JP2006299856A - 内燃機関の電子スロットル制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン制御システムの動作状態、エンジンの運転状態、あるいは、運転者の操作技量に応じて、適切なエンジン出力の制御が可能な内燃機関の電子スロットル制御装置を得る
【解決手段】内燃機関の電子スロットル制御装置において、電子制御ユニット２０は、エンジン制御システムおよびエンジン運転状態の正常、異常を判断する判定機能部と、予め設定された複数種類の、アクセル操作量から目標スロットル開度指令値を演算するための特性変換係数マップとを備え、判定機能部の判断結果に対応して、複数の特性変換係数マップから所定のマップを選択して目標スロットル開度指令値を演算するようにしたものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンの吸入空気量を運転者がアクセルで直接的に制御するものではなく、所定のアクチュエータ手段により制御するようにした内燃機関の電子スロットル制御装置に関し、特には、水流を後方に噴射しその反動で水上を航行する水ジェット推進艇のエンジン、あるいは、船外機用エンジンの電子スロットル制御装置に用いて好適な内燃機関の電子スロットル制御装置に関するものである。

従来から、エンジンの吸気通路に電動アクチュエータにより駆動されて吸気通路を開閉する電子スロットル弁を配設し、この電子スロットル弁を開閉制御することにより、エンジンへの吸気流量を調整してエンジンの出力トルクを制御するようにしたエンジンの出力制御装置が知られている。この種のエンジンの出力制御装置の従来装置の一例として、例えば、特開平１-１７７４３１号公報（以下、特許文献１と称す。）に示されるものがある。この特許文献１には、運転者による運転操作の傾向に応じて、アクセル操作量に対するエンジントルク特性が自動的に切り替えられ、常に最適な運転フィーリングを提供する技術が示されている。

特開平１−１７７４３１号公報

エンジン出力を制御するための吸入空気量は、スロットル開度により決定される。
また、このスロットル開度はアクセル開度によって決まるため、アクセルを全開とした場合は、スロットル開度も全開となり、エンジン出力も最大出力となる。
しかしながら、エンジンの油圧系あるいは冷却系などの整備不良がある場合に、運転者のアクセル開度に基づきエンジン出力制御を行うと、オーバーヒートなどを起こしエンジンを損傷させる恐れがある。また、小型ジェット推進艇等において、発進時に初心者が不用意にアクセルを最大限まで開くと、艇が急加速し、不安定な運転状態となる場合が考えられる。

この発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、エンジン制御システムの動作状態、エンジンの運転状態、あるいは、運転者の操作技量に応じて、適切なエンジン出力の制御が可能な内燃機関の電子スロットル制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係わる内燃機関の電子スロットル制御装置は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）の演算手段により、運転者のアクセルの操作量に基づいてスロットル開度量が演算され、この演算されたスロットル開度指令値に基づいて所定のアクチュエータ手段が、スロットルの開度を制御して、エンジンの出力を制御する内燃機関の電子スロットル制御装置において、前記電子制御ユニットは、エンジン制御システムおよびエンジン運転状態の正常、異常を判断する判定機能部と、予め設定された複数種類の、アクセル操作量から目標スロットル開度指令値を演算するための特性変換係数マップとを備え、前記判定機能部の判断結果に対応して、前記複数の特性変換係数マップから所定のマップを選択して目標スロットル開度指令値を演算するようにしたものである。

また、複数種類の特性変換係数マップの一つは、運転者の操作技量に対応して、通常よりスロットル開度を低下（または増大）させる方向に係数値が設定された特性変換係数値を有するものであり、前記電子制御ユニットは、特性切替手段からの指令によって操作技量に対応した特性変換係数マップを選択使用するようになされ、運転者が前記特性切替手段を操作して、エンジン出力特性を任意に変更できるようにしたものである。

この発明の内燃機関の電子スロットル制御装置によれば、運転者のアクセルの操作量だけでなく、エンジン制御システムを構成するセンサやアクチュエータの動作状態や、エンジン温度、エンジン油圧などのエンジンの運転状態、更には、運転者の操作技量に対応して、最適のスロットル開度量を演算することができ、状況に応じた適切なエンジン出力の制御を行うことができる。

即ち、エンジン制御に使用するセンサ入力やアクチュエータの故障を検出した場合は、通常時よりスロットル開度が開かないようにしてエンジン出力を低下させることにより、安定した待避走行が可能となる。

