(57)【要約】【課題】スロットル弁に設けられた付勢手段の故障要因を判定できるスロットル弁の制御装置を提供すること。【解決手段】モータ７の駆動力でスロットル弁５を開閉させる開閉機構８と、スロットル弁５を閉じ側に付勢する閉弁側スプリング５ｂ及び開き側に付勢する開弁側スプリング５ａから構成されモータ７の非駆動時にスロットル弁５をデフォルト開度に維持する付勢部５０と、スロットル開度センサ９と、開閉機構８によりスロットル弁５を駆動させ、その状態からモータ７の駆動力を開放し、スロットル弁５がデフォルト開度に復帰するときのスロットル開度センサ開度値の時間変化の傾きを計測するデフォルト復帰状態計測手段と、スロットル開度センサ開度値の時間変化の傾きに屈曲点が計測された場合には、付勢部５０に異物による故障要因が存在すると判定する故障要因判定手段と、を備えるスロットル弁の制御装置である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を制御するスロットル弁の制御装置であって、
アクチュエータの駆動力を伝達して前記スロットル弁を開閉させる開閉手段と、
前記スロットル弁を閉じ側に付勢する第１付勢手段と、前記スロットル弁を開き側に付勢する第２付勢手段と、から構成され、前記アクチュエータの駆動力が伝達されていないときには前記スロットル弁をデフォルト開度に維持する付勢手段と、
前記スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサと、
前記開閉手段により前記スロットル弁を駆動させ、その状態から、前記スロットル弁に伝達されている前記アクチュエータの駆動力を開放し、前記スロットル弁が前記デフォルト開度に復帰するときの前記スロットル開度センサによる開度値の時間変化の傾きを計測するデフォルト復帰状態計測手段と、
前記デフォルト復帰状態計測手段により前記スロットル開度センサによる開度値の時間変化の傾きに屈曲点が計測された場合には、前記付勢手段に異物による故障要因が存在すると判定する故障要因判定手段と、を備えるスロットル弁の制御装置。
【請求項２】
前記故障要因判定手段により前記付勢手段に異物による故障要因が存在すると判定された場合には、前記開閉手段により前記スロットル弁を複数回、開閉駆動させることにより前記付勢手段をクリーニングするクリーニング手段をさらに備える請求項１に記載のスロットル弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スロットル弁の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の吸気通路を開閉するスロットル弁には、付勢手段として、スロットル弁を閉じ側に付勢する閉弁側スプリング（リターンスプリング）と、スロットル弁を開き側に付勢する開弁側スプリングが設けられている。このスロットル弁は、スロットル弁を開閉駆動するモータの駆動が停止された状態では、これら２つのスプリングの付勢力が釣り合うデフォルト開度に維持される。
【０００３】
ところで、スロットル弁の開閉駆動に大きく関与する付勢手段について、その故障を判定する技術の提案がなされている。例えば、機関停止時に、モータを駆動してスロットル弁を全閉開度に制御した後、モータの駆動を停止し、スロットル弁が全閉開度からデフォルト開度まで戻るときの戻り状態を監視することで、付勢手段の故障を判定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１４１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、付勢手段の故障自体を判定することはできても、故障要因を判定することはできなかった。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、スロットル弁に設けられた付勢手段の故障要因を判定できるスロットル弁の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の吸気通路（例えば、後述の吸気管１１）に設けられたスロットル弁（例えば、後述のスロットル弁５）の開度を制御するスロットル弁の制御装置（例えば、後述の制御装置２）であって、アクチュエータ（例えば、後述のモータ７）の駆動力を伝達して前記スロットル弁を開閉させる開閉手段（例えば、後述の開閉機構８，ＥＣＵ６）と、前記スロットル弁を閉じ側に付勢する第１付勢手段（例えば、後述の閉弁側スプリング（リターンスプリング）５ｂ）と、前記スロットル弁を開き側に付勢する第２付勢手段（例えば、後述の開弁側スプリング５ａ）と、から構成され、前記アクチュエータの駆動力が伝達されていないときには前記スロットル弁をデフォルト開度に維持する付勢手段（例えば、後述の付勢部５０）と、前記スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ（例えば、後述のスロットル開度センサ９）と、前記開閉手段により前記スロットル弁を駆動させ、その状態から、前記スロットル弁に伝達されている前記アクチュエータの駆動力を開放し、前記スロットル弁が前記デフォルト開度に復帰するときの前記スロットル開度センサによる開度値の時間変化の傾きを計測するデフォルト復帰状態計測手段（例えば、後述のＥＣＵ６，ステップＳ４の処理の実行に係る手段）と、前記デフォルト復帰状態計測手段により前記スロットル開度センサによる開度値の時間変化の傾きに屈曲点が計測された場合には、前記付勢手段に異物による故障要因が存在すると判定する故障要因判定手段（例えば、後述のＥＣＵ６，図３の故障要因判定処理，ステップＳ８の処理の実行に係る手段）と、を備えるスロットル弁の制御装置を提供する。
