JP3063385B2 - エンジンの吸入空気量制御装置 - Google Patents

エンジンの吸入空気量制御装置

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、車両用エンジンの吸
入空気量を調節するスロットル弁を電気的に制御するエ
ンジンの吸入空気量制御装置に関し、特にそのフェール
セーフに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、ガソリンエンジンの吸入空気量
はスロットル弁をアクセルペダルとメカニカルに連動さ
せて開閉することにより調節しているが、最近ドライブ
フィーリングの向上や定速走行用アクチュエータとの共
用化、並びに車載レイアウト性向上を目的として、スロ
ットル弁を電気制御アクチュエータを用いて開閉制御す
る、いわゆるドライブバイワイヤが一部実用化されてい
る。
【0003】図2は従来装置の構成を示し、1はエンジ
ン、2はエンジン1の吸入空気量を調節するスロットル
弁で、吸気管14に設けられている。3はスロットル弁
2を駆動するスロットルアクチュエータであり、直流モ
ータやステッピングモータなどで構成されている。4は
スロットルアクチュエータ3とスロットル弁2を結合す
るシャフト、5はスロットル弁2を閉側に作動させるリ
ターンスプリング、6はスロットル弁2の開度を検出す
るスロットル開度センサ、7はアクセルペダル、8はア
クセルペダル7の開度を検出するアクセル開度センサ、
9はエンジン1の回転数を検出する回転数センサ、10
は各種入力情報に基づきスロットルアクチュエータ3を
駆動制御する制御部である。
【0004】次に、上記した従来装置の動作を図3のフ
ローチャートに従って説明する。なお、以下に説明する
演算や条件判定は制御部10内のマイクロコンピュータ
によって行なわれる。まず、ステップ100ではアクセ
ルペダル7に連動して出力が変化するアクセル開度セン
サ8の値を読み込み、ステップ101では目標スロット
ル開度θs を演算する。この演算は、アクセル開度αに
対して目標スロットル開度θs をどのように対応させる
かを予め設定しておき、所定の関数とそれに対する補正
から求められる。
【0005】アクセル開度αと目標スロットル開度θs
との関係はアクセル開度αに対する車両の動力性能をど
のように設定するかによって異なったものになるが、一
般的に図4のような特性がある。図4の特性曲線aはア
クセル開度(APS)αに対して目標スロットル開度
(TPS)θs を比例的に変化させた場合を示し、特性
曲線bはアクセル開度αの低開度領域における目標スロ
ットル開度θs の変化を緩やかなものとしている。これ
は、発進時や低速走行時に吸入空気量の変化が大きい
と、ショックを生じたり微調整し難いという現象を改善
するためである。
【0006】一方、図5に示すように、エンジン1の出
力トルクはエンジン回転数に対して一様ではなく、低回
転や高回転領域で低下する。従って、図5の開度補正係
数により特性曲線bを補正すれば、エンジン回転数領域
による出力トルク不足のフィーリングを改善することが
できる。なお、このようなアクセル開度αに対する目標
スロットル開度θs の制御特性は一例に過ぎず、車両の
性格(スムーズサ、スポーツ感)やエンジン性能によっ
て異なる場合もある。
【0007】ステップ102では実際のスロットル開度
θr をスロットル開度センサ6から読み込み、ステップ
103では目標スロットル開度θs と実スロットル開度
θrとの偏差eを算出し、θr がθs より小さい場合に
はステップ104aで偏差量eに応じてスロットルアク
チュエータ3を開側に駆動し、θr がθS より大きいと
きにはステップ104bでスロットルアクチュエータ3
を閉側に駆動する。
【0008】以上のように、スロットルアクチュエータ
3を用いてスロットル弁2を開閉駆動することにより自
由度が高い制御が可能となり、また車速信号をフィード
バックすれば定速走行装置の機能を付加することができ
る。しかしながら、スロットル弁2を電気的に制御する
と、従来のアクセルペダル7によってメカニカルに連動
して開閉する場合と異なり、スロットルアクチュエータ
3や制御部10などの故障によってスロットル弁2が不
作動となり、車両の暴走を招くこともあり得るので、フ
ェールセーフが重要となる。
【0009】図6は従来装置の異常時の動作を示すフロ
