JP2002161758A - 内燃機関のスロットル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 走行中にスロットルバルブが氷結して動かな
くなるこを防止できるようにする。 【解決手段】 電子スロットルシステムにおいて、アク
セル開度ＡＣに応じて設定した基準目標スロットル開度
ＢＴＨＣＯＭが振動制御切換判定開度ＴＨＢＩＮ以上か
否かを判定し、基準目標スロットル開度ＢＴＨＣＯＭが
振動制御切換判定開度ＴＨＢＩＮ以上のときは、目標ス
ロットル開度ＴＨＣＯＭを基準目標スロットル開度ＢＴ
ＨＣＯＭを中心として、振幅ｄＴＨ、周期Ｔで、屈形波
状に変化させる。これにより、スロットルバルブを基準
目標スロットル開度ＢＴＨＣＯＭを中心として、振幅ｄ
ＴＨ、周期Ｔでエンジン回転速度やトルクに影響しない
ように振動させ、走行中にスロットルバルブが氷結して
動かなくなることを防止する。尚、振動制御切換判定開
度ＴＨＢＩＮは、冷却水温ＣＴが低くなるほど大きくな
るように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関（エンジ
ン）の吸気管に設けられたスロットルバルブの開度（以
下「スロットル開度」という）を制御する内燃機関のス
ロットル制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】外気温が氷点下となる極低温時には、エ
ンジン運転中でも、吸気管内の吸気中の水分が凍ってス
ロットルバルブやその周辺部に氷結が生じることがあ
る。アイドル運転時等のスロットル開度が小さいとき
は、吸気管とスロットルバルブとの間の隙間が狭いた
め、その隙間が氷で塞がれてしまい、エンジンが停止し
てしまうおそれがある。この対策として、特公平４−４
４５２号公報に示すように、電子スロットルシステムに
おいて、吸気温度が基準温度以下で外気湿度が基準湿度
以上、且つ、スロットル開度が基準スロットル開度以下
のときに、氷結による吸気通路の閉塞が発生しやすい状
態と判断して、スロットルバルブを振動させて、氷結に
よる吸気通路の閉塞を防止するようにしたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報の技
術では、スロットル開度が基準スロットル開度よりも大
きいとき（吸気管とスロットルバルブとの間の隙間が大
きいとき）は、氷結による吸気通路の閉塞が発生しない
と判断して、スロットルバルブの振動制御を実行しない
ようにしている。しかし、運転者がアクセルペダルを踏
み込んでスロットル開度を基準スロットル開度よりも大
きい開度に保持して走行している場合でも、極低温時に
はスロットルバルブやその回転軸の周辺部で氷結が発生
して、最悪の場合は、走行中にスロットルバルブの軸回
りが氷結してスロットルバルブが動かなくなってしまう
おそれがある。このような氷結が発生すると、運転者が
アクセルペダルを戻してもスロットル開度が小さくなら
ず、運転者の意に反してエンジン出力が下がらない状態
が続いてしまう。

【０００４】また、上記公報の技術のように、スロット
ル開度が基準スロットル開度以下で吸入空気量が少ない
ときに、スロットルバルブを振動させると、振動幅が微
小であっても、その影響が吸入空気量の変動として現れ
てしまい、アイドル回転速度が不安定になりやすいとい
う欠点もある。

【０００５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、走行中にスロットル
バルブが氷結して動かなくなるこを防止できると共に、
アイドル回転速度を安定させることができる内燃機関の
スロットル制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の内燃機関のスロットル制御装置
は、スロットル開度が所定の判定開度以上のときに、目
標スロットル開度を含む微小開度範囲でスロットルバル
ブを振動させるようにしたものである。このようにすれ
ば、運転者がアクセルペダルを踏み込んでスロットル開
度をある程度大きく開いて走行しているときに、スロッ
トルバルブを振動させてスロットルバルブの軸回りの氷
結を防止できるため、走行中にスロットルバルブが氷結
して動かなくなってしまうことを未然に防止できて、運
転者の意に反してエンジン出力が下がらなくなってしま
う事態を未然に回避することができる。

