JP2004225538A

JP2004225538A - スロットルバルブ制御装置

Info

Publication number: JP2004225538A
Application number: JP2003010501A
Authority: JP
Inventors: Shinji Watabe; 晋治渡部
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12
Also published as: US20040149260A1; US6874468B2

Abstract

【課題】スロットルバルブのリターンスプリングの折損故障の誤判定を防止して、リターンスプリングの折損を精度よく検出することができるスロットルバルブ制御装置を得る。
【解決手段】ＥＣＵ２は、キースイッチのＯＮ／ＯＦＦ判定を行い（ステップＳ６０）、ＯＦＦの場合には、スロットルバルブ３４の全開位置電圧学習が完了したかを判定し（ステップＳ６１）、完了であれば、ＤＣモータ３１への電源供給を遮断し（ステップＳ６２）、ＴＰＳ出力電圧値を読み込み（ステップＳ６３）、予め設定した所定時間が経過したか判定し（ステップＳ６４）、経過した場合に、スロットル開度センサ出力電圧値ＶＴＰＳが所定値以上であったときは（ステップＳ６５）、リターンスプリング３５の折損故障であると判定する（ステップＳ６６）ようにしたので、リターンスプリングの折損を確実に検出できる。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスロットルバルブ制御装置に関し、特に、自動車用エンジンの吸気管内に配設されたスロットルバルブの開度量を検出し、スロットルアクチュエータにより所望の開度位置にフィードバック制御するスロットルバルブ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスロットルアクチュエータのリターンスプリング異常を検出するための内燃機関のスロットル異常検出装置においては、スロットル制御手段でアクセルペダルの踏み込み量に応じてＤＣモータが駆動されスロットルバルブの開度が制御され、トルク検出手段でＤＣモータが発生する実際のトルクが検出されて、そのトルクの所定時間毎の変動量が変動量検出手段により検出され、そのトルク変動量が所定値以下となるときには、スロットルバルブのリターンスプリングの折損であると判定している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２７０４８７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、スロットルバルブのリターンエネルギー源としてリターンスプリングとＤＣモータを有する電子スロットルシステムにおいて、スロットルバルブのリターンスプリングの折損でスロットルバルブ駆動系のフリクショントルクが大きく変化（増大）した場合は、運転者のアクセルペダル操作に応じたスロットルバルブ動作の追従性が悪化し、運転者の意図に反したエンジン駆動力が発生し非常に危険である。
【０００５】
また、スロットルバルブのリターンスプリングの折損でスロットルバルブ駆動系のフリクショントルクが大きく変化しない場合は、運転者のアクセルペダル操作に応じたスロットルバルブ動作の追従性は確保される反面、運転者がアクセル全開踏み込み状態でＤＣモータ端子断線などＤＣモータ駆動の電気系に異常が発生した場合、アクセルペダルを全閉に戻してもスロットルバルブを戻すエネルギー源がないため、スロットルバルブは全開位置に滞留し運転者の意図に反したエンジン駆動力が発生し非常に危険である。
【０００６】
上述の従来のスロットル異常検出装置では、ＤＣモータが発生するトルクを検出し、そのトルクの所定時間毎の変動量を所定値と比較しスロットルバルブの異常判定をするようにしているが、スロットルアクチュエータのスロットル軸トルク特性の個体差、温度変化（永久磁石の減磁）によるＤＣモータトルク定数の変化や減速ギヤ部の潤滑剤の粘性抵抗の変化、バルブとボア間の一過性の異物噛み込みやスラッジ付着量の経時変化などエンジン運転時のスロットルバルブ軸トルク自体の変動が大きく、トルク変動量で判定する場合、誤判定となり易く、誤判定を避ける目的で判定値を大きく設定すると検出精度が悪化するなどの問題点があった。
