(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気通路の絞り弁に連結された絞り弁駆動用のステップモータに駆動信号を出力する絞り弁の制御装置において、上記絞り弁を閉方向に付勢するリターンスプリングと、エンジンのイグニッションスイッチのオン後に上記ステップモータに対して上記絞り弁を所定開度開放側へ駆動する駆動信号を出力する開弁手段と、該開弁手段からの駆動信号によって上記絞り弁が駆動される前における上記絞り弁の実際の角度と上記所定開度より小さい基準開度とを比較して上記リターンスプリングの異常を検知すると共に、上記駆動信号によって上記絞り弁が駆動された際における該絞り弁の実際の開度と上記所定角度を基準とする所定角度範囲とを比較して上記絞り弁の開度の異常検知を行なう異常検知手段とを有することを特徴とするエンジンの絞り弁制御装置。
【請求項２】
上記開弁手段の実行前に上記ステップモータの全閉ストッパ近傍の励磁相に励磁した状態で上記ステップモータの回転位置が所定開度以下である事を検知する初期位置検知手段と、上記初期位置検知手段で上記ステップモータの回転位置が所定開度以下であると検知された場合、この回転位置を初期位置として記憶する初期位置記憶手段と、該初期位置記憶手段の記憶初期位置からの開動量により求めた上記実際の開度に基づいて上記異常検知手段による上記絞り弁の開度の異常を検知する請求項１記載のエンジンの絞り弁制御装置。
【請求項３】
上記異常検知手段による異常検知判断が終了するまではエンジンへの燃料供給またはアクセルぺタル角度に基づく絞り弁開度制御を禁止する制御禁止手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のエンジンの絞り弁制御装置。
【請求項４】
上記開弁手段は、上記異常検知手段で絞り弁の実際の開度が上記所定開度範囲内でないと判断されると、上記ステップモータに対して上記絞り弁を全閉方向に駆動させる駆動信号を出力し、再度上記絞り弁を所定角度開放側へ駆動する駆動信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの絞り弁制御装置。
【請求項５】
上記初期位置記憶手段により上記ステップモータの回転位置が所定開度以下でないと検知された場合、上記絞り弁が全閉方向に駆動されるように励磁し、再度上記ステップモータの全閉ストッパ近傍の励磁相に励磁する基準励磁相励磁手段を更に有することを特徴とする請求項２記載のエンジンの絞り弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの吸気通路の絞り弁に連結された絞り弁駆動用のステップモータに駆動信号を出力する絞り弁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの吸気通路に吸気通路面積を増減する絞り弁を設け、運転者が行うアクセル操作に応じて絞り弁を開閉駆動し絞り弁開度を所定の開度にする事によりエンジンの出力を制御している。この絞り弁を開閉駆動する機構としては、例えば絞り弁にステップモータを連結し、アクセルセンサによりアクセル操作量を検知してこの検知量に基づいて絞り弁開度を演算し、該演算された開度になるようステップモータに駆動信号を出すように構成されたものが知られている。このような絞り弁制御装置では一般的に絞り弁制御系の異常を検知するのに、演算された開度と絞り弁開度センサ出力との相関性に基づいて検知されるものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような絞り弁制御装置の異常検出方法では絞り弁の制御中に相関性をチェックするために、系全体の異常は検知できるが異常箇所の特定は困難であると言う問題があった。エンジン停止中に絞り弁またはステップモータの軸摩擦の増大、或いはステップモータの断線等が生じた場合は、エンジンの自立運転前に異常状態を検知し適切な処理を行う必要があると共に故障箇所の特定もメンテナンス性の向上のために必要である。また、自立運転前に異常箇所が特定できれば、異常箇所に応じたエンジンの始動制御が可能となり、絞り弁が動作しないのに通常の燃料量が供給されて点火プラグにくすぶりを生ずる事も防止できる。
