(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気系に介装されたスロットル弁の開度をスロットル開度センサによって検出しつつ、スロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータを通電駆動して制御する内燃機関のスロットル制御装置において、
前記スロットル弁を、吸気通路内壁に突き当たる全閉位置まで駆動し、該全閉位置におけるスロットル開度センサの検出値を学習する全閉位置学習手段と、
前記スロットル弁周辺の温度を検出するスロットル弁周辺温度検出手段と、前記スロットル弁周辺の温度が所定値以上のときは、前記全閉位置学習手段による全閉位置学習を禁止する全閉位置学習禁止手段と、
を含んで構成したことを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。
【請求項２】
前記スロットル弁周辺温度検出手段は、機関冷却水温度、吸気温度、吸入空気量を含むパラメータに基づいて、前記スロットル弁周辺の温度を検出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。
【請求項３】
吸気系に介装されたスロットル弁の開度をスロットル開度センサによって検出しつつ、スロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータを通電駆動して制御する内燃機関のスロットル制御装置において、
前記スロットル弁の目標開度を徐々に減少させて全閉位置に近づけつつ前記スロットル開度センサで検出された開度と、時系列で求めた開度検出値を平均化処理した開度との偏差が設定値以下に収束したときに、スロットル弁が吸気通路内壁に接触する全閉位置まで駆動されたと判定する全閉位置判定手段と、
前記スロットル弁が全閉位置まで駆動されたと判定されたときに、該全閉位置におけるスロットル開度センサの検出値を学習する全閉位置学習手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。
【請求項４】
前記全閉位置学習手段によりスロットル弁を全閉位置まで駆動するとき及び通常制御時にスロットル弁を全閉に近い位置まで駆動するときの閉弁速度を、それ以外の駆動時より小さく規制する閉弁速度規制手段を含んで構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関のスロットル制御装置。
【請求項５】
前記全閉位置学習手段により全閉学習を行っているときの駆動電流を最大より十分小さい値に規制する駆動電流規制手段を含んで構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関のスロットル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気系に介装されたスロットル弁を、目標開度になるようにアクチュエータで開閉するスロットル制御装置に関し、特に全閉又はその近傍に駆動されるときの制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アクセル開度 (アクセルペダル踏込み量) あるいはそれと機関回転速度等とに基づいて、目標空気量が得られるようにスロットル弁の開度を電子制御するスロットル制御装置がある（特開平７−１８０５７０号公報等参照) 。
【０００３】
かかるスロットル制御装置では、スロットル弁の開度をスロットル弁の全閉位置を基準として設定するため、イグニッションキーのオフ時にスロットル弁を強制的に全閉位置に駆動して、全閉位置の学習をしている。
【０００４】
ところで、小型のスロットル制御装置では、廉価な構造とするため、全閉位置を規制するための機械的なストッパーを備えておらず、スロットル弁が吸気通路内壁（ボア）に接触した状態が全閉位置となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような小型スロットル制御装置では、全閉位置の学習毎に何度もスロットル弁を吸気通路内壁に押し付けるため、スロットル弁と吸気通路内壁との間にかじりを発生してしまう。また、スロットル制御装置の軽量化のため、スロットル弁駆動用のギアを樹脂材で形成したものでは、前記スロットル弁押し付け時に前記ギアに加わる大きな負荷により、ギアの耐久性が問題となる。
【０００６】
また、高温時は、温度膨張によりスロットル弁が接触する吸気通路内壁（ボア）の真円度が変化してくるため、かじりを大きく発生しやすくなる。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、スロットル弁の全閉学習時又は全閉近傍への制御時におけるスロットル弁と吸気通路内壁との間でのかじりの発生を極力抑制でき、全閉学習時に駆動用のギアへの負荷も軽減できるようにした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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は図１に示すように、
