JP3675610B2

JP3675610B2 - Electric throttle device

Info

Publication number: JP3675610B2
Application number: JP15580297A
Authority: JP
Inventors: 直樹岡本; 博佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2017-05-29
Also published as: JPH10331664A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用エンジン等に付設するスロットルバルブを電動モータ等のアクチュエータにより電気的に開閉制御するようにした電動式スロットル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電動式スロットル装置は、エンジンの吸気通路途中に設けられ、アクチュエータによって駆動されることにより吸入空気量が増減するスロットルバルブと、該スロットルバルブに設けられ、該スロットルバルブがディフォルト開度の位置で釣合わせる付勢手段と、車両に設けられアクセルの操作量を検出する操作量検出手段と、該操作量検出手段から検出された操作量に対応したスロットルバルブの目標開度を算出する目標開度算出手段と、スロットルバルブの弁開度を該目標開度算出手段で算出された目標開度にすべく前記アクチュエータに印加する制御信号を設定する信号設定手段とから構成されている。また、前記スロットルバルブの近傍には、該スロットルバルブの弁開度を検出する開度検出手段が設けられている。
【０００３】
ここで、前記ディフォルト開度とは、アクチュエータに制御信号が印加されていない状態で、付勢手段によりスロットルバルブが釣合って静止する位置のことを言う。また、このディフォルト開度は、スロットルバルブを若干開弁した位置に設定することにより、リンプホーム時（故障時）にエンジンに流入する空気を確保し、故障時の走行性能を確保し、走行可能な状態とする。
【０００４】
この種の電動式スロットル装置では、車両の運転者がアクセルペダルを踏込み操作すると、この操作量を操作量検出手段で検出し、スロットルバルブの開度がアクセルペダルの操作量に応じた開度となるようにアクチュエータでスロットルバルブを開閉操作し、開度検出手段からの検出信号等に基づきスロットルバルブの開度をアクセルペダルの踏込み操作量に対応させて可変にフィードバック制御する。
【０００５】
そして、エンジンの吸入空気量は、スロットルバルブの開度に応じて増減するから、このときの吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて燃料の噴射量を演算しつつ、この演算結果に対応した燃料を噴射弁からエンジンの燃焼室に向けて噴射供給する。これにより、吸入空気と燃料との空燃比が所要の空燃比となるようにエンジンの空燃比制御が行われる。
【０００６】
なお、前記スロットルバルブは回動軸を有してケーシングに回動可能に支持され、該回動軸はアクチュエータによって駆動される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術による電動式スロットル装置では、スロットルバルブの弁開度θと回動軸に加わる軸トルクＴとの関係は、図９に示すようになる。この特性からも明らかなように、ディフォルト開度θd （例えば、４度）の位置では、付勢手段の影響によって、軸トルクＴが−Ｔ2 〜＋Ｔ1 の幅で変動することになる。
【０００８】
また、アクチュエータに印加される電流値ｉと弁開度θとの関係は、図１０に示すようになり、電流値ｉが−ｉ2 〜＋ｉ1 の範囲では、弁開度θがディフォルト開度θd となって回動軸が回動しない不感帯領域が存在する。
【０００９】
このように、電流値ｉを変化させてもスロットルバルブの弁開度θが変化しないのは、前述したようにディフォルト開度θd でのトルク段差のためである。
【００１０】
このため、従来技術による電動式スロットル装置では、前述したディフォルト開度θd のトルク段差の影響から、実際の弁開度θが目標開度から大きくずれることになり、スロットルバルブの弁開度制御が低下するという問題がある。
【００１１】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明はスロットルバルブの実際の弁開度を目標開度に近づけることのできる電動式スロットル装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に用いられる電動式スロットル装置は、図１の機能ブロック図に示すように、エンジンの吸気通路１０１の途中に設けられ、アクチュエータ１０２によって駆動されることにより吸入空気量が増減するスロットルバルブ１０３と、該スロットルバルブ１０３に設けられ、該スロットルバルブ１０３をディフォルト開度の位置で釣合わせる付勢手段１０４と、車両に設けられアクセルの操作量を検出する操作量検出手段１０５と、該操作量検出手段１０５から検出された操作量に対応したスロットルバルブ１０３の目標開度を算出する目標開度算出手段１０６と、スロットルバルブ１０３の弁開度を該目標開度算出手段１０６で算出された目標開度にすべく前記アクチュエータ１０２に印加する制御信号を設定する信号設定手段１０７とから構成したことにある。
【００１３】
そして、上述した課題を解決するために、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、信号設定手段１０７を、目標開度算出手段１０６によって算出された目標開度に対応した基準信号を設定する基準信号設定手段１０８と、前記目標開度と前記スロットルバルブ１０３のディフォルト開度近傍での弁動作を補正する補正信号との関係を、前記目標開度がディフォルト開度の前の値よりも小さいときには前記補正信号を一定の負の値とし、前記目標開度がディフォルト開度の後の値よりも大きいときには前記補正信号を一定の正の値とし、前記目標開度がディフォルト開度の前後の間にあるときには前記補正信号を負の値と正の値との間で前記目標開度に対してリニアに変化させた値とする特性のデータとして記憶する記憶手段１０９と、該記憶手段１０９のデータを参照し、前記目標開度に対応して正の値、負の値、負の値と正の値との間でリニアに変化させた値のうちいずれかの値となった前記補正信号を読出す補正信号読出し手段１１０と、該補正信号読出し手段１１０により読出された前記補正信号の変化を緩やかにするフィルタ処理を施すフィルタ手段と、前記基準信号設定手段１０８により設定された前記基準信号に該フィルタ手段によってフィルタ処理された前記補正信号を加算して制御信号を演算する信号演算手段１１１とから構成したことにある。
