JP2000054864A - 電子制御スロットル弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＩＤ制御を行う電子制御スロットル弁の制
御装置において、電子制御スロットル弁の高速応答性と
オーバシュートの防止の両方を実現する。 【解決手段】 アクセル開度とスロットル弁開度とを検
出値してスロットル弁をモータ駆動する電子制御スロッ
トル弁の制御装置において、アクセル開度から周期Ｔ毎
にスロットル弁開度指令値θCMを設定し、指令値θCMか
らスロットル弁の第１の開閉速度V1を設定し、周期Ｔよ
り短い周期Ts毎に現在のスロットル弁開度θthを読み込
み、スロットル弁開度θthが指令値θCMの85％までは周
期Ts後の第１の予測スロットル弁開度θe1に追従させて
モータを開閉駆動し、スロットル弁開度θthが指令値θ
CMの85％以上になったら周期Ts後の第２の予測スロット
ル弁開度θe2（＜θe1）に追従させてモータによりスロ
ットル弁を開閉駆動する。この結果、スロットル弁の高
速応答性とオーバシュートの防止が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子制御スロットル
弁の制御装置に関し、特に、アクセルペダルとスロット
ル弁とが機械的に結合していない電子制御スロットル弁
におけるスロットル弁の応答性を速くした制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両に搭載された内燃機関の回転
数の制御は、運転席の足元に設置されたアクセルペダル
の踏込量によって行われていた。即ち、従来の内燃機関
には、その吸気通路にこのアクセルペダルにワイヤで接
続されたスロットル弁があり、アクセルペダルが踏み込
まれると、ワイヤを介してこのスロットル弁の開度が大
きくなって内燃機関への吸入空気量が増し、これに伴っ
て燃料量も増えるので機関回転数が増大するようになっ
ている。

【０００３】一方、近年、コンピュータの発達に伴い、
内燃機関の回転数を電子的に最適に制御しようとする電
子制御式の内燃機関が実用化されている。このような内
燃機関の電子制御化としては、例えば、燃料噴射量制
御、点火時期制御、吸排気弁の開弁時期の制御等が先行
しており、これらに遅れてスロットル弁の電子制御も実
用段階に入っている。

【０００４】現在、実用化されている電子制御スロット
ル弁装置２０の構成を図１に示す。電子制御スロットル
弁装置２０には、図示しないアクセルペダルにワイヤで
接続されるスロットルレバー１６と、このスロットルレ
バー１６に内蔵され、アクセルペダルの踏込量に応じた
アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５と、こ
のアクセル開度センサ１５のアクセル開度の検出値が入
力されるエンジン・コントロール・ユニット（以後ＥＣ
Ｕという）１０と、ＥＣＵ１０の出力に応じて内燃機関
の吸気通路２に設けられたスロットル弁３を開閉駆動す
るスロットルモータ４と、スロットル弁３の開度を検出
するスロットル開度センサ５と、退避走行用レバー１７
と、スロットル弁３のリターンスプリング１８、及び、
退避走行用レバー１７のリリーフスプリング１９があ
る。スロットルモータ４には電磁クラッチが内蔵されて
いる。

【０００５】このように構成された電子制御スロットル
弁装置２０では、運転者の意思に応じてアクセルペダル
が踏み込まれると、アクセルペダルの踏込量はワイヤを
通じてスロットルレバー１６に伝えられ、スロットルレ
バー１６が回転する。スロットルレバー１６にはアクセ
ル開度センサ１５が内蔵されており、スロットルレバー
１６の回転角によりアクセルペダルの踏込量が検出され
る。アクセル開度センサ１５が検出したアクセルペダル
の踏込量はＥＣＵ１０に伝えられ、ＥＣＵ１０はアクセ
ルペダルの踏込量の検出値に応じたスロットル弁３の開
度を決定し、スロットルモータ４を駆動する。スロット
ル弁３の開度はスロットル開度センサ５によって検出さ
れ、ＥＣＵ１０にフィードバックされる。スロットルモ
ータ４には応答性が良く、消費電力の小さなＤＣモータ
が使用される。

【０００６】このときの制御には、スロットル弁３の開
度を検出するスロットル開度センサ５からの信号と、ア
クセル開度センサ１５からの信号との偏差が無くなるよ
うにスロットルモータ４に対して、比例（Ｐ）、積分
（Ｉ）、微分（Ｄ）制御（以後、単にＰＩＤ制御とい
う）によるフィードバック制御が実行されている。更
に、近年、アクセルペダルとスロットル弁３との間のワ
イヤも無くすように構成された電子スロットル装置も提
案されている。この提案の電子スロットル装置では、ア
クセルペダルの支持軸に回転角度センサが設けられる
か、或いは、アクセルペダルのストロークセンサが設け
られており、このセンサの検出値が直接ＥＣＵ１０に入
力されるようになっている。

【０００７】ところで、前述のＰＩＤ制御におけるＰ
項、Ｉ項、Ｄ項の各制御定数は、システムのあらゆる運
転状態における仕様を満たすように中間的なチューニン
グによる固定値となっていた。このため、従来のＰＩＤ
制御による電子制御スロットル弁の制御装置では、機関
の各運転状態に対しては最適値とはなり得ないことか
ら、スロットル弁３の応答性、安定性等が低下するとい
う問題点があった。

