JP2022183610A - エンジンのスロットル制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットル装置のステップモータに機械的な誤差があってもエンジン始動時の応答性と安定性を向上させること。【解決手段】エンジン１のスロットル制御装置は、エンジン１の吸気通路４を流れる吸気量を調節するためにステップモータ８を駆動源として開閉動作するスロットル装置７と、エンジン１の運転状態に応じてスロットル装置７を制御するためにステップモータ８をステップ数により制御する電子制御装置（ＥＣＵ）５０とを備える。ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動時に、所定の始動ステップ数に、ステップモータ８が最大に脱調したときの脱調分のステップ数を加算することにより目標ステップ数を算出し、その目標ステップ数に基いてステップモータ８を制御する。【選択図】 図１

Description

この明細書に開示される技術は、例えば、小型電動移動体に搭載される発電用エンジンに使用されるスロットル装置に係り、このスロットル装置を制御するためのエンジンのスロットル制御装置に関する。

従来、この種の関連技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される技術（内燃機関のアイドル回転数制御装置）が知られている。この制御装置は、内燃機関（エンジン）のアイドル回転数を制御するために、アイドル吸気通路（吸気通路）と、その吸気通路の開度を調節するアイドル調整弁（スロットル装置）と、スロットル装置を開閉動作させるステップモータと、ステップモータを制御するコントローラとを備える。コントローラは、ステップモータの回転位置をスロットル装置の目標開度に対応した回転位置に一致させるようになっている。また、コントローラは、アイドルが安定した定常状態にあるときのステップモータの回転位置を現在位置ステップ数として記憶し、その現在位置ステップ数と、ステップモータの目標位置を代表する目標位置ステップ数とに基きステップモータを駆動制御するようになっている。

特開２００３－９７３２０号公報

ところが、特許文献１に記載の制御装置では、ステップモータが、その特性上、脱調を起こすことがあり、脱調により現在位置ステップ数と目標位置ステップ数との間に誤差が生じることがある。このため、ステップモータがスロットル装置の開き側に脱調した場合は、コントローラが、前回記憶した現在位置ステップ数に基きステップモータを制御したても、スロットル装置が狙いの開度にならず、アイドル時に吸気通路を流れる吸気量が狙いの吸気量にならなくなる。特に、エンジンの始動時にステップモータが脱調していた場合は、アイドル時の吸気量が不足し、始動後にエンジンがアイドル安定状態になるまでに時間がかかってしまう。脱調以外の機械的な誤差がステップモータやスロットル装置にある場合も同様である。

この開示技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、スロットル装置のステップモータに機械的な誤差があってもエンジン始動時の応答性と安定性を向上させることを可能としたエンジンのスロットル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に、請求項１に記載の技術は、エンジンの吸気通路に設けられ、吸気通路を流れる吸気量を調節するためにステップモータを駆動源として開閉動作するスロットル装置と、エンジンの運転状態に応じてスロットル装置を制御するためにステップモータをステップ数に基いて制御する制御手段とを備えたエンジンのスロットル制御装置において、制御手段は、エンジンの始動時に、所定の始動ステップ数に、ステップモータが最大に脱調したときの脱調分のステップ数を加算することにより目標ステップ数を算出し、目標ステップ数に基いてステップモータを制御することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、制御手段は、エンジンの始動時に、所定の始動ステップ数に、ステップモータが最大に脱調したときの脱調分のステップ数を加算することにより目標ステップ数を算出し、目標ステップ数に基いてステップモータを制御する。従って、エンジンの始動時に、ステップモータの脱調分を考慮してステップモータが制御されるので、脱調によるスロットル装置の開閉誤差が調整され、エンジン始動時の安定性が向上する。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の技術は、請求項１に記載の技術において、エンジンの回転数を検出するための回転数検出手段を更に備え、制御手段は、エンジンの始動後に、検出される回転数が最大となるときの最大回転数を、ステップモータが脱調しているときに到達する脱調回転数と比較することにより脱調の有無を判断し、脱調が有ると判断した場合に、目標ステップ数から脱調分のステップ数を減算することにより目標ステップ数を補正することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項１に記載の技術の作用に加え、制御手段は、エンジンの始動後に、検出される回転数が最大となるときの最大回転数を、ステップモータが脱調しているときに到達する脱調回転数と比較することにより脱調の有無を判断する。そして、制御手段は、脱調が有ると判断した場合に、目標ステップ数から脱調分のステップ数を減算することにより目標ステップ数を補正する。従って、エンジンの始動後は、目標ステップ数から脱調分のステップ数が減算されるので、その分だけスロットル装置により調節される吸気量が減少し、エンジンの最大回転数から目標アイドル回転数への収束が速くなる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の技術は、単気筒で構成されるエンジンの吸気通路に設けられ、吸気通路を流れる吸気量を調節するためにステップモータを駆動源として開閉動作するスロットル装置と、エンジンの運転状態に応じてスロットル装置を制御するためにステップモータをステップ数に基いて制御する制御手段とを備えたエンジンのスロットル制御装置において、スロットル装置より下流の吸気通路における吸気圧力を検出するための吸気圧力検出手段を更に備え、制御手段は、エンジンのクランキング中に、エンジンの１サイクル毎に吸気圧力検出手段により検出される最小吸気圧力が、エンジンの始動に必要な所定の始動吸気圧力となるようスロットル装置の開度を増減するためにステップモータを制御するためのステップ数を補正することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、制御手段は、エンジンのクランキング中に、エンジン行程の１サイクル毎に検出される最小吸気圧力が所定の始動吸気圧力となるようスロットル装置の開度を増減するためにステップモータを制御するためのステップ数を補正する。従って、ステップモータやスロットル装置に脱調や公差分の誤差があっても、その誤差に伴うスロットル装置の開度のバラツキが補正され、エンジンへ流れる吸気量の過不足が調整される。

