JPH0649874Y2 - 車載内燃機関のスロットル開度制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は車載内燃機関のスロットル開度制御装置に関
し、より具体的にはスロットル弁にパルスモータを連結
してアクセルペダルの踏み込み量とは独立に駆動自在と
して最小燃料消費率を得る様に機関負荷を制御すると共
に、ギヤミッション車両においてシフトチェンジ時に運
転者のアクセルワークによって簡単に機関負荷が全開域
に入って燃料消費率を悪化させる如き不都合がない車載
内燃機関のスロットル開度制御装置に関する。

（従来の技術） 内燃機関の吸気路に設けたスロットル弁に運転席床面に
設けられたアクセルペダルを機械的に連結し、ペダル踏
み込み量に応じてスロットル弁を開閉する機構は古くか
ら用いられている。更に近時は、スロットル弁にパルス
モータ等のアクチュエータを連結し、アクセルペダルと
独立に乃至は平行してスロットル弁の開閉を制御する技
術も提案されており、その一例としては特開昭59-74341
号公報記載の技術を挙げることが出来る。この技術にあ
ってはスロットル弁にサーボモータを連結すると共に、
スロットル開度−アクセル開度特性に付いて渋滞時の低
速性を重視したものと加速時の応答性を重視したものと
の２種を設定して運転状態に応じて適宜選択している。
又、本出願人も先に、機関回転数に対する負荷が最小燃
料消費率（BSFC...Brake specific fuel consumption）
においてベストとなる様にアクチュエータを通じてスロ
ットル弁の開度を制御する技術を開示している（特開昭
63-25348、特開昭63-25349等）。

（考案が解決しようとする課題） 而して、従来から使用されているスロットル弁とアクセ
ルペダルとが機械的に連結された機構は固より、上記従
来技術の如きアクチュエータを介してアクセルペダル踏
み込み量とは独立にスロットル開度を調節自在とした技
術においても、アクセルペダル踏み込み量とスロットル
開度とが大略一義的に対応されていることから、運転者
のアクセルワークによっては簡単に機関負荷が全開或い
は高負荷となると共に出力が全開となり、よって燃料消
費率が悪化する不都合があった。このことは特に、ギヤ
ミッション車両においてシフトチェンジ後の加速時等に
トルク感がないことからアクセルペダルの踏み込み量が
大きくなり易くなり、顕著にあらわれる。又、燃料消費
率の点のみならず、斯る全開或いは高負荷域での空燃比
はリッチ方向にあるためCO,Hcが多量に発生し易く、機
関が安易に全開出力に至るのは環境上においても好まし
いものではなかった。

第８図及び第９図を参照して此の点を説明すると、アク
セルペダル踏み込み量とスロットル開度とが機械的に乃
至は大略一義的に決定されている場合、機関回転数が低
くてもスロットル弁は機関回転数に関わりなく開く。即
ち、第８図に示す如く、機関出力（PS）は機関回転数に
相応して機関負荷（ここでは吸気管内圧力、特に絶対圧
力で示す）に比例して増加し、最大値（大気圧）に達し
た時点で最大となる。この場合、第９図に示す如く、例
えば1000rpm（５速とする）においてはスロットル開度
が20度（全開＝84度とした場合）に達した時点で負荷が
最大となるが、燃料消費率が最小となるのは10度付近で
ある。又、5000rpmでは30度となる。従って、燃料消費
率の点からは運転者にこの開度をキープさせるのが望ま
しいが、現実には困難である。尚、従来のアクセルペダ
ルとスロットル弁とが機械的に対応するものにあって
は、斯る不都合を解消せんとすれば、シフトギヤ配列を
ローギヤ側に設定することが考えられるが、それでは却
って燃料消費率の悪化を招いてしまうことになる。

