JP5429146B2 - 内燃機関のスロットル制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクセルペダルセンサによって検出されるアクセルペダルの踏込量に応じてスロットルバルブの目標開度を定め、スロットル開度センサによって検出されるスロットルバルブの開度が目標開度となるように、スロットルバルブを制御する内燃機関のスロットル制御装置に関する。

上述した内燃機関のスロットル制御装置の一例として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載された制御装置は、スロットル開度を検出するために、２つのスロットル開度センサを並列に設けた二重系のセンサシステムを採用する。このような二重系のセンサシステムにおいて、例えば、スロットルバルブのＰＩＤ制御に用いている方のスロットル開度センサに異常が発生し、その出力値が目標開度よりも閉側にずれると、その偏差をなくそうとして、スロットルバルブに連結されたＤＣモータが開側に駆動される。

ここで、ＤＣモータを駆動するためのデューティ信号のデューティ比は、通常、０％〜１０％程度であるが、上述したように、ＰＩＤ制御に用いるスロットル開度センサに異常が生じると、その出力値が目標開度に追従しないため、デューティ比が通常よりも大きくなる。そこで、特許文献１の制御装置では、２つのスロットル開度センサの出力差と、ＤＣモータの駆動電流とを監視することで、いずれのスロットル開度センサが異常となったかを特定するようにしている。

特開平８−３１２４３５号公報

しかしながら、スロットル制御装置における異常としては、上述したいずれかのスロットル開度センサに異常が発生するばかりでなく、種々の態様で起こりえる。

例えば、ＤＣモータは減速ギヤを介してスロットルバルブに連結されるが、その減速ギヤが噛込みによりスロットルバルブが固着した異常状態になると、スロットルバルブの開度は一定開度に固定される。この場合、ＤＣモータへの通電を行ってもＤＣモータを回転駆動させることはできないので、ＤＣモータへの通電を停止させるとともに、アクセル開度に応じて、減筒運転などを行うことにより、内燃機関の出力を調節するフェールセーフ処理を行うことが望ましい。

一方、各センサから出力された検出信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器などに何らかの異常が生じて、制御装置に取り込まれる各センサ検出信号がほぼ一定値で変化しなくなった場合には、スロットル開度センサによる検出開度と目標開度との偏差が埋められない状態となる。このため、その偏差に応じてデューティ信号のデューティ比が減少せず、スロットルバルブが、いずれ全開又は全閉ストッパに突き当たる異常が生じる。この際、スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに突き当たる衝撃が大きいと、減速ギヤなどを破損してしまう虞が生じる。そのため、スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常が生じた場合には、その衝突を回避するか、少なくとも衝撃を緩和するためのフェールセーフ処理を行うことが望ましい。

ただし、上述したスロットルバルブの固着異常と、スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常においては、ともに、スロットル開度センサによる検出開度が実質的に変化しない状態となる。従って、たとえスロットル開度センサとして、二重系のセンサを採用していたとしても、そのスロットル開度センサの信号から、いずれの異常が生じているのかを判別することは困難である。このため、それぞれの異常に適したフェールセーフ処理を行うこともできない。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、スロットルバルブの固着異常と、スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常とを判別し、それぞれの異常に適したフェールセーフ処理を実行することが可能な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。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の内燃機関のスロットル制御装置は、
アクセルペダルセンサによって検出されるアクセルペダルの踏込量に応じてスロットルバルブの目標開度を定め、スロットル開度センサによって検出されるスロットルバルブの検出開度が目標開度となるように、スロットルバルブと減速ギヤを介して連結されたモータをデューティ信号によりフィードバック制御するものであって、
各センサによるアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
スロットル開度センサによって検出され、Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されたスロットルバルブの検出開度の変化量が所定値以下である状態が所定時間継続し、かつモータへ出力されるデューティ信号のデューティ比が所定値以上となっている場合、少なくともアクセルペダルセンサによって検出され、Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されたアクセルペダルの踏込量の変化量に基づいて、減速ギヤの噛込みによりスロットルバルブが固着した異常状態であるか、スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態であるかを判別する異常判別手段と、
異常判別手段によって判別された異常状態に応じて、異なるフェールセーフ処理を実行するフェールセーフ手段と、を備えることを特徴とする。