【０００８】このようなアクセルペダルに対するスロッ
トル弁の動作の反応性を向上させようとして、ＰＩＤ制
御のゲイン値を大きくしたものがあるが、これでは加速
時にオーバシュート、減速時にアンダーシュートが発生
してしまうという問題点が新たに発生してしまう。ま
た、アクセルペダルに対するスロットル弁の動作の反応
性を向上させようとして、スロットル弁開度を検出する
サンプリング周期を短くして、ＰＩＤ制御における目標
値（指令値）に素早く追従させるようにすることも行わ
れているが、サンプリング周期を短くしてスロットルモ
ータ４の制御間隔を短くすると、オーバシュートやアン
ダシュートが発生し易くなってしまう。

【０００９】そこで、特開平８−３２６５６１号公報に
おいては、スロットル弁開度の目標値に対するオーバシ
ュートやアンダシュートの発生の問題を解決するため
に、スロットル弁のＰＩＤ制御においてスロットル弁の
作動状態を判定し、アクセルペダルの踏込量に応じて設
定される目標開度を越えてもスロットル弁が作動中であ
ると判定した時はスロットル弁のオーバシュートと判定
して、ＰＩＤ制御のゲイン値（微分項Ｄ）を変更するこ
とが提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−３２６５６１号公報のように、スロットル弁のオー
バシュートを判定した後にゲイン値を変更したのでは、
スロットル弁は既にオーバシュート領域に入っており、
スロットル弁を正常な動作状態に戻すには反応性が十分
でないという問題があった。

【００１１】そこで、本発明は、ＰＩＤ制御を行う電子
制御スロットル弁の制御装置において、スロットル弁開
度の指令値に基づいたスロットル弁の開閉速度を速くす
ると共に、スロットル弁の開閉速度を監視し、スロット
ル弁の開度が指令値に基づく開度に近づいた時点におい
て以後のスロットル弁の開閉速度を低下させることによ
り、電子制御スロットル弁の高速応答性とオーバシュー
トの防止の両方を実現することができる制御装置を提供
することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の特徴は、以下に第１から第４の発明として示され
る。第１の発明の構成上の特徴は、アクセルペダルの踏
込量に応じたアクセル開度を検出するアクセル開度セン
サと、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の
開度を検出するスロットル弁開度センサと、アクセル開
度センサとスロットル弁開度センサの検出値に応じてス
ロットル弁を開閉駆動するモータとを備えた電子制御ス
ロットル弁の制御装置において、アクセル開度センサの
検出値を第１の周期毎に読み込み、読み込んだアクセル
開度からスロットル弁開度の指令値を設定する指令値設
定手段と、この指令値に基づいてスロットル弁の第１の
開閉速度を設定するスロットル弁の第１の開閉速度設定
手段と、スロットル弁開度センサの検出値を、第１の周
期より短い第２の周期毎に現在のスロットル弁開度とし
て読み込むスロットル弁開度の読込手段と、現在のスロ
ットル弁開度が指令値よりも小さな所定開度に達するま
では、スロットル弁の第１の開閉速度に応じて第２の周
期後の第１の予測スロットル弁開度を算出する第１のス
ロットル弁開度予測手段と、第１の予測スロットル弁開
度に追従させて、モータにスロットル弁を開閉駆動させ
る第１のスロットル弁の開閉駆動手段と、現在のスロッ
トル弁開度が初めて所定開度以上になった時に、スロッ
トル弁の第１の開閉速度に応じて、これよりも遅い第２
の開閉速度を設定するスロットル弁の第２の開閉速度設
定手段と、現在のスロットル弁開度が所定開度以上の時
に、スロットル弁の第２の開閉速度に応じて、第２の周
期後の第２の予測スロットル弁開度を算出する第２のス
ロットル弁開度予測手段、及び、第２の予測スロットル
弁開度に追従させて、モータにスロットル弁を指令値ま
で開閉駆動させる第２のスロットル弁の開閉駆動手段と
を設けたことを特徴としている。

【００１３】第２の発明の構成上の特徴は、第１の発明
において、第１及び第２のスロットル弁の開閉駆動手段
が、第１及び第２の予測スロットル弁開度に応じてモー
タへの供給電力のデューティ比を算出し、算出した供給
電力のデューティ比によって、モータを駆動することを
特徴としている。第３の発明の構成上の特徴は、アクセ
ルペダルの踏込量に応じたアクセル開度を検出するアク
セル開度センサと、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検出するスロットル弁開度センサ
と、アクセル開度センサとスロットル弁開度センサの検
出値に応じてスロットル弁を開閉駆動するモータとを備
えた電子制御スロットル弁の制御装置において、アクセ
ル開度センサの検出値を第１の周期毎に読み込み、読み
込んだアクセル開度からスロットル弁開度の指令値を設
定する指令値設定手段と、この指令値に基づいてスロッ
トル弁の第１の開閉速度を設定するスロットル弁の第１
の開閉速度設定手段と、スロットル弁開度センサの検出
値を、第１の周期より短い第２の周期毎に現在のスロッ
トル弁開度として読み込むスロットル弁開度の読込手段
と、スロットル弁の第１の開閉速度に応じて第２の周期
後の第１の予測スロットル弁開度を算出する第１のスロ
ットル弁開度予測手段と、第１の予測スロットル弁開度
に追従させて、モータにスロットル弁を開閉駆動させる
スロットル弁の開閉駆動手段と、現在のスロットル弁開
度が、初めて指令値よりも小さな所定開度以上になった
時に、スロットル弁の第１の開閉速度に応じて、これよ
りも遅い第２の開閉速度を設定するスロットル弁の第２
の開閉速度設定手段と、現在のスロットル弁開度が所定
開度以上の時に、スロットル弁の第２の開閉速度に応じ
て、第２の周期後の第２の予測スロットル弁開度を算出
する第２のスロットル弁開度予測手段、及び、第１の予
測スロットル弁開度と第２の予測スロットル弁開度との
差分を算出し、スロットル弁の開閉駆動手段によるモー
タへの制御出力を、この差分により補正して、スロット
ル弁を指令値まで開閉駆動させるスロットル弁の開閉駆
動補正手段とを備えることを特徴としている。

