JPH06264780A - 内燃機関の絞り弁制御装置 - Google Patents

内燃機関の絞り弁制御装置

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Publication number
JPH06264780A
JPH06264780A JP5542393A JP5542393A JPH06264780A JP H06264780 A JPH06264780 A JP H06264780A JP 5542393 A JP5542393 A JP 5542393A JP 5542393 A JP5542393 A JP 5542393A JP H06264780 A JPH06264780 A JP H06264780A
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JP
Japan
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throttle valve
opening
control
control device
speed reducer
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Application number
JP5542393A
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English (en)
Inventor
Yasushi Sasaki
靖 佐々木
Sadayuki Aoki
定之 青木
Yasuhiro Kamimura
康宏 上村
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Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、車載用の内燃機関における絞
弁制御装置に係り、特に、モータ等のアクチュエータに
より絞弁をフィードバック制御するときの、高速応答
性,高精度制御性を向上させることにある。 【構成】アクチュエータにより絞弁をフィードバック制
御する駆動系における、減速歯車を軽量部材,低摺動抵
抗部材とする。 【効果】ISC(アイドルスピードコントロール),F
IC(ファーストアイドルコントロール),ASCD
(オートスピードコントロールデバイス)等の機能を制
御する時の高速応答性,高精度制御性を向上させること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、絞り弁開閉操作用のア
クチュエータと、絞り弁の制御位置を検出する検出手段
と、その検出手段の出力と絞り弁の制御目標開度を比較
判断して絞り弁開度をフィードバック制御する駆動ユニ
ットを備え、絞り弁の開度を高速,高精度に制御するこ
とが出来るようにした車載用の内燃機関における絞り弁
制御装置に係り、特に自動車用のエンジンに好適な内燃
機関の絞り弁制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、例えば自動車など、車輌用内燃機
関の絞り弁(スロットルバルブ)制御方式として、従来
のアクセルペダル操作による直接的な絞り弁の操作に代
えて、アクセルペダルの操作量をセンサにより電気信号
として取り込み、所定の演算処理を施してから電動機等
からなるアクチュエータに供給し、このアクチュエータ
により絞り弁を開閉制御する、いわゆる電子スロットル
方式の絞り弁制御装置が注目されるようになり、エンジ
ンの高出力化等自動車の高性能化に際して有効なトラク
ションコントロールなどの各種のエンジン制御に適用さ
れるようになっている(従来技術:特開平3−50338号公
報)。
【0003】このエンジン制御に適用可能な機能として
代表的なものに、ISC(アイドルスピードコントロー
ル),FIC(ファーストアイドルコントロール)機能
の様な絞り弁低開度制御機能、さらにASCD(定速走
行制御機能)等がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、減速
機として、減速歯車を用いているが、通常、歯車の材料
は、例えば、焼結材のような金属材を用いることが多
い。
【0005】この場合、減速歯車は金属材であることか
ら、軽量部材とは異なり重く、また歯車の摺動部には特
に摺動抵抗を低減する構成をとっていないものが主流で