【００１４】
このように、基準信号設定手段１０８では、目標開度に対応した基準信号を設定し、補正信号読出し手段１１０では、記憶手段１０９のデータを参照して目標開度に対応した補正信号を読出し、該補正信号の変位をフィルタ手段で緩やかにした後に、信号演算手段１１１では、この基準信号と補正信号とを加算して制御信号を演算する。即ち、信号演算手段１１１は、例えばスロットルバルブ１０３の弁開度がディフォルト開度より小さいときには、基準信号に負の補正信号を加算し、スロットルバルブ１０３の弁開度がディフォルト開度より大きいときには、基準信号に正の補正信号を加算する。また、目標開度がディフォルト開度を跨いで動作するときには、前記負の補正信号から正の補正信号にリニアに変化する補正信号を加算する。これにより、スロットルバルブ１０３がディフォルト開度近傍で動作するときの目標開度に対する動作遅れを低減し、実際の弁開度を目標開度に近づけることができる。
【００１５】
このように、記憶手段１０９に記憶された目標開度と補正信号との関係を示すデータを、目標開度がディフォルト開度よりも小さいときには補正信号を一定の負の値とし、目標開度がディフォルト開度よりも大きいときには補正信号を一定の正の値とし、そして目標開度がディフォルト開度の前後にあるときには補正信号を負の値から正の値にリニアに変化する特性から構成することにより、信号設定手段１０７から出力される制御信号には、ディフォルト開度の前後で基準信号に負から正にリニアに変化する補正信号が加算されるから、目標開度がディフォルト開度近傍であっても、アクセルの操作量に対応させたスロットルバルブ１０３の弁開度に設定することができる。
【００１６】
また、補正信号読出し手段１１０の後段には、補正信号の変位を緩やかにするフィルタ手段を設けることにより、補正信号がリニアに変化する領域で目標開度が微小に変化（例えば、０．０５ deg ）した場合でも、フィルタ手段により補正信号の変位を緩やかにすることができ、補正信号のステップ的な変化によるスロットルバルブ１０３の振動を抑えることができる。
【００１７】
請求項２の発明は、前記スロットルバルブ１０３を回動軸を介してケーシングに回動可能に支持し、前記付勢手段１０４を該回動軸のトルクが零となる位置をディフォルト開度として釣合わせる構成としている。
【００１８】
このように、アクチュエータ１０２で回動軸を回動させることにより、付勢手段１０４によってディフォルト開度で釣合わせたスロットルバルブ１０３の弁開度を調整することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を、図２ないし図８を参照しつつ、詳細に説明する。
【００２０】
ここで、図２ないし図８に基づいて、本発明による第１の実施例にかかる電動式スロットル装置について説明する。
【００２１】
１は吸気通路を構成すると共に後述するスロットルチャンバ２のケーシングをなす吸気管を示し、該吸気管１は車両に搭載されるエンジンの吸気側（いずれも図示せず）に接続され、吸入空気をエンジンの燃料室側に向けて流通させる。また、吸気管１の先端側にはエンジンの燃焼室内に向けて燃料を噴射する噴射弁（図示せず）が設けられ、噴射弁から噴射される燃料は燃焼室内で吸入空気と混合して混合気を形成する。さらに、エンジン本体の燃焼室内には点火プラグ（図示せず）が設けられ、該点火プラグは燃焼室内の混合気に点火を行い混合気を燃焼させるものである。
【００２２】
２は吸気管１の途中に設けられたスロットルチャンバで、該スロットルチャンバ２は電動式スロットル装置の動作部をなし、該スロットルチャンバ２には、前記吸気管１内の流通面積を変化させるべく、該吸気管１に回動可能に支持された回動軸３に固着されたバタフライ式のスロットル弁体４（スロットルバルブ）が設けられている。
【００２３】
５は電動モータ等により構成されたアクチュエータを示し、該アクチュエータ５はスロットル弁体４を開閉動作させるもので、該アクチュエータ５は後述のコントロールユニット１３から出力される制御信号を受けて、回動軸３を回動させるもので、スロットル弁体４の弁開度θに応じて吸気管１内を流通する吸入空気量を増減させるものである。
【００２４】
６はスロットル弁体４を閉弁方向に付勢する閉弁ばね、７はスロットル弁体４を開弁方向に付勢する開弁ばねで、該閉弁ばね６と開弁ばね７は本実施例による付勢手段をなし、該ばね６，７の一端側は回動軸３に取付けられたスロットルレバー８に係止されている。また、該閉弁ばね６と開弁ばね７から作用するそれぞれのばね力により、スロットル弁体４は吸気管１を若干開弁した位置（以下、ディフォルト開度θd という）で静止する。この際、このディフォルト開度θd は、リンプホーム時（故障時）に走行性能が確保できる（即ち、エンジン出力が確保できる）流入空気量になるようなスロットル開度として設定される。
【００２５】
９はアクセルペダル１０の踏込み操作量αを検出する操作量検出手段としてのアクセルセンサで、該アクセルセンサ９はアクセルペダル１０にワイヤ１１等を介して連結された回転ドラム１２を有し、該回転ドラム１２の回動角（回転角）を操作量αとして検出するものである。
【００２６】
１３はマイクロコンピュータ等からなるコントロールユニットを示し、該コントロールユニット１３の入力側にはエアフローメータ、水温センサ（いずれも図示せず）、アクセルセンサ９等が接続され、出力側には噴射弁、点火装置（いずれも図示せず）、アクチュエータ５等に接続されている。そして、コントロールユニット１３の記憶装置１３Ａ内には、図３に示すスロットルバルブの弁開度制御プログラム等を格納し、噴射弁の噴射量制御処理、点火プラグの点火時期制御処理等を行うようになっている。
【００２７】
また、コントロールユニット１３の記憶装置１３Ａの記憶エリアには、図４の特性マップ１４が予めデータとして記憶されると共に、アクセルペダル１０の目標開度βと基準電流ｉa との関係について、ＰＩＤ制御に必要なアルゴリズムからなる下記数１に示す制御式が記憶されている。
