JP5279570B2 - エンジンのスロットル制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのスロットル制御装置に関するものであり、特に、スロットル操作装置の操作変化量に対するエンジン出力変化量の直線性を得るのに好適なエンジンのスロットル制御装置に関する。

従来、スロットル弁の上流と下流とを連通するバイパス通路にアイドルエア制御弁（ＩＡＣＶ）を設け、アイドル運転時においては、このアイドルエア制御弁によってエンジンの吸入空気量を制御するエンジンのスロットル制御装置が知られていた（特許文献１）。このようなスロットル制御装置を有するエンジンでは、前記制御弁でアイドル運転中の吸入空気量を制御する一方、運転者によるスロットル操作に対応する吸入空気量はスロットル弁の開閉によって行われていた。

これに対して、近年、スロットル操作装置（アクセルペダルやスロットルグリップ）の操作量（ゼロからの操作量）をセンサで電気信号として検知し、この検知信号に応じてスロットル弁の開度を制御する、いわゆるスロットルバイワイヤ制御方式（以下、「ＴＢＷ方式」という）によるスロットル制御装置が知られるようになっている。

特許文献２には、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて算出された目標吸気量と減速時の負荷制御目標吸気量のうち、大きい方を選択し、これに基づいて目標スロットル開度を算出するＴＢＷ方式のスロットル制御装置が記載されている。このスロットル制御装置では、選択された目標吸気量とドライバ（運転者）要求トルクに対応する目標吸気量との違いにより、選択された目標吸気量は大きい場合、ドライバ要求の変化が出力となって現れないことがあるという不具合を解消するため、ドライバ要求トルクとドライバ要求トルク以外のエンジン要求トルクとを加算して目標トルクとし、この目標トルクに基づいて目標吸入空気量を決定している。

特開昭６１−２９４１５２号公報 特開平１１−１３５１６号公報

ＴＢＷ方式による特許文献２記載の制御方式によれば、スロットル低開度域でのドライバ要求が出力変化に現れるようにすることはできる。しかし、スロットルが中・高開度域になるとドライバ要求トルクつまりスロットル操作装置の操作量に対応したスロットル開度と、アイドルに必要なスロットル開度とを単に加算していくと、スロットル操作装置による操作量と吸入空気量との間の安定した対応関係つまりスロットルリニアリティが得られなくなることが考えられる。つまり、アイドルに必要なスロットル開度の大小によって、同じスロットル操作装置の操作量でも吸入空気量が変化することがあった。
本発明の目的は、上記課題に対して、アイドルに必要なスロットル開度の大小にかかわらず、スロットル操作装置の操作量に対して、吸入空気量、つまりエンジン出力・駆動力がスロットルリニアリティを有して制御されるようにすることができるエンジンのスロットル制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明は、スロットル操作装置の操作量をセンサで電気信号として検知し、この検知信号に応じてエンジンのスロットル開度を制御するＴＢＷ方式のエンジンのスロットル制御装置において、前記センサの検知信号によってスロットル操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、前記操作量に対応する基本スロットル開度を演算する基本スロットル開度演算手段と、前記スロットル操作装置の操作量が所定の小操作域内である時に該操作量に対応するスロットル開度加算値を演算するスロットル開度加算値演算手段と、前記基本スロットル開度と前記スロットル開度加算値とを加算する加算手段と、前記操作量が、前記小操作域内であると判定された時には、前記加算手段の出力を目標スロットル開度としてスロットル開度を制御し、前記操作量が、前記小操作域を超えていると判定された時には、前記基本スロットル開度を目標スロットル開度としてスロットル開度を制御するスロットルバルブ駆動手段と、前記エンジンの温度を代表する冷却水温を検知する水温センサとを備え、前記スロットル開度加算値が、前記スロットル操作装置の操作量と前記冷却水温とに関連して予め設定されている点に第１の特徴がある

