JP3844911B2 - 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、内燃機関の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スロットル制御装置に関し、特に全閉又はその近傍に駆動されるときの制御に関する。
【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スロットル制御装置がある(特開平7−180570号公報等参照) 。
【0003】
かかるスロットル制御装置では、スロットル弁の開度をスロットル弁の全閉位置を基準として設定するため、イグニッションキーのオフ時にスロットル弁を強制的に全閉位置に駆動して、全閉位置の学習をしている。
【0004】
ところで、小型のスロットル制御装置では、廉価な構造とするため、全閉位置を規制するための機械的なストッパーを備えておらず、スロットル弁が吸気通路内壁(ボア)に接触した状態が全閉位置となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような小型スロットル制御装置では、全閉位置の学習毎に何度もスロットル弁を吸気通路内壁に押し付けるため、スロットル弁と吸気通路内壁との間にかじりを発生してしまう。また、スロットル制御装置の軽量化のため、スロットル弁駆動用のギアを樹脂材で形成したものでは、前記スロットル弁押し付け時に前記ギアに加わる大きな負荷により、ギアの耐久性が問題となる。
【0006】
また、高温時は、温度膨張によりスロットル弁が接触する吸気通路内壁(ボア)の真円度が変化してくるため、かじりを大きく発生しやすくなる。
【0007】
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、スロットル弁の全閉学習時又は全閉近傍への制御時におけるスロットル弁と吸気通路内壁との間でのかじりの発生を極力抑制でき、全閉学習時に駆動用のギアへの負荷も軽減できるようにした内燃機関のスロットル制御装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は図1に示すように、
吸気系に介装されたスロットル弁の開度をスロットル開度センサによって検出しつつ、スロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータを通電駆動して制御する内燃機関のスロットル制御装置において、
前記スロットル弁を、吸気通路内壁に突き当たる全閉位置まで駆動し、該全閉位置におけるスロットル開度センサの検出値を学習する全閉位置学習手段と、
前記スロットル弁周辺の温度を検出するスロットル弁周辺温度検出手段と、
前記スロットル弁周辺の温度が所定値以上のときは、前記全閉位置学習手段による全閉位置学習を禁止する全閉位置学習禁止手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【0014】
請求項1に係る発明によると、
スロットル弁周辺温度検出手段によって検出されたスロットル弁周辺の温度が所定値以上のときは、全閉位置学習禁止手段により、全閉位置学習手段による全閉位置学習を禁止する。
【0015】
このようにすれば、スロットル弁周辺の温度が高く、温度膨張によりスロットル弁が接触する吸気通路内壁(ボア)の真円度が変化してかじりを大きく発生しやすくなる条件下では、全閉位置学習が禁止されるので、かじりを効果的に抑制できる。
【0016】
また、請求項2に係る発明は、
前記スロットル弁周辺温度検出手段は、機関冷却水温度、吸気温度、吸入空気量を含むパラメータに基づいて、前記スロットル弁周辺の温度を検出することを特徴とする。
【0017】
請求項2に係る発明によると、
機関冷却水温度によって推定される機関本体温度により機関本体からスロットル弁周辺への受熱量が求められ、一方、吸気温度と吸入空気量によってスロットル弁周辺から吸入空気中への放熱量が求められるので、これら受熱量と放熱量とに基づいてスロットル弁周辺の温度を検出することができる。
【0018】
また、請求項3に係る発明は、
吸気系に介装されたスロットル弁の開度をスロットル開度センサによって検出しつつ、スロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータを通電駆動して制御する内燃機関のスロットル制御装置において、
前記スロットル弁の目標開度を徐々に減少させて全閉位置に近づけつつ前記スロットル開度センサで検出された開度と、時系列で求めた開度検出値を平均化処理した開度との偏差が設定値以下に収束したときに、スロットル弁が吸気通路内壁に接触する全閉位置まで駆動されたと判定する全閉位置判定手段と、
