JP5678908B2 - スロットル制御システム、スロットルバルブ制御装置、スロットル装置、およびスロットルバルブ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のスロットルバルブを制御するスロットル制御システム、スロットルバルブ制御装置、スロットル装置、およびスロットルバルブ制御方法に関する。

スロットルバルブの開度を電気的に制御する電子スロットル制御装置は、アクセルペダルの操作量に応じて目標スロットル開度を設定し、スロットルバルブの開度（以下、スロットル開度という）が目標スロットル開度に一致するように、スロットルモータを制御する。

そして、電子スロットル制御装置により制御されるスロットルバルブには、リンプホーム走行に必要なエンジン出力が得られるように予め設定されたスロットル開度とするためにスロットルバルブを付勢するリターンスプリングが取り付けられている。

これにより、例えばアクセルペダルの操作量に応じてスロットル開度を制御することができなくなるという異常が発生した場合において電子スロットル制御装置がスロットルモータへの通電を停止すると、リターンスプリングの付勢力に応じたスロットル開度に設定される。このため、異常発生時の車両走行において必要最低限のエンジン出力を確保することが可能となる。

しかし、リターンスプリングが折損している状況において上記異常が発生し、電子スロットル制御装置がスロットルモータへの通電を停止すると、リターンスプリングの付勢力に応じたスロットル開度に設定できなくなる可能性がある。このため、リターンスプリングの折損を検出する必要がある。

そして、リターンスプリングの折損を検出する技術として、エンジンの減速燃料カット運転中にモータへの通電を停止することによりリターンスプリングの異常を判定するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平１１−２５７１０３号公報

しかし、上記特許文献１に記載の技術では、燃料カット運転中であるという判定開始条件を必要とするため、異常検出を実行する機会が限定されてしまう。
また、上記特許文献１に記載の技術では、燃料カット運転中において、スロットルバルブを開いた後にモータへの通電を停止することによりスロットルバルブを閉じる必要がある。このため、エンジン制御におけるドライバビリティの確保が困難になるおそれがある。また、フェールセーフ処理による燃料カット復帰要求に対して即座に空気量制御を実行することができずに、加速の遅れ及びトルク変動の発生が懸念される。さらに、エンジン回転中にスロットルを動作させることにより、インテークマニホールド内の負圧が変動してブレーキの効きが変化したり、ポンピングロスの変化により減速ショックが発生したりするといった問題の発生が懸念される。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、車両走行中にスロットルモータを停止させることなく、リターンスプリングの折損を検出することができる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、内燃機関のスロットルバルブと、スロットルバルブを作動させるアクチュエータと、リンプホーム走行が可能となるように予め設定された開度であるオープナ開度へスロットルバルブを戻すための付勢力をスロットルバルブに与える付勢部材と、アクチュエータを駆動することによりスロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御装置とを有するスロットル制御システムであって、目標開度決定手段が、スロットルバルブの目標開度である目標スロットル開度を決定し、ＰＩＤ制御手段が、目標開度決定手段により決定された目標スロットル開度と、スロットルバルブの開度である実スロットル開度とが一致するように、比例項と積分項と微分項との和で表される制御量を算出し、制御量に基づいてスロットルバルブを制御するＰＩＤ制御を実行する。

そして異常判断手段が、ＰＩＤ制御手段により算出された積分項の値に基づいて、付勢部材に異常が発生したか否かを判断するために予め設定された異常判定条件が成立したか否かを判断し、フェールセーフ手段が、異常判定条件が成立したと異常判断手段が判断した場合に、予め設定されたフェールセーフ処理を実行する。

このように構成された請求項１に記載のスロットル制御システムでは、スロットルバルブの位置制御を行うために、アクチュエータを加速および減速させる制御だけではなく、付勢部材の付勢力に抗してアクチュエータを静止させる駆動力、すなわち付勢部材の付勢力と釣り合う駆動力を補償する制御を行う必要がある。そして、請求項１に記載のスロットル制御システムでは、ＰＩＤ制御によりスロットルバルブの制御量を算出しているため、制御量の積分項が、付勢部材の付勢力と釣り合う駆動力を補償する制御を担うこととなる。すなわち、付勢部材の付勢力が大きくなるほど、制御量の積分項も大きくなる。

一方、付勢部材が折損している場合には、スロットル開度にかかわらず、付勢部材の付勢力は０となる。すなわち、付勢部材が折損している場合における制御量の積分項は、付勢部材の正常時における制御量の積分項と比較して、付勢部材の正常時における付勢力に対応した値分、小さくなる。

このため、請求項１に記載のスロットル制御システムでは、請求項３に記載のように、付勢部材が折損している場合に算出される積分項の値より大きく、且つ、付勢部材の正常時に算出される積分項より小さい値を、異常判定値として、請求項２に記載のように、ＰＩＤ制御手段により算出された積分項の値が異常判定値未満であることを異常判定条件とすることにより、付勢部材の異常を判定することができる。

したがって、内燃機関が搭載された車両の走行中において、スロットルバルブを作動させるアクチュエータを停止させることなく、付勢部材の異常を検出することができる。
なお、付勢部材の付勢力のデータは、スロットルバルブの図面または実機による計測により容易に取得可能であり、例えば、付勢部材の付勢力のデータに基づいて適切な異常判定条件（例えば、上記の異常判定値）を設定することができ、精度の高い異常検出を実現することができる。

