(57)【要約】本発明の目的は、スロットル弁の位置センサを用いないことにより、センサにかかるコストを低減し、耐久性や信頼性に優れ、制御遅れの低減したスロットル弁の制御装置を提供することにある。エンジンの吸気管に流れる空気流量を検出する空気流量センサ（１）と、吸気管に配置されたスロットル弁（２）を駆動するモータ（３３）と、モータの駆動を制御するＥＣＵ（１５）を有する。ＥＣＵ（１００）は、空気流量センサ（１）の出力とエンジンが必要とする空気流量との差が減少するように、空気流量センサの出力をフィードバック制御する。
2003014554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気管に流れる空気流量を検出する空気流量センサと、
吸気管に配置されたスロットル弁を駆動するモータと、
このモータの駆動を制御する制御手段を有し、
上記スロットル弁を制御して、スロットル弁を通過する空気流量をエンジンが必要とする空気流量に一致させるように制御するスロットル弁の制御装置において、
上記制御手段は、空気流量センサの出力とエンジンが必要とする空気流量との差が減少するように、上記空気流量センサの出力をフィードバック制御することを特徴とするスロットル弁の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のスロットル弁の制御装置において、
上記モータに流れる電流を検出する電流センサを備え、
上記制御手段は、上記空気流量センサの出力と、上記電流センサの出力の両方をフィードバック制御することを特徴とするスロットル弁の制御装置。
【請求項３】
請求項２記載のスロットル弁の制御装置において、
上記電流センサは、モータの駆動回路の電位を平均化し、所定のタイミングでサンプリングした値から電流値を検出することを特徴とするスロットル弁の制御装置。
【請求項４】
請求項１記載のスロットル弁の制御装置において、
上記モータに流れる電流を推測する電流推測手段を備え、
上記制御手段は、上記空気流量センサの出力と、上記電流推測手段の推測値の出力の両方をフィードバック制御することを特徴とするスロットル弁の制御装置。
【請求項５】
請求項４記載のスロットル弁の制御装置において、
上記電流推測手段は、上記モータに印加した電圧と、上記空気流量センサの出力との両方に基づいて、モータ電流を推測することを特徴とするスロットル弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、スロットル弁を電子制御するスロットル弁の制御装置に係り、特に、位置センサを用いずにエンジンに吸入される空気流量を良好に制御できるスロットル弁の制御装置に関する。
背景技術
従来、エンジンへの吸入空気量を制御するスロットル弁は、ワイヤを介してアクセルペダルと連動しており、運転者が開閉の操作をするのが一般的であった。それに対して、最近では、アクセルペダルの位置，スロットル弁の位置および運転状態を検出し、最適なスロットル弁の位置をマイクロコンピュータで求め、モータによってスロットル弁を最適な位置に追従制御させる電子制御スロットルが普及しつつある。電子制御スロットルを用いてアイドル制御弁やオートクルーズ装置と統合することで、吸気系全体の簡素化，低コスト化をはかることができる。また、燃費低減を狙った筒内噴射エンジンでは、運転状態によって、アクセルペダル位置で示される運転者が望んでいるエンジントルクと必要な空気量との関係が大きく変化するため、アクセルペダルとスロットル弁を機械的にリンクすることは困難である。
電子制御スロットルの位置制御は、スロットル弁の位置を目標位置に一致させるものなので、スロットル位置センサの信頼性が重要である。スロットル弁の位置を測定するには、弁の回転軸に取り付けたポテンショメータを用いることが一般的である。ポテンショメータは、軸の回転方向に同心円状に貼り付けられた抵抗体を、回転軸に固定されたブラシが接触した位置で分圧することで位置を求めるセンサである。また、耐久性を向上するため、ポテンショメータの代わりに検出部にホール効果を利用した非接触センサでスロットル位置を検出するものも知られている。
発明の開示
