JP3646545B2 - 電子制御スロットル弁の制御装置 - Google Patents
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Description
【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、アクセルペダルの位置によりスロットル弁を電気的に駆動する電子制御スロットル弁におけるスロットル弁のオープナ開度近傍における応答性を良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。スロットル弁を電気的に開閉する制御の従来技術としては、例えば、特開平９−２４２５９１号公報に開示の車両の制御装置がある。
【０００４】
現在、実用化されている電子制御スロットル弁装置２０の外観を図１に示し、その構成を図２(a) に示す。電子制御スロットル弁装置２０には、アクセルペダル１４（図２(a) 参照）にアクセルケーブル２４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１４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（アクセル開度信号）が入力されるエンジン・コントロール・ユニット（以後ＥＣＵ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、スロットルレバー１６の近傍に設けられた退避走行用レバー１７、及び、スロットル弁３のリターンスプリング１８（図１参照）がある。また、スロットルモータ４には電磁クラッチ２１（図２(a) 参照）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１４が踏み込まれると、アクセルペダル１４の踏込量はアクセルケーブル２４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アクセル開度信号としてＥＣＵ１０に入力され、ＥＣＵ１０はアクセル開度信号に応じたスロットル弁３の開度を決定する。ＥＣＵ１０からスロットルモータ４にはスロットルモータとクラッチ信号が出力され、スロットルモータ４が駆動される。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、スロットル開度センサ信号として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モータ等が使用される。
【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からのアクセル開度信号と、アクセル開度センサ１５からのスロットル開度センサ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。
【０００７】
なお、以上のような制御がフェールした時でも車両が退避走行できるようにするために、このような電子制御スロットル弁装置には、退避走行用レバー１７とそのリリーフスプリング１９（図２(a) 参照）が設けられている。
更に、近年、図２(b) に示すようなアクセルペダル１４とスロットル弁３との間のアクセルケーブルを無くすように構成された電子制御スロットル弁装置３０が提案されている。この提案の電子制御スロットル弁装置３０では、図２(b) に示すようにアクセルペダル１４の支持軸に回転角度センサ１５が設けられるか、或いは、アクセルペダル１４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。
【０００８】
そして、ＥＣＵ１０はアクセル開度信号に応じたスロットル弁３の開度を決定し、ＥＣＵ１０からスロットルモータ４に直接駆動信号が出力される。スロットル弁３の開度はスロットル開度センサ５で検出されてＥＣＵ１０にフィードバックされる。なお、スロットル開度センサ５はスロットルモータ４に内蔵されることもある。
【０００９】
このようなアクセルペダル１４とスロットル弁３との間のアクセルケーブルを無くした電子制御スロットル弁装置３０においても、制御のフェール時の機関のストールを防止して、機関に必要な空気量を確保するため、アクセルペダル１４を戻した状態でもスロットル弁３を所定開度開いた状態に保持することが行われている。このようなスロットル弁３の開度はオープナ開度と呼ばれ、通常はスロットル弁３を開弁方向と閉弁方向にそれぞれ付勢するばねを備えたオープナ開度設定機構によってこの開度が設定されている。
【００１０】
図３(a) は図２(b) で説明したアクセルペダル１４とスロットル弁３との間のアクセルケーブルを無くした電子制御スロットル弁装置３０における、オープナ開度とスロットル弁３を開弁方向と閉弁方向に付勢するオープナ開度設定機構４０の一例を示すものである。また、図３(b) 〜(d) はオープナ開度設定機構４０の作用を説明するものである。なお、図３(a) にはスロットル開度センサの図示は省略してある。
【００１１】
図３(a) に示すように、吸気通路２に設けられたスロットル弁３の回転軸２３の一端には、この回転軸２３を回転させるスロットルモータ４が取り付けられている。また、この回転軸２３の他端にはフランジ２２が固着されており、このフランジ２２の外周部の所定箇所には第１の作動片３１が設けられている。第１の作動片３１と図示しない電子制御スロットル弁装置３０のスロットルボディの間には、第１のばね４１が掛け渡されている。この第１のばね４１は、スロットル弁３を開弁させる方向に第１の作動片３１を付勢するものである。
【００１２】
更に、このフランジ２２の近傍の回転軸２３には、回転軸２３の回りを自由に回転することができる作動リング２５が嵌められている。そして、この作動リング２５の外周部には、作動リング２５の回転によって第１の作動片３１に係合する第２の作動片３２が設けられている。第２の作動片３２と図示しない電子制御スロットル弁装置３０のスロットルボディの間には、第２のばね４２が掛け渡されている。この第２のばね４２は、スロットル弁３を閉弁させる方向に第２の作動片３２を付勢するものである。この例では、第２のばね４２の付勢力の方が第１のばね４１の付勢力よりも大きく設定されている。
【００１３】
これらの構成に加えて、スロットルボディには第２の作動片３２の回動を止めるストッパ２６が設けられている。このストッパ２６は、第２のばね４２の付勢力が、オープナ開度より小さい開度のスロットル弁３には及ばないようにするためのものである。このストッパ２６は、第１の作動片３１の動作には影響を与えない。
【００１４】
第１の作動片３１のフランジ２２との位置関係、及び、第２の作動片３２とストッパ２６の位置関係を、図３(c) を用いて説明する。図３(c) はスロットル弁３がオープナ開度である状態を示している。このとき、第２のばね４２に付勢されてスロットル弁３を閉弁方向に回転させる第２の作動片３２はストッパ２６に当接してその回転が止められる。この状態で、図示しないスロットルモータの駆動力がスロットル弁の回転軸２３に加わっていないと、第１の作動片３１は第１のばね４１に引っ張られて第２の作動片３２に当接した状態となる。前述のように、第１のばね４１の付勢力は第２のばね４２の付勢力よりも弱いので、回転軸２３にスロットルモータの駆動力が作用しない状態では、スロットル弁３はオープナ開度を保持することになる。
【００１５】
図３(b) はスロットル弁３が吸気通路２を全閉にした状態を示すものである。スロットル弁３をオープナ開度から全閉状態にするためには、スロットルモータを駆動して、第１のばね４１の付勢力Ｆ１に打ち勝つ駆動力を回転軸２３に与えれば良い。なお、別に設けられた図示しないストッパにより、スロットル弁３の回転はこの全閉状態で止まるようになっており、スロットル弁３が負の開度になることはない。
【００１６】
図３(d) はスロットル弁３がオープナ開度より大きな所定の開度にある状態を示している。スロットル弁３の開度がオープナ開度よりも大きい場合の第１の作動片３１には、第１のばね４１によるスロットル弁３を開弁させる方向の付勢力Ｆ１と、第２のばね４２によるスロットル弁３を閉弁させる方向の付勢力Ｆ２の両方が加わる。前述のように、第１のばね４１の付勢力Ｆ１は第２のばね４２の付勢力Ｆ２よりも弱いので、第１の作動片３１には、第２のばね４２の付勢力Ｆ２から第１のばね４１の付勢力Ｆ１を差し引いた付勢力（Ｆ２−Ｆ１）、即ち、スロットル弁３を閉弁させる方向の付勢力（Ｆ２−Ｆ１）が加わっている。従って、スロットル弁３の開度を大きくするためには、この付勢力（Ｆ２−Ｆ１）に打ち勝つ駆動力をスロットルモータから回転軸２３に与えれば良い。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アクセルペダルの位置によりスロットル弁を電気的に駆動する電子制御スロットル弁装置において、スロットル弁に前述のようなオープナ開度設定機構が設けられていると、スロットル弁を全閉状態から開く方向に駆動した場合、２つのばねが釣り合うオープナ開度の前後でスロットル弁の回転軸に作用するばね定数が変わり、スロットル弁を駆動するのに必要なスロットルモータの駆動力が変化する。このため、オープナ開度前後でスロットル弁の駆動をスムーズに行えないという問題があった。
【００１８】
即ち、図４に示すように、スロットル弁が全閉状態にある時に、電子制御スロットル弁の制御装置からスロットル弁を所定開度開弁させる指令値が出力されたとすると、スロットル開度センサの検出値に見られるように、スロットル弁の開度がオープナ開度近辺で暫くの間停滞し、スロットル弁をスムーズに駆動することができなかった。また、同様に、スロットル弁がオープナ開度を越えて開弁側から閉弁側に制御される場合も、スロットル弁をスムーズに駆動することができなかった。
【００１９】
そこで、本発明は、スロットル弁のオープナ開度設定機構を有する電子制御スロットル弁の制御装置において、スロットル弁がオープナ開度を越えて開く側、或いは閉じる側に駆動された時でも、スロットル弁をスムーズに開閉することができる電子制御スロットル弁の制御装置を提供することを目的としている。
【００２０】
【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、アクセルペダル開度とエンジンの運転条件に応じて最適なスロットル弁開度を決定し、この開度になるようにスロットル弁をモータで開閉制御すると共に、前記モータの駆動力には、前記スロットル弁の全閉状態からオープナ開度までは前記スロットル弁を開弁方向に付勢する第１のばねの付勢力が加わり、前記オープナ開度から前記スロットル弁の全開状態までは前記スロットル弁を閉弁方向に付勢する第２のばねの付勢力と前記第１のばねの付勢力の差分が加わる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いて、スロットル弁の開度がスロットル弁のオープナ開度に達したか否かを判定するオープナ開度検出手段と、モータへの駆動力を変更する駆動力変更手段と、スロットル弁の開閉速度毎のオフセット量を示すマップとを設け、駆動力変更手段は、オープナ開度を境にして変化する第１と第２のばねのばね定数に応じて、モータの駆動力にばね定数を考慮したオフセット量を増減すると共に、オフセット量を、スロットル弁の現在の開閉速度と、マップとに基づいて求め、モータの駆動力を修正するようにしたことにある。
【００２３】
第２の発明の構成上の特徴は、第１の発明の電子制御スロットル弁の制御装置において、駆動力変更手段が、モータへの駆動力の変更を、ＰＩＤ制御の駆動ゲインを変更することによって行うことにある。
【００２４】
第１の発明によれば、スロットル弁がオープナ開度に達した時点で、オープナ開度前後のばね定数の違いを考慮したオフセット量がモータの駆動力に加減されるので、オープナ開度前後の電子制御スロットル弁の応答性がスムーズになる。
【００２６】
第２の発明によれば、スロットル弁を駆動するモータの駆動力の変更が、ＰＩＤ制御の駆動ゲインを変更することによって行われるので、オープナ開度前後の電子制御スロットル弁の応答がスムーズになる。
【００２７】
【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２及び図３で説明した電子制御スロットル弁装置３０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５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５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の回転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、他端には図３で説明したスロットル弁３のオープナ開度を設定するオープナ開度設定機構４０、及び、スロットル弁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。