また、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のスロットル制御システムでは、請求項４に記載のように、異常判定条件は、スロットルバルブが搭載されている車両の状態に応じて変更されるようにするとよい。これにより、車両の状態に応じた適切な異常判定条件を設定することができ、精度の高い異常検出を実現することができる。例えばスロットルは、凍結防止のために、内燃機関の冷却水により保温されるように構成されている。そして、スロットルの温度に応じて、摩擦力およびモータの特性等が変動し、制御量の積分項も変動するため、請求項４に記載のスロットル制御システムでは、請求項５に記載のように、車両の状態は、内燃機関の冷却水温であるようにしてもよい。

また、請求項１に記載のスロットル制御システムでは、異常判定開始手段が、予め設定された異常判定開始条件が成立すると、異常判定条件が成立したか否かの判断を異常判断手段に開始させる。これにより、付勢部材に異常が発生したか否かを判断することが適切ではない状況においては、異常判断手段の動作を禁止することが可能となり、精度の高い異常検出を実現することができる。

また、実スロットル開度が変化している状況では、制御量の積分項も変動するため、付勢部材に異常が発生したか否かを判断することが適切ではない状況である。このため、請求項１に記載のスロットル制御システムでは、異常判定開始条件は、実スロットル開度が、予め設定された静止判定時間継続して変化しないことである。

ところで、制御量の積分項を決定する積分ゲインは、目標スロットル開度と実スロットル開度との偏差を小さくするように働く。したがって、この積分ゲインを大きい値に固定すると、実スロットル開度が目標スロットル開度付近に収束した際、実スロットル開度を目標スロットル開度に一致させることができるものの、実スロットル開度と目標スロットル開度との偏差が大きいときには、この大きな偏差を蓄積することになるため、積分項が大きくなりすぎ、実スロットル開度が目標スロットル開度付近で大きくハンチングして、実スロットル開度を目標スロットル開度に収束させるのに時間がかかる。

そこで、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のスロットル制御システムでは、請求項６に記載のように、ＰＩＤ制御手段は、実スロットル開度が目標スロットル開度付近である場合には、実スロットル開度が目標スロットル開度付近でない場合と比較して、積分項の値が大きくなるように積分項を算出するようにするとよい。

このように構成されたスロットル制御システムでは、積分項が大きくなりすぎることを抑制することができ、実スロットル開度が目標スロットル開度付近で大きくハンチングすることを抑制することができる。すなわち、実スロットル開度を目標スロットル開度に短時間で収束させることができ、積分項を短時間で収束させ、積分項の値を短期間で確定することができる。これにより、付勢部材が異常であるか否かを確定するまでの時間を短縮することができる。

また、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のスロットル制御システムにおいて、請求項７に記載のように、フェールセーフ手段は、フェールセーフ処理として、実スロットル開度がオープナ開度に一致するようにフィードバック制御し、フィードバック制御は、ＰＩＤ制御手段が実行するＰＩＤ制御とは異なるようにするとよい。

このように構成されたスロットル制御システムでは、付勢部材が異常でない場合と、付勢部材が異常である場合のそれぞれの状況に応じた適切なフィードバック制御を行うことができる。例えば、付勢部材が異常でない場合には、実スロットル開度が目標スロットル開度に短期間で一致するようにするために追従性を重視したフィードバック制御を実行する一方、付勢部材が異常である場合には、実スロットル開度が確実にオープナ開度に一致するようにするために安定性を重視したフィードバック制御を実行するようにするとよい。

また、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のスロットル制御システムにおいて、フェールセーフ手段は、請求項８に記載のように、フェールセーフ処理として、異常判定条件が成立していない場合と比較して、内燃機関の点火時期を遅らせる点火遅角制御を実行することにより、内燃機関の出力を低下させるようにしてもよいし、請求項９に記載のように、内燃機関が複数の気筒で構成されており、フェールセーフ処理として、異常判定条件が成立していない場合と比較して、燃料供給する気筒を減少させることにより、内燃機関の出力を低下させるようにしてもよい。

このように構成されたスロットル制御システムでは、スロットル制御以外の方法で、内燃機関の出力を低下させることにより、リンプホーム走行を行うことができる。
また請求項１０に記載の発明は、内燃機関のスロットルバルブを作動させるアクチュエータを駆動することにより、リンプホーム走行が可能となるように予め設定された開度であるオープナ開度へスロットルバルブを戻すための付勢力をスロットルバルブに与える付勢部材が取り付けられたスロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御装置であって、目標開度決定手段が、スロットルバルブの目標開度である目標スロットル開度を決定し、ＰＩＤ制御手段が、目標開度決定手段により決定された目標スロットル開度と、スロットルバルブの開度である実スロットル開度とが一致するように、比例項と積分項と微分項との和で表される制御量を算出し、制御量に基づいてスロットルバルブを制御するＰＩＤ制御を実行する。

そして異常判断手段が、ＰＩＤ制御手段により算出された積分項の値に基づいて、付勢部材に異常が発生したか否かを判断するために予め設定された異常判定条件が成立したか否かを判断し、フェールセーフ手段が、異常判定条件が成立したと異常判断手段が判断した場合に、予め設定されたフェールセーフ処理を実行する。また異常判定開始手段が、予め設定された異常判定開始条件が成立すると、異常判定条件が成立したか否かの判断を異常判断手段に開始させる。そして異常判定開始条件は、実スロットル開度が、予め設定された静止判定時間継続して変化しないことである。