【００２８】
【数１】

【００２９】
ここで、上記数１は、目標開度βと対応した制御信号となる電流値ｉの基準電流値ｉa を演算するもので、この基準電流値ｉa をアクチュエータ５に印加することにより、スロットル弁体４の弁開度θを目標開度βにほぼ近い値に設定することができる。
【００３０】
また、図４に示す特性マップ１４は、開度偏差γと補正電流値ｉb との関係をデータとして記憶した本実施例による記憶手段を構成するもので、該特性マップ１４は、スロットル弁体４の弁動作を補正するための補正電流値ｉb を設定するものである。この特性マップ１４は、目標開度βがディフォルト開度θd よりも小さいときには−ｉb2の値を補正電流値ｉb として設定し、目標開度βがディフォルト開度θd よりも大きいときには＋ｉb1の値を補正電流値ｉb として設定する。さらに、ディフォルト開度θd の前後（−γ0 〜＋γ0 の範囲、例えばγ0 ＝１度）では、座標（−γ0 ，−ｉb2）、（０，０）、（γ0 ，ｉb1）の３点を通過したリニアに変化する値を補正電流値ｉb として設定する。
【００３１】
本実施例による電動式スロットル装置は、上述の如き構成を有するもので、次に、コントロールユニット１３によるスロットルバルブの弁開度制御処理について、図３の弁開度制御プログラムと、図４の特性マップ１４に基づいて説明する。
【００３２】
まず、処理動作がスタートすると、ステップ１でアクセルセンサ９からアクセルペダル１０の操作量αを読込み、ステップ２では、操作量αからスロットル弁体４の目標開度βを算出する。
【００３３】
ステップ３では、数１に示す制御式から目標開度βに対応した基準電流値ｉa を演算し、ステップ４では、下記の数２により、目標開度βとディフォルト開度θd との差として開度偏差γを演算する。
【００３４】
【数２】

【００３５】
次に、ステップ５では、特性マップ１４から開度偏差γに対応した補正電流値ｉb を読出し、ステップ６では読出された補正電流値ｉ b に対してローパスフィルタ処理を施す。ここで、本実施例によるローパスフィルタ（ディジタルフィルタ）のカットオフ周波数は、例えば２５Ｈ z に設定されている。
【００３６】
これにより、図７に示す補正電流値ｉ b は、図８に示す補正電流値ｉ b ′に変更され、段差が円弧に変形される。
【００３７】
さらに、ステップ７では、アクチュエータ５に印加される電流値ｉを前記基準電流値ｉ a に補正電流値ｉ b ′を加算した値に設定する。そして、ステップ８では、ステップ７で演算された電流値ｉをアクチュエータ５に出力する。
【００３８】
次に、図５と図６を参照しつつ、本実施例の電動式スロットル装置による目標開度βに対する実際の弁開度について述べる。
【００３９】
ここで、図５中の弁開度θは本実施例による電動式スロットル装置によって得られた実際のスロットル弁体４の動作を示したものであり、弁開度θ′は従来技術による電動式スロットル装置によって得られた実際のスロットル弁体４の動作を示したもので、この弁開度θ′は本実施例による基準電流値ｉa を電流値ｉとした補正電流値ｉb を加算演算する前のスロットル弁体４の動作と一致する。
【００４０】
このように、図５の弁開度θとθ′とを比べても明らかなように、本実施例による電動式スロットル装置では、スロットル弁体４がディフォルト開度θd を跨いで動作するときに、弁開度θのディフォルト開度θd 近傍における弁動作の遅れを補正でき、実際の弁開度θを目標開度βに近づけることができる。
【００４１】
また、図６は図５中の開度誤差を示したもので、開度誤差Δθは目標開度βから本実施例の弁開度θを減算したもの、開度誤差Δθ′は目標開度βから従来技術の弁開度θ′を減算したものである。この図６からも明なかように、本実施例では開度誤差Δθ（目標開度β−実際の開度θ）も低減することができる。
【００４２】
即ち、本実施例による電動式スロットル装置では、操作量αから目標開度βを算出し、弁開度がこの目標開度βとなるように、基準電流値ｉa で弁開度θのおおよその動作を制御し、補正電流値ｉb でディフォルト開度θd でのトルク段差による軸負荷の非線形性を補正する制御を行う。特に、ディフォルト開度θd 近傍でスロットル弁体４を作動させるときには、補正電流値ｉb を−ｉb2から＋ｉb1の間でリニアに変化させる値により設定する。
【００４３】
従って、図５と図６からも明らかなように、補正電流値ｉb を特性マップ１４のデータによって設定するようにしたから、ディフォルト開度θd 近傍でスロットル弁体４が弁動作するときであっても、実際の弁開度θを目標開度βに近づけることができ、正確な弁動作を行うことができる。
【００４４】
また、補正電流値ｉb を読出すために、目標開度βからディフォルト開度θd を減算した開度偏差γを用いることにより、補正電流値ｉb の正負を正確に判定することができる。
【００４５】
さらに、補正電流値ｉb は、目標開度βがディフォルト開度θd の前後で、ディフォルト開度θd に近づくにつれてその値を小さくし、ディフォルト開度θd から遠ざかるにつれてその値を大きくしているから、スロットル弁体４の弁動作がディフォルト開度θd を跨ぐ際に、急激な電流変化によりスロットル弁体４がハンチング現象を起こすのを防止することができる。
【００４６】
この結果、本実施例による電動式スロットル装置では、スロットル弁体４の実際の弁開度θを、アクセルペダル１０の操作量αに近づけることができ、ディフォルト開度θd 近傍における応答性を高めることができる。
【００４７】
また、本実施例では、図３に示すステップ５で補正電流値ｉ b （図７参照）を読出した後に、ステップ６でローパスフィルタ処理を行って補正電流値ｉ b ′（図８参照）とし、この補正電流値ｉ b ′に基準電流値ｉ a を加算した電流値ｉをアクチュエータに印加する構成としている。
【００４８】
ここで、図７中の符号２１は補正前特性を示し、この補正前特性２１は、スロットル弁体４の目標開度βがディフォルト開度θ d 近傍であるときに、目標開度βが数秒（例えば、２秒）間同じ位置である状態から、ステップ的に微小変化した場合に、補正電流値ｉ b が−ｉ b2 から＋ｉ b1 の間でリニアに変化するときの特性を表わし、この補正前特性２１は補正電流値ｉ b が階段状となっている。このため、ディフォルト開度θ d の近傍で、あるタイミングで目標開度βが微小ステップ的に変化した場合には、補正電流値ｉ b もステップ的に変化し、弁開度θがオーバーシュート（または、アンダーシュート）を起こすことになる。
