JPH0115721B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧力サーボモータを用いた絞り弁開
度制御装置に係り、特に正確な開度制御を可能と
したものに関する。

〔従来の技術〕

従来の圧力サーボモータは、第１図に示すよう
に、ダイヤフラム１とカバー２とにより気密な負
圧室３を形成し、この負圧室３に制御負圧を導入
するようにしたものである。そして、負圧室３の
内部においてダイヤフラム１の内面とこれに対抗
するカバー２の内面との間にスプリング４を介在
させ、またダイヤフラム１には負荷に連結される
作動シヤフト５が取り付けられている。したがつ
て、この圧力サーボモータでは、負圧室３への負
圧力に伴なつてダイヤフラム１の面に作用する荷
重と、作動シヤフト５に連結された負荷荷重との
バランスで、作動シヤフトの位置制御が行なわれ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記従来の圧力サーボモータを内燃
機関の吸入空気量の調整にかかる絞り弁の開度制
御に用いたものにあつては、次のような問題があ
つた。

すなわち、絞り弁には通常、閉弁方向に付勢す
る戻しばねが設けられているから、閉弁方向と開
弁方向とではその回転トルクに大きな差が生じ
る。したがつて、絞り弁軸の位置制御に、第１図
の圧力サーボモータを使用する場合には、負圧力
とダイヤフラム１のストロークとの関係は正比例
関係とならず、第２図に示す如く大きなヒステリ
シス曲線の関係となる。また絞り弁は開度位置に
よつて吸入空気の動圧の等価受圧面積が変化し、
その開度位置によつても圧力サーボモータの要求
される回転トルクが変化してしまう。したがつ
て、この種の圧力サーボモータは大きな駆動力を
容易に得られるという大きなメリツトがあるにも
かかわらず、絞り弁の開度制御が開弁方向と開弁
方向とで異なるため、制御を正確に行ない得ない
という大きな問題が存在していた。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解決する
こと、言い換えれば、絞り弁の所要回転トルクが
変動する場合においても、絞り弁の正確な位置制
御を行なうことが可能な圧力サーボモータを用い
た絞り弁開度制御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、吸気管に
設けられた絞り弁と、該絞り弁を駆動するため作
動シヤフトを介して当該絞り弁に連結された駆動
用ダイヤフラムと、該駆動用ダイヤフラムとカバ
ーとで形成された駆動負圧室と、該駆動負圧室に
駆動負圧を導入するため前記絞り弁下流の吸気管
と当該駆動負圧室を連通する負圧通路と、与えら
れる指令に基づいて前記絞り弁の開度に対応した
前記作動シヤフトの制御位置を決定する位置制御
決定手段と、前記駆動用負圧室に連通されかつ大
気に開口させて設けられたリーク孔と、該リーク
孔に臨ませて当該リーク孔の開口面積を調整可能
に配設されたリーク弁体とを有し、前記リーク孔
とリーク弁体の一方の位置は前記駆動用ダイヤフ
ラムに連関させて変位可能に設けられ、かつその
変位方向は当該駆動用ダイヤフラムに加わる負荷
力の増大時に前記リーク孔を閉止する方向に設定
され、他方の位置は前記位置制御決定手段により
前記絞り弁の開度に対応した位置に制御されるも
のとしたこと、を特徴とする圧力サーボモータを
用いた絞り弁開度制御装置としたことにある。

〔作用〕

このように構成することにより、位置制御決定
手段により例えばリーク弁体の位置が絞り弁の所
望開度に対応した位置に制御される。次に駆動負
圧室に吸気負圧が導入されると、その駆動負圧室
内の負圧と絞り弁の回転トルクとがバランスする
ように駆動用ダイヤフラムが変位される。このと
き駆動負圧室の負圧が大きいと、駆動ダイヤフラ
ムに連関されたリーク孔が前記リーク弁体から離
れる方向に変位されるため、そのリーク孔の開口
面積が増大して駆動負圧室に大気が流入する。こ
れによつて駆動負圧室の負圧が低下するため、駆
動用ダイヤフラムは絞り弁の回転トルクに負けて
前記リーク孔をリーク弁体に近づける方向すなわ
ちリーク孔の開口面積を低減する方向に変位す
る。このようにして、絞り弁の最大回転トルクに
対して吸気負圧が十分に大きければ、駆動負圧室
の負圧を絞り弁の回転トルクにバランスさせるリ
ーク量に達するまで、振動的にリーク孔の開口面
積が制御され、最終的にはリーク孔とリーク弁体
とが微小間隙を隔てた状態に保持される。このと
きの間隙は十分に小さな値（例えば1/10mm以下）
である。また通常考えられる吸気負圧の変動範囲
（例えば150mmHg〜600mmHg）および絞り弁の回
転トルク変動幅は、リーク量によつて吸収するこ
とになるが、その調整に要する前記間隙の変化幅
も十分に小さい幅（例えば1/10mm以下）であるか
ら、リーク孔の位置はリーク弁体の位置に追従し
て制御されることになる。したがつて、駆動用ダ
イヤフラムの位置ひいては作動シヤフトの位置
は、位置制御決定手段により位置決めされたリー
ク弁体位置に対応する位置に制御されることにな
り、絞り弁開度を与えられた指令開度に正確に制
御することができることになる。

