(57)【要約】【課題】フェールセーフ動作時のスロットル速度を制御して衝撃の発生を低減できる手法を提供する。【解決手段】本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸入空気量を制御するスロットル弁、および該スロットル弁に結合されており制御信号に応じて前記スロットル弁を回転させるモータ、を備えており、さらに、スロットル弁を電気的に駆動することができない状態を判定する判定手段と、スロットル弁をデフォルト開度の位置に向けてバイアスするバイアス手段と、前記判定がなされるとき、前記バイアス手段の作用により前記デフォルト開度の位置に移動する前記スロットルの回転速度を抑制する回路と、を有する。これにより、フェールセーフ動作時にもスロットル弁速度を制御することができ、急激なスロットル変動による衝撃の発生を緩和することが可能となる。【選択図】図４
2006029188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸入空気量を制御するスロットル弁、および該スロットル弁に結合されており制御信号に応じて前記スロットル弁を回転させるモータ、を備える内燃機関の制御装置であって、
前記スロットル弁を電気的に駆動することができない状態を判定する、判定手段と、
前記スロットル弁をデフォルト開度の位置に向けてバイアスする、バイアス手段と、
前記判定がなされるとき、前記バイアス手段の作用により前記デフォルト開度の位置に移動する前記スロットルの回転速度を抑制する回路と、
を有する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記回路は前記モータを正転または逆転駆動するＨブリッジ回路であり、
前記制御装置は、前記判定がなされるとき、該Ｈブリッジ回路を駆動モードから制動モードに切り換える、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記回路への制御信号をパルス幅変調する手段をさらに備え、
前記スロットルの開度が前記デフォルト開度より大きい場合、車速または前記スロットル弁の開度の大きさに比例して前記パルス幅変調のデューティー比を設定し、
前記スロットルの開度が前記デフォルト開度より小さい場合、アクセル開度の大きさに反比例して前記パルス幅変調のデューティー比を設定する、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の水温または吸気温から前記スロットル弁の温度を推定する手段をさらに備え、該温度に比例して前記パルス幅変調のデューティー比を設定する、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸入空気量を制御するスロットル弁、および該スロットル弁に結合されており制御信号に応じて前記スロットル弁を回転させるモータ、を備える内燃機関の制御装置に関し、特にスロットル弁駆動不能時のスロットル弁回転速度制御手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の電子制御スロットルでは、通電を遮断し、車両が必要最低限の走行ができる程度のスロットル開度（以下「デフォルト開度」と呼ぶ）にスロットル弁の開度を保持するフェールセーフ機能が一般的に備えられている。このフェールセーフ機能は、例えば供給電源の故障、またはスロットル開度センサの異常検出といった不具合が生じた場合、スロットルが駆動不能であると判断し、走行の安全性を保障するために実行される。
【０００３】
例えば特許文献１は、電動スロットルが制御不能と判定された場合、スロットルを駆動するＤＣモータへの通電を遮断して、バネ（デフォルト開度保持手段）の力によってスロットル開度をデフォルト開度に保持させ退避走行を可能にする。さらに、アクセル開度に応じて内燃機関の点火時期を補正することにより、退避走行時にも、運転者の要求に応じた出力を得ることができる。
【０００４】
また、特許文献２は、異常発生によりスロットルバルブを初期状態（デフォルト開度）に戻すフェールセーフ動作において、その異常発生時点での目標開度に対応する駆動出力値から一定割合で０まで減少させる手法により、安定で安全性の高いフェールセーフ動作を実現している。
【特許文献１】特開2003-155950
【特許文献２】特許2711674号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のような従来手法では、特にアイドリング時や高速走行時の場合、スロットル開度とデフォルト開度との偏差が大きいので、スロットル開度がデフォルト開度へ急激に変動される。このため、内燃機関の吸入空気量が急激に変わり、内燃機関の発生トルクが急変してドライバビリティに悪影響を与える。
【０００６】
また、特許文献２のような従来手法では、フェールセーフ動作開始時の運転状態に依存せず、常に同じ挙動でスロットル弁をデフォルト開度に収束させる。このため、運転状態によってデフォルト開度への移動速度を調整することには対応していない。