また、本発明は、前記スロットル開度加算値が、前記操作量がゼロの時にエンジンのアイドル運転に必要な値であって、かつ、前記操作量の増大に応じて漸減する値に設定されている点に第２の特徴がある。

また、前記スロットル開度加算値が、前記エンジンの冷却水温が低いほど大きい値であるように設定されている点に第３の特徴がある。

さらに、本発明は、前記スロットル操作装置が、自動二輪車のステアリングハンドルに回動自在に設けられたスロットルグリップであり、前記操作量が、該スロットルグリップの回動開度である点に第４の特徴がある。

第１〜第４の特徴を有する本発明によれば、スロットル操作装置（スロットルグリップ）の操作量（回動角度）が小さいときにアイドル運転に必要なスロットル開度に所定の加算値を加えて目標スロットル開度とする一方、前記操作量が増大した場合も、所定の操作量までの小操作域内では、操作量に応じた加算値を加算し、その後、スロットル開度が中・高開度になったら、加算を行わないようにしているので、スロットル操作量と吸入空気量との関係が、より直線的になり、かつ、アイドル時およびその後の運転時において互いにスムーズな連続したものとできるので、スロットルリニアリティの向上が可能となる。

特に、スロットル操作装置の操作量とエンジン冷却水温とに関連してスロットル開度加算値が決定されるのでスロットルリニアリティを、より向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るスロットル制御装置の機能を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るスロットル制御装置のシステム構成図である。 スロットル操作量（グリップ開度）と目標スロットル開度との関連を示す図である。 スロットル制御装置の要部処理を示すフローチャートである。 スロットル開度の「開」および「全閉」の基準値の設定方法を示す図である。 モータ入力回路にΔΣ変調回路を使用したときの出力音の一例を示す図である。 グリップ開度に応じた加算値補正係数の特性を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るスロットル制御装置の概略構成図である。同図において、スロットル制御装置１は、自動二輪車のパイプ状ステアリングハンドル２の右側端部に設けられたスロットルグリップ３を備える。スロットルグリップ３は、ステアリングハンドル２の軸に対して回動操作自在に取り付けられる。スロットル制御装置１には、スロットルグリップ３の操作量（以下、「グリップ操作量」という）を検知するグリップ操作量センサ（グリップセンサ）４が設けられる。グリップセンサ４は、スロットルグリップ３上で、車体側中央側に隣接して配設されるハンドルスイッチケース５内に収容され、該スロットル開度センサ４の検知出力は信号線６を通じてＥＣＵ７に入力される。

エンジン８は、吸気管９および排気管１０の一端がそれぞれ連結された気筒１１を有しており、吸気管９の他端には、図示しないエアクリーナが連結され、排気管１０の他端には図示しないマフラが連結される。気筒１１の頂部には点火プラグ１２が設けられる。吸気管９には、スロットルバルブ１３が設けられ、該スロットルバルブ１３の支持軸の一端はＤＣモータ等のアクチュエータ１４に連結される。つまり、スロットル制御装置１は、スロットルグリップ３の回動操作をワイヤ等で機械的にスロットルバルブ１３に伝達して該スロットルバルブ１３を駆動させるものではなく、グリップセンサ４の検知出力に応じてアクチュエータ１４でスロットルバルブ１３を回動させ、吸気管９の開口面積を変化させて気筒１１への吸入空気量を制御するＴＢＷ方式を採用している。さらに、スロットルバルブ１３の支持軸の他端にはスロットルバルブ１３の回動角を検知するスロットルセンサ１５が連結される。

吸気管９には、スロットルバルブ１３の上流と下流とを連通するバイパス通路が設けられていない。つまり、ＥＣＵ７は、アイドルに必要な空気量およびグリップ操作量に対応する空気量の双方をスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）のみの変化によって決定する。