【００１４】第４の発明の構成上の特徴は、第３の発明
において、スロットル弁の開閉駆動手段が第１の予測ス
ロットル弁開度に応じてモータへの供給電力のデューテ
ィ比を算出し、現在のスロットル弁開度が、所定開度ま
では算出した供給電力のデューティ比によって、所定開
度以上の時は算出した供給電力のデューティ比を差分で
補正した値によって、モータを駆動することを特徴とし
ている。

【００１５】本発明によれば、ＰＩＤ制御を行う電子制
御スロットル弁の制御装置において、アクセル開度セン
サの検出値を所定時間毎に読み込んでアクセル開度の指
令値として設定し、この指令値に基づいてスロットル弁
の第１の開閉速度を設定し、スロットル弁開度センサの
検出値を短い周期で読み込んだ現在のスロットル弁開度
が指令値よりも小さな所定開度に達するまでは、スロッ
トル弁の第１の開閉速度で決まる第１の基準スロットル
弁開度に追従させてスロットル弁をモータで開閉駆動
し、所定開度に達した時は第１の開閉速度よりも遅い第
２の開閉速度で決まる第２の基準スロットル弁開度に追
従させてスロットル弁をモータで指令値まで開閉駆動す
るようにしたので、電子制御スロットル弁の応答性が速
くなると共に、オーバシュートやアンダーシュートが防
止される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明の実
施形態を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。な
お、図１で説明した電子制御スロットル弁装置２０の構
成部材と同じ構成部材については同じ符号を付して説明
する。図２には本発明の一実施例のスロットル弁の制御
装置を備えた電子制御燃料噴射式の多気筒内燃機関１が
概略的に示されている。図２において、内燃機関１の吸
気通路２には図示しないエアクリーナの下流側にスロッ
トル弁３が設けられており、このスロットル弁３の軸の
一端にはこのスロットル弁３を駆動するアクチュエータ
であるスロットルモータ４が設けられており、他端には
スロットル弁３の開度を検出するスロットル開度センサ
５が設けられている。即ち、この実施例のスロットル弁
３はスロットルモータ４によって開閉駆動される電子制
御スロットルである。

【００１７】スロットル弁３の下流側の吸気通路２には
サージタンク６があり、このサージタンク６内には吸気
の圧力を検出する圧力センサ７が設けられている。更
に、サージタンク６の下流側には、各気筒毎に燃料供給
系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴射
弁８が設けられている。スロットル開度センサ５の出力
と圧力センサ７の出力は、マイクロコンピュータを内蔵
したＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１０
に入力される。

【００１８】また、内燃機関１のシリンダブロックの冷
却水通路９には、冷却水の温度を検出するための水温セ
ンサ１１が設けられている。水温センサ１１は冷却水の
温度に応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。排気
通路１２には、排気ガス中の３つの有害成分ＨＣ，Ｃ
Ｏ，ＮＯｘを同時に浄化する三元触媒コンバータ（図示
せず）が設けられており、この触媒コンバータの上流側
の排気通路１２には、空燃比センサの一種であるＯ₂ セ
ンサ１３が設けられている。Ｏ₂ センサ１３は排気ガス
中の酸素成分濃度に応じて電気信号を発生する。これら
水温センサ１１及びＯ₂ センサ１３の出力はＥＣＵ１０
に入力される。

【００１９】更に、このＥＣＵ１０には、アクセルペダ
ル１４に取り付けられてアクセル踏込量を検出するアク
セル開度センサ１５からのアクセルペダルの踏込量信号
（アクセル開度信号）や、図示しないディストリビュー
タに取付けられたクランク角センサからの機関回転数Ｎ
ｅが入力される。以上のような構成において、図示しな
いキースイッチがオンされると、ＥＣＵ１０が通電され
てプログラムが起動し、各センサからの出力を取り込
み、スロットル弁３を開閉するスロットルモータ４や燃
料噴射弁８、或いはその他のアクチュエータを制御す
る。ＥＣＵ１０には、各種センサからのアナログ信号を
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が含まれ、各種
センサからの入力ディジタル信号や各アクチュエータを
駆動する信号が出入りする入出力インタフェース１０
１、演算処理を行うＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３やＲＡ
Ｍ１０４等のメモリや、クロック１０５等が設けられて
おり、これらはバス１０６で相互に接続されている。Ｅ
ＣＵ１０の構成については公知であるので、これ以上の
説明を省略する。

【００２０】ＥＣＵ１０にアクセル開度センサ１５から
のアクセルペダルの踏込量信号が入力されると、ＥＣＵ
１０は図３(a) に示すように、このアクセルペダルの踏
込量信号を所定周期Ｔ、例えば１０ｍｓ周期、でサンプ
リングする。そして、ＥＣＵ１０は時刻ｔａにおけるサ
ンプリング値αを、図３(b) に示すように、時刻ｔａに
おけるスロットル弁開度の指令値θCMとして出力する。
ＥＣＵ１０は以後同様に、所定周期Ｔ毎にサンプリング
したアクセルペダルの踏込量信号を、時刻ｔｂでは指令
値θCM＝β、時刻ｔｃでは指令値θCM＝γというように
出力する。