【０００７】しかも、スロットル開度をある程度大きく
開いて吸入空気量が多いときに、目標スロットル開度を
含む微小開度範囲でスロットルバルブを振動させるた
め、従来のように吸入空気量が少ないときにスロットル
バルブを振動させる場合と比較して、スロットルバルブ
の振動が吸入空気量に与える影響が少なく、アクセルペ
ダルの踏込み量に応じた吸入空気量（エンジン出力）を
確保しながら、トルク変動やエンジン回転速度変動を生
じさせない範囲で、スロットルバルブの振動制御を実行
することができる。更に、スロットル開度が小さいとき
には、スロットルバルブの振動制御を実行しないので、
アイドル回転速度を安定させることができる。尚、スロ
ットル開度が小さいときは、エンジン出力が低いため、
万一、スロットルバルブが氷結して動かなくなったとし
ても、エンジン出力を下げる必要がなく、安全に車両を
停止できる。

【０００８】一般に、スロットル開度が同じでも、エン
ジンの冷却水温が低いとき、つまりエンジン温度や潤滑
油の温度が低いときは、エンジンの駆動抵抗（機械損
失）が大きくなってエンジン出力が低下する。このた
め、振動制御実行の可否を判定する判定開度を固定値に
すると、冷却水温が低くなるほど、エンジン出力が低い
運転領域からスロットルバルブの振動制御が実行される
が、エンジン出力が低い運転領域では、万一、スロット
ルバルブが氷結して動かなくなったとしても、もともと
エンジン出力が低いため、エンジン出力を下げる必要が
ない。

【０００９】この点を考慮して、請求項２のように、冷
却水温が低くなるほど、判定開度を大きくするようにし
ても良い。このようにすれば、エンジンの駆動抵抗増大
によるエンジン出力低下が大きくなるほど、判定開度が
大きくなるため、スロットルバルブの制御を通常制御か
ら振動制御に切り換えるときのエンジン出力を冷却温度
によらずほぼ一定とすることができる。これにより、ス
ロットルバルブの氷結時でもエンジン出力を下げる必要
がないエンジン出力の低い運転状態では、スロットルバ
ルブの振動制御を行わずに済み、その分、スロットルバ
ルブの駆動モータの電力消費量を低減して燃費の悪化を
防ぐことができる。

【００１０】また、請求項３のように、スロットルバル
ブを振動させる際の振動条件をエンジンの負荷と冷却水
温のうちの少なくとも一方に応じて設定するようにして
も良い。このようにすれば、スロットルバルブの振動条
件を、その時の負荷や冷却水温に応じてエンジン回転速
度やトルクに影響しない範囲内で氷結防止効果の最も高
い振動条件に設定することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制
御システム全体の概略構成を説明する。エンジン１１
（内燃機関）の吸気管１２の途中に、スロットルバルブ
１３が回転軸１４を介して回動可能に取り付けれ、スロ
ットルバルブ１３の回転軸１４に、ＤＣモータ等のモー
タ１５が連結されている。このモータ１５によってスロ
ットルバルブ１３が回動駆動され、そのスロットルバル
ブ１３の開度（スロットル開度）がスロットル開度セン
サ１６によって検出される。

【００１２】スロットルバルブ１３の下流側には、サー
ジタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸
気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられて
いる。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各
気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けら
れ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍
に、それぞれ燃料噴射弁２０が取り付けられている。ま
た、エンジン１１の各気筒のシリンダヘッドには、点火
プラグ２１が取り付けられ、エンジン１１のシリンダブ
ロックには、冷却水温を検出する水温センサ２２が取り
付けられている。一方、アクセルペダル２３の踏込量
（アクセル開度）はアクセル開度センサ２４によって検
出される。

【００１３】これら各種のセンサ出力は、エンジン制御
回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２５に入力される。
このＥＣＵ２５は、ＣＰＵ２６、ＲＯＭ２７、ＲＡＭ２
８、クロックパルスを出力するクロック発生回路２９、
入出力インターフェース３０等からなるマイクロコンピ
ュータを主体として構成され、ＲＯＭ２７に記憶された
各種制御プログラムを実行することで、エンジン運転状
態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２
１の点火時期を制御する。

【００１４】また、ＥＣＵ２５は、図２のスロットル制
御プログラムを実行することでアクセル開度等に基づい
て目標スロットル開度を算出し、この目標スロットル開
度に応じてモータ１５をフィードバック制御して、実ス
ロットル開度が目標スロットル開度に一致するように制
御する。その際、目標スロットル開度（本実施形態では
基準目標スロットル開度ＢＴＨＣＯＭ）が所定の振動制
御切換判定開度ＴＨＢＩＮ以上のときには、目標スロッ
トル開度（基準目標スロットル開度ＢＴＨＣＯＭ）を中
心とする微小開度範囲（ＢＴＨＣＯＭ±ｄＴＨ）で、ス
ロットルバルブ１３を振動させる振動制御を実行して、
走行中にスロットルバルブ１３が氷結して動かなくなっ
てしまうことを防止する。