請求項１に記載の技術によれば、スロットル装置のステップモータに機械的誤差である脱調があってもエンジン始動時の応答性と安定性を向上させることができる。

請求項２に記載の技術によれば、請求項１に記載の技術の効果に加え、エンジン始動時にクランキングからアイドルへの移行応答性を向上させることができる。

請求項３に記載の技術によれば、スロットル装置のステップモータに機械的誤差があってもエンジン始動時の応答性と安定性を向上させることができる。

第１実施形態に係り、ガソリンエンジンシステムを示す概略構成図。 第１実施形態に係り、モータステップ数算出処理の内容を示すフローチャート。 第１実施形態に係り、エンジン温度に応じた始動補正値及びアイドル補正値を求めるために参照される補正値マップ。 第１実施形態に係り、ホットアイドル学習制御の内容を示すフローチャート。 第１実施形態に係り、アイドルステップ数補正制御の内容を示すフローチャート。 第１実施形態に係り、エンジン温度に応じた脱調なし判定回転数及び脱調１判定回転数を求めるために参照される脱調判定回転数マップ。 第１実施形態に係り、エンジンの始動時におけるエンジン回転数及びモータステップ数の変化を示すタイムチャート。 第１実施形態に係り、エンジン始動時におけるエンジン回転数、クランキングステップ数及びアイドルステップ数の変化を示すタイムチャート。 第２実施形態に係り、スロットル始動制御の内容を示すフローチャート。 第２実施形態に係り、エンジンの１サイクル毎のクランク角度の変化を示すタイムチャート。 第２実施形態に係り、エンジン回転数に応じたクランキング吸気圧力を求めるために参照されるクランキング吸気圧力マップ。 第２実施形態に係り、クランキング中の吸気圧力及びスロットル装置の開弁量の変化を示すタイムチャート。 第２実施形態に係り、クランキング中の吸気圧力及びスロットル装置の開弁量の変化を示すタイムチャート。 第２実施形態に係り、エンジンの始動時におけるエンジン回転数及びモータステップ数の変化を示すタイムチャート。

＜第１実施形態＞
以下、エンジンのスロットル制御装置をガソリンエンジンシステムに具体化した第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

［エンジンシステムについて］
図１に、この実施形態におけるガソリンエンジンシステム（以下、単に「エンジンシステム」という。）を概略構成図により示す。この実施形態では、シリーズ方式のハイブリッド小型モビリティ（ＨＶ小型モビリティ：例えば、ドローンや無人台車等）に搭載される発電用のエンジンシステムについて説明する。周知のように、シリーズ方式のＨＶ小型モビリティは、基本的にはバッテリの電力でモータを駆動して移動し、バッテリの電力が少なくなるとエンジンで発電機を駆動して発電し、その電力でモータを駆動して移動する仕組みを有する。

このＨＶ小型モビリティに搭載されるエンジンシステムは、図１に示すように、単気筒で構成されるエンジン１を備える。エンジン１は、４サイクルのレシプロエンジンであり、燃焼室を含む１つの気筒２及びクランクシャフト３の他、周知の構成要素を含む。エンジン１には、気筒２に吸気を導入するための吸気通路４と、気筒２から排気を導出するための排気通路５とが設けられる。吸気通路４の入口には、エアクリーナ６が設けられる。吸気通路４の途中には、サージタンク４ａが設けられ、そのサージタンク４ａの上流側にはスロットル装置７が設けられる。スロットル装置７は、エンジン１に吸入される吸気を調節するポペット式弁より構成され、弁座に対し往復駆動する弁体と、その弁体を開度可変に駆動するためのステップモータ８とを含む。この実施形態のエンジンシステムには、弁体の開度（スロットル開度）を検出するためのスロットルセンサが設けられていない。スロットル装置７は、弁体により流路を開閉させることにより、吸気通路４を流れる吸気量を調節するようになっている。一方、排気通路５には、排気を浄化するための触媒９が設けられる。

吸気通路４には、同通路４に燃料を噴射するための１つのインジェクタ１０が設けられる。インジェクタ１０は、燃料供給装置（図示略）から供給される燃料（ガソリン）を噴射するように構成される。吸気通路４では、吸気行程で導入される吸気と、インジェクタ１０から吸気通路４に噴射された燃料により可燃混合気が形成される。

エンジン１には、気筒２に対応して１つの点火プラグ１１とイグニションコイル１２が設けられる。点火プラグ１１は、イグニションコイル１２から出力される点火信号を受けてスパーク動作する。両部品１１，１２は、気筒２にて可燃混合気に点火するための点火装置を構成する。気筒２において、可燃混合気は、圧縮行程で点火プラグ１１のスパーク動作により爆発・燃焼し、爆発行程が経過する。燃焼後の排気は、排気行程で気筒２から排気通路５へ排出され、触媒９を流れて浄化され、外部へ排出される。これら一連の行程を繰り返すことで、エンジン１のクランクシャフト３が回転し、エンジン１に出力が得られる。

