JPH0826806B2 - 車載内燃機関のスロットル開度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は車載内燃機関のスロットル開度制御装置に関
し、より具体的にはスロットル弁にパルスモータを連結
し、該モータを通じてスロットル弁を開閉制御する車載
内燃機関のスロットル開度制御装置に関する。

（従来の技術） 内燃機関の吸気路に配設されているスロットル弁にパ
ルスモータを連結し、機関の運転状態に応じてその開閉
を制御することは良く知られており、その一例として特
開昭60−35141号公報記載の技術を挙げることが出来
る。この技術においてはアクセルペダルとスロットル弁
との機械的連結を完全に切り離し、パルスモータの駆動
力のみによってスロットル弁を開閉しているが、これ以
外にもアクセルペダルとスロットル弁との機械的連結を
残したまま平行してスロットル弁にパルスモータを連結
し、アクセルペダル操作と独立に開閉制御する手法も良
く知られている。

（発明が解決しようとする課題） いづれの場合にせよ、パルスモータを介してスロット
ル弁を開閉駆動する限り、パルスモータの特性上からス
ロットル開度に対する吸気量がステップ状に変化するの
を避けられず、アクセルペダルを通じて開閉する場合に
得られる如き滑らかな変化は期待することが出来ない。
この階段状の変化の程度は、機関の吸気路のボア径（ス
ロットル弁の面積）及びパルスモータのステップ角によ
って決定される。この場合、吸気路ボア径については予
定する機関出力等の種々の要因から設計するものである
ことから、階段状の変化を解消するためにのみ変更する
ことは困難であり、又パルスモータに関しても極数を増
やす或いは減速ギヤ比を大きくする等の対策を考えるこ
とが出来るが、それとても限界があることは否定出来な
い。

従って、本発明の目的は従来技術の上述の欠点を解消
することにあり、パルスモータを介してスロットル弁を
駆動するに際してその開度を微小に制御することを可能
とする車載内燃機関のスロットル開度制御装置を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するために本発明は第１図に示す如
く、車両運転席床面に配されたアクセルペダルの踏込量
を検出するアクセルペダル踏込量検出手段１、機関の運
転状態を検出する機関運転状態検出手段２、該機関運転
状態検出手段及び前記アクセルペダル踏込量検出手段の
出力を入力して機関吸気路に設けられたスロットル弁の
開度の目標値を設定するスロットル開度目標値設定手段
３、該スロットル開度目標値設定手段の出力を入力して
実開度との偏差を解消すべくパルスモータの指令値を演
算するモータ指令値演算手段４、該モータ指令値演算手
段の出力を入力して回転するパルスモータ５及び該パル
スモータに連結され、その回転に応じて機関吸気路を開
閉するスロットル弁６からなり、前記モータ指令値演算
手段は機関回転数が所定値以下のアイドル域に入ったと
き目標機関回転数と実機関回転数の偏差を求め、偏差が
所定範囲に入ったとき該スロットル弁の駆動をステップ
角による制御からデューティ制御に切り換える如く指令
値を演算する様にした車載内燃機関のスロットル開度制
御装置において、前記モータ指令値演算手段は、前記デ
ューティ制御の周期を、目標機関回転数と実機関回転数
の偏差が大きいほど短くする様に構成した。

（作用） スロットル弁を適宜なデューティ比で駆動することに
よってパルスモータの１ステップ角未満に相当する分解
能を得ることが出来、よってスロットル開度を微少に制
御することが出来て吸気量を正確に制御することが出来
る。

更に、デューティ制御の周期を目標機関回転数と実機
関回転数の偏差に逆比例する様に設定することにより、
偏差が大きいときは迅速に偏差を解消することが出来
る。

（実施例） 以下、添付図面に即して本発明の実施例を説明する。
第２図は本発明に係る車載内燃機関のスロットル開度制
御装置を全体的に示す概略図であり、同図に従って説明
すると、符号10は内燃機関を示す。内燃機関10は吸気路
12を備えており、その先端側に取着されるエアクリーナ
14を介して導入された吸気は、前記したスロットル弁６
によって流量を調節されつつインテークマニホルド18に
入り、燃料噴射弁20を介して燃料の供給を受け、吸気弁
22が開閉する吸気ポートを通じて燃焼室24に流入する。
流入した混合気は、点火プラグ（図示せず）によって点
火されて燃焼し、ピストン26を駆動した後、排気弁28で
開閉される排気ポートを通ってエキゾーストマニホルド
30に入り、エキゾーストパイプ（図示せず）を経て機関
外に放出される。

