JP2859049B2 - 内燃機関の絞り弁制御装置 - Google Patents
内燃機関の絞り弁制御装置Info
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Description
装置に係り、特に絞り弁開閉操作用のアクチュエータ
と、絞り弁の制御位置を検出する検出手段と、その検出
手段の出力と絞り弁の制御目標開度を比較判断して絞り
弁開度をフィードバック制御する駆動ユニットを備え、
絞り弁の開度を高速,高精度に制御することが出来るよ
うにした自動車用のエンジンに好適な内燃機関の絞り弁
制御装置に関する。
関の絞り弁(スロットルバルブ)制御方式として、従来
のアクセルペダル操作による直接的な絞り弁の操作に代
えて、アクセルペダルの操作量をセンサにより電気信号
として取り込み、所定の演算処理を施してから電動機等
からなるアクチュエータに供給し、このアクチュエータ
により絞り弁を開閉制御する、いわゆる電子スロットル
方式の絞り弁制御装置が注目されるようになり、エンジ
ンの高出力化等自動車の高性能化に際して有効なトラク
ションコントロールなどの各種のエンジン制御に適用さ
れるようになっている。
代表的なものに、ISC(アイドルスピードコントロー
ル),FIC(ファーストアイドルコントロール)機能
の様な絞り弁低開度制御機能がある。例えば、従来技術
のISCシステムは、特公昭63−49112 号公報に代表さ
れるように、アイドル回転数を水温や電気負荷に応じ
て、所定の回転数に制御する為、スロットルチャンバに
絞り弁を迂回するバイパスを設け、絞り弁の前後におけ
る圧力差を利用して、バイパスを流れる空気量を調節し
て行う方法が採られていた。
ギュレータを上記同様の迂回バイパスに設けることで、
低温始動時の空気量を調節して行う方法が採られてい
た。
度制御時に補助デバイス類が必要であり、それによって
トータル洩れ空気量を抑えることが困難であり、アイド
ルセット回転数を下げるには、構造変更等が必要であっ
た。また、コスト低減についても、補助デバイス類が必
要であることからコスト高となり、望ましくないという
問題点もあった。一方、電子スロットル方式の絞り弁制
御装置により、絞り弁低開度制御を行うシステムの場
合、トータル洩れ空気量を抑制することは可能である
が、エンジン回転数の安定性については、制御精度(分
解能)が不足して安定性確保が難しいという問題もあっ
た。
り弁制御装置において、絞り弁低開度での絞り弁開度の
制御精度(分解能)をアイドルスピードコントロールに
適した制御精度まで向上させて、絞り弁自体でアイドル
スピードコントロールを実現できるようにする点にあ
り、しかも1個のスロットルポジションセンサを用いて
これを実現することにある。
り弁制御装置は、絞り弁の実開度を表すスロットルポジ
ションセンサの出力電圧と目標開度との比較判断によ
り、駆動信号がモータに伝送され、これにより、絞り弁
のフィードバック制御が成立している。
ジションセンサの出力電圧と目標開度との比較判断は、
駆動ユニット内に備えたマイクロコンピュータにより処
理されるが、スロットルポジションセンサの出力電圧で
あるアナログ値をデジタル値に変換するマイクロコンピ
ュータのA/D変換処理能力によってフィードバック制
御時の制御精度(分解能)が決まる。
絞り弁開度域(絞り弁低開度域)において、絞り弁の実
開度を表すスロットルポジションセンサの出力電圧を増
幅し、この増幅した電圧信号に基づく実開度信号と絞り
弁の目標開度信号との比較判断をすることにより達成さ
れる。
は、コントロールユニットに入力され、絞り弁の実開度
を表す出力電圧値と目標開度との比較判断により駆動信
号がモータに伝送され、これにより絞り弁のフィードバ
ック制御が成立する。
ときは、基本的には、スロットルポジションセンサの出