また、エンジン冷却系の異常や潤滑系の異常を検出した場合にも、通常時よりスロットル開度が開かないようにしてエンジン出力を低下させることにより、エンジンのオーバーヒートを抑制し、エンジンの損傷の防止が可能となる。

また、運転者の操作技量に対応してエンジン出力を変更できるため、初心者などが不用意にアクセルを全開した場合でも、エンジンの最大出力が抑制できるため、急加速による不安定な運転を防ぐことが可能となる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１である内燃機関の電子スロットル制御装置が適用された内燃機関の制御システムおよびその周辺機器を示す概略構成図である。
図１において、内燃機関１の吸気通路２の上流側にはエアクリーナ３が設けられ、エアクリーナ３の下流側には、吸気量を検出するエアフローセンサ４が設置されている。
吸気通路２のエアフローセンサ４より下流側にはスロットルバルブ５が設けられている。
このスロットルバルブ５の回動軸５ａに連結された電動モータ１９の駆動力により、実際のスロットルバルブ５の開度であるスロットル開度ＴＰＳが制御され、内燃機関１に供給される吸気量が調整される。このスロットルバルブ５のスロットル開度ＴＰＳが、スロットル開度センサ１６によって検出される。
吸気通路２はインテークマニホルド６を介して内燃機関１の各気筒に接続され、吸気通路２からの吸入空気が、インテークマニホルド６内を経て各気筒に分配供給される。

インテークマニホルド６には各気筒に対応してインジェクタ７が設置され、各インジェクタ７から噴射された燃料は、吸入空気と混合され各気筒に供給される。
この混合気は吸気バルブ８の開閉に伴って各気筒の燃焼室９内に導入され、点火プラグ１０の点火により燃焼される。混合気の燃焼によって、ピストン１１が押下げられ、クランクシャフト１２にトルクが付与される。
燃焼後の排気ガスは、排気バルブ１３の開閉に伴って排気通路１４を経て外部に排出される。クランクシャフト１２の近接位置にはクランク角センサ１５が設置され、このクランク角センサ１５からは所定クランク角度毎にパルス信号が出力される。
また、内燃機関１には、エンジン温度を検出するためのエンジン温度センサ３１と、エンジン内部の油圧を検出するためのエンジン油圧センサ３２が設置される。
３０は、エンジン出力特性を運転者が切り替えるためのエンジン特性切り替えスイッチ（以下、特性切替手段ともいう。）、３３は運転者が操舵を行うためのステアリング、３４はステアリングの操舵量を検出するためのステアリングセンサである。

２０は電子制御ユニット（以下、ＥＣＵともいう。）であり、ＥＣＵ２０は、エアフローセンサ４によって検出された吸気量信号ＱＡや、クランク角センサ１５によって検出された機関回転数信号ＮＥ等に基づいてインジェクタ７の駆動を制御すると共に、スロットル開度センサ１６によって検出されたスロットル開度信号ＴＰＳや、アクセル１７の開度を検出するアクセル開度センサ１８によって検出されたアクセル開度信号ＡＰＳ等に基づいて、スロットルバルブ５を開閉制御するＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。

ＥＣＵ２０において、ＣＰＵ２１は、吸気量信号ＱＡや機関回転数信号ＮＥ、更にはスロットル開度信号ＴＰＳやアクセル開度信号ＡＰＳ等を読込み、内燃機関１の運転状態に応じてその都度要求されるインジェクタ７の燃料噴射量や、電動モータ１９によるスロットルバルブ５の目標とする指令値である目標スロットル開度等を演算する中央処理装置である。
また、ＲＯＭ２２はプログラムメモリとして、内燃機関１の運転状態を制御するための各種制御プログラムが予め格納されたメモリである。
ＣＰＵ２１では、このＲＯＭ２２に格納されているプログラムに従って各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ２３は所謂データメモリとして、各種センサの入出力データやＣＰＵ２１による演算処理データ等が一時的に格納されるメモリである。
Ａ／Ｄ変換回路２７は、読込まれる吸気量信号ＱＡ、スロットル開度信号ＴＰＳ、アクセル開度信号ＡＰＳ、ステアリングセンサ３４、エンジン温度センサ３１およびエンジン油圧センサ３２などの各種センサ情報をＡ／Ｄ変換して、ＣＰＵ２１に出力するための回路である。

