JP2007239622A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス通路に設けられた開度可変アクチュエータの異常検出の実施に際し、誤検出を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン１０の吸気系に設けられたスロットルアクチュエータ１２には、モータ１３によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられるとともに、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１５が内蔵されている。ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ１４の開度変化を生じさせるようにスロットルアクチュエータ１２の制御状態を意図的に操作し、スロットルバルブ１４の挙動に基づいてスロットルアクチュエータ１２の異常を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。

近年では、内燃機関に対する排ガス規制が益々厳しくなってきている。このため、ディーゼルエンジンにおいても、吸気系や排気系のシステムに対して改良が行われている。例えば、各種アクチュエータ（スロットルアクチュエータ、ＥＧＲ装置など）の電子化により、高応答、高精度なエンジン制御が行われている。

特に、ディーゼルエンジンの排気中のＰＭを捕集して排気を浄化するＤＰＦにおいて、堆積したＰＭを燃焼除去するＤＰＦ再生処理が行われる場合、ＤＰＦの温度を一定に保つ必要があり、吸気系に設けられたスロットルアクチュエータに対して高応答、高精度な制御が要求される。また、スロットルアクチュエータに異常が発生した場合は、その異常を早期に検出する必要がある。

通常、スロットルバルブの開度制御では、運転状態などに基づいて目標のスロットル開度を算出し、実際の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フィードバック制御が行われている。かかる場合において従来は、成り行きの運転状態下で実際のスロットル開度と目標スロットル開度との偏差を算出し、その偏差に基づいて実スロットルバルブの追従性異常などの異常を検出していた（例えば、特許文献１参照）。

ここで、スロットルバルブの開度制御についてガソリンエンジンとディーゼルエンジンとを比較すると、ガソリンエンジンでは、ガソリンと空気との混合気の空気過剰率を一定に保つべくスロットル開度を逐次変化させているが、ディーゼルエンジンでは、燃料噴射量が制御されるため、スロットル開度を逐次変化させる必要がない。したがって、ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量が少ない時などＤＰＦ再生処理が行われない場合は、スロットル開度が一定開度（例えば全開状態）に保たれることが多い。この場合、固着や異物の噛み込みなどが発生していても、実際のスロットル開度と目標のスロットル開度とに差が出ないため、一見、スロットルアクチュエータが正常であると誤認識されてしまう。すなわち、スロットルアクチュエータの異常検出に際し、誤検出が発生するおそれがある。
特開２００５−１８８３０９号公報

本発明は、ガス通路に設けられた開度可変アクチュエータの異常検出の実施に際し、誤検出を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

請求項１に記載の発明では、内燃機関のガス通路に設けられた弁体の開度を調節する開度可変アクチュエータを備えている。そして、弁体の実開度を目標値に一致させるべく開度可変アクチュエータの動作をフィードバック制御する。また、弁体の開度変化を生じさせるよう開度可変アクチュエータの制御状態を意図的に操作し、その開度可変アクチュエータの操作時において弁体の挙動に基づいて開度可変アクチュエータの異常を検出する。

要するに、開度可変アクチュエータが正常か異常かによって、開度可変アクチュエータの制御状態を意図的に操作した時の弁体の挙動（開度変化）が相違する。したがって、開度可変アクチュエータの異常を検出することができる。このとき、弁体の開度変化の頻度が少ない開度可変アクチュエータの場合には、成り行きの運転条件下で異常検出を行うと誤検出の懸念が生じるが、本発明によれば、意図的な開度操作が行われるため、誤検出の懸念を解消することができる。また、所望とするタイミングで異常検出が実施できるため、異常検出を早期に実施することができる。

請求項２に記載の発明では、弁体開度の目標値を強制的に変更するとともに、その目標値の変更後にフィードバック制御を実施した時の弁体の挙動に基づいて開度可変アクチュエータの異常を検出する。この場合、開度可変アクチュエータに異常が生じていると、弁体開度の目標値の変更後において、実際の開度が目標値に追従できない。このため、実際の開度と目標値との偏差に基づいて開度可変アクチュエータの異常検出を行うことができる。

請求項３に記載の発明では、開度可変アクチュエータに対する通電量を強制的に変更するとともに、通電量の変更後における弁体の挙動に基づいて開度可変アクチュエータの異常を検出する。この場合、開度可変アクチュエータに異常が生じていると、開度可変アクチュエータに対する通電量を変更してもそれに対応して弁体開度が変化しない（又は開度変化が微小となる）。このため、開度可変アクチュエータの異常検出を行うことができる。

