WO2018042970A1 - 角度検出機構、及び角度検出システム - Google Patents
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Definitions
- the disclosure according to this specification relates to an angle detection technique for detecting a rotation angle of a rotating body.
- an electronic control throttle device as disclosed in Patent Document 1 is provided with an angle detection mechanism that detects a rotation angle of a throttle valve that is a rotating body.
- Such an angle detection mechanism is provided with one throttle position sensor.
- the throttle position sensor enables the control unit to detect the angle of the throttle valve by changing the output voltage output to the control unit in accordance with the change in the throttle valve angle.
- the output voltage of the throttle position sensor is amplified by an amplifier in a low opening range where the opening of the throttle valve is small. According to the above, since the resolution of angle detection in the low opening range can be reduced, the control unit can detect the rotation angle of the throttle valve with high accuracy in the low opening range.
- a throttle valve device as in Patent Document 1 when a throttle valve device as in Patent Document 1 is applied to a diesel engine, the throttle valve is controlled to be fully opened during normal operation. If the accuracy of angle detection is poor in such a high opening range, intake pressure loss may be caused by a throttle valve that does not fully open correctly. In order to avoid such a situation, it is not limited to a low opening range, and for example, it has become necessary to realize highly accurate angle detection even in a high opening range.
- An object of the present disclosure is to provide an angle detection technique capable of widening a rotation range for performing high-precision angle detection while enabling failure detection of a detection unit over the entire range of a specific rotation range.
- An angle detection mechanism is an angle detection mechanism that detects a rotation angle of a rotating body using a plurality of detection units having different output characteristics, and has a specific rotation range of a predetermined rotating body.
- the output value is always changed according to the angle change of the rotating body in the entire region, and the change amount of the output value with respect to the predetermined angle change is the first rotation region in the first rotation region that is a part of the specific rotation range.
- the output value is always changed according to the angle change of the rotating body in the entire range of the specific rotation range, and the first rotation within the specific rotation range.
- the second rotation region defined to include a rotation region different from the region, a second detection unit in which the change amount of the output value with respect to the predetermined angle change is set larger than the rotation region other than the second rotation region; .
- the first detection unit and the second detection unit always change the output value in accordance with a change in the angle of the rotating body within the specific rotation range of the rotating body. Therefore, in the external failure detection device electrically connected to the angle detection mechanism, only one of the output values of the first detection unit and the second detection unit is not changed over the entire specific rotation range. Based on this, it can be diagnosed that one of the detection units is out of order.
- the first detection unit and the second detection unit increase the amount of change in the output value with respect to a predetermined angle change in the first rotation region and the second rotation region, respectively, compared to other rotation regions in the specific rotation range.
- the second rotation range is defined to include a rotation range different from the first rotation range within the specific rotation range. Therefore, it is possible to detect the rotation angle with high accuracy in a plurality of regions or a wide region within the specific rotation range.
- the angle detection mechanism that combines the first detection unit and the second detection unit having different output characteristics enables detection of a failure in the entire range of the specific rotation range, and widens the range for performing high-precision angle detection. be able to.
- An angle detection system includes an angle detection mechanism that detects a rotation angle of a rotating body using a plurality of detection units having different output characteristics, and a selection that employs an output value from the plurality of detection units.
- An angle detection system comprising: an angle determination unit that selects a detection unit and determines an angular position of the rotator based on an output value of the selection detection unit, wherein the angle detection mechanism specifies a predetermined rotator In the entire rotation range, the output value is always changed according to the angle change of the rotating body, and in the first rotation area that is a part of the specific rotation range, the change amount of the output value with respect to the predetermined angle change is the first.
- the first detection unit that is set larger than the rotation range other than one rotation range, and the output value is always changed according to the angle change of the rotating body in the entire range of the specific rotation range, and within the specific rotation range To include a rotation range different from the first rotation range
- the second rotation range includes a second detection unit in which the change amount of the output value with respect to the predetermined angle change is set larger than the rotation range other than the second rotation range,
- the angle determination unit is set to include a rotation region in the specific rotation direction of the rotating body rather than the first rotation region, and the angle determination unit is configured to rotate the first rotation angle from the first rotation region to the specific rotation direction.
- the selection detection unit is switched from the first detection unit to the second detection unit, and the selection detection unit is switched at the second switching angle in accordance with the rotation of the rotating body from the second rotation region to the direction opposite to the specific rotation direction. It switches from a 2nd detection part to a 1st detection part, and the 1st switching angle is set to the specific rotation direction rather than the 2nd switching angle.
- the first switching angle for switching the selection detection unit from the first detection unit to the second detection unit and the second switching angle for switching the selection detection unit from the second detection unit to the first detection unit are provided. Hysteresis is provided for switching the selection detection unit due to different settings. As a result, a situation in which hunting occurs in switching between the first detection unit and the second detection unit due to a change in the rotation angle of the rotating body is avoided.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an electronically controlled throttle device to which the angle detection mechanism according to the first embodiment is applied.
- FIG. 2 is a block diagram showing an overall image of an angle detection system including an angle detection mechanism
- FIG. 3 is a diagram showing the correlation between the throttle valve opening and the output value of each sensor.
- FIG. 4 is a flowchart showing details of a sensor switching process performed by the angle determination unit.
- FIG. 5 is a flowchart showing details of the failure detection process of the sensor performed by the angle determination unit
- FIG. 6 is a diagram showing the correlation between the throttle valve opening and the output value of each sensor in the second embodiment.
- FIG. 7 is a flowchart showing details of failure detection processing according to the second embodiment.
- FIG. 8 is a block diagram showing an overall view of the angle detection system according to the third embodiment
- FIG. 9 is a diagram showing the correlation between the throttle valve opening and the output value of each sensor in the third embodiment
- FIG. 10 is a flowchart showing details of the switching process according to the third embodiment.
- FIG. 11 is a flowchart showing details of the failure detection processing according to the third embodiment.
- FIG. 12 is a diagram showing the correlation between the throttle valve opening and the output value of each sensor in the fourth embodiment.
- FIG. 13 is a flowchart showing details of the switching process according to the fourth embodiment.
- FIG. 14 is a diagram showing the correlation between the throttle valve opening and the output value of each sensor in the fifth embodiment, FIG.
- FIG. 15 is a diagram showing the correlation between the throttle valve opening and the output value of each sensor in the sixth embodiment.
- FIG. 16 is a diagram showing the correlation between the throttle valve opening and the output value of each sensor in the seventh embodiment
- FIG. 17 is a diagram showing the correlation between the throttle valve opening and the output value of each sensor in the eighth embodiment
- FIG. 18 is a diagram showing the correlation between the throttle valve opening and the output value of each sensor in Modification 1.
- FIG. 19 is a diagram showing the correlation between the throttle valve opening and the output value of each sensor in Modification 2.
- FIG. 20 is a diagram showing the correlation between the throttle valve opening and the output value of each sensor in Modification 3.
- FIG. 21 is a diagram showing the correlation between the throttle valve opening and the output value of each sensor in Modification 4.
- the angle detection mechanism 20 according to the first embodiment of the present disclosure shown in FIGS. 1 and 2 is applied to an electronically controlled throttle device 10.
- the electronically controlled throttle device 10 is provided in the intake system of the internal combustion engine, and functions as an intake throttle valve that controls the flow rate of air supplied to each cylinder through the intake passage.
- the electronically controlled throttle device 10 is electrically connected to an engine control device 190 that controls the internal combustion engine.
- the engine control device 190 generates a control signal mainly based on the driver's depression amount of the accelerator pedal, and outputs the control signal to the electronic control throttle device 10.
- the electronically controlled throttle device 10 increases or decreases the opening degree of the throttle valve 30 based on a control signal input from the engine control device 190.
- the electronic control throttle device 10 includes a throttle body 11, a throttle valve 30, a spring mechanism 36, a throttle motor 50, and a speed reduction mechanism 60 together with the angle detection mechanism 20.
- the throttle body 11 is made of a metal material.
- the throttle body 11 is formed with a throttle flow path portion 14 and a pair of rotation support portions 12 and 13.
- the throttle channel portion 14 is formed in a cylindrical hole shape in the throttle body 11 and forms a part of an intake channel through which air introduced into each cylinder passes.
- the rotation support parts 12 and 13 are formed in the throttle body 11 in such a manner that the throttle flow path part 14 is sandwiched in the radial direction.
- the rotation support portions 12 and 13 are bearing portions that support the throttle valve 30 accommodated in the throttle flow passage portion 14 so as to be rotatable in the throttle flow passage portion 14.
- a gear cover 18 formed of a resin material is attached to the throttle body 11.
- the accommodation space formed between the throttle body 11 and the gear cover 18 accommodates the spring mechanism 36, the throttle motor 50, the speed reduction mechanism 60, the angle detection mechanism 20, and the like.
- the throttle valve 30 is a rotating body having a throttle shaft 31 and a throttle valve main body 32.
- the throttle shaft 31 is formed in a cylindrical shape from a metal material. Each end portion of the throttle shaft 31 in the axial direction is rotatably supported by the rotation support portions 12 and 13, respectively.
- the throttle valve main body 32 is formed in a disk shape from a metal material.
- the outer diameter of the throttle valve main body portion 32 is substantially the same as the inner diameter of the throttle flow passage portion 14.
- the throttle valve main body 32 is held by the throttle shaft 31 in a state of being accommodated in the throttle flow path portion 14.
- the throttle valve main body 32 rotates integrally with the throttle shaft 31 inside the throttle channel portion 14, thereby changing the opening area through which air can pass in the throttle channel portion 14. With the above operation, the throttle valve main body 32 increases or decreases the flow rate of the fluid (air) that flows through the throttle flow path portion 14 and is sucked into each cylinder.
- the rotation angle of the throttle valve main body 32 that substantially closes the throttle flow path portion 14 becomes the fully closed position of the throttle valve 30.
- the rotation angle of the throttle valve main body 32 that maximizes the flow rate of the fluid flowing through the throttle flow path portion 14 is the fully open position of the throttle valve 30. That is, the throttle valve main body 32 in the fully closed position is in a posture in which the plane direction is aligned with the cross section of the throttle flow path portion 14. In addition, the throttle valve main body 32 in the fully open position is in a posture in which the plane direction is aligned with the longitudinal section of the throttle flow path portion 14.
- the rotation range of substantially 90 ° from the fully closed position to the fully open position is the specific rotation range of the throttle valve 30 defined in advance, and in the first embodiment, the substantial movable range of the throttle valve 30. RM (see FIG. 3).
- the specific rotation range is a range where failure detection is required.
- the spring mechanism 36 has a return spring 37 and a default spring 38.
- the return spring 37 and the default spring 38 are both torsion coil springs formed of a metal material.
- the return spring 37 can apply a rotational force in the direction of closing the throttle valve 30 to the throttle shaft 31.
- the default spring 38 can apply a rotational force in a direction opposite to that of the return spring 37, that is, a rotational force in a direction to open the throttle valve 30 to the throttle shaft 31.
- the throttle motor 50 is a direct current motor whose rotational operation of the output shaft 51 is controlled by a control signal from the engine control device 190. A main body portion of the throttle motor 50 is held by the throttle body 11. Based on the control signal, the throttle motor 50 can generate both forward and reverse torques on the output shaft 51 and increase or decrease the torque generated on the output shaft 51. Torque generated in the output shaft 51 is transmitted to the throttle valve 30 by the speed reduction mechanism 60.
- the deceleration mechanism 60 is a mechanism that decelerates the rotation of the output shaft 51 and transmits it to the throttle valve 30.
- the reduction mechanism 60 includes a pinion gear 61, a gear rotor 63, an intermediate gear 62, and the like.
- the pinion gear 61 is fixed to the output shaft 51 and transmits the torque of the output shaft 51 to the intermediate gear 62.
- the gear rotor 63 is fixed to one end of the throttle shaft 31 and rotates integrally with the throttle valve 30.
- the intermediate gear 62 has a large-diameter gear that meshes with the pinion gear 61 and a small-diameter gear that meshes with the gear rotor 63.
- the intermediate gear 62 transmits the rotational torque input from the pinion gear 61 to the large diameter gear to the gear rotor 63 from the small diameter gear.
- the angle detection mechanism 20 is a mechanism that detects the rotation angle of the throttle valve 30.
- the angle detection mechanism 20 includes a magnetic path forming unit 21 and a magnetic detection unit 70.
- the magnetic path forming part 21 is formed in a substantially cylindrical shape as a whole.
- the magnetic path forming unit 21 is embedded in the gear rotor 63 by insert molding in a posture in which the axial direction is aligned with the axial direction of the throttle shaft 31, and rotates integrally with the throttle valve 30.
- the rotation angle of the throttle valve 30 is referred to as a throttle valve opening (SV opening).
- the magnetic path forming unit 21 has a pair of yokes 22 and a pair of magnets 23.
- Each yoke 22 is formed in a semi-cylindrical curved shape by a soft magnetic material having a high magnetic permeability.
- the yoke 22 is disposed opposite to both sides of the throttle shaft 31 in the radial direction so as to surround the throttle shaft 31.
- Each magnet 23 is a permanent magnet, and is disposed one by one in two gap portions formed between the pair of yokes 22.
- Each magnet 23 applies an N pole magnetic flux to one yoke 22 and applies an S pole magnetic flux to the other yoke 22.
- a magnetic field acting on the magnetic detection unit 70 is formed on the inner peripheral side of the magnetic path forming unit 21.
- the magnetic detection unit 70 is held by the gear cover 18 and is disposed on the inner peripheral side of the magnetic path forming unit 21.
- the magnetic detection unit 70 rotates relative to the magnetic path forming unit 21 by the rotation operation of the throttle valve 30 that opens and closes the throttle valve main body 32.
