JPS62279236A - 内燃機関制御用アクチユエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の回転速度を制御する場合に、機関
の速度調節手段を操作するために用いるアクチュエータ
に関するものである。

［従来の技術］ 内燃機関の回転速度を制御する場合、例えば内燃機関の
回転速度をアクセル操作部材により設定された速度に保
つように制御する場合には、内燃機関の回転速度を調節
する速度調節手段を操作するアクチュエータを設（プ、
回転速度の検出値と設定（直との偏差を零にするように
アクチュエータを駆動する。

この様な内燃機関の制御装置に用いるアクチュエータど
しては、実開昭５７−１５７１０号に開示されているよ
うに直線移動自在に支持された可動子を電磁石により吸
引するようにしたものや、米国特許第３，４３５．３９
５号に開示されているように回動自在に支持された可動
子を電磁石により吸引して回ｖＪさぜるようにしたもの
が知られている。従来のこの種のアクチュエータにおい
ては、可動子を原位置に復帰させるリターンスプリング
が設けられ、電磁石による吸引力とリターンスプリング
の付勢力とが釣合う位置で可動子を停止させるようにし
ていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の内燃機関用アクチュエータにおいては、可動子を
原位置に復帰させるリターンスプリングが設けられてい
て、電磁石による吸引力とリターンスプリングの付勢力
とが釣合う位置で可動子を停止させるようにしていたた
め、常時リターンスプリングの付勢力と釣合うだけの吸
引力を電磁石に発生させる必要があり、消費電力が大き
く、発熱が多くなるという問題があった。特に、冬期の
ように電磁石を駆動するバッテリの電圧が低下している
ことが多い場合には、機関の始動時にアクチュエータを
起動させることができないことがあり、機関の始動が不
可能になることがあった。

本発明の目的は、消費電力の低減を図ることができるよ
うにした内燃機関制御用アクチュエ＼りを提供すること
にある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、内燃機関の回転速度を調節する速度調節手段
に連結される可動子と、励磁された際に前記内燃機関の
回転速度を上昇させる側に前記速度調節手段を操作すべ
く前記可動子を吸引する電磁石とを備えた内燃機関制御
用アクチュエータにおいて、消費電力の低減を図ったも
のである。

そのため本発明においては、内燃機関により駆動されて
回転する回転体と、該回転体に回動自在に支持されて該
回転体の回転に伴って生じる遠心力により回動さぜられ
るガバナウェイトと、該ガバナウェイトの回り」により
生じる力を電磁石の吸引力に逆らう方向の力に変換して
可動子に伝達する付勢力伝達機構とを設け、電磁石が励
磁された際にｆｆ１１６石の吸引力とガバナウェイトに
より与えられる付勢力とが釣合った位置で可動子を停止
させるようにしたものである。

［発明の作用］ 上記のように構成すると、内燃機関の始動時には遠心力
が零であるので、電磁石のコイルに僅かな電流を流すだ
けで可動子を移動させることができ、バッテリの電圧が
低下している場合でもアクチュエータを起動させること
ができる。内燃機関が始動した後はガバナウェイトの回
動により与えられる付勢力と電磁石の吸引力とが釣合っ
た位置で可動子が停止する。またリターンスプリングを
設けないため、電磁石部分の構造を簡単にすることがで
きる。

更に、本発明のアクチュエータを用いて内燃機関の回転
速度を制御した場合、内燃機関の回転速度が設定＋１！
Ｉより低下した時にはカバナラエイトの回動による付勢
力が低下して、電磁石の吸引力の方向（Ｆ！ｓ関の回転
速度を上昇させる方向）への可動子の移動をｃ７ｉ道し
、内燃機関の回転速度が設定値より上昇した時にはガバ
ナウェイトによる付勢力が増大して電磁石の吸引力の方
向と反対の方向（機関の回転速度を減少させる方向）へ
の可動子の移動を促進する。このように、本発明のアク
チュエータでは常に可動子に殿械的なフィードバックが
かけられていて、機関の回転速度の変動を補償する方向
への可動子の移動が促進されるため、制御の応答性を高
めることができる。

