JP2016133042A - スロットル弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の実走行中に精度良くスロットル弁の全閉開度を学習するスロットル弁の制御装置を提供すること。
【解決手段】スロットル弁の制御装置は、エンジン吸気管に開閉可能に設けられたスロットル弁の全閉開度を学習するものであって、モータで発生した駆動力を伝達し前記スロットル弁を開閉する開閉機構と、車両の走行中において燃料噴射を一時的に停止する燃料カット状態であるか否かを判定する手段と、ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁が開かれた状態であるか否かを判定する手段と、燃料カット状態であると判定されかつＥＧＲ弁は開かれた状態であると判定されたことに応じて、スロットル弁を閉じ側へ駆動することによりその全閉開度を学習する手段と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、スロットル弁の制御装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の吸気通路に設けられるスロットル弁の全閉開度を学習する機能を備えた電子スロットル制御装置が示されている。スロットル弁の全閉位置は、例えば、スロットル弁がストッパに当接する位置として定義される。そしてスロットル弁の全閉開度は、スロットル弁が上述のような全閉位置にあるときにおけるスロットル弁の開度として定義される。

特開平６−１０８８９７号公報

全閉開度を学習する際には、一時的にスロットル弁を全閉位置にする必要がある。このため全閉開度を学習する処理は、例えば特許文献１に示されているように内燃機関の始動直前や停止直後等の実走行中以外の時期に実行される場合が多い。このため全閉開度の学習値は実走行中とは異なる環境下で取得されたものとなるため、本来の好ましい学習値からずれてしまう場合がある。

本発明は、車両の実走行中に精度良くスロットル弁の全閉開度を学習するスロットル弁の制御装置を提供することを目的とする。

（１）本発明のスロットル弁（例えば、後述のスロットル弁５）の制御装置（例えば、後述の制御装置２）は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の吸気通路（例えば、後述の吸気管１１）に開閉可能に設けられたスロットル弁の全閉開度を学習するものであって、アクチュエータ（例えば、後述のモータ７）で発生した駆動力を伝達し前記スロットル弁を開閉する開閉機構（例えば、後述の開閉機構８）と、車両の走行中において燃料噴射を一時的に停止する燃料カット状態であるか否かを判定する燃料カット判定手段（例えば、後述のＥＣＵ６及び図３のＳ１３の処理の実行に係る手段）と、前記内燃機関の排気通路と前記吸気通路とを連通するＥＧＲ通路（例えば、後述のＥＧＲ管１３）に設けられたＥＧＲ弁（例えば、後述のＥＧＲ弁１４）が開かれた状態であるか否かを判定するＥＧＲ弁判定手段（例えば、後述のＥＣＵ６及び図３のＳ１４の処理の実行に係る手段）と、前記燃料カット状態であると判定されかつ前記ＥＧＲ弁は開かれた状態であると判定されたことに応じて、前記スロットル弁を閉じ側へ駆動することによりその全閉開度を学習する学習手段（例えば、後述のＥＣＵ６及び図３のＳ１５及びＳ１６の処理の実行に係る手段）と、を備える。

（１）本発明では、車両の走行中に燃料カット状態であると判定され、さらにＥＧＲ弁が開かれている状態であると判定されたことに応じて、スロットル弁を閉じ側へ駆動することによりその全閉開度を学習する。このように積極的にスロットル弁の開度を調整する必要のない燃料カット状態を選んで全閉学習を行うことにより、実走行中であってもスロットル弁の全閉開度を学習することができる。したがって、環境条件に応じた補正を加えることなく容易に実走行中における全閉開度を学習することができる。また実走行中であれば、発電機が作動している。よって実走行中に全閉学習を行うことにより、バッテリからの駆動電流を小さくできるので、安定して全閉開度を学習することができる。加えて本発明では、燃料カット状態でありかつＥＧＲ弁が開かれている場合にのみ、全閉学習を行う。燃料カット中にＥＧＲ弁が開かれると、筒内圧は開かれていない場合よりも高くなり、大気圧に近くなる。このため、スロットル弁の前後の差圧も小さくなる。よって本発明では、このようにスロットル弁の前後の差圧が小さくなるタイミングで全閉学習を行うことにより、スロットル弁を安定して全閉にすることができるので、精度良くスロットル弁の全閉開度を学習できる。また、スロットル弁を全閉にする際に、アクチュエータにかかる負荷を少なくできるので、その分だけアクチュエータにおける消費電流を少なくすることもできる。

