JP3743258B2 - 内燃機関のスロットル制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクセル操作量等に応じてアクチュエータを駆動しスロットルバルブの開度を制御する内燃機関のスロットル制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、内燃機関のスロットル制御装置に関連する先行技術文献としては、特開平10−238389号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、スロットル開度センサ(スロットルセンサ)の異常検出からの経過時間により一時的な異常状態である仮異常と真に異常状態に陥った本異常とに分け、仮異常のときはアクチュエータ(モータ)への通電を固定出力としスロットル開度を制御、本異常のときはアクチュエータへの通電を停止させスロットル制御する技術が示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スロットル開度センサの仮異常時に、アクチュエータへの通電を固定出力としスロットル開度を制御しようとしても、アクチュエータによる駆動力の温度変化や経時変化、製品ばらつき等によりスロットル開度を所望の開度位置に制御することは困難であった。ここで、スロットル開度を開き過ぎると内燃機関の出力が大きくなり過ぎたり、スロットル開度を閉じ過ぎるとエンストに陥るという不具合があった。
【0004】
これに対処するため、前述のものでは、異常確定したのちアクチュエータへの通電を停止しているが、この際、内燃機関の機関回転数の不用意な上昇による意図しない加速等を防止するには100〔ms:ミリ秒〕前後と短い時間内に異常判定し、かつアクチュエータへの通電を停止する必要があった。このため、例えば、ワイヤハーネス等の接触不良によるスロットル開度センサからの開度信号の瞬断等によって直ちにアクチュエータへの通電が停止されるとドライバビリティが悪化するという不具合があった。
【0005】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサからの開度信号の瞬断等の異常ではアクチュエータへの通電を継続状態とし、異常状態が所定時間を越えるとアクチュエータへの通電を停止状態とし機械的な所定開度に固定することで、スロットル開度センサの異常時にドライバビリティを損なうことなく内燃機関の出力の大きくなり過ぎやエンストを防止可能な内燃機関のスロットル制御装置の提供を課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の内燃機関のスロットル制御装置によれば、スロットル開度センサからの開度信号が瞬間的な接触不良や外部ノイズ等により異常と判定されても、その異常状態が第1の所定時間を越えるまでは、アクチュエータへの通電許可状態が維持されることで、スロットル開度センサが瞬間的な異常状態に陥っても直ちに、内燃機関の運転状態に影響を与えることがなくドライバビリティを損なうことがない。そして、スロットル開度センサの異常状態が第1の所定時間以上継続して検出されたときには、アクチュエータへの通電が一旦、停止され機械的な所定開度に保持されることで、内燃機関の機関回転数の不用意な上昇が防止される。この所定開度は、例えば、内燃機関の機関回転数がアイドル回転数よりやや高くなるよう設定されている。このため、スロットル開度センサの異常時において、機関出力が大きくなり過ぎることなく、スロットルバルブの開度の閉じ過ぎによるエンストも防止される。更に、スロットル開度センサの異常状態が第1の所定時間以上で第2の所定時間を経過する以前に解消されたときには、アクチュエータへの通電が許可状態とされ再開されることで、通常のスロットル制御に復帰される。
【0007】
請求項2の内燃機関のスロットル制御装置における通電制御手段では、スロットル開度センサの異常状態が第2の所定時間以上継続して検出されたときには、内燃機関が停止状態となるまでアクチュエータへの通電が停止状態とされ、スロットルバルブの開度が機械的な所定開度に固定される。この所定開度は、例えば、内燃機関の機関回転数がアイドル回転数よりやや高くなるよう設定されている。これにより、スロットル開度センサが真に異常状態に陥った際には、スロットルバルブの開度を開き過ぎることなくかつ、内燃機関をエンストさせることのない、所謂、退避走行可能な機関回転数に設定されることで、例えば、車両の修理工場等までの移動が可能となる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【0009】