【０００７】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、スロットルバルブのリターンスプリングの折損故障の誤判定を防止して、リターンスプリングの折損を精度よく検出することが可能なスロットルバルブ制御装置を得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、エンジンへの吸入空気量を調節するスロットルバルブと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサと、前記スロットルバルブを駆動するモータと、前記スロットルバルブを全閉方向に付勢するリターンスプリングを有するスロットルアクチュエータと、前記スロットル開度センサによって検出された前記スロットルバルブの開度位置に基づいて、前記モータを駆動させて前記スロットルバルブの開度位置を制御するスロットルバルブ制御手段とを備え、前記スロットルバルブ制御手段は、前記スロットルバルブ開度位置が所定開度位置以上になるように前記モータを駆動した後に、前記モータへの電源供給を遮断し、遮断時からの予め設定された所定時間経過後の前記スロットル開度センサの出力値が予め設定された所定値以上である場合は、前記リターンスプリングの折損故障と判定するスロットルバルブ制御装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図について説明する。図１は本発明の一実施の形態によるエンジンの吸入空気量を制御するスロットルバルブ制御装置の構成を示した概略構成図である。図１に示すように、アクセル開度センサ（ＡＰＳ）１にＥＣＵ２が接続され、ＥＣＵ２にスロットルアクチュエータ３が接続されている。アクセル開度センサ１は、アクセルペダルの位置をアクセル開度として検出するものである。また、ＥＣＵ２は、エンジンの吸入空気量制御を行うスロットル制御手段（図示せず）を含む各種エンジン制御を行うＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ：電子制御ユニット）であり、図１に示すように、マイコン５、ＤＣモータ駆動回路７などを有する。マイコン５には、アクセル開度センサ１からのアクセル開度信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄ変換器６が設けられており、Ａ／Ｄ変換されたアクセル開度信号をアクセル開度電圧値として読み込み、少なくともエンジン回転速度信号（図示せず）を入力し、それらの値に基づいて、後述するスロットルバルブ３４の目標スロットル開度位置を演算するとともに、後述するスロットル開度センサ（ＴＰＳ）４から入力したスロットル開度位置信号を前記目標スロットル開度位置に一致させるようにスロットル開度位置のフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御（例えばＰＩＤ制御）演算により制御信号（例えばＰＷＭ駆動時のＤＵＴＹ信号）をＤＣモータ駆動回路７に出力して、それによりＤＣモータ３１に所望の電流を流して駆動させ、スロットルバルブ３４の開度位置を制御する。
【００１０】
スロットルアクチュエータ３内には、図１に示すように、エンジンへの吸入空気量を調節するスロットルバルブ３４と、スロットルバルブ３４の開度を検出するスロットル開度センサ４と、スロットルバルブ３４を減速ギヤ３２およびスロットルシャフト３３を介して駆動するＤＣモータ３１とが設けられている。このような構成のスロットルアクチュエータ３においては、ＤＣモータ３１の駆動力が減速ギヤ３２を介してスロットルシャフト３３に伝達され、それにより、スロットルバルブ３４が駆動される。スロットル開度センサ４でスロットルバルブ位置がスロットル開度として検出され、上述したように、当該スロットル開度信号はマイコン５内のＡ／Ｄ変換器６によりＡ／Ｄ変換され、スロットル開度電圧値としてマイコン５に読み込まれる。
【００１１】
図２および図３は、前記スロットルアクチュエータ３のスロットルシャフト３３に作用する力関係を模式的に示した図である。これらの図において、図１に示した構成と同じものについては同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。なお、これらの図において、３５はリターンスプリング、３６はオープナスプリング、３７はスロットルバルブ３４の全閉ストッパ位置、３８はスロットルバルブ３４の全開ストッパ位置、３９はデフォルト開度ストッパ位置である。
【００１２】