［実施例］ 以下添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示したもので、この例では
、本発明のアクチュエータが、ディーピル機関の速度制
御装置に用いられている。第１図において１はディーゼ
ル機関の燃料噴則ポンプ、２は燃料噴射ポンプ１の燃料
噴射量調節用ラックである。燃料噴射ポンプは通常燃料
噴ｒＸｊ帛を調節するバルブを操作するビニオンギアを
備えていて該ビニオンギアにラック２が噛合っており、
ラック２を図の左右方向に直線変位させることにより機
関への燃料の供給量を増減させ機関の回転速度を調節す
るようになっている。この例ではラック２が内燃機関の
回転速度を調節する速度調節手段を構成する。図示の状
態ではラック２が燃料の供給量を最大にする位置にあり
、この状態からラック２を図の右方向に移動させると燃
料の供給Ｍが減少して機関の回転速度が低下する。

燃料噴射ポンプ１の下部には該ポンプを駆動するカム（
図示せず。）を回転させるカム軸３の先端３ａが突出し
ている。このカム軸３は内燃機関のクランク軸の回転速
度の１／２の速度で回転するように機関のクランク軸に
減速機構を介して結合されている。

本発明の内燃機関制御用アクチュエータ１０は開溝ケー
ス１１を備え、該ケース１１は燃料噴射ポンプ１のケー
スにネジ１２により固定されている。機構ケース１１は
燃料噴射ポンプ１の前面を覆うように形成されたケース
主部１１ａとラック２の中心軸に軸線が一致した筒状の
電磁石保持部１１ｂとからなり、電磁石保持部１１ｔ）
の内側に電磁石１３が挿入固定されている。

電磁石１３はケース１４と、ボビン１５に巻回されてケ
ース１４内に挿入固定されたコイル１６と、ボビン１５
の一端側から該ボビンの内側に挿入固定された磁極部材
１７とからなっている。磁極部４１１７は筒状部１７ａ
を有していて、該筒状部１７ａの一端側の内周は燃料噴
射ポンプ１側に向って次第に径が大きくなる向きのテー
バが付けられた磁極面１７ｂとなっている。電磁石１３
のケース１４の外周には鍔部１４ａが設けられていて、
該鍔部１４ａが磁石保持部１１ｂの端部に設けられたフ
ランジ１１ｂ１に当接され、該フランジ１１ｂ１にボル
ト１８により締結された環状の押え板１９とフランジ１
１ｂ１との間に鍔部１４ａが挟み込まれた状態で電磁石
１３がケース１１に対して固定されている。

電磁石１３内にはプランジＶ形の可Ｖ」子２０が配置さ
れている。可動子２０は鉄製の円柱体の一端に電磁石の
磁極部材１７の磁極面に相応した截頭円錐状の磁極部２
０ａを形成したもので、その両端の軸芯部には軸線を共
有する軸２１及び２２が取付けられている。軸２１及び
２２は磁極部材１７の内側及びケース１／１の燃料噴射
ポンプ側の端部壁にそれぞれ設けられた軸受２３及び２
４により摺動自在に支持されている。これにより可動子
２０が？１１石のケース１４内でｖｉ１極部材１７に吸
着される図示の位置と磁極部材１７から所定の距離離れ
た位置との間を変位し得るようになっている。軸受２４
は可動子２０のストッパを兼ねており、可動子２０がｍ
極部材１７から所定の距離離れた時に可動子２０が軸受
２４の端面に当接して停止するように軸受２４の位置が
設定されている。

電磁石１３の燃料噴射ポンプ１と反対側の端部には差動
トランスからなる位置検出器２５が取付けられている。

この位置検出器２５はボビン２６に巻回された検出コイ
ル２７と該検出コイルの内側に変位自在に設けられた可
動鉄心２８とをケース２９内に収納したもので、可動鉄
心２８は可動子２０の一端側に取付けられた軸２１に取
付けられている。可動子２０の（Ｌｌａ側に取付けられ
た軸２２はアクチュエータの出力軸になっていて、この
軸２２とラック２との間が、両者にビン３０゜３１を介
して結合されたリンク３２により連結されている。

