JP4313185B2 - 電子制御式スロットル弁の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの運転状態に応じたスロットル弁の開度調整を、電動モータ等のスロットルアクチュエータで行う電子制御式スロットル弁の制御装置に関する。

従来、スロットル付きエンジンではスロットル弁の開度で混合気量を調整しており、減速時にスロットル弁は閉じられる。
ところで、昨今、スロットル弁とアクセルペダルをスロットルワイヤを介して機械的に連結した従来構造に代え、特許文献１に開示されるようにスロットルアクチュエータでスロットル弁の開度制御を行う電子制御式スロットル弁の制御装置が知られており、この制御装置によれば、予めマップ等に非線形特性に応じたデータを格納しておき、アクセル操作量をパラメータとしてこのマップを参照することで、アクセル操作量とスロットル弁開度変化との関係をエンジンの運転状態毎に最適な非線形率に制御することが可能となって、良好なドライバビリティを得ることが可能となる。
特開２０００−７３７８９号公報

しかし、特許文献１に開示された制御装置は、ギヤ段（低速段・高速段）と車速（低車速・高車速）により運転状態を分別してアクセル操作量に対するスロットル操作量特性を設定しているが、実際にこの特性が必要になるのは低速ギヤ段の使用時であり、余裕駆動力が少ない高速ギヤ段ではこの特性による運転性への影響が少ないため、斯様に特性を格別に設定する必要はない。

また、上述の如くギヤ段と車速によって運転状態を分別しているため、ギヤ段を判別するためのセンサや信号入力用インターフェースが必要となってコストがかかってしまう不具合も指摘されていた。
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、従来に比しより少ないコストで運転性に優れた電子制御式スロットル弁の制御装置を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するため、請求項１に係る発明は、スロットル弁を、電動モータ等のスロットルアクチュエータにより動作させる電子制御式スロットル弁の制御装置であって、エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、アクセルの踏込量からアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、スロットル弁の開度量を検出するスロットル弁開度検出手段と、記憶手段に記憶され、エンジン回転数とアクセル開度からエンジンの運転状態を、低いエンジン回転数で走行しているアイドル走行または低速走行運転モードと、エンジン回転数は高いがアクセルペダルの踏込量が少ない減速走行または降坂走行運転モードと、アクセルペダルを踏み込み過ぎずエンジン回転数も通常走行域である通常走行域運転モードと、エンジン回転数が最高回転域まで達していないが、アクセルペダルをかなり踏み込んでいる急加速域運転モードと、エンジン回転数がレッドゾーン域近傍まで達している最高回転域運転モードとに分別して、上記急加速域運転モードでのアクセル開度に対して目標スロットル開度を大きくした円弧状のマップと、上記急加速域運転モードを除く運転モードでの目標スロットル開度がアクセル開度と同一な直線状のマップと、上記回転数検出手段，アクセル開度検出手段及びスロットル開度検出手段からの各検出信号を入力するコントロールユニットとを備え、上記コントロールユニットは、各検出手段からの検出信号を基にエンジンの運転モードを識別し、識別した運転モードのマップに基づき、スロットルアクチュエータを介してスロットル弁を動作させることを特徴とする。

そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電子制御式スロットル弁の制御装置に於て、上記最高回転域モードのマップは、エンジン回転数に対応する目標スロットル開度の上限値を設定した過回転防止マップであることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、エンジン回転数とアクセル開度を基にエンジンの運転状態を複数の運転モードに分別し、各運転モードに於けるマップを設定してエンジンの運転状態に適したスロットル弁の開度制御を行うように構成したため、従来に比し、より少ないコストで運転性に優れたスロットル弁の制御装置を提供することができる利点を有する。
而も、上述したように本発明は、急加速域運転モードのマップをアクセル開度に対して目標スロットル開度を大きくした円弧状のマップとしたため、出来るだけ速くパワフルな加速が引き出せると共に、ショックやギクシャク感が現れないようなスロットル操作が可能となる。
そして、急加速域運転モードを除く運転モードのマップを、目標スロットル開度がアクセル開度と同一な直線状のマップとしたため、運転者の意図に沿うスロットル操作が可能となる利点を有する。

そして、請求項２に係る発明によれば、エンジンの最高回転域モードに於て、過回転防止マップを設定しているため、エンジンの過負荷を防止してエンジンの損傷を防ぐことができる利点を有する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は請求項１及び請求項２の一実施形態に係る電子制御式スロットル弁の制御装置の概略構成図を示し、図中、１はエンジンの吸気通路中に装着されたスロットル弁で、当該スロットル弁１は、電動モータ等のスロットルアクチュエータ３で開度制御される電子制御式スロットル弁である。