【０００８】
本発明では、先ず、スロットル弁を駆動させ、その状態からアクチュエータの駆動力を開放し、スロットル弁がデフォルト開度に復帰するときの開度をスロットル開度センサによるセンサ開度値の時間変化の傾きを計測する。そして、センサ開度値の時間変化の傾きに屈曲点が計測された場合には、付勢手段に異物による故障要因が存在すると判定する。
ここで、駆動させた状態から、スロットル弁に伝達されるアクチュエータの駆動力を開放していくと、ある時点からアクチュエータの駆動力よりも付勢手段の復元力の方が支配的となる結果、スロットル弁は付勢手段の復元力によって急激にデフォルト開度に復帰する。そのため、スロットル弁がデフォルト開度に復帰する際のセンサ開度値の時間変化の傾きは、アクチュエータの駆動力（トルク）ばらつきの影響を受けることがなく、かかる傾きを計測することで付勢手段の故障を判定できる。また、かかる傾きに屈曲点が計測された場合には、付勢手段にゴミ等の異物が存在していると判定できる。従って、本発明によれば、スロットル弁に設けられた付勢手段の故障要因を判定できる。
【０００９】
前記故障要因判定手段により前記付勢手段に異物による故障要因が存在すると判定された場合には、前記開閉手段により前記スロットル弁を複数回、開閉駆動させることにより前記付勢手段をクリーニングするクリーニング手段（例えば、後述の開閉機構８，ＥＣＵ６，ステップＳ９の処理の実行に係る手段）をさらに備えることが好ましい。
【００１０】
この発明では、付勢手段に異物による故障要因が存在すると判定された場合には、開閉手段によりスロットル弁を複数回、開閉駆動させることにより、付勢手段をクリーニングする。これにより、スロットル弁を複数回、開閉駆動させることで、付勢手段の故障の要因となっているゴミ等の異物を排除できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、スロットル弁に設けられた付勢手段の故障要因を判定できるスロットル弁の制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】スロットル弁の構成を示す図である。
【図３】上記実施形態に係るスロットル弁の故障要因判定処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】全閉状態からモータの駆動力を徐々に開放したときのスロットル開度センサによるセンサ開度値の時間変化を示す図である。
【図５】スロットル開度センサによる開度値の時間変化直線上に発生した屈曲点を示す図である。
【図６】上記実施形態に係るクリーニング処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、内燃機関（以下、「エンジン」という。）１及びその制御装置２の構成を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、エンジン１には、吸気が流れる吸気管１１が設けられている。吸気管１１は、図示しない吸気マニホールドの複数の分岐部を介してエンジン１の各シリンダの吸気ポートに接続されている。
【００１５】
エンジン１の吸気管１１内には、スロットル弁５が開閉可能に設けられている。スロットル弁５は、開閉機構８を介して、アクチュエータとしてのモータ７の出力軸に接続されている。開閉機構８は、複数のギヤを噛み合わせて構成され、モータ７で発生した駆動力をスロットル弁５の支軸に伝達し、吸気管１１内でスロットル弁５を開閉する。モータ７は、例えば直流モータである。スロットル弁５の開度は、図示しないバッテリからモータ７へ供給される駆動電流のデューティ比を、ＥＣＵ６で調整することによって制御される。また、エンジン１に導入される空気の量は、スロットル弁５の開度を制御することによって調整される。
【００１６】
図２は、スロットル弁５の構成を示す図である。図２に示すように、スロットル弁５には、これを開き側及び閉じ側へそれぞれ付勢する付勢部５０としての開弁側スプリング５ａ及び閉弁側スプリング５ｂが取り付けられている。これら２つのスプリング５ａ，５ｂでは、閉弁側スプリング５ｂの付勢力の方が、開弁側スプリング５ａの付勢力よりも大きくなるように構成されている。したがって、モータ７が駆動されていない状態（デューティ比＝０［％］）では、スロットル弁５は、これら２つのスプリング５ａ，５ｂの付勢力が釣り合う、全閉開度から少し開いたデフォルト開度に維持される。
