JP3464919B2 - 電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸気系に介装され
たスロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータ
で開閉する電制スロットルシステムを備える内燃機関に
関し、特にシステムを構成するセンサの異常時のフェイ
ルセーフ制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、アクセル開度 (アクセルペダル踏
込み量) あるいはそれと機関回転速度等とに基づいて、
目標空気量が得られるようにスロットル弁の開度を電子
制御する電制スロットルシステムがある（特開平７−１
８０５７０号公報等参照) 。かかる電制スロットルシス
テムの中でも、特に駆動系が故障した場合にアクセル操
作でスロットル弁をワイヤ等で機械的に連動するフェイ
ルセーフ機構を備えないもの（フル電制スロットルシス
テム) においては、例えば、以下のような方式が採用さ
れている。

【０００３】即ち、アクセル開度センサとスロットル開
度センサとを２個ずつ備え、アクセル開度については２
個の検出値の中の小さい方を選択し（出力の過大防止の
ため) 、スロットル弁開度については、主のスロットル
開度の検出値を用い、場合によって２個の検出値の中の
大きい方を選択するようにしている（フィードバック制
御により大きい方を選択する方が小さい方向に補正され
て出力の過大を防止できるため) 。

【０００４】そして、前記各センサの２個の中の１個が
故障した場合には、残る１個の故障に対する補償がない
ため、アクチュエータの出力を停止し、２個のスプリン
グ（リターンスプリング及びデフォルトスプリング) の
間にスロットル弁を連結してこれらスプリングのバラン
スする所定のデフォルト開度に保持させて、いわゆるリ
ンプホーム状態（最低限の出力で走行可能とする最低補
償の低速フェイルセーフ運転状態) とするようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】なお、前記フル電制ス
ロットルシステムでは、上記のような事態に鑑み、スロ
ットル開度センサが１個だけ故障した場合でも、例え
ば、スロットル弁駆動用のアクチュエータの通電を停止
し、リターンスプリングとデフォルトスプリングとのバ
ランスによって所定のデフォルト開度に保持するように
したものもある。

【０００６】しかし、該デフォルト開度に保持するリン
プホーム制御では、最大車速４０Ｋｍ程度にまで制限さ
れてしまう。しかも、電制スロットルシステムの構成部
品の中でもアクセル開度センサやスロットル開度センサ
は故障率が高いので、これらセンサの一重故障時は、あ
る程度の走行性能を保証することが要求されていた。本
発明は、このような従来の課題に着目してなされたもの
で、センサの一重故障時は、正常の方のセンサの検出値
を用いて所望の速度で運転する一重故障時のリンプホー
ム制御を行い、かつ、該リンプホーム制御に滑らかに移
行できるようにした電制スロットル式内燃機関のフェイ
ルセーフ制御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため請求項１に係る
発明は、図１に示すように、アクセル開度を含む機関運
転条件に応じて吸気系に介装されたスロットル弁を目標
開度になるようにアクチュエータで開閉する電制スロッ
トルシステムを備えると共に、前記アクセル開度を検出
するアクセル開度センサと前記スロットル弁の開度を検
出するスロットル開度センサとを２個ずつ備えた電制ス
ロットル式内燃機関において、前記各センサの２個の中
の１個が故障したときに、残る１個のセンサの検出値を
用いてスロットル弁開度を制御する一重故障時フェイル
セーフ手段と、前記各センサの２個の中の１個の故障が
確定してから最低補償の低速フェイルセーフ運転を経験
した後に、前記一重故障時フェイルセーフ手段の作動を
許可する一重故障時フェイルセーフ許可手段と、を含ん
で構成したことを特徴とする。

【０００８】かかる構成によると、アクセル開度センサ
とスロットル開度センサの２個ずつのセンサの中、１個
が故障したときに、一重故障時フェイルセーフ手段によ
り、残るセンサの検出値に基づいてアクセル開度に応じ
てスロットル弁を所望の目標開度に制御し、所望の速度
で運転することができる。但し、該センサの一重故障の
確定と同時に前記一重故障時のフェイルセーフを行う
と、例えば走行中にアクセルが開いている状態で一重故
障が発生したような場合は、スロットル開度が開くた
め、急に出力が増大して不安感を生じる。