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその制御装置の構成を示す図である。 スロットル弁の構成を示す図である。 スロットル弁の全閉開度を学習する全閉学習処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 全閉制御を実行した時におけるスロットル開度センサの電圧値の変化を示す図である。 全閉学習値算出処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 複数個のセンサ電圧値を第１グループと第２グループとに分ける処理の手順を模式的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、内燃機関（以下、「エンジン」という）１及びその制御装置２の構成を示す図である。

エンジン１には、吸気が流れる吸気管１１と、排気が流れる排気管１２と、排気管１２内の排気の一部を吸気管１１に還流するＥＧＲ管１３と、が設けられている。吸気管１１は、吸気マニホールドの複数の分岐部を介してエンジン１の各シリンダの吸気ポートに接続されている。排気管１２は、排気マニホールドの複数の分岐部を介してエンジン１の各シリンダの排気ポートに接続されている。ＥＧＲ管１３は、排気管１２から分岐し吸気管１１に至る。

ＥＧＲ管１３には、還流する排気の流量を制御するＥＧＲ弁１４が設けられている。ＥＧＲ弁１４は、アクチュエータ（例えば、モータ）の駆動軸に図示しない開閉機構を介して接続されている。ＥＧＲ弁１４の開度は、図示しないバッテリからモータ１５へ供給される駆動電流のデューティ比を、後述のＥＣＵ６で調整することによって制御される。

エンジン１の吸気管１１内にはスロットル弁５が開閉可能に設けられている。スロットル弁５は、開閉機構８を介してアクチュエータとしてのモータ７の出力軸に接続されている。開閉機構８は、複数のギヤを噛み合わせて構成され、モータ７で発生した駆動力をスロットル弁５の支軸に伝達し、吸気管１１内でスロットル弁を開閉する。モータ７は、例えば直流モータである。スロットル弁５の開度は、図示しないバッテリからモータ７へ供給される駆動電流のデューティ比を、ＥＣＵ６で調整することによって制御される。また、エンジン１に導入される空気の量は、スロットル弁５の開度を制御することによって調整される。

図２は、スロットル弁５の構成を示す図である。図２に示すように、スロットル弁５には、これを開き側及び閉じ側へそれぞれ付勢する開弁側スプリング５ａ及び閉弁側スプリング５ｂが取り付けられている。また、吸気管１１には、スロットル弁５の閉じ側への変位を所定の開度で制限するストッパ片５ｃが設けられている。なお以下では、スロットル弁５の閉じ側への変位がストッパ片５ｃによって制限されている状態におけるスロットル弁５の開度を、全閉開度と定義する。

２つのスプリング５ａ，５ｂでは、閉弁側スプリング５ｂの付勢力の方が、開弁側スプリング５ａの付勢力よりも大きくなるように構成されている。したがって、モータ７が駆動されていない状態（デューティ比＝０［％］）では、スロットル弁５は、全閉開度から少し開いた状態になる。なお以下では、モータ７が駆動されておらず、かつ２つのスプリング５ａ，５ｂの付勢力が釣り合った状態におけるスロットル弁５の開度を、デフォルト開度と定義する。

図１に戻って、吸気管１１には、スロットル弁５の開度を検出するスロットル開度センサ９が設けられている。スロットル開度センサ９は、スロットル弁５の開度又はスロットル弁５の開度に相当する開閉機構８におけるギヤの送り量等に応じた電圧の検出信号を発生し、ＥＣＵ６に入力する。スロットル開度センサ９の出力電圧は、スロットル弁５開くほど高くなる。ＥＣＵ６は、スロットル開度センサ９の検出信号をＡ／Ｄ変換し、これによってスロットル弁５の開度を把握する。

