JP2722729B2 - 内燃機関の出力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、一対の電磁弁を介して作動するアクチュエ
ータにより、アクセルペダルの操作とは関係なく吸気通
路を絞って機関の出力を制限し得る内燃機関の出力制御
装置に関し、特に、電磁弁及びアクチュエータを含む系
のフェイルの検知を考慮したものである。

＜従来の技術＞ 一般に、車両の走行中に路面の状況が急激に変化した
り、雪路や凍結路等の滑りやすい路面を車両が走行する
場合、駆動輪が空転しないように運転者がアクセルペダ
ルの踏み込み量を調整し、機関の出力を微妙に制御する
ことは、熟練者ならずとも非常に難かしいものである。
同様に、旋回路に対する車両の走行速度が高すぎる場
合、車輪が横滑りを起こして危険な状態となるが、この
ような場合に機関の出力を適正に下げて旋回路に対応し
た旋回半径で車両を安全に走行させるためには、特に旋
回路の出口が確認できないような場合、或いは旋回路の
曲率半径が次第に小さくなっているように場合、高度な
運転技術が要求される。

このようなことから、運転者によるアクセスペダルの
踏み込み量とは関係無く、車輪の空転状態を検出して強
制的に機関の出力を低下させる出力制御装置が考えら
れ、運転者が必要に応じてこの出力制御装置を利用した
走行と、アクセルペダルの踏み込み量に対応して機関の
出力を制御する通常の走行とを選択できるようにしたも
のが発表されている。

機関の出力を低下させる手段としては、点火時期を遅
らせたり吸入空気量や燃料供給量を少なくしたり、或い
は燃料供給を中止したりすることが一般的であるが、特
殊なものとしては機関の圧縮比を下げるようにしたもの
も知られている。

なお、この出力制御装置を用いると、自動変速機にお
ける変速中のショック等を低減させることも可能であ
る。

＜背景技術＞ ところで、本発明者らは一対の電磁弁を用いて作動す
るアクチュエータにより、機関に対する吸入空気量を制
御する内燃機関の出力制御装置を既に提案している。こ
の出力制御装置は、圧力流体供給用の電磁弁の開度と圧
力流体排出用の電磁弁の開度とを調整することにより、
アクチュエータに対する圧力流体の供給量を変化させ、
これによって吸気管の吸気通路内を流れる空気の量を運
転者によるアクセスペダルの踏み込み量とは関係無く制
御し、車輪に滑りが発生しないように機関の出力を低減
させている。

＜発明が解決しようとする課題＞ 一対の電磁弁を介して作動するアクチュエータによ
り、アクセルペダルの操作とは関係なく吸気通路を絞る
技術を採用するに際し、電磁弁のソレノイド自体、また
はソレノイドと制御装置間の配線に断線やショートがあ
る場合、あるいは電磁弁自体、アクチュエータ自体また
はそれらの配管にシール不良など漏れがある場合、ある
いはアクチュエータとスロットル弁間の結合機構に不良
がある場合など、電磁弁とアクチュエータを含む系に異
常（フェイル）があると、機関の出力制御が正しく行わ
れなくなる。従って、フェイルを検知する技術が要望さ
れている。

本発明はこのような要望に応えた内燃機関の出力制御
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＞ 本発明による内燃機関の出力制御装置は、 運転者の操作による機関の吸入空気量の調整とは独立
に吸入空気量を低減させ得るアクチュエータと、前記機
関の吸入空気量が低減するように前記アクチュエータに
対する圧力流体の給排を切り換える第一の電磁弁と、前
記機関の吸入空気量が前記運転者の操作に対応するよう
に前記アクチュエータに対する前記圧力流体の給排を切
り換える第二の電磁弁と、これら第一の電磁弁及び第二
の電磁弁の作動を制御する電子制御ユニットを具えた内
燃機関の出力制御装置において、 前記電子制御ユニットは、スロットル開度センサから
の信号を入力し、電磁弁の制御の前後におけるスロット
ル開度の変化が所定値未満の場合に異常があると判定す
る手段を具えたことを特徴とするものである。

