JP2005188464A - 内燃機関用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アクチュエータによるバルブ開度制御において、バルブを全開位置または全閉位置に突き当ててバルブ開度位置学習を行う際の所要時間を短縮し、バルブ開度位置の学習値のばらつきを防止すること。
【解決手段】 内燃機関がイニシャライズ処理状態であると、スロットルバルブ１１がステップモータ２０にて全開位置方向または全閉位置方向に駆動され、所定時間毎にスロットル開度センサ１５で検出されるバルブ開度位置の変化量が零、またはそれまでと逆となると、突き当て位置に達したと特定することができる。この突き当て位置における跳ね返りが所定回数検出されたとき、それまでの最大バルブ開度位置または最小バルブ開度位置、または突き当て位置における跳ね返りが所定回数検出された直前のサンプリング時間におけるバルブ開度位置を全開学習値または全閉学習値として設定することで、バルブ開度位置学習の所要時間を短縮し、突き当て位置での跳ね返りによる学習値のばらつきを防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータによるバルブ開度制御における全開位置または全閉位置を学習する内燃機関用制御装置に関するものである。

従来、アクチュエータによるバルブ開度制御において、バルブ開度位置を全開位置（開側限界）または全閉位置（閉側限界）に突き当てて学習を行うものが知られている。即ち、アクチュエータによりバルブを開側方向または閉側方向に一定時間駆動することで、全開位置または全閉位置となる突き当て位置でのバルブ開度位置を基準位置として学習している。

また、これに対して、学習時間短縮のため、バルブ開度位置の所定時間内の変化量を検出し、その変化量が一定範囲内にあることを継続検出したときに、全開位置（開側限界）または全閉位置（閉側限界）として学習するというバルブ開度学習制御が行われている。

これに関連する先行技術文献としては、特開平１１−２５７１３６号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、内燃機関のアイドル時にバイパス通路から導入される吸入空気量を調節する補助空気調節弁（アイドルスピードコントロールバルブ：Idle Speed Control Valve）を、イニシャライズ処理の実行時に全開位置（開弁限界）及び全閉位置（閉弁限界）の何れかに駆動するようにアクチュエータであるステップモータを作動せしめるようにしたものにおいて、そのステップモータの駆動周波数及び駆動電圧の少なくとも一方を、補助空気調節弁の開度調節による補助空気量制御実行時よりも小さくすることで、全開位置及び全閉位置でのバウンド（バウンスバック）現象の発生を回避し、作動パルス及び開度位置を正確に対応付け得るようにする技術が示されている。
特開平１１−２５７１３６号公報（第２頁〜第４頁）

ところで、前述のものでは、補助空気調節弁の開度位置の検出にはセンサを用いることなく、駆動周波数や駆動電圧を制御してバウンド現象を防止し、作動パルスと開度位置を正確に対応付けできるとしている。しかし、開度位置学習時の突き当て時間を短縮するものではなく、また、制御上でも、駆動周波数を下げることは駆動スピードを落とすことであり、その分だけ制御時間が長くなり、駆動電圧を制御するためには電圧制御回路が必要となる。

また、従来のように、バルブ開度位置をセンサからの変化量の収束継続の検出により突き当て位置学習する場合、車載バッテリの劣化やスタータＯＮ（オン）時等で他の負荷による駆動電圧低下の際のアクチュエータの一時停止や減速による位置変化収束を考慮して、ある一定時間以上の突き当て時間を要すると共に、突き当て中にアクチュエータやバルブへの負荷継続を招いていた。

特に、バルブ駆動のアクチュエータにステップモータを用いた場合、その動作原理に起因して、全開位置及び全閉位置となる突き当て位置で跳ね返りが発生し、突き当て音が継続したり、跳ね返りによる戻りにて位置学習値にばらつきが発生するという不具合があった。

そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、アクチュエータによるバルブ開度制御において、バルブを全開位置または全閉位置に突き当ててバルブ開度位置学習を行う際の所要時間を短縮し、突き当て位置での跳ね返りによるバルブ開度位置の学習値のばらつきを防止可能な内燃機関用制御装置の提供を課題としている。

