JPS63147948A - 内燃機関用スロツトル弁制御装置 - 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］ 本発明はステップモータによりスロットル弁を駆動して
内燃機関に吸入される空気量を調節する内燃機関用スロ
ットル弁制御装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、スロットル弁をステップモータで直接駆動する、
いわゆるリンフレススロットルが多￥１案されている。

この場合、何らかの原因でステップモータが制御不能に
なった場合のフェイルセーフ対策として、スロットル弁
にはスロットル弁に閉方向の力を与えるリターンスプリ
ングを設けるのが一般的であるが、第２図に示すごとく
、スロットル弁の開度が大きくなる程、リターンスプリ
ングの復帰力が大きくなって、ステップモータには大き
な駆動トルクが必要となる。そのため、大きな反力に逆
らってステップモータを回転させる必要が生じ、脱調が
生じ易いという問題があった。

そこで従来、ステップモータの駆動パルスの周波数を低
下させて脱調を防止するものが考えられている（例えば
、特開昭５９−１２８９３４号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点］ ところが、上述した従来のものでは、パルスモータの駆
動パルスの周波数を低下させた分、スロットル弁の開閉
速度が低下してしまうという問題がある。

また、ステップモータの回転トルクを大きくするために
、ステップモータの体格を大きくしたり、ステップモー
タ全体の駆動電流を多くする（第３図に示すごとく、パ
ルスモータの駆動電流ｉをｉ、＜ｉ２＜ｉ３と増加する
ことによりパルスモータの回転トルクが大きくなる）こ
とも考えられるが、前者はコストや搭載性の点で問題が
あり、後者は駆動電流の増大に伴うステップモータの発
熱の点で問題がある。

そこで本発明は、スロットル弁の分解能、応答性を悪化
させることなく、かつ搭載性や発熱の問題もなく、ステ
ップモータの脱調を防止することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため本発明は、第１図に示すごとく、内燃機関に吸
入される空気量を調節するスロットル弁と、このスロッ
トル弁の開度を制御するだめの制御パラメータを検出す
るスロットル弁制御用検出手段と、前記スロットル弁を
所定の開度に駆動するためのステップモータと、前記ス
ロットル弁に閉方向の力を与えるリターンスプリングと
、前記スロットル弁制御用検出手段により検出された制
御パラメータに応じて前記スロットル弁を所定の開度に
するための指令信号を発生するスロットル弁開度指示手
段と、このスロットル弁開度指示手段よりの指令信号に
応じて前記ステップモータを駆動するためのステップモ
ータ駆動手段と、前記スロットル弁の開方向への加速及
び閉方向への減速の少なくとも一方を検出するスロット
ル弁加減速検出手段と、このスロットル弁加減速検出手
段により前記スロットル弁の開方向への加速時および閉
方向への減速時の少なくとも一方のときに前記ステップ
モータの駆動電流を増加する電流可変手段とを備える内
燃機関用スロットル弁制御装置を提供するものである。

〔作用〕

これにより、特にステップモータの回転トルクを多く必
要とする、スロットル弁の開方向への加速および開方向
の・減速の少なくとも一方をスロットル弁加減速検出手
段により検出し、そのときのステップモータの駆動型・
流を電流可変手段により増加して、ステップモータの回
転トルクを多くする。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第４図は本実施例の概略構成を示す構成図であって、エ
ンジン１は車両に搭載される火花点火式の４気筒エンジ
ンであり、このエンジン１には吸気管２、および排気管
３が接続されている。

吸気管２は集合管２ａ、サージタンク２ｂ、およびエン
ジン１の各気筒に対応して分岐している分岐管２ｃから
構成されている。吸気管２の集合管２ａには最上流側に
エアクリーナｌａが設けられ、その下流側にエンジン１
に吸入される空気量を調節するスロットル弁４が設けら
れている。また吸入空気温度を検出する吸気温センサ５
がエアクリーナ１ａとスロットル弁４との間に設けられ
ている。さらに、集合管２ａの外周壁にはスロットル弁
４の回転軸と連結された回転子を有するスロットル弁駆
動用のステップモータ６が設けられている。またスロッ
トル弁４の回転軸の他端にはスロットル弁４に閉方向の
力を与えるためのリターンスプリング４ａとスロットル
弁４の開度に応じたアナログ信号を出力してスロットル
弁開度を検出するための開度センサ７とが設けられてい
る。

サージタンク２ｂにはサージタンク内の吸気圧を検出す
るための吸気圧センサ８が接続されており、また各分岐
管２ｃにはエンジン１のインテークバルブ１ｂ近傍に燃
料を噴射する電磁作動式の噴射弁９が設けられている。