従って、本考案の目的は従来技術の上記した欠点を解消
することにあり、ギヤミッション車両におけるシフトチ
ェンジ後の加速を含むアクセルワークにおいても高負荷
域乃至全開負荷域に安易に入り難くして燃料消費率の向
上を図ると共に、他方アクセル全開域では機関の全開出
力を応答性良く確保出来る様にした車載内燃機関のスロ
ットル開度制御装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本考案は第１図に示す如
く、機関吸気路に設けられたスロットル弁の開度を検出
するスロットル開度検出手段１、車両運転席床面に配さ
れたアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペ
ダル踏み込み量検出手段２、上記スロットル開度及びア
クセルペダル踏み込み量を除く、機関回転数及び機関負
荷を含む機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手
段３、該機関運転状態検出手段及び前記アクセルペダル
踏み込み量検出手段の出力を入力し、機関負荷が機関回
転数に応じて設定された最小燃料消費率が得られる所定
値に達するまでは適宜設定した第１の特性に従ってアク
セルペダル踏み込み量に応じてスロットル開度の目標値
を決定し、該所定値に達したときは其の時点のアクセル
ペダル踏み込み量から所定の範囲に亘って機関負荷が機
関回転数に対して燃料消費率において最小となる様にス
ロットル開度の目標値を決定すると共に、アクセルペダ
ル踏み込み量が該所定範囲を超えたたときは適宜設定し
た第２の特性に従ってアクセルペダル踏み込み量に応じ
て全開位置を含むスロットル開度の目標値を決定するス
ロットル開度目標値決定手段４、該スロットル開度目標
値決定手段及び前記スロットル開度検出手段の出力を入
力して目標開度との偏差を求め、該偏差を解消すべくス
ロットル弁に連結したアクチュエータを駆動するアクチ
ュエータ駆動手段５及び該アクチュエータ駆動手段の出
力に応じて作動し、スロットル弁を目標位置に移動させ
るアクチュエータ６からなる如く構成した。

（実施例） 以下、第２図以下を参照して本考案の実施例を説明す
る。

第２図に本考案に係る車載内燃機関のスロットル開度制
御装置の全体構成を示す。同図において、アクセルペダ
ル10は断面く字状のアーム12の一端に連結され、車両の
床面14にシャフト16によって回動自在に設置される。ア
ーム12の他端にはリターンスプリング18が弾装され、ア
クセルペダル10をアイドル位置方向に付勢している。シ
ャフト16にはポテンショメータからなる前記したアクセ
ルペダル踏み込み量検出手段たるアクセル開度センサ20
が設けられ、アクセルペダル10の踏み込み量、即ちシャ
フト16を中心としたアイドル位置からの回動角度に応じ
た電圧値を出力する。又、機関吸気管24内にはスロット
ル弁26が設けられ、そのシャフト28には同じくポテンシ
ョメータからなる前記したスロットル開度検出手段たる
スロットル開度センサ30が設けられ、スロットル弁26の
開度に応じた電圧値を出力する。シャフト28には前記し
たアクチュエータたるパルスモータ32の回転シャフト
（図示せず）が連結され、その回転に応じてスロットル
弁26が開閉する如く構成される。

又、機関吸気管24のスロットル弁下流の適宜位置には該
管内の吸気圧力を絶対圧で検出する吸気圧センサ34が設
けられ、更に機関のディストリビュータ（図示せず）内
には機関のクランク角位置を検出するクランク角センサ
36が設けられると共に、機関に接続する変速機（図示せ
ず）の回転部近傍には車両の走行速度を検出する車速セ
ンサ38が、更に車両の適宜位置には変速機のシフト位置
を検出するシフト位置センサ40が設けられる。このシフ
ト位置センサ40は、例えば変速機のシフトレバー（図示
せず）に連動して高レベル出力を発生する複数のスイッ
チ群によってシフト位置に応じた２進のデジタル信号を
出力する如く構成される。

斯るセンサ20,30,34,36,38,40の出力は、制御ユニット5
0に入力される。第３図は該制御ユニット50の詳細を示
しており、アクセル開度センサ20、スロットル開度セン
サ30及び吸気圧センサ34の出力は制御ユニット50内に入
力された後、レベル変換回路52で適宜所定レベルに変換
されてマイクロ・コンピュータ54に入力される。マイク
ロ・コンピュータ54は、マルチプレクサ付A/D変換回路5
4a、入力I/O54b、CPU54c、ROM54d、RAM54e及び出力I/O5
4fよりなり、A/D変換回路54aを介して入力値を順次デジ
タル値に変換してRAM54e内に一時格納する。又、クラン
ク角センサ36等のデジタル信号出力は制御ユニット50内
において波形整形回路56において波形整形された後、入
力I/O54bを介してマイクロ・コンピュータ54内に入力さ
れ、同様にRAM54e内に格納される。CPU54cは斯る入力値
から後述の如く制御値を演算し、パルスモータ制御回路
58に出力してパルスモータ32を駆動し、スロットル弁26
を開閉する。尚、以上の構成において、マイクロ・コン
ピュータ54が前記したスロットル開度目標値決定手段及
びアクチュエータ駆動手段に相当する。

