JP2005133624A - 電子制御スロットル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
信頼性が向上し、モータに対するダメージもなく、メカの衝突音・衝撃エネルギを低減できる電子制御スロットル制御装置を提供することにある。
【解決手段】
電子スロットボディ１００は、スロットルボディ１に回動可能に支持されたスロットルバルブ２を駆動するモータ５と、スロットルバルブ２が全開方向に戻るように付勢力を与える単一のリターンスプリング１１と、スロットルバルブ２の開度を検出するスロットルポジションセンサ１０とを有する。スロットルアクチュエータコントロールユニット２００の制御部２１８は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了した際に、リターンスプリング１１のみによってスロットルバルブ２が全開方向に移動する時間よりも長い時間で前記スロットルバルブが全開方向に移動するように、スロットルバルブ２が全開方向に徐々に移動するような目標角度となる制御信号をモータ５に与えて、オープンループ制御する。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、車載用エンジンの吸入空気量を電気的に制御する電子制御スロットル装置に係り、特に、ディーゼルエンジンに装着して用いるに好適な電子制御スロットル装置に関する。

従来からガソリンエンジンでは、吸入空気量をアクチュエータ（例えば、直流モータ、トルクモータ、ステッピングモータ）により最適に駆動制御する電子制御スロットル装置が使用されている。この電子制御スロットル装置は、アクセルペダルの踏込み量やエンジンの運転状態により算出された目標開度に一致するように、アクチュエータでスロットルバルブ位置を動かし、その挙動をスロットルポジションセンサで検出し、フィードバック制御しながら位置補正をするものである。

従来の電子制御スロットル装置の構成は、例えば、特開平１０−３０６７５号公報に記載されるように、スロットルバルブ位置を制御するアクチュエータを備えた駆動機構と、スロットルバルブ位置を検出するスロットルポジションセンサとが備えられ、これらはシールされた空間内に配され、センサ及びアクチュエータの配線を集約化した構造のものが知られている。

また、スロットルの位置制御は、例えば、特開平７−３３２１３６号公報に記載されるように、スロットルバルブの実開度と目標開度の偏差に応じた制御量をＰＩＤ制御等の手法を用いて演算し、求められた制御量をパルス駆動のオンタイムとオフタイムの比であるデューティー比に変換し、Ｈブリッジ回路を介してＰＷＭ信号を直流モータに供給し、モータがトルクを発生し、その発生トルクでギア、スロットルシャフトを介してスロットルバルブが駆動することで位置制御するものが知られている。

上述の電子制御スロットル装置は、いずれも、ガソリンエンジン用電子制御スロットル装置であるが、昨今ＥＧＲ効率向上，ディーゼリング改善等を目的に、ディーゼルエンジンに電子制御スロットル装置が適用されつつある。ディーゼルエンジン用電子制御スロットル装置は、ガソリンエンジン用と異なり、主にＥＧＲ効率向上、吸気を絞ることで排気温を上げＤＰＦ（Diesel Particuler Filter）内のすすを燃焼させることを目的に制御を行うため、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御を行っていないときはモータ制御を止め、スロットルバルブ位置は全開位置にある。したがって、１）全開位置に長い時間保持されていること、２）モータ制御を行っている状態から止めた状態、もしくはその逆の状態が存在すること、また、３）暴走モードが無いためにモータ通電Ｏｆｆ時には任意の開度で一定空気量を供給するデフォルト機構がいらない点が大きく異なる。

ディーゼルエンジン用電子制御スロットル装置は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了すると空気流量を制御する必要が無くなり、モータ通電ＯＦＦし、リターンスプリングで最も圧力損失の少ない全開位置にスロットルバルブを戻すことになる。つまり常に制御しつづけているガソリンエンジン用の電子制御スロットル装置とは異なり、必ず制御状態から制御を止める状態、もしくは制御を止めた状態から制御を開始する状態が存在する。

先ず制御状態から制御を止める状態について考えると、第１の問題として、制御を止めた時に単純にモータの通電ＯＦＦまたは印加デューティーを０％にし、スロットルバルブ位置を開き方向に付勢されたリターンスプリング力のみで全開位置まで戻す仕様とすると、全開ストッパと駆動機構部品が激しく衝突し、衝突音の発生及び衝撃荷重によるメカ部品の寿命低下という問題が発生する。

それに対して、例えば、特開２００２−２５６８９２号公報に記載のように、全開ストッパとギア間に干渉機構を設け、メカ的に衝突による問題を回避しようとする電子制御スロットル装置が知られている。

また、例えば、特開２００３−２１４１９６号公報に記載されるように、予め設定してある所定値を任意の時間モータに印加することにより、通常制御時よりもモータを低速で動かして、制御的に衝突による問題を回避しようとする電子制御スロットル装置が知られている。

特開平１０−３０６７５公報

特開平７−３３２１３６公報

特開２００２−２５６８９２号公報

特開２００３−２１４１９６

しかしながら、特開２００２−２５６８９２号公報に記載の方式では、緩衝機構分のコストアップ、緩衝機構が劣化した際の効果低減及び部品数増加による信頼性の低下という問題がある。

また、特開２００３−２１４１９６号公報に記載の方式では、予め設定してある所定値を任意の時間モータに印加する制御であるため、製品個々の応答時間等のバラツキを吸収できず、スロットルバルブが全開位置に戻ってきてもモータを動かす制御を行いつづける可能性があり、過電流でモータにダメージを与えたり、それによる過荷重がメカ部品に加わりメカ部品にダメージを与える恐れがあるという問題がある。

本発明の目的は、信頼性が向上し、モータやメカ部品に対するダメージもなく、メカの衝突音・衝撃エネルギを低減できる電子制御スロットル制御装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、スロットルボディに回動可能に支持されたスロットルバルブを駆動するアクチュエータと、前記スロットルバルブが全開方向に戻るように付勢力を与える単一のリターンスプリングと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサとを有する電子スロットルボディと、前記スロットルポジションセンサにより検出された前記スロットルバルブの開度と目標開度とに応じて、前記アクチュエータを駆動するスロットルアクチュエータコントロールユニットとを有する電子制御スロットル装置であって、前記スロットルアクチュエータコントロールユニットは、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了した際に、前記リターンスプリングのみによって前記スロットルバルブが全開方向に移動する時間よりも長い時間で前記スロットルバルブが全開方向に移動するように前記アクチュエータを制御する制御手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、信頼性が向上し、モータやメカ部品に対するダメージもなく、メカの衝突音・衝撃エネルギを低減し得るものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記スロットルバルブが全開方向に徐々に移動するような目標角度となる制御信号を前記アクチュエータに与えて、オープンループ制御するようにしたものである。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記制御手段は、前記アクチュエータに与えるデューティ信号のデューティを徐々に減らすようにしたものである。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了すると、前記アクチュエータの制御状態と非制御状態とを繰り返えすようにしたものである。

（５）上記（４）において、好ましくは、前記制御手段は、前記制御状態において、前記アクチュエータを回生制動状態で制御するようにしたものである。

（６）上記（４）において、好ましくは、前記制御手段は、前記非制御状態において、前記アクチュエータへの通電を遮断するようにしたものである。

（７）上記（６）において、好ましくは、前記制御手段は、前記アクチュエータに与えるデューティ信号のデューティを０％にするようにしたものである。

（８）上記（４）において、好ましくは、前記制御手段は、スロットルポジションセンサ等の自己診断結果が異常の場合には、前記アクチュエータへの通電を遮断するようにしたものである。

（９）上記（４）において、好ましくは、前記制御手段は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了と判定された後、所定時間の間、前記スロットルバルブの開度を、全開点近傍の位置に所定時間保持するように制御した後、前記アクチュエータの前記制御状態と前記非制御状態とを繰り返えすようにしたものである。

（１０）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了と判定された後、所定時間の間、前記スロットルバルブの開度を、全開点近傍の位置に所定時間保持するように制御した後、前記アクチュエータを非制御状態とするようにしたものである。

（１１）上記（１０）において、好ましくは、前記制御手段は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了と判定された後、所定時間の間、前記スロットルバルブの開度を、全開点近傍の位置に所定時間保持するように制御した後、前記アクチュエータの制御状態と前記非制御状態とを繰り返えすようにしたものである。

（１２）上記（１０）において、好ましくは、前記制御手段は、前記スロットルバルブの目標開度が所定目標開度を超えること、且つ、前記目標開度の変化量が所定開度変化量以下であること、且つ目標開度が所定開度以上でその変化量が所定開度変化量以下でという状態が所定時間以上継続した場合に、前記ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了と判定するようにしたものである。