請求項４に記載の発明では、開度可変アクチュエータに、弁体を所定方向に付勢する付勢手段を設けた構成において、開度可変アクチュエータの制御によって付勢手段の付勢力に抗して弁体開度を調節している状態から開度可変アクチュエータの制御を停止し、その開度可変アクチュエータの制御停止時における弁体の挙動に基づいて開度可変アクチュエータの異常を検出する。

この場合、開度可変アクチュエータに対する制御（通電）が停止されると、本来は付勢手段の付勢力により所定方向に弁体が動作する。これに対し、開度可変アクチュエータに異常が生じていると、制御停止後も弁体が動作しない（又は弁体動作が微小となる）。このため、開度可変アクチュエータの異常検出を行うことができる。

請求項５に記載の発明では、弁体が動作可能となる機械的な動作範囲よりも狭い範囲で弁体の制御範囲を設定した構成において、開度可変アクチュエータの異常検出に際し、制御範囲内で弁体開度を制御した状態からその制御を解除する。

弁体の制御範囲が弁体の機械的な動作範囲よりも狭い構成であれば、仮に制御範囲の限界位置（制御全開、又は制御全閉）で開度制御が行われていても、制御停止に伴い付勢手段の付勢力によって弁体の開度変化が見込める。そのため、開度可変アクチュエータの異常検出を適正に行うことができる。

請求項６に記載の発明では、内燃機関が搭載された車両の減速時に、開度可変アクチュエータの意図的な操作（操作手段による操作）と、該操作に伴う弁体の挙動に基づく異常検出（異常検出手段による異常検出）を実施する。

内燃機関の通常の制御時において、開度可変アクチュエータの制御状態が意図的に操作されると、内燃機関の運転状態に影響を及ぼすおそれがある。このため、弁体の開度が変化しても内燃機関の運転状態に影響を及ぼさない場合か及ぼす影響が小さい場合に、開度可変アクチュエータの異常を検出することが望ましい。したがって、車両の減速時に異常検出が行われると良い。

内燃機関として、吸気系に弁体としてスロットルバルブを設けるとともに開度可変アクチュエータとしてスロットルアクチュエータを設け、更に排気系に排気浄化装置を設けた構成が考えられる。本発明は、こうした内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）に好適に適用できる。つまり、上記構成の内燃機関では、排気浄化装置の再生処理に際しスロットルバルブの開度制御が実施される。そして、スロットルアクチュエータを対象に、前記操作手段による制御状態の操作と、前記異常検出手段による異常検出とが実施される。

上記のような内燃機関（ディーゼルエンジン）の場合、成り行きの運転条件下で異常検出を行うと誤検出の懸念が生じるが、意図的な開度操作を行って異常検出を行うことにより、誤検出の懸念を解消することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は、内燃機関であるディーゼルエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと言う）を中枢として燃料噴射量の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１にはスロットルアクチュエータ１２が設けられており、スロットルアクチュエータ１２には、モータ１３によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。また、スロットルアクチュエータ１２には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１５が内蔵されている。スロットルアクチュエータ１２において、モータ１３の非通電時には、スプリング（図示略）の付勢力によりスロットルバルブ１４が所定の全開位置（機械全開位置）に保持され、モータ１３の通電に伴い、スプリングの付勢力に抗してスロットルバルブ１４の開度が調整されるようになっている。

吸気管１１に通じる吸気ポートと排気管１７に通じる排気ポートとにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排気が排気管１７に排出される。燃焼室２３には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁２４が取り付けられている。

排気管１７には、排気中のＰＭを捕集するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３１が設けられている。ＤＰＦ３１の下流側には排気を検出対象として酸素濃度（以下、排気Ｏ2濃度という）を検出するためのＡ／Ｆセンサ３２が設けられている。

吸気管１１には、最上流部のエアクリーナ（図示略）を通じて吸入される吸入空気量を検出するためのエアフロメータ３５が設けられている。その他本制御システムでは、エンジン１０の回転速度を検出する回転速度センサ３８や、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ３９が設けられている。

