JPH11270367A - 内燃機関のスロットル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルクモータを用いた電子スロットルシステ
ムにおけるスロットルバルブの開度の追従安定性を向上
すること。 【解決手段】 トルクモータ１９を用いた電子スロット
ルシステムにおいては、モータトルク特性が非線形でか
つ複数のパラメータ（実スロットル開度、モータ電流）
によって決まり、更に減速ギヤ列がないときにはスロッ
トル開度精度が低下することとなり、従来のＰＩＤ（比
例・積分・微分）制御では電子スロットルの非線形な特
性を吸収するのは困難であった。このため、スロットル
バルブ５のオーバシュートの有無の推定に基づく運動エ
ネルギが考慮された要求トルクの発生に必要なモータ電
流に応じて目標スロットル開度に実スロットル開度ＴＡ
を一致させるための制御量が算出される。これにより、
トルクモータ１９の非線形なトルク特性等が吸収され正
確なスロットル制御が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクセル操作量等
に応じてトルクモータを駆動しスロットルバルブの開度
を制御する内燃機関のスロットル制御装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、アクセル操作量等に応じてアクチ
ュエータとしてのＤＣ（直流）モータを駆動し実際のス
ロットルバルブの開度である実スロットル開度を制御す
る『電子スロットルシステム』と称する内燃機関のスロ
ットル制御装置が知られている。このようなスロットル
制御装置においては、例えば、アクセルペダルの踏込量
に対応するアクセル開度を検出するアクセル開度センサ
からの信号に応じてＤＣモータにモータ電流を流し、Ｄ
Ｃモータが駆動されることでスロットルバルブが開閉さ
れ内燃機関に供給される空気量が制御される。このと
き、実スロットル開度を検出するスロットル開度センサ
からの信号とアクセル開度センサからの信号との偏差が
なくなるようにＤＣモータに対して比例・積分・微分制
御（Proportional Integral Differential Control；以
下、単に『ＰＩＤ制御』という）によるフィードバック
制御が実行されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＤＣ（直
流）モータにおけるトルク特性は、Ｔ＝ＫT ×ｉで近似
できることが知られている。ここで、Ｔはモータトル
ク、ＫT はトルク定数、ｉはモータ電流である。即ち、
モータ電流ｉに応じてモータトルクＴがほぼ直線的に得
られることを示している。

【０００４】これに対して、電子スロットルシステムに
おいて、スロットルバルブ周辺の駆動機構を簡素化し部
品点数を減少させコストダウンを図ろうとする目的で、
アクチュエータとしてＤＣモータに替えてトルクモータ
を用いることが考えられる。このトルクモータのトルク
特性は、モータトルクＴ〔Ｎ・ｍ〕が実スロットル開度
θ〔°〕とモータ電流ｉ〔Ａ〕との関数Ｔ＝ｆ（θ，
ｉ）、即ち、図１４に示すような２次元マップにて表さ
れる。なお、図１４には、モータ電流ｉが正側のときの
実スロットル開度θとモータトルクＴとの関係のみを示
す。更に、スロットルバルブの回動軸の前段に減速ギヤ
列がない構成ではスロットル開度精度が低下することと
なる。

【０００５】したがって、トルクモータを用いた電子ス
ロットルシステムでは、ＰＩＤ制御のフィードバック制
御によってトルクモータの非線形なトルク特性等を吸収
し正確なスロットル制御をすることは無理であった。

【０００６】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、トルクモータを用いた電子ス
ロットルシステムにおけるスロットルバルブの開度の追
従安定性が向上できると共に、スロットルバルブ周辺の
駆動機構の簡素化も可能な内燃機関のスロットル制御装
置の提供を課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の内燃機関のス
ロットル制御装置によれば、目標スロットル開度と実ス
ロットル開度とに応じてトルクモータによる運動エネル
ギの収支が零となるようにトルク演算手段でトルクモー
タの要求トルクが算出される。スロットル制御手段で制
御される実スロットル開度を目標スロットル開度に一致
させるための制御量が、要求トルクと実スロットル開度
とによるモータ電流に応じて制御量演算手段で算出され
る。つまり、トルクモータを用いた電子スロットルシス
テムにおいては、部品点数が少なく機構が簡素化され、
特に、減速ギヤ列がなくなることで、目標スロットル開
度に対する実スロットル開度が慣性・摩擦等の影響を受
け易くなりオーバシュートし易くなるという傾向にあ
る。これに対処するため、目標スロットル開度と実スロ
ットル開度とに応じてトルクモータの要求トルクを算出
する際、その運動エネルギの収支が零とされる。このよ
うに、スロットル制御系におけるトルクモータによる運
動エネルギを考慮して算出される要求トルクと実スロッ
トル開度とによるモータ電流に応じて制御量が算出され
る。これにより、トルクモータの非線形なトルク特性等
が吸収され正確なスロットル制御が可能となり、目標ス
ロットル開度に対する実スロットル開度の追従安定性を
向上することができる。

【０００８】請求項２の内燃機関のスロットル制御装置
では、トルク演算手段によってスロットルバルブに与え
られる加速エネルギとブレーキエネルギとの各総量（積
分値）が相殺されることで運動エネルギの収支が零とさ
れる。これにより、目標スロットル開度の遷移状態に対
して実スロットル開度を適切に追従させることができ
る。

