(57)【要約】    【課題】  電子制御スロットル装置のスロットル弁駆動系に故障が発生しても、簡単な機構で非常走行を可能とする。    【解決手段】  弁軸１２と一体的に回動するスロットル弁１４と、アクセルペダル操作に応じてスロットル弁１４を回動させるべく、電磁クラッチ１８及び減速ギヤ列２０を介して弁軸１２の一端に連結されるモータ１６と、スロットル弁１４を全閉位置まで回動させるばね２４と、弁軸１２の他端に取り付けられたレバー２２と、レバー２２と接触又は微小間隔を隔てて配設されるエアアクチュエータ２６と、エアアクチュエータ２６に対する圧縮エアの供給制御を行うレギュレータ２８と、を含んで構成される電子制御スロットル装置において、スロットル弁１４の駆動系に故障が発生したときに、電磁クラッチ１８を切断すると共に、機関回転速度が所定範囲内に維持されるようにレギュレータ２８を制御する。【選択図】  図１
2005188452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に回動自由に配設された弁軸と一体的に回動するスロットル弁と、
アクセルペダル操作に応じて前記スロットル弁を回動させるべく、電磁クラッチを介して前記弁軸の一端に連結される電動アクチュエータと、
前記スロットル弁を全閉位置まで回動させるばねと、
前記スロットル弁と一体的に揺動すべく、前記弁軸の他端に取り付けられたレバーと、
前記スロットル弁を全閉位置から開くべく、前記レバーと接触又は微小間隔を隔てて配設されるエアアクチュエータと、
前記エアアクチュエータに対する作動流体の供給制御を行うレギュレータと、
前記スロットル弁の駆動系に故障が発生したか否かを判定する故障判定手段と、
車両運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該故障判定手段により故障が発生したと判定されたときに、前記電磁クラッチを切断すると共に、前記運転状態検出手段により検出された機関回転速度が所定範囲内に維持されるように前記レギュレータを制御する制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする電子制御スロットル装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記運転状態検出手段により変速機が中立位置にあることが検出されたときに、前記レギュレータの制御を開始することを特徴とする請求項１記載の電子制御スロットル装置。
【請求項３】
車両走行条件が成立したか否かを判定する走行条件判定手段を備え、
前記制御手段は、前記走行条件判定手段により車両走行条件が成立したと判定されたときに、前記レギュレータの制御を開始することを特徴とする請求項１記載の電子制御スロットル装置。
【請求項４】
前記走行条件判定手段は、前記運転状態検出手段により変速機が中立位置から走行段に変速されたときに、車両走行条件が成立したと判定することを特徴とする請求項３記載の電子制御スロットル装置。
【請求項５】
車両減速条件が成立したか否かを判定する減速条件判定手段を備え、
前記制御手段は、前記減速条件判定手段により車両減速条件が成立したと判定されたときに、前記エアアクチュエータから作動流体を排出させるべく、前記レギュレータを制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいすれか１つに記載の電子制御スロットル装置。
【請求項６】
前記減速条件判定手段は、前記運転状態検出手段により変速機が中立位置に変速されたことが検出されたとき又はブレーキの作動かつ機関回転速度の低下が検出されたときに、車両減速条件が成立したと判定することを特徴とする請求項５記載の電子制御スロットル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子制御スロットル装置において、スロットル弁の駆動系に故障が発生しても、簡単な機構で非常走行を可能とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アクセル操作に対するレスポンスを向上させるために、モータなどの電動アクチュエータを用いて、アクセルペダル操作に応じてスロットル弁を非線形に開閉駆動する電子制御スロットル装置が実用化されている。電子制御スロットル装置では、電動アクチュエータなどのスロットル弁駆動系に故障が発生しても、定速で非常走行を可能とすべく、特開２００２−３４９２９６号公報（特許文献１）に開示されるような技術が提案されている。かかる提案技術は、故障発生時に、スロットル弁を所定開度強制的に開くことで、車両走行に必要なトルクを発生させるものである。