図1は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【0010】
図1において、内燃機関1の吸気通路2の上流側にはエアクリーナ3が設けられ、エアクリーナ3の下流側には吸気量(吸入空気量)を検出するエアフローメータ4が設置されている。また、吸気通路2のエアフローメータ4より下流側にはスロットルバルブ5が設けられ、このスロットルバルブ5の回動軸5aに連結された電動モータ19の駆動力により実際のスロットルバルブ5の開度であるスロットル開度TAが制御され、内燃機関1に供給される吸気量が調整される。このスロットルバルブ5のスロットル開度TAがスロットル開度センサ16によって検出される。なお、アイドル時にあっても、電動モータ19の駆動力によってスロットル開度TAが制御され、これによって吸気量GNが制御され機関回転数NEが目標アイドル回転数に一致されるようにフィードバック制御される。更に、吸気通路2はインテークマニホルド6を介して内燃機関1の各気筒に接続され、吸気通路2からの吸入空気がインテークマニホルド6内を経て各気筒に分配供給される。
【0011】
インテークマニホルド6には各気筒に対応してインジェクタ(燃料噴射弁)7が設置され、各インジェクタ7から噴射された燃料は、吸入空気と混合され各気筒に供給される。この混合気は吸気バルブ8の開閉に伴って各気筒の燃焼室9内に導入され、点火プラグ10の点火により燃焼され、ピストン11が押下げられクランクシャフト12にトルクが付与される。燃焼後の排気ガスは排気バルブ13の開閉に伴って排気通路14を経て外部に排出される。また、クランクシャフト12の近接位置にはクランク角センサ15が設置され、このクランク角センサ15からは30°CA(Crank Angle:クランク角)毎にパルス信号が出力される。
【0012】
20はECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)であり、ECU20はエアフローメータ4によって検出された吸気量GN信号やクランク角センサ15によって検出された機関回転数NE信号等に基づいてインジェクタ7の駆動を制御すると共に、スロットル開度センサ16によって検出されたスロットル開度TA信号やアクセルペダル17の踏込量がアクセル開度センサ18によって検出されたアクセル開度Ap信号等に基づいてスロットルバルブ5を開閉制御するCPU21,ROM22,RAM23等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。
【0013】
次に、ECU20及びその周辺の構成について、図1を参照し更に詳しく説明する。
【0014】
ECU20において、CPU21は吸気量GN信号や機関回転数NE信号、更にはスロットル開度TA信号やアクセル開度Ap信号等を読込み、内燃機関1の運転状態に応じてその都度要求されるインジェクタ7の燃料噴射量や電動モータ19によるスロットルバルブ5の目標とする指令値である目標スロットル開度TTP等を演算する周知の中央処理装置である。
【0015】
また、ROM22は所謂プログラムメモリとして、内燃機関1の運転状態を制御するための各種制御プログラム、即ち、燃料噴射制御プログラムやスロットル制御プログラム等が予め格納されたメモリである。CPU21では、このROM22に格納されているプログラムに従って各種の演算処理を実行する。また、RAM23は所謂データメモリとして、各種センサの入出力データやCPU21による演算処理データ等が一時的に格納されるメモリである。
【0016】
インジェクタ駆動回路24は、吸気量GN信号や機関回転数NE信号に基づきCPU21を通じて算出される燃料噴射量に対応した所定パルス幅の信号を形成してインジェクタ7を駆動する回路である。これにより、インジェクタ7からは算出された燃料噴射量に対応した量の燃料が内燃機関1の各気筒に対して噴射供給される。
【0017】
また、モータ駆動回路25は、CPU21による演算処理により、電動モータ19によるスロットルバルブ5の目標スロットル開度TTPとスロットル開度センサ16からのスロットル開度TAとの偏差に応じて、その偏差を縮小するためPWM(パルス幅変調)変換されたデューティ比信号として算出された出力DUTY(制御量)から出力電流DUTYを形成して電動モータ19に出力する回路である。これにより、電動モータ19では出力電流DUTYに対応した駆動力が発生され、スロットル開度センサ16で検出されるスロットルバルブ5のスロットル開度TAが最終的に目標スロットル開度TTPに一致するように調整される。
