CN102953840A - 节气阀装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种节气阀装置(100)及其控制方法，具备：节气阀体(18)、电动机(14)、第一弹簧(11)、第二弹簧(12)、节气阀传感器(16，17)、以及节气阀控制单元(3)，该控制单元(3)被构成为，在引擎的怠速停止状态下，通过电动机(14)驱动节气阀体(18)直至节气阀开度达到比预设开度高出规定值之后，停止电动机(14)的通电，从而进行第一弹簧(11)的诊断。根据本发明，能够更进一步提高节气阀装置(100)的信赖性和安全性。

Description

节气阀装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽车用节气阀装置及其控制方法，特别是一种能够在怠速停止中诊断预设位置返回机构的节气阀装置及其控制方法。 

背景技术

在现有技术中，通过加速踏板传感器来检测加速踏板的踏入量，对应于该检测量设定节气阀目标开度，由电动机驱动控制节气阀体的电子式节气阀装置已为人熟知。根据该电子式节气阀装置，控制节气阀体而进行引擎输出的调整，从而提高引擎的运转性能。 

另外，为了确保节气阀装置的安全性，实施各种诊断，诊断结果判定为异常的情况下，将电动机电源关闭，通过预设位置返回机构将节气阀开度维持在预先机械性设定的预设开度上，从而维持最低限度的退避行驶，以提高汽车的安全性。此处，退避行驶是指在车辆发生故障而使ECU检测到异常的情况下，能够避免危险而保证车辆具有最低限度的行驶能力，从而可以使汽车安全地到达附近的维修站等。 

此处，电子式节气阀装置中，对预设位置返回机构的诊断技术存在各种提案(例如，日本特开平11-229943号公报，日本特开平11-257103号公报等)。 

日本特开平11-229943号公报(专利文献1)中所记载的技术中，在钥匙关闭(Key OFF)后引擎停止的状态下，通过电动机驱动节气阀体直至节气阀开度成为诊断用目标开度为止，之后停止电动机电源，在规定时间内检测凭借弹簧(预设位置返回机构)的回复力节气阀开度是否能够横跨规定开度，从而进行弹簧诊断。 

日本特开平11-257103号公报(专利文献2)中所记载的技术中，在钥匙打开(Key On)后且引擎也在回转中的状态下，车辆行驶中的减速燃料切断中的状况被捕捉，在节气阀开度处于预设开度的附近时、且比预设开度更靠近打开侧的情况下，实施弹簧(预设位置返回机构) 的诊断。 

然而，专利文献1中，仅仅能够进行节气阀体从比预设开度更闭的一侧返回至预设开度的弹簧的诊断。但不能进行节气阀体从比预设开度更开的一侧返回至预设开度的弹簧的诊断。 

专利文献2中，虽然记载了在减速燃料切断模式中，从比预设开度更开的一侧进行弹簧的诊断。但是，其实际上是由电动机将节气阀体驱动至预设开度附近，而并非由弹簧的作用而返回预设开度。因此，不能很好地判定弹簧是否能正常起作用。 

但是，专利文献1、2中均为提及在怠速停止中进行预设位置返回机构的诊断。 

专利文献1：日本特开平11-229943号公报 

专利文献2：日本特开平11-257103号公报 

发明内容

本发明是有鉴于上述问题而悉心研究的结果，其目的在于，提供一种能够在怠速停止状态中，进行预设位置返回机构的诊断的节气阀装置及其控制方法。 

本发明的目的在于提供一种节气阀装置，具备：节气阀体，使引擎的吸气通路的截面积变化，从而调节引擎的吸入空气量；电动机，驱动所述节气阀体在所述吸气通路中旋转；第一弹簧，将所述节气阀体从打开一侧向对应于预设开度的预设位置偏转；第二弹簧，将所述节气阀体从关闭一侧向所述预设位置偏转；节气阀传感器，用于检测节气阀开度；以及节气阀控制单元，所述节气阀控制单元被构成为，在所述引擎的怠速停止状态下，通过所述电动机驱动所述节气阀体直至所述节气阀开度达到比所述预设开度高出规定值之后，停止所述电动机的通电，从而进行所述第一弹簧的诊断。 