前記スロットル弁が全閉位置まで駆動されたと判定されたときに、該全閉位置におけるスロットル開度センサの検出値を学習する全閉位置学習手段と、
を備えたことを特徴とする
【0019】
請求項3に係る発明によると、
スロットル弁が全閉に至る途中では実際のスロットル弁の開度に対して平均化された開度は遅れを有するので両者の間に所定以上の偏差を生じるが、スロットル弁が吸気通路壁に接触して全閉になると、平均化された開度が実開度に十分に接近して偏差が収束するので、該偏差の値によって全閉状態を検出できる。
【0020】
また、請求項4に係る発明は、
前記全閉位置学習手段によりスロットル弁を全閉位置まで駆動するとき及び通常制御時にスロットル弁を全閉に近い位置まで駆動するときの閉弁速度を、それ以外の駆動時より小さく規制する閉弁速度規制手段を含んで構成したことを特徴とする。
【0021】
請求項4に係る発明によると、
通常制御時において、所定以上の減速時等には、スロットル弁が全閉に近い開度まで閉弁駆動される。以上のようなスロットル弁の全閉学習時や、通常制御時における全閉に近い開度への駆動時には、閉速度規制手段は、スロットル弁の閉弁速度を、前記以外の駆動時より小さく規制する。
【0022】
これにより、前記全閉学習時にスロットル弁が吸気通路内壁に当たるときの閉速度が小さくなり、かつ吸気通路壁への押し付け力も軽減されるので、かじりを抑制でき、また、通常制御時にスロットル弁を全閉に近い開度へ駆動するときも、閉弁速度が小さくなってアンダーシュートを防止でき、かじりの発生を防止できる。
【0023】
また、請求項5に係る発明は、
前記全閉位置学習手段により全閉学習を行っているときの駆動電流を最大より十分小さい値に規制する駆動電流規制手段を含んで構成したことを特徴とする。
【0024】
請求項5に係る発明によると、
全閉学習時にスロットル弁の吸気通路壁への押し付け力が、減少されることにより、スロットル弁の駆動系に作用する負荷が減少し、軽量化のため樹脂材で形成されたギアなどの耐久性を向上できる。
【0026】
【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。
【0027】
アクセル開度センサ1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。
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。
【0028】
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。
水温センサ5は、機関の冷却水温度を検出する。
【0029】
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。
【0030】
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(DCモータ) 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12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の開度を検出するスロットル開度センサ14が設けられている。
【0031】
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センサ16が備えられる。
さらに、吸気温度を検出する吸気温センサ17、前記アクチュエータ11を構成するDCモータの駆動電流を検出する電流センサ18が設けられる。
【0032】
前記各種センサ類からの検出信号、イグニッションスイッチ19のON/OFF信号、バッテリ電圧VBなどの信号は、コントロールユニット20へ入力される。該コントロールユニット20は、前記各種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と共に、機関の運転停止毎に後述するスロットル弁9の全閉位置学習を行う。
【0033】
次に、前記スロットル弁の全閉位置学習を、図3のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ(図ではSと記す。以下同様) 1では、前記イグニッションスイッチ19がOFFとされたか否かを判定する。
【0034】