しかしながら、接触式のポテンショメータでは、使用するにつれてブラシや接触面が摩耗したり、抵抗体に異物が堆積することで、センサの出力が変化するため、耐久性・信頼性が低下するという問題がある。そこで、現状では、抵抗体，ブラシを二重，三重に設け、さらにセンサの出力を比較するなど複雑なフェールセーフソフトウエアで信頼性を確保しているが、センサ自体のコストもモータと比するレベルとなっている。即ち、接触式のポテンショメータでは、コストと耐久性・信頼性の両面から問題がある。また、位置センサに関するフェールセーフソフトウエアは、メモリ容量や実行速度の面で制御本体の数倍以上であり、使用可能なマイクロコンピュータの選択肢が限定されるという問題もある。
一方、ホール効果による非接触式センサの場合、センサに接触部がないため耐久性は向上するが、検出部のホール素子に加えて出力から位置を算出するホールＩＣが必要で、さらに信頼性の観点から少なくても二組で使用しなければならないため、コスト的な問題がある。また、ホールＩＣは、ホール素子の出力をディジタル化し、信号処理手法を用いて位置を求めるものであるが、この計算時間がセンサの遅れ時間になる。電子制御スロットルとして、スロットル弁の位置をフィードバック制御する場合、遅れのほとんどない接触式のポテンショメータと比べ、ホール効果による非接触センサでは、検出したスロットル弁の位相が遅れるため、ハンチングが発生し易いといった問題点がある。
本発明の目的は、スロットル弁の位置センサを用いないことにより、センサにかかるコストを低減し、耐久性や信頼性に優れ、制御遅れの低減したスロットル弁の制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、エンジンの吸気管に流れる空気流量を検出する空気流量センサと、吸気管に配置されたスロットル弁を駆動するモータと、このモータの駆動を制御する制御手段を有し、上記スロットル弁を制御して、スロットル弁を通過する空気流量をエンジンが必要とする空気流量に一致させるように制御するスロットル弁の制御装置において、上記制御手段は、空気流量センサの出力とエンジンが必要とする空気流量との差が減少するように、上記空気流量センサの出力をフィードバック制御するようにしたものである。
かかる構成により、スロットル弁の位置センサを用いないことにより、センサにかかるコストを低減し、耐久性や信頼性に優れ、制御遅れを低減することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図１〜図１０を用いて、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態によるスロットル弁の制御装置を用いる筒内噴射エンジンのシステム構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置を用いる筒内噴射エンジンのシステム構成図である。
エンジンの吸気系には、吸入空気量を検出する流量センサ１と、吸入空気量を調整するスロットル弁２と、吸気弁５を備えている。スロットル弁２の開度は、スロットル弁駆動手段３によって制御される。スロットル弁駆動手段３は、スロットル弁２を駆動するためのモータに流れるモータ電流を検出して、出力する。エンジンの燃焼室６には、燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁７と、点火プラグ８を備えている。点火プラグ８は、点火装置駆動回路１６によって駆動され、燃焼室６の中の燃料噴霧に着火する。
エンジンの排気系には、排気弁９と、空燃比センサ１０と、触媒１１を備えている。さらに、エンジンのクランク軸に取り付けられたリングギア１２と、その突起部を検出することでエンジンの回転数を測定するクランク角度センサ１３と、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダル位置センサ１４を備えている。
なお、本実施形態においては、従来用いられていたスロットル弁の位置（開度）を検出するためのスロットル位置センサは備えていない点に特徴を有している。
電子制御装置（ＥＣＵ）１５には、流量センサ１によって検出された吸入空気量，アクセルペダル位置センサ１４によって検出されたアクセルペダルの踏み込み量，クランク角度センサ１３によって検出されたエンジンの回転速度やクランク角度等の各検出値が入力する。ＥＣＵ１５は、入力した各信号に基づいて、エンジンに供給する燃料の量とタイミングとを計算し、駆動パルスを出力して、燃料噴射弁７を制御したり、スロットル弁２が適当な位置（開度）となるようにスロットル弁駆動手段３を介して、スロットル弁２を駆動する。また、点火の時期も、ＥＣＵ１５によって計算され、点火装置駆動回路１６に点火信号を出力する。
