロットルバルブ42が開弁させられる方向に駆動しても、第4のギヤ72は、図6に示す如く、第3のギヤ70とのバックラッシの影響を受けてただちには回転を開始しない。即ち、スロットルバルブ42の開弁が要求されてから実際に開弁されるまでに時間的な遅れが生じ、応答性が良くないという不具合が生じる。
Here, when the
一方、スロットルバルブ42がリターンスプリング76によって開弁方向に付勢されている場合、スロットルバルブ42を全閉した後に第3のギヤ70をスロットルバルブ42が開弁させられる方向に駆動すると、図7に示す如く、第4のギヤ72はリターンスプリング76の付勢力によって第3のギヤ70の回転に追従しながら回転を開始する。即ち、スロットルバルブ42をリターンスプリング76で開弁方向に付勢することにより、第3のギヤ70と第4のギヤ72のバックラッシの影響を受けることなく、スロットルバルブ42はただちに開弁を開始する。
On the other hand, when the
また、スロットルバルブ42には、吸入空気の流れによって閉弁方向のトルク(圧力)が作用する。図8は、吸気管(路)内の圧力PBとスロットルバルブ42に作用する閉弁方向のトルクの関係を示すグラフである。図示の如く、吸気管内圧力PB(実線で示す)が小さくなる(負圧が大きくなる)と、スロットルバルブ42には閉弁方向のトルク(破線で示す)が作用する。かかるトルクは、スロットルバルブ42を開弁するのに抵抗となり、電動モータ44は、大きな駆動力を発生する必要がある。
Further, a torque (pressure) in the valve closing direction acts on the
しかしながら、この実施例にあっては、スロットルバルブ42をリターンスプリング76によって開弁方向に付勢するようにしたことから、吸入空気の流れによってスロットルバルブ76に作用する閉弁方向のトルクと、リターンスプリング76の付勢力(開弁方向のトルク)とを相殺させることができ、よってスロットルバルブ42を開弁するのに必要な駆動力を低減することができる。
However, in this embodiment, since the
このように、この発明の第1実施例にあっては、スロットルバルブ42を開弁方向に付勢するリターンスプリング76を設けるように構成したので、スロットルバルブを全閉開度から開弁するときに減速ギヤ(第3の減速ギヤ70と第4の減速ギヤ72)のバックラッシの影響を受けず、よってスロットルバルブ42が全閉開度から開弁するまでの応答性を向上させることができる。また、吸入空気の流れによってスロットルバルブ42に作用する閉弁方向のトルクと、リターンスプリング76の付勢力(開弁方向のトルク)とが相殺されることから、スロットルバルブ42を開弁するのに必要な駆動力を低減することができ、よってスロットルバルブ42を開閉する電動モータ44を小型化することができる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the
尚、上記において、リターンスプリング76の一端76aを第4のギヤ72に接続するようにしたが、スロットルシャフト54に接続するようにしても良いし、スロットルシャフト54に固定される他の部材があれば、それに接続するようにしても良い。
In the above description, the one end 76a of the
また、リターンスプリング76をねじりコイルバネとしたが、他の種類のスプリングであってもよい。またスプリングに代えて、ゴムなどの他の弾性体を使用するようにしても良い。
Further, although the
以上の如く、この発明の第1実施例にあっては、汎用エンジン(10)の吸気路(22)に配置されたスロットルバルブ(42)と、前記スロットルバルブ(42)を支持するスロットルシャフト(54)と、前記スロットルシャフト(54)に減速ギヤ(減速ギヤ機構58)を介して接続されるアクチュエータ(電動モータ44)とを備え、前記アクチュエータ(44)を駆動することによって前記減速ギヤ(58)を介して前記スロットルシャフト(54)を回動し、よって前記スロットルバルブ(42)を開閉して吸入空気量を調量する汎用エンジンのスロットル装置において、前記スロットルバルブ(42)を開弁方向に付勢する付勢手段(リターンスプリング76)を設けるように構成した。 As described above, in the first embodiment of the present invention, the throttle valve (42) disposed in the intake passage (22) of the general-purpose engine (10) and the throttle shaft (42) supporting the throttle valve (42). 54) and an actuator (electric motor 44) connected to the throttle shaft (54) via a reduction gear (reduction gear mechanism 58), and the reduction gear (58) is driven by driving the actuator (44). In the throttle device of a general-purpose engine that adjusts the intake air amount by opening and closing the throttle valve (42) and thus opening and closing the throttle valve (42), the throttle valve (42) is opened in the valve opening direction. An urging means (return spring 76) for urging is provided.
より具体的には、上記汎用エンジンのスロットル装置において、前記減速ギヤ(58)のドリブン側のギヤ(第4のギヤ72)および前記スロットルシャフト(54)のいずれかと、前記減速ギヤ(58)が収容されるケース(ユニットケース60。より詳しくは、その内部に突設されたフックピン78)とを接続すると共に、前記スロットルバルブ(42)を開弁方向に付勢するリターンスプリング(76)を設けるように構成した。
More specifically, in the throttle device of the general-purpose engine, any one of the driven gear (fourth gear 72) and the throttle shaft (54) of the reduction gear (58) and the reduction gear (58) are provided. A return spring (76) for urging the throttle valve (42) in the valve opening direction is connected to a case (
尚、上記において、スロットルバルブ42を開閉するアクチュエータとして電動モータ44を例示したが、ロータリソレノイドなど、他のアクチュエータを用いるようにしても良い。
In the above description, the
10 汎用エンジン
22 吸気路
42 スロットルバルブ
44 電動モータ(アクチュエータ)
54 スロットルシャフト
58 減速ギヤ機構(減速ギヤ)
76 リターンスプリング(付勢手段)
10 General-
54
76 Return spring (biasing means)
Claims (1)
Priority Applications (2)
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US10/923,824 US7000592B2 (en) | 2003-08-29 | 2004-08-24 | Throttle device for multipurpose engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003307414A JP2005076524A (en) | 2003-08-29 | 2003-08-29 | Throttle device for general-purpose engine |
Publications (1)
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- 2003-08-29 JP JP2003307414A patent/JP2005076524A/en active Pending
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