ステップ1で、イグニッションスイッチ19がOFFとされたと判定されたときには、ステップ2へ進んで、スロットル弁9周辺の温度を検出する。この近傍に温度センサを設けて検出してもよいが、既存の温度センサを利用して以下のように推定により求めることもできる。即ち、前記水温センサ5によって検出される機関冷却水温度によって推定される機関本体温度により機関本体からスロットル弁9周辺をへの受熱量を求め、一方、吸気温センサ17によって検出される吸気温度とエアフロメータ3によって検出される吸入空気量によってスロットル弁9周辺から吸入空気中への放熱量を求め、これら受熱量と放熱量とに基づいてスロットル弁9周辺の温度を推定する。
【0035】
ステップ3では、ステップ2で推定したスロットル弁9周辺の温度が所定値以下であるかを判定する。そして、スロットル弁9周辺の温度が所定値を超えるときは、温度膨張によりスロットル弁が装着される吸気通路部分(スロットルチャンバ) の内壁(ボア) の真円度が低下して、スロットル弁9の全閉学習を行うとかじりを生じる可能性が高いので、該全閉学習を行うことなくこのルーチンを終了する。この全閉学習を禁止する機能が、全閉学習禁止手段を構成する。
【0036】
ステップ3でスロットル弁9周辺の温度が所定値以下であると判定されたときは、ステップ4以降へ進んでスロットル弁9の全閉位置学習を行う。
まず、ステップ4では、スロットル弁9の目標開度TGTVOを所定値TVOFSCLに設定する。ここで、イグニッションスイッチ19をOFFにして、アクチュエータ11への通電が断たれた段階で前記したようにスロットル弁9はデフォルト開度に保持されるので、前記初期開度としての所定値TVOFSCLは、不定であるアクセル開度によらず、デフォルト開度近傍の開度が設定される。
【0037】
ステップ5では、前記スロットル開度センサ14によって検出される実際のスロットル弁9の開度TPS1Vと、時系列で求めた開度検出値TPS1Vを平均化処理した開度TPS1AVとの偏差が設定値ERRTV以下に収束したかを判定し、
収束するまでは所定周期毎にステップ6へ進んで目標開度TGTVOを所定開度DTGTVOCLずつ減少していく。
【0038】
そして、前記TPS1VとTPS1AVとの偏差が設定値ERRTV以下に収束したと判定されたときに、スロットル弁9が吸気通路壁に接触して全閉になったと判断し、ステップ7へ進んで、そのときのスロットル弁開度検出値TPS1Vを平均化処理する学習を行い、学習結果TPS1RNをメモリ(バックアップラム)に記憶する。これにより、次回の学習時は、今回学習された値と次回検出された全閉時の検出値とが平均化処理されて学習結果が更新されることになる。
【0039】
図4は、前記全閉学習時の様子を示し、スロットル弁9が全閉に至る途中では実際のスロットル弁9の開度TPS1Vに対して平均化された開度TPS1AVは遅れを有するので両者の間に所定以上の偏差を生じるが、スロットル弁9が吸気通路壁に接触して全閉になると、平均化された開度TPS1AVが実開度TPS1Vに十分に接近して偏差が収束するので、該偏差の値によって全閉状態を検出できる。
【0040】
そして、本発明では前記所定開度DTGTVOCLを十分小さい値(例えば1ms当たり0.021°) に設定してあり、これにより、スロットル弁9の閉弁速度が小さく制御され、以ってスロットル弁9が吸気通路壁に接触するときの反力を小さく押さえられ、かじりを抑制できる。
【0041】
次に、前記全閉位置学習時における前記アクチュエータ11の駆動電流の制御を、図5のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ11では、前記全閉位置学習を実行中であるかを判定し、実行中であるときにステップ2以降へ進んで駆動電流制御を実行する。
【0042】
ステップ12では、前記電流センサ18によって検出されるアクチュエータ11(DCモータ) の駆動電流が、所定値(例えば3A) 以上であるか否かを判定する。
【0043】
そして、前記駆動電流が所定値以上と判定されたときには、ステップ13へ進んで、駆動電流の指令値ICOMを所定量減少補正する。
これにより、例えばパルス幅変調(PWM)で駆動電流を制御するときのパルス幅PWMが次式により設定される。
【0044】
PWM=ICOM/IMAX・100%
ここで、IMAX=VB(バッテリ電圧) /MOTRES(モータ抵抗値)
そして、このようにして制御される駆動電流が、前記所定値以下に制限されるので、全閉位置学習時にスロットル弁9が吸気通路壁に押し付けられる力を、十分小さい値に規制することができ、これによっても、かじりを抑制することができると共に、軽量化のためにスロットル弁9の駆動用のギアを樹脂材で形成した場合には、該ギアに加わる力を軽減でき、ギアの耐久性を向上できる。
