JPH0693921A - スロットル開度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非接触型センサを用いて、スロットルの全開
度域に対して高分解能でスロットル開度を検出するスロ
ットル開度検出装置の提供。 【構成】 スロットルポジションセンサ９は、主として
永久磁石３３ａ，３３ｂと二つのホール素子１１ａ，１
１ｂから構成されている。スロットルバルブ５が全閉位
置（図２（Ａ）及び（Ｂ））にあるとき、一方のホール
素子１１ａの感磁面は永久磁石３３が形成する磁界に対
して平行となるように固定され、他方のホール素子１１
ｂの感磁面は永久磁石３３が形成する磁界に対してスロ
ットルバルブ５の回転方向（図２（Ｂ）の矢印方向）に
オフセット角αをなして固定されている。スロットル開
度検出手段は、各ホール素子１１ａ，１１ｂの高分解能
領域により、いずれかの検出信号を選択し、スロットル
開度を算出する。この結果、スロットルの全開度域に対
して高分解能でスロットル開度を検出することが可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の磁電変換素子と
磁石とからなるスロットルポジションセンサを用いたス
ロットル開度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの燃料噴射装置の一種と
して、スロットル開度とエンジン回転数とから吸入空気
量を求め、これに応じて燃料噴射量を制御するようにし
たものが知られている。このスロットル開度を検出する
装置として、例えば特開昭６３−７１５５２号公報及び
特表昭６２−５００８７６号公報では、スロットル開度
の検出が２つの接触型のポテンショメータからなるスロ
ットルポジションセンサによりなされている。これによ
ると、スロットル開度の検出は、一つのポテンショメー
タはアイドル・スピード・コントロール（ＩＳＣ）の要
求により低開度で高い分解能を有するものを用い、他の
一つは全域で適当な分解能を有するものを用いるという
ように、スロットル開度に応じて適宜切り換えて使用し
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
スロットル開度検出装置は、高い分解能が要求されるの
は低開度側であるという考えより成り立つものであり、
近年のリンクレススロットル制御によるスロットル位置
の制御、全運転領域の燃費向上等、低開度側のみならず
全開度域で高分解能を要求されるシステムに対して不向
きである。

【０００４】一方、近年耐久性等の有利さにより、接触
型のブラシ式センサに代わり、ホール素子あるいは磁気
抵抗素子に代表される磁電変換素子を用いる非接触型セ
ンサが有望視されている。通常、磁電変換素子によるス
ロットルポジションセンサでは、磁石がスロットルボデ
ィの回転軸の一端にスロットルボディと共に回転可能に
設けられ、この磁石の回転による磁界の方向の変化を磁
電変換素子が検出する。そのため、出力特性は例えば正
弦波のような非線形として現れる。ところが、出力特性
が非線形であることから、分解能の高い部分と分解能の
低い部分とが存在する点が問題視されており、上記のニ
ーズに対して容易に適用できなかった。なお、磁電変換
素子の一つである磁気抵抗素子については例えば特公平
３−５８４４６号公報に開示されている。

【０００５】以上の課題を解消するため本発明のスロッ
トル開度検出装置は、非接触型センサを用いて、スロッ
トルの全開度域に対して高分解能でスロットル開度を検
出することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明のスロットル開度検出装置は、図７に例示したよ
うに、複数の磁電変換素子と磁石とからなり、前記複数
の磁電変換素子は前記磁石から受ける磁界の向きが各磁
電変換素子ごとに異なる位置に配置され、各磁電変換素
子はスロットル開度の変化とともに前記磁石から受ける
磁界の方向又は強さが変化して非線形的に検出信号を出
力するスロットルポジションセンサと、あるスロットル
開度に対する検出信号として、各磁電変換素子の検出信
号の中から、スロットル開度の変化に対する検出信号の
変化の割合が大きい領域に応じて特定の磁電変換素子の
検出信号を選択し、この検出信号に基づいてスロットル
開度を算出するスロットル開度検出手段と、を備えたこ
とを要旨とする。