（１３）上記（１１）において、好ましくは、前記制御手段は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御の終了と判定した後、前記３つの条件の内少なくとも一つが満たされない場合に、再びアクチュエータ制御を開始するようにしたものである。

（１４）上記（１）において、好ましくは、前記電子スロットルボディは、前記アクチュエータの出力軸に固定された第１のギアと、前記スロットルバルブを支持するスロットルシャフトに固定された第２のギアと、前記第１のギアから前記第２のギアの駆動力を伝達する中間ギアを備え、さらに、前記中間ギアと、この中間ギアを支持する前記スロットルボディとの間に、耐摩耗性部材のワッシャを備えるようにしたものである。

（１５）上記目的を達成するために、本発明は、スロットルボディに回動可能に支持されたスロットルバルブを駆動するアクチュエータと、前記スロットルバルブが全開方向に戻るように付勢力を与える単一のリターンスプリングと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサとを有する電子スロットルボディと、前記スロットルポジションセンサにより検出された前記スロットルバルブの開度と目標開度とに応じて、前記アクチュエータを駆動するスロットルアクチュエータコントロールユニットとを有する電子制御スロットル装置であって、前記スロットルアクチュエータコントロールユニットは、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了した際に、前記リターンスプリングのみによって前記スロットルバルブが全開方向に移動する時間よりも長い時間で前記スロットルバルブが全開方向に移動するように、前記スロットルバルブが全開方向に徐々に移動するような目標角度となる制御信号を前記アクチュエータに与えて、オープンループ制御する制御手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、信頼性が向上し、モータやメカ部品に対するダメージもなく、メカの衝突音・衝撃エネルギを低減し得るものとなる。

（１６）上記目的を達成するために、本発明は、スロットルボディに回動可能に支持されたスロットルバルブを駆動するアクチュエータと、前記スロットルバルブが全開方向に戻るように付勢力を与える単一のリターンスプリングと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサとを有する電子スロットルボディと、前記スロットルポジションセンサにより検出された前記スロットルバルブの開度と目標開度とに応じて、前記アクチュエータを駆動するスロットルアクチュエータコントロールユニットとを有する電子制御スロットル装置であって、前記スロットルアクチュエータコントロールユニットは、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了した際に、前記リターンスプリングのみによって前記スロットルバルブが全開方向に移動する時間よりも長い時間で前記スロットルバルブが全開方向に移動するように、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了すると、前記アクチュエータの制御状態と非制御状態とを繰り返えす制御手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、信頼性が向上し、モータやメカ部品に対するダメージもなく、メカの衝突音・衝撃エネルギを低減し得るものとなる。

（１７）上記目的を達成するために、本発明は、スロットルボディに回動可能に支持されたスロットルバルブを駆動するアクチュエータと、前記スロットルバルブが全開方向に戻るように付勢力を与える単一のリターンスプリングと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサとを有する電子スロットルボディと、前記スロットルポジションセンサにより検出された前記スロットルバルブの開度と目標開度とに応じて、前記アクチュエータを駆動するスロットルアクチュエータコントロールユニットとを有する電子制御スロットル装置であって、前記スロットルアクチュエータコントロールユニットは、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了した際に、前記リターンスプリングのみによって前記スロットルバルブが全開方向に移動する時間よりも長い時間で前記スロットルバルブが全開方向に移動するように、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了と判定された後、所定時間の間、前記スロットルバルブの開度を、全開点近傍の位置に所定時間保持するように制御した後、前記アクチュエータの前記制御状態と前記非制御状態とを繰り返えす制御手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、信頼性が向上し、モータやメカ部品に対するダメージもなく、メカの衝突音・衝撃エネルギを低減し得るものとなる。

（１８）上記目的を達成するために、本発明は、スロットルボディに回動可能に支持されたスロットルバルブを駆動するアクチュエータと、前記スロットルバルブが全開方向に戻るように付勢力を与える単一のリターンスプリングと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサとを有する電子スロットルボディと、前記スロットルポジションセンサにより検出された前記スロットルバルブの開度と目標開度とに応じて、前記アクチュエータを駆動するスロットルアクチュエータコントロールユニットとを有する電子制御スロットル装置であって、前記スロットルアクチュエータコントロールユニットは、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了した際に、前記リターンスプリングのみによって前記スロットルバルブが全開方向に移動する時間よりも長い時間で前記スロットルバルブが全開方向に移動するように、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了と判定された後、所定時間の間、前記スロットルバルブの開度を、全開点近傍の位置に所定時間保持するように制御した後、前記アクチュエータを非制御状態とする制御手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、信頼性が向上し、モータやメカ部品に対するダメージもなく、メカの衝突音・衝撃エネルギを低減し得るものとなる。

（１９）上記目的を達成するために、本発明は、スロットルボディに回動可能に支持されたスロットルバルブを駆動するアクチュエータと、前記スロットルバルブが全開方向に戻るように付勢力を与える単一のリターンスプリングと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサとを有する電子スロットルボディと、前記スロットルポジションセンサにより検出された前記スロットルバルブの開度と目標開度とに応じて、前記アクチュエータを駆動するスロットルアクチュエータコントロールユニットとを有する電子制御スロットル装置であって、前記電子スロットルボディは、前記アクチュエータの出力軸に固定された第１のギアと、前記スロットルバルブを支持するスロットルシャフトに固定された第２のギアと、前記第１のギアから前記第２のギアの駆動力を伝達する中間ギアを備え、さらに、前記中間ギアと、この中間ギアを支持する前記スロットルボディとの間に、耐摩耗性部材のワッシャを備えるようにしたものである。

本発明によれば、信頼性が向上し、モータやメカ部品に対するダメージもなく、メカの衝突音・衝撃エネルギを低減できるものとなる。

以下、図１〜図１５を用いて、本発明の第１の実施形態によるディーゼルエンジン用の電子制御スロットル装置の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による電子制御スロットル装置のシステム構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置のシステム構成図である。

本実施形態による電子制御スロットル装置は、電子スロットルボディ（ＥＴＢ）１００と、スロットルアクチュエータコントロールユニット（ＴＡＣＵ）２００とから構成されている。電子スロットルボディ（ＥＴＢ）１００は、スロットルボディに中に回転可能に支持されたスロットルバルブや、このスロットルバルブを駆動するモータ等のアクチュエータから構成されている。その詳細構成については、図４〜図１１を用いて後述する。

スロットルアクチュエータコントロールユニット（ＴＡＣＵ）２００は、電子スロットルボディ（ＥＴＢ）１００のスロットルバルブの開度が、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３００から与えられるスロットルバルブの目標開度となるように制御するユニットである。ＴＡＣＵ２００は、ＥＣＵ３００から与えられる目標開度に対して、ＥＴＢ１００のスロットルバルブを回動するためのモータ制御デューティ信号をＥＴＢ１００に出力する。このデューティ信号によって回動されたスロットルバルブの開度は、スロットルポジションセンサによって検出され、スロットルセンサ出力として、ＴＡＣＵ２００に供給される。ＴＡＣＵ２００は、通常の制御状態においては、目標開度とスロットルセンサ出力が一致するように、スロットルバルブの開度をフィードバック制御する。ＴＡＣＵ２００の構成および動作については、図４〜図１１を用いて後述する。

次に、図２および図３を用いて、本実施形態による電子制御スロットル装置におけるスロットルバルブの開度について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置におけるスロットルバルブの開度特性の説明図である。そして、図２（Ａ）は、スロットルバルブの開度の静的特性の説明図であり、図２（Ｂ）は、スロットルバルブの開度の動的特性の説明図である。

最初に、図２（Ａ）により、スロットルバルブの開度の静的特性について説明する。図２（Ａ）において、横軸はＴＡＣＵ２００からＥＴＢ１００に供給されるモータ制御デューティ信号のデューティを示し、縦軸はスロットルバルブの開度を示している。スロットルバルブは、後述するように、リターンスプリングによって開き方向に付勢力が与えられている。したがって、デューティが０％のとき，すなわち、モータに電流が流れていない時は、スロットルバルブはリターンスプリングによって開き方向に戻されるため、スロットルバルブの開度は最大となっている。