燃料は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプで圧送され燃料噴射弁７に供給される。ＥＣＵ１５により出力される駆動パルスにより、所定のタイミングに所定量が吸気管に噴射される。
スロットル弁２にて調整された吸入空気は、吸気弁５を通って燃焼室内６に流入する。燃料と吸入空気との混合気は、点火プラグ８にて点火され、燃焼する。燃焼後の排気ガスは、排気弁９を通ってエンジンから排出され、さらに触媒１１に流入し、排気ガス中の有害成分が浄化される。触媒１１は、ストイキ運転時での排気浄化性能を確保するためのいわゆる三元触媒性能と、暖機運転時での排気悪化を防ぐためのＨＣ吸着性能を併せ持つものか、それぞれの機能を持つ２つの触媒から構成されている。
空燃比センサ１０は、燃焼後の排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する。空燃比センサ１０にて検出した実空燃比に基づいて、目標空燃比となるように供給する混合気の空燃比をフィードバック制御している。例えば、空燃比センサ１０がストイキ付近で２値的な値を出力するタイプの場合、ストイキ運転時のみ空燃比をフィードバック制御している。
なお、排気系から吸気系には、図示しない通路およびＥＧＲバルブが設けられている。排気ガスの一部を再び吸気に導くことで燃焼温度を下げ、ＮＯｘの発生を抑える効果がある。
次に、図２を用いて、本実施形態によるスロットル弁の制御装置に用いるＥＣＵのシステム構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置に用いるＥＣＵのシステム構成図である。
ＥＣＵ１５は、入力回路（ＩＮ）２０と、ＣＰＵ２１と、出力回路（ＯＵＴ）２２と、点火装置駆動回路（ＩＧＮ−Ｄ）２３と、インジェクタ駆動回路（ＩＮＪ−Ｄ）２４と、スロットル弁駆動回路（ＴＨＶ−Ｄ）２５と、ＲＡＭ２７と、ＲＯＭ２８とを備えている。
ＥＣＵ１５の入力回路２０には、図１に示した流量センサ１，スロットル弁駆動手段３，空燃比センサ１０，クランク角センサ１３，アクセルペダル位置センサ１４の信号が入力する。ＥＣＵ１５は、ＲＯＭ２８に記憶されたプログラムや定数に基づいて、これらの入力信号を入力回路２０から読み込み、ＣＰＵ２１が演算処理を行う。さらに、演算処理の結果として、点火時期，インジェクタ駆動パルス幅およびタイミング，スロットル弁開度指令が、出力回路２２を介して、点火駆動回路２３，燃料噴射弁駆動回路２４，スロットル弁駆動回路２５に出力され、点火，燃料噴射およびスロットル弁の制御が実行される。ＲＡＭ２７は、入力信号の値や演算結果等の記憶に用いられる。
次に、図３を用いて、本実施形態によるスロットル弁の制御装置のシステム構成について説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置のシステム構成図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
モータ駆動手段３は、モータ駆動回路（ＤＲＶ）３５と、モータ電流センサ（ＩＳ）３７とから構成されている。モータ駆動回路３５は、ＥＣＵ１５から供給されるＰＷＭ信号のデューティ比に応じた電流を、直流モータ（Ｍ）３３に供給して、直流モータ３３を駆動する。モータ電流センサ３７は、直流モータ３３に流れる電流を検出し、検出されたモータ電流は、Ａ／Ｄ変換器を介して、ＥＣＵ１５に取り込まれる。
吸気管３０に設けられたスロットル弁２は、減速ギア３２を介して、直流モータ３３により、駆動される。スロットル弁２は、バタフライ弁である。スロットル弁２の回転軸に取り付けられたばね３４は、モータ３３がトルクを発生しない場合に、スロットル弁２を一定の位置に戻るように設定されている。これにより、ＥＣＵ１５が異常を検出してモータ駆動回路３５をオフにした場合も、エンジンが停止したり高回転になったりせず、最寄りの修理工場などまでは走行できるフェールセーフを実現している。
ＥＣＵ１５は、アクセルペダル位置センサ１４で測定したアクセルペダルの位置や、エンジンの回転数に基づいて、エンジンに供給すべき空気流量（以下目標空気流量という）を一定の周期で計算する。その時々の実際の空気流量は、スロットル弁２の上流に取り付けた流量センサ１で測定される。また、モータ３３に流れる電流は、駆動手段３の中に設けた電流センサ３７により測定する。これらは、ＥＣＵ１５によって一定の周期でディジタル化される。ＥＣＵ１５は、これらの値に基づいて、目標空気流量と実際の空気流量が等しくなるようなデューティー比を算出し、ＰＷＭ信号として出力する。ＥＣＵ１５が出力するＰＷＭ信号は、駆動回路３５により増幅され、直流モータ３３を駆動する。
