JP2526612B2 - 内燃機関のスロットルバルブ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関に併設され、所定の開度特性に従
い、アクセルペダルの操作量に応じた開度までアクチュ
エータ等により開度調節されるスロットルバルブの開度
特性の変更時に有効な内燃機関のスロットルバルブ制御
装置に関する。

［従来の技術］ 近年、内燃機関のスロットルバルブをアクセルペダル
と機械的に連結せず、該スロットルバルブの開度を検出
するセンサや上記開度を変更するアクチュエータを備
え、アクセルペダルの操作量や内燃機関の運転状態に応
じた制御信号に基づいて、上記センサの検出結果を利用
しながら上記アクチュエータを駆動してスロットルバル
ブの開度を調節し、内燃機関の出力を変更する技術、所
謂リンクレススロットルが知られている。このようなリ
ンクレススロットルに関し、アクセルペダルの操作量と
スロットルバルブ開度との関係を規定した特性を一定に
決定せず、車両走行条件の変化に応じてスロットルバル
ブ開度特性を変更するものが提案されている。例えば、 （１）アクセルストロークに対し複数の異なったスロッ
トル開度特性を予め記憶し、選択スイッチにより選択し
たスロットル開度特性に基づいてスロットル弁の開度を
アクセル操作に応じて制御する「車両用アクセル制御装
置」（特開昭59−74341号公報）。

（２）アクセルペダルの踏み込み位置を検出して複数の
特性のうちの１つの特性のスロットル弁開度を目標値と
して電子的にスロットル弁を開閉制御するに際し、前記
アクセルペダルースロットル弁開度特性の選択変更時に
急変する目標値に漸近する補正目標値を新たに定め、該
補正目標値にスロットル弁開度を制御する「車両用スロ
ットル弁制御装置」（特開昭61−25938号公報）。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、選択されたスロットル開度特性に基づいてス
ロットル弁の開度をアクセル操作に応じて制御する従来
技術では、選択前と選択後との両スロットル開度特性が
大きく異なる場合、同一のアクセル操作量に対して、ス
ロットル開度が急激に変化し、内燃機関の大きな出力変
動を招くという問題点があった。

すなわち、運転者の意図に適合しない車両の急加速お
よび急減速が発生するので、スロットル開度特性の変更
により所望の特性を選択できる機能と装置の信頼性との
両立が極めて困難であった。

このことは、例えば、市街地走行用スロットル開度特
性に設定したまま高速道路に進入し、その後高速走行用
スロットル開度特性を選択すると、アクセル操作量が同
一であっても、スロットル開度は急激に増加して急加速
状態に移行し、一方、高速走行用スロットル開度特性の
まま市街地に進入し、その後市街地走行用スロットル開
度特性を選択すると、アクセル操作量が同一であって
も、スロットル開度は急激に減少して急減速状態に移行
してしまうこともあり、特に顕著な問題となる。

また、スロットル弁開度特性の選択変更時に急変する
目標値に漸近する補正目標値を新たに定め、該補正目標
値にスロットル弁開度を制御する従来技術では、スロッ
トル弁開度特性の変更時に、アクセル操作量は一定であ
っても、スロットル弁開度特性の変更により漸近的にス
ロットル弁開度が拡大、もしくは、縮小するため、運転
者の意図しない加速・減速を生じ、車両の走行状態の急
激な変化を招くため、運転操作性が低下すると共に、乗
員に不快感や違和感を与えるので、所謂リンクレススロ
ットルを備えた車両の走行状態の安定性が悪化し、車両
の総合的な走行性能も低下するという問題もあった。

このような問題は、例えば、スロットル開度特性が、
スイッチの障害や配線の断線、もしくは、短絡等による
誤動作により変更された場合にも生じ得る。

さらに、上記スロットル特性の選択・変更に起因する
車両サージ等の振動が発生するので、車両の乗り心地も
悪化するという問題点もあった。

本発明は、スロットルバルブ開度特性の変更時、該特
性の変更に伴うスロットルバルブ開度の急変を好適に防
止し得る内燃機関のスロットルバルブ制御装置の提供を
目的とする。