本エンジン１０には、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるためのＥＧＲ装置が設けられている。ＥＧＲ装置として、吸気管１１と排気管１７との間にはＥＧＲ配管４１が設けられ、そのＥＧＲ配管４１には電磁弁等によりなるＥＧＲ弁４２が設けられている。ＥＧＲ弁４２の開度が調節されることにより、ＥＧＲ配管４１を通じて吸気系に還流される排気量（ＥＧＲ量）が調整される。すなわち、エンジン１０の吸気ポートに吸入される吸入空気量が調整される。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備えた電子制御ユニットであり、ＥＣＵ５０には、上述した各種センサの検出信号が逐次入力される。そして、ＥＣＵ５０は、ＲＯＭに記憶された各種の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２４の燃料噴射制御などを適宜実施する。つまり、ＥＣＵ５０は、各種センサから検出したエンジン回転速度やアクセル操作量等のエンジン運転情報に基づいて最適な燃料噴射量及び噴射時期を決定し、それに応じた噴射制御信号により燃料噴射弁２４の駆動を制御する。

また、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ１４の開度（以下、スロットル開度という）を調節して吸入空気量を制御するスロットル制御を行う。スロットル制御において、ＥＣＵ５０は、例えば、Ａ／Ｆセンサ３２により検出される排気Ｏ2濃度などに基づいて吸入空気量の目標値を算出し、目標スロットル開度を設定する。そして、目標スロットル開度に基づいた制御指令信号によりモータ１３を動作させ、スロットル開度センサ１５により検出される実スロットル開度を目標スロットル開度に一致させる。

ここで、スロットル制御の基本制御について説明する。図２はスロットル制御処理を示すフローチャートである。

図２において、ステップＳ１０１では、ＤＰＦ再生処理中であるか否かを判定する。ＤＰＦ３１では、堆積したＰＭを燃焼除去することによりＤＰＦの捕集能力が再生される。このＤＰＦ再生処理は、ＤＰＦの温度が制御されることにより実行される。ＤＰＦ再生処理中の場合、ステップＳ１０２に進み、フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かを判定する。例えば、エンジン回転速度や燃料噴射量をパラメータとし、過渡運転状態でなければフィードバック制御の実行条件が成立するとする。ステップＳ１０２がＹＥＳ判定の場合、ステップＳ１０３に進み、スロットル開度のフィードバック制御を行う。つまり、ＤＰＦ再生処理時においてスロットル開度を制御することにより、ＤＰＦに流れる空気量を調整し、ＤＰＦ温度制御の補助を行う。このとき、実スロットル開度が目標スロットル開度となるように、ＰＩＤ制御などの手法を用いてフィードバック制御を行う。これにより、スロットルアクチュエータ１２が高応答かつ高精度に制御され、ＤＰＦ再生処理が適正に実行される。また、ステップＳ１０１又はステップＳ１０２のいずれかがＮＯ判定の場合、ステップＳ１０４に進み、スロットル開度のオープン制御を行う。

ディーゼルエンジンでは、上記のようにスロットル制御が行われる。すなわち、通常制御時において、エンジン運転状態に基づいて燃料噴射量のフィードバック制御が行われているため、吸入空気量が変化する頻度が小さい。このため、目標スロットル開度が一定に保たれることが多く、スロットル開度のオープン制御が行われている。目標スロットル開度は、例えば全開に保持される。

ところで、スロットルアクチュエータ１２において、固着や異物の噛み込みなどの異常が発生した場合、スロットルバルブ１４が適正に動作しなくなることが考えられる。具体的には、ＥＧＲ装置により還流されるＥＧＲガスには、ＰＭ（粒子状物質）、未燃焼ガスなどが含まれているため、これらの燃料成分などがスロットルアクチュエータ１２に付着すると、スロットルバルブ１４の動作が遅くなったり、固着して動作しなくなったりすることがある。ここで、スロットルバルブ１４が固着してしまった場合、吸入空気量が一定とされる。このとき、例えばＤＰＦ再生処理が実行されると、ＤＰＦの温度が適正に保たれないため、ＰＭの燃焼除去が十分に行われない。このため、ＤＰＦにおいて、ＰＭが過度に堆積し、ＰＭ捕集能力の低下やＤＰＦの破損といった不都合が発生するおそれがある。