力電圧信号とアクセルポジションセンサの出力電圧信号
との間には、ある一定の相関があり、これらをコントロ
ールユニットに取り込み、比較判断して正常の動作をし
ているか否かのフェイルセイフ制御が成立している。通
常絞り弁開度に対する出力電圧がリニア特性であるスロ
ットルポジションセンサの出力電圧特性は、高制御精度
が必要となる絞り弁開度域(絞り弁低開度域)においての
み増幅補正した値で読み込まれ電圧特性傾斜を大きくし
た2段切り替え特性となる。
置について、実施例により詳細に説明する。
の絞り弁1は支持体(スロットルボディ)2に回動自在
に支承されている絞り弁軸3に固定されている。
度制御用のアクチュエータとなるモータで、コントロー
ルユニット4にはエンジンの運転状態を示す種々の情報
に基づいて設定された絞り弁目標開度信号5が入力さ
れ、それにより、モータ6へ駆動信号7を伝送する。
ユニット4からの励磁信号9により動作し、絞り弁軸3
とモータ6の間での駆動力の伝達切離しを制御する駆動
力結合切離し手段を構成する。
ギア8aは、モータ軸6aに回動自在に構成されている
が、励磁信号9により電磁クラッチ8が励磁された時に
は、モータ軸6aと一体で回動するように構成されてい
る。そして、このギア8aに噛み合っている減速歯車1
0a,絞り弁軸3に固定されている減速歯車10bを介
してモータ6からの駆動力が絞り弁軸3に伝達されるよ
うになっている。
で、絞り弁軸3に取り付けられた制御レバー11aと、
アクセルワイヤ15を介してアクセルペダル14に連結
されたスロットルレバー11b、それに2個のロストモ
ーション用のスプリング11c、11dで構成されてい
る。そして、スロットルレバー11bと制御レバー11a
はこれら2個のロストモーション用のスプリング11
c,11dにより係合されている。
ー12を介してリターンスプリング13が設けてあり、
これにより、絞り弁1を閉じ方向に付勢されている。
で、絞り弁1の実開度を検出する検出手段となり、17
はアクセルポジションセンサで、スロットルレバー11
bの操作位置を検出する検出手段となる。
ッパ18,全閉ストッパ19と係合して絞り弁1の回動
範囲を規定する働きをも果たしている。尚、この図1で
は、全開ストッパ18,全閉ストッパ19は表れていな
い。
脂材のような摩擦係数の小さい材料で作られ、ロストモ
ーション用のスプリング11c,11dをこれらのスプ
リング受け20,21上に設けることにより、これらの
摺動抵抗を少なくする働きをする。
で、センサハウジング23に回動自在に挿入保持され、
これにレバー24が取り付けられている。そして、この
レバー24は、スロットルレバー11bと、接合ピン2
4aにより係合されているので、スロットルレバー11
bの回動に伴って一緒に回動し、スロットルレバー11
bの回動をアクセルポジションセンサ17へ伝えること
ができる。
ンセンサ軸22には、リターンスプリング13を設ける
ことによって、回動伝達系に存在する遊びを無くすよう
になっている。
出力電圧信号25は図3に示すように、コントロールユ
ニット4に入力され、絞り弁1の実開度を表す出力電圧
値25と目標開度5との比較判断により駆動信号7がモ
ータ6に伝送され、これにより絞り弁1のフィードバッ
ク制御が成立している。
るときは、基本的には、スロットルポジションセンサ1
6の出力電圧25とアクセルポジションセンサ17の出
力電圧26との間には、ある一定の相関があり、これら
をコントロールユニット4に取り込み、比較判断して正
常の動作をしているか否かのフェイルセイフ制御が成立
している。
ロジックは一例にすぎず、これにかぎられるものではな
い。
図1のPから見た図で、絞り弁1は絞り弁軸3に固定さ
れ、制御レバー11aも絞り弁軸3に固定されており、
従って、絞り弁1と一体となって回動する。
3に対して回動自在に支承されておりロストモーション