請求項１の内燃機関用制御装置によれば、内燃機関が所定の運転状態にあるときには、バルブがアクチュエータにて全開位置方向または全閉位置方向に駆動され、所定時間毎に位置検出手段で検出された開度位置の遷移に基づく変化量が零、またはそれまでと逆となると、学習値設定手段でバルブの全開位置または全閉位置としての突き当て位置に達したと特定され、この突き当て位置における跳ね返りが所定回数検出された時点で、それまでの最大開度位置または最小開度位置、または突き当て位置における跳ね返りが所定回数検出された直前の開度位置が全開学習値または全閉学習値として設定される。これにより、アクチュエータを用いたバルブ開度制御において、開度位置を読込む際のサンプリング時間を短くできるため、バルブを全開位置または全閉位置に突き当てて開度位置学習を行う際の所要時間を短縮することができると共に、突き当て位置での跳ね返りによる開度位置の学習値のばらつきが防止される。

請求項２の内燃機関用制御装置によれば、内燃機関が所定の運転状態にあるときには、バルブがアクチュエータにて全開位置方向または全閉位置方向に駆動され、所定時間毎に位置検出手段で検出された開度位置の遷移に基づく変化量が零、またはそれまでと逆となると、学習値設定手段でバルブの全開位置または全閉位置としての突き当て位置に達したと特定され、この突き当て位置である開度位置、即ち、最大開度位置または最小開度位置が所定回数検出された時点で、最大開度位置が全開学習値または最小開度位置が全閉学習値として設定される。これにより、アクチュエータを用いたバルブ開度制御において、開度位置を読込む際のサンプリング時間を短くできるため、バルブを全開位置または全閉位置に突き当てて開度位置学習を行う際の所要時間を短縮することができると共に、突き当て位置での跳ね返りによる開度位置の学習値のばらつきが防止される。

請求項３の内燃機関用制御装置では、アクチュエータをステップモータとするものであり、ステップモータで駆動されるバルブの全開位置または全閉位置となる突き当て位置での跳ね返りであるバウンド現象が顕著であっても、全開学習値または全閉学習値が正確に設定される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置が適用された内燃機関のスロットルバルブ周辺を示す概略構成図である。

図１において、１１は内燃機関の吸気通路１０内に配設されたスロットルバルブであり、このスロットルバルブ１１を固設するスロットル軸１２は、図示しないギヤ列を介して２相ＨＢ（ハイブリッド）型のステップモータ２０のロータ部に接続されている。そして、ステップモータ２０の駆動によりスロットルバルブ１１のバルブ開度位置が変化されることで、内燃機関（図示略）の運転状態を制御するための吸入空気量が調節される。このスロットルバルブ１１のバルブ開度位置は、スロットル軸１２に接続されたスロットル開度センサ１５によってスロットル開度信号として検出される。

３０は内燃機関を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）であり、ＥＣＵ３０は、主として、マイクロコンピュータ３１、モータ駆動回路３２、Ａ／Ｄ変換回路３３等からなる。そして、スロットル開度センサ１５からのスロットルバルブ１１のバルブ開度位置を表わす出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路３３にてＡ／Ｄ変換されマイクロコンピュータ３１に入力されている。更に、その他の各種センサ信号がＡ／Ｄ変換回路３３を介して、または直接、マイクロコンピュータ３１に入力されている。

ＥＣＵ３０内のマイクロコンピュータ３１からの制御信号がモータ駆動回路３２に入力され、モータ駆動回路３２から出力されるパルス信号に基づきステップモータ２０が正／逆方向に駆動される。このステップモータ２０の駆動により、スロットル軸１２等を介してスロットルバルブ１１は全開位置から全閉位置までの所定バルブ開度位置に設定される。

マイクロコンピュータ３１は、周知のように、各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムや制御マップ等を格納したＲＯＭ、各種データ等を格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されている。

次に、本実施例のステップモータ２０を用いたスロットルバルブ１１の全開位置方向（開側）への駆動による全開位置の学習制御の概要について、図２を参照して説明する。

ここで、図２（ａ）は本実施例のバルブ開度位置の突き当て位置における跳ね返りを利用した全開位置の学習制御におけるバルブ開度位置の遷移状態を示すタイムチャートであり、図２（ｂ）は図２（ａ）に対応する比較例として、バルブ開度位置の変化量が所定範囲内となったときを利用した全開位置の学習制御におけるバルブ開度位置の遷移状態を示すタイムチャートである。

本実施例及び比較例では、ステップモータ２０によるスロットルバルブ１１の全開位置方向（開側）への駆動により全開位置が学習される場合について説明する。なお、全閉位置の学習制御については、バルブ開度位置の遷移方向が全閉位置方向（閉側）となるのみであるため、その説明を省略する。

