JP2017106387A

JP2017106387A - 電子制御スロットル装置およびスロットル制御方法

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Publication number: JP2017106387A
Application number: JP2015241038A
Authority: JP
Inventors: 広人石川; Hiroto Ishikawa; 貞人堀内; Sadato Horiuchi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2017-06-15
Anticipated expiration: 2035-12-10
Also published as: JP6553496B2

Abstract

【課題】内燃機関の始動開始直前にアクチュエータの電源遮断装置とリターンスプリングの診断との両者を早期に実行し内燃機関の始動性に悪影響を与えることのない電子制御スロットル装置を実現する。【解決手段】キーオンと共に診断を開始し絞り弁開度をデフォルト開度より開き側の目標絞り弁開度1とし、目標弁開度1となるまで待ち（ステップ401-403）、所定時間1が経過した場合はスロットル電源リレーが異常でありフェイルセーフモードに移行する（ステップ411）。ステップ402で目標弁開度１に達するとスロットル電源リレーを遮断し、絞り弁開度が所定時間2以内に所定の開度以下まで閉じるのを待ち（ステップ404-406）、所定時間2以内に絞り弁が閉じればスロットル電源リレーを再接続し、スロットル電源リレー正常フラグをセットし、リターンスプリング正常フラグをセットする（ステップ407-409）。【選択図】図４

Description

本発明は、自動車などのエンジンの出力を調整するエンジン吸入空気量制御装置におけるエンジンの電子制御スロットル装置およびスロットル制御方法に関する。

近年、自動車等の内燃機関（エンジン）の制御において、スロットルバルブを開閉駆動するアクチュエータと、スロットルバルブをデフォルト開度まで閉じ方向に付勢するリターンスプリングと、スロットルバルブをデフォルト開度まで開き方向に付勢するオープナスプリングとを有し、アクチュエータを駆動制御することによって、スロットルバルブの開度を目標開度にフィードバック制御する電子制御スロットル装置が広く採用されている。

このような電子制御スロットル装置の異常を診断する装置として、特許文献１に開示されたものが挙げられる。

特許文献１は、エンジンの絞り弁制御装置及び制御方法に関し、特に、エンジンが停止している状態でスロットルバルブを診断開度まで開いた後、電気的制御手段による電気制御を停止した後、スロットルバルブの戻り状態を検出することによって、リターンスプリングの故障を診断する構成を提案している。

特開平１１−１９０２３０号公報

電子制御スロットル装置のフィードバック制御の異常を検出した場合、安全なデフォルト開度とするためには、アクチュエータの電源遮断装置とリターンスプリングがともに正常に動作しなければならない。

これらは内燃機関動作中に診断することは出来ないから、特許文献１に記載のように、エンジンの停止状態にて、診断を行っていた。

このため、エンジンの始動開始直前、例えば、エンジンキーのオンと同時であって、エンジンの始動開始直前に異常診断を行うことができれば、さらにエンジン制御の信頼性を向上することができる。

異常診断はアクチュエータの電源遮断装置の診断とリターンスプリングの診断との両者を行う必要があるが、内燃機関であるエンジンの始動前に診断を行う場合、内燃機関の始動性に悪影響を与えることなく、早期に診断を実行する必要性がある。

しかしながら、従来技術においては、エンジンの始動開始直前に、アクチュエータの電源遮断装置の診断とリターンスプリングの診断との両者を早期に実行し、内燃機関の始動性に悪影響を与えることのない有効な技術は考慮されてはいなかった。

本発明の目的は、エンジンの始動開始直前に、アクチュエータの電源遮断装置とリターンスプリングの診断との両者を早期に実行し、内燃機関の始動性に悪影響を与えることのない電子制御スロットル装置およびスロットル制御方法を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明はつぎのように構成される。

（１）内燃機関の電子制御スロットル装置において、内燃機関の吸入空気を調整する絞り弁を電気的に制御するスロットル制御部と、上記スロットル制御部への電源を遮断する電源遮断部と、上記絞り弁を機械的に所定開度まで閉じる絞り弁戻し機構と、上記スロットル制御部によって上記絞り弁を目標絞り弁開度まで開とし、上記絞り弁が開となった状態で上記電源遮断部により上記電源を遮断し、上記絞り弁戻し機構による絞り弁の戻り状態を監視し、上記絞り弁戻し機構と上記電源遮断部とが正常であるか否かを判定するエンジン制御部と、を備える。