【0018】
そして、A/D変換回路27は、読込まれる吸気量GN信号、スロットル開度TA信号、アクセル開度Ap信号及びその他、水温センサ(図示略)からの冷却水温THW信号等をA/D(アナログ−ディジタル)変換してCPU21に出力するための回路である。
【0019】
次に、図2及び図3に基づき内燃機関のスロットル制御装置の構成について説明する。
【0020】
図2及び図3において、アクセルペダル17にはアクセル開度センサ18が配設され、アクセルペダル17はアクセルレバー41に連結されている。このアクセルレバー41は、アクセルリターンスプリング42a,42bによってアクセルペダル17の戻り方向(時計回り方向)に付勢されている。アクセルペダル17が操作されない状態(アクセルOFF)では、アクセルレバー41はアクセルリターンスプリング42a,42bによってアクセル全閉ストッパ43に当接した状態に保持される。内燃機関1の運転中は、アクセルペダル17の操作量に基づくアクセルレバー41の位置がアクセル開度センサ18によってアクセル開度Apとして検出される。
【0021】
一方、スロットルバルブ5の回動軸5aにはバルブレバー44が連結され、このバルブレバー44が退避走行用スプリング45によってスロットルバルブ5の開方向(図2の上方向)に付勢されている。このため、図2(b)に示すモータOFF(電動モータ19への電源OFF)時には、退避走行用スプリング45によってバルブレバー44が中間レバー47に当接した中間ストッパ位置に保持される。このとき、中間レバー47は、バルブリターンスプリング48によってスロットルバルブ5の閉方向(図2の下方)に付勢され、中間ストッパ49に当接されている。
【0022】
つまり、バルブリターンスプリング48の引張力は退避走行用スプリング45の引張力よりも大きく設定されている。したがって、図2(b)に示すモータOFF時には、バルブリターンスプリング48の引張力が退避走行用スプリング45の引張力に打勝って、中間レバー47が中間ストッパ49に当接し保持され、スロットルバルブ5のスロットル開度TAが中間ストッパ49で規制される中間ストッパ位置(スロットル開度TA=約7°)に保持される。
【0023】
一方、図2(a)に示す通常制御時(モータON時)には、アクセルペダル17の操作量に応じて電動モータ19が正転または逆転されスロットルバルブ5のスロットル開度TAが調整され、そのときのスロットルバルブ5のスロットル開度TAがスロットル開度センサ16によって検出される。この際、スロットル開度TAを大きくする場合には、電動モータ19に正側のモータ電流が供給され電動モータ19が正転されることで、図2(a)に示すようにバルブレバー44がバルブリターンスプリング48の引張力に抗して中間レバー47が押上げられスロットルバルブ5が開方向に駆動される。これとは逆に、スロットル開度TAを小さくする場合には、電動モータ19に負側のモータ電流が供給され電動モータ19が逆転されることで、バルブレバー44が下降されスロットルバルブ5が閉方向に駆動される。そして、中間レバー47が中間ストッパ49に当接されたのちのスロットルバルブ5の閉方向の駆動では、バルブレバー44が退避走行用スプリング45の引張力に抗して下降されスロットルバルブ5が全閉ストッパ位置(スロットル開度TA=0°)まで閉じると、バルブレバー44がスロットル全閉ストッパ46に当接され、それ以上の回動が阻止される。
【0024】
なお、図2及び図3に示すように、スロットル開度センサ16及びアクセル開度センサ18は共に二重系にて構成されている。したがって、周知のように、2つのスロットル開度TA信号における偏差または2つのアクセル開度Ap信号における偏差がそれぞれ予め設定された所定値を外れたときに異常であると判定される。
【0025】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているECU20内のCPU21におけるセンサ異常判定制御の処理手順を示す図4のフローチャートに基づいて説明する。なお、このセンサ異常判定制御ルーチンは約8ms毎にCPU21にて繰返し実行される。
【0026】
図4において、まず、ステップS101でイグニッションスイッチIGがON(オン)であるかが判定される。ステップS101の判定条件が成立せず、即ち、イグニッションスイッチIGがOFF(オフ)で内燃機関が運転状態でないときにはステップS102に移行し、スロットル開度センサ16が真に異常状態にあることを示す本異常判定フラグXFAILが「0(異常なし)」にセットされる。次にステップS103に移行して、電動モータ19への通電許可状態とされ、本ルーチンを終了する。