発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 上記問題を解決するためになされた本発明は、第１図
に例示するように、 アクセルの操作量を検出するアクセル操作量検出手段
M1と、 内燃機関M2の吸気系に配設されるスロットルバルブを
開閉駆動する駆動手段M3と、 アクセル操作量に対応して複数個設定されたスロット
ルバルブ開度特性のうちの所定条件に基づいて選択され
た１個の特性と前記アクセル操作量に応じて目標開度を
求め、この目標開度に対応する駆動指令を前記駆動手段
M3に出力する制御手段M4と、 前記所定条件の変化に基づき現在前記制御手段M4で用
いられているスロットルバルブ開度特性から別の特性へ
の変更指令の発生したことを検出する変更指令検出手段
M5と、 前記変更指令検出手段M5にて特性の変更指令が検出さ
れたことに応じて、現在前記制御手段M4で用いられてい
る特性とアクセル操作量とにより求まる目標開度と前記
所定条件の変化に対応して新たに選択される特性とアク
セル操作量とにより求まる目標開度との開度差を求める
開度差算出手段M6と、 前記開度差算出手段M6にて求まる開度差が許容開度差
以下であると判定されたときに、前記制御手段M4にて用
いられる特性を前記所定条件の変化に対応して新たに選
択される特性に変更する変更手段M7と、 を備えたことを特徴とする内燃機関のスロットルバルブ
制御装置を要旨とするものである。

［作用］ 上記構成によれば、変更指令検出手段M5にて特性の変
更指令が検出された場合に、開度差算出手段M6により算
出された制御手段M4で用いられている特性に基づく目標
開度と新たに選択される特性に基づく目標開度との開度
差が変更手段M7にて許容開度差以下であると判断されて
から特性の変更が行われる。

従って、制御手段M4で用いられる特性の変更時にスロ
ットルバルブの開度が大きく急変動してしまうというこ
とは防止される。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。本発明の一実施例であるエンジン制御装置のシ
ステム構成を第２図に示す。

同図に示すように、エンジン制御装置１は、エンジン
２、該エンジン２を制御するエンジンコントロールユニ
ット（以下、単にエンジンECUと呼ぶ。）３、上記エン
ジン２の吸気系に配設されてその吸入空気量を調節する
スロットルバルブ４および該スロットルバルブ４の開度
を制御するスロットルバルブ電気制御装置（以下、単に
スロットルECUと呼ぶ。）５から構成されている。

上記エンジン２は、シリンダ６とピストン７とから燃
焼室８を形成し、該燃焼室８には点火プラグ９が配設さ
れている。

上記エンジン２の吸気系は、上記燃焼室８から吸気弁
10を介して吸気ポート11が吸気管12に連通している。該
吸気管12の上流には吸入空気の脈動を吸収するサージタ
ンク13が設けられており、該サージタンク13の上流には
上記スロットルバルブ４が配設され、さらに上流にはエ
アクリーナ14が設けられている。

上記スロットルバルブ４は、トーションスプリングか
ら成るリターンスプリング15により、該スロットルバル
ブ４を閉じる方向に付勢されている。また、上記スロッ
トルバルブ４は、ステッピングモータであるモータ16か
らギヤを内蔵した減速機構を介して回転力の供給を受け
て回動することによりその開度を変更する。

一方、上記エンジン２の排気系は、上記燃焼室８から
排気弁17を介して排気ポート18が排気管19に連通し、該
排気管19の下流には触媒コンバータ20が設けられてい
る。

また、上記エンジン２の燃料系統は、図示しない燃料
タンクおよび燃料ポンプから成る燃料供給源、燃料供給
管、上記吸気ポート11近傍に配設された燃料噴射弁21か
ら構成されている。

さらに、上記エンジン２の点火系統は、点火に必要な
高電圧を出力するイグニッションコイルを備えたイグナ
イタ22および図示しないクランク軸に連動して上記イグ
ナイタ22で発生した高電圧を各気筒の点火プラグに分配
供給するディストリビュータ23により構成されている。