吸気系に介装されたスロットル弁の開度をスロットル開度センサによって検出しつつ、スロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータを通電駆動して制御する内燃機関のスロットル制御装置において、
前記スロットル弁を、吸気通路内壁に突き当たる全閉位置まで駆動し、該全閉位置におけるスロットル開度センサの検出値を学習する全閉位置学習手段と、
前記スロットル弁周辺の温度を検出するスロットル弁周辺温度検出手段と、
前記スロットル弁周辺の温度が所定値以上のときは、前記全閉位置学習手段による全閉位置学習を禁止する全閉位置学習禁止手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項１に係る発明によると、
スロットル弁周辺温度検出手段によって検出されたスロットル弁周辺の温度が所定値以上のときは、全閉位置学習禁止手段により、全閉位置学習手段による全閉位置学習を禁止する。
【００１５】
このようにすれば、スロットル弁周辺の温度が高く、温度膨張によりスロットル弁が接触する吸気通路内壁（ボア）の真円度が変化してかじりを大きく発生しやすくなる条件下では、全閉位置学習が禁止されるので、かじりを効果的に抑制できる。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は、
前記スロットル弁周辺温度検出手段は、機関冷却水温度、吸気温度、吸入空気量を含むパラメータに基づいて、前記スロットル弁周辺の温度を検出することを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明によると、
機関冷却水温度によって推定される機関本体温度により機関本体からスロットル弁周辺への受熱量が求められ、一方、吸気温度と吸入空気量によってスロットル弁周辺から吸入空気中への放熱量が求められるので、これら受熱量と放熱量とに基づいてスロットル弁周辺の温度を検出することができる。
【００１８】
また、請求項３に係る発明は、
吸気系に介装されたスロットル弁の開度をスロットル開度センサによって検出しつつ、スロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータを通電駆動して制御する内燃機関のスロットル制御装置において、
前記スロットル弁の目標開度を徐々に減少させて全閉位置に近づけつつ前記スロットル開度センサで検出された開度と、時系列で求めた開度検出値を平均化処理した開度との偏差が設定値以下に収束したときに、スロットル弁が吸気通路内壁に接触する全閉位置まで駆動されたと判定する全閉位置判定手段と、
前記スロットル弁が全閉位置まで駆動されたと判定されたときに、該全閉位置におけるスロットル開度センサの検出値を学習する全閉位置学習手段と、
を備えたことを特徴とする
【００１９】
請求項３に係る発明によると、
スロットル弁が全閉に至る途中では実際のスロットル弁の開度に対して平均化された開度は遅れを有するので両者の間に所定以上の偏差を生じるが、スロットル弁が吸気通路壁に接触して全閉になると、平均化された開度が実開度に十分に接近して偏差が収束するので、該偏差の値によって全閉状態を検出できる。
【００２０】
また、請求項４に係る発明は、
前記全閉位置学習手段によりスロットル弁を全閉位置まで駆動するとき及び通常制御時にスロットル弁を全閉に近い位置まで駆動するときの閉弁速度を、それ以外の駆動時より小さく規制する閉弁速度規制手段を含んで構成したことを特徴とする。
【００２１】
請求項４に係る発明によると、
通常制御時において、所定以上の減速時等には、スロットル弁が全閉に近い開度まで閉弁駆動される。以上のようなスロットル弁の全閉学習時や、通常制御時における全閉に近い開度への駆動時には、閉速度規制手段は、スロットル弁の閉弁速度を、前記以外の駆動時より小さく規制する。
【００２２】
これにより、前記全閉学習時にスロットル弁が吸気通路内壁に当たるときの閉速度が小さくなり、かつ吸気通路壁への押し付け力も軽減されるので、かじりを抑制でき、また、通常制御時にスロットル弁を全閉に近い開度へ駆動するときも、閉弁速度が小さくなってアンダーシュートを防止でき、かじりの発生を防止できる。
【００２３】
また、請求項５に係る発明は、
前記全閉位置学習手段により全閉学習を行っているときの駆動電流を最大より十分小さい値に規制する駆動電流規制手段を含んで構成したことを特徴とする。
【００２４】
請求項５に係る発明によると、
全閉学習時にスロットル弁の吸気通路壁への押し付け力が、減少されることにより、スロットル弁の駆動系に作用する負荷が減少し、軽量化のため樹脂材で形成されたギアなどの耐久性を向上できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