エンジン１に対応して設けられる各種センサ等４２，４３，４５は、エンジン１の運転状態を検出するための手段を構成する。エンジン１に設けられたエンジン温センサ４２は、エンジン１のシリンダブロックの温度をエンジン温度ＴＨＥとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられた回転数センサ４３は、クランクシャフト３の回転数をエンジン回転数ＮＥとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。サージタンク４ａに設けられた吸気圧センサ４５は、サージタンク４ａ（吸気通路４）における吸気圧力ＰＭを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。ここで、各種センサ等４２，４３，４５のうち、回転数センサ４３は、この開示技術における回転数検出手段の一例に相当し、吸気圧センサ４５は、この開示技術における吸気圧力検出手段の一例に相当する。

このエンジンシステムは、エンジン１の運転を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）５０を備える。ＥＣＵ５０には、各種センサ等４２，４３，４５がそれぞれ接続される。また、ＥＣＵ５０には、スロットル装置７のステップモータ８、各インジェクタ１０及びイグニションコイル１２がそれぞれ接続される。ＥＣＵ５０は、この開示技術における制御手段の一例に相当する。周知のようにＥＣＵ５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、各種メモリ、外部入力回路及び外部出力回路等を含む。

この実施形態で、ＥＣＵ５０は、エンジン１を運転するために、各種センサ等４２，４３，４５からの電気信号に基いてスロットル装置７（ステップモータ８）、各インジェクタ１０及びイグニションコイル１２をそれぞれ制御するようになっている。また、ＥＣＵ５０は、スロットルセンサを用いずにスロットル装置７を好適に制御するために所定のスロットル制御を実行するようになっている。

この実施形態のＨＶ小型モビリティは、図１に示すように、上記したエンジンシステムの他に、発電機３１，インバータ３２、バッテリ３３及び駆動用モータ３４を更に備える。そして、このモビリティは、エンジン１により発電機３１を駆動させて発電し、その電力をインバータ３２を介してバッテリ３３に充電すると共に、その電力を駆動用モータ３４に供給し、駆動体（図示略）を駆動させて小型モビリティを移動させるようになっている。

［スロットル制御について］
次に、この実施形態のスロットル制御について説明する。シリーズ方式のＨＶ小型モビリティでは、エンジン１が駆動軸に直結していないことから、ＦＭＶＳＳ要求緩和（戻り性の緩和）とＯＲ要求緩和（スロットル開度監視不要）が可能となる。また、エンジン１をバッテリ３３の充電に特化して使用することから、エンジン１の応答性に対する要求を緩和することが可能となる。そのため、この実施形態では、スロットルセンサを設けることなくスロットル制御を実行することが可能となり、エンジンシステムのコストダウンが可能となる。しかしながら、スロットルセンサがないことで実際のスロットル開度を監視することができない。そのため、スロットル装置７の駆動源であるステップモータ８に誤差（機械的な差、経年変化等を含む。）がある場合に、その誤差に対処してステップモータ８を制御する必要がある。例えば、エンジン１の始動に際しては、ステップモータ８の誤差にかかわらず、エンジン１のクランキングを遅れなく実行し、クランキングから速やかにアイドル安定状態へ移行させる必要がある。そこで、この実施形態では、エンジン１の始動のために次のような各種処理及び制御を実行するようになっている。

［クランキング及びアイドリングのためのモータステップ数算処理について］
図２に、この実施形態における、クランキング及びアイドリングのためのモータステップ数算出処理の内容をフローチャートにより示す。ＥＣＵ５０は、このフローチャートに示す処理をエンジン１のクランキング前に実行するようになっている。

処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ１００で、ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動要求があるか否かを判断する。例えば、ＥＣＵ５０は、バッテリ３３の充電容量が基準値を下回っている場合に、エンジン１の始動要求があると判断することができる。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１１０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１００へ戻す。

ステップ１１０では、ＥＣＵ５０は、前回学習されたホットアイドル時（安定したアイドル時）のステップ数をホットアイドル学習値ＨＩＳとして取り込む。このホットアイドル学習値ＨＩＳの学習制御については後述する。

次に、ステップ１２０で、ＥＣＵ５０は、エンジン温センサ４２の検出値に基き、現在のエンジン温度ＴＨＥを取り込む。

次に、ステップ１３０で、ＥＣＵ５０は、クランキングに関する始動補正値β１とアイドリングに関するアイドル補正値β２を算出する。ＥＣＵ５０は、例えば、図３に示すような補正値マップを参照することにより、エンジン温度ＴＨＥに応じた始動補正値β１及びアイドル補正値β２を求めることができる。図３に示すように、エンジン温度ＴＨＥが「１０℃～２５℃」の範囲で高くなるほど、始動補正値β１は「６～３」の範囲で減少し、アイドル補正値β２は「４～１」の範囲で減少する。図３に示すように、エンジン温度ＴＨＥが「２５℃～３５℃」となる範囲では、始動補正値β１は「３」で一定となり、アイドル補正値β２は「１」で一定となる。また、図３に示すように、エンジン温度ＴＨＥが「３５℃～４５℃」の範囲で高くなるほど、始動補正値β１は「３～２」の範囲で減少し、アイドル補正値β２は「１～０」の範囲で減少する。更に、図３に示すように、エンジン温度ＴＨＥが「４０℃～５０℃」となる範囲では、始動補正値β１は「２」で一定となり、アイドル補正値β２は「０」で一定となる。