減速ギヤの噛込みによりスロットルバルブが固着した場合、スロットル開度センサによって検出される検出開度はほぼ一定となり、その変化量は所定値以下となる。そして、この場合、検出開度が目標開度に一致しなくなるため、モータへ出力されるデューティ信号のデューティ比も時間の経過とともに増加したりする。一方、スロットルバルブの検出開度が目標開度に一致していないのであるから、車両の加減速状態は運転者が意図したものとならず、運転者は、アクセルペダルの踏込量を変化させて、車両の加減速状態を意図通りに調節しようとする。従って、この場合、アクセルペダルセンサによって検出されるアクセルペダル踏込量は、一定のままとはならない。

それに対して、例えば、Ａ／Ｄ変換器に不具合（例えば、制御装置におけるＡ／Ｄ変換器との通信異常など）が生じた場合には、Ａ／Ｄ変換される全てのセンサ検出値が一定値から変化しなくなることが起こり得る。このような現象が生じたときに、スロットル開度センサによって検出される検出開度と目標開度との偏差が生じている場合、その偏差が埋められないため、デューティ信号のデューティ比が減少しない。その結果、スロットルバルブが、いずれ全開又は全閉ストッパに突き当たる異常が生じる。

請求項１に記載の発明では、上述した２つの異常状態を判別するために、アクセルペダルセンサの信号を利用する。減速ギヤの噛込みによりスロットルバルブが固着した異常状態である場合には、アクセルペダルセンサによって検出される踏込量が変化するのに対し、スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態である場合には、アクセルペダルセンサによって検出される踏込量がほとんど変化しないためである。このようにして、請求項１に記載の発明では、２つの異常状態を判別することができるので、それぞれの異常状態に適したフェールセーフ処理を実行することが可能となる。

すなわち、請求項２に記載したように、異常判別手段は、アクセルペダルセンサによって検出されるアクセルペダルの踏込量の変化量が所定値より大きい場合、減速ギヤの噛込みによるスロットルバルブが固着した異常状態であると判別し、所定値以下である場合には、スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態であると判別することができる。

請求項３に記載したように、モータに通電されるモータ電流を検出する電流センサを備え、異常判別手段は、さらに電流センサによって検出され、Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されたモータ電流の変化量が所定値以下であることを条件として、スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態であると判別することが好ましい。これにより、Ａ／Ｄ変換器などにおける不具合の発生により、Ａ／Ｄ変換される全てのセンサ検出値が一定値から変化しなくなる異常が発生していることを、より精度良く判別することができる。

同様の観点から、請求項４に記載したように、内燃機関の吸気管を流れる吸入空気量を検出するエアフローセンサを備え、異常判別手段は、さらにエアフローセンサによって検出され、Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された吸入空気量の変化量が所定値以下であることを条件として、スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態であると判別するようにしても良い。

請求項５に記載したように、スロットル開度センサは、第１及び第２のスロットル開度センサからなる二重系のセンサであり、第１及び第２のスロットル開度センサによって検出され、Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されたスロットルバルブの検出開度の変化量がともに所定値以下である状態が所定時間継続し、かつモータへ出力されるデューティ信号のデューティ比が所定値以上となっており、さらに、少なくともアクセルペダルセンサによって検出され、Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されたアクセルペダルの踏込量の変化量が所定値よりも大きい場合に、減速ギヤの噛込みによりスロットルバルブが固着した異常状態であると判別することが好ましい。第１及び第２のスロットル開度センサによる検出開度に基づくことにより、実際にスロットルバルブが固着してスロットルバルブの開度が変化しない状態を正しく検出することができるためである。

請求項６に記載したように、スロットル開度センサは、第１及び第２のスロットル開度センサからなる二重系のセンサであり、スロットルバルブの開度のフィードバック制御は、第１のスロットル開度センサによって検出されるスロットルバルブの検出開度に基づいて実行されるものであって、異常判別手段は、第２のスロットル開度センサによって検出され、Ａ／Ｄ変換されたスロットルバルブの検出開度の変化量が所定値より大きいにも係らず、第１のスロットル開度センサによって検出され、Ａ／Ｄ変換されたスロットルバルブの検出開度の変化量が所定値以下である状態が所定時間継続し、かつモータへ出力されるデューティ信号のデューティ比が所定値以上となっている場合、スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態であると判別することが好ましい。