- the magnetism detection unit 70 provides the engine controller 190 with an output value (output voltage) corresponding to the throttle valve opening by measuring the relative angular phase of the magnetic path forming unit 21 in a non-contact manner.
- the magnetic detection unit 70 includes a stator 77, a first sensor 71, a second sensor 72, and the like.
- the stator 77 is formed in a flat and substantially cylindrical shape by a soft magnetic material.
- the stator 77 is disposed so as to be coaxial with the magnetic path forming unit 21 in a posture in which the axial direction is along the axial direction of the throttle shaft 31.
- Two magnetic detection gaps are formed in the stator 77. Each magnetic detection gap is a through hole that penetrates the stator 77 in the axial direction, and accommodates one of the first sensor 71 and the second sensor 72.
- the first sensor 71 and the second sensor 72 are each a Hall IC in which a Hall element and a signal processing circuit are integrated.
- the first sensor 71 and the second sensor 72 are held in the stator 77 by being accommodated in the magnetic detection gap.
- the first sensor 71 and the second sensor 72 are affected by the magnetic field formed by the magnetic detection unit 70.
- the first sensor 71 and the second sensor 72 are provided with three terminal portions, that is, an output terminal portion, a power supply terminal portion, and a ground terminal portion. Output values corresponding to the magnetic flux density penetrating the Hall element are output from the output portions of the first sensor 71 and the second sensor 72.
- Each signal processing circuit includes an A / D converter, a digital signal processor (DSP), an EEPROM (registered trademark), a D / A converter, a buffer circuit unit, and the like.
- the output voltage of the Hall element is digitally converted by an A / D converter and input to the DSP.
- the DSP performs offset adjustment for correcting the offset of the output voltage and clamp adjustment for setting the maximum output voltage and the minimum output voltage based on the set value stored in advance in the EEPROM.
- the DSP performs gain adjustment for setting the correlation between the output voltage of the input hall element and the output voltage.
- the mode of change of the output voltage with respect to the throttle valve opening is defined (see FIG. 3).
- the two first sensors 71 and the second sensor 72 are set as detection units having different output characteristics.
- the output voltage adjusted by the DSP is analog-converted by the D / A converter, and is output to the output terminal portion via the buffer circuit portion.
- the output value of the first sensor 71 is a first output value OV1
- the output value of the second sensor 72 is a second output value OV2.
- the angle detection mechanism 20 detects the throttle valve opening by the first sensor 71 and the second sensor 72 and outputs the detection result to the engine control device 190.
- the angle detection mechanism 20 constitutes an angle detection system 100 that detects the throttle valve opening together with a detection circuit 90 and an angle determination unit 80 provided in the engine control device 190.
- the detection circuit 90 includes a power supply terminal 41, a first output terminal 42, a second output terminal 43, and a ground terminal 45 that are electrically connected to the magnetic detection unit 70.
- the power supply terminal 41 supplies, for example, a power supply voltage of 5 V to the power supply terminal portions of the first sensor 71 and the second sensor 72.
- the first output value OV1 output to the output terminal portion of the first sensor 71 is supplied to the first output terminal 42.
- the second output terminal 43 is supplied with the second output value OV ⁇ b> 2 output to the output terminal portion of the second sensor 72.
- the ground terminal 45 supplies a ground voltage to the ground terminal portions of the first sensor 71 and the second sensor 72.
- the detection circuit 90 is provided with a pull-up resistor 91, a pull-down resistor 92, and filter circuit units 93 and 94.
- the pull-up resistor 91 is provided between the power supply wiring unit that connects the power supply terminal 41 and the angle determination unit 80 and the output wiring unit 96 that connects the first output terminal 42 and the angle determination unit 80.
- the pull-down resistor 92 is provided between the output wiring unit 97 that connects the second output terminal 43 and the angle determination unit 80, and the ground wiring unit that connects the ground terminal 45 and the angle determination unit 80.
- Each of the filter circuit units 93 and 94 includes a resistor and a pair of capacitors.
- the filter circuit portions 93 and 94 are provided in the output wiring portions 96 and 97, respectively, and exhibit an effect of reducing noise.
- the angle determination unit 80 is a functional block constructed in the engine control device 190 based on a program, for example, or a dedicated circuit unit provided in the engine control device 190.
- the angle determination unit 80 acquires the first output value OV1 from the first sensor 71 and the second output value OV2 from the second sensor 72 through the detection circuit 90.
- the angle determination unit 80 determines the angular position of the throttle valve 30, that is, the throttle valve opening, using only one of the first output value OV1 and the second output value OV2.
- the engine control device 190 feedback-controls the throttle motor 50 so that the throttle valve opening determined in this way becomes a target opening corresponding to the operating state of the internal combustion engine.
- the angle determination unit 80 detects a failure of the first sensor 71 and the second sensor 72 by comparing the first output value OV1 and the second output value OV2.
- the first sensor 71 and the second sensor 72 may not change in output values due to a failure.
- the angle determination unit 80 can detect such a failure of the first sensor 71 and the second sensor 72. Due to the operation of the angle determination unit 80, the engine control device 190 functions as a failure detection device outside the angle detection mechanism 20.
- FIG. 3 shows a correlation line indicating a change in the first output value OV1 with respect to the throttle valve opening, and a correlation line indicating a change in the second output value OV2 with respect to the throttle valve opening.
- Each correlation line is previously defined in a shape in which two linear segments having different inclinations are continued.
- Each correlation line is defined so that the slope does not become zero.
- the first sensor 71 always changes the first output value OV1 in accordance with the change in the angle of the throttle valve 30 over the entire movable range RM of the throttle valve 30 from the fully closed position to the fully open position. Assuming that the rotation direction of the throttle valve 30 that increases the throttle valve opening is the specific rotation direction, the first sensor 71 monotonously increases the first output value OV1 due to the angle change of the throttle valve 30 in the specific rotation direction. That is, when the throttle valve opening increases, the first sensor 71 changes the first output value OV1 only in the increase or decrease.
- the first sensor 71 has a first low opening area LO1 and a first high opening area HO1.
- the first low opening region LO1 is set to a region that is a part of the movable range RM and has a lower throttle valve opening than the first high opening region HO1.
- the first high opening region HO1 is an opening region other than the first low opening region LO1 in the movable range RM, and is a region where the throttle valve opening is higher than the first low opening region LO1. Is set to
- the amount of change in the first output value OV1 with respect to the predetermined angle (opening) change of the throttle valve 30 is the first amount with respect to the predetermined angle change in the first high opening range HO1. It is set to be larger than the change amount of the output value OV1.
- the line segment of the first low opening area LO1 is bent with respect to the line segment of the first high opening area HO1.
- the slope GL1 of the line segment in the first low opening area LO1 is larger than the slope GH1 of the line segment in the first high opening area HO1.
- the second sensor 72 always outputs the second output value in accordance with the change in the angle of the throttle valve 30 over the entire movable range RM of the throttle valve 30 from the fully closed position to the fully open position.
- Change OV2 The second sensor 72 monotonously increases the second output value OV2 by changing the angle of the throttle valve 30 in the specific rotation direction. That is, when the throttle valve opening degree increases, the second sensor 72 changes the second output value OV2 only for the decrease among the increase and decrease.
- a second low opening degree region LO2 and a second high opening degree region HO2 are set.
- the second low opening range LO2 is set to a region that is part of the movable range RM and has a lower throttle valve opening than the second high opening range HO2.
- the second high opening region HO2 is an opening region other than the second low opening region LO2 in the movable range RM, and is a region where the throttle valve opening is higher than the second low opening region LO2. Is set to
- the change amount of the second output value OV2 with respect to the predetermined angle change of the throttle valve 30 is the second output value OV2 with respect to the predetermined angle change in the second low opening range LO2. It is set larger than the amount of change.
- the line segment of the second low opening area LO2 is bent with respect to the line segment of the second high opening area HO2. ing.
- the slope GH2 of the line segment in the second high opening area HO2 is larger than the slope GL2 of the line segment in the second low opening area LO2.
- the angle determination unit 80 can detect the change in the angle of the throttle valve 30 in the second high opening range HO2 with higher resolution than that in the second low opening range LO2.
- size of each inclination in the above description is a value shown by an absolute value.
- the second high opening range HO2 is defined to include an opening range different from the first low opening range LO1 in the movable range RM in which the resolution of the first output value OV1 is high, and It is set to include an opening range in which the throttle valve opening is higher than the first low opening range LO1. Furthermore, a part of the high opening side of the first low opening range LO1 is set to overlap the low opening side of the second high opening range HO2, and a range that can be detected with high resolution is set. It overlaps with the low opening side of the second high opening range HO2.
- the angle determination unit 80 that acquires the output values OV1 and OV2 from the magnetic detection unit 70 described so far selects a sensor that employs the output value from a plurality of sensors when determining the throttle valve opening.
- the angle determination unit 80 sets the switching opening degree CO approximately in the middle of the range where the first low opening degree region LO1 and the second high opening degree region HO2 overlap.
- a selection sensor that is a sensor that employs an output value is switched between the first sensor 71 and the second sensor 72.
- the switching process is started in accordance with the operation of the engine control device 190, and is repeatedly performed at a predetermined cycle until the operation of the internal combustion engine is ended. Further, in the movable range RM of the throttle valve 30 (see FIG. 1), an opening range where the throttle valve opening is lower than the switching opening CO is set as a low opening range LO, and the throttle valve is opened more than the switching opening CO. A high opening degree region is defined as a high opening region HO.
- the throttle valve opening and the switching opening CO are compared. If it is determined in S101 that the throttle valve opening is equal to or smaller than the switching opening CO and is in the low opening range LO, the process proceeds to S102.
- the first sensor 71 is set as a selection sensor, and the throttle valve opening is determined using the first output value OV1 from the first sensor 71.
- the process proceeds to S103.
- the second sensor 72 is set as a selection sensor, and the throttle valve opening is determined using the second output value OV2 from the second sensor 72.
- the failure detection process is started with the operation of the engine control device 190, and is repeatedly performed at a predetermined cycle until the operation of the internal combustion engine is ended.
- S111 it is determined whether or not the first output value OV1 has changed. If a change in the first output value OV1 is detected in S111, the process proceeds to S112. In S112, it is determined whether or not the second output value OV2 has also changed when the first output value OV1 has changed. If it is determined in S112 that both the first output value OV1 and the second output value OV2 have changed, the process proceeds to S113. In S113, both the first sensor 71 and the second sensor 72 are diagnosed as having no abnormality and are in a normal state, and the process is temporarily terminated.
- S111 If it is determined in S111 that the first output value OV1 has not changed, the process proceeds to S115. In S115, it is determined whether or not the second output value OV2 has changed when the first output value OV1 has not changed. If it is determined in S115 that the second output value OV2 has changed although the first output value OV1 has not changed, the process proceeds to S116. In S116, it is diagnosed that there is an abnormality in the first sensor 71, and the process is temporarily terminated.
- the first sensor 71 and the second sensor 72 of the first embodiment described so far always change the output values OV1 and OV2 in accordance with the change of the throttle valve opening within the movable range RM of the throttle valve 30. . Therefore, the angle determination unit 80 determines that only one of the output values OV1 and OV2 of the first sensor 71 and the second sensor 72 is not changed over the entire movable range RM. Can be diagnosed.
- the first sensor 71 and the second sensor 72 have a predetermined opening change in the first low opening region LO1 and the second high opening region HO2, respectively, than the other opening regions of the movable range RM.
- the amount of change in the output value with respect to is set large.
- the second high opening range HO2 is defined to include an opening range different from the first low opening range LO1 in the movable range RM. Therefore, the throttle opening, that is, the rotation angle of the throttle valve 30 can be detected with high accuracy in a wide opening range within the movable range RM.
- the angle detection mechanism 20 in which the first sensor 71 and the second sensor 72 having different output characteristics are combined can detect a failure in the entire movable range RM and can detect a range in which highly accurate angle detection is performed. Can be spread.
- the throttle valve opening when the throttle valve opening changes in the high opening direction within the movable range RM, the first sensor 71 only increases and the second sensor 72 only decreases. OV1 and OV2 are changed.
- the throttle valve opening corresponding to each specific output value OV1 and OV2 can be determined as one. Therefore, the erroneous determination at the time of calculating the throttle valve opening from the specific output values OV1 and OV2 substantially does not occur.
- the high opening degree side of the first low opening degree region LO1 is set to overlap the low opening degree side of the second high opening degree region HO2.
- the angle determination unit 80 can be used in a wide opening range. Accurate detection of the throttle valve opening can be performed.
- the angle detection mechanism 20 by applying the angle detection mechanism 20 to the electronically controlled throttle device 10, highly accurate detection of the throttle valve opening is realized not only near the fully closed position but also near the fully open position.
- the engine control device 190 can accurately open the throttle valve body 32 to the fully open position to minimize the intake pressure loss. it can. According to the above, output deterioration of the internal combustion engine due to an increase in intake pressure loss can be prevented.
- the throttle flow path section 14 corresponds to a flow path
- the throttle valve 30 corresponds to a rotating body
- the throttle valve main body section 32 corresponds to a valve body section.
- the first sensor 71 corresponds to the first detection unit
- the second sensor 72 corresponds to the second detection unit
- the selection sensor corresponds to the selection detection unit.
- the first low opening area LO1 corresponds to the first rotation area
- the first high opening area HO1 corresponds to the rotation area other than the first rotation area.
- the second high opening range HO2 corresponds to the second rotation range
- the second low opening range LO2 corresponds to the rotation range other than the second rotation range
- the movable range RM corresponds to the specific rotation range.
- the second embodiment shown in FIGS. 6 and 7 is a modification of the first embodiment.