排気管３には排気ガス中の残留酸素濃度がら空燃比を検
出するための空燃比センサ１０が設けられている。

エンジン１にはエンジン冷却用の冷却水の水温を検出す
る水温センサ１１、及び各気筒に対応して点火プラグＩ
Ｃが設けられており、この点火プラグｌｃにはエンジン
１により回転駆動されるディストリビュータ１ｄを介し
て点火用の高電圧が分配される。そして、ディストリビ
ュータ１ｄにはエンジン１０回転速度に応じたパルス信
号を発生してエンジン回転数を検出するための回転セン
サ１２が設けられている。

２０は主要部がマイクロコンピュータで構成される電子
制御ユニット（ＥＣＬＩ）であり、上記各センサからの
エンジン状態信号が入力されると共に、ステップモータ
６、噴射弁９に対して駆動を指令する指令信号を与える
。またＥＣＵ２０は上記センサの他に、運転者により操
作されるアクセルペダル１３ａに接続されたアクセルセ
ンサ１３からのその操作量に応じた信号が入力されてい
る。

上記ＥＣＵ２０の主要構成を第５図に示す。２１は上記
センサ等からの信号に基づいて噴射弁９の開弁時間や、
ステップモータ６の駆動量等の演算を行うＣＰＵ　（セ
ントラル・プロセッシング・ユニット）である。２２は
ＣＰＵ２１での処理において使用される定数や、データ
等が記憶されている読み出し専用のメモリーであるＲＯ
Ｍ、２３はＣＰＵ２１で求められた演算結果や、各セン
サからの検出データ等が一時記憶される書き込み可能な
メモリーであるＲＡＭである。なお、ＲＡＭ２３はＥＣ
１Ｊ２０への電力供給が無くなった状態でもその記憶内
容が保持されるように構成されている。２４は入力部で
あって、各センサからの信号を受信すると共に、それら
の信号に対してＡ／Ｄ変換や、波形成形等の信号処理を
実行する。２５は出力部であって、ＣＰＵ２１で実行さ
れた処理結果に基づき、噴射弁９やステップモータ６を
駆動させるための信号を出力する。２６はコモンバスで
あって、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、入力部
２４、出力部２５間を結び、データの相互伝達に用いら
れる。２７は電源回路であって、通電ライン１４ａ、１
４ｂと接続されており、通電ライン１４ａはキースイッ
チ１５を介してバッテリ１４に接続され、通電ライン１
４ｂはバッテリ１４に直接接続されていて、電源回路２
７よりＣＰＵ２．１．ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、入力部
２４、出力部２５に電力を供給している。

第６図にはＣＰＵ２　ｔにてメインルーチンとして実行
されるプログラムのフローチャートが示されており、特
にスロットル弁４に対する制御プログラム部分の一例の
みを抜き出して示している。

第６図においてキースイッチ１５がＯＮされＥＣＵ２０
に電力が供給されることで、このメインルーチンの処理
が開始され、まずステップ３０１において、ＲＡＭ２３
内の所定番地のデータや、人力部２４、出力部２５の初
期化を実行する。ステップ３０２では吸気温信号ＴＡ、
スロットル開度信号ＰＯ８、吸気圧信号Ｐ１、水温信号
Ｔｗ、回転数信号Ｎ、、空燃比信号ＳＡ／Ｆ、アクセル
操作量信号θ１等の制御用パラメータを取り込む。

ステップ３０３ではアクセル操作量θヶに基づいてスロ
ットル弁４の基本目標開度θ、。をＲＯＭ２２に記憶さ
れている基本目標開度マツプより読み出すと共に、他の
各信号に基づいて補正値を求め、この補正値により基本
目標開度θ、。を補正して今回の目標開度である指令値
ＣＭＤを算出する。そしてそれ以降はその他の制御プロ
グラムを処理した後、再びステップ３０２に戻る。

上記処理により出力部２５は制御量に応じたスロットル
弁４を駆動するための駆動信号を形成した後、ステップ
モータ６に対してこの駆動信号を出力する。するとステ
ップモータ６は駆動信号に基づいてスロットル弁４を回
転駆動し、従ってスロットル弁４はアクセル操作量信号
θ、と各種エンジンパラメータによって定まる最適の開
度に調節される。

また従来周知の手段によって噴射弁９に対する噴射時間
がＣＰＵ２１で求められ、噴射弁９は出力部２５からの
噴射時間に応じたパルス状の指令信号により駆動され、
分岐管２ｃ内に所定量の燃料を噴射する。