【００１５】以下、ＥＣＵ２５が実行する図２のスロッ
トル制御プログラムの具体的な処理内容を説明する。本
プログラムは、所定時間毎に繰り返し実行され、特許請
求の範囲でいうスロットル制御手段に相当する役割を果
たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１
０１で、アクセル開度ＡＣと冷却水温ＣＴに応じてマッ
プ等により基準目標スロットル開度ＢＴＨＣＯＭを算出
し、次のステップ１０２で、冷却水温ＣＴに応じてマッ
プ等により振動制御切換判定開度ＴＨＢＩＮを算出す
る。この判定開度ＴＨＢＩＮは、例えばアイドル運転時
のスロットル開度よりも少し大きい程度のスロットル開
度に設定される。

【００１６】一般に、スロットル開度が同じでも、冷却
水温ＣＴが低いとき（エンジン１１や潤滑油の温度が低
いとき）は、エンジン１１の駆動抵抗が大きくなってエ
ンジン出力が低下する。この点を考慮して、判定開度Ｔ
ＨＢＩＮのマップ特性は、冷却水温ＣＴが低くなるほど
振動制御切換判定開度ＴＨＢＩＮが大きくなるように設
定され、エンジン１１の駆動抵抗増大によるエンジン出
力低下が大きくなるほど、振動制御切換判定開度ＴＨＢ
ＩＮが大きくなって、スロットルバルブ１３の制御を通
常制御から振動制御に切り換えるときのエンジン出力が
冷却温度ＣＴによらずほぼ一定となるようにしている。

【００１７】振動制御切換判定開度ＴＨＢＩＮの設定
後、ステップ１０３に進み、基準目標スロットル開度Ｂ
ＴＨＣＯＭが振動制御切換判定開度ＴＨＢＩＮ以上であ
るか否かを判定する。その結果、基準目標スロットル開
度ＢＴＨＣＯＭが振動制御切換判定開度ＴＨＢＩＮより
も小さいとき、つまりエンジン出力が低い状態であると
きは、以降のスロットル振動制御（ステップ１０４〜１
１２）を実行することなく、ステップ１１３に進み、基
準目標スロットル開度ＢＴＨＣＯＭをそのまま最終的な
目標スロットル開度ＴＨＣＯＭとする（ＴＨＣＯＭ＝Ｂ
ＴＨＣＯＭ）。

【００１８】この後、ステップ１１４に進み、この目標
スロットル開度ＴＨＣＯＭを出力して、実スロットル開
度が目標スロットル開度ＴＨＣＯＭに一致するようにフ
ィードバック制御する。

【００１９】これに対して、上記ステップ１０３で、基
準目標スロットル開度ＢＴＨＣＯＭが振動制御切換判定
開度ＴＨＢＩＮ以上と判定されたとき、つまり、エンジ
ン出力が高くなったときは、ステップ１０４以降のスロ
ットル振動制御を次のようにして実施する。まず、ステ
ップ１０４〜１０９で、スロットルバルブ１３の振動周
期Ｔの１／２の時間に相当する切換時間Ｔｐ（例えば２
０ｍｓ）が経過する毎に切換フラグＦを反転させる処理
を行う。具体的には、ステップ１０４で、タイマー値Ｔ
(i) をｄＴだけインクリメントして、前回の切換時間Ｔ
ｐ経過後の時間をカウントする。 Ｔ(i) ＝Ｔ(i-1) ＋ｄＴ

【００２０】そして、次のステップ１０５で、タイマー
値Ｔ(i) が切換時間Ｔｐに達したか否かを判定する。タ
イマー値Ｔ(i) が切換時間Ｔｐに達していない期間中
は、切換フラグＦを前回値（１又は０）に保持したま
ま、ステップ１１０に進む。

【００２１】その後、タイマー値Ｔ(i) が切換時間Ｔｐ
に達した時点で、ステップ１０５からステップ１０６に
進み、タイマー値Ｔ(i) を０にクリアした後、ステップ
１０７に進み、切換フラグＦが１か否かを判定し、切換
フラグＦ＝１の場合は、ステップ１０８に進み、切換フ
ラグＦを０に反転させ、切換フラグＦ＝０の場合は、ス
テップ１０９に進み、切換フラグＦを１に反転させる。