このように構成された請求項１０に記載のスロットルバルブ制御装置は、請求項１に記載のスロットル制御システムと同様の効果を得ることができる。
また請求項１１に記載の発明は、内燃機関のスロットルバルブと、スロットルバルブを作動させるアクチュエータと、リンプホーム走行が可能となるように予め設定された開度であるオープナ開度へスロットルバルブを戻すための付勢力をスロットルバルブに与える付勢部材とを有し、アクチュエータを駆動することによりスロットルバルブを制御するスロットル装置であって、目標開度決定手段が、スロットルバルブの目標開度である目標スロットル開度を決定し、ＰＩＤ制御手段が、目標開度決定手段により決定された目標スロットル開度と、スロットルバルブの開度である実スロットル開度とが一致するように、比例項と積分項と微分項との和で表される制御量を算出し、制御量に基づいてスロットルバルブを制御するＰＩＤ制御を実行する。

そして異常判断手段が、ＰＩＤ制御手段により算出された積分項の値に基づいて、付勢部材に異常が発生したか否かを判断するために予め設定された異常判定条件が成立したか否かを判断し、フェールセーフ手段が、異常判定条件が成立したと異常判断手段が判断した場合に、予め設定されたフェールセーフ処理を実行する。また異常判定開始手段が、予め設定された異常判定開始条件が成立すると、異常判定条件が成立したか否かの判断を異常判断手段に開始させる。そして異常判定開始条件は、実スロットル開度が、予め設定された静止判定時間継続して変化しないことである。

このように構成された請求項１１に記載のスロットル装置は、請求項１に記載のスロットル制御システムと同様の効果を得ることができる。
また請求項１２に記載の発明は、内燃機関のスロットルバルブを作動させるアクチュエータを駆動することにより、リンプホーム走行が可能となるように予め設定された開度であるオープナ開度へスロットルバルブを戻すための付勢力をスロットルバルブに与える付勢部材が取り付けられたスロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御方法であって、目標開度決定手順で、スロットルバルブの目標開度である目標スロットル開度を決定し、ＰＩＤ制御手順で、目標開度決定手順により決定された目標スロットル開度と、スロットルバルブの開度である実スロットル開度とが一致するように、比例項と積分項と微分項との和で表される制御量を算出し、制御量に基づいてスロットルバルブを制御するＰＩＤ制御を実行する。

そして異常判断手順で、ＰＩＤ制御手順により算出された積分項の値に基づいて、付勢部材に異常が発生したか否かを判断するために予め設定された異常判定条件が成立したか否かを判断し、フェールセーフ手順で、異常判定条件が成立したと異常判断手順が判断した場合に、予め設定されたフェールセーフ処理を実行する。また異常判定開始手順で、予め設定された異常判定開始条件が成立すると、異常判定条件が成立したか否かの判断を異常判断手順に開始させる。そして異常判定開始条件は、実スロットル開度が、予め設定された静止判定時間継続して変化しないことである。

このスロットルバルブ制御方法は、請求項１〜請求項１１に記載の発明にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、請求項１〜請求項１１に記載の発明と同様の効果を得ることができる。

エンジン制御システム１を示す概略構成図である。 スロットルバルブ１３０の概略構成を示す図である。 スロットル制御処理を示すフローチャートである。 リターンスプリング１３４の付勢力とスロットル開度との対応関係を示す図である。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
エンジン制御システム１は、エンジン１００と、エンジン１００を制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵという）２とを中心に構成される。

エンジン１００は、車両に搭載された内燃機関であり、図１に示すように、シリンダ１０１とピストン１０２とシリンダヘッド１０３とにより燃焼室１０４を気筒毎に形成している。そして燃焼室１０４内には、燃料に着火するための点火プラグ１０５が取り付けられている。

また、エンジン１００の燃焼室１０４には、吸気弁１０６を介して吸気管１２０が接続され、排気弁１０７を介して排気管１４０が接続されている。
また吸気管１２０には、エンジン１００に供給される空気量を調整するスロットルバルブ１３０が設けられている。そして吸気管１２０は、インテークマニホールド１２１を介してエンジン１００の各気筒に接続されており、吸気管１２０内を通ってスロットルバルブ１３０により量が調整された空気は、このインテークマニホールド１２１を経て、エンジン１００の各気筒に分配供給される。

またインテークマニホールド１２１には、エンジン１００の気筒毎にインジェクタ１２２が設けられている。そして、インジェクタ１２２から噴射された燃料は、吸気管１２０からの空気と混合されて、エンジン１００の各気筒に供給される。

さらに、エンジン１００の各気筒では、吸気弁１０６の開閉に伴って混合気が燃焼室１０４に導入され、導入された混合気が点火プラグ１０５の点火により燃焼することで、ピストン１０２が押し下げられ、エンジン１００のクランク軸１０８へトルクが付与される。そして、燃焼後の排気ガスは、排気弁１０７の開閉に伴い、排気管１４０を経て外部に排出される。

またエンジン１００には、その運転状態を検出するためのセンサとして、エンジン１００の冷却水温を検出する水温センサ１０９と、エンジン１００のクランク軸１０８の回転角を検出するクランク角センサ１１０と、吸気管１２０を通ってエンジン１００に供給される空気量を検出するエアフロメータ１２３と、スロットルバルブ１３０の開度を検出するスロットル開度センサ１２４と、吸気管１２０内の圧力を検出する吸気圧センサ１２５と、排ガス中の酸素濃度からエンジン１００に供給された燃料混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１４１とが設けられている。