次に、本考案に係る制御装置の動作を第４図のフロー・
チャートに従って説明する。尚、本プログラムは、所定
周期毎に起動される。

先ず、S10においてスロットル開度θTH、アクセル開度
θACC、吸気管内圧力PBA及び機関回転数Ne、車速Ｖ、シ
フト位置GSFTを読み込み、S12において機関回転数に対
する機関負荷が燃料消費率において最小となる最適なス
ロットル開度θＮ及びそれに対応するアクセル開度θAC
C−θＮを検索する。

ここで、本制御に付いて概略的に述べておくと、第５図
は本制御におけるスロットル開度−アクセル開度（アク
セルペダル踏み込み量）特性を図示する説明図である。
同図において、符号イは前記した第１の特性を示してお
り、この特性においてはアクセル開度変化量に対してス
ロットル開度変化量が比較的大きく設定され、即ち高開
度側に設定される。符号ロは前記した第２の特性を示し
ており、この特性は第１特性に比して低開度側に設定さ
れており、アクセル開度変化量に対してスロットル開度
変化量が比較的小さくなる様に設定される。又、符号
ハ、ニで示す特性は第１及び第２特性を連絡する過渡的
な特性を示しており、符号ハは第１特性から第２特性に
至る間に行われる前記した機関負荷が機関回転数に対し
て燃料消費率において最小となる様に設定される特性を
示し、符号ニは再び第１特性に復帰する際の特性を示
す。従って、本制御においては後述する如く、スロット
ル開度は例えば符号から開始してに至り、に沿っ
て全開方向に開弁した後、に沿って復帰し、を通
って再び第１特性に戻る様に制御される。

而して、第５図において符号ホの地点で始まり符号ヘに
至る特性ハ（）の区間は、最小燃料消費率からスロッ
トル開度が決定される範囲である。この機関負荷と最小
燃料消費率との関係に付いて第６図を参照して説明する
と、同図において縦軸にスロットル開度及び吸気管内圧
力をとり横軸に機関回転数をとると、機関の種類に応じ
て相違するが、最小燃料消費率を得るに最適な吸気管内
圧力値PNは機関回転数に対して概略ａ線の如く求めるこ
とが出来る。又、その最適吸気管内圧力PNを得るのに必
要なスロットル開度の最適値θＮを機関回転数に対して
求めると、概略ｂ線の様に決定することが出来る（この
値が、例えば1000rpmで10度、或いは5000rpmでは30度と
なることは第９図に関して前に説明した通りである）。
更に、機関の要求特性からアクセル開度θACCに対する
機関回転数Neの目標値も同図ｃ線の如く決定することが
出来、従って実際の吸気管内圧力PBAがアクセル開度θA
CCに応じて機関回転数Neの目標値に対応する最適吸気管
内圧力PNになる様にスロットル開度θTHを制御すること
により、機関の要求特性を満足しつつ、最良な燃料消費
率を得ることが出来る。この場合、アクセル開度θACC
と最適スロットル開度θＮとの関係は例えば第７図に示
す如くになる（図において符号Ｘはスロットル開度とア
クセル開度とが機械的に対応する特性を、符号Ｙは前記
した最小燃料消費率制御特性を示す）。

以上を前提として第４図フロー・チャートの説明に戻る
と、S12における検索は、S10で検出した機関回転数に応
じて対応する最適スロットル開度θＮ及び該スロットル
開度θＮに対応するアクセル開度θACC−θＮを検索す
ることを意味する。

