内燃機関の制御装置
【課題】退避走行をしつつも、運転者の意図に合わせて車速制御を可能とし、ドライバビリティの低下を抑制する内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】アクセル開度センサと、スロットルバルブと、スロットルバルブ開度センサと、スロットルバルブを駆動するアクチュエータと、アクチュエータの非作動状態時に前記スロットルバルブの開度を所定開度に戻すリターンスプリング、を備えた内燃機関の制御装置であって、制御装置は、リターンスプリング及び前記スロットルバルブ開度センサの故障を判定する故障判定手段と、前記アクセル開度と車速との相関マップから目標車速を算出する目標車速算出手段と、を備え、リターンスプリングが故障していないと判定し、かつ、ストッルバルブ開度センサが故障であると判定する判定条件が成立したときに、目標車速を算出し、目標車速に基づいて前記スロットルバルブを駆動させ、前記内燃機関の制御を行なう。
【解決手段】アクセル開度センサと、スロットルバルブと、スロットルバルブ開度センサと、スロットルバルブを駆動するアクチュエータと、アクチュエータの非作動状態時に前記スロットルバルブの開度を所定開度に戻すリターンスプリング、を備えた内燃機関の制御装置であって、制御装置は、リターンスプリング及び前記スロットルバルブ開度センサの故障を判定する故障判定手段と、前記アクセル開度と車速との相関マップから目標車速を算出する目標車速算出手段と、を備え、リターンスプリングが故障していないと判定し、かつ、ストッルバルブ開度センサが故障であると判定する判定条件が成立したときに、目標車速を算出し、目標車速に基づいて前記スロットルバルブを駆動させ、前記内燃機関の制御を行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子制御式スロットル装置を備えた内燃機関の制御装置に係り、特に前記スロットル装置のスロットルバルブの位置制御を好適に行う内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の吸入空気量を最適に制御すべく、電子制御式のスロットル装置（電子制御スロットル装置）が使用されている。該スロットル装置は、スロットルバルブと、該スロットルバルブを駆動する電動式の駆動モータなどのアクチュエータとを備えており、制御装置によってアクチュエータを作動させることにより、スロットルバルブを駆動して、スロットルバルブの位置制御を行なっている。
【０００３】
例えば、このようなスロットルバルブの位置制御として、スロットルバルブ開度指令（目標スロットル開度）とスロットルバルブ現在開度（検出スロットル開度）の偏差を用いたＰＩＤ制御や、特許文献１に開示されるようなモデルマッチング方式の制御が提案されている。いずれの制御も、スロットルバルブ開度センサにより検出された検出スロットル開度が、制御装置により演算された目標スロットル開度と一致するように、スロットルバルブをフィードバック制御するものである。
【０００４】
また、このような制御対象となる電子制御スロットル装置として、図２に示すようなスロットル装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。具体的には、電子制御スロットル装置５０は、スロットルバルブ５１とＤＣモータ（アクチュエータ）５２とを備えており、これらは減速ギア５３（あるいはなんらかのリンク機構）により間接的に連結されている。また、スロットルバルブ５１は３６０度回転するわけではなく、最低空気量に調整できるように全閉点を設けてあり、そのためのストッパ（図示せず）が設けられている。このストッパはスロットルバルブ５１と電子スロットル本体とのクリアランスで実現される場合や、スロットルバルブ５１のシャフト（図示せず）、もしくはＤＣモータ５２とスロットルバルブ５１の連結部分に設けられる場合がある。
【０００５】
一方、スロットルバルブ５１にはスロットルバルブ開度センサ５４が取り付けられており、スロットルバルブ開度センサ５４は、スロットルバルブ５１の現時点におけるスロットルバルブ開度を検出している。
【０００６】
そして、前述したフィードバック制御をすべく、ＤＣモータ５２は、検出されたスロットルバルブ開度が目標スロットルバルブ開度となるように、モータ駆動電圧あるいはモータ駆動電流が入力されることにより作動し、これにより連結されたスロットルバルブ５１を駆動させる。
【０００７】
さらに、電子制御スロットル装置５０は、ＤＣモータ５２の非作動状態時にスロットルバルブ５１の開度を所定開度に戻すリターンスプリング５５を備えたデフォルト機構を有している。具体的には、図３に示すように、デフォルト機構は、スロットルバルブ５１が開く方向の開方向のリターンスプリングトルクと、スロットルバルブ５１が閉じる方向の閉方向のリターンスプリングトルクを釣り合わせることにより、ＤＣモータ５２に駆動電圧がかかっていない場合（すなわちＤＣモータ５２が非作動状態時）、スロットルバルブ５１を開方向と閉方向のリターンスプリングトルクが中立であるデフォルト位置に固定する機構である。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１５８７６４号公報
