JP2016166585A - スロットル弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも制御性が向上したスロットル弁の制御装置を提供すること。
【解決手段】スロットル弁を開閉させる開閉手段と、スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサと、燃料供給を制御する燃料供給制御手段と、内燃機関の回転数を取得する回転数取得手段と、内燃機関の負荷を取得する負荷取得手段と、内燃機関の目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、燃料を供給している場合において、取得された回転数が所定回転数以下で内燃機関が低回転状態であること、及び、取得された負荷が所定負荷以下で内燃機関が低負荷状態であることのいずれの要件も満たす場合には、取得される回転数が設定される目標回転数となるように、開閉手段を制御してスロットル弁の開度を制御するスロットル開度制御手段と、を備えるスロットル弁の制御装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、スロットル弁の制御装置に関する。

従来、内燃機関の吸気通路に設けられるスロットル弁の開度を、スロットル開度検出手段により検出されるセンサ開度と目標開度との開度偏差に基づいて制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、応答性良くスロットル弁の開度を制御できるとされている。

特開２０１２−１５９０４５号公報

ところで、スロットル弁の目標開度は、その全閉開度を基準として設定される。しかしながら、スロットル弁の全閉開度は、スロットル弁がストッパに当接しているときのスロットル開度センサの検出値を用いて学習されるため、その学習値にはストッパの歪に起因する誤差が含まれる。また、その学習値には、半導体で構成されるスロットル開度センサの温度変化に起因する検出誤差、ＥＣＵに組み込まれたＣＰＵの読み込み誤差、スロットル弁を開閉する開閉機構の駆動ギヤに起因する誤差等の種々の学習誤差が含まれる。

従って、学習誤差を含んで学習された全閉開度を基準に設定された目標開度を用いてスロットル弁の開度を制御する特許文献１の技術では、スロットル弁の開度が全閉開度付近に制御されるアイドル運転時にアイドル状態を十分確保できないおそれがあった。特に、ストッパの位置よりも閉じ側にずれて全閉開度が学習された場合にあっては、アイドル運転時等の低回転低負荷状態の場合に内燃機関の最低回転数が確保できなくなり、エンジンストールするおそれがあった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも制御性が向上したスロットル弁の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の吸気通路（例えば、後述の吸気管１１）に設けられたスロットル弁（例えば、後述のスロットル弁５）の開度を制御するスロットル弁の制御装置（例えば、後述の制御装置２）であって、アクチュエータ（例えば、後述のモータ７）により前記スロットル弁を開閉させる開閉手段（例えば、後述の開閉機構８，ＥＣＵ６）と、前記スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ（例えば、後述のスロットル開度センサ９）と、前記機関への燃料供給を制御する燃料供給制御手段（例えば、後述の燃料噴射弁１ａ，ＥＣＵ６の燃料噴射制御処理の実行に係る手段）と、前記機関の回転数を取得する回転数取得手段（例えば、後述のクランク角センサ９１，ＥＣＵ６の回転数取得処理の実行に係る手段）と、前記機関の負荷を取得する負荷取得手段（例えば、後述の吸気圧センサ９２，ＥＣＵ６の負荷取得処理の実行に係る手段）と、前記機関の目標回転数を設定する目標回転数設定手段（例えば、後述のＥＣＵ６の目標回転数設定処理の実行に係る手段）と、前記燃料供給制御手段により前記機関に燃料を供給している場合において、前記回転数取得手段により取得された回転数が所定回転数以下で前記機関が低回転状態であること、及び、前記負荷取得手段により取得された負荷が所定負荷以下で前記機関が低負荷状態であることのいずれの要件も満たす場合には、前記回転数取得手段により取得される回転数が前記目標回転数設定手段により設定される目標回転数となるように、前記開閉手段を制御して前記スロットル弁の開度を制御するスロットル開度制御手段（例えば、後述のＥＣＵ６のスロットル開度制御処理の実行に係る手段）と、を備えるスロットル弁の制御装置を提供する。