【０００９】請求項３の内燃機関のスロットル制御装置
では、トルク演算手段によってスロットルバルブのオー
バシュートの有無の推定に基づき運動エネルギの収支が
零、即ち、スロットルバルブに与えられる加速エネルギ
とブレーキエネルギとの各総量（積分値）が相殺され
る。これにより、実スロットル開度を目標スロットル開
度に追従させる際のスロットルバルブのオーバシュート
を抑止することができる。

【００１０】請求項４の内燃機関のスロットル制御装置
では、実スロットル開度を目標スロットル開度に追従さ
せる際、トルク演算手段でスロットルバルブがオーバシ
ュートすると推定されたときには与えられる運動エネル
ギが加速エネルギからブレーキエネルギに切換えられ
る。これにより、スロットルバルブのオーバシュートを
抑止しつつ実スロットル開度を目標スロットル開度に追
従させることができる。

【００１１】請求項５の内燃機関のスロットル制御装置
では、スロットルバルブのオーバシュートの有無が、実
スロットル開度、実スロットル開度の単位時間当たりの
変化量である実スロットル速度、目標スロットル開度が
変化してからの経過時間または目標応答時間に応じた時
間のうち少なくとも１つに基づき演算されることで適切
に推定することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。

【００１３】図１は本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関のスロットル制御装置が適用された内燃機
関及びその周辺機器を示す概略構成図である。

【００１４】図１において、内燃機関１はＶ型６気筒の
４サイクルエンジンとして構成されている。内燃機関１
の吸気通路２の上流側にはエアクリーナ３が設けられ、
エアクリーナ３の下流側には吸気量（吸入空気量）を検
出するエアフローメータ４が設置されている。また、吸
気通路２のエアフローメータ４より下流側にはスロット
ルバルブ５が設けられ、このスロットルバルブ５の回動
軸５ａに連結されたトルクモータ１９の駆動力によりス
ロットルバルブ５の開度である実スロットル開度ＴＡが
制御され、内燃機関１に供給される吸気量が調整され
る。このスロットルバルブ５の実スロットル開度ＴＡが
スロットル開度センサ１６によって検出される。なお、
アイドル時にあっても、トルクモータ１９の駆動力によ
って実スロットル開度ＴＡが制御され、これによって吸
気量ＧＮが制御され機関回転数ＮＥが目標アイドル回転
数に一致されるようにフィードバック制御される。更
に、吸気通路２はインテークマニホルド６を介して内燃
機関１の各気筒に接続され、吸気通路２からの吸入空気
がインテークマニホルド６内を経て各気筒に分配供給さ
れる。

【００１５】インテークマニホルド６には各気筒に対応
してインジェクタ７が設置され、各インジェクタ７から
噴射された燃料は、吸入空気と混合され各気筒に供給さ
れる。この混合気は吸気バルブ８の開閉に伴って各気筒
の燃焼室９内に導入され、点火プラグ１０の点火により
燃焼され、ピストン１１が押下げられクランクシャフト
１２にトルクが付与される。燃焼後の排気ガスは排気バ
ルブ１３の開閉に伴って排気通路１４を経て外部に排出
される。また、クランクシャフト１２の近接位置にはク
ランク角センサ１５が設置され、このクランク角センサ
１５からは３０°ＣＡ（Crank Angle:クランク角）毎に
パルス信号が出力される。

【００１６】２０はＥＣＵ（Electronic Control Unit:
電子制御ユニット）であり、ＥＣＵ２０はエアフローメ
ータ４によって検出された吸気量ＧＮ信号やクランク角
センサ１５によって検出された機関回転数ＮＥ信号に基
づいてインジェクタ７の駆動を制御すると共に、スロッ
トル開度センサ１６によって検出された実スロットル開
度ＴＡ信号やアクセルペダル１７の踏込量がアクセル開
度センサ１８によって検出されたアクセル開度Ａｐ信号
等に基づいてスロットルバルブ５を開閉制御するＣＰＵ
２１，ＲＯＭ２２，ＲＡＭ２３等からなるマイクロコン
ピュータを主体として構成されている。

【００１７】次に、ＥＣＵ２０及びその周辺の構成につ
いて、図１を参照し更に詳しく説明する。

【００１８】ＥＣＵ２０において、ＣＰＵ２１は吸気量
ＧＮ信号や機関回転数ＮＥ信号、更には実スロットル開
度ＴＡ信号やアクセル開度Ａｐ信号等を読込み、内燃機
関１の運転状態に応じてその都度要求されるインジェク
タ７の燃料噴射量やトルクモータ１９によるスロットル
バルブ５の目標とする指令値である目標スロットル開度
ＴＴＰ等を演算する周知の中央処理装置である。

【００１９】また、ＲＯＭ２２は所謂プログラムメモリ
として、内燃機関１の運転状態を制御するための各種制
御プログラム、即ち、燃料噴射制御プログラムやスロッ
トル制御プログラム等が予め格納されたメモリである。
ＣＰＵ２１では、このＲＯＭ２２に格納されているプロ
グラムに従って各種の演算処理を実行する。また、ＲＡ
Ｍ２３は所謂データメモリとして、各種センサの入出力
データやＣＰＵ２１による演算処理データ等が一時的に
格納されるメモリである。

【００２０】インジェクタ駆動回路２４は、吸気量ＧＮ
信号や機関回転数ＮＥ信号に基づきＣＰＵ２１を通じて
演算される燃料噴射量に対応した所定パルス幅の信号を
形成してインジェクタ７を駆動する回路である。これに
より、インジェクタ７からは演算された燃料噴射量に対
応した量の燃料が内燃機関１の各気筒に対して噴射供給
されるようになる。また、Ａ／Ｄ変換回路２７は、読込
まれる吸気量ＧＮ信号、実スロットル開度ＴＡ信号、ア
クセル開度Ａｐ信号及び冷却水温ＴＨＷ信号等をＡ／Ｄ
（アナログ−ディジタル）変換してＣＰＵ２１に出力す
るための回路である。