另外，上述节气阀装置中，所述节气阀控制单元被构成为，检测起动时蓄电池的最低电压，在所述最低电压高于第一阈值电压的情况下，允许怠速停止并在怠速停止中进行所述第一弹簧的诊断；在所述最低电压高于第二阈值电压且低于所述第一阈值电压的情况下，允许 怠速停止但不实施怠速停止中的所述第一弹簧的诊断；在所述最低电压低于所述第二阈值电压的情况下，不允许怠速停止。 

本发明的另一个目的在于提供一种节气阀装置的控制方法，在所述引擎的怠速停止状态下，通过所述电动机驱动所述节气阀体直至所述节气阀开度达到比所述预设开度高出规定值之后，停止所述电动机的通电，从而进行所述第一弹簧的诊断。 

另外，上述节气阀装置的控制方法中，检测起动时蓄电池的最低电压，在所述最低电压高于第一阈值电压的情况下，允许怠速停止并在怠速停止中进行所述第一弹簧的诊断；在所述最低电压高于第二阈值电压且低于所述第一阈值电压的情况下，允许怠速停止但不实施怠速停止中的所述第一弹簧的诊断；在所述最低电压低于所述第二阈值电压的情况下，不允许怠速停止。 

借由上述技术方案，本发明的具有的优点及有益效果在于： 

在不影响怠速停止装置对引擎进行停止/再起动的操作的情况下，能够实施从比预设开度更开的一侧进行预设位置返回机构的诊断，从而能更进一步提高节气阀装置的信赖性和安全性。 

附图说明

图1是表示本发明的节气阀装置100的结构图。

图2是表示包含节气阀控制单元3的引擎控制装置1的全体结构的图。 

图3是用于说明钥匙关闭(Key OFF)后的节气阀装置100的动作和回位弹簧12的诊断的图。 

图4是减速燃料切断模式中各种车速情况下的动作说明图。 

图5是本发明的减速燃料切断模式中低车速情况下的动作说明图。 

图6是本发明的高引擎转速燃料切断模式中的动作说明图。 

图7是本发明的高车速燃料切断模式中的动作说明图。 

图8是怠速停止的默认弹簧11的诊断的动作说明图。 

图9是起动时蓄电池电压变动的说明图。 

图10是温度变化引起的起动时蓄电池电压变动的说明图。 

图11是蓄电池劣化状态下起动时蓄电池电压变动的说明图。 

图12是蓄电池劣化状态下判定的阈值电压的说明图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行更详细的说明。 

图1是表示本发明的节气阀装置100的结构图。该节气阀装置100具备：节气阀体18，使引擎的吸气通路的截面积变化，从而调节引擎的吸入空气量；电动机14，驱动节气阀体18在吸气通路中旋转；默认弹簧(第一弹簧)11，将节气阀体18从打开一侧向对应于预设开度的预设位置偏转；回位弹簧(第二弹簧)12，将节气阀体18从关闭一侧预设位置偏转；节气阀传感器16，17，用于检测节气阀开度；以及节气阀控制单元3。此外，电动机24通过传动装置15使节气阀体18转动。 

图2表示包含节气阀控制单元3的引擎控制装置1的全体结构的图。包含该节气阀控制单元3的引擎控制装置1具备：输入I/F(A/D转换器)9、引擎控制演算部(主引擎控制单元)2、以及节气阀控制单元3。A/D转换器9从车速检测部22和引擎回转数检测部23取得车速信号和引擎转速信号。

加速踏板部6中，配置有加速踏板24和2个加速踏板传感器25，26。驾驶员的意图由加速踏板24的踏入量(加速踏板踏入量)来表示，该踏入量作为踏入角度，由加速踏板传感器25，26检测出。为了提高加速操作的信赖性，加速踏板传感器25，26可以被构成为多重型的结构。本实施方式中，如上所述为两重型的结构。之后，A/D转换器9读取加速踏板部6的加速踏板踏入量信号，并且从节气阀传感器16，17读取节气阀开度检测信号。 