ＥＧＲ管１３には、ＥＧＲ弁１４の開度を検出するＥＧＲ開度センサ１６が設けられている。ＥＧＲ開度センサ１６は、ＥＧＲ弁の開度に応じた電圧の検出信号を発生し、ＥＣＵ６に入力する。ＥＣＵ６は、ＥＧＲ開度センサ１６の検出信号をＡ／Ｄ変換し、これによってＥＧＲ弁１６の開度を把握する。

ＥＣＵ６は、センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、各種演算処理を実行するＣＰＵ、及び各種データを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等で構成されるマイクロコンピュータである。ＥＣＵ６は、エンジン１の燃料噴射弁１ａからの燃料噴射制御を実行するとともに、図示しない処理によって定められるスロットル弁５の目標開度及び後述の全閉学習処理によって学習されるスロットル弁５の全閉開度に基づいてモータ７の駆動電流のデューティ比を決定し、決定したデューティ比の下でモータ７を駆動することによって、スロットル弁の開度を目標開度へ向けて制御する。

図３は、スロットル弁の全閉開度を学習する全閉学習処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図３の処理は、イグニッションスイッチがオンにされてからオフにされるまでの間で、ＥＣＵにおいて所定の周期で繰り返し実行される。

Ｓ１１では、ＥＣＵは、全閉学習終了フラグが“１”であるか否か、すなわち全閉学習が終了したか否かを判定する。フラグが“１”である場合には図３の処理を直ちに終了し、フラグが“０”である場合にはＳ１２に移る。この全閉学習終了フラグは、例えばイグニッションスイッチがオンにされたことに応じて“０”にセットされ、後に図５を参照して説明するように全閉学習が終了したことに応じて“１”にセットされる。したがって図３の全閉学習処理におけるＳ１２以降の本処理は、イグニッションスイッチがオンにされてからオフにされるまでの間のドライビングサイクルの間で、１回のみ行われる。

Ｓ１２では、ＥＣＵは、図示しない水温センサを用いてエンジンの水温を検出し、検出した水温に基づいてエンジンの暖機が終了したか否かを判定する。Ｓ１２の判定がＹＥＳである場合にはＳ１３に移り、ＮＯである場合には以下の処理を行うことなく図３の処理を直ちに終了する。

Ｓ１３では、ＥＣＵは、現在、走行中の車両が減速中であることに伴って燃料噴射弁からの燃料噴射を一時的に停止する減速燃料カット状態であるか否かを判定する。Ｓ１３の判定がＹＥＳである場合にはＳ１４に移り、ＮＯである場合には以下の処理を行うことなく図３の処理を直ちに終了する。

Ｓ１４では、ＥＣＵは、ＥＧＲ弁開度センサの出力を用いてＥＧＲ弁の開度を取得し、これに基づいて、現在、ＥＧＲ弁は全閉開度より大きな開度で開かれている状態であるか否かを判定する。Ｓ１４の判定がＹＥＳである場合にはＳ１５に移り、ＮＯである場合には以下の処理を行うことなく図３の処理を直ちに終了する。なお、ＥＧＲ弁が故障しているかどうかを判定するＥＧＲ弁の故障判定処理では、試験的にＥＧＲ弁が全閉開度よりも大きな開度になるまで開かれる。したがってＳ１４では、ＥＣＵは、ＥＧＲ弁の開度を取得するかわりに、このＥＧＲ弁の故障判定処理の実行中であるか否かを判定してもよい。

これにより、後述のＳ１５及びＳ１６からなるスロットル弁の全閉学習は、ＥＧＲ弁が開かれた状態で行われる。ＥＧＲ弁が開かれていると、エンジンの筒内圧が高くなり大気圧に近くなり、スロットル弁の前後の差圧も小さくなる。このため、全閉学習では、スロットル弁を安定して全閉にすることができる。また、スロットル弁を全閉にするために必要なエネルギーを少なくすることができる。なおこの効果は、ＥＧＲ弁が大きく開かれているほど高くなる。したがってＳ１４では、ＥＧＲ弁の開度に対して所定の閾値を予め設定しておき、取得したＥＧＲ弁の開度がこの閾値より大きい場合にのみ、Ｓ１５の処理に移るようにしてもよい。