また、エンジン１００が搭載された車両には、アクセルペダル１６０の踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１６１が設けられている。
またＥＣＵ２は、エンジン１００を制御するための処理を実行するマイコン（マイクロコンピュータ）３と、マイコン３からの制御信号に従って各種アクチュエータを作動させる駆動回路４と、各種信号をマイコン３に入力させる入力回路５とを備えている。

そしてマイコン３には、水温センサ１０９からの信号、クランク角センサ１１０からの信号、エアフロメータ１２３からの信号、スロットル開度センサ１２４からの信号、吸気圧センサ１２５からの信号、空燃比センサ１４１からの信号、およびアクセル開度センサ１６１からの信号などが、入力回路５を介して入力される。入力回路５は、一般的なものであり、センサ信号等の信号を、アナログ・ディジタル変換を行う、ノイズ除去を行う、波形整形を行うなど所定の信号処理を施し、マイコン３にて処理可能な信号へ入力信号を変換する。

そしてマイコン３は、入力回路５を介して入力される上記各信号に基づいてエンジン１００の状態を検出するとともに、その検出結果に基づいて駆動回路４に制御信号を出力することにより、各気筒内の点火プラグ１０５、各気筒内のインジェクタ１２２、およびスロットルバルブ１３０の開度を変えるスロットルモータ１３１などの各種アクチュエータを制御してエンジン１００を作動させる。

さらにＥＣＵ２には、異常検出等の結果を運転者に報知する異常報知ランプ（ＭＩＬ；Ｍａｌｆｕｎｃｉｏｎ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ Ｌａｍｐ）１７０が駆動回路４を介して接続されている。そしてＥＣＵ２は、ＭＩＬ１７０に対して点灯信号を出力することにより、ＭＩＬ１７０を点灯させる。

スロットルバルブ１３０は、図２に示すように、回転軸１３２を中心に回転可能に構成されており、スロットルモータ１３１からの回転トルクが減速ギヤ１３３を介して回転軸１３２に伝達されることで、吸気管１２０内で開閉動作し、スロットル開度が変化する。

また回転軸１３２には、リターンスプリング１３４が取り付けられている。このリターンスプリング１３４は、リンプホーム走行が可能なエンジン出力が得られるように予め設定されたスロットル開度(以下、オープナ開度という)となるように回転軸１３２を付勢する。すなわち、スロットルモータ１３１への通電が停止して、回転トルクが回転軸１３２に伝達されなくなった場合であっても、スロットルバルブ１３０はオープナ開度に保持され、これにより、リンプホーム走行に必要な吸気量が確保される。

次に、スロットルバルブ１３０を制御するためにマイコン３が実行するスロットル制御処理を図３を用いて説明する。なお、このスロットル制御処理は、一定時間毎に繰り返し実行される処理である。

このスロットル制御処理が実行されると、マイコン３は、図３に示すように、まずＳ１０にて、リターンスプリング１３４の異常の判定を開始するために予め設定された異常判定開始条件が成立したか否かを判断する。本実施形態では、この異常判定開始条件は、以下の２つの条件の全てが成立することである。まず、第１の条件は、「スロットル開度が予め設定された静止判定時間（例えば、１秒）継続して変化しないこと」である。また、第２の条件は、「スロットル開度とオープナ開度との差が、予め設定された異常判定開始開度（例えば、５°）以上であること」である。

ここで、異常判定開始条件が成立していない場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｓ２０にて、通常時のスロットル制御に対応した目標スロットル開度を算出する。すなわち、アクセル開度センサ１６１からの信号が示すアクセル開度に応じたスロットル開度を目標スロットル開度として算出する。

そしてＳ３０にて、所定の制御ゲイン（比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ、微分ゲインＫｄ）を用いたフィードバック制御（ＰＩＤ制御）により、Ｓ２０で算出した目標スロットル開度と、スロットル開度センサ１２４からの信号が示すスロットル開度（以下、実スロットル開度ともいう）との偏差が０になるように、スロットルモータ１３１に対して要求する駆動トルク（以下、要求駆動トルクという）を算出し、この要求駆動トルクのトルク量を示す信号を駆動回路４に出力して、スロットル制御処理を一旦終了する。これにより、スロットルモータ１３１には、要求駆動トルクに対応した電流が流れ、スロットルモータ１３１がその電流値に対応した回転トルクを発生させる。そして、この回転トルクにより、減速ギヤ１３３を介してスロットルバルブ１３０を回転させることで、スロットル開度が目標スロットル開度に一致するようにスロットルバルブ１３０を動作させる。

なお、Ｓ３０のＰＩＤ制御では、比例項を（Ｋｐ・△θ）とし、積分項を（Ｋｉ・∫△θ）とし、微分項を（Ｋｄ・ｄ△θ／ｄｔ）として、下式（１）に基づいて、要求駆動トルクが算出される。

要求駆動トルク ＝ Ｋｐ・△θ＋Ｋｉ・∫△θ＋Ｋｄ・ｄ△θ／ｄｔ …（１）
ところで、要求駆動トルクの積分項（Ｋｉ・∫△θ）を決定する積分ゲインＫｉは、目標スロットル開度と実スロットル開度との偏差を小さくするように働く。したがって、この積分ゲインＫｉを大きい値に固定すると、実スロットル開度が目標スロットル開度付近に収束した際、実スロットル開度を目標スロットル開度に一致させることができるものの、実スロットル開度と目標スロットル開度との偏差が大きいときには、この大きな偏差を蓄積することになるため、積分項が大きくなりすぎ、実スロットル開度が目標スロットル開度付近で大きくハンチングして、実スロットル開度を目標スロットル開度に収束させるのに時間がかかる。