第７図（Ａ）、第７図（Ｂ）に示すのは、第６図のステ
ップ３０３で求められた指令値ＣＭＤに従ってステップ
モータ６を駆動するためのプログラムのフローチャート
であって、このプログラムはそのときのパルスレ、−ト
で定まる時間間隔毎に実行される（ステップ１２６参照
）。

まずステップ１００で、現在のステップモータ６の回転
方向を示すフラグＵＰＦＬＡＧ（スロットル弁開方向ｕ
ｐのとき１゛′、閉方向ｄｏｗｎのとき０゛をチェック
する。ここで、ＵＰＦＬＡＧはスロットル全開時にイニ
シャライズされてパ１″がセットされる。ステップ１０
１，１０２ではスロットル弁開度の指令値ＣＭＤと実際
値ＰＯ８との偏差ＤＥＶを求める。ステップモータ６は
指令値ＣＭＤに対しある遅れをもって実際値ＰＯ８が追
従するので、ＤＥＶを絶対値として汲うめに、ｕｐとｄ
ｏｗｎとで減算の順序を変える。

ステップ１０３と１０４とでは、何かの場合、ＤＥＶが
負になったときにはＤＥＶを０とする。ステップ１０５
で前回このルーチンを実行したときのＭＳＰＤをＭＳＰ
ＤＯとして記憶する。ステップ１０６で、速度管理のパ
ラメータＭＳＰＤ　（０≦ＭＳＰＤ≦５）（後記の表１
のテーブル参照。

ＭＳＰＤで、次の割り込みまでの時間、言い換えればパ
ルスレートが定まる。ステップ１２６参照。）と現在の
偏差ＤＥＶが等しいか否かを判定する。

等しい場合はＭＳＰＤを変化させずステップ１１０に進
む。等しくない場合はステップ１０７で両者の大小を判
定し、ＤＥＶの方が大の場合はステップ１０８に進んで
ＭＳＰＤをインクリメントし、小の場合はステップ１０
９に進んでＭＳＰＤをデクリメントする。即ち、偏差Ｄ
ＥＶが大のときにはこの割込みルーチンが実行される間
隔が短くなって加速し、偏差ＤＥＶが小のときにはこの
割込みルーチンが実行される間隔が長くなって減速する
。ステップ１１０−１１３はＭＳＰＤに０から５のガー
ドをかけるためのステップである。

ここで、ステップモータ６に与える駆動パルスをｕｐ、
ｄｏｗｎどちらの方向にするかは、前述のＵＰＦＬＡＧ
によって決定する。いま、もしステップモータ６がｕｐ
力方向回転しているときに、指令値ＣＭＤが変化して、
ステップモータ６にｄｏｗｍ方向のパルスを出すと、ス
テップモータ６は慣性があるために急には回転方向を変
えられず、脱調してしまう。したがって、回転方向を変
えるためには十分速度が遅くなってからでなければなら
ない。そこで、ＭＳＰＤ＝ＯにならないとＵＰＦＬＡＧ
を変えられない様にする。その作用を行うのがステップ
１１４〜１１８である。ステップ１１４でＭＳＰＤが０
であるか否かを判定し、０でないならばＵ　Ｐ　Ｆ　Ｌ
ＡＣ；の書き換えは行わず、ステップ１１９に進む。Ｍ
ＳＰＤが０でＣＭＤ＞ＰＤ８のとき、開方向に回転すべ
きであり、ＵＰＦＬＡＧを１にする（ステップ１１５，
１１６）。

ＭＳＰＤが０でＣＭＤ＜ＰＯ３のとき閉方向に回転すべ
きであり、ｔＪＰＦＬＡＧをＯにする（ステップ１１７
，１１８）。ステップ１１７でＮｏのとき、即ち、ＣＭ
Ｄ＝ＰＯ３のときはステップモータ６にパルスを送る必
要はなく、本プログラムは一旦終了する。

ステップ１１９以降が本発明の中心部分である。

ステップ１１９でＵＰＦＬＡＧをチェックして開方向（
ｔＪＰＦＬＡＧ＝１）ならステップ１２０に、閉方向（
ｔＪＰＦＬＡＧ＝ｏ）ならステップ１２３に進む。ステ
ップ１２０で前回このルーチンを実行したときのＭＳＰ
ＤであるＭＳＰＤｏと今回のＭＳＰＤとの大小比較をし
、ＭＳ　Ｐ　Ｄｏ＜ＭＳ　ＰＤなら、即ち、加速時なら
ば、ステップ１２１に進んでステップモータ６を駆動す
る電流を増加させることを示すフラグＣＦＡＣに１をた
てる。加速時以外はステップ１２２に進んでＣＦＬＡＧ
←０とする。ステップ１２３〜１２５も同様で閉方向回
転中の減速時にＣＦＬＡＧに１をたてる。それ以外はＣ
ＦＬＡＧ←０とする０次のステップ１２６で、ＭＳＰＤ
を用いて表１のテーブルから次回の割り込みまでの時間
ＦＭＳＰＤを読み出し、カウンタにセットする。