Ｓ１５では、ＥＣＵは、モータをスロットル弁の閉じ側へ駆動することによって、スロットル弁の変位がストッパで制限されていない状態から、スロットル弁の変位がストッパで制限されている状態へ変化させる全閉制御を実行し、Ｓ１６に移る。より具体的には、ＥＣＵは、スロットル弁を全閉にすべくモータの駆動電流のデューティ比を所定値ＤＵＴに設定する。ここで、全閉制御時におけるデューティ比ＤＵＴは、スロットル弁がスプリングの復元力に抗して閉じ側へ変位し、さらに開閉機構やストッパ片の歪みによる弾性力が作用する位置まで変位するように、十分に大きな値に設定される。

図４は、全閉制御を実行した時におけるスロットル開度センサの電圧値（スロットル弁の開度）の変化を示す図である。モータの駆動電流のデューティ比を所定値ＤＵＴとし、モータをスロットル弁の閉じ側へ駆動すると、スロットル弁はスプリングの復元力に抗して閉じ側へ変位し始める（図４の時刻ｔ０以降）。その後、スロットル弁は所定の時刻（図４における時刻ｔ１）においてストッパ片に接触し、その変位が制限される。このため、スロットル開度センサの電圧値の減少速度は、スロットル弁の変位がストッパ片によって制限され始めた時刻ｔ１以降では、急激に小さくなる。すなわち、図４において星印で示すように、センサの電圧値の減少速度が急激に小さくなる屈曲点が発生する。屈曲点に達した後は、スロットル弁には、スプリングの復元力に加えて、屈曲点からの変位量に応じて大きくなる開閉機構やストッパ片の歪みに起因した弾性力が作用するため、センサの電圧値の減少速度は急激に小さくなる。

なお以下では、スロットル弁の変位がストッパ片で制限されていない状態、より具体的には、スロットル弁に対し開閉機構やストッパ片の歪みによる弾性力が作用していない状態（図４では、時刻ｔ１に達する前の状態）を、スロットル弁の開状態と定義する。また、スロットル弁の変位がストッパ片で制限されている状態、より具体的には、スロットル弁に対し開閉機構やストッパ片の歪みによる弾性力が作用している状態（図４では、時刻ｔ１に達した後の状態）を、スロットル弁の閉状態と定義する。

図３に戻って、Ｓ１６では、ＥＣＵは、スロットル弁の全閉制御の下でのスロットル弁開度センサの出力を用いて全閉学習値を算出する全閉学習値算出処理を実行し、この処理を終了する。

図５は、全閉学習値算出処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図５に示すように、全閉学習値算出処理は、全閉制御（図４）の下で所定時間にわたってスロットル開度センサの電圧値を取得するステップ（Ｓ３１〜Ｓ３３）と、取得したセンサ電圧値を用いて全閉学習値を算出するステップ（Ｓ３４〜Ｓ３８）とに分けられる。

Ｓ３１では、ＥＣＵは、現在のスロットル開度センサの電圧値ＤＢＷＶを、ポインタ値ｎで指定されるバッファＤＢＷＶ＿Ｂ（ｎ）に記憶し、Ｓ３２に移る。Ｓ３２では、ＥＣＵは、このポインタ値ｎをインクリメントし、Ｓ３３に移る。

Ｓ３３では、ＥＣＵは、ポインタ値ｎが所定の整数値ｎＭＡＸ以上であるか否かを判別する。Ｓ３３の判別がＮＯである場合には、この処理を直ちに終了する。この所定値ｎＭＡＸは、センサ電圧値の取得が完了したことを判定するために、ポインタ値ｎに対して設定される閾値である。この所定値ｎＭＡＸは、時間に換算して、図３の全閉制御を開始してからスロットル弁がストッパ片に接触し、さらにスロットル弁がストッパ片に押し付けられた状態が所定時間（例えば、数百ｍｓｅｃ）維持されるような値に設定される。

