JP4387868B2 - 内燃機関のスロットル弁制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関のスロットル制御に関する。より詳細には、ウォーターロック防止のための、スロットル弁の制御手法に関する。

集中豪雨などで冠水した道路を自動車が走行するとエンジンに異常が発生して走行不能になることがある。その原因は、吸気系からエンジンの燃焼室に水が浸入することにより、ピストンが変形または破損するためである（このような現象を以下「ウォーターロック現象」と呼ぶ）。

特許文献１では、ウォーターロック現象を防止するために、吸気管内に水分感知センサと閉塞弁を設置することが記載されている。吸気管内に水が浸入したのを水分感知センサが検知すると、閉塞弁を作動させて吸気管を閉じることにより、水の浸入を防止する。これによりウォーターロック現象によるエンジン故障を回避することができる。

一方、車両のエンジンなどの動力系統に何らかのトラブルが発生した場合に、走行不能状態に陥ることなく何とか自走させて修理工場または自宅に車両を移動することが望ましい。このような車両が走行するために必要最低限な動力による走行（以下、「リンプホーム走行」と呼ぶ）のモードを備える自動車が開発されている。
実開昭５５−１０８２２２

特許文献１のような手法でウォーターロック現象を防止しようとすると、センサや閉塞弁などのウォーターロック防止用の部品を新たにエンジン内部に設置しなければならない。このため、エンジンの構造が複雑になり、コストも高くなってしまう。エンジン構造を複雑にすることなく、ウォーターロックを防止することができる技術に対する必要性がある。

また、特許文献１に見られるような従来技術では、閉塞弁を閉じることによりウォーターロック現象を防止しているので、水の浸入を検知した後エンジンは停止する。走行中の車両にこのような手法を適用すると、エンジンが突然停止するおそれがあり危険である。ウォーターロック防止手法を適用した場合でも、たとえばリンプホーム走行のような、車両の走行を維持することのできる手法が望まれている。

本発明は、車両の内燃機関のスロットル弁制御装置を提供する。このスロットル弁制御装置は、内燃機関への吸入空気量を制御するスロットル弁と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段の出力に基づき、吸気管への水の浸入を判定する水浸入判定手段と、水の侵入が判定されたならば、車両の走行を維持しつつ、さらなる水の侵入を防止する車速が実現されるように、スロットル弁の最大開度を所定開度に変更するスロットル弁開度変更手段と、を有する。これにより、特別の対策部品を用いることなく、内燃機関内部への水の浸入を防止することが可能となる。また、スロットル弁の最大開度を抑制することにより、車両の走行を維持しつつウォーターロックを防止することが可能となる。

本発明の一実施形態によれば、上記の所定開度は、リンプホーム走行を実現するための開度である。これにより、リンプホーム走行を維持しつつウォーターロックを防止することが可能となる。

本発明の一実施形態によれば、スロットル弁は電制スロットル弁である。この電制スロットル弁はアクチュエータにより駆動される。また、吸気管に水が浸入したと判定された場合の所定開度は、内燃機関の停止時に電制スロットル弁が保持される開度である。これにより、車両の走行を維持しつつウォーターロックを防止することが可能となる。

本発明の一実施形態によれば、スロットル制御装置が車速センサをさらに有する。この車速センサにより検出される車速が所定速度以上では、スロットルの最大開度を変更しない。これにより、高速走行時の安全性の低下を防止することができる。

本発明の一実施形態によれば、運転状態検出手段は、エアフローセンサを含む。また、水浸入判定手段は、エアフローセンサの計測値が急変し、吸気圧に変化がないとき、水の浸入を判定する。これにより、水浸入判定手段の判定精度が向上し、誤検知による安全性の低下を防止することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。図１は、内燃機関（以下、「エンジン」という）の吸気系および制御系を示した概略図である。

電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）８は、車両各部から送られてくるデータを受け入れる入力インタフェース８ａ、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ８ｂ、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）および一時記憶用のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ８ｃ、および車両の各部に制御信号を送る出力インタフェース８ｄを備える。メモリ８ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納される。この発明に従うスロットル弁制御を実施するためのプログラム、および該プログラムの実行の際に用いるデータおよびテーブルは、このＲＯＭに格納されている。読取り専用メモリは、ＥＰＲＯＭのような書替え可能なＲＯＭであっても良い。ＲＡＭには、ＣＰＵ８ｂによる演算の作業領域が設けられ、車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号が一時的に記憶される。図１では、エアフローセンサ４、スロットル弁開度センサ５、吸気圧センサ６、および吸気温度センサ７の計測値が入力インタフェース８ａへ入力され、出力インタフェース８ｄからアクチュエータ９へ制御信号が出力される。

