JP2022142611A - 内燃機関の制御装置、スロットルバルブ開度の初期学習方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部診断器を使用せずとも、必要なときにスロットルバルブ開度の初期学習が行われるようにする。【解決手段】車載のバッテリからの給電が停止した場合、その事実を示す値がメモリに記憶保持されるか、バッテリからの給電が停止しない限りメモリに記憶保持している値が給電の停止によりメモリから消失し、バッテリからの給電停止があった事実を示す値がメモリに記憶保持されていることを条件として、またはバッテリからの給電停止によりメモリに記憶保持していた値が消失していることを条件として、スロットルバルブが所定の基準開度をとるときのスロットルポジションセンサの出力信号を確認する学習を実行する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図４

Description

本発明は、動力源として車両に搭載される内燃機関の運転を制御する制御装置に関し、特にスロットルバルブ開度の初期学習の実行に関する。

内燃機関の吸気通路上には、吸気絞り弁として電子スロットルバルブが設置される。周知の通り、電子スロットルバルブは、吸気の流路を開閉するバタフライバルブの弁体をモータにより駆動することでその開度を拡縮させ、以て気筒に流れ込む吸気の流量を増減調整するものである。

内燃機関の運転制御を司る電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、現在のスロットルバルブの開度をスロットルポジションセンサを介して知得する。そのために、スロットルバルブの実開度とスロットルポジションセンサの出力信号との関係を予め把握しておく必要がある。そこで、内燃機関の停止中に、スロットルバルブの弁体を強制的に所定の基準開度、典型的には全閉位置に変位させて、そのときのスロットルポジションセンサの出力信号を確認する初期学習を実行する（例えば、下記特許文献１を参照）。

スロットルバルブ開度の初期学習の実行の契機は、外部診断器（スキャンツール、サービスツールとも呼ばれる。例えば、下記非特許文献１を参照）を使用した手動での指示である。近時のＥＣＵには、車載式故障診断装置（Ｏｎ－Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）としての機能が備わっており、各種センサの不良や断線、内燃機関における何らかの異常を検知したときに、その故障コード（Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ Ｔｒｏｕｂｌｅ Ｃｏｄｅ）を記録する。外部診断器から伸びるケーブル（または、カップラ）を車両に実装された診断コネクタ（ＯＢＤコネクタ）に接続すれば、ＥＣＵが記憶保持しているＤＴＣを外部診断器により読み出すことができる。

加えて、外部診断器からＥＣＵに指令を与えることも可能であり、ＤＴＣの消去を含むＥＣＵのリセットやその他の作業が可能である。車両の点検整備の過程で、内燃機関のスロットルバルブを新品に交換した場合や、一旦スロットルバルブを取り外してこれを清掃後再び取り付けた場合には、外部診断器を操作し、ＥＣＵに改めてスロットルバルブ開度の初期学習を実行させることになる。

特開２０００－０６４８９５号公報

"デンソースキャンツール"（デンソーは登録商標）、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成２６年、株式会社デンソー、［令和３年２月２５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.ds3.denso.co.jp/dst-i/index.html＞

外部診断器は、必ずしも全ての整備工場に配備されているわけではない。外部診断器を所有しない整備工場では、スロットルバルブを交換したり取り付け直したりした後も、スロットルバルブ開度の初期学習を再度実行する契機が訪れない。

交換または付け直しにより、吸気通路上のスロットルバルブの実開度とスロットルポジションセンサの出力信号との関係が変化するにもかかわらず、初期学習が実行されないまま車両が運用されると、ＥＣＵが現在のスロットルバルブの開度を精確に知得できず、気筒に吸入される空気量及び燃料の噴射量の制御が不適正となって、アイドル運転中のエンジン回転数が高く浮いてしまう等不安定となる懸念が生じる。また、スロットルバルブを全閉する際に、スロットルモータが不必要に大きな駆動力を発生させて弁体をストッパに強く圧着し、スロットルモータにおける電力消費や発熱の増大を招く可能性もある。

以上の問題に初めて着目してなされた本発明は、外部診断器を使用せずとも、必要なときにスロットルバルブ開度の初期学習が行われるようにすることを所期の目的としている。

本発明では、車両に搭載される内燃機関を制御する制御装置であって、車載のバッテリからの給電が停止した場合、その事実を示す値がメモリに記憶保持されるか、バッテリからの給電が停止しない限りメモリに記憶保持している値が給電の停止によりメモリから消失し、バッテリからの給電停止があった事実を示す値がメモリに記憶保持されていることを条件として、またはバッテリからの給電停止によりメモリに記憶保持していた値が消失していることを条件として、スロットルバルブが所定の基準開度をとるときのスロットルポジションセンサの出力信号を確認する学習を実行する内燃機関の制御装置を構成した。

