JPH0833115B2 - 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、より具体的にはパルスモータをスロットル弁に連結
し、該パルスモータを介し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61-19946号公報記載の技術を挙げることが出来る。
この従来技術においては機関の運転状態に応じてパルス
モータへの指令パルスを演算して出力し、スロットル弁
を目標開度に制御している。

（発明が解決しようとする課題） 而して、スロットル弁の開閉をパルスモータで駆動す
る場合にはスロットル弁にスプリングを取着して閉じ方
向に付勢しており、モータの駆動力が作用しなくなった
ときにアイドル位置に強制的に戻す様に構成している。
従って、スロットル弁の全開位置を超える指令値を出力
した場合にはスロットル弁がストッパに衝き当たった段
階で特性上パルスモータが脱調し、そのトルクが零にな
ってスロットル弁が一気に全閉位置に戻されることとな
り、その結果機関出力が急減する不都合がある。又、閉
弁方向の制御に際しては斯るスプリング付勢力の問題は
ないが、全閉位置を超える指令値を出力するときは、ス
ロットル弁の動作に関与しない指令値を出力することと
なって制御応答性乃至追従性の点で不満が残るものであ
った。

更に、パルスモータを介してスロットル弁の開閉を制
御する場合には、目標値と現在開度と偏差に応じてモー
タ指令値を出力することになるが、その場合に目標値の
変更が微小であると共に頻繁に回転方向を反転する場合
が生じ得る。而して、斯る場合にパルスモータにその通
り出力すると従にスロットル開度が変動して吸気量が変
化し、機関出力にハンチングが生じて安定した制御が期
待出来ない不都合があった。

従って、本発明の目的は上記欠点を解消することにあ
り、パルスモータに出力する指令値にリミットを設けて
スロットル弁の移動限界を超えない様にし、よって機関
出力の急減を防止して制御の安定性を図ると共に、不要
な出力を自制して制御の応答性及び通常性を向上させる
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。

更に、本発明の目的は、パルスモータに出力する指令
値に不感帯を設けることによって機関出力のハンチング
を防止し、よって制御の安定性を向上させる車載内燃機
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及び作用） 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
目標スロットル開度を設定する目標スロットル開度設定
手段３、該目標スロットル開度設定手段の出力を入力し
てスロットル弁を駆動するパルスモータへの指令値を演
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、からなる車載内燃機関のス
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、前記スロットル弁の現在開度を求める手段、前
記求めた現在開度と前記目標スロットル開度との偏差を
求めて前記パルスモータへの指令値を算出する手段、前
記スロットル弁の物理的に開弁可能な移動限界値と前記
現在開度との偏差に基づく指令限界値を求め、該指令限
界値と前記指令値とを比較して小さい方の値を前記パル
スモータへの指令値とする手段、を備える如く構成し
た。

更には、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
ル弁の開度を設定するスロットル開度設定手段３、該ス
ロットル開度設定手段の出力を入力してスロットル弁を
駆動するパルスモータへの指令値を所定時間毎に演算す
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、からなる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、今回演算した指令値の極性が反転すると共に、その
大きさが所定値未満であるときは指令値を次回演算する
指令値に加算し、その和が該所定値以上になるまで、前
回演算した指令値をそのまま出力する如く構成した。

（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を配置されており、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。而して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
み込み量（アクセル開度）を検出する前記したアクセル
ペダル踏み込み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、以上の構成において、アクセルセンサ48を
除くクランク角センサ52等が前記した機関運転状態検出
手段に、マイクロ・コンピュータ90が前記したスロット
ル開度設定手段及びモータ指令値演算手段に相当する。

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。尚、このプログラムは、所定時
間、例えば10ms毎にループして繰り返される。

先ず、S10において前回演算した指令値θCMDn−１を
出力する。この指令値はパルス数（変位量）で示され
る。第５図に示す如く、本制御手法においては演算周期
は10ms毎の比較的短時間の等間隔とすると共に、演算し
た指令値を直ちに出力することなく、一旦ストアしてお
いて次の周期の初めに出力する。

続いて、S12において機関回転数Ne、アクセル開度θA
P等の制御パラメータを順次読み込んでRAM90eに格納
し、S14においてROM90dに格納されているマップを参照
してアクセル開度θAPと機関回転数Neとからスロットル
弁の規準開度θTHMを検索する。

