JPH04292548A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，例えばスロットルバル
ブにおいて，内燃機関出力に影響する機能の制御を行う
内燃機関制御装置に係り，特にアクチュエータとしてス
テッピングモータを用いた内燃機関制御装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来，この種の内燃機関制御装置において
は，スロットルバルブを駆動するためのスロットルアク
チュエータとして，主にステッピングモータを用いてい
る。該ステッピングモータは，オープンループ制御でも
正確な位置決めができる。そのため，コントローラ内に
おけるステッピングモータのステップアップ駆動又はス
テップダウン駆動のカウント値のみで，スロットルバル
ブ開度を知ることができる。なお，特開昭５７−２０５
２９号公報には，ステッピングモータを用いた，内燃機
関への供給流体の流量制御装置が開示されている。

【０００３】

【解決しようとする課題】しかしながら，従来の内燃機
関制御装置においては，次の不具合を生ずる。即ち，ス
テッピングモータにおいては，脱調が宿命となっている
。特に，内燃機関の回転速度に追従して高速でステッピ
ングモータを作動させようとすると，脱調が生じ安い。 これは，高速領域においては，ステッピングモータのト
ルクが小さくなるためである。

【０００４】このように，ステッピングモータに脱調が
生じた場合には，オープンループ制御のため，次にイニ
シャルセットを行うまでの間は，ステッピングモータの
ステップカウントと，実際のスロットル開度との間にズ
レが生ずる。ここで，イニシャルセットとは，初期突当
てゼロセット等をいう。その結果，発生したズレ分だけ
，スロットルバルブの駆動範囲が狭められて，内燃機関
の動力性能が低下することとなる。また，スロットル開
度（この場合，ステップカウンタを代用している）と機
関回転速度との２元パラメータより運転領域判定を行い
，その領域に対応した定数で内燃機関の最適制御を行っ
ている場合においては，上記の実際のスロットル開度の
ズレが領域のズレを生じさせる。即ち，定数のズレを生
じさせる。その結果，内燃機関の破損を引き起こすおそ
れがある。

【０００５】上記脱調について，図１３を用いて詳しく
説明する。同図に示すごとく，内燃機関の回転速度を目
標回転速度へ収束させるため，スロットルアクチュエー
タとしてのステッピングモータを回転速度フィードバッ
ク制御している。該ステッピングモータが脱調した場合
には，実際のスロットル開度は，回転速度フィードバッ
ク制御によって元のスロットル開度に復帰している。し
かし，ステッピングモータを駆動するためにコントロー
ラ内に設けた，スロットル開度モニタであるステップカ
ウンタは，脱調による回転速度の落ち込み分を補正する
ため，現状のステップカウンタのカウント値に更に加算
してステッピングモータを開駆動している。そのため，
回転速度が目標値へ収束した後は，同図に示すごとく，
カウント値のズレ分（脱調による補正分）が生ずる。

【０００６】そして，脱調が何回か繰り返せば，ステッ
プカウンタのＲＡＭ値にオーバフローが生ずる。最終的
には，脱調が生じたステッピングモータを補正駆動でき
なくなり，また回転速度を目標値へ収束できなくなる。 また，ステップカウンタのカウント値をスロットル開度
の代用としており，カウント値をパラメータの一つとし
て点火時期制御等を行っている場合には，点火時期のズ
レが生ずる。そのため最適でない点火時期値を用いるこ
ととなり，内燃機関の最大出力低下等の不具合を生ずる
。本発明は，かかる従来の問題点に鑑み，アクチュエー
タとしてのステッピングモータに脱調が発生した場合，
直ちに脱調によるズレを修正することができる，内燃機
関制御装置を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題の解決手段】本発明は，ステッピングモータを用
いて，内燃機関出力に影響する機能の制御を行う内燃機
関制御装置において，ステッピングモータの実際の駆動
量を検出する実モータ駆動量検出手段と，モータ駆動回
路によりステッピングモータを駆動操作したとき，その
モータ駆動操作量をカウントするモータ駆動操作量カウ
ント手段と，上記実モータ駆動量検出手段からの信号と
，モータ駆動操作量カウント手段からの信号とを比較す
る駆動量比較手段とを有する。また，上記駆動量比較手
段からの信号に基づいて，ステッピングモータに脱調が
発生したか否かを判定するモータ脱調判定手段と，上記
駆動量比較手段からの信号に基づいて，上記モータ駆動
操作量カウント手段におけるモータ駆動操作量のカウン
ト値の補正値を算出する操作量カウント値補正値算出手
段と，上記操作量カウント値補正値算出手段により求め
た補正値を用いて，ステッピングモータの脱調により生
じたモータ駆動操作量のカウント値の誤差を修正する脱
調補正手段とを有する。

