JPWO2005052347A1 - ディーゼルエンジンのｅｇｒ制御装置およびモータ駆動式スロットル弁装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＥＧＲ還流率の制御応答性を高める装置である。ＥＧＲ制御のために、エンジンの吸気通路の開度を制御するスロットル弁（すなわち、ＥＧＲ制御に供されるスロットル弁）と、吸気通路に還流される排気ガスの流量を制御するＥＧＲ弁とを備える。スロットル弁，その駆動モータおよび減速ギア機構を有する第１のボディと、ＥＧＲ弁，その駆動モータおよび減速ギア機構を有する第２のボディとを、を備える。第１，第２のボディが一つの集合体となるように結合され、第１，第２のボディには、それぞれの減速ギア機構を覆う第１，第２のカバー部が取り付けられる。少なくともスロットル弁を駆動制御するための回路基板が、前記カバー部の少なくともいずれか一方に内装されている。回路基板には、スロットル弁のほかにＥＧＲ弁を駆動制御する回路を併設してもよい。

Description

本発明は、ディーゼル車用内燃機関に用いられる排気ガス還流（ＥＧＲ）制御装置およびそれに用いるモータ駆動式スロットル弁装置に関する。

ＥＧＲは、内燃機関の排気ガス中のＮＯｘを低減させる手段として周知である。従来の電子式ＥＧＲガス制御装置としては、吸気管とＥＧＲガス通路との接続部近傍のＥＧＲガス通路部に開閉バルブを設け、このバルブを減速歯車を介して、モータで開閉制御するものが知られている（特表平２００２−５２１６１０号公報）。
また別の従来技術では、スロットルバルブの下流の吸気通路部にＥＧＲガス導入用の屈曲管を設け、この屈曲管を吸気通路下流側に向けて開口させると共に、吸気管に接続されるＥＧＲガス通路にバルブを設けこのバルブを負圧アクチュエータで開閉制御するものが知られている（特開平１０−２１３０１９号公報）。
また、ガソリンエンジンにおいては、スロットル弁をアクチュエータ（例えば、直流モータ、トルクモータ、ステッピングモータ）により駆動制御することにより、吸入空気流量を最適に制御する電子制御スロットル弁装置（モータ駆動型スロットル装置）が広く実用化されている。
これは、スロットル弁の開度を、アクセルペダルの踏み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により制御する。また、スロットル弁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している。
一方、ディーゼルエンジンは、空気の圧縮熱を利用して燃料を点火するエンジンであり、吸入空気流量はコントロールせず燃料噴射量のみを制御して、エンジンを駆動制御するために、ガソリンエンジン車のようなスロットル弁は不要である。
ただし、最近では、ディーゼルエンジンにおいても、ＥＧＲ効率向上、ディーゼリング改善などガソリンエンジンとは異なるニーズによって、電子制御式のスロットル弁駆動装置が使用されている。
ディーゼルエンジン用電子制御スロットル弁装置は、ガソリンエンジンとは異なって、ＥＧＲやディーゼリング防止などが実行されていないときは、スロットル弁が全開位置にある。そして、ＥＧＲ制御の時にスロットル弁を絞り制御して、ＥＧＲ効率を高めている。また、ディーゼルエンジンは、エンジン停止時に流入する吸気空気がエンジンの熱により膨張してピストンを一時的に作動させる、いわゆるディーゼリングが生じることもあるので、それを防止するためエンジン停止時に一時的にスロットル弁を強制的に閉じる制御が行われている。
従来は、ディーゼルエンジン用のスロットル弁や排気ガスの還流量を制御するＥＧＲ弁の制御回路は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）の内部に設けられていた。
ディーゼルエンジンにおいて、電子制御式スロットル弁の制御回路を、エンジン制御ユニットに設ける場合には、エンジン制御演算部の計算負荷がＥＣＵの現状マイコン能力に対して高くなり、電子制御スロットル弁の制御周期が例えば８〜１６ｍｓとなる。電子制御スロットル弁装置を制御周期８〜１６ｍｓで制御した場合には、制御性（オーバーシュート、目標開度への収束性）が低下する。
本発明は、制御の改善を図り得るディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置およびモータ駆動式スロットル弁装置を提供する。

本発明は、ディーゼルエンジンの吸気通路内に排気ガスの一部を還流するＥＧＲ制御装置において、基本的には、次のように構成される。
ＥＧＲ制御のために、エンジンの吸気通路の開度を制御するスロットル弁（すなわち、ＥＧＲ制御に供されるスロットル弁）と、吸気通路に還流される排気ガスの流量を制御するＥＧＲ弁とを備える。
スロットル弁，その駆動モータおよび減速ギア機構を有する第１のボディと、ＥＧＲ弁，その駆動モータおよび減速ギア機構を有する第２のボディとを、を備える。
第１，第２のボディが一つの集合体となるように結合され、第１，第２のボディには、それぞれの減速ギア機構を覆う第１，第２のカバー部が取り付けられる。少なくともスロットル弁を駆動制御するための回路基板が、前記カバー部の少なくともいずれか一方に内装されている。回路基板には、スロットル弁のほかにＥＧＲ弁を駆動制御する回路を併設してもよい。
本発明によれば、スロットル弁の制御回路は、ＥＣＵから独立する。特に、前記制御回路は、スロットル弁を備えた吸気通路ボディにカバーを介して装着されるので、吸気通路ボディを拠点にスロットル弁を駆動制御する。それによって、ディーゼルエンジン用のＥＣＵの負担を軽減させ、特にスロットル弁やＥＧＲ弁の挙動を極めて近い位置で検出しそれに基づき制御することにより、信号ノイズを少なくし且つ制御応答性を改善させることができる。
特に、ＥＧＲ制御の場合のスロットル弁は、常時は全開でＥＧＲ制御，ディーゼリング防止のための制御などを行う場合に開度を絞り制御する特有の動作がなされる。そして、本発明では、スロットル弁の吸気ボディとその制御回路を一体化することで、制御回路は、吸気ボディ単独でＥＧＲ制御に必要な基点となる機械的スロットル全開位置，全閉位置を個別に記憶することが可能になる。それによって、ＥＧＲ制御などにおいて、目標開度に対する実スロットル弁開度ひいては吸気に対するＥＧＲ率制御の精度を向上させることができる。
さらに、ＥＧＲ制御に必要なスロットル弁制御回路とＥＧＲ弁制御回路をスロットルボディのカバー側に設けると、制御回路とＥＧＲ関連機構の集約化を図り、制御回路間および制御回路・アクチュエータ間のワイヤハーネスの削減或いは短縮化を図り、耐ノイズ性，電子機器のエンジンルーム内の合理化を向上させる。
さらに、上記制御回路、ＥＧＲ関連機器の集約化の最適化を図り得るモータ駆動式スロットル弁装置として、次のようなものを提案する。
そのスロットル弁装置は、ＥＧＲ制御に使用されるスロットル弁、およびＥＧＲ弁を備える。さらに、前記スロットル弁，その駆動モータおよび減速ギア機構を有する第１のボディと、前記ＥＧＲ弁を有する排気ガス還流通路の一端を導入し、ＥＧＲ弁の駆動モータおよび減速ギア機構を有する第２のボディとを、備える。そして、第１のボディの下流側に第２のボディが直列に結合され、第１，第２のボディには、それぞれの減速ギア機構を覆う第１，第２のカバー部が取り付けられる。スロットル弁の駆動軸とＥＧＲ弁の駆動軸とが、上下に平行配置されることにより、これらの駆動軸の減速ギアおよび第１，第２のカバー部が、第１，第２のボディの側面に並んで配置される。上記カバー部は、別体でも一体でもよい。なお、このモータ駆動式スロットル弁の構成は、ディーゼルエンジンのほかに、ガソリンエンジンに応用しても好適な制御回路と関連機器の集約化を図り得る。

第１図は、本発明の排気還流制御装置（ＥＧＲ装置）の一実施例を部分的の断面して示す斜視図。第２図は、その一部を示す縦断面図。第３図は、上記実施例の側面図。 第４図は、上記実施例の横断面図。
第５図は、上記実施例の上面図。 第６図は、上記実施例におけるＥＧＲ弁駆動機構を示す拡大断面図。 第７図は、上記実施例におけるスロットル弁駆動機構を部分的に示す拡大断面図。 第８図は、上記実施例のもう一方側を示す側面図。 第９図は、上記実施例の冷却装置を外した状態を示す側面図。 第１０図は、本発明の適用対象となるＥＧＲ制御装置を用いたエンジンシステムの構成図。 第１１図および第１２図は、上記実施例におけるＥＧＲ制御系のブロック図。 第１３図は、上記実施例のＥＧＲコントローラの制御内容を示すフローチャート。
第１４図は、上記実施例のＥＧＲ制御に用いる還流ガス流量検出器の第１の構成を示す部分断面図。 第１５図は、上記実施例のＥＧＲ制御に用いる還流ガス流量検出器の第２の構成を示す部分断面図。 第１６図は、上記ＥＧＲ制御に用いるスロットル弁の駆動方式の違いによる特性を示す図。 第１７図は、上記ＥＧＲ制御に用いるスロットル弁の駆動方式の違いによる特性を示す図。 第１８図は、本発明が適用される内燃機関のＥＧＲ制御装置の他の実施例に係わる制御系のブロック図。第１９図は、上記ＥＧＲ制御の他の実施例用いるマップの構成図。 第２０図は、上記他の実施例になる排気ガス環流コントローラの制御内容を示すフローチャート。 第２１図は、電子制御スロットル装置の第１の実施形態におけるシステム構成図。 第２２図は、上記実施例に用いる電子制御スロットル装置の第１の実施形態におけるスロットルバルブ開度特性の説明図。
第２３図は、上記実施例に用いる第１の実施形態におけるスロットルバルブ開度の定義の説明図。 第２４図は、上記第１の実施形態における縦断面図。 第２５図は、第２４図のＶ−Ｖ矢視の断面図。
第２６図は、上記第１の実施形態におけるスロットルポジションセンサの斜視図。 第２７図は、上記第１の実施形態におけるスロットルポジションセンサの回路図。 第２８図は、第２５図のギアカバーを外した状態におけるＡ矢視図。 第２９図は、第２５図のギアカバーを外し、さらに中間ギアを外した状態におけるＡ矢視図。 第３０図は、第２５図のギアカバーを外し、さらに中間ギアと終段ギアを外した状態におけるＡ矢視図。
第３１図は、上記電子制御スロットル装置の第１の実施形態におけるギアカバーの内側を示す平面図。 第３２図は、第３１図のギアカバー内側を、さらに回路保護プレート（蓋体）を外して示す平面図。 第３３図は、本発明に用いられる電子制御スロットル装置の第１の実施形態における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。 第３４図は、上記電子制御スロットル装置の第１の実施形態におけるＨブリッジ回路の構成を示す回路図。 第３５図は、上記電子制御スロットル装置の第１の実施形態における制御部による制御内容を示すフローチャート。 第３６図は、上記電子制御スロットル装置の第１の実施形態における制御部による制御内容の説明図。 第３７図は、本発明に用いられる電子制御スロットル装置の第２の実施形態における制御部による制御内容を示すフローチャート。 第３８図は、上記電子制御スロットル装置の第２の実施形態における制御部による制御内容の説明図。 第３９図は、本発明に用いられる電子制御スロットル装置の第３の実施形態における制御部による制御内容を示すフローチャート。 第４０図は、本発明に用いられる電子制御スロットル装置の第４の実施形態における制御部による制御内容を示すフローチャート。 第４１図は、上記電子制御スロットル装置の第４の実施形態における制御部による制御内容の説明図。
第４２図は、上記電子制御スロットル装置の他の実施形態におけるシステム構成図。 第４３図は、本発明のＥＧＲ制御装置のシステム構成の一例を示す説明図。 第４４図は、それに用いるスロットル弁のコントロールユニットを示す説明図。 第４５図は、本発明のＥＧＲ制御装置のシステム構成の一例を示す説明図。 第４６図は、本発明のＥＧＲ制御装置の他の実施例に用いるカバーと制御回路を示す平面図。 第４７図は、上記第４６図に用いる実施例の減圧回路の動作波形を示す説明図。 第４８図は、本発明のＥＧＲ制御装置のシステム構成の一例を示す説明図。 第４９図は、第４８図に用いるスロットル弁の制御ユニットとその周辺機器を示すブロック図。 第５０図は、本発明のモータ駆動式スロットル弁装置の他の実施例を示す断面図。 第５１図は、本発明のモータ駆動式スロットル弁装置の他の実施例を示す断面図。 第５２図は、本発明のモータ駆動式スロットル弁装置の他の実施例に用いるギアカバー及び回路基板を示す平面図。 第５３図は、本発明のＥＧＲ制御装置の他の実施例を示すシステム構成図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