次に、ステップ１４０で、ＥＣＵ５０は、ホットアイドル学習値ＨＩＳに始動補正値β１と「２」を加算することにより、クランキング時のステップモータ８のためのステップ数（クランキングステップ数）ＣＳを算出する。ここで、「２」は、ステップモータ８の誤差を見越して加算されるステップ数であり、ステップモータ８が最大に脱調したときの脱調分のステップ数に相当する。

次に、ステップ１５０で、ＥＣＵ５０は、ホットアイドル学習値ＨＩＳにアイドル補正値β２と「２」を加算することにより、アイドル時のステップモータ８のためのステップ数（アイドルステップ数）ＩＳを算出する。ここでも、「２」は、ステップモータ８の誤差を見越して加算されるステップ数であり、ステップモータ８が最大に脱調したときの脱調分のステップ数に相当する。その後、ＥＣＵ５０は、処理をステップ１００へ戻す。

上記したステップ１５０では、アイドルステップ数ＩＳを算出するために、ホットアイドル学習値ＨＩＳを、アイドル補正値β２を加算することで補正し、更に「２」を加算することで補正している。これは、仮に、エンジン始動時に、ステップモータ８が、２ステップ開弁側（スロットル装置７の開弁側）へ脱調した状態でホットアイドル学習値ＨＩＳを学習して、次のエンジン始動時に脱調しなかった場合、学習した位置より２ステップ閉弁側（スロットル装置７の閉弁側）でエンジン１を始動することになり、スロットル装置７の開度が不十分となり、エンジン１の始動性が悪化するおそれがあるからである。ステップ１４０のクランキングステップ数ＣＳに関する「２」の加算についても同様である。

上記のモータステップ数算出処理によれば、ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動時に、所定の始動ステップ数に、ステップモータ８が最大に脱調したときの脱調分のステップ数である「２」を加算することにより目標ステップ数を算出し、その目標ステップ数に基いてステップモータ８を制御するようになっている。ここで、上記したクランキングステップ数ＣＳとアイドルステップ数ＩＳは、それぞれこの開示技術における目標ステップ数に相当する。また、ホットアイドル学習値ＨＩＳに始動補正値β１を加算した値が、クランキングステップ数ＣＳを算出するための、この開示技術における所定の始動ステップに相当し、ホットアイドル学習値ＨＩＳにアイドル補正値β２を加算した値が、アイドルステップ数ＩＳを算出するための、この開示技術における所定の始動ステップに相当する。

そして、エンジン１のクランキング中には、ＥＣＵ５０は、算出されたクランキングステップ数ＣＳに基きステップモータ８を制御することで、スロットル装置７の開度を制御するようになっている。

［ホットアイドル学習制御について］
図４に、この実施形態において、ホットアイドル学習値ＨＩＳを学習するためのホットアイドル学習制御の内容をフローチャートにより示す。ＥＣＵ５０は、このフローチャートに示す処理を、エンジン１を停止する直前のアイドル時に実行するようになっている。

処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ２００で、ＥＣＵ５０は、エンジン１の停止要求があるか否かを判断する。例えば、ＥＣＵ５０は、バッテリ３３の充電容量が基準値以上となっている場合に、エンジン１の停止要求があると判断することができる。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ２１０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ２００へ戻す。

ステップ２１０では、ＥＣＵ５０は、エンジン１がアイドル中であるか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ２２０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ２００へ戻す。

ステップ２２０では、ＥＣＵ５０は、エンジン温センサ４２の検出値に基き、現在のエンジン温度ＴＨＥを取り込む。

次に、ステップ２３０で、ＥＣＵ５０は、エンジン温度ＴＨＥが所定の判定温度ＴＨＪより高いか否かを判断する。ここで、判定温度ＴＨＪは、エンジン１が十分に暖機していることを示す温度に相当し、一例として「８０℃」を採用することができる。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ２４０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ２００へ戻す。

ステップ２４０では、ＥＣＵ８０は、現在のステップモータ８のステップ数を現在ステップ数ＣＲＳとして取り込む。

次に、ステップ２５０で、ＥＣＵ５０は、現在ステップ数ＣＲＳを、ホットアイドル時のステップ数、すなわちホットアイドル学習値ＨＩＳとしてメモリに記憶する。その後、ＥＣＵ８０は、処理をステップ２００へ戻す。

上記したホットアイドル学習制御によれば、ＥＣＵ５０は、エンジン１が停止する直前のアイドル中であってエンジン１が十分に暖機している状態（ホットアイドル中）におけるステップモータ８のステップ数（現在ステップ数ＣＲＳ）を学習値（ホットアイドル学習値ＨＩＳ）として記憶するようになっている。

［アイドルステップ数補正制御について］
次に、アイドルステップ数ＩＳを補正するためのアイドルステップ数補正制御について説明する。図５に、このアイドルステップ数補正制御の内容をフローチャートにより示す。ＥＣＵ５０は、このフローチャートに示す処理をエンジン１のクランキング後アイドル移行前に実行するようになっている。