【０００４】
そこで本発明は上記問題に鑑み、エンジン自立運転前のステップモータと絞り弁の全閉時にステップモータの作動が確認できる所定角度の開弁動作を行った後、絞り弁開度センサで所定角の開動があった事を確認するようにしたので信頼性の高いエンジンの絞り弁制御装置を提供できる。一方、ステップモータの駆動はオープンループ制御により行い絞り弁開度センサを異常検出用に用いるように構成したので安価なセンサを用いる事ができ、またステップモータとの位置決めについても基準励磁相を励磁した状態の絞り弁開度センサ値を記憶するようにしたので組立容易なエンジンの絞り弁装置を提供する事を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、エンジンの吸気通路の絞り弁に連結された絞り弁駆動用のステップモータに駆動信号を出力する絞り弁の制御装置において、上記絞り弁を閉方向に付勢するリターンスプリングと、エンジンのイグニッションスイッチのオン後に上記ステップモータに対して上記絞り弁を所定開度開放側へ駆動する駆動信号を出力する開弁手段と、該開弁手段からの駆動信号によって上記絞り弁が駆動される前における上記絞り弁の実際の角度と上記所定開度より小さい基準開度とを比較して上記リターンスプリングの異常を検知すると共に、上記駆動信号によって上記絞り弁が駆動された際における該絞り弁の実際の開度と上記所定角度を基準とする所定角度範囲とを比較して上記絞り弁の開度の異常検知を行なう異常検知手段とを有することを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明の開弁手段の実行前に上記ステップモータの全閉ストッパ近傍の励磁相に励磁した状態で上記ステップモータの回転位置が所定開度以下である事を検知する初期位置検知手段と、上記初期位置検知手段で上記ステップモータの回転位置が所定開度以下であると検知された場合、この回転位置を初期位置として記憶する初期位置記憶手段と、該初期位置記憶手段の記憶初期位置からの開動量により求めた上記実際の開度に基づいて上記異常検知手段による上記絞り弁の開度の異常を検知することを特徴とする。
【０００７】
更に、請求項３の発明は上記請求項１または請求項２の発明の異常検知手段による異常検知判断が終了するまではエンジンへの燃料供給またはアクセルペダル角度に基づく絞り弁開度制御を禁止する制御禁止手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】
通常、絞り弁には閉鎖方向への戻しスプリングが取り付けられており、このスプリングに異常が生じた場合には、イグニッションスイッチがオンにされた時点で絞り弁が全閉していない場合がある。一方、ステップモータが断線していたり絞り弁の回動機構にかじり等が生じていた場合には絞り弁を動かすことができない。従って、イグニッションスイッチがオンされた後、ステップモータに対して所定角度開放側へ駆動するよう駆動信号を与えると、スプリングの異常の場合には所定開度以上に開弁され、断線等の場合には所定開度まで開弁されず、いずれの場合も上記所定角度範囲内に入らないので、これにより異常発生を検知することができる。
【０００９】
尚、絞り弁が所定角度範囲まで開弁しなかった場合に、開弁しなかった原因が一時的なかじり等によるものであれば、一旦絞り弁を閉鎖させ再度上記駆動信号を出力することを繰り返すことにより、一時的な原因をなくし絞り弁を開弁させることができる。
【００１０】
ところで、このような絞り弁の作動チェックは燃料供給の制御とは無関係に行われるため絞り弁が開閉すると空燃比が崩れ点火しない場合が生じ、この場合には点火プラグを燃料で濡らしてしまい点火が阻害されるので、絞り弁の作動チェックが終了するまでは燃料の噴射を禁止する。
【００１１】
【実施例】
