JP2009013823A - 電子制御スロットル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】診断時間を不要に長大化することなく簡単な処理によってモータの駆動停止機能を効率よく診断することができる電子制御スロットル装置を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ１００は、モータ６の停止機能診断の実行開始時に、スプリング１０ａ，１０ｂによる付勢力に抗してスロットル弁５を動作させるための目標スロットル開度を診断用目標スロットル開度Ｍθｔｈ１として演算して設定時間Ｔ１保持する。そして、この保持時間Ｔ１内におけるスロットル弁５の状態に基づき、スプリング１０ａ，１０ｂの付勢力に対する設定値以上の抗力の発生を検出したとき、モータ６が正常に駆動停止されていないことを判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータの駆動力によってスロットル弁を開閉動作させる電子制御スロットル装置に関する。

モータの駆動力によってスロットル弁を開閉動作させる電子制御スロットル装置において、スロットルボディは、一般に、リターンスプリングとオープナスプリングとを有して構成されている。そして、これらのスプリングによって、モータが非通電のときのスロットル弁開度が所定の中間開度（オープナ開度）に維持される。

この種の電子制御スロットル装置の故障診断については、数多くの提案がなされており、例えば、特許文献１には、電子制御スロットル装置の起動直前にスロットルセンサの検出値に基づいてスロットル弁をオープナ開度に維持するためのオープナ機構の故障診断を行った後、スロットルセンサ等の駆動制御系の故障診断を行う技術が開示されている。そして、駆動制御系のみが故障と判定された場合、モータを強制的に駆動停止させてスロットル開度をオープナ開度に維持し、所期の出力レベルでエンジンの運転を継続させることにより退避走行を実現させる。一方、駆動制御系及びオープナ機構の故障が判定された場合、モータを強制的に駆動停止するとともに燃料カット制御を実行し、所期の出力レベルでエンジンの運転を継続させることにより退避走行を実現させる。
特開２００１-１０７７８６号公報

ところで、上述のように、退避走行時には、一般に、モータの駆動停止機能を有効に機能させる必要がある。従って、この種の電子制御スロットル装置においては、オープナ機構の故障診断や駆動制御系の故障診断に加え、モータの駆動停止機能についても故障診断を行う必要がある。しかしながら、例えば、これらの故障診断をエンジン始動前の一連の診断処理として行った場合、診断時間の長大化や診断処理の複雑化等を招く虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、診断時間を不要に長大化することなく簡単な処理によってモータの駆動停止機能を効率よく診断することができる電子制御スロットル装置を提供することを目的とする。

本発明は、スロットル弁を駆動するモータと、前記スロットル弁に対する制御開度指示値を設定する指示値設定手段と、前記制御開度指示値に基づいて前記モータを駆動するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段に対する通電制御を行う通電制御手段と、前記モータの非駆動時に前記スロットル弁を中間開度に保持する付勢手段と、を備えた電子制御スロットル装置において、前記通電制御手段による通電遮断時に前記モータが正常に駆動停止されているか否かの診断を行う診断手段を有し、前記指示値設定手段は、前記診断手段による診断が開始されたとき、当該診断開始時の前記付勢手段の付勢力に抗して前記スロットル弁を動作させるため制御開度指示値を診断用制御開度指示値として設定時間保持し、前記診断手段は、前記診断用制御開度指示値の保持時間内における前記スロットル弁の状態に基づいて前記付勢手段の付勢力に対する設定値以上の抗力の発生を検出したとき、前記モータが正常に駆動停止されていないことを判定することを特徴とする。

本発明の電子制御スロットル装置によれば、診断時間を不要に長大化することなく簡単な処理によってモータの駆動停止機能を効率よく診断することができる。

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１はエンジン制御系の概略構成図、図２はモータ停止機能診断ルーチンのフローチャート、図３はモータ停止機能診断時のスロットル開度の挙動を示すタイミングチャートである。