ここで、図４を用いて、本実施形態によるスロットル弁の制御装置の他のシステム構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置の他のシステム構成図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
本例では、図３に示した構成とは異なり、燃料や点火などを制御するＥＣＵ１５に加えて、主にスロットルを動かすスロットル制御装置（ＴＣＵ）４１が付加されている。
ＥＣＵ１５は、アクセルペダル位置センサ１４で測定したアクセルペダルの位置やエンジン回転数などに基づいて目標空気流量ＴＱを計算し、ＴＣＵ４１に出力する。ＴＣＵ４１は、ＥＣＵ１５から目標空気流量をシリアル通信で受け取る。また、流量センサ１で測定された実際の空気流量と、電流センサ３７により測定されたモータ３３に流れる電流は、ＴＣＵ４１によって一定の周期でディジタル化される。ＴＣＵ４１５は、これらの値に基づいて、目標空気流量と実際の空気流量が等しくなるようなデューティー比のＰＷＭ信号を、駆動回路３５に出力し、モータ３３を駆動する。
次に、図５を用いて、本実施形態によるスロットル弁の制御装置の制御方法について説明する。
図５は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置の制御方法の説明図である。図５（Ａ）は、電子制御スロットルの入力（操作量）であるＰＷＭ信号のデューティー比から、制御する対象（制御量）である空気流量までの伝達特性を示すブロック図である。図５（Ｂ）は、デューティー比とモータ電流との関係の説明図である。図５（Ｃ）は、静止時のモータ電流とスロットル弁の位置との関係の説明図である。図５（Ｄ）は、スロットル弁の位置とエンジンへの吸入空気量との関係の説明図である。
図５（Ａ）の電子制御スロットルの入力（操作量）であるＰＷＭ信号のデューティー比から、制御する対象（制御量）である空気流量までの伝達特性を示すブロック図に示すように、
直流モータ（Ｍ）３３の入力は、ＥＣＵ１５（若しくはＴＣＵ４１）が出力する駆動信号のデューティー比（Ｄｕｔｙ）であり、直流モータ３３の出力は、モータ３３に流れるモータ電流（Ｉ）である。モータ電流（Ｉ）は、トルクに比例するので、スロットル弁（ＴＨＶ）２や、ギアおよびモータのモーメントなどに作用して、スロットル弁２のスロットル位置（Ｐｔｈｖ）が変化する。スロットル弁２の位置変化に応じて、吸気管（Ｉ）３０の中の空気量Ｑが充満分の遅れを伴って応答する。
これらの特性をまず、諸条件が一定である静特性から検討する。
図５（Ｂ）に示すように、デューティー比（Ｄｕｔｙ）とモータ電流（Ｉ）との関係は、基本的には線形である。しかし、両者の関係は、モータの回転数や雰囲気温度によって、次のように、変化する。例えば、モータ回転数が増えると、逆起電力によりモータに印加するみかけ上の電圧が減少し、モータ電流も減少する。また、モータのブラシと回転子との接触抵抗は、通常は、巻き線抵抗に比べて十分小さいが、スロットル弁をわずかに動かすとき、弁が動き始めるとき、あるいは弁が目標位置に停止する直前などのように、モータの回転数が極めて低く、デューティー比も小さいときは、巻き線抵抗の数倍以上の値になり、変動が大きくなる。さらに、巻き線抵抗も、雰囲気温度に応じて変動する。したがって、同じデューティー比の駆動信号を入力しても、モータに流れる電流は、モータの条件によっては大きく変動することになる。
また、図５（Ｃ）に示すように、静止時のモータ電流とスロットル弁の位置（全閉Ｃ〜全開Ｏの間）との関係は、非線形である。フェールセーフ機構として、二本の逆方向のトルクを発生するばね３４が、弁２の回転軸に取り付けられている。ばね３４には、プリロードが設定されており、弁の位置にかかわらず所定値以上のトルクが、弁をデフォルト位置に戻す方向にかかるように、設定されている。これにより、故障時には、電源を切ってスロットル弁をデフォルト位置に戻すことで、暴走やエンジン停止を防止できるようになっている。このようなばね３４を備えることにより、通常の位置制御では、デフォルト位置Ｐｄを通過するときに、弁が短時間停止するなどの影響が出ることがある。