第１図は、本発明になるＥＧＲ制御装置の全体斜視図で、吸気通路の一部を断面して内部が分かるようにしてある。
第２図はＥＧＲ制御装置の縦断面図で、第３図は側面図である。
まず、第１図乃至第９図、第４３図〜第５３図により本発明の全体概要について説明する。
本発明の基本的構成は、以下のとおりである。
ＥＧＲ制御装置４１６は、エンジンの吸気通路４６の開度を制御するスロットル弁２と、吸気通路４６に還流される排気ガスの流量を制御するＥＧＲ弁４１６Ａとを備える。吸気通路４６に排気ガス還流管の一部（曲折した管端４１３ｄ，４１３ｅ，４１３ｆ）が入り、この管端にＥＧＲ弁４１６Ａが配置されている。
吸気通路４６の一部を形成する吸気ボディ（第１のボディ）４５Ｂは、スロットル弁２，その駆動モータ５、および減速ギア機構（６、７、８）を備える（第６図、第７図）。
吸気ボディ（第２のボディ）４１６Ｂは、ＥＧＲ弁４１６Ａを有する排気ガス還流管の一端が導入され、ＥＧＲ弁の駆動モータ４１６Ｄｍおよび減速ギア機構（４１６Ｎ、４１６Ｐ，Ｑ、４１６Ｌ）を備える（第４図）。
第１，第２のボディ４５Ｂ、４１６Ｂは、一つの集合体となるように結合され、それぞれの減速ギア機構を覆う第１，第２のカバー部９、４１６ｃが取り付けられる。
少なくともスロットル弁（バタフライ弁，吸気流量制御弁とも称する）２を駆動制御するための回路基板２００が、第１のカバー部９と第２のカバー部４１６ｃの少なくともいずれか一方に内装される。本例では、これらの回路基板は、第１のカバー部９に金属プレート（ヒートシンク）２００Ａを介して内装されている（第７図）。回路基板２００には、ＥＧＲ弁を駆動制御するための制御回路を併設してもよい。回路基板２００に、ＥＧＲ弁の制御回路も設けた場合には、ＥＧＲ駆動制御信号は、第１のカバー（スロットル弁駆動機構側のカバー）９の端子９Ａから第２のカバー（ＥＧＲ弁駆動機構側のカバー）４１６ｃのコネクタ端子４１６Ｆを介して、ＥＧＲ弁用モータ４１６Ｄｍに送られる。
本例では、第１，第２のカバー９、４１６ｃは、別々に成形されるが、一体に成形して、回路基板２００をそのカバーに内装してもよい。この場合には、外部接続用コネクタ４１６Ｆを省略できる。
本実施例では、第１，第２のカバー部９、４１６ｃを、スロットルボディ（４５´、４６´）の外壁の同じ向きの側面に、上下方向に並んで近接配置するために次のような配慮がなされている。
第１のボディ４５Ｂの下流側に第２のボディ４１６Ｂが直列に接続される。スロットル弁２の駆動軸３とＥＧＲ弁４１６Ａの駆動軸４１６Ｓとが、上下に平行配置される。このようにして、各駆動軸３、４１６Ｓの減速ギア（６，７，８及び４１６Ｎ，４１６Ｐ，４１６ｑ）および第１，第２のカバー部９、４１６ｃが、第１，第２のボディの側面に並んで配置されている。このレイアウトは、実施例では、図示していないが、第１，第２のカバー部の一体化も容易に可能にする。
各コネクタ９Ａ、４１６Ｆの向きは、スロットル弁の上流側に向けている。これは、エンジンルームへの本装置搭載時のコネクタ端子と外部ワイヤーハーネスとの接続、切り離しの便宜を配慮したものである。
ここで、本発明のＥＧＲ制御などを行う回路基板２００とカバー外のＥＣＵ３００との構成、動作の具体的態様例について、第４３図から第５３図を用いて説明する。
第４３図は、第１の制御態様例を示すブロック図である。
回路基板２００は、スロットルボディ４５Ｂのカバー９に内装されているため、これらの組立体を総称して、コントロールユニット一体型スロットル弁装置と称されることもある。ＥＣＵ３００は、マイクロコンピュータを主体とする。
第４３図では、ギアカバー９に内装した回路基板２００には、ＥＧＲ用のスロットル弁の駆動制御回路を設ける。ＥＣＵ３００は、エンジン状態を知る各種センサから入力した信号、例えば、エンジン回転数、吸入空気流量、冷却水温度、アクセル開度、車速、ＥＧＲ量、ＥＧＲ温度等を入力し、ＥＧＲモードか否か判断し、そうであれば、ＥＧＲ制御（ＥＧＲ率：吸気流量と排気ガス流量の比率）に最適なスロットル弁およびＥＧＲ弁の目標開度を演算する。
ＥＣＵ３００は、その演算結果に基づきＥＧＲ弁アクチュエータ４１６については、駆動回路３０１を介して開度制御する。一方、スロットル弁２については、目標開度信号を回路基板２００（スロットル弁制御ユニット）に送る。スロットル弁制御ユニット２００は、マイクロコンピュータを主体とし、スロットル開度センサ（スロットルポジションセンサ）１０からの実開度検出信号を目標開度と比較し、スロットル弁２が目標開度になるようにモータ５（例えばＤＣモータ）を駆動制御する。
ディーゼリング防止については、ＥＣＵ３００は、イグニション信号がオフになると（エンジン停止）、スロットル弁の目標開度（例えば、スロットル全閉）をスロットル弁制御ユニット２００に送る。それによって、ユニット２００は、スロットル弁の目標開度と実開度を演算し、駆動回路を介してモータ５をデューティ制御する。ディーゼリングは、ディーゼルエンジンがエンジン停止時に吸気通路が開放状態にあることから生じるディーゼル特有の問題である。
第４５図の例では、ＥＣＵ３００は、エンジン回転数、吸入空気流量、冷却水温度、アクセル開度、車速に基づき目標ＥＧＲ率を演算する。一方、ＥＧＲ率に基づく最適なスロットル弁およびＥＧＲ弁の目標開度については、ギアカバー９側の回路基板（スロットル弁制御ユニット）２００が演算する。スロットル弁制御ユニット２００は、目標ＥＧＲとＥＧＲ情報（ＥＧＲ量、ＥＧＲ温度）に基づき上記各目標開度を演算する。さらに、ユニット２００は、ＥＧＲ弁については、その目標開度からＥＧＲ弁制御量（必要デューティ量）を演算し、それに基づきＥＧＲ弁用モータ４１６Ｄｍを駆動制御し、ＥＧＲ弁４１６を開度制御する。ユニット２００は、スロットル弁については、目標ＥＧＲ率と吸入空気流量情報に基づきスロットル弁２の目標開度を演算し、実開度との差から制御量を演算し、それに基づきモータ５を駆動してスロットル弁２を制御する。第４５図でも、ディーゼルリング防止制御機能をＥＣＵ３００に与えてもよい。
第５３図の例は、ＥＧＲ制御とＤＰＦ（ディーゼルパテキュレートフィルタ）再生制御を行うシステム系を例示している。ＤＰＦは、排気管に設けられて、排気ガス中に含まれる黒煙粒子を捕捉するが、使用に伴い目詰まりにより排気ガスの流通性が悪くなる。そのために、強制的に粒子を再燃焼させて除去することにより、ＤＰＦを再生する。この再生は、ＤＰＦ前後の差圧を検出し、それに基づき差圧ΔＰが所定値以下になると、ＥＣＵ３００がＤＰＦ再生信号をギアカバー９側のスロットル弁制御ユニット（回路基板）２００に送る。ユニット２００は、ＤＰＦ信号に基づきスロットル弁２を絞るための開度信号を出力し、それと実開度信号との偏差からスロットル弁制御量を演算し、モータ５を駆動する。それにより、スロットル弁２は、エンジンに供給される吸入空気流量を少なくし、排気温度を上昇させることでＤＰＦに付着する粒子を燃焼させる。このとき、ＤＰＦ信号に基づきＤＰＦに設けたヒータも加熱して、粒子の燃焼，ＤＰＦ再生が迅速に行われる。ＥＧＲ制御については、前記同様である。
第５２図は、第５３図の回路基板２００をギアカバー９に搭載した図である。回路基板２００は、スロットル弁制御回路１７、モータドライバ１６、ＥＧＲ弁アクチュエータ制御回路２１を備え、かつスロットル弁制御回路１７には、ＤＰＦ制御回路が設けられ、ＤＰＦ再生信号を出力するように構成されている。
吸気ボディのギアカバー側に回路基板２００を設けるということは、回路基板２００が過酷な温度環境に置かれることになる。特にディーゼルエンジンの場合には、ガソリンエンジンに比べてエンジンルーム内温度が高く、特に高負荷長時間運転の直後のエンジン停止時には、過酷な高温状態になるので、回路基板についても冷却対策が望まれる。
本発明では、この問題について次のように対処する。
第４６図から第４９図の例では、特に大型ディーゼル車への本発明の適用（回路基板２００をギアカバー側に設けること）と、熱対策に有効である。従来、ディーゼルエンジンの車両システムについては、スロットル弁を設けること自体が一般的でない。したがって、上記した回路基板（スロットル弁制御ユニット）２００を吸気ボディのギアカバー９に設けることも採用されていなかった。トラック等の大型車両には、２４Ｖ電源が車両電源として用いられているが、ガソリンエンジンは１２Ｖ電源が用いられている。したがって、既存のガソリンエンジンの電子制御スロットルシステムを、２４Ｖの車両システムに採用するには、２４Ｖを１２Ｖに減圧する電子回路が必要になる。また、２４Ｖ電源を減圧しないで電子回路に印加することや、モータ５を２４Ｖ仕様にすることは、ジュール熱が大きくなり、上記した過酷な温度環境で使用される回路基板としては、好ましいことではない。電子回路が高温になった場合には、電子回路が正常に働かず、或いは自己診断によりシステムがシャットダウンするおそれがある。
本例では、モータ駆動電源を２４Ｖ〜１２Ｖに落とす減圧回路１８を用いてＥＧＲのスロットル弁駆動モータの駆動させる。
具体的には、第４７図に示すように、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータを用い、高速にスイッチをオン、オフし、ＰＷＭ制御により２４Ｖを１２Ｖに減圧する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、高効率であり、減圧した電力が減圧回路で消費されることがないので、抵抗などを用いて減圧させる場合と比較して、発生するジュール熱を抑えることができる。なお、ＥＧＲ制御などについては、既述した実施例と同様に行われる。
第４６図では、ギアカバー９に内装された回路基板２００に、ＥＧＲ制御回路（マイクロコンピュータ）１７、モータドライバ１６、ノイズ防止コンデンサ１９のほかに上記した減圧回路１８を搭載した状態を示している。端子Ｉはバッテリ電源端子であり、減圧回路１８を介してモータドライバ１６が接続され、モータドライバ１６からモータ端子５Ｂを介してモータ５に１２Ｖ電源が供給される。ノイズ防止コンデンサ１９は、減圧回路・モータドライバ間の電源線とアース端子Ｅ間に接続される。
第５０図、第５１図は、別の回路冷却手段の例である。
第５０図の回路基板２００は、樹脂カバー９よりも熱伝導性の良い金属プレート（例えばアルミプレート）８０に支持される。この金属プレート８０は樹脂カバー９を貫通して、樹脂カバーに取り付けられ、金属プレート８０の放熱面がカバー９の外部に晒されている。本実施例によれば、回路基板の放熱効率を高めることができる。その他の構成は、他の実施例同様である。
第５１図の金属プレート８０には、さらに冷却水パイプ８１が取り付けられている。パイプ８１にエンジン冷却水が流通する。一般的にエンジン冷却水は、最高温度でも９０℃であるので、車両走行直後のエンジンルーム内温度よりも低いので、より一層の冷却効果を発揮しえる。
以下、上記発明を具現化する詳細を説明する。
４１６は同システム図（図１０）のＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｅ：エキゾースト ガス リサーキュレート／排気ガス再循環）制御装置４１６（本実施例では排気ガス還流制御装置と呼ぶ）に対応する。４５は後述の排気ガス還流システム図（図１０）に記載されている吸気制御装置４５に対応する。吸気制御装置４５は筒状に形成された吸気通路体４５Ｂとこの吸気通路体４５Ｂの筒状体の中心軸線を横切るように延びて当該吸気通路体４５Ｂに回転可能に支承される回転軸３と、この回転軸３（スロットルシャフトとも呼ぶことがある）に固定されたバタフライ弁２（スロットル弁、吸気制御弁と呼ぶこともある）とを有する。
吸気通路体４５Ｂの外壁部には回転軸３と並行に形成されたモータ収納用のケーシングが当該吸気通路体４５Ｂに一体に形成されている（詳細は図２４、２５で説明する）。
９は樹脂カバーで、内部に制御回路基板（後述する）と回転軸３の回転角度センサ１０（後述する）が設けられている。
当該樹脂カバー９は５本のねじ４５ａで吸気通路体４５Ｂの外壁部の決められた位置に固定される。
９Ａは樹脂カバー９に一体に樹脂成形されたコネクタである。
コネクタ９Ａにはセンサ１０からの信号をエンジン制御ユニットに送る端子、モータへの給電用端子、アース端子、エンジン制御ユニットから吸気制御弁２の開度制御信号を受け取る端子が設けられている。
