JP2595144B2 - エンジンスロットル - Google Patents

エンジンスロットル

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JP2595144B2 JP3169311A JP16931191A JP2595144B2 JP 2595144 B2 JP2595144 B2 JP 2595144B2 JP 3169311 A JP3169311 A JP 3169311A JP 16931191 A JP16931191 A JP 16931191A JP 2595144 B2 JP2595144 B2 JP 2595144B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機エンジン用電子的
速度調節装置、とくにそのような調節装置のスロットル
アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃エンジンの正確な速度制御は多くの
用途に対して望ましく、そのようなエンジンがＡＣ発電
機を駆動するときとくに重要である。エンジン速度は発
生動力の周波数を決定し、多くのＡＣ動力電気装置は正
確に調節されたＡＣ周波数を必要としている。さらに、
この正確な速度制御は、発電機の電気的出力消費のほと
んど瞬間的変化から起こる、急速な負荷変動においても
維持されなければならない。エンジン負荷変化に伴うエ
ンジン速度変化は“ドループ”と称せられる。
【０００３】エンジン速度制御は多くの方法によって実
施される。機械的ガバナーはエンジンの回転速度を感知
してスロットルを開閉し、加えられる負荷変化に応じて
エンジン速度を調節する。そのような機械的制御は比較
的安価であるという利点があるが、通常の負荷変化の際
にかなりのドループを許容する。
【０００４】一層複雑なエンジン速度制御装置は、エン
ジン速度を電子的に感知しスロットルに接続された電子
機械的アクチュエータを使用してスロットル位置を変化
することによって実施される。
【０００５】通常電子機械的アクチュエータは直線また
は回転アクチュエータである。その名の示すとおり、直
線アクチュエータはアクチュエータ本体から延びる制御
軸を有し、かつアクチュエータに加えられる電流または
電圧の大きさに比例する距離だけ直線的に移動する。回
転アクチュエータは、加えられる電流または電圧の大き
さに比例する角度だけ回転する軸を有する。両方のアク
チュエータにおいて、ばねはアクチュエータに加えられ
る電圧または電流がなくなるとき軸をゼロまたは“ホー
ム（基準）”位置に戻す。これらのアクチュエータによ
って消費される動力は、うち勝たなければならない戻り
ばねのため増加する。
【０００６】直線および回転のいずれのアクチュエータ
も回転スロットルに直接接続されてはいない。直線アク
チュエータの場合、ピットマンアームがアクチュエータ
の直線運動をスロットル弁をほゞ９０°に亘って回転す
るのに必要な回転運動に変換するため使用される。ほゞ
１５〜２０°回転する回転アクチュエータに対して、
“４本バー（四節）”リンク装置が軸の角運動を増加す
るのに必要である。アクチュエータの出力はこれらの必
要な機械的リンク装置に対する摩擦にうち勝つのに十分
でなければならない。
【０００７】戻りばねの使用によりまた機械的リンク装
置の摩擦のために必要な動力は、直線または回転アクチ
ュエータを使用するスロットル制御装置のコストおよび
重量を増加する。これらの理由から、電子的エンジン制
御のため、直線また回転モータの代わり二方向ステップ
モータを使用することが知られている。
【０００８】二方向ステップモータはその巻線の連続的
付勢に応じて所定の角度量および方向に移動する電子機
械的装置である。二方向ステップモータがスロットルを
制御するのに使用されるとき戻りばねは省略されるか弱
くされ、直線または回転アクチュエータと同等またはそ
れ以上の動的特性を有する小さいモータの使用が可能と
なる。また、ステップモータ入力信号のデジタル特性は
ある種のマイクロプロセッサを使用したエンジン制御装
置に使用するのによく適している。
【０００９】低出力二方向ステップモータの使用は、ス
テップモータとスロットル弁の連結に固着および不必要
な摩擦がない。スロットル軸は通常スロットル本体に密