（２）内燃機関の吸入空気を調整する絞り弁を制御するスロットル制御方法において、上記絞り弁を開に駆動するスロットル制御部によって上記絞り弁を目標絞り弁開度まで開とし、上記絞り弁が開となった状態で上記スロットル制御部への電源を遮断する電源遮断部により上記電源を遮断し、上記絞り弁を閉に駆動する絞り弁戻し機構による絞り弁の戻り状態を監視し、上記絞り弁戻し機構と上記電源遮断部とが正常であるか否かを判定する。

本発明によれば、エンジンの始動開始直前に、アクチュエータの電源遮断装置とリターンスプリングの診断との両者を早期に実行し、内燃機関の始動性に悪影響を与えることのない電子制御スロットル装置およびスロットル制御方法を実現することができる。

本発明の一実施例に係る火花点火内燃機関とその制御装置の基本構成図である。エンジンコントロールユニット９の内部構成を示したものである。本発明の一実施例における電子制御スロットル装置の概略を示した図である。本発明の一実施例である絞り弁制御装置の動作フローチャートである。本発明の一実施例である絞り弁制御装置の動作フローチャートである。スロットル電源リレーおよびリターンスプリングがともに正常に動作する場合のタイムチャートである。スロットル電源リレーが正常、リターンスプリングが異常の場合のタイムチャートである。スロットル電源リレーが異常、リターンスプリングが正常の場合のタイムチャートである。スロットル電源リレー、リターンスプリングが共に異常の場合のタイムチャートである。

以下、発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る火花点火内燃機関とその制御装置の基本構成図である。本説明では以下、筒内噴射式火花点火内燃機関を用いて説明を進めていくが、ポート噴射式火花点火内燃機関や、筒内噴射とポート噴射の両方を備えたデュアル噴射式火花点火内燃機関においても適用可能である。

図１において、エンジン１には、ピストン２、吸気バルブ３、排気バルブ４が備えられ、吸気は、空気流量計（ＡＦＭ）１８を通過して電子制御スロットル装置１７の絞り弁に入り、分岐部であるコレクタ１４より吸気管１０、吸気バルブ３を介してエンジン１の燃焼室１９に供給される。燃料は、燃料噴射弁５から、エンジン１の燃焼室１９に噴射供給され、点火コイル７、点火プラグ６で点火される。

燃焼後の排気ガスは排気バルブ４を介して排気管１１に排出され、排気管１１には排気ガス浄化のための三元触媒１２が備えられている。エンジンコントロールユニット（エンジン制御部（ＥＣＵ））９には、エンジン１のクランク角度センサ１５の信号、ＡＦＭ１８の空気量信号、排気ガス中の空燃比を検出する空燃比センサ１３の信号、アクセル開度センサ２０のアクセル開度等の信号が入力される。なお、符号１６はフライホイールである。

エンジンコントロールユニット９はアクセル開度センサ２０の信号からエンジンへの要求トルクの算出、アイドル状態の判定等を行ない、エンジン１に必要な吸入空気量を算出し、それに見合った開度信号を電子制御スロットル装置１７に出力する。

また、燃料噴射弁５へは燃料噴射信号が、点火プラグ６へは点火信号が出力される。

さらに、エンジン１に取り付けられたノックセンサ８が、エンジン１の異常燃焼時に発生する異音（ノッキング）を検出し、点火信号をフィードバック制御している。

図２はエンジンコントロールユニット９の内部構成を示したものである。

図２において、エンジンコントロールユニット９は、入力回路２０１と、Ａ／Ｄ変換部２０２と、中央演算部（ＣＰＵ）２０３と、ＲＯＭ２０４と、ＲＡＭ２０５と、不揮発性メモリ２０８と、出力回路２０６とを有するマイクロコンピュータにより構成されている。

入力回路２０１は、入力信号２００がアナログ信号の場合（例えば、ＡＦＭ１８、アクセル開度センサ２０等からの信号）、信号からノイズ成分の除去等を行い、当該信号をＡ／Ｄ変換部２０２に出力するためのものである。

中央演算部２０３は、Ａ／Ｄ変換部２０２によるＡ／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ２０４等の媒体に記憶された、燃料噴射制御プログラムやその他の制御プログラムを実行することによって、各制御及び診断等を実行する機能を備えている。