上記エンジン制御装置１は検出器として、上記エアク
リーナ14内部に設けられて吸入空気温度を計測する吸気
温センサ31、上記スロットルバルブ４に連動して該スロ
ットルバルブ４の開度をアナログ信号として検出するポ
テンショメータから成るスロットルポジションセンサ3
2、上記スロットルバルブ４の全閉時にアイドル信号を
出力するアイドルスイッチ32a、上記モータ16の停止位
置を検出するモータ停止位置センサ33、吸気管12に配設
されて吸気管圧力を検出する吸気圧センサ34、エンジン
２の冷却水温度を測定する水温センサ35、排気管19内に
設けられて排気中の残存酸素濃度をアナログ信号として
検出する空燃比センサ36、上記デイストリビュータ23の
カムシャフトの1/24回転毎に、すなわち、クランク角度
を30゜毎に回転角信号として検出する回転角センサ37、
アクセルペダル38aの全閉信号および操作量をアナログ
信号として検出するポテンショメータから成るアクセル
センサ38、スロットルバルブ開度特性を切り換える切換
スイッチ39を備える。

上記各センサの検出信号は、エンジンECU3、もしく
は、スロットルECU5の少なくとも一方に入力され、エン
ジンECU3は、燃料噴射弁21およびイグナイタ22を、一
方、スロットルECU5はスロットルバルブ４の開度を、各
々制御する。

上記エンジンECU3は、CPU,ROM,RAMを中心に構成され
た論理演算回路である。

また、上記スロットルECU5は、CPU5a,ROM5b,RAM5c,バ
ックアップRAM5dを中心に論理演算回路として構成さ
れ、コモンバス5eを介してディジタル入力ポートおよび
A/D変換入力ポート等を有する入出力部5fおよび入力カ
ウンタ5gに接続され、外部との入出力を行なう。上記吸
気温センサ31、アイドルスイッチ32a、スロットルポジ
ションセンサ32、モータ停止位置センサ33、吸気圧セン
サ34、水温センサ35、アクセルセンサ38および切換スイ
ッチ39の検出信号は入出力部5fからCPU5aに入力され
る。また、回転角センサ37の出力する回転角信号は入力
カウンタ5gに入力され、該入力カウンタ5gは上記回転角
信号の入力周期を計測し、該入力周期と内蔵されたタイ
マ5hの計数値とが予め定められた所定の関係を成す時期
に、割り込み制御部5iはCPU5aに割り込み信号を出力す
る。一方、CPU5aは、入出力部5fを介して、上記モータ1
6を駆動制御する。なお、スロットルECU5には、イグニ
ッションスイッチ40を介して車載のバッテリ41から電力
が供給される。

次に、上記スロットルECU5が実行するスロットルバル
ブ制御処理を第３図の、回転速度検出処理を第５図の、
各フローチャートに基づいて説明する。

まず、スロットルバルブ制御処理を第３図のフローチ
ャートの基づいて説明する。本スロットルバルブ制御処
理はスロットルECU5の起動に伴って開始され、所定時間
（本実施例では10［msec］）毎に繰り返して実行され
る。まず、ステップ100では、回転速度Ne、切換スイッ
チ信号およびアクセル操作量AAを読み込む処理が行われ
る。続くステップ200では、上記ステップ100で読み込ん
だ諸量に基づいて、後述する特性選択処理が実行され、
アクセル操作量AAとスロットルバルブ開度との関係を規
定する特性が選択される。次に、ステップ300に進み、
上記ステップ200で選択された特性に応じて、目標スロ
ットルバルブ開度CMDを、第４図に示すマップに従って
算出する処理が行われる。第４図に示すマップは、アク
セル操作量AAの変化は小さくても目標スロットルバルブ
開度CMDが大きく変化し、急加速時等に高い駆動力を出
力可能に規定した高速走行用の特性Ａ（同図に実線で示
す。）およびアクセル操作量AAの変化に対する目標スロ
ットルバルブ開度CMDの変化を小さくし、定常走行や緩
慢な加速を可能にするよう規定した市街地走行用の特性
Ｂ（同図に破線で示す。）の２種類の特性を規定してお
り、予めスロットルECU5のROM5b内部に記憶されてい
る。続くステップ400では、上記ステップ300で算出され
た目標スロットルバルブ開度CMDまでモータ16を駆動す
るための、スロットルポジションセンサ32からの信号に
より得られるスロットルバルブ４の実際の開度との比較
に基づく閉ループ処理、あるいは実際の開度を用いない
単なる開ループ処理から求められる制御信号を出力する
処理を行った後、一旦、本スロットルバルブ制御処理を
終了する。以後、本スロットルバルブ制御処理は、上記
ステップ100〜400を繰り返して実行する。