嵌し燃料の充満した環境のため潤滑なしに作用する。ま
たステップモータの構造は、モータ軸が最大出力に対し
内部磁気間隙に厳密な公差を保持するため、ほとんど遊
びを有しない。したがって、過大な回転遊びを導入する
ことなくこれらの軸の結合を防止するため、ステップモ
ータ軸およびスロットル軸は通常回転アクチュエータを
使用する四節リンク装置によって結合される。四節リン
ク装置はピボット継手によって二つのクランクに取付け
られた連結ロッドを有し、一方のクランクはスロットル
軸に他方のクランクはステップモータに取付けられる。
四番目のバーはモータおよびスロットルの共通の取付け
に必要である。このリンク装置はステップモータ軸とス
ロットル軸との間の安価なかつ容易に製造しうるがある
程度の不整合は差支えない連結装置を提供する。
【００１０】また四節リンク装置の連結ロッドは、ステ
ップモータがスロットル軸から離れるのを可能にし、ス
ロットル軸へ位置フイードバック装置を取付けることが
できるようになっている。位置フイードバック装置は絶
対的スロットル位置の測定を可能にし、その位置はステ
ップモータがどの位置からでも始動しうるため、制御入
力はステップモータを限定することはできない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ステップモータをスロ
ットル軸に連結するのに四節リンク装置を使用すること
には二つの欠点が存在する。第１に、四節リンク装置は
回転範囲が制限されるため、ステップモータの回転範囲
も不必要に制限されることである。第２にそのようなリ
ンク装置の特徴は連結ロツドによって伝達されるトルク
が連結ロツドに対するクランク角度によっていちじるし
く変化することである。通常運動の極限にリンク装置が
不能になる“死点”位置が存在する。したがって、トル
クの伝達はいずれの角度でも一定ではない。この問題は
通常、リンク装置を調節可能にしクランクおよび連結ロ
ツドの角度を特定のスロットルに適した角度において最
大トルクを伝達するように心出しすることによって処理
される。しかしながら、この解決法はリンク装置を調節
可能とするかまたは異なったスロットルおよびエンジン
型式に対し設計変更する必要を生ずる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は僅かな量の不整
合は調整する継手を介してスロットル軸と同軸ステップ
モータ軸との間の直接の連結を可能にする。とくに、ス
ロットル軸はスロットルハウジングに収容されたスロッ
トル弁に取付けられ、スロットル軸の回転はスロットル
弁を開閉してエンジンへの空気燃料混合気の流量を制御
する。ステップモータはスロットルハウジングに取付け
られ、その軸は軸線方向にスロットル軸と整合する。二
つの軸は同軸継手によって連結され、その間でトルクを
一定的に伝達し、軸の間の角度的、軸線方向または横方
向の不整合もしくは軸の間の横方向運動に適応する。
【００１３】本発明の一目的はスロットル軸をステップ
モータに連結する経費効果のよい方法を提供することで
ある。軸線方向に整合した軸の直接連結は四節リンク装
置を調節する特別な製造工程を回避し、エンジン型式間
に容易に融通しうる構造を提供する。同軸継手の定常的
のトルク伝達は所要のスロットル軸トルクに対するモー
タトルクの一層正確な決定を可能にする。同軸継手は大
きい回転遊びを導入することなしにわずなか不整合を調
整することにより、軸の固着なしにこの直接の連結がで
きるようにする。このことからスロットル軸および継手
装置を通常の製造誤差で製造することができるようにな
る。
【００１４】同軸継手はスロットルまたはモータ軸のい
ずれかにそれらの軸線に直角に取付けられたオフセツト
アームを備えている。オフセツトアームは二つの案内バ
ーが平行にただし軸の軸線から離れて延びる案内フォー
クを有する。トルクピンは、案内棒の面の間にうけ入れ
られるため、軸の軸線に直角に延びている。案内バーは
トルクピンの厚さだけ離れ、凸状をなしている。
【００１５】本発明の別の目的は、軸方向に整合したス
テップモータ軸とスロットル軸との間の連結を可能にす
るとともに軸方向不整合を調節する、安価かつ信頼性あ
る継手を提供することである。オフセツトアームおよび