図１において、符号１はエンジンであり、このエンジン１の吸気ポートには吸気通路２が連通されている。吸気通路２には、吸気ポートの直上流側にインジェクタ３が介装され、インジェクタ３の上流側に、スロットルボディ４を介して吸入空気量センサ８が介装されている。スロットルボディ４には、スロットル弁５が介装され、このスロットル弁５が電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００によって駆動制御されるモータ（本実施形態においては、直流モータ）６にギヤ７を介して連設されている。

スロットル弁５は、モータ６が非通電のとき、オープナストッパ９に当接するように付勢手段としてのリターンスプリング１０ａによって付勢されており、オープナストッパ９でのスロットル開度が万一の場合の退避走行を可能とするリンプホーム開度（中間開度）θｔｈ０を与える。また、スロットル弁５が付勢手段としてのオープナスプリング１０ｂの付勢力に抗してモータ６により閉側に制御されたときの全閉位置は、全閉ストッパ１１によって規制される。尚、図においては、スロットル弁５の位置を、上下方向の動きで模式的に示している。

ＥＣＵ１００は、メイン及びサブの２つのマイクロコンピュータ１０１，１０２（以下、メインマイコン１０１、サブマイコン１０２と記載する）を備えている。メインマイコン１０１とサブマイコン１０２とは、互いの通信インターフェースを介して双方向通信可能であり、主としてメインマイコン１０１で燃料噴射制御や点火時期制御等のエンジン制御を分担し、サブマイコン１０２でモータ６の駆動制御（スロットル制御）を分担する。

このため、メインマイコン１０１には、アクセルペダル１２の踏み込み量を検出する２系統のアクセルセンサ１３（メインアクセルセンサ１３ａ、サブアクセルセンサ１３ｂ）、及びスロットル弁５の開度を検出する２系統のスロットルセンサ１４（メインスロットルセンサ１４ａ、サブスロットルセンサ１４ｂ）からの信号が入力されるとともに、吸入空気量センサ８、クランク角センサ１５、冷却水温センサ１６、その他、エンジン運転状態を検出するための図示しないセンサ類からの信号が入力される。そして、これらの入力信号に基づいて、メインマイコン１０１は、スロットル弁５に対する制御開度指示値である目標スロットル開度Ｍθｔｈを演算し、実スロットル開度θｔｈとの偏差に基づいて、モータ６をＰＷＭ制御するための制御信号（デューティ比）を演算する。このように、本実施形態において、メインマイコン１０１は制御開度指示値設定手段としての機能を有し、目標スロットル開度Ｍθｔｈに基づいて演算された制御信号は、サブマイコン１０２を介して、モータ駆動手段としてのモータ駆動回路１０３に出力される。

また、２系統のアクセルセンサ１３、及び２系統のスロットルセンサ１４からの信号は、一方の系統が通常の制御に使用され、他方の系統が自己診断に使用される。すなわち、アクセルペダル１２の踏み込み量を２重系のアクセルセンサ１３で検出してＥＣＵ１００内部に読込み、ＥＣＵ１００内部のメインマイコン１０１とサブマイコン１０２とによる２重系で処理した上で、モータ６を駆動して最適なスロットル開度に制御するとともに、スロットル弁５の動きを２重系のスロットルセンサ１４で検出してＥＣＵ１００内部に読込み、正常に動作しているか否かを監視する。

ＥＣＵ１００内部のメインマイコン１０１とサブマイコン１０２とによる２重系の出力は、一致回路１０４を介してモータリレー１０５に出力される。そして、２重系の出力が正常に一致している場合、一致回路１０４の出力によってモータリレー１０５がオン駆動され、バッテリ１０６からの電源がモータリレー１０５からモータ駆動回路１０３を介してモータ６に供給される。一方、メインマイコン１０１とサブマイコン１０２とによる２重系の出力が異常である場合、或いは、エンジン１の停止時には、モータリレー１０５がオフされ、モータ駆動回路１０３への通電が遮断（カット）される。このように、本実施形態において、モータリレー１０５はＥＣＵ１００とともに通電制御手段としての機能を実現する。

また、ＥＣＵ１００は、エンジン１の停止時に、例えば、スロットルボディ系やモータ電源系等に対する各種故障診断を行う。これらの故障診断の一つとして、ＥＣＵ１００は、モータ停止機能が正常に機能しているか否かの診断を行う。