エンジン８は水冷式であり、該エンジン８の温度に対応する冷却水温を検知する水温センサ１６が設けられる。ＥＣＵ７は、マイクロコンピュータを含み、グリップセンサ４の出力信号（グリップ操作量またはグリップ開度）の他、エンジン回転数、および変速機の段（ギヤ段）等に基づき、スロットルバルブ１３の開度が所望のエンジン運転状況に最適となるようにアクチュエータ１４を駆動する。ＥＣＵ７は、スロットルバルブ１３の開度制御の他、点火プラグ１２の点火時期制御および吸気管９上に設けられる図示しない燃料噴射装置による燃料噴射量および燃料噴射時期を制御する。

図１は、本実施形態に係るＥＣＵ７の要部機能を示すブロック図である。図１において、グリップ開度検出部（操作量検出部）１７は、グリップセンサ４の検知出力によりグリップ回動量（以下、「グリップ開度」という）θＧＲを検出する。基本スロットル開度演算部（基本スロットル開度演算手段）１８は、グリップ開度検出部１７から入力されるグリップ開度θＧＲに応じた基本スロットル開度θＴＨ０を演算する。基本スロットル開度演算部１８は、グリップ開度θＧＲに対応した基本スロットル開度θＴＨ０を記憶した基本マップで構成することができる。

グリップ操作域検出部（操作域判定手段）１９は、グリップ開度θＧＲがゼロ度（エンジンのアイドル運転に対応する開度）から所定の小角度の範囲（小操作域）内であるか否かを検出する。小操作域内でのグリップ操作であることを検出した場合、小操作域内操作信号をスロットル開度加算値演算部（スロットル開度加算値演算手段）２０に入力する。スロットル開度加算値演算部２０は、小操作域内操作信号に応答して、グリップ開度θＧＲに応じたスロットル開度加算値θＴＨ１を演算する。スロットル開度加算値演算部２０は、グリップ開度θＧＲに対応したスロットル開度補正値θＴＨ１を記憶した加算量マップで構成することができる。なお、スロットル開度補正値θＴＨ１は予め設定したエンジン冷却水温領域毎に異なる値を設けることができる。つまりエンジン冷却水温が低い領域では、エンジン冷却水温が高い領域よりも大きいスロットル開度加算値θＴＨ１を選択することができるようにする。スロットル開度加算値演算部２０は、エンジン冷却水温領域毎にスロットル開度加算値θＴＨ１を選択するために、水温センサ１６の検知信号を取り込む。

加算部２１は、基本スロットル開度演算部１８から出力される基本スロットル開度θＴＨ０とスロットル開度加算値演算部２０から出力されるスロットル開度加算値θＴＨ１とを加算して、目標スロットル開度θＴＨｔｇｔを出力する。

目標スロットル開度θＴＨｔｇｔはアクチュエータ１４の駆動部であるドライバ２２に入力され、ドライバ２２は、目標スロットル開度θＴＨｔｇｔとスロットルセンサ１５で検知されたスロットルバルブ１３の開度θＴＨとの差に応じて、この差をゼロに収斂させるようにスロットル開度をフィードバックしてアクチュエータ１４に駆動指示を与える。

図３は、グリップ開度θＧＲと目標スロットル開度θＴＨｔｇｔとの関係を示す図である。図３において、横軸にグリップ開度θＧＲを示し、縦軸に目標スロットル開度θＴＨｔｇｔを示す。なお、図中、目標スロットル開度θＴＨｔｇｔは、繁雑を避けるため、符号（ｔｇｔ）で示す。

図３において、線Ｌで示す基本スロットル開度θＴＨ０は、グリップ開度θＧＲに対して直線的に変化し、グリップ開度θＧＲがゼロにおいては基本スロットル開度θＴＨ０もゼロである。目標スロットル開度θＴＨｔｇｔは、基本スロットル開度θＴＨ０に対し、スロットル加算値θＴＨ１を加算して設定される。

