JP2007146742A - レジャービークル - Google Patents

Abstract

【課題】 スロットル操作に対するスロットルバルブ開度の追随性が向上したエンジンの電子制御スロットルシステムを搭載したレジャービークルを提供する。
【解決手段】 アクセルグリップ１７の操作量に基づいて、アクチュエータがスロットルバルブ８を駆動する電子制御スロットルシステム１を搭載したレジャービークルであって、上記電子制御スロットルシステム１が、アクセルグリップ１７の操作量に基づいて定められたスロットルバルブ８の目標開度と検出されたスロットルバルブ８の実開度との偏差を埋めるべくゲインを与えて、上記アクチュエータに対してスロットルバルブ８を駆動する制御信号を送信するスロットル制御装置２０を備え、このスロットル制御装置２０において、上記ゲインを大きくすることにより、スロットルバルブ８の動作範囲に、全開位置を超えるオーバーシュート領域が設定されている。
【選択図】 図２

Description

本発明はレジャービークルに関する。さらに詳しくは、エンジンの吸気通路に設置されたスロットルボディ内のスロットルバルブが電子的に制御される電子制御スロットルシステムを備えた自動二輪車、自動三輪車、不整地走行車、小型滑走艇等のレジャービークルに関する。

自動二輪車等に搭載されるエンジンに接続された吸気通路には、エンジンに供給される空気の量を調整するためのスロットルバルブが設置されている。このスロットルバルブの操作は、たとえば運転者がアクセルペダル、アクセルグリップ（スロットルグリップともいう）、スロットルレバー等のスロットル操作装置を手動操作することによってなされる。

電子制御スロットルシステムとは、上記スロットルバルブがいわゆるドライブ・バイ・ワイヤによって制御されるものである。具体的には以下のとおりである。すなわち、運転者が上記スロットル操作装置を操作すると、このスロットル操作装置に備え付けられたポジションセンサがスロットル操作装置の操作量を検出し、その検出信号を制御装置（たとえばエンジンコントロールユニットＥＣＵ）に送信する。ＥＣＵは、受信した信号に基づいてスロットルバルブの開度を決定し、この目標開度信号をスロットル制御装置ＴＶＣに送信する。ＴＶＣはこの目標開度信号にしたがってスロットルバルブの駆動装置（ＤＣモータ等のアクチュエータ）を回転させる。

一方、スロットルバルブに設置されたスロットルポジションセンサによってスロットルバルブの実開度が検出され、この検出信号が上記ＴＶＣに送信される。ＴＶＣは上記目標開度と実開度との偏差を埋めるべくアクチュエータに制御信号を送る。このようにしてスロットルバルブの開度をスロットル操作装置の操作に追随させ、エンジンへの吸気量を制御する。

従来、かかるスロットル制御においては、スロットルバルブがその目標開度（たとえば全開位置）を超えて開動作するオーバーシュートの発生が防止されている。すなわち、オーバーシュートが起きると実スロットル開度が無用に振動し、その結果、空気の供給量が変動するのに伴ってエンジン回転数が変動してしまうので、これを防止するためにオーバーシュートを防止する制御がなされている（たとえば、特許文献１参照）。

ＰＩＤ制御やＰＤ制御等においてオーバーシュートを防止するためには一般的に比例ゲインを小さくする。また、微分ゲインを大きくすることによって全開位置への収束性を向上させている。それとともに、または、それに加えて、スロットルバルブの全開位置に機械式ストッパを設けることによって機械的全開位置が設定される（たとえば、特許文献１参照）。

しかしながら、全開位置への収束性を重視するかかるスロットル制御においては、急速なスロットル操作に対するバルブ開度の追随性が低いものとなる。たとえば、エンジン回転の急上昇を狙ってスロットルバルブの急速な全開操作をしたとしても、実際のスロットルバルブは期待したほどの速度で開動作しない。また、機械式ストッパによって全開位置を規定しようとすると、アクチュエータのモータ、ギア機構、上記機械式ストッパ等に衝撃を与えるなどの不都合が生じるおそれがある。一方、スロットルバルブの全開位置付近では開度が少々変動しても空気流量がほとんど変動しないと考えられる。
特開平４−１８３６４４号公報