【００２１】図４は本発明を実現するための図２のＥＣ
Ｕ１０の中の機能をブロックで表したものである。アク
セルペダルの踏込量信号がＥＣＵ１０に入力されると、
指令値設定機能１１０により、前述のように所定時間Ｔ
毎に指令値が作られる。この指令値は微分動作機能１１
１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉか
ら構成されるＰＩＤ制御機能１１１に入力される。ＰＩ
Ｄ制御機能１１１ではこの指令値に基づいてスロットル
弁の開閉速度が演算され、このスロットル弁の開閉速度
で決まるスロットル弁開度の目標値が出力される。この
スロットル弁開度の目標値はデューティ出力演算機能１
１２に出力され、ここでスロットル弁開度の目標値に応
じたスロットルモータの駆動信号のデューティ比が演算
される。スロットルモータの駆動信号のデューティ比は
スロットルモータ４に出力され、スロットルモータ４が
駆動されてスロットル弁の開度が変更される。スロット
ル弁の開度はスロットル開度センサ５によって検出さ
れ、この検出値がＰＩＤ制御機能１１１にフィードバッ
クされる。

【００２２】以上の機能が通常のスロットル弁の制御系
統であるが、本発明では、この制御系統に、加減速予測
演算機能１１３を加えている。この加減速予測演算機能
１１３は、デューティ出力演算機能１１２の出力を取込
み、このデューティ出力演算機能１１２の出力を制御す
るために、所定の信号をデューティ出力演算機能１１２
の入力側にフィードバックするものである。また、スロ
ットル開度センサ５によって検出されるスロットル弁の
開度の検出値は、この加減速予測演算機能１１３にも入
力される。

【００２３】ここで、図４のように構成された電子制御
スロットル弁の制御装置における本発明の制御の一例に
ついて図５に示すフローチャートを用いて説明する。こ
のフローチャートに示す手順は、前述のサンプリング周
期Ｔよりも短い別のサンプリング周期Ｔｓで実行され
る。なお、ここではｍを自然数として、Ｔ＝ｍＴｓであ
る。

【００２４】ステップ５０１ではまず、現在の時刻がサ
ンプリング周期Ｔか否かを判定する。そして、サンプリ
ング周期Ｔである場合にはステップ５０２に進み、図３
(a)，(b) で説明したように、現在のアクセル開度セン
サ１５の検出開度（アクセルペダルの踏込量）を読み込
み、これを現在のスロットル弁開度の指令値θCMとす
る。続くステップ５０３では、この指令値θCMの大きさ
に応じてスロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１を算出して
ステップ５０４に進む。

【００２５】スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１は、指
令値θCMに対するスロットル弁開度の追従速度の上限値
を示すものであり、指令値θCMに対するスロットル弁開
度の追従速度は第１の開閉速度Ｖ１でガードされる。第
１の開閉速度Ｖ１の大きさは、これを計算する時点の指
令値θCMの大きさに応じて決まるように、予めマップの
形でＲＯＭ１０３に記憶させておけば良い。また、スロ
ットル弁の第１の開閉速度Ｖ１は現代制御によっても求
めることができる。即ち、スロットル弁の第１の開閉速
度Ｖ１は、これを計算する時点における指令値θCM、ア
クセルペダルの踏込量、バッテリ電圧、温度等のパラメ
ータを用いて状態方程式を作り、これを解くことによっ
ても求めることができる。

【００２６】一方、ステップ５０１で、現在の時刻t1が
サンプリング周期Ｔでないと判定した時は、ステップ５
０２，５０３を実行せずにステップ５０４に進む。ステ
ップ５０４では現在のスロットル開度センサ５の検出出
力から、現在のスロットル弁３の開度θthを読み込む。
続くステップ５０５では、ステップ５０３で算出したス
ロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１と、ステップ５０４で
読み込んだ現在のスロットル弁３の開度θthに応じて、
所定時間Ｔｓ後（次のサンプリング周期Ｔｓ後）のスロ
ットル弁の開度予測値θe1を算出する。このスロットル
弁の開度予測値θe1は、現在のスロットル弁開度θthと
の差で表される量である。

【００２７】続くステップ５０６では、ステップ５０５
で算出したスロットル弁の開度予測値θe1に対応させ
て、スロットル弁３を駆動するスロットルモータ４の駆
動量を駆動デューティ比ＤＤ１として算出する。この駆
動デューティ比ＤＤ１は、スロットル弁の開度予測値θ
e1に対応させたマップにより算出することができる。こ
のマップの例を図６と図７に示す。図６はＸ軸が開度予
測値（速度）であり、Ｙ軸が駆動デューティ比ＤＤ１を
示すマップの例である。このマップから開度予測値θe1
に応じた駆動デューティ比ＤＤ１を得ることができる。
図７はＸ軸がスロットル弁位置、Ｙ軸がスロットル弁の
開度予測値、Ｚ軸が駆動デューティ比ＤＤ１を示すマッ
プの例である。図７のマップは開度予測値θe1に応じた
駆動デューティ比ＤＤ１の値が、その時のスロットル弁
位置 (スロットル弁開度) を加味して得ることができる
ので、より正確な駆動デューティ比ＤＤ１を求めること
ができる。

【００２８】この実施例では以上のような制御を、スロ
ットル弁３の開度θthがスロットル弁開度の指令値θCM
に近い所定の開度に達するまで行う。この所定の開度
は、機関の性能によっても異なるが、例えば、スロット
ル弁開度の指令値θCMの８５％程度とすれば良い。ここ
では、所定の開度をスロットル弁開度の指令値θCMの８
５％として説明する。