スロットル開度センサ自体の異常を検出すべく、スロットル開度センサとして二重系のセンサを採用する場合であっても、スロットルバルブ開度のフィードバック制御は、一方のスロットル開度センサによる検出開度に基づいて行われることがある。この場合、フィードバック制御に用いられる検出開度を出力するスロットル開度センサに、実際にはスロットルバルブの開度が変化しているにも係らず、検出開度が一定となる異常が生じると、フィードバック制御を行っても目標開度との間の偏差が解消しない状態となる。その結果、デューティ信号のデューティ比が減少せず、スロットルバルブがいずれ全開又は全閉ストッパに突き当たる異常が生じる。

ここで、二重系のセンサを採用した場合、一方のスロットル開度センサの検出開度が変化しているにも係らず、他方のスロットル開度センサの検出開度が変化していない場合、その他方のスロットル開度センサに検出開度が一定となる異常が生じていると推測することができる。そのため、請求項６の発明では、第２のスロットル開度センサによる検出開度の変化量が所定値より大きいにも係らず、第１のスロットル開度センサによる検出開度の変化量が所定値以下である状態が所定時間継続し、かつモータへ出力されるデューティ信号のデューティ比が所定値以上となっている場合、スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態であると判別することとしたのである。

請求項７に記載したように、フェールセーフ手段は、異常判別手段によってスロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態と判別された場合、モータを逆方向に駆動するためのデューティ信号を所定時間出力することが好ましい。これにより、スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突することを回避したり、あるいは少なくとも衝突の衝撃を緩和することが可能となる。

請求項８に記載したように、異常判別手段は、スロットル開度センサが検出する検出開度が目標開度よりも小さい場合、スロットルバルブは全開ストッパに衝突する異常状態であるとみなし、フェールセーフ手段は、スロットルバルブを閉じ側に駆動するためのデューティ信号をモータに所定時間出力し、異常判別手段は、スロットル開度センサが検出する検出開度が目標開度よりも大きい場合、スロットルバルブは全閉ストッパに衝突する異常状態であるとみなし、フェールセーフ手段は、スロットルバルブを開き側に駆動するためのデューティ信号をモータに所定時間出力することが好ましい。スロットル開度センサによる検出開度が目標開度よりも小さい場合には、フィードバック制御によりスロットルバルブが開き側に駆動され、目標開度よりも大きい場合には、スロットルバルブが閉じ側に駆動されるためである。

本発明の実施形態による内燃機関のスロットル制御装置の全体構成を示す概略図である。 図１の内燃機関のスロットル制御装置の要部構成を示すブロック図である。 ２つの異常状態を判別するとともに、それぞれの異常状態に適したフェールセーフ処理を実行するための制御処理を示すフローチャートである。 スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常が生じているか確定するための判定処理、及び、その衝突を回避又は衝突による衝撃を緩和するためのフェールセーフ処理を示すフローチャートである。 スロットルバルブに固着異常が生じているか確定するための判定処理、及びスロットルバルブ固着異常発生時に行われるフェールセーフ処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態による内燃機関のスロットル制御装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態による内燃機関のスロットル制御装置の全体構成を示す概略図である。また、図２は、内燃機関のスロットル制御装置の要部構成を示すブロック図である。

図１及び図２において、２は吸気通路であり、内燃機関１の各燃焼室に空気を供給するためのものである。吸気通路２の途中には、スロットルバルブ３が設けられており、このスロットルバルブ３の開度により、内燃機関１の各燃焼室に供給される空気量が調節される。このスロットルバルブ３に対しては、スロットル開度を検出する２つのスロットル開度センサ４Ａ，４Ｂが設けられている。このように、本実施形態においては、スロットル開度センサとして、２つのスロットル開度センサ４Ａ，４Ｂからなる二重系のセンサシステムを採用している。また、図示していないが、吸気通路２には、吸気通路２内を流れる空気量を検出するエアフローメータが設けられている。このエアフローメータによる検出信号は、後述するＥＣＵ１０に入力される。

５はアクセルペダルであり、このアクセルペダル５にはペダル踏込量を検出するアクセルペダルセンサ６が設けられている。なお、アクセルペダルセンサ６としても、二重系のセンサシステムを採用しても良い。

７は、スロットルバルブ３の全閉位置を規制する全閉ストッパである。また、図示していないが、同様に、スロットルバルブ３の全開位置を規制する全開ストッパも設けられている。

