JPS63143357A - スロツトルバルブの制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、スロットルバルブを開閉するステッピングモ
ータの駆動技術に関する。

［従来の技術］ 従来、ステッピングモータによりスロットルバルブの開
閉を行なう装置には、フェイルセーフ機能を向上させる
手段、例えばリターンスプリングおよび分解能と応答性
とを両立させて向上させる手段、例えば変速機構が備え
られている。

上記リターンスプリングは、第６図に示すようにスロッ
トル開度に応じた復帰トルク特性を有し、ステッピング
モータの故障時にスロットルバルブを全開にすることに
よりフェイルセーフ機能を向上させる手段である。

上記変速機構は、ステッピングモータとスロットルバル
ブとの間に介装され例えば、第７図に示すように、スロ
ットルバルブが低開度のときには減速し、スロットルバ
ルブの回転角が大きくなるにしたがって、しだいに増速
するものが考えられる。なお第７図においてはスロット
ル全開時にスチッピングモータの回転角が９０’になる
ように設定していたが、この角度は設計に応じて任意に
設定される。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の技術では、リターンスプリン
グの閉方向への付勢力の増大又は変速機構の増速により
高スロットル開度において、ステッピングモータの負荷
が極めて大きくなって、脱調が発生し易くなるという問
題があった。そこで、ステッピングモータの大型化、駆
動電流の増大、又は回転速度の低減（特開昭５９−１２
８９３４号公報）により上記税調を防止する提案もなさ
れているが、以下の理由から現実的、抜本的な改善とは
なっていなかった。

（１）　ステッピングモータの大型化により、取り付は
スペース、重量、および製造コストの増大を招き、 （２）　駆動電流の増大により発熱量が多くなってモー
タの寿命の短縮を招き、かつ、バッテリの負荷が大とな
りバッテリ寿命の短縮を招き、（３）　ステッピングモ
ータの回転速度の低減技術では、全開時の脱調の防止の
みが有効であり、中間位置での脱調の防止は上記（１）
又は（２）の手段によらなければならず、しかも全開に
近い状態での応答性が悪化する。

本発明は、上記の問題点を解決して、分解能および応答
性が両立し、しかも脱調が発生しないスロットルバルブ
の制御装置の提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記本発明の目的を達成する手段として、本発明のスロ
ットルバルブの制御装置は、第１図に例示するように、 内燃機関の吸気管に設けられたスロットルバルブを開閉
するステッピングモータＭＡと、該ステッピングモータ
ＭＡを駆動し、上記スロットルバルブの開度を制御する
駆動制御手段ＭＢと、 上記スロットルバルブの開度に応じた付勢力で該スロッ
トルバルブを閉方向に付勢する付勢手段ＭＣと を備えたスロットルバルブの制御装置において、上記ス
ロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出手
段ＭＤを備えるとともに、上記駆動制御手段ＭＢは、 上記検出されたスロットルバルブの開度に応じて、上記
ステッピングモータＭＡの駆動力を大きくする駆動力増
大手段ＭＥを備えることを特徴とする。

スロットル開度検出手段ＭＤは、例えば駆動制御手段Ｍ
ＢにおけるステッピングモータＭＡの回転角度の指令値
からスロットル開度を検出する手段でもよく、あるいは
ステッピングモータに送ったパルス数をカウントするカ
ウンタ（開方向時はインクリメント、閉方向時はデクリ
メント）でも良く、もしくはスロットルバルブの開度を
直接検出する手段であってもよい。

おるいはスロットルバルブの開度を直接検出する手段で
あってもよい。

駆動力増大手段ＭＥは、ステッピングモータにットルバ
ルブの開度に応じて、複数段又は無段階に電力を増大さ
せる手段である。

［作用］ 本発明のスロットルバルブの制御装置は、付勢手段ＭＣ
により閉方向に付勢され、ステッピングモータＭＡによ
り駆動されるスロットルバルブを駆動制御手段ＭＢによ
り開閉制御するが、該ステッピングモータＭＡの駆動力
を、スロットル開度検出手段ＭＤの検出した開度に応じ
て駆動力増大手段ＭＥにより増大する。