インジェクタ駆動回路２４は、吸気量信号ＱＡや機関回転数信号ＮＥに基づきＣＰＵ２１によって算出される燃料噴射量に対応した所定パルス幅の信号にてインジェクタ７を駆動する回路である。これにより、インジェクタ７からは、ＣＰＵ２１で算出された燃料噴射量に対応した量の燃料が、内燃機関１の各気筒に対して噴射供給される。
また、モータ駆動回路２５は、スロットルバルブ５の目標スロットル開度とスロットル開度センサ１６からのスロットル開度信号ＴＰＳとの偏差に応じて、その偏差を縮小するためＣＰＵ２１による演算処理により算出された出力ＤＵＴＹ（制御量）を、電動モータ１９に出力する回路である。これにより、電動モータ１９では出力ＤＵＴＹに対応した駆動力が発生され、スロットル開度センサ１６で検出されるスロットルバルブ５のスロットル開度信号ＴＰＳが、最終的に目標スロットル開度に一致するように調整される。

次に、この発明の実施の形態１の内燃機関の電子スロットル制御装置で使用されているＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１における目標スロットル開度演算の処理手順を、図２のフローチャートに基づいて説明する。
図２において、ステップＳ１０では、ＥＣＵの判定機能部において、エンジン制御システムの各種センサが正常状態であるか否かが判定される。正常な場合は、ステップＳ２０に移行し、正常でない場合は、ステップＳ１１にてマップデータＣを特性変換係数Ｆ’に設定し、ステップＳ４０に移行する。
ステップＳ２０では、エンジン温度やエンジン油圧を確認し、高温、あるいは低油圧などのエンジン異常の有無を判断する。異常が無い場合は、ステップＳ３０に移行し、異常が確認された場合は、ステップＳ２１にてマップデータＤを特性変換係数Ｆ’に設定し、ステップＳ４０に移行する。
ステップＳ３０では、エンジン特性切り替えスイッチのオン／オフ状態を確認し、オン時はステップＳ３２にてマップデータＢを特性変換係数Ｆ’に設定し、ステップＳ４０に移行する。オフ時はステップＳ３１にてマップデータＡを特性変換係数Ｆ’に設定し、ステップＳ４０に移行する。

ここで、マップデータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、図３に示すように、アクセル開度をパラメータとして、アクセル操作量から目標スロットル開度指令値を演算するための特性変換係数が設定された特性変換係数マップのデータである。
上述のように、マップデータＡは、通常運転時に対応する係数値が設定されたものであり、マップデータＢは、運転者の操作技量に応じてエンジン出力特性を変更する（通常時より低下する）場合に対応する係数値が設定されたものである。また、マップデータＣは、エンジン制御システムの各種センサの異常時に対応する係数値が設定されたものであり、マップデータＤは、エンジン温度などのエンジンの運転状態の異常時に対応する係数値が設定されたものである。
また、このマップデータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、即ち、特性変換係数マップの変換係数の値自体は、エンジンの出力特性を考慮して、予め設定されるものであり、エンジンの運転状況に対応して異なる値に特性変換係数が設定された複数種類の特性変換係数マップがＲＯＭ内部に記憶されている。

ステップＳ４０では、特性変換係数Ｆ’、即ちマップデータＡ〜Ｄのいずれかを基に選択使用する特性変換係数を求める。
ただし、ステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０での判定結果が前回より変わり、選択するマップデータが切り替わった場合は、特性変換係数の前回値からの変化幅に制限値Ｋを設け、段階的に特性変換係数を変化させることによりフィルター処理を行う。
これにより、マップデータが切り替わった場合の目標スロットル変化量に制限をつけ、急激なエンジントルク変動の抑制を行うものとする。

ステップＳ４１では、アクセル開度とステップＳ４０で求めた特性変換係数Ｆより、下記演算式にて目標スロットル開度Ｔ’を算出する。

目標スロットル開度Ｔ’＝ アクセル開度 × 特性変換係数Ｆ

上記演算により、図３のマップデータＡ〜Ｄを用いた場合のアクセル開度と目標スロットル開度Ｔとの関係は、ステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０の判定結果に応じて、図４に示したものとなる。図４において、線ＡＡは、マップデータＡを使用した時、線ＢＢは、マップデータＢを使用した時、線ＣＣは、マップデータＣを使用した時、線ＤＤは、マップデータＤを使用した時の、アクセル開度と目標スロットル開度Ｔ’との関係を示すものである。図４から明らかなように、同じアクセル開度入力であっても、各種の状態に応じて目標スロットル開度を最適に調整することが可能となり、したがって、エンジン出力を最適に制御することが可能となる。