又、該内燃機関が搭載される車両の運転室床面にはア
クセルペダル32が配置されており、該ペダルは図示しな
いスプリングによってアイドル位置に付勢されると共
に、運転者の踏込動作に応じて回動する。図示の如く、
該アクセルペダルとスロットル弁６との機械的連結は断
たれており、それに代えてスロットル弁の近傍には前記
したパルスモータ５が設けられる。該パルスモータは、
クラッチ機構及び減速ギヤ機構（図示せず）を介してス
ロットル弁の弁軸6aと連結して該弁を開閉駆動する。
尚、該スロットル弁軸6aにはリターンスプリング（図示
せず）が設けられており、スロットル弁を全閉方向に常
時付勢している。該スロットル弁の開度はポテンショメ
ータ等からなるスロットルセンサ40を通じて検出され
る。

更に、吸気路12のスロットル弁下流の適宜位置には、
吸入空気の圧力を絶対圧力で検出する吸気圧センサ42が
設けられ、更にその下流側には吸入空気の温度を検出す
る吸気温センサ44が設けられると共に、スロットル弁の
上流側の適宜位置には大気圧を検出する大気圧センサ46
が設けられる。又、アクセルペダルの付近にはその踏込
量（アクセル開度）を検出する前記したアクセルペダル
踏込量検出手段たるアクセルセンサ48が設けられると共
に、燃焼室付近の適宜位置には冷却水温を検出する水温
センサ50が設けられ、更にディストリビュータ（図示せ
ず）内等の適宜位置には機関のクランク角度を検出する
クランク角センサ52が設けられ、他方トランスミッショ
ン（図示せず）の適宜位置にも車両の走行速度を検出す
る車速センサ54が設けられる。これらセンサの出力は制
御ユニット58に送出される。

更に、本制御装置においては、オルタネータ（図示せ
ず）のフィールド電流を検出するACGセンサ60、パワー
ステアリング（図示せず）の作動／不作動を検出するパ
ワステスイッチ62、エアコンディショナ（図示せず）の
作動／不作動を検出するエアコンスイッチ64、スタータ
（図示せず）の作動／不作動を検出するスタータスイッ
チ66、バッテリ（図示せず）の電圧を検出するバッテリ
電圧センサ68、シフトレバー（図示せず）のレンジ位置
を検出するレンジセレクタスイッチ70及びシフト位置
（ギヤ段）を検出するシフトポジションスイッチ72（例
えば、ミッション制御ユニットのソレノイド励磁信号を
参照して検出する）が設けられて制御ユニットに出力を
送ると共に、オートクルーズ制御のためにブレーキスイ
ッチ74、メインスイッチ76、セットスイッチ78及びリジ
ュームスイッチ80も設けられる。

第３図はこの制御ユニット58の詳細を示すが、該ユニ
ットにおいてスロットルセンサ40等のアナログ出力はレ
ベル変換回路88に入力され、そこで適宜レベルに変換さ
れた後マイクロ・コンピュータ90に入力され、そのA/D
変換回路90aでデジタル値に変換されてRAM90eに一時格
納される。又、クランク角センサ52等のデジタル出力は
波形整形回路92で波形整形されて入力ポート90bを介し
てマイクロ・コンピュータ内に入力される。マイクロ・
コンピュータにおいてCPU90cは、これらの入力からROM9
0dに格納されているプログラムに従って後述の如く制御
値を演算し、出力ポート90fを介して出力回路94に送
り、更にトランジスタ等からなる駆動回路96を介してパ
ルスモータ５を駆動し、よってスロットル弁６を開閉制
御する。尚、以上において、アクセルセンサ48を除くク
ランク角センサ52等が機関運転状態検出手段に、またマ
イクロ・コンピュータ90がスロットル開度目標値設定手
段及びモータ指令値設定手段に相当する。