デューティが０％〜Ｘ１％の間では、モータに駆動力が発生するが、リターンスプリングの付勢力よりは小さいため、スロットルバルブの開度は最大に維持される。デューティがＸ１％〜Ｘ２％まで増加すると、モータに駆動力が、リターンスプリングの付勢力よりも大きくなり、スロットルバルブの開度は徐々に最小に向かって減少し、デューティＸ２％でスロットルバルブの開度は最小となる。そして、デューティＸ２％以上では、スロットルバルブの開度は最小に維持される。デューティＸ１％，Ｘ２％の値は、リターンスプリングの付勢力やモータが発生する駆動力によって異なるが、例えば、Ｘ１％＝１５％であり、Ｘ２％＝３０％である。したがって、例えば、デューティ２２．５％（＝（１５＋３０）／２）のモータ制御信号がモータに与えられると、スロットルバルブの開度は、最大と最小の中間位置に保持される。

以上は、デューティとスロットルバルブの開度の静的な関係を示している。一方、スロットルバルブの開度のある開度から別の開度に変更するときは、図２（Ｂ）に示す動的な特性を用いている。図２（Ｂ）の横軸は時間を示し、上側の縦軸は開度を示し、下側の縦軸はデューティを示している。ここで、例えば、図２（Ｂ）の上側に示すように、スロットルバルブの開度を最大から最小に変更する場合、図２（Ｂ）の下側に示すように、時刻ｔ１において、デューティ１００％の信号をＴ１時間継続して出力し、速やかに、スロットルバルブの開度を最大から最小方向に移動する。そして、Ｔ１時間経過後、デューティ−Ｙ１％の信号をＴ２時間継続して出力する。ここで、デューティの符号がマイナスということは、モータに通電する電流の方向が逆であり、モータが逆方向に回転駆動されることを示している。すなわち、デューティ１００％の信号を供給して、スロットルバルブの開度を最小方向に高速で駆動するとともに、Ｔ１時間後には、モータの回転方向が逆方向となるような信号を供給して、ブレーキをかけることにより、素早く目標開度に接近させる。その後は、スロットセンサの出力開度と目標開度が一致するように、デューティを変化させて、フィードバック制御する。時間Ｔ１，Ｔ２および−Ｙ１％の具体的な値は、制御系によって異なるが、例えば、最大から最小開度まで１００ｍｓの応答時間で移動しようとする場合、Ｔ１＝３０〜５０ｍｓであり、−Ｙ１＝−１００％であり、Ｔ２＝３〜６ｍｓである。これらのＴ１，Ｔ２，Ｙ１の値は、ＰＩＤ演算により求めるものであり、ＰＩＤ演算の制御定数によって変わる値である。

次に、図３を用いて、本実施形態による電子制御スロットル装置におけるスロットルバルブの開度の定義について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置におけるスロットルバルブ開度の定義の説明図である。

スロットルバルブの開度には、「制御開度」と、「メカ開度」の２つの開度がある。図２で説明した開度は、制御開度である。制御開度は、ＴＡＣＵ２００によって制御される対象の開度であり、最小開度〜最大開度を、例えば、０〜１００％とする。０％が制御全閉状態であり、１００％が制御全開状態である。０〜１００％の範囲を、スロットル開度制御領域と称する。

一方、このＥＴＢ１００は、スロットルバルブの開度を機械的に制限するための２個のストッパを備えている。スロットルバルブが最小側ストッパに係止して停止する位置がメカ全閉である。スロットルバルブが最大側ストッパに係止して停止する位置がメカ全開である。メカ全閉〜メカ全開の範囲を、スロットル回動領域と称する。スロットル回動領域は、図３に示すように、スロットル開度制御領域よりも広い範囲である。

また、各開度を物理的な角度で例示すると、例えば、次のようになる。ここで、スロットバルブが空気の流れに対して直角になる位置を０°とすると、メカ全閉Ｚ１は、例えば６．５°であり、制御全閉Ｚ２は、例えば７°である。また、制御全開Ｚ３は、例えば、９０°であり、メカ全開Ｚ４は、例えば９３°である。

さらに、図３に示すように、スロットル全開制御領域の中に、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御領域（Ｖ１〜Ｖ２）が存在する。すなわち、ＥＣＵ３００からＴＡＣＵ２００に与えられる目標開度がＶ１〜Ｖ２の範囲にあるときは、ＴＡＣＵ２００は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が行われていると判断することができる。制御領域（０〜１００％）に対して、例えば、Ｖ１は１０％であり、Ｖ２は８０％である。

次に、図４〜図１１を用いて、本実施形態による電子制御スロットル装置の構成について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置の縦断面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ矢視の断面図である。図６は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置に用いるスロットルポジションセンサの斜視図である。図７は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置に用いるスロットルポジションセンサの回路図である。図８，図９および図１０は、図４のギアカバーを外した状態におけるＡ矢視図である。図１１は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置に用いるギアカバーの平面図である。なお、各図において、同一符号は、同一部分を示している。

図４に示すように、スロットルボディ１は、空気通路を形成し、また各種構成部品を支持している。空気通路には、矢印AIRの方向に上から下に向かって吸入空気が流れる。スロットボディ１は、例えば、アルミダイキャスト製である。スロットルバルブ２は、ネジ等により、スロットルシャフト３に固定されている。スロットルシャフト３は、ボールベアリングによって、スロットルボディ１に対して回動可能に支持されている。モータにデューティーが印加されていない，図示の状態では、スロットバルブ２は、リターンスプリングの付勢力でメカ全開位置に保持されている。スロットルボディ１の内部の空隙には、ＤＣモータ５が収納され、固定されている。ＤＣモータ５の駆動力は、図示しないギアを介して、スロットルシャフト３に伝達され、スロットルバルブ２を回動する。

次に、図５に示すように、スロットルシャフト３は、ボールベアリング４ａ，4ｂによって、スロットルボディ１に対して回動可能に支持されている。スロットルシャフト３には、ギア８が固定されている。ギア８とスロットルボディ１との間には、リターンスプリング１１が保持されている。リターンスプリング１１は、スロットルバルブ２が全開方向に移動するように、ギア８およびスロットルシャフト３に付勢力を与えている。

スロットルボディ１の内部の空隙には、ＤＣモータ５が収納され、固定されている。モータ５の出力軸は、ギア６が固定されている。スロットルボディ１に固定されたシャフト７Ａに対して、ギア７が回動可能に支持されている。ギア６，７，８はそれぞれ噛み合っており、モータ５の駆動力は、ギア６，７，８を介して、スロットルシャフト３に伝達される。スロットルバルブ２が回転することで、エンジンへの吸入空気流量が電子的に制御される。

ギアカバー９には、スロットルアクチュエータコントロールユニット（ＴＡＣＵ）２００が保持されている。ギアカバー９には、コントロールユニットカバー１２が固定され、ＴＡＣＵ２００に水分等が付着しない構造としている。ギアカバー９には、モールド樹脂製であり、コネクタ端子１４が一体的に成形されている。コネクタ端子１４の一方の端部は、ＴＡＣＵ２００と電気的に接続されている。ギアカバー９をスロットルボディ１に取り付けることにより、コネクタ端子の他方の端部がモータ５のモータ端子５Ａと係合して、ＴＡＣＵ２００とモータ５を電気的に接続することができる。ＴＡＣＵ２００からデューティ信号がモータ５に印加されると、ＤＣモータ５が回転力を発生する。

また、スロットルバルブ２の位置を検出するスロットルポジションセンサ１０は、可動側部品であるブラシ１０ａと、固定側部品である抵抗体１０ｂとから構成されている。ブラシ１０ａは、スロットルシャフト３と嵌合することで、スロットルバルブ２とリジットになる構成である。抵抗体１０ｂは、ギアカバー９内に組み込まれている。ブラシ１０ａが抵抗体１０ｂと接触することで、スロットルバルブ２の位置を電圧に変換してコントロールユニット１２に出力する構成となっている。

ここで、図６および図７を用いて、スロットルポジションセンサ１０の構成について説明する。図６に示すように、スロットルポジションセンサ１０は、４個のブラシ１０ａ１，１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４と、４個の抵抗体１０ｂ１，１０ｂ２，１０ｂ３，１０ｂ４とから構成されている。ブラシ１０ａ１，１０ａ２と、抵抗体１０ｂ１，１０ｂ２とにより、第１のスロットルポジションセンサを構成し、ブラシ１０ａ３，１０ａ４と、抵抗体１０ｂ３，１０ｂ４とにより、第２のスロットルポジションセンサを構成する。本実施例はガソリンエンジンシステム用のスロットルポジションセンサ、すなわち、２系統のスロットルポジションセンサを備えた構成となっているが、デイーゼルエンジン用としては２系統の内１系統のみを使用する構成となっている。