【０００７】
本発明の目的は、フェールセーフ動作時のスロットル速度を制御して衝撃の発生を低減できる手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸入空気量を制御するスロットル弁、および該スロットル弁に結合されており制御信号に応じて前記スロットル弁を回転させるモータ、を備えており、さらに、スロットル弁を電気的に駆動することができない状態を判定する判定手段と、スロットル弁をデフォルト開度の位置に向けてバイアスするバイアス手段と、前記判定がなされるとき、前記バイアス手段の作用により前記デフォルト開度の位置に移動する前記スロットルの回転速度を抑制する回路と、を有する。スロットル弁を電気的に駆動することができない状態とは、例えばスロットル開度センサが故障し、フェールセーフ動作に入るときである。この発明によると、フェールセーフ動作時にもスロットル弁速度を制御することができ、急激なスロットル開度の変動による衝撃の発生を緩和することが可能となる。
【０００９】
本発明の一実施形態において、前記回路はモータを正転または逆転駆動するＨブリッジ回路である。また、前記制御装置は、駆動不能判定がなされるとき、Ｈブリッジ回路を駆動モードから制動モードに切り換える。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記制御装置は、回路への制御信号をパルス幅変調する手段をさらに備える。この手段は、スロットルの開度がデフォルト開度より大きい場合、車速またはスロットル弁の開度の大きさに比例して前記パルス幅変調のデューティー比を設定し、スロットルの開度がデフォルト開度より小さい場合、アクセル開度の大きさに反比例してパルス幅変調のデューティー比を設定する。また、内燃機関の水温または吸気温からスロットル弁の温度を推定する手段をさらに備え、該温度に比例してパルス幅変調のデューティー比を設定することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）６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６ａ、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ６ｂ、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６ｃ、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６ｄを備えるコンピュータである。メモリ６ｃ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、ＥＥＰＲＯＭのような書替え可能なＲＯＭであっても良い。ＲＡＭには、ＣＰＵ６ｂ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、スロットル弁開度センサ４および吸気温度センサ７の計測値、エンジン１から車速および水温情報、並びにアクセルペダル８からアクセル開度が入力インタフェース６ａへ入力され、出力インタフェース６ｄからスロットル駆動装置５へ制御信号が出力される。
【００１３】
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、ＥＣＵ６からの制御信号に従ってスロットル駆動装置５によって適切な開度へと駆動される。ここで、ＥＣＵは、アクセルペダル８の踏み具合によるアクセル開度を入力情報として有しており、このアクセル開度に対応する制御信号を生成する。また、スロットル弁にはスロットル弁開度センサ４（θＴＨセンサ）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、ＥＣＵ６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。
【００１４】
図２は、本発明の一実施形態における、スロットル駆動装置５およびスロットル弁の構成をより詳細に示している。この実施形態において、スロットル駆動装置５は、スロットル弁に結合されたＤＣモータ５ａおよびＤＣモータを駆動するための駆動回路５ｂを有する。駆動回路５ｂは、本実施形態ではＨブリッジ回路である。一般的に、Ｈブリッジ回路は、単一の電源で正転および逆転を実現するための回路である。
【００１５】
次に、本実施形態においてＨブリッジ回路によって実現される駆動回路５ｂの構成を説明する。図２に示すように、駆動回路５ｂは、ｐｎｐ型トランジスタＱ１、Ｑ３、ｎｐｎ型トランジスタＱ２、Ｑ４、および各トランジスタのコレクタ・エミッタ間に並列に接続された４つのダイオードから構成される。この回路は、トランジスタＱ１とトランジスタＱ３のエミッタが電源に接続され、トランジスタＱ２とトランジスタＱ４のエミッタが接地されている。また、トランジスタＱ１とトランジスタＱ２のコレクタ同士が接続され、トランジスタＱ３とトランジスタＱ４のコレクタ同士が接続されている。トランジスタＱ１のコレクタとトランジスタＱ２のコレクタの接点と、トランジスタＱ３のコレクタとトランジスタＱ４のコレクタの接点には、ＤＣモータ５ａの両端子Ｔ１、Ｔ２がそれぞれ接続されている。