１２は、スロットルバルブ３を駆動するアクチュエータとしてのＤＣモータである。このＤＣモータ１２は、双方向回転型の直流モータであり、モータ駆動回路１１により電流が通電されて回転する。モータ駆動回路１１は、後述するＥＣＵ１０から出力されるモータ駆動信号（ＰＷＭ信号）に応じた電流をモータに通電するとともに、その際、ＥＣＵ１０から指示された回転方向にモータを回転駆動するように、ＤＣモータ１２への通電方向を切り替える機能も備えている。なお、モータ駆動回路１１には、ＤＣモータ１２の通電電流を検出する電流センサが設けられており、その電流センサによる検出信号もＥＣＵ１０に入力される。

１３はＤＣモータ１２とスロットルバルブ３との間に配設される減速ギヤである。また、１４はスロットルバルブ３を全閉側近くに設定された初期位置に常時付勢するリターンスプリングである。このリターンスプリング１４により、スロットルバルブ３は、ＤＣモータ１２への通電が行われていないときには、初期位置に戻される。

１０はＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御装置）であり、ＥＣＵ１０にはスロットル開度センサ４Ａ，４Ｂからのスロットル開度信号ＴＨＡ、ＴＨＢ及びアクセルペダルセンサ６からのアクセル開度信号Ａｐが入力される。ＥＣＵ１０は、これらのセンサ信号に基づいて、スロットルバルブ３の開度が目標開度となるようにフィードバック制御（ＰＩＤ制御）を行う。さらに、詳しくは後述するが、ＥＣＵ１０は、各種のセンサ信号に基づいて、減速ギヤ１３の噛込みによりスロットルバルブ３が固着した異常状態であるか、スロットルバルブ３が全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態であるかを判別する異常判別処理及び判別された異常状態に応じて、それぞれの異常状態に適したフェールセーフ処理を実行する。

ここで、ＥＣＵ１０によって実行されるスロットルバルブ３の開度のフィードバック制御に関して、簡単に説明する。本実施形態では、２つのスロットル開度センサ４Ａ，４Ｂのうち、スロットル開度センサ４Ａからのスロットル開度信号ＴＨＡを用いてフィードバック制御を行う。なお、スロットル開度センサ４Ｂによるスロットル開度信号ＴＨＢは、主として、スロットル開度センサ４Ａに異常が生じていないか判定するために使用される。

図２に示すように、アクセルペダルセンサ６からのアクセル開度信号Ａｐ及びスロットル開度センサ４Ａ，４Ｂからのスロットル開度信号ＴＨＡ，ＴＨＢは、ＥＣＵ１０内のＡ／Ｄ変換器１０ａにてＡ／Ｄ変換された後に、ＥＣＵ１０内に取り込まれる。

すると、ＥＣＵ１０は、アクセルペダルセンサ６からのアクセル開度信号Ａｐに基づいてスロットル開度指令値（目標開度）を算出する。また、ＥＣＵ１０は、スロットル開度センサ４Ａからのスロットル開度信号ＴＨＡ（検出開度）を用いて、スロットル開度指令値との偏差を算出する。そして、ＥＣＵ１０は、算出した偏差と、所定のＰ項ゲインＫｐ、Ｉ項ゲインＴｉ、Ｄ項ゲインＴｄとに基づいて、操作量としてのデューティ比を算出するとともに、ＤＣモータ１２の回転方向を決定する。そして、ＥＣＵ１０は、モータ駆動回路１１に対して、算出したデューティ比を有するモータ駆動信号（ＰＷＭ信号）と、回転方向を指示する指示信号を出力する。これにより、モータ駆動回路１１は、回転方向指示信号に応じた通電方向に、ＰＷＭ信号に応じた電流をＤＣモータ１２に通電する。この結果、目標開度と、検出開度との偏差が解消されるように制御対象としてのＤＣモータ１２が回転駆動される。なお、スロットルバルブ３の開度をフィードバック制御する際、ＰＩＤ制御に代えて、ＰＩ制御、ＰＤ制御などを採用しても良い。

次に、本実施形態によるスロットル制御装置の特徴部分に係る、減速ギヤ１３の噛込みによりスロットルバルブ３が固着した異常状態であるか、スロットルバルブ３が全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態であるかを判別する異常判別処理及び判別された異常状態に応じて実行される、それぞれの異常状態に適したフェールセーフ処理について、図３〜図５のフローチャートを用いて説明する。図３は、上述した２つの異常状態を判別するとともに、それぞれの異常状態に適したフェールセーフ処理を実行するための制御処理の全体を示すフローチャートである。この図３のフローチャートに示す処理は、Ａ／Ｄ変換器１０ａによってセンサ検出信号がＡ／Ｄ変換される毎に実行される。

