JP2582457B2 - 内燃機関のスロットル弁制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、内燃機関のスロットル弁をフィードバッ
ク制御によりアクチュエータで駆動し、スロットル弁開
度を目標開度に制御する装置に関する。

従来の技術 近年、車両の駆動輪にスリップが発生したときに内燃
機関の出力を直ちに低減させてスリップ率を一定範囲に
抑制するようにしたトラクションコントロールシステム
が種々提案されているが、このようなトラクションコン
トロールシステムにあっては、出力調整のためにスロッ
トル弁開度を電子制御する必要がある。そして、この場
合に、いわゆるシングルスロットル形式のものとタンデ
ムスロットル形式のもとが知られている。

前者は、吸気通路に１個だけ配設されたスロットル弁
自体を電子制御するようにしたものであり、運転者によ
るアクセルペダル踏込量やスリップ検出信号等に基づい
て目標開度が決定され、これに沿って実際の開度が制御
される。つまり通常は運転者によるアクセルペダル踏込
量に一義的に対応した形でスロットル弁開度が制御さ
れ、かつスリップ検出時にはその目標開度が小さくなる
ように修正されるのである。

また後者は、吸気通路にメインスロットル弁とサブス
ロットル弁とを直列に配置した構成である。メインスロ
ットル弁は例えばアクセルワイヤを介してアクセルペダ
ルに連動して開閉作動されるが、サブスロットル弁は通
常全開状態でスリップが検出されると開状態になるよう
に電子制御される。つまりスリップ検出時にのみサブス
ロットル弁が閉作動し、機関吸入空気量を抑制するので
ある。

ここで上記のようにスロットル弁開度を電子制御する
には、例えば特開昭61−192824号公報等に記載されてい
るように、スロットル弁をサーボモータで駆動するよう
に構成する一方、スロットルシャフトに直結したスロッ
トル弁開度センサによって実際のスロットル弁開度を検
出して、その検出開度と目標開度との偏差に基づいてサ
ーボモータをフィードバック制御する方式が一般的であ
る。

また、このように電子制御されるスロットル弁制御装
置では、機関停止中の位置決めおよびフェイルセーフ等
を考慮して、スロットル弁を一方の方向に付勢するリタ
ーンスプリングが備えられている。通常、前者のシング
ルスロットル形式ではスロットル弁の全閉方向に向け
て、また後者のタンデムスロットル形式では全開方向に
向けてリターンスプリングが設けられている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のスロットル弁を付勢するリター
ンスプリングに何らかの異常があったとしても、スロッ
トル弁自体の作動は正常時と殆ど変わらずに確保される
ため、その異常の有無を自己診断することは非常に困難
である。そのため、リターンスプリングを用いたフェイ
ルセーフが必要は場合には、フェイルセーフが正常に機
能しなくなる問題があった。

そこで、この発明はリターンスプリングの異常の有無
を自己診断することができる内燃機関のスロットル弁制
御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 この発明に係るスロットル弁制御装置は、第１図に示
すように、内燃機関の吸気通路１に介装されたスロット
ル弁２を開閉駆動するアクチュエータ３と、前記スロッ
トル弁２を全開側もしくは全閉側の所定位置に向けて付
勢するリターンスプリング４と、前記スロットル弁２の
開度を検出するスロットル弁開度センサ５と、このスロ
ットル弁開度センサ５の出力信号から得られる検出開度
と目標開度との偏差に基づき少なくとも該偏差の積分値
を制御要素の一つとしたフィードバック制御により前記
アクチュエータ３を駆動するアクチュエータ駆動手段６
と、前記検出開度が前記所定位置以外の目標開度に略収
束した後に前記偏差の積分値を所定値と比較して、所定
値よりも小さいときにリターンスプリング４が異常であ
ると判定する異常判別手段７とを備えたものである。

作用 エンジンコントロールユニットなどから与えられる目
標開度と、スロットル弁開度センサ５の出力信号から得
られる検出開度との偏差に基づいてアクチュエータ３が
駆動され、スロットル弁２の検出開度がフィードバック
制御され、目標開度に収束する。ここで、スロットル弁
２の検出開度が目標開度に保持されるには、リターンス
プリング４の付勢力に抗するようにアクチュエータ３が
駆動されていなければならない。これは制御要素の一つ
である積分値が零以外のある値を保つことによってなさ
れる。これに対して、リターンスプリング４が異常でス
ロットル弁２に付勢力が与えられていない場合には、ス
ロットル弁２の検出開度が目標開度に収束すると、前記
積分値は零になる。この原理に基づき、検出開度が目標
開度に略収束したときに前記偏差の積分値と所定値とを
比較し、その積分値が所定値未満であればリターンスプ
リング４が異常であると判定する。