あった。
【0006】車載用の内燃機関における絞り弁制御装置
電子スロットル方式の絞り弁制御装置は、絞り弁開閉操
作用のアクチュエータと、絞り弁の制御位置を検出する
検出手段と、その検出手段の出力と絞り弁の制御目標開
度を比較判断して絞り弁開度をフィードバック制御する
駆動ユニットにより、絞り弁の開度を高速,高精度に制
御することを目的としているが、アクチュエータにより
駆動される減速歯車系のイナーシャが大きい為、制御時
の駆動立上りが遅くなったり、駆動時の摺動抵抗が大き
く高速制御性に欠けることがあり、また、機械的なヒス
テリシスが残ることから、制御精度が安定しないことが
多かった。すなわち、絞弁を高速,高精度に制御するこ
とが難しいという問題があった。
【0007】本発明の目的は、電子スロットル方式の絞
り弁制御装置において、アクチュエータにより駆動され
る減速歯車系の軽量化、及び摺動抵抗の低減化を計り、
絞り弁の開度を高速,高精度に制御することができる内
燃機関の絞り弁制御装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】電子スロットル方式の絞
り弁制御装置は、絞り弁の実開度を表すスロットルポジ
ションセンサの出力電圧と目標開度との比較判断によ
り、駆動信号がモータに伝送され、これにより、絞り弁
のフィードバック制御が成立している。
【0009】制御応答性は、主に、絞弁を制御するアク
チュエータの性能,減速機の選定,減速機を含めた駆動
系の摺動抵抗低減策選定により決まる。また、制御精度
は、主に、駆動ユニット内に備えたマイクロコンピュー
タのA/D変換処理能力,減速機を含めた駆動系の機械
的なヒステリシスの低減策選定により決まる。
【0010】従って、上記目的は、減速機である減速歯
車に軽量部材及び低摺動抵抗部材を用いることにより、
高速制御及び高精度制御を達成することができる。
【0011】
【作用】電子スロットル方式の絞り弁制御装置におい
て、アクチュエータにより駆動される減速歯車系の軽量
化及び摺動抵抗の低減化を計る方法は、減速歯車をプラ
スチック材の様な軽量部材,低摺動抵抗部材とする方
法、あるいは、減速歯車を金属材にフッ素コーティング
を施した様な低摺動抵抗部材とする方法等により可能と
なる。
【0012】従って、絞弁をアクチュエータにより駆動
制御する場合の高速制御性及び高精度制御性を確保する
ことができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明による内燃機関の絞り弁制御装
置について、実施例により詳細に説明する。
【0014】図1は、本発明による内燃機関の絞り弁制
御装置の構成図を示している。
【0015】101は、絞り弁開閉操作用のアクチュエ
ータで、絞り弁の開閉駆動部材103と、アクチュエータ
101からの駆動力を開閉駆動部材103に伝達する減
速機102と、絞り弁の開閉駆動部材103の制御位置
を検出する検出手段104と、その検出手段104の出
力と絞り弁の制御目標開度を比較判断して絞り弁開度を
フィードバック制御する駆動ユニット105により構成
されている。
【0016】ここで、減速機102の仕様選定におい
て、軽量部材,低摺動抵抗部材を用いることで、絞弁開
閉駆動部材103をアクチュエータ101により駆動制
御する場合の高速制御性及び高精度制御性を確保するこ
とができる。
【0017】次に、図2乃至図4における具体的な実施
例により詳細に説明する。
【0018】1は絞り弁で、この絞り弁1は、支持体
(スロットルボディ)2に回動自在に支承されている絞
り弁軸3に固定されている。
【0019】4は、コントロールユニット、6は、絞り
弁開度制御用のアクチュエータとなるモータで、コント
ロールユニット4には、エンジンの運転状態を示す種々
の情報に基づいて設定された絞弁目標開度信号5が入力
され、それにより、モータ6へ駆動信号7を伝送する。
【0020】次に、8は、電磁クラッチで、コントロー
ルユニット4からの励磁信号9により動作し、絞り弁軸
3とモータ6の間での駆動力の伝達切離しを制御する駆
動力結合切離し手段を構成する。
【0021】この電磁クラッチ8のクラッチ板付入力側
ギア8aは、モータ軸6aに回動自在に構成されている
が、励磁信号9により電磁クラッチ8が励磁された時に
は、モータ軸6aと一体で回動するように構成されてい
る。そして、このギア8aに噛み合っている減速機10
a,絞り弁軸3に固定されている減速機10bを介して