続いて、第４図フロー・チャートを参照して本制御装
置の動作を説明する。

先ず、S10において装置各部をイニシャライズする。
尚、この動作は機関の始動時に行われ、その後はS12以
下の動作が所定時間、例えば10ms毎にループして繰り返
される。

続いて、S12において前回演算した制御値を出力ルー
チン（図示せず）を介して出力し、続いてS14において
機関回転数等の制御パラメータを読み込んだ後、次のS1
6においてスロットル開度の基準開度θTHMを検索する。
これは、アクセル開度θAPと機関回転数NeとからROM90d
に格納されているマップを参照して検索する。

続いて、S18においてアイドル制御域にあるか否か判
断する。これはスタータスイッチ信号、レンジセレクタ
信号、車速、吸気圧力、スロットル開度及び機関回転数
等から判断し、特に機関回転数が適宜設定した減速回転
数以下でアイドル判別回転数以上である場合にアイドル
制御域にあると判断し、S20に進んでアイドル開度θidl
eを演算する。

第５図はアイドル開度演算のサブルーチンを示すフロ
ー・チャートであり、同図に従って説明すると、先ずS1
00においてフィードバック制御用の目標回転数Nrefを検
索し、実際の機関回転数との偏差ＳNを算出する。第６
図は目標回転数Nrefを示す説明グラフであるが、図示の
如く目標回転数はＤレンジ又はＮレンジのいづれにある
かによって負荷の有無から異なった値が設定される。斯
る特性はROM90dにテーブルとして格納されており、水温
Twで検索する。本ステップにおいては同時に、算出した
偏差ＳNに応じて、カウンタ値Ｎを検索する。これは後
述の如く、制御周期を変えるためである。即ち、本制御
動作の周期は原則的に10msであるが、フィードバックモ
ードとデューティモードに入るときは100〜500msと長く
するため、本ステップでその際に周期を基本周期の何倍
（前記Ｎ）とするか偏差に応じて検索しておくものであ
る。具体的には前記ROM内に図示しないテーブルが格納
されており、それを偏差から検索する。而して、該テー
ブルにおいては偏差に逆比例して周期が設定されてお
り、即ち偏差が小さいときは緩慢な制御で足りるので長
く、大きいときは迅速に差を解消するため短くなる様に
設定されている。従って、Ｎの値は例えば50とすると、
基本周期の50倍たる500msを制御周期とすることを意味
する。

続いて、S102において水温増量補正θTWをROM内のテ
ーブルから検索し、次いでS104にエアコンディショナ等
の負荷増量補正θLOADを同様にテーブルから検索する。
これらの値は、適宜設定しておく。

続いて、S106において機関回転数Neが適宜設定した基
準低回転数ＮLOPを超えているか否か判断し、超えてい
ない場合にはS108に進んて非常用のスロットル開度を出
力して機関回転数を迅速に上昇させる。これは、発進乃
至はパニックブレーキによって通常の制御ではあり得な
い様な低回転に陥った場合の非常対策である。

S106で肯定された場合、続いてS110においてダッシュ
ポット制御が必要か否か判断し、必要と判断された場合
にはS112に進んで機関回転数を徐々に低下させて急激な
負圧変化を回避する。これは主として未燃焼ガスの排出
を防止するためである。尚、ダッシュポット制御が必要
か否かは機関回転数の変化から判断する。

