JP2000054866A - 電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フル電制スロットルシステムにおいて、センサ
故障時のフェイルセーフ機能を向上する。 【解決手段】２個ずつのアクセル開度センサとスロット
ル開度センサの中の１個が故障した場合は、センサ一重
故障時リンプホーム許可フラグが１となり、通常は、残
る１個のセンサの検出値を用いてスロットル弁を所望の
開度に制御するが、大きな減速操作を行ってアイドルス
イッチ又はブレーキスイッチがＯＮとなると、第２オア
回路３２及び第３オア回路３３がハイレベルとなり、ス
ロットルアクチュエータ駆動用のパワートランジスタ及
び駆動リレーがＯＦＦとされてアクチュエータの通電が
停止され、スロットル弁が２つのスプリングでバランス
するデフォルト開度に保持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸気系に介装され
たスロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータ
で開閉する電制スロットルシステムを備える内燃機関に
関し、特にシステムを構成するセンサの異常時のフェイ
ルセーフ制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、アクセル開度 (アクセルペダル踏
込み量) あるいはそれと機関回転速度等とに基づいて、
目標空気量が得られるようにスロットル弁の開度を電子
制御する電制スロットルシステムがある（特開平７−１
８０５７０号公報等参照) 。かかる電制スロットルシス
テムの中でも、特に駆動系が故障した場合にアクセル操
作でスロットル弁をワイヤ等で機械的に連動するフェイ
ルセーフ機構を備えないもの（フル電制スロットルシス
テム) においては、例えば、以下のような方式が採用さ
れている。アクセル開度センサとスロットル開度センサ
とを２個ずつ備え、アクセル開度については２個の検出
値の中の小さい方を選択し（出力の過大防止のため) 、
スロットル弁開度については、主のスロットル開度の検
出値を用い場合によって２個の検出値の中の大きい方を
選択するようにしている（フィードバック制御により大
きい方を選択する方が小さい方向に補正されて出力の過
大を防止できるため) 。

【０００３】そして、前記各センサの２個の中の１個が
故障した場合には、残る１個の故障に対する補償がない
ため、アクチュエータの出力を停止し、２個のスプリン
グ（リターンスプリング及びデフォルトスプリング) の
間にスロットル弁を連結してこれらスプリングのバラン
スする所定のデフォルト開度に保持させて、いわゆるリ
ンプホーム状態（最低限の出力で走行可能とする状態)
とするようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなフル電制スロットルシステムにおけるフェイルセー
フ方式では、１個のセンサが故障するだけで、少なくと
もその時点では正常な残りのセンサの検出値を利用する
ことなく強制的にフェイルセーフ開度に保持されてしま
い、例えば最大でも時速40Ｋｍ程度でしか走行できない
という不都合があった。

【０００５】本発明は、このような従来の課題に着目し
てなされたもので、低速でのリンプホーム状態を確保し
つつ、残り１個のセンサが正常な場合は、該センサの検
出値を用いて所望の速度で運転できるようにした電制ス
ロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため請求項１に係る
発明は、図１に示すように、アクセル開度を含む機関運
転条件に応じて吸気系に介装されたスロットル弁を目標
開度になるようにアクチュエータで開閉する電制スロッ
トルシステムを備えると共に、前記アクセル開度を検出
するアクセル開度センサと前記スロットル弁の開度を検
出するスロットル開度センサとを２個ずつ備えた電制ス
ロットル式内燃機関において、前記各センサの２個の中
の１個が故障したときに、残る１個のセンサの検出値を
用いてスロットル弁開度を制御する第１フェイルセーフ
手段と、前記各センサの２個の中の１個が故障したとき
に、前記各センサとは別系統のセンサにより機関を減速
させる操作を検出したときには、前記第１フェイルセー
フ手段の作動を停止し、スロットル弁を強制的に所定開
度に保持させる第２フェイルセーフ手段と、を含んで構
成したことを特徴とする。

【０００７】かかる構成によると、アクセル開度センサ
とスロットル開度センサの２個ずつのセンサの中、１個
が故障したときに、通常は残るセンサの検出値に基づい
てアクセル開度に応じてスロットル弁を所望の目標開度
に制御し、所望の速度で運転することができる。また、
運転者の意志により機関を減速操作した場合には、該減
速操作を別系統のセンサによって検出してスロットル弁
を所定開度（デフォルト開度) に保持することにより、
一重故障時に別系統のセンサとの併用で二重の保証を確
保することができる。