なお、演算結果及びＡ／Ｄ変換結果は、ＲＡＭ２０５に一時保管されるとともに、演算結果は、出力回路２０６を通じて制御信号２０７として出力され、燃料噴射弁５、点火コイル７等の制御に用いられる。

ＣＰＵ２０３は出力回路２０６を介して表示部２０９に表示する必要がある情報を表示させる。

図３は、本発明の一実施例における電子制御スロットル装置の概略を示した図である。

図３において、エンジンコントロールユニット９は、アクセル開度センサ２０のアクセル開度等の信号が供給され、このアクセル開度信号をもとにＣＰＵ２０３により目標スロットル開度を算出し、ドライバＩＣ（出力力回路）２０６を介して電子制御スロットル装置（スロットル制御部）１７を制御する。

電子制御スロットル装置１７には、バッテリ３０２から、スロットル電源リレー（電源遮断部）３０１、ドライバＩＣ２０６を経由してアクチュエータ３０５に電流が供給され、このアクチュエータ３０５がスロットルバルブ３０６を動作させる。スロットルバルブ３０６はリターンスプリング（絞り弁戻し機構）３０８によりデフォルト開度角度方向に力が加えられている。なお、図３においては、リターンスプリング３０８は、簡略化して示しており、形状及び位置は、正確なものは示していない。

スロットルバルブ３０６の開度は、スロットルポジションセンサ３０７により検出され、ＣＰＵ２０３に供給される。アクセル開度とスロットルバルブ３０６の開度とが供給されたＣＰＵ２０３は、目標スロットル開度と実際のスロットル開度とが一致するように、アクチュエータ３０５を動作させ、フィードバック制御を実行する。

図４および図５は、本発明の一実施例である絞り弁制御装置の動作フローチャートである。

図４において、自動車のキーオンと共に診断を開始し、絞り弁開度をデフォルト開度（例えば８度）よりも開き側の目標絞り弁開度１（例えば１０〜３０度であり、リターンスプリング３０８が確実に働く角度）とし（ステップ４０１）、絞り弁開度が目標弁開度１に収束するまで（所定時間１が経過するまで）待つ（ステップ４０２、４０３）。

所定時間１以内に目標に収束しない場合は、つまり、所定時間１が経過した場合は、アクチュエータであるモータ３０５の電源遮断装置であるスロットル電源リレー３０１が異常であり、リターンスプリング３０８の診断が不可能と判定してフェイルセーフモードに移行し（ステップ４１１）、診断を終了する。

ステップ４１１のフェイルセーフモードとは、例えばエンジン回転数に正常の場合よりも、低い回転数を上限とする等の安全モードである。

ステップ４０２において、所定時間１以内に目標弁開度１に収束した場合は、スロットル電源リレー３０１を遮断し（ステップ４０４）、絞り弁開度が所定時間２以内に所定の開度（例えば、デフォルト開度付近）以下まで閉じるのを待つ（ステップ４０５、４０６）。

ステップ４０５において、所定時間２以内に絞り弁３０６が閉じれば、スロットル電源リレー３０１を再接続し（ステップ４０７）、スロットル電源リレー正常フラグをセットし（ステップ４０８）、リターンスプリング正常フラグをセットする（ステップ４０９）。

一方、ステップ４０６において、所定時間２以内に絞り弁開度が所定開度以下とならない場合は、スロットル電源リレー３０１とリターンスプリング３０８のいずれが故障しているかを判定する（ステップ４１０）。

なお、異常個所の特定については、図５で説明する。

ステップ４１０で異常個所が特定された後、フェイルセーフモードへ移行する（ステップ４１１）。

次に、図５を参照して、異常個所の特定について、説明する。

図５において、スロットル電源リレー３０１、リターンスプリング３０８のいずれかが異常と判定された場合は、絞り弁開度を、目標絞り弁開度１とは異なる角度であり、デフォルト開度よりも開き側の目標絞り弁開度２とし（ステップ５０１）、絞り弁開度が目標開度に収束するまで所定時間３だけ待つ（ステップ５０２、５０３）。

ステップ５０３において、スロットルバルブ３０６が所定時間３以内に目標絞り弁開度２に収束しない場合は、スロットル電源リレー３０１を正常と判定し（ステップ５０６）、リターンスプリング３０８を異常と判定し（ステップ５１０）診断を終了する。