線Ｌ１、Ｌ２およびＬ３で示されるスロットル加算値θＴＨ１は、エンジン冷却水温領域Ｔ１、Ｔ２およびＴ３（Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１）毎に、グリップ開度θＧＲに応じて設定される。線Ｌと線Ｌ１〜Ｌ３のそれぞれとの差で示されるスロットル開度加算値θＴＨ１は、図から理解できるようにグリップ開度θＧＲの増大につれて低減し、スロットル加算値θＴＨ１が基本スロットル開度θＴＨ０と同じ値になったところで、該冷却水温域のスロットル開度θＴＨ１はゼロになり、基本スロットル開度θＴＨ０＝目標スロットル開度θＴＨ１となる。例えば、スロットル開度加算値θＴＨ１がゼロになるグリップ開度θＧＲは、低温域Ｔ１ではグリップ開度Ｔ１ＧＲ、中温域Ｔ２ではグリップ開度Ｔ２ＧＲ、高温域Ｔ３ではグリップ開度Ｔ３ＧＲに設定している。この例では、グリップ開度Ｔ１ＧＲは３０度、グリップ開度Ｔ２ＧＲは２５度、グリップ開度Ｔ３ＧＲは１５度である。

アイドル運転時、エンジン冷却水温が高温域にあって、グリップ開度θＧＲがゼロの時は、線Ｌで示す基本スロットル開度θＴＨ０はゼロであるが、線Ｌ３で示す加算値が加わり、スロットルバルブ１３は目標スロットル開度θＴＨｔｇｔ１に収斂するように制御される。そして、グリップ開度θＧＲがθＧＲ１まで開かれると、スロットルバルブ１３は、グリップ開度θＧＲ１に対応する線Ｌ３で示す加算値が加わった目標スロットル開度θＴＨｔｇｔ２に収斂するように制御される。さらに、グリップ開度θＧＲがＴ３ＧＲ（１５度）以上の値（例えばθＧＲ２）では、加算値はゼロになり、スロットルバルブ１３はグリップ開度θＧＲに応じて直線的に変化するラインＬによって決定される目標スロットル開度θＴＨｔｇｔ３（＝基本スロットル開度）に収斂するように制御される。

また、エンジン冷却水温が中温域にあって、かつグリップ開度θＧＲがゼロの時は、スロットルバルブ１３は目標スロットル開度θＴＨｔｇｔ４に収斂するように制御される。そして、グリップ開度θＧＲがθＧＲ１まで開かれると、スロットルバルブ１３は、グリップ開度θＧＲ１に対応する線Ｌ２で示す加算値が加わった目標スロットル開度θＴＨｔｇｔ５に収斂するように制御される。また、グリップ開度θＧＲがＴ２ＧＲ以上の値（例えばθＧＲ２）では、加算値はゼロになり、スロットルバルブ１３はグリップ開度θＧＲに応じて直線的に変化するラインＬによって決定される目標スロットル開度θＴＨｔｇｔ３に収斂するように制御される。

さらに、エンジン冷却水温が低温域にあって、かつグリップ開度θＧＲがゼロの時は、スロットルバルブ１３は目標スロットル開度θＴＨｔｇｔ６に収斂するように制御される。そして、グリップ開度θＧＲがθＧＲ１まで開かれると、スロットルバルブ１３は、グリップ開度θＧＲ１に対応する線Ｌ１で示す加算値が加わった目標スロットル開度θＴＨｔｇｔ７に収斂するように制御される。また、グリップ開度θＧＲがＴ１ＧＲ以上の値（例えばθＧＲ２）では、加算値はゼロになり、スロットルバルブ１３はグリップ開度θＧＲに応じて直線的に変化するラインＬによって決定される目標スロットル開度θＴＨｔｇｔ３に収斂するように制御される。

図３に示すように、グリップ開度θＧＲがゼロのときは、スロットル開度加算値θＴＨ１が、それぞれのエンジン冷却水温における目標スロットル開度θＴＨｔｇｔ１、４、６となる。この目標スロットル開度θＴＨｔｇｔ１、４、６は、エンジン８のアイドル運転に必要な開度である。