排気ガス還流制御装置４１６は同心状の２重管式吸気通路体で構成される。当該吸気通路体は側壁に孔を有し、この孔にはめ込まれる排気ガス導入通路部４１３ｄは屈曲部４１３ｅで吸気通路体の軸線に沿う方向に延びる筒状部４１３ｆと繋がっている。
具体的にはＬ字状の屈曲した通路体（４１３ｄ、４１３ｅ、４１３ｆ）が吸気通路体の下方から吸気通路４６内に挿入され、導入通路部４１３ｄが側壁の孔に挿通される。
このとき、筒状部４１３ｆが側壁の孔から離れる方向に吸気通路４６の中心からオフセットした状態で屈曲した通路体（４１３ｄ、４１３ｅ、４１３ｆ）を挿入して吸気通路４６の中に挿入し、導入通路部４１３ｄの先端が側壁の孔に合致する位置で、屈曲した通路体（４１３ｄ、４１３ｅ、４１３ｆ）を吸気通路の中心方向に移動させて導入通路部４１３ｄを側壁の孔に挿入する。この組付け作業を実現するために本実施例では上述のオフセットが可能になるように、吸気通路体の内径と筒状部４１３の外径および導入通路部４１３ｄの側壁内周面までの寸法が決定されている。つまり、屈曲した通路体（４１３ｄ、４１３ｅ、４１３ｆ）が、吸気通路４６の中心からオフセット（筒状部４１３ｆが側壁の孔から離れる方向に）した状態で吸気通路内に挿通できるように、筒状部４１３ｆ外周面と導入通路部４１３ｄの先端部との一番長い距離が吸気通路４６の内径と略同じに設計されている。筒状部４１３ｆ外周面と導入通路部４１３ｄの先端部との一番長い距離が吸気通路４６の内径よりも大きくても良いがその場合には屈曲した通路体（４１３ｄ、４１３ｅ、４１３ｆ）を吸気通路４６内に挿入する際、傾けて挿入し、導入通路部４１３ｄを側壁の孔にセットする必要がある。
この組付け作業をやり易くするために導入通路部４１３ｄの長さよりも筒状部４１３ｆの長さの方を短くしている。
導入通路部４１３ｄが吸気通路４６の側壁の孔にセットされた状態では筒状部４１３ｆの中心軸線が吸気通路４６の中心軸線に一致することになり、かくして二重管状態にセットされるように構成される。
もちろん両者の中心軸線が完全に一致する必要はなく、むしろ流体抵抗や、流体の流線などから、中心より少し吸気通路４６の中心からオフセット（筒状部４１３ｆが側壁の孔から離れる方向に）した方が良い場合も有る。
吸気通路４６の側壁と屈曲した通路体（４１３ｄ、４１３ｅ、４１３ｆ）の筒状部４１３ｆとの両者には中心軸線に交差する位置に一直線に貫通孔が並んで設けられている。
これらの貫通孔が一直線に並ぶように筒状部４１３ｆのオフセット位置あるいは導入通路部４１３ｄを側壁の孔へ差込む寸法が調整される。
一つの方法としてはこれら貫通孔に忘材を挿通して両者の位置を確定し、その後両者をしかるべき位置において溶接接合する。
あるいは両者を所定の位置で結合した後に貫通孔を形成することも考えられる。
かくして一直線上に配列された貫通孔に回転軸４１６Ｓが挿通され、当該回転軸４１６Ｓにバタフライ弁４１６Ａが２本のねじ４１６ｍにより固定される。
回転軸４１６Ｓは図４，６に示すように吸気通路側壁に設けた貫通孔の部分に固定された２個のボールベアリング４１６Ｊ、Ｋで回転可能に支承されている。回転軸４１６Ｓの一端は金属カバーで封止されるが他端はボールベアリング４１６Ｋからさらに突出している。この突出部には樹脂カラー４１６Ｕと最終段ギア４１６Ｒが挿通されており、ナットによって両者は回転軸４１６Ｓに固定される。樹脂カラーと吸気管外壁部との間にはベアリング４１６Ｋが固定された軸受ボスの回りにリターンスプリング４１６Ｍがセットされている。リターンスプリング４１６Ｍの一端は回転方向に移動しないように吸気通路体外壁の段付部に係止され、他端は樹脂カラー４１６Ｕに係止されている。
樹脂カラー４１６Ｕはシャフトと一緒に回転するので、このため、制御弁が開き方向に回転するとリターンスプリングが巻き締められて制御弁に対して閉じ方向の力を付与する。
なお、排気ガス通路体の筒状部に開けられた孔は回転軸が挿通される孔として機能するだけでなく、回転軸の撓みすぎによってボールベアリングに無理な力が掛かるのを抑制する効果がある。
吸気通路体にはモータ収納ケース部が一体に形成されている。
モータ収納ケース部４１６Ｄにはモータ４１６Ｄｍが収納され、吸気通路体に固定されている。
モータ４１６Ｄｍの回転軸の端部にはギア４１６Ｎが固定されている。回転軸４１６Ｓに固定された終段ギア４１６Ｒとギア４１６Ｎとの間には樹脂成形により一体に成型された大径ギア４１６Ｐと小径ギア４１６Ｑとからなる中間ギアが固定シャフト４１６Ｔに回転可能に支承されている。大径ギア４１６Ｐはギア４１６Ｎに噛み合っている。
小径ギア４１６Ｑは終段ギア４１６Ｒに噛み合っている。この減速ギア機構による減速比は約２０分の１である。この減速比により、大きな制御弁回転力（約１００キログラム）を発生することができる。これはリターンスプリングの力が７キログラム程度存在することを考慮しても相当大きな力であり、排気ガス中の未燃焼性生物やタールなどによるバルブの張り付き現象があっても制御弁を開くことができる。制御弁先端の貼り付き解除力としては２０〜３０ｋｇ程度で良いと考えられており、上記力があれば張り付きに対し十分な耐力が確保できる。
屈曲した通路体（４１３ｄ、４１３ｅ、４１３ｆ）から吸気通路に導入された排気ガスは筒状体４１３ｆの出口４１６ｆから吸気通路４６の中心に排出され、周囲を流れる新気と均一に混合される。
排気ガスが直接吸気通路体に接触しないので、吸気通路体の温度上昇を低く押さえられる。
４１６Ｃは樹脂カバーで、４箇所でねじ止め４１６ｈにより二重管式吸気通路体の外壁の所定位置に固定される。
この樹脂カバーは減速ギア機構を被い、さらに回転軸４１６Ｓの回転角度を検出するセンサ部４１６Ｅが配置されている。
４１６Ｆはコネクタで、樹脂カバーの樹脂成形時にカバーに一体に成形される。このコネクタには回転軸の開度信号を外部に出力する端子、外部からモータへ給電する端子、アース端子が設けられている。
回転軸４１６Ｓの樹脂カバー側端子部カバー４１６Ｃの位置まで延びている。カバー４１６Ｃには回転センサ部４１６Ｅのロータ４１６Ｌが樹脂カバー４１６Ｃの平面部に回転可能に支承されている。このロータ４１６Ｌにはブラシ４１６Ｘが取り付けられている。
樹脂カバー４１６の蓋部を構成する蓋板４１６Ｅの内側には回転軸に対して直角な面を持つ基板４１６Ｗが取り付けられている。この基板のブラシ４１６Ｘに対面する位置には図示しない抵抗導体が形成されている。抵抗導体は樹脂カバー４１６Ｃに一体成形電器導体の端子部４１６Ｙを介してコネクタ４１６Ｆに接続されている。樹脂カバーが吸気通路体の外壁に固定されると回転軸の端部がロータ４１６Ｌの孔に嵌り込み、板ばね４１６ｎによって周り止めされている。これにより、回転軸４１６Ｓの回転はロータ４１６Ｌを介してブラシ４１６Ｘを回転させ、抵抗体に対するブラシ４１６Ｘの位置の変化が電気信号としてコネクタ４１６Ｆから外部へ送られる
かくして排気ガス通路の開度を制御する制御弁４１６Ａの実際の開度が検出され、モータ４１６Ｄｍへの制御信号の演算に反映される。
この信号はエンジン制御ユニットに送られてそこでＥＧＲ還流率に基づく制御弁４１６Ａの開度目標値（結果としてモータ４１６Ｄｍの制御信号）の計算に用いる。
なお、吸気制御弁の制御装置に設けられている制御回路２００にこの信号を送ってそこで同様の計算を行い、目標開度信号としてのモータ４１６Ｄｍの制御信号を返して貰うこともできる。
以上説明した吸気制御装置４５と排気ガス還流量制御装置４１６とは互いに隣接して取り付けられる。
具体的には吸気制御装置４５の下流端に排気ガス還流量制御装置４１６の上端を当接し、両者の間にガスケット（あるいはシールゴム）４５Ｅを挟んで、ボルト４５Ｇで固定される。ボルト４５Ｇは吸気通路体の周囲に間隔をおいて４ヶ所設けられたボルト挿通穴４５Ｄを通して吸気制御装置の上ランジ４５Ｃ、下フランジ４５Ｆと排気ガス還流量制御装置４１６の吸気通路体のフランジ部４１６Ｈとを締め上げ、両者を固定する。
このとき、回転軸３と４１６Ｓとが並行になるように配置を工夫し、筒状部４１３ｆから吸気通路４６内に流入する排気ガスの流量が多くなる部分と吸気制御弁の開度の最も大きいところとが一致するようにして、新気と排気ガスの混合がスムースに行われるようにして、各シリンダへの排気ガスの分配が均一になるよう工夫されている。
また、双方の樹脂カバー９、４１６Ｃが吸気通路体に対して同じ側に位置するよう工夫してある。この構成によればコネクタへの接続作業が同一サイドで行えるので、作業性が良い。また、後述する冷却装置の設置空間を確保するのに好適である。
このように工夫された装置では、回転軸が並行であるだけでなくモータ挿入ケースも並行に配置されており、モータの回転軸もこれら回転軸と並行に配置されることになる。
このように構成した本実施例によれば以下のような効果がある。
４１４はエンジン冷却水と排気ガスとの間で熱交換して排気ガスを冷却する冷却装置である。冷却水は入口ヘッダ４１４Ａから冷却装置に入り、図４に示すコルゲートフィン４１４ａが配置された通路を流れ、冷却水出口ヘッダ４１４Ｂから排出される。
排気ガスは入口ヘッダ４１３Ａから導入され、熱交換器の並行通路を矢印に示す方向に流れ、出口ヘッダ４１３ｂに集められ、接続通路４１３ｃを通って吸気通路体に形成されている排気ガス導入通路部４１３ｄに導かれる。
このとき入口で、５００℃の排気ガスが１００℃のエンジン冷却水と熱交換することによって出口では２００℃まで温度が下がる。これによって吸気通路体の中心に直接排気ガスを導入できる。
４１５（１５６）は排気ガス流量センサである。排気ガスセンサは、冷却装置出口の接続通路４１３ｄに設けられ冷却された排気ガスの流量を検出する。かくしてガス温度変化が少なくなるので計量精度が上がる効果がある。
また、ＥＧＲガス温度を下げてガス密度を高め（体積を少なくし）還流率の上限を広げＮＯＸを低減することができる。さらに低いガス温によりエンジンの燃焼温時間を短くできる。
４１３ｇは排気ガス通路を吸気通路体の導入開口４１３ｋに固定するためのねじである。このねじ挿通孔である。
なお、上記実施例では排気ガス還流量制御装置４１６の屈曲通路体を別体として形成し、吸気通路体の内部に組み付けるものを説明したが、以下のようにすれば一体に型抜きにより形成できる。
図２において、排気ガス還流量制御装置４１６の二重管式吸気通路体の屈曲通路の内側と外側において型割を工夫して上流側と下流側に型抜きできるようにする。さらに同図面右側に３番目の抜き型を設けることで一体成形が可能である。
次に図７に基づき吸気制御装置の樹脂カバー部分を詳細に説明する。
モータ５の端子５Ａは樹脂カバー９に設けた受け端子１４に電気的に接続される。本実施例では樹脂カバー９にモールド成型された端子１４も雄端子である。このためモータ側の雄端子５Ａとカバー側の雄端子１４との間に両側に雌端子を有する中継端子５Ｂが設けられている。
端子１４に至る導体は制御回路基板２００の一片に設けられたボンディングパッドに一端がロー付けされたボンディングワイヤー２０２により電気的に接続されている。制御回路基板２００と樹脂カバー内壁面との間にはアルミニューム材製の放熱板２００Ａがサンドイッチ状体に接着されている。制御回路基板の他の一辺には一端がボンディングパッドに半田付けされたボンディングワイヤー２０１を介して開度センサ１０に接続され端子群が整列されている。電気導体１０ｗはセンサの抵抗基板に一端が接続され、他端がボンディングワイヤー２０１に接続される。
１２は制御回路基板の表面をギア収納部から隔離するための隔壁（以後コントロールユニットカバーと呼ぶこともある。）で、制御回路部に異物が侵入するのを防ぐだけでなく中間ギア７のスラスト方向への抜け止めを形成している。
センサカバー１０ｃはロータ１０Ｒの回転を支承する環状突起が回転軸の先端部の周囲に形成されている。シャフトの先端部はロータの中心穴に嵌合され、Ｃリング１０Ｐでロータを回転軸に固定する。
１０ｄはシールゴムで、ロータ１０Ｒとセンサカバー１０ｃとの間をシールする。
４ｃはシールを保持するための金具で、４ｄはリップシールである。このシールにより排気ガスの吹き返りによる排気ガス性分がセンサ室や制御回路室に侵入するのを防いでいる。
以上の実施例の効果を纏めると以下の通りである。
（１）加減速時の過渡状態で吸気量が急激に変化した場合にも大きな力で制御バルブを開くので応答速度が早く（全閉から全開までの時間が１００ｍｓ程度）、目標還流率に達するまでの時間を短くできる。
（２）吸気通路側面からＥＧＲガスを導入する従来の方法では、ガスの偏りが発生していた。本構成では吸気通路の中心部にＥＧＲガスを導入するので混合が良好となりひいては気筒分配が良くなる。