また、図４は、スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常が生じているか確定するための判定処理、及び、その衝突を回避又は衝突による衝撃を緩和するためのフェールセーフ処理の詳細を示すフローチャートである。さらに、図５は、スロットルバルブに固着異常が生じているか確定するための判定処理、及びスロットルバルブ固着異常発生時に行われるフェールセーフ処理の詳細を示すフローチャートである。

図３のフローチャートのステップＳ１００では、ＥＣＵ１０のＡ／Ｄ変換器１０ａにてＡ／Ｄ変換された全てのセンサ検出信号の変化が所定値以下であり、各センサ検出信号は実質的に変化していないとみなしえるか否かを判定する。ステップＳ１００の判定対象となるセンサ検出信号には、スロットル開度センサ４Ａ，４Ｂからのスロットル開度信号ＴＨＡ，ＴＨＢ及びアクセルペダルセンサ６からのアクセル開度信号Ａｐに加え、エアフローメータ及び電流センサによって検出される検出信号も含まれる。このように、エアフローメータ及び電流センサによって検出される検出信号も含めて、変化が所定値以下であるか否かを判定することにより、例えばＡ／Ｄ変換器１０ａなどにおける不具合（例えば、Ａ／Ｄ変換器１０ａとの通信異常など）の発生により、Ａ／Ｄ変換される全てのセンサ検出値が一定値から変化しなくなる異常が発生しているかどうかを、より精度良く判別することができる。また、このとき用いられる所定値としては、各センサ検出信号に対して共通であっても良いし、各センサ検出信号に対して個別に用意されても良い。

ステップＳ１００における判定処理において、各センサ検出信号が実質的に変化していないと判定された場合には、Ａ／Ｄ変換器１０ａなどの不具合により、Ａ／Ｄ変換される全てのセンサ検出信号が一定値から実質的に変化しなくなった可能性が高い。このため、ステップＳ１１０のストッパ衝突異常確定処理及びフェールセーフ処理に進む。このストッパ衝突異常確定処理及びフェールセーフ処理については、図４のフローチャートに基づいて、後に詳細に説明する。一方、ステップＳ１００の判定処理において、いずれかのセンサ検出信号が変化していると判定された場合には、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、２個のスロットル開度センサ４Ａ，４Ｂから出力されるスロットル開度信号ＴＨＡ、ＴＨＢに実質的な変化が生じていないが、アクセルペダルセンサ６からのアクセル開度信号Ａｐには実質的な変化が生じている状態であるか否かを判定する。この判定処理において「Ｙｅｓ」と判定された場合、減速ギヤ１３の噛込みによりスロットルバルブ３が固着した可能性があるため、ステップＳ１４０のスロットルバルブ固着異常確定処理及びフェールセーフ処理に進む。

減速ギヤ１３の噛込みによりスロットルバルブ３が固着すると、スロットル開度センサ４Ａ，４Ｂによって検出されるスロットル開度信号ＴＨＡ，ＴＨＢは実質的に変化しなくなり、その変化量は所定値以下となる。一方、スロットルバルブ３の開度が目標開度に一致しなくなるので、車両の加減速状態は運転者が意図したものとならず、運転者は、アクセルペダル５の踏込量を変化させて、車両の加減速状態を意図通りに調節しようとする。このため、アクセルペダルセンサ６によって検出されるアクセル開度信号Ａｐは、一定のままとはならず、変化することになる。従って、上述したように、スロットル開度信号ＴＨＡ、ＴＨＢ及びアクセル開度信号Ａｐの変化に基づいて、スロットルバルブ３が固着した可能性があるかどうかを判定することができる。なお、スロットルバルブ固着異常確定処理及びフェールセーフ処理については、図５のフローチャートに基づき、後に詳細に説明する。

上述したステップＳ１２０において「Ｎｏ」と判定された場合には、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０では、スロットル開度センサ４Ａから出力されるスロットル開度信号ＴＨＡには実質的な変化が生じていないが、スロットル開度センサ４Ｂから出力されるスロットル開度信号ＴＨＢに実質的な変化が生じている状態であるか否かを判定する。

