JP2856924B2 - エンジンの吸入空気量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スロットル弁がステッ
プモータにより駆動されるようになっているエンジンの
吸入空気量制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、吸気通路に配置されたスロッ
トル弁を駆動するモータ等の電気的なアクチュエータ
と、このアクチュエータを制御する制御部とにより、ア
クセル踏み込み量とその他のエンジン運転状態等に応じ
てスロットル弁の開閉作動を制御するようにした吸入空
気量制御装置は種々知られている。例えば特開昭６３−
２０８６３２号公報に示された装置では、スロットル弁
にギヤ等を介してモータが連結され、このモータが、各
種センサからの信号を受ける演算制御部により電流制御
回路を介して制御されるようになっている。

【０００３】また、この種の装置において、上記スロッ
トル弁の駆動制御が正常に行われなくなった場合にスロ
ットル弁が不適性に作動することを防止するため、上記
公報の装置にも見られるように、スロットル弁を所定の
基準位置（例えば閉位置）に付勢するリターンスプリン
グを設けたものも一般に知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種の装置において
は、上記スロットル弁を精度良く駆動制御するため、ス
ロットル弁に対するアクチュエータとしてステップモー
タが用いられることが多い。このようにステップモータ
を用いてスロットル弁を駆動するものでは、制御部から
ステップモータに出力する信号の制御値（ステップ数）
とスロットル開度とが対応するので、制御部におけるス
テップ数の設定によりスロットル開度を確定し、その制
御を精度良く行うことができる。

【０００５】ところで、上記ステップモータでスロット
ル弁を駆動する場合に、スロットル弁が通路壁につかえ
ることなどでスロットル弁の開閉作動を妨げるような外
力が加わったときに、制御部からの信号の通りにスロッ
トル弁が駆動されずに、ステップモータに対する制御量
と駆動位置とにずれが生じ、ステップモータが脱調状態
となることがある。この脱調が生じると、これが解消さ
れるまではスロットル弁の駆動制御が不能な状態とな
る。この場合に、前記のリターンスプリングが設けられ
ていれば、スロットル弁が基準位置に戻されるため、こ
れを基準にして制御しなおすようにすれば比較的簡単に
脱調状態を解消して正常な制御状態に戻すことができ
る。

【０００６】ところが、上記リターンスプリングが折損
した場合、上記脱調が生じたときにもスロットル弁が基
準位置に戻らなくなり、このような事態になると、スロ
ットル弁がどのような位置に動くかが不明となってしま
う。従って、脱調の判定とそれに応じた処置を行うだけ
では、リターンスプリングが折損した場合に有効な処置
をとることが困難になる。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するもので、ス
テップモータが脱調し、かつリターンスプリングが折損
しているときに、この状態を判定してフェイルセーフ等
を有効に行うことができるエンジンの吸入空気量制御装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、スロットル弁を駆動するステップモータ
を備えるとともに、スロットル弁の全開位置もしくは全
閉位置を基準位置としてステップモータによるスロット
ル弁の駆動を制御するスロットル弁制御手段を備え、か
つ、スロットル弁を上記基準位置へ付勢するリターンス
プリングを有するエンジンの吸入空気量制御装置におい
て、上記スロットル弁の開度を検出するスロットル開度
検出手段と、上記スロットル弁制御手段による制御値と
上記スロットル開度検出手段の出力値とを読み込んで両
者の偏差が所定値以上となる脱調状態を判別する脱調判
別手段と、この脱調判別手段により脱調が判別されたと
きに上記スロットル開度検出手段により検出されるスロ
ットル開度が上記基準位置に相当する開度であるか否か
を調べ、スロットル開度が上記基準位置に相当する開度
と相違する場合にリターンスプリング折損による故障で
あることを判定する故障判定手段とを備えたものであ
る。