図４は、ＥＣＵ７の要部処理を示すフローチャートである。図４において、ステップＳ１では、グリップ開度θＧＲを検出する。ステップＳ２では、グリップ開度θＧＲに基づいて基本スロットル開度θＴＨ０を算出する。ステップＳ３では、グリップ開度θＧＲが、予定されている小操作域内にあるか否かを判断する。ステップＳ３が肯定のときはステップＳ４に進み、ステップＳ３が否定のときはステップＳ８に進む。

ステップＳ４では、エンジンの冷却水温に応じたスロットル開度加算値マップを選択する。ステップＳ５では、ステップＳ４で選択されたスロットル開度加算値マップを使用してグリップ開度θＧＲに応じたスロットル開度加算値θＴＨ１を算出する。ステップＳ６では、基本スロットル開度θＴＨ０とスロットル開度加算値θＴＨ１とを加算して目標スロットル開度θＴＨｔｇｔを算出する。ステップＳ７では、算出された目標スロットル開度θＴＨｔｇｔを前記ドライバ２２に出力する。

ステップＳ８では、ステップＳ２で算出された基本スロットル開度θＴＨ０を目標スロットル開度θＴＨｔｇｔとして設定する。ステップＳ８の後、ステップＳ７に進む。したがって、この場合、目標スロットル開度θＴＨｔｇｔとして基本スロットル開度θＴＨ０がドライバ２２に出力される。

なお、エンジン制御を含む車両の制御においては、スロットルバルブが「開」であるか「全閉」であるのかに応じた処理を行うことがある。そして、スロットル開度が所定値を超えて開いている場合をスロットルバルブ「開」、スロットル開度が所定値未満の場合、スロットルバルブ「全閉」と判断している。しかし、ＴＢＷ方式のスロットル制御においては、乗員の意思によらないで、つまり、グリップ３を操作していない（グリップ開度ＧＲがゼロ）状態でも、スロットルバルブ１３はアイドルに必要な空気量を得るための開度だけ開かれている。したがって、スロットル開度ゼロを基準として、乗員の意思によってスロットルバルブが開かれたか否かを判断することができない。

そこで、ＴＢＷ方式のスロットル制御においては、乗員の意思によってスロットルバルブ１３が開かれた否かの判断を、アイドル回転を維持するための空気量を供給するのに必要な開度（アイドル開度）を基準とし、スロットル開度が、このアイドル開度を所定値以上超えている状態をスロットル「開」と判断し、アイドル開度を基準として、スロットル開度が所定値を超えていない状態を「全閉」と判断する。

つまり、図５において、スロットル開度θＴＨＩＤＬはアイドルに必要なスロットル開度（アイドル開度）であり、スロットル開度θＴＨＯＰは、スロットルバルブ１３が「開」か「全閉」かを判断する基準開度である。

スロットルバルブ１３を駆動するアクチュエータとしてのＤＣモータの速度制御は、一般にはドライバ２２によるＰＷＭ（パルス変調）制御によって行われる。ＰＷＭ制御では、ＤＣモータの電源をオン・オフするスイッチング制御を行い、そのオン時間デューティ（オン時間の割合）によってＤＣモータへの供給電力を変化させてモータ速度を制御する。

このＰＷＭ制御では、制御性能を向上させるためにスイッチング周波数を５ｋＨｚ程度に高くすることが行われる。この場合、高周波に伴う独特の高音が発生するという課題がある。そこで、ＰＷＭ制御に代えて、ＤＣモータへの制御出力をＤＳＭ（ΔΣ変調：デルタシグマ変調）制御し、高周波は必要な領域のみ適用し、必要な領域以外は低周波とすることができる。つまり、駆動周波数が変動することになり、これによって、高周波のモータ音が際立たず、不快な状態を回避できる。ΔΣ変調回路は、積分回路と量子化器とからなり、量子化器の量子化誤差を積分回路の入力にフィードバックさせる周知の回路である。