本発明では、燃料供給中の燃焼状態における内燃機関が低回転状態であること及び低負荷状態であることのいずれの要件も満たす場合には、回転数取得手段により取得される回転数が目標回転数設定手段により設定される目標回転数となるように、開閉手段を制御してスロットル弁の開度を制御する。即ち、アイドル運転時等の低回転低負荷状態においては、スロットル開度センサにより検出された開度と目標開度とによるフィードバック制御を用いずに、内燃機関の回転数が目標回転数となるようにスロットル弁の開度を制御する。
従って本発明によれば、従来のように学習誤差を含んで学習された全閉開度を基準に設定された目標開度を用いることなく、精度良く取得可能な内燃機関の回転数を用いてスロットル弁の開度を制御するため、高い精度で制御でき、制御性が向上する。また、内燃機関の回転数が目標回転数となるようにスロットル弁の開度を制御するため、アイドル運転時にアイドル状態を十分確保できるとともに、アイドル運転時等の低回転低負荷状態において内燃機関の最低回転数を確実に確保でき、エンジンストールの発生を確実に回避できる。

またこの場合、前記スロットル弁の目標開度を設定する目標開度設定手段（例えば、後述のＥＣＵ６の目標開度設定処理の実行に係る手段）をさらに備え、前記スロットル開度制御手段は、前記燃料供給制御手段により前記機関に燃料を供給していない場合、及び、前記燃料供給制御手段により前記機関に燃料を供給している場合において前記要件のいずれかを満たしていない場合には、前記スロットル開度センサにより検出される開度が前記目標開度設定手段により設定される目標開度になるように、前記開閉手段を制御して前記スロットル弁の開度を制御することが好ましい。

この発明では、燃料カット時等の燃料供給をしていない場合や、燃料供給中の燃焼状態における内燃機関が低回転低負荷状態ではない場合には、スロットル開度センサにより検出されるセンサ開度が目標開度設定手段により設定される目標開度になるように、開閉手段を制御してスロットル弁の開度を制御する。即ち、この場合には従来と同様に、スロットル開度センサによるセンサ開度を用いて、目標開度となるようにスロットル弁の開度を制御する。
従ってこの発明によれば、アイドル運転時等の低回転低負荷状態と比べるとエンジンストールの発生のおそれが無い場合には、センサ開度を用いたスロットル開度の制御に切り替えることで、スロットル操作に対する迅速なレスポンス性を優先させることができる。

本発明によれば、従来よりも制御性が向上したスロットル弁の制御装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその制御装置の構成を示す図である。 スロットル弁の構成を示す図である。 上記実施形態に係るスロットル開度制御処理の手順を示すフローチャートである。 上記実施形態に係るスロットル開度制御処理を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、内燃機関（以下、「エンジン」という。）１及びその制御装置２の構成を示す図である。

図１に示すように、エンジン１には、吸気が流れる吸気管１１が設けられている。吸気管１１は、図示しない吸気マニホールドの複数の分岐部を介してエンジン１の各シリンダの吸気ポートに接続されている。

エンジン１の吸気管１１内には、スロットル弁５が開閉可能に設けられている。スロットル弁５は、開閉機構８を介して、アクチュエータとしてのモータ７の出力軸に接続されている。開閉機構８は、複数のギヤを噛み合わせて構成され、モータ７で発生した駆動力をスロットル弁５の支軸に伝達し、吸気管１１内でスロットル弁５を開閉する。モータ７は、例えば直流モータである。スロットル弁５の開度は、図示しないバッテリからモータ７へ供給される駆動電流のデューティ比を、ＥＣＵ６で調整することによって制御される。また、エンジン１に導入される空気の量は、スロットル弁５の開度を制御することによって調整される。