【０００８】本発明において最も注目すべきことは，実
モータ駆動量検出手段の信号とモータ駆動操作量カウン
ト手段の信号とを駆動量比較手段により比較し，これに
基づいてモータ脱調判定手段により脱調判定を行い，操
作量カウント値補正値算出手段により算出した補正値を
用いて，脱調補正手段において脱調によるズレ分だけカ
ウント値を修正するように構成したことにある。

【０００９】本発明は，広く内燃機関の制御装置に適用
できるものである。この内燃機関制御装置としては，内
燃機関のスロットルバルブをアクチュエータによって駆
動制御する電子ガバナの外，産業用のガスエンジンヒー
トポンプ，コージェネレーション，車両用の電子制御ス
ロットルなどがある。また，本発明においては，上記駆
動量比較手段により実モータ駆動量検出手段からの信号
とモータ駆動操作量カウント手段からの信号とを比較す
るため，両者の出力の単位を揃えている。その手段とし
て，スロットルポジションセンサの出力の電圧値をスロ
ットル開度に変換する方法（図７参照）と，これとは逆
にステップカウンタの値を電圧値に変換する方法（図１
０参照）とがある。

【００１０】

【作用及び効果】本発明の内燃機関制御装置における作
用につき，図１を用いて以下に説明する。まず，　　ス
テッピングモータ１０３の作動に当たっては，コントロ
ーラのモータ駆動指示１０１を受けて，モータ駆動回路
１０２が働き，ステッピングモータ１０３に所定のパル
スを送る。これにより，該パルスに基づいて所定のステ
ップ数だけ，ステッピングモータ１０３が作動する。こ
のとき，本発明においては，まず実モータ駆動量検出手
段１０５により，実際のステッピングモータの駆動量を
検出する。また，モータ駆動操作量カウント手段１０４
において，ステッピングモータ１０３を駆動操作したと
きのモータ駆動操作量をカウントする。

【００１１】次に，駆動量比較手段１０において，実モ
ータ駆動量検出手段１０５からの信号とモータ駆動操作
量カウント手段１０４からの信号とを比較する。そして
，モータ脱調判定手段１０８において，駆動量比較手段
１０からの信号に基づき，ステッピングモータ１０３に
脱調が発生したか否かを判定する。また，操作量カウン
ト値補正値算出手段１０７において，駆動量比較手段０
１６の出力に基づき，モータ駆動操作量カウント手段１
０４におけるモータ駆動操作量のカウント値の補正値を
算出する。そして，脱調が発生していたならば，脱調補
正手段１０９において，操作量カウント値補正値算出手
段１０８により求めた補正値を用いて，モータ駆動操作
量のカウント値の誤差を修正する。

【００１２】なお，他機能制御手段１１０において，上
記モータ駆動操作量カウント手段１０４からの信号をパ
ラメータとして用いて，他の点火時期制御，ＥＧＲ量制
御等の他機能制御を行うことができる。それ故，本発明
によれば，アクチュエータとしてのステッピングモータ
に脱調が発生した場合，直ちに脱調によるズレを修正す
ることが可能な，内燃機関制御装置を提供することがで
きる。