処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ３００で、ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動が完了したか否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ５０は、エンジン１のクランキングが完了した場合に、エンジン１の始動が完了したと判断することができる。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ３１０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ３００へ戻す。

ステップ３１０では、ＥＣＵ５０は、始動時の吹き上がりがピークか否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ５０は、始動時のエンジン回転数ＮＥの増加がピーク（最大回転数ＮＥｍａｘ）に達したか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ３２０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ３００へ戻す。

ステップ３２０では、ＥＣＵ５０は、エンジン温センサ４２の検出値に基き、エンジン温度ＴＨＥを取り込む。

次に、ステップ３３０で、ＥＣＵ５０は、エンジン温度ＴＨＥに応じた脱調なし判定回転数ＮＥＳ０及び脱調１判定回転数ＮＥＳ１をそれぞれ算出する。ＥＣＵ５０は、例えば、図６に示すような脱調判定回転数マップを参照することにより、エンジン温度ＴＨＥに応じた脱調なし判定回転数ＮＥＳ０及び脱調１判定回転数ＮＥＳ１を求めることができる。このマップにおいて、各判定回転数ＮＥＳ０，ＮＥＳ１は、エンジン温度ＴＨＥが高くなるほど低くなるように設定される。

次に、ステップ３４０で、ＥＣＵ５０は、回転数センサ４３の検出値に基き、吹き上がりピーク時の最大回転数ＮＥｍａｘを取り込む。

次に、ステップ３５０で、ＥＣＵ５０は、取り込まれた最大回転数ＮＥｍａｘが、脱調なし判定回転数ＮＥＳ０以下であるか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ３６０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ３７０へ移行する。

ステップ３６０では、ＥＣＵ５０は、ステップモータ８に脱調なしと判定した後、処理をステップ３００へ戻す。

一方、ステップ３７０では、ＥＣＵ５０は、取り込まれた最大回転数ＮＥｍａｘが、脱調なし判定回転数ＮＥＳ０より高く、かつ、脱調１判定回転数ＮＥＳ１以下であるか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ３８０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ４００へ移行する。

ステップ３８０では、ＥＣＵ５０は、ステップモータ８に１ステップの脱調があると判定する。

次に、ステップ３９０で、ＥＣＵ５０は、クランキング前にてモータステップ数算出処理により求められたアイドルステップ数ＩＳを補正する。すなわち、ＥＣＵ５０は、アイドルステップ数ＩＳから「１」を減算することでアイドルステップ数ＩＳを補正する。その後、ＥＣＵ５０は、処理をステップ３００へ戻す。

また、ステップ４００では、ＥＣＵ５０は、取り込まれた最大回転数ＮＥｍａｘが脱調１判定回転数ＮＥＳ１より高いか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ４１０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ３００へ戻す。

ステップ４１０では、ＥＣＵ５０は、ステップモータ８に２ステップの脱調があると判定する。

次に、ステップ４２０で、ＥＣＵ５０は、クランキング前にてモータステップ数算処理により求められたアイドルステップ数ＩＳを補正する。すなわち、ＥＣＵ５０は、アイドルステップ数ＩＳから「２」を減算することでアイドルステップ数ＩＳを補正する。その後、ＥＣＵ５０は、処理をステップ３００へ戻す。

上記アイドルステップ数補正制御によれば、ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動直後に、エンジン１が吹き上がり、検出されるエンジン回転数ＮＥが最大となるときの最大回転数ＮＥｍａｘを、ステップモータ８が脱調しているときに到達する脱調１判定回転数ＮＥＳ１及び脱調２判定回転数ＮＥＳ２（脱調回転数）と比較することにより脱調の有無を判断し、脱調が有ると判断した場合に、アイドルステップ数ＩＳ（目標ステップ数）から脱調分のステップ数としての「１又は２」を減算することにより、アイドルステップ数ＩＳ（目標ステップ数）を補正するようになっている。換言すると、ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動直後にエンジン１が吹き上がったときの最大回転数ＮＥｍａｘに応じ、アイドルステップ数ＩＳの脱調見込み分を減少させるようになっている。

すなわち、ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動時に、スロットル装置７をステップ数で「２」だけ開弁側へ大きく制御することでエンジン１を始動させ、始動直後のエンジン回転数ＮＥの吹き上がりの大きさに基いてステップモータ８が実際に脱調したステップ数を判断し、アイドル直前に、その脱調したステップ数だけアイドルステップ数ＩＳを減算補正するようになっている。

そして、エンジン１のアイドル中に、ＥＣＵ５０は、補正された又は補正されなかったアイドルステップ数ＩＳに基きステップモータ８を制御することで、スロットル装置７の開度を制御するようになっている。

［エンジンのスロットル制御装置の作用及び効果について］
以上説明したように、この実施形態におけるエンジンのスロットル制御装置の構成によれば、次のような作用及び効果を得ることができる。すなわち、図７には、この実施形態において、エンジン１の始動時における（ａ）エンジン回転数ＮＥと、（ｂ）スロットル装置７（ステップモータ８）を制御するためのモータステップ数の変化をタイムチャートにより示す。図７に示すように、エンジン１の始動時に、エンジン回転数ＮＥは、あるピークを伴って増減し、モータステップ数は、目標ステップ数であるクランキングステップ数ＣＳで始まり、目標ステップ数であるアイドルステップ数ＩＳへ移行する。ここで、時刻ｔ０～ｔ１ではクランキングＣＫが行われ、時刻ｔ２では、エンジン始動判定ＥＳＴＪが行われ、時刻ｔ３では、エンジン回転数ＮＥが最大回転数ＮＥｍａｘに達すると脱調判定ＳＯＪが行われ、時刻ｔ４で、クランキングステップ数ＣＳからアイドルステップ数ＩＳへ移行し、時刻ｔ５で、アイドルＩＤとスロットル装置７のフィードバック制御ＦＢＣが開始する。

