JPH08296493A - スロットル弁制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステップモ−タ−を介して副スロットル弁を
全開状態から全閉状態とする際に副スロットル弁の負荷
トルクの変化に対応した適切な制御が可能な車両用のエ
ンジンのスロットル弁制御装置を提供する。 【構成】 車両用のエンジンの吸気通路内に回動可能に
設置された副スロットル弁をステップモ−タ−１０５を
用いて全開状態から全閉状態へと制御するためのスロッ
トル弁制御装置１０１において、副スロットル弁を回動
させるのに必要な負荷トルクを副スロットル弁の開度に
基づいて決定する手段と、決定された負荷トルクに基づ
いてステップモ−タ−１０５の駆動周波数を算出する手
段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用のエンジン運転
時に必要な空気の供給量を調整するためのスロットル弁
制御装置、特に車両のエンジンの吸気通路に主スロット
ル弁とともに設置された副スロットル弁をステップモ−
タ−によって制御する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、スロットル弁制御装置に関する技
術としては、車両用のエンジンの吸気通路に主スロット
ル弁と副スロットル弁をそれぞれ設置し、主スロットル
弁については例えばアクセルペダルの操作によって開度
制御をおこない、副スロットル弁についてはステップモ
−タ−を用いて開度制御をおこなう技術が一般に知られ
ている。特にこの技術は、車両の発進時あるいは加速時
に車輪がスリップしてしまうことを防止するために全開
状態の副スロットル弁をステップモ−タ−を介して全閉
状態とし、車両用のエンジンへの空気の供給量を減少さ
せるといったいわゆるトラクション制御として多く用い
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、副スロット
ル弁は例えばスプリング等によって通常は全開状態とな
るように付勢されているため、全開状態の副スロットル
弁をステップモ−タ−を介して全閉状態とするために
は、かかる付勢力等の負荷トルクに抗しながらステップ
モ−タ−を駆動させる必要がある。また、かかる付勢力
は副スロットル弁が全閉状態に近づくにつれて増大する
ため、結果的に副スロットル弁が全閉状態に近づく程、
ステップモ−タ−に作用する負荷トルクも増大すること
になる。従って、ステップモ−タ−によって副スロット
ル弁を全開状態から全閉状態とする場合、全開状態で負
荷トルクが最大となり、かかる最大の負荷トルクに対応
できるステップモ−タ−のトルクとして全開状態から全
閉状態に至まで低速の駆動周波数で駆動しているため、
応答性が悪くなるといった問題があった。特に車両のト
ラクション制御においては、車両の発進時あるいは加速
時に素早く副スロットル弁が全閉状態へ移行する必要が
あり、かかる応答性の悪化が特に問題となる。また、一
般に駆動周波数が高くなるにつれてステップモ−タ−の
プルイントルクは低下する関係にあるため、上記副スロ
ットル弁の負荷トルクの増大に対応してステップモ−タ
−の駆動周波数を適切に調整することができれば、一層
応答性に優れた効率のよい副スロットル弁の開閉制御が
可能となる。

【０００４】そこで本発明は、ステップモ−タ−を介し
て副スロットル弁を全開状態から全閉状態とする際に副
スロットル弁の負荷トルクの変化に対応した適切な制御
が可能な車両用のエンジンのスロットル弁制御装置を提
供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、本発明では以下の手段を講じている。請求項１
の発明は、車両用のエンジンの吸気通路内に回動可能に
設置された主スロットル弁と副スロットル弁のうち、前
記副スロットル弁をステップモ−タ−を用いて全開状態
から全閉状態へと制御するためのスロットル弁制御装置
において、前記副スロットル弁を回動させるのに必要な
負荷トルクを、前記副スロットル弁の開度に基づいて決
定する手段と、決定された前記負荷トルクに基づいて、
前記ステップモ−タ−の駆動周波数を算出する手段とを
有することを特徴とするスロットル弁制御装置である。
請求項２の発明は、請求項１に記載のスロットル弁制御
装置において、前記負荷トルクの決定および駆動周波数
の算出は、前記副スロットル弁が所定の開度に達する毎
におこなわれることを特徴とするスロットル弁制御装置
である。請求項３の発明は、請求項２に記載のスロット
ル弁制御装置において、前記副スロットル弁の所定の開
度において算出された前記ステップモ−タ−の駆動周波
数を、前記副スロットル弁が次の所定の開度に達するま
での間に、さらに前記ステップモ−タ−のプルアウトト
ルクに至る範囲内で増加させる手段が付加されているこ
とを特徴とするスロットル弁制御装置である。

