(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の吸気通路に配置されたスロットル弁と、前記スロットル弁を駆動するアクチュエータとを具備し、機関運転状態により定まる目標開度に基づいて前記スロットル弁を制御する吸気制御装置において、
前記スロットル弁の実開度を検出する開度検出手段と、気筒内へ供給された新気量を推定する新気量推定手段とをさらに具備し、
前回目標開度と前記目標開度の差の絶対値が予め定めた値未満の場合において、前記開度検出手段が正常である場合においては、前記目標開度と前記開度検出手段によって検出した実開度との偏差に基づいて前記スロットル弁をフィードバック制御し、前記開度検出手段が故障した場合においては、前記新気量推定手段によって推定した新気量に基づいて前記実開度を決定して前記スロットル弁をフィードバック制御し、
前回目標開度と前記目標開度の差の絶対値が予め定めた値以上の場合において、前記目標開度が予め定めた閾値を下回る時には、前記目標開度を増大補正し、補正後の目標開度に基づいて前記スロットル弁をフィードフォワード制御し、
前記閾値は吸気管内の圧力が小さいほど大きい値となるように設定されていることを特徴とする吸気制御装置。
【請求項２】
機関の吸気通路に配置されたスロットル弁と、前記スロットル弁を駆動するアクチュエータとを具備し、機関運転状態により定まる目標開度に基づいて前記スロットル弁を制御する吸気制御装置において、
気筒内に供給された新気量を推定する新気量推定手段をさらに具備し、
前回目標開度と前記目標開度の差の絶対値が予め定めた値未満の場合において、機関運転状態により定まる目標新気量と前記新気量推定手段によって推定した推定新気量との偏差に基づいて前記スロットル弁をフィードバック制御し、
前回目標開度と前記目標開度の差の絶対値が予め定めた値以上の場合において、前記目標開度が予め定めた閾値を下回る時には、前記目標開度を増大補正し、補正後の目標開度に基づいて前記スロットル弁をフィードフォワード制御し、
前記閾値は吸気管内の圧力が小さいほど大きい値となるように設定されていることを特徴とする吸気制御装置。
【請求項３】
前記閾値は吸気管内の空気量が多いほど大きい値となるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸気制御装置。
【請求項４】
前記閾値は機関回転数が大きいほど大きい値となるように設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸気制御装置。
【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制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関運転状態に応じてスロットル開度を最適に制御するために、スロットル弁をアクセルペダルと連動させることなく、アクチュエータによって駆動するようにした吸気制御装置が公知である。この種の吸気制御装置において、例えば特開２０００−７３８３０号公報には、スロットル弁を目標開度に制御するために、実開度と目標開度との偏差が所定の値よりも小さい時にはフィードバック制御を行うと共に、偏差が所定の値よりも大きい時にはフィードフォワード制御を行うことが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、フィードフォワード制御を併用することにより早期に目標開度が実現可能となるが、目標開度が小さい時にフィードフォワード制御が実施されると、小さな目標開度近傍においては、スロットル弁には吸気による閉弁方向の大きな力が作用するために、スロットル弁を閉弁方向にフィードフォワード制御する際にはスロットル弁が目標開度を越えて異常閉弁され、吸気不足により、機関停止することがある。
【０００４】
それゆえ、本発明の目的は、スロットル弁を目標開度に制御するために、フィードフォワード制御を使用する吸気制御装置において、スロットル弁の異常閉弁を防止することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明による吸気制御装置は、機関の吸気通路に配置されたスロットル弁と、前記スロットル弁を駆動するアクチュエータとを具備し、機関運転状態により定まる目標開度に基づいて前記スロットル弁をフィードフォワード制御する吸気制御装置において、前記目標開度が予め定めた閾値を下回る時には、前記目標開度を増大補正し、補正後の目標開度に基づいて前記スロットル弁をフィードフォワード制御することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明による吸気制御装置は、請求項１に記載の吸気制御装置において、前記スロットル弁の実開度を検出する開度検出手段と、気筒内へ供給された新気量を推定する新気量推定手段とを具備し、前記目標開度と前記開度検出手段によって検出した実開度との偏差に基づいて前記スロットル弁をフィードバック制御し、前記開度検出手段が故障した場合においては、前記新気量推定手段によって推定した新気量に基づいて前記実開度を決定