【0027】
ここで、ステップS101の判定条件が成立、即ち、イグニッションスイッチIGがONで内燃機関が運転状態となるとステップS104に移行し、本異常判定フラグXFAILが「1(異常有り)」にセットされているかが判定される。ステップS104の判定条件が成立せず、即ち、スロットル開度センサ16に対する本異常判定フラグXFAILが「0」にセットされているときにはステップS105に移行する。ステップS105では、スロットル開度センサ16が異常状態に陥っていないかが判定される。ステップS105の判定条件が成立せず、即ち、スロットル開度センサ16が正常状態であるときにはステップS106に移行し、スロットル開度センサ16に対する真の異常状態を決定する前段階の猶予期間を設定するための仮異常判定カウンタCFAILが「0」にクリアされる。一方、ステップS105の判定条件が成立、即ち、このときスロットル開度センサ16が異常状態であるときにはステップS107に移行し、仮異常判定カウンタCFAILが「+1」インクリメントされる。
【0028】
ステップS106またはステップS107による処理ののちステップS108に移行し、仮異常判定カウンタCFAILが予め設定されている所定値K1 以上であるかが判定される。ステップS108の判定条件が成立せず、即ち、仮異常判定カウンタCFAILが所定値K1 未満と小さいときには上述のステップS103に移行し、同様に電動モータ19への通電許可状態とされ、本ルーチンを終了する。
【0029】
一方、ステップS108の判定条件が成立、即ち、仮異常判定カウンタCFAILが所定値K1 以上と大きくなるとステップS109に移行し、仮異常判定カウンタCFAILが予め設定されている所定値K2 以上であるかが判定される。ステップS109の判定条件が成立、即ち、仮異常判定カウンタCFAILが所定値K1 より大きな所定値K2 以上に大きくなるとステップS110に移行し、本異常判定フラグXFAILが「1」にセットされる。
【0030】
ステップS109の判定条件が成立せず、即ち、仮異常判定カウンタCFAILが所定値K2 未満、つまり、所定値K1 と所定値K2 との間にあるとき、またはステップS110で本異常判定フラグXFAILが「1」にセットされたのち、またはステップS104の判定条件が成立、即ち、本異常判定フラグXFAILが「1」にセットされているときには、ステップS111に移行する。ステップS111では、スロットル開度センサ16が仮異常または真に異常状態であるとして電動モータ19が通電停止状態とされ、本ルーチンを終了する。
【0031】
このように、本実施例の内燃機関のスロットル制御装置は、各種センサ情報に基づきアクチュエータとしての電動モータ19を駆動し、スロットルバルブ5のスロットル開度TAを制御するものであって、スロットルバルブ5のスロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ16と、スロットル開度センサ16の異常状態を検出するECU20内のCPU21にて達成される異常検出手段と、電動モータ19への通電を停止したとき、内燃機関1の機関回転数NEが上昇し過ぎることなく、かつ、エンストも防止できるようにスロットルバルブ5のスロットル開度TAを機械的に所定開度に保持するスロットルバルブ5の回動軸5aに連結されたバルブレバー44、退避走行用スプリング45、中間レバー47、バルブリターンスプリング48及び中間ストッパ49等からなる開度保持手段と、前記異常検出手段でスロットル開度センサ16の異常状態を第1の所定時間K1 以上継続して検出したときには、電動モータ19への通電を一旦、停止することで前記開度保持手段による所定開度に保持したのち、その異常状態が第1の所定時間K1 より長い第2の所定時間K2 を経過する以前に解消したときには、電動モータ19への通電を再開するECU20内のCPU21にて達成される通電制御手段とを具備するものである。
【0032】
したがって、スロットル開度センサ16からのスロットル開度TA信号が瞬間的な接触不良や外部ノイズ等により異常と判定されても、その異常状態が第1の所定時間K1 を越えるまでは、電動モータ19への通電許可状態が維持されることで、スロットル開度センサ16が瞬間的な異常状態に陥っても直ちに、内燃機関1の運転状態に影響を与えることがなくドライバビリティを損なうことがない。そして、スロットル開度センサ16の異常状態が第1の所定時間K1 以上継続して検出されたときには、電動モータ19への通電が一旦、停止され機械的な所定開度に保持されることで、内燃機関1の機関回転数NEの不用意な上昇を防止することができる。