モータ6からの駆動力が絞り弁軸3に伝達されるように
なっている。
【0022】次に、11は、スプリング駆動力伝達機構
で、絞り弁軸3に取り付けられた制御レバー11aと、
アクセルワイヤ15を介してアクセルペダル14に連結
されたスロットルレバー11b、それに2個のロストモ
ーション用のスプリング11c,11dで構成されてい
る。そして、スロットルレバー11bと制御レバー11a
は、これら2個のロストモーション用のスプリング11
c,11dにより係合されている。
【0023】一方、スロットルレバー11bには、レバ
ー12を介してリターンスプリング13が設けてあり、
これにより、絞り弁1を閉じ方向に付勢されている。
【0024】次に、16は、スロットルポジションセン
サで、絞り弁1の実開度を検出する検出手段となり、1
7はアクセルポジションセンサで、スロットルレバー1
1bの操作位置を検出する検出手段となる。
【0025】また、スロットルレバー11bは、全開ス
トッパ18,全閉ストッパ19と係合して絞り弁1の回
動範囲を規定する働きをも果たしている。尚、この図2
では、全開ストッパ18,全閉ストッパ19は表れてい
ない。
【0026】次に、20,21はスプリング受けで、樹
脂材のような摩擦係数の小さい材料で作られ、ロストモ
ーション用のスプリング11c,11dをこれらのスプ
リング受け20,21上に設けることにより、これらの
摺動抵抗を少なくする働きをする。
【0027】また、22はアクセルポジションセンサ軸
で、これは、センサハウジング23に回動自在に挿入保
持され、これにレバー24が取り付けられている。そし
て、このレバー24は、スロットルレバー11bと、接
合ピン24aにより係合されているので、スロットルレ
バー11bの回動に伴って一緒に回動し、スロットルレ
バー11bの回動をアクセルポジションセンサ17へ伝
えることができる。
【0028】そして、このとき、このアクセルポジショ
ンセンサ軸22には、リターンスプリング13が設けて
あることにより、回動伝達系に存在する遊びを無くすよ
うになっている。
【0029】また、スロットルポジションセンサ16の
出力電圧25は、図4に示すようにコントロールユニッ
ト4に入力され、絞り弁1の実開度を表す出力電圧値2
5と目標開度5との比較判断により駆動信号7がモータ
6に伝送され、これにより絞り弁1のフィードバック制
御が成立している。
【0030】そして、モータ6による制御が中断してい
るときは、基本的には、スロットルポジションセンサ1
6の出力電圧25とアクセルポジションセンサ17の出
力電圧26との間には、ある一定の相関があり、これら
をコントロールユニット4に取り込み、比較判断して正
常の動作をしているか否かのフェイルセイフ制御が成立
している。
【0031】但し、ここで説明したフェイルセイフ制御
ロジックは一例にすぎず、これにかぎられるものではな
い。
【0032】図3は、スプリング駆動力伝達機構11を
図2のPから見た図で、絞り弁1は絞り弁軸3に固定さ
れ、制御レバー11aも絞り弁軸3に固定されており、
従って、絞り弁1と一体となって回動する。
【0033】一方、スロットルレバー11bは絞り弁軸
3に対して回動自在に支承されておりロストモーション
用のスプリング11c,11dは、スプリング受け2
0,21上に、互いに逆方向の付勢力をもたせて組み付
けられており、これにより、これらスプリング11c,
11dは、スロットルレバー11bに対して相互に反対
方向の変位を受けるように配置され、且つそれぞれが予
応力を与えられるように構成されていることになる。
【0034】また、アクセルワイヤ15はスロットルレ
バー11bのワイヤガイド溝15aを通って、玉掛け部
11eでスロットルレバー11bに固定され、アクセル
ペダル14の操作により、リターンスプリング13の付
勢力に対して、絞り弁1を矢印θA 方向に回転させるこ
とができるように構成されている。
【0035】次に、これら図2,図3に示した実施例の
動作について、以下、図4の構成概念図により説明す
る。
【0036】この図4は、理解を容易にするため、図2
の実施例における回転動作を左右方向の直線移動で表
し、図2と同じ部分、もしくは同等の部分には同じ符号
を付したものである。
【0037】図4において、いま、運転者が、図示して
ないキースイッチをONにすると、これと同時に励磁信
号9が電磁クラッチ8に伝送され、電磁クラッチ8はO