図２は、リターンスプリング３５が正常状態で前記ＤＣモータ３１を非通電状態にした場合のスロットルバルブ３４の停止位置を示したものであり、ＤＣモータ３１を非通電にするとＤＣモータ３１の発生トルクは０となるため減速ギヤ３２を介してスロットルシャフト３３にはＤＣモータ駆動力は作用しない。スロットルシャフト３３にはリターンスプリング３５の付勢力Ｆ１とオープナスプリング３６の付勢力Ｆ２が作用するが、オープナスプリング付勢力Ｆ２＞リターンスプリング付勢力Ｆ１の関係で設定しているため、デフォルト開度ストッパ位置３９でスロットルバルブ３３は停止する。リターンスプリング付勢力Ｆ１と同一方向にＤＣモータ３１を駆動するとオープナスプリング付勢力Ｆ２に対抗してスロットルバルブ３４は全閉ストッパ位置３７まで回動し停止する。一方、リターンスプリング付勢力Ｆ１に対抗する方向にＤＣモータ３１を駆動するとスロットルバルブ３４は全開ストッパ位置３８まで回動され停止する。
【００１３】
図３はリターンスプリング３５が折損状態で前記ＤＣモータ３１でスロットルバルブ３４を全開ストッパ位置３８まで駆動し、ＤＣモータ３１への供給電源を遮断した場合のスロットルバルブ３４の停止位置を示したものであり、ＤＣモータ駆動力＝０でリターンスプリング３５の折損でリターンスプリング付勢力Ｆ１＝０となり、スロットルシャフト３３はフリー状態となるためスロットルバルブ３４は全開ストッパ位置３８で停止する。スロットルバルブ３４の位置はスロットルシャフト３３に連結されたスロットル開度センサ４の出力値により監視することができる。
【００１４】
図４はスロットル開度センサ４の出力特性を示したもので、スロットル開度センサ４の出力電圧ＶＴＬ４０はスロットルバルブ３４が全閉ストッパ位置３７で停止した場合のセンサ出力電圧値（例えば０．５Ｖ）で、出力電圧ＶＴＨ４２はスロットルバルブ３４が全開ストッパ位置３８で停止した場合のセンサ出力電圧値（例えば４．５Ｖ）で、出力電圧ＶＴＭ４１はＤＣモータ３１の非通電時にスロットルバルブ３４がデフォルト開度ストッパ位置３９で停止する場合のセンサ出力電圧値（例えば０．８Ｖ）である。
【００１５】
図５は図示しないエンジンキースイッチ（ＩＧＳＷ）ＯＦＦ時のスロットルバルブ３４の全開位置学習後にＤＣモータ３１への電源供給を遮断（本実施の形態では図示しないモータ電源供給用のリレーをＯＦＦ）した場合のスロットル開度センサ４の出力電圧（ＶＴＰＳ）変化を示したタイムチャートである。エンジンキースイッチがＯＦＦすると、マイコン５はタイマー（ｔ＝ｔ０）をスタートさせるとともに、ＤＣモータ３１を駆動してスロットルバルブ３４を全閉ストッパ位置３７および全開ストッパ位置３８に押し付け、各ストッパ位置でのスロットル開度センサ出力電圧値（ＶＴＰＳ）を読み取り、それぞれ全閉位置電圧ＶＴＬ、全開位置電圧ＶＴＨの学習を行う。全開位置電圧ＶＴＨ学習完了後（ｔ＝ｔ１時点）にＤＣモータ３１への電源供給を図示しないリレーにより遮断した場合のスロットル開度センサ出力電圧（ＶＴＰＳ）の変化は、リターンスプリング３５が正常時の場合、所定時間（例えば１．０ｓｅｃ）以内でスロットルバルブ３４はデフォルト開度ストッパ位置３９に戻されデフォルト開度位置電圧ＶＴＭと一致する。リターンスプリング３５が折損時の場合、リターンスプリング付勢力Ｆ１＝０、ＤＣモータトルク＝０のためスロットルバルブ３４は全開ストッパ位置３８に滞留したままとなりスロットル開度センサ出力電圧（ＶＴＰＳ）は全開位置電圧ＶＴＨで略一定値を保つ。そこで、ＤＣモータ３１への電源供給遮断時（ｔ＝ｔ１時点）からスロットルバルブ３４がデフォルト開度位置に戻るのに十分余裕を持った所定時間（例えば３．０ｓｅｃ）後（ｔ＝ｔ２時点）のスロットル開度センサ出力電圧値（ＶＴＰＳ）を読み取り、スロットル開度センサ出力電圧値（ＶＴＰＳ）が所定電圧値ＶＣ（例えば４．０Ｖ）以上の場合はリターンスプリング３５が折損と判定してリターンスプリング折損フラグをセットし記憶する。
【００１６】
図６は、ＥＣＵ２による、リターンスプリング３５の折損故障判定の処理の流れを示した図である。ステップＳ６０でエンジンキースイッチ（ＩＧＳＷ）のＯＮ／ＯＦＦ判定を行い、エンジンキースイッチがＯＦＦの場合は、ステップＳ６１でスロットルバルブ３４の全開位置電圧学習が完了（タイマー値ｔ＞ｔ１、ここで、ｔ１は予め設定された所定値）したかどうかを判定し、学習完了（タイマー値ｔ＞ｔ１）であれば、ステップＳ６２でＤＣモータ３１への電源供給を遮断（リレーをＯＦＦ）し、ステップＳ６３でスロットル開度センサ出力電圧値（ＶＴＰＳ）を読み込み、ステップＳ６４に進む。ステップＳ６４ではＤＣモータ３１への電源供給遮断時点（タイマー値ｔ＝ｔ１）からリターンスプリング付勢力Ｆ１によりスロットルバルブ３４がデフォルト開度ストッパ位置３９（デフォルト開度位置電圧ＶＴＭに相当）に戻るのに十分余裕を持った予め設定された所定時間（例えば３．０ｓｅｃ）を経過（タイマー値ｔ＞ｔ２）したかどうかを判定し、所定時間経過（タイマー値ｔ＞ｔ２）の場合はステップＳ６５に進み、所定時間経過していない（タイマー値ｔ≦ｔ２）場合はステップＳ６３に戻りスロットル開度センサ出力電圧値（ＶＴＰＳ）を読み込む。ステップＳ６５ではスロットル開度センサ出力電圧値（ＶＴＰＳ）が予め設定された所定電圧値ＶＣ（例えば４．０Ｖ）より大きいかどうかを判定し、ＶＴＰＳ≦ＶＣの場合はそのまま処理を終わり、ＶＴＰＳ＞ＶＣの場合はステップＳ６６に進み、リターンスプリング折損故障と判定してリターンスプリング折損故障フラグをセットし記憶する。