まず、本実施例における全開位置の学習制御を説明する前に、比較例である図２（ｂ）のタイムチャートを参照して説明する。なお、比較例におけるシステム構成については、本実施例の図１の概略構成図と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

図２（ｂ）において、内燃機関のイグニッションスイッチ（図示略）がＯＮとされると、まず、イニシャライズ処理として、ＥＣＵ３０内のマイクロコンピュータ３１からの指令によりモータ駆動回路３２を介してステップモータ２０に出力されるパルス信号に基づき、ステップモータ２０によるスロットルバルブ１１の全開位置方向（開側）への駆動が開始される。同時に、スロットル開度センサ１５によるスロットルバルブ１１のバルブ開度位置に対して、所定時間としてβ〔ｍｓ：ミリ秒〕毎の検出が開始される。このスロットル開度センサ１５で検出されるバルブ開度位置は、ＥＣＵ３０のＡ／Ｄ変換回路３３でＡ／Ｄ変換されマイクロコンピュータ３１に読込まれる。

この場合にバルブ開度位置を読込む際のサンプリング時間間隔である所定時間β〔ｍｓ〕は、バルブ開度位置の変化量が所定範囲ΔＴＡ内と安定したときを全開位置としての突き当て位置として特定することから、後述の図２（ａ）の所定時間α〔ｍｓ〕に比べてかなり長い時間に設定する必要があった。また、バルブ開度位置の変化量が所定範囲ΔＴＡ内となったときのバルブ開度位置に基づき学習値を算出しているため、バルブ開度位置の学習値のばらつきの影響を完全になくすことは無理であった。

次に、本実施例におけるバルブ開度位置の突き当て位置における跳ね返りを利用した全開位置の学習制御について、図２（ａ）のタイムチャートを参照して説明する。

図２（ａ）において、上述の比較例と同様、内燃機関のイグニッションスイッチ（図示略）がＯＮとされると、まず、イニシャライズ処理として、ＥＣＵ３０内のマイクロコンピュータ３１からの指令によりモータ駆動回路３２を介してステップモータ２０に出力されるパルス信号に基づき、ステップモータ２０によるスロットルバルブ１１の全開位置方向（開側）への駆動が開始される。同時に、スロットル開度センサ１５によるスロットルバルブ１１のバルブ開度位置に対して、所定時間としてα〔ｍｓ〕毎の検出が開始される。このスロットル開度センサ１５で検出されるバルブ開度位置は、ＥＣＵ３０のＡ／Ｄ変換回路３３でＡ／Ｄ変換されマイクロコンピュータ３１に読込まれる。

なお、本実施例におけるバルブ開度位置を読込む際のサンプリング時間間隔である所定時間α〔ｍｓ〕は、ステップモータ２０による跳ね返り（バウンド現象）を検出して突き当て位置を特定、即ち、バルブ開度位置の変化量にて突き当て位置での跳ね返りが分かればよいため、極めて短い時間に設定することができる。

具体的には、スロットル開度センサ１５で検出されるバルブ開度位置の増加がなくなり減少に転じることで、スロットルバルブ１１の全開位置に対応するバルブ開度位置が突き当て位置に到達したことが分かる。こののち、図２（ａ）に示すような、突き当て位置におけるステップモータ２０の動作に起因するバルブ開度位置の遷移状態が現われる。

そこで、前回のサンプリング時間におけるバルブ開度位置より今回のサンプリング時間におけるバルブ開度位置の方が少なく閉側となっていれば、突き当て位置における跳ね返りであると判定される。そして、この突き当て位置における跳ね返り回数が所定回数に達したときの前回のサンプリング時間におけるバルブ開度位置が全開学習値に設定される。

次に、本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置で使用されているＥＣＵ３０内のマイクロコンピュータ３１における全開位置の学習制御の処理手順を示す図３のフローチャートに基づき、上述の図２（ａ）を参照して説明する。なお、この学習制御ルーチンは所定時間α〔ｍｓ〕毎にマイクロコンピュータ３１にて繰返し実行される。

図３において、まず、ステップＳ１０１では、イニシャライズ処理を実行するイニシャライズタイミングであるかが判定される。ステップＳ１０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関のイグニッションスイッチ（図示略）がＯＮとされた直後のイニシャライズタイミングであるときにはステップＳ１０２に移行し、このスロットル開度センサ１５で検出されるバルブ開度位置が、ＥＣＵ３０のＡ／Ｄ変換回路３３でＡ／Ｄ変換され読込まれる。

