(57)【要約】    【課題】スロットル弁による低流量域における制御精度を向上させて、エンジンの低速回転を安定させる。    【解決手段】弁角度θｔｈと、弁角度θｔｈ毎の位置で得られるスロットル通過流量Ｑａとの間に、θｔｈ＝θｂで最も小さな第１の流量Ｑｍｉｎが得られ、θｂよりも小さなθａでＱｍｉｎよりも大きな第２の流量Ｑｄｅｆが得られる一方、θｂ以上の領域において、弁角度θｔｈの増大に応じてスロットル通過流量Ｑａが増大する特性を持たせる。【選択図】  図３
2008064052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのスロットル開度を制御するためのスロットル弁を吸気通路に備え、
前記スロットル弁は、バタフライ型のスロットル弁であって、回転軸に対して垂直な断面において、この回転軸を基準とした一側における第１の弁部分が、回転軸に対してこの第１の弁部分とは反対側の第２の弁部分に対して傾斜させて設けられ、
前記スロットル弁の回転角度と、回転角度毎の位置で得られるスロットル通過流量との間に、第１の回転角度で最も小さな第１の流量が得られ、この第１の回転角度よりも小さな第２の回転角度で前記第１の流量よりも大きな第２の流量が得られる一方、前記第１の回転角度以上の領域において、回転角度の増大に応じてスロットル通過流量が増大する特性を持たせたエンジンのスロットル制御装置。
【請求項２】
前記第１の回転角度が前記スロットル弁の非作動時における回転角度よりも大きい請求項１に記載のエンジンのスロットル制御装置。
【請求項３】
前記第２の回転角度が退避走行時に要求されるデフォルト流量を確保するための回転角度である請求項１又は２に記載のエンジンのスロットル制御装置。
【請求項４】
前記第２の回転角度が前記スロットル弁の非作動時における回転角度である請求項３に記載のエンジンのスロットル制御装置。
【請求項５】
前記スロットル弁が、エンジンの吸気通路において、前記第２の回転角度の位置で前記第１の弁部分が前記吸気通路の中心線に対して略直交し、かつ前記第２の弁部分が前記第１の弁部分よりも下流側に位置して、前記第１の弁部分に対して傾斜するように設置された請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンのスロットル制御装置。
【請求項６】
前記第１の流量がエンジンのアイドリングに必要とされる流量であるか、又はこれよりも大きな流量である請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンのスロットル制御装置。
【請求項７】
エンジンに対する要求負荷を検出する運転状態センサと、
前記スロットル弁を駆動するスロットルアクチュエータと、
前記運転状態センサにより検出された要求負荷に基づいて前記スロットル弁の目標回転角度を算出し、前記スロットルアクチュエータに対し、算出した目標回転角度を示す信号を出力するコントロールユニットと、を更に含んで構成される請求項１〜６のいずれかに記載のエンジンのスロットル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのスロットル制御装置に関し、詳細には、スロットル弁の回転角度に対するスロットル通過流量の変化の特性を改善して、低流量域における制御精度を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸入空気量の制御のため、一般的なガソリンエンジンでは、吸気通路にスロットル弁が備えられており、このスロットル弁により吸気通路の開口面積（すなわち、開度）を増減させることで、実際の吸入空気量を負荷に対して適正に制御している。スロットル弁としては、回転軸に円板状の弁部材を取り付けたバタフライ型のものが一般的に用いられており、このようなスロットル弁により、スロットル弁を通過する吸入空気の流量（以下「スロットル通過流量」という。）は、スロットル弁の回転角度に対し、これが増大するほど単調に増加する特性で与えられる（特許文献１）。
【特許文献１】特願２００２−０８１３３６号公報（段落番号００１７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このように、スロットル通過流量がスロットル弁の回転角度に対して単調に増加するものでは、回転角度毎の流量の増加が低流量域で大きいことから、低流量域において、必要とされる流量を達成するためにスロットル弁を駆動すべき回転角度の許容範囲が限られてしまう。このため、スロットルアクチュエータとして通常用いられるステップモータの可制御分解能によっては、低流量域における流量の制御精度が低下し、アイドリング時等における低速回転が安定しないという問題がある。
【０００４】