【０００８】また、請求項２に係る発明は、前記別系統
のセンサは、機関のアイドル状態を検出するアイドルス
イッチを含むことを特徴とする。かかる構成によると、
アクセルペダルを開放するなどのアイドル状態への減速
操作を行うことにより、アイドルスイッチがＯＮとなっ
て該減速操作を検出することができる。

【０００９】また、請求項３に係る発明は、前記別系統
のセンサは、ブレーキ操作状態を検出するブレーキスイ
ッチを含むことを特徴とする。かかる構成によると、ブ
レーキ操作によって減速操作を行うことにより、ブレー
キスイッチがＯＮとなって該減速操作を検出することが
できる。

【００１０】また、請求項４に係る発明は、前記第２フ
ェイルセーフ手段は、前記アクチュエータの駆動を停止
し、２つのスプリングの付勢力のバランスによってスロ
ットル弁を所定開度に保持させることを特徴とする。か
かる構成によると、通常は前記２つのスプリングを伸縮
させつつスロットル弁を所望の開度に制御できると共
に、アクチュエータの駆動を停止すると、２つのスプリ
ングの付勢力の静的なバランスによってスロットル弁を
所定開度に保持させることができる。

【００１１】また、請求項５に係る発明は、前記第２フ
ェイルセーフ手段は、スロットル弁の目標開度を前記所
定開度に設定することによって、アクチュエータの駆動
によりスロットル弁を所定開度に保持させることを特徴
とする。かかる構成によると、一重故障時に減速操作を
行うと、スロットル弁の目標開度を所定開度に設定する
ことにより、アクチュエータの駆動によってスロットル
弁を前記所定開度に保持させることができる。但し、請
求項４に係る発明即ちアクチュエータの通電を停止する
構成と組み合わせてもよく、正常復帰した時に、その時
点のスロットル弁の目標開度が前記所定開度に一致して
いるので、該目標開度を初期値として変化させればよ
く、スロットル弁開度の急変を防止できる。

【００１２】また、請求項６に係る発明は、前記各セン
サの２個の中の１個の故障は、該１個のセンサの故障が
所定時間継続したときに故障であると確定することを特
徴とする。かかる構成によると、過渡的なセンサの故障
を除去し、継続的な故障を確定することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図２は、本発明の一実施形態のシステ
ム構成を示す。２個のアクセル開度センサ（ＡＰＳ) １
Ａ，１Ｂは、ドライバによって踏み込まれたアクセルペ
ダルの踏込み量（アクセル開度) を検出する。

【００１４】クランク角センサ２は、単位クランク角毎
のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発
生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計
測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計
測することにより、機関回転速度を検出できる。エアフ
ローメータ３は、機関４への吸入空気量 (単位時間当り
の吸入空気量＝吸入空気流量) を検出する。

【００１５】水温センサ５は、機関の冷却水温度を検出
する。機関４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料
を直接燃焼室内に噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に
装着されて点火を行う点火栓７が設けられる。該燃焼室
内への直接噴射方式により、層状燃焼によるリーン化が
可能となり、空燃比を広範囲に可変制御することができ
る。

【００１６】また、機関４の吸気通路８には、スロット
ル弁９が介装され、該スロットル弁９をその弁軸に連結
されたレバー１０を介して駆動することによって弁開度
を電子制御可能なアクチュエータ１１が備えられてい
る。前記レバー１０には、両側にリターンスプリング１
２とデフォルトスプリング１３が、連結されており、ア
クチュエータ１１の通電をＯＦＦとした状態では、前記
リターンスプリング１２とデフォルトスプリング１３と
の付勢力がバランスする位置でスロットル弁９が所定の
デフォルト開度に保持されるようになっている。また、
前記スロットル弁９には、該スロットル弁９の開度を検
出する２個のスロットル開度センサ１４Ａ，１４Ｂが設
けられている。