用のスプリング11c,11dはスプリング受け20,
21上に、互いに逆方向の付勢力をもたせて組み付けら
れており、これにより、これらスプリング11c,11
dはスロットルレバー11bに対して相互に反対方向の
変位を受けるように配置され、且つそれぞれが予応力与
えられるように構成されていることになる。
バー11bのワイヤガイド溝15aを通って、玉掛け部
11eでスロットルレバー11bに固定され、アクセル
ペダル14の操作により、リターンスプリング13の付
勢力に対して、絞り弁1を矢印θA 方向に回転させるこ
とができるように構成されている。
動作について、以下、図3の構成概念図により説明す
る。
の実施例における回転動作を左右方向の直線移動で表
し、図1と同じ部分、もしくは同等の部分には同じ符号
を付したものである。
ないキースイッチをONにすると、これと同時に励磁信
号9が電磁クラッチ8に伝送され、電磁クラッチ8はO
N状態となり、これで通常制御状態での準備完了とな
り、コントロールユニット4からモータ6へ駆動信号7
が伝送されて、絞り弁1が開閉制御されることになる。
このとき、絞り弁軸3に取付られている制御レバー11
aはモータ6の回転により絞り弁1と一体になって、図
中に破線で示すように移動(回転)する。この制御レバ
ー11aとその移動(回転)により発生するスロットル
レバー11bとの相対変位は、ロストモーション用のス
プリング11c,11dの一方の伸びと他方の縮み(図
1では、一方の巻き緩みと、他方の巻き締まりとなる)
により吸収され、この結果、アクセルペダル14の踏み
込み量に応じて与えられているスロットルレバー11b
の操作位置にかかわらず、これと独立に、モータ6によ
る絞り弁1の開閉制御が可能になり、電子スロットルモ
ードとしての動作がえられることになる。
駆動系に故障等の異常が発生したとする。するとコント
ロールユニット4に内蔵されている異常判断機能の働き
により、まず、電磁クラッチ8の励磁が停止され、この
電磁クラッチ8がOFF状態にされ、次に絞り弁軸3は
モータ6から切り離され、フリーになる。
1bと制御レバー11aとの間に相対変位が生じていた
とすると、ロストモーション用のスプリング11cとロ
ストモーション用のスプリング11dの付勢荷重に差が
生じているので、この付勢荷重の差がバランスする位
置、つまり相対変位差をゼロとする位置まで、これらの
スプリング11c,11dの働きにより制御レバー11
aが移動(回転)され、この結果、絞り弁1もアクセル
ペダル14の操作位置に適合した開度に移動(回転)さ
せられてしまうことになる。
バー11aとロストモーション用のスプリング11c,
11d、それにスロットルレバー11bを介してアクセ
ルペダル14にだけ結合された状態になり、ここでアク
セルペダル14の操作で絞り弁1を駆動させるための準
備が完了されることになる。
むことにより、リターンスプリング13の復帰力に抗し
てスロットルレバー11bは回転され、このスロットル
レバー11bの移動(回転)に応じて、制御レバー11
aにはロストモーション用のスプリング11c,11d
の荷重がバランスするような力が作用するので、制御レ
バー11aはスロットルレバー11bに追従して、それ
と同位相での移動(回転)を行ない、絞り弁1の開度制
御が得られ、リンプホーム機能を達成することができる
のである。
を示したもので、モータ6による絞り弁1の開度制御領
域は、全域にわたっての開閉制御が可能である。また、
リンプホームモード時でも、従来技術と同様で、アクセ
ルペダル操作にそのまま追従した制御になることが判
る。
には、モータ6が絞り弁軸3から切り離されてアクセル
ペダルによる開度制御下に自動的に移行すると共に、絞
り弁1の開度も、自動的にアクセルペダルの操作位置に
対応した状態でアクセルペダルによる開度制御下に置か
れることになり、リンプホーム機能が与えられると共