そこで、スロットルバルブ１４の開度変化を生じさせるようにスロットルアクチュエータ１２の制御状態を意図的に操作する。すなわち、目標スロットル開度を強制的に変更し、スロットルバルブ１４を動作させる。これにより、スロットルバルブ１４の挙動に基づいてスロットルアクチュエータ１２の異常を検出することができる。また、スロットルバルブ１４を強制的に動作させるため、スロットル開度が一定に保たれることが多い場合でも、必要に応じて異常検出を実施することができる。したがって、スロットルアクチュエータ１２において、スロットルバルブ１４が目標スロットル開度と同じ開度で固着した状態など、スロットル開度の通常制御時には誤検出してしまう状態でも、誤検出を抑制することができる。

因みに、スロットル開度のフィードバック制御時など、目標スロットル開度が逐次変化する場合でも、目標スロットル開度が実スロットル開度と一致する回数や期間が少ないと、目標スロットル開度に対する実スロットル開度の応答が正しくモニタできない。そのため、スロットルアクチュエータ１２の異常を正しく検出できる機会が少ないものとなる。

図３にスロットルアクチュエータ１２の異常検出処理のフローチャートを示す。本処理は所定の時間周期でＥＣＵ５０により繰り返し実行される。

図３において、ステップＳ２０１では、スロットルアクチュエータ１２の異常検出の実行条件が成立したか否かを判定する。具体的には、エンジン始動時、フェイルセーフ処理などによるスロットル制御停止時、車両急加減速時などは、異常検出の実行条件が成立しないとして、そのまま本処理を終了する。例えば、車両急加減速時におけるスロットルバルブ１４は、過渡的に動作する可能性がある。この場合、スロットルアクチュエータ１２に異常が発生していなくても、スロットルバルブ１４の応答遅れなどに起因して、実スロットル開度が目標スロットル開度に追従していないと考えられる。そこで、誤検出を抑制するために異常検出の実行条件を不成立とする。これに対して、車両の減速中など、スロットル開度を変更してもエンジン運転状態に影響を及ぼさない場合又は及ぼす影響が小さい場合は、異常検出の実行条件が成立するとして、ステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、目標スロットル開度を強制的に変更する。例えば、現在の実スロットル開度から＋５度の開度に目標スロットル開度を設定する。この開度はエンジン運転状態に影響を及ぼさない開度であるとともに、スロットル制御におけるばらつきを考慮した開度であれば良く、実スロットル開度の±５％の開度などとしても良い。そして、実スロットル開度をスロットル開度センサ１５より取得し、実スロットル開度と目標スロットル開度との偏差に基づいて、ＰＩＤ制御などの手法を用いたスロットル開度のフィードバック制御を実行する。

ステップＳ２０３では、目標スロットル開度を変更してから所定時間が経過したか否かを判定する。スロットル開度のフィードバック制御により実スロットル開度を目標スロットル開度に追従させているため、実スロットル開度が目標スロットル開度に一致するまでにある程度の時間を要する。このため、所定時間をスロットルバルブ１４の応答遅れ時間などを考慮した時間とすると良い。所定時間が経過していない場合、所定時間が経過するまでステップＳ２０３での処理を繰り返し、所定時間が経過した場合、ステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、実スロットル開度（実開度）が目標スロットル開度（目標開度）と一致したか否かを判定する。この場合、フィードバック制御のばらつきを考慮すると良い。例えば、許容範囲を設け、スロットル開度の偏差が許容範囲内であれば実スロットル開度が目標スロットル開度と一致したと判定する。また、ステップＳ２０４がＹＥＳ判定の場合、ステップＳ２０５に進み、スロットルアクチュエータ１２が正常に動作していると判定し、本処理を終了する。

ステップＳ２０４がＮＯ判定の場合、ステップＳ２０６に進み、スロットルアクチュエータ１２に異常が発生していると判定する。所定時間内に実スロットル開度が目標スロットル開度と一致しない場合は、スロットルバルブ１４に異常が発生していると判定する。このとき、スロットルバルブ１４だけでなくモータ１３等に異常が発生した場合でも、スロットルバルブ１４の挙動に基づいてその異常を検出することができる。

ステップＳ２０７では、スロットルアクチュエータ１２の異常発生に対応するフェイルセーフ処理を実行する。これにより、スロットルアクチュエータ１２の異常に起因した他の機器やエンジン１０の故障などの発生が抑制される。また、警告ランプの点灯などにより異常警告を発しても良い。