これによりスロットル開度にともなって増大する付勢手
段ＭＣの付勢力に応じて、ステッピングモータＭＡの駆
動力が大きくなる。

［実施例］ 次に本発明の一実施例のスロットルバルブの制御装置が
適用されるシステムの構成を第２図および第３図に示し
て、説明する。

第２図において、１はエンジンを示し、エンジン１は、
エンジン負荷に応じてガソリンを吸気管ワ出？＋鐵ｅ＋
４−７−１１神か１値酎ムロ　よ山→二Ｊ−Ｐ　ｆｆ　
＋−★圧電気を分配するディストリビュータ９．および
吸気管３内に配設され吸気量を制御するスロットルバル
ブ１１等を備えている。スロットルバルブ１１は、リタ
ーンスプリング１２により全問方向に付勢されるととも
にステッピングモータ１３に連結され、該ステッピング
モータ１３は詳細構成を第３図に示す駆動回路１５によ
って駆動される。

駆動回路１５は、制御装置１７から出力される開方向も
しくは閉方向のパルスＣＷ／ＣＣＷ、ｔｊよび駆動電流
値ＤＡによりステッピングモータ１３を開閉駆動する。

第３図に詳細を示す駆動回路１５は、上記開方向もしく
は閉方向のパルスＣＷ／ＣＣＷを入力して、ステッピン
グモータ１３の４相（φ１．φ２．φ３．φ４）のコイ
ルグループ１９の励磁信ＪＷＶＩ　、Ｖ２　、Ｖ３　、
Ｖ４　を２相励磁力式で出力する分配回路２１、および
コイルグループ１９の各相のコイル１９ａ、１９ｂ、１
９ｃ、’１９ｄに流れる電流を上記制御装置１７から出
力された駆動電流値ＤＡに制御する電流制御部を備えて
いる。

該電流制御部は、以下に示す構成で駆動電流を制御する
。

（１）　制御装置１７から出力された上記駆動電流値Ｄ
ＡをＤ／Ａコンバータ２３で電圧ＶＳに変換する。

（２）　上記コイル１９ａ、又は１９Ｅｌよびコイル１
９Ｃ１又は１９ｄに流れる電流値を電流検出抵抗器２５
ａ、２５ｂおよび増幅部（ＡＭＰ）２７ａ、２７ｂで電
圧Ｖａ、■ｂに変換する。

（３）　両型圧ＶＳ、　■ａ、Ｖｓ、Ｖｂを互いにコン
パレータ２９ａ、２９ｂで比較した結果■ａＳ、ＶｂＳ
をそれぞれアンド回路３１ａ、３１ｂ。

３１Ｃ，３１ｄに出力する。

（４）　上記アンド回路３’ｌａは、上記励磁信号ｖ１
とコンパレータ２９ａの出力Ｖａｓとの論理積の結果を
フィル１９ａのドライブトランジスタ３３ａに出力する
。同様にアンド回路３１ｂ。

３１Ｃ，３１ｄは、論理積の結果をドライブトランジス
タ３３ｂ、３３ｃ、３３ｄに出力する。

上記（１）〜（４）の構成により、コイル１９ａ〜１９
ｄに流れる電流がデユーティ制御されて制御装置１７か
ら出力された駆動電流値ＤＡに制御されることになる。

上記駆動回路１５に開方向もしくは閉方向のパルスＣＷ
／ＣＣＷおよび駆動電流値ＤＡを出力する制御装置１７
は、第２図に示すように入出力インターフェース４１、
中央処理部４３、および記憶部４５を備え、以下に示す
処理を実行する。

（１）　アクセルペダル４７の踏み込み量を検出するア
クセル踏み込み量センサ５１、エンジン回転数を検出す
るエンジン回転数センサ５３、吸気量を検出する吸気量
センサ５５、エンジン水温を検出するエンジン水温セン
サ５６、スロットルバルブ１１の開度を検出するスロッ
トル開度センサ５７および吸入空気温度を検出する吸気
温センサ５８のそれぞれの検出データを入出力インター
フェース４１を介して入力する処理。

（２）　上記入力データにもとづき記憶部４５にメモリ
されている第４図に示すステッピングモータの制御ルー
チンのプログラム、図示しないスロットルバルブの指令
値ＣＭＤＩ出ルーチル−チングラム、および後述する表
１．第５図に示すテーブルのデータ等にしたがい、ステ
ッピングモータ１３の駆動電流値ＤＡの選択、および開
方向もしくは閉方向のパルスＣＷ／ＣＣＷの出力を決定
する処理。

なお、上記スロットルバルブの指令値ＣＭＤの算出ルー
チンは周知であることから、詳細を図示しないが、上記
（１）の処理で入力された種々の運転状態のデータにも
とづいて、最適のスロットル開度を算出して、該スロッ
トル開度に対応するステッピングモータ１３の回転角制
御の指令値ＣＭＤを算出する。したがって、以下に説明
するステッピングのモータ制御ルーチンでは、指令値Ｃ
ＭＤをこのルーチンから得て、制御を行なう。

