JP2016166577A - スロットル弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも学習精度が向上したスロットル弁の制御装置を提供すること。【解決手段】スロットル弁の制御装置を製造後若しくは交換後に初めて使用してから１回目の学習では、閉じ側及び開き側いずれの誤差も生じ得る複数の電気的要因による既知の開き側の最大誤差量を、閉じ側に補正する負の補正量の下限値とするとともに、複数の電気的要因による既知の閉じ側の最大誤差量に、閉じ側の誤差のみ生じ得るストッパの歪要因による既知の閉じ側の最大誤差量を加算した値を、開き側に補正する正の補正量の上限値として、その範囲内で全閉開度の初期値を補正することで学習し、２回目以降の学習では、閉じ側に補正する負の補正量の下限値を設定しないとともに、ストッパの歪要因による既知の閉じ側の最大誤差量を、開き側に補正する正の補正量の上限値として、その範囲内で前回学習値を補正することで学習するスロットル弁の制御装置である。【選択図】図４

Description

本発明は、スロットル弁の制御装置に関する。

従来、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の全閉学習は、イグニッションオンの直後及びイグニッションオフの直後に通常行われている。この全閉学習では、スロットル弁を閉じ側に駆動させ、スロットル弁がストッパに当接している状態のときのスロットル開度センサのセンサ開度値を学習値として取得する。

ところが、上記のようにして取得された学習値には、スロットル弁が当接したときのストッパの歪に起因する誤差の他、半導体で構成されるスロットル開度センサの温度変化に起因する検出誤差、ＥＣＵに組み込まれたＣＰＵの読み込み誤差、スロットル弁を開閉する駆動ギヤに起因する誤差等の種々の学習誤差が含まれる。

そこで、開き側（スロットル開度センサによる電圧値の高電圧側）に誤学習された場合には想定を超えた吸気量となってしまうことを回避するために、学習値の更新を閉じ側（スロットル開度センサによる電圧値の低電圧側）のみに制限することが検討されている。しかしながらこの場合には、学習時の一過性な環境要因（電源電圧、環境温度によるスロットル開度センサの温度特性等）によって一旦閉じ側に学習値が更新されてしまうと、それ以降の学習で開き側に戻ることができずに誤学習された状態が維持されてしまい、学習精度が高いとは言えない。

また、全閉学習の学習値に上限値及び下限値を設け、学習値がこれら上下限範囲外の場合には学習値を更新しない技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、全閉開度の誤学習により内燃機関の回転数が上昇し過ぎたり低下し過ぎたりするのを回避できるとされている。

特開２０００−０７３７８４号公報

しかしながら特許文献１の技術では、学習値の上限値及び下限値を具体的にどのように設定するかについての検討が十分なされていないのが現状である。特に、誤差要因によっては一度学習すれば足りるものがあり、また上下限値の設定においては経年劣化を考慮する必要もあり、学習精度が高いとは言えないのが現状である。

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

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の吸気通路（例えば、後述の吸気管１１）に設けられたスロットル弁（例えば、後述のスロットル弁５）の開度を制御するスロットル弁の制御装置（例えば、後述の制御装置２）であって、アクチュエータ（例えば、後述のモータ７）により前記スロットル弁を開閉させる開閉手段（例えば、後述の開閉機構８，ＥＣＵ６）と、前記スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ（例えば、後述のスロットル開度センサ９）と、前記スロットル弁の閉じ側への変位を所定の開度で制限するストッパ（例えば、後述のストッパ５ｃ）と、前記開閉手段により前記スロットル弁を閉じ側に駆動させ、その閉じ側の変位が前記ストッパにより制限されるときに前記スロットル開度センサにより検出される前記スロットル弁のセンサ開度値に基づいて補正量を算出し、算出された補正量を用いて全閉開度を補正して学習する全閉学習手段（例えば、後述のＥＣＵ６の全閉学習処理に係る手段）と、を備え、前記全閉学習手段は、前記スロットル弁の制御装置を製造後若しくは交換後に初めて使用してから１回目の学習では、閉じ側及び開き側いずれの誤差も生じ得る複数の電気的要因による既知の開き側の最大誤差量を、閉じ側に補正する負の補正量の下限値とするとともに、前記複数の電気的要因による既知の閉じ側の最大誤差量に、閉じ側の誤差のみ生じ得る前記ストッパの歪要因による既知の閉じ側の最大誤差量を加算した値を、開き側に補正する正の補正量の上限値として、その範囲内で全閉開度の初期値を補正することで学習し、前記１回目の学習後２回目以降の学習では、前記閉じ側に補正する負の補正量の下限値を設定しないとともに、前記ストッパの歪要因による既知の閉じ側の最大誤差量を、前記開き側に補正する正の補正量の上限値として、その範囲内で前回学習値を補正することで学習するスロットル弁の制御装置を提供する。