【００１３】

【実施例】実施例１ 本発明の実施例１にかかる内燃機関制御装置につき，図
２〜図９を用いて説明する。本例装置は，図２に示すご
とく，ステッピングモータ４を用いて，ガス，ガソリン
等を燃料とする内燃機関１の出力に影響する機能の制御
を行うものである。上記ステッピングモータ４は，これ
を制御するためのコントローラ７に接続してある。ステ
ッピングモータ４は，スロットルバルブ８のシャフトに
連結してあり，コントローラ７のモータ駆動回路におい
て指示された駆動信号に基づいて，該ステッピングモー
タ４によりスロットルバルブ８の開度を設定するように
している。また，スロットルバルブ８のシャフトには，
実モータ駆動量検出手段としてのスロットルポジション
センサ（以下「スロットルセンサ」ともいう）２を連結
してある。該スロットルポジションセンサ２は，上記コ
ントローラ７に接続してあり，スロットルバルブ８の開
度に応じた電圧をコントローラ７に出力するようにして
いる。またコントローラ７には，内燃機関１のクランク
角に同期した信号を検出し出力するクランク角センサ３
を接続してある。

【００１４】上記コントローラ７は，モータ駆動操作量
カウント手段と駆動量比較手段とモータ脱調判定手段と
操作量カウント値補正値算出手段と脱調補正手段とを内
蔵している。モータ駆動操作量カウント手段は，モータ
駆動回路によりステッピングモータ４を駆動操作したと
き，そのモータ駆動操作量をカウントする手段である。 また，駆動量比較手段は，実モータ駆動量検出手段から
の信号とモータ駆動操作量カウント手段からの信号とを
比較する手段である。また，モータ脱調判定手段は，駆
動量比較手段に基づいて，ステッピングモータに脱調が
発生したか否かを判定する手段である。また操作量カウ
ント値補正値算出手段は，駆動量比較手段からの信号に
基づいて，モータ駆動操作量カウント手段におけるモー
タ駆動操作量のカウント値の補正値を算出する手段であ
る。また脱調補正手段は，操作量カウント値補正値算出
手段により求めた補正値を用いて，ステッピングモータ
の脱調により生じたモータ駆動操作量のカウント値の誤
差を修正する手段である。なお，同図において，５はコ
ントローラ７により指示された点火時期で高電圧を発生
するイグニッションコイル，６は該イグニッションコイ
ル５に接続したスパークプラグを示す。該スパークプラ
グ６は，高電圧発生時に内燃機関１の燃焼室内において
混合気へ着火させるためのものである。

【００１５】次に，本例における制御ブロック図を図３
を用いて説明する。まず，コントローラのモータ駆動演
算２０３においては，内燃機関の目標回転速度２０１と
，実際の回転速度２０２とにより，モータ駆動操作量を
演算する。そして，モータ駆動回路２０４よりステッピ
ングモータ２０５へ所定のパルスを送り，内燃機関の回
転速度２０２を目標回転速度２０１へ収束させる。この
ようにしてスロットルアクチュエータとしてのステッピ
ングモータ２０５を回転速度フィードバック制御する。

【００１６】このとき，コントローラ内においてモータ
駆動操作量カウント手段によりステップ駆動開度カウン
ト２０６を行う。一方，実モータ駆動量検出手段として
のスロットルポジションセンサにより実際のステッピン
グモータの駆動量を検出し，スロットルポジションセン
サ出力２０７を行う。この出力については，コントロー
ラ内において，ステップ開度変換２０８を行う。そして
，上記ステップ駆動開度カウント２０６の信号とステッ
プ開度変換２０８の信号とから，駆動量比較手段により
モータ開度ステップ比較２０９を行う。上記モータ開度
ステップ比較２０９からの信号に基づいて，モータ駆動
操作量のステップ補正値算出２１０を行う。また，同信
号に基づいて，モータ脱調判定２１１を行う。そして，
脱調が発生していたならば，ステップ開度脱調補正２１
２を行う。また，コントローラ内において上記回転速度
２０２の信号とステップ駆動開度カウント２０６とから
，点火時期演算２１３を行う。そして，その結果を点火
出力回路２１４へ送り，イグニッションコイル２１５及
びこれに接続したスパークプラグ２１６の点火時期を制
御する。