【特許文献２】特開２００７−１３８７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、図２に示す電子制御スロットル装置５０は、デフォルト機構を有することにより、例えば、スロットルバルブ開度センサ５４の異常が発生し、目標スロットル開度どおりにスロットルバルブが制御できない場合には、例えばモータ駆動電圧を０にする（モータ駆動電圧を遮断する）ことにより、スロットルバルブ開度を強制的に前記所定開度に固定して、所定の吸入空気量を確保することができ、車両を退避させるべく退避走行が可能となる。
【００１０】
しかし、スロットルバルブ５１を所定開度となるように、リターンスプリング５５により、デフォルト位置に固定し、車両が退避走行モードに陥った場合には、車両動作はドライバのアクセル要求や車速制御装置の指令には応答しない。この結果、車両のドライバビリティの低下を招く結果となる。
【００１１】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スロットルバルブセンサが異常時に退避走行をしつつも、運転者の加減速要求に合わせて車両の車速制御を可能とし、車両のドライバビリティの低下を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解消すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、アクセル開度を検出するアクセル開度センサと、スロットルバルブと、該スロットルバルブの開度を検出するスロットルバルブ開度センサと、前記スロットルバルブを駆動するアクチュエータと、該アクチュエータの非作動状態時に前記スロットルバルブの開度を所定開度に戻すリターンスプリングと、を備えた車両用の内燃機関の制御装置であって、該制御装置は、前記リターンスプリング及び前記スロットルバルブ開度センサの故障を判定する故障判定手段と、前記アクセル開度と車速との相関マップから前記車両の目標車速を算出する目標車速算出手段と、を備え、前記故障判定手段が、前記リターンスプリングが故障していないと判定し、かつ、ストッルバルブ開度センサが故障していると判定した場合には、前記目標車速となるように前記アクチュエータを作動させて、前記スロットルバルブを駆動する制御を行なうことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、スロットルバルブ開度センサの故障により、該センサの検出値であるスロットルバルブ開度に基づいて、スロットルバルブの駆動制御が行なえないような退避走行モードとなった場合であっても、運転者のアクセルの踏込みに相当するアクセル開度と車速との相関マップから目標車速を算出して、該目標車速となるように前記スロットルバルブを駆動させる制御を行い、該スロットルバルブを駆動させる量すなわちスロットルバルブ開度に基づいて燃料噴射量を決定し、前記内燃機関の制御を行なうので、退避走行をしつつも、運転者の意図に合わせて車両の車速制御を可能とし、運転者のドライバビリティの低下を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記故障判定手段が、前記アクチュエータの故障をさらに判定し、前記アクチュエータが故障していないと判定したときに、前記アクチュエータを作動させて、前記スロットルバルブを駆動することがより好ましい。また、本発明によれば、アクチュエータの故障を判定してから前記スロットルバルブを駆動させるので、より信頼性の高い退避走行を行なうことができる。
【００１５】
また、アクチュエータが故障していると判定した場合には、アクチュエータを非作動状態に制御することがより好ましい。この結果、リターンプリングにより、スロットルバルブは強制的に前記所定の開度となり、より確実にフェールセーフによる退避走行を実現することができる。
【００１６】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、車速を検出する車速検出手段を備えており、前記検出した車速と、前記目標車速との偏差に基づいて、前記アクチュエータを作動させて、前記スロットルバルブを駆動することがより好ましい。本発明によれば、検出車速と目標車速の偏差に基づいて、スロットルバルブ開度のフィードバック制御を行なうことができる。
【００１７】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記相関マップの車速が、平坦地走行時相当の車速であることがより好ましく、前記制御装置は、前記相関マップとして、変速機の変速段数ごとの複数の相関マップを備え、前記目標車速算出手段は、前記変速段数に応じて前記複数の相関マップから選択して、前記目標車速を算出することがより好ましい。
【００１８】