【００１７】排気通路１５には、排気中の特定成分例え
ば酸素の濃度を検出することにより、燃焼混合気の空燃
比を検出する空燃比検出手段としての空燃比センサ１６
が備えられる。さらに、運転者の減速操作検出のため、
前記アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂに付随してアイドル
状態（アクセルの略開放状態) を検出するアイドルスイ
ッチ１７Ａ，１７Ｂが設けられ、かつ、ブレーキ操作を
検出するブレーキスイッチ１８が儲けられる。

【００１８】前記各種センサ類からの検出信号は、コン
トロールユニット１９へ入力され、該コントロールユニ
ット１９は、前記センサ類からの信号に基づいて検出さ
れる運転状態に応じて前記アクチュエータ１１を駆動し
てスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を
駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期
を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御
を行う。

【００１９】次に、前記アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ
（ＡＰＳ２) 及びスロットル開度センサ１７Ａ，１７Ｂ
の故障診断及び故障時のフェイルセーフ制御について、
図３を参照して説明する。図において、アクセル開度セ
ンサ系統診断について説明すると、アクセル開度センサ
１Ａ（１Ｂ) 出力診断では、オープン，ショートの故障
検出を行い、故障発生時にフラグＡＰＳ１ＣＡ（ＡＰＳ
２ＣＡ) を１にセットするが、過渡的な故障を除去する
ため、故障状態が所定のディレイ時間継続したときにフ
ラグＡＰＳ１ＮＧ（ＡＰＳ２ＮＧ) を１にセットして、
該アクセル開度センサ１Ａ（１Ｂ)の故障を確定する。
なお、各フラグ（後述するフラグも含めて) を１にセッ
トしたときは、後述する各回路への出力がハイレベルで
あり、０にリセットされているときは各回路への出力が
ローレベルであるように設定されている。

【００２０】また、アクセル開度センサ１Ａと１Ｂとの
差が大きく不整合であるかの診断（ＡＰＳ不整合診断)
も行い、不整合であるときにフラグＡＰＳＸＣＡを１に
セットするが、この場合も過度的な不整合を除去するた
め、不整合状態が所定のディレイ時間継続したときにフ
ラグＡＰＳＸＮＧを１にセットして、不整合であると確
定する。

【００２１】一方、スロットル開度センサ系統診断につ
いてもアクセル開度センサ系統診断の場合と同様であ
る。即ち、スロットル開度センサ１４Ａ（１４Ｂ) のオ
ープン，ショートの故障検出を行い、故障発生時にフラ
グＴＰＳ１ＣＡ（ＴＰＳ２ＣＡ) を１にセットするが、
該故障状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグ
ＴＰＳ１ＮＧ（ＴＰＳ２ＮＧ) を１にセットして、該ス
ロットル開度センサ１４Ａ（１４Ｂ) の故障を確定し、
スロットル開度センサ１４Ａと１４Ｂとの差が大きく不
整合であるときにフラグＴＰＳＸＣＡを１にセットし、
該不整合状態が所定のディレイ時間継続したときにフラ
グＴＰＳＸＮＧを１にセットして、不整合であると確定
する。

【００２２】そして、アクセル開度センサ系統について
は、３個のフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧ，ＡＰＳ
ＸＮＧが共に０の場合（同系統の表の上から１番目) つ
まりアクセル開度センサ系統の診断結果が全て正常の場
合は、アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂの２つの検出値の
中、小さい値の方を選択（ＬＯＷＥＲ) する。また、ス
ロットル開度センサ系統については、３個のフラグＴＰ
Ｓ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ，ＴＰＳＸＮＧが共に０の場合
（同系統の表の上から１番目) は、一方のスロットル開
度センサ１４Ａの検出値ＴＰＯ１を選択する。

【００２３】そして、各系統共に、全て正常と診断され
ている場合はリンプホームの必要もないので、センサ一
重故障時リンプホーム許可フラグを０とし、パワトラオ
フフラグ，リレーオフフラグを０とし、したがって、両
系統共に、全て正常の場合は、アクチュエータ駆動用パ
ワートランジスタ，駆動用リレーが共にＯＮとされ、ア
クチュエータ１１が駆動されて、前記小さい方のアクセ
ル開度ＡＰＯに基づいて設定された目標スロットル開度
となるように、スロットル弁９の開度が制御される。ま
た、この場合、第１オア回路３１の出力はローレベルに
維持されるので、警告灯は点灯しない。