【００２１】そして、ＣＰＵ２１では、後述の演算処理
により、トルクモータ１９によるスロットルバルブ５の
目標スロットル開度ＴＴＰとスロットル開度センサ１６
からの実スロットル開度ＴＡとの偏差に応じて、その偏
差を縮小するためＰＷＭ（パルス幅変調）変換されたデ
ューティ比信号としての制御ＤＵＴＹ（制御量）が算出
され、モータ駆動回路３０に出力される。すると、モー
タ駆動回路３０によってＰＷＭ変換された制御電流ＤＵ
ＴＹによりトルクモータ１９が駆動され、スロットル開
度センサ１６で検出される実スロットル開度ＴＡが最終
的に目標スロットル開度ＴＴＰに一致するように調整さ
れる。

【００２２】次に、図２及び図３に基づき内燃機関のス
ロットル制御装置の構成について説明する。

【００２３】図２及び図３において、アクセルペダル１
７にはアクセル開度センサ１８が配設され、アクセルペ
ダル１７はアクセルレバー４１に連結されている。この
アクセルレバー４１は、アクセルリターンスプリング４
２ａ，４２ｂによってアクセルペダル１７の戻り方向
（時計回り方向）に付勢されている。アクセルペダル１
７が操作されない状態（アクセルＯＦＦ）では、アクセ
ルレバー４１はアクセルリターンスプリング４２ａ，４
２ｂによってアクセル全閉ストッパ４３に当接した状態
に保持される。内燃機関１の運転中は、アクセルペダル
１７の操作量に基づくアクセルレバー４１の位置がアク
セル開度センサ１８によってアクセル開度Ａｐとして検
出される。

【００２４】一方、スロットルバルブ５の回動軸５ａに
はバルブレバー４４が連結され、このバルブレバー４４
が退避走行用スプリング４５によってスロットルバルブ
５の開方向（図２の上方向）に付勢されている。このた
め、図２（ｂ）に示すモータＯＦＦ（トルクモータ１９
への電源ＯＦＦ）時には、退避走行スプリング４５によ
ってバルブレバー４４が中間レバー４７に当接した中間
ストッパ位置に保持される。このとき、中間レバー４７
は、バルブリターンスプリング４８によってスロットル
バルブ５の閉方向（図２の下方）に付勢され、中間スト
ッパ４９に当接されている。

【００２５】つまり、バルブリターンスプリング４８の
引張力は退避走行用スプリング４５の引張力よりも大き
く設定されている。したがって、図２（ｂ）に示すモー
タＯＦＦ時には、バルブリターンスプリング４８の引張
力が退避走行用スプリング４５の引張力に打勝って、中
間レバー４７が中間ストッパ４９に当接し保持され、ス
ロットルバルブ５の実スロットル開度ＴＡが中間ストッ
パ４９で規制される中間ストッパ位置（実スロットル開
度ＴＡ＝約３°）に保持される。

【００２６】一方、図２（ａ）に示す通常制御時（モー
タＯＮ時）には、アクセルペダル１７の操作量に応じて
トルクモータ１９が正転または逆転されスロットルバル
ブ５の実スロットル開度ＴＡが調整され、そのときのス
ロットルバルブ５の実スロットル開度ＴＡがスロットル
開度センサ１６によって検出される。この際、実スロッ
トル開度ＴＡを大きくする場合には、トルクモータ１９
に正側のモータ電流が供給されトルクモータ１９が正転
されることで、図２（ａ）に示すようにバルブレバー４
４がバルブリターンスプリング４８の引張力に抗して中
間レバー４７が押上げられスロットルバルブ５が開方向
に駆動される。これとは逆に、実スロットル開度ＴＡを
小さくする場合には、トルクモータ１９に負側のモータ
電流が供給されトルクモータ１９が逆転されることで、
バルブレバー４４が下降されスロットルバルブ５が閉方
向に駆動される。そして、中間レバー４７が中間ストッ
パ４９に当接されたのちのスロットルバルブ５の閉方向
の駆動では、バルブレバー４４が退避走行用スプリング
４５の引張力に抗して下降されスロットルバルブ５が全
閉ストッパ位置（実スロットル開度ＴＡ＝０°）まで閉
じると、バルブレバー４４がスロットル全閉ストッパ４
６に当接され、それ以上の回動が阻止される。

【００２７】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関のスロットル制御装置で用いられているス
ロットルバルブ５の回動軸５ａと連結されたトルクモー
タ１９の構成について図４及び図５を参照して説明す
る。なお、図５は図４のトルクモータ１９からカバー６
３を取去ってＡ方向から見た矢視図である。

【００２８】図４に示すように、吸気通路２途中に配設
されたスロットルボデー６０には軸受６１，６２を介し
てスロットルバルブ５が回動自在に支持されている。こ
のスロットルバルブ５は円板状に形成されており、回動
軸５ａにビス止めされ固定されている。そして、スロッ
トルバルブ５が回動軸５ａと共に回動されることによ
り、スロットルボデー６０の内壁により形成された吸気
流路６０ａの流路面積が調整され、吸気通路２を通過す
る吸気量が制御される。