【特許文献１】特開２００２−３４９２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、トラックなどの大型商用車では、積荷重量の軽重に応じて、その車両総重量が大幅に変化する特性がある。このため、大型商用車に従来技術を適用したときには、スロットル弁を所定開度開くだけでは、次のような不具合が発生するおそれがあった。即ち、積車状態に合わせてスロットル弁の開度を設定すると、空車状態では走行負荷が小さいため、機関回転速度が必要以上に上昇してしまう。一方、空車状態に合わせてスロットル弁の開度を設定すると、積車状態では走行負荷が大きいため、エンストなどを起こして事実上の走行ができなくなってしまう。
【０００４】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、簡単な機構で機関回転速度を所定範囲内に維持できるようにすることで、大型商用車などで大幅に変化する走行負荷の大小にかかわらず、故障時における非常走行を可能とした電子制御スロットル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、請求項１記載の発明では、吸気通路に回動自由に配設された弁軸と一体的に回動するスロットル弁と、アクセルペダル操作に応じて前記スロットル弁を回動させるべく、電磁クラッチを介して前記弁軸の一端に連結される電動アクチュエータと、前記スロットル弁を全閉位置まで回動させるばねと、前記スロットル弁と一体的に揺動すべく、前記弁軸の他端に取り付けられたレバーと、前記スロットル弁を全閉位置から開くべく、前記レバーと接触又は微小間隔を隔てて配設されるエアアクチュエータと、前記エアアクチュエータに対する作動流体の供給制御を行うレギュレータと、前記スロットル弁の駆動系に故障が発生したか否かを判定する故障判定手段と、車両運転状態を検出する運転状態検出手段と、該故障判定手段により故障が発生したと判定されたときに、前記電磁クラッチを切断すると共に、前記運転状態検出手段により検出された機関回転速度が所定範囲内に維持されるように前記レギュレータを制御する制御手段と、を含んで電子制御スロットル装置を構成したことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明では、前記制御手段は、前記運転状態検出手段により変速機が中立位置にあることが検出されたときに、前記レギュレータの制御を開始することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、車両走行条件が成立したか否かを判定する走行条件判定手段を備え、前記制御手段は、前記走行条件判定手段により車両走行条件が成立したと判定されたときに、前記レギュレータの制御を開始することを特徴とする。
【０００７】
請求項４記載の発明では、前記走行条件判定手段は、前記運転状態検出手段により変速機が中立位置から走行段に変速されたときに、車両走行条件が成立したと判定することを特徴とする。
請求項５記載の発明では、車両減速条件が成立したか否かを判定する減速条件判定手段を備え、前記制御手段は、前記減速条件判定手段により車両減速条件が成立したと判定されたときに、前記エアアクチュエータから作動流体を排出させるべく、前記レギュレータを制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項６記載の発明では、前記減速条件判定手段は、前記運転状態検出手段により変速機が中立位置に変速されたことが検出されたとき又はブレーキの作動かつ機関回転速度の低下が検出されたときに、車両減速条件が成立したと判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、電子制御スロットル装置の本体系は、吸気通路に回動自由に配設された弁軸と一体的に回動するスロットル弁と、アクセルペダル操作に応じてスロットル弁を回動させるべく、電磁クラッチを介して弁軸の一端に連結される電動アクチュエータと、スロットル弁を全閉位置まで回動させるばねと、スロットル弁と一体的に揺動すべく、弁軸の他端に取り付けられたレバーと、スロットル弁を全閉位置から開くべく、レバーと接触又は微小間隔を隔てて配設されるエアアクチュエータと、エアアクチュエータに対する作動流体の供給制御を行うレギュレータと、を含んで構成される。