【００１７】
ステップＳ６０でエンジンキースイッチがＯＮの場合は、ステップＳ６７で前記記憶されたリターンスプリング折損故障フラグを読み込みフラグがセットされているかどうかを判定し、フラグがセットされていなければリターンスプリングは正常であるので、ステップＳ６８で通常のエンジン出力処理を行い、フラグがセットされていた場合はリターンスプリング３５の折損故障と判定してステップＳ６９でエンジン出力制限を行い（例えば、リターンスプリング折損故障判定後にＤＣモータの駆動が不可能な故障モードが発生した場合は、常時１／２気筒数を燃料カットしてエンジン出力を十分に抑制する等、エンジンの出力制限を可変設定して安全性を確保するとともに、ＤＣモータ駆動が可能な場合はＡＰＳ出力電圧を所定係数倍（例えば０．５）してスロットルバルブの目標開度値を算出しスロットルバルブ３４の開度制限を行い）、スロットルアクチュエータ３の異常をドライバビリティの悪化により運転者に警告するとともにスロットルアクチュエータ３の早期部品交換を促す。
【００１８】
以上のように、本発明に係わるスロットルバルブ制御装置によれば、ＥＣＵ２は、スロットルアクチュエータ３のスロットルバルブ開度位置を所定開度位置以上の全閉ストッパ位置３７および全開ストッパ位置３８にするようにＤＣモータ３１を駆動した後に、それぞれの位置でのスロットル開度センサ出力電圧値ＶＴＰＳを読み取り、その値を学習して、学習完了後にＤＣモータ３１への電源供給を遮断し、リターンスプリング付勢力Ｆ１によりスロットルバルブ３４がデフォルト開度ストッパ位置３９に戻るのに十分余裕を持った所定時間後のスロットル開度センサ出力電圧値ＶＴＰＳが所定値以上の場合に、リターンスプリング３５の折損故障であると判定するようにしたので、リターンスプリングの折損を確実に検出できる効果がある。
【００１９】
また、本発明に係わるスロットルバルブ制御装置によれば、ＥＣＵ２は、エンジンキースイッチＯＦＦ時に、前記全閉ストッパ位置３７および全開ストッパ位置３８におけるスロットル開度センサ出力電圧値ＶＴＰＳの学習を行ってリターンスプリング折損故障判定を行うようにしたため、エンジン停止時にリターンスプリングの折損を確実に検出することができ、エンジン運転時に運転者の意図に反したエンジン出力を発生することを防止できるので、安全な運転を行うことができるという効果がある。
【００２０】
また、本発明に係わるスロットルバルブ制御装置によれば、ＥＣＵ２は、エンジンキースイッチ後のスロットルバルブ全開位置学習時にＤＣモータ３１への電源供給を遮断し、リターンスプリング３５の折損故障検出を行ない、故障を検出した場合は、リターンスプリング折損故障フラグをセットし記憶するようにしたため、次にエンジンキースイッチをＯＮにした時に、リターンスプリング３５の折損故障を判定することができるなどの効果がある。
【００２１】
また、本発明に係わるスロットルバルブ制御装置によれば、ＥＣＵ２は、エンジンキースイッチＯＮ時に、上記のリターンスプリング折損故障フラグがセットされている場合は、エンジン出力制限を行うようにしたため、ドライバビリティの悪化により電子スロットルシステムの異常を運転者に認識させ正常な部品への早期交換を促すことができる効果がある。
【００２２】
また、本発明に係わるスロットルバルブ制御装置によれば、ＥＣＵ２は、エンジンキースイッチＯＮ時に、上記のリターンスプリング折損故障フラグがセットされていて、かつ、ＤＣモータ３１の駆動が不可となる故障モードが発生した場合は、スロットル開度センサ出力電圧値に応じてエンジンの出力制限を可変設定するようにしたため、気流などによりスロットルバルブが高開度位置で滞留した場合でもエンジン出力を十分に抑制でき安全性が確保できる効果がある。
【００２３】
【発明の効果】