【００２９】また、スロットルバルブ５の回動軸５ａの
一方の端部にはバルブレバー４４が圧入固定されてお
り、回動軸５ａと共に回動される。このバルブレバー４
４がスロットル全閉ストッパ４６に当接されることによ
りスロットルバルブ５の全閉位置が規定される。なお、
スロットル全閉ストッパ４６のねじ込量を変更すること
によりスロットルバルブ５の全閉位置が調整される。な
お、図４では退避走行スプリング４５等は省略されてい
る。

【００３０】そして、スロットル開度センサ１６はバル
ブレバー４４よりも更に回動軸５ａの端側に配設され、
コンタクト部１６ａ、抵抗体を塗布した基板１６ｂ及び
ハウジング１６ｃによって構成されている。コンタクト
部１６ａは回動軸５ａに圧入されており、回動軸５ａと
共に回動される。基板１６ｂはハウジング１６ｃに固定
されており、基板１６ｂに塗布された抵抗体上をコンタ
クト部１６ａが摺動される。基板１６ｂに塗布された抵
抗体には５〔Ｖ〕の一定電圧が印加されており、この抵
抗体とコンタクト部１６ａとの摺動位置がスロットルバ
ルブ５の開度に応じて変化され出力電圧値が変動され
る。このスロットル開度センサ１６からの出力電圧値が
ＥＣＵ２０に入力されスロットルバルブ５の実スロット
ル開度ＴＡが検出される。

【００３１】更に、図４及び図５に示すように、トルク
モータ１９は回転子６５、コア６９、一対のソレノイド
部７０，７５により回動軸５ａの他方の端部に連結され
ている。トルクモータ１９の端部はカバー６３により覆
われている。回転子６５は、回動軸５ａに圧入固定され
た鉄心６６及び永久磁石６７，６８により構成され、コ
ア６９の内壁により形成された収容孔６９ａに回動自在
に収容されている。鉄心６６は円筒状に形成されてお
り、回動軸５ａの他方の端部に圧入固定されている。永
久磁石６７，６８は円弧状に形成されており、鉄心６６
の外周に等間隔をあけて接着固定されている。スロット
ルバルブ５の回動範囲は通常９０°以下であるから、永
久磁石６７，６８の円弧長はスロットルバルブ５の回動
範囲内で回転子６５を回動可能なトルクが働く長さがあ
ればよい。なお、永久磁石６７，６８はネオジウム系、
サマリウム−コバルト系等の高い磁力を発生する所謂、
希土類磁石が採用されている。

【００３２】コア６９は磁性体からなる薄板が回動軸５
ａの軸方向に積層され形成されており、収容孔６９ａに
回転子６５を回動自在に収容している。コア６９は回転
子６５を取囲む周上において切目のないスロットレスに
構成されている。ソレノイド部７０，７５はそれぞれ鉄
心７１，７６にコイル７２，７７が巻回され形成されて
おり、コア６９に圧入固定されている。コイル７２，７
７にはコネクタ８０に埋設されたピン８１から制御電流
が供給される。また、バルブリターンスプリング４８
は、一方の端部が鉄心６６に固定され、他方の端部がね
じ６４に固定されており、このバルブリターンスプリン
グ４８によりスロットルバルブ５が閉側に付勢されてい
る。

【００３３】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているＥ
ＣＵ２０内のＣＰＵ２１におけるスロットル制御の処理
手順を示す図６のブロック図に基づき、図７、図８及び
図９を参照して説明する。

【００３４】図６において、まず、運動エネルギ演算処
理Ｓ１では、後述するように、各種センサ信号に基づき
設定される目標スロットル開度ＴＴＰとスロットル開度
センサ１６からの実スロットル開度ＴＡとに基づいて運
動エネルギＴK が算出される。また、摩擦トルク演算処
理Ｓ２では、目標スロットル開度ＴＴＰと実スロットル
開度ＴＡとからそのときの摩擦状態に応じて軸受６１，
６２等によるスロットル制御系の摩擦トルクが算出され
る。本実施例では、図７のマップに示すように、実スロ
ットル開度ＴＡが微分された実スロットル速度ΔＴＡに
応じて軸受６１，６２等によるスロットル制御系の摩擦
トルク〔Ｎ・ｍ〕が算出される。そして、ばねトルク演
算処理Ｓ３では、図８のマップに示すように、実スロッ
トル開度ＴＡが中間ストッパ位置より大きい開側ではバ
ルブリターンスプリング４８に対応し、また、実スロッ
トル開度ＴＡが中間ストッパ位置より小さい閉側では退
避走行用スプリング４５に対応するスロットル制御系の
ばねトルク〔Ｎ・ｍ〕が算出される。ここで、実スロッ
トル開度ＴＡに応じてばねトルクを算出するのに対し
て、更に応答性を向上させるために、目標スロットル開
度ＴＴＰまたは予測スロットル開度（＝実スロットル開
度＋実スロットル速度×所定時間）に応じてばねトルク
を算出するようにしてもよい。そして、前段で算出され
た運動エネルギＴK 、摩擦トルク及びばねトルクが加算
されトルクモータ１９の要求トルクＴR〔Ｎ・ｍ〕が算
出される。