【００４９】
そこで、図３中のステップ６では、ステップ５で読込んだ補正電流値ｉ b にディジタルフィルタ処理を施すことにより、図７の補正前特性２１のような階段状の特性が、図８に示すような段差のなくなった補正後特性２２となる。これにより、スロットル弁体４の弁開度θを、アクセルペダル１０の操作量αに近づけることができ、応答性を高めることができる。
【００５０】
しかも、本実施例では、図８に示す如く、補正電流値ｉ b ′を段差のなくなった補正後特性２２としたから、ディフォルト開度θ d 近傍で目標開度βを微小に変化させた場合でも、補正電流値ｉ b のステップ的な変化によるオーバーシュート（または、アンダーシュート）を抑制でき、電動式スロットル装置の信頼性を高めることができる。
【００５１】
なお、前記実施例では、図３中のステップ１とステップ２が目標開度算出手段の具体例であり、ステップ３が基準信号設定手段の具体例であり、ステップ５が補正信号読出し手段の具体例であり、ステップ６がフィルタ手段の具体例であり、ステップ７が信号演算手段の具体例である。
【００５２】
また、ステップ４で開度偏差γを算出して、該開度偏差γから補正電流値ｉb を読出すようにしたが、本発明はこれに限らず、開度偏差γを求めずに、目標開度βによって補正電流値ｉb を算出してもよく、この場合には、特性マップ１４の横軸を目標開度βに変更し、該目標開度βと補正電流値ｉb との関係を示す特性マップを作成しておけばよい。
【００５３】
また、前記実施例では、回動軸３によってスロットル弁体４を回動支持するようにしたが、本発明はこれに限らず、アクチュエータ５にリンク機構またはステー等を介してスロットル弁体４を支持してもよいことは勿論である。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１の本発明によれば、基準信号設定手段では、目標開度に対応した基準信号を設定し、補正信号読出し手段では、目標開度と補正信号との関係をデータとして記憶した記憶手段を参照して目標開度に対応した補正信号を読出し、該補正信号の変位をフィルタ手段で緩やかにした後に、信号演算手段では、この基準信号と補正信号とを加算して制御信号を算出し、該制御信号をアクチュエータに印加する構成とした。ここで、補正信号読出し手段により設定される補正信号は、例えば、目標開度がディフォルト開度よりも小さいときには負の一定の値に設定し、ディフォルト開度よりも大きいときには正の一定の値に設定し、目標開度がディフォルト開度を跨いで動作するときには、前記負の一定の値から正の一定の値の間をリニアに変化する値に設定される。
【００５５】
これにより、目標開度がディフォルト開度を跨いで動作するときの目標開度に対する動作遅れを低減し、実際の弁開度を目標開度に近づけることができ、アクセルの操作量に対する弁開度の応答性を高めることができる。
【００５６】
このように、記憶手段に記憶された目標開度と補正信号との関係のデータを、目標開度がディフォルト開度よりも小さいときには補正信号を一定の負の値とし、目標開度がディフォルト開度よりも大きいときには補正信号を一定の正の値とし、目標開度がディフォルト開度の前後にあるときには補正信号を負の値から正の値にリニアに変化する特性により構成したから、目標開度がディフォルト開度近傍であっても、操作量に対応した弁開度に設定することができる。
【００５７】
また、補正信号読出し手段の後段には、補正信号の変位を緩やかにするフィルタ手段を設ける構成としたので、該補正信号を緩やかにすることができ、ディフォルト開度近傍において目標開度が微小に変化した際の補正信号のステップ的な変化によるスロットルバルブのオーバーシュート（または、アンダーシュート）の発生を抑制することができる。
【００５８】
請求項２の発明は、スロットルバルブを回動軸を介してケーシングに回動可能に支持し、付勢手段を該回動軸のトルクが零となる位置をディフォルト開度として釣合わせる構成としたから、アクチュエータで回動軸を回動させることにより、付勢手段によってディフォルト開度で釣合わせたスロットルバルブの弁開度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電動式スロットル装置を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施例による電動式スロットル装置を示す全体構成図である。
【図３】図２中のコントロールユニットによるスロットルバルブの弁開度制御を示す流れ図である。
【図４】開度偏差と補正電流値との関係を特性マップとして示す説明図である。
【図５】目標開度の時間変化、第１の実施例による弁開度の時間変化、従来技術による弁開度の時間変化をそれぞれ示す特性線図である。
【図６】本発明の実施例による弁開度と目標開度との間の開度誤差、従来技術による弁開度と目標開度との間の開度誤差を示す特性線図である。
【図７】フィルタ処理を施す前の開度偏差と補正電流値との関係を示す特性線図である。
【図８】フィルタ処理を施した後の開度偏差と補正電流値との関係を示す特性線図である。
【図９】従来技術によるスロットルバルブの弁開度とアクチュエータの回動軸に加わる軸トルクとの関係を示す特性線図である。
【図１０】アクチュエータに印加される電流値と弁開度との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
１吸気管（吸気通路）
２スロットルチャンバ
３回動軸
４スロットル弁体（スロットルバルブ）
５アクチュエータ
６閉弁ばね（付勢手段）
７開弁ばね（付勢手段）
９アクセルセンサ
１０アクセルペダル
１３コントロールユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric throttle device in which, for example, a throttle valve attached to an automobile engine or the like is electrically controlled to be opened and closed by an actuator such as an electric motor.