トルクピンは軸に予め組立てられ、それらは後でトルク
ピンを案内バーに挿入するだけで連結される。凸面を備
える密接した案内バーを使用することにより、連結具の
回転方向遊びは最少にされる。
【００１６】上記以外の他の目的および利点は下記の本
発明の好ましい実施例の記載から明らかになるであろ
う。下記の記載において、本発明の一部を構成する一実
施例を示す図面を参照する。しかしながら、この実施例
は本発明の種々の変形を排除するものでなく、したがっ
て本発明の範囲全体を決定するには特許請求範囲を参照
すべきである。
【００１７】
【実施例】図１において、たとえば１８ＨＰ、１８００
ＲＰＭのガソリンエンジンに使用しうる気化器１０は、
（図示しない）吸込みマニホルドに空気およびガソリン
混合物を混合しかつ案内する円筒形のど部１２を内蔵し
ている。気化器１０ののど部１２内には、スロットル軸
１６がスロットル板１４を空気およびガソリン流に対し
てのど部１２を開閉するためほゞ９０゜だけ半径方向軸
線の周りに回転するように、スロットル軸１６に取付け
られた円板形スロットル板１４が設けられている。軸１
６はのど部１２の向合った壁の孔１８によって回転中案
内される。軸１６の一端は外部から届くように孔の一つ
１８′を通りのど部１２の外側に延びている。軸１６の
外部から届く端部は同軸の継手２０に連結され、継手２
０自体は軸１６をステップモータ２４の軸方向に整合し
たモータ軸２２に連結している。また軸１６は停止アー
ム２６を支持し、停止アーム２６は軸１６から半径方向
に延びかつ停止アーム２６に対して円周方向に向いたア
イドル調節ねじ２８を有する。停止アーム２６は軸１６
およびスロットル板１４ののど部１２内における回転を
制限し、この技術において一般に知られたアイドルおよ
び最高速度を制御する。アイドル速度はアイドル調節ね
じ２８によって調節される。
【００１８】図２において、同軸継手２０はモータ軸２
２をうけ入れるカラー３４を有する。モータ軸２２の軸
線に平行に配置された実質的に剛性な二本の案内バー３
８からなる案内フォーク３６が、オフセットアーム４０
によりカラー３４に取付けられている。オフセットアー
ム４０はモータ軸２２の軸線から離れた位置に案内フォ
ーク３６および案内バー３８を保持している。
【００１９】カラー３４はモータ軸２２にカラー３４の
半径方向ねじ孔にうけ入れられた止めねじ４２によって
取付けられている。カラー３４がモータ軸２２に取付け
られるとき、案内バー３８はスロットル軸１６に向かっ
て延び、スロットル軸１６から半径方向に延びるトルク
ピン４４をうけ入れる。トルクピン４４はスロットル軸
１６を通る半径方向孔にプレス嵌めされている。
【００２０】図３において、トルクピン４４は、モータ
軸２２の回転運動によってスロットル軸１６を回転する
ように、案内バー３８の向き合った面４６の間に嵌合し
ている。継手２０の構造的記載から、トルクピン４４し
たがってスロットル軸１６がモータ軸２２の運動または
案内バー３８によるトルクピン４４の邪魔なしに、モー
タ軸２２に対して自由に軸方向に移動しうることが分か
るであろう。同様の理由で、スロットル軸１６の軸線は
継手２０の作用に悪影響を及ぼすことなしにモータ軸２
２に対して僅かに傾くことができる。
【００２１】図４において、スロットル軸１６およびモ
ータ軸２２は相対的に回転することなく少しだけ軸線に
対して直交する方向に偏位することができ、継手２０に
よって組合わされたままとなる。そのような偏位はトル
クピン４４が案内フォーク３６の面に対して角度をなし
て案内バー３８の間を通過するが、案内バー３８の面４
６は凸状半径を有し、案内バー３８の面４６の間隔を継
手の回転遊びの増加に対応して不必要に拡大することな
しに、この方向の自由な運動を制限することができる。
【００２２】図１において、ステップモータ２４は取付
けブラケット３０によって気化器１０に取付けられ、取
付けブラケット３０はステップモータ２４をその軸２２
が上記のようにスロットル軸１６とほゞ同軸になるよう
に配置する。ステップモータ２４は一段当たり 1.8°の
角度進度をもっていずれかの方向に連続的にステップ
（歩進）する二方向設計である。ステップモータ２４は
四本の電気導線３２によって制御される二つの巻線を有
し、導線３２は一定の順序で電気動力に別々に接続され