【００３５】モータ電流演算処理Ｓ４では、図９のマッ
プに示すように、ＴR ＝ｆ（ＴＡ，ＩM ）の逆モデル式
を用いた実測値に基づき、前段で算出された要求トルク
ＴR〔Ｎ・ｍ〕をパラメータとし、各要求トルクの発生
に必要なモータ電流ＩM 〔Ａ〕が実スロットル開度ＴＡ
〔°〕に応じて算出される。ここで、マップにおける中
間値は補間演算により算出される。なお、図９（ａ）は
要求トルクＴR 〔Ｎ・ｍ〕が正側であるときの正側のモ
ータ電流ＩM 〔Ａ〕を算出するマップであり、図９
（ｂ）は要求トルクＴR 〔Ｎ・ｍ〕が負側であるときの
負側のモータ電流ＩM 〔Ａ〕を算出するマップである。
このように、モータ電流ＩM は正側と負側とでトルクモ
ータ１９における磁束の流れが相違することによって特
性が異なることがある。

【００３６】そして、電圧変換処理Ｓ５では、前段で算
出されたモータ電流ＩM 〔Ａ〕がトルクモータ１９に固
有のモータコイル抵抗及び配線（ワイヤハーネス）抵抗
等の抵抗値によって変換された変換電圧が算出される。
更に、逆起電圧演算処理Ｓ６では、前段で算出されたモ
ータ電流ＩM 〔Ａ〕及び実スロットル開度ＴＡ〔°〕に
応じて逆起電圧が算出される。そして、前段で算出され
たモータ電流ＩM の変換電圧と逆起電圧とが加算されて
トルクモータ１９の要求電圧ＶM 〔Ｖ〕が算出される。
次に、要求ＤＵＴＹ演算処理Ｓ７では、前段で算出され
た要求電圧ＶM〔Ｖ〕に（１００／ＶB ）が乗算されＰ
ＷＭ（パルス幅変調）変換されたデューティ比信号とし
てのトルクモータ１９の要求ＤＵＴＹが算出される。な
お、ＶBはトルクモータ１９の電源電圧である。

【００３７】更に、誤差補正量演算処理Ｓ８では、後述
するように、モデルと実機との誤差を補正するための補
正量が算出される。この補正量が前段で算出された要求
ＤＵＴＹに加算され制御ＤＵＴＹとされる。この制御Ｄ
ＵＴＹがモータ駆動回路３０に出力されることでトルク
モータ１９が駆動され、スロットル開度センサ１６で検
出された実スロットル開度ＴＡが最終的に目標スロット
ル開度ＴＴＰに一致するように調整される。

【００３８】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関のスロットル制御装置で用いられているト
ルクモータ１９による運動エネルギＴK （加速エネルギ
・ブレーキエネルギ）の収支について図１０のタイムチ
ャートを参照して説明する。

【００３９】図１０（ａ）に示すように、目標スロット
ル開度ＴＴＰの遷移状態に対して実スロットル開度ＴＡ
を追従させ、スロットルバルブ５をオーバシュートしな
いように停止するためには、運動エネルギＴK の収支を
零とする必要がある。即ち、加速エネルギ（加速トル
ク）の積分値である総加速エネルギとブレーキエネルギ
（ブレーキトルク）の積分値である総ブレーキエネルギ
とを等しくすることが必要である。ここで、スロットル
バルブ５に有効に働く運動エネルギＴK は、ＴK＝Ｊ×
｛ｄ（ΔＴＡ）／ｄｔ｝と表される。なお、Ｊはスロッ
トル制御系の慣性である。

【００４０】そして、図１０（ｂ）に示すように運動エ
ネルギＴK が与えられると、図１０（ｃ）に簡易的に示
すように実スロットル速度ΔＴＡが変化される。このた
め、目標スロットル開度ＴＴＰと実スロットル開度ＴＡ
との偏差Δθ、目標スロットル開度ＴＴＰに実スロット
ル開度ＴＡが一致するまでの目標応答時間Δｔが決まる
と、必要な加速エネルギ（加速トルク）が求まる。

【００４１】加速エネルギ（加速トルク）の積分値であ
る総加速エネルギは次式（１）にて表される。

【００４２】

【数１】 ∫ＴK ｄｔ＝Ｊ∫｛ｄ（ΔＴＡ）／ｄｔ｝ｄｔ＝ΔＴＡ×Ｊ×（Δｔ／２） ・・・（１） ここで、図１０（ｃ）に示すＡ点における実スロットル
速度ΔＴＡは、ΔＴＡ＝２×（Δθ／Δｔ）である。し
たがって、理想的には、目標応答時間Δｔの前半（Δｔ
／２）で加速エネルギ（加速トルク）を与え、この加速
エネルギ（加速トルク）の積分値である総加速エネルギ
分を後半（Δｔ／２）にブレーキエネルギ（ブレーキト
ルク）の積分値である総ブレーキエネルギとして差引く
ことで、スロットルバルブ５は目標応答時間Δｔで目標
スロットル開度ＴＴＰと実スロットル開度ＴＡとの偏差
Δθだけ動かされ停止されるのである。

【００４３】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているＥ
ＣＵ２０のＣＰＵ２１における運動エネルギ演算処理Ｓ
１の具体的な処理手順を示す図１１のフローチャートに
基づいて説明する。なお、この運動エネルギ演算ルーチ
ンは所定時間毎にＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて繰返し
実行される。

【００４４】図１１において、まず、ステップＳ１０１
で目標スロットル開度ＴＴＰに変化が有るかが判定され
る。ステップＳ１０１の判定条件が成立、即ち、アクセ
ル操作量等の変化により目標スロットル開度ＴＴＰに変
化が有るときにはステップＳ１０２に移行し、目標スロ
ットル開度ＴＴＰと実スロットル開度ＴＡとの偏差に応
じて目標スロットル速度ΔＴＴＰが算出される。一方、
ステップＳ１０１の判定条件が成立せず、即ち、目標ス
ロットル開度ＴＴＰに変化がないときにはステップＳ１
０２がスキップされる。