この実施形態のスロットル制御におけるモータステップ数算出処理によれば、ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動時に、所定の始動ステップ数に、ステップモータ８が最大に脱調したときの脱調分のステップ数を加算することにより目標ステップ数を算出する。すなわち、ＥＣＵ５０は、ホットアイドル学習値ＨＩＳに始動補正値β１を加算し、更に脱調分の「２」を加算することにより、クランキングステップ数ＣＳ（目標ステップ数）を算出すると共に、ホットアイドル学習値ＨＩＳにアイドル補正値β２を加算し、更に脱調分の「２」を加算することにより、アイドルステップ数ＩＳ（目標ステップ数）を算出する。そして、ＥＣＵ５０は、それらクランキングステップ数ＣＳ及びアイドルステップ数ＩＳに基いてステップモータ８を制御する。従って、エンジン１の始動時に、ステップモータ８の脱調分を考慮してステップモータ８が制御されるので、エンジン１のクランキング時及びアイドル時に、脱調によるスロットル装置７の開閉誤差が調整され、エンジン始動時の安定性が向上する。このため、スロットル装置７のステップモータ８に機械的誤差である脱調があってもエンジン始動時の応答性と安定性を向上させることができる。

また、この実施形態のスロットル制御におけるアイドルステップ数補正制御によれば、ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動直後に、エンジン１が吹き上がり、検出されるエンジン回転数ＮＥが最大となるときの最大回転数ＮＥｍａｘを、ステップモータ８が脱調しているときに到達する脱調１判定回転数ＮＥＳ１及び脱調２判定回転数ＮＥＳ２（脱調回転数）と比較することにより脱調の有無を判断する。そして、ＥＣＵ５０は、脱調が有ると判断した場合に、アイドルステップ数ＩＳ（目標ステップ数）から脱調分のステップ数としての「１又は２」を減算することにより、アイドルステップ数ＩＳから脱調分のステップ数としての「１又は２」を減算することによりアイドルステップ数ＩＳを補正する。従って、エンジン１の始動直後は、アイドルステップ数ＩＳから脱調分のステップ数が減算されるので、その分だけスロットル装置７により調節される吸気量Ｇａが減少し、エンジン１の最大回転数ＮＥｍａｘから目標アイドル回転数ＮＥＴへの収束が速くなる。このため、エンジン始動時にクランキングからアイドルへの移行応答性を向上させることができる。

図８に、エンジン始動時における（ａ）エンジン回転数ＮＥ及び（ｂ）クランキングステップ数ＣＳ及びアイドルステップ数ＩＳの変化をタイムチャートにより示す。図８（ａ），（ｂ）において、実線ＳＬは、クランキングステップ数ＣＳ及びアイドルステップ数ＩＳにつき、脱調分を見込んだ補正無しの場合を示し、太線ＴＬ１は、クランキングステップ数ＣＳ及びアイドルステップ数ＩＳにつき、脱調分を見込んだ補正とフィードバック制御ＦＢＣが有る場合（本実施形態）を示す。脱調分を見込んだ補正とフィードバック制御ＦＢＣが有る場合でも、実際の脱調分の減算補正をしない場合の違いは破線ＢＬ３で示し、実際の脱調分の減算補正をしない場合の違いは破線ＢＬ３で示す。脱調分を見込んだ補正が有る場合でも、実際の脱調分の減算補正もフィードバック制御ＦＢＣもない場合の違いは１点鎖線ＤＬ１で示す。

この実施形態のスロットル制御によれば、図８（ａ）及び（ｂ）に太線ＴＬ１で示すように、エンジン１の始動時に、エンジン１の吹き上がりにより、エンジン回転数ＮＥが最大回転数ＮＥｍａｘに達した後、時刻ｔ１～ｔ２にて、アイドルステップ数ＩＳから実際の脱調分のステップ数が減算補正され、時刻ｔ２にて、フィードバック制御ＦＢＣが開始されることで、エンジン回転数ＮＥが早期（時刻ｔ２）に目標アイドル回転数ＮＥＴに達することがわかる。

＜第２実施形態＞
次に、エンジンのスロットル制御装置をガソリンエンジンシステムに具体化した第２実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。

［スロットル制御について］
次に、この実施形態のスロットル制御について説明する。第１実施形態の場合と同様、この実施形態のエンジンシステムでも、スロットルセンサがないことで実際のスロットル開度を監視することができない。そのため、エンジン始動時には、スロットル装置７の開弁量（開度）が機差（ギアギャップ、部品公差等）によってばらつくおそれがある。例えば、スロットル装置７の弁体を開閉させるギア機構に「０.２ｍｍ」のギアギャップがあり、ステップモータ８が１ステップ当たり「０.０４ｍｍ」のストロークで弁体を移動させる場合、スロットル装置７を閉弁状態から開弁させるときには、ステップモータ８が「５ステップ」空回りしてしまう。従って、ステップモータ８を「１０ステップ」動作させたつもりでも、実際の挙動が「５ステップ」の動作となり、更に公差分の誤差が乗せされてしまう。そこで、この実施形態では、エンジン１の始動時に次のようなスロットル始動制御を実行するようになっている。