図１を参照して、エンジン１には先端にエアフィルタ２１を備えた吸気通路２が備えられており、該吸気通路２には燃料ポンプ２３から圧送される燃料を噴射する燃料噴射弁２２が取り付けられている。また、エアフィルタ２１と燃料噴射弁２２との間には、ステップモータ３に連結された絞り弁３１が配設されている。該ステップモータ３は内部の励磁コイルへの通電状態として１〜４の励磁相が設定されており、第１励磁相から第４励磁相に向かって順次通電状態を変えることにより絞り弁３１を開放する方向へ駆動する。また、該絞り弁３１には該絞り弁３１の実際の開度を検知する開度センサ３２、及び該絞り弁３１を常時閉鎖方向に付勢するリターンスプリング３３が取り付けられており、ステップモータ３に対する励磁が行われていない時にはリターンスプリング３３により絞り弁３１は全閉位置に戻されるよう設計されている。また、エンジン１には点火プラグ（不図示）及び該エンジン１の回転角度位置を検知する回転角センサ１１が取り付けられており、該回転角センサ１１及び開度センサ３２から出力される検知信号は各々コントローラ４に入力されており、該コントローラ４は運転者Ｄによりイグニッションスイッチ４１がオンされると燃料噴射弁２２及びステップモータ３に対して制御を行う。ステップモータ３には運転者Ｄのアクセルペタル操作量を示すアクセルペタル角度センサ４２からの信号等に基づいて絞り弁３１の制御位置としてコントローラ４から指示が出力され、一方、燃料噴射弁２２は、図示しなし吸入空気量センサまたは吸気管負圧センサからの信号及び絞り弁開度、回転角度位置等の信号に基づいて燃料供給量及び燃料供給時期がコントローラ４により演算され制御される。
【００１２】
該コントローラ４によるステップモータ３に対する制御の内容は図２乃至図４に示す。図２に示すルーチンはイグニッションスイッチがオンされた時から１０ミリ秒毎に処理が実行されるタイマールーチンであって、このルーチンでは絞り弁制御系のセンサー入力処理、センサーとアクチュエータの異常検知、およびステップモータの制御量の演算処理が行われる。まず、本ルーチンのステップＳ２１において、絞り弁開度センサ３２の出力値ＴＨが読み込まれ、同時に該ＴＨが通常取り得る上下限値の間に入っているかがチェックされる。これは開度センサ３２の回路構成によって、該センサの回路に断線またはショートが生じた場合にＴＨがこの上下限値の間からはずれるよう設計されており、本チェックによってＴＨが上下限値の間に入っている場合には絞り弁開度センサ３２に断線やショートの異常該生じている可能性が否定されることになる。次にステップＳ２２において、アクセルペダル角度センサ４２の出力値ＡＰが読み込まれ、ここでも上記した絞り弁開度センサ３２の出力値ＴＨに対するチェックと同様のチェックが行われる。尚、絞り弁開度センサ３２又はアクセルペダル角度センサ４２のいずれかに断線やショートの異常が生じていた場合には、予め設定した代替値を制御用の値として用い、以後のフローを行う。
【００１３】
ステップＳ２１及びＳ２２でＴＨ及びＡＰのチェックが完了した場合は、ステップＳ２３に進み、図３に示す絞り弁３１の全閉チェックがステップモータ３の駆動制御を開始する前に一度だけ行われる。
【００１４】
図３において、ＦＭ１及びＦＭ２はステップモータの制御系に関する異常第１回目フラグ及び異常２回目フラグを示し、ＦＳ１及びＦＳ２はリターンスプリング３３に関する異常１回目フラグ及び異常２回目フラグを示し、更にＦＥ１及びＦＥ２はそれぞれ全閉予備チェック及び全閉チェックの処理完了フラグを示しており、全てのフラグは処理開始前の初期値である０にセットされている。
【００１５】
まず、ステップＳ３０１において絞り弁の全閉予備チェックが既に完了したことを示すフラグＦＥ１が１にセットされているかが判断されるが、この時のフラグＦＥ１は０のままであるのでステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２では上述したステップＳ２１で絞り弁開度センサ３２に断線やショートの異常が認められたか否かが判別され、異常が認められた場合はステップＳ３０９を経てＳ３０８に飛び、全閉チェックが完了したことを示すフラグＦＥ２及び予備チェックが完了したことを示すフラグＦＥ１に１をセットし、絞り弁開度センサー３２が正常の場合は、ステップＳ３０３に進んで絞り弁全閉予備チェックの異常検出用カウンタＣ１に所定の数値をセットする。