【０００６】

【作用】請求項１の発明によれば、副スロットル弁を回
動させるのに必要な負荷トルクが、副スロットル弁の開
度に基づいて決定されるとともに、かかる負荷トルクに
基づいてステップモ−タ−の駆動周波数が算出されるこ
ととなる。従って、吸気通路内で全開状態から全閉状態
へと移行する副スロットル弁を回動させるのに必要な負
荷トルクが副スロットル弁の開度によって変化していく
場合であっても、その都度適切なスッテプモ−タ−の駆
動周波数が算出されることになる。請求項２の発明によ
れば、副スロットル弁が所定の開度に達する毎に負荷ト
ルクの決定がおこなわれ、かかる負荷トルクに基づいて
ステップモ−タ−の駆動周波数が算出されることとなる
ため、処理が比較的簡便でありながら応答性のよい副ス
ロットル弁の回動制御が可能となる。請求項３の発明に
よれば、副スロットル弁が所定の開度に達した際のステ
ップモ−タ−の駆動周波数は、副スロットル弁が次の所
定の開度に達するまでの間、ステップモ−タ−のプルア
ウトトルクに至る範囲内で増加されることになる。すな
わち、所定の開度域内において、確実に副スロットル弁
を回動させることが可能な範囲内でステップモ−タ−の
駆動周波数を増加するため、副スロットル弁を回動させ
る所要時間を一層短くすることが可能となる。

【０００７】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明を具現化した実施例１である
スロットル弁制御装置１０１について、図面に基づいて
説明する。図１に実施例１のスロットル弁制御装置が設
置された車両用のエンジンの吸気通路の全体構造につい
て示す。図１に示すように、スロットルボデ−１０２内
の吸気通路１０３には、副スロットル弁１１１と主スロ
ットル弁１８１とが、それぞれ副スロットル軸１１３お
よび主スロットル軸１８３とを介して吸気通路１０３に
対して回動可能に設置されている。図１では、副スロッ
トル弁１１１は、吸気通路１０３を空気が最大量通過可
能な状態である全開状態とされている。また、主スロッ
トル弁１８１は空気が最小量通過可能な状態である全閉
状態とされている。

【０００８】副スロットル軸１１３の図中右側端部は、
ピニオン１１０ａおよびラック１１０ｂからなるモ−タ
−スロットル連結部１１０を介して、ステップモ−タ−
１０５を有するスロットル弁制御装置１０１が連接され
ている。一方、副スロットル軸１１３の図中左側端部
は、リタ−ンスプリング１０７が設置された軸受（特に
符号を付さない）を介して、スロットルセンサ１０９が
連接されている。ここで、リタ−ンスプリング１０７
は、副スロットル弁１１１が全開状態（図１に示す状
態）となる方向に副スロットル軸１１３を付勢するため
の部材であり、またスロットルセンサ１０９は、副スロ
ットル弁１１１の開度を検知するための部材である。

【０００９】次に、スロットル弁制御装置１０１自体の
構造について説明する。スロットル弁制御装置１０１の
詳細な構造を、図２のシステムブロック図に示す。スロ
ットル弁制御装置１０１は、ステップモ−タ−，駆動回
路，制御回路を主体として構成されており、さらにステ
ップモ−タ−および制御回路用の電源電圧が付加されて
いる。また制御回路は、マイクロコンピュ−タ１９３を
主体として、ＲＯＭ，電源電圧およびスロットルセンサ
１０９の信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変
換器が付加された構造とされている。ＲＯＭ内には、ス
ロットル弁制御装置１０１による副スロットル弁制御に
用いられる制御プログラムが格納されており、マイクロ
コンピュ−タ−１９３は、かかる制御プログラムの命令
に基づいて制御処理をおこなう。具体的には、スロット
ルセンサ１０９にて検知された副スロットル弁の開度情
報がＡ／Ｄ変換器を介してマイクロコンピュ−タ１９３
に送られると、マイクロコンピュ−タ１９３は駆動パル
ス数，駆動パルス速度，回転方向の各情報を駆動回路１
９１へと送出し、駆動回路１９１がステップモ−タ−１
０５を駆動するのである。