【０００７】

【作用】上記の構成からなるスロットル開度検出装置に
おいて、スロットルポジションセンサの複数の磁電変換
素子は磁石から受ける磁界の向きが各磁電変換素子ごと
に異なる位置に配置されているため、各磁電変換素子は
スロットル開度に対して各々異なる位相をもつ非線形の
出力特性を有する。このため、各磁電変換素子が有す
る、スロットル開度の変化に対する検出信号の変化の割
合が大きい領域（以下、「高分解能領域」という）は、
各磁電変換素子ごとに異なる。従って、スロットル開度
の変化に応じて、磁電変換素子を切り換えてゆけば、広
い範囲を高分解能領域にすることができる。

【０００８】この結果、スロットルの全開度域に対して
高分解能でスロットル開度を検出することが可能とな
る。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明す
る。図１は、エンジンへの吸入空気量をＥＣＵ（エレク
トロニック・コントロール・ユニット）により調整する
システムに本発明を適用した概略ブロック図である。エ
ンジン１の吸気弁１ａに通じる吸気通路３にはスロット
ルバルブ５とエアフローメータ７が設けられており、ス
ロットルバルブ５の位置を検出するスロットルポジショ
ンセンサ９は二つのホール素子１１ａ、１１ｂを用いた
非接触型として設計されている。

【００１０】ＥＣＵ１３はＡ／Ｄコンバータ１５、入力
回路１７、出力回路１９及びマイコン２１から構成され
ている。マイコン２１は、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ及びＲ
ＡＭを中心として構成され、ＲＯＭには各種制御プログ
ラムが記憶されている。入力回路１７にはエンジン１の
クランク軸に連結されたクランクアングルセンサ２３に
よりエンジン回転数が入力される。また、スロットルポ
ジションセンサ９から各ホール素子１１ａ，１１ｂの検
出信号（後述）が、アクセルペダルに装着されたアクセ
ルペダルセンサ２５からアクセル位置信号が、エアフロ
ーメータ７から吸入空気量信号が、バッテリ２７からバ
ッテリ電圧値信号が、吸気温センサ２９から吸気温信号
が各々Ａ／Ｄコンバータ１５を経てマイコン２１に入力
される。このようにしてマイコン２１に入力されたデー
タを、後述するスロットル制御処理プログラムに基づい
て演算処理することにより出力回路１９を介してスロッ
トル制御モータ３１を駆動する。その結果、スロットル
バルブ５は、アクセルペダルの踏み込み量などに応じた
最適な開度となるように制御される。

【００１１】本実施例のスロットルポジションセンサ９
は、主として永久磁石３３ａ，３３ｂと二つのホール素
子１１ａ，１１ｂから構成されている。図２は永久磁石
３３ａ，３３ｂと二つのホール素子１１ａ，１１ｂの位
置関係を現す説明図で、図２（Ａ）は正面図、図２
（Ｂ）は右側面図である。永久磁石のＮ極３３ａ，Ｓ極
３３ｂは、スロットルバルブ５の回転中心５ａに対して
対称となるように、ロータ３５上に互いに対向配設され
ている。ロータ３５は、スロットルバルブ５の回転軸５
ｂの先端に固定され、スロットルバルブ５の回転と共に
回転する。

【００１２】二つのホール素子１１ａ，１１ｂは、スロ
ットルバルブ５の回転軸５ｂの軸心線５ｃ上にあって、
回転軸５ｂの軸受側（図示せず）に固定されている。ス
ロットルバルブ５が全閉位置（図２（Ａ）及び図２
（Ｂ））にあるとき、一方のホール素子１１ａの感磁面
は永久磁石３３ａ，３３ｂが形成する磁界に対して平行
となるように固定され、他方のホール素子１１ｂの感磁
面は永久磁石３３ａ，３３ｂが形成する磁界に対してス
ロットルバルブ５の回転方向（図２（Ｂ）の矢印方向）
にオフセット角αをなして固定されている。