次に、ステップＳ３０４において、絞り弁開度センサー値３２の出力値ＴＨが、予め設定されている判別開度ＴＣ以下であるか否かの判断をする。この判別開度ＴＣはステップモータ３の非励磁状態において絞り弁３１が取り得る最大開度を用いており、このＳ３０４の時点ではステップモータ３には未だ励磁電流を供給しておらず、絞り弁３１はリターンスプリング３３により図外の機械的な全閉ストッパーに係止されている状態にあるので、ＴＨがＴＣ以下であれば絞り弁３１が全閉状態にあることになる。従って、リターンスプリング３３が正常であるか、或いは絞り弁３１が途中で固着していない限りこの判断は満足されステップＳ３０８に進む。ところが、絞り弁開度であるＴＨが判別開度ＴＣを超えている場合、即ち絞り弁３１がエンジン１の停止時に全閉状態に戻っていない場合には、ステップＳ３０３でセットしたカウンタＣ１によりステップＳ３０５及びＳ３０６で異常状態の継続性が確認され、本異常状態の継続性が確認された場合にはステップＳ３０７でモーター制御系異常の１回目フラグＦＭ１に１がたてられてステップＳ３０８で予備チェック終了フラグＦＥ１に１がセットされ、予備チェックが完了する。
【００１６】
以上の予備チェックが終了すると、ステップＳ３１０に進み、全閉チェックが完了したことを示すフラグＦＥ２が１か否かが判断される。最初に全閉チェックが行われる場合はこのフラグは０であるので、ステップＳ３１１に進み基準励磁相である１−４励磁相を励磁する。この基準励磁相は、絞り弁３１にステップモータ３を組み付ける際に、ステップモータ３の第１励磁相及び第４励磁相を励磁した状態で組み付け、上述の全閉ストッパに当接した際に確保される最小開度より大きくエンジンのアイドル運転に必要なアイドル開度よりも小さい組み付け時の基準開度を機械的に調整するために用いられるものである。この状態では絞り弁開度は通常アイドル開度以下であるので、ステップＳ３１２により絞り弁開度であるＴＨが前述の判別開度ＴＣよりも小さいかを再度判断するとステップＳ３１３に進むことになる。しかし、基準励磁相を励磁した状態でＴＨがＴＣよりも大きくなった場合、又は予備チェックでフラグＦＭ１が１にセットされている場合はステップＳ３１６に進む。そして、全てが正常の場合にはステップＳ３１４に進むので、ステップＳ３１４ではその時点の絞り弁開度であるＴＨをステップモータ制御中の全閉基準開度として記憶し、全閉チェックを完了させるためステップＳ３１５でフラグＦＥ２に１がセットされる。
【００１７】
一方、ステップＳ３１６に進んだ場合は、ステップモータ３に対して所定量の戻し駆動信号を出力する。この戻し駆動量は絞り弁開度であるＴＨから演算されるもので、現在の開度であるＴＨを全閉状態にするのに必要な戻し量である。そしてこの戻し駆動信号を出力し、戻し駆動終了後に前述の基準励磁相、すなわち１−４励磁相に励磁信号を出力する。この基準励磁相に対する励磁出力後にステップＳ３１７で絞り弁開度であるＴＨが判別開度ＴＣよりも小さいかが判断される。この状態でＴＨがＴＣよりも小さくなっていた場合は、ステップＳ３１８で上述のステップＳ３１４の場合と同様に絞り弁３１のこの新たなＴＨを全閉基準開度として記憶し、ステップＳ３１９でステップモータ系の異常を示すフラグＦＭ１を０にリセットすると共にリターンスプリング異常があったことを示すフラグＦＳ２を１にセットする。そして更にステップＳ３１５に進み、全閉チェックが完了したことを示すフラグＦＥ２に１をセットして本処理を終了する。
【００１８】
ステップＳ３１７でも絞り弁開度であるＴＨが判別開度ＴＣよりも小さくならないときは、ステップＳ３２０においてステップＳ３１６以下のステップモータ戻し駆動処理の許容繰り返し回数を示すカウンタＣ２を増大歩進させて、ステップＳ３２１で許容繰り返し回数ＣＬＭ（例えば３回）行ったかを判別する。許容繰り返し回数ＣＬＭに達するまでは、ステップＳ３２２に進み全閉異常の１回目フラグＦＭ１に１をセットして、ＴＨがＴＣ以下になるかをチェックしながら本処理を繰り返す。そして、許容繰り返し回数ＣＬＭに亘って戻し駆動を行い、それでも尚ＴＨがＴＣ以下にならなかった場合はステップＳ３２３でステップモータ系の異常を示す２回目フラグＦＭ２に１をセットし、ステップモータ３が駆動不能或いは絞り弁３１が固着異常であるため絞り弁３１が駆動不能状態であることを確定した後、ステップＳ３１５において全閉チェック終了フラグＦＥ２に１をセットする。