S110において否定された場合にはフィードバック制御
乃至はデューティ制御に入ることになる。而して、その
場合には制御周期を変更することから、先ずS114におい
て該制御に入るのが初めてか否か判断し、肯定される場
合S116に進んで偏差ＳNがデューティ制御許容回転数ＮD
UTY内に入ったか否か判断し、然らざる場合にはS118に
おいてS100で検索したＮをカウントCidleにセットし、S
120において通常のフィードバック制御を行う。フィー
ドバック制御においては、スロットル開度は、適宜設定
するフィードバック基本量θFBに前述の水温及び負荷増
量補正θTW,θLOADを合算して決定する。而して、S116
において偏差が許容回転範囲内に入ったと判断されたと
きは続いてS122に進み、水温Twがデューティ制御許容水
温TwDUTYを超えているか否か判断し、超えていない場合
はフィードバック制御に止まると共に、超えている場合
はS124においてＮをカウンタCidleにセットした後、S12
6に進んでデューティ制御に移行する。即ち、本制御動
作においては、実回転数と目標回転数との偏差が僅少と
なるまではフィードバック制御を行うと共に、偏差が僅
かになった時点で後述のデューティ制御に移行し、更に
スロットル開度を微少制御する。その意味からデューテ
ィ制御許容回転数ＮDUTYは、例えば150rpm等の僅かな値
とする。又、この場合、S122で水温を判断するのは低水
温状態においては補正増量が大きいことから精緻なデュ
ーティ制御を行う意味がないからであり、従ってこの水
温TwDUTYは、それを判別するに足る程の値を適宜設定す
る。

第７図はデューティ制御のサブルーチンを示すフロー
・チャートであるが、このフロー・チャートの説明に入
る前に、第８図及び第９図を参照してこのデューティ制
御を概略的に説明する。第８図においてその下方に示す
如く、実際の機関回転数が目標回転数に接近して偏差が
僅かになった時点でデューティ制御に入ることは先に述
べた通りであるが、この制御はそれまでのフィードバッ
ク制御（乃至はLOPモード、DPモード）がパルスモータ
の回転量を１ステップ角以上とするのに対し、それより
微小な１ステップ角未満の回転を制御し、よって機関回
転数を微小に制御するものである。即ち、あるステップ
角ｎ及びその次のステップ角ｎ＋１について制御周期の
中途で回転方向を切り換え、結果として破線で示す如
く、１ステップ角未満の回転を可能とする。尚、実施例
においては１ステップ角はスロットル開度に換算して0.
36度に相当する。又、第８図において制御周期は、フィ
ードバック制御もデューティ制御も共に、前記したＮの
値に応じて100〜500msと長くなっていることは先に述べ
た通りである。

第９図はこの制御を更に詳細に説明するものである
が、理解の便宜上、前記パルスモータを同図（ａ）に示
す如く、φ１〜φ４からなる４相とする。同図（ｂ）は
通常の２相励磁の例を示しており、これは周知の如く、
所定の方向、例えば正方向に回転させる際にはφ１〜φ
４を２相づつ励磁して行うものである。而して、同図
（ｃ）は本発明に係るデューティ制御を示しており、こ
の場合には例えば、φ4,1と励磁した後にφ1,2を励磁し
て正方向に回転させ、続いて、再びφ4,1を励磁させて
行う。この結果、パルスモータは、正転方向に隣接する
φ2,3が励磁されることなく、逆転方向にあるφ4,1が励
磁されるため、逆転する。続いて、φ1,2を励磁すれば
再び正方向に反転することとなり、以上の如く、任意の
相を中心としてその左右の相を交互に励磁することによ
り、パルスモータを１ステップ角の範囲内で振らせるこ
とが出来る。この場合、図示の如く、φ1,2を励磁する
時間をｔ、全体を周期Ｔとすればデューティ制御と把ら
えることが出来、デューティ＝t/T×100％として把らえ
ることが出来る。従って、t/Tを適宜決定することによ
り、第８図上部に破線で示す如く、１ステップ角未満の
範囲において所望の回転量を得ることが出来る。

更に、第９図（ｄ）は２ステップ角の範囲に亘ってデ
ューティ制御する例を示す。この場合は、例えばφ1,2
と励磁した後、φ2,3、φ3,4と励磁し、続いてφ2,3、
φ1,2と逆方向に励磁した後再びφ2,3と正方向に励磁す
る。従って、この例においても、t/Tを適宜設定するこ
とにより２ステップ角の範囲において所望の回転量を得
ることが出来る。又、同様にして３ステップ角の範囲に
亘る制御が可能であることは云うまでもないであろう。
尚、以上においてデューティの分解能は具体的には、制
御周期（CPU同期タイミング）／周期Ｔ×100％で表わさ
れ、その最小値は例えば、10ms/500ms×100＝２％とす
る。