本発明によれば、前記目標車速の算出を、前記アクセル開度と平坦地走行時相当の車速との相関マップを用いて行うので、より安全な車速の制御を行なうことができる。なお、この平坦地走行時相当の車速とは、所定のアクセル開度となったときに、車両を平坦地において走行させたときの車速であり、走行抵抗に基づいて計測または算出された車速のことをいう。さらに、本発明によれば、変速機の変速段数ごとの複数の相関マップを備えることにより、より安全かつ確実に、運転者のドライバビリティの低下を抑制することができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る内燃機関の制御装置は、運転者から前記車両への減速要求を検出する減速要求検出手段を備え、前記減速要求を検出し、かつ、前記所定開度以上の前記スロットルバルブを開方向に駆動しようとする場合には、前記アクチュエータを前記非作動状態に制御することがより好ましく、前記減速要求検出手段の前記減速要求は、運転者により前記車両のブレーキ装置を作動させる要求、または、運転者により前記アクセル開度を減速方向に変化させる要求、であることがより好ましい。本発明によれば、運転者の減速要求されたときに、アクチュエータを前記非作動状態に制御するので、リターンスプリングによりスロットルバルブが所定の開度となる。この結果、車速が加速することなく、搭乗者の安全性を確保することができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記所定開度以上のスロットルバルブを開方向に駆動しようとする場合で、かつ、車両の加速度が所定値以上、車速が所定値以上、又は内燃機関の回転数が所定値以上の場合には、前記アクチュエータを前記非作動状態に制御することがより好ましい。本発明によれば、上記車速、内燃機関の回転数、又は車両の加速度を所定以下のときに、アクチュエータを前記非作動状態にすることにより、上記と同様に安全性を確保することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、退避走行すべきフェールセーフモード時においても、運転者のアクセル操作により車両の加減速の動作が可能となり、車両のドライバビリティを向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の制御装置を実施形態に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る内燃機関及びその制御装置の全体構成図を示す。内燃機関１０は、多気筒エンジン、例えば、＃１〜＃４の４つの気筒を有する直列４気筒エンジンであって、シリンダ１１と、このシリンダ１１内に摺動自在に嵌挿されたピストン１２とを有し、該ピストン１２の上方には燃焼室１３が画成される。燃焼室１３には、点火コイル３１から高電圧が印加される点火プラグ３２が配設されている。また、ピストン１２に連結されたクランク軸４２にはクランク角度センサ２１が設けられている。クランク角度センサ２１は単位クランク角ごとのポジション信号・角度基準信号として検出し、コントロールユニット１００に入力されるように接続されている。
【００２４】
一方、内燃機関１０の吸気経路１４には、吸入空気量を検出するための空気流量計２２、及び、内燃機関１０の吸入空気量を制御するための電子制御スロットル装置５０が設けられており、該電子制御スロットル装置５０のスロットルバルブ５１のスロットルバルブ開度を検出するスロットルバルブ開度センサ５４が設けられている。また、シリンダ１１の吸気ポート１６の上流には燃料噴射弁３３が設けられており、吸気バルブ３４に向けて燃料を噴射するように配設されている。さらに、内燃機関１０の排気経路１７には、排気中の特定成分、例えば酸素を計測することにより、混合気の空燃比を計測する酸素量濃度センサ２３が設けられ、混合気の空燃比を計測し、該空燃費の信号をコントロールユニット１００へ入力されるように接続されている。
【００２５】
さらに、運転者の加減速要求を検出すべく、アクセル開度センサ２４がアクセルペダル４１を介して配設されている。アクセル開度センサ２４は、運転者の意図であるアクセル踏み込み量に相当するアクセル開度を検出し、この検出結果であるアクセル開度の検出信号を、コントロールユニット１００へ入力されるように接続されている。
【００２６】
また、ブレーキスイッチ２５が、ブレーキペダルを介して配設されている。ブレーキスイッチ２５は、運転者の意図であるブレーキ操作を検出し、運転者の減速要求となるブレーキ操作の検出信号をコントロールユニット１００に入力されるように接続されている。また、車輪速度（車両の速度）を検出する車速センサ２６が、ドライブシャフトに配設されており、検出結果である車速の検出信号をコントロールユニット１００に入力されるように接続されている。さらに、クランク軸４２に間接的に連結されて、車輪に動力を伝達する変速機（図示せず）が設けられており、該変速機には、その変速段数を検出する位置センサ（図示せず）が設けられている。
【００２７】
そして、前記内燃機関１０において、各シリンダに導入されて燃料の燃焼に供せられる空気は、エアクリーナ１９をとおり、空気流量計２２によって吸入された空気の量は吸入空気量として計量され、コントロールユニット（制御装置）１００に入力される。さらに、吸入される空気は、電子制御スロットル装置５０を通ることにより制御される。さらに、吸入空気量が制御された空気と燃料噴射弁３３から噴射された燃料との混合気は、吸気バルブ３４を介して、燃焼室１３内に導入される。導入された混合気は、点火プラグ３２により点火されて、爆発燃焼せしめられる。燃焼したガス（排ガス）は、排気バルブ３５から排出され、さらに排気経路１７を通過して外部に排出される。