また、何らかの原因により絞り弁の回転トルク
が増加したり吸気負圧が低下すると、駆動用ダイ
ヤフラムはリーク孔の開口面積を低減する方向に
変位されるから、リーク量が減つて駆動負圧室の
負圧は回転トルクの増加分又は吸気負圧の低下分
に見合つた値に増大され、所定の開度位置が保持
される。

逆に、回転トルクが減少したり吸気負圧が増大
すると、リーク孔の開口面積が増大され、駆動負
圧室の負圧は回転トルクに見合つた値に低減され
る。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第３図〜第７図に本発明に係る圧力サーボモー
タの各実施例の概略構成断面図を示し、第８図に
本発明の一実施例の絞り弁開度制御装置の全体構
成図を示す。

まず、第３図に示した圧力サーボモータは、吸
気管の絞り弁下流の吸気負圧を駆動負圧源とする
ものであり、駆動用ダイヤフラム１０とカバー１
１とにより駆動負圧室１２を形成し、この駆動負
圧室１２に駆動負圧を導入する導入管１３が前記
カバー１１に設けられている。そして、駆動負圧
室１２においては、前記駆動用ダイヤフラム１０
の内面とカバー１１の内面との間に圧縮スプリン
グ１４を介在させている。また、駆動用ダイヤフ
ラム１０の外面側には、負荷に連係される作動シ
ヤフト１５を固定してなるフレーム１６が取り付
けられており、ダイヤフラム１０と一体となつて
往復動可能とされている。したがつて、駆動負圧
室１２内への負圧導入により、駆動用ダイヤフラ
ム１０が作動され、これに追随してフレーム１６
および作動シヤフト１５が往復動作をなすもので
ある。

このような駆動用ダイヤフラム機構において、
前記駆動用ダイヤフラム１０の中央部には駆動負
圧室１２と外部とを連通するリーク孔１７が形成
されている。そして、このリーク孔１７を開閉す
る弁機構を設けたアクチユエータとしての信号用
ダイヤフラム機構が設けられている。この信号用
ダイヤフラム機構は、前記駆動用ダイヤフラム１
０と対面して信号用ダイヤフラム１８を有してお
り、これとカバー１９とにより信号負圧室２０を
形成してなるものである。この信号用ダイヤフラ
ム機構のカバー１９は前記駆動用ダイヤフラム機
構のカバー１１と一体的に結合されて固定されて
おり、カバー１９に設けた信号負圧導入管２１に
よつて信号用ダイヤフラム１８の作動をなすよう
にしている。また、信号負圧室２０の内部におい
ては、信号用ダイヤフラム１８の内面とカバー１
９の内面との間に圧縮スプリング２２を介在させ
ており、当該圧縮スプリング２２と信号負圧との
バランスで前記信号用ダイヤフラム１８の位置設
定を行なうようにしている。

ところで、駆動用ダイヤフラム１０と対面する
信号用ダイヤフラム１８には、リーク孔１７に対
応する位置に当該リーク孔１７を開閉せしめるリ
ーク弁体２３が設けられている。したがつて、リ
ーク弁体２３は信号用ダイヤフラム１８の動作に
より、前記リーク孔１７の開閉を行なうものであ
る。

ここで、前記駆動負圧室１２に導入する駆動負
圧としては、作動シヤフト１５に加わる負荷に打
ち勝てる最低負圧以上の負圧を通常与え、また信
号負圧室２０に導入される信号負圧としては、信
号用ダイヤフラム１８を所定の位置にバランスさ
せてリーク弁体２３の位置を制御する負圧とされ
ている。そして、作動シヤフト１５には絞り弁の
弁軸が連結される。

この様に構成された圧力サーボモータは次の様
に作用する。すなわち、各ダイヤフラム機構がバ
ランスして停止状態にある場合から、負荷の変動
と制御信号としての信号負圧を変化させた場合の
状態は次の様になる。

(1) 負荷が増加すると、駆動用ダイヤフラム１０
が第３図右方向に移動する。これにより、リー
ク孔１７とリーク弁体２３とが近づくため、駆
動負圧室１２に流入する空気が減り、駆動負圧
室１２の負圧が上昇することとなる。したがつ
て、駆動用ダイヤフラム１０が図中左方向に引
き戻され、リーク弁体２３により定められる設
定位置に保持される。なお、正確に言えば負圧
室１２内の負圧の大きさと負荷がバランスする
ところで停止し、リーク弁体２３による設定位
置からずれた位置で停止する。