【００１３】このように構成されたスロットルポジショ
ンセンサ９では、スロットルバルブ５の回転軸５ｂの回
転に伴い、永久磁石３３ａ，３３ｂがホール素子１１
ａ，１１ｂの回りを回転するため、ホール素子１１ａ，
１１ｂの感磁面に対する磁界方向が変化する。この結
果、ホール素子１１ａの感磁面に対する磁界の入射角度
をθとすると、各ホール素子１１ａ，１１ｂからの出力
ＶHa、ＶHbは、次式(1) 及び(2) のごとく変化する。 ＶHa＝ＶA・ｓｉｎθ …(1) ＶHb＝ＶA・ｓｉｎ（θ−α）…(2) 上記の式において、ＶAは磁束、素子電流、ホール係数
等に依存する出力最大値である。このように各々の出力
特性が正弦波として現される。

【００１４】こうした出力特性が得られるホール素子１
１ａ，１１ｂの出力ＶHa、ＶHbは、プリント基板に形成
された回路パターンとプリント基板に実装された回路素
子とにより構成されるセンサ回路３７により、次式(3)
及び(4) に示すような検出信号Ｖ１，Ｖ２として取り出
される（図３（Ａ））。 Ｖ１＝Ｋ・ｓｉｎθ＋ＶＭ１ …(3) Ｖ２＝Ｋ・ｓｉｎ（θ−α）＋ＶＭ２…(4) 上記の式において、Ｋはセンサ回路の増幅特性に対応し
た定数、ＶＭ１、ＶＭ２はオフセット電圧である。な
お、オフセット角αは、この検出信号Ｖ１，Ｖ２の各々
の高分解能領域が相補的にスロットル開度の全域（０〜
９０゜）をカバーする角度に設定されている。

【００１５】次にＥＣＵ１３において、マイコン２１の
ＲＯＭに記憶されたスロットル駆動制御処理について図
４に基づいて説明する。スロットル駆動制御処理が開始
されると、アクセルペダルセンサ２５によりアクセルペ
ダルの位置が入力されたか否かを判別する（Ｓ１０
１）。入力されていない場合はＳ１０１に戻る。入力さ
れた場合はそのアクセルペダルの位置におけるスロット
ル開度を基本スロットル開度として決定する（Ｓ１０
２）。

【００１６】続いて、基本スロットル開度に対して各種
補正を行う必要があるか否かを判別し（Ｓ１０３）、必
要がない場合は目標スロットル開度として基本スロット
ル開度を採用する（Ｓ１０７）。必要がある場合は加減
速補正（Ｓ１０４）、ＩＳＣ補正（Ｓ１０５）、クルー
ズコントロール補正（Ｓ１０６）を行い、目標スロット
ル開度として補正後の基本スロットル開度を採用する
（Ｓ１０７）。

【００１７】次いで、現スロットル開度を入力し（Ｓ１
０８）、目標スロットル開度と現スロットル開度に差が
あるか否かを判別する（Ｓ１０９）。差がないときはス
ロットル制御モータ３１の保持量を決定し（Ｓ１１
０）、差があるときはスロットル制御モータ３１の駆動
量を決定する（Ｓ１１１）。最後にモータ駆動信号を出
力してスロットル制御モータ３１を駆動し処理を終える
（Ｓ１１２）。

【００１８】このようにして、スロットルバルブ５は、
アクセルペダルの踏み込み量などに応じた最適な開度と
なるように制御される。本発明の特徴の一つは、前述の
スロットル開度検出処理（Ｓ１０８：図４参照）におい
て、二つのホール素子１１ａ，１１ｂの高分解能領域に
応じて、いずれか一方の検出信号を採用してスロットル
開度を算出することにある。以下に、スロットル開度検
出処理について図５に基づいて説明する。

【００１９】スロットル開度検出処理が開始されると、
まずホール素子１１ａ，１１ｂの検出信号Ｖ１，Ｖ２に
基づいて、ＲＯＭに予め記憶したテーブルＴＡ１、ＴＡ
２によりスロットル開度Ｔ１，Ｔ２を算出する（Ｓ２０
１）。このテーブルＴＡ１、ＴＡ２は、例えば前出の式
(3) 、(4) に基づいて作成される。