本実施形態において、このモータ停止機能に対する診断は、ＥＣＵ１００内部のサブマイコン１０２を主体として行われ、例えば、エンジン１の駆動が停止され、ＥＣＵ１００がモータリレー１０５を通じてモータ６への通電カット制御を行った後に、僅かなディレイ時間Ｔ０を経て速やかに実行される（図３参照）。この診断の実行開始時に、メインマイコン１０１は、診断開始時のスプリング１０ａ，１０ｂによる付勢力に抗してスロットル弁５を動作させるための目標スロットル開度を診断用目標スロットル開度Ｍθｔｈ１として演算し、この診断用目標スロットル開度Ｍθｔｈ１を設定時間Ｔ１保持する。具体的には、診断開始時の実スロットル開度θｔｈ（＝θｔｈ１）が中間開度θｔｈ０よりも大きく、スプリング１０ａ，１０ｂの付勢力が閉弁側に作用している場合、メインマイコン１０１は、実スロットル開度θｔｈよりも大値（開弁側の値）を診断用目標スロットル開度Ｍθｔｈ１として設定する（図３（ａ）〜（ｃ）参照）。一方、診断開始時の実スロットル開度θｔｈ１が中間開度θｔｈ０よりも小さく、スプリング１０ａ，１０ｂの付勢力が開弁側に作用している場合、メインマイコン１０１は、実スロットル開度θｔｈよりも小値（閉弁側の値）を診断用目標スロットル開度Ｍθｔｈ１として設定する。また、診断開始時の実スロットル開度θｔｈ１が中間開度θｔｈ０と略一致する場合、メインマイコン１０１は、中間開度θｔｈ０に対して大値或いは小値を診断用目標スロットル開度Ｍθｔｈ１として設定する（図３（ｄ）参照）。

設定時間Ｔ１はスロットル弁５の監視時間として設定されるものであり、サブマイコン１０２は、メインマイコン１０１で演算された診断用目標スロットル開度Ｍθｔｈ１に基づく制御信号（デューティ比）をモータ駆動回路１０３に出力しつつ、診断開始から設定時間Ｔ１が経過するまでの間のスロットル弁５の状態を監視する。そして、サブマイコン１０２は、スロットル弁５の状態に基づいて、スプリング１０ａ，１０ｂの付勢力に対する設定値以上の抗力の発生を検出したとき、モータ６が正常に駆動停止していないことを判定する。このように、本実施形態において、サブマイコン１０２は、診断手段としての機能を有する。

次に、ＥＣＵ１００で実行されるモータ停止機能診断について、図２に示すモータ停止機能診断ルーチンのフローチャートに従って説明する。
この診断ルーチンは、例えば、エンジン１の停止に伴うモータ６への通電カット制御が実行されてから設定時間Ｔ０経過後に１回に限り実行されるもので、ルーチンがスタートすると、ＥＣＵ１００は、先ず、ステップＳ１０１において、現在の実スロットル開度θｔｈを診断開始時の実スロットル開度θｔｈ１としてセットする。

続くステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、診断開始時の実スロットル開度θｔｈ１が中間開度θｔｈ０以上であるか否かを調べる。

その結果、ステップＳ１０２において、実スロットル開度θｔｈ１が中間開度θｔｈ０以上であると判定した場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０３に進み、実スロットル開度θｔｈ１に所定開度α（α＞０）を加算した値を診断用目標スロットル開度Ｍθｔｈ１として設定した後（Ｍθｔｈ１＝θｔｈ１＋α）、ステップＳ１０５に進む。

一方、ステップＳ１０２において、実スロットル開度θｔｈ１が中間開度θｔｈ０よりも小さいと判定した場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０４に進み、実スロットル開度θｔｈ１に所定開度αを減算した値を診断用目標スロットル開度Ｍθｔｈ１として設定した後（Ｍθｔｈ１＝θｔｈ１−α）、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０３或いはステップＳ１０４からステップＳ１０５に進むと、ＥＣＵ１００は、設定した診断用目標スロットル開度Ｍθｔｈ１に基づく制御信号をモータ駆動回路１０３に出力し、続くステップＳ１０６で、診断を開始してから設定時間（保持時間）Ｔ１が経過したか否かを調べる。