ステップモータ２４をいずれかの方向に予定量だけ歩進
させる。下記の説明から、異なった歩進角度を有する他
のそのようなステップモータ２４も使用することができ
る。
【００２３】いかなる戻りばねもステップモータ２４に
は使用されず、したがってステップモータ２４は単に、
空気流がスロットル板に加える圧力およびスロットル軸
１６とのど部１２の孔１８の間の最少の摩擦抵抗から生
ずる、スロットル軸１６に加わる力にうち勝つことだけ
が必要であることを認識すべきである。したがって、ス
テップモータ２４は対応する直線アクチュエータより安
価かつ軽量である。市販されているステップモータ２４
の速度はその歩進角度に一部依存する。
【００２４】したがって、スロットル応答時間と位置決
め精度の間に択一性が存在する。この技術に普通に通じ
た人々に理解しうるように、用途に従って、一回転当た
り異なったステップ数を有するステップモータ２４が速
度および精度の必要性に対してステップモータ２４を設
計するように選択される。
【００２５】スロットル軸１６に対するステップモータ
軸２２の直接連結は、通常直線アクチュエータを備えた
リンク継手によってえられるものとは相違して、ステッ
プモータ２４とスロットル板１４の間の定常的トルク伝
達を生ずる。この定常的トルク伝達は過大なモータ２４
の必要性を解消し、かつ異なったエンジンおよび気化器
に対する気化器に関連した（図示しない）スロットル制
御装置の採用を簡単化する。
【００２６】図５には、スロットルとステップモータを
連結するため、従来使用されたような通常の四節リンク
装置のトルクが図示されている。トルクは、一方がスロ
ットル軸に取付けられ他方がステップモータ軸に取付け
られる連結ロツドとクランクアームの角度に従って変化
する。クランクおよび連結ロツドは（図５に示すように
軸角度９０゜および−９０゜において）平行で、トルク
は伝達されない。この位置はしばしば死点位置と称せら
れる。モータの最大トルクはクランクアームおよび連結
ロツドが垂直（図５において０゜）であるときだけ伝達
される。他のすべての角度において、トルクは一般的に
線４８で示されたように角度のｃｏｓ２に比例する。こ
れに比較して、同軸コネクタ２０によって伝達されるト
ルクは線５０で示されたようにすべての角度に対して一
定である。
【００２７】直線アクチュエータと異なり、ステップモ
ータ２４は位置センサなしでいかなる位置からも始動す
ることができ、ステップモータ２４の軸２２の現在の位
置は示されない。ステップモータ２４のこの一定の“基
準”位置のないことは、ステップモータ軸２２とスロッ
トル軸１６の整合が重要でないため、気化器１０および
ステップモータ２４の組立てを簡単化する。しかしなが
ら、このステップモータ２４の特徴は特殊な気化器制御
回路を使用することが必要になる。
【００２８】上記記載は、本発明の好ましい実施例であ
る。この技術に通じた人々には、多くの変型が本発明の
精神および範囲から離れることなくなしうることが理解
されるであろう。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、ステップモータ軸とス
ロットル軸との間に軸方向或は横方向又は角度的に若干
不整合があっても、それに適応して常に一定のトルクを
伝達することができる、安価かつ信頼性ある継手を備え
た内燃エンジンのスロットルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スロットル板および軸を示すため一部を破断し
た、同軸継手によってスロットルに対するステップモー
タの直接連結を示す、内燃エンジンのスロットルハウジ
ングの図。
【図２】図１の同軸コネクタの詳細斜視図。
【図３】横方向不整合のないコネクタの作用を示す３−
−３線に沿う図２のコネクタの断面図。
【図４】横方向不整合のあるコネクタの作用を示す３−
−３線に沿う図２のコネクタの断面図。
【図５】本発明の四節リンク装置および同軸コネクタの
トルク伝達を示す図。
【符号の説明】