図４は、スロットルアクチュエータ１２の異常検出処理が行われた場合のスロットルバルブ１４の挙動を示すものである。図４において、（ａ）は正常時のスロットル開度の変化を、（ｂ），（ｃ）は異常時のスロットル開度の変化（異常時１，異常時２）をそれぞれ示す。

タイミングｔ１以前は、都度のエンジン運転状態に基づいて目標スロットル開度が設定され、その目標スロットル開度に対するフィードバック制御が行われている。そして、タイミングｔ１以降、異常検出の実行条件成立に伴い、異常検出処理が行われる。つまり、タイミングｔ１では、目標スロットル開度が強制的に変更される。このとき、スロットルアクチュエータ１２が正常であれば、目標スロットル開度（目標値）に追従して実スロットル開度（実開度）が変化し、タイミングｔ２において実スロットル開度が目標スロットル開度とほぼ一致する。したがって、スロットルアクチュエータ１２が正常であると判定される。

これに対し、固着などによりスロットルバルブ１４が動作しない場合（異常時１）は、目標スロットル開度が強制的に変更されても実スロットル開度が変化しない。このとき、スロットルバルブ１４が動作しないため、一定の開度となっている。したがって、タイミングｔ２においてスロットルアクチュエータ１２が異常であると判定される。また、スロットルバルブ１４の動作が遅い場合（異常時２）は、実スロットル開度が目標スロットル開度に追従しないため、タイミングｔ２において実スロットル開度が目標スロットル開度と一致しない。したがって、スロットルアクチュエータ１２が異常であると判定される。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

スロットルアクチュエータ１２の異常検出に際し、目標スロットル開度を強制的に変更することにより、スロットルバルブ１４を動作させるようにした。これにより、スロットルバルブ１４の挙動に基づいてスロットルアクチュエータ１２の異常を検出することができる。このとき、意図的にスロットルバルブ１４を動作させるため、スロットルアクチュエータ１２においてスロットル開度が一定に保たれることが多い場合でも、早期に異常を検出することができる。さらに、異常検出の実施に際し、誤検出を抑制することができる。

目標スロットル開度の変更後、所定期間内に実スロットル開度が目標スロットル開度に一致するか否かを判定するようにした。このため、目標スロットル開度への実スロットル開度の追従性の低下を検出することができる。追従性の低下を検出することにより、スロットルアクチュエータ１２の異常検出を行うことができる。

車両の減速中など、スロットル開度を変更してもエンジン運転状態に影響を及ぼさない場合又は及ぼす影響が小さい場合に異常検出を行うようにしたため、車両走行に影響を与えずにスロットルアクチュエータ１２の異常検出を行うことができる。

また、スロットルアクチュエータ１２の異常検出を行うことにより、ＤＰＦの破損など、スロットルアクチュエータ１２の異常に起因したほかの機器やエンジン１０の故障などの発生を抑制することができる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、スロットル開度のフィードバック制御時に目標スロットル開度を強制的に変更し、その時の実スロットル開度の応答により異常検出を実施したが、第２の実施の形態では、スロットルアクチュエータ１２（モータ１３）への通電量を強制的に変更し、その時の実スロットル開度の応答により異常検出を実施する。以下、第１の実施の形態との相違部分を中心に説明する。

図５は、本実施の形態におけるスロットルアクチュエータ１２の異常検出処理のフローチャートであり、本処理は前記図３の代わりにＥＣＵ５０により実行される。なお、図５は、前記図３と重複する処理も含まれており、ステップＳ３０１，Ｓ３０３，Ｓ３０５〜Ｓ３０７などは同一処理であるため説明を簡略化する。

図５において、ステップＳ３０１では、スロットルアクチュエータ１２の異常検出の実行条件が成立したか否かを判定する。異常検出の実行条件が不成立の場合、そのまま本処理を終了する。異常検出の実行条件が成立する場合、ステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２では、スロットルアクチュエータ１２に対する通電量を強制的に変更する。例えば、現在の実スロットル開度から＋５度の開度とするための通電量を算出する。このとき、通電量に対するスロットル開度の変化量の特性をあらかじめマップなどに規定しても良い。そして、通電量を変更することにより、スロットル開度のオープン制御を実行する。