＜作用＞ 上記構成において、電磁弁の作動を制御することによ
り、アクセルペダルの操作とは関係なく、アクチュエー
タが吸入空気量を低減させ、内燃機関の出力を低減させ
る。この場合、各電磁弁のソレノイド自体、またはソレ
ノイドと電子制御ユニット間の配線に断線やショートが
ある場合、あるいは電磁弁自体、アクチュエータ自体ま
たはそれらの配管にシール不良など漏れがある場合、あ
るいはアクチュエータとスロットル弁間の結合機構に不
良がある場合など、いずれの場合も電磁弁とアクチュエ
ータを含む系のフェイル（異常）であり、スロットル開
度は電磁弁のソレノイドの駆動にもかかわらずさほど変
化しない。

従って、電磁弁のソレノイドの駆動制御の前後におい
て、スロットル開度が所定値未満であれば、系に異常が
あると判定することができる。

＜実 施 例＞ 本発明による内燃機関の出力制御装置を前輪駆動形式
の車両のスリップ制御に応用した一実施例の概略構造を
表す第１図に示すように、機関11の燃焼室12には吸気弁
13を介して吸気管14の基端部が連結され、同様に、排気
弁15を介して排気管16の先端部がこの燃焼室12に連結さ
れている。前記吸気管14の先端部には、エアクリーナエ
レメント17を収納したエアクリーナ18が取り付けられて
いる。

前記吸気管14の途中には、この吸気管14によって形成
される吸気通路19の開度を変化させ、燃焼室12内に供給
される吸入空気量を調整するスロットル弁20を組み込ん
だスロットルボディ21が介装されている。

第１図及び筒状をなすこのスロットルボディ21の部分
の拡大断面構造を表す第２図に示すように、スロットル
ボディ21にはスロットル弁20を一体に固定したスロット
ル軸22の両端部が回動自在に支持されている。吸気通路
19外に突出するこのスロットル軸22の一端部には、アク
セルレバー23とスロットルレバー24とが同軸状をなして
嵌合されている。

前記スロットル軸22とアクセルレバー23の筒部25との
間には、ブシュ26及びスペーサ27が介装され、これによ
ってアクセルレバー23はスロットル軸22に対して回転自
在となっている。更に、スロットル軸22の一端側に取り
付けた座金28及びナット29により、スロットル軸22から
アクセルレバー23が抜け外れるのを未然に防止してい
る。又、このアクセルレバー23には運転者によって操作
されるアクセルペダル30がケーブル31を介して接続して
おり、アクセルペダル30の踏み込み量に応じてアクセル
レバー23がスロットル軸22に対して回動するようになっ
ている。

一方、前記スロットルレバー24はスロットル軸22と一
体に固定されており、従ってこのスロットルレバー24を
操作することにより、スロットル弁20がスロットル軸22
と共に回動する。又、このスロットルレバー24の一部に
は、アクセルレバー23の一部に形成した爪部32に係止し
得るストッパ33が形成されており、これら爪部32とスト
ッパ33とは、スロットル弁20が開く方向にスロットルレ
バー23を回動させるか、或いはスロットル弁20が閉まる
方向にアクセルレバー23を回動させた場合に相互に係止
するような位置関係に設定されている。

前記スロットルボディ21とスロットルレバー24との間
には、スロットルレバー24のストッパ33をアクセルレバ
ー23の爪部32に押し付けてスロットル弁20を開く方向に
付勢するねじりコイルばね34が、スロットル軸22に嵌合
された筒状をなす一対のばね受け35,36を介して、この
スロットル軸22と同軸状をなして装着されている。又、
スロットルボディ21から突出するストッパピン37とアク
セルレバー23との間にも、アクセルレバー23の爪部32を
スロットルレバー24のストッパ33に押し付けてスロット
ル弁20を閉じる方向に付勢し、アクセルペダル30に対し
てディテント感を付与するためのねじりコイルばね38が
カラー39を介してアクセルレバー23の筒部25にスロット
ル軸22と同軸状をなして装着されている。