【００２８】
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。
【００２９】
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，ＣＯ，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。
【００３０】
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Ｎｅ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（図示せず）、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１０１、演算処理を行うＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３やＲＡＭ１０４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。ＥＣＵ１０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。
【００３１】
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、ＥＣＵ１０は図６(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６(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。
【００３２】
図７は本発明の第１の実施例を実現するための図５のＥＣＵ１０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１１１Ｄ、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。ＰＩＤ制御機能１１１ではスロットル開度センサに基づいてスロットル弁の位置又は開閉速度が算出され、指令値θCMとスロットル弁の位置又は開閉速度との差分により偏差ｅが算出される。この偏差ｅに基づいたＰＩＤ演算結果はデューティ出力演算機能１１２に出力され、ここでスロットル弁開度の偏差ｅ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算出される。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。
【００３３】
以上の機能が通常のスロットル弁の制御系統であるが、第１の実施例では、この制御系統に、フィードフォワード動作スイッチ１１４とフィードフォワード動作機能１１５を加えている。このフィードフォワード動作機能１１５は、フィードフォワード動作スイッチ１１４のオンにより、指令値設定機能１１からの指令値情報を取り込み、指令値に応じてスロットルモータの駆動力を増減するためのデューティ比の増減分を算出し、これをデューティ出力演算機能１１２の入力側にフィードフォワードする。なお、フィードフォワード動作スイッチ１１４は実際には機械的なスイッチではなく、フィードフォワード動作機能１１５を動作させるフラグである。
【００３４】
ここで、図７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第１の実施例の制御の一例について図８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よりも短い所定時間Ｔｓ毎に実行される。
ステップ８０１ではまず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。次いで、ステップ８０２において指令値がスロットル弁の開弁側の指令値か否かを判定する。最初に指令値がスロットル弁の開弁側の場合について説明する。指令値がスロットル弁の開弁側の場合はステップ８０３以降に進む。
【００３５】
ステップ８０３とステップ８０４は、ステップ８０１で読み込んだスロットル弁３の開度がオープナ開度θopの近傍にあるか否かを判定するものである。即ち、ステップ８０３では読み込んだスロットル弁３の開度θthがオープナ開度θopから所定開度ａだけ小さい開度（θop−ａ）以上か否かを判定し、（θop−ａ）≦θthの時だけステップ８０４に進んでスロットル弁３の開度θthがオープナ開度θopに所定開度ｂだけ大きい開度（θop＋ｂ）以下か否かを判定する。
【００３６】
このため、スロットル弁３の開度θthがオープナ開度θopより所定開度ａだけ小さい開度からオープナ開度θopより所定開度ｂだけ大きい開度の範囲内にある場合は、ステップ８０３とステップ８０４で共にＹＥＳとなってステップ８０５に進む。即ち、スロットル弁３の開度θthが（θop−ａ）≦θth≦（θop＋ｂ）の範囲にある場合はステップ８０５に進む。ステップ８０５ではフィードフォワードスイッチ１１４がオンされる。一方、ステップ８０３で（θop−ａ）＞θthの場合、或いは、ステップ８０４でθth＞（θop＋ｂ）の場合はステップ８０６に進み、フィードフォワードスイッチ１１４がオフされる。
【００３７】
まず、ステップ８０６においてフィードフォワードスイッチ１１４がオフされた場合について説明する。ステップ８０６においてフィードフォワードスイッチ１１４がオフされた後はステップ８０８に進み、通常のＰＩＤ制御によってスロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤが、以下の式、
ＤＤ＝（Ｋtg−θth）×（Ｋｄ＋Ｋｐ＋Ｋｉ） … ▲１▼
によって算出される。ここで、Ｋtgは指令値、（Ｋtg−θth）は偏差ｅ、（Ｋｄ＋Ｋｐ＋Ｋｉ）はＰＩＤ制御のゲインである。
【００３８】
一方、ステップ８０５においてフィードフォワードスイッチ１１４がオンされた場合はステップ８０７に進み、この通常のＰＩＤ制御にフィードフォワード制御が加わり、スロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤは、以下の式、
ＤＤ＝（Ｋtg−θth）×（Ｋｄ＋Ｋｐ＋Ｋｉ）＋（Ｋtg×Ｋｆ） … ▲２▼
によって算出される。ここで、Ｋｆは指令値Ｋtgに乗算してデューティ比を増加させるデューティ比変更係数である。
【００３９】
以上のようにしてステップ８０７、或いはステップ８０８でデューティ比ＤＤが算出されるとステップ８０９に進み、算出したスロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤ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。
また、ステップ８０２で指令値がスロットル弁３の閉弁側の指令値であると判定された時はステップ８１０に進み、ステップ８０２からステップ８０９と同様のスロットル弁３の閉弁側の制御を行う。このステップ８１０のスロットル弁の閉弁側の制御の手順の詳細を図９に示す。
【００４０】
指令値がスロットル弁３の閉弁側の指令値であると判定された時の制御であるステップ８１１からステップ８１７は、指令値がスロットル弁３の開弁側の指令値であると判定された時の制御であるステップ８０２からステップ８０９とステップ８１５を除いて同じである。即ち、ステップ８１１とステップ８１２ではステップ８０１で読み込んだスロットル弁３の開度がオープナ開度θopの近傍にあるか否かを判定し、スロットル弁３の開度θthが（θop−ａ）≦θth≦（θop＋ｂ）の範囲にある場合はステップ８１３に進むが、スロットル弁３の開度θthがこの範囲にない時はステップ８１４に進む。
【００４１】
ステップ８１４に進んだ場合はフィードフォワードスイッチ１１４がオフにされ、続くステップ８１６において通常のＰＩＤ制御が行われ、スロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤが、前述の式▲１▼と同じ式によって算出される。一方、ステップ８１３に進んだ場合はフィードフォワードスイッチ１１４がオンにされ、続くステップ８１５において通常のＰＩＤ制御にフィードフォワード制御が加わる。この時にスロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤは、以下の式、
ＤＤ＝（Ｋtg−θth）×（Ｋｄ＋Ｋｐ＋Ｋｉ）−（Ｋtg×Ｋｆ） … ▲３▼
によって算出される。式▲３▼が式▲２▼と異なる点は、指令値Ｋtgにデューティ比変更係数Ｋｆを乗算したゲインを減算してデューティ比を減少させる点である。
【００４２】
以上のようにしてステップ８１５、或いはステップ８１６でデューティ比ＤＤが算出されるとステップ８１７に進み、算出したスロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤ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。
なお、前述の制御手順において、スロットル弁３の開度がオープナ開度θopの近傍にあるか否かを判定するａ，ｂの値は予め設定された値であり、ａ＝ｂでも良いが異なった値でも良い。そして、ａ，ｂの値は固定値でも良いが、マップを用いて指令値の大きさに応じて変更される値としても良い。このマップの例を図１０に示す。図１０はＸ軸が開度指令値であり、Ｙ軸がａまたはｂの値の大きさを示すマップの例である。このマップから開度指令値が大きい時はａ，ｂの値を大きくし、開度指令値が小さい時はａ，ｂの値を小さくすることが分かる。このように、開度指令値の大きさに応じてスロットルモータの駆動デューティ比を変更するスロットル弁３のオープナ開度近傍の範囲を変えることにより、指令値の大きさが変わってもオープナ開度近傍のスロットル弁３の挙動をスムーズにすることができる
図１１は、時刻ｔ０において開度αの指令値θCMが出力された場合の、指令値θCM、スロットル弁開度θth、フィードフォワード（図にはＦ／Ｆと略記）スイッチ１１４のオンオフ、駆動デューティ比ＤＤ、及びスロットルモータ電流Ｓｉ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、時刻ｔ０以前のスロットル弁開度θthが０°（全閉）であったとし、開度αの指令値θCMが出された後のスロットル弁開度θthが、オープナ開度θopを通過して指令開度αまで開く場合を示している。
この図から分かるように、指令値θCMによってスロットル弁開度θthが増大し、開度がオープナ開度θopよりも開度ａだけ小さな開度（θop−ａ）に達すると、Ｆ／Ｆスイッチ１１４がオンになり、駆動デューティ比ＤＤが増大される。そして、スロットル弁開度θthがオープナ開度θopよりも開度ｂだけ大きな開度（θop＋ｂ）に達すると、Ｆ／Ｆスイッチ１１４がオフになり、駆動デューティ比ＤＤが元に戻る。
【００４３】
このように第１の実施例のフィードフォワードを加えたＰＩＤ制御によれば、スロットル弁３のオープナ開度θopの前後でスロットル弁３の駆動特性を変更できるため、図１１に実線ＰＩで示すようにオープナ開度θopの前後でもスロットル弁３の開度をスムーズに大きくすることができる。これに対して、従来の単なるＰＩＤ制御によれば、スロットル弁３を開弁駆動する際に、図１１に破線ＰＡで示すように、オープナ開度θop前後でスロットル開度θthの開弁特性に引っ掛かりが現れ、スロットル弁３がスムーズに駆動されない。
【００４４】
図１２は、時刻Ｔ０において指令値θCMが開度αから０にされた場合の、指令値θCM、スロットル弁開度θth、フィードフォワード（図にはＦ／Ｆと略記）スイッチ１１４のオンオフ、及び駆動デューティ比ＤＤ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、時刻Ｔ０以前のスロットル弁開度θthが所定開度αであり、時刻Ｔ０においてスロットル弁開度θthを０°にする指令値θCMが出された後のスロットル弁開度θthが、オープナ開度θopを通過して０°まで閉じる場合を示している。
【００４５】