実施例 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。

第２図はこの発明をトラクションコントロールシステ
ム用のタンデムスロットル形式のスロットル制御機構に
適用した一実施例を示している。

同図において、11は内燃機関の吸入空気が通流する吸
気通路を示す。この吸気通路11に、バタフライバルブ型
のメインスロットル弁12と、同じくバタフライバルブ型
のサブスロットル弁13とが直列に配置されている。

メインスロットル弁12は、アクセルペダル14にアクセ
ルワイヤ15を介して機械的に連係しており、かつリター
ンスプリング16によって全閉方向に付勢されている。

そしてサブスロットル弁13は、そのスロットルシャフ
ト17の一端側にアクチュエータであるサーボモータ18が
直結されているとともに、その他端側にスロットル弁開
度センサとしてポテンショメータ19が直結され、かつリ
ターンスプリング20で全開側の基準位置（全開位置）に
向けて付勢されている。

このサブスロットル弁13の開度はスロットルコントロ
ールユニット21によって制御される。すなわち、スロッ
トルコントロールユニット21には、前記のポテンショメ
ータ19の出力信号からノイズを除去する入力回路22と、
入力回路22の出力信号をA/D変換するA/D変換器23と、後
述するようにそのA/D変換信号から得られるサブスロッ
トル弁13の検出開度とエンジンコントロールユニット25
から与えられる目標開度とに基づいてフィードバック制
御動作を行うとともにリターンスプリング20の異常判別
に関連する動作を行う制御回路24と、そのフィードバッ
ク制御により設定されるモータ駆動指令値に基づいてサ
ーボモータ18に電流指令を出力する駆動回路26とが備え
られる。前記目標開度は、トラクションコントロールを
行うために駆動輪のスリップ率などに基づいて、トラク
ションコントロールユニット25で遂次設定される。

次に第３図のフローチャートを参照して、制御回路24
の動作について説明する。なお、この動作はスロットル
コントロールユニット21のメイン電源がオンの間、所定
制御周期で定期的に実行されるものである。

まず、トラクションコントロールユニット25から入力
される目標開度TVORが読み込まれ（ステップS1）、続い
てA/D変換器23の出力値であるサブスロットル弁13の検
出開度TVOが読み込まれる（ステップS2）。

次に、目標開度TVORと検出開度TVOとの差、つまり偏
差ETが演算された（ステップS3）後、この偏差ETが前回
の偏差積分値ERに積算される（ステップS4）。

そして、今回の検出開度TVOと前回の検出開度TVOであ
る値TAとの差ΔTVOが演算されるとともに、値TAが今回
の検出開度TVOで更新される（ステップS5）。

次のステップS6では、ステップS3で得られた偏差ETに
所定の定数KPを掛けて比例制御量PSが設定され、ステッ
プS4で得られた偏差積分値ERに所定の定数KIを掛けて積
分制御量ISが設定され、ステップS5で得られた差ΔTVO
に所定の定数KDを掛けて微分制御量DSが設定される。そ
して、比例制御量PS、積分制御量ISおよび微分制御量DS
が加算されて駆動回路26へ与えられるモータ駆動指令値
MOTが設定される（ステップS7）。

次には、ステップS3で得られた偏差ETの絶対値が所定
の基準値SA以下か否かが判断される（ステップS8）。基
準値SAは後述するように検出開度TVOが目標開度TVORに
略収束したかしたかどうかを判断するために、フィード
バック制御特性に応じて設定される所定の値である。

ステップS8の判断において、偏差ETの絶対値が基準値
SA以上であれば、後述するタイマカウンタのカウント値
TMが零にリセットされ（ステップS9）、ステップS7で設
定されたモータ駆動指令値MOTが駆動回路26に出力され
る（ステップS10）。この動作により、駆動回路26の出
力電流値が設定され、サーボモータ18が駆動される。

第４図（１）にはリターンスプリング４が正常であ
り、かつ目標開度TVORが全開位置からある開度位置にス
テップ状に変化したときの検出開度TVOの変化を示す
が、上述したステップS1〜S10の動作が周期的に繰り返
されることにより、このタイミングチャートが示すよう
に目標開度TVORに検出開度TVOが近づいていく。そし
て、その偏差ETが基準値SA未満になると、タイマカウン
タのカウント値TMがインクリメントされていく（ステッ
プS11）。次には、そのカウント値TMが所定のカウント
値TA以上か否かが判断され（ステップS12）、カウント
値TA未満であれば前述のステップS10に進み、モータ駆
動指令値MOTが駆動回路26に出力される。

そして、ステップS1〜S8,S11,S12,S10の動作が繰り返
され、カウント値TMがカウント値TA以上になると、すな
わち偏差ETが基準値SA未満になってから所定時間が経過
すると検出開度TVOが目標開度TVORに収束したとみなさ
れる。収束したとみなされると、ステップS6で設定され
た最新の積分制御量ISが基準値SA未満か否か判断される
（ステップS13）。