そして、ステップＳ１０６において、未だ設定時間Ｔ１が経過していないと判断した場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０５に戻る。

一方、ステップＳ１０６において、設定時間Ｔ１が経過したと判断すると、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０７に進み、現在の実スロットル開度θｔｈを保持時間経過時の実スロットル開度θｔｈ２としてセットするとともに、モータ駆動回路１０３に対する制御信号の出力を停止する。

そして、ステップＳ１０７からステップＳ１０８に進むと、ＥＣＵ１００は、実スロットル開度θｔｈ１に対する実スロットル開度θｔｈ２の変化量に基づき、スロットル弁５に、スプリング１０ａ，１０ｂの付勢力に対する設定値以上の抗力が発生したか否かを調べる。

具体的には、ＥＣＵ１００は、例えば、θｔｈ１≧θｔｈ０である場合において、θｔｈ１とθｔｈ２との偏差Δθｔｈ（＝θｔｈ１−θｔｈ２）が負値であるとき、モータ６により、スプリング１０ａ，１０ｂの付勢力に対する設定値以上の抗力が発生したと判定する。一方、ＥＣＵ１００は、例えば、θｔｈ１＜θｔｈ０である場合において、θｔｈ１とθｔｈ２との偏差Δθｔｈ（＝θｔｈ１−θｔｈ２）が正値であるとき、モータ６により、スプリング１０ａ，１０ｂの付勢力に対する設定値以上の抗力が発生したと判定する。

そして、ステップＳ１０８において、スプリング１０ａ，１０ｂの付勢力に対する抗力がスロットル弁５に発生したと判定した場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０９に進み、モータ６が何らかの理由により駆動されており、モータ６に対する駆動停止機能が異常であると判定した後、ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０８において、スプリング１０ａ，１０ｂの付勢力に対する抗力がスロットル弁５に発生していないと判定した場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１０に進み、モータ６に対する駆動停止機能が正常であると判定した後、ルーチンを抜ける。

このような実施形態によれば、モータ６の停止機能診断の実行開始時に、スプリング１０ａ，１０ｂによる付勢力に抗してスロットル弁５を動作させるための目標スロットル開度を診断用目標スロットル開度Ｍθｔｈ１として演算して設定時間Ｔ１保持し、この保持時間Ｔ１内におけるスロットル弁５の状態に基づき、スプリング１０ａ，１０ｂの付勢力に対する設定値以上の抗力の発生を検出したとき、モータ６が正常に駆動停止されていないことを判定することにより、診断時間を不要に長大化させることなく簡単な処理によってモータ６の駆動停止機能を効率よく診断することができる。

すなわち、診断開始時の実スロットル開度θｔｈ１が中間開度θｔｈ０よりも大きくスプリング１０ａ，１０ｂの付勢力が閉弁側に作用している場合には実スロットル開度θｔｈ１よりも開弁側の値を診断用目標スロットル開度Ｍθｔｈ１として設定し、診断開始時の実スロットル開度θｔｈ１が中間開度θｔｈ０よりも小さくスプリング１０ａ，１０ｂの付勢力が開弁側に作用している場合には実スロットル開度θｔｈ１よりも閉弁側の値を診断用目標スロットル開度Ｍθｔｈ１として設定することにより、モータリレー１０５の閉故障等によってモータ６の駆動停止機能に異常が発生した際にスプリング１０ａ，１０ｂの付勢力に対する抗力を発生させることができ、この抗力の発生によって異常を的確に判定することができる。従って、スロットル弁５が如何なる状態にある場合にもモータ６の駆動停止機能を診断することができる。例えば、図３（ａ），（ｃ）に示すように、スロットル弁５が速やかに中間開度θｔｈ０に復帰する場合は勿論のこと、図３（ｂ），（ｄ）に示すように、スプリング１０ａ，１０ｂの付勢力の低下等に起因してスロットル弁５が中間開度θｔｈ０への復帰途中にある場合にも、当該中間開度θｔｈ０への復帰を待つことなく、速やかに診断を実行することができる。従って、例えば、モータ６の停止機能の診断を、エンジン１の駆動停止直後に短時間で実施することができ、エンジン１の始動前の一連の故障診断から独立させることができる。