前記学習は、イグニッションスイッチがＯＦＦとなっており内燃機関を停止させている状態で実行することができる。

本発明に係る制御装置は、外部診断器が接続され、その外部診断器から発せられる所定の指令を受信したときに前記学習を実行するものであることがある。だが、外部診断器から発せられる指令を受信せずとも、バッテリからの給電停止があった事実を示す値がメモリに記憶保持されていることを条件として、またはバッテリからの給電停止によりメモリに記憶保持していた値が消失していることを条件として、前記学習を実行することができる。

本発明に係るスロットルバルブ開度の初期学習方法は、車両に搭載される内燃機関のスロットルバルブが所定の基準開度をとるときのスロットルポジションセンサの出力信号を確認する学習の実行方法であって、外部診断器から発せられる所定の指令を受信したときに前記学習を実行するだけでなく、外部診断器から発せられる指令を受信せずとも、車載のバッテリからの給電の停止があった事実を示す値がメモリに記憶保持されていることを条件として、またはバッテリからの給電停止によりメモリに記憶保持していた値が消失していることを条件として、前記学習を実行するものである。

本発明によれば、外部診断器を使用せずとも、必要なときにスロットルバルブ開度の初期学習が実行されるようになる。

本発明の一実施形態の内燃機関の制御装置のハードウェア資源構成を示す図。 同実施形態における内燃機関及びその制御装置、並びに外部診断器を示す図。 同実施形態の内燃機関の制御装置が行うスロットルバルブ開度の初期学習の模様を示すタイミング図。 同実施形態の内燃機関の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態では、車両に搭載される内燃機関０として、ガソリンを燃料とする既知の火花点火式の４ストロークレシプロエンジンを想定している。内燃機関０の気筒に連なる吸気通路には、気筒に流れ込む吸気の流量を増減調整するための電子スロットルバルブ２が設置されている。電子スロットルバルブ２は、吸気通路を開閉するバタフライバルブの弁体２１をスロットルモータ２２により回動させ、その開度を拡縮させるものである。スロットルモータ２２は、例えばＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）モータである。

図１に示すように、本実施形態の内燃機関０の制御装置たるＥＦＩ－ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｆｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ＥＣＵ）１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２、フラッシュメモリを含むＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１３、入出力インタフェース１４、１５、１６及びモータ駆動回路１７等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＣＰＵ１１により実行されるべきプログラムはＲＯＭ１３に格納されており、プログラムの実行の際にはＲＯＭ１３からＲＡＭ１２に読み込まれ、ＣＰＵ１１によって解読される。ＥＣＵ１は、プログラムに従ってハードウェア資源を作動させ、内燃機関０の運転を制御する。

ＥＣＵ１の入力インタフェース１３には、例えば、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関０の出力軸であるクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量（いわば、要求されるエンジン負荷率またはエンジントルク）を検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、スロットルバルブ２の弁体２１の角度（姿勢）即ち実際のスロットルバルブ２の開度を検出するスロットルポジションセンサ２３から検出されるスロットル開度信号ｄ、内燃機関０の吸気通路におけるスロットルバルブ２の下流の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関０の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、内燃機関０の気筒から排出されて排気通路を流れるガスの空燃比を検出する空燃比センサから出力される空燃比信号ｇ等が入力される。

ＥＣＵ１の出力インタフェース１５からは、例えば、各気筒に配した点火プラグ及び点火コイルに付随するイグナイタに対して点火信号ｉ、燃料を噴射するインジェクタに対してこれを開弁させる燃料噴射信号ｊ等が出力される。加えて、スロットルモータ２２を作動させるための駆動電流ｋが、モータ駆動回路１７を介してスロットルモータ２２に印加される。

ＥＦＩ－ＥＣＵ１は、通信インタフェース１６を介してＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線のバス４に接続しており、他のＥＣＵ３、例えば車両の駆動系のトランスミッションの制御を司るＥＣＵや、車室内を空調するエアコンディショナの制御を司るＥＣＵ等との間で相互にデータ通信を行うことが可能である。

また、バス４には診断コネクタ５が付設されている。図２に示すように、このコネクタ５にケーブル９１を接続し、そのケーブル９１を既知の外部診断器９に接続すれば、ＥＣＵ１、３と外部診断器９との間で相互にデータ通信を行うことが可能となる。

内燃機関０の運転制御を司るＥＣＵ１は、イグニッションスイッチ（または、パワースイッチ、イグニッションキー）６がＯＮにされて車両が運用されている間、運転者が操作するアクセルペダルの踏込量に応じてスロットルバルブ２の開度を拡縮させ、気筒に吸入される空気量に見合った量の燃料をインジェクタから噴射し、適宜のタイミングで点火プラグによる火花点火を実施して、気筒内で燃料を燃焼させる。運転者がアクセルペダルを踏んでおらず、内燃機関０をアイドル運転するときには、エンジン回転数が所望の目標アイドル回転数に収束するように、スロットルバルブ２の開度及び燃料噴射量を調節する。