続いて、S14において実際のスロットル開度θTHと最適
スロットル開度θＮ及び実際のアクセル開度θACCと対
応アクセル開度θACC−θＮとを比較する。その結果、
実際の開度が共に最適スロットル開度及び対応アクセル
開度未満であればS16に移行し、第１特性イに従ってス
ロットル開度の目標値θTHOを決定する。この特性にお
いてアクセル開度の変化量に対してスロットル開度の変
化量が大きいので、アクセルペダルの動きに対して機関
の出力が応答性良く追随することになる。

S14において実際のスロットル開度θTHとアクセル開度
θACCとが最適スロットル開度θｎと対応アクセル開度
θACC−θＮとを上廻ると判断されたときはS18において
実際のアクセル開度θACCが所定のアクセル開度θACC−
HIGHに達したか否か判断し、達していない場合はS20に
至ってスロットル開度の目標値θTHOを前記した燃料消
費率において最適なスロットル開度θＮに設定する。即
ち、本制御の特徴の一つは、スロットル開度が燃料消費
率から制御可能な地点（前記ホ）に至ると、その時点か
ら所定アクセル開度θACC−HIGH（前記へ）に至る範囲
（符号、特性ハ）に亘ってスロットル開度を最適値θ
Ｎに制御することにある。この所定アクセル開度θACC
−HIGHFは、シフト位置GSFTと車速Ｖから適宜決定す
る。即ち、この符号で示す範囲（特性ハ）は、アクセ
ル開度の如何に関わらずスロットル開度は燃料消費率か
ら最適に決定され続けるので、運転者のアクセルワーク
によって安易に全開域に突入することがない。

S18において実際のアクセル開度θACCが所定アクセル開
度θACC−HIGHを超えたと判断されたときは続いてS22に
進み、アクセル開度変化量ΔθACCが零以上か否か、即
ち少なくとも戻し方向にないか否か判断し、戻し方向に
ないときはS24に移行して前記した第２の特性ロに従っ
てスロットル開度目標値θTHOを決定する。従って、ス
ロットル開度は符号で示す間は第２特性ロに従ってア
クセル開度θACCに応じて決定されると共に、アクセル
開度が全開域に達したときはスロットル開度もWOTまで
開弁することになる。尚、変化量ΔθACCは、S10で今回
プログラム起動時に読み込んだ値と前回起動時に読み込
んだ値の偏差を求めて算出する。

S22においてアクセルペダルが戻し方向にあると判断さ
れたときは、S26においてスロットル開度が低位側に所
定開度θTH−LOW（地点ト）まで戻ったことが確認され
るまで、符号で示す間は第２特性ロに従ってスロット
ル開度目標値を決定する（S24）。而して、低位側所定
開度θTH−LOWまで戻ったことが確認されたときは、次
いでS28において地点チにおいて再び第１特性に戻った
ことが確認されるまで、符号で示す範囲（特性ニ）に
おいてはS30においてスロットル開度目標値θTHOを所定
の値θTH−FIXに固定する。尚、所定の値に固定するこ
とに代えて、適宜設定する微小量づつ減算して目標値を
決めても良い。上記において符号，で示す範囲は、
ヒステリシスを設けたものである。

続いて、S32において実際のスロットル開度θTHが目標
値付近（目標値θTHO±微小量α）にあるか否か判断
し、その付近にあればS34においてパルスモータの停止
指令を出力すると共に、然らざればS36において実開度
θTHと目標値θTHOとを比較し、実開度θTHが目標θTHO
を超えていればS38においてパルスモータを閉方向に駆
動すべく出力指令を行い、逆であればS40において開方
向に駆動する。

本実施例においては上記の如く構成したので、スロット
ル開度が燃料消費率の点から最適な開度に達するまでは
アクセル開度と機械的に対応させて応答性良く制御する
と共に、最適開度に達した後は所定の範囲に亘ってその
開度付近に固定するので、運転者のアクセルワークによ
って簡単に全開域に突入することが少なく、燃料消費率
及び排ガス特性を向上させることが出来る。而して、一
旦運転者から全開出力要求がなされたときは応答性良く
スロットル開度をWOTに向けて駆動するので、運転性に
おいても欠けることがない。