[スロットル始動制御について]
次に、スロットル始動制御について説明する。図９に、このスロットル始動制御の内容をフローチャートにより示す。ＥＣＵ５０は、このフローチャートに示す処理をエンジン１の始動開始時に実行するようになっている。

処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ５００で、ＥＣＵ５０は、エンジン１のクランク角度が圧縮行程中のＢＴＤＣ９０℃Ａ（上死点前９０℃Ａ）か否かを判断する。ＥＣＵ５０は、回転数センサ４３の検出値に基きこの判断を実行することができる。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ５１０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ５００へ戻す。

ステップ５１０では、ＥＣＵ５０は、回転数センサ４３の検出値に基き、エンジン回転数ＮＥを取り込む。

次に、ステップ５２０で、ＥＣＵ５０は、吸気圧センサ４５の検出値に基き、今回最小となる吸気圧力（最小吸気圧力）ＰＭｍｉｎを取り込む。ＥＣＵ５０は、例えば、図１０に示すように、エンジン１の吸気、圧縮、膨張及び排気の一連の行程が進行する時刻ｔ０～ｔ２の間において、吸気行程から圧縮行程の途中までの時刻ｔ０～ｔ１の間で最小吸気圧力ＰＭｍｉｎを取り込む。ＥＣＵ５０は、圧縮行程途中から排気行程終了までの時刻ｔ１～ｔ２の間で、スロットル装置７を開閉できるようになっている。図１０は、エンジン１の１サイクル毎のクランク角度の変化を示すタイムチャートである。

次に、ステップ５３０で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数ＮＥに応じたクランキング吸気圧力ＰＭｃを算出する。ＥＣＵ５０は、例えば、図１１に示すようなクランキング吸気圧力マップを参照することにより、エンジン回転数ＮＥに応じたクランキング吸気圧力ＰＭｃを求めることができる。このマップでは、エンジン回転数ＮＥが高くなるほどクランキング吸気圧力ＰＭｃが小さくなるように設定される。図１１において、太線ＴＬはクランキング吸気圧力ＰＭｃを示し、その上側の破線ＢＬ１は、クランキング吸気圧力ＰＭｃに許容誤差ＢＦを加算した値の変化を示し、その下側の破線ＢＬ２は、クランキング吸気圧力ＰＭｃから許容誤差ＢＦを減算した値の変化を示す。

次に、ステップ５４０で、ＥＣＵ５０は、最小吸気圧力ＰＭｍｉｎが、クランキング吸気圧力ＰＭｃから許容誤差ＢＦを減算した値以上、かつ、クランキング吸気圧力ＰＭｃに許容誤差ＢＦを加算した値以下となるか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ５５０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ５６０へ移行する。

ステップ５５０では、ＥＣＵ５０は、吸気圧力フィードバック（Ｆ/Ｂ）制御が完了したことを示すフィードバック完了フラグＸＦＢを「１」に設定した後、処理をステップ５００へ戻す。

一方、ステップ５６０では、ＥＣＵ５０は、最小吸気圧力ＰＭｍｉｎが、クランキング吸気圧力ＰＭｃから許容誤差ＢＦを減算した値より低いか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ５７０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ５８０へ移行する。

ステップ５７０では、ＥＣＵ５０は、スロットル装置７を１ステップ開弁制御（ステップモータ８を１ステップ開弁方向へ制御）した後、処理をステップ５００へ戻す。

また、ステップ５８０では、ＥＣＵ５０は、最小吸気圧力ＰＭｍｉｎが、クランキング吸気圧力ＰＭｃに許容誤差ＢＦを加算した値より高いかか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ５９０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ５００へ戻す。

ステップ５９０では、ＥＣＵ５０は、スロットル装置７を１ステップ閉弁制御（ステップモータ８を１ステップ閉弁方向へ制御）した後、処理をステップ５００へ戻す。

上記したスロットル始動制御によれば、ＥＣＵ５０は、エンジン１のクランキング中に、エンジン１の１サイクル毎に吸気圧センサ４５により検出される最小吸気圧力ＰＭｍｉｎ（最低の吸気圧力）が、クランキング吸気圧力ＰＭｃ（エンジン１の始動に必要な所定の始動吸気圧力）となるようにスロットル装置７の開度を増減するためにステップモータ８を制御するためのステップ数を補正するようになっている。

［エンジンのスロットル制御装置の作用及び効果について］
以上説明したように、この実施形態におけるエンジンのスロットル制御装置の構成によれば、次のような作用及び効果を得ることができる。すなわち、この実施形態のスロットル制御におけるスロットル始動制御によれば、ＥＣＵ５０は、エンジン１のクランキング中に、エンジン行程の１サイクル毎に検出される最小吸気圧力ＰＭｍｉｎがクランキング吸気圧力ＰＭｃ（所定の始動吸気圧力）となるようスロットル装置７の開度を増減するためにステップモータ８のステップ数による制御を補正する。