１０ 気化器 １２ のど部 １４ スロットル板 １６ 軸 ２０ 継手 ２２ モータ軸 ３４ カラー ３６ 案内フォーク ３８ 案内バー ４０ オフセツトアーム ４４ トルクピン ４６ 凸面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マシュー、エフ、スラナ アメリカ合衆国ウィスコンシン州、シー ボイガン、フォールズ、リバー、オーク ス、ドライブ、467 (56)参考文献 実開 昭58−193126（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−118354（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−183351（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転軸（１６）を支持するスロットルハウ
    ジングと、そのスロットルハウジング内に収容され、回
    転軸の回転によりのど部（１２）を開閉するように回転
    軸（１６）に取付けられ、エンジンへの空気燃料混合物
    の流量を制御するスロットル弁（１４）と、回転軸（１
    ６）と軸方向に整合したモータ軸（２２）を支持する外
    側ハウジングを有するステップモータ（２４）と、スロ
    ットルハウジングに対してステップモータの外側ハウジ
    ングを装着する装着装置と、回転軸（１６）とモータ軸
    ２２に取付けられた同軸継手（２０）とを有する、電気
    的制御信号に応じて内燃エンジンへの空気燃料混合物の
    流量を制御するエンジンスロットルにおいて、同軸継手
    （２０）が、回転軸及びモータ軸のいずれか一方の第１
    の軸（１６又は２２）に装着され、その軸の軸線に平行
    に延びかつその軸線から偏位している２本の実質的に剛
    性の案内バー（３８）を有する案内フォーク（３６）か
    らなる第１の部分と、回転軸及びモータ軸の他方の第２
    の軸（２２又は１６）に取り付けられ、その第２の軸の
    軸線に垂直方向に延び、二本の案内バー（３８）間に受
    け入れられたトルクピン（４４）とからなり、両軸間に
    一定のトルクを伝達し、回転軸（１６）及びモータ軸
    （２２）間の角度的、軸方向及び横方向の不整合に適応
    し、かつ回転軸（１６）及びモータ軸（２２）間の軸方
    向及び横方向の移動にも適応するように構成されている
    ことを特徴とするエンジンスロットル。
  2. 【請求項２】同軸継手の第１の部分が、第１の軸（１６
    又は２２）に取り付けられ、第１の軸の軸線に垂直に延
    びるオフセットアーム（４０）を有し、案内フォーク
    （３６）がそのオフセットアーム（４０）の自由端に取
    付けられていることを特徴とする、請求項１記載のエン
    ジンスロットル。
  3. 【請求項３】第１の軸がモータ軸（２２）で、第２の軸
    が回転軸（１６）であることを特徴とする、請求項１ま
    たは２記載のエンジンスロットル。
  4. 【請求項４】トルクピン（４４）は、トルクピン（４
    ４）の厚さだけ離間されている案内バーの面間に受け入
    れられ、その案内バーの面は凸状であることを特徴とす
    る、請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジンスロッ
    トル。
JP3169311A 1990-06-14 1991-06-14 エンジンスロットル Expired - Fee Related JP2595144B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US538290 1990-06-14
US07/538,290 US5033433A (en) 1990-06-14 1990-06-14 Throttle with co-axial stepper motor drive

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JPH05125963A JPH05125963A (ja) 1993-05-21
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EP (1) EP0461617B1 (ja)
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