本発明は上記課題を解消するためになされたものであり、スロットル操作に対するバルブ開度の追随性が向上したエンジンの電子制御スロットルシステムを搭載したレジャービークルを提供することを目的としている。

本発明にかかるレジャービークルは、
スロットル操作装置の操作量に対応する操作信号に基づいてアクチュエータがスロットルバルブを駆動するエンジンの電子制御スロットルシステムを備えたレジャービークルであって、
上記電子制御スロットルシステムが、上記アクチュエータに対して上記スロットルバルブを駆動する制御信号を送信するスロットル制御装置を備えており、
上記スロットル制御装置が、上記スロットル操作装置の操作量に基づいて定められた上記スロットルバルブの目標開度と検出された上記スロットルバルブの開度である実開度との偏差を埋めるべくゲインを与えるように構成されており、
このスロットル制御装置において、上記スロットルバルブの動作範囲に全開位置を超えるオーバーシュート領域が生じるようなゲインが設定されている。

このように、スロットルバルブの開動作において積極的にオーバーシュート領域を設定することにより、フィードバック制御における偏差を埋めるべく大きなゲインを付与することになり、その結果、スロットル操作装置の操作に対するスロットルバルブの開動作の応答性が向上する。

上記スロットルバルブを、回転するバルブシャフト部に弁体が形成されたバタフライバルブから構成し、
上記弁体の先端がスロットルバルブにおける吸気通路軸線方向のバルブシャフト部の投影像のほぼ開側外縁に至ったときのスロットルバルブの位置を、上記オーバーシュートの上限（開側の限度）として設定してもよい。

弁体の先端が全開位置から開閉両方向にバルブシャフト部の投影像の範囲内で変位しても実質的には空気の流路面積が変化しないので、以上のごとく構成すれば、オーバーシュートによる吸入空気流量の実質的な変動が回避される。

上記スロットルバルブをバタフライバルブから構成し、上記スロットルバルブのオーバーシュートの上限を、スロットルバルブがその全開位置から全開開度の８〜１２％開側へ回転した位置に設定してもよい。

オーバーシュートが上記の範囲であればスロットルバルブの全開近傍での吸入空気流量の変動は小さいので、かかるエンジンを搭載したレジャービークルのいわゆるフルスロットル時の走行性能または出力には影響が少ない。

以上のいずれかの電子制御スロットルシステムにおいて、スロットルバルブの動作範囲におけるオーバーシュート領域の開側に、スロットルバルブのさらなる開動作を停止させるための機械的ストッパを形成してもよい。このようにすれば、オーバーシュートの上限をさらに超えることが機械的に防止される。

上記電子制御スロットルシステムにおいて、上記スロットルバルブの開度の微開域およびそれより大きい開度域に対して異なるゲイン値を設定してもよい。

本発明によれば、スロットルバルブの全開位置を超えてさらに開方向にオーバーシュート域が設定されているため、スロットル開度制御におけるバルブの目標開度と実開度との偏差に与えられるゲインを、スロットルバルブの開度の応答速度が大きくなるように選択することができる。

以下、添付の図面を参照しながら本発明の一実施形態にかかるレジャービークルに搭載される電子制御スロットルシステムを説明する。図１は電子制御スロットルシステム１が組み込まれたエンジン２の吸気通路３を示す概念図である。

図１において、エンジン２の吸気通路３の上流側にはエアクリーナ４が配設され、その下流側には空気流量を計測する流量計（または吸気圧計）５が設置されている。さらに下流側には吸入空気流量を調節する上記電子制御スロットルシステム１が配設され、この電子制御スロットルシステム１に隣接して燃料噴射装置６が配設されている。また、エンジン２のシリンダヘッド２ａには燃焼排ガスを排出する排気通路７が接続されている。