図５の全閉学習値算出処理では、ポインタ値ｎが所定値ｎＭＡＸに達するまでＳ３１及びＳ３２の処理を繰り返し実行することにより、図３の全閉制御の下でのスロットル開度センサの電圧値の変化をバッファＤＢＷＶ＿Ｂ（０），…，ＤＢＷＶ＿Ｂ（ｎＭＡＸ−１）に記憶する。また、上述のように所定値ｎＭＡＸを設定することにより、スロットル弁に開閉機構やストッパ片の歪みによる弾性力が作用し始める前と後（すなわち、屈曲点の前後）におけるスロットル開度センサの電圧値の変化を確実に取得することができる。

Ｓ３３の判別がＹＥＳである場合、すなわち全閉制御の下での所定時間にわたるセンサ電圧値の取り込みが完了した場合には、Ｓ３４に移る。Ｓ３４では、ＥＣＵは、バッファＤＢＷＶ＿Ｂ（０），…，ＤＢＷＶ＿Ｂ（ｎＭＡＸ−１）に記憶された合計ｎＭＡＸ個スロットル開度センサの電圧値を、その閉じ側への変化速度（センサ電圧値の減少速度）が所定の屈曲判定速度Ｖｔｈより大きくなる区間に属するもの（以下、「第１グループ」という）と、屈曲判定速度Ｖｔｈ以下になる区間に属するもの（以下、「第２グループ」という）とに分ける。

図６は、ｎＭＡＸ個のセンサ電圧値を第１グループと第２グループとに分けるＳ３４の処理の手順を模式的に示す図である。Ｓ３４では、隣接する２つのポインタ値ｍ，ｍ＋１（ｍは０からｎＭＡＸ−２）を用いてセンサ電圧値の減少速度（Ｖ（ｍ）＝ＤＢＷＶ＿Ｂ（ｍ）−ＤＢＷＶ＿Ｂ（ｍ＋１））を算出する。そして、算出した減少速度Ｖ（ｍ）と減少速度が屈曲点を特定するために設定された屈曲判定速度Ｖｔｈとを、小さなポインタ値ｍから順に比較し、減少速度Ｖ（ｍ）が初めて屈曲判定速度Ｖｔｈより小さくなるものを特定し、これをｍＢＥＮＤとする（図６参照）。図６において星印で示すように、屈曲点は、ポインタ値ｍＢＥＮＤとｍＢＥＮＤ＋１との間に存在すると推定される。これにより、各バッファＤＢＷＶ＿Ｂ（ｎ）（ｎ＝０〜ｎＭＡＸ−１）に記憶されたセンサ電圧値は、減少速度が屈曲判定速度Ｖｔｈより大きな第１グループに属するもの（ＤＢＷＶ＿Ｂ（０）〜ＤＢＷＶ＿Ｂ（ｍＢＥＮＤ））と、減少速度が屈曲判定速度Ｖｔｈ以下になる第２グループに属するもの（ＤＢＷＶ＿Ｂ（ｍＢＥＮＤ＋１）〜ＤＢＷＶ＿Ｂ（ｎＭＡＸ−１））とに分けられる。

図５に戻って、Ｓ３５では、第１グループに属する（ｍＢＥＮＤ＋１）個のセンサ電圧値の全てまたは一部を用いて、１本の外挿線を生成する。より具体的には、例えば第１グループに属するセンサ電圧値のうち屈曲点に近いものから順に２つ（ＤＢＷＶ＿Ｂ（ｍＢＥＮＤ−１）及びＤＢＷＶ＿Ｂ（ｍＢＥＮＤ））を選択し、図６において破線で示すように、この２点を通過する直線を生成し、これを外挿線とする。この他、外挿線として一次関数を仮定し、第１グループに属するものから選択された３つ以上のセンサ電圧値を用いて最小二乗法によって外挿線を生成してもよい。

