【自動車用語辞典:パワートレイン制御「電子制御スロットル」】人間のアクセル操作とは独立してスロットルを制御する仕組み

■排ガス低減や燃費向上にも有効

●電子デバイスもこの制御を活用している

ガソリンエンジンでは、吸入する空気量が出力を決定するので空気量制御の精度が重要です。電子制御スロットルは、出力調整だけでなく燃費や排出ガス低減のために、アクセル操作とは独立して制御できるメリットがあります。

多くのクルマで採用している電子制御スロットルの仕組みと制御について、解説していきます。

●電子制御スロットルシステムの概要

エンジンのスロットルは、スロットル開度を制御することで吸入空気量を調整し、出力を制御します。かつては、ドライバーのアクセル踏み込み量による出力要求を、ワイヤーを介して直接スロットルを開けて調整する方法を採用していました。

電子制御スロットルは、単なる出力調整だけでなく、燃費や排出ガス低減の要求に応えるため、アクセル開度とは独立して空気量を制御します。

スロットル開度制御やアイドル回転制御などに加えて、車両制御のトラクションコントロールやクルーズコントロールなどにも、高精度な電子スロットル制御を活用しています。

●スロットル開度制御

スロットル開度制御では、アクセル開度に対してクルマの加速性を考慮してスロットル開度が決定されます。アクセル開度とスロットル開度は、1対1の比例関係ではなく、非線形制御を採用しています。多くは、アクセル低開度域ではドライバーが運転しやすいように、スロットル開度の変化量を少なくする設定にしています。

アクセルペダル開度センサーの情報から目標スロットル開度を演算し、それをスロットルの実開度と比較して開度偏差を求めて、スロットルモーターへの制御量を決定します。

スロットルモーターは、DCモーターかステッピングモーターが使われます。DCモ-ターの場合は、制御量をデューティ比に変換して、パルス状の電流をモーターに流して駆動させます。

電子制御スロットルの概念図
車両制御デバイスからの要求と、現実のスロットル開度をECUが比較・判定し、モーターによりスロットルを開閉する

●アイドリング回転数制御

アイドリング回転数制御(ISC:Idle Speed Control)の狙いは、アイドル回転数低下による燃費向上や安定したアイドル状態の維持、エンストの防止などです。アイドル時はわずかな外乱によってバランスが崩れやすく、さらに補正するための空気量の調整が少量であるため、高精度で制御するアイドル回数数制御が必要です。

アイドリング回転数制御では、例えば始動時には始動補正、エンジン水温補正、エアコン作動時の補正、AT車のDレンジ補正など多くの補正が行われます。

●アイドル運転時の補正

アイドル運転時は、エンジンの出力とエンジンのフリクションが釣り合った状態です。例えば、エアコンをつけてエンジンの負荷が大きくなると、空気量を増やすなどエンジン出力を補正しなければすぐにエンストしてしまいます。このようにアイドル時は、外乱に対するロバスト性が低いので、応答性と精度の高い補正制御が求められます。

●車両制御との連携例

車両制御のため、電子スロットルによってエンジン出力を制御することも行っています。クルーズコントロールでは、アクセルペダルを離した状態で、一定走行で走行するようにエンジン出力を制御します。トランクションコントロールでは、駆動輪のスリップを抑えるようにエンジン出力を下げます。

最高速度制限制御では、設定車速に達するとスロットル弁を閉じてエンジン出力を下げて、車速を抑えます。電子制御スロットルがない頃は、最高速度制限には燃料カットを採用していました。


ドライブバイワイヤの代表格であるスロットルバイワイヤ(電子制御スロットル)が実用化することによって、エンジン制御の自由度が大幅に向上しました。

特にドライバーの意図とは別に、クルマ全体で低燃費や低排出ガスに取り組める効果は大きいです。

(Mr.ソラン)