一方、ステップ５０２において、所定時間３以内に目標絞り弁開度２に収束した場合は、スロットル電源リレー３０１の異常と判定し、異常フラグを１とするする（ステップ５０４）。

その後、絞り弁制御デューティを０％とし（ドライバＩＣ２０６でアクチュエータへの電力供給を遮断する）（ステップ５０５）、絞り弁開度が所定の開度以下まで所定時間４以内に閉じるのを待つ（ステップ５０７、５０８）。

ステップ５０７において、所定時間４以内に絞り弁が閉じた場合には、リターンスプリング３０８は正常と判定して、正常フラグを１とする（ステップ５０９）。

ステップ５０８において、所定時間４以内に絞り弁が閉じない場合は、リターンスプリング３０８の異常と判定する（ステップ５１０）。

アクチュエータ３０５またはリターンスプリング３０８が異常である場合は、ＥＣＵ９は、異常が発生したことを表示部２０９に表示させる。

図６から図９は診断のタイムチャートである。

図６はスロットル電源リレー３０１およびリターンスプリング３０８がともに正常に動作する場合のタイムチャートである。

この図６に示す場合は、絞り弁開度を目標絞り弁開度１とした後にスロットル電源リレー３０１を遮断するとアクチュエータ３０５の駆動力が失われ、リターンスプリング３０８による付勢力によってデフォルト開度まで絞り弁３０６が閉じるため、スロットル電源リレー３０１およびリターンスプリング３０８が共に正常と判定することが出来る。

図７は、スロットル電源リレー３０１が正常、リターンスプリング３０８が異常の場合のタイムチャートである。

図７に示す場合は、絞り弁開度を目標絞り弁開度１とした後にスロットル電源リレー３０１を遮断するとアクチュエータ３０５の駆動力が失われるもののリターンスプリング３０８が正常に機能しないため、デフォルト開度への閉じ速度が遅くなり、所定時間２以内に閉じることが出来ない。

このため、スロットル電源リレー３０１またはリターンスプリング３０８の少なくとも一方が異常であると判定する。

その後、目標絞り弁開度を目標絞り弁開度２とした後、所定時間３以内に収束しないことで、スロットル電源リレー３０１正常、リターンスプリング３０８異常と判定することが出来る。

図８は、スロットル電源リレー３０１が異常、リターンスプリング３０８が正常の場合のタイムチャートである。

図８に示す場合は、絞り弁開度を目標絞り弁開度１とした後にスロットル電源リレー３０１を遮断してもアクチュエータ３０５の駆動力が失われず、フィードバックを継続して目標絞り弁開度１を保持する。

その後、目標絞り弁開度を目標絞り弁開度２とするとフィードバックにより目標絞り弁開度２に収束する。この時点でスロットル電源リレー３０１の異常を判定できる。

その後、フィードバックを停止してスロットル制御デューティを０％にすると、リターンスプリング３０８によりデフォルト開度まで閉じるため、リターンスプリング３０８は正常であると判定できる。

図９は、スロットル電源リレー３０１、リターンスプリング３０８が共に異常の場合のタイムチャートである。

図９に示す場合は、絞り弁開度を目標絞り弁開度１とした後にスロットル電源リレー３０１を遮断してもアクチュエータ３０５の駆動力が失われず、フィードバックを継続して目標絞り弁開度１を保持する。その後、目標絞り弁開度を目標絞り弁開度２とするとフィードバックにより目標絞り弁開度２に収束する。

この時点でスロットル電源リレー３０１の異常を判定できる。その後、フィードバックを停止してスロットル制御デューティを０％にすると、アクチュエータ３０５の駆動力が失われるもののリターンスプリング３０８が正常に機能しないため、デフォルト開度への閉じ速度が遅くなり、所定時間４以内に閉じることが出来ないことにより、リターンスプリング３０８が異常であると判定することが出来る。

以上のように、本発明の一実施例によれば、自動車のエンジンキーのオン後に、スロットルバルブ３０６が、目標開度１まで、所定時間１内に開いたか否かにより、アチュエータ３０６のスロットル電源リレー３０１が異常か正常かを判断し、スロットル電源リレー３０１が、正常である場合は、スロットル電源リレー３０１を遮断後、スロットルバルブ３０６が所定開度まで、所定時間２内に閉じたか否かにより、リターンスプリング３０８が異常か否かを判断する構成となっている。