【０００９】さらにこの装置は、上記故障判定手段によ
る故障判定に応じた処置を行う手段として、例えば、故
障判定時に上記スロットル開度検出手段の出力に基づき
上記スロットル弁制御手段の制御値を調整してスロット
ル弁の制御を行う故障時制御手段を備える。あるいは、
ステップモータにより駆動制御される電気駆動式のスロ
ットル弁が、アクセル操作部に連動する機械式スロット
ル弁と直列に吸気通路に配置されているものにおいて、
上記故障判定手段による故障判定時に電気駆動式のスロ
ットル弁を全開位置に向けて駆動するようにステップモ
ータを制御する故障時制御手段を備える。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、スロットル弁を駆動するス
テップモータが脱調し、かつ、リターンスプリング折損
しているときに、この故障を判定し、それに応じた処置
をとることが可能となる。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例による装置の概略を示し、この
図において、エンジン１の各気筒の燃焼室２には、吸気
通路３の下流端側の吸気ポートおよび排気通路４の上流
端側の排気ポートが開口し、各ポートが吸気弁５および
排気弁６で開閉されるようになっている。上記吸気通路
３には、ステップモータ８により駆動される電気駆動式
のスロットル弁７が設けられている。当実施例では、電
気駆動式のスロットル弁７が、アクセルペダルに連動す
る機械式のスロットル弁９と直列に吸気通路３に配置さ
れ、図では電気駆動式のスロットル弁７が上流側、機械
式のスロットル弁９が下流側に位置している。

【００１２】図２にも示すように、スロットル弁７は、
その弁軸７ａがステップモータ８に連結されるととも
に、コイルスプリング等のリターンスプリング１０によ
り全開位置へ付勢されている。そして、上記ステップモ
ータ８は、上記全開位置を基準位置として、制御信号
（パルス信号）に応じてスロットル弁７を駆動するよう
になっている。また、上記スロットル弁７にはその開度
を検出するスロットル開度センサ（スロットル開度検出
手段）１１が設けられている。さらに、図１中に示すよ
うに機械式のスロットル弁９に対してもスロットル開度
センサ１２が設けられている。

【００１３】吸気通路３の上記両スロットル弁７，９よ
り上流には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１
４が設けられ、さらにその上流にエアクリーナ１５が設
けられている。一方、吸気通路３の上記両スロットル弁
７，９より下流にはサージタンク１６が形成され、さら
に、吸気ポート近傍に、燃料を噴射供給するインジェク
タ１７が設けられている。

【００１４】２０はエンジンを制御するコントロールユ
ニット（ＥＣＵ）であり、このコントロールユニット２
０には、上記両スロットル開度センサ１１，１２および
エアフローメータ１４からの各信号が入力されるととも
に、デイストリビュータ１９に設けられたエンジン回転
数センサ１８等からも信号が入力される。そして、この
コントロールユニット２０から上記ステップモータ８
に、スロットル弁７を制御する信号が出力されるように
なっている。

【００１５】図３は上記コントロールユニット２０によ
り構成される手段を機能ブロック図で示し、コントロー
ルユニット２０はスロットル弁制御手段２１、脱調判別
手段２２、故障判定手段２３および故障時制御手段２４
を有している。上記スロットル弁制御手段２１は、要求
に応じたエンジン出力が得られるように電気駆動式のス
ロットル弁７を制御するものであり、例えば、アクセル
ペダル踏み込み量に対応する機械式のスロットル弁１２
の開度とエンジン回転数とをセンサ１２，１８から読み
込んで、これらに基づき電気駆動式のスロットル弁７の
目標開度をマップ等から求め、この目標開度に対応する
ステップモータ８の目標ステップ数と、実際にステップ
モータ８に出力した信号から求められる現在のステップ
数とから、両者の差分だけステップモータ８を駆動する
ことにより、スロットル弁７が目標開度となるようにス
テップモータ８を制御する。この制御においては、ステ
ップモータ８が脱調しない限り、上記ステップモータ８
に対するスロットル弁制御手段２１の制御値とスロット
ル弁７の開度とが対応している。そこで上記脱調判別手
段２２は、上記ステップモータ制御手段２１による制御
値とスロットル開度センサ１１の出力値とを読み込んで
両者の差が所定値以上となる脱調状態を判別する。

【００１６】また、上記故障判定手段２３は、上記脱調
状態で、かつリターンスプリング１０が折損した状態を
故障と判定するもので、脱調が判別されたときに上記ス
ロットル開度センサ１１で検出されるスロットル開度が
上記基準位置に相当する開度と相違する場合に故障であ
ることを判定する。上記故障時制御手段２４は、上記の
故障が判定されたときに、フェイルセーフ処理を行うも
のであり、例えば次に述べるフローチャートに示すよう
に、スロットル開度センサ１１の出力に基づいてスロッ
トル弁７の駆動を補正制御する。