そして、スロットル弁の駆動系に故障が発生したときには、電磁クラッチを切断することで、スロットル弁がこれを回動させる電動アクチュエータから切り離され、ばねの付勢力により全閉位置まで回動される。また、電磁クラッチの切断と共に、機関回転速度が所定範囲内に維持されるように、レギュレータが制御される。即ち、レギュレータを制御することで、エアアクチュエータの作動量が増減制御され、レバーの揺動によりスロットル弁の開度が増減される。従って、簡単な機構で機関回転速度を所定範囲内に維持でき、大型商用車などで大幅に変化する走行負荷の大小にかかわらず、故障時における非常走行を可能とすることができる。一方、エアアクチュエータとレバーとは機械的に連結されておらず、接触又は微小間隔を隔てて配設されているため、スロットル弁の駆動系に故障が発生していないときには、レギュレータを制御しなくとも、電動アクチュエータによりアクセルペダル操作に応じてスロットル弁の開度が制御される。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、非常走行に移行する条件として、車両運転者が一旦変速機を中立位置に変速する操作を加えることで、車両が予期せず加速するなどを防止し、安全性を高めることができる。
請求項３記載の発明によれば、車両走行条件が成立したときに、機関回転速度が所定範囲内に維持されるようにするレギュレータの制御が開始されるので、例えば、アイドル運転中には不必要な機関回転速度の上昇が防止され、燃費及び排気性状の低下などを抑制することができる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、変速機が中立位置から走行段に変速されたときに、車両走行条件が成立したと判定されるので、車両運転者による車両走行操作を高精度に反映しつつ、車両走行判定制御が複雑となることを防止できる。
請求項５記載の発明によれば、車両減速条件が成立したときに、エアアクチュエータから作動流体を排出させるべくレギュレータが制御されるので、ばねの付勢力によりスロットル弁が全閉位置まで回動し、いわゆるエンジンブレーキを有効活用することで、減速性能を確保することができる。
【００１２】
請求項６記載の発明によれば、変速機が中立位置に変速されたとき又はブレーキが作動しかつ機関回転速度が低下したときに、車両減速条件が成立したと判定されるので、車両運転者による減速意思を高精度に反映しつつ、車両減速判定制御が複雑となることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明を具現化した電子制御スロットル装置の全体構成を示す。
内燃機関の吸気通路１０には、弁軸１２と一体化されたスロットル弁１４が回動自由に配設される。弁軸１２の一端には、電動アクチュエータとしてのモータ１６の出力が、電磁クラッチ１８及び減速ギヤ列２０を介して断接可能に伝達される。一方、弁軸１２の他端には、スロットル弁１４と一体的に揺動するレバー２２が取り付けられる。また、弁軸１２には、スロットル弁１４を全閉位置まで回動させるばね２４が取り付けられる。
【００１４】
レバー２２に対面した位置には、作動ロッド２６Ａによりレバー２２を押し出すことで、スロットル弁１４を回動させるエアアクチュエータ２６が配設される。エアアクチュエータ２６は、図２に示すように、入力ポートに供給されるエア圧力に応じて、作動ロッド２６Ａが略線形に変化するものを選択することが望ましい。レバー２２とアクチュエータ２６の作動ロッド２６Ａとは、機械的に連結されておらず、スロットル弁１４を全閉とした位置において、接触又は微小間隔を隔てて配設されている。そして、エアアクチュエータ２６に対して作動流体たる圧縮エアを圧力調整可能に供給すべく、電子制御式のレギュレータ（圧力調整弁）２８が配設される。レギュレータ２８には、エアコンプレッサ３０により所定圧力に圧縮されたエアが貯蔵されるエアリザーバ３２から、圧縮エアが供給される。なお、エアリザーバ３２は、大型商用車などで採用されているエアブレーキに圧縮エアを供給するものを流用することが望ましい。
【００１５】
吸気通路１０には、アイドル回転速度制御を行うべく、スロットル弁１４をバイパスするバイパス通路３４が併設されると共に、バイパス通路３４の流路面積を増減可能に開閉すべく、電子制御式のアイドル制御弁３６が配設される。