ステップＳ３０３では、目標スロットル開度を変更してから所定時間が経過したか否かを判定する。そして、ＮＯ判定の場合、ステップＳ３０３での処理を繰り返し、ＹＥＳ判定の場合、ステップＳ３０４に進む。ステップＳ３０４では、実スロットル開度が通電量の変化に対応したスロットル開度（以下、指令開度という）と一致したか否かを判定する。この場合、オープン制御のばらつきを考慮すると良い。例えば、許容範囲を設け、スロットル開度の偏差が許容範囲内であれば実スロットル開度（実開度）が指令開度と一致したと判定する。

ステップＳ３０４がＹＥＳ判定の場合、ステップＳ３０５に進み、スロットルアクチュエータ１２が正常に動作していると判定し、本処理を終了する。ステップＳ３０４がＮＯ判定の場合、ステップＳ３０６に進み、スロットルアクチュエータ１２に異常が発生していると判定する。ステップＳ３０７では、スロットルアクチュエータ１２の異常発生に対応するフェイルセーフ処理を実行する。

図６は、スロットルアクチュエータ１２の異常検出処理が行われた場合のスロットルバルブ１４の挙動を示すものである。図６において、（ａ）は正常時のスロットル開度の変化を、（ｂ），（ｃ）は異常時のスロットル開度の変化（異常時１，異常時２）をそれぞれ示す。なお、異常検出処理が行われる期間以外ではフィードバック制御によりスロットル制御が行われているとする。

タイミングｔ１１では、スロットルアクチュエータ１２に対する通電量が強制的に変更される。このとき、スロットルアクチュエータ１２が正常であれば、通電量の変更に伴い実スロットル開度（実開度）が変化し、タイミングｔ１２において実スロットル開度が指令開度とほぼ一致する。したがって、スロットルアクチュエータ１２が正常であると判定される。これに対し、固着などによりスロットルバルブ１４が動作しない場合（異常時１）は、通電量が強制的に変更されても実スロットル開度が変化しない。また、スロットルバルブ１４の動作が遅い場合（異常時２）は、実スロットル開度が指令開度に追従しないため、タイミングｔ１２において実スロットル開度が指令開度と一致しない。したがって、スロットルアクチュエータ１２が異常であると判定される。

以上詳述した第２の形態によれば、スロットルアクチュエータ１２の異常検出に際し、スロットルアクチュエータ１２に対する通電量を強制的に変更するようにした。このため、スロットルバルブ１４が動作し、スロットルバルブ１４の挙動に基づいてスロットルアクチュエータ１２の異常を検出することができる。
（第３の実施の形態）
スロットルアクチュエータ１２においては、スロットルバルブ１４の全開位置及び全閉位置にストッパが設けられており、そのストッパにて規定される機械的動作範囲内でスロットルバルブ１４が動作可能となっている。また、スロットルバルブ１４は、スプリングによって全開方向に付勢されており、ＥＣＵ５０によってスロットルアクチュエータ１２が電気的に制御されることにより所望の開度に調節されるようになっている。このとき、スロットルバルブ１４の制御範囲は、機械的動作範囲よりも狭い範囲となっている。

図７を用いて説明すれば、（ａ）に示すようにスロットルバルブ１４の機械全開位置はＭ１であり、制御全開位置はＳ１である。また、（ｂ）に示すようにスロットルバルブ１４の機械全閉位置はＭ２であり、制御全閉位置はＳ２である。例えば、機械的動作範囲（Ｍ１〜Ｍ２）は０〜９０度であり、制御範囲（Ｓ１〜Ｓ２）は５〜８０度である。

機械的動作範囲に比べて制御範囲が狭い範囲となっているため、通常のスロットル制御時において、スロットルバルブ１４とストッパとの接触を防止することができる。これにより、スロットルバルブ１４及びストッパの接触部における磨耗を防止することができる。また、スロットルアクチュエータ１２において、スロットルバルブ１４を動作させるギア等の機構の異常磨耗を抑制することができる。

本実施の形態では、スロットルアクチュエータ１２への通電を強制的に停止させることで、スプリングの付勢力によりスロットルバルブ１４を強制的に動作させる。そして、その時の実スロットル開度の応答により異常検出を実施する。

図８に本実施の形態におけるスロットルアクチュエータ１２の異常検出処理のフローチャートを示す。本処理は前記図３の代わりにＥＣＵ５０により実行される。なお、図７は、前記図３と重複する処理も含まれており、ステップＳ４０１，Ｓ４０３，Ｓ４０５〜Ｓ４０７などは同一処理であるため説明を簡略化する。