ＥＣＵ１は、現在のスロットルバルブ２の実開度を、スロットルポジションセンサ２３が出力する信号ｄを参照して知得する。そのために、スロットルバルブ２の実開度とスロットルポジションセンサ２３の出力信号ｄとの関係を予め把握しておく必要がある。そこで、内燃機関０の運転の停止中に、スロットルバルブ２の弁体２１を強制的に所定の基準開度、典型的には全閉位置Ａ０に変位させて、そのときのスロットルポジションセンサ２３の出力信号ｄを確認する初期学習を実行する。

図３に、スロットルバルブ２の開度の初期学習の模様を示している。スロットルモータ２２に電力を供給せず、スロットルモータ２２から弁体２１に力を付与していないときの電子スロットルバルブ２の開度は、吸気の流通をほぼ完全に遮断する全閉Ａ０ではなく、少しく吸気の流通を許容するように僅かながら開いているオープナ開度Ａ１をとる。スロットルバルブ２の弁体２１には、オープナスプリングが付設されている。そのスプリングが弁体２１を弾性付勢して、弁体２１をオープナ開度Ａ１を具現する角度に位置付ける。オープナ開度Ａ１は、万が一スロットルモータ２２に故障が生じたとしても、最低限の吸気流量を確保して内燃機関０を始動し運転できるようにするとともに、エンジン回転数の過剰な吹き上がりを招かないような大きさに定められる。

初期学習では、スロットルモータ２２に駆動電流ｋを印加し、スロットルバルブ２を閉じる方向に弁体２１を駆動する。ｔ０が、スロットルバルブ２を閉じ始める時点である。スロットルモータ２２が発生させる駆動力により、弁体２１がオープナスプリンによる弾性付勢力に抗して変位し、全閉位置Ａ０に到達してストッパに当接し、それ以上弁体２１が変位できないようになると、スロットルモータ２２に対する機械的な負荷が急増して駆動電流ｋが急増する。並びに、弁体２１の回動に伴い変化するスロットルポジションセンサ２３の出力信号ｄの変動が収まり一定化する。ＥＣＵ１は、スロットルモータ２２の駆動電流ｋが急増し、及び／または、スロットルポジションセンサ２３の出力信号ｄの変動が収まった時点ｔ１における出力信号ｄの値を、学習値としてＲＡＭ１２またはフラッシュＲＯＭ１３に記憶保持する。

そして、ＥＣＵ１は、以後の内燃機関０の運転制御において、上記の学習値を基準として用い、現在のスロットルバルブ２の実開度を求める。スロットルポジションセンサ２３の出力信号ｄが学習値に一致するとき、スロットルバルブ２は全閉している。また、スロットルポジションセンサ２３の出力信号ｄと学習値との差分が、スロットルバルブ２の開度、即ちスロットルバルブ２の弁体２１が全閉位置Ａ０からどれだけ開いているかを表す。

スロットルバルブ２の開度の初期学習を実行する契機は、通常、外部診断器９からの指令である。図４に示すように、人が外部診断器９を手動操作して初期学習を行うべき旨を指令する信号を同外部診断器９から発信させ、ＥＣＵ１がこれを受信したとき（ステップＳ１）、ＥＣＵ１は上述した初期学習を実行する（ステップＳ４）。

これ以外に、本実施形態のＥＣＵ１は、車載のバッテリ７からＥＣＵ１への給電が停止した事実があり（ステップＳ２）、かつイグニッションスイッチ６がＯＦＦである（ステップＳ３）ことを必要条件として、スロットルバルブ２の開度の初期学習を実行する（ステップＳ４）。

車両の整備工場等において、内燃機関０のスロットルバルブ２を新品に交換し、またはスロットルバルブ２を内燃機関０から取り外し清掃した後に再度取り付けるような作業を行う場合、安全確保の目的で、車載のバッテリ７のマイナス端子から車体（ボディアース）に接続するアースケーブル８を外す等して、バッテリ７から車両の電装系への通電を遮断する。これにより、バッテリ７からＥＣＵ１への給電も断たれることになる。尤も、ＥＣＵ１に供給される電力が瞬時に０になるわけではなく、短時間（例えば、数十秒）の間は、バッテリ７以外の蓄電装置、即ちサブバッテリやキャパシタ等に蓄えていた電荷がＥＣＵ１に供給される。それによる最小限の電力供給すら失われると、これまでＥＣＵ１がメモリ、特にＲＡＭ１２に記憶保持していた各種の値が消失してしまう。