即ち、マップデータＡは、通常時に使用する特性変換係数用のマップデータであり、アクセル開度が低い時に目標スロットル開度を下げる設定としたものであり、アクセルの開け始めのアイドル域からのトルク変動を抑制したものである。アクセル全開時は目標スロットル開度も全開となり、エンジン出力は最大となる。
マップデータＢは、運転者の運転レベルに応じてエンジン出力特性を低下させる時に使用する特性変換係数用のマップデータであり、エンジン特性切り替えスイッチがオンされた場合に選択される。マップデータＡに比べ、アクセル開度の全域においてデータ値を低下させ、目標スロットル開度を低下させた設定としたものである。したがって、アクセル開度が全開であっても目標スロットル開度が全開とならず、エンジンの最大出力が抑えられることになる。
マップデータＣは、センサ故障などエンジン制御システムに異常が発生した場合に使用する特性変換係数用のマップデータである。マップデータＢよりさらに特性変換係数値を下げ側に設定することにより、アクセル開度全域にわたりエンジン出力を抑え、システム不安定による暴走を抑制しながら走行可能とするものである。
マップデータＤは、エンジン温度が許容値以上に高い場合またはエンジン油圧が所定値以下となった場合など、エンジンの運転状態に異常が発生した場合に使用する特性変換係数用のマップデータである。アクセル開度全域にわたりエンジン出力をより低く抑え、エンジンの損傷を防止しながら最低限の待避走行を可能とするものである。

ステップＳ５０では、ステップＳ４１で求めた目標スロットル開度Ｔ’値とマップデータＥ値の、いずれか小さいものから目標スロットル開度Ｔを求め、本ルーチンを終了する。
ここで、マップデータＥは、図５に示したものであり、ステアリングセンサにて検出した操舵ハンドルの操舵量をパラメータとして、操舵角が所定値以上ある場合は、操舵量に応じてスロットル開度に上限値を設定するスロットル開度値制限マップであり、各操舵量での最大許容スロットル開度を設定したものである。
このステップＳ５０で算出した目標スロットル開度に基づき、図１のスロットルバルブ５のフィードバック制御を行う。

以上のように、この発明の実施の形態１の電子スロットルバルブ制御装置によれば、運転者の意図したアクセルの操作量だけでなく、エンジン制御システムの状態や、エンジン温度、エンジン油圧などエンジンの運転状態に基づき最適のスロットル開度量を演算し、エンジン出力を制御することができる。
したがって、たとえばエンジン制御に使用するセンサ入力やアクチュエータの故障を検出した場合、あるいは、エンジン冷却系の異常や潤滑系の異常を検出した場合は、アクセル操作量からスロットル開度に変換する特性変換係数を通常時よりスロットル開度が開かない方向に切り替えることで、正常時よりエンジン出力を低下させ、システム不安定による暴走を回避しながら安定した走行を行うことができる。
また、エンジンのオーバーヒートを抑制し、エンジンの損傷の防止が可能となる。

また、運転者の運転レベルに応じて任意にエンジン出力を変更できるため、たとえばエンジン特性切り替えスイッチにて出力を低下させた場合は、エンジンの最大出力が抑制できるため、初心者などが不用意にアクセルを全開した場合でも、急加速による不安定な運転を防ぐことが可能となる。
逆に、エンジン特性切り替えスイッチにて出力を向上させた場合は、アクセルを微開しただけでも高出力のエンジン出力が得られ、よりレジャー性の強い急加速特性を得ることができる。即ち、運転技術に応じた加速特性および最高速度を得ることができ、運転技術が未熟な運転者に対しても優れた運転者に対しても快適な走行が可能となる

さらに、選択する特性変換係数マップ（マップデータ）が切り替わった場合は、所定の周期を設けて段階的に係数値を変更させることにより、出力抑制初期時の減速ショックの緩和ができる。