ステップ１２７でＵＰＦＬＡＧを再びチェックし、開方
向ならステップ１２８に進んでＰｏｓをインクリメント
し、次のステップ１２９にてＣＦＬＡＧをみて、１、即
ち加速時ならばステップ１３０に進んで大°電流〔２Ａ
〕でステップモータ６を駆動し、０、即ち、加速時以外
ならばステップ１３１に進んで小電流〔ＩＡ〕でステッ
プモータ６を駆動する。閉方向の場合も同様であり、減
速時のステップモータ６の電流をそれ以外のときより増
大させる（ステップ１３２〜１３５）。

以上で本プログラムを一旦終了する。

以上のようにして制御されたスロットル弁開方向回転時
のステップモータ６の駆動電流の変化状態を示すのが第
８図（ａ）であって、そのときのステップモータ６の回
転速度の変化状態を第８図（ハ）に示す。また、スロッ
トル弁閉方向回転時のステップモータ６の駆動電流変化
の状態を示すのが第９図（ａ）であって、そのときのス
テップモータ６の回転速度の変化状態を第９図（ｂ）に
示す。

なお、上述した実施例においては、スロットル弁４の開
方向への加速時および閉方向への減速時の双方でステッ
プモータ６の駆動電流を増加するようにしたが、いずれ
か一方のときのみ増加するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、特にステップモー
タの回転トルクを多く必要とする、スロットル弁の開方
向への加速時および閉方向への減速時の少なくとも一方
におけるステップモータの駆動電流を増加して、その回
転トルクを多くするから、スロットル弁の分解能、応答
性を悪化させることなく、かつ搭載性や発熱の問題もな
く、ステップモータの脱調を防止することができるとい
う優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図はスロットル
開度−リターンスプリング復帰トルク特性図、第３図は
パルスモータの駆動電流に対応するパルスレート−回転
トルク特性図、第４図は本発明装置の一実施例を示す部
分断面構成図、第５図は第４図図示装置におけるＥＣＵ
の詳細ブロック図、第６図は第５図図示ＥＣＵの作動説
明に供するフローチャート、第７図（八）、第７図（Ｂ
）は第６図図示のステップ３０３で求められた指令値に
従ってステップモータを駆動するためのプログラムを示
すフローチャート、第８図（ａ）、　（ｂ）はスロット
ル弁開方向回転時のステップモータ駆動電流変化波形図
およびステップモータ回転速度変化特性図、第９図（ａ
）、　（ｂ）はスロットル弁閉方向回転時のステップモ
ータ駆動電流変化波形図およびステップモータ回転速度
変化特性図である。 １・・・エンジン、２・・・吸気管、４・・・スロット
ル弁。 ４ａ・・・リターンスプリング、６・・・ステップモー
タ。 ５．７，８，１０，１１，１２．１３・・・スロットル
弁制御用検出手段を構成する吸気温センサ、開度センサ
、吸気圧センサ、空燃比センサ、水温センサ、回転セン
サ、アクセルセンサ、１３ａ・・・アクセルペダル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　内燃機関に吸入される空気量を調節するスロットル弁
   と、このスロットル弁の開度を制御するための制御パラ
   メータを検出するスロットル弁制御用検出手段と、前記
   スロットル弁を所定の開度に駆動するためのステップモ
   ータと、前記スロットル弁に閉方向の力を与えるリター
   ンスプリングと、前記スロットル弁制御用検出手段によ
   り検出された制御パラメータに応じて前記スロットル弁
   を所定の開度にするための指令信号を発生するスロット
   ル弁開度指示手段と、このスロットル弁開度指示手段よ
   りの指令信号に応じて前記ステップモータを駆動するた
   めのステップモータ駆動手段と、前記スロットル弁の開
   方向への加速および閉方向への減速の少なくとも一方を
   検出するスロットル弁加減速検出手段と、このスロット
   ル弁加減速検出手段により前記スロットル弁の開方向へ
   の加速時および閉方向への減速時の少なくとも一方のと
   きに前記ステップモータの駆動電流を増加する電流可変
   手段とを備える内燃機関用スロットル弁制御装置。