【0045】
次に、スロットル弁の閉弁時のオーバーシュート防止機能を有した通常制御を、図6のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ21では、前記アクセル開度センサ1により検出されるアクセル開度とクランク角センサ2により検出される機関回転速度などに基づいて、マップからの検索等により、機関の要求出力に見合ったスロットル弁9の目標開度TGTVOを設定する。
【0046】
ステップ22では、前記目標開度TGTVOが所定値以下であるか否かを判定する。そして、目標開度TGTVOが所定値より大きいと判定されたときには、該目標開度TGTVOを補正することなく、ステップ24へ進む。
【0047】
また、目標開度TGTVOが所定値以下と判定された場合は、ステップ23へ進んで、目標開度TGTVOを、前回(このルーチンの実行周期の1周期前)設定された目標開度TGTVOn-1を変化率リミッタにより制限される変化量DTGTVOずつ変化させて設定する(目標開度TGTVO減少時には負の値を加算して減少させ、目標開度TGTVO増大時には正の値を加算して増大させる)。
【0048】
ステップ24では、前記のようにして設定又は補正された目標開度TGTVOとなるようにスロットル弁9が駆動される。
このようにすれば、図7に示すように、通常制御での減速操作等でスロットル弁9を全閉に近い開度まで閉じる制御を行う場合、目標開度TGTVOが所定値以下となってからは、ステップ21で設定される目標開度TGTVOがアクセル開度の減少により急減しても(鎖線で図示) 、これに影響されることなく、設定された速度で徐々に減少するため、これに応じてスロットル弁9が十分小さめの所定の速度で閉弁動作する。
【0049】
したがって、スロットル弁9のオーバーシュートを防止でき、吸気通路壁に接触が回避されて、かじりの発生を防止できる。次に、スロットル弁の閉弁時のアンダーシュート防止機能を有した別の実施形態にかかる通常制御を、図8のフローチャートにしたがって説明する。
【0050】
ステップ31では、前記アクセル開度センサ1により検出されるアクセル開度とクランク角センサ2により検出される機関回転速度などに基づいて、マップからの検索等により、機関の要求出力に見合ったスロットル弁9の目標開度TGTVOを設定する。
【0051】
ステップ32では、スロットル制御系(コントロールユニット20、アクチュエータ11) 周辺の温度を検出する。通常は、スロットル制御系は、スロットル弁9の近傍にあるので、前記スロットル弁9周辺の温度を推定したのと同様に推定すればよいが、スロットル弁9と離れている場合には、スロットル制御系の設置個所に応じた受熱量と放熱量とを求めて温度の推定をするか、スロットル制御系近傍に温度センサを設ける(または別目的で近くに設けられた温度センサを用いて)などして検出すればよい。
【0052】
ステップ33では、前記スロットル制御系周辺の温度ETCTが、良好なスロットル制御性能を確保できる所定範囲(例えば−20°C<ETCT<100°C) にあるか否かを判定する。
【0053】
そして、前記所定範囲から外れている極低温時または極高温時(例えばETCT≦−20°C、ETCT≧100°C) と判定された場合は、スロットル制御性能の低下により、スロットル弁9閉弁駆動時にオーバーシュートを発生する可能性があるので、ステップ34へ進んで、目標開度TGTVOの下限値を通常時より大きい値(例えば1.5°) に設定する。
【0054】
また、ステップ33でスロットル制御系周辺の温度ETCTが前記所定範囲にあると判定された場合は、ステップ35へ進んでバッテリ電圧VBが良好なスロットル制御性能を確保できる所定範囲にあるか否かを、判定する。ここで、一般にバッテリ電圧VBが基準電圧であるときに合わせてスロットル制御系をマッチングしており、バッテリ電圧VBの基準電圧からの偏差に応じた補正がなされるが、偏差が大きく補正が大きいときほど、制御性能は低下する。
【0055】
そして、前記スロットル制御系周辺の温度ETCTが前記所定範囲から外れていると判定された場合には、制御性能の低下により、スロットル弁9閉弁駆動時にオーバーシュートを発生する可能性があるので、この場合もステップ34へ進んで、目標開度TGTVOの下限値を通常時より大きい値に設定する。
【0056】
また、ステップ35でバッテリ電圧VBが前記所定範囲にあると判定された場合は、良好なスロットル制御性能が確保されるので、ステップ36へ進んで目標開度TGTVOの下限値を通常時の値(例えば、0.5°) に設定する。