これにより、エンジンの始動開始直前に、スロットル電源リレー３０１の診断とリターンスプリング３０８の診断との両者を早期に実行し、スロットル電源リレー３０１とリターンスプリング３０８との両者が正常ある場合には、早期に内燃機関を始動することができ、始動性に悪影響を与えることがない。

また、スロットル電源リレー３０１、リターンスプリング３０８の両者又はいずれか一方が異常である場合には、異常個所の特定を行い、異常であることを表示部に表示した後に、フェイルセーフモードへ移行するように構成したので、運転者等に運転開始前に異常を警報することができ、自動車の安全性をより向上することができる。

よって、本発明によれば、エンジンの始動開始直前に、アクチュエータの電源遮断装置とリターンスプリングの診断との両者を早期に実行し、内燃機関の始動性に悪影響を与えることのない電子制御スロットル装置およびスロットル制御方法を実現することができる。

１・・・エンジン、２・・・ピストン、３・・・吸気バルブ、４・・・排気バルブ、５・・・燃料噴射弁、６・・・点火プラグ、７・・・点火コイル、８・・・ノックセンサ、９・・・エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、１０・・・吸気管、１１・・・排気管、１２・・・三元触媒、１３・・・空燃比センサ、１４・・・コレクタ、１５・・・クランク角度センサ、１６・・・フライホイール、１７・・・電子制御スロットル装置（スロットル制御部）、１８・・・空気流量計、１９・・・燃焼室、２０・・・アクセル開度センサ、２０１・・・入力回路、２０２・・・Ａ／Ｄ変換部、２０３・・・ＣＰＵ、２０４・・・ＲＯＭ、２０５・・・ＲＡＭ、２０６・・・出力回路、２０８・・・不揮発性メモリ、２０９・・・表示部、３０１・・・スロットル電源リレー（電源遮断部）、３０２・・・バッテリ、３０５・・・アクチュエータ（モータ）、３０６・・・スロットルバルブ、３０７・・・スロットルポジションセンサ、３０８・・・リターンスプリング（絞り弁戻し機構）

Claims

内燃機関の吸入空気を調整する絞り弁を電気的に制御するスロットル制御部と、
上記スロットル制御部への電源を遮断する電源遮断部と、
上記絞り弁を機械的に所定開度まで閉じる絞り弁戻し機構と、
上記スロットル制御部によって上記絞り弁を目標絞り弁開度まで開とし、上記絞り弁が開となった状態で上記電源遮断部により上記電源を遮断し、上記絞り弁戻し機構による絞り弁の戻り状態を監視し、上記絞り弁戻し機構と上記電源遮断部とが正常であるか否かを判定するエンジン制御部と、
を備えることを特徴とする電子制御スロットル装置。
請求項１に記載の電子制御スロットル装置において、
上記エンジン制御部は、上記絞り弁戻し機構と上記電源遮断部のいずれかが正常ではないと判定した場合に、上記目標絞り弁開度を変更し、所定時間内に上記絞り弁が上記変更した目標絞り弁開度に収束した場合には、上記電源遮断部が異常であると判定することを特徴とする電子制御スロットル装置。
請求項２に記載の電子制御スロットル装置において、
上記エンジン制御部は、上記電源遮断部が異常であると判定し場合に、上記スロットル制御部による上記絞り弁の制御を停止して、上記絞り弁戻し機構による絞り弁の戻り状態を監視して、上記絞り弁戻し機構が正常か否かを判定することを特徴とする電子制御スロットル装置。
内燃機関の吸入空気を調整する絞り弁を制御するスロットル制御方法において、
上記絞り弁を開に駆動するスロットル制御部によって上記絞り弁を目標絞り弁開度まで開とし、
上記絞り弁が開となった状態で上記スロットル制御部への電源を遮断する電源遮断部により上記電源を遮断し、
上記絞り弁を閉に駆動する絞り弁戻し機構による絞り弁の戻り状態を監視し、
上記絞り弁戻し機構と上記電源遮断部とが正常であるか否かを判定することを特徴とするスロットル制御方法。
請求項４に記載のスロットル制御方法において、
上記絞り弁戻し機構と上記電源遮断部のいずれかが正常ではないと判定した場合に、上記目標絞り弁開度を変更し、所定時間内に上記絞り弁が上記変更した目標絞り弁開度に収束した場合には、上記電源遮断部が異常であると判定することを特徴とするスロットル制御方法。