【００１７】次に，図４及び図５を用いて，上記点火時
期演算を詳細に説明する。図４に示すごとく，ステップ
３０１において，内燃機関の回転速度ＮＥの読み込みを
行う。また，ステップ３０２において，ステップカウン
タＣＳＴＥＰを読み込む。そして，ステップ３０３にお
いて，両ステップ３０１，３０２より得た２元パラメー
タより，点火時期ＡＥＳＡを算出する。上記点火時期Ａ
ＥＳＡは，図５に示すごとく，２つのパラメータより構
成されるＮＥ−ＣＳＴＥＰマップより算出する。一例と
して，ＮＥ＝Ａ１，ＣＳＴＥＰ＝Ｂ１のとき，ＡＥＳＡ
＝Ｃ１が求まる。しかし，ステッピングモータの脱調に
よるステップカウンタＣＳＴＥＰのカウント値のズレが
発生し，その補正がない場合には，実際のスロットル開
度はＢ１であるにも拘わらず，カウント値のズレにより
スロットル開度がＢ２であると判定してしまう。そのた
め，正規点火時期Ｃ１に対して，ズレた点火時期Ｃ２を
算出してしまう。

【００１８】次に，図６に示すフローチャートを用いて
，モータ脱調判定につき説明する。まず，ステップ４０
１において，スロットルポジションセンサの出力ＴＨＲ
Ｖを，センサ出力変換スロットル開度ＴＶＯに変換する
。このとき，図７に示す変換テーブルを用いる。これは
，上記スロットルポジションセンサ出力ＴＨＲＶが電圧
値であり，これをステップカウンタＣＳＴＥＰと同等の
単位に変換して，計算を容易にする必要があるためであ
る。ここで，上記センサ出力変換スロットル開度ＴＶＯ
は，実際のスロットル開度を意味する。このようにして
実際のスロットル開度へ変換後，ステップ４０２，４０
３において，センサ出力変換スロットル開度ＴＶＯとス
テップカウンタＣＳＴＥＰとの比較を行う。

【００１９】もし，ＴＶＯ＜ＣＳＴＥＰの関係ならば，
ステップ４０６において，ＣＳＴＥＰとＴＶＯとの偏差
であるカウント値ズレ分ＤＳＴＰを求める。更にステッ
プ４０７において，カウンタ補正加減算フラグＸＯＰＥ
Ｎ＝０として，カウンタ補正を減算側へセットする。そ
して，ステップ４０８において，上記ステップ４０６で
求めたカウント値ズレ分ＤＳＴＰが所定の値ＫＳＬＩＰ
よりも小さいか否かを判定する。このＫＳＬＩＰは，脱
調と判定するズレ分の値を示す。このとき，ＤＳＴＰ＜
ＫＳＬＩＰの関係ならば，ステップ４１１において，脱
調判定フラグＸＳＬＩＰ＝０として，脱調判定しない。 一方，ステップ４０８においてＤＳＴＰ≧ＫＳＬＩＰの
関係ならば，ステップ４０９においてＸＳＬＩＰ＝１と
して脱調判定を許可する。

【００２０】また，ステップ４０３においてＴＶＯ＞Ｃ
ＳＴＥＰの関係ならば，ステップ４０６と同様に，ステ
ップ４０４においてカウント値ズレ分ＤＳＴＰを求める
。そして，ステップ４０５において，カウンタ補正加減
算フラグＸＯＰＥＮ＝１として，カウンタ補正を加算側
へセットする。また，ステップ４０２においてＴＶＯ＝
ＣＳＴＥＰの関係ならば，ステップ４１０においてカウ
ント値ズレ分ＤＳＴＰ＝０とする。そしてステップ４１
１において，脱調判定フラグＸＳＬＩＰ＝０として，脱
調判定しない。