【００２２】この後、ステップ１１０に進み、切換フラ
グＦが１か否かを判定し、切換フラグＦが１の期間は、
ステップ１１１に進み、最終的な目標スロットル開度Ｔ
ＨＣＯＭを、基準目標スロットル開度ＢＴＨＣＯＭに振
幅ｄＴＨを加算した値に設定する。 ＴＨＣＯＭ＝ＢＴＨＣＯＭ＋ｄＴＨ

【００２３】一方、切換フラグＦが０の期間は、ステッ
プ１１２に進み、最終的な目標スロットル開度ＴＨＣＯ
Ｍを、基準目標スロットル開度ＢＴＨＣＯＭから振幅ｄ
ＴＨを減算した値に設定する。 ＴＨＣＯＭ＝ＢＴＨＣＯＭ−ｄＴＨ

【００２４】ここで、振幅ｄＴＨは、エンジン負荷（ア
クセル開度、スロットル開度、吸気管圧力、吸入空気量
等）に応じてマップ等により算出され、現在のエンジン
負荷においてエンジン回転速度やトルクに影響を及ぼさ
ない範囲内で、できるだけ大きな振幅ｄＴＨに設定され
る。尚、エンジン負荷と冷却水温ＣＴに応じて振幅ｄＴ
Ｈを設定したり、或は、冷却水温ＣＴのみに応じて振幅
ｄＴＨを設定するようにしても良い。

【００２５】ステップ１１又はステップ１１２で最終的
な目標スロットル開度ＴＨＣＯＭを設定した後、ステッ
プ１１４に進み、この最終的な目標スロットル開度ＴＨ
ＣＯＭを出力して、実スロットル開度が目標スロットル
開度ＴＨＣＯＭとなるように制御する。

【００２６】以上の処理により、基準目標スロットル開
度ＢＴＨＣＯＭが振動制御切換判定開度ＴＨＢＩＮ以上
の期間は、図３（ｂ）に示すように、目標スロットル開
度ＴＨＣＯＭが、基準目標スロットル開度ＢＴＨＣＯＭ
を中心として、振幅ｄＴＨ、周期Ｔ（＝２Ｔｐ）で屈形
波状に変化し、その結果、図４に示すように、スロット
ルバルブ１３が、基準目標スロットル開度ＢＴＨＣＯＭ
を中心として、振幅ｄＴＨ、周期Ｔでエンジン回転速度
やトルクに影響しないように振動する。

【００２７】以上説明した本実施形態によれば、基準目
標スロットル開度ＢＴＨＣＯＭが振動制御切換判定開度
ＴＨＢＩＮ以上のときに、スロットルバルブ１３を微小
振動させるようにしたので、運転者がアクセルペダル２
３を踏み込んでスロットル開度をある程度大きく開いて
走行しているときに、スロットルバルブ１２を振動させ
てスロットルバルブ１２の軸回りの氷結を防止できる。
このため、走行中にスロットルバルブ１２が氷結して動
かなくなってしまうことを未然に防止できて、運転者の
意に反してエンジン出力が下がらなくなってしまう事態
を未然に回避することができる。

【００２８】しかも、スロットル開度をある程度大きく
開いて吸入空気量が多いときに、目標スロットル開度を
含む微小開度範囲でスロットルバルブ１２を振動させる
ため、従来のように吸入空気量が少ないときにスロット
ルバルブ１２を振動させる場合と比較して、スロットル
バルブ１２の振動が吸入空気量に与える影響が少なく、
アクセルペダル２３の踏込み量に応じた吸入空気量（エ
ンジン出力）を確保しながら、トルク変動やエンジン回
転速度変動を生じさせない範囲で、スロットルバルブ１
２の振動制御を実行することができる。更に、スロット
ル開度が小さいときには、スロットルバルブ１２の振動
制御を実行しないので、アイドル回転速度を安定させる
ことができる。尚、スロットル開度が小さいときは、エ
ンジン出力が低いため、万一、スロットルバルブ１２が
氷結して動かなくなったとしても、エンジン出力を下げ
る必要がなく、安全に車両を停止できる。

【００２９】前述したように、一般に、スロットル開度
が同じでも、冷却水温ＣＴが低いとき（エンジン１１や
潤滑油の温度が低いとき）は、エンジン１１の駆動抵抗
が大きくなってエンジン出力が低下する。このため、振
動制御切換判定開度ＴＨＢＩＮを固定値にすると、冷却
水温が低くなるほど、エンジン出力が低い運転領域から
スロットルバルブ１２の振動制御が実行されるが、エン
ジン出力が低い運転領域では、万一、スロットルバルブ
１２が氷結して動かなくなったとしても、もともとエン
ジン出力が低いため、エンジン出力を下げる必要がな
い。