エンジン１の吸入行程において、空気は吸気管２を通りエンジン内部へ吸入される。吸入空気量は、スロットル弁３の開度によって調整される。スロットル弁３は、ＥＣＵ８からの制御信号に従ってアクチュエータ９によって駆動される。また、スロットル弁にはスロットル弁開度センサ（以下「θＴＨセンサ」）５が連結されており、スロットル弁の開度に応じた電気信号が計測される。この電気信号に基づいて、ＥＣＵ８はスロットル弁３をフィードバック制御する。このようなタイプのスロットルは一般に電制スロットル弁と呼ばれる。

吸気管内にはエアフローセンサ４、吸気圧センサ６および吸気温度センサ７といった複数のセンサが配置されており、これらのセンサ情報はＥＣＵ８へと送られる。ＥＣＵ８はセンサ情報から吸気系の状態を判断し、エンジン制御に反映させる。

エアフローセンサ４は、スロットル弁５より下流の吸気管２の入り口付近に配置される。エアフローセンサ４は、通過する空気の量を測定するセンサであり、エンジン制御においては、吸気管の吸気量を計測する。この実施例によれば、エアフローセンサ４は、典型的にはホットワイヤ型である。ホットワイヤ型のエアフローセンサによると、空気流路上に配置された白金線などの発熱体が吸入空気によって冷却される。吸入空気量に応じて、発熱体の温度が変化し、よって該発熱体の抵抗値が変化する。該抵抗値に応じた電気信号がＥＣＵ８に送られ、こうして、吸入空気量が検出される。

吸気圧センサ（以下、「Ｐｂセンサ」とする）６は、吸気管内に吸入された空気の圧力を測定するセンサであり、スロットル弁３より上流のエンジン寄りに配置されている。

吸気温度センサ（以下、「Ｔａセンサ」とする）７は、吸気管内の吸入空気の温度を計測するセンサである。図１において、Ｔａセンサ７はスロットル弁３とエンジン１の間に配置されているが、エアフローセンサ周辺に配置される場合もある。

図２は、吸気管に水が浸入した場合の各センサの挙動を示す概略図である。上から順に、（ａ）エアフローセンサ、（ｂ）Ｐｂセンサ、および（ｃ）Ｔａセンサの挙動を示している。

（ａ）を参照すると、時刻Ａにおいてエアフローセンサの計測部である発熱体に水が付着する。水滴が付着すると発熱体の温度が低下し、これに伴い発熱体の抵抗値が増大する。抵抗値が増大するので、エアフローセンサの計測値である電気信号は急激に増加する。このようなエアフローセンサの挙動は、本来ならば吸気量が急激に増大したことを示す。

この場合、吸気量の変化は起きていないので、吸入空気の圧力の変動は起こらない。したがって、（ｂ）に示すように、Ｐｂセンサの計測値はほぼ一定な状態を保持する。一方、吸気管内に水が浸入することにより管内の温度は下げられるので、（ｃ）に示すように、Ｔａセンサの計測値は徐々に減少する。

このように、吸気管に水が浸入した場合は、エアフローセンサの出力が急激に増大し、Ｐｂセンサの出力はほぼ一定であり、Ｔａセンサの出力は減少するという特徴が示される。このような複数のセンサ情報を利用することにより、吸気管内への水の浸入による異常検出を精度良く判別することができる。

図３は、本発明の一実施形態によるエアフローセンサの出力変動時のスロットル弁制御手法を示すフローチャートである。エアフローセンサ計測値が所定のしきい値を超えた場合に、このフローが実行される。

ステップＳ１０１において、エアフローセンサが既に故障判定されているかどうかが確認される。エアフローセンサ故障フラグが立っている場合、処理は終了される。故障フラグが立っていない場合、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２において、車速が所定速度以下であるかどうかが確認される。このステップは、高速運転時にスロットル弁制御を実行してスロットル弁開度を所定値に固定すると急激な減速を引き起こす可能性があるので、このような危険状態を回避するために設定されている。車速が所定速度以上の場合、処理は終了される。車速が所定速度より低い場合、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３において、Ｐｂセンサ出力が一定であるかどうかが確認される。このステップは、前述のように、吸気管に水が浸入したことを示す条件を確認するためのものである。Ｐｂセンサ出力が増大している場合、エアフローセンサの出力変動は吸気量が増大したためと判断され処理は終了される。Ｐｂセンサ出力がほぼ一定の場合、エアフローセンサの出力変動は吸気管に水が浸入したためと判断されステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４において、Ｔａセンサ出力が減少しているかどうかが確認される。このステップもステップＳ１０３と同様に、吸気管に水が浸入したことを示す条件を確認するためのものである。Ｔａセンサ出力が減少しない場合、吸気圧、吸気温度に変化が起きないにもかかわらず吸気量が増大しているという計測値をエアフローセンサが示しているので、エアフローセンサが故障していると判断される。この場合、ステップＳ１０５に進み、エアフローセンサ故障フラグが立てられる。Ｔａセンサ出力が減少している場合は、エアフローセンサの出力変動は吸気管に水が浸入したためと判断されステップ１０６へ進む。