ここで、上述の実施の形態においては、スロットル弁５にスプリング１０ａ，１０ｂの付勢力に対する設定値以上の抗力が発生したか否かを、スロットル開度の変化量に基づいて判定した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、スロットル弁の開度位置、スロットル開度の変化スピード等に基づいて判定することも可能である。

なお、上述の実施形態においては、メイン及びサブの２つのマイクロコンピュータを用いてＥＣＵを構成し、ＥＣＵの各機能を各マイクロコンピュータに分担させた一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、単一のマイクロコンピュータを用いてＥＣＵを構成することも可能である。但し、このような構成においては、マイクロコンピュータの監視やマイクロコンピュータ異常時の退避走行等を実現するため、ＥＣＵは、例えば、マイクロコンピュータにＩＣ等を併設した構成であることが望ましい。

エンジン制御系の概略構成図 モータ停止機能診断ルーチンのフローチャート モータ停止機能診断時のスロットル開度の挙動を示すタイミングチャート

符号の説明

１ … エンジン
４ … スロットルボディ
５ … スロットル弁
６ … 直流モータ（モータ）
９ … オープナストッパ
１０ｂ … オープナスプリング（付勢手段）
１０ａ … リターンスプリング（付勢手段）
１１ … 全閉ストッパ
１４ … スロットルセンサ
１００ … 電子制御ユニット（指示値設定手段、通電制御手段、診断手段）
１０１ … メインマイコン（通電制御手段、診断手段）
１０２ … サブマイコン（指示値設定手段、通電制御手段）
１０３ … モータ駆動回路（モータ駆動手段）
１０４ … 一致回路
１０５ … モータリレー（通電制御手段）
１０６ … バッテリ
Ｍθｔｈ１ … 診断用目標スロットル開度
Ｔ１ … 設定時間（保持時間）
θｔｈ０ … 中間開度
θｔｈ … 実スロットル開度
θｔｈ１ … 実スロットル開度
θｔｈ２ … 実スロットル開度
Δθｔｈ … 偏差

Claims (4)

1. スロットル弁を駆動するモータと、
   前記スロットル弁に対する制御開度指示値を設定する指示値設定手段と、
   前記制御開度指示値に基づいて前記モータを駆動するモータ駆動手段と、
   前記モータ駆動手段に対する通電制御を行う通電制御手段と、
   前記モータの非駆動時に前記スロットル弁を中間開度に保持する付勢手段と、を備えた電子制御スロットル装置において、
   前記通電制御手段による通電遮断時に前記モータが正常に駆動停止されているか否かの診断を行う診断手段を有し、
   前記指示値設定手段は、前記診断手段による診断が開始されたとき、当該診断開始時の前記付勢手段の付勢力に抗して前記スロットル弁を動作させるため制御開度指示値を診断用制御開度指示値として設定時間保持し、
   前記診断手段は、前記診断用制御開度指示値の保持時間内における前記スロットル弁の状態に基づいて前記付勢手段の付勢力に対する設定値以上の抗力の発生を検出したとき、前記モータが正常に駆動停止されていないことを判定することを特徴とする電子制御スロットル装置。
2. 前記診断手段は、前記スロットル弁の開度の変化量に基づいて前記付勢力に対する設定値以上の抗力の発生を検出することを特徴とする請求項１記載の電子制御スロットル装置。
3. 前記診断手段は、前記スロットル弁の開度位置に基づいて前記付勢力に対する設定値以上の抗力の発生を検出することを特徴とする請求項１記載の電子制御スロットル装置。
4. 前記診断手段は、前記スロットル弁の開度の変化スピードに基づいて前記付勢力に対する設定値以上の抗力の発生を検出することを特徴とする請求項１記載の電子制御スロットル装置。

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