【００１７】
また、吸気管１１には、スロットル弁５の閉じ側への変位を所定の開度で制限するストッパ５ｃが設けられている。なお以下では、スロットル弁５がストッパ５ｃに当接している状態、より詳しくは、スロットル弁５の閉じ側への変位がストッパ５ｃによって制限される状態におけるスロットル弁５の最小開度を、全閉開度と定義する。
【００１８】
図１に戻って、吸気管１１には、スロットル弁５の開度を検出するスロットル開度センサ９が設けられている。スロットル開度センサ９は、例えば半導体センサにより構成される。このスロットル弁５の開度又はスロットル弁５の開度に相当する開閉機構８におけるギヤの送り量等に応じた電圧の検出信号を発生し、ＥＣＵ６に入力する。スロットル開度センサ９の出力電圧は、スロットル弁５が開くほど高くなる。ＥＣＵ６は、スロットル開度センサ９の検出信号をＡ／Ｄ変換し、これによってスロットル弁５の開度を把握する。
【００１９】
ＥＣＵ６は、センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、各種演算処理を実行するＣＰＵ、及び各種データを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等で構成されるマイクロコンピュータである。ＥＣＵ６は、エンジン１の燃料噴射弁１ａからの燃料噴射を制御する燃料噴射制御処理の他、目標開度設定処理によりスロットル弁５の目標開度を設定し、設定された目標開度及び後述する全閉学習処理によって学習されるスロットル弁５の全閉開度に基づいてモータ７の駆動電流のデューティ比を決定し、決定したデューティ比の下でモータ７を駆動することによって、スロットル弁５の開度を目標開度へ向けて制御するスロットル開度制御処理を実行する。
【００２０】
また、ＥＣＵ６は、スロットル弁５の故障要因判定処理を実行する。以下、本実施形態に係るスロットル弁５の故障要因判定処理について、図３を参照して詳しく説明する。
図３は、本実施形態に係るスロットル弁５の故障要因判定処理の手順を示すフローチャートである。図３に示す故障要因判定処理では、スロットル弁５に設けられた付勢部５０の故障の有無を判定した後、その故障要因の判定を実行する。
【００２１】
本実施形態に係る故障要因判定処理は、イグニッション（ＩＧ）スイッチがオンにされてからオフにされるまでの間のドライビングサイクルにおいて１回行われるスロットル弁５の全閉学習処理とともに実行される。なお全閉学習は、図示しない水温センサによるエンジン１の水温の検出値に基づいてエンジン１の暖機が終了したか否かを判定するとともに、エンジン１の始動から所定時間経過しているか否かを判定し、これらの判定がいずれもＹＥＳであるときに実行される。
【００２２】
ステップＳ１では、ＥＣＵ６によりスロットル弁５を全閉又は開状態に制御し、その後、ステップＳ２に移る。
具体的に本ステップでは、スロットル弁５を全閉状態に制御する場合には、モータ７の駆動力によりスロットル弁５を閉じ側に駆動させ、スロットル弁５の閉じ側への変位がストッパ５ｃによって制限される最小開度となるように、スロットル弁５の開度を制御する。なおこのとき、スロットル弁５が確実にストッパ５ｃに突き当たるように、モータ７の駆動電流のデューティ比は、スロットル弁５が上記付勢部５０の復元力に抗して閉じ側へ変位し、さらに開閉機構８やストッパ５ｃの歪みによる弾性力が作用する位置まで変位するように、十分に大きな値に設定される。即ち、このときのスロットル弁５の目標開度は、ストッパ５ｃよりも閉じ側に設定される結果、ストッパ５ｃに歪が発生し、学習誤差の要因となる。
また、スロットル弁５を開状態に制御する場合には、モータ７の駆動力によりスロットル弁５を開き側に駆動させ、所定の開度となるように制御する。
【００２３】
ステップＳ２では、上記ステップＳ１の全閉又は開状態への制御によりスロットル弁５に伝達されているモータ７の駆動力（トルク）を、徐々に開放する。即ち、モータ７の駆動電流のデューティ比を、徐々に小さくする。その後、ステップＳ３に移る。
【００２４】
ステップＳ３では、スロットル開度センサ９によりスロットル弁５のセンサ開度値を取得する。具体的には、所定時間にわたって複数の異なる時刻でスロットル開度センサ９の電圧値を取得することで、複数の異なる時刻におけるセンサ開度値を取得する。
なおこのとき、ステップＳ１でスロットル弁５を全閉状態に制御した場合には、あわせて全閉学習処理が実行される（図示せず）。具体的には、スロットル弁５の全閉制御の下で、センサ開度値の変動が一定範囲以内でかつ一定時間連続で継続したセンサ開度値を全閉学習値として算出し、算出された全閉学習値に全閉開度が更新される。
【００２５】
ステップＳ４では、センサ開度値の時間変化の傾きを算出する。その後、ステップＳ５に移る。なお、本ステップの処理の実行に係る手段は、本発明のデフォルト復帰状態計測手段に相当する。