[0002]
[Prior art]
In general, an electric throttle device is provided in the middle of an intake passage of an engine, and is provided with a throttle valve that increases or decreases an intake air amount when driven by an actuator, and the throttle valve is positioned at a default opening degree. Urging means that balances the engine, an operation amount detection means that detects the operation amount of the accelerator provided on the vehicle, and a target opening that calculates the target opening of the throttle valve corresponding to the operation amount detected from the operation amount detection means. Degree calculating means and signal setting means for setting a control signal to be applied to the actuator so that the valve opening degree of the throttle valve becomes the target opening degree calculated by the target opening degree calculating means. An opening degree detecting means for detecting the opening degree of the throttle valve is provided in the vicinity of the throttle valve.
[0003]
Here, the default opening means a position where the throttle valve is balanced and stopped by the biasing means in a state where no control signal is applied to the actuator. The default opening is set to a position where the throttle valve is slightly opened, so that the air flowing into the engine at the time of limp home (failure) is secured, driving performance is ensured at the time of failure. State.
[0004]
In this type of electric throttle device, when the driver of the vehicle depresses the accelerator pedal, the operation amount is detected by the operation amount detection means, and the opening degree of the throttle valve is determined according to the operation amount of the accelerator pedal. Thus, the throttle valve is opened and closed by the actuator, and the throttle valve opening is variably feedback-controlled in accordance with the amount of depression of the accelerator pedal based on the detection signal from the opening detection means.
[0005]
Since the intake air amount of the engine increases or decreases according to the opening of the throttle valve, the fuel injection amount is calculated based on the intake air amount and the engine speed at this time, and the calculation result corresponds to this calculation result. Fuel is injected and supplied from the injection valve toward the combustion chamber of the engine. Thus, the air-fuel ratio control of the engine is performed so that the air-fuel ratio between the intake air and the fuel becomes a required air-fuel ratio.
[0006]
The throttle valve has a rotating shaft and is rotatably supported by the casing, and the rotating shaft is driven by an actuator.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the electric throttle device according to the prior art described above, the relationship between the valve opening θ of the throttle valve and the shaft torque T applied to the rotating shaft is as shown in FIG . As is apparent from this characteristic, at the position of the default opening θd (for example, 4 degrees), the shaft torque T varies within the range of −T2 to + T1 due to the influence of the urging means.
[0008]
Further, the relationship between the current value i applied to the actuator and the valve opening θ is as shown in FIG. 10 , and when the current value i is in the range of −i2 to + i1, the valve opening θ is the default opening θd. Thus, there is a dead zone where the rotation axis does not rotate.
[0009]
Thus, the valve opening θ of the throttle valve does not change even when the current value i is changed, because of the torque step at the default opening θd as described above.
[0010]
For this reason, in the electric throttle device according to the prior art, the actual valve opening θ greatly deviates from the target opening due to the influence of the torque step of the default opening θd described above, and the valve opening control of the throttle valve is not performed. There is a problem of lowering.
[0011]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an electric throttle device that can bring the actual valve opening of the throttle valve close to the target opening.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
As shown in the functional block diagram of FIG. 1, the electric throttle device used in the present invention is provided in the middle of the intake passage 101 of the engine, and is driven by an actuator 102 to increase or decrease the intake air amount. And an urging means 104 provided in the throttle valve 103 for balancing the throttle valve 103 at the position of the default opening, an operation amount detection means 105 provided in the vehicle for detecting the operation amount of the accelerator, and the operation amount Target opening degree calculating means 106 for calculating the target opening degree of the throttle valve 103 corresponding to the operation amount detected from the detecting means 105, and the target opening degree calculated by the target opening degree calculating means 106 for the valve opening degree of the throttle valve 103. Signal setting means 107 for setting a control signal to be applied to the actuator 102 so as to have an opening degree; Lies in the al configuration.
[0013]
In order to solve the above-described problem, the feature of the configuration adopted by the invention of claim 1 is that the signal setting means 107 sets a reference signal corresponding to the target opening calculated by the target opening calculation means 106. the reference signal setting means 108 for, the relationship between the correction signal for correcting the valve operation in the default opening degree near the target opening and the

throttle valve

103, than the previous value of the target opening degree is the default opening When it is small, the correction signal is a constant negative value, when the target opening is larger than the value after the default opening, the correction signal is a constant positive value, and the target opening is before and after the default opening. a storage means 109 for storing the data characteristics to a value which is varied linearly with respect to the target opening between said correction signal to negative values and positive values when it is between,該記Referring to the data of the unit 109, a positive value corresponding to the target opening, became one of the values of the negative values, the values linearly varied between negative and positive values The correction signal reading unit 110 that reads the correction signal, the filter unit that performs a filtering process that moderates the change of the correction signal read by the correction signal reading unit 110, and the reference signal setting unit 108 lies in the configuration of the signal calculation means 111. for calculating a control signal by adding said correction signal is filtered by the filter means to the reference signal.
[0014]
Thus, the reference signal setting means 108 sets a reference signal corresponding to the target opening, and the correction signal reading means 110 reads the correction signal corresponding to the target opening with reference to the data in the storage means 109, After the displacement of the correction signal is moderated by the filter means, the signal calculation means 111 adds the reference signal and the correction signal to calculate the control signal. That is, the signal calculation means 111, when the valve opening of the slot Rubarubu 103 is smaller than the default opening degree For example adds a negative correction signal to the reference signal, the valve opening degree of the throttle valve 103 is larger than the default opening degree Sometimes, a positive correction signal is added to the reference signal. Further, when the target opening operates across the default opening, a correction signal that linearly changes from the negative correction signal to the positive correction signal is added. Thereby, the operation delay with respect to the target opening when the throttle valve 103 operates near the default opening can be reduced, and the actual valve opening can be brought close to the target opening.