【００１９】
このように図３に示す全閉チェックが図２のステップＳ２３で行われたあとは、ステップＳ２４のサブルーチンでステップモータ３の作動チェックが行われる。このサブルーチンは図４に示すものであり、図４においてＦＥ３はステップモータ作動チェック終了フラグを、Ｆ１は作動異常１回目フラグを、Ｆ２は作動異常２回目フラグを、ＦＭＴはステップモータ駆動済みフラグを各々示しており、全てのフラグは処理開始時に０にセットされており、また燃料噴射制御を許可するフラグＦＩＪも禁止を意味する０にセットされている。
【００２０】
処理がスタートすると、ステップＳ４０１でスロットル弁の全閉チェックが完了したことを示すフラグＦＥ２が１になっているかが判断される。全閉チェックが完了していない場合、即ちＦＥ２＝０の場合は本処理ができる状況にないので終了するが、全閉チェックが完了した場合はＦＥ２＝１と成っているのでステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２では、ステップＳ２１で絞り弁開度センサ３２の異常が検知されたかが判断され、異常が検知されていた場合はステップＳ４１１に進み、本サブルーチンの終了フラグＦＥ３に１がセットされるが、絞り弁開度センサ３２の正常時はステップＳ４０３に進む。ＦＥ３及びＦＭＴは当初０にセットされているのでステップＳ４０３及びＳ４０４を経てステップＳ４１８に進む。ここで、ステップモータ３の目標開弁角度ＴＯに所定の開度ＴＤを入力し、ステップＳ４０５へと進んでステップモータ３に対して絞り弁３１がＴＤ分だけ開放するように駆動信号を出力する。この所定開度ＴＤは、ステップモータの励磁相が第１励磁相から第４励磁相まである本実施例においては５ステップ分に相当し、全ての励磁相を用いて開動させ全閉チェック時の基準励磁相と同じ励磁相を励磁した状態の開度に設定することでステップモータ３の励磁駆動が正常に行われることが一応確認される様に設定されている。このようにステップモータ３に駆動信号を出力した後は、ステップＳ４０６においてフラグＦＭＴを１にセットすると共に、ステップＳ４０７で減算カウンタＣ３を所定値にセットし、本処理を終了する。再度、本サブルーチンが実行されると、ステップＳ４０４の判断では前回の処理でフラグＦＭＴが１にされているので、ステップＳ４０８へと進む。ステップＳ４０８とＳ４０９とで絞り弁開度であるＴＨが所定開度ＴＤになるようにステップモータ３に駆動信号を出力した際に検出される開度の許容上限開度ＴＬＨと許容下限開度ＴＬＬとで挟まれる範囲内にあるか否かが判別される。ここで用いるＴＨは、図３の全閉チェックサブルーチン内で全閉基準開度が求められ、全閉基準開度からのストローク量をＴＨとして図２のステップＳ２１内で演算しているので、正確な検知が可能となっている。絞り弁開度であるＴＨがこの許容範囲内にある場合にはステップＳ４１０へと進み、ステップＳ４１０でフラグＦ１は０にリセットされ、更にステップＳ４１１でステップモータ作動チェックが完了したことを示すフラグＦＥ３を１にセットし本サブルーチンを終了する。すると、次回本サブルーチンの実行時にステップＳ４０３からステップＳ４１２に処理が流れ、燃料噴射の禁止フラグＦＩＪに禁止を解除する１がセットされ、燃料噴射制御が実行されるようになる。
【００２１】