して前記スロットル弁をフィードバック制御することを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明による吸気制御装置は、請求項１に記載の吸気制御装置において、更に気筒内に供給された新気量を推定する新気量推定手段を具備し、機関運転状態により定まる目標新気量と前記新気量推定手段によって推定した推定新気量との偏差に基づいて前記スロットル弁をフィードバック制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明による吸気制御装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の吸気制御装置において、前記閾値は吸気管内の圧力が小さいほど大きい値となるように設定されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明による吸気制御装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の吸気制御装置において、前記閾値は吸気管内の空気量が多いほど小さい値となるように設定されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明による吸気制御装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の吸気制御装置において、前記閾値は機関回転数が大きいほど小さい値となるように設定されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の内燃機関の吸気制御装置の概略構成図である。図１において、１は内燃機関、２は吸気通路、３は排気通路、４はアクセルペダルとは連動せずに開度を制御可能なスロットル弁、５はスロットル開度センサ、６はスロットル弁４を駆動するアクチュエータ、７はＥＣＵ（電子制御装置）、８は回転数センサ、９はエアフローメータ、１０は機関負荷としてアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル踏込量センサ、１１は冷却水温センサ、１２はＥＧＲ通路、１３はＥＧＲバルブ、１４はＥＧＲバルブ開度センサを示す。
【００１２】
また、本実施形態のアクチュエータ６はロータリーソレノイド式トルクモータである。従来、吸気制御装置のスロットル弁を駆動するアクチュエータとしてＤＣモータが使用されていた。ＤＣモータは、電圧信号に対応する駆動量（駆動ＤＵＴＹ）と回転角度との関係が非線形であるので、特にスロットル弁の開度制御にフィードフォワード制御を採用する場合には、回転角度と駆動量との関係を示すマップをＣPＵ（中央処理装置）に記憶しておかなければならない。しかしながら、このような情報の記憶量は膨大であるためにＣPＵの演算負荷が大きく、アクチュエータの応答性に悪影響を及ぼすという問題があった。これに対して、本実施形態においてアクチュエータとして使用されるロータリーソレノイド式トルクモータでは、回転角度と駆動量との関係が図３に示すように線形であり、スロットル弁のフィードフォワード制御において、この関係のみを記憶すればよいのでＣPＵの演算負荷が小さく、応答性が良好になるという利点がある。
【００１３】
また、本実施形態のＥＣＵ７は、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＣPＵを備えた公知の構成のマイクロコンピュータとされ、内燃機関１における点火時期制御や燃料噴射制御等の基本制御を行っている。また、ＥＣＵ７は上記の基本制御を行う他に、前述したように、機関運転状態に応じてスロットル弁４の開度を調節し、吸気量を運転状態に応じた値に制御する吸気量制御を行う。このような制御を行うため、本実施形態では、ＥＣＵ７の入力ポートには、エアフローメータ９から吸気量に対応する信号と、機関吸気通路２内に配置されている吸気管圧力センサ（図示せず）から吸気管圧力に対応する信号と、吸気管内に配置される吸気温度センサ（図示せず）から吸気温度に対応する信号と、ＥＧＲバルブ開度センサ１４からＥＧＲバルブ開度に対応する信号と、機関クランク軸（図示せず）近傍に配置されている回転数センサ８から機関回転数に対応する信号と、アクセル踏込量センサ１０からアクセル踏込量に対応する信号と、冷却水温センサ１１から冷却水温に対応する信号とが入力される。
【００１４】
次に吸気量制御操作について説明する。図２は本実施形態の内燃機関の吸気量制御を説明するフローチャートである。図２の操作では、まずステップ１１において、回転数センサ８で検出した機関回転数ＮＥと、アクセル踏込量センサ１０で検出したアクセルペダル踏込量ＡＣＣPと、冷却水温センサ１１で検出した冷却水温ＷＴとが読み込まれる。
【００１５】
ステップ１２では、上記により読み込んだＮＥとＡＣＣPとＷＴとに基づいて現在の機関運転状態が定まり、この運転状態に基づいて、最適な吸気量である目標吸気量ＧＡTが算出される。機関運転状態に対応する目標吸気量ＧＡTは、マップの形でＥＣＵ７のＲＯＭに格納されている。さらに、上記に基づいて求めた目標吸気量ＧＡTに基づいてスロットル弁４の目標開度θ2が算出される。この目標開度θ2は、目標吸気量ＧＡTに対応してマップの形でＥＣＵ７のＲＯＭに格納されている。あるいは、目標開度θ2は、目標吸気量ＧＡTから算出するのではなく、機関運転状態に対応してマップの形でＥＣＵ７のＲＯＭに格納しておいても良い。