（３）冷却装置による冷却効果は入口で５００度が出口で２００度まで下がり、ガス温度変化が少なくなるので計量精度が上がる効果がある。また、ＥＧＲガス温度を下げてガス密度を高め（体積を少なくし）還流率の上限を広げＮＯＸを低減することができる。
さらに低いガス温によりエンジンの燃焼温度が下がりＮＯＸを低減できるという効果もある。
（４）さらに、従来ＥＧＲガスが吸気通路への入口で吸気通路体本体に接触していたが、本実施例では排気ガスは排気ガス通路によって吸気通路内に導かれるので、吸気通路体本体が直接排気ガスによって加熱されることがない。
以下、図２１〜図３５を用いて、本発明が適用されるディーゼルエンジンの電子制御スロットル装置の部分について説明する。
最初に、図２１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２１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２４〜図３１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２４〜図３１を用いて後述する。
次に、図２２および図２３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２２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２２（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２２（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２２（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２２（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２２（Ｂ）に示す動的な特性を用いている。図２２（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２２（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２２（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２３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２３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２２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２３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２３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２４〜図３１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２４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２５は、図４のＶ−Ｖ矢視の断面図である。図２６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２７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２８，図２９および図３０は、図２４のギアカバーを外した状態におけるＡ矢視図である。図３１は、一つ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２４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２５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２６および図２７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２６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、ディ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２７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１５０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２８は、図２５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９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％デューティの信号が供給されると、ギア８が矢印Ｂ１方向（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、メカ全閉ストッパ１３Ａに当接して、メカ全閉位置に保持される。
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２９は、図２８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９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３０は、図２９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３１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。
（図３２）の説明を入れる
次に、図３３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３３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２１，図２４および図２５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３５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３４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３４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、破線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を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３５および図３６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３５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３６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２３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３６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３６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およ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、衝突音の発生およ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、衝突音の発生およ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の与え方は、例えば、図３６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、衝突音の発生およ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３７および図３８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２１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２４〜図３１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３３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３４に示したものと同様である。
図３７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３８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３５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３８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３３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３８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３３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３６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、衝突音の発生およ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、、衝突音の発生およ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３９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２１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２４〜図３１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３３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３４に示したものと同様である。
図３９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３５，図３７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３７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３６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４０および図４１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２１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２４〜図３１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３３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３４に示したものと同様である。