【００２９】ステップ５０７はスロットル弁３の開度θ
thがスロットル弁開度の指令値θCMの近い所定開度に達
したか否か、例えば、スロットル弁３の開度θthが指令
値θCMの８５％に達したか否かを判定するものである。
ステップ５０７でθth＜θCM×０．８５の場合は、ステ
ップ５０２からステップ５０６の手順によって求めた駆
動デューティ比ＤＤ１をそのまま使用してスロットルモ
ータ４を駆動する。従って、ステップ５０７でθth＜θ
CM×０．８５となった時はステップ５０８に進んで後述
するフラグｎを０にした後、ステップ５１６においてス
テップ５０６で算出した駆動デューティ比ＤＤ１を、ス
ロットルモータ４の駆動デューティ比として出力してこ
のルーチンを終了する。

【００３０】一方、ステップ５０７でθth≧θCM×０．
８５となった時はステップ５０９に進む。ステップ５０
９はステップ５０７で初めてθth≧θCM×０．８５とな
ったか否かをフラグの値によって判定するものである。
即ち、ステップ５０７で初めてθth≧θCM×０．８５と
なった時は、フラグｎの値が０であるのでステップ５１
０とステップ５１１の処理を行わせるものである。フラ
グｎの値が０の時はステップ５１０に進み、スロットル
弁の第１の開閉速度Ｖ１からスロットル弁の第２の開閉
速度Ｖ２を算出する。ここで、スロットル弁の第２の開
閉速度Ｖ２は、スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１より
も小さな値であり、スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１
の値に応じて予め設定されている図８に示すようなマッ
プを用いて算出することができる。なお、図８に示すマ
ップは、スロットルモータの状態や機関に搭載されるバ
ッテリの電圧、或いは周囲温度によって補正して使用す
れば良い。

【００３１】このようにして、ステップ５１０でスロッ
トル弁の第２の開閉速度Ｖ２を算出した後は、ステップ
５１１に進んでフラグｎの値を１にしてステップ５１２
に進む。従って、この後にステップ５０９に進んで来た
時にはフラグｎの値が１になっているので、ステップ５
１０とステップ５１１の処理が実行されずにステップ５
１２に進むことになる。このように、フラグｎはステッ
プ５０７で初めてθth≧θCM×０．８５となった時だけ
ステップ５１０でスロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２を
算出させるためのものである。

【００３２】ステップ５１２ではステップ５１０で算出
したスロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２と、ステップ５
０４で読み込んだ現在のスロットル弁３の開度θthに応
じて、所定時間Ｔｓ後のスロットル弁の開度予測値θe2
を算出する。続くステップ５１３では、ステップ５０５
で算出したスロットル弁の開度予測値θe1と、ステップ
５１２で算出したスロットル弁の開度予測値θe2との差
分θthdfを算出する。そして、次のステップ５１４にお
いてこの差分θthdfに対応させて、スロットル弁３を駆
動するスロットルモータ４の駆動デューティ比ＤＤ１の
増減分ＤＤΔを算出する。この駆動デューティ比の増減
分ＤＤΔは、前述のスロットル弁の開度予測値θe1に対
応させたマップをそのまま用いて算出することができ
る。

【００３３】続くステップ５１５では、ステップ５０６
で算出したスロットル弁の駆動デューティ比ＤＤ１を、
ステップ５１４で算出した駆動デューティ比の増減分Ｄ
ＤΔで補正する。ステップ５１５が終了するとステップ
５１６に進み、補正したスロットル弁の駆動デューティ
比ＤＤ１をスロットルモータ４の駆動デューティ比とし
て出力してこのルーチンを終了する。

【００３４】従って、ステップ５０７でθth≧θCM×
０．８５となった後は、ステップ５１６において出力さ
れる駆動デューティ比ＤＤ１は、ステップ５０６で算出
したスロットルモータ４の駆動デューティ比ＤＤ１がス
テップ５１５において補正された値であり、この補正さ
れた駆動デューティ比ＤＤ１でスロットルモータが駆動
されることになる。

【００３５】図９は、時刻ｔ１が指令値θCMの算出周期
に相当する場合の、指令値θCM、スロットル弁開度（開
度予測値θe1, θe2）、スロットルモータの駆動デュー
ティ比ＤＤ１の変化を、時間と共に示すタイムチャート
である。ここでは、現在のスロットル弁開度θthがｎ°
であったとし、ステップ５０２における指令値θCMの算
出値が５°であったとする。

【００３６】この条件の時には、指令値θCMの値の５°
に応じてスロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１が算出され
（ステップ５０３）、続いて現在のスロットル弁開度θ
thの値が５°と読み込まれ（ステップ５０４）た後に、
サンプリング周期Ｔｓ後のスロットル弁の開度予測値θ
e1が算出される（ステップ５０５）。ここでは、サンプ
リング周期Ｔｓ後のスロットル弁の開度予測値をＦとす
る。

【００３７】このようにして、サンプリング周期Ｔｓ後
のスロットル開度予測値がＦと算出されると、それに応
じたスロットルモータのデューティ比ＤＤ１が算出され
（ステップ８０６）、このデューティ比ＤＤ１でスロッ
トルモータがデューティ駆動される（ステップ５１
６）。このようなスロットルモータのデューティ駆動は
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｔ１の間続けられる。
期間Ｔ１の間に、図示のようにスロットル弁の開度予測
値θe1がＦ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅのように変化すると、それ
に応じてスロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１も
Ｆ′，Ａ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｅ′のように変化する。期間
Ｔ１が通常のＰＩＤ制御による制御である。