ステップＳ１０１からステップＳ１０４は、エアフローセンサの出力変動の原因が、吸気管に水が浸入したためであることを確認するステップであり、全ての条件が満たされる場合に限りステップＳ１０６においてカウンタが１増加される。

ステップＳ１０７において、カウンタの値が所定値を超えているかどうかが確認される。このステップは、エアフローセンサの出力変動発生後、誤検知防止のため一定時間をおいてからスロットル弁制御を行うように設定されている。ここでいう一定時間がたとえば200msecとするならば、図３のフローの周期が10msecの場合に所定値を２０にするなど設計者または整備担当者が適宜設定することができる。カウンタの値が所定値以下の場合、エアフローセンサの出力変動の信頼性が依然低いので、処理は終了される。カウンタの値が所定値を超えた場合、エアフローセンサの出力がしきい値以上に一定時間保持されたのでセンサ出力の信頼性が十分であると判断され、ステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０８において、吸気管に水が浸入したと判断され、水浸入判定フラグが立てられる。ステップＳ１０９において、ステップＳ１０６で用いられるカウンタの値を、ゼロにリセットする。

続くステップＳ１１０において、スロットル弁の最大開度を所定開度に変更するスロットル弁制御が実行される。ここで、所定開度は、車両の走行を維持しつつ、さらなる水の侵入を防ぐ車速を実現するよう決められる。

冠水した道路を走行しているとき、吸気管内に水が侵入するかどうかは、車速に依存する。車速が高くなるにつれ、車両に当たる水の勢いが増すので、水が吸気管に侵入しやすくなる。したがって、水の侵入を防止するには、車速を落とす必要がある。この実施例では、目標車速を所定の低車速（たとえば、１０ｋｍ／ｈ）に設定し、該目標車速に応じた開度（たとえば、６度）になるよう、スロットル弁を制御する。こうして、車両の走行を維持しつつ、水の侵入を防止する。

目標車速を、内燃機関の運転状態に応じて適宜設定してもよい。この場合、設定された目標車速に応じて、上記の所定開度を決めるのが好ましい。

一実施形態では、上記の所定開度は、リンプホーム走行を実現するための開度である。ここで、リンプホーム走行を実現するための開度は、通常走行時の最大スロットル開度より小さい。この開度は例えば、電制スロットル弁がエンジン停止時に保持されるデフォルトの開度である。

図３のフローは、前述したように、エアフローセンサ計測値がしきい値を超えることに応じて、所定時間の間隔で実施される。該所定時間に達する前にエアフローセンサ計測値がしきい値を下回った時、ステップＳ１０６で用いられるカウンタはリセットされる。

図４は、本発明の一実施形態である図３に示したスロットル弁制御手法における、走行モードの変化を示す図である。上記のスロットル弁制御における所定開度が、リンプホーム走行を実現するための開度に設定される一例が示されている。図中（ａ）はエアフローセンサの計測値であり、（ｂ）は水浸入判定フラグであり、（ｃ）はスロットル開度を示す。

（ａ）において、吸気管内に水が浸入したことにより、時刻Ａでエアフローセンサの計測値がしきい値を超える。エアフローセンサの計測値が図３のステップＳ１０１からＳ１０４の条件をクリアしながら所定時間しきい値以上を継続した場合（図４では時点Ｂ）、（ｂ）に示すように、水浸入判定フラグが立てられる（図中Ｃ）。（ｃ）に示すように、水浸入判定フラグに応じて、スロットル弁の最大開度が通常走行用からリンプホーム走行用へ変更される（図中Ｄ）。ここでは、吸気管への水の浸入が判定される前のスロットル弁開度がリンプホーム走行最大開度より大きいので、スロットル開度が強制的に小さく変更されている。

リンプホーム走行時の最大開度は、通常走行時の最大開度より小さく、車両が最低限走行可能な開度である。ここで、通常運転時の最大スロットル開度は例えば約８３度であり、リンプホーム走行時の最大スロットル開度は例えば６度である。