図４０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４１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３５、図３７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４１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およ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２４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４１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４１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３６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３６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４１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４１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３７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３３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、衝突音の発生およ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４２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４２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４２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。
以上説明した実施例におけるモータ制御による吸気スロットル弁としてのスロットルバルブ装置、およびその制御方法の特徴を纏めると以下の通りである。
スロットルバルブの電子的位置制御は、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、衝突音の発生およ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。
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およ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。
本発明の実施例ではこの点が解消され、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が提供される。
本実施例によれば、
（１）上記目的を達成するために、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ブレーキとして動作させ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。
（７）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。
（８）上記（７）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。
（９）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。
（１０）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。
（１１）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。
（１２）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。
（１３）上記（１１）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。
（１４）上記（１２）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。
（１５）上記（１３）において、好ましくは、前記制御手段は、再びアクチュエータ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、制御を開始するようにしたものである。
（１６）上記（１５）において、好ましくは、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ようにしたものである。
（１７）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。
（１８）また、上記目的を達成するために、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。
（１９）また、上記目的を達成するために、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。
（２０）また、上記目的を達成するために、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。
（２１）また、上記目的を達成するために、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。
（２２）また、上記目的を達成するために、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。
以下に本発明が適用されるＥＧＲガス制御システムについて説明する。
図１０は、本発明が適用される一実施形態による内燃機関の排気ガス還流システムの構成を示す。
エンジンに吸入される空気は、エアクリーナ４１において吸気中の塵を除去される。そして、吸気流量検出器４２によって、吸気流量Ｇ１が検出される。検出された吸気流量Ｇ１の信号は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４２１および排気ガス環流コントローラ（ＥＧＲＣＯＮＴ）４２０に入力する。吸気は、ターボチャージャーのコンプレッサ４３にて加圧され、吸気管４４を通過し、吸気流量制御弁５で流量若しくは圧力が制御される。吸気は、さらに、吸気マニホールド６に流入し、エンジン４７の各気筒に分配される。
吸気流量制御弁４５の開度は、排気ガス環流コントローラ４２０から出力される吸気流量制御信号ＣＴＨによって制御される。吸気流量制御弁４５はモータで駆動される例えば、バタフライ式の弁であり、バタフライ弁の開度信号が検出され、開度信号θＴＨとして、排気ガス環流コントローラ４２０に取り込まれる。
エンジン４７に設けられた燃料噴射弁４１９からは、エンジン４７のシリンダに燃焼用燃料が供給される。燃料噴射弁４１９への燃料供給は、燃料配管４１８を介して燃料ポンプ４１７が行われる。また、燃料噴射弁４１９の噴射量は、ＥＣＵ４２１によって制御され、ＥＣＵ４２１は、燃料噴射量信号ＦＩＮＪを燃料噴射弁４１９に供給する。
エンジン４７で燃焼が終了した排気は、排気マニホールド４８により集合され、ターボチャージャーのタービン４９を通過した後、触媒４１０，排気管４１１を通って大気中に排気される。排気マニホールド４８には分岐部４１２が設けられており、エンジン４７からの排気ガスの一部が分岐される。分岐された排気ガスは、還流ガスとして、還流管４１３ａで導かれる。環流管４１３ａには、還流ガス冷却器４１４が設けられている。還流ガス冷却器４１４によって冷却された還流ガスは、還流管４１３ｂ，還流ガス制御弁４１６を通過し、吸気マニホールド４６に還流する。
還流ガス制御弁４１６の開度は、排気ガス環流コントローラ４２０から出力される環流ガス制御弁４１６の開度制御信号ＣＥＧによって制御される。環流ガス制御弁４１６は、例えば、シートバルブ式の弁であり、シートバルブのストローク量が検出され、ストローク信号ＳＴＥＧとして、排気ガス環流コントローラ４２０に取り込まれる。環流ガス制御弁４１６として、例えば、バタフライ式の弁を用いる場合には、バタフライ弁の開度信号が、排気ガス環流コントローラ４２０に取り込まれる。
還流管４１３ｂには、還流ガス流量検出器４１５が設けられており還流管内部を流れる還流ガス流量Ｇ２を測定する。測定された環流ガス流量Ｇ２は、排気ガス環流コントローラ４２０に入力する。なお、還流ガス冷却器４１４は、還流ガスの温度を下げるため設けられているが、省略することも可能である。
ＥＣＵ４２１には、エンジン７の回転数信号ＮＥや、吸気流量検出器２からの吸気流量信号Ｇ１等のほか図示されないエンジンや車両の状態を示す信号が入力する。ＥＣＵ２１は、これらの信号に基づいて演算等を行い、各種デバイスへ制御指令値として各種デバイスに送る。ＥＣＵ４２１は、エンジン７の回転数信号ＮＥや吸気流量信号Ｇ１等の信号に基づいてエンジン４７の運転状態を判定する。ＥＣＵ４２１は、この運転状態に応じて、還流ガス還流率指令値ＲＳＥＴを排気ガス環流コントローラ４２０に出力する。
排気ガス環流コントローラ４２０は、吸気流量Ｇ１と環流ガス流量Ｇ２とから排気ガスの環流率Ｒを求める。そして、排気ガス環流コントローラ４２０は、求められた環流率Ｒが還流ガス還流率指令値ＲＳＥＴと一致するように、吸気流量制御弁４５および／または還流ガス制御弁４１６Ａの開度をフィードバック制御する。すなわち、本実施形態では、排気ガスの環流量が目標値となるように、還流ガス制御弁４１６だけなく、吸気流量制御弁４５をも制御する点に特徴がある。
次に、図１１および図１２を用いて、本実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置における排気ガス環流コントローラの制御内容について説明する。
図１１は、本発明が適用される内燃機関の排気ガス還流装置の制御系のブロック図である。図１２は、本発明が適用される内燃機関の排気ガス還流装置における排気ガス環流コントローラの制御内容を示すフローチャートである。なお、図１０と同一符号は、同一部分を示している。
図１１に示すように、排気ガス環流コントローラ４２０には、ＥＣＵ４２１が出力する還流ガス還流率指令値ＲＳＥＴ，吸気流量検出器４２によって検出された吸気流量信号Ｇ１および還流ガス流量検出器４１５によって検出された還流ガス流量Ｇ２が入力する。排気ガス環流コントローラ４２０は、排気ガスの環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴとなるように、還流ガス制御弁４１６に開度制御信号ＣＥＧを出力し、吸気流量制御弁５に吸気流量制御信号ＣＴＨを出力し、これらの弁４１６，４５を制御する。なお、排気ガス環流コントローラ４２０は、排気ガスの環流率Ｒを、吸気流量信号Ｇ１および還流ガス流量Ｇ２から、（Ｇ２／（Ｇ１＋Ｇ２））として算出する。
なお、以下の説明において、吸気流量制御弁４５の応答性が、還流ガス制御弁４１６の応答性よりも早いものとする。具体的には、吸気流量制御弁４５は、例えば、ボア径が５０φのバタフライ弁とし、還流ガス制御弁４１６が、例えば、シート径が３０φのシート弁とすると、このとき、吸気流量制御弁４５の応答性が、還流ガス制御弁４１６の応答性よりも早いものとなる。
次に、図１２を用いて、排気ガス環流コントローラの制御内容について説明する。なお、以下の制御内容は、全て排気ガス環流コントローラ４２０によって実行される。
図１２のステップｓ５００において、排気ガス環流コントローラ４２０は、吸気流量信号Ｇ１および還流ガス流量Ｇ２から、排気ガスの環流率Ｒを、（Ｇ２／（Ｇ１＋Ｇ２））として算出する。
次に、ステップｓ５１０において、ＥＣＵ４２１から入力した排気ガスの環流率Ｒの目標値ＲＳＥＴの変化分ΔＲＳＥＴが、予め設定されている基準値ΔＲ０よりも大きいか否かを判定する。変化分ΔＲＳＥＴが、基準値ΔＲ０よりも大きい場合には、ステップｓ５２０に進み、そうでない場合にはステップｓ５５０に進む。すなわち、ステップｓ５１０では、排気ガスの環流率Ｒの目標値ＲＳＥＴが大きく変化したか否かを判定する。内燃機関の過渡的な運転条件変化があり、排気ガス中の有害物質低減のため、排気ガス還流率を急変する必要が生じたか否かを判定する。
変化分ΔＲＳＥＴが基準値ΔＲ０よりも大きい場合，すなわち、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合には、ステップｓ５２０において、ステップｓ５１０で算出された排気ガスの環流率Ｒが、排気ガスの環流率Ｒの目標値ＲＳＥＴと等しいか否かを判定する。
環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴより大きい場合には、ステップｓ５３０において、吸気流量制御弁４５に出力する開度制御信号ＣＴＨを減少させ、吸気流量制御弁５の開度が小さくなるように制御する。そして、ステップｓ５２０に戻り、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴに等しくなるまで繰り返される。