前掲特許文献１には、スロットル弁の可動範囲を、回転方向に対して全閉位置を超えてマイナス側にまで拡大したものが記載されている（段落番号０００２）。このものは、スロットルセンサ等の故障時における退避走行に際して必要とされる吸入空気量（いわゆる、デフォルト流量）を確保するためにこのマイナス側の回転角度を利用するものであって、このマイナス側の回転角度は、通常時における制御には利用されず、通常時におけるスロットル通過流量は、一般的なものと同様に、スロットル弁の回転角度に対して単調に増加するものとして与えられる（段落番号００１７）。
【０００５】
本発明は、このような問題を考慮したものであり、スロットル弁により吸入空気量を制御するエンジンにおいて、低流量域における制御精度を向上させて、アイドリング時等におけるエンジン回転を安定させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エンジンのスロットル制御装置を提供する。本発明に係る装置は、エンジンのスロットル開度を制御するためのスロットル弁を吸気通路に備え、このスロットル弁の回転角度と、回転角度毎の位置で得られるスロットル通過流量との間に、第１の回転角度で最も小さな第１の流量が得られ、この第１の回転角度よりも小さな第２の回転角度で第１の流量よりも大きな第２の流量が得られる一方、第１の回転角度以上の領域において、回転角度の増大に応じてスロットル通過流量が増大する特性を持たせるものである。本発明において、このような特性は、バタフライ型のスロットル弁であって、回転軸に対して垂直な断面において、この回転軸を基準とした一側における第１の弁部分が、回転軸に対してこの第１の弁部分とは反対側の第２の弁部分に対して傾斜させて設けられたものにより実現される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スロットル弁の回転角度に対するスロットル通過流量の変化の特性が一般的なスロットル制御装置によるものとは異なり、第１の回転角度でスロットル通過流量が極小値をとる。極小値及びその近傍では流量の変化がないか、又は緩やかであることから、スロットルアクチュエータの可制御分解能に対する流量の変化が抑えられる。このため、本発明によれば、低流量域で必要とされる流量を達成するために制御可能な回転角度の許容範囲が拡大されることになるので、流量の制御精度を向上させ、アイドリング時等におけるエンジン回転を安定させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るスロットル制御装置１の構成を示している。本実施形態において、この装置１は、車両の駆動源を構成する内燃エンジンの吸気通路に設置される。
本実施形態に係るスロットル制御装置１は、この装置１の本体となるハウジング１１と、吸気通路を開閉するためのスロットル弁１３と、このスロットル弁１３を駆動するためのスロットルアクチュエータ１５と、スロットルアクチュエータ１５に対し、これを作動させるための制御信号を出力するコントロールユニット１７とを含んで構成され、更にコントロールユニット１７に対して制御上の基礎情報を提供するため、各種のセンサ２１，２２が設けられている。なお、ハウジング１１は、吸気コレクタの上流側に配設されて、吸気通路の一部を構成する。
【０００９】
スロットル弁１３は、バタフライ弁であって、ハウジング１１内に設置されて、吸気通路を開閉する。スロットル弁１３は、回転軸１３１に弁体１３３を取り付けて構成される。回転軸１３１は、ハウジング１１の側壁を内外に貫通しており、ハウジング１１に対して一対のベアリング５１ａ，５１ｂにより回転自在に支持されている。弁体１３３は、平面視で略円形をなしており、回転軸１３１に対して図示しないネジ等の結合手段により固定されている。本実施形態において、弁体１３３は、単一の部材を中央部で屈曲させて、回転軸１３１に対して垂直な断面で後述するようにく字状に形成されている。また、回転軸１３１の一端にリターンレバー５３が取り付けられており、回転軸１３１及び弁体１３３は、このリターンレバー５３を介してリターンスプリング５５により全閉位置に付勢されている。回転軸１３１の他端には、後述するスロットルセンサ２２が取り付けられている。
【００１０】
本実施形態において、スロットルアクチュエータ１５は、ステップモータにより構成されており、スロットル弁１１とスロットルアクチュエータ１５とは、減速ギア５７ａ，５７ｂを介して結合されている。
また、本実施形態において、コントロールユニット１７は、エンジンのコントロールユニットを兼ねており、エンジンのスロットル開度をスロットル弁１３により負荷に対して適正に制御する。各種のセンサとして、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出する、「運転状態センサ」としてのアクセルセンサ２１と、スロットル弁１３の実際の回転角度を検出するスロットルセンサ２２とが設けられており、これらの検出信号は、いずれもコントロールユニット１７により入力される。コントロールユニット１７は、入力した信号に基づいてスロットル制御に関する所定の演算を行い、スロットルアクチュエータ１５に対して目標とする回転角度を示す制御信号を出力する。スロットルアクチュエータ１５がこの制御信号に基づいて作動し、スロットル弁１３を目標とする位置に向けて駆動することで、負荷に応じた適正なスロットル開度が達成される。