【００２１】次に，図８に示すフローチャートを用いて
，ステッピングモータ駆動ルーチン中における，モータ
駆動方向判別とステップカウンタ処理，並びにステップ
カウンタ補正処理について詳しく説明する。まずステッ
プ５０１において，ステッピングモータを開側へ駆動す
るか否かを判定する。もし，開側へ指示されていたなら
ば，ステップ５０２において１ステップ分だけモータ開
駆動処理を実行する。そして，ステップ５０３において
，ステップカウンタＣＳＴＥＰを１ステップ分だけ加算
する。一方，上記ステップ５０１において開側へ指示さ
れていないならば，ステップ５０４においてステッピン
グモータを現在の位置でホールドするか否かを判定する
。もし，ホールド指示であるならば，ステップ５０５に
おいてステッピングモータのホールド処理を行う。そし
て，ステップ５０６においてＣＳＴＥＰを加減算しない
。またステップ５０４において，ホールド指示でなくス
テッピングモータを閉側へ駆動するよう指示されていた
ならば，ステップ５０７においてステッピングモータを
１ステップだけ閉側へ駆動処理する。このとき，ステッ
プ５０８において，ステップカウンタＣＳＴＥＰを１ス
テップ分だけ減算する。

【００２２】このようにしてモータ駆動方向判別とステ
ップカウンタ処理を行う。これに引き続いて，ステップ
カウンタ補正処理を行う。即ち，ステップ５０９におい
て，脱調判定フラグＸＳＬＩＰがセットされておらずＸ
ＳＬＩＰ＝０となっているか否かを判定する。もし，前
述の脱調判定ルーチン（図６）において脱調を算出して
いたならば，ＸＳＬＩＰ＝１となっている。そこで，Ｘ
ＳＬＩＰ＝１の関係ならば，ステップ５１０において，
カウンタ補正加減算フラグがセットされて，ＸＯＰＥＮ
＝１となっているか否かを判定する。このとき，加算側
へセットされていたならば（ＸＯＰＥＮ＝１），スロッ
トル開側へステッピングモータが脱調したと判定する。 そして，ステップ５１１において，現状のステップカウ
ンタＣＳＴＥＰに，脱調によるカウント値ズレ分ＤＳＴ
Ｐを加算して，脱調補正を行う。

【００２３】一方，ステップ５１０においてカウンタ補
正加減算フラグＸＯＰＥＮがセットされていないならば
（ＸＯＰＥＮ＝０），スロットル閉側へステッピングモ
ータが脱調したと判定する。そしてステップ５１２にお
いて，ステップカウンタＣＳＴＥＰにカウント値ズレ分
ＤＳＴＰを減算して，脱調補正を行う。このようにして
脱調補正を行ったならば，最後にステップ５１３におい
て，脱調判定フラグＸＳＬＩＰをリセットしておく。以
上の脱調判定ルーチン（図６），ステッピングモータ駆
動ルーチン中の脱調補正ロジック（図８）により，モー
タ脱調時には適切な開方向又は閉方向へ補正して，実際
のスロットル開度とのズレを修正する。

【００２４】この点について，図９を用いて説明する。 スロットルアクチュエータとしてのステッピングモータ
に脱調が発生したとき，ＰＩＤ制御により機関回転速度
は目標値へ収束し，スロットルポジションセンサの出力
も復帰する。しかし，ステップカウンタはズレたままと
なっている。そこで，スロットルポジションセンサの出
力と，ステップカウンタとから，脱調を検出し，脱調に
よるズレ分だけステップカウンタを修正処理する。これ
により，点火時期等の他制御の制御定数ズレ，内燃機関
の最大出力低下，全閉制御時における内燃機関の出力の
出過ぎを防止することができる。このように，本例によ
れば，ステッピングモータに脱調が発生した場合であっ
ても，直ちに脱調によるズレを修正することができる。