【００１６】
ステップ１３では、目標開度偏差ΔθがΔθ＝θ2−θ1として算出される。この式において、θ2は今回の操作実行時に算出した目標開度であり、θ1は前回の操作実行時に算出した目標開度である。次に、ステップ１４では、目標開度偏差Δθの大きさを判定する。Δθが予め定めた値α以上である場合には、ステップ２１に進んでフィードフォワード制御を行い、Δθの大きさがα未満である場合には、ステップ１５に進んでフィードバック制御を行う。
【００１７】
最初に、フィードフォワード制御を行う場合について説明する。まず、ステップ２１において、目標開度θ2が目標開度の下限値として後述する方法で定めた開度閾値θLを下回っているか否かを判定する。目標開度θ2が開度閾値θLを下回っている場合には、フィードフォワード制御によってスロットル弁４をそのまま小さく目標開度θ2へ移動させると吸気による比較的大きな閉弁方向の力が作用してスロットル弁が異常閉弁してしまう。それにより、ステップ２２において、目標開度θ2を開度閾値θLにするか、又は一定量増加させ、このような異常閉弁を防止している。
【００１８】
次に、ステップ２３では、ＥＣＵ７に記憶した開度（回転角度）θと駆動量ｄの関係を示すマップ（図３）を参照して、θ2に対する目標開度駆動量（駆動ＤＵＴＹ）ｄを算出する。上記により駆動量ｄを算出した後、駆動量ｄに対応する電圧信号をアクチュエータ６に送って駆動する。これにより、実開度θが目標開度θ2に一致するようにフィードフォワード制御される。
【００１９】
一方、フィードバック制御を行う場合について説明する。ステップ１５において、スロットルセンサ５が正常であるのか故障しているのかを判断する。スロットルセンサ５が正常であると判断した場合には、ステップ１６へ進み、実開度と目標開度との間の偏差Δθ′に基づいてフィードバック制御を行い、スロットルセンサ５が故障していると判断した場合には、ステップ１７へ進み、推定開度と目標開度との間の偏差に基づいてフィードバック制御を行う。
【００２０】
最初に、スロットルセンサ５の正常時におけるフィードバック制御について説明する。ステップ１６において、まず、偏差Δθ′がθ2−θAとして算出される。この式において、θ2は今回の操作実行時に算出した目標開度を、θAは現在の実開度をそれぞれ示している。次に、算出した偏差Δθ′に基づいてＰＩＤ制御により、駆動量ｄを算出する。上記により駆動量ｄを算出した後、駆動量ｄに対応する電圧信号をアクチュエータ６に送って駆動する。これにより、実開度θが目標開度θ2に一致するようにスロットル弁５の開度がフィードバック制御されるようになる。
【００２１】
次に、スロットルセンサの故障時におけるフィードバック制御について説明する。ステップ１７において、まず、スロットル弁４の現在の実開度θBを推定する。スロットル弁４の下流に配置されたＥＧＲバルブ１３が閉弁している時にはスロットル弁開度θと吸気量ＧＡは一対一の関係があるので、吸気量ＧＡをエアフローメータによって検出することによって、スロットル弁の実開度θBを推定することができるが、ＥＧＲバルブが開弁している時にはＥＧＲ通路１２からの再循環排気量が多いほど吸気量ＧＡが少なくなるという関係があることから、スロットル弁の実開度θBを特定するために、エアフローメータにより検出される吸気量ＧＡに、スロットル弁４の下流のＥＧＲバルブ１３から流れる再循環排気量を考慮してスロットル弁の実開度θBを推定する必要がある。そのため、再循環排気量をＥＧＲバルブ開度センサ１４とＥＧＲ通路の圧力及び温度に基づき推定する。こうして、推定開度θBは、ＥＣＵ７のＲＯＭに格納された吸気量ＧＡと再循環排気量に対応するマップに基づいて算出される。このように算出した推定開度θBと目標開度θ2を用いてフィードバック制御する。偏差Δθ′′はθ2−θBとして算出される。こうして、Δθ′′に基づいたＰＩＤ制御により、駆動量ｄを算出する。次に、駆動量ｄに対応する電圧信号をアクチュエータ６に送って駆動する。これにより、推定開度θBが目標開度θ2に一致するようにスロットル弁５の開度がフィードバック制御されるようになる。このように、スロットル開度センサが故障した場合でも、吸気量に基づき実開度を推定して比較的良好に制御することができる。
【００２２】
次に、前述した開度閾値についてより詳細に説明する。目標開度の下限として設定する開度閾値θLは、制御可能な開度範囲を可能な限り広くするために可能な限り小さくすることが必要である。そのため、空気量が多い時や吸気管圧力の大きさに応じてスロットル弁が閉弁方向に受ける力が変化することを考慮し、このような閉弁方向の力が大きい時、すなわち、空気量が多い時や吸気管圧力が小さい時ほど大きくなるように設定する必要がある。
【００２３】