N状態となり、これで通常制御状態での準備完了とな
り、コントロールユニット4からモータ6へ駆動信号7
が伝送されて、絞り弁1が開閉制御されることになる。
このとき、絞り弁軸3に取付けられている制御レバー1
1aは、モータ6の回転により、絞り弁1と一体になっ
て、図中に破線で示すように移動(回転)する。この制御
レバー11aの移動(回転)により発生するスロットル
レバー11bとの相対変位は、ロストモーション用のス
プリング11c,11dの一方の伸びと他方の縮み(図
2では、一方の巻き緩みと、他方の巻き締まりとなる)
により吸収され、この結果、アクセルペダル14の踏み
込み量に応じて与えられているスロットルレバー11b
の操作位置にかかわらず、これと独立に、モータ6によ
る絞り弁1の開閉制御が可能になり、電子スロットルモ
ードとしての動作がえられることになる。
【0038】次に、いま、何らかの理由により、モータ
駆動系に故障等の異常が発生したとする。すると、コン
トロールユニット4に内蔵されている異常判断機能の働
きにより、まず、電磁クラッチ8の励磁が停止され、こ
の電磁クラッチ8がOFF状態にされ、次に絞り弁軸3
はモータ6から切り離され、フリーになる。
【0039】しかして、このとき、スロットルレバー1
1bと制御レバー11aとの間に相対変位が生じていた
とすると、ロストモーション用のスプリング11cとロ
ストモーション用のスプリング11dの付勢荷重に差が
生じているので、この付勢荷重の差がバランスする位
置、つまり相対変位差をゼロとする位置まで、これらの
スプリング11c,11dの働きにより制御レバー11
aが移動(回転)され、この結果、絞り弁1もアクセル
ペダル14の操作位置に適合した開度に移動(回転)さ
せられてしまうことになる。
【0040】そして、この結果、絞り弁軸3は、制御レ
バー11aとロストモーション用のスプリング11c,
11d、それにスロットルレバー11bを介してアクセ
ルペダル14にだけ結合された状態になり、ここでアク
セルペダル14の操作で絞り弁1を駆動させるための準
備が完了されることになる。
【0041】それからは、アクセルペダル14を踏み込
むことにより、リターンスプリング13の復帰力に抗し
てスロットルレバー11bは回転され、このスロットル
レバー11bの移動(回転)に応じて、制御レバー11
aにはロストモーション用のスプリング11c,11d
の荷重がバランスするような力が作用するので、制御レ
バー11aはスロットルレバー11bに追従して、それ
と同位相での移動(回転)を行い、絞り弁1の開度制御
が得られ、リンプホーム機能を達成することができるの
である。
【0042】図5は、この実施例における制御可能領域
を示したもので、モータ6による絞り弁1の開度制御領
域は、全域にわたっての開閉制御が可能である。また、
リンプホームモード時でも、従来技術と同様で、アクセ
ルペダル操作にそのまま追従した制御になることが判
る。
【0043】従って、この実施例によれば、異常発生時
には、モータ6が絞り弁軸3から切り離されてアクセル
ペダルによる開度制御下に自動的に移行すると共に、絞
り弁1の開度も、自動的にアクセルペダルの操作位置に
対応した状態でアクセルペダルによる開度制御下に置か
れることになり、リンプホーム機能が与えられると共
に、このときには、絞り弁はアクセルペダル操作位置ま
で戻されるので、リンプホーム状態での暴走等の重大事
故発生は確実に抑えられ、完全なフェイルセイフ機能と
高信頼性を達成することができる。
【0044】図6は、この実施例におけるスプリング駆
動力伝達機構11の、モータ6による制御時と、アクセ
ルペダル14の操作による制御時での動作を示す概略図
で、横軸は絞り弁1の開度TVOを、縦軸は、ロストモ
ーション用スプリング11c,11dの付勢トルクTを
示している。
【0045】図中で、点Oは、中立(初期)状態を表
し、ここはアクセルペダルの操作位置に一致した絞り弁
開度TVOにあるものとする。
【0046】まず、モータ6により、絞り弁1を角度θ
M degだけ、開き方向に制御している状態を考える
と、一方のロストモーション用スプリング11cは巻き
込まれる方向に偏角し、他方のロストモーション用スプ
リング11dは、緩む方向に偏角することになり、従っ
て、この図6に示すO−A″特性がスプリング11cの
付勢トルクT特性を示し、O−B″特性がスプリング1
1dの付勢トルクT特性を示すことになる。そして、こ
こで、A″−B″の絶対値が、モータ6の発生すべき必