[0015]
In this way, the data indicating the relationship between the target opening and the correction signal stored in the storage means 109 is set such that when the target opening is smaller than the default opening, the correction signal is a constant negative value, and the target opening is The correction signal shall be a constant positive value when it is larger than the default opening, and when the target opening is before or after the default opening, the correction signal shall be composed of a characteristic that linearly changes from a negative value to a positive value. Thus, the control signal output from the signal setting means 107 is added with a correction signal that linearly changes from negative to positive before and after the default opening, so that the target opening is near the default opening. even, Ru can be set to the valve opening degree of the throttle valve 103 to correspond to the operation amount of the accelerator.
[0016]
Further , by providing a filter means for gradual displacement of the correction signal at the subsequent stage of the correction signal reading means 110 , the target opening slightly changes (for example, 0.05 deg) in the region where the correction signal changes linearly. ), The displacement of the correction signal can be moderated by the filter means, and the vibration of the throttle valve 103 due to the stepwise change of the correction signal can be suppressed.
[0017]
The invention of claim 2, the throttle valve 103 and through the pivot shaft is supported rotatably on the casing, the position where the biasing means 104 torque pivot shaft becomes zero as default opening It is configured to balance.
[0018]
Thus, by rotating the rotation shaft by the actuator 102, the valve opening of the throttle valve 103 balanced by the default opening can be adjusted by the biasing means 104.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS . 2 to 8 .
[0020]
Here, based on FIG . 2 thru | or FIG. 8 , the electrically driven throttle apparatus concerning the 1st Example by this invention is demonstrated.
[0021]
Reference numeral 1 denotes an intake pipe which forms an intake passage and forms a casing of a throttle chamber 2 which will be described later. The intake pipe 1 is connected to an intake side (none of which is shown) of an engine mounted on a vehicle, Distribute towards the fuel chamber side of the engine. Further, an injection valve (not shown) for injecting fuel into the combustion chamber of the engine is provided at the front end side of the intake pipe 1, and the fuel injected from the injection valve is mixed and mixed with intake air in the combustion chamber. Form a mind. Further, an ignition plug (not shown) is provided in the combustion chamber of the engine body, and the ignition plug ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber to burn the air-fuel mixture.
[0022]
2 is a throttle chamber provided in the middle of the intake pipe 1, the throttle chamber 2 constitutes an operating part of an electric throttle device, and the throttle chamber 2 has a flow area in the intake pipe 1 to be changed, throttle valve body 4 rotatably supported anchored butterfly the rotation shaft 3 (throttle valve) are found provided on the intake pipe 1.
[0023]
Reference numeral 5 denotes an actuator constituted by an electric motor or the like. The actuator 5 opens and closes the throttle valve body 4, and the actuator 5 receives a control signal output from a control unit 13 described later, 3, the amount of intake air flowing through the intake pipe 1 is increased or decreased according to the valve opening θ of the throttle valve body 4.
[0024]
6 is a valve closing spring that urges the throttle valve body 4 in the valve closing direction, 7 is a valve opening spring that urges the throttle valve body 4 in the valve opening direction, and the valve closing spring 6 and the valve opening spring 7 are implemented in this embodiment. The biasing means according to the example is formed, and one end sides of the springs 6 and 7 are locked to a throttle lever 8 attached to the rotating shaft 3. Further, due to the respective spring forces acting from the valve closing spring 6 and the valve opening spring 7, the throttle valve body 4 stops at a position where the intake pipe 1 is slightly opened (hereinafter referred to as default opening degree θd). At this time, the default opening degree θd is set as a throttle opening degree so as to obtain an inflow air amount that can ensure traveling performance (that is, engine power can be secured) at the time of limp home.
[0025]
Reference numeral 9 denotes an accelerator sensor as an operation amount detecting means for detecting a depression operation amount α of the accelerator pedal 10, and the accelerator sensor 9 includes a rotating drum 12 connected to the accelerator pedal 10 via a wire 11 or the like, The rotation angle (rotation angle) of the drum 12 is detected as the operation amount α.
[0026]
Reference numeral 13 denotes a control unit composed of a microcomputer or the like. An air flow meter, a water temperature sensor (none of them are shown), an accelerator sensor 9 and the like are connected to the input side of the control unit 13, and an injection valve and ignition are connected to the output side It is connected to a device (both not shown), an actuator 5 and the like. Then, in the storage device 13A of the control unit 13 stores the valve opening control program of the throttle valve shown in FIG. 3, the injection amount control process of the injection valve, to perform the ignition timing control process and the like of the spark plug It has become.
[0027]
4 is stored in advance as data in the storage area of the storage device 13A of the control unit 13, and the relationship between the target opening β of the accelerator pedal 10 and the reference current ia is used for PID control. A control expression shown in the following equation 1 including a necessary algorithm is stored.
[0028]
[Expression 1]

[0029]
Here, the above equation 1 calculates the reference current value ia of the current value i that becomes a control signal corresponding to the target opening β, and the throttle valve body is obtained by applying this reference current value ia to the actuator 5. 4 can be set to a value substantially close to the target opening β.
[0030]
Further, the characteristic map 14 shown in FIG. 4 constitutes storage means according to this embodiment in which the relationship between the opening deviation γ and the correction current value ib is stored as data, and the characteristic map 14 is the throttle valve body 4. The correction current value ib for correcting the valve operation is set. This characteristic map 14 sets the value -ib2 as the correction current value ib when the target opening β is smaller than the default opening θd, and corrects the value + ib1 when the target opening β is larger than the default opening θd. Set as current value ib. Further, before and after the default opening θd (in the range of −γ0 to + γ0, for example, γ0 = 1 degree), the coordinates (−γ0, −ib2), (0, 0), (γ0, ib1) passed through three points. A linearly changing value is set as the correction current value ib.