【００２４】また、少なくとも一方の系統について、不
整合のフラグＡＰＳＸＣＡ（ＴＰＳＸＣＡ) のみが１に
セットされているとき（各系統の表の２番目) は、いず
れのアクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（スロットル開度セ
ンサ１４Ａ，１４Ｂ) の検出値も信頼できないと判断
し、パワトラオフフラグ，リレーオフフラグを１とす
る。これにより、第１オア回路３１がハイレベルとなっ
て警告灯が点灯されると共に、第２オア回路３２，第３
オア回路３３の出力がハイレベルとなって、アクチュエ
ータ駆動用パワートランジスタ，駆動用リレーが共にＯ
ＦＦとされて、アクチュエータ１１への通電が停止さ
れ、スロットル弁９を前記リターンスプリング１２とデ
フォルトスプリング１３との付勢力がバランスするデフ
ォルト開度に保持させ、必要最小限の速度（例えば時速
４０Ｋｍ) で走行させる。尚、以下の説明のように６個
のフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧ，ＡＰＳＸＮＧ，
ＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ，ＴＰＳＸＮＧの中の少な
くとも１つが１である場合は、第１オア回路３１がハイ
レベルとなって警告灯が点灯されるので、以下では説明
を省略する。

【００２５】次に、各系統についてフラグＡＰＳ１Ｎ
Ｇ，ＡＰＳ２ＮＧ（ＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ) のい
ずれか１方が１つまりアクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ
（スロットル開度センサ１４Ａ，１４Ｂ) の一方のみが
故障（一重故障) と診断されている場合（各系統の表の
３番目〜６番目) は、パワトラオフフラグ，リレーオフ
フラグは０とし、センサ一重故障時リンプホーム許可フ
ラグは１にセットし、アクセル開度ＡＰＯ（スロットル
開度ＴＰＯ) については、故障と診断されていない側の
検出値、ＡＰＳ１又はＡＰＳ２（ＴＰＯ１又はＴＰＯ
２) を選択する。

【００２６】そして、アクセル開度センサ系統とスロッ
トル開度センサ系統の中の一方が全て正常で、他方が一
重故障である場合、及び２系統共に一重故障である場合
は、通常は、アクチュエータ１１が駆動され、選択され
たアクセル開度ＡＰＯに基づいて設定された目標スロッ
トル開度となるように、スロットル弁９の開度を制御す
ることができる。つまり、強制的にスロットル開度をデ
フォルト開度に保持されることなく、時速４０Ｋｍ程度
の低速に制限されることなく、所望の車速で走行するこ
とができる。

【００２７】しかし、一重故障時において、運転者の意
志で減速操作を行った場合には、アクセルペダルを開放
することにより、アイドルスイッチ１７Ａ，１７ＢがＯ
Ｎとされ、あるいは、ブレーキ操作を行ってブレーキス
イッチ１８がＯＮとされると、第４のオア回路３４がハ
イレベルとなり、かつ、少なくとも一方の系統が一重故
障であるためセンサ一重故障時リンプホーム許可フラグ
が１となっているので、第５オア回路３５の出力がハイ
レベルとなる。したがって、アンド回路３６がハイレベ
ルとなり、第２オア回路３２がハイレベルとなってアク
チュエータ１１駆動用のパワートランジスタがＯＦＦと
されて、アクチュエータ１１への通電が停止され、スロ
ットル弁９を前記リターンスプリング１２とデフォルト
スプリング１３との付勢力がバランスするデフォルト開
度に保持させ、必要最小限の速度（例えば時速４０Ｋ
ｍ) で走行させる。

【００２８】したがって、一重故障時に別系統のセンサ
との併用で二重の保証を確保することができる。また、
アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（スロットル開度センサ
１４Ａ，１４Ｂ) が２個共に故障した場合は、正常なス
ロットル開度制御は望めないのでパワトラオフフラグ，
リレーオフフラグを共に１として、アクチュエータの通
電を停止して、スロットル弁９をデフォルト開度に保持
する。

【００２９】なお、本実施の形態では、アクチュエータ
の駆動停止にパワートランジスタと駆動リレーを共にＯ
ＦＦとする構成としたが、簡易的にはいずれか一方のみ
をＯＦＦとする構成であってもよい。また、アイドルス
イッチＯＮとブレーキスイッチＯＮとのいずれか一方の
信号のみを用いてデフォルト開度に保持する構成として
もよい。