【００３８】一方、時刻ｔ２において、スロットル弁開
度θthが指令値θCMの８５％に達したとすると、時刻ｔ
２において、スロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１に応じ
てスロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２が算出され（ステ
ップ５１０）、サンプリング周期Ｔｓ後のスロットル弁
の開度予測値θe2が算出される（ステップ５１２）。こ
こでは、サンプリング周期Ｔｓ後のスロットル弁の開度
予測値θe1の値をＤ″とし、スロットル弁の開度予測値
θe2の値をＤとする。

【００３９】このように、スロットル弁開度θthが指令
値θCMの８５％に達した時は、スロットル弁の第１の開
閉速度Ｖ１に応じた開度予測値θe1の値のＤ″と、スロ
ットル弁の第２の開閉速度Ｖ２に応じた開度予測値θe2
の値のＤが両方算出され、その差分θthdfが算出される
（ステップ５１３）。そして、この差分θthdfに相当す
るデューティ比の増減分ＤＤΔが算出され（ステップ５
１４）、スロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１が
このデューティ比の増減分ＤＤΔで補正される（ステッ
プ５１５）。そして、以後はスロットル弁開度θthが指
令値θCMに一致する時刻ｔ３までの期間Ｔ２の間、補正
された駆動デューティ比ＤＤ１でスロットルモータが駆
動される。期間Ｔ２が本発明のＰＩＤ制御において加減
速予測演算を実施する期間である。

【００４０】以上説明したのは、スロットル弁を開弁方
向に駆動する場合の制御であるが、スロットル弁を閉弁
方向に駆動する場合の制御は、指令値θCM、スロットル
弁開度（開度予測値θe1, θe2）、スロットルモータの
駆動デューティ比ＤＤ１の大きさが負になるだけで全く
同じであるので、その説明を省略する。また、以上説明
した例では、スロットル弁開度θthが指令値θCMの８５
％に達した時に、スロットル弁の開閉速度を第１の開閉
速度Ｖ１から、これよりも小さい第２の開閉速度Ｖ２に
切り換えたが、この第１の開閉速度Ｖ１から第２の開閉
速度Ｖ２への切り換えはスロットル弁開度θthが指令値
θCMの８５％に達した時に限られるものではなく、機関
の性能に応じて適切に選択すれば良い。

【００４１】図９で説明したように、本発明によれば、
スロットル弁開度の指令値θCMに対して、スロットル弁
の開度予測値θe1, θe2が実線ＲＴで示すように、スロ
ットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１が実線ＲＤで示
すように、適切に決められるので、スロットル弁がオー
バシュートやアンダシュートを起こすことなく、スムー
ズに駆動される。一方、従来の制御によれば、スロット
ル弁開度の指令値θCMに対して、時刻ｔ２以降も、スロ
ットル弁の開度予測値θe2が二点鎖線ＵＴで示すように
増大するので、スロットルモータの駆動デューティ比Ｄ
Ｄ１も二点鎖線ＵＤで示すように増大し、スロットル弁
がオーバシュートやアンダシュートを起こすことにな
る。

【００４２】なお、図９で説明した例は、ＰＩＤ制御の
ゲインを適切に設定した場合のものであるが、ＰＩＤ制
御のゲインを大きく設定してスロットル弁の開度予測値
θe1がスロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１で常にガード
されるようにした場合の例を図１０に示す。この場合で
も、本発明によれば、スロットル弁開度の指令値θCMに
対して、スロットル弁の開度予測値θe1, θe2が実線Ｒ
Ｔで示すように、スロットルモータの駆動デューティ比
ＤＤ１が実線ＲＤで示すように、適切に決められるの
で、スロットル弁がオーバシュートやアンダシュートを
起こすことなく、スムーズに駆動される。

【００４３】更に、第１，第２の開閉速度Ｖ１，Ｖ２
は、図１０に破線Ｖ１ａ，Ｖ１ｂおよびＶ２ａ，Ｖ２ｂ
で示すように、許容幅を持たせるようにしても良い。以
上説明した実施例では、スロットル弁の開度が指令値θ
CMの８５％以上になった時以降も、スロットル弁の第１
の開閉速度Ｖ１に応じたスロットル弁の開度予測値θe1
も計算しておき、スロットル弁の第２の開閉速度Ｖ２に
応じたスロットル弁の開度予測値θe2とこの開度予測値
θe1との差分θthdfを算出した。そして、この差分θth
dfに相当するデューティ比の増減分ＤＤΔを算出し、ス
ロットル弁の第１の開閉速度Ｖ１に応じたスロットル弁
の開度予測値θe1から求められるスロットルモータの駆
動デューティ比ＤＤ１を、この増減分ＤＤΔで補正する
ことによってスロットルモータを駆動していた。

【００４４】しかしながら、スロットル弁の開度が指令
値θCMの８５％以上になった以降は、スロットル弁の第
２の開閉速度Ｖ２に応じたスロットル弁の開度予測値θ
e2から直接スロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１
を算出してスロットルモータを駆動することもできる。
図１１はこの制御の手順を本発明の第２の実施例として
フローチャートにより示したものである。