[0031]
The electric throttle device according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, regarding the valve opening degree control processing of the throttle valve by the control unit 13, the valve opening degree control program of FIG. 3 and the characteristics of FIG. A description will be given based on the map 14.
[0032]
First, when the processing operation starts, the operation amount α of the accelerator pedal 10 is read from the accelerator sensor 9 in step 1, and the target opening β of the throttle valve body 4 is calculated from the operation amount α in step 2.
[0033]
In step 3, the reference current value ia corresponding to the target opening β is calculated from the control equation shown in equation 1, and in step 4, the difference between the target opening β and the default opening θd is calculated by the following equation 2. The degree deviation γ is calculated.
[0034]
[Expression 2]

[0035]
Next, in step 5, reads the correction current value ib corresponding from the characteristic map 14 in opening deviation gamma, a low-pass filter processing on the corrected current value i b read out in step 6 is subjected. Here, the cutoff frequency of the low-pass filter according to the present embodiment (digital filter) is set to, for example, 25H z.
[0036]
Accordingly, the correction current value i b shown in FIG. 7 is changed to the correction current value i b ′ shown in FIG. 8, and the step is deformed into an arc.
[0037]
Further, in step 7, the current value i applied to the actuator 5 is set to a value obtained by adding the correction current value i b ′ to the reference current value i a . In step 8, the current value i calculated in step 7 is output to the actuator 5.
[0038]
Next, an actual valve opening degree with respect to the target opening degree β by the electric throttle device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
[0039]
Here, the valve opening degree θ in FIG. 5 shows the actual operation of the throttle valve body 4 obtained by the electric throttle device according to the present embodiment, and the valve opening degree θ ′ is an electric type according to the prior art. The actual operation of the throttle valve body 4 obtained by the throttle device is shown. This valve opening θ ′ is obtained by adding the correction current value ib with the reference current value ia as the current value i according to this embodiment to the addition calculation. This corresponds to the operation of the throttle valve body 4.
[0040]
As can be seen from the comparison between the valve openings θ and θ ′ shown in FIG. 5, the electric throttle device according to the present embodiment can be used when the throttle valve body 4 operates across the default opening θd. Therefore, the delay of the valve operation in the vicinity of the default opening θd of the valve opening θ can be corrected, and the actual valve opening θ can be brought close to the target opening β.
[0041]
6 shows the opening error in FIG. 5. The opening error Δθ is a value obtained by subtracting the valve opening θ of the present embodiment from the target opening β, and the opening error Δθ ′ is the target opening. is obtained by subtracting the valve opening angle θ ′ of the prior art from β. As is clear from FIG. 6, in this embodiment, the opening degree error Δθ (target opening degree β−actual opening degree θ) can also be reduced.
[0042]
That is, in the electric throttle device according to this embodiment, the target opening β is calculated from the operation amount α, and the approximate value of the valve opening θ is set at the reference current value ia so that the valve opening becomes the target opening β. The operation is controlled to correct the nonlinearity of the shaft load due to the torque step at the default opening θd with the correction current value ib. In particular, when the throttle valve body 4 is operated in the vicinity of the default opening θd, the correction current value ib is set to a value that linearly changes between -ib2 and + ib1.
[0043]
Accordingly, as apparent from FIGS. 5 and 6, since the correction current value ib is set by the data of the characteristic map 14, the throttle valve body 4 is operated in the vicinity of the default opening θd. However, the actual valve opening degree θ can be brought close to the target opening degree β, and an accurate valve operation can be performed.
[0044]
Further, by using an opening deviation γ obtained by subtracting the default opening θd from the target opening β in order to read the corrected current value ib, it is possible to accurately determine whether the correction current value ib is positive or negative.
[0045]
Further, the correction current value ib is decreased as the target opening β is around the default opening θd, approaches the default opening θd, and increases as the distance from the default opening θd increases. When the valve operation of the throttle valve body 4 exceeds the default opening θd, it is possible to prevent the throttle valve body 4 from causing a hunting phenomenon due to a rapid current change.
[0046]
As a result, in the electric throttle device according to the present embodiment, the actual valve opening θ of the throttle valve body 4 can be brought close to the operation amount α of the accelerator pedal 10, and the responsiveness in the vicinity of the default opening θd can be improved. Can do.
[0047]
In this embodiment , after reading the correction current value i b (see FIG. 7) in step 5 shown in FIG. 3 , low-pass filter processing is performed in step 6 to obtain a correction current value i b ′ (see FIG. 8). The current value i obtained by adding the reference current value i a to the correction current value i b ′ is applied to the actuator.
[0048]
Here, reference numeral 21 in FIG. 7 indicates a pre-correction characteristic. This pre-correction characteristic 21 indicates that the target opening β is several seconds when the target opening β of the throttle valve body 4 is close to the default opening θ d. This represents the characteristic when the correction current value i b changes linearly between −i b2 and + i b1 when a slight change is made stepwise from the same position (for example, 2 seconds). In the front characteristic 21, the correction current value i b is stepped. For this reason, when the target opening β changes in a minute step at a certain timing in the vicinity of the default opening θ d , the correction current value i b also changes in steps, and the valve opening θ overshoots ( Or undershoot) will occur.
[0049]
Therefore, in step 6 in FIG. 3, by applying digital filter processing to the correction current value i b read in step 5, a step-like characteristic such as the pre-correction characteristic 21 in FIG. 7 is shown in FIG. Such a corrected characteristic 22 with no level difference is obtained. Thereby, the valve opening degree θ of the throttle valve body 4 can be brought close to the operation amount α of the accelerator pedal 10, and the responsiveness can be improved.