- the gain adjustment setting contents of the sensors 71 and 72 that is, the correlation line indicating the correlation between the throttle valve opening and the output values OV1 and OV2 shown in FIG.
- this is different from the first embodiment.
- hysteresis (see ⁇ ° in FIG. 6) is provided for switching the selection sensor in the angle determination unit 80 (see FIG. 2).
- FIG.6 and FIG.7 the detail of 2nd embodiment is demonstrated, referring FIG.1 and FIG.2.
- the first sensor 71 monotonously increases the first output value OV1 as the throttle valve opening increases throughout the movable range RM of the throttle valve 30.
- a first low opening area LO1 and a first high opening area HO1 are set.
- the amount of change in the first output value OV1 with respect to the predetermined change in the throttle valve opening is set to be larger in the first low opening range LO1 than in the first high opening range HO1.
- the second sensor 72 monotonously decreases the second output value OV2 as the throttle valve opening increases over the entire movable range RM of the throttle valve 30.
- a second low opening area LO2 and a second high opening area HO2 are set.
- the amount of change in the second output value OV2 with respect to the predetermined change in the throttle valve opening is set to be larger in the second high opening range HO2 than in the second low opening range LO2.
- a part on the low opening degree side of the second high opening degree area HO2 is set so as to overlap a part on the high opening degree side of the first low opening degree area LO1.
- the angle determination unit 80 switches the selection sensor among the first sensor 71 and the second sensor 72 in a range where the first low opening region LO1 and the second high opening region HO2 overlap.
- the opening degree CO1 and the second switching opening degree CO2 are set.
- the first switching opening degree CO1 is set in a specific rotational direction, that is, in the direction in which the throttle valve opening degree becomes larger (high opening degree side) than the second switching opening degree CO2.
- the angle determination unit 80 switches the selection sensor from the first sensor 71 to the second sensor 72 at the first switching opening CO1. .
- the angle determination unit 80 moves the selection sensor from the second sensor 72 to the second switching opening CO2. Switch to one sensor 71.
- S201 it is determined whether or not the second output value OV2 of the second sensor 72 is used for the determination of the throttle valve opening. If it is determined in S201 that the first output value OV1 is used for determining the throttle valve opening, the process proceeds to S202. In S202, the throttle valve opening is compared with the first switching opening CO1, and if the throttle valve opening is equal to or less than the first switching opening CO1, the process proceeds to S203. In S203, the first sensor 71 is set as a selection sensor, and the process is temporarily terminated. Thus, the state where the first output value OV1 is used for the determination of the throttle valve opening is continued.
- the process proceeds to S204.
- the second sensor 72 is set as the selection sensor, and the process is temporarily terminated.
- the second output value OV2 is switched to a state used for determination of the throttle valve opening.
- the process proceeds to S205.
- the throttle valve opening and the second switching opening CO2 are compared. If it is determined in S205 that the throttle valve opening is greater than or equal to the second switching opening CO2, the process proceeds to S204. As a result, the state where the second output value OV2 is used for the determination of the throttle valve opening is continued.
- the process proceeds to S206.
- the first sensor 71 is set as a selection sensor, and the process is temporarily terminated. As described above, the first output value OV1 is switched to a state used for determination of the throttle valve opening.
- the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the range for performing highly accurate angle detection can be expanded while enabling failure detection in the entire movable range RM.
- hysteresis is provided for switching the selection sensor by setting different first switching opening CO1 and second switching opening CO2.
- the first switching opening CO1 corresponds to the first switching angle
- the second switching opening CO2 corresponds to the second switching angle.
- the third embodiment shown in FIGS. 8 to 11 is another modification of the first embodiment.
- the angle detection mechanism 320 according to the third embodiment includes a magnetic path forming unit 21 and a magnetic detection unit 370 that are substantially the same as those of the first embodiment.
- the magnetic detection unit 370 is provided with a third sensor 73 in addition to the first sensor 71 and the second sensor 72 that are substantially the same as those of the first embodiment.
- the magnetic detection unit 370 detects the rotation angle of the throttle valve 30 (see FIG. 1) using the three sensors 71 to 73.
- the setting contents of gain adjustment of the sensors 71 to 73 will be described in order.
- a first low opening area LO1 and a first high opening area HO1 are set.
- the amount of change in the first output value OV1 with respect to the predetermined change in the throttle valve opening is set to be larger in the first low opening range LO1 than in the first high opening range HO1.
- the second sensor 72 monotonously increases the second output value OV2 as the throttle valve opening increases throughout the movable range RM.
- a second low opening area LO2, a second intermediate opening area MO2, and a second high opening area HO2 are set.
- the amount of change in the second output value OV2 with respect to the predetermined change in the throttle valve opening is set to be larger in the second middle opening area MO2 than in the second low opening area LO2 and the second high opening area HO2.
- a part of the second medium opening area MO2 on the low opening side is set to overlap a part of the first low opening area LO1 on the high opening side.
- the third sensor 73 is a Hall IC that is substantially the same as the first sensor 71 and the second sensor 72. Similar to the first output value OV1 and the second output value OV2, the third output value OV3 output by the third sensor 73 is the throttle valve 30 over the entire movable range RM of the throttle valve 30 (see FIG. 1). Always changes according to the angle change.
- the third sensor 73 monotonically increases the third output value OV3 as the throttle valve opening increases.
- a third low opening area LO3 and a third high opening area HO3 are set.
- the third high opening area HO3 is an opening area that is different from both the first low opening area LO1 and the second intermediate opening area MO2 in the movable range RM, and is higher than these opening areas LO1 and MO2. It is defined to include an opening range on the opening side.
- the amount of change in the third output value OV3 with respect to the predetermined change in the throttle valve opening is set to be larger in the third high opening range HO3 than in the third low opening range LO3.
- a part of the third high opening area HO3 on the low opening side is set to overlap a part of the second medium opening area MO2 on the high opening side.
- the angle determination unit 380 that acquires the output values OV1, OV2, and OV3 from the magnetic detection unit 370 described so far sets the low speed side switching opening degree COL and the high speed side switching opening degree COH.
- the low speed side switching opening degree COL is set approximately in the middle of the range where the first low opening degree region LO1 and the second middle opening degree region MO2 overlap.
- the selection sensor is switched among the first sensor 71 and the second sensor 72.
- the high speed side switching opening degree COH is set approximately in the middle of the range where the second middle opening degree region MO2 and the third high opening degree region HO3 overlap.
- the selection sensor is switched among the second sensor 72 and the third sensor 73.
- an opening range in which the throttle valve opening is lower than the low speed side switching opening COL in the movable range RM is referred to as a low opening range LO, and the low speed side switching opening COL and the high speed side switching opening.
- the opening range between COH is the middle opening range MO.
- an opening range in which the throttle valve opening is higher than the high speed side switching opening COH in the movable range RM is defined as a high opening range HO.
- the throttle valve opening is compared with the low speed side switching opening COL. If the throttle valve opening is equal to or lower than the low speed side switching opening COL, the process proceeds to S302. In S302, the first sensor 71 is set as a selection sensor, and the process is temporarily terminated. As described above, the first output value OV1 of the first sensor 71 is used for the determination of the throttle valve opening.
- the process proceeds to S303.
- the throttle valve opening is compared with the high speed side switching opening COH. If the throttle valve opening is equal to or less than the high speed side switching opening COH, the process proceeds to S304.
- the second sensor 72 is set as the selection sensor, and the process is temporarily terminated. As described above, the second output value OV2 of the second sensor 72 is used for the determination of the throttle valve opening.
- the process proceeds to S305.
- the third sensor 73 is set as the selection sensor, and the process is temporarily terminated. As described above, the third output value OV3 of the third sensor 73 is used for the determination of the throttle valve opening.
- S311 it is determined whether or not the first output value OV1 has changed. If a change in the first output value OV1 is detected, the process proceeds to S312. In S312, it is determined whether or not the second output value OV2 has also changed when the first output value OV1 has changed. If it is determined in S312 that both the first output value OV1 and the second output value OV2 have changed, the process proceeds to S313.
- S311 If it is determined in S311 that the first output value OV1 has not changed, the process proceeds to S317.
- S317 it is determined whether or not the second output value OV2 has changed when the first output value OV1 has not changed. If it is determined in S317 that the second output value OV2 has changed although the first output value OV1 has not changed, the process proceeds to S318. In S318, it is diagnosed that the first sensor 71 is abnormal, and the process is temporarily terminated.
- the angle detection mechanism 320 enables failure detection in the entire movable range RM and performs highly accurate opening degree determination.
- the range to do can be expanded.
- the magnetic detection unit 370 of the third embodiment includes a third sensor 73 in addition to the first sensor 71 and the second sensor 72.
- the third high-opening range HO3 in which the third sensor 73 detects the opening with high accuracy is different from the first low-opening range LO1 and the second medium-opening range MO2.
- An area is included. Based on the above, the angle detection mechanism 320 can perform highly accurate opening determination in a wider opening range.
- the second intermediate opening range MO2 corresponds to the second rotation range
- the second low opening range LO2 and the second high opening range HO2 correspond to the rotation range other than the second rotation range.
- the third sensor 73 corresponds to a third detection unit
- the third low opening degree region LO3 corresponds to a third rotation region
- the third high opening degree region HO3 corresponds to a rotation region other than the third rotation region.
- FIGS. 12 and 13 The fourth embodiment shown in FIGS. 12 and 13 is still another modification of the first embodiment.
- the aspect of the correlation line between the throttle valve opening, the first output value OV1, and the second output value OV2 is different from the first embodiment.
- FIG.12 and FIG.13 the detail of the angle detection mechanism by 4th embodiment is demonstrated, referring FIG.
- the boundary between the first low opening region LO1 and the first high opening region HO1 in the first sensor 71 is more than the boundary between the second low opening region LO2 and the second high opening region HO2 in the second sensor 72. It is set to the low opening side. That is, the first low opening degree region LO1 that can be detected with high accuracy by the first sensor 71 and the second high opening degree region HO2 that can be detected with high accuracy by the second sensor 72 do not overlap. As a result, no overlap is set.
- the angle determination unit 80 sets a switching opening degree CO for switching the selection sensor among the first sensor 71 and the second sensor 72 at the boundary between the first low opening degree area LO1 and the first high opening degree area HO1. Yes. Details of the switching process of the fourth embodiment for switching the selection sensor at the switching degree CO will be described below.
- the throttle valve opening and the switching opening CO are compared. If it is determined in S401 that the throttle valve opening is equal to or less than the switching opening CO and is in the first low opening region LO1, the process proceeds to S402. In S402, the first sensor 71 is set as a selection sensor, and the process is temporarily terminated. On the other hand, if it is determined in S401 that the throttle valve opening is higher than the switching opening CO and is in the second high opening range HO2, the process proceeds to S403. In S403, the second sensor 72 is set as a selection sensor, and the process is temporarily terminated.
- the angle detection mechanism detects a failure in the entire movable range RM even if the opening range where the throttle valve opening can be detected with high accuracy is not overlapped.
- the opening degree can be determined with high accuracy in a plurality of ranges.
- the fifth embodiment shown in FIG. 14 is a modification of the fourth embodiment.
- the operable range of the throttle valve 30 shown in FIG. 1 includes the normal movable range RM from the fully closed position to the fully open position of the throttle valve body 32, and the fully closed position to the fully open position.
- An overturn range OT for rotating the throttle valve main body 32 in the opposite direction is included.
- the angle detection mechanism according to the fifth embodiment will be described in detail with reference to FIG. 14 with reference to FIG.
- Both the first sensor 71 and the second sensor 72 can always change the output values OV1 and OV2 in accordance with the change in the angle of the throttle valve 30 even in the overturn range OT outside the normal movable range RM. That is, the overturn range OT is included in the first low opening degree region LO1 and the second low opening degree region LO2.
- the first sensor 71 monotonously increases the first output value OV1 as the throttle valve opening approaches the fully closed position in the first low opening degree region LO1 including the overturn range OT.
- the second sensor 72 monotonously decreases the second output value OV2 as the throttle valve opening approaches the fully closed position in the second low opening degree region LO2 including the overturn range OT.
- each low opening degree region LO1, LO2 in which the output values OV1, OV2 constantly change is defined to include the overturn range OT past the fully closed position. Therefore, even if the operable range of the throttle valve 30 is applied to the electronic control throttle device 10 including the overturn range OT, the angle detection mechanism can detect the opening degree with high accuracy even in the overturn range OT, and each sensor It is possible to reliably detect failures of 71 and 72.
- the overturn range OT corresponds to an out-of-range region outside the specific rotation range.
- the sixth embodiment shown in FIG. 15 is a modification of the third embodiment.
- the gain adjustment settings of the sensors 71 to 73 are different from those of the third embodiment.
- the boundary between the first low opening region LO1 and the first high opening region HO1 in the first sensor 71 is the second low opening region LO2 and the second middle opening region MO2 in the second sensor 72. It is set on the lower opening side than the boundary.
- the boundary between the third low opening area LO3 and the third high opening area HO3 in the third sensor 73 is the boundary between the second medium opening area MO2 and the second high opening area HO2 in the second sensor 72. It is set on the higher opening side than the boundary.
- the ranges in which the sensors 71 to 73 can be detected with high resolution do not overlap.
- the angle determination unit 380 (see FIG. 8) is a low-speed side switch that switches a selection sensor among the first sensor 71 and the second sensor 72 at the boundary between the first low opening region LO1 and the first high opening region HO1.
- the opening degree COL is set.
- the angle determination unit 380 sets a high-speed side switching opening COH for switching the selection sensor among the second sensor 72 and the third sensor 73 at the boundary between the third low opening area LO3 and the third high opening area HO3. It is set.
- the opening range where the throttle valve opening is lower than the low speed side switching opening COL in the movable range RM is set as the low opening range LO.