【００１６】
次に、駆動回路５ｂの動作について説明する。トランジスタＱ１およびＱ４のベースに電圧を加えＱ１、Ｑ４をオンにすると、トランジスタＱ１→端子Ｔ１→ＤＣモータ５ａ→端子Ｔ２→トランジスタＱ４の向きに電源からの電流がＤＣモータ５ａの巻線に供給されてモータが正回転する。トランジスタＱ２およびＱ３のベースに電圧を加えＱ２、Ｑ３をオンにすると、トランジスタＱ３→端子Ｔ２→ＤＣモータ５ａ→端子Ｔ１→トランジスタＱ２の向きに電源からの電流がＤＣモータ５ａの巻線に供給されてモータが逆回転する。このように、電源からの電流を供給してモータを正逆回転させるモードを、本明細書では「駆動モード」と呼ぶ。また、電源からの電力供給を遮断して、トランジスタＱ２およびＱ４をオンにすると、モータは駆動力を失い、バネ９の力によってスロットル弁３がデフォルト開度に向けて動かされる。モータ５ａの回転子はスロットル弁３に結合しているので、スロットル弁３とともに回転する。したがって、モータ５ａは発電機として作用し、逆起電力を発生する。この逆起電力は、回転子の回転をおさえる制動力となる。この動作モードを「制動モード」と呼ぶ。モータが正回転時には、逆起電力によって端子Ｔ１→トランジスタＱ２→トランジスタＱ４に並列接続されたダイオード→端子Ｔ２の向きの電流が回路内に流れて逆回転方向に制動力が働く。モータが逆回転時には、逆起電力によって端子Ｔ２→トランジスタＱ４→トランジスタＱ２に並列接続されたダイオード→端子Ｔ１の向きの電流が回路内に流れて正回転方向に制動力が働く。
【００１７】
スロットル開度センサ４は、スロットル弁の開度に応じた電気信号を計測してＥＣＵ６へ送る。ＥＣＵ６は、この電気信号に基づいたフィードバック制御信号をスロットル駆動装置５へ送る。ここでＥＣＵが送る制御信号は、駆動回路５ｂ内の各トランジスタへのベース電圧である。制御信号によってＤＣモータ５ａへの印加電圧およびその方向が決まり、ＤＣモータ５ａがスロットル弁３を所望のスロットル開度へ駆動する。
【００１８】
また、ＤＣモータ５ａおよびスロットル弁３の回転軸には、ばね９が取り付けられている。このばね９は、ＤＣモータ５ａへの通電が遮断された場合に、車両が必要最低限の走行ができる程度のスロットル開度（デフォルト開度）へ向けてスロットル弁をバイアス（付勢）するフェールセーフ動作を実現するように設置されている。このデフォルト開度は、例えば７度である。
【００１９】
図３は、フェールセーフ動作時に、スロットル弁に加えられる力を示す概略図である。図３（ａ）は、駆動回路５ｂ内の全てのトランジスタをオフにしてＤＣモータ５ａへの通電を遮断した場合を示している。この場合、スロットル弁３は、バネ９によってデフォルト開度の方向へ外力が加えられる。この外力は、スロットル開度とデフォルト開度との較差に比例して増大する。このため、特にスロットル開度が大きい状態、またはアイドリング状態でモータへの通電が遮断されると、急速にスロットル開度が変化するので運転者に相当の重力加速度が加えられることとなる。本発明では、この問題を解決するために、バネ９によるスロットル弁３のデフォルト開度への回転速度を抑制する。図３（ｂ）は、ＤＣモータ５ａへの通電を遮断しているが、駆動回路５ｂのトランジスタＱ２、Ｑ４はオンである制動モードを示している。この制動モードでは、バネ９による外力で生じるスロットル弁３のデフォルト開度方向への回転が、その回転によるモータの逆起電力で生じる制動力によって抑制される。この制動力は、トランジスタＱ２、Ｑ４への制御信号によって制御可能である。つまり、トランジスタＱ２，Ｑ４のベース電圧のパルス幅を調整することによって、スロットル弁３がデフォルト開度に戻る速度を制御することができる。
【００２０】
図３（ａ）のように、単にモータへの通電を遮断した場合、スロットル弁がデフォルト開度に戻る時間は、数百ミリ秒程度である。一方、図３（ｂ）のように、駆動回路５ｂの制動モードを適用した場合、数秒程度に低速化することが可能である。
【００２１】
図４は、本発明の一実施形態による、フェールセーフ動作時のスロットル弁回転速度制御手法を示すフローチャートである。現在の運転状態をステップＳ１０１〜Ｓ１０４で把握して、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７の処理を選択する。このフローは、スロットル弁が駆動不能と判定された場合に処理が開始される。この判定は、例えば、スロットル弁３の目標開度と、スロットル開度センサ４による計測開度との偏差が所定値以上の状態が所定時間以上継続したときに行われる。
【００２２】
ステップＳ１０１において、現在のスロットル開度がデフォルト開度より大きいかどうかが確認される。デフォルト開度とは、車両が必要最低限の走行ができる程度の速度を実現できるスロットル開度であって、例えば７度である。ここで、デフォルト開度以上とは、例えば、運転者がアクセルを踏んで走行している状態を示し、デフォルト以下とは、例えばアイドリング状態で停止している状態または低速走行状態である。デフォルト開度以上の場合、ステップＳ１０２に進み、デフォルト開度以下の場合、ステップＳ１０４に進む。