燃料噴射ポンプ１の下部に設けられたカム軸３には回転
体３３のボス部３３ａがｍ着固定され、該回転体３３が
カム軸により駆動されてケース１１内でクランク軸の１
／２の速度で回転するようになっている。回転体３３は
カム軸３の軸線方向に平行な板面を有する起立壁３３ｂ
を有し、該起立壁３３ｂには１対のガバナウェイト３４
．３４がビン３５．３５により回動自在に支持されてい
る。各ガバナ１クエイト３４は偏心した位置でビン３５
により支持されていて、回転体３３の回転に伴って生じ
る遠心力により外側に（図示の矢印方向に）振り出され
るようになっている。１対のガバナウェイト３４．３４
の燃料噴射ポンプ側の一端に爪３４ａが設けられ、この
爪３４ａはカム軸３の先端に摺動自在に嵌合された帽子
状のスライダ３６の鍔部３６ａに当接されている。従っ
てカム軸の回転に伴ってガバナウェイト３４．３４が回
動するとスライダ３６が爪３４ａ、３４ａにより押され
て燃料噴射ポンプ１から離れる側に変位する。

またケース１１の内側に設けられた突起部１１Ｃにビン
３７によりレバー３８が回動自在に支持され、このレバ
ーの一端に固定された半球状突起からなるシフタ３９が
スライダ３６の端面に当接されている。レバー３８の他
端はビン３ｏにより可動子の軸２２に枢結され、ガバナ
ウェイト３４゜３４の回動によりスライダ３６が図面上
左方向に変位するとレバー３８が図面上時計方向に回動
して軸２２が右方向に付勢され、これにより可動子２０
が電磁石の吸引力に逆らう方向に付勢されるようになっ
ている。この実施例では、スライダ３６とレバー３８と
によりガバナウェイトの回動により生じる力を電磁石の
吸引力に逆らう方向の力に変換して可動子に伝達する付
勢力伝達機構が構成されている。尚この付勢力伝達機構
はガバナウェイトの回動により生じる力を電磁石の吸引
力に逆らう方向に変換して可動子に伝達するものであれ
ばよく、伯の適宜の構成をとることもできる。

図示してないが、Ｉ１１石のコイル１６からリード線が
導出され、制御回路から該リード線を通してコイル１６
に駆８電流が供給される。同様に、位置検出器２９の検
出コイル２７からもリード線が導出され、このリード線
により、検出コイル２７から得られる可動子の位置を示
す位置検出信号が制御回路に与えられる。

上記のアクチュエータにおいて、電磁石１３により可動
子２０が吸引された際にレバー３８に働くトルクをラッ
ク２の位置に対して示すと第３図に示ずようになり、同
図において１１〜１４　　（１１＜１２　＜Ｉ３　＜Ｉ
４　）は電磁石１３のコイル１６に流す電流を示してい
る。これより、各電流値においてレバー３８に働くトル
クはラック位置の如何にかかわらず一定であることがわ
かる。また’ｔｌｉｆ１石により吸引力によりレバー３
８に働くトルクと電磁石１３のコイル１６に流す電流Ｉ
との関係を示すと第４図に示す通りにであり、電流Ｉの
増加に伴ってトルクが直線的に増大する特性になる。更
にガバナウェイト３４．３４の回動によるスライダ３６
の変位により、レバー３８に働くトルクと機関の回転速
度Ｎ（ｒｐｍ）との関係は第５図に示す通りで、ガバナ
ウェイトの回動によりレバー３８に働くトルクはＲ閏の
回転速度の２乗に比例して増大する。ラック２はこれら
電磁石により与えられるトルクとガバナウェイトにより
与えられるトルクとが釣合った位置で停止する。

