具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行更详细的说明。
图1是表示本实用新型的节气阀装置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,用于检测节气阀体18的开度;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是表示包括节气阀控制单元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读取节气阀体18的开度检测信号。
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。
引擎控制演算部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(所要求的节气阀体的开度),并将该所要求的节气阀体的开度输出至节气阀控制单元3的PID控制单元42(参见图3)。
图3是表示节气阀控制单元3的结构的图。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包括:实际开度算出单元41、PID控制单元42、电动机占空值演算单元43。基于来自A/D转换器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。
实际开度算出单元41读取节气阀传感器16,17的检测信号,基于节气阀传感器16,17的信号,将节气阀体18的实际开度输出至PID控制单元42。
PID控制单元42中,对节气阀体18的实际开度和引擎控制演算部2所算出的要求开度的偏差进行PID控制并计算修正值。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。PID控制单元为比例-积分-微分控制器,由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。此处,PID控制单元例如可以采用通常的PID控制器。
电动机占空值(duty)演算单元57,读取所述修正值并输出用于驱动电动机14的占空值。电动机驱动电路部5读取占空值并根据该占空值驱动电动机14,从而使节气阀体18转动。
另外,本实施方式中,通过引擎控制演算部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4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使节气阀体的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,电动机驱动电路部停止对电动机14的驱动,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节气阀体的预设开度为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(规定开度)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5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5表示这一系列动作中的引擎转速、加速踏板开度、车速、和节气阀体的实际开度的变化。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体的实际开度。
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,而是回位弹簧,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的诊断结果正常。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5所示的状态下,在节气阀体的实际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6所示那样,在节气阀体18的实际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直至节气阀体18的实际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。即,在节气阀控制单元3中进行如下操作:实际开度算出单元41读取节气阀传感器16,17的输出信号并输出节气阀体18的实际开度,PID控制单元42将实际开度与要求开度的偏差进行PID控制并计算修正值,该要求开度为比预设开度高出规定值以上的开度,电动机占空值演算单元43读取该修正值并输出用于驱动电动机14的占空值,电动机驱动电路部5读取该占空值并根据该占空值驱动电动机14。在实际开度达到要求开度后,电动机驱动电路部5停止对电动机14的驱动,使节气阀体18由默认弹簧11的作用返回预设位置。
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7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,由于节气阀体18的实际开度处于全开或者接近全开,在燃料切断的条件成立后,可以立刻停止对电动机14的驱动,从而进行默认弹簧11的诊断。在默认弹簧11的诊断结束后,以节气阀体的实际开度对应于加速踏板开度的方式而进行通常控制。
图8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,由于节气阀体18的实际开度处于全开或者接近全开,在燃料切断的条件成立后,可以立刻停止对电动机14的驱动,从而进行默认弹簧11的诊断。在默认弹簧11的诊断结束后,以节气阀体的实际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直至节气阀体18的实际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。
根据本实用新型的节气阀装置100,在不影响驾驶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,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实用新型进行了具体说明,但是可以理解,上述说明不以任何形式限制本实用新型。本领域技术人员在不偏离本实用新型的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本实用新型进行变形和变化,这些变形和变化均落入本实用新型的范围内。