一方、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴより小さい場合には、ステップｓ５４０において、吸気流量制御弁４５に出力する開度制御信号ＣＴＨを増加させ、吸気流量制御弁４５の開度が大きくなるように制御する。そして、ステップｓ５２０に戻り、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴに等しくなるまで繰り返される。
以上のように、ステップｓ５２０，ｓ５３０，５４０の処理を繰り返すことにより、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴに等しくなるまでフィードバック制御される。このとき、吸気流量制御弁５の応答性が、還流ガス制御弁４１６の応答性よりも早いものとしているので、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合でも、速やかに排気ガス環流率を所定の目標値に変更することが可能となる。
一方、ステップｓ５１０の判定で、変化分ΔＲＳＥＴが基準値ΔＲ０以下と判定された場合，すなわち、排気ガス還流率の変化がそれほど大きくない場合には、ステップｓ５５０において、ステップｓ５１０で算出された排気ガスの環流率Ｒが、排気ガスの環流率Ｒの目標値ＲＳＥＴと等しいか否かを判定する。
環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴより大きい場合には、ステップｓ５６０において、還流ガス制御弁４１６に出力する開度制御信号ＣＥＧを減少させ、還流ガス制御弁４１６の開度が小さくなるように制御する。そして、ステップｓ５５０に戻り、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴに等しくなるまで繰り返される。
一方、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴより小さい場合には、ステップｓ５７０において、還流ガス制御弁４１６に出力する開度制御信号ＣＥＧを増加させ、還流ガス制御弁４１６の開度が大きくなるように制御する。そして、ステップｓ５５０に戻り、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴに等しくなるまで繰り返される。
以上のように、ステップｓ５５０，ｓ５６０，５７０の処理を繰り返すことにより、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴに等しくなるまでフィードバック制御される。このとき、還流ガス制御弁４１６の応答性は、吸気流量制御弁４５の応答性よりも遅いものであるということは、より微妙な開度制御が可能であり、正確に、排気ガス環流率を所定の目標値に変更することが可能となる。
なお、以上の説明では、吸気流量制御弁５の応答性が、還流ガス制御弁４１６の応答性よりも早いものとしたが、逆に、還流ガス制御弁４１６の応答性が、吸気流量制御弁４５の応答性よりも早い場合もある。具体的には、吸気流量制御弁４５は、例えば、ボア径が３０φのバタフライ弁とし、還流ガス制御弁４１６が、例えば、シート径が５０φのシート弁とすると、このとき、還流ガス制御弁４１６の応答性が、吸気流量制御弁４５の応答性よりも早いものとなる。このような場合には、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合には、応答性の早い還流ガス制御弁４１６を制御し、急変が不要の場合には、応答性の遅い吸気流量制御弁４５を制御して制御精度が向上するようにする。
以上のようにして、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合には、応答性の早い方の制御弁を制御することにより、急激な変化にも対応でき、一方、急変が不要な場合には、応答性の遅い方の制御弁を制御することにより、制御精度を向上することができる。
以上説明した排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合の吸気流量制御弁４５の応答性と還流ガス制御弁４１６の応答性との関係は先出の実施例のように還流ガス制御弁４１６がバタフライ弁であっても、また、その取付け位置が先出の実施例のように吸気通路の仲に配置されている場合においても同様である。
次に、図１３を用いて、本実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置における排気ガス環流コントローラのフィードバック制御方法について説明する。
図１３は、本発明の一実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置において、エンジン７の吸気側の吸気流量制御弁４５から排気側のターボチャージャーのタービン４９までをモデル化した図である。なお、図１０と同一符号は、同一部分を示している。
図１３において、吸気流量制御弁５を通過する流量と圧力をそれぞれＧ１，ｐ１とし、ターボチャージャーのタービン９を通過する流量と圧力をそれぞれＧ３，ｐ３とし、還流ガス制御弁４１６においてエンジン７を基準にしてエンジン４７の排気側である還流管４１３ａを通過する流量と圧力をそれぞれＧ２，ｐ２とすると、この系の関係は、以下の式（１），式（２），式（３）の連立方程式で表わすことができる。
Ｇ１＋Ｇ２＝Ｇ３＝ｆ３（ｎｅ，ηｖ，ｐ２） …（１）
Ｇ１＝ｆ１（ｐ１，ｐ２，ζ） …（２）
Ｇ２＝ｆ２（ｐ２，ｐ３，ζ’） …（３）
ここで、ｎｅ：エンジン回転数、η：エンジンの体積効率、ｖ：エンジン排気量、ｐ１：吸気圧力、ｐ２：エンジンの背圧、ｐ３：ターボチャージャーのタービン背圧、ζ：吸気流量制御弁損失係数、ζ’：還流ガス制御弁損失係数、ｆ１：吸気流量制御弁流量特性、ｆ２：還流ガス制御弁流量特性である。
一方、還流ガス還流率Ｒは、上述したように、Ｒ＝Ｇ２／（Ｇ１＋Ｇ２）で与えられる。つまり、吸気流量制御弁５を通過する流量Ｇ１と還流ガス制御弁を通過する流量Ｇ２の値が求まれば一義的に確定する。
ここで、式（２）で示される通り、吸気流量制御弁５を通過する流量Ｇ１は、損失係数ζ，つまり吸気流量制御弁５弁の開度により制御可能である。同様に、式（３）で示される通り、還流ガス制御弁４１６を通過する流量Ｇ２は、損失係数ζ’，つまり還流ガス制御弁４１６の弁開度により制御可能である。つまり、流量Ｇ１，Ｇ２の値を基に、吸気流量制御弁４５の弁開度と還流ガス制御弁４１６の弁開度との指令系にフィードバック系を組むことにより、還流ガス還流率Ｒを制御できることになる。
さらに、この場合予め吸気流量制御弁４５および還流ガス制御弁４１６の流量特性を把握して置くことにより、制御速度の向上が可能となる。すなわち、例えば、吸気流量制御弁４５を駆動して吸気流量を変化させた場合の単位時間当たりの流量変化分と、還流ガス制御弁４１６を駆動して吸気流量を変化させた場合の単位時間当たりの流量変化分とを予め把握する。そして、吸気流量制御弁４５を駆動して吸気流量を変化させた場合の単位時間当たりの流量変化分が、還流ガス制御弁４１６を駆動して吸気流量を変化させた場合の単位時間当たりの流量変化分よりも早い場合、すなわち、吸気流量制御弁４５の応答性が還流ガス制御弁４１６の応答性よりも早い場合には、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合には、吸気流量制御弁４５を制御することにより、速やかに排気ガス環流率を所定の目標値に変更することが可能となり、制御速度が向上する。
次に、図１４および図１５を用いて、本実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いる還流ガス流量検出器４１５の構成について説明する。
図１４は、本発明が用いられる内燃機関の排気ガス還流システムに用いる還流ガス流量検出器の第１の構成を示す部分断面図である。図１５は、本発明が用いられる内燃機関の排気ガス還流システムに用いる還流ガス流量検出器の第２の構成を示す部分断面図である。
図１４に示す還流ガス流量検出器４１５は、環流管内部の圧力により、環流ガス流量を測定するものである。還流管１３ｂの内壁面の一部には、絞り部１５３が形成されている。低圧側圧力検知器１５２は、絞り部１５３に検知部が開口するように設けられている。高圧側圧力検知器１５１は、絞り部１５３が設けられていない場所の環流管４１３ｂに検知部が開口するように設けられている。低圧側圧力検知器１５２と、高圧側圧力検知器１５１とにより、還流管４１３ｂの内部の圧力を測定する。低圧側圧力検知器１５２は、絞り部１５３に設けられることにより、ベルヌーイの定理によるベンチュリ効果を利用することができる。排気ガス環流コントローラ４２０は、２個の圧力検知器１５１，１５２の圧力差から、還流管４１３ｂの内部の還流ガス流量Ｇ２を検知することができる。さらに、環流管４１３ｂの内部を流れる環流ガスの温度を検出する温度センサ４１５４を備えている。排気ガス環流コントローラ４２０は、圧力検知器１５１，１５２の圧力差から求められた還流ガス流量Ｇ２を、温度センサ１５４によって検出された環流ガス温度によって補正する。なお、還流ガス流量検出器４１５の内部に、圧力検知器１５１，１５２の圧力差から還流ガス流量Ｇ２を求め、さらに、温度センサ１５４によって検出された環流ガス温度によって補正するための回路素子を備え、還流ガス流量検出器１５４が、環流ガス流量Ｇ２の検出信号を排気ガス環流コントローラ４２０に出力するようにしてもよいものである。
図１５に示す還流ガス流量検出器４１５Ａは、熱線式検知器により、環流ガス流量を測定するものである。還流ガス流量検出器１５６は、還流管４１３ｂの壁面に設置されている。また、還流ガス流量検出器１５６には、検知エレメント１５７が設けられており、還流管４１３Ｂの内部の還流ガス流量を測定している。検知エレメント１５７には電流が流され、一定温度となるように加熱されている。環流ガスの流量に応じて、検知エレメント１５７から奪われる熱量が変化する。このとき、検知エレメント１５７の温度が一定となるように制御することにより、検知エレメント１５７を流れる電流が環流ガス流量を示す信号となる。この方式では、熱線式検知器を用いるので、質量流量つまりＧ２を直接測定することができる。
以上は、還流ガス流量検出器４１５の構成の説明であるが、吸気流量検出器２としても、図１４に示した圧力を検知する方式のものや、図１５に示した熱線式のものを用いることができる。
次に、図１６および図１７を用いて、本実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いる吸気流量制御弁４５の特性について説明する。
図１６，図１７は、本発明の一実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いる吸気流量制御弁の駆動方式の違いによる特性を示す図である。図１６，図１７において、横軸は時間を示し、縦軸は吸気流量制御弁の弁開度を示している。縦軸の弁開度は、最大開度のときを１００％として、百分率で示している。
図１６において、実線Ｘ１は、吸気流量制御弁４５として、電子制御方式のスロットルアクチュエータを用いた場合の弁開度の特性を示している。実線Ｘ２は、吸気流量制御弁４５として、負圧式のスロットルアクチュエータを用いた場合の弁開度の特性を示している。
実線Ｘ２で示す負圧式アクチュエータでは、弁開度Ａと全開点であるＢのみの２開度しか制御できず還流ガス還流率を前述のフィードバック制御するのが困難である。
一方、実線Ｘ１で示すように、電子制御方式のスロットルアクチュエータを用いた場合、弁開度０から全開点Ｂまで無段階に制御可能であり、フィードバック制御を容易に実現できる。よって、本実施形態に用いる吸気流量制御弁４５としては、電子制御方式のスロットルアクチュエータを用いるのが好適である。
次に、図１７は、電子制御方式のスロットルアクチュエータの駆動方式の違いによる特性の違いを説明している。実線Ｙ１は、直流電動機によりスロットルバルブを駆動する方式のスロットルアクチュエータにおける応答性を示している。実線Ｙ１は、ステップモータによりスロットルバルブを駆動する方式のスロットルアクチュエータにおける応答性を示している。