そこで、Ｓ３０のＰＩＤ制御では、実スロットル開度と目標スロットル開度との偏差が、実スロットル開度が目標スロットル開度付近であることを示す予め設定された偏差判定値以上である場合には、積分ゲインＫｉを第１所定値に設定する一方、偏差が偏差判定値未満である場合には、積分ゲインＫｉを第１所定値より大きい第２所定値に設定する。これにより、上記ハンチングの発生を抑制する。

次にＳ１０にて、異常判定開始条件が成立した場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ４０にて、リターンスプリング１３４に異常が発生しているか否かを判定するリターンスプリング異常判定処理を実行する。

具体的には、後述のＳ６０の処理で算出された要求駆動トルクの積分項のうちで最も遅く算出されたものを抽出し、抽出した積分項の値が、予め設定された異常判定値未満である場合に、リターンスプリング１３４に異常が発生していると判定する。

以下に、リターンスプリング１３４の異常を、積分項の値が異常判定値未満であるか否かによって判定することができる理由を説明する。
スロットルバルブ１３０の位置制御を行うには、スロットルモータ１３１を加速および減速させるトルクの制御だけではなく、リターンスプリング１３４の付勢力に抗してスロットルモータ１３１を静止させるトルク、すなわちリターンスプリング１３４の付勢力と釣り合うトルクを補償する制御（以下、負荷トルク補償制御ともいう）を行う必要がある。そして本実施形態では、ＰＩＤ制御により要求駆動トルクを算出しているため、要求駆動トルクの積分項が、負荷トルク補償制御を担うこととなる。すなわち、リターンスプリング１３４の付勢力が大きくなるほど、要求駆動トルクの積分項も大きくなる。

そして、リターンスプリング１３４の付勢力は、図４に示すように、オープナ開度で０となるように構成されている。さらに、リターンスプリング１３４の付勢力は、スロットル開度がオープナ開度付近である場合には、スロットル開度の変化に対する変化量が大きく、スロットル開度とオープナ開度との差が所定値以上である場合には、スロットル開度の変化に対する変化量が小さくなる。すなわち、スロットル開度とオープナ開度との差が所定値以上である場合には、要求駆動トルクの積分項は、スロットル開度に対する変化量が小さい値となる。

一方、リターンスプリング１３４が折損している場合には、スロットル開度にかかわらず、リターンスプリング１３４の付勢力は０となる。すなわち、リターンスプリング１３４が折損している場合における要求駆動トルクの積分項は、リターンスプリング１３４の正常時における要求駆動トルクの積分項と比較して、リターンスプリング１３４の正常時における付勢力に対応した値分、小さくなる。

したがって、リターンスプリング１３４が折損している場合に算出される積分項の値より大きく、且つ、リターンスプリング１３４の正常時に算出される積分項より小さい値を、上記の異常判定値として設定することにより、リターンスプリング１３４の異常を判定することができる。

なおマイコン３は、例えば図４に示すようにリターンスプリング１３４の付勢力とスロットル開度との対応関係を示す付勢力マップのデータを記憶している。この付勢力マップのデータは、スロットルバルブ１３０の図面または実機による計測により取得される。

さらにマイコン３は、エンジン１００の冷却水温と異常判定比率（後述）との対応関係を示す判定比率マップのデータとを記憶している。この判定比率マップでは、エンジン１００の冷却水温が高くなるほど異常判定比率が低くなるように設定されている。例えば、冷却水温が０℃の場合の異常判定比率は５０％、冷却水温が８０℃の場合の異常判定比率は１０％である。

そしてＳ４０では、スロットル開度センサ１２４により検出されたスロットル開度に対応するリターンスプリング１３４の付勢力（以下、異常判定用付勢力という）を付勢力マップを参照して算出するとともに、水温センサ１０９により検出された冷却水温に対応する異常判定比率を判定比率マップを参照して算出する。その後、算出した異常判定用付勢力と異常判定比率とを乗算した値を上記の異常判定値に設定する。このため、同一のスロットル開度で比較すると、冷却水温が高くなるほど異常判定値が小さくなる。これは、凍結が発生し得る低温時には要求駆動トルクの積分項が、高温時よりも大きくなる可能性があるためである。

その後、上述したように、抽出した積分項の値が異常判定値未満である場合に、リターンスプリング１３４に異常が発生していると判定する。
そしてＳ４０の処理が終了すると、図３に示すように、Ｓ５０にて、Ｓ４０のリターンスプリング異常判定処理で、リターンスプリング１３４が異常であると判定されたか否かを判断する。ここで、リターンスプリング１３４が異常ではない場合には（Ｓ５０：ＮＯ）、Ｓ６０にて、Ｓ２０と同様にして、通常時のスロットル制御に対応した目標スロットル開度を算出し、さらにＳ７０にて、Ｓ３０と同様のフィードバック制御を実行し、スロットル制御処理を一旦終了する。

一方、リターンスプリング１３４が異常である場合には（Ｓ５０：ＹＥＳ）、Ｓ８０にて、異常時のスロットル制御に対応した目標スロットル開度を算出する。具体的には、オープナ開度を目標スロットル開度として算出する。