さらに、図５（Ｄ）に示すように、スロットル弁の位置とエンジンへの吸入空気量との関係も、非線形である。スルットル弁２が全閉（Ｃ）でも、弁の前後に差圧があれば空気は漏れ、流量は０にはならないものである。スルットル位置が全閉に近い領域では、スロットル位置の空気流量に対する感度が大きく、スルットル弁が開いて行くにしたがって感度は小さくなる。これらの特性は、当然、弁の前後の差圧、すなわちエンジン回転数やエンジンへの負荷による影響がある。
以上述べたように、図５（Ａ）に示した電子制御スロットルの入力（操作量）であるＰＷＭ信号のデューティー比（Ｄｕｔｙ）から、制御する対象（制御量）である空気流量（Ｑ）までの伝達特性には、非線形やばらつきが大きいものである。したがて、モータ３３へのＰＷＭ入力を同じデューティー比に設定しても、運転状態，非線形および個体差によって、スロットル位置や空気流量はふつう再現しないものである。その結果、必要な空気流量からそれを実現するデューティー比をマップやモデル式から求めて、フィードフォワード制御で空気流量を正確に制御するのは困難である。
従来のエンジン制御方式では、ＥＣＵが、アクセルペダルの位置やエンジン回転数などエンジンの運転状態を鑑みてその時々に必要な空気流量（目標空気流量）を算出し、これを、やはりエンジンの運転状態に基づいて、スロットル位置（目標スロットル位置）に換算する。スロットル弁の位置は位置センサで測定しており、目標スロットル位置に弁の位置が一致するように、モータによってフィードバック制御する。このときモータが発生するトルクに相当するモータ電流についてはフィードバック制御をしていないので、スロットル弁を低速で動かすときは、前述したように、モータ全体の抵抗がばらつきながら大きくなり、弁位置の制御性が若干低下する。また、空気流量の制御は、スロットル位置によるフィードフォワード制御であり、目標空気量と実際の空気量とは必ずしも一致しないことになる。このため、空気流量は、空気流量センサで測定し、噴射する燃料の量を調節することで所望の空燃比を実現するようにしている。
それに対して、本実施形態では、電子制御スロットルの位置センサを廃止し、弁の位置をフィードバック制御しない代わりに、モータ電流と空気流量をフィードバック制御する。
ここで、図６を用いて、本実施形態によるスロットル弁の制御装置の制御内容について説明する。
図６は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置の制御内容を示すブロック図である。なお、図３と同一符号は、同一部分を示している。
ＥＣＵ１５は、ＰＩＤ制御手段６０と、ＰＩ制御手段６１とを備えている。そして、モータの駆動回路３５に取り付けたモータ電流センサ３７でモータに流れる電流を測定し、この測定されたモータ電流でフィードバック制御するようにしている。
図４において説明したように、電子制御装置（ＥＣＵ）１５は、流量センサ１によって検出された吸入空気量，アクセルペダル位置センサ１４によって検出されたアクセルペダルの踏み込み量，クランク角度センサ１３によって検出されたエンジンの回転速度やクランク角度等の各検出値に基づいて、目標吸入空気流量を求めておく。
ＰＩＤ制御手段６０は、ＥＣＵ１５で求められた運転状態から決まる目標流量（ＴＱ）と、流量センサ１で測定した実際の空気流量（ＡＱ）との差から、両者が一致するように、ＰＩＤ演算を行い、モータ３３に流れる電流の目標値（ＴＩ）を求める。ＰＩ制御６１は、目標電流値（ＴＩ）と電流センサ３７で測定した電流値（ＡＩ）の差が０になるように、駆動回路３５に入力するＰＷＭ信号のデューティー比（Ｄｕｔｙ）を算出し、駆動回路３５に出力する。このデューティー比（Ｄｕｔｙ）に基づいてモータ３３が回転し、スロットル弁２が動き、空気流量（ＡＱ）が変化する。
なお、空気流量のフィードバック制御のみでも空気流量の制御は可能であるが前述のように、操作量であるＰＷＭ信号のデューティー比から制御量である空気流量までの特性にはいろいろな非線型があり、空気量の応答性をエンジンの要求を満足するレベルで実現するのは困難である。そこで、本実施形態では、モータ電流をフィードバック制御することで、空気量の安定性と速応性を得るようにしている。
さらに、図７及び図８を用いて、本実施形態によるスロットル弁の制御装置の他の制御内容について説明する。