【００４５】図１１に示した制御手順は、一部分を除い
て図５で説明した制御手順と重複する。よって、説明が
重複する部分には図５と同じステップ番号を附してその
説明を省略する。ステップ５０１からステップ５０５は
図５で説明した手順と同じであり、ステップ５０１で現
在の時刻がサンプリング周期Ｔか否かを判定し、ステッ
プ５０２で現在のアクセルペダルの踏込量からスロット
ル弁開度の指令値θCMを算出し、ステップ５０３でスロ
ットル弁の第１の開閉速度Ｖ１を算出し、ステップ５０
４で現在のスロットル弁３の開度θthを読み込み、ステ
ップ５０５で所定時間（サンプリング周期）Ｔｓ後のス
ロットル弁の開度予測値θe1を算出する。

【００４６】図５の制御では、ステップ５０６において
スロットル弁の開度予測値θe1に対応するスロットルモ
ータ４の駆動デューティ比ＤＤ１を算出していたが、こ
の実施例では、ステップ５０５の終了後はスロットル弁
３の開度θthがスロットル弁開度の指令値θCMの８５％
程度か否かを判定するステップ５０７を実行する。ステ
ップ５０７でθth＜θCM×０．８５の場合は、ステップ
５０８でフラグｎを０にした後、図５の制御のステップ
５０６に相当するステップ６０１を行う。即ち、ステッ
プ６０１では開度予測値θe1に対応するスロットルモー
タの駆動デューティ比ＤＤ１を算出する。そして、続く
ステップ５１６においてステップ６０１で算出した駆動
デューティ比ＤＤ１を、スロットルモータ４の駆動デュ
ーティ比として出力してこのルーチンを終了する。

【００４７】一方、ステップ５０７でθth≧θCM×０．
８５となった時に行うステップ５０９からステップ５１
２の手順は図５で説明した手順と同じであり、ステップ
５０９ではステップ５０７で初めてθth≧θCM×０．８
５となったか否かを判定し、ステップ５１０ではスロッ
トル弁の第１の開閉速度Ｖ１からスロットル弁の第２の
開閉速度Ｖ２を算出し、ステップ５１１ではフラグｎの
値を１にし、ステップ５１２では所定時間（サンプリン
グ周期）Ｔｓ後のスロットル弁の開度予測値θe2を算出
する。

【００４８】続くステップ６０２では、開度予測値θe2
に対応するスロットルモータの駆動デューティ比ＤＤ１
を算出し、ステップ５１６に進んでこのスロットル弁の
駆動デューティ比ＤＤ１をスロットルモータ４の駆動デ
ューティ比として出力してこのルーチンを終了する。こ
の実施例では、ステップ５０７でθth≧θCM×０．８５
となった後は、ステップ５１６において出力される駆動
デューティ比ＤＤ１は、ステップ６０２で算出した開度
予測値θe2に対応するスロットルモータ４の駆動デュー
ティ比ＤＤ１であり、この値は図５の制御におけるステ
ップ５１５で補正された駆動デューティ比ＤＤ１と同じ
値である。従って、この実施例によってもスロットルモ
ータは図５の制御と同様に駆動される。

【００４９】このように、本発明ではスロットルモータ
の駆動デューティ比を予測しながらスロットル弁を駆動
制御するので、指令値が変化してからスロットル弁がど
れ位の時間差で指令値に到達するかを予測することがで
き、正確な空燃比制御が可能となり、機関のエミッショ
ンを低減することができる。すなわち、これまでは機関
側で空燃比を制御する時に、スロットル弁の挙動が掴め
なかったが、本発明ではある程度スロットル弁の挙動を
把握することができるので、所定時間後のスロットル弁
の開度から吸入空気量が分かり、それに従った燃料噴射
を実行することができるので、機関のエミッションが向
上するのである。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＰＩＤ制御を行う電子制御スロットル弁の制御装置にお
いて、スロットル弁開度の指令値に基づいたスロットル
弁の開閉速度を速くすることができると共に、スロット
ル弁の開閉速度を監視し、スロットル弁の開度が指令値
に基づく開度に近づいた時点において以後のスロットル
弁の開閉速度を低下させることにより、電子制御スロッ
トル弁の応答性の改善とオーバシュートの防止の両方を
実現することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電子制御スロットルの構成を示す透視斜
視図である。

【図２】本発明の一実施例の電子制御スロットル弁の制
御装置が搭載された電子制御式多気筒内燃機関の構成を
示す構成図である。

【図３】(a) はアクセルペダルの踏込量特性の一例を示
す図、(b) は(a) のアクセルペダルの踏込量特性から得
られる指令値の特性を示す図である。

【図４】本発明の制御ブロック図である。

【図５】本発明の電子制御スロットル弁の制御装置にお
けるスロットル弁の制御手順の一例を示すフローチャー
トである。

【図６】スロットル弁の開度予測値と駆動デューティ比
の関係を示す特性図である。

【図７】スロットル弁位置、スロットル弁の開度予測
値、及び駆動デューティ比の関係を３次元で示す特性図
である。

【図８】本発明のスロットル弁の第１の開閉速度と第２
の開閉速度との関係を示す特性図である。

【図９】図５の制御手順に基づく指令値、スロットル弁
の第１，第２の開閉速度、スロットル弁の開度予測値、
及び駆動デューティ比の変化の様子を示すタイムチャー
トである。

【図１０】図４のＰＩＤ制御におけるゲインを大きくし
た時の、図５の制御手順に基づく指令値、スロットル弁
の第１，第２の開閉速度、スロットル弁の開度予測値、
及び駆動デューティ比の変化の様子を示すタイムチャー
トである。

【図１１】本発明の電子制御スロットル弁の制御装置に
おけるスロットル弁の制御手順の他の例を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