図７に示すように、一方のスロットルポジションセンサは、抵抗体１０ｂ１，１０ｂ２に対して、ブラシ１０ａ１，１０ａ２が摺動可能に接触している。抵抗体１０ｂ２の両端には、電源Ｖから直流電圧が供給される。そして、抵抗体１０ｂ１から電圧を検出することで、ブラシ１０ａの位置，すなわち、スロットルバルブ２の位置を電圧信号として検出することができる。

ＴＡＣＵ２００は、通常の制御では、スロットルポジションセンサ１０の出力を用い、スロットルバルブ２の位置が目標開度に合致するように、フィードバック制御する。

ギア７とスロットルボディ１との間には、ワッシャー１５が装着されている。ワッシャー１５は、耐摩耗性プラスチック材料，例えば、モリブデン入りのＰＡ６６ナイロンからなる。モータ５に通電されていない状態では、モータ５は駆動力を発生していない。このときは、スロットルバルブ２は、リターンスプリング１１によってメカ全開位置に保持されている。また、ギア６およびギア８は各々モータシャフト、スロットルシャフト３にリジットに固定された状態であるが、ギア７は、シャフト７Ａ上にフリーな状態で構成されている。本実施形態によるスロットル制御装置は、車両に搭載されるため、このようなギア７がフリーな状態にあると、車両の振動により、ギア７は、シャフト７Ａのスラスト方向に振動し、ギア７の端面がスロットルボディ１に打ち付けられることによる異音の発生や、スロットルボディ１の傷つき，摩耗が発生する。ちなみに、スロットルボディ１がアルミダイキャスト製であるのに対して、ギアは、アルミより高強度の焼結合金製である。そこで、異音の発生や傷つき等を防ぐために、耐摩耗製プラスチック材料からなるワッシャー１５を備えている。

次に、図８は、図５のギアカバー９を外した状態でのＡ矢視図である。モータ５は、モータ固定プレート５Ｂをスロットルボディ１にネジ止めすることにより、固定されている。プレート５Ｂの開口部からは、モータ５の電源端子５Ａが突出している。

スロットルボディ１には、ギア８の近傍の位置において、メカ全閉ストッパ１３Ａが取り付けられている。モータ５に１００％デューティーの信号が供給されると、ギア８が矢印Ｂ１方向←図の方向逆（スロットルバルブ２の閉じ方向）に回動し、ギア８に形成されたストッパ端部８Ａが、メカ全開ストッパ１３Ａに当接して、メカ全開位置に保持される。

ディーゼルエンジン用電子制御スロットル装置は、ＤＣモータ５やスロットルポジションセンサ１０等の異常がコントロールユニット１２で検出された場合は、即座にＤＣモータ５の電源を切断または制御デューティーを０％に固定し、開方向に付勢されたリターンスプリング１１の付勢力のみでメカ全開位置１３Ｂに戻る仕様となっている。

次に、図９は、図８の状態から、ギア７を取り外した状態を示している。ギア８は、約１／３形状のギアである。ギア８の一方の端部は、ストッパ端部８Ａとして機能し、他方の端部も、ストッパ端部８Ｂとして機能する。スロットルボディ１には、ギア８の近傍の位置において、メカ全開ストッパ１３Ｂが取り付けられている。モータ５にデューティー信号または電圧が供給されていないと、開方向に付勢されたリターンスプリング１１の付勢力によりストッパ端部８Ｂがメカ全開ストッパ１３Ｂに当接し、スロットルバルブ２は、メカ全開位置に位置する。すなわち、モータ５にデューティーが印加されていない状態では、スロットルバルブ２は、メカ全開位置に保持されつづけている。

次に、図１０は、図９の状態から、ギア８を取り外した状態を示している。リターンスプリング１１は、１個のみ用いられている。リターンスプリング１１の一方の端部１１Ａは、スロットルボディ１の一部１Ａと係合し、他方の端部１１Ｂは、ギア８に係合しており、スロットルバルブ２を開き方向に付勢力を作用している。

次に、図１１は、ギアカバー９の平面図である。ギアカバー９には、コネクタ端子１４が設けられている。また、ギアカバー９には、ＥＣＵ３００や外部の電源と接続するためのコネクタ９Ａが設けられており、この内部の端子が、ＴＡＣＵ２００に接続されている。

次に、図１２を用いて、本実施形態による電子制御スロットル装置のスロットルアクチュエータコントロールユニット（ＴＡＣＵ）２００のシステム構成について説明する。
図１２は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置のスロットルアクチュエータコントロールユニット（ＴＡＣＵ）のシステム構成図である。なお、図１，図４および図５と同一符号は、同一部分を示している。

スロットルアクチュエータコントロールユニット（ＴＡＣＵ）２００は、ＣＰＵ２１０と、モータドライブ回路（ＭＤＣ）２３０とから構成される。ＣＰＵ２１０は、差演算部２１２と、ＰＩＤ演算部２１４と、制御量演算部２１６と、制御部２１８とから構成されている。

差演算部２１２は、ＥＣＵ３００が出力する目標開度θobjと、スロットルポジションセンサ１０が出力するスロットルバルブの実開度θthの開度差Δθthを演算する。ＰＩＤ演算部２１４は、差演算部２１２が出力する開度差Δθthに基づいて、ＰＩＤ制御量ｕ（ｔ）を演算する。ＰＩＤ演算により求められるＰＩＤ制御量ｕ（ｔ）は、（Ｋp・Δθth＋Ｋd・（ｄΔθth／ｄｔ）＋Ｋi・ΣΔθth・ｄｔ）として求められる。なお、Ｋpは比例定数であり、Ｋdは微分定数であり、Ｋiは積分定数である。制御量演算部２１６は、ＰＩＤ制御量ｕ（ｔ）に基づいて、後述するＨブリッジ回路２３４のオン・オフするスイッチを選択し、電流の流す方向を決定し、またＨブリッジ回路２３４のスイッチをオン・オフするデューティを決定して、制御量信号として出力する。制御部２１８は、図１４を用いて詳述するように、目標開度θthに基づいて、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が行われているか否かを判定し、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が行われていない場合には、スロットルバルブを全開するための制御を実行し、必要に応じて、ＰＩＤ演算部２１４や、制御量演算部２１６や、ＭＤＣ２３０に電圧ＶBを供給するスイッチＳＷ１の開閉を制御する。

モータドライブ回路（ＭＤＣ）２３０は、ロジックＩＣ２３２と、Ｈブリッジ回路２３４とを備えている。ロジックＩＣ２３２は、制御量演算部２１６が出力する制御量信号に基づいて、Ｈブリッジ回路２３４の４個のスイッチにオンオフ信号を出力する。Ｈブリッジ回路２３４は、オンオフ信号に応じてスイッチが開閉し、必要な電流をモータ５に供給して、モータ５を正転若しくは逆転する。

次に、図１３を用いて、本実施形態による電子制御スロットル装置に用いるＨブリッジ回路２３４の構成について説明する。
図１３は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置に用いるＨブリッジ回路の構成を示す回路図である。

Ｈブリッジ回路２３４は、４個のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３，ＴＲ４と、４個のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４とが図示するように結線され、モータ５に電流を流す。例えば、ゲート信号Ｇ１とゲート信号Ｇ４がハイレベルとなり、トランジスタＴＲ１，ＴＲ４が導通すると、波線Ｃ１のように電流が流れる。例えば、このとき、モータ５は正転する。また、ゲート信号Ｇ２とゲート信号Ｇ３がハイレベルとなり、トランジスタＴＲ２，ＴＲ３が導通すると、一点鎖線Ｃ２のように電流が流れる。例えば、このとき、モータ５は逆転する。さらに、ゲート信号Ｇ３とゲート信号Ｇ４がハイレベルとなり、トランジスタＴＲ３，ＴＲ４が導通すると、二点鎖線Ｃ３のように電流が流れることが可能となる。このとき、モータ５の駆動軸に外部から駆動力が伝達され、モータ５の回転子が回転すると、モータ５は発電機として動作し、回生制動の動作を行わせることができる。なお、、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２が同時に導通するようにしても、モータ５を回生制動させることは可能である。