【００１０】次に、副スロットル弁１１１（図１参照）
を回動させるためのステップモ−タ−１０５の駆動周波
数の決定方法について説明する。本実施例では、まず図
４に示すように、副スロットル弁が吸気通路内でどの程
度開いているかを示す情報である副スロットル弁開度θ
に対応した負荷トルクの関係を予め測定しておく。な
お、「負荷トルク」とは、例えば図１に示すリタ−ンス
プリング１０７による付勢力等のように、副スロットル
弁を全閉状態方向へと回動させる場合にステップモ−タ
−が最低必要とするトルクである。また、副スロットル
弁開度は、副スロットル弁１１１が全開状態となってい
る場合を８０°とし、全閉状態となっている場合を０°
として、副スロットル弁１１１の角度によって表現さ
れ、本発明における「開度」に対応している。なお、副
スロットル弁１１１が全開状態となっている場合を９０
°とせずに８０°としたのは、最小限の空気をエンジン
に供給するために副スロットル弁１１１（図１参照）の
全閉角が１０°に設定されているためである。

【００１１】そして、予め副スロットル弁が全閉状態
（副スロットル弁開度θ＝０°）の場合の負荷トルクＬ
a 、および所定の副スロットル弁開度（例えばθ1 ＝２
０°，θ2 ＝４０°）における負荷トルクＬb ，Ｌc を
決定しておく。そして、図５に示すように、それぞれの
負荷トルクＬa ，Ｌb ，Ｌc に安全率として１．２を乗
じることによって、モ−タプルイントルクＴa ，Ｔb ，
Ｔc を算出する。

【００１２】次に、図５に示すように、予め測定された
ステップモ−タ−のモ−タ−プルイントルクと駆動周波
数の対応関係に基づいて算出されたモ−タプルイントル
クＴa ，Ｔb ，Ｔc に対応する駆動周波数ｆａ，ｆｂ，
ｆｃを決定する。この結果、図６に示すように、副スロ
ットル弁が全開状態から全閉状態へと移行する場合に、
所定の副スロットル弁開度間におけるステップモ−タ−
の駆動周波数が決定される。図６に示されるように、副
スロットル弁開度が小さくなるにつれて（副スロットル
弁が全閉状態に近づくにつれて）、ステップモ−タ−の
駆動周波数は段階的に小さくなっている。これは、副ス
ロットル弁が全閉状態に近づくにつれて、例えばリタ−
ンスプリング１０７（図１参照）の付勢力が強くなるた
め、副スロットル弁を回動するための負荷トルクが増大
することに対処するためである。すなわち、図５に示す
ように、駆動周波数を小さくすることによって、ステッ
プモ−タ−のモ−タプルイントルクを増大させて負荷ト
ルクの増大に対処するものである。

【００１３】すなわち、本実施例では、副スロットル弁
が全開状態に近いうち（負荷トルクが小さいうち）は、
高い駆動周波数でステップモ−タ−を低トルクかつ高速
で駆動し、副スロットル弁が全閉状態に近付くにつれて
（負荷トルクが大きくなるにつれて）、低い駆動周波数
でステップモ−タ−を高トルクかつ低速で駆動させるも
のである。なお、このように副スロットル弁の所定の開
度ごとに負荷トルクを決定し、決定された負荷トルクに
基づいてステップモ−タ−の駆動周波数を算出するの
は、請求項２の発明に対応している。