そしてＳ９０にて、所定の制御ゲイン（比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ、微分ゲインＫｄ）を用いたフィードバック制御（ＰＩＤ制御）により、Ｓ８０で算出した目標スロットル開度と、スロットル開度センサ１２４からの信号が示すスロットル開度（実スロットル開度）との偏差が０になるように、要求駆動トルクを算出する。

なおＳ９０では、Ｓ３０とは異なる制御ゲイン（比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ、微分ゲインＫｄ）が適用されており、これらの制御ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄは、Ｓ３０での制御ゲインと比較して、スロットル制御の応答性よりも安定性を重視するように設定されている。

その後Ｓ１００にて、ＭＩＬ１７０へ点灯信号を出力して、スロットル制御処理を一旦終了する。
このように構成されたエンジン制御システム１では、エンジン１００に供給される空気量を調整するスロットルバルブ１３０と、スロットルバルブ１３０を作動させるスロットルモータ１３１と、リンプホーム走行が可能となるように予め設定されたオープナ開度へスロットルバルブ１３０を戻すための付勢力をスロットルバルブ１３０に与えるリターンスプリング１３４と、スロットルモータ１３１を駆動することによりスロットルバルブ１３０を制御するＥＣＵ２とを有し、スロットルバルブ１３０の目標開度（目標スロットル開度）を決定し（Ｓ６０）、決定された目標スロットル開度と、スロットルバルブ１３０の開度（実スロットル開度）とが一致するように、比例項と積分項と微分項との和で表される要求駆動トルクを算出し、要求駆動トルクに基づいてスロットルバルブ１３０を制御するＰＩＤ制御を実行する（Ｓ７０）。

そして、ＰＩＤ制御により算出された積分項が、予め設定された異常判定値未満であるか否かを判断し（Ｓ４０）、積分項が異常判定値未満であると判断した場合に（Ｓ５０：ＹＥＳ）、フェールセーフ処理として、実スロットル開度がオープナ開度に一致するようにフィードバック制御を実行する（Ｓ８０，Ｓ９０）。

これにより、車両の走行中において、スロットルバルブ１３０を作動させるスロットルモータ１３１を停止させることなく、リターンスプリング１３４の異常を検出することができる。

なお、リターンスプリング１３４の付勢力のデータ（付勢力マップのデータ）は、スロットルバルブ１３０の図面または実機による計測により取得されているため、適切な異常判定値を設定することができ、精度の高い異常検出を実現することができる。

また、スロットルバルブ１３０は、凍結防止のために、エンジン１００の冷却水により保温されるように構成されており、スロットルバルブ１３０の温度に応じて摩擦力およびスロットルモータ１３１の特性等が変動し、要求駆動トルクの積分項も変動する。このため、異常判定値がエンジン１００の冷却水温に応じて変更されることにより、精度の高い異常検出を実現することができる。

また、「スロットル開度が予め設定された静止判定時間継続して変化しないこと」および「スロットル開度が、オープナ開度付近であることを示す予め設定された範囲外であること」の２つの条件の全てが成立すると（Ｓ１０：ＹＥＳ）、リターンスプリング１３４に異常が発生したか否かの判断（Ｓ４０）を開始する。

これにより、リターンスプリング１３４に異常が発生したか否かを判断することが適切ではない状況において、異常判断を禁止することが可能となり、精度の高い異常検出を実現することができる。

なお、実スロットル開度がオープナ開度付近である場合には、実スロットル開度の変化に対するリターンスプリング１３４の付勢力の変化が、実スロットル開度がオープナ開度付近ではない場合と比較して非常に大きいため、リターンスプリング１３４に異常が発生したか否かを判断することが適切ではない状況である。また、実スロットル開度が変化している状況では、要求駆動トルクの積分項も変動するため、リターンスプリング１３４に異常が発生したか否かを判断することが適切ではない状況である。

また、リターンスプリング１３４が異常であると判定された場合には（Ｓ４０：ＹＥＳ）、フェールセーフ処理として、実スロットル開度がオープナ開度に一致するようにフィードバック制御し（Ｓ８０，Ｓ９０）、このフィードバック制御は、リターンスプリング１３４が異常ではない場合におけるスロットル開度のフィードバック制御（Ｓ７０）と異なる。これにより、リターンスプリング１３４が異常でない場合と、リターンスプリング１３４が異常である場合のそれぞれの状況に応じた適切なフィードバック制御を行うことができる。なお本実施形態では、リターンスプリング１３４が異常でない場合には、実スロットル開度が目標スロットル開度に短期間で一致するようにするために追従性を重視したフィードバック制御を実行する一方、リターンスプリング１３４が異常である場合には、実スロットル開度が確実にオープナ開度に一致するようにするために安定性を重視したフィードバック制御を実行する。

以上説明した実施形態において、エンジン制御システム１は本発明におけるスロットル制御システム、ＥＣＵ２は本発明におけるスロットルバルブ制御装置、エンジン１００は本発明における内燃機関、スロットルモータ１３１は本発明におけるアクチュエータ、リターンスプリング１３４は本発明における付勢部材である。

また、Ｓ６０の処理は本発明における目標開度決定手段および目標開度決定手順、Ｓ７０の処理は本発明におけるＰＩＤ制御手段およびＰＩＤ制御手順、Ｓ４０の処理は本発明における異常判断手段および異常判断手順、Ｓ８０，Ｓ９０の処理は本発明におけるフェールセーフ手段およびフェールセーフ手順、Ｓ１０の処理は本発明における異常判定開始手段である。