前記スロットルレバー24の先端部には、基端をアクチ
ュエータ40のダイヤフラム41に固定した制御棒42の先端
部が連結されている。このアクチュエータ40内に形成さ
れた圧力室43には、前記ねじりコイルばね34と共にスロ
ットルレバー24のストッパ33をアクセルレバー23の爪部
32に押し付けてスロットル弁20を開く方向に付勢する圧
縮コイルばね44が組み込まれている。そして、これら二
つのばね34,44のばね力の和よりも、前記ねじりコイル
ばね38のばね力のほうが大きく設定され、これによりア
クセルペダル30を踏み込むか、或いは圧力室43内の圧力
を前記二つのばね34,44のばね力の和よりも大きな負圧
にしない限り、スロットル弁20は開かないようになって
いる。

前記スロットルボディ21の下流側に連結されて吸気通
路19の一部を形成するサージタンク45には、接続配管46
を介してバキュームタンク47が連通しており、このバキ
ュームタンク47と接続配管46との間には、バキュームタ
ンク47からサージタンク45への空気の移動のみ許容する
逆止め弁48が介装されている。これにより、バキューム
タンク47内の圧力はサージタンク45内の最低圧力とほぼ
等しい負圧に設定される。

これらバキュームタンク47内の前記アクチュエータ40
の圧力室43とは、配管49を介して連通状態となってお
り、この配管49の途中には非通電時閉塞型電磁弁50が設
けられている。つまり、この電磁弁50には配管49を塞ぐ
ようにプランジャ51を弁座52に付勢するばね53が組み込
まれており、本実施例ではバキュームタンク47に連通す
る配管49の低圧側の電磁弁50の弁座52に接続すると共に
高圧側をアクチュエータ40の圧力室43に接続し、ばね53
によるばね力に加えて電磁弁50を境とする配管49の両側
の圧力差を利用し、プランジャ51と弁座52とのシール性
を確保している。

又、電磁弁50とアクチュエータ40との間の配管49に
は、スロットル弁20よりも上流側の吸気通路19に連通す
る配管54が接続している。そして、この配管54の途中に
は非通電時開放型の電磁弁55が設けられている。つま
り、この電磁弁55には配管54を開放するようにプランジ
ャ56を付勢するばね57が組み込まれており、本実施例で
はアクチュエータ40の圧力室43側に連通する配管54の低
圧側を電磁弁55の弁座58に接続すると共に高圧側を吸気
通路19側に接続し、配管54を塞ぐ際にはこの時の電磁力
に加えて電磁弁55を境とする配管54の両側の圧力差を利
用し、プランジャ56と弁座58とのシール性を確保してい
る。又、配管54を吸気通路19内に連通させ、塵埃を含む
外気に対してエアクリーナエレメント17により遮断した
ので、配管54や電磁弁55内の目詰まりを起こす虞がな
い。

これら二つの電磁弁50,55には機関11の運転状態を制
御する電子制御ユニット（以下、ECU）59がそれぞれ接
続し、このECU59からの指令に基づいて電磁弁50,55に対
する通電のオン，オフがデューティ制御されるようにな
っている。例えば、電磁弁50,55のデューティ率が０％
の場合、アクチュエータ40の圧力室43がスロットル弁20
よりも上流側の吸気通路19内の圧力とほぼ等しい大気圧
となり、スロットル弁20の開度はアクセルペダル30の踏
み込み量に一対一で対応する。逆に、電磁弁50,55のデ
ューティ率が100％の場合、アクチュエータ40の圧力室4
3がバキュームタンク47内の圧力とほぼ等しい負圧とな
り、制御棒42が第１図中、左斜め上方に引き上げられる
結果、スロットル弁20はアクセルペダル30の踏み込み量
に関係なく閉じられる。

このようにして、電磁弁50,55のデューティ率を調整
することにより、アクセルペダル30の踏み込み量に関係
なくスロットル弁20の開度を変化させ、機関11の出力を
調整することができる。