- the first output value OV1 is used for determining the throttle valve opening.
- an opening range between the low speed side switching opening COL and the high speed side switching opening COH is set as a middle opening range MO.
- the second output value OV2 is used to determine the throttle valve opening.
- an opening range in which the throttle valve opening is higher than the high speed side switching opening COH is defined as a high opening range HO.
- the third output value OV3 is used to determine the throttle valve opening.
- the seventh embodiment shown in FIG. 16 is yet another modification of the first embodiment.
- both the first output value OV1 and the second output value OV2 monotonically increase as the throttle valve opening increases.
- the slope GL1 of the line segment in the first low opening area LO1 is larger than the slope GH1 of the line segment in the first high opening area HO1.
- the slope GH2 of the line segment in the second high opening area HO2 is larger than the slope GL2 of the line segment in the second low opening area LO2. It has become.
- the switching opening degree CO is defined as an opening area where the first low opening area LO1 and the second high opening area HO2 overlap.
- the angle detection mechanism is capable of detecting failure over the entire movable range RM and wide opening. It is possible to realize both highly accurate opening degree determination in the degree range.
- the eighth embodiment shown in FIG. 17 is a modification of the seventh embodiment.
- the boundary between the first low opening region LO1 and the first high opening region HO1 at the first output value OV1 is the second low opening region LO2 and the second high opening at the second output value OV2. It is set on the lower opening side than the boundary with the degree range HO2. In other words, the ranges in which the first sensor 71 (see FIG. 2) and the second sensor 72 (see FIG. 2) can be detected with high resolution do not overlap.
- the boundary between the first low opening area LO1 and the first high opening area HO1 is set to the switching opening CO.
- the angle determination unit switches the selection sensor among the first sensor 71 and the second sensor 72 at the boundary between the first low opening region LO1 and the first high opening region HO1.
- the angle detection mechanism realizes both failure detection in the entire movable range RM and high-accuracy opening degree determination in a wide opening range. it can.
- the first output value OV1 monotonically increases in the first low opening degree region LO1 in the movable range RM, while the first high opening degree In the range HO1, it decreases monotonously.
- the angle detection mechanism is not limited to the entire movable range RM. This makes it possible to detect a failure at a point and to determine the opening degree with high accuracy over a wide range.
- the first output value OV1 is constant regardless of the throttle valve opening in the overturn range OT outside the normal movable range RM. It is set as follows. On the other hand, in the normal movable range RM, each change in the first output value OV1 and the second output value OV2 with respect to the displacement amount of the throttle valve opening is not zero. With the above setting, the angle detection mechanism performs failure detection in the entire movable range RM excluding the overturn range OT even if the first output value OV1 is set to be constant in the overturn range OT. Can do.
- the boundary between the first low opening degree region LO1 and the first high opening degree region HO1 at the first output value OV1 is the second output value OV2.
- the boundary between the second low opening degree region LO2 and the second middle opening degree region MO2 is set at substantially the same opening degree.
- the boundary between the second intermediate opening range MO2 and the second high opening range HO2 is the boundary between the third low opening range LO3 and the third high opening range HO3 at the third output value OV3,
- the opening is set to be substantially the same. As described above, as long as the boundaries of the regions in each sensor are aligned, the angle detection mechanism can expand the range in which the highly accurate opening degree determination is performed even if no overlap is provided.
- the angle detection mechanism can output the fourth output value OV4 in addition to the three output values OV1 to OV3.
- the four sensors (detection units) provided in the modification 4 can perform high-resolution detection in different opening ranges.
- the angle determination unit divides the movable range RM into a low opening range LO, a low speed side intermediate opening range LMO, a high speed side intermediate opening range HMO, and a high opening range HO.
- the first output value OV1 is employed for opening degree determination
- the second output value OV2 is employed for opening degree determination.
- the third output value OV3 is adopted for opening degree determination in the high speed side middle opening degree region HMO
- the fourth output value OV4 by the fourth sensor is adopted for opening degree determination in the high opening degree region HO.
- the number of detection units provided in the angle detection unit may be four or more.
- the angle detection mechanism according to the present disclosure may be applied to, for example, a valve device that controls the flow rate of EGR (Exhaust Gas Recirculation).
- EGR Exhaust Gas Recirculation
- the rotating body whose rotation angle is detected by the angle detection mechanism may not be configured to control the flow rate like a throttle valve.
- an angle detection mechanism that is applied to an accelerator device and detects the rotation angle of an accelerator pedal may be used.
- a plurality of Hall ICs are provided as a plurality of detection units.
- the configuration of the magnetic detection unit can be changed as appropriate. For example, by providing a plurality of detection systems including Hall elements and signal processing circuits, one Hall IC capable of outputting output values having different characteristics may be provided in the magnetic detection unit.
- the angle detection mechanism can detect the angle of the rotating body using a detection unit different from the Hall IC.
- the angle detection mechanism may have a configuration including a magnetic angle (MR) sensor using a magnetoresistive element, or an interactive configuration that detects a rotation angle of a rotating body by a change in inductance.
- the angle detection mechanism may be configured to detect the rotation angle of the rotating body using a variable resistor.
- the angle determination part of the said embodiment was provided in a part of engine control apparatus, the vehicle-mounted control apparatus different from an engine control apparatus may be sufficient as the structure which construct
- the angle determination unit may be realized by a dedicated control device.
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Abstract