而して、第７図フロー・チャートに戻って説明する
と、S200において水温Twから周期Ｔを検索する。第10図
に示す如く、周期は水温に比例して設定されており、斯
る特性はROM内にテーブルとして格納される。水温が高
くなる程周期を長くするのは、第６図に示した如く、目
標回転数が水温に逆比例して設定されているためであ
る。即ち、機関回転数は低くなればなる程スロットル開
度が変化した際の吸気量の変動量が大きくなることか
ら、周期を短くして微細に制御する必要がある故であ
る。

続いて、S202において偏差ＳNから前述のｔ（オン時
間）を演算すると共に、ステップ角数を検索する。第11
図に偏差に対応したステップ角数を示す。ステップ角を
偏差に比例させたのは云うまでもなく、偏差が大きい程
ステップ角数を大きくするのが望ましいからであり、図
示例について云えば、偏差50〜99rpmでは２ステップ角
の範囲でデューティ制御を行うことになる。この特性も
ROM内にテーブルとして格納される。

再び、第５図フロー・チャートに戻ると、S122におい
ていづれかのモード（S108,112,120,126）で決定された
制御値をアイドル制御用開度θidleとしてメインルーチ
ンに戻る。尚、S114で否定されたときはS130に移行して
カウンタ値をデクリメントし、続いてS132でカウンタ値
が零に達したと判断されるまでループする度にS128にジ
ャンプして制御値を変えることなくメインルーチンに戻
る。而して、S132において零に達したと判断されるとき
はS116に移行し、フィードバックモード或いはデューテ
ィモードに進んで制御値を新たに決定する。即ち、第４
図メインルーチンが10msでループされているため、第５
図サブルーチンにおいて一旦フィードバックモード（或
いはデューティモード）に進んで制御周期が500ms等と
長くされたときは、その周期の最初に一度制御値を決定
すればその後はそれを踏襲するのみで変えることなく50
0msが経過するのを待つものである。

更に、第４図に戻ると、S18においてアイドル制御域
にないと判断された場合はS22に進み、所定の開度θidl
e−refをもってアイドル開度とする。この所定開度は例
えば、アイドル制御での上限開度たる10度（但し、WOT
＝84度）とする。

続いて、S24においてオートクルーズ制御域にあるか
否か判断する。これは、前記したブレーキスイッチ74、
メインスイッチ76等の出力信号から判断する。而して、
クルーズ制御域にあると判断された場合はS26において
設定車速を保つべく適宜オートクルーズ開度θcruを演
算すると共に、然らざる場合はS28においてオートクル
ーズ開度を零とする。

続いて、S30において目標開度θTHOを算出する。これ
は、それまでに算出した開度、即ち、基準開度θTHM、
アイドル開度θidle、オートクルーズ開度θcruの中か
ら最大値を選んで行う。斯く最大値を採ることによっ
て、アイドル制御域とオートクルーズ制御域等が重複す
る運転状態においても、それらの全てを満足するスロッ
トル開度を実現することが出来る。尚、選択した最大値
は開度で示されているので、本ステップにおいて所定数
（１パルス当りの開度）で割ってパルス数に変換する。

最後に、S32に進んで目標値と現在開度との差を算出
して制御値θCMD（変位量）を決定し、再びS12にループ
する。

本実施例においては上記の如く、フィードバック制御
を通じてスロットル開度を目標値に収束させると共に、
偏差が微小となった後はスロットル弁自体をデューティ
制御して振動させ、よって１ステップ角未満の回転を得
る如くに構成したので、所望のスロットル開度を精緻に
実現することが出来る。

尚、本発明をアクセルペダルとスロットル弁との機械
的連結が完全に切り離された機構について説明して来た
が、本発明は機械的連結を残したままパルスモータを追
加的に設けたものについても妥当することは云うまでも
ない。