図７は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置の他の制御内容を示すブロック図である。なお、図３，図６と同一符号は、同一部分を示している。
本例では、図６に示したように、電流センサ３７を設けて直接モータ電流（Ｉ）を測定する代わりに、スロットル弁の位置（θ）を推定する推定手段（ＰＳＭ）７０を設けている。推定手段７０は、以下のようにして、スロットル弁の位置を推定する。
ここで、図８を用いて、本実施形態によるスロットル弁の制御装置の他の制御内容に用いる推定手段の推定方法について説明する。
図８は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置の他の制御内容に用いる電子制御スロットルの線形化モデルのブロック図である。
図８に示すように、モータ電流（Ｉ）から空気流量（Ｑ）までの特性を線形化して、電流（Ｉ）からスロットル弁の位置（θ）までの特性を二次遅れ系、スロットル弁の位置（θ）から空気流量（Ｑ）までの特性を一次遅れ系とする。図８において、Ｊはモーメント、Ｄは粘性抵抗、ｋｓｐはばね定数、Ｋ１はトルク定数、ＴＱは空気流量の時定数、Ｋ２はスロットルバルブの単位位置当たりの空気流量、Ｉはモータ電流、ｑはスロットル位置、Ｑは空気流量である。
図８に示した系を、スロットル弁の速度ω、位置θ、空気流量Ｑの三つの状態量を持つ線形系としてまとめると、以下の式（１）のようになる。
2003014554.tif 000003
ここで、Ａ及びＢをそれぞれ、以下の式（２）のように定義する。
2003014554.tif 000004
そして、適当な横ベクトルＫを選んで、線形理論のオブザーバを、以下の式（３）のように、構成する。
2003014554.tif 000005
この式（３）により、直接センサで測定できない弁の速度ωおよび位置θを推定することができる。実際にマイクロコンピュータに実装して計算するときはこの式を離散化し、繰り返し計算をする。
次に、図９を用いて、本実施形態によるスロットル弁の制御装置に用いる駆動回路３５及びモータ電流センサ３７の具体的な構成について説明する。
図９は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置に用いる駆動回路３５及びモータ電流センサ３７の具体的な構成を示すブロック回路図である。なお、図６と同一符号は、同一部分を示している。
本例では、モータの駆動回路３５に設けられた検出抵抗Ｒで発生する電位差を、ＥＣＵ１５のＡ／Ｄ変換器９４で検出するようにしている。
駆動回路３５は、ＰＷＭ発生回路９０と、パワートランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４と、バッテリ９１とから構成されている。パワートランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、Ｈブリッジを構成している。ＥＣＵ１５のＰＩ制御手段６１で求めたモータに印加すべき電圧は、ＰＷＭ発生回路９０で、ＰＷＭ信号と回転方向の信号とに変換される。ＰＷＭ信号は、Ｈブリッジを構成するパワートランジスタＴ１，Ｔ２に入力され、回転方向信号は、Ｈブリッジを構成するパワートランジスタＴ３，Ｔ４に印加される。この駆動回路３５を用いることにより、モータ３３は、回転方向も含めて、バッテリ９１によりＰＷＭ駆動することができる。
モータ電流センサ３７は、検出抵抗Ｒと、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２と、増幅器９３とから構成される。検出抵抗Ｒは、直流モータ３３の駆動回路３５と設置電位の間に接続されており、モータ３３に流れる電流を、検出抵抗Ｒの両端電圧として検出する。なお、検出抵抗Ｒは、温度による抵抗値の変化が少ないものを選ぶ。
検出抵抗Ｒの両端の電圧は、パワートランジスタのスイッチングによる雑音が重畳しているため、フィルタ９２を通して、ノイズカットする。また、検出抵抗Ｒの両端電圧は、一般的なマイクロコンピュータに内蔵されているＡ／Ｄ変換器の電圧レベル（ＴＴＬ）に比べると小さいので、増幅器９３を介して、ＥＣＵ１５のＡ／Ｄ変換器９４に入力する。ここで測定した図９のＣ点での電圧と検出抵抗Ｒの抵抗値から、ＥＣＵ１５は、モータに流れる電流Ｉを求めることができる。
なお、電子制御スロットルでは、自己診断や制御に利用するため、図９のような回路を使用しているものもあり、その場合は回路の流用が可能でハードの変更は必要ないものである。新たに検出部分を付加する場合でも、回路の変更やコスト上昇はわずかである。