電子制御スロットルシステム１は、その内部にバタフライ弁タイプのスロットルバルブ８が所定角度回動可能に装着されたスロットルボディ９を備えている。スロットルバルブ８は、その回転軸を構成するバルブシャフト１０と、このバルブシャフト１０をほぼ中心としてその両側に形成された板状の弁体８ａとから構成されている。バルブシャフト１０の一端部には、スロットルバルブ８を回転駆動するアクチュエータであるＤＣモータ１１がギア列１３を介して接続されている。バルブシャフト１０の他端部には、スロットルバルブ８の開度を検出するスロットルポジションセンサ１２が接続されている。また、クランクシャフト１４に取り付けられたロータ（検出部）１４ａに対向して、クランクシャフト１４の回転角を検出するクランク角センサ１５が設置されている。

なお、図１では理解容易のために燃料噴射装置６とスロットルボディ９との位置関係を実物のものと相違させている。実際の燃料噴射装置６の配置は、一般的に図示の位置から吸気通路３の軸線（以下、単に軸線という）ＣＬ回りに９０゜回転した位置である。

上記スロットルバルブ８や燃料噴射装置６の作動を制御するのはエンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１６である。ＤＣモータ１１によってスロットルバルブ８が開方向に駆動されると吸入空気流量が増加し、閉方向に駆動されると吸入空気流量が減少する。吸入空気流量に見合った量の燃料を噴射するために、スロットルバルブ８の開閉状況に応じてＥＣＵ１６は燃料噴射装置６からの燃料噴射量を制御する。また、スロットルバルブ８を閉止状態にしたとしても、エンジンのアイドリングを確保するためにスロットルバルブ８をバイパスする空気通路（図示せず）が形成されるか、または、弁体８ａが全閉位置より若干開側に停止するようにされている（図示せず）。

本実施形態では、燃料噴射装置６はスロットルボディ９に近接して設けられているが、かかる構成には限定されない。エンジンのシリンダヘッド等に設けてもよい。

スロットルバルブ８の開度はスロットル操作装置（本実施形態では自動二輪車のアクセルグリップを例示している）１７を操作することにより、上記ＥＣＵ１６を介して制御することができる。このアクセルグリップ１７には、その操作量（具体的には回転角）を検出するためのグリップポジションセンサ１８が設置されている。ＥＣＵ１６は、グリップポジションセンサ１８からの位置検出信号（操作信号）、流量計５からの空気流量検出信号、スロットルポジションセンサ１２からの位置検出信号（実開度信号）、その他、外気温や外気圧等に関する検出信号等から総合的に判断してエンジンへの必要空気供給量を決定し、スロットルバルブ８の開閉動作を制御する。また、クランク角センサ１５からのクランク回転角検出信号等に基づいて燃料噴射装置６の動作を制御する。なお、点火信号、他の制御等についてはその説明および図示を省略する。

図２の制御ブロック図を参照しながら、以下、電子制御スロットルシステム１の制御を具体的に説明する。本実施形態では、自動二輪車の走行中に運転者がアクセルグリップ１７を操作したときの電子制御スロットルシステム１の動作を例示している。ＥＣＵ１６は以下の制御ルーチンを極めて短時間ごとに繰り返して実行する。

（１）電子制御スロットルシステム１に備わったスロットルポジションセンサ１２から、スロットルバルブ８の実開度の検出信号がスロットル制御部（以下、ＴＶＣと呼ぶ）２０に送信される。（２）ＴＶＣ２０において現状のスロットルバルブ８の開度が算出される。そして、（３）運転者がアクセルグリップ１７を操作するとその操作量（回転角度）がグリップポジションセンサ１８によって検出され、検出信号がＥＣＵ１６の目標開度設定部１９に入力される。さらに、（４）ＥＣＵ１６は流量計５（図１）からの空気流量（吸気圧）検出信号、外気圧や外気温等の検出信号等をも受信し、これらの検出結果に基づいて総合的にスロットルバルブ８の目標開度を演算して設定する。（５）ＥＣＵ１６はこの目標開度信号をＥＣＵ１６のＴＶＣ２０に送信する。（６）ＴＶＣ２０では、この目標開度と前述の実開度とを比較し、その偏差を埋めるべく制御信号をＤＣモータ１１に送信する。（７）ＤＣモータ１１が制御信号に応じた角度だけ回転してスロットルバルブ８を駆動する。

このように、スロットルバルブ８はフィードバック制御されている。ＴＶＣ２０におけるＲＯＭ２１には、以上説明した制御ルーチンに必要な演算処理を行うプログラムやデータが格納されており、ＲＡＭ２２にデータや数値等を一時的に記憶しつつＣＰＵ２３において上記プログラムに沿った演算処理が行われる。