【００３０】この点を考慮して、本実施形態では、冷却
水温ＣＴが低くなるほど、振動制御切換判定開度ＴＨＢ
ＩＮを大きくするようにしたので、エンジン１１の駆動
抵抗増大によるエンジン出力低下が大きくなるほど、振
動制御切換判定開度ＴＨＢＩＮが大きくなって、スロッ
トルバルブ１２の制御を通常制御から振動制御に切り換
えるときのエンジン出力を冷却温度によらずほぼ一定と
することができる。これにより、スロットルバルブ１２
の氷結時でもエンジン出力を下げる必要がないエンジン
出力の低い運転状態では、スロットルバルブ１２の振動
制御を行わずに済み、その分、スロットルバルブ１２の
駆動モータの電力消費量を低減して燃費の悪化を防ぐこ
とができる。

【００３１】しかしながら、本発明は、必ずしも、冷却
水温ＣＴが低くなるほど振動制御切換判定開度ＴＨＢＩ
Ｎを大きくする必要はなく、演算処理の簡略化のため
に、振動制御切換判定開度ＴＨＢＩＮを固定値としても
良い。

【００３２】更に、本実施形態では、スロットルバルブ
１３を振動させる際の振動条件の１つである振幅ｄＴＨ
をエンジン負荷や冷却水温に応じて設定するようにした
ので、スロットルバルブ１３の振動振幅ｄＴＨを、その
時のエンジン負荷や冷却水温に応じてエンジン回転速度
やトルクに影響しない範囲内で氷結防止効果の最も高い
振動振幅に設定することができ、高い氷結防止効果を得
ることができる。

【００３３】尚、本実施形態では、振動条件の１つであ
る周期Ｔ（切換時間Ｔｐ）を固定値としたが、周期Ｔ
（切換時間Ｔｐ）をエンジン負荷や冷却水温に応じて設
定するようにしても良い。

【００３４】また、本実施形態では、基準目標スロット
ル開度ＢＴＨＣＯＭが振動制御切換判定開度ＴＨＢＩＮ
以上のときは、常に、スロットルバルブ１３の振動制御
を実行するようにしたが、外気温度や吸気温度が０℃よ
りも高く、スロットルバルブ１３の氷結が発生しない温
度状態のときは、スロットルバルブ１３の振動制御を実
行しないようにしても良い。

【００３５】また、本実施形態では、目標スロットル開
度（基準目標スロットル開度ＢＴＨＣＯＭ）が振動制御
切換判定開度ＴＨＢＩＮ以上か否かによってスロットル
振動制御を実行するか否かを判定したが、基準目標スロ
ットル開度ＢＴＨＣＯＭに代えて、実スロットル開度が
振動制御切換判定開度ＴＨＢＩＮ以上か否かによってス
ロットル振動制御を実行するか否かを判定するようにし
ても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システ
ム全体の概略構成図

【図２】スロットル制御プログラムの処理の流れを示す
フローチャート

【図３】（ａ）は基準目標スロットル開度の挙動を示す
タイムチャート、（ｂ）は基準目標スロットル開度が振
動制御切換判定開度以上のときの目標スロットル開度の
挙動を示すタイムチャート

【図４】基準目標スロットル開度が振動制御切換判定開
度以上のときのスロットルバルブの挙動を示すタイムチ
ャート

【符号の説明】

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１３…ス
ロットルバルブ、１５…モータ、１６…スロットル開度
センサ、２２…水温センサ、２３…アクセルペダル、２
４…アクセル開度センサ、２５…ＥＣＵ（スロットル制
御手段）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸気管に設けられたスロット
   ルバルブの開度（以下「スロットル開度」という）を、
   アクセル開度等に応じて設定した目標スロットル開度に
   制御するスロットル制御手段を備えた内燃機関のスロッ
   トル制御装置において、 前記スロットル制御手段は、スロットル開度が所定の判
   定開度以上のときに前記目標スロットル開度を含む微小
   開度範囲で前記スロットルバルブを振動させることを特
   徴とする内燃機関のスロットル制御装置。
2. 【請求項２】 前記スロットル制御手段は、内燃機関の
   冷却水温が低くなるほど前記判定開度を大きくすること
   を特徴とする請求項１に記載の内燃機関のスロットル制
   御装置。
3. 【請求項３】 前記スロットル制御手段は、前記スロッ
   トルバルブを振動させる際の振動条件を内燃機関の負荷
   と冷却水温のうちの少なくとも一方に基づいて設定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のス
   ロットル制御装置。