図８において、ステップＳ４０１では、スロットルアクチュエータ１２の異常検出の実行条件が成立したか否かを判定する。異常検出の実行条件が不成立の場合は、そのまま本処理を終了し、異常検出の実行条件が成立する場合は、ステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２では、スロットルアクチュエータ１２への通電を強制的に停止する。これにより、スプリングの付勢力によりスロットルバルブ１４が機械全開開度まで動作する。ステップＳ４０３では、スロットルアクチュエータ１２への通電を停止してから所定時間が経過したか否かを判定する。ＮＯ判定の場合、ステップＳ４０３での処理を繰り返し、ＹＥＳ判定の場合、ステップＳ４０４に進む。

ステップＳ４０４では、実スロットル開度（実開度）が機械全開開度と一致したか否かを判定する。ＹＥＳ判定の場合、ステップＳ４０５に進み、スロットルアクチュエータ１２が正常に動作していると判定し、本処理を終了する。ＮＯ判定の場合、ステップＳ４０６に進み、スロットルアクチュエータ１２に異常が発生していると判定する。ステップＳ４０７では、スロットルアクチュエータ１２の異常発生に対応するフェイルセーフを実行する。

図９は、スロットルアクチュエータ１２の異常検出処理が行われた場合のスロットルバルブ１４の挙動を示すものである。図９において、（ａ）は正常時のスロットル開度の変化を、（ｂ），（ｃ）は異常時のスロットル開度の変化（異常時１，異常時２）をそれぞれ示す。なお、異常検出処理が行われる期間以外ではフィードバック制御によりスロットル制御が行われているとする。

タイミングｔ２１では、スロットルアクチュエータ１２への通電が停止される。このとき、スロットルアクチュエータ１２が正常であれば、通電の停止に伴いスプリングの付勢力により実スロットル開度（実開度）が変化し、タイミングｔ２２において実スロットル開度が機械全開開度（機械全開）と一致する。したがって、スロットルアクチュエータ１２が正常であると判定される。これに対し、固着などによりスロットルバルブ１４が動作しない場合（異常時１）は、スロットルアクチュエータ１２への通電が停止されても実スロットル開度が変化しない。また、スロットルバルブ１４の動作が遅い場合（異常時２）は、実スロットル開度の変化が緩やかなため、タイミングｔ２２において実スロットルが機械全開開度と一致しない。

以上詳述した第３の形態によれば、スロットルアクチュエータ１２の異常検出に際し、スロットルアクチュエータ１２への通電を強制的に停止するようにした。このため、スプリングの付勢力によりスロットルバルブ１４が動作し、スロットルバルブ１４の挙動に基づいてスロットルアクチュエータ１２の異常を検出することができる。

スロットルバルブ１４において、機械的動作範囲に比べて制御範囲を小さい範囲となるようにした。このため、スプリングの付勢力によりスロットルバルブ１４を動作させることにより、電気的な制御では検出できない機械的動作範囲内での異常を検出することができる。また、通常のスロットル制御時において、スロットルバルブ１４及びストッパの接触部やスロットルアクチュエータ１２の可動機構部などの磨耗を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記第１の実施の形態では、目標スロットル開度の変更後、所定時間が経過した時の開度偏差に基づいてスロットルアクチュエータ１２の異常を判定したが、これを変更し、目標スロットル開度の変更後、実スロットル開度の変化速度（実スロットル開度の微分値など）や、目標スロットル開度に収束するまでの所要時間に基づいてスロットルアクチュエータ１２の異常を判定しても良い。第２の実施の形態についても同様に、スロットルアクチュエータ１２に対する通電量の変更後、実スロットル開度の変化速度や、指令開度に収束するまでの所要時間に基づいてスロットルアクチュエータ１２の異常を判定しても良い。さらに、第３の実施の形態においても、スロットルアクチュエータ１２への通電の停止後、実スロットル開度の変化速度や、機械全開開度に収束するまでの所用時間に基づいてスロットルアクチュエータ１２の異常を判定しても良い。