节气阀部7包括节气阀体18、驱动该节气阀体18旋转的电动机14、传动装置15和预设位置返回机构13，并且配置有多重型的节气阀传感器16，17。本实施方式中，为二重型的结构。节气阀部7和节气阀控制单元3构成了本实施方式的节气阀装置100。 

预设位置返回机构13具备用于从开侧返回预设位置的默认弹簧11和从闭侧返回预设位置的回位弹簧12。 

主引擎控制单元2读取加速踏板传感器25，26的检测信号，并确定加速踏板开度。之后，根据已存储的对应于所述加速踏板开度的量的 节气阀体18的开度目标值，而设定节气阀体18的目标开度(所要求的节气阀开度)，并将该所要求的节气阀开度输出至节气阀控制单元3。 

该节气阀控制单元3具备节气阀控制演算部4和电动机驱动电路部5。节气阀控制演算部4基于来自A/D变换器9的信号，进行电动机14的驱动控制，并且对所述2个节气阀传感器16，17进行故障诊断。电动机驱动电路部5例如由蓄电池B经由继电器19进行供电。节气阀传感器16，17的检测信号由该节气阀控制演算部4读取，诊断节气阀传感器16，17的异常的有无。有异常的话，判定节气阀传感器16，17发生故障。如果正常的话，基于节气阀传感器16，17的信号，确定节气阀的实际开度。基于节气阀体18的要求开度和实际开度的偏差，以使要求开度与实际开度相一致的方式进行反馈控制(F/B)，算出使节气阀体18旋转的电动机14的驱动量，将该驱动量经由电动机驱动电路部5而输出至节气阀部7的电动机14，从而经由电动机14，传动装置15使节气阀体18进行开闭。 

另外，本实施方式中，通过主引擎控制单元2或节气阀控制单元3诊断异常状态，当指示电动机驱动停止的情况下，保护功能开始动作。即，节气阀部7内藏有预设位置返回机构13(参照图2)。异常时，该预设位置返回机构13将节气阀体18保持为初期设定的预设开度。该预设开度被设定为，确保能够退避行驶、并且通过刹车能够安全停止的范围的引擎空气吸入量。 

然而，由于预设位置返回机构13需要确保节气阀装置100异常时的安全性，因此如果能够提高构成预设位置返回机构的回位弹簧和默认弹簧的诊断的信赖性，则能够更进一步提高节气阀装置100的安全性。 

回位弹簧12的诊断方法的一个例子如下所述。钥匙关闭(KeyOFF)时，回位弹簧12的诊断被实施。图3是用于说明钥匙关闭(KeyOFF)后的节气阀装置100的动作和回位弹簧12的诊断的图。驾驶员关闭钥匙(Key OFF)，则燃料和点火停止，从而引擎停止。引擎停止时为了除去吸气管内的负压等的目的，与加速操作无关地暂时驱动节气阀体18使节气阀开度朝开的一侧变化。其次，为了学习节气阀体18的全闭点电压，而控制节气阀体18至全闭位置，并学习全闭点电压。 在实施全闭点电压学习的过程中，电动机14以节气阀体18维持在全闭点的方式驱动。全闭点电压的学习结束后，电动机14的驱动停止，即切断电动机14的电源。电动机14的电源关闭后，通过回位弹簧12的返回力，节气阀体18被打开而成为所设定的预设开度。节气阀控制单元3诊断预设位置返回机构13是否正常地将节气阀体18返回至预设开度范围，从而结束全部的诊断动作。 

根据引擎的排气量的不同，一般以50km/h～80km/h的车速能够退避行驶且通过刹车能够安全停车的预设节气阀开度为12deg左右。另外，该情况下，预设开度的正常判定开度范围为12deg±5deg比较妥当。 