に、このときには、絞り弁はアクセルペダル操作位置ま
で戻されるので、リンプホーム状態での暴走等の重大事
故発生は確実に抑えられ、完全なフェイルセイフ機能と
高信頼性を達成することができる。
動力伝達機構11のモータ6による制御時と、アクセル
ペダル14の操作による制御時での動作を示す概略図
で、横軸は絞り弁1の開度TVOを、縦軸はロストモー
ション用スプリング11c,11dの付勢トルクTを示
している。
し、ここはアクセルペダルの操作位置に一致した絞り弁
開度TVOにあるものとする。
M degだけ、開き方向に制御している状態を考える
と、一方のロストモーション用スプリング11cは巻き
込まれる方向に偏角し、他方のロストモーション用スプ
リング11dは、緩む方向に偏角することになり、従っ
て、この図5に示すO−A″特性がスプリング11cの
付勢トルクT特性を示し、O−B″特性がスプリング1
1dの付勢トルクT特性を示すことになる。そして、こ
こで、A″−B″の絶対値が、モータ6の発生すべき必
要トルクを表すこととなる。
をしている場合についての説明であるが、閉じ方向に制
御している場合も同様である。
ング駆動力伝達機構11によるリンプホーム機構が作動
した場合を考える。
トルレバー11bが角度θA degだけ開き方向に回動
したとすると、スプリング11c,11dの付勢トルク
Tはそれぞれがバランスする方向に相対移動させられ
る。この結果、制御レバー11aはスロットルレバー11
bの回動に伴って同一方向に追従し、図5上ではO点か
らO′点に移動することになり、絞り弁1は、同じ角度
θA deg、開き方向に回動し、この結果、モータ6を
含む駆動系に異常が発生した場合でも、確実にリンプホ
ーム機構が成立することになる。
4側にクラッチなどを設けないとモータ6などのアクチ
ュエータにより絞り弁1の制御がなされたとき、アクセ
ルペダル14にキックバック現象が現れる。
ョン用のスプリングとして、2個のスプリング11c,
11dを用い、これらの付勢トルクが反対になるように
して組み立ててあり、この結果、この実施例によれば、
これらのスプリング11c,11dの絞り弁軸3に対す
る付勢トルク定数を同一にとることにより、各々の合成
トルクをフラット化し、図5の特性O−Cを得ることが
でき、従って、この実施例によれば、キックバック現象
を無くすことが出来るという効果がある。
装置により、ISC(アイドルスピードコントロー
ル),FIC(ファーストアイドルコントロール)機能
を成立させるには、制御時のエンジン回転数(アイドル
回転数)の安定性を確保する為に制御精度(分解能)を
上げることが必須となっている。
能)をあげた実施例を以下説明する。図6は、制御精度
が必要となる絞り弁開度域θR (ISC制御域,FIC
制御域)において、絞り弁1の制御された実開度を検出
するスロットルポジションセンサ16の出力特性変化率
を上げ、増幅することで、アクチュエータによる絞り弁
開度のフィードバック制御精度を向上するようにした実
施例を示している。
サ16の出力電圧特性を示しており、横軸スロットル開
度(θ)に対する縦軸出力電圧(V)特性は、電圧定数
k一定なリニア特性となっている。これに対し、28
は、本発明の実施例であるスロットルポジションセンサ
16の出力電圧特性を示しており、制御精度(分解能)
を必要とするISC,FIC制御域のみ電圧定数をN倍
に増幅した特性となっている。
の制御精度(分解能)△VT は、出力電圧レンジ(V1−
V0)VとマイコンのA/D変換処理能力(Bbit)に
より決まり、△VT=(V1−V0)/B となる。すなわ
ち、フィードバック制御時、△VT 以下の精度では、絞
り弁1を制御することができない限界出力値である。通
常の出力電圧特性27のスロットルポジションセンサ1
6を用いた場合、制御精度(分解能)△VT 相当のスロ