（３〉　上記選択された駆動電流値ＤＡ、および開方向
もしくは閉方向パルスＣＷ／ＣＣＷを入出力インターフ
ェース４１を介して駆動回路１５に出力する処理。

次に、第４図のステッピングモータの制御ルーチンにも
とづいて、制御装置１７で行なわれる本実施例の制御を
説明する。該ステッピングモータの制御ルーチンは、本
ルーチンにより決定されるパルスレートによりステッピ
ングモータ１３を回転駆動するため後述ステップ２８０
で次表１に示すテーブル（速度管理のパラメータＭＳＰ
Ｄに対応する割り込み時間値ＦＭＳＰＤを与えるテーブ
ル）より読み出されて制御装置１７内の図示しない割り
込みカウンタに設定された割り込み時間値ＦＭＳＰＤ毎
に実行される。該ルーチンでは、まずステッピングモー
タ１３の回転方向を回転方向指示フラグＵＰＦＬ’ＡＧ
（ここでは、ＵＰＦＬＡＧ＝１は開方向を示す〉の状態
で判断して（ステップ１００）、該ＵＰＦＬＡＧにもと
づいて次のそれぞれのステップに移行する。

表１ ステップ１００において、回転方向指示フラグＵＰＦＬ
ＡＧが開方向を示すセット状態でおると判断されたとき
には、スロットルバルブの指令値ＣＭＤ痺出歩出ルーチ
ン示せず）で算出された指令値ＣＭＤ　（以後単に指令
値ＣＭＤと記す）から後述するステップ３２０又は３４
０でインクリメント又はデクリメントされて検出される
実際のスロットルバルブ１１の開度に対応したステッピ
ングモータ１３の実際値ＰＯ３（以後単に実際値ＰＯ８
と記す）を差し引いて、両値の偏差ＤＥＶ（←ＣＭＤ−
ＰＯ８）を算出する（ステップ１１０）。一方、ステッ
プ１００により回転方向指示フラグＵＰＦＬＡＧが閉方
向を示すクリア状態であると判断されたときには、実際
値ＰＯ８から指令値ＣＭＤを差し引いて、両値の偏差Ｄ
ＥＶ　（←ＰＯ３−ＣＭＤ）を算出する（ステップ１２
０）。

上記回転方向指示フラグＵＰＦＬＡＧのセット状態にも
とづいて偏差ＤＥＶをステップ１１０もしくはステップ
１２０で算出することにより、ステッピングモータ１３
の指令値ＣＭＤと、該指令値ＣＭＤを追従する実際値Ｐ
Ｏ８との偏差ＤＥＶが常に正の値として算出されること
になる。

次に、ステップ１１０又はステップ１２０により算出さ
れた偏差Ｄ　Ｅ、　Ｖが負か否かを判断して（ステップ
１３０）、負の場合には偏差ＤＥＶに「０」をセットす
る〈ステップ１４０）。すなわち、ステップ１３０およ
びステップ１４０では、偏差ＤＥＶがたとえば逆回転方
向に指令値ＣＭＤが変化したことで負になったときに、
該偏差ＤＥ■をｒＯＪにして、以後のステップで誤った
処理の行なわれることを防止する。

上記偏差ＤＥＶの算出等に続いて、上記偏差ＤＥＶと前
回までの該ステッピングモータの制御ルーチンの処理に
より設定されたパルスレートの決定に用いられる速度管
理のパラメータＭＳＰＤが同一でないか否かを判断して
（ステップ１５０）、次のステップに処理を移行する。

上記によりＭＳＰＤとＤＥＶとが同一でないと判断され
た場合には、次にＤＥＶがＭＳＰＤより大きいか否かを
判断して（ステップ１６０）　、ＭＳＰＤ＜ＤＥＶの場
合にはステップ１７０に移行し、ＭＳＰＤ≧ＤＥＶの場
合にはステップ’１８０に移行する。上記ＭＳＰＤ＜Ｄ
ＥＶの場合に実行されるステップ１７０では、上記速度
管理のパラメータＭＳＰＤをインクリメントし、ＭＳＰ
Ｄ≧ＤＥＶの場合に実行されるステップ１８０では、Ｍ
ＳＰＤをデクリメントして、次のステップ１９０に処理
を移行する。一方、上記ステップ１５０により速度管理
のパラメータＭＳＰＤと偏差ＤＥＶとが同一であると判
断された場合には、上記ＭＳＰＤのインクリメントもし
くはデクリメントを行なわないで、処理をステップ１９
０に移行する。