但是，预设位置返回机构13通过回位弹簧12和默认弹簧11共同作用而将节气阀体18返回至所设定的预设开度。虽然已经严密地确认了通过回位弹簧12的返回力使节气阀体18返回预设开度，但是，如果能进一步确认默认弹簧11的返回作用，便能够更进一步提高信赖性。对此，本实施方式的预设位置返回机构13的诊断，不仅具有在钥匙关闭(Key OFF)时从闭的一侧通过回位弹簧12返回的动作，还具有在钥匙打开(Key ON)的时候从开的一侧通过默认弹簧11返回的动作，从而更进一步提高安全性。 

但是，在钥匙打开(Key ON)且引擎回转中，将节气阀体18设定为预设开度以上与加速踏板24的操作无关，也就是说违反驾驶员的意图而使引擎的转速上升是非常危险的。通常，预设开度的设定是假想为故障时的退避行驶，即假想车速为50km/h～80km/h而设定的开度，在行驶过程中违反驾驶员的意图而将节气阀体18打开至该开度毕竟是不合理的。 

另一方面，虽然从钥匙打开(Key ON)后而且在起动器起动引擎之前的时间内可以诊断默认弹簧11，但是由于在诊断结束前不能起动，所以到起动为止要花费很长时间，从商品性的角度考虑不能被接受。 

于是，在钥匙打开(Key ON)且引擎回转中停止对节气阀体18的控制，以及将节气阀体18强制驱动至比预设开度更开的位置的时机，可以考虑为在燃料切断模式中。在燃料切断模式中，由于引擎的燃烧停止，节气阀体18动作的话也没有影响。 

如上所述，预设开度的诊断判定为12deg±5deg比较妥当。因此，作为比预设开度高出规定值以上的位置，选择该规定值为10deg左右是妥当的。 

燃料切断的形式有多种多样，例如在减速时存在燃料切断。其为在具有某一程度的车速的状态下，放开加速踏板，通过引擎制动缓缓地降低车速的情况。图4表示说明该情况的图。燃料切断的条件成立后，实施燃料切断期间电动机14的电源关闭从而诊断预设位置返回机构13。但是，本次诊断的目的在于确认通过默认弹簧11能够使节气阀体18从比预设开度更开的位置处返回。 

该情况下，驾驶员加速后，放松加速踏板，然后为了减速而使脚离开加速踏板24。图4表示这一系列动作中的引擎转速、加速踏板开度、车速、和节气阀开度的变化。此时，电动机14首先将节气阀体18向开的一侧驱动，到达目标开度的阶段细微地反复操作开侧和闭侧的驱动，从而保持一定的开度。之后，加速踏板24放松的阶段中，电动机14向闭侧驱动，从而快速地降低节气阀开度。 

之后，在燃料切断成立的期间内，在比预设开度更开的位置处，关闭电动机14电源，从而实施默认弹簧11的诊断。也就是说，在图中情况1的状态下，实施默认弹簧11的诊断。 

但是，如前述的那样，如果预设开度的设定是假定车速为70km/h的情况，则车速为40km/h的状态下即使燃料切断的条件成立，将成为图示中情况2的状态。 

情况2的状态下，所诊断的并非是默认弹簧，而使回位弹簧，所以在这一情况下，没有必要实施诊断。 

另外，假设在100km/h行驶过程中，当脚离开加速踏板24的情况下，燃料切断的条件成立时，车速大概是70km/h，其在预设开度的附近。这成为图示中情况3的状态，这一情况下，电动机14电源关闭后即使变为预设开度，也不能认为默认弹簧11的诊断结果OK。也就是说，其并非是通过默认弹簧11的作用而返回至预设开度的附近，而是因为电动机14的驱动力而返回的。 

因此，图4所示的状态下，在节气阀开度比预设开度高出规定值以上的情况下，就能够实施关闭电动机14而诊断默认弹簧11。节气阀 控制单元3如果检测到实际开度变为预设开度±5deg的范围内，则判定诊断结果为正常。 