【００１４】さて、次に本実施例のスロットル弁制御装
置１０１による副スロットル弁１１１の全閉状態に至る
までの処理手順について、図３に示された該処理手順の
フロ−チャ−トを参照しながら説明する。制御プログラ
ムがスタ−トすると（Ｓ１）、マイクロコンピュ−タ−
１９３（図２参照）は、車両のイグニッションスイッチ
がＯＮであるか否かを判断する（Ｓ２）。すなわち、ス
テップＳ２では車両用のエンジンが始動されたか否かが
チェックされる。車両のイグニッションスイッチがＯＮ
であると判断された場合には、副スロットル弁１１１
（図１参照）が全開状態であるか否かが判断される（Ｓ
３）。そして、Ｙｅｓと判断される場合は、ステップモ
−タ−は駆動周波数ｆｃ（図５に示すように６００ｐｐ
ｓである）にて駆動される（Ｓ４）。なお、全開状態か
否かの情報はスロットルセンサ１０９から得られる。次
に、マイクロコンピュ−タ−１９３（図２参照）は、副
スロットル弁開度がθ2 （θ2 ＝４０°）以下となった
か否かを判断する（Ｓ４）。Ｙｅｓと判断される場合に
は、ステップモ−タ−は駆動周波数ｆb （図５に示すよ
うに４５０ｐｐｓである）にて駆動される（Ｓ６）。さ
らに、マイクロコンピュ−タ−１９３（図２参照）は、
副スロットル弁開度がθ1 （θ1 ＝２０°）以下となっ
たか否かを判断する（Ｓ７）。Ｙｅｓと判断される場合
には、ステップモ−タ−は駆動周波数ｆa （図６参照）
にて駆動される（Ｓ８）。そして駆動周波数ｆa （図５
に示すように３００ｐｐｓである）での駆動は、副スロ
ットル弁１１１が全閉状態に至るまでおこなわれ、制御
プログラムが終了する（Ｓ９）。

【００１５】さてかかる処理の結果、本実施例では図７
に示すように、副スロットル弁を全開状態から全閉状態
へと移行させるために必要とされる作動時間を、従来の
技術による場合に比べて短縮化することが可能となり、
効率のよい制御（設計の自由度も大きい）をおこなうこ
とが可能となった。具体的には、従来の作動時間が０．
３ｓｅｃであったのに対し、本実施例では０．２ｓｅｃ
となった。なお、作動時間の理論的算出方法について説
明すると、図７右欄にあるように、まず駆動周波数ｆｎ
にモ−タ単ステップ角Ｐｎを乗するとともにギヤ比（本
実施例では１．０である）で除して副スロットル弁の回
動速度であるスロットル閉弁速度Ｋｎを算出する。そし
て、予め設定された所定の各副スットル弁開度区間（θ
max →θ2 ，θ2 →θ1 ，θ1 →０°）の回動角度を各
区間のスロットル閉弁速度Ｋ１〜Ｋ３で除すことによっ
て、各区間での作動時間Ｔ１〜Ｔ３を算出し、これらを
合算することによって全体の作動時間を求めるものであ
る。

【００１６】（実施例２）次に実施例２について説明す
る。実施例２はステップモ−タ−のいわゆるスル−領域
を利用することによって、実施例１のスロットル弁制御
装置の作動時間を一層短縮化する技術に関し、請求項３
の発明に対応するものである。なお、説明の便宜上、実
施例１のスロットル弁制御装置と同一の構成について
は、その説明を省略することとする。さて、図８に、ス
テップモ−タ−の各駆動周波数毎のプルイントルクとプ
ルアウトトルクとの関係を示す。なお、プルアウトルク
とはステップモ−タ−の脱調限界のトルクである。