【００２３】
ステップＳ１０２において、車速が所定値以上かどうかを確認する。車速はエンジン１の運転状態からＥＣＵ６が判断する。高速運転時（たとえば時速６０km）には、スロットル開度とデフォルト開度との偏差が大きいので、スロットル弁の制動力を大きくして、回転速度をより低速にして運転者の負荷を低減する必要がある。車速が所定値以上の場合、ステップＳ１０３に進み、車速が所定値以下の場合、ステップＳ１０６に進む。
【００２４】
ステップＳ１０３において、スロットル開度が所定値以上かどうかを確認する。この所定値は例えば１０度である。この条件に該当するのは、高速運転中さらにアクセルペダルを踏んで車速を加速している状態である。この条件に該当するならば、スロットル開度とデフォルト開度との偏差はさらに増大するので、スロットル弁により大きな制動力を加えて、スロットル回転速度を低速にする必要がある。スロットル開度が所定値以上の場合、ステップＳ１０５に進み、所定値以下の場合、ステップＳ１０６に進む。
【００２５】
一方、ステップＳ１０１でスロットル開度がデフォルト開度未満であった場合、ステップＳ１０４において、アクセルペダルが踏み込まれているかどうかを確認する。この条件に該当するのは、例えば、アイドリング時または低速走行時において、運転者が加速しようとしている状態である。この条件に該当するならば、スロットル開度とデフォルト開度との偏差は小さくなるので、スロットル弁への制動力は少なくて良い。アクセルペダルの踏み込みがある場合はステップＳ１０７に進み、踏み込みがない場合、ステップＳ１０５に進む。
【００２６】
以下は、これまでのステップによる運転状態に従って選択される処理手法を示すステップである。
【００２７】
ステップＳ１０５において、トランジスタＱ２、Ｑ４がオンになり、駆動回路５ｂは制動モードになる。このステップは、車両が高速運転の加速状態またはアイドリング状態で実行されるので、充分な制動力をかけてスロットル弁をゆっくりデフォルト開度へ移動させる。
【００２８】
ステップＳ１０６において、トランジスタＱ２、Ｑ４へのベース電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御する。ＰＷＭ制御のデューティー比を大きくすると、ベース電圧がオンになる割合が高くなり、制動力も大きくなる。デューティー比を小さくすると、ベース電圧がオンになる割合が低くなり、制動力は小さくなる。この原理に従い、車速やスロットル開度が所定値に近いほど、デューティー比を大きくしてデフォルト開度への戻り速度を遅くして運転者の衝撃を和らげる処理を行う。
【００２９】
ステップＳ１０７において、ステップＳ１０７と同様にトランジスタＱ２、Ｑ４へのベース電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御する。このステップは、アイドリングまたは低速走行状態でアクセルペダルを踏み込んでいる状態で実行されるので、アクセル開度に応じてデューティー比を調整する。アクセル開度が大きい場合、デフォルト開度との偏差が小さくなるので、デューティー比も小さくして早く戻すように処理する。アクセル開度が小さい場合、反対にデューティー比を大きくしてゆっくりデフォルト開度に戻す。
【００３０】
また、ステップＳ１０６およびＳ１０７において、エンジンの水温や吸気温からＥＣＵでスロットル弁の温度を推定してデューティー比を調整することも可能である。例えば、スロットル弁の温度が低い場合は機構的な要因によってデフォルト開度へ戻りにくくなるので、デューティー比を小さくして制動力を小さくして戻しやすくする。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】エンジンの吸気系および制御系を示した概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による、スロットル駆動装置の構成図である。
【図３】本発明の一実施形態による、フェールセーフ動作時に、スロットル弁に加えられる力を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態による、フェールセーフ動作時のスロットル弁回転速度制御手法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１  エンジン
２  吸気管
３  スロットル弁
４  スロットル開度センサ
５  スロットル駆動装置
５ａ  モータ
５ｂ  ブリッジ回路
６  ＥＣＵ
７  吸気温センサ
８  アクセルペダル
【図１】
2006029188.tif 000003
【図２】
2006029188.tif 000004
【図３】
2006029188.tif 000005
【図４】
2006029188.tif 000006