【００４５】次にステップＳ１０３に移行して、予測ス
ロットル開度ＥＴＡが次式（２）にて算出される。ここ
で、ｔは目標スロットル開度ＴＴＰが変化してからの経
過時間または目標応答時間Δｔの半分の時間（Δｔ／
２）である。

【００４６】

【数２】 ＥＴＡ＝ＴＡ＋ΔＴＡ×ｔ ・・・（２） 次にステップＳ１０４に移行して、目標スロットル開度
ＴＴＰがステップＳ１０３で算出された予測スロットル
開度ＥＴＡ以上であるかが判定される。ステップＳ１０
４の判定条件が成立、即ち、目標スロットル開度ＴＴＰ
が予測スロットル開度ＥＴＡ以上と大きいときにはステ
ップＳ１０５に移行し、運動エネルギが不足気味である
として加速トルクＴACC が次式（３）にて算出される。
そして、算出された加速トルクＴACC が運動エネルギＴ
K とされ、本ルーチンを終了する。

【００４７】

【数３】 ＴACC ＝（ΔＴＴＰ−ΔＴＡ）×Ｊ ・・・（３） 一方、ステップＳ１０４の判定条件が成立せず、即ち、
目標スロットル開度ＴＴＰが予測スロットル開度ＥＴＡ
未満と小さいときにはステップＳ１０６に移行し、運動
エネルギが超過しているとしてブレーキトルクＴBRA が
次式（４）にて算出される。ここで、Ｋはブレーキ補正
係数であり、目標応答時間Δｔの半分の時間（Δｔ／
２）で運動エネルギの収支を零にすればよいことから、
演算周期をｔs とするとＫ＝（２／Δｔ）×ｔs とな
る。そして、算出されたブレーキトルクＴBRA の符号を
換えたものが運動エネルギＴK とされ、本ルーチンを終
了する。

【００４８】

【数４】 ＴBRA ＝ΔＴＡ×Ｊ×（Δｔ／２）×Ｋ ・・・（４） このように、オーバシュートの有無を推定しながら運動
エネルギＴK が算出され、オーバシュートしないと推定
されるときには加速トルクＴACC 、オーバシュートする
と推定されるときにはブレーキトルクＴBRA が付与され
運動エネルギＴK の収支が零にされるのである。なお、
上述のステップＳ１０４の判定条件を目標スロットル開
度ＴＴＰが予測スロットル開度ＥＴＡに係数αを掛けた
値以上であるかと変更して、スロットルバルブ５が止ま
れる限界の値になるように係数αを調整するようにして
もよい。

【００４９】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているＥ
ＣＵ２０のＣＰＵ２１における運動エネルギ演算処理Ｓ
１の具体的な処理手順の変形例を示す図１２のフローチ
ャートに基づいて説明する。なお、この運動エネルギ演
算ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１に
て繰返し実行される。

【００５０】図１２において、まず、ステップＳ２０１
で目標スロットル開度ＴＴＰと実スロットル開度ＴＡと
の偏差に応じて目標スロットル速度ΔＴＴＰが算出され
る。次にステップＳ２０２に移行して、予測スロットル
開度ＥＴＡが上式（２）にて同様に算出される。次にス
テップＳ２０３に移行して、加速トルクＴACC が上式
（３）にて同様に算出される。次にステップＳ２０４に
移行して、目標スロットル開度ＴＴＰがステップＳ２０
２で算出された予測スロットル開度ＥＴＡ以上であるか
が判定される。ステップＳ２０４の判定条件が成立、即
ち、目標スロットル開度ＴＴＰが予測スロットル開度Ｅ
ＴＡ以上と大きいときにはステップＳ２０５に移行し、
未だ運動エネルギのうちの加速トルクＴACC が不足気味
であるとしてブレーキトルクＴBRA が零とされる。

【００５１】一方、ステップＳ２０４の判定条件が成立
せず、即ち、目標スロットル開度ＴＴＰが予測スロット
ル開度ＥＴＡ未満と小さいときにはステップＳ２０６に
移行し、運動エネルギが超過しているとしてブレーキト
ルクＴBRA が上式（４）にて同様に算出される。このの
ちステップＳ２０７に移行し、ステップＳ２０３で算出
された加速トルクＴACC からステップＳ２０５またはス
テップＳ２０６で算出されたブレーキトルクＴBRA が減
算されて運動エネルギＴK が算出され、本ルーチンを終
了する。

【００５２】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているＥ
ＣＵ２０内のＣＰＵ２１における誤差補正量演算処理Ｓ
８の具体的な処理手順を示す図１３のフローチャートに
基づいて説明する。なお、この誤差補正量演算ルーチン
は所定時間毎にＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて繰返し実
行される。

【００５３】図１３において、ステップＳ３０１では、
目標スロットル開度ＴＴＰが実スロットル開度ＴＡを越
えているかが判定される。ステップＳ３０１の判定条件
が成立、即ち、目標スロットル開度ＴＴＰが実スロット
ル開度ＴＡを越えて大きいときにはステップＳ３０２に
移行し、実スロットル開度ＴＡが目標スロットル開度Ｔ
ＴＰに接近中であるかが判定される。ステップＳ３０２
の判定条件が成立せず、即ち、実スロットル開度ＴＡと
目標スロットル開度ＴＴＰとの偏差が縮小することなく
変化せずまたは逆に拡大しているときにはステップＳ３
０３に移行し、誤差補正量としての前回のオフセット電
流Ｉoffsetに所定電流としてのΔＩoffsetが加算され今
回のオフセット電流Ｉoffsetとされ、本ルーチンを終了
する。