なお、本実施例は、Ｈブリッジ回路をインテグレート化したワンチップマイコンも使用した場合であり、デジタル信号をロジックＩＣに与え自由にトランジスタのＯＮ、ＯＦＦをコントロールできるものである。しかし、本実施形態においては、モータの駆動回路の状態をコントロールできれば目的を達成できるので、Ｈブリッジ自体が４個のトランジスタを用いて構成されていても、インテグレート化されたワンチップＩＣを使って構成されていてもよいものである。

次に、図１４及び図１５を用いて、本実施形態による電子制御スロットル装置の制御部２１８による制御動作について説明する。
図１４は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容を示すフローチャートである。図１５は、本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容の説明図である。

ステップｓ１００において、制御部２１８は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了したか否かを判定する。終了していないときは、ステップｓ１１０において、通常のフィードバック制御を継続する。終了したときは、ステップｓ１２０において、全開までの目標角度制御を実行する。

ここで、ステップｓ１００の判定において、制御部２１８は、ＥＣＵ３００から入力した目標開度を用いて、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了したか否かを判定する。例えば、図３で説明したように、スロットル開度制御領域が０〜１００％の範囲の場合、（Ｖ１〜Ｖ２）の範囲（例えば、１０〜８０％）が）ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御領域である。したがって、ＥＣＵ３００から入力する目標開度が、１０〜８０％の範囲にあれば、制御部２１８はＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御中であると判断し、目標開度が０〜１０％が終了したと判断する。また、ＥＣ若しくは８０〜１００％であれば、制御部２１８はＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御Ｕ３００からＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御終了のＦｌａｇを受信したかどうかで判断するようにすることもできる。

次に、図１５を用いて、ステップｓ１２０における全開までの目標角度制御について説明する。図１５において、横軸は時間ｔを示している。縦軸は、スロットル開度（制御）開度）θth及びモータデューティＤuを示している。スロットル開度θthは、原点に近い方が全閉側であり、原点から遠ざかるほど全開側に近づく。また、モータデューティＤuは、原点に近い方がデューティ１００％に近い側であり、原点から遠ざかるほど０％に近づく。

図中、実線θthがスロットル開度の変化を示し、破線Ｄuがモータに印加するデューティを示している。そして、時刻ｔ３までがＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が行われている状態を示し、時刻ｔ３以降がＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了した場合の状態を示している。また、時刻ｔ３以降において、実線θthは、本実施形態による制御が行われた場合のスロットル開度の変化を示し、一点鎖線は、本実施形態による制御が行われない場合のスロットル開度の変化を示している。

時刻ｔ３までの間は、ステップｓ１１０の処理により、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が行われている。ＥＣＵ３００から入力する目標開度θobjに応じて、モータに印加するデューティＤuが変化し、それに応じて、スロットル開度θthも変化している。

時刻ｔ３において、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了したと判定されると、本実施形態による制御が行われない場合には、モータへの通電が遮断される，すなわち、デューティが０％の状態になる。その結果、スロットルバルブは、リターンスプリングの付勢力によって、一点鎖線で示すように、全開側に移動する。そして、時刻ｔ４において、全開ストッパに当接し、ストッパからの跳ね返りと、リターンスプリングによる引き戻しを繰り返して、最終的に制御全開にて停止する。時刻ｔ３〜時刻ｔ４までの時間Ｔ４は、例えば、１５０ｍｓである。このように高速で、スロットルバルブがリターンスプリングで引き戻されると、全開ストッパと衝突することにより、衝突音の発生及び衝撃荷重によるメカ部品の寿命低下となる。

一方、本実施形態による全開までの目標角度オープンループ制御では、制御部２１８は、モータ印加デューティＤuに示すように、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了したと判定される時点（時刻ｔ３）におけるデューティから徐々にデューティが減少し、時刻ｔ５においてデューティ０％となるような制御信号を、制御量演算部２１６に出力する。制御量演算部２１６は、時刻ｔ３から徐々にデューティが減少し、時刻ｔ５においてデューティ０％となるような制御信号をロジックＩＣ２３２に出力する。その結果、モータは図中破線Ｄuで与えられるデューティ信号に応じて回転され、結果として、図中実線で示すように、スロットル開度θthは、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了したと判定される時点（時刻ｔ３）における開度から徐々に全開側に移動し、時刻ｔ５において全開点となる。ここで、時刻ｔ３〜時刻ｔ５までの時間Ｔ５は、例えば、５００ｍｓとなるように、デューティ信号を徐々に減少させることにより、スロットルバルブが全開点に引き戻されるときの、ギア８と全開ストッパ１３Ａとの衝突時の速度を減少して、衝突音の発生及び衝撃荷重によるメカ部品の寿命低下を防止することができる。

このように、オープンループ制御時のモータ駆動デューティの与え方を全開方向に付勢されたスプリング力のみで戻るよりも応答が遅くなる（Ｔ４＜Ｔ５）ように設定すれば、全開ストッパとモータ駆動系のギアの衝突音，衝撃エネルギを低減できる。さらに、特開２００３−２１４１９６号公報に記載されているように、予め設定してある所定値を任意の時間モータに印加する制御の場合には、製品個々の応答時間等のバラツキを吸収できず、スロットルバルブが全開位置に戻ってきてもモータを動かす制御を行いつづける可能性があり、過電流でモータにダメージを与える恐れがあるが、本実施形態では、全開ストッパ位置に戻っても制御を続けるという問題が生じないものである。

なお、制御部２１８は、目標となるデューティを与えるオープンループ方式でスロットル開度を制御する。ここで、このオープンループ制御時に印加するデューティーの与え方は、例えば、図１５に示したような単調減少する1次式で与えてもよく、また、放物線状等の与え方でも良く、最終的にリターンスプリング１１の付勢力のみで戻る時間より遅くなる与え方であれば、ギア８と全開ストッパ１３の衝突時の音，衝撃荷重を低減できる。

以上説明したように、本実施形態では、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了したと判定され、全開位置にスロットルバルブを移動する際、モータに印加するデューティを徐々に減らすようにしているので、ギアと全開ストッパとの衝突時の速度を減少して、衝突音の発生及び衝撃荷重によるメカ部品の寿命低下を防止することができる。

次に、図１６及び図１７を用いて、本発明の第２の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部２１８による制御動作について説明する。

本実施形態による電子制御スロットル装置のシステム構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による電子制御スロットル装置の構成は、図４〜図１１に示したものと同様である。さらに、本実施形態による電子制御スロットル装置のスロットルアクチュエータコントロールユニット（ＴＡＣＵ）２００のシステム構成は、図１２に示したものと同様である。また、本実施形態による電子制御スロットル装置に用いるＨブリッジ回路２３４の構成は、図１３に示したものと同様である。
図１６は、本発明の第２の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容を示すフローチャートである。図１７は、本発明の第２の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容の説明図である。なお、図１４と同一のステップ番号は、同一の制御内容を示している。

図１７において、横軸は時間ｔを示している。縦軸は、スロットル開度（制御開度）θthを示している。スロットル開度θthは、原点に近い方が全閉側であり、原点から遠ざかるほど全開側に近づく。

ステップｓ１００において、制御部２１８は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了したか否かを判定する。終了していないときは、ステップｓ１１０において、通常のフィードバック制御を継続する。終了したときは、ステップｓ２１０において、モータ駆動回路状態制御を実行し、次に、ステップｓ２２０において、モータ駆動停止制御を実行する。なお、ステップｓ１００〜ｓ２２０までの処理は、例えば、３ｍｓ周期で繰り返し実行される。

ステップｓ２１０の処理において、制御部２１８は、モータ５が回生制動の動作をするような制御信号を、制御量演算部２１６に出力する。図１３で説明したように、トランジスタＴＲ３，ＴＲ４のゲートＧ３，Ｇ４にオン信号を供給すると、モータ５が回転した場合、矢印Ｃ３の向きに電流が流れ、モータ５は回生制動動作をすることになる。そこで、制御部２１８は、トランジスタＴＲ３，ＴＲ４を導通させるような制御信号を、制御量演算部２１６に出力する。制御量演算部２１６は、トランジスタＴＲ３，ＴＲ４を導通させるような制御信号を、ロジックＩＣ２３２に出力する。このとき、スロットルバルブ２は、リターンスプリング１１によって全開方向に移動しようとする。スロットルシャフトの動きはギア８，７，６を介してモータ５に伝えられるため、モータ５は、回生制動の動作を行う。このモータ５の回生制動により、スロットルバルブが全開方向に開こうとする動きにブレーキがかけられる。