本電子制御スロットルシステム１では、スロットルバルブ８の目標開度と実開度との偏差に大きなゲインを与える制御係数をかけてスロットルバルブ８の制御信号を設定している。具体的には、ＴＶＣ２０において、アクセルグリップ１７の操作に対するスロットルバルブ８の応答性を向上させるために全開動作時のオーバーシュートを生じる大きなゲインが設定される。エンジンの高回転域（スロットルバルブ８の全開近傍）での出力のわずかな変動を許容することにより、中低回転域（スロットルバルブ８の中間開度領域）におけるスロットルバルブ８の応答性（開度追随性）を重視している。これは、高回転域でのわずかな出力変動はたとえば自動二輪車等のレジャービークルの走行性能に大きく影響しない一方、中低回転域における急速なスロットル操作に対する出力変化の追随性は走行性能に影響するからである。

図３および図４を参照しつつスロットルバルブの応答性とオーバーシュートとの関係を簡単に説明する。図３（ａ）はオーバーシュートを防止してスロットルバルブ８の全開位置での収束性を重視した制御にかかるバルブ開度を示す。図３（ｂ）は図３（ａ）のバルブ開度に対応する吸入空気流量（流量計の検出値）を示す。いずれの図も横軸は時間軸である。図４（ａ）はスロットルバルブ８を積極的に全開位置からオーバーシュート（図中に符号ＯＳで示す）させることによって応答性を重視した制御にかかるバルブ開度を示す。図４（ｂ）は図４（ａ）のバルブ開度に対応する吸入空気流量（流量計の検出値）を示す。いずれの図も横軸は時間軸である。

図３では、スロットルバルブ８の開度をステップ状に全開（図３（ａ）中に破線で示す）させようとしてアクセルグリップ１７を操作しても、ゲインが小さく設定されているため、スロットルバルブ８は図３（ａ）中に実線で示すように比較的ゆっくりと開弁する。しかし、オーバーシュートすることなく、また大きく変動することもなく全開位置に収束する。これに応じて、図３（ｂ）に示すように、吸入空気流量も比較的ゆっくりと、しかし超過や変動をすることもなく目標流量に到達する。図３（ｂ）中に破線で示すのは、ステップ状に増加する空気流量の期待値である。

一方、図４では、スロットルバルブ８の開度をステップ状に全開（図４（ａ）中に破線で示す）させようとしてアクセルグリップ１７等のスロットル制御装置を操作すると、ゲインが大きく設定されているため、スロットルバルブ８は図４（ａ）中に実線で示すように比較的ステップ状に近く開弁する。すなわち、操作への追随性が高い。しかし、スロットルバルブ８は全開位置からオーバーシュートする。ところが、図４（ｂ）に示す吸入空気流量にはオーバーシュートに伴う大きな変動は現れない。これは、前述したように、スロットルバルブ８の全開位置近傍では、弁体が開閉方向に位置変動したとしてもスロットルボディ９の流路面積の変化を引き起こさないからである。また、この全開域においては少々の空気流量の変動はレジャービークルの走行性能に大きな影響を与えないので許容される。

エンジンのスロットルのＰＩＤ制御やＰＤ制御において、比例ゲインはスロットルバルブの開閉動作の応答速度を決定することは公知である。比例ゲインを大きい値に設定するとスロットルバルブの応答速度は速くなる。反面、オーバーシュートが大きくなる。上記ＴＶＣ２０においては、積極的にオーバーシュート領域を設定することによってスロットルバルブ８の応答速度が速くなるように制御している。

図５を参照しながら、設定される上記オーバーシュート領域を説明する。図５（ａ）はスロットルバルブ８の縦断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ線矢視図であって吸入空気の流れ方向に見た図である。本実施形態におけるスロットルバルブ８は、バルブシャフト１０に形成されたスリット（図示せず）に円盤状の弁体８ａが挿通されて固定されたものである。もちろんこの構造に限定することはないが、通常はバルブシャフト１０の断面の直径（または幅、厚さ等）は弁体８ａの厚さより大きな寸法にされている。