この図から分かるように、指令値θCMによってスロットル弁開度θthが減少し、開度がオープナ開度θopよりも開度ｂだけ大きな開度（θop＋ｂ）に達すると、Ｆ／Ｆスイッチ１１４がオンになり、駆動デューティ比ＤＤが減少される。そして、スロットル弁開度θthがオープナ開度θopよりも開度ａだけ小さな開度（θop−ａ）に達すると、Ｆ／Ｆスイッチ１１４がオフになり、駆動デューティ比ＤＤが元に戻る。
【００４６】
このように第１の実施例のフィードフォワードを加えたＰＩＤ制御によれば、スロットル弁３のオープナ開度θopの前後でスロットル弁３の駆動特性を変更できるため、図１２に実線ＰＩで示すようにオープナ開度θopの前後でもスロットル弁３の開度をスムーズに小さくすることができる。これに対して、従来の単なるＰＩＤ制御によれば、スロットル弁３を開弁駆動する際に、図１２に破線ＰＡで示すように、オープナ開度θopの前後でスロットル開度θthの開弁特性に引っ掛かりが現れ、スロットル弁３がスムーズに駆動されないことが分かる。
【００４７】
なお、以上説明した実施例の式▲２▼と式▲３▼におけるデューティ比変更係数Ｋｆは固定値でも良いが、指令値θCMの変化量の絶対値の大きさと、オープナ開度θopと現在のスロットル弁の開度θthとの差ΔＣに応じて変更しても良い。この場合のデューティ比変更係数Ｋｆは図１３に示すようなマップから求めることができる。即ち、Ｘ軸がオープナ開度θopと現在のスロットル弁の開度θthとの差ΔＣであり、Ｙ軸が指令値の変化量の絶対値とした時に、デューティ比変更係数ＫｆはＺ軸方向に予め定められた所定の平面ＰＬ上の点として求められる。
【００４８】
図１４は本発明の第２の実施例を実現するための図５のＥＣＵ１０の中の機能をブロックで表したものである。ＥＣＵ１０の中の指令値設定機能１１０、微分動作機能１１１Ｄ、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、デューティ出力演算機能１１２の構成、及び、スロットルモータ４によって駆動されるスロットル弁の開度がスロットル開度センサ５によって検出されてＰＩＤ制御機能１１１にフィードバックされる点については図７と全く同じであるのでその説明を省略する。
【００４９】
第２の実施例では、このような通常のスロットル弁の制御系統に、ゲイン定数変更スイッチ１１６とゲイン定数変更機能１１７を加えている。このゲイン定数変更機能１１７は、ゲイン定数変更スイッチ１１６のオンにより、その時のスロットル弁の開閉速度を算出し、開閉速度に応じてスロットルモータの駆動力にばね定数を考慮したオフセット量を加減すべく、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインを変更する。なお、ゲイン定数変更スイッチ１１６も実際には機械的なスイッチではなく、ゲイン定数変更機能１１７を動作させるフラグである。
【００５０】
ここで、図１４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第２の実施例の制御の一例について図１５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よりも短い所定時間Ｔｓ毎に実行される。
ステップ９０１ではまず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。次いで、ステップ９０２において指令値がスロットル弁の開弁側の指令値か否かを判定する。指令値がスロットル弁の閉弁側の場合はステップ９１０に進んでスロットル弁の閉弁側の制御を実行してこのルーチンを終了する。スロットル弁の閉弁側の制御は以下に説明するスロットル弁の開弁側の制御とほぼ同じであるので、その説明を省略する。
【００５１】
指令値がスロットル弁の開弁側の場合はステップ９０３に進む。ステップ９０３では、ステップ９０１で読み込んだスロットル弁３の開度θthがオープナ開度θop未満であるか否かを判定する。そして、スロットル弁３の開度θthがオープナ開度θopより小さい時はステップ９０５に進み、ゲイン定数変更スイッチ１１６をオフする。続くステップ９０７では、通常のＰＩＤ制御で駆動デューティ比ＤＤを算出すべく、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩを通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉにしてステップ９０８に進む。
【００５２】
一方、ステップ９０３における判定がθth≧θopである場合はステップ９０４に進み、ゲイン定数変更スイッチ１１６をオンしてゲイン定数設定機能１１７を動作させる。ゲイン定数設定機能１１７の動作により、ステップ９０６では、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、スロットル弁のオープナ開度前後のばね定数の変化を考慮したオフセット量Ｋｄ（Ｖ），Ｋｐ（Ｖ），Ｋｉ（Ｖ）が加えられてステップ９０８に進む。
【００５３】
このオフセット量Ｋｄ（Ｖ），Ｋｐ（Ｖ），Ｋｉ（Ｖ）はスロットル弁の開閉速度に応じて決まるものであり、例えば、比例ゲインのオフセット量Ｋｐ（Ｖ）のスロットル弁の開閉速度Ｖに対する特性は、図１６に示すようになる。微分ゲインのオフセット量Ｋｄ（Ｖ）と積分ゲインのオフセット量Ｋｉ（Ｖ）の特性も図１６と同様である。
【００５４】
ステップ９０８ではステップ９０６或いはステップ９０７で算出された微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩに基づいて、以下の式
ＤＤ＝（Ｋtg−θth）×（ＫＤ＋ＫＰ＋ＫＩ） … ▲４▼
を用いてＰＩＤ制御の駆動デューティ比ＤＤを算出する。そして、算出したスロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤを、続くステップ９０９においてスロットルモータ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。
【００５５】
図１７は、時刻ｔ０において開度αの指令値θCMが出力された場合の、指令値θCM、スロットル弁開度θth、ゲイン定数変更スイッチのオンオフ、及び、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩ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、時刻ｔ０以前のスロットル弁開度θthが０°（全閉）であったとし、開度αの指令値θCMが出された後のスロットル弁開度θthが、オープナ開度θopを通過して指令開度αまで開く場合を示している。
【００５６】
この図から分かるように、指令値θCMによってスロットル弁開度θthが増大し、開度θthが時刻ｔ１においてオープナ開度θopに達すると、ゲイン定数変更スイッチ１１６がオンになり、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインにばね定数を考慮したオフセット量Ｋofが加えられ、駆動デューティ比ＤＤが増大される。
【００５７】
このように本発明の第２の実施例のＰＩＤ制御によれば、スロットル弁３のオープナ開度θopの前後でスロットル弁３の駆動特性を変更できるため、図１７に実線ＰＩで示すようにオープナ開度θopの前後でもスロットル弁３の開度をスムーズに大きくすることができる。これに対して、従来の単なるＰＩＤ制御によれば、スロットル弁３を開弁駆動する際に、図１７に破線ＰＡで示すように、オープナ開度θopの前後でスロットル開度θthの開弁特性に引っ掛かりが現れ、スロットル弁３がスムーズに駆動されない。
【００５８】
図１８は本発明の第３の実施例を実現するための図５のＥＣＵ１０の中の機能をブロックで表したものである。ＥＣＵ１０の中の指令値設定機能１１０、微分動作機能１１１Ｄ、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、デューティ出力演算機能１１２の構成、及び、スロットルモータ４によって駆動されるスロットル弁の開度がスロットル開度センサ５によって検出されてＰＩＤ制御機能１１１にフィードバックされる点については図７と全く同じであるのでその説明を省略する。
【００５９】
第３の実施例では、このような通常のスロットル弁の制御系統に、第１領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１から第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ３と、第１領域のゲイン定数変更機能１２１から第３領域のゲイン定数変更機能１２３を加えている。第３の実施例において、スロットル弁開度θthの第１領域はオープナ開度θopより開度ａだけ小さい開度（θop−ａ）からオープナ開度θopまでの領域であり、第２領域はオープナ開度θopからオープナ開度θopに開度ｂを加えた開度（θop＋ｂ）までの領域であり、第３領域はオープナ開度θopに開度ｂを加えた開度（θop＋ｂ）より大きい領域である。
【００６０】
各領域のゲイン定数変更機能１２１〜１２３は、対応する各領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１〜ＳＷ３がオンした時に、その時のスロットル弁３の開閉速度を算出し、開閉速度に応じてスロットルモータ４の駆動力にばね定数を考慮したオフセット量を加減すべく、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインを変更する。なお、第１領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１から第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ３も実際には機械的なスイッチではなく、第１領域のゲイン定数変更機能１２１から第３領域のゲイン定数変更機能１２３を動作させるフラグである。
【００６１】
ここで、図１８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第３の実施例の制御の一例について図１９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よりも短い所定時間Ｔｓ毎に実行される。
ステップ１００１ではまず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。次いで、ステップ１００２において指令値がスロットル弁の開弁側の指令値か否かを判定する。指令値がスロットル弁の閉弁側の場合はステップ１０１７に進んでスロットル弁の閉弁側の制御を実行してこのルーチンを終了する。スロットル弁の閉弁側の制御は以下に説明するスロットル弁の開弁側の制御とほぼ同じであるので、その説明を省略する。
【００６２】
指令値がスロットル弁の開弁側の場合はステップ１００３に進む。ステップ１００３では、ステップ１００１で読み込んだスロットル弁３の開度θthがオープナ開度θopから所定開度ａだけ小さい開度（θop−ａ）より小さいか否かを判定し、θth＜（θop−ａ）の時はステップ１００４に進む。ステップ１００４では全領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を全てオフする。続くステップ１００５では通常のＰＩＤ制御の駆動デューティ比ＤＤを算出するために、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩを通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉにしてステップ１０１４に進む。
【００６３】
ステップ１００３でスロットル弁３の開度θthがθth≧（θop−ａ）と判定した時はステップ１００６に進み、（θop−ａ）≦θth≦θopか否かを判定する。そして、（θop−ａ）≦θth≦θopと判定した時はステップ１００７に進む。ステップ１００７では第１領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１をオンにし、第２、第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ２とＳＷ３をオフする。第１領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１のオンにより、続くステップ１００８では第１領域のゲイン定数設定機能１２１が動作し、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、第１領域におけるオフセット量θth×ＫdX（Ｖ），θth×ＫpX（Ｖ），θth×ＫiX（Ｖ）が加えられてステップ１０１４に進む。