ここで、図１０を用いて、図９の各部の信号波形について説明する。
図１０は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置に用いる駆動回路及びモータ電流センサの各部の信号波形図である。
図９に示した駆動回路３５において、各点Ａ，Ｂ，Ｃでの電圧とＰＷＭ信号との関係は、概念的には、図１０に示すようになる。ただし、パワートランジスタＴ３はＯＦＦ、Ｔ４がＯＮで電流はＡ，Ｂ，Ｃの方向に流れるとする。また、実際は、パワートランジスタのスイッチングの影響があるが、図１０では、理想的な場合を表している。Ａ点での電圧は、モータの巻き線抵抗、パワートランジスタＴ４のオン抵抗および検出抵抗のため、最も高くなる。モータとパワートランジスタは温度によって抵抗値は変化するため、温度による抵抗の変化が少ない検出抵抗の端子間電圧をＣ点で測定するのが最適である。そして、電流センサ３７のフィルタ９２により雑音を除去して、モータの駆動回路の電位を平均化し、Ａ．Ｄ変換器９４のＡ／Ｄ変換のタイミングを所定のタイミングとすることにより、所定のタイミングでサンプリングした値から電流値を推測するようにしている。
なお、上述のように、検出抵抗を用いる代わりに、非接触電流センサを使用して、リング状の検出部をモータの電源に接続された線が貫通するように配置することによっても、モータ電流を検出することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、弁の位置センサを廃止できるのでセンサのコストを下げることができる。また、これにより位置センサの自己診断やフェールセーフのソフトウエアを簡略化でき、ＲＯＭ容量も少なくすることができる。さらに、耐久性が向上することができ、信頼性を向上することができる。したがって、センサにかかるコストを低減し、耐久性や信頼性に優れ、制御遅れの低減することができる。
産業上の利用の可能性
本発明によれば、スロットル弁の位置センサを用いないことにより、センサにかかるコストを低減し、耐久性や信頼性に優れ、制御遅れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置を用いる筒内噴射エンジンのシステム構成図である。
図２は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置に用いるＥＣＵのシステム構成図である。
図３は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置のシステム構成図である。
図４は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置の他のシステム構成図である。
図５（Ａ）は、電子制御スロットルの入力（操作量）であるＰＷＭ信号のデューティー比から、制御する対象（制御量）である空気流量までの伝達特性を示すブロック図である。
図５（Ｂ）は、デューティー比とモータ電流との関係の説明図である。
図５（Ｃ）は、静止時のモータ電流とスロットル弁の位置との関係の説明図である。
図５（Ｄ）は、スロットル弁の位置とエンジンへの吸入空気量との関係の説明図である。
図６は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置の制御内容を示すブロック図である。
図７は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置の他の制御内容を示すブロック図である。
図８は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置の他の制御内容に用いる電子制御スロットルの線形化モデルのブロック図である。
図９は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置に用いる駆動回路３５及びモータ電流センサ３７の具体的な構成を示すブロック回路図である。
図１０は、本発明の一実施形態によるスロットル弁の制御装置に用いる駆動回路及びモータ電流センサの各部の信号波形図である。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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