【００１７】図４はコントロールユニット２０による上
記脱調判別手段２２、故障判定手段２３および故障時制
御手段２４の機能を果す処理の一例をフローチャートで
示している。なお、通常時にステップモータ８を制御し
て要求に適合するようにスロットル弁７を制御するスロ
ットル弁制御手段２１としての処理は、図４のルーチン
とは別の制御ルーチンで行われるもので、この通常時の
制御ルーチンは従来においても知られているため省略す
る。

【００１８】図４のルーチンがスタートすると、コント
ロールユニット２０は、先ずステップＳ１で、ステップ
モータ８に対するＥＣＵ出力（スロットル開度制御値）
Ｏｅｃと、スロットル開度センサ７の出力Ｏｔｓとを読
み込み、ステップＳ２で両者の偏差の絶対値が所定値α
より大か否かを判定する。ステップＳ２の判定がＮＯの
ときは、ステップモータ８が正常に駆動していて脱調を
生じていないので、そのままリターンする。

【００１９】ステップＳ２の判定がＹＥＳのときは、脱
調が生じていることを意味し、このときはさらにステッ
プＳ３で、スロットル開度センサ出力Ｏｔｓが全開相当
の出力と相違するか否かを判定する。スロットル開度セ
ンサ出力Ｏｔｓが全開相当の出力となっていれば、脱調
は生じているもののリターンスプリング１０は折損して
おらず、スロットル弁７が基準位置である全開位置とな
っていることを意味し、脱調回復等の制御が容易に可能
であるために、この場合もそのままリターンする。なお
この場合に、図外の制御ルーチンでの対応処置を容易に
するため脱調を示すフラッグをセットするようにしても
良い。

【００２０】ステップＳ２，Ｓ３の判定がともにＹＥＳ
となるときは、脱調が生じ、かつリターンスプリング１
０の折損が生じていることを意味する。このときには、
故障と判定してフェイルランプをオンとする（ステップ
Ｓ４）とともに、故障時制御手段２４としての処理を行
う。当実施例ではこの処理として、ステップＳ５で、ス
ロットル開度センサ出力ＯｔｓとＥＣＵ出力Ｏｅｃとの
差ΔＴＶを求め、ステップＳ６で、上記差ΔＴＶだけＥ
ＣＵ出力を補正し、つまり、上記差ΔＴＶだけＥＣＵ出
力に対してスロットル開度がずれているので、ＥＣＵ出
力をスロットル開度に対応するように補正することとし
ている。

【００２１】このような当実施例の装置によると、ステ
ップモータ８の脱調が生じ、かつリターンスプリング１
０の折損が生じているときに、かかる状況の故障である
ことが判別されてそれに応じたフェイルセーフが行われ
る。すなわち、脱調のない正常時であればステップモー
タ８へのＥＣＵ出力によって現実のスロットル開度が調
べられるが、脱調が生じるとスロットル弁のコントロー
ルが困難になり、さらにこの状態でリターンスプリング
１０の折損が生じていると、スロットル開度は基準位置
に戻らず、スロットル弁の位置確認および制御が著しく
困難になる。このような場合に、上記ステップＳ２，Ｓ
３の判定で故障が調べられ、かつ、スロットル開度セン
サ１１の出力に基づいてステップＳ５，Ｓ６によりＥＣ
Ｕ出力の補正処理が行われることにより、制御不能な状
態が解消され、フェイルセーフが行われる。

【００２２】図５はコントロールユニット２０による上
記脱調判別手段２２、故障判定手段２３および故障時制
御手段２４の機能を果す処理の別の実施例をフローチャ
ートで示している。このフローチャートに示すルーチン
でも、脱調判別および故障判定等のためのステップＳ１
〜Ｓ４の処理は図４の例と同じであるが、故障時制御手
段の処理として、ステップＳ７で、全開側へスロットル
弁を駆動する信号をステップモータ８に対して出力し続
けることにより、スロットル弁７を全開に保つようにし
ている。

【００２３】この実施例によると、故障時には、リター
ンスプリング１０が折損していても、ステップモータ８
の駆動によりスロットル弁７が全開とされる。そして図
１に示すような装置によると、スロットル弁７が全開と
なった状態では、アクセルペダルに連動する機械式のス
ロットル弁９により吸入空気量が調整されて、著しい支
障をきたさない程度の走行性は確保される。