【００６４】
ステップ１００６でスロットル弁３の開度θthがθth＞θopと判定した時はステップ１００９に進み、θop＜θth≦（θop＋ｂ）か否かを判定する。そして、θop＜θth≦（θop＋ｂ）と判定した時はステップ１０１０に進む。ステップ１０１０では第２領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ２をオンにし、第１、第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１とＳＷ３をオフする。第２領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ２のオンにより、続くステップ１０１１では第２領域のゲイン定数設定機能１２２が動作し、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、第２領域におけるオフセット量θth×ＫdY（Ｖ），θth×ＫpY（Ｖ），θth×ＫiY（Ｖ）が加えられてステップ１０１４に進む。
【００６５】
ステップ１００９でスロットル弁３の開度θthがθth＞（θop＋ｂ）と判定した時はステップ１０１２に進み、第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ３をオンにし、第１、第２領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１とＳＷ２をオフする。第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ３のオンにより、続くステップ１０１３では第３領域のゲイン定数設定機能１２３が動作し、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、第３領域におけるオフセット量（θop＋ｂ）×ＫdY（Ｖ), (θop＋ｂ）×ＫpY（Ｖ), (θop＋ｂ）×ＫiY（Ｖ）が加えられてステップ１０１４に進む。
【００６６】
これらのオフセット量ＫdX（Ｖ），ＫpX（Ｖ），ＫiX（Ｖ）と、ＫdY（Ｖ），ＫpY（Ｖ），ＫiY（Ｖ）は、それぞれスロットル弁の開閉速度に応じて決まるものであり、例えば、第１領域の比例ゲインのオフセット量ＫpX（Ｖ）のスロットル弁の開閉速度Ｖに対する特性は、図２０に符号Ｘで示すようになり、第２領域の比例ゲインのオフセット量ＫpY (Ｖ）のスロットル弁の開閉速度Ｖに対する特性は、図２０に符号Ｙで示すようになる。第１と第２の領域における微分ゲインのオフセット量ＫdX（Ｖ), ＫdY（Ｖ) と積分ゲインのオフセット量ＫiX (Ｖ),ＫiY (Ｖ) の特性も図２０と同様である。
【００６７】
ステップ１０１４ではステップ１００５、ステップ１００８、ステップ１０１１、或いはステップ１０１３で算出された微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩに基づいて前述の式▲４▼を用いてＰＩＤ制御の駆動デューティ比ＤＤを算出する。そして、算出したスロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤを、続くステップ１０１６においてスロットルモータ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。
【００６８】
図２１は、時刻ｔ０において開度αの指令値θCMが出力された場合の、指令値θCM、スロットル弁開度θth、領域別ゲイン定数変更スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフ、及び、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩ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、時刻ｔ０以前のスロットル弁開度θthが０°（全閉）であったとし、開度αの指令値θCMが出された後のスロットル弁開度θthが、オープナ開度θopを通過して指令開度αまで開く場合を示している。
【００６９】
この図から分かるように、指令値θCMによってスロットル弁開度θthが増大し、開度θthが時刻ｔ１においてオープナ開度θopより開度ａだけ低い開度（θop−ａ）に達すると、第１領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１がオンになり、以後の微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩは、ゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、第１領域におけるオフセット量θth×ＫdX（Ｖ），θth×ＫpX（Ｖ），θth×ＫiX（Ｖ）が加えられたものとなる。
【００７０】
続いて、スロットル弁３の開度θthが時刻ｔ２においてオープナ開度θopに達すると、第２領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ２がオンになり、以後は微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩは、ゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、第２領域におけるオフセット量θth×ＫdY（Ｖ），θth×ＫpY（Ｖ），θth×ＫiY（Ｖ）が加えられたものとなる。
【００７１】
更に、スロットル弁３の開度θthが時刻ｔ３においてオープナ開度θopより開度ｂだけ高い開度（θop＋ｂ）に達すると、第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ３がオンになり、以後は微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩは、ゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、第３領域におけるオフセット量（θop＋ｂ）×ＫdY（Ｖ），（θop＋ｂ）×ＫpY（Ｖ），（θop＋ｂ）×ＫiY（Ｖ）が加えられたものとなる。
【００７２】
第３領域のオフセット量は、ゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉにばね定数を考慮したオフセット量Ｋofが加えられた固定値であるが、第１領域と第２領域のオフセット量は、スロットル弁３の開度θthの大きさに応じて変化させてあり、図２１に符号Ｌで示すようにばね定数を考慮したオフセット量Ｋofまで除々に増大するようにしてある。スロットル弁３を駆動する駆動デューティ比ＤＤは、この微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩの増大に応じて増大される。
【００７３】
このように本発明の第３の実施例のＰＩＤ制御によれば、スロットル弁のオープナ開度θopの前から次第にスロットル弁の駆動力を大きく変更できるため、図２１に実線ＰＩで示すようにオープナ開度前後におけるスロットル弁の駆動をスムーズにすることができる。これに対して、従来の単なるＰＩＤ制御によれば、スロットル弁を開弁駆動する際に、図２１に破線ＰＡで示すように、オープナ開度θopの前後でスロットル開度θthの開弁特性に引っ掛かりが現れ、スロットル弁がスムーズに駆動されない。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スロットル弁のオープナ開度設定機構を有する電子制御スロットル弁の制御装置において、スロットル弁がオープナ開度を越えて開く側、或いは閉じる側に駆動された時でも、スロットル弁をスムーズに開閉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】 (a) は図１の電子制御スロットルの構成図、(b) は本発明を適用する電子制御スロットルの構成図である。
【図３】 (a) は図２(b) の電子制御スロットルのオープナ開度設定機構を示す斜視図、(b) 〜(d) は(a) の機構の動作を示す図である。
【図４】図３(a) の電子制御スロットルが有する問題点を説明する特性図である。
【図５】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６】 (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７】本発明の第１の実施例の制御ブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施例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９】図８のステップ８１０の詳細な手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】スロットル弁の開度指令値と開度幅の関係を示す特性図である。
【図１１】図８の制御手順に基づくスロットル弁の開弁時のスロットル弁の開度、フィードフォワードスイッチの状態、駆動デューティ比、及び、スロットルモータ電流の変化の様子を示すタイムチャートである。
【図１２】図９の制御手順に基づくスロットル弁の閉弁時のスロットル弁の開度、フィードフォワードスイッチの状態、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１３】図８の制御手順に使用するデューティ比変更係数と、オープナ開度とスロットルセンサの開度の差、及び指令値変化量の絶対値の関係を３次元で示す特性図である。
【図１４】本発明の第２の実施例の制御ブロック図である。
【図１５】本発明の第２の実施例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１６】ＰＩＤ制御の比例ゲインのオフセット量とスロットル弁の開弁速度との関係を示す特性図である。
【図１７】図１５の制御手順に基づくスロットル弁の開弁時のスロットル弁の開度、ゲイン定数変更スイッチの状態、及び、ＰＩＤ制御のゲインの変化の様子を示すタイムチャートである。
【図１８】本発明の第３の実施例の制御ブロック図である。
【図１９】本発明の第３の実施例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２０】ＰＩＤ制御の比例ゲインのオフセット量とスロットル弁の開弁速度との関係を示す特性図である。
【図２１】図１９の制御手順に基づくスロットル弁の開弁時のスロットル弁の開度、ゲイン定数変更スイッチの状態、及び、ＰＩＤ制御のゲインの変化の様子を示すタイムチャートである。
【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（エンジン・コントロール・ユニット）
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
２２…フランジ
２３…スロットル弁の回転軸
２５…作動リング
２６…ストッパ
３１…第１の作動片
３２…第２の作動片
４０…オープナ開度設定機構
４１…第１のばね
４２…第２のばね
１１１…ＰＩＤ制御機能
１１１Ｐ…比例動作機能
１１１Ｉ…積分動作機能
１１１Ｄ…微分動作機能
１１４…フィードフォワード動作スイッチ
１１５…フィードフォワード動作機能
１１６…ゲイン定数変更スイッチ
１１７…ゲイン定数変更機能
１２１…第１領域のゲイン定数変更機能
１２２…第２領域のゲイン定数変更機能
１２３…第３領域のゲイン定数変更機能
ＳＷ１…第１領域のゲイン定数変更スイッチ
ＳＷ２…第２領域のゲイン定数変更スイッチ
ＳＷ３…第３領域のゲイン定数変更スイッチ
【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、アクセルペダルの位置によりスロットル弁を電気的に駆動する電子制御スロットル弁におけるスロットル弁のオープナ開度近傍における応答性を良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。スロットル弁を電気的に開閉する制御の従来技術としては、例えば、特開平９−２４２５９１号公報に開示の車両の制御装置がある。
【０００４】