次に、上記スロットルバルブ制御処理のステップ100
で読み込まれる回転速度Neを検出する回転速度検出処理
を第５図のフローチャートに基づいて説明する。本回転
速度検出処理は、パルス状の回転角信号がスロットルバ
ルブECU5の入力カウンタ5gに入力され、該入力カウンタ
5gは割り込み時刻を記録し、さらに、上記タイマ5hの計
時値と上記入力カウンタ5gの計数値とが所定関係になる
と、割り込み制御部5iがCPU5aに対して発生する割り込
み信号により開始される。

まず、ステップ500において、前回割込時刻Ｔ（Ｋ−
１）と今回割込時刻Ｔ（Ｋ）との時間差TI（Ｋ）を演算
する処理が行われる。続くステップ510では上記ステッ
プ500で演算した時間差TI（Ｋ）を、次回の本回転速度
検出処理実行時に備えて記憶する処理が行われる。次
に、ステップ520に進み、上記ステップ500で演算した時
間差TI（Ｋ）の逆数を求めて回転速度Ne（Ｋ）を算出す
る処理が行われる。続くステップ530では、前回算出し
た回転速度Ne（Ｋ−１）と今回上記ステップ520で算出
した回転速度Ne（Ｋ）とを平均して最終的な回転速度Ne
を演算する処理が行われる。次にステップ540に進み、
上記ステップ530で演算した回転速度Neを、次回の本回
転速度検出処理実行時に備えて記憶する処理を行った
後、一旦、本回転速度検出処理を終了する。以後、本回
転速度検出処理は、上記開始条件が成立する毎に上記ス
テップ500〜ステップ540を繰り返して実行する。

次に、上記スロットルバルブ制御処理のステップ200
で実行される特性選択処理を第６図のフローチャートに
基づいて説明する。本特性選択処理は、上記スロットル
バルブ制御処理のステップ100に続いて実行される。

まず、ステップ210では、現在設定されているスロッ
トルバルブ開度の特性と、切換スイッチ39により指示さ
れたスロットルバルブ開度の特性とが異なるか否かを判
定し、肯定判断されるとステップ220に進み、一方、否
定判断されると現在の特性を変更する必要がないものと
して本特性選択処理を終了し、制御は既述したスロット
ルバルブ制御処理に移行する。現在の特性と指示された
特性とが異なる場合に実行されるステップ220では、現
在設定されている特性に基づいて、検出されたアクセル
操作量AAに応じた目標スロットルバルブ開度CMD0を、既
述した第４図のマップに従って算出する処理が行われ
る。続くステップ230では、切換スイッチ39により指示
された特性に基づいて、検出されたアクセル操作量AAに
応じた目標スロットルバルブ開度CMDNを、既述した第４
図のマップに従って算出する処理が行われる。次にステ
ップ240に進み、上述した回転速度検出処理で定まる回
転速度Ne［r.p.m.］から許容開度差ε［deg］を、第７
図に示すマップに従って算出する処理が行われる。同図
に示すマップは、回転速度Ne［r.p.m.］の増加に伴って
許容開度差ε［deg］も所定値（本実施例では５［de
g］）まで増加するよう規定しており、予めスロットルE
CU5のROM5b内部に記憶されている。続くステップ250で
は、上記ステップ220で算出した現在の特性に基づいた
スロットルバルブ開度CMDOと上記ステップ230で算出し
た切換スイッチ39から指示された特性に基づいたスロッ
トルバルブ開度CMDNとの開度差の絶対値が、上記ステッ
プ240で算出した許容開度差ε以下であるか否かを判定
し、肯定判断されるとステップ260に、一方、否定判断
されると、開度差が許容開度差εを上回るので特性変更
は不適当であるとして、本特性選択処理を終了し、制御
は既述したスロットルバルブ制御処理に移行する。上記
ステップ250で開度差が許容開度差ε以下であると判定
され、特性変更に好適であるとみなされたときに実行さ
れるステップ260では、現在の特性を切換スイッチ39に
より指示された特性に変更する処理をおこなった後、本
特性選択処理を終了し、制御は既述したスロットルバル
ブ制御処理に移行する。以後、本特性選択処理は、上記
スロットルバルブ制御処理に伴い、繰り返して実行され
る。