本実施形態のスロットル制御装置においては、上述したように、スロットルバルブ３の開度は、スロットル開度センサ４Ａによって検出されるスロットル開度信号ＴＨＡに基づいて、フィードバック制御される。このため、スロットル開度信号ＴＨＡが、何らかの異常により変化しなくなると、フィードバック制御を行っても目標開度との間の偏差が解消されない状態となる。その結果、モータ駆動信号（ＰＷＭ信号）のデューティ比が減少せず、いずれスロットルバルブ３が全開又は全閉ストッパに突き当たる異常が生じる可能性がある。

スロットル開度センサ４Ａのスロットル開度信号ＴＨＡが異常により変化しない状態であるか否かは、もう一つのスロットル開度センサ４Ｂのスロットル開度信号ＴＨＢが変化しているか否かにより判定することができる。すなわち、スロットル開度センサ４Ｂによって検出しているスロットル開度が変化しているにも係らず、スロットル開度センサ４Ａによって検出しているスロットル開度が変化していない場合には、スロットル開度センサ４Ａに異常が生じている可能性があると判定することができる。

そのため、ステップＳ１３０において「Ｙｅｓ」と判定された場合にも、ステップＳ１１０に進んで、ストッパ衝突異常確定処理及びフェールセーフ処理を実行する。一方、ステップＳ１３０において「Ｎｏ」と判定された場合には、一旦、図３のフローチャートに示す処理を終了する。

次に、図４のフローチャートを参照しつつ、ストッパ衝突異常確定処理及びフェールセーフ処理に関して詳しく説明する。

上述したように、Ａ／Ｄ変換器１０ａやスロットル開度センサ４Ａなどに異常が生じて、スロットル開度信号ＴＨＡが実質的に変化しなくなると、目標開度との偏差が埋められなくなるため、デューティ信号のデューティ比が減少しなかったり、逆に増加したりする。その結果、スロットルバルブ３が、いずれ全開又は全閉ストッパに突き当たる異常が生じる。この際、スロットルバルブ３が全開又は全閉ストッパに突き当たる衝撃が大きいと、減速ギヤ１３などを破損してしまう虞が生じる。そのため、本実施形態では、ストッパ衝突異常確定処理及びフェールセーフ処理を実行することにより、スロットルバルブ３が全開又は全閉ストッパに衝突する異常が生じたことを確定するとともに、その異常発生が確定されたときには、スロットルバルブ３とストッパとの衝突を回避するか、少なくとも衝撃を緩和するためのフェールセーフ処理を行う。

まず、ステップＳ２００では、モータ駆動信号であるＰＷＭ信号のデューティ比が所定値以上であるか否かにより、ＤＣモータ１２が回転駆動されている状態であるか否かを判定する。この判定処理において「Ｎｏ」と判定された場合には、スロットルバルブ３とストッパとの衝突は起こらない状況であるため、図４のフローチャートに示す処理を終了する。一方、「Ｙｅｓ」と判定された場合には、このままでは、スロットルバルブ３が全開又は全閉ストッパに衝突するため、スロットルバルブ３が全開又は全閉ストッパに衝突する異常が生じたと確定し、ステップＳ２１０以降の処理を実行する。

ステップＳ２１０では、スロットル開度センサ４Ａによって検出される検出開度が、目標開度よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ２１０の判定において検出開度は目標開度よりも小さいと判定された場合、ステップＳ２２０において、現在のスロットルバルブ３の駆動方向は開き側と決定し、一方、ステップＳ２１０において検出開度は目標開度より大きいと判定された場合には、ステップＳ２３０において、現在のスロットルバルブ３の駆動方向は閉じ側と決定する。スロットル開度センサ４Ａによる検出開度が目標開度よりも小さい場合には、フィードバック制御によりスロットルバルブ３が開き側に駆動され、目標開度よりも大きい場合には、スロットルバルブ３が閉じ側に駆動されるためである。

続くステップＳ２４０では、ステップＳ２２０又はＳ２３０にて決定されたスロットルバルブ３の駆動方向と逆方向に当該スロットルバルブ３を駆動するためのモータ駆動信号（ＰＷＭ信号）をモータ駆動回路１１に出力する。これにより、スロットルバルブ３が全開又は全閉ストッパに衝突することを回避したり、あるいは少なくとも衝突の衝撃を緩和したりすることが可能となる。