現在、実用化されている電子制御スロットル弁装置２０の外観を図１に示し、その構成を図２(a) に示す。電子制御スロットル弁装置２０には、アクセルペダル１４（図２(a) 参照）にアクセルケーブル２４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１４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（アクセル開度信号）が入力されるエンジン・コントロール・ユニット（以後ＥＣＵ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、スロットルレバー１６の近傍に設けられた退避走行用レバー１７、及び、スロットル弁３のリターンスプリング１８（図１参照）がある。また、スロットルモータ４には電磁クラッチ２１（図２(a) 参照）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１４が踏み込まれると、アクセルペダル１４の踏込量はアクセルケーブル２４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アクセル開度信号としてＥＣＵ１０に入力され、ＥＣＵ１０はアクセル開度信号に応じたスロットル弁３の開度を決定する。ＥＣＵ１０からスロットルモータ４にはスロットルモータとクラッチ信号が出力され、スロットルモータ４が駆動される。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、スロットル開度センサ信号として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モータ等が使用される。
【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からのアクセル開度信号と、アクセル開度センサ１５からのスロットル開度センサ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。
【０００７】
なお、以上のような制御がフェールした時でも車両が退避走行できるようにするために、このような電子制御スロットル弁装置には、退避走行用レバー１７とそのリリーフスプリング１９（図２(a) 参照）が設けられている。
更に、近年、図２(b) に示すようなアクセルペダル１４とスロットル弁３との間のアクセルケーブルを無くすように構成された電子制御スロットル弁装置３０が提案されている。この提案の電子制御スロットル弁装置３０では、図２(b) に示すようにアクセルペダル１４の支持軸に回転角度センサ１５が設けられるか、或いは、アクセルペダル１４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。
【０００８】
そして、ＥＣＵ１０はアクセル開度信号に応じたスロットル弁３の開度を決定し、ＥＣＵ１０からスロットルモータ４に直接駆動信号が出力される。スロットル弁３の開度はスロットル開度センサ５で検出されてＥＣＵ１０にフィードバックされる。なお、スロットル開度センサ５はスロットルモータ４に内蔵されることもある。
【０００９】
このようなアクセルペダル１４とスロットル弁３との間のアクセルケーブルを無くした電子制御スロットル弁装置３０においても、制御のフェール時の機関のストールを防止して、機関に必要な空気量を確保するため、アクセルペダル１４を戻した状態でもスロットル弁３を所定開度開いた状態に保持することが行われている。このようなスロットル弁３の開度はオープナ開度と呼ばれ、通常はスロットル弁３を開弁方向と閉弁方向にそれぞれ付勢するばねを備えたオープナ開度設定機構によってこの開度が設定されている。
【００１０】
図３(a) は図２(b) で説明したアクセルペダル１４とスロットル弁３との間のアクセルケーブルを無くした電子制御スロットル弁装置３０における、オープナ開度とスロットル弁３を開弁方向と閉弁方向に付勢するオープナ開度設定機構４０の一例を示すものである。また、図３(b) 〜(d) はオープナ開度設定機構４０の作用を説明するものである。なお、図３(a) にはスロットル開度センサの図示は省略してある。
【００１１】
図３(a) に示すように、吸気通路２に設けられたスロットル弁３の回転軸２３の一端には、この回転軸２３を回転させるスロットルモータ４が取り付けられている。また、この回転軸２３の他端にはフランジ２２が固着されており、このフランジ２２の外周部の所定箇所には第１の作動片３１が設けられている。第１の作動片３１と図示しない電子制御スロットル弁装置３０のスロットルボディの間には、第１のばね４１が掛け渡されている。この第１のばね４１は、スロットル弁３を開弁させる方向に第１の作動片３１を付勢するものである。
【００１２】
更に、このフランジ２２の近傍の回転軸２３には、回転軸２３の回りを自由に回転することができる作動リング２５が嵌められている。そして、この作動リング２５の外周部には、作動リング２５の回転によって第１の作動片３１に係合する第２の作動片３２が設けられている。第２の作動片３２と図示しない電子制御スロットル弁装置３０のスロットルボディの間には、第２のばね４２が掛け渡されている。この第２のばね４２は、スロットル弁３を閉弁させる方向に第２の作動片３２を付勢するものである。この例では、第２のばね４２の付勢力の方が第１のばね４１の付勢力よりも大きく設定されている。
【００１３】
これらの構成に加えて、スロットルボディには第２の作動片３２の回動を止めるストッパ２６が設けられている。このストッパ２６は、第２のばね４２の付勢力が、オープナ開度より小さい開度のスロットル弁３には及ばないようにするためのものである。このストッパ２６は、第１の作動片３１の動作には影響を与えない。
【００１４】
第１の作動片３１のフランジ２２との位置関係、及び、第２の作動片３２とストッパ２６の位置関係を、図３(c) を用いて説明する。図３(c) はスロットル弁３がオープナ開度である状態を示している。このとき、第２のばね４２に付勢されてスロットル弁３を閉弁方向に回転させる第２の作動片３２はストッパ２６に当接してその回転が止められる。この状態で、図示しないスロットルモータの駆動力がスロットル弁の回転軸２３に加わっていないと、第１の作動片３１は第１のばね４１に引っ張られて第２の作動片３２に当接した状態となる。前述のように、第１のばね４１の付勢力は第２のばね４２の付勢力よりも弱いので、回転軸２３にスロットルモータの駆動力が作用しない状態では、スロットル弁３はオープナ開度を保持することになる。
【００１５】
図３(b) はスロットル弁３が吸気通路２を全閉にした状態を示すものである。スロットル弁３をオープナ開度から全閉状態にするためには、スロットルモータを駆動して、第１のばね４１の付勢力Ｆ１に打ち勝つ駆動力を回転軸２３に与えれば良い。なお、別に設けられた図示しないストッパにより、スロットル弁３の回転はこの全閉状態で止まるようになっており、スロットル弁３が負の開度になることはない。
【００１６】
図３(d) はスロットル弁３がオープナ開度より大きな所定の開度にある状態を示している。スロットル弁３の開度がオープナ開度よりも大きい場合の第１の作動片３１には、第１のばね４１によるスロットル弁３を開弁させる方向の付勢力Ｆ１と、第２のばね４２によるスロットル弁３を閉弁させる方向の付勢力Ｆ２の両方が加わる。前述のように、第１のばね４１の付勢力Ｆ１は第２のばね４２の付勢力Ｆ２よりも弱いので、第１の作動片３１には、第２のばね４２の付勢力Ｆ２から第１のばね４１の付勢力Ｆ１を差し引いた付勢力（Ｆ２−Ｆ１）、即ち、スロットル弁３を閉弁させる方向の付勢力（Ｆ２−Ｆ１）が加わっている。従って、スロットル弁３の開度を大きくするためには、この付勢力（Ｆ２−Ｆ１）に打ち勝つ駆動力をスロットルモータから回転軸２３に与えれば良い。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アクセルペダルの位置によりスロットル弁を電気的に駆動する電子制御スロットル弁装置において、スロットル弁に前述のようなオープナ開度設定機構が設けられていると、スロットル弁を全閉状態から開く方向に駆動した場合、２つのばねが釣り合うオープナ開度の前後でスロットル弁の回転軸に作用するばね定数が変わり、スロットル弁を駆動するのに必要なスロットルモータの駆動力が変化する。このため、オープナ開度前後でスロットル弁の駆動をスムーズに行えないという問題があった。
【００１８】
即ち、図４に示すように、スロットル弁が全閉状態にある時に、電子制御スロットル弁の制御装置からスロットル弁を所定開度開弁させる指令値が出力されたとすると、スロットル開度センサの検出値に見られるように、スロットル弁の開度がオープナ開度近辺で暫くの間停滞し、スロットル弁をスムーズに駆動することができなかった。また、同様に、スロットル弁がオープナ開度を越えて開弁側から閉弁側に制御される場合も、スロットル弁をスムーズに駆動することができなかった。
【００１９】
そこで、本発明は、スロットル弁のオープナ開度設定機構を有する電子制御スロットル弁の制御装置において、スロットル弁がオープナ開度を越えて開く側、或いは閉じる側に駆動された時でも、スロットル弁をスムーズに開閉することができる電子制御スロットル弁の制御装置を提供することを目的としている。
【００２０】
【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、アクセルペダル開度とエンジンの運転条件に応じて最適なスロットル弁開度を決定し、この開度になるようにスロットル弁をモータで開閉制御すると共に、前記モータの駆動力には、前記スロットル弁の全閉状態からオープナ開度までは前記スロットル弁を開弁方向に付勢する第１のばねの付勢力が加わり、前記オープナ開度から前記スロットル弁の全開状態までは前記スロットル弁を閉弁方向に付勢する第２のばねの付勢力と前記第１のばねの付勢力の差分が加わる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いて、スロットル弁の開度がスロットル弁のオープナ開度に達したか否かを判定するオープナ開度検出手段と、モータへの駆動力を変更する駆動力変更手段と、スロットル弁の開閉速度毎のオフセット量を示すマップとを設け、駆動力変更手段は、オープナ開度を境にして変化する第１と第２のばねのばね定数に応じて、モータの駆動力にばね定数を考慮したオフセット量を増減すると共に、オフセット量を、スロットル弁の現在の開閉速度と、マップとに基づいて求め、モータの駆動力を修正するようにしたことにある。
【００２３】
第２の発明の構成上の特徴は、第１の発明の電子制御スロットル弁の制御装置において、駆動力変更手段が、モータへの駆動力の変更を、ＰＩＤ制御の駆動ゲインを変更することによって行うことにある。
【００２４】
第１の発明によれば、スロットル弁がオープナ開度に達した時点で、オープナ開度前後のばね定数の違いを考慮したオフセット量がモータの駆動力に加減されるので、オープナ開度前後の電子制御スロットル弁の応答性がスムーズになる。
【００２６】
第２の発明によれば、スロットル弁を駆動するモータの駆動力の変更が、ＰＩＤ制御の駆動ゲインを変更することによって行われるので、オープナ開度前後の電子制御スロットル弁の応答がスムーズになる。
【００２７】
【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２及び図３で説明した電子制御スロットル弁装置３０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５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５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の回転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、他端には図３で説明したスロットル弁３のオープナ開度を設定するオープナ開度設定機構４０、及び、スロットル弁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。
【００２８】
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。
【００２９】
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，ＣＯ，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。
【００３０】