上記ステップ１５０〜１８０の処理により、偏差ＤＥＶ
の方が速度管理のパラメータＭＳＰＤより大きいときに
は、該ＭＳＰＤがインクリメントされて、後述ステップ
２８０で表１に従い割り込みカウンタにセットされる割
り込み時間値ＦＭＳＰＤが前回このルーチンでセットさ
れた時間よりも短くなる。すなわち、単位時間当りに制
御装置１７から駆動回路１５に出力されるパルス数であ
るパルスレートが大きくなって、ステッピングモータ１
３の開閉速度が上昇する。又、ステップ１８０によりＭ
ＳＰＤがデクリメントされたときには、ＦＭＳＰＤが前
回このルーチンでセットされた時間よりも長くなり、ス
テッピングモータ１３の開閉速度が低下する。

上記速度管理のパラメータＭＳＰＤの現状保持、インク
リメント、又はデクリメントに続いて実行されるステッ
プ１９０では、ＭＳＰＤが負か否かが判断され、ＭＳＰ
Ｄが負の場合にはＭＳＰＤにｒＯＪをセットしくステッ
プ２００）　、ＭＳＰＤが負でない場合にはＭＳＰＤが
「５」より大きいか否かを判断して（ステップ２１０）
、ＭＳＰＤが５より大きい場合にはＭＳＰＤに５をセッ
トして（ステップ２２０）、次のステップ２３０に処理
を移行する。上記ステップ１９０〜２２０の処理により
速度管理のパラメータＭＳＰＤがＯから５の間に保持（
ＭＳＰＤのガード）されることになる。

上記ステップ１９０〜２２０のＭＳＰＤのガードに続い
て行なわれるステップ２３０では、速度管理のパラメー
タＭＳＰＤがｒＯＪか否かを判断して、ＭＳＰＤ＝Ｏの
場合には、指令値ＣＭＤが実際値ＰＯ３より大きいか否
かを判断して（ステップ２４０＞　、次の処理に移行す
る。ステップ２４０により、ＣＭＤ＞ＰＯ３であると判
断された場合、すなわち開方向に指令値ＣＭＤがある場
合には、回転方向指示フラグＵＰＦＬＡＧをセットしく
ステップ２５０）、ＣＭＤ≦ＰＯ８であると判断された
場合には、ざらにＣＭＤがＰＯ５未満であるかを判断し
て（ステップ２６０＞、ＣＭＤ＜ｐｏｓの場合、すなわ
ち閉方向に指令値ＣＭＤがある場合には、ＵＰＦＬＡＧ
をクリアする（ステップ２７０）。又、ステップ２６０
により指令値ＣＭＤと実際値ＰＯ８とが同一であると判
断されたときには、ステッピングモータ１３を回転させ
る必要がないので本ステッピングモータの制御ルーチン
を一旦終了する。上記ステップ２３０〜ステツプ２７０
の処理により、指令値ＣＭＤが逆回転方向に変化しても
、ＭＳＰＤがｒＯＪでない問、すなわちステッピングモ
ータ１３の回転速度が速く、慣性が大きい間は、ステッ
プ２４０〜ステツプ２７０の回転方向指示フラグＵＰＦ
ＬＡＧの逆回転方向への変更が実行されない。したがっ
て、上記ステップ１８０によってＭＳＰＤが本ステッピ
ングモータの制御ルーチンの実行毎にデクリメントされ
て「０」にされた後でステッピングモータ１３の反転が
行なわれるので、急激な回転方向の反転による脱調を防
止することができる。

上記ステップ２３０〜２７０の処理に続いて行なわれる
ステップ２８０では、上記ステップ１５０〜２２０の処
理で変更等の行なわれた速度管理のパラメータＭＳＰＤ
に対応する割り込み時間値ＦＭＳＰＤを表１に対応する
記憶部４５内のテーブルから読み出して、制御装置１７
内の図示しない割り込みカウンタにセットする。これに
より、本ステッピングモータの制御ルーチンが割り込み
カウンタにセットされた割り込み時間値ＦＭＳ　ＰＤ後
に、再び起動される。

上記割り込み時間値ＦＭＳＰＤの設定に続いて実行され
るステップ２９０では、実際値ＰＯ３に対応するステッ
ピングモータ１３の駆動電流値ＤＡを第５図のグラフに
対応する記憶部４５内のテーブルより選択して、該駆動
電流値ＤＡを駆動回路１５に出力する。これにより、制
御装置１７から駆動回路１５に出力される駆動電流値Ｄ
Ａは、第５図のグラフに示すようにスロットル開度に対
応して大きくされる。