【０００９】そこで、一重故障時フェイルセーフ許可手
段により、ドライバに最低補償の低速フェイルセーフ運
転を経験させて確認させた後、この状態から一重故障時
フェイルセーフ手段の作動を許可してアクセル操作に応
じた所望の速度での運転を行わせるようにする。また、
請求項２に係る発明は、前記最低補償のフェイルセーフ
運転が、アクセル開放操作後、スロットル弁が該最低補
償のフェイルセーフ運転を補償する所定開度付近にある
状態での運転であることを特徴とする。

【００１０】かかる構成によると、一重故障発生後、ア
クセルを離して減速運転の意志を示したときに、スロッ
トル弁が最低補償のフェイルセーフ運転を補償する所定
開度付近にある状態での低速安定走行を経験して確認し
た後、その状態から滑らかに一重故障時リンプホーム制
御に移行し、アクセル開度に応じた所望の速度で運転す
ることができる。

【００１１】また、請求項３に係る発明は、前記最低補
償のフェイルセーフ運転が、ブレーキ操作後、スロット
ル弁が該最低補償のフェイルセーフ運転を補償する所定
開度付近にある状態での運転であることを特徴とする。
かかる構成によると、一重故障発生後、ブレーキ操作し
て減速運転の意志を示したときに、スロットル弁が最低
補償のフェイルセーフ運転を補償する所定開度付近にあ
る状態での低速走行を経験して確認した後、その状態か
ら滑らかに一重故障時リンプホーム制御に移行し、アク
セル開度に応じた所望の速度で運転することができる。

【００１２】また、請求項４に係る発明は、前記アクチ
ュエータの駆動を停止したときに、２つのスプリングの
付勢力のバランスによってスロットル弁を前記最低補償
のフェイルセーフ運転を補償する所定開度に保持させる
ことを特徴とする。かかる構成によると、通常は前記２
つのスプリングを伸縮させつつスロットル弁を所望の開
度に制御できると共に、アクチュエータの駆動を停止す
ると、２つのスプリングの付勢力の静的なバランスによ
ってスロットル弁を所定開度に保持させることができ
る。そして、前記センサの一重故障が確定する前やセン
サが２つとも故障する二重故障時などに、アクチュエー
タの駆動を停止してスロットル弁の開度を所定開度に保
持して前記最低補償の低速フェイルセーフ運転を行わせ
る。

【００１３】また、請求項５に係る発明は、前記各セン
サの２個の中の１個の故障は、該１個のセンサの故障が
所定時間継続したときに故障であると確定することを特
徴とする。かかる構成によると、過渡的なセンサの故障
を除去し、継続的な故障を確定することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図２は、本発明の一実施形態のシステ
ム構成を示す。２個のアクセル開度センサ（ＡＰＳ) １
Ａ，１Ｂは、ドライバによって踏み込まれたアクセルペ
ダルの踏込み量（アクセル開度) を検出する。

【００１５】クランク角センサ２は、単位クランク角毎
のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発
生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計
測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計
測することにより、機関回転速度を検出できる。エアフ
ローメータ３は、機関４への吸入空気量 (単位時間当り
の吸入空気量＝吸入空気流量) を検出する。

【００１６】水温センサ５は、機関の冷却水温度を検出
する。機関４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料
を直接燃焼室内に噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に
装着されて点火を行う点火栓７が設けられる。該燃焼室
内への直接噴射方式により、層状燃焼によるリーン化が
可能となり、空燃比を広範囲に可変制御することができ
る。

【００１７】また、機関４の吸気通路８には、スロット
ル弁９が介装され、該スロットル弁９をその弁軸に連結
されたレバー１０を介して駆動することによって弁開度
を電子制御可能なアクチュエータ１１が備えられてい
る。前記レバー１０には、両側にリターンスプリング１
２とデフォルトスプリング１３が、連結されており、ア
クチュエータ１１の通電をＯＦＦとした状態では、前記
リターンスプリング１２とデフォルトスプリング１３と
の付勢力がバランスする位置でスロットル弁９が所定の
デフォルト開度に保持されるようになっている。また、
前記スロットル弁９には、該スロットル弁９の開度を検
出する２個のスロットル開度センサ１４Ａ，１４Ｂが設
けられている。

【００１８】排気通路１５には、排気中の特定成分例え
ば酸素の濃度を検出することにより、燃焼混合気の空燃
比を検出する空燃比検出手段としての空燃比センサ１６
が備えられる。さらに、運転者の減速操作検出のため、
前記アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂに付随してアイドル
状態（アクセルの略開放状態) を検出するアイドルスイ
ッチ１７Ａ，１７Ｂが設けられ、かつ、ブレーキ操作を
検出するブレーキスイッチ１８が儲けられる。