そして、本実施形態は、エンジンの運転状態に適したスロットル弁１の開度制御を可能とするため、図２の如くエンジン回転数とアクセル開度を基にエンジンの運転状態を領域Ａ〜Ｅの複数の運転モードに分別している。
即ち、図２中、領域Ａ「アイドル走行または低速走行」は、低いエンジン回転数で走行している運転モードであり、領域Ｂ「減速走行または降坂走行」は、例えばアクセルペダル５を離して減速しているときや降坂走行時の如く、エンジン回転数は高いがアクセルペダル５の踏込量が少ない運転モードである。

また、領域Ｃ「通常加速または通常走行」は、通常に加速したり一定速度で走行している場合のように、アクセルペダル５を踏み込み過ぎずエンジン回転数も通常の場合の通常走行域運転モードであり、領域Ｄ「フル加速または登坂走行」は、エンジン回転数が最高回転域まで達していないが、アクセルペダル５をかなり踏み込んでいる急加速域運転モードである。

そして、領域Ｅ「最高速走行または登坂走行」は、エンジン回転数がレッドゾーン域近傍まで達している最高回転域運転モードで、このように本実施形態は、エンジンの運転状態に適したスロットル弁１の開度制御を行うため、エンジン回転数とアクセル開度を基にエンジンの運転状態を領域Ａ〜Ｅの運転モードに分別している。
尚、図２中、ACfhはフル加速（領域Ｄ）判定アクセル開度、ACidは低アクセル（領域Ａ，Ｂ）判定アクセル開度、そして、Nhlは最高回転域（領域Ｅ）判定エンジン回転数で、これらは運転状態を領域Ａ〜Ｅの各運転モードに分別するための基準値で、図１に示すコントロールユニット７内の記憶手段に設定，記憶されている。

そして、本実施形態は、領域Ａ〜Ｅの各運転モードに適したスロットル操作量の制御を図るため、各運転モード毎に、アクセル開度に応じた目標スロットル開度（目標スロットル操作量）を設定したマップをコントロールユニット７の記憶手段に記憶させている。
図３は「アクセル開度と目標スロットル開度特性」を示すマップで、細線で示すように領域Ａ〜Ｃ，Ｅの運転モードのマップは、運転者の意図に沿うようなスロットル操作を可能とするため、目標スロットル開度がアクセル開度と同一な直線状のマップに設定されている。

そして、領域Ｄでは、出来るだけ速くパワフルな加速が引き出せると共に、その反面、ショックやギクシャク感が現れないようなスロットル操作を可能とするため、図３の太線で示すように領域Ａ〜Ｃの運転モードの直線状のマップに比し、アクセル開度に対して目標スロットル開度を大きくした円弧状のマップとされている。
一方、領域Ｅは最高回転域の運転モードであるため、エンジンの損傷を防ぐために回転上昇し過ぎないようにスロットル操作の抑制が必要である。

そこで、本実施形態は、上述したように図３の直線状のマップでスロットル開度制御を行うが、図４に示すようにエンジン回転数が２０００rpmを超える中高回転域から、目標スロットル開度の上限値としての過回転防止マップが記憶手段に設定，記憶されており、コントロールユニット７はエンジン回転数に対するスロットル開度がこのマップ以上に上がらないようにスロットルアクチュエータ３に指令を送出して、スロットル弁１の開度を制御するようになっている。そして、エンジン回転数が既述した最高回転域判定エンジン回転数Nhlを超えて領域Ｅに移行すると、コントロールユニット７は斯かるマップを基にスロットル開度を制御するようになっている。

そして、図３及び図４のマップに基づきコントロールユニット７がスロットル開度を制御するため、図１に示すようにスロットル弁１にスロットル開度センサ９が装着され、その検出信号がコントロールユニット７に入力されている。
一方、エンジン回転数を検出するため、エンジンにクランク角センサ１１が装着されると共に、アクセルペダル５の踏込量を検出するため、当該アクセルペダル５にアクセルペダルセンサ１３が装着されており、両センサ１１，１３の検出信号がコントロールユニット７に入力されている。そして、コントロールユニット７は、既述したマップを基に、以下に記述する図５のフローチャートに基づいてスロットル開度を制御するようになっている。

本実施形態に係るスロットル弁１の制御装置１５はこのように構成されているから、車両の走行に伴い、コントロールユニット７はステップＳ１に於て、スロットル開度センサ９，クランク角センサ１１，アクセルペダルセンサ１３からの検出信号を基に、現在のエンジン回転数Ｎとアクセル開度ＡＣとスロットル開度θとを夫々検出する。
そして、ステップＳ２で、先ずエンジン回転数Ｎ≧最高回転域判定エンジン回転数Nhl であるか否かを判断し、このステップＳ２でＮ≦Nhl であると判定すると、コントロールユニット７はステップＳ３に進んで、次にアクセル開度ＡＣ≦フル加速判定アクセル開度ACfhであるか否かを判断する。