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Ｎｅ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（図示せず）、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１０１、演算処理を行うＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３やＲＡＭ１０４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。ＥＣＵ１０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。
【００３１】
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、ＥＣＵ１０は図６(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６(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。
【００３２】
図７は本発明の第１の実施例を実現するための図５のＥＣＵ１０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１１１Ｄ、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。ＰＩＤ制御機能１１１ではスロットル開度センサに基づいてスロットル弁の位置又は開閉速度が算出され、指令値θCMとスロットル弁の位置又は開閉速度との差分により偏差ｅが算出される。この偏差ｅに基づいたＰＩＤ演算結果はデューティ出力演算機能１１２に出力され、ここでスロットル弁開度の偏差ｅ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算出される。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。
【００３３】
以上の機能が通常のスロットル弁の制御系統であるが、第１の実施例では、この制御系統に、フィードフォワード動作スイッチ１１４とフィードフォワード動作機能１１５を加えている。このフィードフォワード動作機能１１５は、フィードフォワード動作スイッチ１１４のオンにより、指令値設定機能１１からの指令値情報を取り込み、指令値に応じてスロットルモータの駆動力を増減するためのデューティ比の増減分を算出し、これをデューティ出力演算機能１１２の入力側にフィードフォワードする。なお、フィードフォワード動作スイッチ１１４は実際には機械的なスイッチではなく、フィードフォワード動作機能１１５を動作させるフラグである。
【００３４】
ここで、図７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第１の実施例の制御の一例について図８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よりも短い所定時間Ｔｓ毎に実行される。
ステップ８０１ではまず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。次いで、ステップ８０２において指令値がスロットル弁の開弁側の指令値か否かを判定する。最初に指令値がスロットル弁の開弁側の場合について説明する。指令値がスロットル弁の開弁側の場合はステップ８０３以降に進む。
【００３５】
ステップ８０３とステップ８０４は、ステップ８０１で読み込んだスロットル弁３の開度がオープナ開度θopの近傍にあるか否かを判定するものである。即ち、ステップ８０３では読み込んだスロットル弁３の開度θthがオープナ開度θopから所定開度ａだけ小さい開度（θop−ａ）以上か否かを判定し、（θop−ａ）≦θthの時だけステップ８０４に進んでスロットル弁３の開度θthがオープナ開度θopに所定開度ｂだけ大きい開度（θop＋ｂ）以下か否かを判定する。
【００３６】
このため、スロットル弁３の開度θthがオープナ開度θopより所定開度ａだけ小さい開度からオープナ開度θopより所定開度ｂだけ大きい開度の範囲内にある場合は、ステップ８０３とステップ８０４で共にＹＥＳとなってステップ８０５に進む。即ち、スロットル弁３の開度θthが（θop−ａ）≦θth≦（θop＋ｂ）の範囲にある場合はステップ８０５に進む。ステップ８０５ではフィードフォワードスイッチ１１４がオンされる。一方、ステップ８０３で（θop−ａ）＞θthの場合、或いは、ステップ８０４でθth＞（θop＋ｂ）の場合はステップ８０６に進み、フィードフォワードスイッチ１１４がオフされる。
【００３７】
まず、ステップ８０６においてフィードフォワードスイッチ１１４がオフされた場合について説明する。ステップ８０６においてフィードフォワードスイッチ１１４がオフされた後はステップ８０８に進み、通常のＰＩＤ制御によってスロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤが、以下の式、
ＤＤ＝（Ｋtg−θth）×（Ｋｄ＋Ｋｐ＋Ｋｉ） … ▲１▼
によって算出される。ここで、Ｋtgは指令値、（Ｋtg−θth）は偏差ｅ、（Ｋｄ＋Ｋｐ＋Ｋｉ）はＰＩＤ制御のゲインである。
【００３８】
一方、ステップ８０５においてフィードフォワードスイッチ１１４がオンされた場合はステップ８０７に進み、この通常のＰＩＤ制御にフィードフォワード制御が加わり、スロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤは、以下の式、
ＤＤ＝（Ｋtg−θth）×（Ｋｄ＋Ｋｐ＋Ｋｉ）＋（Ｋtg×Ｋｆ） … ▲２▼
によって算出される。ここで、Ｋｆは指令値Ｋtgに乗算してデューティ比を増加させるデューティ比変更係数である。
【００３９】
以上のようにしてステップ８０７、或いはステップ８０８でデューティ比ＤＤが算出されるとステップ８０９に進み、算出したスロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤ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。
また、ステップ８０２で指令値がスロットル弁３の閉弁側の指令値であると判定された時はステップ８１０に進み、ステップ８０２からステップ８０９と同様のスロットル弁３の閉弁側の制御を行う。このステップ８１０のスロットル弁の閉弁側の制御の手順の詳細を図９に示す。
【００４０】
指令値がスロットル弁３の閉弁側の指令値であると判定された時の制御であるステップ８１１からステップ８１７は、指令値がスロットル弁３の開弁側の指令値であると判定された時の制御であるステップ８０２からステップ８０９とステップ８１５を除いて同じである。即ち、ステップ８１１とステップ８１２ではステップ８０１で読み込んだスロットル弁３の開度がオープナ開度θopの近傍にあるか否かを判定し、スロットル弁３の開度θthが（θop−ａ）≦θth≦（θop＋ｂ）の範囲にある場合はステップ８１３に進むが、スロットル弁３の開度θthがこの範囲にない時はステップ８１４に進む。
【００４１】
ステップ８１４に進んだ場合はフィードフォワードスイッチ１１４がオフにされ、続くステップ８１６において通常のＰＩＤ制御が行われ、スロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤが、前述の式▲１▼と同じ式によって算出される。一方、ステップ８１３に進んだ場合はフィードフォワードスイッチ１１４がオンにされ、続くステップ８１５において通常のＰＩＤ制御にフィードフォワード制御が加わる。この時にスロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤは、以下の式、
ＤＤ＝（Ｋtg−θth）×（Ｋｄ＋Ｋｐ＋Ｋｉ）−（Ｋtg×Ｋｆ） … ▲３▼
によって算出される。式▲３▼が式▲２▼と異なる点は、指令値Ｋtgにデューティ比変更係数Ｋｆを乗算したゲインを減算してデューティ比を減少させる点である。
【００４２】
以上のようにしてステップ８１５、或いはステップ８１６でデューティ比ＤＤが算出されるとステップ８１７に進み、算出したスロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤ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。
なお、前述の制御手順において、スロットル弁３の開度がオープナ開度θopの近傍にあるか否かを判定するａ，ｂの値は予め設定された値であり、ａ＝ｂでも良いが異なった値でも良い。そして、ａ，ｂの値は固定値でも良いが、マップを用いて指令値の大きさに応じて変更される値としても良い。このマップの例を図１０に示す。図１０はＸ軸が開度指令値であり、Ｙ軸がａまたはｂの値の大きさを示すマップの例である。このマップから開度指令値が大きい時はａ，ｂの値を大きくし、開度指令値が小さい時はａ，ｂの値を小さくすることが分かる。このように、開度指令値の大きさに応じてスロットルモータの駆動デューティ比を変更するスロットル弁３のオープナ開度近傍の範囲を変えることにより、指令値の大きさが変わってもオープナ開度近傍のスロットル弁３の挙動をスムーズにすることができる
図１１は、時刻ｔ０において開度αの指令値θCMが出力された場合の、指令値θCM、スロットル弁開度θth、フィードフォワード（図にはＦ／Ｆと略記）スイッチ１１４のオンオフ、駆動デューティ比ＤＤ、及びスロットルモータ電流Ｓｉ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、時刻ｔ０以前のスロットル弁開度θthが０°（全閉）であったとし、開度αの指令値θCMが出された後のスロットル弁開度θthが、オープナ開度θopを通過して指令開度αまで開く場合を示している。
この図から分かるように、指令値θCMによってスロットル弁開度θthが増大し、開度がオープナ開度θopよりも開度ａだけ小さな開度（θop−ａ）に達すると、Ｆ／Ｆスイッチ１１４がオンになり、駆動デューティ比ＤＤが増大される。そして、スロットル弁開度θthがオープナ開度θopよりも開度ｂだけ大きな開度（θop＋ｂ）に達すると、Ｆ／Ｆスイッチ１１４がオフになり、駆動デューティ比ＤＤが元に戻る。
【００４３】
このように第１の実施例のフィードフォワードを加えたＰＩＤ制御によれば、スロットル弁３のオープナ開度θopの前後でスロットル弁３の駆動特性を変更できるため、図１１に実線ＰＩで示すようにオープナ開度θopの前後でもスロットル弁３の開度をスムーズに大きくすることができる。これに対して、従来の単なるＰＩＤ制御によれば、スロットル弁３を開弁駆動する際に、図１１に破線ＰＡで示すように、オープナ開度θop前後でスロットル開度θthの開弁特性に引っ掛かりが現れ、スロットル弁３がスムーズに駆動されない。
【００４４】
図１２は、時刻Ｔ０において指令値θCMが開度αから０にされた場合の、指令値θCM、スロットル弁開度θth、フィードフォワード（図にはＦ／Ｆと略記）スイッチ１１４のオンオフ、及び駆動デューティ比ＤＤ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、時刻Ｔ０以前のスロットル弁開度θthが所定開度αであり、時刻Ｔ０においてスロットル弁開度θthを０°にする指令値θCMが出された後のスロットル弁開度θthが、オープナ開度θopを通過して０°まで閉じる場合を示している。
【００４５】
この図から分かるように、指令値θCMによってスロットル弁開度θthが減少し、開度がオープナ開度θopよりも開度ｂだけ大きな開度（θop＋ｂ）に達すると、Ｆ／Ｆスイッチ１１４がオンになり、駆動デューティ比ＤＤが減少される。そして、スロットル弁開度θthがオープナ開度θopよりも開度ａだけ小さな開度（θop−ａ）に達すると、Ｆ／Ｆスイッチ１１４がオフになり、駆動デューティ比ＤＤが元に戻る。
【００４６】
このように第１の実施例のフィードフォワードを加えたＰＩＤ制御によれば、スロットル弁３のオープナ開度θopの前後でスロットル弁３の駆動特性を変更できるため、図１２に実線ＰＩで示すようにオープナ開度θopの前後でもスロットル弁３の開度をスムーズに小さくすることができる。これに対して、従来の単なるＰＩＤ制御によれば、スロットル弁３を開弁駆動する際に、図１２に破線ＰＡで示すように、オープナ開度θopの前後でスロットル開度θthの開弁特性に引っ掛かりが現れ、スロットル弁３がスムーズに駆動されないことが分かる。
【００４７】