【００１１】
図２は、スロットル弁１３の構成を回転軸１３１に対して垂直な断面により示している。
本実施形態において、弁体１３３は、この断面でく字状に形成されており、回転軸１３１を基準とした一側の弁部分（「第１の弁部分」に相当する。）１３３ａが、回転軸１３１に対してこの第１の弁部分１３３ａとは反対側の第２の弁部分１３３ｂに対して傾斜させて設けられており、断面積が吸気の流れ方向に略一定である通路内に設置されている。このため、第１の弁部分１３３ａがハウジング１１の中心線Ｌ（本実施形態において、吸気通路の中心線に一致する。）に対して直交する図示の状態において、第１の弁部分１３３ａとハウジング１１の上壁との間には隙間が殆ど残されない一方、第２の弁部分１３３ｂとハウジング１１の底壁との間にはある程度の流れを許容するだけの隙間が形成される。この隙間の大きさを調整することで、車両の退避走行時に必要とされるデフォルト流量Ｑｄｅｆを得ることが可能である。
【００１２】
図３は、スロットル弁１３の回転角度（以下「弁角度」という。）θｔｈに対するスロットル通過流量Ｑａの変化を示しており、同図（ａ）がく字状の弁体１３３を採用した本実施形態に係るスロットル制御装置１によるものを、同図（ｂ）が平板状の弁体を採用した一般的なスロットル制御装置によるものを示している。なお、図３（ａ）及び図２において、弁角度θａ，θｂ，θｃを対応させている。
【００１３】
一般的なスロットル制御装置において、スロットル通過流量Ｑａは、弁角度θａ（＝０）の位置で最小値をとり、弁角度θｔｈの０からの増大に対して単調に増加する特性で与えられる（図３（ｂ））。このため、一般的なスロットル制御装置では、デフォルト流量Ｑｄｅｆを確保するため、退避走行時にスロットル弁を０よりも大きな所定の弁角度θｔｈｚだけ駆動するための特別な機構が必要とされる。このような機構として典型的なものは、スロットル弁を弁角度θｔｈｚの位置に付勢するためのデフォルトスプリングと、このデフォルトスプリングのバネ力をスロットル弁に伝達させるためのデフォルトレバーとを含んで構成される。
【００１４】
これに対し、本実施形態において、スロットル通過流量Ｑａは、図３（ａ）に示すように、弁角度θｔｈの０（＝θａ）からの増大に対し、弁角度θｔｈがθｂ（＞θａ）よりも小さな領域で減少して、このθｂの位置で極小値Ｑｍｉｎをとり、更にθｂ以上の領域において、弁角度θｔｈの増大に応じて増加する特性で与えられる。このような特性によれば、スロットルアクチュエータ１５の非作動時にスロットル弁１３が全閉位置（θｔｈ＝θａ）に付勢されることから、この全閉位置における隙間の調整により、デフォルトスプリング等の特別な機構によらずにデフォルト流量Ｑｄｅｆを確保することが可能となる。また、スロットル通過流量Ｑａがθａよりも大きな弁角度θｂの位置で極小値Ｑｍｉｎをとることから、アイドリング時等の低流量域で必要とされる流量をθｂ又はその近傍の弁角度で達成することが可能である。なお、本実施形態において、θｂが「第１の回転角度」に、θａが「第２の回転角度」に相当する。
【００１５】
以下、本実施形態に係るスロットル制御装置１の動作について、比較例との対比により説明する。
図４は、本実施形態に係るスロットル制御装置１の動作を、弁角度θｔｈが小さな低流量域について示している。図５は、比較例として、平板状の弁体による場合の一般的な動作を、図４に示す弁角度０〜θｔｈ３に対応させて示している。
【００１６】
図５に示すように、一般的なスロットル制御装置において、θｔｈ＝０ｄｅｇの全閉位置は、スロットル弁１３’がハウジング１１の中心線Ｌに対して直交する位置に設定される。このような設定では、弁角度θｔｈの０からの増大に対し、スロットル弁１３’の上下双方でハウジング１１との間の隙間が同様の傾向で拡大されることから、スロットル通過流量Ｑａは、弁角度θｔｈの増大に対して単調に増加する特性で与えられ、また、その弁角度θｔｈ毎の増加も比較的に大きい。
【００１７】
これに対し、本実施形態では、図４に示すように、弁体１３３としてく字状のものを採用するとともに、θｔｈ＝０ｄｅｇの全閉位置を、第１の弁部分１３３ａがハウジング１１の中心線Ｌに対して直交する位置（以下「基準位置」という。）を回転方向に対して反対側に超えた位置に設定している（図４（ａ））。このため、本実施形態では、弁角度θｔｈの０からの増大に対し、第１の弁部分１３３ａが基準位置に達するまでの０近傍の領域において、スロットル弁１３の上下双方でハウジング１１との間の隙間が縮小されることになり、開口面積が急な勾配で減少する。第１の弁部分１３３ａが基準位置を回転方向に超えると、スロットル弁１３下方の隙間が縮小される一方、スロットル弁１３上方の隙間が拡大されることになるが（同図（ｂ））、第１の弁部分１３３ａが基準位置に近く、スロットル弁１３上方の隙間の拡大が緩やかであることから、開口面積は、全体として引き続き減少する。本実施形態では、第２の弁部分１３３ｂが基準位置に達する前のθｔｈ＝θｔｈ１（＝θｂ）の位置で、スロットル通過流量Ｑａが極小値Ｑｍｉｎをとる。第２の弁部分１３３ｂが基準位置に達し（同図（ｃ））、更にこれを超えると、スロットル弁１３の上下双方で隙間が拡大されることになり、開口面積も増大する（同図（ｄ））。