【００５４】一方、ステップＳ３０１の判定条件が成立
せず、即ち、目標スロットル開度ＴＴＰが実スロットル
開度ＴＡ以下であるときにはステップＳ３０４に移行
し、目標スロットル開度ＴＴＰが実スロットル開度ＴＡ
に等しいかが判定される。ステップＳ３０４の判定条件
が成立、即ち、目標スロットル開度ＴＴＰが実スロット
ル開度ＴＡに等しいときにはステップＳ３０５に移行
し、誤差補正量としての前回のオフセット電流Ｉoffset
がそのまま今回のオフセット電流Ｉoffsetとされ、本ル
ーチンを終了する。

【００５５】一方、ステップＳ３０４の判定条件が成立
せず、即ち、目標スロットル開度ＴＴＰが実スロットル
開度ＴＡ未満であるときにはステップＳ３０６に移行
し、実スロットル開度ＴＡが目標スロットル開度ＴＴＰ
に接近中であるかが判定される。ステップＳ３０６の判
定条件が成立せず、即ち、実スロットル開度ＴＡと目標
スロットル開度ＴＴＰとの偏差が縮小することなく変化
せずまたは逆に拡大しているときにはステップＳ３０７
に移行し、誤差補正量としての前回のオフセット電流Ｉ
offsetから所定電流としてのΔＩoffsetが減算され今回
のオフセット電流Ｉoffsetとされ、本ルーチンを終了す
る。なお、ステップＳ３０２またはステップＳ３０６の
判定条件が成立、即ち、実スロットル開度ＴＡと目標ス
ロットル開度ＴＴＰとの偏差が縮小しているときにはス
テップＳ３０５に移行し、上述したように、誤差補正量
としての前回のオフセット電流Ｉoffsetがそのまま今回
のオフセット電流Ｉoffsetとされ、本ルーチンを終了す
る。

【００５６】このように、本実施例の内燃機関のスロッ
トル制御装置は、各種センサ信号に基づき設定されるス
ロットルバルブ５の目標とする目標スロットル開度ＴＴ
Ｐと実際のスロットルバルブ５の開度である実スロット
ル開度ＴＡとに応じてトルクモータ１９の要求トルクＴ
R を算出する際、トルクモータ１９による運動エネルギ
ＴK の収支を零とするＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達
成されるトルク演算手段と、前記トルク演算手段で算出
される要求トルクＴR と実スロットル開度ＴＡとから算
出されるモータ電流ＩM とに応じて実スロットル開度Ｔ
Ａを目標スロットル開度ＴＴＰに一致させるための制御
量としての制御ＤＵＴＹを算出するＥＣＵ２０内のＣＰ
Ｕ２１にて達成される制御量演算手段と、前記制御量演
算手段で算出される制御ＤＵＴＹによりトルクモータ１
９を駆動し、実スロットル開度ＴＡを制御するＥＣＵ２
０内のＣＰＵ２１及びモータ駆動回路３０にて達成され
るスロットル制御手段とを具備するものである。

【００５７】つまり、トルクモータ１９を用いた電子ス
ロットルシステムにおいては、部品点数が少なく機構が
簡素化され、特に、減速ギヤ列がなくなることで、目標
スロットル開度ＴＴＰに対する実スロットル開度ＴＡが
慣性・摩擦等の影響を受け易くなりオーバシュートし易
くなるという傾向にある。これに対処するため、目標ス
ロットル開度ＴＴＰと実スロットル開度ＴＡとに応じて
トルクモータ１９の要求トルクを算出する際、その運動
エネルギＴK の収支が零とされる。このように、スロッ
トル制御系におけるトルクモータ１９による運動エネル
ギＴK を考慮して算出される要求トルクＴR と実スロッ
トル開度ＴＡとによるモータ電流ＩM に応じて制御ＤＵ
ＴＹが算出される。これにより、トルクモータ１９の非
線形なトルク特性等が吸収され正確なスロットル制御が
可能となり、目標スロットル開度ＴＴＰに対する実スロ
ットル開度ＴＡの追従安定性を向上することができる。

【００５８】また、本実施例の内燃機関のスロットル制
御装置は、ＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成されるト
ルク演算手段が加速エネルギとしての加速トルクＴACC
の積分値である総加速エネルギをブレーキエネルギとし
てのブレーキトルクＴBRA の積分値である総ブレーキエ
ネルギに等しくすることで運動エネルギＴK の収支を零
とするものである。即ち、スロットルバルブ５に与えら
れる加速トルクＴACCとブレーキトルクＴBRA との各総
量が相殺されることで運動エネルギＴK の収支が零とさ
れる。これにより、目標スロットル開度ＴＴＰの遷移状
態に対して実スロットル開度ＴＡを適切に追従させるこ
とができる。

【００５９】そして、本実施例の内燃機関のスロットル
制御装置は、ＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成される
トルク演算手段がスロットルバルブ５のオーバシュート
の有無の推定に応じて運動エネルギＴK の収支を零とす
るものである。つまり、スロットルバルブ５のオーバシ
ュートの有無の推定に基づきスロットルバルブ５に与え
られる加速トルクＴACC とブレーキトルクＴBRA との各
総量が相殺される。これにより、実スロットル開度ＴＡ
を目標スロットル開度ＴＴＰに追従させる際のスロット
ルバルブ５のオーバシュートを抑止することができる。