出力特性の異なる複数の検出部を用いて回転体(30)の回転角度を検出する角度検出機構は、予め規定された回転体の特定回転範囲(RM)の全域にて、回転体の角度変化に応じて常に出力値(OV1)を変化させ、且つ、特定回転範囲の一部である第一回転域(LO1)では、所定の角度変化に対する出力値の変化量が第一回転域以外の回転域(HO1)よりも大きく設定されている第一検出部(71)と、特定回転範囲の全域にて回転体の角度変化に応じて常に出力値(OV2)を変化させ、且つ、特定回転範囲のうちで第一回転域とは異なる回転域を含むように規定された第二回転域(HO2,MO2)では、所定の角度変化に対する出力値の変化量が第二回転域以外の回転域(LO2)よりも大きく設定されている第二検出部(72)と、を備える。
Description
本出願は、2016年9月5日に出願された日本特許出願番号2016-172939号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
この明細書による開示は、回転体の回転角度を検出する角度検出の技術に関する。
従来、例えば特許文献1に開示のような電子制御絞り弁装置等には、回転体である絞り弁の回転角度を検出する角度検出機構が設けられている。こうした角度検出機構には、一つのスロットルポジションセンサが設けられている。スロットルポジションセンサは、絞り弁の角度変化に応じてコントロールユニットに出力する出力電圧を変化させることで、コントロールユニットでの絞り弁の角度検出を可能にする。
さらに、特許文献1に開示の構成では、スロットルポジションセンサの出力電圧は、絞り弁の開度が小さい低開度域において、増幅器によって増幅されている。以上によれば、低開度域における角度検出の分解能が小さくできるので、コントロールユニットは、絞り弁の回転角度を低開度域にて高精度に検出可能となる。
さて、スロットルポジションセンサが故障すると、絞り弁の回転角度が変化しても、出力電圧が変化しなくなる場合がある。しかし、特許文献1の構成では、出力電圧が変化しなくなったときに、絞り弁の角度変化が生じていないために出力電圧が変化していないのか、スロットルポジションセンサの故障によって出力電圧が変化していないのかを、コントロールユニットは区別できない。故に、スロットルポジションセンサ等の検出部の故障をコントロールユニットにおいて検出することは、困難であった。
また一例として、特許文献1のような絞り弁装置がディーゼル機関に適用された場合、絞り弁は、通常稼動時に全開になるよう制御される。このような高開度域において角度検出の精度が悪い場合、正しく全開しない絞り弁によって吸気圧損が引き起こされ得る。こうした事態の回避のために、低開度域に限定されず、例えば高開度域等でも高精度な角度検出を実現する必要が生じてきていた。
本開示の目的は、検出部の故障検出を特定の回転範囲の全域で可能にしつつ、高精度な角度検出を行う回転域を広げることのできる角度検出の技術を提供することにある。
本開示の第一の態様による角度検出機構は、出力特性の異なる複数の検出部を用いて回転体の回転角度を検出する角度検出機構であって、予め規定された回転体の特定回転範囲の全域にて、回転体の角度変化に応じて常に出力値を変化させ、且つ、特定回転範囲の一部である第一回転域では、所定の角度変化に対する出力値の変化量が第一回転域以外の回転域よりも大きく設定されている第一検出部と、特定回転範囲の全域にて回転体の角度変化に応じて常に出力値を変化させ、且つ、特定回転範囲のうちで第一回転域とは異なる回転域を含むように規定された第二回転域では、所定の角度変化に対する出力値の変化量が第二回転域以外の回転域よりも大きく設定されている第二検出部と、を備える。
第一の態様によれば、第一検出部及び第二検出部は、回転体の特定回転範囲内では、回転体の角度変化に応じて常に出力値を変化させる。故に、角度検出機構と電気的に接続された外部の故障検出装置は、特定回転範囲の全域にて、第一検出部及び第二検出部の各出力値の一方のみが変化しなくなったことに基づき、この一方の検出部が故障していると診断し得る。
加えて、第一検出部及び第二検出部は、それぞれ第一回転域及び第二回転域にて、特定回転範囲の他の回転域よりも、所定の角度変化に対する出力値の変化量を大きく設定されている。さらに、第二回転域は、特定回転範囲のうちで第一回転域とは異なる回転域を含むよう規定されている。故に、特定回転範囲内の複数の領域又は広い領域にて、高精度な回転角度の検出が可能になる。
以上のように、出力特性の異なる第一検出部及び第二検出部を組み合わせた角度検出機構は、特定回転範囲の全域での故障検出を可能にしつつ、高精度な角度検出を行う範囲を広げることができる。
本開示の第二の態様による角度検出システムは、出力特性の異なる複数の検出部を用いて回転体の回転角度を検出する角度検出機構と、複数の検出部の中から出力値を採用する選択検出部を選択し、選択検出部の出力値に基づいて回転体の角度位置を判定する角度判定部と、を備える角度検出システムであって、角度検出機構は、予め規定された回転体の特定回転範囲の全域にて、回転体の角度変化に応じて常に出力値を変化させ、且つ、特定回転範囲の一部である第一回転域では、所定の角度変化に対する出力値の変化量が第一回転域以外の回転域よりも大きく設定されている第一検出部と、特定回転範囲の全域にて回転体の角度変化に応じて常に出力値を変化させ、且つ、特定回転範囲のうちで第一回転域とは異なる回転域を含むように規定された第二回転域では、所定の角度変化に対する出力値の変化量が第二回転域以外の回転域よりも大きく設定されている第二検出部と、を備え、第二回転域は、第一回転域よりも回転体の特定回転方向の回転域を含むように設定されており、角度判定部は、第一回転域から特定回転方向への回転体の回転に伴い、第一切替角度にて選択検出部を第一検出部から第二検出部へと切り替え、第二回転域から特定回転方向とは反対方向への回転体の回転に伴い、第二切替角度にて選択検出部を第二検出部から第一検出部へと切り替え、第一切替角度は、第二切替角度よりも特定回転方向に設定されている。
この態様によれば、選択検出部を第一検出部から第二検出部へと切り替える第一切替角度と、選択検出部を第二検出部から第一検出部へと切り替える第二切替角度とが異なる設定により、選択検出部の切り替えにヒステリシスが設けられている。その結果、回転体の回転角度の変動に起因して、第一検出部と第二検出部との切り替えにハンチングが生じてしまう事態は、回避される。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、第一実施形態による角度検出機構が適用される電子制御スロットル装置の構成を示す断面図であり、
図2は、角度検出機構を含む角度検出システムの全体像を示すブロック図であり、
図3は、スロットルバルブ開度と各センサの出力値の相関関係を示す図であり、
図4は、角度判定部にて実施されるセンサの切替処理の詳細を示すフローチャートであり、
図5は、角度判定部にて実施されるセンサの故障検出処理の詳細を示すフローチャートであり、
図6は、第二実施形態におけるスロットルバルブ開度と各センサの出力値の相関関係を示す図であり、
図7は、第二実施形態による故障検出処理の詳細を示すフローチャートであり、
図8は、第三実施形態による角度検出システムの全体像を示すブロック図であり、
図9は、第三実施形態におけるスロットルバルブ開度と各センサの出力値の相関関係を示す図であり、
図10は、第三実施形態による切替処理の詳細を示すフローチャートであり、
図11は、第三実施形態による故障検出処理の詳細を示すフローチャートであり、
図12は、第四実施形態におけるスロットルバルブ開度と各センサの出力値の相関関係を示す図であり、
図13は、第四実施形態による切替処理の詳細を示すフローチャートであり、
図14は、第五実施形態におけるスロットルバルブ開度と各センサの出力値の相関関係を示す図であり、
図15は、第六実施形態におけるスロットルバルブ開度と各センサの出力値の相関関係を示す図であり、
図16は、第七実施形態におけるスロットルバルブ開度と各センサの出力値の相関関係を示す図であり、
図17は、第八実施形態におけるスロットルバルブ開度と各センサの出力値の相関関係を示す図であり、
図18は、変形例1におけるスロットルバルブ開度と各センサの出力値の相関関係を示す図であり、
図19は、変形例2におけるスロットルバルブ開度と各センサの出力値の相関関係を示す図であり、
図20は、変形例3におけるスロットルバルブ開度と各センサの出力値の相関関係を示す図であり、
図21は、変形例4におけるスロットルバルブ開度と各センサの出力値の相関関係を示す図である。
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。
(第一実施形態)
図1及び図2に示す本開示の第一実施形態による角度検出機構20は、電子制御スロットル装置10に適用されている。電子制御スロットル装置10は、内燃機関の吸気系に設けられており、吸気流路を通じて各気筒に供給される空気の流量を制御する吸気絞り弁として機能する。電子制御スロットル装置10は、内燃機関を制御する機関制御装置190と電気的に接続されている。機関制御装置190は、主に運転者のアクセルペダルの踏み込み操作量に基づく制御信号を生成し、電子制御スロットル装置10へ向けて出力する。電子制御スロットル装置10は、機関制御装置190から入力される制御信号に基づき、スロットルバルブ30の開度を増減させる。
図1及び図2に示す本開示の第一実施形態による角度検出機構20は、電子制御スロットル装置10に適用されている。電子制御スロットル装置10は、内燃機関の吸気系に設けられており、吸気流路を通じて各気筒に供給される空気の流量を制御する吸気絞り弁として機能する。電子制御スロットル装置10は、内燃機関を制御する機関制御装置190と電気的に接続されている。機関制御装置190は、主に運転者のアクセルペダルの踏み込み操作量に基づく制御信号を生成し、電子制御スロットル装置10へ向けて出力する。電子制御スロットル装置10は、機関制御装置190から入力される制御信号に基づき、スロットルバルブ30の開度を増減させる。
電子制御スロットル装置10は、スロットルボディ11、スロットルバルブ30、スプリング機構36、スロットルモータ50、及び減速機構60を、角度検出機構20と共に備えている。
スロットルボディ11は、金属材料によって形成されている。スロットルボディ11には、スロットル流路部14及び一対の回転支持部12,13等が形成されている。スロットル流路部14は、スロットルボディ11に円筒孔状に形成されており、各気筒に導入される空気を通過させる吸気流路の一部を形成している。回転支持部12,13は、スロットル流路部14を径方向に挟む配置にて、スロットルボディ11に形成されている。回転支持部12,13は、スロットル流路部14内に収容されるスロットルバルブ30を、スロットル流路部14内にて回転可能に支持するベアリング部である。スロットルボディ11には、樹脂材料によって形成されたギヤカバー18が取り付けられている。スロットルボディ11とギヤカバー18との間に形成される収容空間には、スプリング機構36、スロットルモータ50、減速機構60、及び角度検出機構20等が収容されている。
スロットルバルブ30は、スロットルシャフト31及び絞り弁本体部32を有する回転体である。スロットルシャフト31は、金属材料によって円柱状に形成されている。スロットルシャフト31の軸方向の各端部は、それぞれ回転支持部12,13によって回転可能に支持されている。
絞り弁本体部32は、金属材料によって円板状に形成されている。絞り弁本体部32の外径は、スロットル流路部14の内径と実質的に同一とされている。絞り弁本体部32は、スロットル流路部14の内部に収容された状態で、スロットルシャフト31に保持されている。絞り弁本体部32は、スロットル流路部14の内部にてスロットルシャフト31と一体的に回転することで、スロットル流路部14のうちで空気が通過可能な開口面積を変化させる。以上の動作により、絞り弁本体部32は、スロットル流路部14を流れて各気筒に吸い込まれる流体(空気)の流量を増減させる。
以上の構成により、スロットル流路部14を実質的に閉塞する絞り弁本体部32の回転角度が、スロットルバルブ30の全閉位置となる。また、スロットル流路部14を流れる流体の流量を最大にする絞り弁本体部32の回転角度が、スロットルバルブ30の全開位置である。即ち、全閉位置における絞り弁本体部32は、スロットル流路部14の横断面に平面方向を沿わせた姿勢となる。また、全開位置における絞り弁本体部32は、スロットル流路部14の縦断面に平面方向を沿わせた姿勢となる。以下の説明では、全閉位置から全開位置までの実質的に90°の回転範囲が、予め規定されたスロットルバルブ30の特定回転範囲であり、第一実施形態ではスロットルバルブ30実質的な可動範囲RM(図3参照)とする。特定回転範囲は、故障検出が必要とされる範囲である。
スプリング機構36は、リターンスプリング37及びデフォルトスプリング38を有している。リターンスプリング37及びデフォルトスプリング38は、共に金属材料によって形成されたねじりコイルバネである。リターンスプリング37は、スロットルバルブ30を閉じる方向への回転力を、スロットルシャフト31に印加できる。デフォルトスプリング38は、リターンスプリング37とは逆方向の回転力、即ち、スロットルバルブ30を開ける方向への回転力を、スロットルシャフト31に印加できる。
スロットルモータ50は、機関制御装置190の制御信号によって出力軸51の回転動作を制御される直流モータである。スロットルモータ50の本体部分は、スロットルボディ11に保持されている。スロットルモータ50は、制御信号に基づき、出力軸51に正逆両方向のトルクを発生させることができ、且つ、出力軸51に発生させるトルクを増減させる。出力軸51に発生したトルクは、減速機構60によってスロットルバルブ30に伝達される。
減速機構60は、出力軸51の回転を減速し、スロットルバルブ30に伝達する機構である。減速機構60は、ピニオンギヤ61、ギヤロータ63、及び中間ギヤ62等によって構成されている。ピニオンギヤ61は、出力軸51に固定されており、出力軸51のトルクを中間ギヤ62に伝達する。ギヤロータ63は、スロットルシャフト31の一方の端部に固定されており、スロットルバルブ30と一体的に回転する。中間ギヤ62は、ピニオンギヤ61と噛み合う大径ギヤと、ギヤロータ63と噛み合う小径ギヤを有している。中間ギヤ62は、ピニオンギヤ61から大径ギヤに入力される回転トルクを、小径ギヤからギヤロータ63に伝達する。
角度検出機構20は、スロットルバルブ30の回転角度を検出する機構である。角度検出機構20は、磁路形成部21及び磁気検出部70を有している。磁路形成部21は、全体として略円筒状に形成されている。磁路形成部21は、軸方向をスロットルシャフト31の軸方向に沿わせた姿勢で、ギヤロータ63の内部にインサート成形によって埋設されており、スロットルバルブ30と一体的に回転する。本実施形態では、スロットルバルブ30の回転角度をスロットルバルブ開度(SV開度)という。
磁路形成部21は、一対のヨーク22及び一対のマグネット23を有している。各ヨーク22は、透磁率の高い軟質磁性材料によって半円筒状の湾曲形状に形成されている。ヨーク22は、スロットルシャフト31の周囲を囲むようにして、スロットルシャフト31の径方向の両側に対向配置されている。各マグネット23は、永久磁石であって、一対のヨーク22の間に形成される二つのギャップ部に、一つずつ配置されている。各マグネット23は、一方のヨーク22にN極の磁束を与え、他方のヨーク22にS極の磁束を与える。その結果、磁路形成部21の内周側には、磁気検出部70に作用する磁界が形成される。
磁気検出部70は、ギヤカバー18に保持されており、磁路形成部21の内周側に配置されている。磁気検出部70は、絞り弁本体部32を開閉弁させるスロットルバルブ30の回転作動により、磁路形成部21に対して相対回転する。磁気検出部70は、磁路形成部21の相対的な角度位相を非接触で計測することで、スロットルバルブ開度に対応した出力値(出力電圧)を、機関制御装置190に提供する。
磁気検出部70は、ステータ77、第一センサ71、及び第二センサ72等によって構成されている。ステータ77は、軟質磁性材料によって扁平な略円筒状に形成されている。ステータ77は、軸方向をスロットルシャフト31の軸方向に沿わせた姿勢で、磁路形成部21と同軸となるよう配置されている。ステータ77には、二つの磁気検出ギャップが形成されている。各磁気検出ギャップは、ステータ77を軸方向に貫通する貫通孔であり、第一センサ71及び第二センサ72の一方を収容している。