ステップＳ２５０では、スロットルバルブ３を逆方向に駆動するためのモータ駆動信号の出力時間が所定時間に達したか否かを判定する。この判定処理において「Ｎｏ」と判定された場合には、ステップＳ２４０におけるモータ駆動信号の出力を継続する。一方、ステップＳ２５０の所定において「Ｙｅｓ」と判定された場合には、ステップＳ２６０の処理に移行する。すなわち、ステップＳ２５０により、スロットルバルブ３を逆方向に駆動するためのモータ駆動信号の出力は、所定時間継続される。従って、確実にスロットルバルブ３の駆動速度の低減及び回転方向の反転を実行することができる。

ステップＳ２６０では、モータ駆動信号の出力を停止するとともに、ＤＣモータ１２への電源供給をオフする。これにより、スロットルバルブ３は、やがて、リターンスプリング１４により、初期位置に戻る。このため、スロットルバルブ３のオーバーランの発生などを防止することができる。さらに、ステップＳ２７０では、退避走行モードとして、アクセルペダル５の開度に応じて、部分的に減筒運転を行う。スロットルバルブ３によるエンジン出力の調整が不能な状態であるためである。なお、この際、Ａ／Ｄ変換された全てのセンサ検出信号の変化が所定値以下の場合には、アクセルペダル５の開度をアクセルオフ時の開度で読み換えることが車両安全上望ましい。

次に、図５のフローチャートを参照しつつ、スロットルバルブ固着異常確定処理及びフェールセーフ処理に関して詳しく説明する。

上述したように、減速ギヤ１３の噛込みによりスロットルバルブ３が固着する異常が生じると、スロットル開度センサ４Ａによって検出される開度は実質的に変化しなくなるのに対し、アクセルペダルセンサ６によって検出されるアクセルペダル踏込量は変化を示す。

上述した状況において、スロットル制御装置が通常通りに動作している場合、すなわち、ＥＣＵ１０からモータ駆動信号（ＰＷＭ信号）が出力され、実際にＤＣモータ１２にモータ電流が通電されている場合には、スロットルバルブ３が固着している異常が生じていることを確定することができる。

従って、ステップＳ３００では、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定値以上であり、かつモータ電流値が所定値以上である状態が所定時間継続しているか否かを判定し、この判定結果が「Ｙｅｓ」である場合、スロットルバルブ３に固着異常が生じたことを確定する。なお、スロットル制御装置が通常通り動作していることを検証するために、さらに、スロットル開度センサ４Ａ，４Ｂに断線や短絡等の異常が生じていないことや、モータ電流が所定の上下限範囲に属していることを判定条件に加えても良い。

ステップＳ３００において、スロットルバルブ３に固着異常が生じていることが確定されると、ステップＳ３１０において、モータ駆動信号の出力を停止するとともに、ＤＣモータ１２への電源供給をオフする。これにより、ＤＣモータ１２への通電が停止され、ＤＣモータ１２が異常発熱したりする事態の発生を回避することができる。さらに、ステップＳ３２０では、退避走行モードとして、アクセルペダル５の開度に応じて、部分的に減筒運転を行う。全気筒での燃焼を継続すると、スロットルバルブ３が固着した位置によっては、エンジン出力が過剰となってしまう虞があるためである。

以上、説明したように、本実施形態によるスロットル制御装置によれば、ストッパ衝突異常状態が発生しているか、スロットルバルブ固着異常状態が発生しているかを判別するために、アクセルペダルセンサ６の信号を利用する。減速ギヤ１３の噛込みによりスロットルバルブ３が固着した異常状態である場合には、アクセルペダルセンサ６によって検出される踏込量が変化するのに対し、スロットルバルブ３が全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態である場合には、アクセルペダルセンサ６によって検出される踏込量がほとんど変化しないためである。このようにして、本実施形態によるスロットル制御装置では、２つの異常状態を判別することができるので、それぞれの異常状態に適したフェールセーフ処理を実行することが可能となる。

１ 内燃機関
３ スロットルバルブ
４Ａ，４Ｂ スロットル開度センサ
５ アクセルペダル
６ アクセルペダルセンサ
１０ ＥＣＵ（電子制御装置）
１０ａ Ａ／Ｄ変換器
１２ ＤＣモータ
１３ 減速ギヤ