なお本実施例において、アクセルセンサ38がアクセル
操作量検出手段M1に、エンジン２が内燃機関M2に、モー
タ16が駆動手段M3に各々該当する。また、スロットルEC
U5において実行される処理におけるステップ100,300,40
0が制御手段M4として、ステップ200内のステップ210が
変更指令検出手段M5として、ステップ200内のステップ2
20,230,240が開度差算出手段M6として、ステップ200の
ステップ250,260が変更手段M7として各々機能する。

以上説明したように本実施例によれば、切換スイッチ
39の操作に起因する、アクセル操作量AAに対する目標ス
ロットルバルブ開度CMDを規定した高速走行用の特性Ａ
と市街地走行用の特性Ｂとの変更指示時に、該特性変更
に伴なって目標スロットルバルブ開度CMDが急変し無い
ので、エンジン２の過大なトルク変動を確実に防止で
き、制御精度が向上する。

また、スロットルバルブ開度の特性A,Bの変更に伴う
エンジン２のトルク変動が防止されるため、切換スイッ
チ39の切換わりによる変更時に、運転者の意志に合致し
ない車両の急加速および急減速が生じ無いので、切換ス
イッチ39で特性変更を行なって特性A,Bのうち走行状態
に最適な何れか一方の特性を選択する場合の信頼性が向
上する。

さらに、スロットルバルブ開度の特性A,Bの変更に伴
うエンジン２のトルク変動が生じ無いため、車両の前後
方向の不規則な振動、所謂サージ等が起こらないので、
車両の乗り心地も向上する。

また、特性A,Bの変更に伴う車両の駆動力等の急変を
招かないため、ドライバビイティが高まると共に、乗員
に不快な振動や違和感を与える車速の変化も発生しない
ので、所謂リンクレススロットルを備えた車両の駆動力
の安定性を高められ、該車両の走行性能を飛躍的に向上
できる。

さらに、特性A,Bの変更を許可する許容開度差εをエ
ンジン２の回転速度Neの上昇に伴って増加するように定
めたため、スロットルバルブ開度の変化がエンジン２の
トルク変動に大きく影響する場合は特性A,Bの相互間の
変更を禁止し、トルクへの影響が少ない場合は上記両特
性A,B間の変更を許可するので、特性A,B相互間の変更を
適時迅速に実現できると共に、該変更時のトルク変動に
起因するショックの発生を防止できる。

なお、本実施例では、許容開度差εを回転速度Neに応
じて変化するよう構成した。しかし、例えば、許容開度
差εを２［deg］程度の定数に設定すると、簡略化した
装置構成で、同様な効果を奏する。

また、本実施例では、特性A,Bの変更を切換スイッチ3
9により行なう構成とした。しかし、例えば、２輪駆動
と４輪駆動とを切り換える切換器を備えた、所謂パート
タイム４輪駆動車では、上記切換器の操作に応じて、２
輪駆動時には燃焼消費効率の良好な特性に、一方、４輪
駆動時には駆動力を充分発揮する特性に、各々切り換え
るよう構成することもできる。

さらに、例えば、変速レバーの位置、すなわち、前進
各変速段および後進の設定位置に応じて、複数のスロッ
トルバルブ開度特性を有し、変速操作に伴って、各特性
を変更するよう構成しても良い。