第一センサ71及び第二センサ72はそれぞれ、ホール素子と信号処理回路とを一体化したホールICである。第一センサ71及び第二センサ72は、それぞれ磁気検出ギャップに収容されることで、ステータ77に保持されている。第一センサ71及び第二センサ72には、磁気検出部70によって形成された磁界が作用している。第一センサ71及び第二センサ72には、出力端子部、電源端子部、及び接地端子部という三つの端子部が設けられている。第一センサ71及び第二センサ72の各出力部からは、ホール素子を貫通する磁束密度に対応した出力値が出力される。
各信号処理回路は、A/Dコンバータ、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、EEPROM(登録商標)、D/Aコンバータ、バッファ回路部等によって構成されている。ホール素子の出力電圧は、A/Dコンバータによってデジタル変換され、DSPに入力される。DSPは、EEPROMに予め記憶された設定値に基づき、出力電圧のオフセットを補正するオフセット調整と、最大出力電圧及び最小出力電圧を設定するクランプ調整とを実施する。加えてDSPは、入力されるホール素子の出力電圧と、出力する電圧との相関関係を設定するゲイン調整を実施する。
以上のゲイン調整により、スロットルバルブ開度に対する出力電圧の変化の態様が規定される(図3参照)。ゲイン調整によれば、二つの第一センサ71及び第二センサ72は、出力特性の異なる検出部として設定される。DSPによって調整された出力電圧は、D/Aコンバータによってアナログ変換され、バッファ回路部を経由して、出力端子部に出力される。以下の説明では、第一センサ71の出力値を第一出力値OV1とし、第二センサ72の出力値を第二出力値OV2とする。
ここまで説明したように、角度検出機構20は、スロットルバルブ開度を第一センサ71及び第二センサ72によって検出し、機関制御装置190へ向けて検出結果を出力する。角度検出機構20は、機関制御装置190に設けられた検出回路90及び角度判定部80等と共に、スロットルバルブ開度を検出する角度検出システム100を構成している。
検出回路90は、磁気検出部70と電気的に接続される給電端子41、第一出力端子42、第二出力端子43、及び接地端子45を有している。給電端子41は、第一センサ71及び第二センサ72の各電源端子部に、例えば5Vの電源電圧を供給する。第一出力端子42には、第一センサ71の出力端子部に出力される第一出力値OV1が供給される。第二出力端子43には、第二センサ72の出力端子部に出力される第二出力値OV2が供給される。接地端子45は、第一センサ71及び第二センサ72の接地端子部に、接地電圧を供給する。
検出回路90には、プルアップ抵抗器91、プルダウン抵抗器92、及びフィルタ回路部93,94が設けられている。プルアップ抵抗器91は、給電端子41及び角度判定部80間を接続する給電配線部と、第一出力端子42及び角度判定部80間を接続する出力配線部96との間に設けられている。プルダウン抵抗器92は、第二出力端子43及び角度判定部80間を接続する出力配線部97と、接地端子45及び角度判定部80間を接続する接地配線部との間に設けられている。各フィルタ回路部93,94はそれぞれ、抵抗器と一対のコンデンサによって構成されている。各フィルタ回路部93,94は、各出力配線部96,97に設けられ、ノイズを低減させる作用を発揮する。
角度判定部80は、例えばプログラムに基づいて機関制御装置190に構築された機能ブロック、又は機関制御装置190に設けられた専用の回路部である。角度判定部80は、第一センサ71による第一出力値OV1と第二センサ72による第二出力値OV2とを検出回路90を通じて取得する。角度判定部80は、第一出力値OV1及び第二出力値OV2の一方のみを使用して、スロットルバルブ30の角度位置、即ち、スロットルバルブ開度を判定する。こうして判定されたスロットルバルブ開度が内燃機関の運転状態に対応した目標開度となるよう、機関制御装置190は、スロットルモータ50をフィードバック制御する。
加えて角度判定部80は、第一出力値OV1及び第二出力値OV2を比較することにより、第一センサ71及び第二センサ72の故障を検出する。第一センサ71及び第二センサ72は、故障によって出力値に変化が生じなくなる場合がある。こういった第一センサ71及び第二センサ72の故障を、角度判定部80は検出できる。こうした角度判定部80の作動により、機関制御装置190は、角度検出機構20の外部の故障検出装置として機能する。
次に、スロットルバルブ開度と、第一出力値OV1及び第二出力値OV2との相関関係の詳細を、図3に基づき、図1及び図2を参照しつつ説明する。図3には、スロットルバルブ開度に対する第一出力値OV1の変化を示す相関線と、スロットルバルブ開度に対する第二出力値OV2の変化を示す相関線とが記載されている。各相関線は、傾きの異なる二つの直線状の線分を連続させた形状に予め規定されている。各相関線は、傾きがゼロにならないように規定されている。
第一センサ71は、全閉位置から全開位置までのスロットルバルブ30の可動範囲RMの全域にて、スロットルバルブ30の角度変化に応じて常に第一出力値OV1を変化させる。スロットルバルブ開度を増大させるスロットルバルブ30の回転方向を特定回転方向とすると、特定回転方向へのスロットルバルブ30の角度変化により、第一センサ71は、第一出力値OV1を単調増加させる。即ち、第一センサ71は、スロットルバルブ開度が増大した場合、増加及び減少のうちで、増加のみに第一出力値OV1を変化させる。
加えて第一センサ71には、第一低開度域LO1及び第一高開度域HO1が設定されている。第一低開度域LO1は、可動範囲RMの一部であって第一高開度域HO1よりもスロットルバルブ開度の低い領域に設定されている。一方、第一高開度域HO1は、可動範囲RMのうちで、第一低開度域LO1以外の開度域であって、第一低開度域LO1よりもスロットルバルブ開度の高い領域に設定されている。
第一低開度域LO1にて、スロットルバルブ30の所定の角度(開度)変化に対する第一出力値OV1の変化量は、第一高開度域HO1にて、所定の角度変化に対する第一出力値OV1の変化量よりも大きく設定されている。以上により、スロットルバルブ開度と第一出力値OV1との相関関係を示す相関線においては、第一低開度域LO1の線分が第一高開度域HO1の線分に対して屈曲している。加えて、第一低開度域LO1の線分の傾斜GL1が第一高開度域HO1の線分の傾斜GH1よりも大きくなっている。こうした第一センサ71の設定により、角度判定部80は、第一低開度域LO1におけるスロットルバルブ30の開度(角度)変化を、第一高開度域HO1よりも高い分解能で検出可能となる。
一方、第二センサ72は、第一センサ71と同様に、全閉位置から全開位置までのスロットルバルブ30の可動範囲RMの全域にて、スロットルバルブ30の角度変化に応じて常に第二出力値OV2を変化させる。特定回転方向へのスロットルバルブ30の角度変化により、第二センサ72は、第二出力値OV2を単調増加させる。即ち、第二センサ72は、スロットルバルブ開度が増大した場合、増加及び減少のうちで、減少のみに第二出力値OV2を変化させる。
また第二センサ72には、第二低開度域LO2及び第二高開度域HO2が設定されている。第二低開度域LO2は、可動範囲RMの一部であって第二高開度域HO2よりもスロットルバルブ開度の低い領域に設定されている。一方、第二高開度域HO2は、可動範囲RMのうちで、第二低開度域LO2以外の開度域であって、第二低開度域LO2よりもスロットルバルブ開度の高い領域に設定されている。
第二高開度域HO2にて、スロットルバルブ30の所定の角度変化に対する第二出力値OV2の変化量は、第二低開度域LO2にて、所定の角度変化に対する第二出力値OV2の変化量よりも大きく設定されている。以上により、スロットルバルブ開度と第二出力値OV2との相関関係を示す相関線においては、第二低開度域LO2の線分が第二高開度域HO2の線分に対して屈曲している。加えて、第二高開度域HO2の線分の傾斜GH2が第二低開度域LO2の線分の傾斜GL2よりも大きくなっている。こうした第二センサ72の設定により、角度判定部80は、第二高開度域HO2におけるスロットルバルブ30の角度変化を、第二低開度域LO2よりも高い分解能で検出可能となる。尚、以上の説明における各傾斜の大きさは、絶対値で示される値である。
以上の磁気検出部70によれば、第一低開度域LO1にて第一出力値OV1に基づく高分解能の検出が可能となり、第二高開度域HO2にて第二出力値OV2に基づく高分解能の検出が可能となる。第二高開度域HO2は、可動範囲RMのうちで、第一出力値OV1の分解能が高くなる第一低開度域LO1とは異なる開度域を含むように規定されており、且つ、第一低開度域LO1よりもスロットルバルブ開度の高い開度域を含むように設定されている。さらに、第一低開度域LO1の高開度側の一部は、第二高開度域HO2の低開度側と重なるように設定されており、高分解能での検出が可能な範囲を第二高開度域HO2の低開度側とオーバーラップさせている。
ここまで説明した磁気検出部70から各出力値OV1,OV2を取得する角度判定部80は、スロットルバルブ開度を判定するに際して、複数のセンサの中から出力値を採用するセンサを選択する。角度判定部80は、第一低開度域LO1と第二高開度域HO2とがオーバーラップしている範囲の概ね中間に、切替開度COを設定している。切替開度COでは、出力値を採用するセンサである選択センサが、第一センサ71と第二センサ72とのうちで切り替えられる。以下、角度判定部80が選択センサを切り替える切替処理の詳細を、図4に基づき、図2及び図3を参照しつつ説明する。
尚、切替処理は、機関制御装置190の作動に伴って開始され、内燃機関の稼動が終了されるまで、所定の周期で繰り返し実施される。また、スロットルバルブ30(図1参照)の可動範囲RMのうちで、切替開度COよりもスロットルバルブ開度の低い開度域を低開度域LOとし、切替開度COよりもスロットルバルブ開度の高い開度域を高開度域HOとする。
S101では、スロットルバルブ開度と切替開度COとを比較する。S101にて、スロットルバルブ開度が切替開度CO以下であり、低開度域LOにあると判定した場合、S102に進む。S102では、第一センサ71を選択センサに設定し、第一センサ71による第一出力値OV1を使用してスロットルバルブ開度を判定する。
一方、S101にて、スロットルバルブ開度が切替開度COよりも高く、高開度域HOにあると判定した場合、S103に進む。S103では、第二センサ72を選択センサに設定し、第二センサ72による第二出力値OV2を使用してスロットルバルブ開度を判定する。
次に、第一出力値OV1及び第二出力値OV2を比較することにより、角度判定部80が第一センサ71及び第二センサ72の故障を検出する故障検出処理の詳細を、図5に基づき、図2及び図3を参照しつつ説明する。故障検出処理は、切替処理と同様に、機関制御装置190の作動に伴って開始され、内燃機関の稼動が終了されるまで所定の周期で繰り返し実施される。
S111では、第一出力値OV1が変化したか否かを判定する。S111にて、第一出力値OV1の変化が検出された場合、S112に進む。S112では、第一出力値OV1が変化しているときに、第二出力値OV2も変化したか否かを判定する。S112にて、第一出力値OV1と第二出力値OV2とが共に変化していると判定した場合、S113に進む。S113では、第一センサ71及び第二センサ72には共に異常がなく、正常な状態であると診断し、一旦処理を終了する。
一方、S112にて、第一出力値OV1が変化しているにも係らず、第二出力値OV2が変化していないと判定した場合、S114に進む。S114では、第二センサ72に異常があると診断し、一旦処理を終了する。
また、S111にて第一出力値OV1が変化していないと判定した場合、S115に進む。S115では、第一出力値OV1が変化していないときに、第二出力値OV2が変化したか否かを判定する。S115にて、第一出力値OV1が変化していないにも係らず、第二出力値OV2が変化していると判定した場合、S116に進む。S116では、第一センサ71に異常があると診断し、一旦処理を終了する。
一方、S115にて、第一出力値OV1と共に第二出力値OV2も変化していないと判定した場合、S117に進む。S117では、第一センサ71及び第二センサ72には共に異常がなく、正常な状態であると診断し、一旦処理を終了する。
ここまで説明した第一実施形態の第一センサ71及び第二センサ72は、スロットルバルブ30の可動範囲RM内にて、スロットルバルブ開度の変化に応じて常に各出力値OV1,OV2を変化させる。故に、角度判定部80は、可動範囲RMの全域にて、第一センサ71及び第二センサ72の各出力値OV1,OV2の一方のみが変化しなくなったことに基づき、この一方のセンサが故障していると診断し得る。
加えて、第一センサ71及び第二センサ72は、それぞれ第一低開度域LO1及び第二高開度域HO2にて、可動範囲RMの他の開度域よりも、所定の開度変化に対する出力値の変化量を大きく設定されている。さらに、第二高開度域HO2は、可動範囲RMのうちで第一低開度域LO1とは異なる開度域を含むよう規定されている。故に、可動範囲RM内の広い開度域にて、スロットル開度、即ち、スロットルバルブ30の回転角度の高精度な検出が可能になる。
以上のように、出力特性の異なる第一センサ71及び第二センサ72を組み合わせた角度検出機構20は、可動範囲RMの全域での故障検出を可能にしつつ、高精度な角度検出を行う範囲を広げることができる。
加えて第一実施形態では、可動範囲RMにて高開度方向にスロットルバルブ開度が変化した場合に、第一センサ71は増加のみに、第二センサ72は減少のみに、それぞれ各出力値OV1,OV2を変化させる。このように、各出力値OV1,OV2が単調増加又は単調減少となる設定によれば、特定の各出力値OV1,OV2に対応したスロットルバルブ開度は、一つに定まり得る。故に、特定の出各出力値OV1,OV2からスロットルバルブ開度を算出する際の誤判定は、実質的に発生しなくなる。
さらに第一実施形態では、第一低開度域LO1の高開度側が第二高開度域HO2の低開度側とオーバーラップするように設定されている。このように、第一センサ71及び第二センサ72のそれぞれにて、高分解能な検出を可能にする範囲が連続して設定されていれば、角度判定部80は、広い開度域にて高精度なスロットルバルブ開度の検出を行うことができる。
また第一実施形態では、角度検出機構20の電子制御スロットル装置10への適用により、スロットルバルブ開度の高精度な検出が全閉位置近傍だけでなく、全開位置近傍でも実現されている。その結果、例えばスロットルバルブ開度の制御目標が全開位置に設定された場合、機関制御装置190は、絞り弁本体部32を全開位置まで正確に開弁させて、吸気圧損を最小に抑えることができる。以上によれば、吸気圧損の増加に起因した内燃機関の出力悪化は、防がれる。
尚、第一実施形態においては、スロットル流路部14が流路に相当し、スロットルバルブ30が回転体に相当し、絞り弁本体部32が弁体部に相当する。また、第一センサ71が第一検出部に相当し、第二センサ72が第二検出部に相当し、選択センサが選択検出部に相当する。さらに、第一低開度域LO1が第一回転域に相当し、第一高開度域HO1が第一回転域以外の回転域に相当する。そして、第二高開度域HO2が第二回転域に相当し、第二低開度域LO2が第二回転域以外の回転域に相当し、可動範囲RMが特定回転範囲に相当する。
(第二実施形態)
図6及び図7に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態では、各センサ71,72(図2参照)のゲイン調整の設定内容、即ち、図6に示すスロットルバルブ開度と各出力値OV1,OV2との相関関係を示す相関線の態様が、第一実施形態とは異なっている。加えて、角度判定部80(図2参照)における選択センサの切り替えには、ヒステリシス(図6 Δα°参照)が設けられている。以下、図6及び図7に基づき、図1及び図2を参照しつつ、第二実施形態の詳細を説明する。
図6及び図7に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態では、各センサ71,72(図2参照)のゲイン調整の設定内容、即ち、図6に示すスロットルバルブ開度と各出力値OV1,OV2との相関関係を示す相関線の態様が、第一実施形態とは異なっている。加えて、角度判定部80(図2参照)における選択センサの切り替えには、ヒステリシス(図6 Δα°参照)が設けられている。以下、図6及び図7に基づき、図1及び図2を参照しつつ、第二実施形態の詳細を説明する。