【００１９】前記各種センサ類からの検出信号は、コン
トロールユニット１９へ入力され、該コントロールユニ
ット１９は、前記センサ類からの信号に基づいて検出さ
れる運転状態に応じて前記アクチュエータ１１を駆動し
てスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を
駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期
を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御
を行う。

【００２０】次に、前記アクセル開度センサ１Ａ（ＡＰ
Ｓ１) ，１Ｂ（ＡＰＳ２) 及びスロットル開度センサ１
７Ａ（ＴＰＳ１) ，１７Ｂ（ＴＰＳ２) の故障診断及び
故障時のフェイルセーフ制御について、図３を参照して
説明する。図において、アクセル開度センサ系統診断に
ついて説明すると、アクセル開度センサ１Ａ（１Ｂ) 出
力診断では、オープン，ショートの故障検出を行い、故
障発生時にフラグＡＰＳ１ＣＡ（ＡＰＳ２ＣＡ) を１に
セットするが、過渡的な故障を除去するため、故障状態
が所定のディレイ時間継続したときにフラグＡＰＳ１Ｎ
Ｇ（ＡＰＳ２ＮＧ) を１にセットして、該アクセル開度
センサ１Ａ（１Ｂ)の故障を確定する。なお、各フラグ
（後述するフラグも含めて) を１にセットしたときは、
後述する各回路への出力がハイレベルであり、０にリセ
ットされているときは各回路への出力がローレベルであ
るように設定されている。

【００２１】また、アクセル開度センサ１Ａと１Ｂとの
差が大きく不整合であるかの診断（ＡＰＳ不整合診断)
も行い、不整合であるときにフラグＡＰＳＸＣＡを１に
セットするが、この場合も過度的な不整合を除去するた
め、不整合状態が所定のディレイ時間継続したときにフ
ラグＡＰＳＸＮＧを１にセットして、不整合であると確
定する。なお、センサの一重故障が発生すると、故障側
と正常側とで出力値の差が大きく生じるため、まず、こ
の不整合状態が確定し、その後、一重故障が確定する。

【００２２】一方、スロットル開度センサ系統診断につ
いてもアクセル開度センサ系統診断の場合と同様であ
る。即ち、スロットル開度センサ１４Ａ（１４Ｂ) のオ
ープン，ショートの故障検出を行い、故障発生時にフラ
グＴＰＳ１ＣＡ（ＴＰＳ２ＣＡ) を１にセットするが、
該故障状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグ
ＴＰＳ１ＮＧ（ＴＰＳ２ＮＧ) を１にセットして、該ス
ロットル開度センサ１４Ａ（１４Ｂ) の故障を確定し、
スロットル開度センサ１４Ａと１４Ｂとの差が大きく不
整合であるときにフラグＴＰＳＸＣＡを１にセットし、
該不整合状態が所定のディレイ時間継続したときにフラ
グＴＰＳＸＮＧを１にセットして、不整合であると確定
する。また、不整合状態が確定した後、一重故障が確定
することも同様である。

【００２３】そして、アクセル開度センサ系統について
は、３個のフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧ，ＡＰＳ
ＸＮＧが共に０の場合（同系統の表の上から１番目) つ
まりアクセル開度センサ系統の診断結果が全て正常の場
合は、アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂの２つの検出値の
中、小さい値の方を選択（ＬＯＷＥＲ) する。また、ス
ロットル開度センサ系統については、３個のフラグＴＰ
Ｓ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ，ＴＰＳＸＮＧが共に０の場合
（同系統の表の上から１番目) は、一方のスロットル開
度センサ１４Ａの検出値ＴＰＯ１を選択する。

【００２４】そして、各系統共に、全て正常と診断され
ている場合はリンプホームの必要もないので、センサ一
重故障時リンプホーム許可フラグを０とし、パワトラオ
フフラグ，リレーオフフラグを０とし、したがって、両
系統共に、全て正常の場合は、アクチュエータ駆動用パ
ワートランジスタ，駆動用リレーが共にＯＮとされ、ア
クチュエータ１１が駆動されて、前記小さい方のアクセ
ル開度ＡＰＯに基づいて設定された目標スロットル開度
となるように、スロットル弁９の開度が制御される。ま
た、この場合、第１オア回路３１の出力はローレベルに
維持されるので、警告灯は点灯しない。