【0033】
この所定開度は、例えば、内燃機関1の機関回転数NEがアイドル回転数よりやや高くなるよう設定されている。このため、スロットル開度センサ16の異常時において、内燃機関1の機関回転数NEが上昇し過ぎることなく、スロットルバルブ5のスロットル開度TAの閉じ過ぎによるエンストも防止することができる。更に、スロットル開度センサ16の異常状態が第1の所定時間K1 以上で第2の所定時間K2 を経過する以前に解消されたときには、電動モータ19への通電が許可状態とされ再開されることで、通常のスロットル制御に復帰させることができる。
【0034】
また、本実施例の内燃機関のスロットル制御装置のECU20内のCPU21にて達成される通電制御手段は、ECU20内のCPU21にて達成される異常検出手段でスロットル開度センサ16の異常状態を第2の所定時間K2 以上継続して検出したときには、内燃機関1が停止状態となるまで電動モータ19への通電を停止することでスロットルバルブ5の回動軸5aに連結されたバルブレバー44、退避走行用スプリング45、中間レバー47、バルブリターンスプリング48及び中間ストッパ49等からなる開度保持手段による所定開度に保持するものである。
【0035】
したがって、スロットル開度センサ16の異常状態が第2の所定時間K2 以上継続して検出されたときには、内燃機関1が停止状態となるまで電動モータ19への通電が停止状態とされ、スロットルバルブ5のスロットル開度TAが機械的な所定開度に固定される。この所定開度は、例えば、内燃機関1の機関回転数NEがアイドル回転数よりやや高くなるよう設定されている。これにより、スロットル開度センサ16が真に異常状態に陥った際には、スロットル開度TAを開き過ぎることなくかつ、内燃機関1をエンストさせることのない、所謂、退避走行可能な機関回転数NEに設定されることで、修理工場等まで車両を移動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図2】 図2は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置の要部構成を示す模式図である。
【図3】 図3は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置の要部構成を示す斜視図である。
【図4】 図4は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているECU内のCPUにおけるセンサ異常判定制御の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 内燃機関
5 スロットルバルブ
16 スロットル開度センサ
19 電動モータ(アクチュエータ)
20 ECU(電子制御ユニット)
Claims (2)
- 各種センサ情報に基づきアクチュエータを駆動し、スロットルバルブの開度を制御する内燃機関のスロットル制御装置において、
前記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサと、
前記スロットル開度センサの異常状態を検出する異常検出手段と、
前記アクチュエータへの通電を停止したとき、前記内燃機関の機関回転数が上昇し過ぎることなく、かつ、エンストも防止できるように前記スロットルバルブの開度を機械的に所定開度に保持する開度保持手段と、
前記異常検出手段で前記スロットル開度センサの異常状態を第1の所定時間以上継続して検出したときには、前記アクチュエータへの通電を一旦、停止することで前記開度保持手段による前記所定開度に保持したのち、その異常状態が前記第1の所定時間より長い第2の所定時間を経過する以前に解消したときには、前記アクチュエータへの通電を再開する通電制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。 - 前記通電制御手段は、前記異常検出手段で前記スロットル開度センサの異常状態を前記第2の所定時間以上継続して検出したときには、内燃機関が停止状態となるまで前記アクチュエータへの通電を停止することで前記開度保持手段による前記所定開度に保持することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のスロットル制御装置。
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