本実施例では、アクチュエータ40の圧力室43を負圧に
してアクセルペダル30の踏み込み量に関係なくスロット
ル弁20が閉じるように制御する電磁弁50を非通電時閉塞
型のものにする一方、アクチュエータ40の圧力室43を大
気圧にしてアクセルペダル30の踏み込み量とスロットル
弁20の開度とが対応するように制御する電磁弁55を非通
電時開放型のものにしたことにより、これら電磁弁50,5
5が断線故障した場合でも、出力制御を行わない通常の
状態で車両を走行させることができる。

一方、前記吸気管14の下流端側には、機関11の燃焼室
12内へ図示しない燃料を吹き込む燃料噴射装置の燃焼噴
射ノズル60が設けられ、前記ECU59によりデューティ制
御される電磁弁61を介して燃料が燃料噴射ノズル60に供
給される。つまり、電磁弁61の開弁時間を制御すること
で、燃焼室12に対する燃料の供給量が調整され、所定の
空燃比となって燃焼室12内で点火プラグ62により点火さ
れるようになっている。

前記ECU59には、スロットルボディ21に取り付けられ
てスロットルレバー24の開度を検出するスロットル開度
センサ63が接続し、このスロットル開度センサ63からの
出力信号が送られてくるようになっている。又、車両の
スリップ状態を検出するトルクコントロールユニット
（以下、これをTCLと呼称する）64には、前記スロット
ル開度センサ63と共にスロットルボディ21に取り付けら
れてアクセルレバー23の開度を検出するアクセル開度セ
ンサ65と、図示しない前輪の回転速度を検出する前輪回
転センサ66と、図示しない後輪の回転速度を検出する後
輪回転センサ67とが接続し、これらセンサ65,66,67から
の出力信号がそれぞれ送られてくるようになっている。

ECU59とTCL64とは、通信ケーブル68を介して結ばれて
おり、ECU59からは機関11の運転状態や出力制御に関与
する構成部材のフェイル情報の他に、機関回転数や吸入
空気量等の情報がTCL64に送られる。逆に、TCL64からは
このTCL64に接続する各種センサ65,66,67のフェイル情
報がECU59に送られる。

車両にはスリップ制御を行うか否かを運転者が選択す
る手動スイッチ（図示省略）があり、スリップ制御を選
択しない場合、ECU59は一対の電磁弁50,55をオフ、即ち
デューティ率を０％（電磁弁50は閉、電磁弁55は開）と
し、運転者によるアクセルペダル30の踏み込み量に応じ
て機関11の出力が制御される。

スリップ制御を選択した場合、TCL64は前輪回転セン
サ66、後輪回転センサ67の出力から車輪のスリップ状態
の有無を判定し、これらの出力に差が発生してスリップ
有りと判定した場合は、この時のスリップ量、車両加速
度などを求めてスリップがなくなるためのトルクを計算
し、これを要求トルク指令として、信号線69によりECU5
9に与える。このECU59には機関回転数とトルクとをパラ
メータとしてスロットル開度を求めるためのマップが記
憶されており、ECU59はこのマップを用いて、現在の機
関回転数とTCL64からの要求トルクとに対応したスロッ
トル開度を算出する。そして、ECU59は算出したスロッ
トル開度を目標値として、スロットル開度センサ63から
出力される実際のスロットル開度との偏差を求め、一対
の電磁弁50,55のデューティ率を前記偏差に見合う値に
設定して各電磁弁50,55のプランジャ51,56のソレノイド
に電気を流し、アクチュエータ40により実際のスロット
ル開度が目標値に下がるように制御する。

スリップ制御が選択されている場合も、TCL64がスリ
ップ無しと判定した場合、TCL64はスリップ制御非作動
の指令を信号線69によりECU59に与える。この場合、本
実施例ではECU59は実際のアクセス開度と最大スロット
ル開度規制値とを比較し、アクセル開度が最大スロット
ル開度規制値を越える場合は、スロットル開度が最大ス
ロットル開度規制値となるように、一対の電磁弁50,55
のデューティ率を決定してプランジャ51,56を駆動す
る。最大スロットル開度規制値は機関回転数の関数と
し、或る値（例えば2000rpm位）の回転数以上では全開
状態又はその付近であるが、その値以下では、回転数の
低下に従って数10％まで次第に小さくなくなるように設
定してある。