この発明に係るスロットルバルブ制御装置は、エンジンへの吸入空気量を調節するスロットルバルブと、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサと、前記スロットルバルブを駆動するモータと、前記スロットルバルブを全閉方向に付勢するリターンスプリングを有するスロットルアクチュエータと、前記スロットル開度センサによって検出された前記スロットルバルブの開度位置に基づいて、前記モータを駆動させて前記スロットルバルブの開度位置を制御するスロットルバルブ制御手段とを備え、前記スロットルバルブ制御手段は、前記スロットルバルブ開度位置が所定開度位置以上になるように前記モータを駆動した後に、前記モータへの電源供給を遮断し、遮断時からの予め設定された所定時間経過後の前記スロットル開度センサの出力値が予め設定された所定値以上である場合は、前記リターンスプリングの折損故障と判定するようにしたので、スロットルバルブのリターンスプリングの折損故障の誤判定を防止して、リターンスプリングの折損を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるスロットルバルブ制御装置の構成を示した概略構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態にかかるスロットルバルブ制御装置においてリターンスプリングが正常な場合のＤＣモータ電源供給遮断時のスロットルバルブ停止位置を示した説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態にかかるスロットルバルブ制御装置においてリターンスプリングが折損した場合のスロットルバルブ全開位置でのＤＣモータ電源供給遮断時のスロットルバルブ停止位置を示した説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態にかかるスロットルバルブ制御装置におけるスロットル開度センサ出力特性を示した説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態にかかるスロットルバルブ制御装置においてスロットルバルブ全開位置でＤＣモータ電源供給遮断時のリターンスプリングの折損有無の場合のスロットル開度センサ出力電圧変化のタイミングを示したタイミング図である。
【図６】本発明の一実施の形態にかかるスロットルバルブ制御装置におけるリターンスプリング折損故障判定処理の流れを示した流れ図である。
【符号の説明】
１アクセル開度センサ（ＡＰＳ）、２ＥＣＵ、３スロットルアクチュエータ、４スロットル開度センサ（ＴＰＳ）、５マイコン、６Ａ／Ｄ変換器、７ＤＣモータ駆動回路、３１ＤＣモータ、３２減速ギヤ、３３スロットルシャフト、３４スロットルバルブ、３５リターンスプリング。

Claims

エンジンへの吸入空気量を調節するスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサと、
前記スロットルバルブを駆動するモータと、
前記スロットルバルブを全閉方向に付勢するリターンスプリングを有するスロットルアクチュエータと、
前記スロットル開度センサによって検出された前記スロットルバルブの開度位置に基づいて、前記モータを駆動させて前記スロットルバルブの開度位置を制御するスロットルバルブ制御手段と
を備え、
前記スロットルバルブ制御手段は、前記スロットルバルブ開度位置が所定開度位置以上になるように前記モータを駆動した後に、前記モータへの電源供給を遮断し、遮断時からの予め設定された所定時間経過後の前記スロットル開度センサの出力値が予め設定された所定値以上である場合は、前記リターンスプリングの折損故障と判定することを特徴とするスロットルバルブ制御装置。
前記スロットルバルブ制御手段は、エンジンキースイッチをオフする時に、前記リターンスプリングの折損故障判定を行うことを特徴とする請求項１に記載のスロットルバルブ制御装置。
前記スロットルバルブ制御手段は、前記リターンスプリングの折損故障判定時に、故障であると判定した場合は、リターンスプリング折損故障フラグをセットして記憶することを特徴とする請求項１または２に記載のスロットルバルブ制御装置。
前記スロットルバルブ制御手段は、前記エンジンキースイッチをオンする時に、前記リターンスプリング折損故障フラグがセットされている場合は、エンジン出力制限を行うことを特徴とする請求項３に記載のスロットルバルブ制御装置。
前記スロットルバルブ制御手段は、エンジンキースイッチをオンする時に、前記リターンスプリング折損故障フラグがセットされていて、かつ、前記ＤＣモータの駆動が不可能である場合に、前記スロットル開度センサ出力値に応じてエンジンの出力制限を可変設定することを特徴とする請求項３または４に記載のスロットルバルブ制御装置。