第一センサ71は、スロットルバルブ30の可動範囲RMの全域にて、スロットルバルブ開度が大きくなるに従い、第一出力値OV1を単調増加させる。第一センサ71には、第一低開度域LO1及び第一高開度域HO1が設定されている。スロットルバルブ開度の所定の変化に対する第一出力値OV1の変化量は、第一高開度域HO1よりも第一低開度域LO1にて大きくなるよう設定されている。
第二センサ72は、スロットルバルブ30の可動範囲RMの全域にて、スロットルバルブ開度が大きくなるに従い、第二出力値OV2を単調減少させる。第二センサ72には、第二低開度域LO2及び第二高開度域HO2が設定されている。スロットルバルブ開度の所定の変化に対する第二出力値OV2の変化量は、第二低開度域LO2よりも第二高開度域HO2にて大きくなるよう設定されている。第二高開度域HO2の低開度側の一部は、第一低開度域LO1の高開度側の一部と重なるように設定されている。その結果、第一センサ71及び第二センサ72のそれぞれにて高分解能での検出が可能な範囲は、オーバーラップしている。
角度判定部80は、第一低開度域LO1と第二高開度域HO2とがオーバーラップしている範囲に、第一センサ71及び第二センサ72のうちで選択センサを切り替える第一切替開度CO1及び第二切替開度CO2を設定している。第一切替開度CO1は、第二切替開度CO2よりも特定回転方向、即ちスロットルバルブ開度が大きくなる方向(高開度側)に設定されている。角度判定部80は、特定回転方向へのスロットルバルブ30の回転に伴ってスロットルバルブ開度が高くなると、第一切替開度CO1にて選択センサを第一センサ71から第二センサ72へと切り替える。また、角度判定部80は、特定回転方向とは反対方向へのスロットルバルブ30の回転に伴ってスロットルバルブ開度が小さくなると、第二切替開度CO2にて選択センサを第二センサ72から第一センサ71へと切り替える。このように、ヒステリシスを設けた第二実施形態の切替処理の詳細を、図7に基づき、図2及び図6を参照しつつ説明する。
S201では、スロットルバルブ開度の判定に第二センサ72の第二出力値OV2を使用しているか否かを判定する。S201にて、スロットルバルブ開度の判定に第一出力値OV1を使用していると判定した場合、S202に進む。S202では、スロットルバルブ開度と第一切替開度CO1とを比較し、スロットルバルブ開度が第一切替開度CO1以下である場合には、S203に進む。S203では、第一センサ71を選択センサに設定し、一旦処理を終了する。以上により、第一出力値OV1をスロットルバルブ開度の判定に使用する状態が継続される。
一方、S202にて、スロットルバルブ開度が第一切替開度CO1よりも高いと判定した場合には、S204に進む。S204では、第二センサ72を選択センサに設定し、一旦処理を終了する。以上により、第二出力値OV2がスロットルバルブ開度の判定に使用される状態に切り替えられる。
またS201にて、スロットルバルブ開度の判定に第二出力値OV2を使用していると判定した場合、S205に進む。S205では、スロットルバルブ開度と第二切替開度CO2とを比較する。S205にて、スロットルバルブ開度が第二切替開度CO2以上であると判定した場合には、S204に進む。その結果、第二出力値OV2をスロットルバルブ開度の判定に使用する状態が継続される。
一方、S205にて、スロットルバルブ開度が第二切替開度CO2よりも低いと判定した場合には、S206に進む。S206では、第一センサ71を選択センサに設定し、一旦処理を終了する。以上により、第一出力値OV1がスロットルバルブ開度の判定に使用される状態に切り替えられる。
ここまで説明した第二実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、可動範囲RMの全域での故障検出を可能にしつつ、高精度な角度検出を行う範囲が拡大される。加えて第二実施形態では、互いに異なる第一切替開度CO1及び第二切替開度CO2の設定により、選択センサの切り替えにヒステリシスが設けられている。その結果、スロットルバルブ開度の変動に起因して、第一センサ71と第二センサ72との切り替えにハンチングが生じてしまう事態は、回避される。尚、第二実施形態では、第一切替開度CO1が第一切替角度に相当し、第二切替開度CO2が第二切替角度に相当する。
(第三実施形態)
図8~図11に示す第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態による角度検出機構320は、第一実施形態と実質同一の磁路形成部21と、磁気検出部370とを備えている。磁気検出部370には、第一実施形態と実質同一の第一センサ71及び第二センサ72に加えて、第三センサ73が設けられている。磁気検出部370は、三つのセンサ71~73を用いて、スロットルバルブ30(図1参照)の回転角度を検出する。以下、センサ71~73のゲイン調整の設定内容を順に説明する。
図8~図11に示す第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態による角度検出機構320は、第一実施形態と実質同一の磁路形成部21と、磁気検出部370とを備えている。磁気検出部370には、第一実施形態と実質同一の第一センサ71及び第二センサ72に加えて、第三センサ73が設けられている。磁気検出部370は、三つのセンサ71~73を用いて、スロットルバルブ30(図1参照)の回転角度を検出する。以下、センサ71~73のゲイン調整の設定内容を順に説明する。
第一センサ71には、第一低開度域LO1及び第一高開度域HO1(特に図9参照)が設定されている。スロットルバルブ開度の所定の変化に対する第一出力値OV1の変化量は、第一高開度域HO1よりも第一低開度域LO1にて大きくなるよう設定されている。
第二センサ72は、第一センサ71と同様に、可動範囲RMの全域にてスロットルバルブ開度が大きくなるに従い、第二出力値OV2を単調増加させる。第二センサ72には、第二低開度域LO2、第二中開度域MO2、及び第二高開度域HO2が設定されている。スロットルバルブ開度の所定の変化に対する第二出力値OV2の変化量は、第二低開度域LO2及び第二高開度域HO2よりも、第二中開度域MO2にて大きくなるよう設定されている。第二中開度域MO2の低開度側の一部は、第一低開度域LO1の高開度側の一部と重なるように設定されている。その結果、第一センサ71及び第二センサ72のそれぞれによって高分解能での検出が可能な範囲は、オーバーラップしている。
第三センサ73は、第一センサ71及び第二センサ72と実質同一のホールICである。第三センサ73によって出力される第三出力値OV3は、第一出力値OV1及び第二出力値OV2と同様に、スロットルバルブ30(図1参照)の可動範囲RMの全域にて、スロットルバルブ30の角度変化に応じて常に変化する。第三センサ73は、スロットルバルブ開度が大きくなるに従い、第三出力値OV3を単調増加させる。第三センサ73には、第三低開度域LO3及び第三高開度域HO3が設定されている。
第三高開度域HO3は、可動範囲RMうちで第一低開度域LO1及び第二中開度域MO2のいずれとも異なる開度域であって、これら開度域LO1,MO2よりも高開度側の開度域を含むように規定されている。スロットルバルブ開度の所定の変化に対する第三出力値OV3の変化量は、第三低開度域LO3よりも、第三高開度域HO3にて大きくなるよう設定されている。第三高開度域HO3の低開度側の一部は、第二中開度域MO2の高開度側の一部と重なるように設定されている。その結果、第二センサ72及び第三センサ73のそれぞれによって高分解能での検出が可能な範囲は、オーバーラップしている。
ここまで説明した磁気検出部370から各出力値OV1,OV2,OV3を取得する角度判定部380は、低速側切替開度COL及び高速側切替開度COHを設定している。低速側切替開度COLは、第一低開度域LO1と第二中開度域MO2とがオーバーラップしている範囲の概ね中間に設定されている。低速側切替開度COLでは、第一センサ71及び第二センサ72のうちで選択センサが切り替えられる。また、高速側切替開度COHは、第二中開度域MO2と第三高開度域HO3とがオーバーラップしている範囲の概ね中間に設定されている。高速側切替開度COHでは、第二センサ72及び第三センサ73のうちで選択センサが切り替えられる。以下、角度判定部380が選択センサを切り替える切替処理の詳細を、説明する(図10参照)。
尚、以下の説明では、可動範囲RMのうちで低速側切替開度COLよりもスロットルバルブ開度の低い開度域を低開度域LOとし、低速側切替開度COLと高速側切替開度COHとの間の開度域を中開度域MOとする。さらに、可動範囲RMのうちで高速側切替開度COHよりもスロットルバルブ開度の高い開度域を高開度域HOとする。
S301では、スロットルバルブ開度と低速側切替開度COLとを比較し、スロットルバルブ開度が低速側切替開度COL以下である場合には、S302に進む。S302では、第一センサ71を選択センサに設定し、一旦処理を終了する。以上により、第一センサ71の第一出力値OV1がスロットルバルブ開度の判定に使用される状態になる。
一方、S301にて、スロットルバルブ開度が低速側切替開度COLよりも高いと判定した場合、S303に進む。S303では、スロットルバルブ開度と高速側切替開度COHとを比較し、スロットルバルブ開度が高速側切替開度COH以下である場合には、S304に進む。S304では、第二センサ72を選択センサに設定し、一旦処理を終了する。以上により、第二センサ72の第二出力値OV2がスロットルバルブ開度の判定に使用される状態となる。
S303にて、スロットルバルブ開度が高速側切替開度COHよりも高いと判定した場合、S305に進む。S305では、第三センサ73を選択センサに設定し、一旦処理を終了する。以上により、第三センサ73の第三出力値OV3がスロットルバルブ開度の判定に使用される状態となる。
次に、三つの出力値OV1~OV3を比較することにより、角度判定部380が各センサ71~73の故障を検出する第三実施形態での故障検出処理の詳細を説明する(図11参照)。
S311では、第一出力値OV1が変化したか否かを判定し、第一出力値OV1の変化が検出された場合には、S312に進む。S312では、第一出力値OV1が変化しているときに、第二出力値OV2も変化したか否かを判定する。S312にて、第一出力値OV1と第二出力値OV2とが共に変化したと判定した場合、S313に進む。
S313では、第一出力値OV1及び第二出力値OV2が共に変化しているときに、第三出力値OV3も変化したか否かを判定する。S313にて、第一出力値OV1及び第二出力値OV2が共に変化しているにも係らず、第三出力値OV3だけが変化していないと判定した場合、S315に進む。S315では、第三センサ73に異常があると診断し、一旦処理を終了する。一方で、S313にて、各出力値OV1~OV3が全て変化していると判定した場合、S314に進む。S314では、三つセンサ71~73には異常がなく、全て正常な状態であると診断し、一旦処理を終了する。
一方、S312にて、第一出力値OV1が変化しているにも係らず、第二出力値OV2が変化していないと判定した場合、S316に進む。S316では、第二センサ72に異常があると診断し、一旦処理を終了する。
また、S311にて第一出力値OV1が変化していないと判定した場合、S317に進む。S317では、第一出力値OV1が変化していないときに、第二出力値OV2が変化したか否かを判定する。S317にて、第一出力値OV1が変化していないにも係らず、第二出力値OV2が変化していると判定した場合、S318に進む。S318では、第一センサ71に異常があると診断し、一旦処理を終了する。
一方、S317にて、第一出力値OV1及び第二出力値OV2が共に変化していないと判定した場合、S319に進む。S319では、第一出力値OV1及び第二出力値OV2が共に変化していないときに、第三出力値OV3が変化したか否かを判定する。S319にて、各出力値OV1~OV3が全て変化していないと判定した場合、S314に進み、三つセンサ71~73が全て正常な状態であると診断し、一旦処理を終了する。
一方、S319にて、第一出力値OV1及び第二出力値OV2が共に変化していないにも係らず、第三出力値OV3が変化していると判定した場合、S320に進む。S320では、第一センサ71及び第二センサ72に異常があると診断し、一旦処理を終了する。
ここまで説明した第三実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、角度検出機構320は、可動範囲RMの全域での故障検出を可能にすると共に、高精度な開度判定を実施する範囲を拡大させることができる。加えて第三実施形態の磁気検出部370は、第一センサ71及び第二センサ72に加えて、第三センサ73を有している。そして、第三センサ73にて高精度な開度検出が実施される第三高開度域HO3には、第一低開度域LO1及び第二中開度域MO2のいずれとも異なった開度域が含まれている。以上によれば、角度検出機構320は、さらに広い開度域にて高精度な開度判定を行うことができる。
尚、第三実施形態では、第二中開度域MO2が第二回転域に相当し、第二低開度域LO2及び第二高開度域HO2が第二回転域以外の回転域に相当する。また第三センサ73が第三検出部に相当し、第三低開度域LO3が第三回転域に相当し、第三高開度域HO3が第三回転域以外の回転域に相当する。
(第四実施形態)
図12及び図13に示す第四実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第四実施形態では、スロットルバルブ開度と第一出力値OV1及び第二出力値OV2との相関線の態様が第一実施形態とは異なっている。以下、図12及び図13に基づき、図2を参照しつつ、第四実施形態による角度検出機構の詳細を説明する。
図12及び図13に示す第四実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第四実施形態では、スロットルバルブ開度と第一出力値OV1及び第二出力値OV2との相関線の態様が第一実施形態とは異なっている。以下、図12及び図13に基づき、図2を参照しつつ、第四実施形態による角度検出機構の詳細を説明する。
第一センサ71における第一低開度域LO1と第一高開度域HO1との境界は、第二センサ72における第二低開度域LO2と第二高開度域HO2との境界よりも、低開度側に設定されている。即ち、第一センサ71において高精度な検出が可能な第一低開度域LO1と、第二センサ72において高精度な検出が可能な第二高開度域HO2とは、重なっていない。その結果、オーバーラップが設定されていない。
角度判定部80は、第一低開度域LO1と第一高開度域HO1との境界に、第一センサ71及び第二センサ72のうちで選択センサを切り替える切替開度COを設定している。こうした切替開度COにて選択センサを切り替える第四実施形態の切替処理の詳細を、以下説明する。
S401では、スロットルバルブ開度と切替開度COとを比較する。S401にて、スロットルバルブ開度が切替開度CO以下であり、第一低開度域LO1にあると判定した場合、S402に進む。S402では、第一センサ71を選択センサに設定し、一旦処理を終了する。一方で、S401にて、スロットルバルブ開度が切替開度COよりも高く、第二高開度域HO2にあると判定した場合、S403に進む。S403では、第二センサ72を選択センサに設定し、一旦処理を終了する。
以上の第四実施形態のように、スロットルバルブ開度を高精度に検出可能な開度域がオーバーラップしていない設定であっても、角度検出機構は、可動範囲RMの全域にて故障検出を行うことができ、且つ、複数の範囲にて高精度な開度判定を実施できる。
(第五実施形態)
図14に示す第五実施形態は、第四実施形態の変形例である。第五実施形態では、図1に示すスロットルバルブ30の作動可能範囲に、絞り弁本体部32の全閉位置から全開位置までの通常の可動範囲RMに加えて、全閉位置から全開位置とは反対方向に絞り弁本体部32を回転させるオーバーターン範囲OTが含まれている。以下、図14に基づき、図1を参照しつつ、第五実施形態による角度検出機構の詳細を説明する。
図14に示す第五実施形態は、第四実施形態の変形例である。第五実施形態では、図1に示すスロットルバルブ30の作動可能範囲に、絞り弁本体部32の全閉位置から全開位置までの通常の可動範囲RMに加えて、全閉位置から全開位置とは反対方向に絞り弁本体部32を回転させるオーバーターン範囲OTが含まれている。以下、図14に基づき、図1を参照しつつ、第五実施形態による角度検出機構の詳細を説明する。