而して、ステップＳ３でＡＣ≦ACfhと判定されると、コントロールユニット７は、エンジンの運転状態が領域Ｃの通常走行域運転モードであると識別して、ステップＳ４でアクセル開度ＡＣに応じた目標スロットル開度θobj を図３の直線状のマップから算出し、次いで、ステップＳ５に於て、現在スロットル開度θと目標スロットル開度θobj からスロットル変化量を算出し、この算出したスロットル変化量に応じスロットルアクチュエータ３を駆動させて、スロットル弁１の開度制御を行うこととなる（ステップＳ６）。

また、ステップＳ３でＡＣ≧ACfhと判定すると、コントロールユニット７はエンジンの運転状態が領域Ｄの急加速域運転モードであると識別して、ステップＳ７でアクセル開度ＡＣに応じた目標スロットル開度θobj を図３の円弧状のマップから算出した後、同様にステップＳ５に於て、現在スロットル開度θと目標スロットル開度θobj からスロットル変化量を算出し、この算出したスロットル変化量に応じスロットルアクチュエータ３を駆動させてスロットル弁１の開度制御を行う（ステップＳ６）。

而して、この急加速域運転モードでは、図３に示すように円弧状のマップが設定されて
いるため、僅かなアクセルペダル５の操作でパワフルな加速が得られることとなる。
一方、ステップＳ２でＮ≧Nhl であると判定すると、コントロールユニット７はエンジンの運転状態が領域Ｅの最高回転域運転モードにあると判定して、ステップＳ８に於て、エンジン回転数Ｎに応じた目標スロットル開度θobj を図３のマップから算出すると共に、図４の過回転防止マップからエンジン回転数Ｎに応じた上限値たる目標スロットル開度θobj を求めて、低い値を目標スロットル開度θobj とする。

そして、同様にステップＳ５で、現在スロットル開度θと目標スロットル開度θobj からスロットル変化量を算出し、この算出したスロットル変化量に応じスロットルアクチュエータ３を駆動させてスロットル弁１の開度制御を行うことで、エンジンの過回転を防止してエンジンの損傷を防ぐこととなる（ステップＳ６）。
このように本実施形態は、図２の如くエンジン回転数とアクセル開度を基にエンジンの運転状態を領域Ａ〜Ｅの複数の運転モードに分別し、各運転モードに於けるマップを設定してエンジンの運転状態に適したスロットル弁１の開度制御を行うように構成したため、ギヤ段と車速により運転状態を分別してアクセル操作量に対するスロットル操作量特性を設定していた特許文献１の従来例に比し、より少ないコストで運転性に優れたスロットル弁の制御装置を提供することができる利点を有する。

また、本実施形態は、領域Ｅの最高回転域の運転モードに於て、過回転防止マップを設定しているため、エンジンの過負荷を防止してエンジンの損傷を防ぐことができる利点を有する。

請求項１及び請求項２の一実施形態に係る制御装置の概略構成図である。 エンジン回転数とアクセル開度による領域区分の説明図である。 領域Ａ〜Ｄに於けるアクセル開度制御のマップである。 領域Ｅに於ける過負荷防止のマップである。 制御装置の制御フローチャートである。

符号の説明

１ スロットル弁
３ スロットルアクチュエータ
５ アクセルペダル
７ コントロールユニット
９ スロットル開度センサ
１１ クランク角センサ
１３ アクセルペダルセンサ
１５ 制御装置

Claims (2)

1. スロットル弁を、電動モータ等のスロットルアクチュエータにより動作させる電子制御式スロットル弁の制御装置であって、
   エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
   アクセルの踏込量からアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
   スロットル弁の開度量を検出するスロットル弁開度検出手段と、
   記憶手段に記憶され、エンジン回転数とアクセル開度からエンジンの運転状態を、低いエンジン回転数で走行しているアイドル走行または低速走行運転モードと、エンジン回転数は高いがアクセルペダルの踏込量が少ない減速走行または降坂走行運転モードと、アクセルペダルを踏み込み過ぎずエンジン回転数も通常走行域である通常走行域運転モードと、エンジン回転数が最高回転域まで達していないが、アクセルペダルをかなり踏み込んでいる急加速域運転モードと、エンジン回転数がレッドゾーン域近傍まで達している最高回転域運転モードとに分別して、上記急加速域運転モードでのアクセル開度に対して目標スロットル開度を大きくした円弧状のマップと、上記急加速域運転モードを除く運転モードでの目標スロットル開度がアクセル開度と同一な直線状のマップと、
   上記回転数検出手段，アクセル開度検出手段及びスロットル開度検出手段からの各検出信号を入力するコントロールユニットとを備え、
   上記コントロールユニットは、各検出手段からの検出信号を基にエンジンの運転モードを識別し、識別した運転モードのマップに基づき、スロットルアクチュエータを介してスロットル弁を動作させることを特徴とする電子制御式スロットル弁の制御装置。
2. 上記最高回転域モードのマップは、エンジン回転数に対応する目標スロットル開度の上限値を設定した過回転防止マップであることを特徴とする請求項１に記載の電子制御式スロットル弁の制御装置。

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