【００２４】なお、上記実施例ではスロットル弁７の全
開位置を基準位置としてリターンスプリング１０でこの
位置にスロットル弁７を付勢するようにしているが、全
閉位置を基準位置としても良い。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明は、スロットル弁制
御手段によるステップモータに対する制御値とスロット
ル弁検出手段の出力値とを読み込んで両者の偏差が所定
値以上となる脱調状態を判別する脱調判別手段を備える
とともに、脱調が判別されたときにスロットル開度検出
手段により検出されるスロットル開度が基準位置に相当
する開度と相違する場合にリターンスプリング折損によ
る故障であることを判定する故障判定手段を備えるた
め、ステップモータが脱調し、かつリターンスプリング
が折損しているときにこの故障を確実に検出することが
できる。とくに、このような故障と、リターンスプリン
グは正常で単に脱調が生じている状態とを区別すること
ができ、それぞれの場合に応じた処置をとることができ
る。

【００２６】さらにこの構成に加え、上記故障判定手段
による故障判定時に上記スロットル開度検出手段の出力
に基づき上記スロットル弁制御手段の制御値を調整して
スロットル弁の制御を行う故障時制御手段を備えている
と、上記故障時のフェイルセーフを効果的に行うことが
できる。

【００２７】また、ステップモータにより駆動制御され
る電気駆動式のスロットル弁が、アクセル操作部に連動
する機械式スロットル弁と直列に吸気通路に配置されて
いるものにおいて、上記故障判定手段による故障判定時
に電気駆動式のスロットル弁を全開位置に向けて駆動す
るようにステップモータを制御する故障時制御手段を備
えていると、上記故障時に機械式のスロットル弁を利用
して効果的にフェイルセーフを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による装置の概略図である。

【図２】スロットル弁駆動部分の拡大図である。

【図３】コントロールユニットの構成を示す図である。

【図４】制御の具体例を示すフローチャートである。

【図５】別の実施例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ エンジン ７ スロットル弁 ８ ステップモータ ９ 機械式のスロットル弁 １０ リターンスプリング １１ スロットル開度センサ ２０ コントロールユニット ２１ スロットル弁制御手段 ２２ 脱調判別手段 ２３ 故障判定手段 ２４ 故障時制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−150450（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−93442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−159645（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−290041（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−115747（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−72339（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/22 310 F02D 9/02 341 F02D 11/10 F02D 45/00 364 F02D 9/02 351

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットル弁を駆動するステップモータ
   を備えるとともに、スロットル弁の全開位置もしくは全
   閉位置を基準位置としてステップモータによるスロット
   ル弁の駆動を制御するスロットル弁制御手段を備え、か
   つ、スロットル弁を上記基準位置へ付勢するリターンス
   プリングを有するエンジンの吸入空気量制御装置におい
   て、上記スロットル弁の開度を検出するスロットル開度
   検出手段と、上記スロットル弁制御手段による制御値と
   上記スロットル開度検出手段の出力値とを読み込んで両
   者の偏差が所定値以上となる脱調状態を判別する脱調判
   別手段と、この脱調判別手段により脱調が判別されたと
   きに上記スロットル開度検出手段により検出されるスロ
   ットル開度が上記基準位置に相当する開度であるか否か
   を調べ、スロットル開度が上記基準位置に相当する開度
   と相違する場合にリターンスプリング折損による故障で
   あることを判定する故障判定手段とを備えたことを特徴
   とするエンジンの吸入空気量制御装置。
2. 【請求項２】 上記故障判定手段による故障判定時に上
   記スロットル開度検出手段の出力に基づき上記スロット
   ル弁制御手段の制御値を調整してスロットル弁の制御を
   行う故障時制御手段を備えたことを特徴とする請求項１
   記載のエンジンの吸入空気量制御装置。
3. 【請求項３】 ステップモータにより駆動制御される電
   気駆動式のスロットル弁が、アクセル操作部に連動する
   機械式スロットル弁と直列に吸気通路に配置されるとと
   もに、上記故障判定手段による故障判定時に電気駆動式
   のスロットル弁を全開位置に向けて駆動するようにステ
   ップモータを制御する故障時制御手段を備えたことを特
   徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量制御装
   置。