【００３０】さらに、第２の実施の形態としては、図４
に示すように、デフォルト開度に保持するための構成
を、アクチュエータの通電をＯＦＦする代わりに、スロ
ットル弁の目標開度をデフォルト開度として、アクチュ
エータを駆動してスロットル弁をデフォルト開度に維持
する構成としてもよい。また、これらを組み合わせても
よく、アクチュエータの通電ＯＦＦ後、正常に復帰した
ときにスロットル弁の目標開度がデフォルト開度とされ
ていることにより、スロットル弁開度が急変することを
防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。

【図３】同上実施形態に係るアクセル開度センサとスロ
ットル開度センサの診断によるスロットル制御を示す回
路ブロック図。

【図４】同じく第２の実施形態に係るアクセル開度セン
サとスロットル開度センサの診断によるスロットル制御
を示す回路ブロック図。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ アクセル開度センサ ４ 機関 ９ スロットル弁 １１ アクチュエータ １２ リターンスプリング １３ デフォルトスプリング １４Ａ，１４Ｂ スロットル開度センサ １７Ａ，１７Ｂ アイドルスイッチ １８ ブレーキスイッチ １９ コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入山 正浩 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 野崎 幹生 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G065 CA39 CA40 DA04 DA15 EA03 EA05 FA12 GA29 GA41 GA43 GA46 HA22 JA09 JA14 KA01 KA15 KA16 KA36 3G084 BA05 CA03 CA06 DA26 DA30 EA03 EA07 EB22 EC03 FA06 FA10 3G301 JB01 JB07 JB08 KA07 KA16 LA03 LC01 LC03 NA07 NA08 NB01 ND02 ND15 NE23 PA11A PA11B PA14B PF03B PF05B

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アクセル開度を含む機関運転条件に応じて
   吸気系に介装されたスロットル弁を目標開度になるよう
   にアクチュエータで開閉する電制スロットルシステムを
   備えると共に、前記アクセル開度を検出するアクセル開
   度センサと前記スロットル弁の開度を検出するスロット
   ル開度センサとを２個ずつ備えた電制スロットル式内燃
   機関において、 前記各センサの２個の中の１個が故障したときに、残る
   １個のセンサの検出値を用いてスロットル弁開度を制御
   する第１フェイルセーフ手段と、 前記各センサの２個の中の１個が故障したときに、前記
   各センサとは別系統のセンサにより機関を減速させる操
   作を検出したときには、前記第１フェイルセーフ手段の
   作動を停止し、スロットル弁を所定開度に保持させる第
   ２フェイルセーフ手段と、 を含んで構成したことを特徴とする電制スロットル式内
   燃機関のフェイルセーフ制御装置。
2. 【請求項２】前記別系統のセンサは、機関のアイドル状
   態を検出するアイドルスイッチを含むことを特徴とする
   請求項１に記載の電制スロットル式内燃機関のフェイル
   セーフ制御装置。
3. 【請求項３】前記別系統のセンサは、ブレーキ操作状態
   を検出するブレーキスイッチを含むことを特徴とする請
   求項１又は請求項２に記載の電制スロットル式内燃機関
   のフェイルセーフ制御装置。
4. 【請求項４】前記第２フェイルセーフ手段は、前記アク
   チュエータの駆動を停止し、２つのスプリングの付勢力
   のバランスによってスロットル弁を所定開度に保持させ
   ることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つ
   に記載の電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制
   御装置。
5. 【請求項５】前記第２フェイルセーフ手段は、スロット
   ル弁の目標開度を前記所定開度に設定することによっ
   て、アクチュエータの駆動によりスロットル弁を所定開
   度に保持させることを特徴とする請求項１〜請求項４の
   いずれか１つに記載の電制スロットル式内燃機関のフェ
   イルセーフ制御装置。
6. 【請求項６】前記各センサの２個の中の１個の故障は、
   該１個のセンサの故障が所定時間継続したときに故障で
   あると確定することを特徴とする請求項１〜請求項５の
   いずれか１つに記載の電制スロットル式内燃機関のフェ
   イルセーフ制御装置。