また、要求駆動トルクは本発明における制御量、要求駆動トルクの積分項の値が異常判定値未満であることは本発明における異常判定条件である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。

例えば上記実施形態では、エンジンの冷却水温に応じて異常判定値を変化させるものを示した。しかし、リターンスプリング１３４に異常が発生しているか否か判定するために設定される異常判定時間を車両の状態に応じて変化させるようにしてもよい。

例えば、要求駆動トルクの積分項が異常判定値未満である状態が予め設定された異常判定時間継続すると、「リターンスプリング１３４に異常が発生している」と判定する場合において、車両に搭載されたバッテリの電圧に応じて上記の異常判定時間を変化させるようにするとよい。具体的には、例えば、バッテリ電圧が１２．５Ｖ，１３．５Ｖ，１４．０Ｖである場合にそれぞれ、異常判定時間を２０００ｍｓ，１００ｍｓ，５０ｍｓに設定する。バッテリの電圧に応じて異常判定時間を変化させるのは、例えば、車両内での電力消費が増大してバッテリ電圧が安定しない状態では、スロットルモータ１３１の駆動トルクが変動し、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）で算出される要求駆動トルクが安定しないためである。

また上記実施形態では、リターンスプリング１３４が異常である場合に（Ｓ５０：ＹＥＳ）、実スロットル開度をオープナ開度に一致するようにフィードバック制御する（Ｓ８０，Ｓ９０）ことによりリンプホーム走行を行うものを示した。しかし、リターンスプリング１３４が異常である場合にリンプホーム走行を行うために、リターンスプリング１３４が異常でない場合と比較して、エンジン１００の点火時期を遅らせる点火遅角制御を実行することによりエンジン１００の出力を低下させるようにしてもよいし、燃料供給する気筒を減少させることによりエンジン１００の出力を低下させるようにしてもよい。また、リターンスプリング１３４が異常である場合に、エンジン１００を停止するようにしてもよい。

また上記実施形態では、スロットルバルブ１３０と、スロットルバルブ１３０を制御するマイコン３とを含む制御システムを示した。しかし、スロットルバルブ１３０と、スロットルバルブ１３０を作動させるスロットルモータ１３１と、スロットルモータ１３１を制御するマイコンとを備えるスロットル装置において、このマイコンに、図３に示すスロットル制御処理を実行させるようにしてもよい。

１…エンジン制御システム、２…ＥＣＵ、３…マイコン、４…駆動回路、５…入力回路、１００…エンジン、１０１…シリンダ、１０２…ピストン、１０３…シリンダヘッド、１０４…燃焼室、１０５…点火プラグ、１０６…吸気弁、１０７…排気弁、１０８…クランク軸、１０９…水温センサ、１１０…クランク角センサ、１２０…吸気管、１２１…インテークマニホールド、１２２…インジェクタ、１２３…エアフロメータ、１２４…スロットル開度センサ、１２５…吸気圧センサ、１３０…スロットルバルブ、１３１…スロットルモータ、１３２…回転軸、１３３…減速ギヤ、１３４…リターンスプリング、１４０…排気管、１４１…空燃比センサ、１６０…アクセルペダル、１６１…アクセル開度センサ

Claims (12)