第４図（２）には、第４図（１）のフィードバック制
御が行われる時の比例制御量PS、積分制御量IS、微分制
御量DSの各変化状態を示すが、この第４図（２）に示す
ようにリターンスプリング20が正常に作動している場
合、検出開度TVOが目標開度TVORに保持されるには、リ
ターンスプリング20の付勢力である反力につり合うよう
サーボモータ18が駆動されなければならず、積分制御量
ISが基準値SA以上に保持されることになる。

これに対し、リターンスプリング20が異常でサブスロ
ットル弁13が全開位置に向けて付勢されない場合は、第
５図（１）に示すようにフィードバック制御動作で目標
開度TVORに対して検出開度TVOがオーバシュートした
後、収束する。このとき、積分制御量ISは第５図（２）
に示すようにオーバシュート時点から減少していき、偏
差ETが基準値SA未満になってから所定時間が経過して検
出開度TVOが目標開度TVORに収束された時点では、リタ
ーンスプリング20の反力がないため、基準値SA以下にな
る。

これに基づき、ステップS13で積分制御量ISが基準値S
A未満になると、リターンスプリング20が異常であると
判定されて（ステップS14）、続いてこの異常に対する
所定のフェイルセーフ処理が行われる（ステップS1
5）。このフェイルセーフ処理では、たとえば、リター
ンスプリング20が作用しなくてもサブスロットル弁13が
全開状態になるように、アクチュエータを強制的に駆動
するとともに、トラクションコントロール制御自体も禁
止し、この異常を運転者に知らせるための警告灯（図示
せず）を点灯させる等の動作が行われる。

以上のようにこの実施例では、サブスロットル弁13の
開度のフィードバック制御動作を行いながら、リターン
スプリング20の異常判別を行うことができる。

上述の実施例では、ステップS13において積分制御量I
Sが基準値SA未満になったときリターンスプリング20が
異常と判定しているが、この発明では、積分制御量ISの
代りにステップS4で得られた偏差積分値ERを用いてもよ
い。この場合も、偏差積分値ERが所定の基準値未満にな
れば、リターンスプリング20が異常であると判定する。

また、この発明では、サブスロットル弁13の開度位置
によりリターンスプリング20の反力が異なるため（全開
位置に近いほど反力は大きくなる）、基準値SAを目標開
度TVORに割り付けて記憶しておき、目標開度TVORに応じ
た基準値SAを読み出し設定するようにしてもよい。な
お、目標開度TVORの代りに収束時の検出開度TVOでもよ
い。

また、実施例ではスロットル弁13の開度がPID動作に
よってフィードバック制御される場合について説明した
が、この発明ではPI動作によってフィードバック制御さ
れる場合でも適用されるのはいうまでもない。

さらにまた、上述の実施例ではタンデムスロットル形
式のスロットル制御機構に適用した場合について説明し
たが、この発明は、内燃機関の吸気通路にスロットル弁
を１個でけ配置したシングルスロットル形式のスロット
ル制御機構にも同様に適用することができる。なおこの
場合、ストットル弁がリターンスプリングによって全閉
側に向けて付勢されている。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機
関のスロットル弁制御装置によれば、スロットル弁の開
度のフィードバック制御中にスロットル弁を付勢してい
るリターンスプリングの異常を判別することができ、ス
ロットル弁制御に関連するトラブルをより確実に防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るスロットル弁制御装置の構成を
示すクレーム対応図、第２図はこの発明の一実施例を示
す構成説明図、第３図はその実施例における制御回路の
動作を説明するためのフローチャート、第４図はリター
ンスプリングが正常な場合のフィードバック制御動作を
説明するためのタイミングチャート、第５図はリターン
スプリングが異常な場合のフィードバック制御動作を説
明するためのタイミングチャートである。 １……吸気通路、２……スロットル弁、３……アクチュ
エータ、４……リターンスプリング、５……スロットル
開度センサ、６……アクチュエータ駆動手段、７……異
常判別手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気通路に介装されたスロット
   ル弁を開閉駆動するアクチュエータと、 前記スロットル弁を全開側もしくは全閉側の所定位置に
   向けて付勢するリターンスプリングと、 前記スロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度セ
   ンサと、 このスロットル弁開度センサの出力信号から得られる検
   出開度と目標開度との偏差に基づき少なくとも該偏差の
   積分値を制御要素の一つとしたフィードバック制御によ
   り前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動手
   段と、 前記検出開度が前記所定位置以外の目標開度に略収束し
   た後に前記偏差の積分値を所定値と比較して、所定値よ
   りも小さいときにリターンスプリングが異常であると判
   定する異常判定手段と を備えたことを特徴とする内燃機関のスロットル弁制御
   装置。