すなわち、図１２（ａ）に示すように、クランキング中に検出される最小吸気圧力ＰＭｍｉｎがクランキング吸気圧力ＰＭｃより低い場合（２点鎖線円で囲んで示す）は、図１２（ｂ）に示すように、スロットル装置７の開弁量が１ステップ分だけ増加することで、最小吸気圧力ＰＭｍｉｎがクランキング吸気圧力ＰＭｃに調整される。また、図１３（ａ）に示すように、クランキング中に検出される最小吸気圧力ＰＭｍｉｎがクランキング吸気圧力ＰＭｃより高い場合（２点鎖線円で囲んで示す）は、図１３（ｂ）に示すように、スロットル装置７の開弁量が１ステップ分だけ減少することで、最小吸気圧力ＰＭｍｉｎがクランキング吸気圧力ＰＭｃに調整される。図１２及び図１３は、それぞれクランキング中の（ａ）吸気圧力ＰＭ及び（ｂ）スロットル装置の開弁量の変化を示すタイムチャートである。

従って、このスロットル始動制御によれば、ステップモータ８やスロットル装置７に脱調や公差分の誤差があっても、その誤差に伴うスロットル装置７の開度のバラツキが補正され、エンジン１へ流れる吸気量の過不足が調整される。このため、スロットル装置７のステップモータ８に機械的誤差があってもエンジン始動時の応答性と安定性を向上させることができる。

図１４に、この実施形態において、エンジン１の始動時における（ａ）エンジン回転数ＮＥ及び（ｂ）モータステップ数の変化をタイムチャートにより示す。図１４に示すように、エンジン１の始動時に、エンジン回転数ＮＥは、あるピークを伴って増減し、モータステップ数は、クランキングステップ数ＣＳで始まりアイドルステップ数ＩＳへ移行する。この実施形態のスロットル始動制御によれば、図１４（ｂ）に示すように、時刻ｔ０～ｔ１の間のクランキングＣＫ中に、上記したように吸気圧力ＰＭに基くフィードバック制御ＦＢＣによりモータステップ数が調整される。このため、図１４（ａ）に実線で示すように、吹き上がりを伴うエンジン回転数ＮＥの変化は、破線で示すようにばらつくことがなく、速やかに安定したアイドル状態へ移行する。

なお、この開示技術は前記各実施形態に限定されるものではなく、開示技術の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

前記各実施形態では、この開示技術におけるエンジンのスロットル制御装置を、シリーズ方式のハイブリッド小型モビリティ（ＨＶ小型モビリティ：例えば、ドローンや無人台車等）に搭載される発電用のエンジンシステムに具体化したが、その他の各種エンジンシステムにも具体化することができる。

この開示技術は、ハイブリッド小型モビリティ（ＨＶ小型モビリティ：例えば、ドローン）などの簡易エンジンシステムに適用することができる。

１ エンジン
４ 吸気通路
７ スロットル装置
８ ステップモータ
４３ 回転数センサ（回転数検出手段）
４５ 吸気圧センサ（吸気圧力検出手段）
５０ ＥＣＵ（制御手段）
ＮＥmax 最大回転数
ＰＭｍｉｎ 最小吸気圧力
ＰＭｃ クランキング吸気圧力（始動吸気圧力）
ＣＳ クランキングステップ数（目標ステップ数）
ＩＳ アイドルステップ数（目標ステップ数）

Claims (3)

1. エンジンの吸気通路に設けられ、前記吸気通路を流れる吸気量を調節するためにステップモータを駆動源として開閉動作するスロットル装置と、
   前記エンジンの運転状態に応じて前記スロットル装置を制御するために前記ステップモータをステップ数に基いて制御する制御手段と
   を備えたエンジンのスロットル制御装置において、
   前記制御手段は、前記エンジンの始動時に、所定の始動ステップ数に、前記ステップモータが最大に脱調したときの脱調分のステップ数を加算することにより目標ステップ数を算出し、前記目標ステップ数に基いて前記ステップモータを制御する
   ことを特徴とするエンジンのスロットル制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンのスロットル制御装置において、
   前記エンジンの回転数を検出するための回転数検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記エンジンの始動後に、検出される前記回転数が最大となるときの最大回転数を、前記ステップモータが脱調しているときに到達する脱調回転数と比較することにより前記脱調の有無を判断し、前記脱調が有ると判断した場合に、前記目標ステップ数から前記脱調分のステップ数を減算することにより前記目標ステップ数を補正する
   ことを特徴とするエンジンのスロットル制御装置。
3. 単気筒で構成されるエンジンの吸気通路に設けられ、前記吸気通路を流れる吸気量を調節するためにステップモータを駆動源として開閉動作するスロットル装置と、
   前記エンジンの運転状態に応じて前記スロットル装置を制御するために前記ステップモータをステップ数に基いて制御する制御手段と
   を備えたエンジンのスロットル制御装置において、
   前記スロットル装置より下流の前記吸気通路における吸気圧力を検出するための吸気圧力検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記エンジンのクランキング中に、前記エンジンの１サイクル毎に前記吸気圧力検出手段により検出される最小吸気圧力が、前記エンジンの始動に必要な所定の始動吸気圧力となるよう前記スロットル装置の開度を増減するために前記ステップモータを制御するための前記ステップ数を補正する
   ことを特徴とするエンジンのスロットル制御装置。

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