另外，如图5所示那样，在节气阀开度不比预设开度高出规定值以上的情况下，通过电动机14驱动节气阀体18直至节气阀开度达到比预设开度高出规定值之后，关闭电动机14的电源而实施默认弹簧11的诊断。 

以上说明了减速燃料切断模式中对默认弹簧11进行诊断的说明。燃料切断的情况有各种各样，图6是表示高引擎转速燃料切断模式下对默认弹簧11进行诊断的实施方式。高引擎转速燃料切断模式是指引擎的转速上升至规定值以上的情况下，出于保护引擎的目的而进行的燃料切断。在该情况下，由于节气阀开度处于全开或者接近全开，在燃料切断的条件成立后，可以立刻进行默认弹簧11的诊断。在默认弹簧11的诊断结束后，以节气阀开度对应于加速踏板开度的方式而进行通常控制。 

图7表示高车速燃料切断模式时的实施方式。高车速燃料切断模式是指车速上升至规定车速以上的情况下，出于保护车辆的目的而进行的燃料切断。这一情况下，由于节气阀开度处于全开或者接近全开，在燃料切断的条件成立后，可以立刻进行默认弹簧11的诊断。在默认弹簧11的诊断结束后，以节气阀开度对应于加速踏板开度的方式而进行通常控制。 

其次，在混合动力(HEV)车中，在从引擎驱动切换至电力驱动后，通过电动机14驱动节气阀体18直至节气阀开度达到比预设开度高出规定值之后，关闭电动机14的电源而实施默认弹簧11的诊断。 

作为切换至电力驱动的诊断时机，如果长时间等待的话，可能会再次切换回引擎驱动，从而丧失诊断的机会。因此尽可能早地，例如在5秒左右之后，进行默认弹簧11的诊断。 

另外，强制驱动节气阀体18而对引擎动作无影响的时机也可以考虑为在引擎的怠速停止状态中。 

在具备怠速停止装置的汽车中，在实施怠速停止控制的情况下，即打开钥匙(Key ON)中停止引擎的情况下，如图8所示，通过电动机14强制地将节气阀体18驱动至比预设开度高出规定开度的位置， 之后关闭电动机14的电源，从而实施默认弹簧11的诊断。 

怠速停止装置动作而自动再起动的条件成立的情况下，怠速停止装置与驾驶员的钥匙开关(Key SW)的操作无关，而使起动器起动从而再次起动引擎。此时，蓄电池过放电或者劣化的情况而使起动器无法起动。这样不仅不能自动起动，而且由驾驶员手动操作钥匙开关(Key SW)也无法起动，导致车辆不能正常行驶。因此，怠速停止装置使用蓄电池温度传感器、蓄电池电流传感器而诊断蓄电池的状态，从而判定是否可以许可怠速停止。但是，不具有蓄电池温度传感器及蓄电池电流传感器的怠速停止装置中，基于蓄电池电压的判定就变得非常重要。 

图9表示一般起动时的蓄电池电压。通常蓄电池电压为12V，钥匙打开(Key ON)且起动器开关也打开的话，起动器被起动。起动器起动时，起动器中流入大电流，使蓄电池电压降低。引擎在成功起动后，带动发电机发电，从而蓄电池的电压与发电机的发电电压相同，为大约14V。 

但是，蓄电池的垂直下降特性根据温度的不同而不同，如图10所示，相同的蓄电池在不同的环境温度下大不相同。例如，常温下(10～40℃)起动时最低电压为9V左右，低温时(-20℃)下起动时最低电压下降至6V左右。但是，在低温时，起动时最低电压为6V左右的话，也并非是蓄电池的异常。 

另一方面，如图11所示除温度以外的因素，蓄电池过放电的状态或者蓄电池劣化的状态下，即使在常温下也会产生与低温时相同的变化曲线。在常温状态下，起动最低电压下降至6V左右的话，可以判定蓄电池成为过放电或劣化的状态。 