【００２７】
アクセル開度センサ１は、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量（アクセル開度) を検出する。
クランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度を検出できる。
【００２８】
エアフローメータ３は、機関４への吸入空気量 (単位時間当りの吸入空気量＝吸入空気流量) を検出する。
水温センサ５は、機関の冷却水温度を検出する。
【００２９】
機関４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料を直接燃焼室内に噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓７が設けられる。該燃焼室内への直接噴射方式により、層状燃焼によるリーン化が可能となり、空燃比を広範囲に可変制御することができる。
【００３０】
また、機関４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９をその弁軸に連結されたレバー１０を介して駆動することによって弁開度を電子制御可能なアクチュエータ(ＤＣモータ) １１が備えられている。前記レバー１０には、両側にリターンスプリング１２とデフォルトスプリング１３が、連結されており、アクチュエータ１１の通電をＯＦＦとした状態では、前記リターンスプリング１２とデフォルトスプリング１３との付勢力がバランスする位置でスロットル弁９が所定のデフォルト開度に保持されるようになっている。また、前記スロットル弁９には、該スロットル弁９の開度を検出するスロットル開度センサ１４が設けられている。
【００３１】
排気通路１５には、排気中の特定成分例えば酸素の濃度を検出することにより、燃焼混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１６が備えられる。
さらに、吸気温度を検出する吸気温センサ１７、前記アクチュエータ１１を構成するＤＣモータの駆動電流を検出する電流センサ１８が設けられる。
【００３２】
前記各種センサ類からの検出信号、イグニッションスイッチ１９のＯＮ／ＯＦＦ信号、バッテリ電圧ＶBなどの信号は、コントロールユニット２０へ入力される。該コントロールユニット２０は、前記各種信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記アクチュエータ１１を駆動してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行うと共に、機関の運転停止毎に後述するスロットル弁９の全閉位置学習を行う。
【００３３】
次に、前記スロットル弁の全閉位置学習を、図３のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ（図ではSと記す。以下同様) １では、前記イグニッションスイッチ１９がＯＦＦとされたか否かを判定する。
【００３４】
ステップ１で、イグニッションスイッチ１９がＯＦＦとされたと判定されたときには、ステップ２へ進んで、スロットル弁９周辺の温度を検出する。この近傍に温度センサを設けて検出してもよいが、既存の温度センサを利用して以下のように推定により求めることもできる。即ち、前記水温センサ５によって検出される機関冷却水温度によって推定される機関本体温度により機関本体からスロットル弁９周辺をへの受熱量を求め、一方、吸気温センサ１７によって検出される吸気温度とエアフロメータ３によって検出される吸入空気量によってスロットル弁９周辺から吸入空気中への放熱量を求め、これら受熱量と放熱量とに基づいてスロットル弁９周辺の温度を推定する。
【００３５】
ステップ３では、ステップ２で推定したスロットル弁９周辺の温度が所定値以下であるかを判定する。そして、スロットル弁９周辺の温度が所定値を超えるときは、温度膨張によりスロットル弁が装着される吸気通路部分(スロットルチャンバ) の内壁(ボア) の真円度が低下して、スロットル弁９の全閉学習を行うとかじりを生じる可能性が高いので、該全閉学習を行うことなくこのルーチンを終了する。この全閉学習を禁止する機能が、全閉学習禁止手段を構成する。
【００３６】
ステップ３でスロットル弁９周辺の温度が所定値以下であると判定されたときは、ステップ４以降へ進んでスロットル弁９の全閉位置学習を行う。
まず、ステップ４では、スロットル弁９の目標開度ＴＧＴＶＯを所定値ＴＶＯＦＳＣＬに設定する。ここで、イグニッションスイッチ１９をＯＦＦにして、アクチュエータ１１への通電が断たれた段階で前記したようにスロットル弁９はデフォルト開度に保持されるので、前記初期開度としての所定値ＴＶＯＦＳＣＬは、不定であるアクセル開度によらず、デフォルト開度近傍の開度が設定される。
【００３７】