２…吸気通路 ３…スロットル弁 ４…スロットルモータ ５…スロットル開度センサ １０…ＥＣＵ １４…アクセルペダル １５…アクセル開度センサ １６…スロットルレバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G065 CA00 DA04 FA02 FA03 FA11 GA41 GA46 KA01 KA33 3G084 BA05 DA05 DA08 DA30 EA05 EA11 EB14 EB15 EC03 FA10 3G301 JA03 JA07 LA01 LC03 NA03 NA04 NA05 NA08 NB02 NB03 NB15 ND05 ND41 NE02 NE03 PA11A PF03A

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクセルペダルの踏込量に応じたアクセ
   ル開度を検出するアクセル開度センサと、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検出するスロ
   ットル弁開度センサと、前記アクセル開度センサとスロ
   ットル弁開度センサの検出値に応じて前記スロットル弁
   を開閉駆動するモータとを備えた電子制御スロットル弁
   の制御装置であって、 前記アクセル開度センサの検出値を第１の周期毎に読み
   込み、読み込んだアクセル開度からスロットル弁開度の
   指令値を設定する指令値設定手段と、 この指令値に基づいて前記スロットル弁の第１の開閉速
   度を設定するスロットル弁の第１の開閉速度設定手段
   と、 前記スロットル弁開度センサの検出値を、前記第１の周
   期より短い第２の周期毎に現在のスロットル弁開度とし
   て読み込むスロットル弁開度の読込手段と、 現在のスロットル弁開度が前記指令値よりも小さな所定
   開度に達するまでは、前記スロットル弁の第１の開閉速
   度に応じて前記第２の周期後の第１の予測スロットル弁
   開度を算出する第１のスロットル弁開度予測手段と、 前記第１の予測スロットル弁開度に追従させて、前記モ
   ータに前記スロットル弁を開閉駆動させる第１のスロッ
   トル弁の開閉駆動手段と、 前記現在のスロットル弁開度が初めて前記所定開度以上
   になった時に、前記スロットル弁の第１の開閉速度に応
   じて、これよりも遅い第２の開閉速度を設定するスロッ
   トル弁の第２の開閉速度設定手段と、 前記現在のスロットル弁開度が前記所定開度以上の時
   に、前記スロットル弁の第２の開閉速度に応じて、前記
   第２の周期後の第２の予測スロットル弁開度を算出する
   第２のスロットル弁開度予測手段、及び、 前記第２の予測スロットル弁開度に追従させて、前記モ
   ータに前記スロットル弁を前記指令値まで開閉駆動させ
   る第２のスロットル弁の開閉駆動手段と、を備えること
   を特徴とする電子制御スロットル弁の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電子制御スロットル弁
   の制御装置であって、前記第１及び第２のスロットル弁
   の開閉駆動手段は、前記第１及び第２の予測スロットル
   弁開度に応じて前記モータへの供給電力のデューティ比
   を算出し、算出した供給電力のデューティ比によって、
   前記モータを駆動することを特徴とする電子制御スロッ
   トル弁の制御装置。
3. 【請求項３】 アクセルペダルの踏込量に応じたアクセ
   ル開度を検出するアクセル開度センサと、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検出するスロ
   ットル弁開度センサと、前記アクセル開度センサとスロ
   ットル弁開度センサの検出値に応じて前記スロットル弁
   を開閉駆動するモータとを備えた電子制御スロットル弁
   の制御装置であって、 前記アクセル開度センサの検出値を第１の周期毎に読み
   込み、読み込んだアクセル開度からスロットル弁開度の
   指令値を設定する指令値設定手段と、 この指令値に基づいて前記スロットル弁の第１の開閉速
   度を設定するスロットル弁の第１の開閉速度設定手段
   と、 前記スロットル弁開度センサの検出値を、前記第１の周
   期より短い第２の周期毎に現在のスロットル弁開度とし
   て読み込むスロットル弁開度の読込手段と、 前記スロットル弁の第１の開閉速度に応じて前記第２の
   周期後の第１の予測スロットル弁開度を算出する第１の
   スロットル弁開度予測手段と、 前記第１の予測スロットル弁開度に追従させて、前記モ
   ータに前記スロットル弁を開閉駆動させるスロットル弁
   の開閉駆動手段と、 前記現在のスロットル弁開度が、初めて前記指令値より
   も小さな所定開度以上になった時に、前記スロットル弁
   の第１の開閉速度に応じて、これよりも遅い第２の開閉
   速度を設定するスロットル弁の第２の開閉速度設定手段
   と、 前記現在のスロットル弁開度が前記所定開度以上の時
   に、前記スロットル弁の第２の開閉速度に応じて、前記
   第２の周期後の第２の予測スロットル弁開度を算出する
   第２のスロットル弁開度予測手段、及び、 前記第１の予測スロットル弁開度と前記第２の予測スロ
   ットル弁開度との差分を算出し、前記スロットル弁の開
   閉駆動手段による前記モータへの制御出力を、この差分
   により補正して、前記スロットル弁を前記指令値まで開
   閉駆動させるスロットル弁の開閉駆動補正手段と、を備
   えることを特徴とする電子制御スロットル弁の制御装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の電子制御スロットル弁
   の制御装置であって、前記スロットル弁の開閉駆動手段
   は前記第１の予測スロットル弁開度に応じて前記モータ
   への供給電力のデューティ比を算出し、前記現在のスロ
   ットル弁開度が、前記所定開度までは算出した供給電力
   のデューティ比によって、前記所定開度以上の時は算出
   した供給電力のデューティ比を前記差分で補正した値に
   よって、前記モータを駆動することを特徴とする電子制
   御スロットル弁の制御装置。