由于蓄电池的状态恶化的情况下，可能会导致怠速停止后的自动再起动失败，这一情况下，不允许怠速停止。 

但是，蓄电池的状态可能会处于良好和恶化之间，例如处于暂时的过放电状态中。此时，执行怠速停止虽然没有问题，但是在怠速停止中如果驱动节气阀体的电动机，则会消耗蓄电池的电力，由该原因可能导致自动再起动的失败。 

因此，本发明中，如图12所示，检测起动时的蓄电池最低电压， 并将该最低电压值与2个电压阈值相比较。该2个电压阈值为许可/不许可怠速停止的第二电压阈值，以及许可/不许可怠速停止中的预设位置返回机构13的诊断的第一电压阈值。 

第二电压阈值例如为7V，起动时最低电压在第二阈值以下的情况下，不许可怠速停止，由于不进行怠速停止，由此也就不实施预设位置返回机构13的诊断。 

第一电压阈值例如为9V，起动时最低电压在第一阈值和第二阈值之间的情况下，允许怠速停止，但不允许怠速停止中的预设位置返回机构13的诊断。起动时最低电压在第一阈值以上的情况下，允许怠速停止，并且实施怠速停止中的预设位置返回机构13的诊断。 

根据本发明的节气阀装置100，在不影响怠速停止装置对引擎进行停止/再起动的操作的情况下，能够实施从比预设开度更开的一侧进行预设位置返回机构的诊断，从而能更进一步提高节气阀装置的信赖性和安全性。 

虽然以上结合附图和实施例对本发明进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本发明。本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变化，这些变形和变化均落入本发明的范围内。 

Claims (4)

1.一种节气阀装置，其特征在于，

具备：

节气阀体，使引擎的吸气通路的截面积变化，从而调节引擎的吸入空气量；

电动机，驱动所述节气阀体在所述吸气通路中旋转；

第一弹簧，将所述节气阀体从打开一侧向对应于预设开度的预设位置偏转；

第二弹簧，将所述节气阀体从关闭一侧向所述预设位置偏转；

节气阀传感器，用于检测节气阀开度；以及

节气阀控制单元，

所述节气阀控制单元被构成为，在所述引擎的怠速停止状态下，通过所述电动机驱动所述节气阀体直至所述节气阀开度达到比所述预设开度高出规定值之后，停止所述电动机的通电，从而进行所述第一弹簧的诊断。

2.如权利要求1所述的节气阀装置，其特征在于，

所述节气阀控制单元被构成为，检测起动时蓄电池的最低电压，在所述最低电压高于第一阈值电压的情况下，允许怠速停止并在怠速停止中进行所述第一弹簧的诊断；在所述最低电压高于第二阈值电压且低于所述第一阈值电压的情况下，允许怠速停止但不实施怠速停止中的所述第一弹簧的诊断；在所述最低电压低于所述第二阈值电压的情况下，不允许怠速停止。

3.一种节气阀装置的控制方法，其特征在于，

所述节气阀装置具备：

节气阀体，使引擎的吸气通路的截面积变化，从而调节引擎的吸入空气量；

电动机，驱动所述节气阀体在所述吸气通路中旋转；

第一弹簧，将所述节气阀体从打开一侧向对应于预设开度的预设位置偏转；

第二弹簧，将所述节气阀体从关闭一侧向所述预设位置偏转；

节气阀传感器，用于检测节气阀开度；以及

节气阀控制单元，

所述方法包括：在所述引擎的怠速停止状态下，通过所述电动机驱动所述节气阀体直至所述节气阀开度达到比所述预设开度高出规定值之后，停止所述电动机的通电，从而进行所述第一弹簧的诊断。

4.如权利要求3所述的节气阀装置的控制方法，其特征在于，

所述方法还包括：检测起动时蓄电池的最低电压，在所述最低电压高于第一阈值电压的情况下，允许怠速停止并在怠速停止中进行所述第一弹簧的诊断；在所述最低电压高于第二阈值电压且低于所述第一阈值电压的情况下，允许怠速停止但不实施怠速停止中的所述第一弹簧的诊断；在所述最低电压低于所述第二阈值电压的情况下，不允许怠速停止。

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