要トルクを表すこととなる。
【0047】なお、これは、絞り弁1を開き方向に制御
をしている場合についての説明であるが、閉じ方向に制
御している場合も同様である。
【0048】次に、この図6において、O点からスプリ
ング駆動力伝達機構11によるリンプホーム機構が作動
した場合を考える。
【0049】アクセルペダル14の操作により、スロッ
トルレバー11bが角度θA degだけ開き方向に回動
したとすると、スプリング11c,11dの付勢トルク
Tは、それぞれがバランスする方向に相対移動させられ
る。この結果、制御レバー11aはスロットルレバー1
1bの回動に伴って同一方向に追従し、図6上では、O
点からO′点に移動することになり、絞り弁1は、同じ
角度θA deg、開き方向に回動し、この結果、モータ
6を含む駆動系に異常が発生した場合でも、確実にリン
プホーム機構が成立することになる。
【0050】通常、この実施例の様に、アクセルペダル
14側にクラッチなどを設けないと、モータ6などのア
クチュエータにより絞り弁1の制御がなされたとき、ア
クセルペダル14にキックバック現象が現れる。
【0051】然し乍ら、この実施例では、ロストモーシ
ョン用のスプリングとして、2個のスプリング11c,
11dを用い、これらの付勢トルクが反対になるように
して組み立ててあり、この結果、この実施例によれば、
これらのスプリング11c,11dの絞り弁軸3に対す
る付勢トルク定数を同一にとることにより、各々の合成
トルクをフラット化し、図6の特性O−Cを得ることが
でき、従って、この実施例によれば、キックバック現象
を無くすことが出来るという効果がある。
【0052】この様な電子スロットル方式の絞り弁制御
装置により、ISC(アイドルスピードコントロー
ル),FIC(ファーストアイドルコントロール)機能
あるいはASCD(オートスピードコントロールデバイ
ス)機能等を成立させるには、制御時の高速応答性及び
高精度制御を施すことが必須となっている。
【0053】そこで、本発明において、高速応答性及び
高精度制御を施した実施例を以下に説明する。
【0054】図2において、モータ6による駆動系は、
主に、モータ6,電磁クラッチ8のクラッチ板付入力側
ギア8a,減速歯車10a,10b,絞弁軸3,絞弁1
である。モータ6の駆動により絞弁1をフィードバック
位置制御する場合には、これら駆動系を起動することが
できる起動トルクを、モータ6は、発生することが必要
である。また、これら駆動系にフリクション(摺動抵
抗)が存在すると、さらに大なる起動トルクを、モータ
6は、発生することが必要である。
【0055】一方、駆動系に機械的なヒステリシスが存
在すると、モータ6の駆動により絞弁1をフィードバッ
ク位置制御する場合には、制御精度を上げることがかな
り難しいこととなる。
【0056】そこで、本発明の実施例として、電磁クラ
ッチ8のクラッチ板付入力側ギア8a,減速歯車10
a,10bの構成部品をプラスチック材で代表される軽
量部材,低摺動抵抗部材とすることで、駆動時の回転イ
ナーシャを小さくでき、かつ、これら構成部品の軸受と
の摺動抵抗を小さくすることができるので、従って、高
速応答性及び高精度制御を可能とする良好な方法であ
る。
【0057】また、この場合、電磁クラッチ8のクラッ
チ板付入力側ギア8a,減速歯車10a,10bが回動
する時の音は、金属材と金属材の回動音と異なり、かな
り低減することができ、回動音を低減する良好な方法で
ある。
【0058】一方、本発明のその他の実施例として、電
磁クラッチ8のクラッチ板付入力側ギア8a,減速歯車
10a,10bの構成部品を、金属材としながらも、フ
ッ素材で代表される低摺動抵抗部材をコーティングする
ことで、これら構成部品の軸受との摺動抵抗を小さくす
ることができるので、従って、高精度制御を可能とする
良好な方法である。
【0059】
【発明の効果】本発明によれば、電子スロットル方式の
絞り弁制御装置において、アクチュエータにより駆動さ
れる減速歯車系の軽量化,及び摺動抵抗の低減化を計る
ことができるので、絞り弁の開度を高速,高精度に制御
することができる内燃機関の絞り弁制御装置を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による内燃機関の絞り弁制御装置の構成
図である。
【図2】本発明による内燃機関の絞り弁制御装置の実施
例を示す断面展開図である。
【図3】本発明による内燃機関の絞り弁制御装置の実施