ステップモータは、駆動パルスに応じた回転をするためオープンループ制御が可能であるが、図中の実線Ｙ２で示す特性のように、直流電動機方式に比べて応答速度が遅いものである。一般にステップモータは脱調を回避する等の制約から高速化が困難であり、高速化を求める場合ステップモータの大型化ひいてはコスト高を招くものである。
これに対して、直流電動機は、小型で高回転タイプの物が容易に入手でき、さらに、位置のフィードバック制御を行うことで、小型，高速で低コストの駆動原として好適である。
また、制御分解能の観点で見た場合、ステップモータでは駆動ステップが制御分解能となり、高速化と相反する。一方、直流電動機方式の場合、フィードバック制御に用いる位置検出センサの分解能により決まり、ポテンショメータ等の連続出力方式のものを使用すれば容易に高分解能なフィードバック系が成立する。
したがって、電子制御方式のスロットルアクチュエータの駆動源としては、直流電動機が好適である。なお、ブラシレスモータを採用した場合でも、直流電動機と同様な結果が得られる。
以上説明したように、本実施形態によれば、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合でも、応答性の早い方の制御弁を制御することにより、急激な変化にも対応でき、一方、急変が不要な場合には、応答性の遅い方の制御弁を制御することにより、制御精度を向上することができる。
次に、図１８〜図２０を用いて、本発明の他の実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置の構成および動作について説明する。なお、本実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置を用いたエンジンシステムの構成は、図１０に示したものと同様である。
図１８は、本発明の他の実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置の制御系のブロック図である。なお、図１０と同一符号は、同一部分を示している。図１９は、本発明の他の実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置に用いるマップの構成図である。図２０は、本発明の他の実施形態による内燃機関の排気ガス還流装置における排気ガス環流コントローラの制御内容を示すフローチャートである。なお、図１２と同一符号は、同一部分を示している。
図１８に示すように、本実施形態では、排気ガス環流コントローラ４２０Ａは、その内部に３次元マップ４２０Ｂを備えている。排気ガス環流コントローラ４２０Ａには、ＥＣＵ４２１が出力する還流ガス還流率指令値ＲＳＥＴ，吸気流量検出器２によって検出された吸気流量信号Ｇ１，還流ガス流量検出器４１５によって検出された還流ガス流量Ｇ２，吸気流量制御弁５からの開度信号θＴＨおよび還流ガス制御弁４１６からのストローク信号ＳＴＥＧが入力する。
排気ガス環流コントローラ４２０Ａは、排気ガスの環流率Ｒを、吸気流量信号Ｇ１および還流ガス流量Ｇ２から、（Ｇ２／（Ｇ１＋Ｇ２））として算出する。排気ガス環流コントローラ４２０Ａは、排気ガスの環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴとなるように、最初にマップ４２０Ｂを用いて、還流ガス制御弁１６に開度制御信号ＣＥＧや、吸気流量制御弁５に吸気流量制御信号ＣＴＨを出力し、さらに、フィードバック制御により、還流ガス制御弁４１６に開度制御信号ＣＥＧを出力し、吸気流量制御弁４５に吸気流量制御信号ＣＴＨを出力し、これらの弁４１６，４５を制御する。
次に、図１９を用いて、３次元マップ４２０Ｂの内容について説明する。マップ４２０Ｂは、新気通路開度θＴＨ（％）と、環流通路開度ＳＴＥＧ（％）と、環流率Ｒ（％）との３次元マップである。新気通路開度θＴＨ（％）は、吸気流量制御弁４５がバタフライ式の弁の場合、最大開度を１００％として、開度信号θＴＨを百分率で示したものである。環流通路開度ＳＴＥＧ（％）は、環流ガス制御弁４１６がシートバルブ式の弁の場合、シートバルブの最大ストローク量を１００％として、ストローク信号ＳＴＥＧを百分率で示したものである。
ここで先出の実施例のように環流ガス制御弁４１６がバタフライ式の弁の場合は、吸気流量制御弁４５の場合と同様、最大開度を１００％として、開度信号θＴＨを百分率で示すことになる
図１９は、あるエンジンの運転状態時において、上述した式（１），式（２），式（３）を解いた結果を示している。ここでは、図示の関係で、吸気流量制御弁４５の指示範囲は開度５％から２５％まで、同様に還流ガス制御弁４１４の指示範囲は開度０％から６０％までとなっている。３次元のマップ上の格子点は、還流ガス還流率を満足する吸気流量制御弁５弁および還流ガス制御弁の弁開度の関係を示している。３次元マップ４２０Ｂは、エンジンの各運転状態に対応する複数の３次元マップを設けている。そして、エンジンの運転状態に応じたマップを使用して、そのマップ上の格子点を選ぶことにより、オープンループ制御によっても還流ガス還流率を制御することもできる。
ここで、図１９に示した吸気流量制御弁５と還流ガス制御弁４１６の弁開度変化に対するガス還流率の変化を見た場合、吸気流量制御弁４５の開度変化に対するガス還流率の変化割合の方が、吸気流量制御弁５の開度変化に対するガス還流率の変化割合よりも大きくなっている。さらに、電子制御方式のスロットルアクチュエータでは弁開度が０％から１００％まで動作するのに１００ｍｓｅｃ以下のものが実用化されており、図１９中の５％から２５％の領域は２０ｍｓｅｃ程度で動作可能である。従って、図１９に示した例では、吸気流量制御弁４５の応答性が、還流ガス制御弁４１６の応答性よりも早く、還流ガス還流率指令値ＲＳＥＴが、例えばパルス的に急変した場合でも、電子制御方式のスロットルアクチュエータである吸気流量制御弁５を主にして動作させれば、パルス的な指令値の変動にも対応できる。すなわち、過渡的なエンジン運転状態の変化にも対応できる。
次に、図２０を用いて、排気ガス環流コントローラ４２０Ｂの制御内容について説明する。なお、以下の制御内容は、全て排気ガス環流コントローラ４２０Ｂによって実行される。また、図１２と同一ステップ番号は、同一の処理内容を示している。本実施形態では、図１２の処理に対して、ステップｓ６１０〜ｓ６４０の処理が追加されている。
図２０のステップｓ５００において、排気ガス環流コントローラ４２０Ｂは、吸気流量信号Ｇ１および還流ガス流量Ｇ２から、排気ガスの環流率Ｒを、（Ｇ２／（Ｇ１＋Ｇ２））として算出する。
次に、ステップｓ５１０において、ＥＣＵ４２１から入力した排気ガスの環流率Ｒの目標値ＲＳＥＴの変化分ΔＲＳＥＴが、予め設定されている基準値ΔＲ０よりも大きいか否かを判定する。変化分ΔＲＳＥＴが、基準値ΔＲ０よりも大きい場合には、ステップｓ６１０に進み、そうでない場合にはステップｓ６３０に進む。すなわち、ステップｓ５１０では、排気ガスの環流率Ｒの目標値ＲＳＥＴが大きく変化したか否かを判定する。内燃機関の過渡的な運転条件変化があり、排気ガス中の有害物質低減のため、排気ガス還流率を急変する必要が生じたか否かを判定する。
変化分ΔＲＳＥＴが基準値ΔＲ０よりも大きい場合，すなわち、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合には、ステップｓ６１０において、そのときのエンジンの運転状態に応じた３次元マップ４２０Ｂを用いて、還流ガス還流率指令値ＲＳＥＴに対応する環流率Ｒと、環流通路開度ＳＴＥＧ（％）とから、目標とする新気通路開度θＴＨ（％）を求める。
そして、ステップｓ６２０において、目標とする新気通路開度θＴＨ（％）となるための開度制御信号ＣＴＨを吸気流量制御弁５に出力して、吸気流量制御弁４５の開度が目標とする新気通路開度θＴＨ（％）となるように、オープンループで制御する。このように、オープンループで新気通路開度θＴＨ（％）となるように、吸気流量制御弁４５の開度を制御することで速やかに目標とする新気通路開度θＴＨ（％）付近に制御することができる。
次に、ステップｓ５２０において、ステップｓ５１０で算出された排気ガスの環流率Ｒが、排気ガスの環流率Ｒの目標値ＲＳＥＴと等しいか否かを判定する。
環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴより大きい場合には、ステップｓ５３０において、吸気流量制御弁４５に出力する開度制御信号ＣＴＨを減少させ、吸気流量制御弁５の開度が小さくなるように制御する。そして、ステップｓ５２０に戻り、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴに等しくなるまで繰り返される。
一方、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴより小さい場合には、ステップｓ５４０において、吸気流量制御弁４５に出力する開度制御信号ＣＴＨを増加させ、吸気流量制御弁４５の開度が大きくなるように制御する。そして、ステップｓ５２０に戻り、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴに等しくなるまで繰り返される。
以上のように、ステップｓ５２０，ｓ５３０，５４０の処理を繰り返すことにより、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴに等しくなるまでフィードバック制御される。以上のように、吸気流量制御弁４５の応答性が、還流ガス制御弁４１６の応答性よりも早いので、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合でも、速やかに排気ガス環流率を所定の目標値に変更することが可能となる。
一方、ステップｓ５１０の判定で、変化分ΔＲＳＥＴが基準値ΔＲ０以下と判定された場合，すなわち、排気ガス還流率の変化がそれほど大きくない場合には、ステップｓ６３０において、そのときのエンジンの運転状態に応じた３次元マップ４２０Ｂを用いて、還流ガス還流率指令値ＲＳＥＴに対応する環流率Ｒと、新気通路開度θＴＨ（％）とから、目標とする環流通路開度ＳＴＥＧ（％）を求める。
そして、ステップｓ２４０において、目標とする環流通路開度ＳＴＥＧ（％）となるための開度制御信号ＣＥＧを還流ガス制御弁４１６に出力して、還流ガス制御弁４１６の開度が目標とする環流通路開度ＳＴＥＧ（％）となるように、オープンループで制御する。
次に、ステップｓ５５０において、ステップｓ５１０で算出された排気ガスの環流率Ｒが、排気ガスの環流率Ｒの目標値ＲＳＥＴと等しいか否かを判定する。
環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴより大きい場合には、ステップｓ５６０において、還流ガス制御弁４１６に出力する開度制御信号ＣＥＧを減少させ、還流ガス制御弁４１６の開度が小さくなるように制御する。そして、ステップｓ５５０に戻り、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴに等しくなるまで繰り返される。
一方、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴより小さい場合には、ステップｓ５７０において、還流ガス制御弁４１６に出力する開度制御信号ＣＥＧを増加させ、還流ガス制御弁４１６の開度が大きくなるように制御する。そして、ステップｓ５５０に戻り、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴに等しくなるまで繰り返される。
以上のように、ステップｓ５５０，ｓ５６０，５７０の処理を繰り返すことにより、環流率Ｒが目標値ＲＳＥＴに等しくなるまでフィードバック制御される。このとき、還流ガス制御弁４１６の応答性は、吸気流量制御弁４５の応答性よりも遅いものであるということは、より微妙な開度制御が可能であり、正確に、排気ガス環流率を所定の目標値に変更することが可能となる。
なお、以上の説明では、吸気流量制御弁４５の応答性が、還流ガス制御弁４１６の応答性よりも早いものとしたが、逆に、還流ガス制御弁４１６の応答性が、吸気流量制御弁４５の応答性よりも早い場合もある。このような場合には、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合には、応答性の早い還流ガス制御弁４１６を最初にオープンループで制御し、次にフィードバック制御し、急変が不要の場合には、応答性の遅い吸気流量制御弁５を制御して制御精度が向上するようにする。