このスロットルバルブ８によれば、弁体８ａが全開位置にあるとき、すなわち、弁体８ａがスロットルボディ９の吸気通路の軸線ＣＬ方向に沿った方向に向いているときでも、スロットルボディ９の吸気通路断面積は、吸気通路軸線ＣＬ方向のバルブシャフト投影像１０ａの面積（図５（ｂ）中にハッチングで示す）だけ少ないことになる。その結果、弁体８ａの先端が全開位置から開閉両方向に上記投影像１０ａの範囲内で変位したとしても、実質的には空気の流路面積が変化しないと言える。したがって、オーバーシュートの上限を、弁体８ａの先端が上記投影像１０ａのほぼ開側外縁１０ｂに対応する位置にあるときに設定すれば、オーバーシュートによる吸入空気流量の実質的な変動は回避される。ＴＶＣ２０の制御における伝達関数では、かかるオーバーシュートが生じるような比例項や微分項等が設定される。

また、前述したように、自動二輪車等のレジャービークルでは高回転域でのわずかな出力変動は走行性能に大きく影響しないことから、オーバーシュートの上限を上記バルブシャフト１０の投影像１０ａの外縁１０ｂよりもさらに開方向に変位した位置に設定してもよい。たとえば、オーバーシュート領域を開度の８〜１２％の範囲と定めてもよい。８％以上としたのは、８％がほぼバルブシャフト１０の投影像１０ａのほぼ開側外縁１０ｂに対応するからであり、また、１２％以下としたのは、１２％を超える場合には吸入空気流量の変動が大きくなると考えられるからである。この％とは、全開時のバルブ開度、すなわち全閉位置から全開位置までの弁体８ａの回転角度を１００％としたときの角度割合を百分率で表したものをいう。たとえば、全開位置が弁体の回転角度８７゜であれば、オーバーシュート１０％は角度８．７゜になる。

ＴＶＣ２０において、たとえばアクセルグリップの操作に伴うスロットルバルブの目標開度がステップ状に急開したときに、入力である偏差（上記目標開度と実開度との偏差）に基づいてＤＣモータを制御し、目標バルブ開度に対して所定のオーバーシュート量（たとえば全開度の１０％）が発生する。具体的には、全開位置までスロットルバルブを急開する場合に、目標開度に対する追随性（レスポンス）を重視したＤＣモータの制御により、スロットルバルブがその全開位置を超えて（オーバーシュートして）開く。このレスポンスを主に決定する制御係数がゲインである。吸入空気量の変化の少ない全開域と変化の大きい微開域とでゲインを変えてもよい。すなわち、微開域では小さいゲインを設定する。そうすることにより、微開域ではスロットルバルブの目標開度に対するオーバーシュートを抑止する。一方、全開位置に対するオーバーシュート量を機械的に拡大することによりレスポンスが向上する。

ここで、全開域とはおおよそ９０〜１００％開度の範囲であり、微開域とはおおよそ０〜３０％開度の範囲をいう。

また、図５に示すように、電子制御スロットルシステム１にスロットルバルブ８の機械式ストッパ２４を設けてもよい。この機械式ストッパ２４は、ストッパアーム２５とこのストッパアーム２５が当接しうるストッパ当接部２６とから構成されている。ストッパアーム２５はスロットルバルブ８のバルブシャフト１０に固定されており、ストッパ当接部２６はスロットルボディ９に固定されている。ストッパアーム２５がストッパ当接部２６に当接することによってスロットルバルブ８のさらなる開方向への回転が阻止される。

ストッパ当接部２６は、スロットルバルブ８に設定されたオーバーシュート領域の極めてわずか開側に弁体８ａが回転したときにストッパアーム２５が当接するように位置決めされている。この位置決めのためにストッパアーム２５およびストッパ当接部２６のうちの少なくとも一方が位置調節可能に取り付けられている。かかる構成により、上記ＴＶＣ２０におけるオーバーシュート領域を設定するとともに、そのオーバーシュート領域に対応するように上記ストッパアーム２５およびストッパ当接部２６の位置調整を行う。この機械式ストッパ２４により、設定されたオーバーシュートの上限をスロットルバルブ８が超えることを防止することができる。