ットル開度は(△VT/k)degとなり、一方、出力電
圧特性28のスロットルポジションセンサ16を用いた
場合、制御精度(分解能)△VT 相当のスロットル開度
は(△VT/Nk)degとなる。従って、電圧定数をN
倍に増幅したスロットルポジションセンサを用いること
で、制御精度(分解能)をN倍に向上させることがで
き、制御時のエンジン回転数(アイドル回転数)の安定
性を確保するのに良好な方法である。
施例を示したものである。制御精度が必要となる絞り弁
開度域θRに絞り弁1が制御されている時、絞り弁1の
制御された実開度を検出するスロットルポジションセン
サ16の出力電圧25をコントロールユニット4内で増
幅器4cを介しn倍処理することで、アクチュエータに
よる絞り弁開度のフィードバック制御精度を向上するよ
うにした実施例を示している。
を、そして、図8は本発明における横軸スロットル開度
(θ)に対する縦軸コントロールユニットに読み込まれ
た出力電圧(V)特性を示したものである。絞り弁開度
域θR においては、スロットルポジションセンサ16の
出力電圧25はn倍増幅器4cを介して読み込まれるの
で、読み込まれた出力電圧(V)特性は28aのよう
に、通常の電圧定数kをn倍した特性となっている。
ジションセンサ16の出力電圧25はn倍増幅器4cを
介さずに読み込まれるので、読み込まれた出力電圧
(V)特性は、27aのように、通常の電圧定数kの特
性となっている。絞り弁開度をフィードバック制御する
ときの制御精度(分解能)△VT から、前記同様に制御
精度(分解能)△VT相当のスロットル開度を求める
と、絞り弁開度域θRにおいては、(△VT/nk)deg
となり、絞り弁高開度域においては(△VT/k)deg
となる。
の出力電圧25をn倍増幅器4cを介して読み込むこと
で、電圧定数をn倍に増幅しフィードバック制御するこ
とで、制御精度(分解能)をn倍に向上させることがで
き、制御時のエンジン回転数(アイドル回転数)の安定
性を確保するのに良好な方法である。
ドルスピードコントロールのための補助デバイス類を必
要とせず、絞り弁自体の制御によってアイドルスピード
コントロールを達成できる。また、絞り弁低開度域での
センサ出力電圧を増幅するだけで、絞り弁低開度域の制
御精度(分解能)をアイドルスピードコントロールに必
要な制御精度(分解能)にまで向上させることができる
のでセンサは1個で足りる。
例を示す断面展開図である。
例を示す側面図である。
る。
る。
機構の特性図である。
ションセンサ出力電圧を示す特性図である。
示す概略図である。
ションセンサ出力電圧を示す特性図である。
ントロールユニット、4a…低開度制御時の読み込み経
路、4b…高開度制御時の読み込み経路、4c…n倍増
幅器、6…モータ、7…駆動信号、10a,10b…減
速歯車、16…スロットルポジションセンサ、25,2
6…出力電圧、27,27a,28,28a…出力電圧
特性。
Claims (1)
- 【請求項1】絞り弁と、 前記絞り弁を開閉操作するアクチュエータと、 前記絞り弁の実開度を検出し、検出開度に応じた出力電
圧信号を発生する実開度検出手段と、 前記実開度検出手段の出力電圧信号と前記絞り弁の目標
開度信号とを比較判断して前記絞り弁の開度をフィード
バック制御する制御手段とを有する内燃機関の絞り弁制
御装置において、 前記制御手段は、前記実開度検出手段の出力電圧信号と
前記実開度検出手段の出力電圧信号を増幅した増幅電圧
信号とを入力する入力回路を有し、且つ、 前記絞り弁の低開度域では前記増幅電圧信号に基づく実
開度信号と目標開度信号とから前記アクチュエータの駆
動信号を演算することを特徴とする内燃機関の絞り弁制
御装置。
Priority Applications (6)
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