このように、時刻Ｂにおいて走行モードが通常走行モードからリンプホーム走行モードに切り替えられる。リンプホーム走行モードでは、最大スロットル開度が小さく設定されるので、吸気量は抑制され、よって車速が低減される。このため、吸気管にさらなる水が浸入する事態が回避され、ウォーターロック状態の発生を防止することができる。さらなる水の浸入がないので、水滴付着によって異常検出していたエアフローセンサ出力は、センサ表面に付着した水滴が減少するのに伴い、徐々に正常値に戻っていく（図中Ｅ）。

なお、上記の実施形態においては、エアフローセンサの出力に対して、吸気圧センサおよび吸気温度センサの出力を調べることにより水の侵入を判定した。しかしながら、水の侵入を判定するのに、吸気圧センサおよび吸気温度センサの組み合わせに限定されない点に注意されたい。たとえば、エアフローセンサの出力に対し、吸気圧センサの出力のみを調べることにより、水の侵入を判定してもよいし、エアフローセンサの出力に対し、吸気温度センサの出力のみを調べることにより、水の侵入を判定してもよい。

エンジンの吸気系および制御系を示した概略図である。 吸気管に水が浸入した場合のセンサの挙動を示す概略図である。 本発明の一実施形態によるエアフローセンサの出力変動時のスロットル弁制御手法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態のスロットル弁制御における、走行モードの変化を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気管
３ スロットル弁
４ エアフローセンサ
６ 吸気圧センサ
７ 吸気温度センサ
８ ＥＣＵ
９ アクチュエータ

Claims (6)

1. 車両に搭載された内燃機関のスロットル弁制御装置であって、
   前記内燃機関への吸入空気量を制御するスロットル弁と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記運転状態検出手段の出力に基づき、吸気管への水の浸入を判定する水浸入判定手段と、
   前記水浸入判定手段により水の侵入が判定されたならば、前記車両の走行を維持しつつ、さらなる水の侵入を防止する車速が実現されるように、前記スロットル弁の最大開度を所定開度に変更するスロットル弁開度変更手段と、を有し、
   前記運転状態検出手段は、エアフローセンサおよび吸気圧センサを含み、
   前記水侵入判定手段は、前記エアフローセンサの計測値が所定のしきい値を超えると共に、前記吸気圧センサの出力がほぼ一定のとき、水の侵入を判定する、内燃機関のスロットル制御装置。
2. 車両に搭載された内燃機関のスロットル弁制御装置であって、
   前記内燃機関への吸入空気量を制御するスロットル弁と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記運転状態検出手段の出力に基づき、吸気管への水の浸入を判定する水浸入判定手段と、
   前記水浸入判定手段により水の侵入が判定されたならば、前記車両の走行を維持しつつ、さらなる水の侵入を防止する車速が実現されるように、前記スロットル弁の最大開度を所定開度に変更するスロットル弁開度変更手段と、を有し、
   前記運転状態検出手段は、エアフローセンサおよび吸気温度センサを含み、
   前記水侵入判定手段は、前記エアフローセンサの計測値が所定のしきい値を超えると共に、前記吸気温度センサの出力が減少するとき、水の侵入を判定する、内燃機関のスロットル制御装置。
3. 車両に搭載された内燃機関のスロットル弁制御装置であって、
   前記内燃機関への吸入空気量を制御するスロットル弁と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記運転状態検出手段の出力に基づき、吸気管への水の浸入を判定する水浸入判定手段と、
   前記水浸入判定手段により水の侵入が判定されたならば、前記車両の走行を維持しつつ、さらなる水の侵入を防止する車速が実現されるように、前記スロットル弁の最大開度を所定開度に変更するスロットル弁開度変更手段と、を有し、
   前記運転状態検出手段は、エアフローセンサ、吸気圧センサ、および吸気温度センサを含み、
   前記水侵入判定手段は、前記エアフローセンサの計測値が所定のしきい値を超えると共に、前記吸気圧センサの出力がほぼ一定であり、かつ前記吸気温度センサの出力が減少するとき、水の侵入を判定する、内燃機関のスロットル制御装置。
4. 前記所定開度は、リンプホーム走行を実現するための開度である、請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関のスロットル制御装置。
5. 前記スロットル弁は電制スロットル弁であり、該電制スロットル弁はアクチュエータによって駆動され、前記所定開度は前記内燃機関の停止時に前記電制スロットル弁が保持される開度である、請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関のスロットル弁制御装置。
6. 車速センサをさらに有し、該車速センサにより検出される車速が所定速度以上では、前記スロットル弁の最大開度を変更しない、請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関のスロットル制御装置。

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