ステップ５では、前記スロットル開度センサ１４によって検出される実際のスロットル弁９の開度ＴＰＳ１Ｖと、時系列で求めた開度検出値ＴＰＳ１Ｖを平均化処理した開度ＴＰＳ１ＡＶとの偏差が設定値ＥＲＲＴＶ以下に収束したかを判定し、
収束するまでは所定周期毎にステップ６へ進んで目標開度ＴＧＴＶＯを所定開度ＤＴＧＴＶＯＣＬずつ減少していく。
【００３８】
そして、前記ＴＰＳ１ＶとＴＰＳ１ＡＶとの偏差が設定値ＥＲＲＴＶ以下に収束したと判定されたときに、スロットル弁９が吸気通路壁に接触して全閉になったと判断し、ステップ７へ進んで、そのときのスロットル弁開度検出値ＴＰＳ１Ｖを平均化処理する学習を行い、学習結果ＴＰＳ１ＲＮをメモリ(バックアップラム)に記憶する。これにより、次回の学習時は、今回学習された値と次回検出された全閉時の検出値とが平均化処理されて学習結果が更新されることになる。
【００３９】
図４は、前記全閉学習時の様子を示し、スロットル弁９が全閉に至る途中では実際のスロットル弁９の開度ＴＰＳ１Ｖに対して平均化された開度ＴＰＳ１ＡＶは遅れを有するので両者の間に所定以上の偏差を生じるが、スロットル弁９が吸気通路壁に接触して全閉になると、平均化された開度ＴＰＳ１ＡＶが実開度ＴＰＳ１Ｖに十分に接近して偏差が収束するので、該偏差の値によって全閉状態を検出できる。
【００４０】
そして、本発明では前記所定開度ＤＴＧＴＶＯＣＬを十分小さい値(例えば1ms当たり０．０２１°) に設定してあり、これにより、スロットル弁９の閉弁速度が小さく制御され、以ってスロットル弁９が吸気通路壁に接触するときの反力を小さく押さえられ、かじりを抑制できる。
【００４１】
次に、前記全閉位置学習時における前記アクチュエータ１１の駆動電流の制御を、図５のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ１１では、前記全閉位置学習を実行中であるかを判定し、実行中であるときにステップ２以降へ進んで駆動電流制御を実行する。
【００４２】
ステップ１２では、前記電流センサ１８によって検出されるアクチュエータ１１(ＤＣモータ) の駆動電流が、所定値(例えば３Ａ) 以上であるか否かを判定する。
【００４３】
そして、前記駆動電流が所定値以上と判定されたときには、ステップ１３へ進んで、駆動電流の指令値ＩＣＯＭを所定量減少補正する。
これにより、例えばパルス幅変調(ＰＷＭ)で駆動電流を制御するときのパルス幅ＰＷＭが次式により設定される。
【００４４】
ＰＷＭ＝ＩＣＯＭ／ＩＭＡＸ・100％
ここで、ＩＭＡＸ＝ＶB（バッテリ電圧) ／ＭＯＴＲＥＳ(モータ抵抗値)
そして、このようにして制御される駆動電流が、前記所定値以下に制限されるので、全閉位置学習時にスロットル弁９が吸気通路壁に押し付けられる力を、十分小さい値に規制することができ、これによっても、かじりを抑制することができると共に、軽量化のためにスロットル弁９の駆動用のギアを樹脂材で形成した場合には、該ギアに加わる力を軽減でき、ギアの耐久性を向上できる。
【００４５】
次に、スロットル弁の閉弁時のオーバーシュート防止機能を有した通常制御を、図６のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ２１では、前記アクセル開度センサ１により検出されるアクセル開度とクランク角センサ２により検出される機関回転速度などに基づいて、マップからの検索等により、機関の要求出力に見合ったスロットル弁９の目標開度ＴＧＴＶＯを設定する。
【００４６】
ステップ２２では、前記目標開度ＴＧＴＶＯが所定値以下であるか否かを判定する。そして、目標開度ＴＧＴＶＯが所定値より大きいと判定されたときには、該目標開度ＴＧＴＶＯを補正することなく、ステップ２４へ進む。
【００４７】
また、目標開度ＴＧＴＶＯが所定値以下と判定された場合は、ステップ２３へ進んで、目標開度ＴＧＴＶＯを、前回(このルーチンの実行周期の１周期前)設定された目標開度ＴＧＴＶＯn-1を変化率リミッタにより制限される変化量ＤＴＧＴＶＯずつ変化させて設定する(目標開度ＴＧＴＶＯ減少時には負の値を加算して減少させ、目標開度ＴＧＴＶＯ増大時には正の値を加算して増大させる)。
【００４８】
ステップ２４では、前記のようにして設定又は補正された目標開度ＴＧＴＶＯとなるようにスロットル弁９が駆動される。
このようにすれば、図７に示すように、通常制御での減速操作等でスロットル弁９を全閉に近い開度まで閉じる制御を行う場合、目標開度ＴＧＴＶＯが所定値以下となってからは、ステップ２１で設定される目標開度ＴＧＴＶＯがアクセル開度の減少により急減しても(鎖線で図示) 、これに影響されることなく、設定された速度で徐々に減少するため、これに応じてスロットル弁９が十分小さめの所定の速度で閉弁動作する。
【００４９】
したがって、スロットル弁９のオーバーシュートを防止でき、吸気通路壁に接触が回避されて、かじりの発生を防止できる。次に、スロットル弁の閉弁時のアンダーシュート防止機能を有した別の実施形態にかかる通常制御を、図８のフローチャートにしたがって説明する。