続いて、S16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、S18に進んでアイドル制御用
のスロットル開度θidleを適宜決定する。

S16においてアイドル制御域にないと判断された場合
はS20に進み、所定の開度θidle-refをもってアイドル
開度とする。この所定開度は例えば、アイドル制御域で
の上限開度たる10度（但し、WOT＝84度）とする。

続いてS22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、オ
ートクルーズメインスイッチ76等の出力信号から判断す
る。而して、オートクルーズ制御域にあると判断された
場合はS24に進んで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S26に
おいてオートクルーズ開度を零とする。

続いて、S28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θidl及び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、
例えばアイドル制御域とオートクルーズ制御域が重複し
た運転状態が生じた場合であっても双方の制御を両立さ
せるスロットル開度を最適に制御することが出来る。
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（パルス当たりの開度）で割って、
パルス数に変換する。

続いて、S30において前回算出した目標値θTHOn−１
と今回算出した目標値θTHOnとの偏差ΔθTHOを算出
し、S32において該偏差の極性、即ち、モータ回転方向
が反転するか否か判断し、反転すると判断される場合に
は続いてS34において偏差の絶対値（回転方向を問わな
い）が適宜設定したｎステップ角、例えば１ステップ角
より小さいか否か判断する。ここで１ステップ角より小
さいか否かを判断するのは、前述の開度−パルス変換に
際して小数点以下の端数が生じることもあるからであ
る。而して、小さいと判断された場合は続いてS36にお
いて偏差ΔθTHOを一旦ストアする。具体的には既にス
トアされていた前回までのストア値ΔθTHOSn−１に今
回の偏差を加えて最新のストア値ΔθTHOSnとする。続
いてS38において、今回のスロットル開度目標値θTHOn
は前回の目標値θTHOn−１のままとし、目標値を不変と
する。斯くの如く、目標値の変更も僅かであり、しかも
頻繁に回転方向が変わる場合は、不感帯を設けて出力し
ない様にする。この場合に、１ステップ角未満について
はパルスモータの特性から当然出力しないが、前記ｎを
２〜３ステップ角と設定した場合に特に実益がある。
尚、S32において偏差の極性が反転しないと判断された
場合、或いはS34において偏差（絶対値）が適宜設定し
たステップ角ｎより大きいと判断される場合にはS40に
進み、目標値θTHOnにストアされていた値ΔθTHOSnを
加算（ストア値がある場合）して今回の目標値とし、次
のS42において次回の演算のため該ストア値を零にリセ
ットする。

続いて、S44において前回のスロットル開度θTHPn−
１（パルス絶対値）にS10で出力した前回指令値θCMDn
−１を加算して現在の開度、より正確には現在移動中の
スロットル開度θTHPnを算出する。続いてS46におい
て、その現在開度と目標値との偏差を算出して今回のモ
ータ指令値θCMDn（パルス変位量）を決定する。

続いて、S48において今回の指令値の絶対値が上限値
θMAX（パルス数）を超えるか否か判断し、超える場合
には回転方向に応じて制御値を上限値に制限する（S50,
52,54）。この上限値θMAXは、演算周期10ms内に出力し
終えることが可能な上限の値を意味する。即ち、指令パ
ルスが２以上の周期に亘って出力され続けると、S44に
おいて現在開度を正確に算出することが出来ないので、
この様にリミットを設ける。尚、本フローチャートにお
いては開弁方向を正の値、閉弁方向を負の値とする。