上記の実施例において、機関の始動時に電磁石１３のコ
イル１６に電流を流すと、磁極部材１７が磁化され、可
動子２０が該磁極部材１７に吸引される。機関の始動操
作開始前には内燃機関は回転していないため、ガバナウ
ェイト３４．３４によりレバー３８を介して可動子２０
に与えられる、電磁石の吸引力と逆方向の付勢力は零で
ある。また機関の始動操作が・行われても機関が始動す
る前の状態においては機関の回転速度が低いため、ガバ
ナウェイトによりレバー３８を介して可動子２０に与え
られる付勢力はごく僅かである。従って機関の始動時に
は、可動子２０が電磁石に容易に吸着され、図示の位置
まで一気に変位する。これによりラック２が燃料噴射量
最大位置に位置し、機関に燃料が供給される。このよう
に、機関の始動時においては、可動子２ｏが電磁石に吸
引されるのを妨げる力がほとんど働かないため、電磁石
に電流を供給する電源（バッテリ）の電圧が低下してい
ても可動子２０を変位させることができ、機関の始動を
支障なく行わせることができる。

機関が始動すると、ガバナウェイト３４．３４の回動に
よりスライダ３６が駆動されてレバー３８が駆動され、
可動子２０に電磁石の吸引力に逆らう方向の力が与えら
れる。従って可動子２０は電磁石の磁極部材１７から離
反する向きに変位し、電磁石１３によりレバー３８に与
えられるトルクとガバナウェイト３４によりレバー３８
に与えられるトルクとが釣り合った位置で可動子２０が
停止する。例えば第４図に示すように、電磁石１３のコ
イル１６に電流ＩＯを流した時に［ｉ石１３によりレバ
ー３８に与えられるトルクがτ０であったとすると、ガ
バナウェイｌ〜によりレバー３８に与えられるトルクが
τＯになる回転速度Ｎｏになった時に可動子２０が停止
する。

上記のアクチュエータにより内燃機関の回転速度を制御
した場合、内燃機関の回転速度が設定値より低下した時
にはガバナウェイト３４．３４の回動による付勢力が低
下して、電磁石１３の吸引力の方向（Ｉ閏の回転速度を
上昇させる方向）への可動子２０の移動を促進し、内燃
機関の回転速度が設定値より上界した時にはガバナウェ
イト３４．３４による付勢力が増大して電磁石１３の吸
引力の方向と反対の方向（機関の回転速度を減少させる
方向）への可動子２０の移動を促進する。

すなわち、本発明のアクチュエータでは常に可動子２０
に機械的なフィードバックがかけられていて、機関の回
転速度の変動を補償する方向への可動子の移動が促進さ
れるため、制御の応答性を高めることができる。

第２図は本発明の他の実施例を示したもので、この実施
例では、カバー１１が燃料噴射ポンプの前面を覆うよう
に形成されたカバー主部１１Ａと、このカバー主部１１
Ａの一部から外側に突出した膨出部１１Ｂとからなり、
膨出部１１Ｂ内に電磁石１３が収納されている。ｆｆ１
１石１３は略Ｅ字形に形成された鉄心４０にボビン４１
を介してコイル１６を巻装したもので、鉄心４０の３つ
の脚部４０ａないし４０ｃにそれぞれ円筒面状の磁極部
４０ａ１ないし４０Ｃ１が形成されている。これらの磁
極面のｌＩＴ筒面の中心軸線はレバー３８の回動中心を
通るようになっている。

本実施例においてはケース１１の内側にビン３７により
回動自在に支持されたレバー３８が磁性材料からなって
いて、このレバー３８がアクチュエータの可動子を構成
している。レバー３８の電磁石側のアームには、電磁石
１３の磁極面４Ｑａｌないし４０Ｃ１の側方の空間を変
位する櫛歯状の磁極部３８ａないし３８Ｃが設けられて
いる。１１慟部３８ａないし３８Ｃのｔａｍ面４０ａ１
ないし４０Ｃ１側の側面は磁極面４０ａ、Ｉないし４０
Ｃ１の円筒面と同心的な円筒面となっていて、レバー３
８の全回動節回に亘って磁極部３８ａないし３８ｃと磁
極面４０ａ１ないし４０Ｃ１との間のギャップが均一に
保たれるようになっている。レバー３８はビン３０によ
りリンク３２の一端に連結され、リンク３２の他端はビ
ン３１によりラック２に連結されている。またこの例で
はラック２が弱いバネ４２により電磁石１３の吸引力と
同方向に付勢され、内燃機関が停止している時にこのバ
ネの付勢力によりレバー３８が電磁石１３側の限界位置
まで回動した状態に保持されるようになっている。その
他の点は第１図の実施例と同様である。この例ではスラ
イダ３６により、ガバナウェイトの回動により生じる力
を電磁石の吸引力に逆らう方向の力に変換して可動子（
レバー３８）に伝達する付勢力伝達機構が構成されてい
る。