すなわち、ここで重要なのは、モータの電源を切るとリターンスプリング１１の付勢力で全開方向にモータ駆動機構が回転することになるが、このときのＤＣモータ５の部品が回転する力を、モータ回路を接続した状態にすることでリターンスプリング１１の付勢力と逆方向に働く様にＨブリッジ回路のトランジスタのオン・オフ状態をコントロールすることである。このようにコントロールすると、図１７に示す様にスロットルバルブ２はモータ駆動回路接続時のようにゆっくりと動き、急激にギア８と全開ストッパが衝突するのを防げることになる。

そして、ステップｓ２２０において、制御部２１８は、モータ駆動を停止する制御を実行するような制御信号を、制御量演算部２１６に出力する。すなわち、制御部２１８は、モータ印加デューティＤuが０％となるような制御信号を、制御量演算部２１６に出力する。制御量演算部２１６は、デューティ０％となるような制御信号をロジックＩＣ２３２に出力する。その結果、モータへの通電が遮断されるので、スロットルバルブ２は、リターンスプリング１１によって全開方向に移動しようとする。

また、モータ駆動停止制御は、モータ５への通電をオフするようにしてもよいものである。すなわち、制御部２１８は、図１２に示したスイッチＳＷ１をオフにして、電源ＶBからの電力がモータ駆動回路２３０を介して、モータ５に供給されるのを停止する。以上のように、モータ駆動停止制御においては、モータ印加デューティＤuを０％としてＨブリッジ回路のトランジスタをオフしたり、電源からモータへ電力を供給する経路の途中に設けられたスイッチをオフしたりして、モータへの通電を遮断して、モータの駆動を停止する。

すなわち、ステップｓ２１０の処理により瞬間的に全開方向への動きにブレーキをかけ、次のステップｓ２２０の処理によりブレーキをはずしてリターンスプリングにより全開方向に動こうとする。ステップｓ１００〜ｓ２２０の処理は、例えば、３ｍｓ周期で繰り返されるので、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了したと判定される場合には、この間、ステップｓ２１０のブレーキングと、ステップｓ２２０のブレーキなし制御が繰り返され、スロットルバルブは、徐々に、全開側に移動し、例えば、時刻ｔ６に全開点に到達する。

図中、時間Ｔ４は図１５に示したものと同様であり、ブレーキが全くかけられていないときのスロットル開度であるのに対して、本実施形態では、途中で周期的にブレーキをかけることにより、時刻ｔ３〜時刻ｔ６までの時間Ｔ６は、時間Ｔ４よりも長くなり、スロットルバルブが全開点に引き戻されるときの、ギア８と全開ストッパ１３Ａとの衝突時の速度を減少して、衝突音の発生及び衝撃荷重によるメカ部品の寿命低下を防止することができる。

以上説明したように、本実施形態では、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了したと判定され、全開位置にスロットルバルブを移動する際、最初に、モータが回生制動するように、すなわち、コントロールユニット内のモータ駆動回路がモータと接続された状態を保ち続ける信号をＣＰＵの制御部から与えることで、全開位置方向に回動する様に付勢されたスプリング力と反対方向にモータの回転力を利用した力がブレーキの様に作用させることで、全開ストッパとギアなどのモータ駆動機構の構成部品間が衝突する時の衝撃エネルギーを低減することができ、、衝突音の発生及び衝撃荷重によるメカ部品の寿命低下を防止することができる。

次に、図１８を用いて、本発明の第３の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部２１８による制御動作について説明する。

本実施形態による電子制御スロットル装置のシステム構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による電子制御スロットル装置の構成は、図４〜図１１に示したものと同様である。さらに、本実施形態による電子制御スロットル装置のスロットルアクチュエータコントロールユニット（ＴＡＣＵ）２００のシステム構成は、図１２に示したものと同様である。また、本実施形態による電子制御スロットル装置に用いるＨブリッジ回路２３４の構成は、図１３に示したものと同様である。
図１８は、本発明の第３の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容を示すフローチャートである。なお、図１４，図１６と同一のステップ番号は、同一の制御内容を示している。

本実施形態においては、ステップｓ３１０とステップｓ３２０の処理が、図１６の制御に対して追加されている。

ステップｓ１００において、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了したと判定されると、ステップｓ３１０において、自己診断のフラグをチェックする。ここで自己診断結果の状態を確認し、異常が検出されていなければ、ステップｓ２１０，ｓ２２０において、回生制動とモータ駆動停止により、モータ回路接続時の挙動となるのでゆっくり全開ストッパ１３に当接することになる。

自己診断結果、異常が検出されている場合は、ステップｓ３２０において、制御部２１８は、Ｈブリッジ回路の全てのトランジスタをオフすることで、図１５に一点鎖線で示したように、スロットルバルブは速やかに全開位置に移動する。

このように、自己診断の結果、異常が検出されると、可能な限り早く制御を止めることにより、実車挙動の異常を防ぐことができる。

次に、図１９及び図２０を用いて、本発明の第４の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部２１８による制御動作について説明する。

本実施形態による電子制御スロットル装置のシステム構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による電子制御スロットル装置の構成は、図４〜図１１に示したものと同様である。さらに、本実施形態による電子制御スロットル装置のスロットルアクチュエータコントロールユニット（ＴＡＣＵ）２００のシステム構成は、図１２に示したものと同様である。また、本実施形態による電子制御スロットル装置に用いるＨブリッジ回路２３４の構成は、図１３に示したものと同様である。
図１９は、本発明の第４の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容を示すフローチャートである。図２０は、本発明の第４の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容の説明図である。なお、図１４、図１６と同一のステップ番号は、同一の制御内容を示している。

図２０において、横軸は時間ｔを示している。縦軸は、スロットル位置θ及びモータデューティＤuを示している。スロットル位置θは、原点に近い方が全閉側であり、原点から遠ざかるほど全開側に近づく。そして、実線が目標開度θobjを示し、破線が実開度θth(real)を示している。また、点線で示すモータデューティＤuは、原点に近い方がデューティ１００％に近い側であり、原点から遠ざかるほど０％に近づく。

ステップｓ４１０において、制御部２１８は、ＥＣＵ３００から入力する目標開度θobjを受信して、位置制御を行うための基準とする。

次に、ステップｓ４２０において、ステップｓ４１０で受信した目標開度θobjが所定値Ａよりも大きく、かつ、目標開度θobjの変化率Δθobjが所定値Ｂよりも小さいか否かを判定する。例えば、所定値Ａは８０％であり、図１４のステップｓ１００におけるＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了したか否かを判定している。また、目標開度θobjの変化率Δθobjを判定の基準とするのは、瞬間的に目標開度θobjが所定値Ａよりも大きくなった場合を除き、定常的に目標開度θobjが所定値Ａよりも大きくなっているか否かを判定している。変化率Δθobjは、例えば、０．２５％である。すなわち、目標開度θobjが所定値Ａ（例えば、８０％）よりも大きく、かつ、目標開度θobjの変化率Δθobjが所定値Ｂ（例えば、０．２５％）よりも小さい場合に、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了したと判定して、ステップｓ４３０に進み、そうでない場合には、ステップｓ４６０に進む。

ステップｓ４６０では、カウント値Ｃを０クリアして初期化する。すなわち、通常のＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が行われている状態では、カウント値Ｃは０である。次に、ステップｓ４７０において、変数Ｅが０か否かを判定する。変数Ｅは、「０」と「１」の２値を取り得るものであり、変数Ｅが「０」のときは、制御が行われている状態を示し、変数Ｅが「１」のときは、制御が行われていない状態を示している。ここでは、制御が行われており、変数Ｅが「０」とすると、ステップｓ１１０に進み、スロットル開度が目標開度となるように、フィードバック制御する。図２０において、時刻ｔ３までの間は、通常のフィードバック制御によるスロットルバルブの開度制御が行われている。この時点は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了している時点であるので、このときの目標角度制御は、目標開度として、全開点近傍の任意の位置にスロットルバルブ位置として、この開度となるように制御するとともに、その開度を任意の時間（ステップｓ４４０で、Ｃ＞Ｄの条件が満たされるまでの時間）の間、保持するようにする。

一方、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了すると、ステップｓ４３０において、カウント値Ｃに「１」を加算する。そして、ステップｓ４４０において、カウント値Ｃが所定値Ｄを越えたか否かを判定する。ステップｓ４４０の判定は、ステップｓ４３０でＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了したと判定された後、所定時間が経過したかどうかを判定するためのものである。所定値Ｄは、図２０の時刻ｔ３〜ｔ７までの時間に相当する値とし、例えば、２００ｍｓをカウントする時間である。この所定時間は、リターンスプリングの付勢力によって、図１５の一点鎖線で示したように、全開側に移動するのに要する時間（例えば、図１５の例では、時間Ｔ４（例えば、１５０ｍｓ）よりも長く設定する。