また、電子制御スロットル装置の制御系として、弁軸１２の一端に、スロットル弁１４の開度（以下「スロットル開度」という）を検出する開度センサ３８が取り付けられる。そして、開度センサ３８からのスロットル開度信号、並びに、アクセルペダル操作量を示すアクセル開度信号，ブレーキ作動信号，内燃機関と変速機とを断接するクラッチのクラッチ断接信号，機関回転速度信号，変速機のギヤ位置信号及び車速信号は、コンピュータを内蔵した制御装置４０に入力され、ＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶された制御プログラムによって、モータ１６，電磁クラッチ１８，レギュレータ２８及びアイドル制御弁３６が夫々制御される。なお、アクセル開度信号，ブレーキ作動信号，クラッチ断接信号，機関回転速度信号，ギヤ位置信号及び車速信号は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介して各種センサから読み取られる。ここで、開度センサ３８及び各種センサにより、運転状態検出手段が構成されると共に、制御装置４０の制御プログラムにより、故障判定手段，制御手段，走行条件判定手段及び減速条件判定手段が夫々実現される。
【００１６】
図３は、所定時間ごとに繰り返し実行される電子制御スロットル装置の制御内容を示すフローチャートである。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、スロットル弁１４の駆動系としてのモータ１６などに故障が発生したか否かを判定する。故障発生の有無は、例えば、スロットル弁１４の開度を増加したにもかかわらず、トルクが変化しない現象などを介して、間接的に判定することができる。そして、故障が発生したならばステップ２へと進む一方（Ｙｅｓ）、故障が発生していなければステップ１１へと進む（Ｎｏ）。
【００１７】
ステップ２では、モータ１６からスロットル弁１４を切り離すべく、電磁クラッチ１８を切断する。電磁クラッチ１８を切断すると、スロットル弁１４は、その弁軸１２に取り付けられたばね２４の付勢力により全閉位置まで回動し、アイドル状態へと移行する。アイドル状態では、機関回転速度が目標アイドル回転速度に近づくように、機関回転速度信号などに基づいてアイドル制御弁３６を制御する。
【００１８】
ステップ３では、クラッチ断接信号及びギヤ位置信号から変速機が中立位置にあるか否か、具体的には、変速機が中立位置に変速されかつクラッチが接続されている状態にあるか否か（以下同様）が判定される。即ち、非常走行に移行する条件として、車両運転者が一旦変速機を中立位置に変速する操作を加えることで、車両が予期せず加速するなどを防止し、安全性を高めることができる。そして、変速機が中立位置にあればステップ４へと進む一方（Ｙｅｓ）、変速機が中立位置になければ待機する（Ｎｏ）。
【００１９】
ステップ４では、非常走行への移行準備をすべく、機関回転速度を所定範囲内に維持するサブルーチン（図４参照）をコールする。
ステップ５では、クラッチ断接信号及びギヤ位置信号から走行条件が成立したか否か、具体的には、車両運転者が車両を走行させるべく、変速機を走行段に変速しかつクラッチを接続したか否かを判定する。そして、走行条件が成立したならばステップ６へと進む一方（Ｙｅｓ）、走行条件が成立しなければ待機する（Ｎｏ）。
【００２０】
ステップ６では、非常走行を可能とすべく、走行負荷の大小にかかわらず、機関回転速度を所定範囲内に維持するサブルーチン（図４参照）をコールする。
ステップ７では、減速条件が成立したか否かを判定する。ここで、減速条件としては、クラッチ断接信号及びギヤ位置信号から変速機が中立位置にあるか否か、又は、ブレーキ作動信号及び機関回転速度信号からブレーキが作動しかつ機関回転速度が低下しているか否かを適用することができる。そして、減速条件が成立したならばステップ８へと進む一方（Ｙｅｓ）、減速条件が成立していなければ非常走行を継続すべくステップ６へと戻る（Ｎｏ）。
【００２１】
ステップ８では、エアアクチュエータ２６からエアをすべて排出し、ばね２４の付勢力によりスロットル弁１４を全閉とすべく、レギュレータ２８を制御する。
ステップ９では、クラッチ断接信号及びギヤ位置信号から変速機が中立位置にあるか否かを判定する。そして、変速機が中立位置にあればステップ１０へと進む一方（Ｙｅｓ）、変速機が中立位置になければステップ７へと戻る（Ｎｏ）。
【００２２】
ステップ１０では、車速信号から車両が停車したか否か、具体的には、車速が略０となったか否かを判定する。そして、車両が停車したならば次回の走行に備えてステップ４へと戻る一方（Ｙｅｓ）、車両が停車していなければステップ７へと戻る（Ｎｏ）。
ステップ１１では、アクセル開度信号に対応したスロットル開度となるように、開度センサ３８からのスロットル開度信号に応じてモータ１６をフィードバック制御する。