図６は、ＤＣモータの速度制御をＤＳＭ制御によって行った場合の駆動周波数の音出力を示す図である。図６（ａ）は、比較のためにＰＷＭ制御による周波数毎の音出力を示し、図６（ｂ）はＤＳＭ制御による周波数毎の音出力を示す。この図に示すように、ＤＳＭ制御によれば、出力周波数が拡散してピーク値が４５ｄＢから３７ｄＢに減少しているので、不快な音を回避することができる。

なお、上記実施形態では、グリップ開度θＧＲに対応する加算値θＴＨ１を図３に示した加算値補正マップを参照して求めるようにしたが、スロットル目標開度を次式で求めることもできる。スロットル目標開度＝アイドルに必要なスロットル開度（エンジン水温毎の設定値）×補正係数＋グリップ開度…（式１）

図７は、式１で使用されるグリップ開度θＧＲに応じた加算値補正係数の特性を示す図である。図７において、補正係数はグリップ開度が「ゼロ」のときに「１．０」であり、グリップ開度θＧＲが大きくなるに伴い小さい値をとるように予め設定される。この例では、グリップ開度θＧＲが１６°で、補正係数は「ゼロ」になり、グリップ開度θＧＲにのみ基づいて目標スロットル開度が決定される。

１…スロットル制御装置、 ２…ステアリングハンドル、 ３…スロットルグリップ、 ４…グリップセンサ、 ７…ＥＣＵ、 ８…エンジン、 ９…吸気管、 １３…スロットルバルブ、 １４…アクチュエータ、 １５…スロットルセンサ、 １６…水温センサ、 １７…グリップ開度検出部、 １８…基本スロットル開度演算部、 １９…グリップ操作域検出部、 ２０…スロットル開度加算値演算部、 ２１…加算部

Claims (3)

1. スロットル操作装置（３）の操作量をセンサ（４）で電気信号として検知し、この検知信号に応じてエンジンのスロットル開度を制御するスロットルバイワイヤ制御方式のエンジンのスロットル制御装置において、
   前記センサ（４）の検知信号によってスロットル操作装置（３）の操作量を検出する操作量検出手段（１７）と、
   前記操作量に対応する基本スロットル開度を演算する基本スロットル開度演算手段（１８）と、
   前記スロットル操作装置（３）の操作量が所定の小操作域内である時に該操作量に対応するスロットル開度加算値を演算するスロットル開度加算値演算手段（２０）と、
   前記基本スロットル開度と前記スロットル開度加算値とを加算する加算手段（２１）と、
   前記操作量が、前記小操作域内であると判定された時には、前記加算手段の出力を目標スロットル開度としてスロットル開度を制御し、前記操作量が、前記小操作域を超えていると判定された時には、前記基本スロットル開度を目標スロットル開度としてスロットル開度を制御するスロットルバルブ駆動手段（１４）と、
   前記エンジンの温度を代表する冷却水温を検知する水温センサ（１６）とを備え、
   前記スロットル開度加算値が前記スロットル操作装置の操作量と前記冷却水温とに関連して予め設定されており、
   前記スロットル開度加算値が、前記操作量がゼロの時にエンジンのアイドル運転に必要な値であって、かつ、前記操作量の増大に応じて漸減する値に予め設定されており、
   さらに、前記スロットル開度加算値は、前記操作量の増大に応じて前記スロットル開度が増大するように設定されていることを特徴とするエンジンのスロットル制御装置。
2. 前記スロットル開度加算値が、前記エンジンの冷却水温が低いほど大きい値であるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのスロットル制御装置。
3. 前記スロットル操作装置が、自動二輪車のステアリングハンドルに回動自在に設けられたスロットルグリップであり、前記操作量が、該スロットルグリップの回動開度であることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンのスロットル制御装置。

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