以上説明したように、本実施形態によれば、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合でも、応答性の早い方の制御弁を最初オープンループで制御することにより、速やかに目標開度付近に弁を移動し、次にフィードバック制御することにより、目標開度に収束させることにより、急激な変化にも対応でき、一方、急変が不要な場合には、応答性の遅い方の制御弁を制御することにより、制御精度を向上することができる。
以上に説明し本実施例になるＥＧＲ制御システムの特徴を纏めると以下の通りである。
ディーゼルエンジンのような内燃機関においては、排気ガス浄化，特に、窒素酸化物の排出削減のためには、該排気ガス還流制御が重要となる。従来の排気ガス環流装置としては、例えば、特開２００３−８３０３４号公報，特許第３３２９７１１号公報，特表２００３−５１６４９６号公報に記載されているように、所定の排気ガス還流率となるように、排気ガス環流弁の開度を制御していた。
しかしながら、排気ガス環流弁の開度を制御する従来の方式では、内燃機関の運転領域全て，特に、過渡的な運転条件変化に対して、排気ガス中の有害物質低減のため、排気ガス還流率を急変する必要が生じた場合、適正な制御を行うことが困難であるという問題があった。
本実施例の目的は、内燃機関の排気ガス還流流量制御の応答速度および精度の向上した排気ガス還流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、本実施例は、内燃機関の排気ガス還流通路の還流流量を制御する還流ガス制御弁と、内燃機関の吸気通路の流量制御する吸気制御弁とを備えた内燃機関の排気ガス還流装置であって、前記吸気通路の流量を検出する吸気量検知器と、前記排気ガス還流通路の排気ガス還流流量を検出する還流量検知器と、前記吸気流量検知器と前記還流流量検知器の出力に基いて求められた排気ガス環流率が目標の環流率となるように、前記吸気制御弁および／または前記還流ガス制御弁をフィードバック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、内燃機関の排気ガス還流流量制御の応答速度および精度を向上し得るものとなる。
（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記環流率の目標値が急激に変化した場合には、前記吸気制御弁および前記還流ガス制御弁の内、応答性の早い方の弁をフィードバック制御するようにしたものである。
（３）上記（１）において、好ましくは、前記還流ガス制御弁開度と、前記吸気制御弁開度と、前記環流率との組合せ状態によって定義される３次元マップを複数個備え、前記制御手段は、内燃機関の運転状態に応じた前記３次元マップを選択し、前記吸気流量検知器と前記還流流量検知器の出力に基いて求められた排気ガス環流率が目標の環流率となるように、前記吸気制御弁および／または前記還流ガス制御弁を制御するようにしたものである。
（４）上記（２）において、好ましくは、前記制御手段は、前記環流率の目標値が急激に変化した場合には、前記吸気制御弁および前記還流ガス制御弁の内、応答性の早い方の弁を制御するようにしたものである。
（５）上記（１）において、好ましくは、前記排気ガス還流量検知器は、前記排気ガス還流通路の少なくとも２地点以上の圧力差を基に環流量を検出する検知器若しくは前記排気ガス還流通路の質量流量を検出する検知器であり、前記吸気量検知器は、前記吸気通路の少なくとも２地点以上の圧力差を基に吸気量を検出する検知器若しくは前記吸気通路の質量流量を検出する検知器としたものである。
（６）上記（１）において、好ましくは、前記吸気制御弁が、電子制御方式のスロットルアクチュエータとしたものである。

本発明によれば、ＥＧＲなどの制御の改善を図り得るディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置およびモータ駆動式スロットル弁装置を提供することができる。

Claims (19)

1. ディーゼルエンジンの吸気通路内に排気ガスの一部を還流するＥＧＲ制御装置において、
   ＥＧＲ制御時にエンジンの吸気通路の開度を制御するスロットル弁、および前記吸気通路に還流される排気ガスの流量を制御するＥＧＲ弁と、
   前記スロットル弁その駆動モータおよび減速ギア機構を有する第１のボディと、
   前記ＥＧＲ弁を有する排気ガス還流通路の一端を導入し、ＥＧＲ弁の駆動モータおよび減速ギア機構を有する第２のボディとを、備え、
   前記第１，第２のボディが一つの集合体となるように結合され、前記第１，第２のボディには、それぞれの減速ギア機構を覆う第１，第２のカバー部が取り付けられ、
   すくなくとも前記スロットル弁を駆動制御するための回路基板が、前記第１のカバー部と前記第２のカバー部の少なくともいずれか一方に内装されているディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置。
2. 請求項１において、前記スロットル弁は、ＥＧＲ制御のほかにディーゼリング防止、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生の少なくとも一つに使用されるディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置。
3. 請求項１において、前記スロットル弁および前記ＥＧＲ弁を駆動制御するための回路基板は、単一基板により形成されているディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置。
4. 請求項１において、前記回路基板で形成された前記ＥＧＲ弁の制御信号は、前記第１のカバー部に設けたコネクタ端子から前記第２のカバー部に設けたコネクタ端子を介して前記ＥＧＲ弁の駆動モータに送られるディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置。
5. 請求項１において、前記回路基板は、カバー外部に配置された上位のエンジン制御ユニットから目標ＥＧＲ率に関する信号を入力して、それに基づきＥＧＲ制御時のスロットル弁開度およびＥＧＲ弁開度を求めるディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置。
6. ディーゼルエンジンの吸気通路内に排気ガスの一部を還流するＥＧＲ制御装置において、
   ＥＧＲ制御時にエンジンの吸気通路の開度を制御するスロットル弁、および前記吸気通路に還流される排気ガスの流量を制御するＥＧＲ弁を備え、
   前記スロットル弁，その駆動モータおよび減速ギア機構を有するボディには、前記減速ギア機構を覆う樹脂カバーが取り付けられ、この樹脂カバーに前記スロットル弁を駆動制御するための回路基板が内装され、この回路基板に、バッテリ電圧をモータ電源電圧に減圧する回路が設けられているディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置。
7. ディーゼルエンジンの吸気通路内に排気ガスの一部を還流するＥＧＲ制御装置において、
   ＥＧＲ制御時にエンジンの吸気通路の開度を制御するスロットル弁、および前記吸気通路に還流される排気ガスの流量を制御するＥＧＲ弁を備え、
   前記スロットル弁，その駆動モータおよび減速ギア機構を有するボディには、前記減速ギア機構を覆う樹脂カバーが取り付けられ、この樹脂カバーに前記スロットル弁を駆動制御するための回路基板が内装され、
   前記回路基板は、前記樹脂カバーよりも熱伝導性の良い金属プレートに支持され、この金属プレートは前記樹脂カバーを貫通して、該樹脂カバーに取り付けられ、前記金属プレートの放熱面が前記樹脂カバーの外部に晒されているディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置。
8. 請求項７において、前記回路基板には、前記スロットル弁のほかに、前記ＥＧＲ弁を駆動制御する回路が設けられているディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置。
9. 請求項７において、前記金属プレートには、冷却水パイプが取り付けられているディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置。
10. ディーゼルエンジンの吸気通路内に排気ガスの一部を還流するＥＧＲ制御装置において、
    ＥＧＲ制御時にエンジンの吸気通路の開度を制御するスロットル弁，および前記吸気通路に還流される排気ガスの流量を制御するＥＧＲ弁とを、備え、
    前記スロットル弁，その駆動モータおよび減速ギア機構を有するボディには、前記減速ギア機構を覆う樹脂カバーが取り付けられ、この樹脂カバーに前記スロットル弁を駆動制御するための回路基板が内装され、
    エンジンの排気通路にディーゼルパテキュレートフィルタが設けられ、
    前記回路基板には、前記ディーゼルパテキュレートフィルタに付着した粒子状物質を燃焼させるために少なくとも前記スロットル弁を開度制御する回路が併設されているディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置。
11. 請求項１０において、前記回路基板には、前記スロットル弁のほかに、前記ＥＧＲ弁を駆動制御する回路が設けられているディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置。
12. ＥＧＲ制御時にエンジンの吸気通路の開度を制御するスロットル弁、および前記吸気通路に還流される排気ガスの流量を制御するＥＧＲ弁と、
    前記スロットル弁，その駆動モータおよび減速ギア機構を有する第１のボディと、
    前記ＥＧＲ弁を有する排気ガス還流通路の一端を導入し、ＥＧＲ弁の駆動モータおよび減速ギア機構を有する第２のボディとを、備え、
    前記第１のボディの下流側に前記第２のボディが直列に結合され、前記第１，第２のボディには、それぞれの減速ギア機構を覆う第１，第２のカバー部が取り付けられ、
    前記スロットル弁の駆動軸と前記ＥＧＲ弁の駆動軸とが、上下に平行配置されることにより、これらの駆動軸の減速ギアおよび前記第１，第２のカバー部が、前記第１，第２のボディの側面に並んで配置されているモータ駆動式スロットル弁装置。
13. 請求項１２において、前記第１，第２のカバー部は、別々或いは一体に成形されているモータ駆動式スロットル弁装置。
14. 請求項１２において、前記第１のカバー部には、前記スロットル弁の開度を検出するセンサが内装され、前記第２のカバー部には、前記ＥＧＲの開度を検出するセンサが内装され、かつ、前記第１，第２のカバー部には、少なくとも、それぞれのセンサからの信号をエンジン制御ユニットに送る出力端子、前記駆動モータへの給電用端子、アース端子、および各バルブの制御信号を入力する入力端子を有するコネクタが成形されているモータ駆動式スロットル弁装置。
15. 請求項１４において、前記各コネクタの向きを前記スロットル弁の上流側に向けているモータ駆動式スロットル弁装置。
16. 吸気通路が形成されたボディと、
    前記吸気通路に取り付けられて当該吸気通路の通路断面積を機関の運転状態に応じて絞るスロットル弁と、
    前記ボディに支承され前記スロットル弁が固定されたスロットル弁軸と、
    前記ボディに取り付けられたモータと、
    当該モータの回転を前記スロットル弁軸に伝達する減速歯車機構と、
    当該歯車機構を覆うようにして前記ボディに取り付けられた樹脂カバーと、
    当該樹脂カバーに取り付けられた制御回路と、
    前記樹脂カバーに一体に形成され、前記制御回路からのＥＧＲバルブ制御信号を出力する端子を有するコネクタと
    を備えたモータ駆動式スロットル弁装置。
17. 請求項１６において、
    前記コネクタには前記ＥＧＲバルブ制御信号を演算するのに用いる機関の状態を示す信号を受ける端子が設けられているモータ駆動式スロットル弁装置。
18. 請求項１６において、前記制御回路には前記スロットル弁軸の回転角度を検出する開度計の出力信号が入力されるモータ駆動式スロットル弁装置。
19. 請求項１６において、前記コネクタには前記スロットル弁軸の回転角度を検出する開度計の出力信号を外部に出力する端子が設けられているモータ駆動式スロットル弁装置。

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