ここで、全閉学習の誤差要因としては、電気的要因とストッパの歪要因とに大別される。
電気的要因による誤差としては、閉じ側及び開き側いずれの誤差も含まれる。この電気的要因による誤差は、スロットル開度センサやＥＣＵ等の物のばらつきに起因する誤差である。そのため、スロットル弁の制御装置を製造後若しくは交換後に初めて使用してから１回目の学習においては、複数の電気的要因による閉じ側の誤差と開き側の誤差は、いずれも一度学習すれば足り、２回目以降は考慮する必要がない。また、２回目以降の学習においては、物の経年劣化による開き側の誤差を考慮する必要があり、その開き側の誤差を補正するために閉じ側の負の補正量の下限値は設定すべきではない。
これに対して、ストッパの歪要因による誤差としては、閉じ側の誤差のみである。また、その閉じ側の誤差を補正するための開き側の正の補正量は、歪要因による誤差の最大値を正の補正量の上限値として設定すべきである。

以上の誤差要因とその特性を踏まえ、本発明では、スロットル弁の制御装置を製造後若しくは交換後に初めて使用してから１回目の学習と２回目以降の学習とでは、全閉学習時に設定する補正量の上限値及び下限値を変更する。具体的には、先ず１回目の学習では、閉じ側及び開き側いずれの誤差も生じ得る複数の電気的要因による既知の開き側の最大誤差量を、閉じ側に補正する負の補正量の下限値とするとともに、複数の電気的要因による既知の閉じ側の最大誤差量に、閉じ側の誤差のみ生じ得るストッパの歪要因による既知の閉じ側の最大誤差量を加算した値を、開き側に補正する正の補正量の上限値として、その範囲内で全閉開度の初期値を補正することで学習する。そして、２回目以降の学習では、経年劣化を考慮して、閉じ側に補正する負の補正量の下限値を設定しないとともに、ストッパの歪要因による既知の閉じ側の最大誤差量を、開き側に補正する正の補正量の上限値として、その範囲内で前回学習値を補正することで学習する。

従って本発明によれば、一度学習すれば足りる、電気的要因による閉じ側の誤差については２回目以降の学習では考慮しないことで、開き側に補正する正の補正量の上限値を小さく設定できる。これにより、開き側への誤学習を抑制でき、想定を超えた吸気量となるのを回避できる。
また本発明によれば、上述した一過性の環境要因（電源電圧、環境温度によるスロットル開度センサの温度特性等）によって一旦閉じ側に学習値が更新されてしまった場合であっても、開き側に補正することができるため、それ以降の学習で徐々に元の学習値に戻すことができる。
さらに本発明によれば、２回目以降の学習において閉じ側に補正する負の補正量の下限値を設定しないため、物の経年劣化による開き側の誤差を確実に補正できる。
従って、本発明によれば、従来よりも学習精度が向上したスロットル弁の制御装置を提供できる。

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

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその制御装置の構成を示す図である。 スロットル弁の構成を示す図である。 全閉学習の誤差を要因別に示す図である。 上記実施形態に係る全閉学習処理で設定される補正量の上限値及び下限値を示す図である。 従来の全閉学習処理を説明するための図である。 従来の全閉学習処理を説明するための図である。 上記実施形態に係る全閉学習処理を説明するための図である。 上記実施形態に係る全閉学習処理を説明するための図である。