【００２０】次に、スロットル開度Ｔ１とスロットル開
度Ｔ２の差の絶対値Ｔ１２を求める（Ｓ２０２）。続い
て、この絶対値Ｔ１２と、ホール素子１１ｂのオフセッ
ト角αにより求められる数値に変動誤差を加算した許容
値ＫＴとを比較する（Ｓ２０３）。この絶対値Ｔ１２が
許容値ＫＴ以上ならば（Ｓ２０３で「Ｎ」）、後述する
フェイルセーフ処理を実行する。許容値ＫＴ未満ならば
（Ｓ２０３で「Ｙ」）、二つのホール素子１１ａ，１１
ｂを切り換える判定値ＫTCH とスロットル開度Ｔ１とを
比較する（Ｓ２０４）。判定値ＫTCH は、二つのホール
素子１１ａ，１１ｂの検出信号を選択するための角度に
対応する値であり、オフセット角α及びホール素子１１
ａ，１１ｂの各高分解能領域に基づいて算出される。

【００２１】そして、スロットル開度Ｔ１が判定値ＫTC
H よりも小さいとき（Ｓ２０４で「Ｙ」）はスロットル
開度の制御信号ＴＶＯとしてスロットル開度Ｔ１を採用
する（Ｓ２０５）。スロットル開度Ｔ１が判定値ＫTCH
以上のとき（Ｓ２０４で「Ｎ」）はスロットル開度の制
御信号ＴＶＯとしてスロットル開度Ｔ２を採用する（Ｓ
２０６）。

【００２２】以上の処理をグラフに示すと図３（Ｂ）の
実線部分となる。即ち、スロットル開度が０゜以上ＫTC
H 未満の範囲においては、ホール素子１１ａの検出信号
Ｖ１に基づいて算出されるスロットル開度Ｔ１を採用
し、スロットル開度がＫTCH 以上９０゜以下の範囲にお
いては、ホール素子１１ｂの検出信号Ｖ２に基づいて算
出されるスロットル開度Ｔ２を採用する。

【００２３】以上のスロットル開度検出処理が終了した
後、前述のスロットル駆動制御処理に戻り、Ｓ１０９へ
進む。次にフェイルセーフ処理について図６に基づいて
説明する。前述したスロットル開度検出処理のＳ２０１
にて「Ｎ」の場合とは、ホール素子１１ａ，１１ｂから
得られたスロットル開度Ｔ１，Ｔ２の差の絶対値Ｔ１２
が予め設定したオフセット角αにより算出される許容値
ＫＴを超えた場合であり、ホール素子１１ａ，１１ｂの
いずれか一方もしくは両方に異常が生じたことを意味す
る。このとき、フェイルセーフ処理が開始される。

【００２４】まず、エンジン回転数及び吸入空気量から
作成された二次元マップ（図示せず）により、クランク
アングルセンサ２３から得られるエンジン回転数と、エ
アフローメータ７から得られる吸入空気量とを用いてス
ロットル予測開度Ｔ３を算出する（Ｓ３０１）。

【００２５】次いでスロットル開度Ｔ１とスロットル予
測開度Ｔ３との差の絶対値Ｔ１３、及びスロットル開度
Ｔ２とスロットル予測開度Ｔ３との差の絶対値Ｔ２３を
算出する（Ｓ３０２）。続いて、予め設定されたフェイ
ル判定値ＫＦと絶対値Ｔ１３とを比較する（Ｓ３０
３）。このフェイル判定値ＫＦはホール素子１１ａ，１
１ｂの異常の有無を判定する値である。

【００２６】絶対値Ｔ１３がフェイル判定値ＫＦ以下の
とき（Ｓ３０３で「Ｎ」）、即ちホール素子１１ａは正
常であると判別したとき、スロットルバルブ５の全開度
域においてスロットル開度の制御信号ＴＶＯにスロット
ル開度Ｔ１を採用する（Ｓ３０４）。

【００２７】一方、絶対値Ｔ１３がフェイル判定値ＫＦ
より大きいとき（Ｓ３０３で「Ｙ」）、即ちホール素子
１１ａは異常であると判別したとき、フェイル判定値Ｋ
Ｆと絶対値Ｔ２３とを比較する（Ｓ３０５）。そして、
絶対値Ｔ２３がフェイル判定値ＫＦ以下のとき（Ｓ３０
５で「Ｎ」）即ちホール素子１１ｂは正常であると判別
したとき、スロットルバルブ５の全開度域においてスロ
ットル開度の制御信号ＴＶＯにスロットル開度Ｔ２を採
用する（Ｓ３０６）。