また、本実施例では、特性A,Bの２種類のみについて
説明したが、さらに、多数の特性を有するよう構成して
も同様な効果を生じる。

また上記実施例ではスロットルバルブを駆動するモー
タ16としてステッピングモータを用いたが、DCモータや
電気信号に応動する油圧あるいは負圧のアクチュエータ
でもよい。

また、上記実施例では第４図に示すマップに従って目
標スロットルバルブ開度CMDを求めるようにしていた
が、演算式により目標スロットルバルブ開度CMDを求め
るようにしてもよい。

以上本発明のいくつかの実施例について説明したが、
本発明はこのような実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
態様で実施し得ることは勿論である。

発明の効果 以上詳記したように本発明の内燃機関のスロットルバ
ルブ制御装置は、制御手段で用いるスロットルバルブ開
度特性を現在選択している特性から別の特性に変更する
旨の変更指令が検出された場合には、現在選択されてい
る特性に基づく目標開度と新たに選択される特性に基づ
く目標開度との開度差が許容開度差以下となってから上
記特性を変更するよう構成されている。このため、アク
セル操作量に対するスロットルバルブ開度特性の変更時
に、該特性変更に伴うスロットルバルブ開度の急激な変
化を生じ無いので、内燃機関の大きな出力変動を防止で
きるという優れた効果を奏する。

また、スロットルバルブ開度特性の変更に伴う内燃機
関の出力変動が防止されるため、上記特性変更時に、運
転者の意図に適合しない車両の急加速および急減速が発
生しないので、装置の特性変更により所望の特性を選択
可能にする機能の有効活用と装置の信頼性向上との両立
が可能になる。

さらに、スロットルバルブ開度特性の変更に伴う内燃
機関の出力変動が生じ無いため、車両サージ等の振動が
起こらないので、車両の乗り心地が高まる。

また、特性の変更に伴う車両の走行状態の急激な変化
を招かないため、運転操作性が向上すると共に、乗員に
不快感や違和感を与えることも無いので、所謂リンクレ
ススロットルを備えた車両の走行状態の安定化を実現で
き、車両の走行性能を総合的に向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内容を概念的に例示した基本的構成
図、第２図は本発明一実施例のシステム構成図、第３図
は同じくその制御を示すフローチャート、第４図は同じ
くそのマップを示すグラフ、第５図、第６図は同じくそ
の制御を示すフローチャート、第７図は同じくそのマッ
プを示すグラフである。 M1……アクセル操作量検出手段 M2……内燃機関 M3……駆動手段 M4……制御手段 M5……変更指令検出手段 M6……開度差算出手段 M7……変更手段 １……エンジン制御装置 ２……エンジン ４……スロットルバルブ ５……スロットルバルブ電子制御装置（スロットルEC
U） 5a……CPU 16……モータ 38……アクセルセンサ 39……切換スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 光雄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 高尾 光則 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−25938（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−74341（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アクセルの操作量を検出するアクセル操作
   量検出手段と、 内燃機関の吸気系に配設されるスロットルバルブを開閉
   駆動する駆動手段と、 アクセル操作量に対応して複数個設定されたスロットル
   バルブ開度特性のうち所定条件に基づいて選択された１
   個の特性に基づき前記アクセル操作量に応じた目標開度
   を求め、この目標開度に対応する駆動指令を前記駆動手
   段に出力する制御手段と、 前記所定条件の変化に基づき現在前記制御手段で用いら
   れているスロットルバルブ開度特性から別の特性への指
   令変更の発生したことを検出する変更指令検出手段と、 前記変更指令検出手段にて特性の変更指令が検出された
   ことに応じて、現在前記制御手段で用いられている特性
   に基づいて求められる特性変更前の目標開度と前記所定
   条件の変化に対応して新たに選択される特性に基づき求
   められる特性変更後の目標開度との開度差を算出する開
   度差算出手段と、 前記開度差算出手段にて算出された開度差が許容開度以
   下であると判定されたときに、前記制御手段にて用いら
   れるスロットルバルブ開度特性を前記所定条件の変化に
   対応して新たに選択される特性に変更する変更手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関のスロットルバルブ
   制御装置。