続いて、S56において指令値について再びリミットチ
ェックを行う。これは前述した如くスロットル弁が指令
される如くに移動可能か否かを判断するためのものであ
る。具体的には、S56において回転方向を判断し、開弁
方向にあると判断される場合には続いてS58において演
算した指令値通りにスロットル弁が移動可能な様に制御
値を決定する。即ち、スロットル弁が物理的に開弁可能
な最大開度（WOT）に相当する上限開度θTHMAX（パルス
絶対値）から現在開度θTHPnを減算した値が移動可能範
囲と云うことになるので、その値と演算指令値とを比較
して小さい方の値を選択する。これは、前述の如く、ス
ロットル弁は弁軸6aにスプリングを取着されて全閉方向
に付勢されているため、全開以上の指令値をパルスモー
タに与えた場合にスロットル弁がストッパに衝き当たっ
た時点で特性上パルスモータが脱調してスプリング力で
直ちに全閉位置に戻されて機関出力が急減する不都合を
回避するためである。尚、指令値が閉弁方向の値である
場合には現在開度は全閉位置を零として算出される正の
値であるので、単に制御値（絶対値）と現在開度とを比
較して少ない方の値を選択するのみで指令値を移動可能
な範囲に制限することが出来る（S60）。この場合、閉
弁方向についてはスプリングによる付勢力の問題はない
が、斯る如く構成することによってスロットル弁の作動
に関与しないパルスの出力を制限することが出来、演算
速度及び制御応答性が向上する。尚、斯る如く演算した
指令値は演算が終了した時点で出力することなくRAM内
にストアしておき、次回のプログラム起動時にS10で出
力することは前記した通りである。

上記の如く、本実施例においてはモータ指令値をスロ
ットル弁の移動可能な範囲内に制限したので、スロット
ル弁がリターンスプリングによって強制的に戻される、
或いは全閉方向において不要の指令値を出力することが
なく、応答性及び追従性に優れると共に安定した制御を
実現することが出来る。更に、目標値の変更が微小であ
ってしかも頻繁に極性が反転する場合には制御値を変え
ないので、同様に制御特性を安定化することが出来る。

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、本発明はアクセルワイヤ等の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
制御装置においては、モータ指令値演算手段は、前記ス
ロットル弁の現在開度を求める手段、前記求めた現在開
度と前記目標スロットル開度との偏差を求めて前記パル
スモータへの指令値を算出する手段、前記スロットル弁
の物理的に開弁可能な移動限界値と前記現在開度との偏
差に基づく指令限界値を求め、該指令限界値と前記指令
値とを比較して小さい方の値を前記パルスモータへの指
令値とする手段、を備える如く構成したので、開弁方向
の制御にあってはスロットル弁がリターンスプリングを
介して強制的に戻される等の不都合がなく、また閉弁方
向の制御においても閉弁動作に関与しない指令値を省略
することが出来、制御の安定性に優れると共に応答性及
び追従性においても向上する利点を備える。

又、請求項２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は、モータ指令値演算手段は、今
回演算した指令値の極性が反転すると共に、その大きさ
が所定値未満であるときは指令値を次回演算する指令値
に加算し、その和が該所定値以上になるまで、前回演算
した指令値をそのまま出力する如く構成したので、徒に
スロットル開度が変動させて吸気量を変化させ、よって
機関出力にハンチングを招く等の不都合がなく、安定し
た制御を実現することが出来る利点を備える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る車載内燃機関のスロットル開度制
御装置のクレーム対応図、第２図は該制御装置を全体的
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図は該制御装置の動作を示すフロ
ー・チャート及び第５図は本制御装置の動作を示すタイ
ミングチャートである。 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他）、３……スロットル開度設定手段（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、64……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55−160132（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
   ロットル弁の目標スロットル開度を設定する目標スロッ
   トル開度設定手段、 d.該目標スロットル開度設定手段の出力を入力してスロ
   ットル弁を駆動するパルスモータへ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、 からなる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、 g.前記スロットル弁の現在開度を求める手段、 h.前記求めた現在開度と前記目標スロットル開度との偏
   差を求めて前記パルスモータへの指令値を算出する手
   段、 i.前記スロットル弁の物理的に開弁可能な移動限界値と
   前記現在開度との偏差に基づく指令限界値を求め、該指
   令限界値と前記指令値とを比較して小さい方の値を前記
   パルスモータへの指令値とする手段、 を備え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】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
   ロットル弁の開度を設定するスロットル開度設定手段、 d.該スロットル開度設定手段の出力を入力してスロット
   ル弁を駆動するパルスモータへの指令値を所定時間毎に
   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、 からなる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、今回演算した指令値
   の極性が反転すると共に、その大きさが所定値未満であ
   るときは指令値を次回演算する指令値に加算し、その和
   が該所定値以上になるまで、前回演算した指令値をその
   まま出力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。