図２は、スロットル弁５の構成を示す図である。図２に示すように、スロットル弁５には、これを開き側及び閉じ側へそれぞれ付勢する付勢手段としての開弁側スプリング５ａ及び閉弁側スプリング５ｂが取り付けられている。これら２つのスプリング５ａ，５ｂでは、閉弁側スプリング５ｂの付勢力の方が、開弁側スプリング５ａの付勢力よりも大きくなるように構成されている。したがって、モータ７が駆動されていない状態（デューティ比＝０［％］）では、スロットル弁５は、これら２つのスプリング５ａ，５ｂの付勢力が釣り合う、全閉開度から少し開いたデフォルト開度に維持される。

また、吸気管１１には、スロットル弁５の閉じ側への変位を所定の開度で制限するストッパ５ｃが設けられている。なお以下では、スロットル弁５がストッパ５ｃに当接している状態、より詳しくは、スロットル弁５の閉じ側への変位がストッパ５ｃによって制限される状態におけるスロットル弁５の最小開度を、全閉開度と定義する。

図１に戻って、吸気管１１には、スロットル弁５の開度を検出するスロットル開度センサ９が設けられている。スロットル開度センサ９は、例えば半導体センサにより構成される。このスロットル弁５の開度又はスロットル弁５の開度に相当する開閉機構８におけるギヤの送り量（移動量）等に応じた電圧の検出信号を発生し、ＥＣＵ６に入力する。スロットル開度センサ９の出力電圧は、スロットル弁５が開くほど高くなる。ＥＣＵ６は、スロットル開度センサ９の検出信号をＡ／Ｄ変換し、これによってスロットル弁５の開度を把握する。

ＥＣＵ６は、センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、各種演算処理を実行するＣＰＵ、及び各種データを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等で構成されるマイクロコンピュータである。ＥＣＵ６には、スロットル開度センサ９、クランク角センサ９１、吸気圧センサ９２等の各センサの検出信号が入力される。ＥＣＵ６は、いずれも後述する燃料噴射制御処理、回転数取得処理、負荷取得処理、目標回転数設定処理、目標開度設定処理、全閉学習処理及びスロットル開度制御処理を実行する。

燃料噴射制御処理では、ＥＣＵ６は、エンジン１の燃料噴射弁１ａからの燃料噴射を制御する。この燃料噴射制御処理により、後述する図４に示すエンジン１の燃焼領域と非燃焼（燃料カット等）領域が形成される。

回転数取得処理では、ＥＣＵ６は、クランク角センサ９１のクランク角検出信号に基づいて、エンジン１の回転数を算出して取得する。
負荷取得処理では、ＥＣＵ６は、吸気圧センサ９２の吸気圧検出信号に基づいて、エンジン１の負荷を算出して取得する。

目標回転数設定処理では、ＥＣＵ６は、図示しない車両の運転状態に基づいてエンジン１の目標回転数を設定する。具体的には、車速やアクセルペダル操作量に応じてエンジン１の目標回転数を設定する。
目標開度設定処理では、ＥＣＵ６は、後述する全閉学習処理によって学習されるスロットル弁５の全閉開度及びエンジン１の運転状態に基づいて、スロットル弁５の目標開度を設定する。具体的には、全閉開度及びエンジン１の回転数やアクセルペダル操作量に応じてスロットル弁５の目標開度を設定する。

全閉学習処理では、ＥＣＵ６は、イグニッション（ＩＧ）オンの直後及びイグニッション（ＩＧ）オフの直後において、スロットル弁５を閉じ側に駆動させ、スロットル弁５の閉じ側への変位がストッパ５ｃによって制限される最小開度となるようにスロットル弁５の開度を制御する全閉制御を実行する。次いで、このときのスロットル開度センサ９の検出信号を用いて全閉学習値を算出し、算出された全閉学習値により全閉開度を更新する。