上記駆動電流値ＤＡの選択に続いて、回転方向指示フラ
グＵＰＦＬＡＧのセット状態の判断を行ない（ステップ
３００）　、ＵＰＦＬＡＧがセットされていれば開方向
のパルスＣＷを駆動回路１５に出力しくステップ３１０
）、次いで実際値ＰＯ８をインクリメントして（ステッ
プ３２０）、本ステップモータの制御ルーチンを一旦終
了する。

一方、ステップ３００により回転方向指示フラグＵＰＦ
ＬＡＧがクリア状態であると判断された場合には、閉方
向のパルスＣＣＷを駆動回路１５に出力しくステップ３
３０）　、次いで実際値ＰＯ８をデクリメントして（ス
テップ３４０）　、本ステッピングモータの制御ルーチ
ンを一旦終了する。

上記ステップ２９０．および３００〜３４０の処理によ
り、ステップ３１０が実行されたときには、ステッピン
グモータ１３が駆動回路１５により１ステツプ上記駆動
電流値ＤＡで開方向に駆動されることになり、一方、ス
テップ３３０が実行されたときには、ステッピングモー
タ１３が駆動回路１５により１ステツプ上記駆動電流値
ＤＡで閉方向に駆動される。

以上にステッピングモータの制御ルーチンにもとづいて
説明したように、本実施例のスロットルバルブの制御装
置は、速度管理のパラメータＭＳＰＤの値、および指令
値ＣＭＤと実際値ＰＯ３との差の有無にもとづいて、ス
テッピングモータ１３を開方向もしくは閉方向に回転さ
せるとともに、該ステッピングモータ１３に流れる駆動
電流をスロットル開度に応じて大きくする制御を行なう
ものである。

したがって、ステッピングモータ１３は、小駆動力でも
脱調の発生しない低スロツトル開度では、小駆動電流で
駆動され、大駆動力の必要な高スロットル開度では、大
駆動電流で駆動される。この結果、本実施例のスロット
ルバルブの制御装置により、税調を発生させずにステッ
ピングモータ１３の消費電力を低減することができ、し
かも高スロットル開度の応答性を高い状態に保つことが
できるので、ステッピングモータの小型化、長寿命化、
低消費電力化を達成したうえで動作特性および信頼性が
向上するという極めて優れた効果を奏する。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものでなく、
本発明の要旨を変更しない範囲で種々な態様の実施が可
能であり、例えば上記実施例では本発明をガソリンエン
ジンに適用したものを示したが、ディーゼルエンジン等
の他の種類のエンジンに対しても適用可能でおる。

［発明の効果］ 本発明のスロットルバルブの制御装置は、スロットル開
度に対応してステッピングモータの駆動力を大きくする
ことにより、高スロットル開度で増大する閉方向の付勢
力に対応する。

この結果、本発明のスロットルバルブの制御装置により
低スロツトル開度では駆動力を小さくして消費電力の低
減が図れ、高スロットル開度では、　　駆動力を大きく
して税調の防止および応答性の向上が図れるので、小型
化、低消費電力化、高信頼性、および高応答性を同時に
達成できるという極めて優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスロットルバルブの制御装置の基本的
構成を例示する構成図、第２図は本発明の一実施例が適
用されるシステムの全体を示す構成図、第３図は実施例
の駆動回路の構成図、第４図は実施例のステッピングモ
ータの制御ルーチンのフローチャート、第５図は実施例
の実際値ＰＯ８と駆動電流値との関係を示すグラフ、第
６図は従来例のリターンスプリング復帰トルク特性を示
すグラフ、第７図は従来例のステッピングモータ回転角
とスロットル開度との関係を示すグラフである。 ＭＡ・・・ステッピングモータ ＭＢ・・・駆動制御手段 ＭＯ・・・付勢手段 ＭＤ・・・スロットル開度検出手段 ＭＥ・・・駆動力増大手段 １２・・・リターンスプリング １３・・・ステッピングモータ １５・・・駆動回路 １７・・・制御装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の吸気管に設けられたスロットルバルブを開閉
   するステッピングモータと、 該ステツピングモータを駆動し、上記スロットルバルブ
   の開度を制御する駆動制御手段と、上記スロットルバル
   ブの開度に応じた付勢力で該スロットルバルブを閉方向
   に付勢する付勢手段と を備えたスロットルバルブの制御装置において、上記ス
   ロットルバルブの開度を検出するスロツトル開度検出手
   段を備えるとともに、 上記駆動制御手段は、 上記検出されたスロットルバルブの開度に応じて、上記
   ステッピングモータの駆動力を大きくする駆動力増大手
   段を備えること を特徴とするスロットルバルブの制御装置。