このようなスロットル開度の規制を行う理由は、スリ
ップ有りとなった場合の制御の応答性を高めるためであ
る。即ち、現在の車両では加速性、最大出力を向上させ
るためスロットルボディ21のボア径（通路断面積）を極
めて大きくしているので、機関11が低速回転数の場合、
スロットル開度が数10％以上で吸入空気量が飽和してし
まう。そこで、アクセルペダル30の踏み込み量に応じて
スロットル開度を全開またはその付近とするよりも、予
め定めた最大値に規制しておくことにより、要求トルク
指令があったときの目標のスロットル開度と実際のスロ
ットル開度の偏差が小さくなり、素早く目標スロットル
開度に下げることができる。

上述したスリップ制御のブロック構成例を第３図に示
す。同図中、スイッチ70はスリップ制御の要否を選択す
る手動スイッチであり、ON側の接点に投入されたときス
リップ制御が選択される。スイッチ70がOFF側の接点に
投入されたときスリップ制御は行われず、ECU59は一対
の電磁弁50,55の各ソレノイドをオフにする動作71を行
う。マップ72は機関回転数とトルクとをパラメータとし
てスロットル開度を定めたものであり、ECU59はTCL64か
ら要求トルク指令73を受けたとき、このマップ72から目
標スロットル開度Ｂを求め、減算器74により実際のスロ
ットル開度θ_ｆとの偏差△θ＝θ_ｆ−Ｂを算出する。演
算部75は偏差△θに見合う一対の電磁弁50,55のデュー
ティ率を求めるものであり、特性75aは△θと負圧側電
磁弁50のデューティ率との関係例を表わし、特性75bは
△θと大気側電磁弁55のデューティ率との関係例を示
し、△θの正負両近傍に不感帯75cを設けている。ECU59
は演算部75で求めたデューティ率により一対の電磁弁5
0,55の各ソレノイドの駆動76,77を行い、アクチュエー
タ40を作動させる。マップ78は機関回転数と最大スロッ
トル開度規制値WOTとの関係を定めたものでありECU59は
TCL64から非作動指令79を受けたとき、このマップ78か
ら最大スロットル開度規制値WOTを求め、比較器80によ
りアクセル開度Ａと最大スロットル開度規制値WOTとの
うち小さい方を選択して目標スロットル開度とし、実際
のスロットル開度θ_ｆと目標スロットル開度との偏差△
θを求め、アクチュエータ40を作動させる。ＡWOTの
とき△θ＝θ_ｆ−Ａ、WOTＡのとき△θ＝θ_ｆ−WOT。

次に、第４図を参照して一対の電磁弁50,55及びアク
チュエータ40を含む径のフェイル処理の例を説明する。
第４図において、初期状態としてスリップ制御系が正常
であるものとし（ステップ101）、ECU59は実際のスロッ
トル開度、空気吸入量、機関回転数などの機関情報を各
種センサから読取り（ステップ102）、またTCL64から通
信ケーブル68を介して要求トルク、フェイル情報等の通
信情報を読取る（ステップ103）。そして、スイッチ70
によりTCL64がスリップ制御を選択されているか否かをE
CU64が判定し（ステップ104）、選択されていない場合
は一対の電磁弁50,55の各ソレノイドをオフにする（ス
テップ114）。

TCL64がスリップ制御を選択されている場合、ECU59は
ステップ105においてスリップ制御系にフェイルがある
か否かを判定し、フェイルがある場合は、ステップ113
にて車内の計器板に設けたフェイル表示ランプ（図示省
略）を点灯してステップ114に移り、一対の電磁弁50,55
の各ソレノイドをオフにする。

ステップ105にてフェイルがないと判定した場合、ECU
59は目標スロットル開度を設定し（ステップ106）、そ
れと実際のスロットル開度θ_f(n-1)との偏差△θを算出
し（ステップ107）、偏差△θに対応するソレノイド駆
動のデューティ率を算出して各電磁弁50,55を駆動する
（ステップ108）。