【００２５】実施例２ 本例の内燃機関制御装置につき，図１０〜図１２を用い
て説明する。前記実施例１は，図６に示した脱調判定ル
ーチンのステップ４０１において，スロットルポジショ
ンセンサ出力ＴＨＲＶの電圧値を，図７に示す変換テー
ブルを用いてセンサ出力変換スロットル開度ＴＶＯに変
換している。これに対して，本例は，逆にステップカウ
ンタＣＳＴＥＰの値を，図１０に示す変換テーブルを用
いて，ステップカウンタ変換スロットル開度ＳＴＰＶの
電圧値に変換している。

【００２６】上記変換は，図１１に示す脱調判定ルーチ
ンのステップ６０１において行う。そして，変換された
電圧値とスロットルポジションセンサ出力の電圧値との
偏差によりスロットル開度ズレを検出して，脱調補正を
行う。同図に示すステップ６０２からステップ６１１ま
での処理は，前記実施例１に示した脱調判定ルーチン（
図６）のステップ４０２からステップ４１１までの処理
と同様である。最終的には，電圧値からスロットル開度
に戻す必要がある。この処理は，図１２に示すステッピ
ングモータ駆動ルーチンのステップ７１４において行っ
ている。その他は，前記実施例１に示したステッピング
モータ駆動ルーチン（図８）と同様である。したがって
，本例においても，前記実施例１と同様の作用効果を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる内燃機関制御装置の制御ブロッ
ク図。

【図２】実施例１にかかる内燃機関制御装置の概要説明
図。

【図３】実施例１の内燃機関制御装置の制御ブロック図
。

【図４】実施例１の点火時期演算ルーチンのフローチャ
ート。

【図５】実施例１の点火時期を算出するためのＮＥ−Ｃ
ＳＴＥＰマップの説明図。

【図６】実施例１の脱調判定ルーチンのフローチャート
。

【図７】実施例１の脱調判定ルーチンにおいて用いるＴ
ＨＲＶ−ＴＶＯ変換テーブルの説明図。

【図８】実施例１のステッピングモータ駆動ルーチンの
フローチャート。

【図９】実施例１の作用を説明するための線図。

【図１０】実施例２にかかるＣＳＴＥＰ−ＳＴＰＶ変換
テーブルの説明図。

【図１１】実施例２の脱調判定ルーチンのフローチャー
ト。

【図１２】実施例２のステッピングモータ駆動ルーチン
のフローチャート。

【図１３】従来の内燃機関制御装置の作用を説明するた
めの線図。

【符号の説明】

１．．．内燃機関， ２．．．スロットルポジションセンサ，４．．．ステッ
ピングモータ， ７．．．コントローラ，

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ステッピングモータを用いて，内燃機
   関出力に影響する機能の制御を行う内燃機関制御装置に
   おいて，ステッピングモータの実際の駆動量を検出する
   実モータ駆動量検出手段と，モータ駆動回路によりステ
   ッピングモータを駆動操作したとき，そのモータ駆動操
   作量をカウントするモータ駆動操作量カウント手段と，
   上記実モータ駆動量検出手段からの信号と，モータ駆動
   操作量カウント手段からの信号とを比較する駆動量比較
   手段と，上記駆動量比較手段からの信号に基づいて，ス
   テッピングモータに脱調が発生したか否かを判定するモ
   ータ脱調判定手段と，上記駆動量比較手段からの信号に
   基づいて，上記モータ駆動操作量カウント手段における
   モータ駆動操作量のカウント値の補正値を算出する操作
   量カウント値補正値算出手段と，上記操作量カウント値
   補正値算出手段により求めた補正値を用いて，ステッピ
   ングモータの脱調により生じたモータ駆動操作量のカウ
   ント値の誤差を修正する脱調補正手段とよりなることを
   特徴とする内燃機関制御装置。