【0057】
ステップ37では、前記のように下限値を設定した目標開度TGTVOとなるようにスロットル弁9が駆動される。
このように、スロットル制御系周辺温度やバッテリ電圧の影響による制御性能の低下で、スロットル弁9閉弁駆動時にオーバーシュートを発生する可能性がある場合は、目標開度TGTVOの下限値を通常時より大きい値に設定することにより、閉弁動作終了付近での閉弁速度が減少されてオーバーシュートの発生を防止でき、ひいてはかじりの発生を防止できる。
【0058】
上記目標開度TGTVOの下限値を増大補正する制御と、前記図6に示した閉弁速度を減少補正する制御とを併用してもよく(図6のステップ24の後に、図8のステップ32からステップ35を挿入する)、オーバーシュートをより効果的に防止できる。
【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スロットル弁の全閉位置学習の制御ルーチンを示すフローチャート。
【図4】同上全閉位置学習時のスロットル開度とその検出値の変化の様子を示すタイムチャート。
【図5】同上全閉位置学習時の駆動電流の制御ルーチンを示すフローチャート。
【図6】同上実施形態に係るスロットル弁の通常時の制御ルーチンを示すフローチャート。
【図7】同上通常時の閉弁制御におけるスロットル弁目標開度の変化の様子を示すタイムチャート。
【図8】別の実施形態に係るスロットル弁の通常時の制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
1 アクセル開度センサ
4 機関
5 水温センサ
9 スロットル弁
11 アクチュエータ
17 吸気温センサ
18 電流センサ
19 イグニッションスイッチ
20 コントロールユニット
Claims (5)
- 吸気系に介装されたスロットル弁の開度をスロットル開度センサによって検出しつつ、スロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータを通電駆動して制御する内燃機関のスロットル制御装置において、
前記スロットル弁を、吸気通路内壁に突き当たる全閉位置まで駆動し、該全閉位置におけるスロットル開度センサの検出値を学習する全閉位置学習手段と、
前記スロットル弁周辺の温度を検出するスロットル弁周辺温度検出手段と、前記スロットル弁周辺の温度が所定値以上のときは、前記全閉位置学習手段による全閉位置学習を禁止する全閉位置学習禁止手段と、
を含んで構成したことを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。 - 前記スロットル弁周辺温度検出手段は、機関冷却水温度、吸気温度、吸入空気量を含むパラメータに基づいて、前記スロットル弁周辺の温度を検出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。
- 吸気系に介装されたスロットル弁の開度をスロットル開度センサによって検出しつつ、スロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータを通電駆動して制御する内燃機関のスロットル制御装置において、
前記スロットル弁の目標開度を徐々に減少させて全閉位置に近づけつつ前記スロットル開度センサで検出された開度と、時系列で求めた開度検出値を平均化処理した開度との偏差が設定値以下に収束したときに、スロットル弁が吸気通路内壁に接触する全閉位置まで駆動されたと判定する全閉位置判定手段と、
前記スロットル弁が全閉位置まで駆動されたと判定されたときに、該全閉位置におけるスロットル開度センサの検出値を学習する全閉位置学習手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。 - 前記全閉位置学習手段によりスロットル弁を全閉位置まで駆動するとき及び通常制御時にスロットル弁を全閉に近い位置まで駆動するときの閉弁速度を、それ以外の駆動時より小さく規制する閉弁速度規制手段を含んで構成したことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関のスロットル制御装置。
- 前記全閉位置学習手段により全閉学習を行っているときの駆動電流を最大より十分小さい値に規制する駆動電流規制手段を含んで構成したことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の内燃機関のスロットル制御装置。
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