[0050]
In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 8, the corrected current value i b ′ is the corrected characteristic 22 having no step, and therefore the target opening β is slightly changed in the vicinity of the default opening θ d. But step overshoot due to the change in the correction current i b (or undershoot) can be suppressed, it is possible to improve the reliability of the electric throttle apparatus.
[0051]
In the above embodiment, Step 1 and Step 2 in FIG. 3 are specific examples of the target opening calculation means, Step 3 is a specific example of the reference signal setting means, and Step 5 is a specific example of the correction signal reading means. Step 6 is a specific example of the filter means, and step 7 is a specific example of the signal calculation means.
[0052]
Further, the opening deviation γ is calculated in step 4 and the corrected current value ib is read from the opening deviation γ. However, the present invention is not limited to this, and the target deviation without obtaining the opening deviation γ can be obtained. The correction current value ib may be calculated from the opening β. In this case, the horizontal axis of the characteristic map 14 is changed to the target opening β, and the relationship between the target opening β and the correction current value ib is shown. Create a characteristic map.
[0053]
The front in you施例, although the throttle valve body 4 so as to rotate supported by the pivot shaft 3, the present invention is not limited to this, the actuator 5 via a link mechanism or stay like throttling valve Of course, the body 4 may be supported.
[0054]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the first aspect of the present invention, the reference signal setting means sets the reference signal corresponding to the target opening, and the correction signal reading means determines the relationship between the target opening and the correction signal. A correction signal corresponding to the target opening is read with reference to the storage means stored as data, and after the displacement of the correction signal is moderated by the filter means, the signal calculation means adds the reference signal and the correction signal. Thus, the control signal is calculated, and the control signal is applied to the actuator. Here, the correction signal set by the correction signal reading means is set to a negative constant value when the target opening is smaller than the default opening, for example, and is set to a positive constant value when the target opening is larger than the default opening. When the target opening degree operates across the default opening degree, a value that linearly changes between the negative constant value and the positive constant value is set.
[0055]
As a result, the operation delay with respect to the target opening when the target opening operates across the default opening can be reduced, the actual valve opening can be brought close to the target opening, and the valve opening with respect to the accelerator operation amount Can increase the responsiveness.
[0056]
As described above, when the target opening is smaller than the default opening, the correction signal is set to a constant negative value when the target opening is stored in the storage means, and the target opening is the default opening. When the target opening is around the default opening, the correction signal has a characteristic that linearly changes from a negative value to a positive value when the target opening is around the default opening. Even when the degree is close to the default opening, the valve opening corresponding to the operation amount can be set.
[0057]
Further , since the filter means for gradual displacement of the correction signal is provided at the subsequent stage of the correction signal reading means, the correction signal can be made gradual, and the target opening is very small in the vicinity of the default opening. It is possible to suppress the occurrence of overshoot (or undershoot) of the throttle valve due to the stepwise change of the correction signal when changed.
[0058]
A second aspect of the present invention, a configuration to balance the throttle valve and via the pivot shaft pivotally supported in the casing, the position where the biasing means torque of pivot shaft becomes zero as default opening Therefore, the opening degree of the throttle valve balanced by the default opening degree can be adjusted by the biasing means by turning the turning shaft by the actuator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing an electric throttle device according to the present invention.
FIG. 2 is an overall configuration diagram showing an electric throttle device according to an embodiment of the present invention .
3 is a flowchart showing valve opening control of a throttle valve by a control unit in FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between an opening degree deviation and a correction current value as a characteristic map.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a change over time in target opening, a change over time in valve opening according to the first embodiment, and a change over time in valve opening according to the prior art.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing an opening error between the valve opening and the target opening according to an embodiment of the present invention , and an opening error between the valve opening and the target opening according to the prior art.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between an opening degree deviation before correction processing and a correction current value.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the opening deviation after the filter processing and the correction current value.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the valve opening of a throttle valve according to the prior art and the shaft torque applied to the rotating shaft of the actuator.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the value of current applied to the actuator and the valve opening.
[Explanation of symbols]
1 Intake pipe (intake passage)
2 Throttle chamber 3 Rotating shaft 4 Throttle valve body (throttle valve)
5 Actuator 6 Valve closing spring (biasing means)
7 Valve opening spring (biasing means)
9 Accelerator sensor 10 Accelerator pedal 13 Control unit

Claims

A throttle valve which is provided in the middle of the intake passage of the engine and which increases or decreases the amount of intake air when driven by an actuator, and a biasing means which is provided in the throttle valve and balances the throttle valve at the position of the default opening; An operation amount detection means for detecting an accelerator operation amount provided in the vehicle; a target opening calculation means for calculating a target opening of the throttle valve corresponding to the operation amount detected from the operation amount detection means; In the electric throttle device comprising signal setting means for setting a control signal to be applied to the actuator so as to make the valve opening the target opening calculated by the target opening calculating means,
The signal setting means includes a reference signal setting means for setting a reference signal corresponding to the target opening calculated by the target opening calculating means ;
The relationship between the correction signal for correcting the valve operation in the default opening degree near the before and Symbol target opening the throttle valve, the target opening is constant the correction signal when less than the value of the previous default opening When the target opening is larger than the value after the default opening, the correction signal is a constant positive value, and when the target opening is between before and after the default opening, the correction signal Storage means for storing the characteristic data as a value linearly changed with respect to the target opening between a negative value and a positive value ;
Referring to the data of the storage means, becomes the positive value corresponding to the target opening, negative values, any value of the values obtained by linearly changed between a negative and positive values a correction signal read means reads the correction signal,
Filter means for performing a filtering process to moderate the change of the correction signal read by the correction signal reading means;
Electric throttle apparatus characterized by being configured of a signal calculating means for calculating a control signal by adding said correction signal is filtered in the reference signal set by the pre-Symbol reference signal setting means by said filter means .

The throttle valve and via the pivot shaft rotatably supported on the casing, the biasing means in claim 1 which has a configuration to balance the position where the torque of the shaft該回becomes zero as default opening The electric throttle device described.