1. 内燃機関のスロットルバルブと、前記スロットルバルブを作動させるアクチュエータと、リンプホーム走行が可能となるように予め設定された開度であるオープナ開度へ前記スロットルバルブを戻すための付勢力を前記スロットルバルブに与える付勢部材と、前記アクチュエータを駆動することにより前記スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御装置とを有するスロットル制御システムであって、
   前記スロットルバルブの目標開度である目標スロットル開度を決定する目標開度決定手段と、
   前記目標開度決定手段により決定された前記目標スロットル開度と、前記スロットルバルブの開度である実スロットル開度とが一致するように、比例項と積分項と微分項との和で表される制御量を算出し、前記制御量に基づいて前記スロットルバルブを制御するＰＩＤ制御を実行するＰＩＤ制御手段と、
   前記ＰＩＤ制御手段により算出された前記積分項の値に基づいて、前記付勢部材に異常が発生したか否かを判断するために予め設定された異常判定条件が成立したか否かを判断する異常判断手段と、
   前記異常判定条件が成立したと前記異常判断手段が判断した場合に、予め設定されたフェールセーフ処理を実行するフェールセーフ手段と、
   予め設定された異常判定開始条件が成立すると、前記異常判定条件が成立したか否かの判断を前記異常判断手段に開始させる異常判定開始手段とを備え、
   前記異常判定開始条件は、
   前記実スロットル開度が、予め設定された静止判定時間継続して変化しないことである
   ことを特徴とするスロットル制御システム。
2. 前記異常判定条件は、
   前記ＰＩＤ制御手段により算出された前記積分項の値が、予め設定された異常判定値未満であることである
   ことを特徴とする請求項１に記載のスロットル制御システム。
3. 前記付勢部材が折損している場合に算出される前記積分項の値より大きく、且つ、前記付勢部材の正常時に算出される前記積分項より小さい値を、前記異常判定値とする
   ことを特徴とする請求項２に記載のスロットル制御システム。
4. 前記異常判定条件は、
   前記スロットルバルブが搭載されている車両の状態に応じて変更される
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のスロットル制御システム。
5. 前記車両の状態は、前記内燃機関の冷却水温である
   ことを特徴とする請求項４に記載のスロットル制御システム。
6. 前記ＰＩＤ制御手段は、
   前記実スロットル開度が前記目標スロットル開度付近である場合には、前記実スロットル開度が前記目標スロットル開度付近でない場合と比較して、前記積分項の値が大きくなるように前記積分項を算出する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のスロットル制御システム。
7. 前記フェールセーフ手段は、
   前記フェールセーフ処理として、前記実スロットル開度が前記オープナ開度に一致するようにフィードバック制御し、
   前記フィードバック制御は、前記ＰＩＤ制御手段が実行するＰＩＤ制御とは異なる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のスロットル制御システム。
8. 前記フェールセーフ手段は、
   前記フェールセーフ処理として、前記異常判定条件が成立していない場合と比較して、前記内燃機関の点火時期を遅らせる点火遅角制御を実行することにより、前記内燃機関の出力を低下させる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のスロットル制御システム。
9. 前記内燃機関は複数の気筒で構成されており、
   前記フェールセーフ手段は、
   前記フェールセーフ処理として、前記異常判定条件が成立していない場合と比較して、燃料供給する前記気筒を減少させることにより、前記内燃機関の出力を低下させる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のスロットル制御システム。
10. 内燃機関のスロットルバルブを作動させるアクチュエータを駆動することにより、リンプホーム走行が可能となるように予め設定された開度であるオープナ開度へ前記スロットルバルブを戻すための付勢力を前記スロットルバルブに与える付勢部材が取り付けられた前記スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御装置であって、
    前記スロットルバルブの目標開度である目標スロットル開度を決定する目標開度決定手段と、
    前記目標開度決定手段により決定された前記目標スロットル開度と、前記スロットルバルブの開度である実スロットル開度とが一致するように、比例項と積分項と微分項との和で表される制御量を算出し、前記制御量に基づいて前記スロットルバルブを制御するＰＩＤ制御を実行するＰＩＤ制御手段と、
    前記ＰＩＤ制御手段により算出された前記積分項の値に基づいて、前記付勢部材に異常が発生したか否かを判断するために予め設定された異常判定条件が成立したか否かを判断する異常判断手段と、
    前記異常判定条件が成立したと前記異常判断手段が判断した場合に、予め設定されたフェールセーフ処理を実行するフェールセーフ手段と、
    予め設定された異常判定開始条件が成立すると、前記異常判定条件が成立したか否かの判断を前記異常判断手段に開始させる異常判定開始手段とを備え、
    前記異常判定開始条件は、
    前記実スロットル開度が、予め設定された静止判定時間継続して変化しないことである
    ことを特徴とするスロットルバルブ制御装置。
11. 内燃機関のスロットルバルブと、前記スロットルバルブを作動させるアクチュエータと、リンプホーム走行が可能となるように予め設定された開度であるオープナ開度へ前記スロットルバルブを戻すための付勢力を前記スロットルバルブに与える付勢部材とを有し、前記アクチュエータを駆動することにより前記スロットルバルブを制御するスロットル装置であって、
    前記スロットルバルブの目標開度である目標スロットル開度を決定する目標開度決定手段と、
    前記目標開度決定手段により決定された前記目標スロットル開度と、前記スロットルバルブの開度である実スロットル開度とが一致するように、比例項と積分項と微分項との和で表される制御量を算出し、前記制御量に基づいて前記スロットルバルブを制御するＰＩＤ制御を実行するＰＩＤ制御手段と、
    前記ＰＩＤ制御手段により算出された前記積分項の値に基づいて、前記付勢部材に異常が発生したか否かを判断するために予め設定された異常判定条件が成立したか否かを判断する異常判断手段と、
    前記異常判定条件が成立したと前記異常判断手段が判断した場合に、予め設定されたフェールセーフ処理を実行するフェールセーフ手段と、
    予め設定された異常判定開始条件が成立すると、前記異常判定条件が成立したか否かの判断を前記異常判断手段に開始させる異常判定開始手段とを備え、
    前記異常判定開始条件は、
    前記実スロットル開度が、予め設定された静止判定時間継続して変化しないことである
    ことを特徴とするスロットル装置。
12. 内燃機関のスロットルバルブを作動させるアクチュエータを駆動することにより、リンプホーム走行が可能となるように予め設定された開度であるオープナ開度へ前記スロットルバルブを戻すための付勢力を前記スロットルバルブに与える付勢部材が取り付けられた前記スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御方法であって、
    前記スロットルバルブの目標開度である目標スロットル開度を決定する目標開度決定手順と、
    前記目標開度決定手順により決定された前記目標スロットル開度と、前記スロットルバルブの開度である実スロットル開度とが一致するように、比例項と積分項と微分項との和で表される制御量を算出し、前記制御量に基づいて前記スロットルバルブを制御するＰＩＤ制御を実行するＰＩＤ制御手順と、
    前記ＰＩＤ制御手順により算出された前記積分項の値に基づいて、前記付勢部材に異常が発生したか否かを判断するために予め設定された異常判定条件が成立したか否かを判断する異常判断手順と、
    前記異常判定条件が成立したと前記異常判断手順が判断した場合に、予め設定されたフェールセーフ処理を実行するフェールセーフ手順と、
    予め設定された異常判定開始条件が成立すると、前記異常判定条件が成立したか否かの判断を前記異常判断手順に開始させる異常判定開始手順とを備え、
    前記異常判定開始条件は、
    前記実スロットル開度が、予め設定された静止判定時間継続して変化しないことである
    ことを特徴とするスロットルバルブ制御方法。