Ｓ３６では、第２グループに属する（ｎＭＡＸ−ｍＢＥＮＤ−１）個のセンサ電圧値の全てまたは一部を用いて、１本の外挿線を生成する。より具体的には、例えば第２グループに属するセンサ電圧値のうち屈曲点に近いものから順に２つ（ＤＢＷＶ＿Ｂ（ｍＢＥＮＤ＋１）及びＤＢＷＶ＿Ｂ（ｍＢＥＮＤ＋２））を選択し、図６において一点鎖線で示すように、この２点を通過する直線を生成し、これを外挿線とする。この他、Ｓ３５と同様に、３つ以上のセンサ電圧値を用いて最小二乗法によって外挿線を生成してもよい。

Ｓ３７では、ＥＣＵは、Ｓ３５及びＳ３６において生成した２本の外挿線の交点を屈曲点と推定し、この屈曲点における電圧値を算出し、これを全閉学習値とする。Ｓ３８では、ＥＣＵは、全閉学習が終了したことに応じて、全閉学習終了フラグを“１”にセットし、この処理を終了する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。
例えば本実施形態では、全閉制御の実行時におけるデューティ比を所定値ＤＵＴで一定に維持したが、本発明はこれに限らない。デフォルト開度から全閉開度まで変化させる間で、スロットル弁に作用する反力は一定ではない。すなわち、全閉開度に近くなるほどスプリングの反力が強くなったり、弱くなったりする場合がある。このような場合、全閉制御におけるデューティ比を一定に維持すると、センサ電圧値の減少速度も一定にならず、外挿線を一次関数で定義できない場合がある。そこで、このようなスプリングの反力の非線形性を予め考慮し、デフォルト開度から屈曲点近傍までセンサ電圧値の減少速度が一定になるように全閉制御の実行時におけるデューティ比を変化させてもよい。また上記実施形態では、外挿線として１次関数を仮定した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。外挿線は１次関数に限らず曲線を仮定してもよい。

また上記実施形態では、スロットル弁の全閉学習とは独立した処理であるＥＧＲ弁の故障判定処理では、ＥＧＲ弁が試験的に開かれることを利用して、この故障判定処理と並行してスロットル弁の全閉学習を行うようにしたが、本発明はこれに限らない。ＥＧＲ弁の故障判定処理は、車両の走行中に減速燃料カットに移行する度に毎回実行されるとは限らない。したがって、減速燃料カット中であると判定され（図３のＳ１３の判定結果がＹＥＳの場合）、さらにＥＧＲ弁が開かれていないと判定された場合（図３のＳ１４の判定結果がＮＯの場合）には、故障判定処理とは独立してＥＧＲ弁を積極的に、例えば全開開度まで開いた上で、図３のＳ１５及びＳ１６の処理から成るスロットル弁の全閉学習を行ってもよい。

１…エンジン（内燃機関）
１１…吸気管（吸気通路）
５…スロットル弁
５ｃ…ストッパ片（ストッパ）
６…ＥＣＵ（燃料カット判定手段、ＥＧＲ弁判定手段、学習手段）
７…モータ（アクチュエータ）
８…開閉機構

Claims (1)

1. 内燃機関の吸気通路に開閉可能に設けられたスロットル弁の全閉開度を学習するスロットル弁の制御装置であって、
   アクチュエータで発生した駆動力を伝達し前記スロットル弁を開閉する開閉機構と、
   車両の走行中において燃料噴射を一時的に停止する燃料カット状態であるか否かを判定する燃料カット判定手段と、
   前記内燃機関の排気通路と前記吸気通路とを連通するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁が開かれた状態であるか否かを判定するＥＧＲ弁判定手段と、
   前記燃料カット状態であると判定されかつ前記ＥＧＲ弁は開かれた状態であると判定されたことに応じて、前記スロットル弁を閉じ側へ駆動することによりその全閉開度を学習する学習手段と、を備えることを特徴とするスロットル弁の制御装置。

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