次に、ECU59はステップ109にて、電磁弁駆動後の実際
のスロットル開度θ_f(n)と前回のスロットル開度θ
_f(n-1)との差の絶対値｜θ_f(n)−θ_f(n-1)|を所定値Ｘ
と比較することにより、スロットル開度に変化が生じた
か否かを判定する。

各電磁弁50,55のソレノイド自体、またはソレノイド
とECU59間の配線に断線やショートがある場合、あるい
は電磁弁50,55自体、アクチュエータ40自体またはそれ
らの配管にシール不良など漏れがある場合、あるいはア
クチュエータ40とスロットル弁20間の結合機構に不良が
ある場合、いずれの場合も電磁弁50,55とアクチュエー
タ40を含む系のフェイルであり、スロットル開度は電磁
弁50,55の駆動にもかかわらずさほど変化せず、｜θ
_f(n)−θ_f(n-1)|＜Ｘとなる。

従って、｜θ_f(n)−θ_f(n-1)|＜Ｘであるときは、ECU
59は系にフェイルがあるものとし（ステップ110）、ECU
59はフェイル表示ランプを点灯する（ステップ111）。
｜θ_f(n)−θ_f(n-1)|≧Ｘであるときは、ECU59は系が正
常であるものとし（ステップ112）、制御を続ける。フ
ェイルがあった場合、ECU59は電磁弁50,55の各ソレノイ
ドの駆動をオフにするが、本実施例ではスロットル開度
がＸ未満で変化していることを考慮して機関のトルク急
変を防ぐようにソレノイド駆動のデューティ率を除々に
零に下げるようにしてある。

上述した実施例では、アクセルペダル30とアクチュエ
ータ40とで同じスロットル弁20の開閉を制御するように
したが、吸気通路19内に２つのスロットル弁を当該吸気
通路19に沿って配列し、一方のスロットル弁をアクセル
ペダル30に直結し、他方のスロットル弁をアクチュエー
タ40に直結するような構成としても良い。

また、アクチュエータ40を電磁弁50,55により大気圧
と負圧を制御して空気圧作動するようにしたが、正圧と
大気圧または正圧と負圧による空気圧制御の他、油圧な
ど任意の大小２種の流体圧を用い電磁弁50,55により制
御してアクチュエータ40を作動させるような構成として
も良い。

更に、上記実施例は車両の直進時のスリップ制御に本
発明を適用したものだが、旋回時のスリップ制御、ある
いは自動変速機搭載車などにおける変速段切換時のショ
ック低減など各種の出力制御に本発明を適用することが
できる。

＜発明の効果＞ 本発明によれば、アクセルペダルの操作とは関係なく
一対の電磁弁を介して作動するアクチュエータにより内
燃機関の出力を簡単且つ確実に制御することができ、し
かも一対の電磁弁とアクチュエータを含む系のフェイル
を簡単且つ確実に検知することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す図、第２図はア
クチュエータ及びアクセルペダルとスロットル弁との結
合機構例を示す図、第３図はスリップ制御のブロック構
成例を示す図、第４図はフェイル検知のフローを示す図
である。 図面中、11は内燃機関、19は吸気通路、20はスロットル
弁、40はアクチュエータ、50と50は電磁弁、59は電子制
御ユニット（ECU）、64はトルクコントロールユニット
（TCL）である。

フロントページの続き (72)発明者 伊藤 秀紀 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−104127（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−36632（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭50−5764（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運転者の操作による機関の吸入空気量の調
   整とは独立に吸入空気量を低減させ得るアクチュエータ
   と、前記機関の吸入空気量が低減するように前記アクチ
   ュエータに対する圧力流体の給排を切り換える第一の電
   磁弁と、前記機関の吸入空気量が前記運転者の操作に対
   応するように前記アクチュエータに対する前記圧力流体
   の給排を切り換える第二の電磁弁と、これら第一の電磁
   弁及び第二の電磁弁の作動を制御する電子制御ユニット
   とを具えた内燃機関の出力制御装置において、 前記電子制御ユニットは、スロットル開度センサからの
   信号を入力し、電磁弁の制御の前後におけるスロットル
   開度の変化が所定値未満の場合に異常があると判定する
   手段を具えたことを特徴とする内燃機関の出力制御装
   置。