そのため、本実施形態では、開度閾値θLは、一定の値の基準開度θLbaseに種々の補正係数を乗じて算出する。まず、空気量補正係数について説明する。図４に示すように、空気量補正係数Ｃaは適宜に定めた基準空気量の時に１であり、空気量の増加に応じて増加する傾向がある。この場合、開度閾値θLは以下の式（１）のように、基準開度閾値θLbaseに空気量補正係数Ｃaを乗じて求められる。
θL＝θLbase×Ｃa                                              （１）
【００２４】
次に吸気管圧力補正係数について説明する。図５に示すように、吸気管圧力補正係数Ｃpは適宜に定めた基準吸気管圧力の時に１であり、吸気管圧力の増加に応じて減少する傾向がある。この場合、開度閾値θLは以下の式（２）のように、基準開度閾値θLbaseに吸気管圧力補正係数Ｃpとを乗じて求められる。
θL＝θLbase×Ｃp                                              （２）
【００２５】
また、空気量補正係数Ｃaと吸気管圧力補正係数Ｃpを同時に乗じてもよい。この場合、開度閾値θLは以下の式（３）のように、基準開度閾値θLbaseに空気量補正係数Ｃaと吸気管圧力補正係数Ｃpとを乗じて求められる。
θL＝θLbase×Ｃa×Ｃp                                         （３）
また、独立した補正係数Ｃa及びＣpに代えて、空気量及び吸気管圧力に応じて変化する一つの補正係数としてもよい。図６に示すように、空気量及び吸気管圧力と補正係数Ｃ1の関係を示す２次元マップに基づいて求めてもよい。この場合には、開度閾値θLは以下の式（４）のように、基準開度閾値θLbaseに補正係数Ｃ1とを乗じて求められる。
θL＝θLbase×Ｃ1                                              （４）
【００２６】
また、選択的に、スロットル弁は機関回転数が大きな時にはスロットル弁は閉弁方向に力を受けることを考慮して、機関回転数補正係数Ｃneをさらに定めてもよい。図７に示すように、機関回転数補正係数Ｃneは、適宜に定めた基準回転数の時に１であり、回転数の増加に応じて増加する傾向がある。このように機関回転数補正係数Ｃneを用いる場合、開度閾値θLは、以下の式（５）に示すようになる。
θL＝θLbase×Ｃne                                             （５）
また、他の補正係数と併用する場合には、例えば以下の式（６）のようになる。
θL＝θLbase×Ｃa×Ｃp×Ｃne                                   （６）
以上のように、スロットルにかかる力を考慮して開度閾値θLを定めることにより、スロットルが異常閉弁しないことを保証することのできる範囲で開度閾値θLを可能な限り小さく定めることができ、それにより、広い開度範囲で吸気量制御を行うことができる。
【００２７】
上述した実施形態では、スロットルセンサ５が故障した場合において、ステップ１６において、推定開度θBと目標開度θ2とに基づいてフィードバック制御を行っているが、他の実施形態では、スロットルセンサ５を使用することなく、実吸気量ＧＡと目標吸気量ＧＡTの間の偏差Δθ′′′とに基づいてフィードバック制御を行うことも可能である。目標吸気量ＧＡTはステップ１２で求めた値を採用し、実吸気量ＧＡは、上述の実施形態と同様に、エアフローメータ９から直接的に検出する。
【００２８】
【発明の効果】
このように請求項１に記載の発明にかかる吸気制御装置によれば、機関の吸気通路に配置されたスロットル弁と、前記スロットル弁を駆動するアクチュエータとを具備し、機関運転状態により定まる目標開度に基づいて前記スロットル弁をフィードフォワード制御する吸気制御装置において、前記目標開度が予め定めた閾値を下回る時には、前記目標開度を増大補正し、補正後の目標開度に基づいて前記スロットル弁をフィードフォワード制御する。それにより、スロットル弁が小さな目標開度にフィードフォワード制御されて吸気による比較的大きな力がスロットル弁に作用して異常閉弁することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の吸気制御装置の概略構成図である。
【図２】本発明の内燃機関の吸気制御を説明するフローチャートである。
【図３】ロータリーソレノイド式トルクモータの駆動量と回転角度の関係を示す図である。
【図４】空気量と空気量補正係数の関係を示す図である。
【図５】吸気管圧力と吸気管圧力補正係数の関係を示す図である。
【図６】空気量及び吸気管圧力と補正係数の関係を示す図である。
【図７】回転数と補正係数の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…吸気通路
４…スロットル弁
６…アクチュエータ
【図１】
0003733858.tif 000002
【図２】
0003733858.tif 000003
【図３】
0003733858.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003733858.tif 000007
【図７】
0003733858.tif 000008