尚、上記においてアクセル開度の範囲θACC−HIGHをシ
フト位置GSFTと車速Ｖとから決定したが、時点ホからの
経過時間に基づいて決定しても良い。

（考案の効果） 本考案に係る車載内燃機関のスロットル開度制御装置に
おいてはスロットル開度目標値決定手段を設け、該スロ
ットル開度目標値決定手段は、機関運転状態検出手段及
びアクセルペダル踏み込み量検出手段の出力を入力し、
機関負荷が機関回転数に応じて設定された最小燃料消費
率が得られる所定値に達するまでは適宜設定した第１の
特性に従ってアクセルペダル踏み込み量に応じてスロッ
トル開度の目標値を決定し、該所定値に達したときは、
その時点のアクセルペダル踏み込み量から所定の範囲に
亘って機関負荷が機関回転数に対して燃料消費率におい
て最小となる様にスロットル開度の目標値を決定すると
共に、アクセルペダル踏み込み量が該所定範囲を超えた
ときは適宜設定した第２の特性に従ってアクセルペダル
踏み込み量に応じて全開位置を含むスロットル開度の目
標値を決定する如く構成したので、ギヤミッション車両
においてシフトチェンジ後の加速時等にあっても、運転
者の通常のアクセルワークによって簡単にスロットル全
開となり出力全開となることが少なく、燃料消費率及び
排ガス特性を向上することが出来ると共に、一旦運転者
から出力全開要求がなされたときは迅速に其の期待に応
えることが出来て運転性においても欠けることがない利
点を備える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のクレーム対応図、第２図は本考案に係
る車載内燃機関のスロットル開度制御装置の概略構成
図、第３図は第２図中の制御ユニットの具体的構成を示
すブロック図、第４図は本制御装置の動作を示すフロー
・チャート、第５図は本制御におけるスロットル開度−
アクセル開度特性を示す説明図、第６図は機関負荷と燃
料消費率との関係を示す説明図、第７図は燃料消費率と
スロットル開度の制御特性との関係を示す説明図、第８
図は機関回転数に対応した機関負荷と機関出力との関係
を示す説明図及び第９図は機関回転数に対応した機関負
荷とスロットル開度との関係を示す特性図である。 １……スロットル開度検出手段（スロットル開度センサ
30）、２……アクセルペダル踏み込み量検出手段（アク
セル開度センサ20）、３……機関運転状態検出手段（ク
ランク角センサ56、吸気圧センサ34）、４……スロット
ル開度目標値決定手段（マイクロ・コンピュータ54）、
５……アクチュエータ駆動手段（マイクロ・コンピュー
タ54）、６……アクチュエータ（パルスモータ32）、50
……制御ユニット、54……マイクロ・コンピュータ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】a.機関吸気路に設けられたスロットル弁の
   開度を検出するスロットル開度検出手段、 b.車両運転席床面に配されたアクセルペダルの踏み込み
   量を検出するアクセルペダル踏み込み量検出手段、 c.上記スロットル開度及びアクセルペダル踏み込み量を
   除く、機関回転数及び機関負荷を含む機関の運転状態を
   検出する機関運転状態検出手段、 d.該機関運転状態検出手段及び前記アクセルペダル踏み
   込み量検出手段の出力を入力し、機関負荷が機関回転数
   に応じて設定された最小燃料消費率が得られる所定値に
   達するまでは適宜設定した第１の特性に従ってアクセル
   ペダル踏み込み量に応じてスロットル開度の目標値を決
   定し、該所定値に達したときはその時点のアクセルペダ
   ル踏み込み量から所定の範囲に亘って機関負荷が機関回
   転数に対して燃料消費率において最小となる様にスロッ
   トル開度の目標値を決定すると共に、アクセルペダル踏
   み込み量が該所定範囲を超えたときは適宜設定した第２
   の特性に従ってアクセルペダル踏み込み量に応じて全開
   位置を含むスロットル開度の目標値を決定するスロット
   ル開度目標値決定手段、 e.該スロットル開度目標値決定手段及び前記スロットル
   開度検出手段の出力を入力して目標開度と実開度との偏
   差を求め、該偏差を解消すべくスロットル弁に連結した
   アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動手段、 及び f.該アクチュエータ駆動手段の出力に応じて作動し、ス
   ロットル弁を目標位置に移動させるアクチュエータ、 からなることを特徴とする車載内燃機関のスロットル開
   度制御装置。