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

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

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

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

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

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

ＥＣＵ６は、スロットル開度センサ９等の各種センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、各種演算処理を実行するＣＰＵ、及び各種データを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等で構成されるマイクロコンピュータである。ＥＣＵ６は、エンジン１の燃料噴射弁１ａからの燃料噴射を制御する燃料噴射制御処理の他、目標開度設定処理により全閉開度及びエンジン１の回転数やアクセルペダル操作量に応じてスロットル弁５の目標開度を設定し、設定された目標開度及び後述する全閉学習処理によって学習されるスロットル弁５の全閉開度に基づいてモータ７の駆動電流のデューティ比を決定し、決定したデューティ比の下でモータ７を駆動することによって、スロットル弁５の開度を目標開度へ向けて制御するスロットル開度制御処理を実行する。

全閉学習処理では、ＥＣＵ６は、イグニッション（ＩＧ）オンの直後及びイグニッション（ＩＧ）オフの直後において、スロットル弁５を閉じ側に駆動させ、スロットル弁５の閉じ側への変位がストッパ５ｃによって制限される最小開度となるようにスロットル弁５の開度を制御する全閉制御を実行する。次いで、このときのスロットル開度センサ９の検出信号を用いて補正量を算出し、算出された補正量により全閉開度を補正して更新する。このとき、全閉開度の補正は、補正量の上限値及び下限値（後述するように２回目以降の学習では下限値は設定されない）の範囲内で行われる。

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

以下、本実施形態に係る全閉学習処理について、図３及び図４を参照して、全閉学習の誤差と補正量の上限値及び下限値との関係に触れながら詳しく説明する。
ここで、図３は、全閉学習の誤差を要因別に示す図である。また、図４は、本実施形態に係る全閉学習処理で設定される補正量の上限値及び下限値を示す図である。

図３に示すように、全閉学習の誤差としては、電気的要因による誤差とストッパ５ｃの歪要因による誤差とに大別される。電気的要因による誤差としては、閉じ側及び開き側いずれの誤差も含まれる。この電気的要因による誤差は、スロットル開度センサ９やＥＣＵ６等の物のばらつきに起因する複数の電気的要因による誤差である。一方、ストッパ５ｃの歪要因による誤差としては、閉じ側の誤差のみである。これら複数の電気的要因による最大誤差量とストッパ５ｃの歪要因による最大誤差量は、いずれも予め把握でき、ＥＣＵ６に格納されている。

そのため、図４に示すように本実施形態に係る全閉学習処理では、スロットル弁５の制御装置２を製造後若しくは交換後に初めて使用してから１回目の学習においては、複数の電気的要因による閉じ側の誤差と開き側の誤差は、いずれも一度学習すれば足り、２回目以降は考慮する必要がない。
ここで、本発明でいう１回目の学習とは、スロットル弁５、付勢手段、ストッパ５ｃ、開閉機構８、制御装置２等を製造後にこれらを初めて駆動するときや、これらの部品を交換後に初めて駆動するときを意味する。

また、２回目以降の学習においては、物の経年劣化による開き側の誤差を考慮する必要があり、その開き側の誤差を補正するために閉じ側の負の補正量の下限値は設定すべきではない。
さらには、上述したようにストッパ５ｃの歪要因による誤差は閉じ側の誤差のみであり、その閉じ側の誤差を補正するための開き側の正の補正量は、歪要因による誤差の最大値を正の補正量の上限値として設定すべきである。

以上を踏まえ、本実施形態では、スロットル弁５の制御装置２を製造後若しくは交換後に初めて使用してから１回目の学習と２回目以降の学習とでは、全閉学習処理の際に設定する補正量の上限値及び下限値を変更した。具体的には、図４に示すように１回目の学習では、閉じ側及び開き側いずれの誤差も生じ得る複数の電気的要因による既知の開き側の最大誤差量を、閉じ側に補正する負の補正量の下限値とした。
また、複数の電気的要因による既知の閉じ側の最大誤差量に、閉じ側の誤差のみ生じ得るストッパ５ｃの歪要因による既知の閉じ側の最大誤差量を加算した値を、開き側に補正する正の補正量の上限値とした。
そして、設定した上限値及び下限値で規定される範囲内で、全閉開度の初期値を補正することで学習する構成とした。

ここで、図４に示すように、閉じ側及び開き側いずれの誤差も含む電気的要因による誤差を補正するための補正量の中央値は、全閉開度に相当する。この中央値の全閉開度を０点とすると、閉じ側に補正するための補正量は負の値となり、開き側に補正するための補正量は正の値となる。本実施形態では、これら正の補正量の上限値と負の補正量の下限値をそれぞれ規定したものである。