次にステップＳ１０３に移行して、突き当て位置であるかが判定される。ステップＳ１０３の判定条件が成立、即ち、前回のバルブ開度位置と今回のバルブ開度位置とが同値、または今回のバルブ開度位置の方が前回のバルブ開度位置より小さい（閉側）とき（図２（ａ）に示す時刻ｔ1 ）には、突き当て位置であるとしてステップＳ１０４に移行する。

ステップＳ１０４では、前回のバルブ開度位置と今回のバルブ開度位置とが比較され、今回のバルブ開度位置が全開のバルブ開度位置と同値、または前回のバルブ開度位置より小さいときを、ステップＳ１０３での突き当て位置の判定における跳ね返りを１回として含んだ跳ね返り回数を計数して、その跳ね返り回数が所定回数として例えば、３回以上であるかが判定される。ステップＳ１０４の判定条件が成立、即ち、跳ね返り回数が３回（図２（ａ）に示す時刻ｔ1 ，時刻ｔ3 ，時刻ｔ6 ）以上に達したときにはステップＳ１０５に移行し、最大のバルブ開度位置となる時刻ｔ0，時刻ｔ2，時刻ｔ5 におけるバルブ開度位置を全開位置とする学習制御処理が実行され、本ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立せず、即ち、イニシャライズタイミングでないとき、またはステップＳ１０３の判定条件が成立せず、即ち、今回のバルブ開度位置の方が前回のバルブ開度位置より大きく（開側）、突き当て位置でないとき、またはステップＳ１０４の判定条件が成立せず、即ち、跳ね返り回数が３回未満であるときには、何もすることなく本ルーチンを終了する。

このように、本実施例の内燃機関用制御装置は、内燃機関（図示略）の運転状態を制御するための流体流量としての吸入空気量をそのバルブ開度位置に応じて調節するスロットルバルブ１１と、スロットルバルブ１１を駆動してバルブ開度位置を変化させるアクチュエータと、アクチュエータにより駆動されるスロットルバルブ１１の全開位置から全閉位置までにおけるバルブ開度位置を検出する位置検出手段としてのスロットル開度センサ１５と、内燃機関が所定の運転状態としてイニシャライズ処理状態にあるとき、スロットルバルブ１１をアクチュエータにて全開位置方向または全閉位置方向に駆動し、所定時間α〔ｍｓ〕毎にスロットル開度センサ１５で検出されるバルブ開度位置に基づきスロットルバルブ１１の全開位置または全閉位置としての突き当て位置を特定し、その突き当て位置における跳ね返りを所定回数として例えば、３回検出したとき、それまでの最大開度位置または最小開度位置、または突き当て位置における跳ね返りを所定回数として例えば、３回検出した直前のバルブ開度位置を全開学習値または全閉学習値として設定するＥＣＵ３０内のマイクロコンピュータ３１にて達成される学習値設定手段とを具備するものである。また、本実施例の内燃機関用制御装置は、アクチュエータをステップモータ２０とするものである。

つまり、内燃機関がイニシャライズ処理状態にあるときには、スロットルバルブ１１がステップモータ２０にて全開位置方向または全閉位置方向に駆動され、所定時間α〔ｍｓ〕毎にスロットル開度センサ１５でバルブ開度位置が検出される。このバルブ開度位置の変化量が零、またはそれまでと逆となると、スロットルバルブ１１の全開位置または全閉位置としての突き当て位置に達したと特定することができる。そして、突き当て位置における跳ね返りが３回検出された時点で、それまでの最大バルブ開度位置または最小バルブ開度位置、または突き当て位置における跳ね返りが３回検出された直前のサンプリング時間におけるバルブ開度位置を全開学習値または全閉学習値として設定することができる。

このため、アクチュエータとしてのステップモータ２０を用いたバルブ開度制御において、バルブ開度位置を読込む際のサンプリング時間間隔を極めて短くできるため、スロットルバルブ１１を全開位置または全閉位置に突き当ててバルブ開度位置学習を行う際の所要時間を短縮することができると共に、突き当て位置での跳ね返りによるバルブ開度位置の学習値のばらつきを防止することができる。

ところで、上記実施例では、内燃機関が所定の運転状態としてイニシャライズ処理状態にあるときに学習制御を実施しているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、イグニッションスイッチをＯＦＦ（オフ）としたのちに、学習制御を実施するようにしてもよい。この場合には、学習値をマイクロコンピュータ３１内のＢ／ＵＲＡＭや不揮発性メモリに記憶しておく必要がある。