【００２８】一方、絶対値Ｔ２３がフェイル判定値ＫＦ
より大きいとき（Ｓ３０５で「Ｙ」）即ちホール素子１
１ｂは異常であると判別したとき、スロットルバルブ５
の全開度域においてスロットル開度の制御信号ＴＶＯに
デフォルト値ＴＫＤを採用する（Ｓ３０７）。デフォル
ト値ＴＫＤは、エンジン回転数、吸入空気量、吸気温等
のデータから算出されるスロットル開度であり、例えば
スロットル予測開度Ｔ３を用いることができる。

【００２９】以上のフェイルセーフ処理を終えた後スロ
ットル駆動制御に戻り、Ｓ１０９に進む。以上詳述した
ように、本実施例のスロットル開度検出装置によれば以
下の効果が得られる。 (a) 二つのホール素子１１ａ，１１ｂは、スロットル開
度に対して各々異なる位相をもつ非線形の出力特性を有
するため、ホール素子１１ａ，１１ｂの高分解能領域を
適宜選択することにより、スロットルバルブの全開度域
にて高い分解能をもってスロットル開度を検出すること
が可能となった。 (b) 二つのホール素子１１ａ，１１ｂを使用したため、
いずれか一方にのみ異常が生じた場合にはいずれか他方
の出力をスロットルバルブの全開度域にて採用すること
ができ、これにより相補的なフェイルセーフ機能が可能
となった。 (C) 二つのホール素子１１ａ，１１ｂの両方が異常を生
じたとき、他の入力データからスロットル予測開度を算
出することにより、一層フェイルセーフ機能が確実化さ
れた。

【００３０】なお、本発明は上記の実施例に何等限定さ
れることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
の態様で実施できることはいうまでもない。例えば、本
実施例ではスロットルポジションセンサ９にホール素子
１１ａ，１１ｂを使用したが、磁気抵抗素子でもよい。
磁気抵抗素子の場合、ホール素子に比べて出力特性の周
期が半分となるため、各磁気抵抗素子の有する高分解能
領域の範囲が狭くなる。このため、本発明が一層効果的
に適用される。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明のスロットル
開度検出装置によれば、非接触型センサを用いて、スロ
ットルの全開度域に対して高分解能でスロットル開度を
検出することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例の構成を現す概略ブロック図であ
る。

【図２】 本実施例のスロットルポジションセンサにお
ける永久磁石とホール素子との位置関係を現す略説明図
である。

【図３】 本実施例のホール素子の検出信号を現すグラ
フである。

【図４】 本実施例のスロットル駆動制御処理のフロー
チャートである。

【図５】 本実施例のスロットル開度検出処理のフロー
チャートである。

【図６】 本実施例のフェイルセーフ処理のフローチャ
ートである。

【図７】 本発明の構成を例示するブロック図である。

【符号の説明】

５・・スロットルバルブ、５ｂ・・・回転軸、５ｃ・・
・軸心線、９・・・スロットルポジションセンサ、１１
ａ，１１ｂ・・・ホール素子、１３・・・ＥＣＵ、２１
・・・マイコン、３１・・・スロットル制御モータ、３
３・・・永久磁石、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の磁電変換素子と磁石とからなり、
   前記複数の磁電変換素子は前記磁石から受ける磁界の向
   きが各磁電変換素子ごとに異なる位置に配置され、各磁
   電変換素子はスロットル開度の変化とともに前記磁石か
   ら受ける磁界の方向又は強さが変化して非線形的に検出
   信号を出力するスロットルポジションセンサと、 あるスロットル開度に対する検出信号として、各磁電変
   換素子の検出信号の中から、スロットル開度の変化に対
   する検出信号の変化の割合が大きい領域に応じて特定の
   磁電変換素子の検出信号を選択し、その検出信号に基づ
   いてスロットル開度を算出するスロットル開度検出手段
   と、を備えたことを特徴とするスロットル開度検出装
   置。