【００６０】更に、本実施例の内燃機関のスロットル制
御装置は、ＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成されるト
ルク演算手段でスロットルバルブ５がオーバシュートす
ると推定されるときには、運動エネルギＴK を加速エネ
ルギとしての加速トルクＴACC からブレーキエネルギと
してのブレーキトルクＴBRA に切換えるものである。つ
まり、実スロットル開度ＴＡを目標スロットル開度ＴＴ
Ｐに追従させる際、スロットルバルブ５がオーバシュー
トすると推定されたときには与えられる運動エネルギＴ
K が加速トルクＴACC からブレーキトルクＴBRA に切換
えられる。これにより、スロットルバルブ５のオーバシ
ュートを抑止しつつ実スロットル開度ＴＡを目標スロッ
トル開度ＴＴＰに追従させることができる。

【００６１】また、本実施例の内燃機関のスロットル制
御装置は、スロットルバルブ５のオーバシュートの有無
が実スロットル開度ＴＡ、実スロットル開度ＴＡの単位
時間当たりの変化量である実スロットル速度ΔＴＡ、目
標スロットル開度ＴＴＰが変化してからの経過時間ｔま
たは目標応答時間Δｔに応じた時間のうち少なくとも１
つによって推定されるものである。即ち、実スロットル
開度ＴＡ、実スロットル開度ＴＡの単位時間当たりの変
化量である実スロットル速度ΔＴＡ、目標スロットル開
度ＴＴＰが変化してからの経過時間ｔまたは目標応答時
間Δｔに応じた時間に基づく演算によりスロットルバル
ブ５のオーバシュートの有無を適切に推定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関のスロットル制御装置が適用された内燃機関
及びその周辺機器を示す概略構成図である。

【図２】 図２は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関のスロットル制御装置の要部構成を示す模式
図である。

【図３】 図３は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関のスロットル制御装置の要部構成を示す斜視
図である。

【図４】 図４は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関のスロットル制御装置で用いられているスロ
ットルバルブの回動軸と連結されたトルクモータの構成
を示す断面図である。

【図５】 図５は図４のトルクモータからカバーを取去
ってＡ方向から見た矢視図である。

【図６】 図６は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関のスロットル制御装置で使用されているＥＣ
Ｕ内のＣＰＵにおけるスロットル制御の処理手順を示す
ブロック図である。

【図７】 図７は図６の摩擦トルク演算処理における実
スロットル速度から摩擦トルクを算出するマップであ
る。

【図８】 図８は図６のばねトルク演算処理における実
スロットル開度からばねトルクを算出するマップであ
る。

【図９】 図９は図６のモータ電流演算処理における実
スロットル開度及び要求トルクからモータ電流を算出す
るマップである。

【図１０】 図１０は本発明の実施の形態の一実施例に
かかる内燃機関のスロットル制御装置で用いられている
トルクモータによる運動エネルギの収支を説明するタイ
ムチャートである。

【図１１】 図１１は図６の運動エネルギ演算処理の具
体的な処理手順を示すフローチャートである。

【図１２】 図１２は図６の運動エネルギ演算処理の具
体的な処理手順の変形例を示すフローチャートである。

【図１３】 図１３は図６の誤差補正量演算処理の具体
的な処理手順を示すフローチャートである。

【図１４】 図１４は従来のスロットル制御装置でトル
クモータを用いスロットルバルブを駆動するときの実ス
ロットル開度とモータトルクとの関係をモータ電流をパ
ラメータとして示す特性図である。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ５ スロットルバルブ １６ スロットル開度センサ １８ アクセル開度センサ １９ トルクモータ ２０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種センサ信号に基づき設定されるスロ
   ットルバルブの目標とする目標スロットル開度と実際の
   前記スロットルバルブの開度である実スロットル開度と
   に応じてトルクモータの要求トルクを算出する際、前記
   トルクモータによる運動エネルギの収支を零とするトル
   ク演算手段と、 前記トルク演算手段で算出される前記要求トルクと前記
   実スロットル開度とから算出されるモータ電流とに応じ
   て前記実スロットル開度を前記目標スロットル開度に一
   致させるための制御量を算出する制御量演算手段と、 前記制御量演算手段で算出される前記制御量により前記
   トルクモータを駆動し、前記実スロットル開度を制御す
   るスロットル制御手段とを具備することを特徴とする内
   燃機関のスロットル制御装置。
2. 【請求項２】 前記トルク演算手段は、加速エネルギの
   積分値である総加速エネルギをブレーキエネルギの積分
   値である総ブレーキエネルギに等しくすることで前記運
   動エネルギの収支を零とすることを特徴とする請求項１
   に記載の内燃機関のスロットル制御装置。
3. 【請求項３】 前記トルク演算手段は、前記スロットル
   バルブのオーバシュートの有無の推定に応じて前記運動
   エネルギの収支を零とすることを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載の内燃機関のスロットル制御装置。
4. 【請求項４】 前記トルク演算手段は、前記スロットル
   バルブがオーバシュートすると推定されるときには、前
   記運動エネルギを加速エネルギからブレーキエネルギに
   切換えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の
   スロットル制御装置。
5. 【請求項５】 前記スロットルバルブのオーバシュート
   の有無は、前記実スロットル開度、前記実スロットル開
   度の単位時間当たりの変化量である実スロットル速度、
   前記目標スロットル開度が変化してからの経過時間また
   は目標応答時間に応じた時間のうち少なくとも１つによ
   って推定されることを特徴とする請求項３または請求項
   ４に記載の内燃機関のスロットル制御装置。