ステップｓ４４０の条件を満たさない場合，すなわち、例えば、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了して２００ｍｓが経過するまでは、ステップｓ４７０において、変数Ｅが０か否かを判定する。ここでは、制御が行われており、変数Ｅが「０」であり、ステップｓ１１０に進み、スロットル開度が目標開度となるように、フィードバック制御する。すなわち、図２０において、時刻ｔ３〜ｔ６までの間も、通常のフィードバック制御によるスロットルバルブの開度制御を行う。

かかる制御によって、スロットルセンサの摺動抵抗の摩耗を低減することができる。接触式スロットルセンサを用いた電子制御スロットル装置の場合、一定開度保持時間（例えば、全開位置に保持されている時間）が長いと、振動等の影響により抵抗体が局部的に摩耗することになる。このような局部摩耗によって、接触スロットルポジションセンサの出力異常が発生する。そこで、本実施形態のように、所定値Ｄ相当の時間が経過するまでは、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了していながら、制御状態とすることにより、時刻ｔ３〜ｔ７の間は、任意の開度に保持された時間となり、機械的全開位置に保持される時間は時刻ｔ７〜ｔ８の時間とすることができ、機械的全開位置に保持される時間を短くすることができる。このように、保持時間を短くできるため、スロットルポジションセンサを長寿命化することができる。

次に、ステップｓ４４０の判定において、カウント値Ｃが所定値Ｄを越えると、すなわち、図２０において、時刻ｔ７になると、ステップｓ２１０，ステップｓ２２０において、図１６で説明した回生制動によるブレーキ動作と、非ブレーキ動作を繰り返し、ギア９はゆっくり全開ストッパ１３に当接する。なお、ステップｓ２１０，ｓ２２０の処理において、ステップｓ２１０の処理を除いてもよいものである。すなわち、ステップｓ１１０では、全開点近傍の所定位置に所定時間制御しているので、ステップｓ２２０の処理によりモータへの通電を遮断して直ちに、その所定位置から全開位置まで移動したとしても、移動距離が短いため、ギア８が全開ストッパ１３Ａに当接するときの衝撃力は小さい場合が多いためである。

その後、ステップｓ４５０において、で制御状態Ｆｌａｇ（Ｅ）を「１」とし、ループを抜ける。

以上のように、本実施形態では、ＥＧＲ領域（時刻ｔ３以降）となり、かつ、条件成立状態の継続時間（Ｃ＞Ｄ）が満たされた時刻ｔ７以降において、ブレーキ動作とモータへの通電停止を繰り返し、制御状態から非制御状態に移行して、ギア８と全開ストッパ１３がゆっくりと当接するようにしている。

また、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御終了状態から、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御状態に復帰する際には、目標開度＞Ａ，目標開度変化率＜Ｂ、またはＣ＞Ｄの何れかひとつが非成立となれることにより復帰できる。このとき、一度非制御状態になっているので制御状態ＦｌａｇはＥ＝１となっている。そこで、ステップｓ４７０の判定で、ステップｓ４８０に進み、制御量をクリアする。

図１２で説明したように、ＰＩＤ演算部２１４は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御状態の時も、ＥＧＲ非制御状態の時も、デューティを求めるＰＩＤ演算を繰り返し実行している。ＰＩＤ制御量ｕ（ｔ）＝（Ｋp・Δθth＋Ｋd・（ｄΔθth／ｄｔ）＋Ｋi・ΣΔθth・ｄｔ）が演算されている。モータ通電オフ状態時は目標開度と実開度の偏差が閉じ側に大きくなっており、積分項の働きを行う部分は閉じ方向の制御デューティーが過大の状態となっている。スロットル位置制御は通常新目標開度付近でブレーキをかけて収束性を良くするが、上述のように閉じ方向に積分項相当の値が過大に蓄積されていると、正常なブレーキが加わらず、オーバーシュートが大きくなったり、収束性を悪化させる可能性がある。

そこで、本実施形態では、ステップｓ４８０において、制御量をゼロクリアーする。ここで、ゼロクリアする制御量としては、積分項相当の部分のみでもよく、また、印加デューディに関わる値の全てでもよいものである。これにより、応答時間等の制御性能が改善できる。その後、ステップｓ４９０において、で制御状態ＦｌａｇをＥ＝０とし、通常制御に移行し、ループを抜ける。

以上説明したように、本実施形態でも、全開ストッパとギアなどのモータ駆動機構の構成部品間が衝突する時の衝撃エネルギーを低減することができ、衝突音の発生及び衝撃荷重によるメカ部品の寿命低下を防止することができる。また、全開位置における保持時間を短くして、接触式スロットルセンサを超寿命化することができる。さらに、非制御状態から制御状態に移行する際には、制御量をゼロクリアすることにより、応答性等の制御性能を改善することができる。

次に、図２１を用いて、本発明の他の実施形態による電子制御スロットル装置のシステム構成について説明する。
図２１は、本発明の他の実施形態による電子制御スロットル装置のシステム構成図である。

なお、以上の各実施形態の説明では、ＴＡＣＵ２００と、ＥＣＵ３００とが別体の構成であるとしたが、図２１に示すように、ＴＡＣＵ２００とＥＣＵ３００とが一体構成であってもよいものである。

なお、本発明の実施の態様としては、次のものがあげられる。
１）請求項１３記載の電子制御スロットル装置において、前記制御手段は、再びアクチュエータを用いたスロットルバルブ位置制御を開始する際には、アクチュエータに印加するアクチュエータ駆動デューティ計算部の値を初期化してから、制御を開始することを特徴とする電子制御スロットル装置。
２）請求項１５記載の電子制御スロットル装置において、前記制御手段は、アクチュエータ駆動デューティ計算部の値の初期化は、少なくとも積分項もしくはそれ相当の働きをする部分を初期化することを特徴とする電子制御スロットル装置。

本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置のシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置におけるスロットルバルブ開度特性の説明図である。 本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置におけるスロットルバルブ開度の定義の説明図である。 本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置の縦断面図である。 図４のＶ−Ｖ矢視の断面図である。 本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置に用いるスロットルポジションセンサの斜視図である。 本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置に用いるスロットルポジションセンサの回路図である。 図４のギアカバーを外した状態におけるＡ矢視図である。 図４のギアカバーを外した状態におけるＡ矢視図である。 図４のギアカバーを外した状態におけるＡ矢視図である。 本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置に用いるギアカバーの平面図である。 本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置のスロットルアクチュエータコントロールユニット（ＴＡＣＵ）のシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置に用いるＨブリッジ回路の構成を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容の説明図である。 本発明の第２の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容の説明図である。 本発明の第３の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態による電子制御スロットル装置の制御部による制御内容の説明図である。 本発明の他の実施形態による電子制御スロットル装置のシステム構成図である。

符号の説明

１…スロットルボディ
２…スロットルバルブ
３…スロットルシャフト
４…ボールベアリング
５…ＤＣモータ
６，７，８…ギア
９…ギアカバー
１０…接触式スロットルポジションセンサ
１０ａ…ブラシ
１０ｂ…抵抗体
１１…リターンスプリング
１２…コントロールユニットカバー
１３Ａ…全閉ストッパ
１３Ｂ…全開ストッパ
１００…電子スロットルボディ（ＥＴＢ）
２００…スロットルアクチュエータコントロールユニット（ＴＡＣＵ）
２１０…ＣＰＵ
２１４…ＰＩＤ演算部
２１６…制御量演算部
２３０…モータ駆動回路
２３４…Ｈブリッジ回路
３００…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）

Claims (19)