ここで、上述したようにスロットル弁の全閉開度は、スロットル弁５がストッパ５ｃに当接しているときのスロットル開度センサ９の検出信号を用いて学習されるため、その学習値にはストッパ５ｃの歪に起因する誤差が含まれる。また、その学習値には、半導体で構成されるスロットル開度センサ９の温度変化に起因する検出誤差、ＥＣＵ６に組み込まれたＣＰＵの読み込み誤差、スロットル弁５を開閉する開閉機構８の駆動ギヤに起因する誤差等の種々の学習誤差が含まれる。

次に、本実施形態に係るスロットル開度制御処理について、図３を参照して詳しく説明する。図３は、本実施形態に係るスロットル開度制御処理の手順を示すフローチャートである。図３のスロットル開度制御処理は、ＥＣＵ６により所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１では、エンジン１の回転数が低回転数であるか否かを判別する。具体的には、上述の回転数取得処理により取得されるエンジン１の回転数が、予め設定された所定回転数以下であるか否かを判別する。
この判別がＹＥＳであれば、エンジン１が低回転状態であると判断されてステップＳ２に移る。一方、この判別がＮＯであれば、エンジン１が低回転状態ではないと判断されてステップＳ４に移る。

ステップＳ２では、エンジン１の負荷が低負荷であるか否かを判別する。具体的には、上述の負荷取得処理により取得されるエンジン１の負荷が、予め設定された所定負荷以下であるか否かを判別する。
この判別がＹＥＳであれば、エンジン１が低負荷状態であると判断されてステップＳ３に移る。一方、この判別がＮＯであれば、エンジン１が低負荷状態ではないと判断されてステップＳ４に移る。

ステップＳ３では、上述の回転数取得処理により取得されるエンジン１の回転数が、上述の目標回転数設定処理により設定される目標回転数になるように、スロットル開度を制御する（以下、「ＮＥスロットル開度制御」という）。具体的には、目標回転数に応じたスロットル開度となるように開閉機構８を駆動する際には、スロットル開度センサ９によるセンサ開度値からの開閉機構８のギヤの移動量（送り量）を用いてモータ７の駆動電流のデューティ比を決定し、決定したデューティ比の下でモータ７を駆動することによって、スロットル弁５の開度を目標回転数へ向けてフィードバック制御する。その後、本処理を終了する。

ステップＳ４では、スロットル開度センサ９のセンサ開度値が、上述の目標開度設定処理により設定された目標開度になるようにスロットル開度を制御する（以下、「ＴＨＡスロットル開度制御」という）。具体的には、設定された目標開度及び上述の全閉学習処理によって学習されたスロットル弁５の全閉開度に基づいて、スロットル開度センサ９によるセンサ開度値からの開閉機構８のギヤの移動量（送り量）を用いてモータ７の駆動電流のデューティ比を決定し、決定したデューティ比の下でモータ７を駆動することによって、スロットル弁５の開度を目標開度へ向けてフィードバック制御する。その後、本処理を終了する。

ここで、図４は、本実施形態に係るスロットル開度制御処理を説明するための図である。図４中、横軸はエンジン１の回転数を表し、縦軸はエンジン１の負荷を表している。即ち、図４では左下ほど低回転低負荷の運転領域を示しており、右上ほど高回転高負荷の運転領域を示している。また、図４中の直線は、燃焼領域と非燃焼（燃料カット等）領域との境界を示している。

図４に示すように、上述のステップＳ３のＮＥスロットル開度制御は、燃焼領域における低回転低負荷領域で実行される。非燃焼領域では、エンジン１の回転駆動が停止しているため、ＮＥスロットル開度制御は実行できないからである。
また、上述のステップＳ４のＴＨＡスロットル開度制御は、非燃焼領域と、燃焼領域における低回転低負荷領域以外の領域で実行される。
このように本実施形態のスロットル開度制御処理では、ＮＥスロットル開度制御とＴＨＡスロットル開度制御とを切り替える点に大きな特徴を有している。