さらにまた、運転者のアクセルの操作量だけでなく、操舵ハンドルの操舵角に応じてエンジン出力を抑制できるため、操舵時も安定した走行性が確保できる。

この発明の実施の形態１の内燃機関の電子スロットル制御装置が適用された内燃機関の制御システムおよびその周辺機器を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１における目標スロットル開度演算の処理手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１におけるアクセル開度から目標スロットル開度を求めるための特性変換係数マップデータを示した図である。 この発明の実施の形態１におけるアクセル開度と目標スロットル開度Ｔ’の関係を示した図である。 この発明の実施の形態１における操舵量に対しての目標スロットル開度の最大値を示した図である。

符号の説明

１：内燃機関、２：吸気通路、４：エアフローセンサ、５：スロットルバルブ、
１６：スロットル開度センサ、１８：アクセル開度センサ、１９：電動モータ、
２０：ＥＣＵ、２１：ＣＰＵ、２２：ＰＯＭ、２３：ＲＡＭ、
３０：エンジン特性切り替えスイッチ、３１：エンジン温度センサ、
３２：エンジン油圧センサ、３３：ステアリング、３４：ステアリングセンサ。

Claims (7)

1. 電子制御ユニット（ＥＣＵ）の演算手段により、運転者のアクセルの操作量に基づいてスロットル開度量が演算され、この演算されたスロットル開度指令値に基づいて所定のアクチュエータ手段が、スロットルの開度を制御して、エンジンの出力を制御する内燃機関の電子スロットル制御装置において、前記電子制御ユニットは、エンジン制御システムおよびエンジン運転状態の正常、異常を判断する判定機能部と、予め設定された複数種類の、アクセル操作量から目標スロットル開度指令値を演算するための特性変換係数マップとを備え、前記判定機能部の判断結果に対応して、前記複数の特性変換係数マップから所定のマップを選択して目標スロットル開度指令値を演算するようにしたことを特徴とする内燃機関の電子スロットル制御装置。
2. 前記複数種類の特性変換係数マップの一つは、エンジン制御システムを構成するセンサあるいはアクチュエータに異常が発生した場合に対応する特性変換係数値を有し、通常よりスロットル開度を低下させる方向に係数値が設定されたものであり、センサあるいはアクチュエータに異常が発生した場合に選択使用するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の電子スロットル制御装置。
3. 前記複数種類の特性変換係数マップの一つは、エンジンの運転状態に異常が発生した場合に対応する特性変換係数値を有し、通常よりスロットル開度を低下させる方向に係数値が設定されたものであり、前記電子制御ユニットの判定機能部は、エンジンの回転数と、機関温度と、エンジン油圧を検出する検出手段からの検出情報に基づいて、エンジン回転数が許容回転数以上となった場合、あるいは機関温度が許容温度以上となった場合、あるいはエンジン回転数が所定回転数以上でエンジン油圧が所定の圧力以下となった場合に、エンジンの運転状態が異常と判断し、前記異常状態に対応した特性変換係数マップを選択使用するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の電子スロットル制御装置。
4. 前記複数種類の特性変換係数マップの一つは、運転者の操作技量に対応して、通常よりスロットル開度を低下（または増大）させる方向に係数値が設定された特性変換係数値を有するものであり、前記電子制御ユニットは、特性切換手段からの指令によって操作技量に対応した特性変換係数マップを選択使用するようになされ、運転者が前記特性切換手段を操作することによって、エンジン出力特性を任意に変更できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の電子スロットル制御装置。
5. 選択する特性変換係数マップが切り替わった場合は、特性変換係数の前回値からの変化幅に制限を設け、段階的に係数値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の電子スロットル制御装置。
6. 前記電子制御ユニットは、操舵ハンドルの操舵角が所定の角度以上ある場合は操舵量に応じてスロットル開度の上限値を設定するスロットル開度値制限マップを備え、ステアリングセンサーからの信号に基づいて、操舵角が所定値以上ある場合は通常よりスロットル開度を低下させる方向に制限をかけ、エンジン出力を抑えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の電子スロットル制御装置。
7. ジェット推進機で加圧された水を後方の噴射ノズルから噴射し、その反動により推進する水ジェット推進艇用エンジン、あるいは船外機用エンジンに用いることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の内燃機関の電子スロットル制御装置。

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