第一センサ71及び第二センサ72は共に、通常の可動範囲RMを外れたオーバーターン範囲OTにおいても、スロットルバルブ30の角度変化に応じて常に各出力値OV1,OV2を変化させることができる。即ち、オーバーターン範囲OTは、第一低開度域LO1及び第二低開度域LO2に含まれている。
具体的に、第一センサ71は、オーバーターン範囲OTを含む第一低開度域LO1において、スロットルバルブ開度が全閉位置に近づくに従い、第一出力値OV1を単調増加させる。一方、第二センサ72は、オーバーターン範囲OTを含む第二低開度域LO2おいて、スロットルバルブ開度が全閉位置に近づくにつれて、第二出力値OV2を単調減少させる。
ここまで説明した第五実施形態では、各出力値OV1,OV2が常に変化する各低開度域LO1,LO2は、全閉位置を過ぎたオーバーターン範囲OTを含むように規定されている。故に、スロットルバルブ30の作動可能範囲がオーバーターン範囲OTを含む電子制御スロットル装置10に適用されても、角度検出機構は、オーバーターン範囲OTでも高精度な開度検出を行い得ると共に、各センサ71,72の故障も確実に検出可能となる。尚、第五実施形態では、オーバーターン範囲OTが特定回転範囲を外れた範囲外領域に相当する。
(第六実施形態)
図15に示す第六実施形態は、第三実施形態の変形例である。第六実施形態では、各センサ71~73(図8参照)の各ゲイン調整の設定が第三実施形態とは異なっている。詳記すると、第一センサ71における第一低開度域LO1と第一高開度域HO1との境界は、第二センサ72における第二低開度域LO2と第二中開度域MO2との境界よりも、低開度側に設定されている。加えて、第三センサ73における第三低開度域LO3と第三高開度域HO3との境界は、第二センサ72における第二中開度域MO2と第二高開度域HO2との境界よりも、高開度側に設定されている。以上のように、各センサ71~73にて高分解能での検出が可能な範囲は、オーバーラップしていない。
図15に示す第六実施形態は、第三実施形態の変形例である。第六実施形態では、各センサ71~73(図8参照)の各ゲイン調整の設定が第三実施形態とは異なっている。詳記すると、第一センサ71における第一低開度域LO1と第一高開度域HO1との境界は、第二センサ72における第二低開度域LO2と第二中開度域MO2との境界よりも、低開度側に設定されている。加えて、第三センサ73における第三低開度域LO3と第三高開度域HO3との境界は、第二センサ72における第二中開度域MO2と第二高開度域HO2との境界よりも、高開度側に設定されている。以上のように、各センサ71~73にて高分解能での検出が可能な範囲は、オーバーラップしていない。
角度判定部380(図8参照)は、第一低開度域LO1と第一高開度域HO1との境界に、第一センサ71及び第二センサ72のうちで選択センサを切り替える低速側切替開度COLを設定している。また角度判定部380は、第三低開度域LO3と第三高開度域HO3との境界に、第二センサ72及び第三センサ73のうちで選択センサを切り替える高速側切替開度COHを設定している。
以上により、可動範囲RMのうちで低速側切替開度COLよりもスロットルバルブ開度の低い開度域が低開度域LOとされる。低開度域LOでは、第一出力値OV1がスロットルバルブ開度の判定に用いられる。また、低速側切替開度COLと高速側切替開度COHとの間の開度域が中開度域MOとされる。中開度域MOでは、第二出力値OV2がスロットルバルブ開度の判定に用いられる。さらに、高速側切替開度COHよりもスロットルバルブ開度の高い開度域が高開度域HOとされる。高開度域HOでは、第三出力値OV3がスロットルバルブ開度の判定に用いられる。
ここまで説明した第六実施形態のような三つのセンサ71~73を用いる角度検出機構にて、オーバーラップが設けられていなくても、可動範囲RMの全域での故障検出を行えると共に、複数の範囲にて高精度な開度判定が実現できる。
(第七実施形態)
図16に示す第七実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第七実施形態では、第一出力値OV1及び第二出力値OV2は共に、スロットルバルブ開度が高くなるに従って単調増加する。スロットルバルブ開度と第一出力値OV1との相関線においては、第一低開度域LO1の線分の傾斜GL1が第一高開度域HO1の線分の傾斜GH1よりも大きくなっている。同様に、スロットルバルブ開度と第二出力値OV2との相関線においては、第二高開度域HO2の線分の傾斜GH2が第二低開度域LO2の線分の傾斜GL2よりも大きくなっている。また切替開度COは、第一低開度域LO1と第二高開度域HO2とがオーバーラップする開度域に規定されている。以上の第七実施形態のように、可動範囲RMにて各出力値OV1、OV2が共に単調増加する設定であっても、角度検出機構は、可動範囲RMの全域での故障検出と、広い開度範囲での高精度な開度判定とを共に実現できる。
図16に示す第七実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第七実施形態では、第一出力値OV1及び第二出力値OV2は共に、スロットルバルブ開度が高くなるに従って単調増加する。スロットルバルブ開度と第一出力値OV1との相関線においては、第一低開度域LO1の線分の傾斜GL1が第一高開度域HO1の線分の傾斜GH1よりも大きくなっている。同様に、スロットルバルブ開度と第二出力値OV2との相関線においては、第二高開度域HO2の線分の傾斜GH2が第二低開度域LO2の線分の傾斜GL2よりも大きくなっている。また切替開度COは、第一低開度域LO1と第二高開度域HO2とがオーバーラップする開度域に規定されている。以上の第七実施形態のように、可動範囲RMにて各出力値OV1、OV2が共に単調増加する設定であっても、角度検出機構は、可動範囲RMの全域での故障検出と、広い開度範囲での高精度な開度判定とを共に実現できる。
(第八実施形態)
図17に示す第八実施形態は、第七実施形態の変形例である。第八実施形態では、第一出力値OV1における第一低開度域LO1と第一高開度域HO1との境界は、第二出力値OV2における第二低開度域LO2と第二高開度域HO2との境界よりも、低開度側に設定されている。即ち、第一センサ71(図2参照)及び第二センサ72(図2参照)のそれぞれにて高分解能での検出が可能な範囲は、オーバーラップしていない。こうした設定の第八実施形態では、第一低開度域LO1と第一高開度域HO1との境界が切替開度COに設定されている。角度判定部は、第一低開度域LO1と第一高開度域HO1との境界にて、第一センサ71及び第二センサ72のうちで選択センサを切り替える。以上のような第八実施形態でも、第七実施形態と同様に、角度検出機構は、可動範囲RMの全域での故障検出と、広い開度範囲での高精度な開度判定とを共に実現できる。
図17に示す第八実施形態は、第七実施形態の変形例である。第八実施形態では、第一出力値OV1における第一低開度域LO1と第一高開度域HO1との境界は、第二出力値OV2における第二低開度域LO2と第二高開度域HO2との境界よりも、低開度側に設定されている。即ち、第一センサ71(図2参照)及び第二センサ72(図2参照)のそれぞれにて高分解能での検出が可能な範囲は、オーバーラップしていない。こうした設定の第八実施形態では、第一低開度域LO1と第一高開度域HO1との境界が切替開度COに設定されている。角度判定部は、第一低開度域LO1と第一高開度域HO1との境界にて、第一センサ71及び第二センサ72のうちで選択センサを切り替える。以上のような第八実施形態でも、第七実施形態と同様に、角度検出機構は、可動範囲RMの全域での故障検出と、広い開度範囲での高精度な開度判定とを共に実現できる。
(他の実施形態)
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
上記第八実施形態の変形例1では、図18に示すように、第一出力値OV1は、可動範囲RMのうちの第一低開度域LO1にて単調増加する一方で、第一高開度域HO1では単調減少している。このように、二つの出力値OV1,OV2の一方に、スロットルバルブ開度の増加に合わせて増加する区間と減少する区間とが共に設定されていても、角度検出機構は、可動範囲RMの全域での故障検出と、広範囲での高精度な開度判定とが可能になる。
上記第五実施形態の変形例2では、図19に示すように、通常の可動範囲RMから外れたオーバーターン範囲OTにて、第一出力値OV1は、スロットルバルブ開度に係らず一定となるよう設定されている。一方で、通常の可動範囲RMでは、スロットルバルブ開度の変位量に対する第一出力値OV1及び第二出力値OV2各変化は、共にゼロではない。以上の設定であれば、角度検出機構は、オーバーターン範囲OTにて第一出力値OV1が一定となる設定であっても、オーバーターン範囲OTを除く可動範囲RM全域での故障検出を行うことができる。
上記第六実施形態の変形例3では、図20に示すように、第一出力値OV1での第一低開度域LO1と第一高開度域HO1との境界は、第二出力値OV2での第二低開度域LO2と第二中開度域MO2との境界と、実質同一の開度に設定されている。加えて、第二中開度域MO2と第二高開度域HO2との境界は、第三出力値OV3での第三低開度域LO3と第三高開度域HO3との境界と、実質同一の開度に設定されている。以上のように、各センサにおける領域の境界が揃えられていれば、オーバーラップが設けられていなくても、角度検出機構は、高精度な開度判定を実施する範囲を拡張させることができる。
上記第六実施形態の別の変形例4による角度検出機構は、図21に示すように、三つの出力値OV1~OV3に加えて、第四出力値OV4を出力可能である。変形例4に設けられる四つのセンサ(検出部)は、互いに異なる開度域にて、高分解能の検出を行うことができる。具体的に、角度判定部は、可動範囲RMを、低開度域LO、低速側中開度域LMO、高速側中開度域HMO、及び高開度域HOに分割している。低開度域LOでは、第一出力値OV1が開度判定に採用され、低速側中開度域LMOでは、第二出力値OV2が開度判定に採用される。さらに、高速側中開度域HMOでは、第三出力値OV3が開度判定に採用され、高開度域HOでは、第四センサによる第四出力値OV4が開度判定に採用される。以上のように、角度検出部に設けられる検出部の数は、四つ以上であってもよい。
上記実施形態では、内燃機関にて吸入空気量を制御する電子制御スロットル装置に、本開示による角度検出機構を適用した例を説明した。しかし、本開示による角度検出機構は、例えばEGR(Exhaust Gas Recirculation)の流量を制御するバルブ装置に適用されてもよい。さらに、角度検出機構によって回転角度が検出される回転体は、スロットルバルブのような流量を制御する構成でなくてもよい。例えば、アクセル装置に適用されて、アクセルペダルの回転角度を検出する角度検出機構であってもよい。
上記実施形態の磁気検出部には、複数の検出部として複数のホールICが設けられていた。しかし、複数の出力値を出力可能であれば、磁気検出部の構成は、適宜変更可能である。例えば、ホール素子及び信号処理回路を含む検出系統が複数設けられることにより、特性の異なる出力値を出力可能な一つのホールICが、磁気検出部に設けられていてもよい。
さらに、角度検出機構は、ホールICとは異なる検出部を用いて、回転体の角度検出を行うことができる。例えば、角度検出機構は、磁気抵抗素子を用いた磁気角度(MR)センサを備える構成、或いはインダクタンスの変化によって回転体の回転角度を検出するインタラクティブ型の構成であってもよい。さらに、角度検出機構は、可変抵抗器を用いて回転体の回転角度を検出する構成であってもよい。
上記実施形態の角度判定部は、機関制御装置の一部に設けられていたが、角度判定部を構築する構成は、機関制御装置とは異なる車載制御装置であってもよい。或いは、角度判定部は、専用の制御装置によって実現されていてもよい。 本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Claims (7)
- 出力特性の異なる複数の検出部を用いて回転体(30)の回転角度を検出する角度検出機構であって、
予め規定された前記回転体の特定回転範囲(RM)の全域にて、前記回転体の角度変化に応じて常に出力値(OV1)を変化させ、且つ、前記特定回転範囲の一部である第一回転域(LO1)では、所定の角度変化に対する出力値の変化量が前記第一回転域以外の回転域(HO1)よりも大きく設定されている第一検出部(71)と、
前記特定回転範囲の全域にて前記回転体の角度変化に応じて常に出力値(OV2)を変化させ、且つ、前記特定回転範囲のうちで前記第一回転域とは異なる回転域を含むように規定された第二回転域(HO2,MO2)では、所定の角度変化に対する出力値の変化量が前記第二回転域以外の回転域(LO2)よりも大きく設定されている第二検出部(72)と、
を備える角度検出機構。 - 前記第一検出部は、前記特定回転範囲内における特定回転方向への前記回転体の角度変化により、増加及び減少のうちの一方のみに出力値を変化させる設定であり、
前記第二検出部は、前記特定回転範囲内における前記特定回転方向への前記回転体の角度変化により、増加及び減少のうちの一方のみに出力値を変化させる設定である請求項1に記載の角度検出機構。 - 前記第一回転域の一部は、前記第二回転域と重なるように設定されている請求項1又は2に記載の角度検出機構。
- 前記特定回転範囲の全域にて前記回転体の角度変化に応じて常に出力値(OV3)を変化させる第三検出部(73)をさらに備え、
前記特定回転範囲のうちで前記第一回転域及び前記第二回転域(MO2)のいずれとも異なる回転域を含むように規定された第三回転域(HO3)にて、所定の角度変化に対する前記第三検出部の出力値の変化量が前記第三回転域以外の回転域(LO3)よりも大きく設定されている請求項1~3のいずれか一項に記載の角度検出機構。 - 前記第一検出部及び前記第二検出部は共に、前記回転体の前記特定回転範囲を外れた範囲外領域(OT)においても、前記回転体の角度変化に応じて常に出力値を変化させる請求項1~4のいずれか一項に記載の角度検出機構。
- 前記回転体は、流路(14)の内部にて回転することにより、前記流路を流れる流体の流量を増減させる弁体部(32)を有しており、
前記特定回転範囲は、前記流路を実質的に閉塞する前記弁体部の全閉位置から、前記流路を流れる流体の流量を最大にする前記弁体部の全開位置までの範囲である請求項1~5のいずれか一項に記載の角度検出機構。 - 出力特性の異なる複数の検出部を用いて回転体(30)の回転角度を検出する角度検出機構(320)と、
複数の前記検出部の中から出力値を採用する選択検出部を選択し、前記選択検出部の出力値に基づいて前記回転体の角度位置を判定する角度判定部(380)と、を備える角度検出システムであって、
前記角度検出機構は、
予め規定された前記回転体の特定回転範囲(RM)の全域にて、前記回転体の角度変化に応じて常に出力値(OV1)を変化させ、且つ、前記特定回転範囲の一部である第一回転域(LO1)では、所定の角度変化に対する出力値の変化量が前記第一回転域以外の回転域(HO1)よりも大きく設定されている第一検出部(71)と、
前記特定回転範囲の全域にて前記回転体の角度変化に応じて常に出力値(OV2)を変化させ、且つ、前記特定回転範囲のうちで前記第一回転域とは異なる回転域を含むように規定された第二回転域(HO2,MO2)では、所定の角度変化に対する出力値の変化量が前記第二回転域以外の回転域(LO2)よりも大きく設定されている第二検出部(72)と、を備え、
前記第二回転域は、前記第一回転域よりも前記回転体の特定回転方向の回転域を含むように設定されており、
前記角度判定部は、
前記第一回転域から前記特定回転方向への前記回転体の回転に伴い、第一切替角度(CO1)にて前記選択検出部を前記第一検出部から前記第二検出部へと切り替え、
前記第二回転域から前記特定回転方向とは反対方向への前記回転体の回転に伴い、第二切替角度(CO2)にて前記選択検出部を前記第二検出部から前記第一検出部へと切り替え、
前記第一切替角度は、前記第二切替角度よりも前記特定回転方向に設定されている角度検出システム。
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