これに対して、図４に示すように２回目以降の学習では、経年劣化を考慮して、閉じ側に補正する負の補正量の下限値を設定しない構成とした。
また、ストッパ５ｃの歪要因による既知の閉じ側の最大誤差量を、開き側に補正する正の補正量の上限値とした。
そして、設定した上限値以下の範囲内で、前回学習値を補正することで学習する構成とした。

以上の構成を備える本実施形態の効果について、図５〜図８を参照して以下に説明する。
先ず本実施形態によれば、一度学習すれば足りる、電気的要因による閉じ側の誤差については２回目以降の学習では考慮しないことで、開き側に補正する正の補正量の上限値を小さく設定できる。これにより、開き側への誤学習を抑制でき、想定を超えた吸気量となるのを回避できる。

ここで、図５及び図６は、従来の全閉学習処理を説明するための図である。図７及び図８は、本実施形態に係る全閉学習処理を説明するための図である。図５及び図７中、横軸は学習回数を表し、縦軸はスロットル開度センサ９のセンサ電圧値（センサ開度値）を表している。また、図６及び図８中、横軸は学習回数を表し、縦軸は学習値（補正量）を表している。

図５に示すように、学習値の更新、即ち全閉開度の補正を閉じ側（センサ電圧値の低電圧側）のみに制限する従来一般的な全閉学習処理では、今回学習値が開き側（センサ電圧値の高電圧側）である場合には、学習値の更新は行わない。そのため、図６に示すように、学習時の一過性な環境要因（電源電圧、環境温度によるスロットル開度センサの温度特性等）によって一旦閉じ側に学習値が更新されてしまうと、それ以降の学習で開き側に戻ることができない。即ち、誤学習された状態が継続される。

これに対して図７に示すように、本実施形態の全閉学習処理によれば、上述した一過性の環境要因によって一旦閉じ側に学習値が更新されてしまった場合であっても、上限値以下の範囲内で開き側に補正することができる。従って、図８に示すように、それ以降の学習で徐々に元の学習値に戻すことができる。

さらに本実施形態によれば、２回目以降の学習において閉じ側に補正する負の補正量の下限値を設定しないため、物の経年劣化による開き側の誤差を確実に補正できる。
以上より、本発明によれば、従来よりも学習精度が向上したスロットル弁５の制御装置２を提供できる。

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

１…エンジン（内燃機関）
２…制御装置
５…スロットル弁
５ｃ…ストッパ
６…ＥＣＵ（開閉手段、全閉学習手段）
７…モータ（アクチュエータ）
８…開閉機構（開閉手段）
９…スロットル開度センサ
１１…吸気管（吸気通路）

Claims (1)

1. 内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を制御するスロットル弁の制御装置であって、
   アクチュエータにより前記スロットル弁を開閉させる開閉手段と、
   前記スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサと、
   前記スロットル弁の閉じ側への変位を所定の開度で制限するストッパと、
   前記開閉手段により前記スロットル弁を閉じ側に駆動させ、その閉じ側の変位が前記ストッパにより制限されるときに前記スロットル開度センサにより検出される前記スロットル弁のセンサ開度値に基づいて補正量を算出し、算出された補正量を用いて全閉開度を補正して学習する全閉学習手段と、を備え、
   前記全閉学習手段は、
   前記スロットル弁の制御装置を製造後若しくは交換後に初めて使用してから１回目の学習では、閉じ側及び開き側いずれの誤差も生じ得る複数の電気的要因による既知の開き側の最大誤差量を、閉じ側に補正する負の補正量の下限値とするとともに、前記複数の電気的要因による既知の閉じ側の最大誤差量に、閉じ側の誤差のみ生じ得る前記ストッパの歪要因による既知の閉じ側の最大誤差量を加算した値を、開き側に補正する正の補正量の上限値として、その範囲内で全閉開度の初期値を補正することで学習し、
   前記１回目の学習後２回目以降の学習では、前記閉じ側に補正する負の補正量の下限値を設定しないとともに、前記ストッパの歪要因による既知の閉じ側の最大誤差量を、前記開き側に補正する正の補正量の上限値として、その範囲内で前回学習値を補正することで学習するスロットル弁の制御装置。

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