ーチャートであり、ステップ200ではアクセル開度α
と実スロットル開度θr との偏差βを求める。この両者
の関係は前述したように所定の関数で決められ、正常な
場合にはある程度以上の差が生じることはないので、偏
差βが所定値以上の場合にはスロットル開度αが異常と
判定できる。ステップ201では開度偏差βが所定値β
1 より大きいか否かを判定し、小さい場合にはステップ
202aでスロットルアクチュエータ3を通常制御し、
大きい場合にはスロットル制御系の異常により暴走する
危険があるので、ステップ202bでスロットルアクチ
ュエータ3の駆動を停止(電気の供給を停止)する。
【0010】駆動を停止すると、リターンスプリング5
によりスロットル弁2は全閉側に戻る。ここで、スロッ
トルアクチュエータ3に内蔵された減速機の摩擦損によ
り、スロットルアクチュエータ3の駆動を停止してもス
ロットル弁2が全閉に戻らない場合、スロットルアクチ
ュエータ3とシャフト間に電磁クラッチを挿入し、この
電磁クラッチを遮断することも考えられる。又、エンジ
ン1の出力を低下させるため、多気筒のうちいくつかの
気筒又は全気筒の燃料供給を停止する方法もある。
【0011】一方、スロットル弁2が全閉状態で故障し
た場合は当然走行不能に陥るが、これを解決するにはス
ロットル弁2をアクセルペダル7にメカニカルに手動で
継ぐか、あるいはスロットルアクチュエータ3系を二重
系にするか何れかの方法がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来装置
においては、全開側(暴走側)の故障に対してはフェー
ルセーフが可能であるが、全閉側(走行不能)の故障に
対しては操作上やコスト上実用的な方法がなく、万一故
障した場合には走行不能に陥り、高速道路などの場所に
よっては大きな危険が懸念されるという課題があった。
【0013】この発明は上記のような課題を解決するた
めに成されたものであり、スロットルアクチュエータが
全閉側で動かなくなった場合でも車両の走行が可能なエ
ンジンの吸入空気量制御装置を得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明に係るエンジン
の吸入空気量制御装置は、スロットルアクチュエータの
制御異常を検出する異常検出手段と、異常検出時にアク
セル開度に応じてバイパス制御弁の開度を制御する手段
備え、異常時におけるアイドリング時の空気量を正常
時に比して高くなるようにしたものである。
【0015】
【作用】この発明においては、スロットルアクチュエー
タの制御異常が検出されると、バイパス制御弁の開度が
アクセル開度に応じて制御される。
【0016】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面とともに説明
する。符号1〜10で示す部分は従来と同様である。1
1はエアコン、パワーステアリング、電気負荷などのエ
ンジン補機の負荷状態を表わす負荷センサ、12はスロ
ットル弁2をバイパスして吸気管14に接続されたバイ
パス路、13はバイパス路12を通過るする空気量を制
御するバイパス制御弁である。
【0017】上記構成において、スロットルアクチュエ
ータ3の制御は従来同様に図3のフローチャートに従っ
て行なわれる。又、吸気管14にバイパス路12が設け
られ、バイパス路12を通過する空気量がバイパス制御
弁13によって調節される。このようにバイパス路12
に制御弁13を設けてアイドル回転数を制御することは
従来から広く行なわれており、基本的な動作は、エンジ
ン補機による負荷状態(エアコン、パワーステアリン
グ、電気負荷など)に応じてバイパス制御弁13の開度
をオープンループで制御し、スロットル弁2の全閉時
(アクセルオフ)にはエンジン回転数が予め定めた値に
なるようにフィードバック制御する。
【0018】図7はスロットルアクチュエータ3の制御
に異常が生じたときの動作を示すフローチャートであ
り、ステップ200〜202の動作は従来と同様であ
る。制御異常でスロットルアクチュエータ3を駆動停止
した場合、ステップ203でアクセル開度αを読み込
み、ステップ204ではステップ制御弁13の開度θB
をアクセル開度αに応じて制御する。即ち、開度θB
アクセル開度αに対して図8に示すような特性となるよ
うに制御する。一方、ステップ202aでスロットルア
クチュエータ3が通常制御された場合には、ステップ2