しかし、バランスする位置と設定位置とのず
れは、第９図Ｂに示すように、例えば最大
0.058mmであり、この種の圧力サーボモータに
おいては実用上問題がない程微小である。した
がつて、実質的に設定位置に戻ると考えても何
ら支障がない。すなわち、第９図Ｂは同図Ａに
示した関係のリーク孔１７とリーク弁体２３の
間隙寸法ｈと負圧室１２の負圧との関係および
出力との関係を示す動作特性である。吸気負圧
源としては150mmHg〜600mmHgの範囲で変化す
る場合を考慮している。

同図Ｂから判るように、微小な間隙寸法ｈの
変化によつて作動範囲をカバーすることができ
る。図示例によれば、負荷の範囲（約１〜４
Kg）に対応する負圧変化範囲（150〜600mmHg）
を実現するに必要な間隙ｈの最大変化幅
Δhmaxは0.058である。そして、この微小範囲
のずれ内で駆動ダイヤフラム１０を設定位置に
保持できるのである。

(2) 逆に、負荷が減少すると、駆動用ダイヤフラ
ム１０が図中左方向に移動する。これにより、
リーク孔１７とリーク弁体２３とが離れ、駆動
負圧室１２に流入する空気が増し、駆動負圧室
１２の負圧が減少することとなる。したがつ
て、駆動用ダイヤフラム１０が図中化方向に戻
され、やはり定位置に保持される。

(3) 次に、絞り弁開度を変更すべく例えば信号負
圧を減少すると、信号用ダイヤフラム１８が図
中左方向に移動する。これにより、リーク孔１
７にリーク弁体２３が近づくため、駆動負圧室
１２に流入する空気が減り、駆動負圧室１２の
負圧が上昇する。したがつて、駆動用ダイヤフ
ラム１０が図中左方向に移動し、リーク弁体２
３により設定される位置に追従して保持され
る。

(4) 逆に、信号負圧を増加すると、信号用ダイヤ
フラム１８が図中右方向に移動し、これにより
リーク孔１７から弁体２３が離れ、駆動負圧室
１２の負圧が減少する。したがつて、駆動用ダ
イヤフラム１０が図中右方向に移動し、リーク
弁体２３の位置に追従して設定位置に保持され
ることとなる。

この様なことから、本実施例によれば、何らか
の外乱があつた場合に、これを全て打ち消す方向
に駆動用ダイヤフラム１０を移動させる構成とな
つている。したがつて、常に駆動用ダイヤフラム
１０が所定の位置でバランスし、静止すると同時
に信号用ダイヤフラム１８の移動に駆動用ダイヤ
フラム１０が追従する機能を持つこととなる。こ
のため、信号負圧を制御することにより、負荷変
動などに影響されることなく、正確な位置に絞り
弁の開度を制御することが出来るものである。

次に第４図に本発明に係る圧力サーボモータの
実施例を示す。この実施例は、前記第３図の作動
シヤフト１５およびフレーム１６の代わりにプツ
シユロツト２４を駆動負圧室１２およびカバー１
１を貫通させて押し出し力として駆動力を発生さ
せるようにしたものである。このため、カバー１
１との間にシール５を介して貫通させ、さらにカ
バー１１の外部においてベアリング２６により保
持させた構成となつている。係る実施例では、駆
動力を押し出し力として作用させることができ、
また取り付け上の制約がある場合などに効果があ
る。

なお、前記第３図、第４図実施例において、リ
ーク孔１７とこれを開閉するリーク弁体２３との
平行度が不安定な場合には、第５図に示すように
駆動用ダイヤフラム１０にニードルバルブ２７を
取り付けし、これと前記リーク弁体２３とを常時
接触させ、ニードルバルブ２７によるリーク孔１
７の開閉を行なわせる様にしてもよい。

さらに第６図に本発明に係る圧力サーボモータ
の実施例を示す。この実施例に係る圧力サーボモ
ータは駆動用ダイヤフラム機構におけるカバー１
１の外面に信号用ダイヤフラム機構を設け、かつ
駆動用ダイヤフラム１０に弁装置を独立して取り
付けたものである。そして、信号用ダイヤフラム
１８にカバー１１を貫通してリーク弁体２３を当
接するプツシユロツド２８を設けたものである。
弁装置はリーク孔１７を常時閉塞するようにバル
ブスプリング２９が設けられている。この様な実
施例では、アクチユエータとしての信号用ダイヤ
フラム機構の取り付けが極めて容易になる利点が
ある。