【００５０】
ステップ３１では、前記アクセル開度センサ１により検出されるアクセル開度とクランク角センサ２により検出される機関回転速度などに基づいて、マップからの検索等により、機関の要求出力に見合ったスロットル弁９の目標開度ＴＧＴＶＯを設定する。
【００５１】
ステップ３２では、スロットル制御系(コントロールユニット２０、アクチュエータ１１) 周辺の温度を検出する。通常は、スロットル制御系は、スロットル弁９の近傍にあるので、前記スロットル弁９周辺の温度を推定したのと同様に推定すればよいが、スロットル弁９と離れている場合には、スロットル制御系の設置個所に応じた受熱量と放熱量とを求めて温度の推定をするか、スロットル制御系近傍に温度センサを設ける(または別目的で近くに設けられた温度センサを用いて)などして検出すればよい。
【００５２】
ステップ３３では、前記スロットル制御系周辺の温度ＥＴＣＴが、良好なスロットル制御性能を確保できる所定範囲(例えば−２０°Ｃ＜ＥＴＣＴ＜１００°Ｃ) にあるか否かを判定する。
【００５３】
そして、前記所定範囲から外れている極低温時または極高温時(例えばＥＴＣＴ≦−２０°Ｃ、ＥＴＣＴ≧１００°Ｃ) と判定された場合は、スロットル制御性能の低下により、スロットル弁９閉弁駆動時にオーバーシュートを発生する可能性があるので、ステップ３４へ進んで、目標開度ＴＧＴＶＯの下限値を通常時より大きい値(例えば１．５°) に設定する。
【００５４】
また、ステップ３３でスロットル制御系周辺の温度ＥＴＣＴが前記所定範囲にあると判定された場合は、ステップ３５へ進んでバッテリ電圧ＶBが良好なスロットル制御性能を確保できる所定範囲にあるか否かを、判定する。ここで、一般にバッテリ電圧ＶBが基準電圧であるときに合わせてスロットル制御系をマッチングしており、バッテリ電圧ＶBの基準電圧からの偏差に応じた補正がなされるが、偏差が大きく補正が大きいときほど、制御性能は低下する。
【００５５】
そして、前記スロットル制御系周辺の温度ＥＴＣＴが前記所定範囲から外れていると判定された場合には、制御性能の低下により、スロットル弁９閉弁駆動時にオーバーシュートを発生する可能性があるので、この場合もステップ３４へ進んで、目標開度ＴＧＴＶＯの下限値を通常時より大きい値に設定する。
【００５６】
また、ステップ３５でバッテリ電圧ＶBが前記所定範囲にあると判定された場合は、良好なスロットル制御性能が確保されるので、ステップ３６へ進んで目標開度ＴＧＴＶＯの下限値を通常時の値(例えば、０．５°) に設定する。
【００５７】
ステップ３７では、前記のように下限値を設定した目標開度ＴＧＴＶＯとなるようにスロットル弁９が駆動される。
このように、スロットル制御系周辺温度やバッテリ電圧の影響による制御性能の低下で、スロットル弁９閉弁駆動時にオーバーシュートを発生する可能性がある場合は、目標開度ＴＧＴＶＯの下限値を通常時より大きい値に設定することにより、閉弁動作終了付近での閉弁速度が減少されてオーバーシュートの発生を防止でき、ひいてはかじりの発生を防止できる。
【００５８】
上記目標開度ＴＧＴＶＯの下限値を増大補正する制御と、前記図６に示した閉弁速度を減少補正する制御とを併用してもよく(図６のステップ２４の後に、図８のステップ３２からステップ３５を挿入する)、オーバーシュートをより効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上実施形態に係るスロットル弁の全閉位置学習の制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】同上全閉位置学習時のスロットル開度とその検出値の変化の様子を示すタイムチャート。
【図５】同上全閉位置学習時の駆動電流の制御ルーチンを示すフローチャート。
【図６】同上実施形態に係るスロットル弁の通常時の制御ルーチンを示すフローチャート。
【図７】同上通常時の閉弁制御におけるスロットル弁目標開度の変化の様子を示すタイムチャート。
【図８】別の実施形態に係るスロットル弁の通常時の制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１      アクセル開度センサ
４      機関
５      水温センサ
９      スロットル弁
１１    アクチュエータ
１７    吸気温センサ
１８    電流センサ
１９    イグニッションスイッチ
２０    コントロールユニット
【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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【図７】
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【図８】
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