例を示す側面図である。
【図4】本発明の実施例の原理を示す構成概念図であ
る。
【図5】本発明による制御可能領域を表す特性図であ
る。
【図6】本発明の実施例におけるスプリング駆動力伝達
機構の特性図である。
【符号の説明】
1…絞り弁、2…支持体(スロットルボディ)、3…絞
り弁軸、4…コントロールユニット、5…目標開度信
号、6…モータ、7…駆動信号、8…電磁クラッチ、8
a…クラッチ板付入力側ギア、9…励磁信号、10a,
10b…減速機、11…スプリング駆動力伝達機構、1
1a…制御レバー、11b…スロットルレバー、11
c,11d…ロストモーション用のスプリング、11e
…玉掛け部、12,24…レバー、13…リターンスプ
リング、14…アクセルペダル、15…アクセルワイ
ヤ、16…スロットルポジションセンサ、17…アクセ
ルポジションセンサ、18…全開ストッパ、19…全閉
ストッパ、20,21…スプリング受け、22…アクセ
ルポジションセンサ軸、23…センサハウジング、24
a…接合ピン、25,26…出力電圧、101…アクチ
ュエータ、102…減速機、103…絞弁開閉駆動部
材、104…位置制御検出手段、105…駆動ユニッ
ト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 定之 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地 3 日立オートモティブエンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 上村 康宏 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絞り弁開閉操作用のアクチュエータと、絞
    り弁の開閉駆動部材と、アクチュエータからの駆動力を
    開閉駆動部材に伝達する減速機と、絞り弁の制御位置を
    検出する検出手段と、その検出手段の出力と絞り弁の制
    御目標開度を比較判断して絞り弁開度をフィードバック
    制御する駆動ユニットを備えた内燃機関の絞り弁制御装
    置において、減速機として軽量部材を用いたことを特徴
    とする内燃機関の絞り弁制御装置。
  2. 【請求項2】絞り弁開閉操作用のアクチュエータと、絞
    り弁の開閉駆動部材と、アクチュエータからの駆動力を
    開閉駆動部材に伝達する減速機と、絞り弁の制御位置を
    検出する検出手段と、その検出手段の出力と絞り弁の制
    御目標開度を比較判断して絞り弁開度をフィードバック
    制御する駆動ユニットを備えた内燃機関の絞り弁制御装
    置において、減速機として、軽量かつ低摺動抵抗部材を
    用いたことを特徴とする内燃機関の絞り弁制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載において、減速機の軽
    量部材または低摺動抵抗部材として、プラスチック部材
    を用いたことを特徴とする内燃機関の絞り弁制御装置。
  4. 【請求項4】請求項2記載において、減速機の低摺動抵
    抗部材として、金属材にフッ素コーティングを施した部
    材を用いたことを特徴とする内燃機関の絞り弁制御装
    置。
  5. 【請求項5】請求項3の記載において、減速機の部材と
    してフッ素樹脂を用いたことを特徴とする内燃機関の絞
    り弁制御装置。
JP5542393A 1993-03-16 1993-03-16 内燃機関の絞り弁制御装置 Pending JPH06264780A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2807789A1 (fr) * 1999-09-07 2001-10-19 Ntn Toyo Bearing Co Ltd Plateau de friction pour dispositif de pression

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2807789A1 (fr) * 1999-09-07 2001-10-19 Ntn Toyo Bearing Co Ltd Plateau de friction pour dispositif de pression

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