05でバイパス制御弁13はアクセル開度αとは無関係
にエンジン補機の負荷状態に応じて制御されるととも
に、スロットル弁2の全閉時にはアイドル回転数に制御
される。
【0019】なお、上記実施例においては、スロットル
アクチュエータ3の制御の異常をアクセル開度αと実ス
ロットル開度θr との偏差βの大小によって判定した
が、エンジン1の吸入空気量(図示しない吸気量センサ
の出力)とアクセル開度α又は目標スロットル開度θS
との関係などから異常を判定するようにしてもよく、さ
らに他のセンサを付加してもよい。又、制御部10の異
常によってスロットル制御が不能になった場合に備え
て、通常の制御を行なうマイコンとは別の電子回路やマ
イコンでモニタすることも有り得る。
【0020】又、スロットルアクチュエータ3の全閉故
障時にバイパス空気量をアクセル開度αに応じて制御す
る場合、バイパス空気量が少な過ぎると効果がないの
で、比較的低速でも走行可能とするため、バイパス空気
量はエンジン1の暖機後の無負荷回転数が2000RP
M以上となるように(例えば4000RPM程度)バイ
パス路12の通路面積を設定することが必要である。さ
らに、バイパス制御弁13のアクチュエータをステッピ
ングモータやDCモータで構成した場合、応答速度が遅
くなり、アクセルペダル7の踏み込みに対してエンジン
出力の立上りが遅くなるので、異常時にはアイドル時の
空気量を正常時に比して高くなるようにしておくのが効
果的である。
【0021】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、電気制
御スロットルアクチュエータ系に異常が生じた場合には
バイパス制御弁がアクセル開度に応じて開閉制御され、
スロットル弁が全閉状態に保持されても最低限の走行は
可能となり、また、バイパス制御弁のアクチュエータを
ステッピングモータやDCモータで構成した場合にでも
応答速度が遅れたりすることがなく、車両の安全性を高
めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明装置の構成図である。
【図2】従来装置の構成図である。
【図3】スロットルアクチュエータの制御動作を示すフ
ローチャートである。
【図4】アクセル開度と目標スロットル開度との関係図
である。
【図5】エンジン回転数とエンジントルクとの関係図で
ある。
【図6】従来装置の異常判定及びその後の処理動作を示
すフローチャートである。
【図7】この発明装置の異常判定及びその後の処理動作
を示すフローチャートである。
【図8】この発明装置の異常判定時のアクセル開度とバ
イパス制御弁開度との関係図である。
【符号の説明】
1 エンジン 2 スロットル弁 3 スロットルアクチュエータ 6 スロットル開度センサ 7 アクセルペダル 8 アクセル開度センサ 10 制御部 12 バイパス路 13 バイパス制御弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−183249(JP,A) 特開 昭61−8441(JP,A) 特開 昭63−80026(JP,A) 特開 平3−267542(JP,A) 特開 平4−187850(JP,A) 特開 平5−163991(JP,A) 実開 平3−89943(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 9/00 - 41/40

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アクセル開度を検出するアクセル開度セ
    ンサと、アクセル開度に応じてスロットル弁の開度を調
    節するスロットルアクチュエータと、スロットル弁をバ
    イパスする吸気通路に設けられ、エンジンの運転状態に
    応じて開度制御されるバイパス制御弁を備えたエンジン
    の吸入空気量制御装置において、スロットルアクチュエ
    ータの制御異常を検出する異常検出手段と、異常検出時
    に、アクセル開度に応じてバイパス制御弁の開度を制御
    する手段を備え、異常時におけるアイドリング時の空気
    量を正常時に比して高くなるようにすることを特徴とす
    るエンジンの吸入空気量制御装置。
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