【００２５】また、少なくとも一方の系統について、不
整合のフラグＡＰＳＸＣＡ（ＴＰＳＸＣＡ) のみが１に
セットされているとき（各系統の表の２番目) は、いず
れのアクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（スロットル開度セ
ンサ１４Ａ，１４Ｂ) の検出値も信頼できないと判断
し、パワトラオフフラグ，リレーオフフラグを１とす
る。これにより、第１オア回路３１がハイレベルとなっ
て警告灯が点灯されると共に、第２オア回路３２，第３
オア回路３３の出力がハイレベルとなって、アクチュエ
ータ駆動用パワートランジスタ，駆動用リレーが共にＯ
ＦＦとされて、アクチュエータ１１への通電が停止さ
れ、スロットル弁９を前記リターンスプリング１２とデ
フォルトスプリング１３との付勢力がバランスするデフ
ォルト開度に保持させ、必要最小限の速度（例えば時速
４０Ｋｍ) で走行させる。尚、以下の説明のように６個
のフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧ，ＡＰＳＸＮＧ，
ＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ，ＴＰＳＸＮＧの中の少な
くとも１つが１である場合は、第１オア回路３１がハイ
レベルとなって警告灯が点灯されるので、以下では説明
を省略する。

【００２６】次に、各系統についてフラグＡＰＳ１Ｎ
Ｇ，ＡＰＳ２ＮＧ（ＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ) のい
ずれか１方が１つまりアクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ
（スロットル開度センサ１４Ａ，１４Ｂ) の一方のみが
故障（一重故障) と診断されている場合（各系統の表の
３番目〜６番目) は、かつ、一重故障確定後、後述する
所定の条件成立後にセンサ一重故障時リンプホーム許可
フラグを０から１にセットし、該フラグの０から１への
切り換えに同期してパワトラオフフラグ，リレーオフフ
ラグもそれぞれ１から０に切り換える。また、アクセル
開度ＡＰＯ（スロットル開度ＴＰＯ) については、故障
と診断されていない側の検出値、ＡＰＳ１又はＡＰＳ２
（ＴＰＯ１又はＴＰＯ２) を選択する。

【００２７】ここで、前記センサ一重故障確定後、一重
故障時リンプホーム許可フラグを１にセットするルーチ
ンを、図４のフローチャートに従って説明する。なお、
アクセル開度センサ，スロットル開度センサ共に同様に
実行される。ステップ１では、アクセル開度センサ（ス
ロットル開度センサ) の診断結果を読み込む。

【００２８】ステップ２では、前記各フラグの値から一
系統のアクセル開度センサ（スロットル開度センサ) が
一重故障したか否かを判定する。一重故障と判定された
場合は、ステップ３へ進み、アクセル開放操作によって
アイドルスイッチがＯＮとなったか否かを判定する。ア
イドルスイッチＯＮと判定されたときは、ステップ４へ
進み、スロットル弁の開度が、デフォルト開度近傍（デ
フォルト開度±α) の値であるか否かを判定する。

【００２９】そして、デフォルト開度近傍の値と判定さ
れた場合は、前記アクセル開度センサ（スロットル開度
センサ) の一重故障時リンプホーム許可フラグが１にセ
ットされる。図５は別の実施の形態に係る一重故障時リ
ンプホーム許可フラグのセットルーチンである。

【００３０】図４と異なるのは、ステップ１３でアイド
ルスイッチの代わりにブレーキスイッチがＯＮか否かを
判定するものであるが、ドライバの所定以上の減速運転
意志を検出する点で同等の判断ステップである。このよ
うにして、アクセル開度センサ系統とスロットル開度セ
ンサ系統の中の少なくとも一方の一重故障時リンプホー
ム許可フラグが１にセットされた場合は、図３の第４オ
ア回路３４の出力がハイレベルとなって一重故障時リン
プホーム制御が実行される。具体的には、同時にパワト
ラオフフラグ，リレーオフフラグが０に切り換えられる
ので、アクチュエータ１１が駆動され、選択されたアク
セル開度ＡＰＯに基づいて設定された目標スロットル開
度となるように、スロットル弁９の開度を制御すること
ができる。つまり、強制的にスロットル開度をデフォル
ト開度に保持されることなく、時速４０Ｋｍ程度の低速
に制限されることなく、所望の車速で走行することがで
きる。