【００１７】さて、実施例１では、まず所定の副スロッ
トル弁開度における負荷トルクを求め、かかる負荷トル
クに基づいてモ−タプルイントルクを算出し、さらにモ
−タプルイントルクに対応する駆動周波数を所定の副ス
ロットル弁開度区間ごとに決定したが、実施例２でも同
様の処理をおこなう。さらに、実施例２では上記決定さ
れた所定の副スロットル弁開度区間ごとの駆動周波数に
ついて、図８に示すように、スル−領域を利用してプル
イントルクと同一のモ−タトルクを出力可能なプルアウ
トトルクまで増加させていくのである。すなわち、図８
に示す駆動周波数ｆc について説明すれば、プルイント
ルクの駆動周波数である駆動周波数ｆc （６００ｐｐ
ｓ）と同一のモ−タトルクを出力可能なスル−領域を利
用してプルアウトトルクに対応する駆動周波数（９００
ｐｐｓ）まで増加させる。

【００１８】この結果、図９に示すように、例えば副ス
ロットル弁開度がθmax （θmax ＝８０°である）から
θ2 （θ2 ＝４０°である）までの副スロットル弁開度
区間については、駆動周波数はｆc （６００ｐｐｓ）か
らｆ’c （９００ｐｐｓ）まで増大することとなり、副
スロットル弁を回動させるのに十分なモ−タトルクを確
保しつつ一層作動時間を短縮化させることが可能となる
のである。さて、他の各副スロットル弁開度区間におい
ても同様の処理をおこなった結果、副スロットル弁制御
のための全体の作動時間は、図１０に示すように、点線
で示される実施例１の場合よりも一層短縮化されること
となった。なお、実施例２では駆動周波数をプルアウト
トルクまで増大させて作動時間の短縮化をおこなった
が、スル−領域内の任意の駆動周波数まで増大させて制
御をおこなうことも可能である。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、ステップモ−タ−を介
して副スロットル弁を全開状態から全閉状態とする際に
副スロットル弁の負荷トルクの変化に対応した適切な制
御が可能な車両用のエンジンのスロットル弁制御装置が
提供されることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のスロットル弁制御装置が設置された吸
気通路の全体構造を示す正面図である。

【図２】実施例のスロットル弁制御装置の全体構造を示
すシステムブロック図である。

【図３】実施例におけるスロットル弁制御の処理手順を
示すフロ−チャ−トである。

【図４】負荷トルクと副スロットル弁開度との関係を示
す図表である。

【図５】モ−タ−プルイントルクと駆動周波数との関係
を示す図表である。

【図６】駆動周波数と副スロットル弁開度との関係を示
す図表である。

【図７】副スロットル弁開度と作動時間との関係を示す
図表である。

【図８】実施例２におけるモ−タ−トルクと駆動周波数
との関係を示す図表である。

【図９】実施例２における駆動周波数と副スロットル弁
開度との関係を示す図表である。

【図１０】実施例２における副スロットル弁開度と作動
時間との関係を示す図表である。

【符号の説明】

１０１ スロットル弁制御装置 １０２ スロットルボデ− １０３ 吸気通路 １０５ ステップモ−タ− １０７ リタ−ンスプリング １１１ 副スロットル弁 １１３ 副スロットル軸 １８１ 主スロットル弁 １８３ 主スロットル軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両用のエンジンの吸気通路内に回動可
   能に設置された主スロットル弁と副スロットル弁のう
   ち、前記副スロットル弁をステップモ−タ−を用いて全
   開状態から全閉状態へと制御するためのスロットル弁制
   御装置において、 前記副スロットル弁を回動させるの
   に必要な負荷トルクを、前記副スロットル弁の開度に基
   づいて決定する手段と、 決定された前記負荷トルクに基づいて、前記ステップモ
   −タ−の駆動周波数を算出する手段とを有することを特
   徴とするスロットル弁制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のスロットル弁制御装置
   において、 前記負荷トルクの決定および駆動周波数の算出は、前記
   副スロットル弁が所定の開度に達する毎におこなわれる
   ことを特徴とするスロットル弁制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のスロットル弁制御装置
   において、 前記副スロットル弁の所定の開度において算出された前
   記ステップモ−タ−の駆動周波数を、前記副スロットル
   弁が次の所定の開度に達するまでの間に、さらに前記ス
   テップモ−タ−のプルアウトトルクに至る範囲内で増加
   させる手段が付加されていることを特徴とするスロット
   ル弁制御装置。