さらに第７図に本発明に係る圧力サーボモータ
の実施例を示す。この実施例は前記第６図実施例
におけるバルブ装置を信号用ダイヤフラム１８側
に取り付けし、この弁装置のリーク弁体２３を開
閉させるロツドを駆動用ダイヤフラム１０に取り
付けた作動シヤフト１５に兼用させたものであ
る。このため、駆動用ダイヤフラム機構のカバー
１１を貫通する弁装着筒３０を信号用ダイヤフラ
ム１８に取り付けし、この弁装着筒３０に外部に
連通する通気孔３１を形成している。斯かる実施
例では、特に外部からの汚損に対して有利となる
利点がある。

なお、上記第３図〜第７図実施例において、い
ずれの実施例も駆動負圧レベルの変動に対して開
口面積の自動的な反応で対応する構造となつてい
る。

ここで、第８図に上記実施例圧力サーボモータ
を用いてなる絞り弁開度制御装置の一実施例の全
体構成図を示す。なお本実施例では、第６図又は
第７図の圧力サーボモータを適用したものとして
示したが、第３図又は第４図のものを適用しても
同様である。

第８図に示すように、駆動負圧源として吸入負
圧を利用し、また信号負圧は吸入管負圧をソース
に定圧弁３２を介して定圧とし、これをデユーテ
イ制御ソレノイドバルブ３３を介して作り出すよ
うにしたものである。この適用例によれば、負荷
が変動しても正確なエンジン回転を得られるシス
テムを容易に構成できるものである。

なお上記いずれの実施例もリーク弁体２３の位
置制御を行なうアクチユエータとしてダイヤフラ
ム機構を用いたが、これに限らずパルスモータ、
あるいはCDモータなどの他のアクチユエータを
用いても同様の効果があることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、絞り弁
の所要回転トルクが変動したり、駆動負圧源とし
ての吸気負圧が変動しても、それらの変動に追従
させて駆動ダイヤフラムの駆動力をバランス制御
することができるとともに、駆動ダイヤフラムの
位置を所定位置に保持することができることか
ら、絞り弁軸の正確な位置制御、すなわち絞り弁
開度を正確に制御できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧力サーボモータの概略断面
図、第２図は同装置の負圧とストロークとの関係
を示すグラフ図、第３図は本発明に係る圧力サー
ボモータの一実施例を示す概略構成断面図、第４
図は他の実施例に係る圧力サーボモータの概略構
成断面図、第５図は弁装置の変形例を示す断面
図、第６図はさらに他の実施例に係る圧力サーボ
モータの概略構成断面図、第７図はさらに他の実
施例の圧力サーボモータの断面図、第８図は本発
明の一実施例に係る圧力サーボモータを用いた絞
り弁開度制御装置の全体構成図、第９図Ａ，Ｂは
第３図実施例の動作を説明するための図である。 １０……駆動用ダイヤフラム、１２……駆動負
圧室、１７……リーク孔、１８……信号用ダイヤ
フラム、２０……信号負圧室、２３……リーク弁
体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 吸気管に設けられた絞り弁と、 (b) 該絞り弁を駆動するため作動シヤフトを介し
   て当該絞り弁に連結された駆動用ダイヤフラム
   と、 (c) 該駆動用ダイヤフラムとカバーとで形成され
   た駆動負圧室と、 (d) 該駆動負圧室に駆動負圧を導入するため前記
   絞り弁下流の吸気管と当該駆動負圧室を連通す
   る負圧通路と、 (e) 与えられる指令に基づいて前記絞り弁の開度
   に対応した前記作動シヤフトの制御位置を決定
   する位置制御決定手段と、 (f) 前記駆動用負圧室に連通されかつ大気に開口
   させて設けられたリーク孔と、 (g) 該リーク孔に臨ませて当該リーク孔の開口面
   積を調整可能に配設されたリーク弁体とを有
   し、 (h) 前記リーク孔とリーク弁体の一方の位置は前
   記駆動用ダイヤフラムに連関させて変位可能に
   設けられ、かつその変位方向は当該駆動用ダイ
   ヤフラムに加わる負荷力の増大時に前記リーク
   孔を閉止する方向に設定され、他方の位置は前
   記位置制御決定手段により前記絞り弁の開度に
   対応した位置に制御されるものとしたこと、 を特徴とする圧力サーボモータを用いた絞り弁開
   度制御装置。 ２ 前記位置制御決定手段は前記吸気管の負圧を
   安定化する定圧弁と、該定圧弁からの定圧を制御
   負圧に変換するデユーテイ制御弁と、該デユーテ
   イ制御弁により得られた制御負圧信号により前記
   リーク孔又はリーク弁体の位置を制御するダイヤ
   フラム式アクチユエータとからなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の圧力サーボモー
   タを用いた絞り弁開度制御装置。