【００３１】また、前記したように一重故障発生後、該
一重故障が確定する前にまず、２つのセンサの値が不整
合となって不整合のフラグＡＰＳＸＣＡ（ＴＰＳＸＣ
Ａ) が１にセットされ、このとき、リレーオフフラグも
１となってアクチュエータの駆動が停止され、スロット
ル弁がリターンスプリングとデフォルトスプリングのバ
ランスするデカルト開度まで移動しようとする。しか
し、吸気抵抗や機械的な遅れ等でデフォルト開度に達す
るのに遅れがあり、達する前に一重故障時リンプホーム
制御に移行すると、スロットル弁がまだ開いているた
め、出力の大きい所からリンプホーム制御が開始される
こととなり、特に、アクセル開度がより大きく開かれて
いる場合には、スロットル弁の開度が更に増大して運転
者の意図しない加速を生じることともなってしまう。

【００３２】この点、本発明に係る構成として、アクセ
ル開放操作やブレーキ操作等の所定レベル以上の減速操
作を行い、実際にスロットル弁がデフォルト開度近傍ま
で戻って最低補償の低速フェイルセーフ運転を経験して
確認してから、一重故障時リンプホーム制御に移行して
運転者の意志によるアクセル開度に対応した所望の速度
での走行に滑らかに移行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。

【図３】同上実施形態に係るアクセル開度センサとスロ
ットル開度センサの診断によるスロットル制御を示す回
路ブロック図。

【図４】同じくセンサ一重故障時リンプホーム許可フラ
グの設定ルーチンの一例を示すフローチャート。

【図５】同じくセンサ一重故障時リンプホーム許可フラ
グの設定ルーチンの別の例を示すフローチャート。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ アクセル開度センサ ４ 機関 ９ スロットル弁 １１ アクチュエータ １２ リターンスプリング １３ デフォルトスプリング １４Ａ，１４Ｂ スロットル開度センサ １７Ａ，１７Ｂ アイドルスイッチ １８ ブレーキスイッチ １９ コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６４ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６４Ｊ (56)参考文献 特開 平10−176583（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−229301（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−72230（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 11/10 F02D 9/02 F02D 41/14 F02D 41/22 F02D 45/00 F02D 35/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アクセル開度を含む機関運転条件に応じて
   吸気系に介装されたスロットル弁を目標開度になるよう
   にアクチュエータで開閉する電制スロットルシステムを
   備えると共に、前記アクセル開度を検出するアクセル開
   度センサと前記スロットル弁の開度を検出するスロット
   ル開度センサとを２個ずつ備えた電制スロットル式内燃
   機関において、 前記各センサの２個の中の１個が故障したときに、残る
   １個のセンサの検出値を用いてスロットル弁開度を制御
   する一重故障時フェイルセーフ手段と、 前記各センサの２個の中の１個の故障が確定してから最
   低補償の低速フェイルセーフ運転を経験した後に、前記
   一重故障時フェイルセーフ手段の作動を許可する一重故
   障時フェイルセーフ許可手段と、 を含んで構成したことを特徴とする電制スロットル式内
   燃機関のフェイルセーフ制御装置。
2. 【請求項２】前記最低補償の低速フェイルセーフ運転
   が、アクセル開放操作後、スロットル弁が該フェイルセ
   ーフ運転を補償する所定開度付近にある状態での運転で
   あることを特徴とする請求項１に記載の電制スロットル
   式内燃機関のフェイルセーフ制御装置。
3. 【請求項３】前記最低補償のフェイルセーフ運転が、ブ
   レーキ操作後、スロットル弁が該フェイルセーフ運転を
   補償する所定開度付近にある状態での運転であることを
   特徴とする請求項１に記載の電制スロットル式内燃機関
   のフェイルセーフ制御装置。
4. 【請求項４】前記アクチュエータの駆動を停止したとき
   に、２つのスプリングの付勢力のバランスによってスロ
   ットル弁を前記最低補償の低速フェイルセーフ運転を補
   償する所定開度に保持させることを特徴とする請求項１
   〜請求項３のいずれか１つに記載の電制スロットル式内
   燃機関のフェイルセーフ制御装置。
5. 【請求項５】前記各センサの２個の中の１個の故障は、
   該１個のセンサの故障が所定時間継続したときに故障で
   あると確定することを特徴とする請求項１〜請求項４の
   いずれか１つに記載の電制スロットル式内燃機関のフェ
   イルセーフ制御装置。