本実施形態に係るスロットル開度制御処理によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、燃料供給中の燃焼状態におけるエンジン１が低回転状態であること及び低負荷状態であることのいずれの要件も満たす場合には、回転数取得処理により取得される回転数が目標回転数設定処理により設定される目標回転数となるように、開閉機構８を制御してスロットル弁５の開度を制御した。即ち、アイドル運転時等の低回転低負荷状態においては、スロットル開度センサ９により検出された開度と目標開度に応じたフィードバック制御を用いずに、エンジン１の回転数が目標回転数となるようにスロットル弁５の開度を制御した。
従って本実施形態によれば、従来のように学習誤差を含んで学習された全閉開度を基準に設定された目標開度を用いることなく、精度良く取得可能なエンジン１の回転数を用いてスロットル弁５の開度を制御するため、高い精度で制御でき、制御性が向上する。また、エンジン１の回転数が目標回転数となるようにスロットル弁５の開度を制御するため、アイドル運転時にアイドル状態を十分確保できるとともに、アイドル運転時等の低回転低負荷状態においてエンジン１の最低回転数を確実に確保でき、エンジンストールの発生を確実に回避できる。

また本実施形態では、燃料カット時等の燃料供給をしていない場合や、燃料供給中の燃焼状態におけるエンジン１が低回転低負荷状態ではない場合には、スロットル開度センサ９により検出されるセンサ開度が目標開度設定処理により設定される目標開度になるように、開閉機構８を制御してスロットル弁５の開度を制御した。即ち、この場合には従来と同様に、スロットル開度センサ９によるセンサ開度を用いて、目標開度となるようにスロットル弁５の開度を制御した。
従って本実施形態によれば、アイドル運転時等の低回転低負荷状態と比べるとエンジンストールの発生のおそれが無い場合には、センサ開度を用いたスロットル開度の制御に切り替えることで、スロットル操作に対する迅速なレスポンス性を優先させることができる。低回転低負荷領域ではスロットル操作に対する迅速なレスポンス性は要求されないのに対して、低回転低負荷以外の領域ではスロットル操作に対する迅速なレスポンス性が要求されるからである。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。

１…エンジン（内燃機関）
２…制御装置
５…スロットル弁
６…ＥＣＵ（開閉手段、回転数取得手段、負荷取得手段、目標回転数設定手段、スロットル開度制御手段、目標開度設定手段）
７…モータ（アクチュエータ）
８…開閉機構（開閉手段）
９…スロットル開度センサ
１１…吸気管（吸気通路）
９１…クランク角センサ（回転数取得手段）
９２…吸気圧センサ（負荷取得手段）

Claims (2)

1. 内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を制御するスロットル弁の制御装置であって、
   アクチュエータにより前記スロットル弁を開閉させる開閉手段と、
   前記スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサと、
   前記機関への燃料供給を制御する燃料供給制御手段と、
   前記機関の回転数を取得する回転数取得手段と、
   前記機関の負荷を取得する負荷取得手段と、
   前記機関の目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、
   前記燃料供給制御手段により前記機関に燃料を供給している場合において、前記回転数取得手段により取得された回転数が所定回転数以下で前記機関が低回転状態であること、及び、前記負荷取得手段により取得された負荷が所定負荷以下で前記機関が低負荷状態であることのいずれの要件も満たす場合には、前記回転数取得手段により取得される回転数が前記目標回転数設定手段により設定される目標回転数となるように、前記開閉手段を制御して前記スロットル弁の開度を制御するスロットル開度制御手段と、を備えるスロットル弁の制御装置。
2. 前記スロットル弁の目標開度を設定する目標開度設定手段をさらに備え、
   前記スロットル開度制御手段は、前記燃料供給制御手段により前記機関に燃料を供給していない場合、及び、前記燃料供給制御手段により前記機関に燃料を供給している場合において前記要件のいずれかを満たしていない場合には、前記スロットル開度センサにより検出される開度が前記目標開度設定手段により設定される目標開度になるように、前記開閉手段を制御して前記スロットル弁の開度を制御する請求項１に記載のスロットル弁の制御装置。

Images