1. スロットルボディに回動可能に支持されたスロットルバルブを駆動するアクチュエータと、前記スロットルバルブが全開方向に戻るように付勢力を与える単一のリターンスプリングと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサとを有する電子スロットルボディと、
   前記スロットルポジションセンサにより検出された前記スロットルバルブの開度と目標開度とに応じて、前記アクチュエータを駆動するスロットルアクチュエータコントロールユニットとを有する電子制御スロットル装置であって、
   前記スロットルアクチュエータコントロールユニットは、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了した際に、前記リターンスプリングのみによって前記スロットルバルブが全開方向に移動する時間よりも長い時間で前記スロットルバルブが全開方向に移動するように前記アクチュエータを制御する制御手段を備えたことを特徴とする電子制御スロットル装置。
2. 請求項１記載の電子制御スロットル装置において、
   前記制御手段は、前記スロットルバルブが全開方向に徐々に移動するような目標角度となる制御信号を前記アクチュエータに与えて、オープンループ制御することを特徴とする電子制御スロットル装置。
3. 請求項２記載の電子制御スロットル装置において、
   前記制御手段は、前記アクチュエータに与えるデューティ信号のデューティを徐々に減らすことを特徴とする電子制御スロットル装置。
4. 請求項１記載の電子制御スロットル装置において、
   前記制御手段は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了すると、前記アクチュエータの制御状態と非制御状態とを繰り返えすことを特徴とする電子制御スロットル装置。
5. 請求項４記載の電子制御スロットル装置において、
   前記制御手段は、前記制御状態において、前記アクチュエータをブレーキとして動作させることを特徴とする電子制御スロットル装置。
6. 請求項４記載の電子制御スロットル装置において、
   前記制御手段は、前記非制御状態において、前記アクチュエータへの通電を遮断することを特徴とする電子制御スロットル装置。
7. 請求項６記載の電子制御スロットル装置において、
   前記制御手段は、前記アクチュエータに与えるデューティ信号のデューティを強制的に０％に固定し出力することを特徴とする電子制御スロットル装置。
8. 請求項４記載の電子制御スロットル装置において、
   前記制御手段は、スロットルバルブ位置を全開に戻す時の方法を、例えばスロットルポジションセンサ等の自己診断結果が異常の場合には、請求項７または請求項８の手法、自己診断結果に異常が無い場合は請求項６の手法を選択するというような、選択手段を有することを特徴とする電子制御スロットル装置。
9. 請求項４記載の電子制御スロットル装置において、
   前記制御手段は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了と判定された後、所定時間の間、前記スロットルバルブの開度を、全開点近傍の位置に所定時間保持するように制御した後、前記アクチュエータの前記制御状態と前記非制御状態とを繰り返えすことを特徴とする電子制御スロットル装置。
10. 請求項１記載の電子制御スロットル装置において、
    前記制御手段は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了と判定された後、所定時間の間、前記スロットルバルブの開度を、全開点近傍の位置に所定時間保持するように制御した後、前記アクチュエータを非制御状態とすることを特徴とする電子制御スロットル装置。
11. 請求項１０記載の電子制御スロットル装置において、
    前記制御手段は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了と判定された後、所定時間の間、前記スロットルバルブの開度を、全開点近傍の位置に所定時間保持するように制御した後、前記アクチュエータの制御状態と前記非制御状態とを繰り返えすことを特徴とする電子制御スロットル装置。
12. 請求項１１記載の電子制御スロットル装置において、
    前記制御手段は、前記スロットルバルブの目標開度が所定目標開度を超えること、且つ、前記目標開度の変化量が所定開度変化量以下であること、且つ目標開度が所定開度以上でその変化量が所定開度変化量以下でという状態が所定時間以上継続した場合に、前記ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了と判定することを特徴とする電子制御スロットル装置。
13. 請求項１１記載の電子制御スロットル装置において、
    前記制御手段は、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御の終了と判定した後、前記３つの条件の内少なくとも一つが満たされない場合に、再びアクチュエータを用いたスロットルバルブ位置制御を開始することを特徴とする電子制御スロットル装置。
14. 請求項１記載の電子制御スロットル装置において、
    前記電子スロットルボディは、前記アクチュエータの出力軸に固定された第１のギアと、前記スロットルバルブを支持するスロットルシャフトに固定された第２のギアと、前記第１のギアから前記第２のギアの駆動力を伝達する中間ギアを備え、
    さらに、前記中間ギアと、この中間ギアを支持する前記スロットルボディとの間に、耐摩耗性部材のワッシャを備えたことを特徴とする電子制御スロットル装置。
15. スロットルボディに回動可能に支持されたスロットルバルブを駆動するアクチュエータと、前記スロットルバルブが全開方向に戻るように付勢力を与える単一のリターンスプリングと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサとを有する電子スロットルボディと、
    前記スロットルポジションセンサにより検出された前記スロットルバルブの開度と目標開度とに応じて、前記アクチュエータを駆動するスロットルアクチュエータコントロールユニットとを有する電子制御スロットル装置であって、
    前記スロットルアクチュエータコントロールユニットは、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了した際に、前記リターンスプリングのみによって前記スロットルバルブが全開方向に移動する時間よりも長い時間で前記スロットルバルブが全開方向に移動するように、前記スロットルバルブが全開方向に徐々に移動するような目標角度となる制御信号を前記アクチュエータに与えて、オープンループ制御する制御手段を備えたことを特徴とする電子制御スロットル装置。
16. スロットルボディに回動可能に支持されたスロットルバルブを駆動するアクチュエータと、前記スロットルバルブが全開方向に戻るように付勢力を与える単一のリターンスプリングと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサとを有する電子スロットルボディと、
    前記スロットルポジションセンサにより検出された前記スロットルバルブの開度と目標開度とに応じて、前記アクチュエータを駆動するスロットルアクチュエータコントロールユニットとを有する電子制御スロットル装置であって、
    前記スロットルアクチュエータコントロールユニットは、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了した際に、前記リターンスプリングのみによって前記スロットルバルブが全開方向に移動する時間よりも長い時間で前記スロットルバルブが全開方向に移動するように、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了すると、前記アクチュエータの制御状態と非制御状態とを繰り返えす制御手段を備えたことを特徴とする電子制御スロットル装置。
17. スロットルボディに回動可能に支持されたスロットルバルブを駆動するアクチュエータと、前記スロットルバルブが全開方向に戻るように付勢力を与える単一のリターンスプリングと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサとを有する電子スロットルボディと、
    前記スロットルポジションセンサにより検出された前記スロットルバルブの開度と目標開度とに応じて、前記アクチュエータを駆動するスロットルアクチュエータコントロールユニットとを有する電子制御スロットル装置であって、
    前記スロットルアクチュエータコントロールユニットは、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了した際に、前記リターンスプリングのみによって前記スロットルバルブが全開方向に移動する時間よりも長い時間で前記スロットルバルブが全開方向に移動するように、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了と判定された後、所定時間の間、前記スロットルバルブの開度を、全開点近傍の位置に所定時間保持するように制御した後、前記アクチュエータの前記制御状態と前記非制御状態とを繰り返えす制御手段を備えたことを特徴とする電子制御スロットル装置。
18. スロットルボディに回動可能に支持されたスロットルバルブを駆動するアクチュエータと、前記スロットルバルブが全開方向に戻るように付勢力を与える単一のリターンスプリングと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサとを有する電子スロットルボディと、
    前記スロットルポジションセンサにより検出された前記スロットルバルブの開度と目標開度とに応じて、前記アクチュエータを駆動するスロットルアクチュエータコントロールユニットとを有する電子制御スロットル装置であって、
    前記スロットルアクチュエータコントロールユニットは、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了した際に、前記リターンスプリングのみによって前記スロットルバルブが全開方向に移動する時間よりも長い時間で前記スロットルバルブが全開方向に移動するように、ＥＧＲ制御またはＤＰＦ制御が終了と判定された後、所定時間の間、前記スロットルバルブの開度を、全開点近傍の位置に所定時間保持するように制御した後、前記アクチュエータを非制御状態とする制御手段を備えたことを特徴とする電子制御スロットル装置。
19. スロットルボディに回動可能に支持されたスロットルバルブを駆動するアクチュエータと、前記スロットルバルブが全開方向に戻るように付勢力を与える単一のリターンスプリングと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサとを有する電子スロットルボディと、
    前記スロットルポジションセンサにより検出された前記スロットルバルブの開度と目標開度とに応じて、前記アクチュエータを駆動するスロットルアクチュエータコントロールユニットとを有する電子制御スロットル装置であって、
    前記電子スロットルボディは、前記アクチュエータの出力軸に固定された第１のギアと、前記スロットルバルブを支持するスロットルシャフトに固定された第２のギアと、前記第１のギアから前記第２のギアの駆動力を伝達する中間ギアを備え、
    さらに、前記中間ギアと、この中間ギアを支持する前記スロットルボディとの間に、耐摩耗性部材のワッシャを備えたことを特徴とする電子制御スロットル装置。

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