本実施形態のＥＣＵ１は、バッテリ７からの給電が断たれ、当該ＥＣＵ１に供給される電力（または、電圧若しくは電圧）が閾値以下に低下した場合に、バッテリ７からの給電が停止したことを示す値をメモリ、特にフラッシュＲＯＭ１３に記憶保持する処理を実施する。その上で、ステップＳ２では、メモリ１３にそのような値が記憶されていることを以て、直近にバッテリ７からＥＣＵ１への給電が停止したことがあったと推断する。その事実は、内燃機関０のスロットルバルブ２の交換または付け外しが行われたこと、ひいては今再びスロットルバルブ２の開度の初期学習を実行する必要があることを示唆する。

あるいは、ステップＳ２にて、バッテリ７からの給電が停止しない限りメモリ１２に記憶保持しているはずの特定の値をメモリから正しく読み出せないことを以て、直近にバッテリ７からＥＣＵ１への給電が停止したことがあったと推断するようにしてもよい。

ステップＳ１の条件、またはステップＳ２及びＳ３の条件が成立してステップＳ４の初期学習を実行するのは、バッテリ７のマイナス端子から外されていたアースケーブル８が再びマイナス端子に接続される等して、バッテリ７からＥＣＵ１その他の電装系への給電が再開された後である。ステップＳ１ないしＳ４は、バッテリ７からの給電が再開された後、可及的速やかに実施することが望ましい。さすれば、停止していた内燃機関０が再び始動される前に、初期学習を完遂することができる。

本実施形態では、車両に搭載される内燃機関０を制御する制御装置であって、車載のバッテリ７からの給電が停止した場合、その事実を示す値がメモリ１３に記憶保持されるか、バッテリ７からの給電が停止しない限りメモリ１２に記憶保持している値が給電の停止によりメモリ１２から消失し、バッテリ７からの給電停止があった事実を示す値がメモリ１３に記憶保持されていることを条件として、またはバッテリ７からの給電停止によりメモリ１２に記憶保持していた値が消失していることを条件として、スロットルバルブ２が所定の基準開度をとるときのスロットルポジションセンサ２３の出力信号ｄを確認する学習を実行する内燃機関０の制御装置を構成した。

本実施形態によれば、スロットルバルブ２を交換したり清掃したりする作業が行われた後、外部診断器９の有無によらず、確実にスロットルバルブ２の開度の初期学習が行われるようになる。従って、初期学習の未完了に起因したアイドル回転数の不安定化やスロットルモータ２２における電力消費、発熱の増大といった問題を有効に回避することできる。

また、車載のバッテリ７からＥＣＵ１への給電が停止した事実がある場合において、イグニッションスイッチ６がＯＦＦとなっており内燃機関０を停止させている状態で、前記初期学習を実行するようにしているので、内燃機関０が停止している間に、即ちこれが再び始動される前に学習を完遂でき、内燃機関０の始動後の運転に支障を来さない。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的な構成や処理の内容は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

０…内燃機関
１…制御装置（ＥＣＵ）
２…スロットルバルブ
２３…スロットルポジションセンサ
６…イグニッションスイッチ
７…バッテリ
９…外部診断器
ｄ…スロットルポジションセンサの出力信号

Claims (4)

1. 車両に搭載される内燃機関を制御する制御装置であって、
   車載のバッテリからの給電が停止した場合、その事実を示す値がメモリに記憶保持されるか、バッテリからの給電が停止しない限りメモリに記憶保持している値が給電の停止によりメモリから消失し、
   バッテリからの給電停止があった事実を示す値がメモリに記憶保持されていることを条件として、またはバッテリからの給電停止によりメモリに記憶保持していた値が消失していることを条件として、スロットルバルブが所定の基準開度をとるときのスロットルポジションセンサの出力信号を確認する学習を実行する内燃機関の制御装置。
2. イグニッションスイッチがＯＦＦとなっており内燃機関を停止させている状態で前記学習を実行する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 外部診断器が接続され、その外部診断器から発せられる所定の指令を受信したときに前記学習を実行するものであり、
   外部診断器から発せられる指令を受信せずとも、バッテリからの給電停止があった事実を示す値がメモリに記憶保持されていることを条件として、またはバッテリからの給電停止によりメモリに記憶保持していた値が消失していることを条件として、前記学習を実行する請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 車両に搭載される内燃機関のスロットルバルブが所定の基準開度をとるときのスロットルポジションセンサの出力信号を確認する学習の実行方法であって、
   外部診断器から発せられる所定の指令を受信したときに前記学習を実行するだけでなく、
   外部診断器から発せられる指令を受信せずとも、車載のバッテリからの給電の停止があった事実を示す値がメモリに記憶保持されていることを条件として、またはバッテリからの給電停止によりメモリに記憶保持していた値が消失していることを条件として、前記学習を実行するスロットルバルブ開度の初期学習方法。

Images