以上に説明した実施形態ではスロットルバルブとしてバタフライバルブを例示しているが、必ずしもバタフライ式に限定されることはない、いわゆるスライド式のスロットルバルブであってもよい。スライド式スロットルバルブでは、バタフライ式スロットルバルブのようなバルブシャフトの投影像の範囲内での開度変動が吸入空気流量に変化を及ぼさないという特性は無いが、前述したように、スロットル全開付近でのわずかな出力変動はたとえばレジャービークルの走行性能に大きく影響しない。したがって、スライド式のスロットルバルブであっても、全開位置を超えるオーバーシュート領域を積極的に設定する電子制御スロットルシステムに適用することができる。

本発明のレジャービークルは、そのスロットル制御において、スロットル操作に対するスロットルバルブの開閉動作の応答性がよい。そして、自動二輪車等の陸上レジャービークルに限らず、小型滑走艇等の水上のレジャービークルとしても有用である。

本発明の一実施形態にかかるレジャービークルに搭載される電子制御スロットルシステムが組み込まれたエンジンの吸気通路および付属機器を示す概念図である。 図１の電子制御スロットルシステムの制御機構を示すブロック図である。 図３（ａ）はオーバーシュートを防止してスロットルバルブの全開位置での収束性を重視した制御にかかるバルブ開度を示すグラフであり、図３（ｂ）は図３（ａ）のバルブ開度に対応する吸入空気流量を示すグラフである。 図４（ａ）はスロットルバルブを積極的に全開位置からオーバーシュートさせることによって応答性を重視した制御にかかるバルブ開度を示すグラフであり、図４（ｂ）は図４（ａ）のバルブ開度に対応する吸入空気流量を示すグラフである。 図５（ａ）はスロットルバルブの縦断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ線矢視図であり、吸入空気の流れ方向に見た図である。

符号の説明

１ 電子制御スロットルシステム
２ エンジン
３ 吸気通路
８ スロットルバルブ
８ａ 弁体
１０ バルブシャフト
１０ａ バルブシャフトの投影像
１０ｂ バルブシャフトの投影像の開側外縁
１１ ＤＣモータ
２０ スロットル制御部（ＴＶＣ）
２４ 機械式ストッパ
ＣＬ 吸気通路の軸線

Claims (5)

1. スロットル操作装置の操作量に対応する操作信号に基づいてアクチュエータがスロットルバルブを駆動するエンジンの電子制御スロットルシステムを備えたレジャービークルであって、
   上記電子制御スロットルシステムが、上記アクチュエータに対して上記スロットルバルブを駆動する制御信号を送信するスロットル制御装置を備えており、
   該スロットル制御装置が、上記スロットル操作装置の操作量に基づいて定められた上記スロットルバルブの目標開度と検出された上記スロットルバルブの開度である実開度との偏差を埋めるべくゲインを与えるように構成されており、
   上記スロットル制御装置において、上記スロットルバルブの動作範囲に全開位置を超えるオーバーシュート領域が生じるゲインが設定されている、レジャービークル。
2. 上記スロットルバルブが、回転するバルブシャフト部に弁体が形成されたバタフライバルブから構成されており、
   上記弁体の先端が上記スロットルバルブにおける吸気通路軸線方向のバルブシャフト部投影像のほぼ開側外縁に至ったときの上記スロットルバルブの位置が、上記オーバーシュートの上限として設定されている請求項１記載のレジャービークル。
3. 上記スロットルバルブがバタフライバルブから構成されており、
   上記スロットルバルブのオーバーシュートの上限が、上記スロットルバルブがその全開位置から全開開度の８〜１２％開側へ回転した位置に設定されている請求項１記載のレジャービークル。
4. 上記スロットルバルブの動作範囲におけるオーバーシュート領域の開側に、上記スロットルバルブのさらなる開動作を停止させるための機械的ストッパが形成されている請求項１〜３のうちのいずれか一の項に記載のレジャービークル。
5. 上記電子制御スロットルシステムにおいて、上記スロットルバルブの開度の微開域およびそれより大きい開度域に対して異なるゲイン値が設定されている請求項１記載のレジャービークル。

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