Claims (8)

1. アクセルペダルセンサによって検出されるアクセルペダルの踏込量に応じてスロットルバルブの目標開度を定め、スロットル開度センサによって検出される前記スロットルバルブの検出開度が前記目標開度となるように、前記スロットルバルブと減速ギヤを介して連結されたモータをデューティ信号によりフィードバック制御する内燃機関のスロットル制御装置において、
   前記各センサによるアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記スロットル開度センサによって検出され、前記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されたスロットルバルブの検出開度の変化量が所定値以下である状態が所定時間継続し、かつ前記モータへ出力されるデューティ信号のデューティ比が所定値以上となっている場合、少なくとも前記アクセルペダルセンサによって検出され、前記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されたアクセルペダルの踏込量の変化量に基づいて、前記減速ギヤの噛込みによりスロットルバルブが固着した異常状態であるか、前記スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態であるかを判別する異常判別手段と、
   前記異常判別手段によって判別された異常状態に応じて、異なるフェールセーフ処理を実行するフェールセーフ手段と、を備えることを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。
2. 前記異常判別手段は、前記アクセルペダルセンサによって検出されるアクセルペダルの踏込量の変化量が所定値より大きい場合、前記減速ギヤの噛込みによるスロットルバルブが固着した異常状態であると判別し、所定値以下である場合には、前記スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態であると判別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。
3. 前記モータに通電されるモータ電流を検出する電流センサを備え、
   前記異常判別手段は、さらに前記電流センサによって検出され、前記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されたモータ電流の変化量が所定値以下であることを条件として、前記スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態であると判別することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のスロットル制御装置。
4. 前記内燃機関の吸気管を流れる吸入空気量を検出するエアフローセンサを備え、
   前記異常判別手段は、さらに前記エアフローセンサによって検出され、前記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された吸入空気量の変化量が所定値以下であることを条件として、前記スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する状態であると判別することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関のスロットル制御装置。
5. 前記スロットル開度センサは、第１及び第２のスロットル開度センサからなる二重系のセンサであり、
   前記第１及び第２のスロットル開度センサによって検出され、前記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されたスロットルバルブの検出開度の変化量がともに所定値以下である状態が所定時間継続し、かつ前記モータへ出力されるデューティ信号のデューティ比が所定値以上となっており、さらに、少なくとも前記アクセルペダルセンサによって検出され、前記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されたアクセルペダルの踏込量の変化量が所定値よりも大きい場合に、前記減速ギヤの噛込みによりスロットルバルブが固着した異常状態であると判別することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関のスロットル制御装置。
6. 前記スロットル開度センサは、第１及び第２のスロットル開度センサからなる二重系のセンサであり、前記スロットルバルブの開度のフィードバック制御は、前記第１のスロットル開度センサによって検出されるスロットルバルブの検出開度に基づいて実行されるものであって、
   前記異常判別手段は、前記第２のスロットル開度センサによって検出され、Ａ／Ｄ変換されたスロットルバルブの検出開度の変化量が所定値より大きいにも係らず、前記第１のスロットル開度センサによって検出され、Ａ／Ｄ変換されたスロットルバルブの検出開度の変化量が所定値以下である状態が所定時間継続し、かつ前記モータへ出力されるデューティ信号のデューティ比が所定値以上となっている場合、前記スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態であると判別することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関のスロットル制御装置。
7. 前記フェールセーフ手段は、前記異常判別手段によって前記スロットルバルブが全開又は全閉ストッパに衝突する異常状態と判別された場合、前記モータを逆方向に駆動するためのデューティ信号を所定時間出力することを特項とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関のスロットル制御装置。
8. 前記異常判別手段は、前記スロットル開度センサが検出する検出開度が前記目標開度よりも小さい場合、前記スロットルバルブは全開ストッパに衝突する異常状態であるとみなし、前記フェールセーフ手段は、前記スロットルバルブを閉じ側に駆動するためのデューティ信号を前記モータに所定時間出力し、
   前記異常判別手段は、前記スロットル開度センサが検出する検出開度が前記目標開度よりも大きい場合、前記スロットルバルブは全閉ストッパに衝突する異常状態であるとみなし、前記フェールセーフ手段は、前記スロットルバルブを開き側に駆動するためのデューティ信号を前記モータに所定時間出力することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関のスロットル制御装置。

Images