【００１８】
図６は、弁角度θｔｈに対するスロットル通過流量Ｑａの変化を低流量域について示しており、本実施形態に係るスロットル制御装置１によるものを実線ｃ１で、一般的なスロットル制御装置によるものを二点鎖線ｃ２で示している。
図６に示すように、一般的なスロットル制御装置による場合は、以上のように弁角度θｔｈに対してスロットル通過流量Ｑａが単調に増加することから、低流量域（図中、斜線により示す。）で必要とされる流量を達成するために制御可能な弁角度θｔｈの許容範囲Ｒ２が比較的に小さい。このため、スロットルアクチュエータとして採用されるステップモータの可制御分解能によっては、弁角度θｔｈをこの許容範囲Ｒ２内に収めることが困難となり、流量の制御精度に低下を来すことになる。
【００１９】
これに対し、本実施形態では、弁角度θｂでスロットル通過流量Ｑａが極小値をとり、θｂ近傍の領域で流量Ｑａの変化が緩やかとなることから、低流量域における弁角度θｔｈの許容範囲Ｒ１が、一般的なスロットル制御装置による場合の許容範囲Ｒ２よりも拡大される（本実施形態では、これらの許容範囲がＲ１／２＞Ｒ２の関係にある。）。このため、必要とされる流量をこの極小値（＝Ｑｍｉｎ）又はその近傍の流量に設定することで、スロットルアクチュエータ１５の可制御分解能に対し、弁角度θｔｈを確実にこの許容範囲Ｒ１内に収め、必要とされる流量を安定して達成することができる。
【００２０】
以上で説明したように、本実施形態によれば、スロットル弁１３の回転角度θｔｈに対するスロットル通過流量Ｑａの変化が一般的なスロットル制御装置によるものとは異なる特性で与えられ、弁角度θｂでスロットル通過流量Ｑａが極小値をとることになる。このため、θｂ近傍の領域で弁角度θｔｈに対する流量Ｑａの変化が抑えられ、弁角度θｔｈの許容範囲Ｒ１が拡大されることから、低流量域における制御精度を向上させることができる。たとえば、アイドリング時におけるスロットル弁１３の目標回転角度を弁角度θｂに設定することで、アイドリングを安定して行わせることができる。また、吸入空気量の過渡的な変化に関する要求（たとえば、アイドリング時における回転数フィードバックによる。）に対応するため、スロットル弁１３の基本的な目標回転角度を、極小値（＝Ｑｍｉｎ）を与えるθｂよりも大きな弁角度θｚに設定し、弁角度θｂからこのθｚまでの間で目標回転角度の補正を可能としてもよい。
【００２１】
また、本発明によれば、全閉位置でスロットル弁１３及びハウジング１１の間に形成される隙間を、デフォルト流量Ｑａが確保されるだけの大きさに設定することで、デフォルトスプリング等、デフォルト流量Ｑａを得るための特別な機構を設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。
更に、本発明によれば、弁体１３３をく字状に形成することで、第１及び第２の弁部分１３３ａ，１３３ｂがハウジング１１の内壁に対して同時に接近することがないため、この内壁に対する弁体１３３のかじりを防止することが容易となる。
【００２２】
なお、弁体１３３の流れに対する向きは、図４に示すものとは前後が逆であってもよい。図４（ａ）に示すように、全閉位置で一方の弁部分１３３ｂが他方の弁部分１３３ａよりも下流側に位置するようにすれば、弁体１３３の中央部付近における流れの滞留が抑えられることから、流れに対する抵抗を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの構成
【図２】同上実施形態に係るスロットル弁の構成
【図３】弁角度θｔｈに対するスロットル通過流量Ｑａの変化
【図４】本発明の一実施形態に係るスロットル制御装置の動作
【図５】一般的なスロットル制御装置の動作
【図６】低流量域における弁角度θｔｈの制御範囲
【符号の説明】
【００２４】
１…エンジン、１１…ハウジング、１３…スロットル弁、１３１…回転軸、１３３…弁体、１３３ａ…スロットル弁の第１の弁部分、１３３ｂ…スロットル弁の第２の弁部分、１５…スロットルアクチュエータとしてのステップモータ、１７…コントロールユニット、２１…運転状態センサとしてのアクセルセンサ、２２…スロットルセンサ、Ｌ…ハウジングの中心線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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