第２図の実施例においては、電磁石１３がｖノ磁された
時にレバー３８が該電磁石により吸引されて図面上反時
計方向に回動し、ラック２を燃料増量側に変位させる。

またガバナウェイトの回動によるスライダ３６の変位に
よりレバー３８が電磁石の吸引により与えられるトルク
に抗する向きに付勢され、ガバナウェイトにより与えら
れるトルクとｆｆ［石により与えられるトルクとが釣合
った位置でレバー３８が停止する。

第２図の実ＩＪＩＶＡにおいては、レバー３８（可動子
）がバネ４２により付勢されているが、このバネによる
付勢力は［ｉ石の吸引力と同方向であるため、バネ４２
を設けたことにより機関の始動時のレバー（可動子）の
燃料！Ｉｔ側への変位が妨げられることはない。第１図
の実施例にも同様にバネ４２を設けることができる。

上記の実施例では、ディーゼル機関の速度制御を行う場
合を例にとって、燃料噴射ポンプのラックを速度調節手
段として操作するとしたが、ガソリン別間の速度制御を
行う場合にも同様に本発明のアクチュエータを適用する
ことができるのはもちろんである。尚ガソリン機関の場
合、通常スロットルバルブが速度調節手段として用いら
れ、該スロットルバルブがアクチュエータにより操作さ
れる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、リターンスプリングを
設けずに、内燃機関の回転に伴って生じるガバナウェイ
トによる付勢力により可動子を電磁石の吸引力と逆方向
に付勢したので、内燃機関の始動時に可動子に作用する
付勢力を低くして該可動子の変位を容易にすることがで
き、電磁石に僅かな電流を流すだけで可動子を駆動する
ことができる。従って電磁石を駆動するバッテリの電圧
が低下している場合でもアクチュエータを起動させるこ
とができ、機関の始動を確実に行わせることができる。

また内燃機関が始動した侵は可動子に機械的フィードバ
ックをかけた状態にして内燃機関の回転速度の変動に対
する応答性を高めることができるため、速度変動の少な
い回転速度制御を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した断面図、第２図は本
発明の他の実施例を示した断面図、第３図ないし第５図
はそれぞれ第１図の実施例のトルク−ラック位置特性、
トルク−電流特性及びトルク−回転速度特性を示したＩ
！２図である。 １・・・燃料噴射ポンプ、２・・・ラック（速度調節手
段）、３・・・カム軸、１０・・・内燃機関制御用アク
チュエータ、１１・・・ケース、１３・・・電磁石、１
６・・・コイル、１７・・・磁極部材、２０・・・可動
子、２１゜２２・・・軸、３２・・・リンク、３３・・
・回転体、３４・・・ガバナウェイト、３６・・・スラ
イダ、３８・・・レバー。 第３図 第４図　　　　　第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の回転速度を調節する速度調節手段に連結され
   る可動子と、励磁された際に前記内燃機関の回転速度を
   上昇させる側に前記速度調節手段を操作すベく前記可動
   子を吸引する電磁石とを備えた内燃機関制御用アクチュ
   エータにおいて、前記内燃機関により駆動されて回転す
   る回転体と、 前記回転体に回動自在に支持されて該回転体の回転に伴
   って生じる遠心力により回動させられるガバナウェイト
   と、 前記ガバナウェイトの回動により生じる力を前記電磁石
   の吸引力に逆らう方向の力に変換して前記可動子に伝達
   する付勢力伝達機構とを具備したことを特徴とする内燃
   機関制御用アクチュエータ。