また、上記実施例では、スロットル開度センサ１５によるスロットルバルブ１１のバルブ開度位置が、全開位置となる突き当て位置での所定回数の跳ね返りを利用して全開学習値を設定しているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、突き当て位置での所定回数のバルブ開度位置を検出したのち、それらの最大のものを全開学習値として設定することもできる。

即ち、上述の図２（ａ）のタイムチャートに示すように、突き当て位置におけるバルブ開度位置として時刻ｔ0 ，時刻ｔ2 ，時刻ｔ5 のうちの最大となるバルブ開度位置を全開学習値として設定することができる。なお、この場合の全閉位置の学習制御についても、バルブ開度位置の遷移方向が全閉位置方向（閉側）となるのみであるため、その説明を省略する。

このような内燃機関用制御装置は、内燃機関（図示略）の運転状態を制御するための流体流量としての吸入空気量をそのバルブ開度位置に応じて調節するスロットルバルブ１１と、スロットルバルブ１１を駆動してバルブ開度位置を変化させるアクチュエータと、アクチュエータにより駆動されるスロットルバルブ１１の全開位置から全閉位置までにおけるバルブ開度位置を検出する位置検出手段としてのスロットル開度センサ１５と、内燃機関が所定の運転状態としてイニシャライズ処理状態にあるとき、スロットルバルブ１１をアクチュエータにて全開位置方向または全閉位置方向に駆動し、所定時間α〔ｍｓ〕毎に前記位置検出手段で検出されるバルブ開度位置に基づきスロットルバルブ１１の全開位置または全閉位置としての突き当て位置を特定し、その突き当て位置である最大バルブ開度位置または最小バルブ開度位置を所定回数として例えば、４回検出したとき、その最大バルブ開度位置を全開学習値または最小バルブ開度位置を全閉学習値としてとして設定するＥＣＵ３０内のマイクロコンピュータ３１にて達成される学習値設定手段とを具備するものであり、上述の実施例と同様の作用・効果に加えて、この場合には、アクチュエータが、ステップモータ２０以外で突き当て位置における跳ね返りが殆どないＤＣモータやトルクモータ等であっても、全開学習値または全閉学習値の設定ができるという効果がある。

図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置が適用されたスロットルバルブ周辺を示す概略構成図である。 図２は本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置における全開位置の学習制御におけるバルブ開度位置の遷移状態を比較例と共に示すタイムチャートである。 図３は本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置で使用されているＥＣＵ内のマイクロコンピュータにおける全開位置の学習制御の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ スロットルバルブ
１５ スロットル開度センサ
２０ ステップモータ
３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
３１ マイクロコンピュータ

Claims (3)

1. 内燃機関の運転状態を制御するための流体流量をその開度位置に応じて調節するバルブと、
   前記バルブを駆動して開度位置を変化させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータにより駆動される前記バルブの全開位置から全閉位置までにおける開度位置を検出する位置検出手段と、
   前記内燃機関が所定の運転状態にあるとき、前記バルブを前記アクチュエータにて全開位置方向または全閉位置方向に駆動し、所定時間毎に前記位置検出手段で検出される開度位置に基づき前記バルブの全開位置または全閉位置としての突き当て位置を特定し、その突き当て位置における跳ね返りを所定回数検出したとき、それまでの最大開度位置または最小開度位置、または前記突き当て位置における跳ね返りを所定回数検出した直前の開度位置を全開学習値または全閉学習値として設定する学習値設定手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関用制御装置。
2. 内燃機関の運転状態を制御するための流体流量をその開度位置に応じて調節するバルブと、
   前記バルブを駆動して開度位置を変化させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータにより駆動される前記バルブの全開位置から全閉位置までにおける開度位置を検出する位置検出手段と、
   前記内燃機関が所定の運転状態にあるとき、前記バルブを前記アクチュエータにて全開位置方向または全閉位置方向に駆動し、所定時間毎に前記位置検出手段で検出される開度位置に基づき前記バルブの全開位置または全閉位置としての突き当て位置を特定し、その突き当て位置である開度位置を所定回数検出したとき、その最大開度位置を全開学習値または最小開度位置を全閉学習値として設定する学習値設定手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関用制御装置。
3. 前記アクチュエータは、ステップモータであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用制御装置。

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