なお、以上説明した実施例の式▲２▼と式▲３▼におけるデューティ比変更係数Ｋｆは固定値でも良いが、指令値θCMの変化量の絶対値の大きさと、オープナ開度θopと現在のスロットル弁の開度θthとの差ΔＣに応じて変更しても良い。この場合のデューティ比変更係数Ｋｆは図１３に示すようなマップから求めることができる。即ち、Ｘ軸がオープナ開度θopと現在のスロットル弁の開度θthとの差ΔＣであり、Ｙ軸が指令値の変化量の絶対値とした時に、デューティ比変更係数ＫｆはＺ軸方向に予め定められた所定の平面ＰＬ上の点として求められる。
【００４８】
図１４は本発明の第２の実施例を実現するための図５のＥＣＵ１０の中の機能をブロックで表したものである。ＥＣＵ１０の中の指令値設定機能１１０、微分動作機能１１１Ｄ、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、デューティ出力演算機能１１２の構成、及び、スロットルモータ４によって駆動されるスロットル弁の開度がスロットル開度センサ５によって検出されてＰＩＤ制御機能１１１にフィードバックされる点については図７と全く同じであるのでその説明を省略する。
【００４９】
第２の実施例では、このような通常のスロットル弁の制御系統に、ゲイン定数変更スイッチ１１６とゲイン定数変更機能１１７を加えている。このゲイン定数変更機能１１７は、ゲイン定数変更スイッチ１１６のオンにより、その時のスロットル弁の開閉速度を算出し、開閉速度に応じてスロットルモータの駆動力にばね定数を考慮したオフセット量を加減すべく、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインを変更する。なお、ゲイン定数変更スイッチ１１６も実際には機械的なスイッチではなく、ゲイン定数変更機能１１７を動作させるフラグである。
【００５０】
ここで、図１４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第２の実施例の制御の一例について図１５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よりも短い所定時間Ｔｓ毎に実行される。
ステップ９０１ではまず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。次いで、ステップ９０２において指令値がスロットル弁の開弁側の指令値か否かを判定する。指令値がスロットル弁の閉弁側の場合はステップ９１０に進んでスロットル弁の閉弁側の制御を実行してこのルーチンを終了する。スロットル弁の閉弁側の制御は以下に説明するスロットル弁の開弁側の制御とほぼ同じであるので、その説明を省略する。
【００５１】
指令値がスロットル弁の開弁側の場合はステップ９０３に進む。ステップ９０３では、ステップ９０１で読み込んだスロットル弁３の開度θthがオープナ開度θop未満であるか否かを判定する。そして、スロットル弁３の開度θthがオープナ開度θopより小さい時はステップ９０５に進み、ゲイン定数変更スイッチ１１６をオフする。続くステップ９０７では、通常のＰＩＤ制御で駆動デューティ比ＤＤを算出すべく、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩを通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉにしてステップ９０８に進む。
【００５２】
一方、ステップ９０３における判定がθth≧θopである場合はステップ９０４に進み、ゲイン定数変更スイッチ１１６をオンしてゲイン定数設定機能１１７を動作させる。ゲイン定数設定機能１１７の動作により、ステップ９０６では、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、スロットル弁のオープナ開度前後のばね定数の変化を考慮したオフセット量Ｋｄ（Ｖ），Ｋｐ（Ｖ），Ｋｉ（Ｖ）が加えられてステップ９０８に進む。
【００５３】
このオフセット量Ｋｄ（Ｖ），Ｋｐ（Ｖ），Ｋｉ（Ｖ）はスロットル弁の開閉速度に応じて決まるものであり、例えば、比例ゲインのオフセット量Ｋｐ（Ｖ）のスロットル弁の開閉速度Ｖに対する特性は、図１６に示すようになる。微分ゲインのオフセット量Ｋｄ（Ｖ）と積分ゲインのオフセット量Ｋｉ（Ｖ）の特性も図１６と同様である。
【００５４】
ステップ９０８ではステップ９０６或いはステップ９０７で算出された微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩに基づいて、以下の式
ＤＤ＝（Ｋtg−θth）×（ＫＤ＋ＫＰ＋ＫＩ） … ▲４▼
を用いてＰＩＤ制御の駆動デューティ比ＤＤを算出する。そして、算出したスロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤを、続くステップ９０９においてスロットルモータ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。
【００５５】
図１７は、時刻ｔ０において開度αの指令値θCMが出力された場合の、指令値θCM、スロットル弁開度θth、ゲイン定数変更スイッチのオンオフ、及び、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩ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、時刻ｔ０以前のスロットル弁開度θthが０°（全閉）であったとし、開度αの指令値θCMが出された後のスロットル弁開度θthが、オープナ開度θopを通過して指令開度αまで開く場合を示している。
【００５６】
この図から分かるように、指令値θCMによってスロットル弁開度θthが増大し、開度θthが時刻ｔ１においてオープナ開度θopに達すると、ゲイン定数変更スイッチ１１６がオンになり、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインにばね定数を考慮したオフセット量Ｋofが加えられ、駆動デューティ比ＤＤが増大される。
【００５７】
このように本発明の第２の実施例のＰＩＤ制御によれば、スロットル弁３のオープナ開度θopの前後でスロットル弁３の駆動特性を変更できるため、図１７に実線ＰＩで示すようにオープナ開度θopの前後でもスロットル弁３の開度をスムーズに大きくすることができる。これに対して、従来の単なるＰＩＤ制御によれば、スロットル弁３を開弁駆動する際に、図１７に破線ＰＡで示すように、オープナ開度θopの前後でスロットル開度θthの開弁特性に引っ掛かりが現れ、スロットル弁３がスムーズに駆動されない。
【００５８】
図１８は本発明の第３の実施例を実現するための図５のＥＣＵ１０の中の機能をブロックで表したものである。ＥＣＵ１０の中の指令値設定機能１１０、微分動作機能１１１Ｄ、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、デューティ出力演算機能１１２の構成、及び、スロットルモータ４によって駆動されるスロットル弁の開度がスロットル開度センサ５によって検出されてＰＩＤ制御機能１１１にフィードバックされる点については図７と全く同じであるのでその説明を省略する。
【００５９】
第３の実施例では、このような通常のスロットル弁の制御系統に、第１領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１から第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ３と、第１領域のゲイン定数変更機能１２１から第３領域のゲイン定数変更機能１２３を加えている。第３の実施例において、スロットル弁開度θthの第１領域はオープナ開度θopより開度ａだけ小さい開度（θop−ａ）からオープナ開度θopまでの領域であり、第２領域はオープナ開度θopからオープナ開度θopに開度ｂを加えた開度（θop＋ｂ）までの領域であり、第３領域はオープナ開度θopに開度ｂを加えた開度（θop＋ｂ）より大きい領域である。
【００６０】
各領域のゲイン定数変更機能１２１〜１２３は、対応する各領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１〜ＳＷ３がオンした時に、その時のスロットル弁３の開閉速度を算出し、開閉速度に応じてスロットルモータ４の駆動力にばね定数を考慮したオフセット量を加減すべく、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインを変更する。なお、第１領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１から第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ３も実際には機械的なスイッチではなく、第１領域のゲイン定数変更機能１２１から第３領域のゲイン定数変更機能１２３を動作させるフラグである。
【００６１】
ここで、図１８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第３の実施例の制御の一例について図１９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よりも短い所定時間Ｔｓ毎に実行される。
ステップ１００１ではまず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。次いで、ステップ１００２において指令値がスロットル弁の開弁側の指令値か否かを判定する。指令値がスロットル弁の閉弁側の場合はステップ１０１７に進んでスロットル弁の閉弁側の制御を実行してこのルーチンを終了する。スロットル弁の閉弁側の制御は以下に説明するスロットル弁の開弁側の制御とほぼ同じであるので、その説明を省略する。
【００６２】
指令値がスロットル弁の開弁側の場合はステップ１００３に進む。ステップ１００３では、ステップ１００１で読み込んだスロットル弁３の開度θthがオープナ開度θopから所定開度ａだけ小さい開度（θop−ａ）より小さいか否かを判定し、θth＜（θop−ａ）の時はステップ１００４に進む。ステップ１００４では全領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を全てオフする。続くステップ１００５では通常のＰＩＤ制御の駆動デューティ比ＤＤを算出するために、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩを通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉにしてステップ１０１４に進む。
【００６３】
ステップ１００３でスロットル弁３の開度θthがθth≧（θop−ａ）と判定した時はステップ１００６に進み、（θop−ａ）≦θth≦θopか否かを判定する。そして、（θop−ａ）≦θth≦θopと判定した時はステップ１００７に進む。ステップ１００７では第１領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１をオンにし、第２、第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ２とＳＷ３をオフする。第１領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１のオンにより、続くステップ１００８では第１領域のゲイン定数設定機能１２１が動作し、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、第１領域におけるオフセット量θth×ＫdX（Ｖ），θth×ＫpX（Ｖ），θth×ＫiX（Ｖ）が加えられてステップ１０１４に進む。
【００６４】
ステップ１００６でスロットル弁３の開度θthがθth＞θopと判定した時はステップ１００９に進み、θop＜θth≦（θop＋ｂ）か否かを判定する。そして、θop＜θth≦（θop＋ｂ）と判定した時はステップ１０１０に進む。ステップ１０１０では第２領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ２をオンにし、第１、第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１とＳＷ３をオフする。第２領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ２のオンにより、続くステップ１０１１では第２領域のゲイン定数設定機能１２２が動作し、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、第２領域におけるオフセット量θth×ＫdY（Ｖ），θth×ＫpY（Ｖ），θth×ＫiY（Ｖ）が加えられてステップ１０１４に進む。