ここで、センサ開度値の時間変化の傾きについて、図４を参照して詳しく説明する。図４は、ステップＳ１でスロットル弁５を全閉状態に制御した場合において、全閉状態からモータ７の駆動力を徐々に開放したときのスロットル開度センサ９によるセンサ開度値（電圧値）の時間変化を示す図である。図４中、横軸は時間軸であり、縦軸はセンサ開度値（電圧）を表している。
【００２６】
図４中に実線で示すように、時間の経過とともにモータトルク（駆動力）が徐々に開放されて弱められると、一定であったセンサ開度値が時刻ｔを境に急激に変化することが分かる。これは、時刻ｔ以降ではモータ７の駆動力よりも付勢部５０の復元力の方が支配的となる結果、スロットル弁５は付勢部５０の復元力によって急激に勢いよくデフォルト開度に復帰するためである。本ステップＳ４では、傾きが急変する時刻ｔ後のセンサ開度値の時間変化の傾き、即ち、スロットル弁５が付勢部５０の復元力によってデフォルト開度に復帰するときのセンサ開度値の時間変化の傾きを算出する。
【００２７】
図３に戻って、ステップＳ５では、上記ステップＳ４で算出した急変後におけるセンサ開度値の時間変化の傾きが、所定範囲内であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳであれば、ステップＳ６に移って付勢部５０が正常であると判定し、ステップＳ８に移る。またこの判別がＮＯであれば、ステップＳ７に移って付勢部５０が故障していると判定し、ステップＳ８に移る。
【００２８】
ここで、上記所定範囲は、付勢部５０を構成するスプリングに応じて予め設定されてＥＣＵ６に格納される。具体的には、上記所定範囲は、図４中に１点鎖線で示す閾値直線Ｌ１の傾きＳ１以上であり、かつ、閾値直線Ｌ２の傾きＳ２以下の範囲に設定される。即ち、図４に示すように、急変後のセンサ開度値の時間変化を示す直線が、図４中の閾値直線Ｌ１と閾値直線Ｌ２とで囲まれた領域内にある場合には付勢部５０は正常と判定され、該領域外にある場合には故障と判定される。
【００２９】
ステップＳ８では、上記ステップＳ４で算出した急変後におけるセンサ開度値の時間変化の傾きに、屈曲点が検知されるか否かを判別する。この判別がＹＥＳであれば、付勢部５０に異物が存在していると判断し、ステップＳ９に移って付勢部５０のクリーニング処理を実行する。また、この判別がＮＯであれば、付勢部５０に異物は存在していないと判断し、本処理を終了する。
【００３０】
ここで、図５は、スロットル開度センサによる開度値の時間変化直線上に発生した屈曲点を示す図である。また、図６は、本実施形態に係るクリーニング処理を説明するための図である。具体的には、これら図５及び図６は、ステップＳ１でスロットル弁５を開状態に制御した場合において、開状態からモータ７の駆動力を徐々に開放したときのスロットルセンサ開度値（電圧）の時間変化直線を示す図である。図５及び図６中、横軸は時間軸であり、縦軸はスロットル開度（センサ開度値（電圧））を表している。
【００３１】
上述したように、先ず、開状態からデフォルト開度位置に向けてモータ７の駆動力を徐々に開放したときのスロットル開度センサによる開度値の時間変化直線を計測する。次いで、図５に示すように傾きが急変した後の時間変化直線上において、屈曲点Ｆが計測された場合には、図６に示すように、開閉機構８によってスロットル弁５を複数回、開閉駆動させる。具体的には、スロットル弁５を全開近辺から全閉近辺まで素早く数回駆動させる。このとき、図６に示すようにセンサ開度値は大きく変動する（図６中の領域Ｃ）。これにより、付勢部５０に存在している（噛み込んでいる）カーボン等の異物が除去される。
【００３２】
以上の手順を有する本実施形態の故障要因判定処理によれば、付勢部５０の復元力によってスロットル弁５がデフォルト開度に復帰する際のセンサ開度値の時間変化の傾きは、モータ７の駆動力（トルク）ばらつきの影響を受けることがなく、かかる傾きを計測することで付勢部５０の故障を判定できる。また、かかる傾きに屈曲点が計測された場合には、付勢部５０にゴミ等の異物が存在していると判定できる。従って、本実施形態によれば、スロットル弁５に設けられた付勢部５０の故障要因を判定できる。
また、付勢部５０に異物による故障要因が存在すると判定された場合に、開閉機構８によってスロットル弁５を複数回、開閉駆動させることで、付勢部５０の故障の要因となっているゴミ等の異物を排除できる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１…エンジン（内燃機関）
２…制御装置
５…スロットル弁
５ａ…開弁側スプリング（付勢手段）
５ｂ…閉弁側スプリング（付勢手段）
６…ＥＣＵ（開閉手段、デフォルト復帰状態計測手段、故障要因判定手段）
７…モータ（アクチュエータ）
８…開閉機構（開閉手段）
９…スロットル開度センサ
１１…吸気管（吸気通路）
５０…付勢部（付勢手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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