上記各実施の形態によるスロットルアクチュエータ１２の異常検出を併せて実施しても良い。例えば、目標スロットル開度を強制的に変更して実施する異常検出（第１の実施の形態）と、スロットルアクチュエータ１２への通電を強制的に停止して実施する異常検出（第３の実施の形態）とを併せて行う。この場合、目標スロットル開度の変更時にスロットルアクチュエータ１２が正常であると判定され、スロットルアクチュエータ１２の通電停止時にスロットルアクチュエータ１２が異常であると判定されれば、スプリングに基因した異常と考えられる。したがって、これらの異常検出を併せて実施することにより、スプリングの異常を検出することができる。また、スロットルアクチュエータ１２に対する通電量を強制的に変更して実施する異常検出（第２の実施の形態）と、スロットルアクチュエータ１２への通電を強制的に停止して実施する異常検出（第３の実施の形態）とを併せて行っても良い。

上記各実施の形態において、スロットルアクチュエータ１２は、スロットルバルブ１４がスプリングにより付勢されて全開位置で停止するもの（ノーマリオープンタイプ）であったが、スロットルバルブ１４がスプリングにより付勢されて全閉位置で停止するもの（ノーマリクローズタイプ）でも良い。

上記各実施の形態では、本発明を吸気管１１に設けられたスロットルアクチュエータ１２に対して適用したが、これに限らない。例えば、ＥＧＲ装置など、ガス通路に設けられた弁体を有するアクチュエータであれば良い。特に、動作頻度が低い弁体であれば、本発明を適用するにあたり有益であると考えられる。

本実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。 スロットル制御処理を示すフローチャートである。 スロットルアクチュエータの異常検出処理を示すフローチャートである。 スロットルバルブの挙動を示すタイムチャートである。 第２の実施の形態におけるスロットルアクチュエータの異常検出処理を示すフローチャートである。 第２の実施の形態におけるスロットルバルブの挙動を示すタイムチャートである。 第３の実施の形態におけるスロットルバルブの可動域を示す図である。 第３の実施の形態におけるスロットルアクチュエータの異常検出処理を示すフローチャートである。 第３の実施の形態におけるスロットバルブの挙動を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０…エンジン、１１…吸気管、１２…スロットルアクチュエータ、１３…モータ、１４…スロットルバルブ、１５…スロットル開度センサ、３１…ＤＰＦ、５０…操作手段、異常検出手段としてのＥＣＵ。

Claims (7)

1. 内燃機関のガス通路に設けられた弁体の開度を調節する開度可変アクチュエータを備え、前記弁体の実開度を目標値に一致させるべく前記開度可変アクチュエータの動作をフィードバック制御する内燃機関の制御装置において、
   前記弁体の開度変化を生じさせるよう前記開度可変アクチュエータの制御状態を意図的に操作する操作手段と、
   前記操作手段による開度可変アクチュエータの操作時に前記弁体の挙動に基づいて前記開度可変アクチュエータの異常を検出する異常検出手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記操作手段は前記目標値を強制的に変更する一方、
   前記異常検出手段は、前記目標値の変更後に前記フィードバック制御を実施した時の前記弁体の挙動に基づいて前記開度可変アクチュエータの異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記操作手段は、前記開度可変アクチュエータに対する通電量を強制的に変更する一方、
   前記異常検出手段は、前記通電量の変更後における前記弁体の挙動に基づいて前記開度可変アクチュエータの異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記開度可変アクチュエータに、前記弁体を所定方向に付勢する付勢手段を設け、
   前記操作手段は、前記開度可変アクチュエータの制御によって前記付勢手段の付勢力に抗して弁体開度を調節している状態から前記開度可変アクチュエータの制御を停止する一方、
   前記異常検出手段は、前記開度可変アクチュエータの制御停止時における前記弁体の挙動に基づいて前記開度可変アクチュエータの異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記弁体が動作可能となる機械的な動作範囲よりも狭い範囲で前記弁体の制御範囲を設定した内燃機関の制御装置であって、
   前記操作手段は、前記異常検出手段による異常検出に際し、前記制御範囲内で弁体開度を制御した状態から該制御を解除することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関が搭載された車両の減速時に、前記操作手段による操作と前記異常検出手段による異常検出とを実施することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 吸気系に前記弁体としてスロットルバルブを設けるとともに前記開度可変アクチュエータとしてスロットルアクチュエータを設け、更に排気系に排気浄化装置を設けた内燃機関に適用され、前記排気浄化装置の再生処理に際し前記スロットルバルブの開度制御を実施する内燃機関の制御装置において、
   前記スロットルアクチュエータを対象に、前記操作手段による制御状態の操作と、前記異常検出手段による異常検出とを実施することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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