【００２３】
図４は、機関回転速度を所定範囲内に維持するサブルーチンのフローチャートを示す。
ステップ２１では、機関回転速度信号により示される実回転速度が、非常走行を可能とする目標回転速度より大であるか否かを判定する。そして、実回転速度が目標回転速度より大であればステップ２２へと進む（Ｙｅｓ）。一方、実回転速度が目標回転速度以下であればステップ２３へと進み（Ｎｏ）、エアアクチュエータ２６に対して供給するエア圧力を上昇させるべく、レギュレータ２８を制御する。エアアクチュエータ２６のエア圧力が上昇すると、図２に示すように、その作動ロッド２６Ａの作動量が増加するため、レバー２２を介してスロットル弁１４の開度を開く方向に弁軸１２が回動し、トルクが増加することで実回転速度が上昇する。
【００２４】
ステップ２２では、実回転速度が、目標回転速度と所定値αとの加算値以下であるか否かを判定する。ここで、所定値αは、実回転速度の増減制御が頻繁に行われることを抑制し、ハンチングを防止するためのものである。そして、実回転速度が目標回転速度と所定値αとの加算値以下であれば、実回転速度が所定範囲内に維持されているので処理を終了する（Ｙｅｓ）。一方、実回転速度が目標回転速度と所定値αとの加算値より大であればステップ２４へと進み（Ｎｏ）、エアアクチュエータ２６に対して供給するエア圧力を低下させるべく、レギュレータ２８を制御する。エアアクチュエータ２６のエア圧力が低下すると、図２に示すように、その作動ロッド２６Ａの作動量が減少するため、ばね２４の付勢力によりスロットル弁１４の開度を閉じる方向に弁軸１２が回動し、トルクが減少することで実回転速度が低下する。
【００２５】
かかる制御内容によれば、スロットル弁１４の駆動系に故障が発生したときには、スロットル弁１４がモータ１６から切り離されて、ばね２４の付勢力により全閉位置まで回動し、非常走行へと移行する。このとき、非常走行への移行条件として、変速機が中立位置に変速されることを加えることで、車両運転者の予期せぬ加速が防止され、安全性を高めることができる。そして、車両発進に備えて機関回転速度が所定範囲内に維持されるので、車両発進に要するトルクが確保され、円滑な車両発進を行うことができる。また、変速機が走行段に変速されかつクラッチが接続された非常走行時には、同様に機関回転速度が所定範囲内に維持されるので、走行条件などにより時々刻々変化する走行負荷の大小にかかわらず、車両走行を行うことができる。その後、減速条件が成立したときには、エアアクチュエータ２６からエアをすべて排出してスロットル弁１４を全閉とすることで、いわゆるエンジンブレーキを有効活用することが可能となり、減速性能を確保することができる。
【００２６】
ここで、機関回転速度を所定範囲内に維持するために、圧縮エアを駆動源とするエアアクチュエータ２６により弁軸１２の他端に取り付けたレバー２２を押し出して、スロットル弁１４を回動駆動する構成を採用することで、簡易かつ安価な電子制御スロットル装置を構築することができる。一方、エアアクチュエータ２６の作動ロッド２６Ａとレバー２２とは機械的に連結されていないため、スロットル弁１４の駆動系に故障が発生していないときには、エアアクチュエータ２６を一切作動させなくとも、モータ１６によりアクセルペダル操作に応じたスロットル弁１４の制御が可能となる。
【００２７】
なお、以上説明した制御内容においては、変速機が中立位置にあるか否かを判定する条件として、クラッチが接続されていることを加えているが、トルクコンバータを備えた自動変速装置では、クラッチ接続という条件が不要であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を具現化した電子制御スロットル装置の全体構成図
【図２】エアアクチュエータの制御特性の説明図
【図３】電子制御スロットル装置の制御内容を示すフローチャート
【図４】機関回転速度を所定範囲内に維持するサブルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
【００２９】
１０  吸気通路
１２  弁軸
１４  スロットル弁
１６  モータ
１８  電磁クラッチ
２２  レバー
２４  ばね
２６  エアアクチュエータ
２８  レギュレータ
３８  開度センサ
４０  制御装置
【図１】
2005188452.tif 000003
【図２】
2005188452.tif 000004
【図３】
2005188452.tif 000005
【図４】
2005188452.tif 000006