以上は正常な流れであるが、ステップモータ３の励磁巻き線が断線していた場合或いは絞り弁開度センサ３２の出力特性に異常があった場合などにはＴＨが上限値ＴＬＨを超えたり、下限値ＴＬＬを下回ったりするのでステップＳ４０８又はＳ４０９からステップＳ４１３へと進み、既にセットされている減算カウンタＣ３が減算される。ところで、ＴＨが上下限値ＴＬＨ・ＴＬＬの間に入らない原因が一次的なものであれば、カウンタＣ３が０まで減算される間にＴＨが上下限値の間に入ることがあるが、カウンタＣ３＝０になってもこの範囲内に入らない場合にはステップＳ４１４からステップＳ４１５へと進む。この時点ではフラグＦ１はまだ０であるため、ステップＳ４１６でフラグＦ１に１をセットし、ステップＳ４１７へと処理は進む。ステップＳ４１７では、目標開弁角度ＴＯとして絞り弁３１を全閉にする開度であるＴＣがセットされ、この目標開弁角度にセットされたＴＣになるよう絞り弁３１がステップＳ４１９で駆動される。これにより絞り弁３１が全閉位置まで駆動された後、ステップＳ４２０においてフラグＦＭＴを０にリセットして終了する。このように一旦絞り弁３１が全閉開度まで閉じられた後、再びステップＳ４０４でフラグＦＭＴが０と判別して、ステップＳ４１８、Ｓ４０５、Ｓ４０６及びＳ４０７が実行され、絞り弁３１を所定開度まで開きカウンタＣ３をセットする。これにより正常に戻った場合は次回の本サブルーチン実行時にステップＳ４０８及びＳ４０９が許容範囲内であると判断してステップＳ４１０、Ｓ４１１に処理は進むが、異常状態が継続していた場合はステップＳ４１３、Ｓ４１４、Ｓ４１５に処理は進む。ステップＳ４１５では、フラグＦ１に１がセットされていたので、ステップＳ４２１に処理は進みステップモータ３の作動異常状態を確定するフラグＦ２に１がセットされ、ステップモータ作動チェックが完了したことを示すフラグＦＥ３が１にセットされ本サブルーチンが完了する。
【００２２】
そして、図２のステップＳ２５に進み、ステップモータ３の駆動回路の断線やショートといった異常を回路構成で検出できるよう設計された出力端子電圧を読み込み、ステップモータ３の励磁巻き線に断線やショートが起きていないことをチェックするサブルーチンを経て、ステップＳ２６で絞り弁３１の全閉チェック及びステップモータ３の作動確認が終了したことを示すフラグＦＥ３に１がセットされているかが判別される。このフラグＦＥ３が１になっていないときは、ステップモータ３を駆動する系の必須項目についてチェックが終わっていないのでエンジンを運転するのに適した状況が確認されてない。従って、絞り弁開度の制御も行われず、燃料噴射制御も許可されない。しかしフラグＦＥ３が１に成っている場合は動作確認が終了しているので、１つでも異常が検出された場合は、異常警報を発して運転者に異常を知らしめると共に、そのときの異常状態に応じたフェイルセイフアクションを取ることである程度の運転が可能となり、正常の場合は通常の運転ができるようにステップＳ２７で絞り弁制御が行われる。以上のように絞り弁開度センサ３２の正常が確認されているときに、ステップモータ３の駆動を行わない状態で絞り弁３１の全閉チェックが行われ、絞り弁３１がステップモータ３の非励磁状態で全閉にあることが確認された際に更新された全閉基準角に基づいてステップモータ３の作動確認がなされるように構成されているので確実にステップモータ３・絞り弁３１の制御系のフェイルチェックができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、吸気通路に配した絞り弁をステップモータで駆動する場合に、ステップモータに出力した駆動信号通りに実際の絞り弁が開閉駆動されているか否かを検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の制御装置が適用される構成を示す図
【図２】  本発明の制御内容を示すフロー図
【図３】  絞り弁の全閉チェック用サブルーチンの内容を示すフロー図
【図４】  ステップモータの作動チェック用サブルーチンの内容を示すフロー図
【符号の説明】
１  エンジン                  ２  吸気通路
３  ステップモータ            ４  コントローラ
２３  燃料ポンプ              ３１  絞り弁
３２  開度センサ              ３３  スプリング
４１  イグニッションスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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