（発明の効果） 請求項１項に記載した車載内燃機関のスロットル開度
制御装置においてモータ指令値演算手段は、前記デュー
ティ制御の周期を、目標機関回転数と実機関回転数の偏
差が大きいほど短くする様にしたことか、偏差が大きい
ときは迅速に解消して目標値に早期に収束させることが
出来ると共に、偏差が小さいときは緩慢に解消して回転
数の変動を必要最小限に抑えることが出来る。又、請求
項２項に記載した装置にあっては、１回のデューティ制
御におけるスロットル開度の変化量を大きくとることが
でき、偏差が大きいとき、その解消速度を一層上げるこ
とができ、一層迅速に目標値に収束させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明に係
る車載内燃機関のスロットル開度制御装置を全体的に示
す概略図、第３図はその中の制御ユニットの詳細を示す
ブロック図、第４図は該装置の動作を示すフロー・チャ
ート、第５図はその中のアイドル開度演算サブルーチン
を示すフロー・チャート、第６図はその演算に使用する
目標回転数の特性を示す説明グラフ、第７図は第６図の
デューティ制御サブルーチンを示すフロー・チャート、
第８図はデューティ制御を説明する波形図、第９図は同
様にデューティ制御を説明するタイミングチャート、第
10図は第７図フロー・チャートで演算に使用する周期の
特性を示す説明グラフ及び第11図は同様にその中で演算
に使用するステップ角数の特性を示す説明グラフであ
る。 １……アクセルペダル踏込量検出手段（アクセルセンサ
48）、２……機関運転状態検出手段（クランク角センサ
52等）、３……スロットル開度目標値設定手段（マイク
ロ・コンピュータ90）、４……モータ指令値演算手段
（マイクロ・コンピュータ90）、５……パルスモータ、
６……スロットル弁、10……内燃機関、12……吸気路、
32……アクセルペダル、40……スロットルセンサ、42…
…吸気圧センサ、44……吸気温センサ、46……大気圧セ
ンサ、48……アクセルセンサ、50……水温センサ、52…
…クランク角センサ、54……車速センサ、58……制御ユ
ニット、60……ACGセンサ、62……パワステスイッチ、6
4……エアコンスイッチ、66……スタータスイッチ、68
……バッテリ電圧センサ、70……レンジセレクタスイッ
チ、72……シフトポジションスイッチ、74……ブレーキ
スイッチ、76……ACメインスイッチ、78……ACセットス
イッチ、80……ACリジュームスイッチ、90……マイクロ
・コンピュータ

フロントページの続き (72)発明者 川口 祐治 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−109259（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】a.車両運転席床面に配されたアクセルペダ
   ルの踏込量を検出するアクセルペダル踏込量検出手段、 b.機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段、 c.該機関運転状態検出手段及び前記アクセルペダル踏込
   量検出手段の出力を入力して機関吸気路に設けられたス
   ロットル弁の開度の目標値を設定するスロットル開度目
   標値設定手段、 d.該スロットル開度目標値設定手段の出力を入力して実
   開度との偏差を解消すべくパルスモータの指令値を演算
   するモータ指令値演算手段、 e.該モータ指令値演算手段の出力を入力して回転するパ
   ルスモータ、 及び f.該パルスモータに連結され、その回転に応じて機関吸
   気路を開閉するスロットル弁、 からなり、前記モータ指令値演算手段は機関回転数が所
   定値以下のアイドル域に入ったとき目標機関回転数と実
   機関回転数の偏差を求め、偏差が所定範囲に入ったとき
   該スロットル弁の駆動をステップ角による制御からデュ
   ーティ制御に切り換える如く指令値を演算する様にした
   車載内燃機関のスロットル開度制御装置において、前記
   モータ指令値演算手段は、前記デューティ制御の周期
   を、目標機関回転数と実機関回転数の偏差が大きいほど
   短くすることを特徴とする車載内燃機関のスロットル開
   度制御装置。
2. 【請求項２】前記モータ指令値演算手段は、前記デュー
   ティ制御を所定のステップ角範囲で行うと共に、そのス
   テップ角範囲を、目標機関回転数と実機関回転数の偏差
   が大きいほど大きくすることを特徴とする請求項１記載
   の車載内燃機関のスロットル開度制御装置。