【００６５】
ステップ１００９でスロットル弁３の開度θthがθth＞（θop＋ｂ）と判定した時はステップ１０１２に進み、第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ３をオンにし、第１、第２領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１とＳＷ２をオフする。第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ３のオンにより、続くステップ１０１３では第３領域のゲイン定数設定機能１２３が動作し、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１Ｉのゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、第３領域におけるオフセット量（θop＋ｂ）×ＫdY（Ｖ), (θop＋ｂ）×ＫpY（Ｖ), (θop＋ｂ）×ＫiY（Ｖ）が加えられてステップ１０１４に進む。
【００６６】
これらのオフセット量ＫdX（Ｖ），ＫpX（Ｖ），ＫiX（Ｖ）と、ＫdY（Ｖ），ＫpY（Ｖ），ＫiY（Ｖ）は、それぞれスロットル弁の開閉速度に応じて決まるものであり、例えば、第１領域の比例ゲインのオフセット量ＫpX（Ｖ）のスロットル弁の開閉速度Ｖに対する特性は、図２０に符号Ｘで示すようになり、第２領域の比例ゲインのオフセット量ＫpY (Ｖ）のスロットル弁の開閉速度Ｖに対する特性は、図２０に符号Ｙで示すようになる。第１と第２の領域における微分ゲインのオフセット量ＫdX（Ｖ), ＫdY（Ｖ) と積分ゲインのオフセット量ＫiX (Ｖ),ＫiY (Ｖ) の特性も図２０と同様である。
【００６７】
ステップ１０１４ではステップ１００５、ステップ１００８、ステップ１０１１、或いはステップ１０１３で算出された微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩに基づいて前述の式▲４▼を用いてＰＩＤ制御の駆動デューティ比ＤＤを算出する。そして、算出したスロットル弁３の駆動デューティ比ＤＤを、続くステップ１０１６においてスロットルモータ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。
【００６８】
図２１は、時刻ｔ０において開度αの指令値θCMが出力された場合の、指令値θCM、スロットル弁開度θth、領域別ゲイン定数変更スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフ、及び、微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩ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、時刻ｔ０以前のスロットル弁開度θthが０°（全閉）であったとし、開度αの指令値θCMが出された後のスロットル弁開度θthが、オープナ開度θopを通過して指令開度αまで開く場合を示している。
【００６９】
この図から分かるように、指令値θCMによってスロットル弁開度θthが増大し、開度θthが時刻ｔ１においてオープナ開度θopより開度ａだけ低い開度（θop−ａ）に達すると、第１領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ１がオンになり、以後の微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩは、ゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、第１領域におけるオフセット量θth×ＫdX（Ｖ），θth×ＫpX（Ｖ），θth×ＫiX（Ｖ）が加えられたものとなる。
【００７０】
続いて、スロットル弁３の開度θthが時刻ｔ２においてオープナ開度θopに達すると、第２領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ２がオンになり、以後は微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩは、ゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、第２領域におけるオフセット量θth×ＫdY（Ｖ），θth×ＫpY（Ｖ），θth×ＫiY（Ｖ）が加えられたものとなる。
【００７１】
更に、スロットル弁３の開度θthが時刻ｔ３においてオープナ開度θopより開度ｂだけ高い開度（θop＋ｂ）に達すると、第３領域のゲイン定数変更スイッチＳＷ３がオンになり、以後は微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩは、ゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉに、第３領域におけるオフセット量（θop＋ｂ）×ＫdY（Ｖ），（θop＋ｂ）×ＫpY（Ｖ），（θop＋ｂ）×ＫiY（Ｖ）が加えられたものとなる。
【００７２】
第３領域のオフセット量は、ゲインの通常値Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉにばね定数を考慮したオフセット量Ｋofが加えられた固定値であるが、第１領域と第２領域のオフセット量は、スロットル弁３の開度θthの大きさに応じて変化させてあり、図２１に符号Ｌで示すようにばね定数を考慮したオフセット量Ｋofまで除々に増大するようにしてある。スロットル弁３を駆動する駆動デューティ比ＤＤは、この微分動作機能１１１Ｄ、比例動作機能１１１Ｐ、積分動作機能１１１ＩのゲインＫＤ，ＫＰ，ＫＩの増大に応じて増大される。
【００７３】
このように本発明の第３の実施例のＰＩＤ制御によれば、スロットル弁のオープナ開度θopの前から次第にスロットル弁の駆動力を大きく変更できるため、図２１に実線ＰＩで示すようにオープナ開度前後におけるスロットル弁の駆動をスムーズにすることができる。これに対して、従来の単なるＰＩＤ制御によれば、スロットル弁を開弁駆動する際に、図２１に破線ＰＡで示すように、オープナ開度θopの前後でスロットル開度θthの開弁特性に引っ掛かりが現れ、スロットル弁がスムーズに駆動されない。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スロットル弁のオープナ開度設定機構を有する電子制御スロットル弁の制御装置において、スロットル弁がオープナ開度を越えて開く側、或いは閉じる側に駆動された時でも、スロットル弁をスムーズに開閉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】 (a) は図１の電子制御スロットルの構成図、(b) は本発明を適用する電子制御スロットルの構成図である。
【図３】 (a) は図２(b) の電子制御スロットルのオープナ開度設定機構を示す斜視図、(b) 〜(d) は(a) の機構の動作を示す図である。
【図４】図３(a) の電子制御スロットルが有する問題点を説明する特性図である。
【図５】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６】 (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７】本発明の第１の実施例の制御ブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施例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９】図８のステップ８１０の詳細な手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】スロットル弁の開度指令値と開度幅の関係を示す特性図である。
【図１１】図８の制御手順に基づくスロットル弁の開弁時のスロットル弁の開度、フィードフォワードスイッチの状態、駆動デューティ比、及び、スロットルモータ電流の変化の様子を示すタイムチャートである。
【図１２】図９の制御手順に基づくスロットル弁の閉弁時のスロットル弁の開度、フィードフォワードスイッチの状態、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１３】図８の制御手順に使用するデューティ比変更係数と、オープナ開度とスロットルセンサの開度の差、及び指令値変化量の絶対値の関係を３次元で示す特性図である。
【図１４】本発明の第２の実施例の制御ブロック図である。
【図１５】本発明の第２の実施例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１６】ＰＩＤ制御の比例ゲインのオフセット量とスロットル弁の開弁速度との関係を示す特性図である。
【図１７】図１５の制御手順に基づくスロットル弁の開弁時のスロットル弁の開度、ゲイン定数変更スイッチの状態、及び、ＰＩＤ制御のゲインの変化の様子を示すタイムチャートである。
【図１８】本発明の第３の実施例の制御ブロック図である。
【図１９】本発明の第３の実施例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２０】ＰＩＤ制御の比例ゲインのオフセット量とスロットル弁の開弁速度との関係を示す特性図である。
【図２１】図１９の制御手順に基づくスロットル弁の開弁時のスロットル弁の開度、ゲイン定数変更スイッチの状態、及び、ＰＩＤ制御のゲインの変化の様子を示すタイムチャートである。
【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（エンジン・コントロール・ユニット）
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
２２…フランジ
２３…スロットル弁の回転軸
２５…作動リング
２６…ストッパ
３１…第１の作動片
３２…第２の作動片
４０…オープナ開度設定機構
４１…第１のばね
４２…第２のばね
１１１…ＰＩＤ制御機能
１１１Ｐ…比例動作機能
１１１Ｉ…積分動作機能
１１１Ｄ…微分動作機能
１１４…フィードフォワード動作スイッチ
１１５…フィードフォワード動作機能
１１６…ゲイン定数変更スイッチ
１１７…ゲイン定数変更機能
１２１…第１領域のゲイン定数変更機能
１２２…第２領域のゲイン定数変更機能
１２３…第３領域のゲイン定数変更機能
ＳＷ１…第１領域のゲイン定数変更スイッチ
ＳＷ２…第２領域のゲイン定数変更スイッチ
ＳＷ３…第３領域のゲイン定数変更スイッチ
Claims (2)
- アクセルペダル開度とエンジンの運転条件に応じて最適なスロットル弁開度を決定し、この開度になるように前記スロットル弁をモータで開閉制御すると共に、前記モータの駆動力には、前記スロットル弁の全閉状態からオープナ開度までは前記スロットル弁を開弁方向に付勢する第１のばねの付勢力が加わり、前記オープナ開度から前記スロットル弁の全開状態までは前記スロットル弁を閉弁方向に付勢する第２のばねの付勢力と前記第１のばねの付勢力の差分が加わる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いて、
前記スロットル弁の開度が前記スロットル弁の前記オープナ開度に達したか否かを判定するオープナ開度検出手段と、
前記モータへの駆動力を変更する駆動力変更手段と、
前記スロットル弁の開閉速度毎のオフセット量を示すマップとを設け、
前記駆動力変更手段は、前記オープナ開度を境にして変化する前記第１と第２のばねのばね定数に応じて、前記モータの駆動力に前記ばね定数を考慮したオフセット量を増減すると共に、前記オフセット量を、前記スロットル弁の現在の開閉速度と、前記マップとに基づいて求め、前記モータの駆動力を修正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。 - 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、前記駆動力変更手段は、前記モータへの駆動力の変更を、ＰＩＤ制御の駆動ゲインを変更することによって行うことを特徴とする電子制御スロットル弁の制御装置。
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