【００２８】
コントロールユニット（内燃機関の制御装置）１００は、後述する吸入空気量に基づく車速の制御等を行うべく演算処理を行うＣＰＵ１０１、制御プログラムと制御用データが記憶される読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１０２、制御用変数等が記憶される書き込み可能なメモリ（ＲＡＭ）１０３、及び入出力回路１０４を備えている。
【００２９】
そして、前述したクランク角度センサ２１、空気流量計２２、酸素量濃度センサ２３、ブレーキスイッチ２５、車速センサ２６、アクセル開度センサ２４、スロットルバルブ開度センサ５４、及び、位置センサ等で検出された検出信号は、コントロールユニット１００の入出力回路１０４を介してＣＰＵ１０１に入力され、コントロールユニット１００は、これらの入力信号より燃料噴射量、点火時期、スロットル開度等を演算し、それぞれの演算値となる制御信号は、電子制御スロットル装置５０（具体的には後述するＤＣモータ（アクチュエータ）５２）、燃料噴射弁３３、点火コイル３１等に出力される。
【００３０】
図２は、前述した電子制御スロットルの構造を示した図である。電子制御スロットル装置５０は、内燃機関の吸入空気量を制御するスロットルバルブ５１と、スロットルバルブ５１の開度を検出するスロットルバルブ開度センサ５４と、スロットルバルブ５１を駆動するＤＣモータ（アクチュエータ）５２と、ＤＣモータの非作動状態時にスロットルバルブの開度を所定開度に戻すリターンスプリング５５を備えたデフォルト機構と、を少なくとも備えている。
【００３１】
具体的には、スロットルバルブ５１とＤＣモータ（アクチュエータ）５２とは、減速ギア５３又はリンク機構等を介して連結されており、ＤＣモータ５２に、モータ駆動電圧あるいはモータ駆動電流を与えることによりＤＣモータ５２を作動させて、減速ギア５３を介してスロットルバルブ５１を駆動するように構成されている。また、スロットルバルブ５１にはスロットルバルブ開度センサ５４が取り付けられている。
【００３２】
さらに、デフォルト機構は、具体的には、スロットルバルブ５１の開き方向のリターンスプリングトルクと閉じ方向のリターンスプリングトルクを釣り合わせることにより、ＤＣモータ５２にモータ駆動電圧がかかっていない場合、スロットルバルブ５１を中立位置に固定する機構である。この中立位置において、スロットルバルブ５１は所定開度に保持される。なお、スロットルバルブ５１は３６０度回転するわけではなく、最低空気量に調整できるように全閉点を設けてあり、従来技術として前記した如きストッパが設けられている。
【００３３】
図３は、スロットルバルブ５１の開度とＤＣモータ５２のモータ駆動電圧との関係を示した図である。図３に示すように、電子制御スロットル装置５０は、リターンスプリング５５を含むデフォルト機構を備えることにより、モータ駆動電圧が０Ｖ、すなわち、ＤＣモータ５２を非作動状態にしたときに、スロットルバルブ５１は、所定のバルブ開度に保持される。これにより、電子制御スロットル装置５０の機能異常が検知された（例えば、スロットルバルブ開度センサ５４に異常が検出された）場合には、制御装置１００は、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御して、リターンスプリング５５によりスロットルバルブ５１の開度を所定のバルブ開度にして、最低限の走行を可能とする退避走行モードを実現できるようになる。
【００３４】
さらに、ＤＣモータ５２を駆動させる場合には、制御装置１００は、ＤＣモータ５２に駆動電圧を印加してＤＣモータ５２を作動させる。ここで、デフォルト位置からさらにスロットルバルブ５１の開度を大きくする場合には、静止摩擦による抵抗を考慮して、スロットル開度とモータ駆動電圧との関係の設計値５２Ａよりも大きな正（＋）のモータ駆動電圧をＤＣモータ５２に印加して、ＤＣモータ５２を作動させる。一方、デフォルト位置からさらにスロットルバルブ５１の開度を小さくする場合には、静止摩擦による抵抗を考慮して、スロットル開度とモータ駆動電圧との関係の設計値５２Ａよりも小さな負（−）のモータ駆動電圧をＤＣモータ５２に印加して、ＤＣモータ５２を作動させる。
【００３５】
例えば、デフォルト位置からスロットルバルブを全開させ、さらにその状態から全閉し、さらにデフォルト位置に戻す場合には、図３に示す（１）〜（４）の順に、モータ駆動電圧をＤＣモータ５２に印加して、ＤＣモータ５２を作動させればよい。このように、一度、静止状態のスロットルバルブ５１を駆動させる場合には、静止摩擦による抵抗を考慮してモータ駆動電圧は算出される。
【００３６】
図４に電子制御スロットル装置を制御する制御装置１００の通常フィードバック制御のフローチャートを示す。制御装置１００は、スロットルバルブ開度センサ５４が故障していないときには、検出されたスロットルバルブ開度が目標スロットルバルブ開度となるようにスロットルバルブ５１を駆動すべく、ＤＣモータ５２を作動させる。
【００３７】
具体的には、まず、ステップ４０１で、運転者の要求に合わせた運転状態（例えば、エンジン回転数と燃料噴射量等）から目標吸入空気量を演算し、該目標吸入空気量から目標スロットルバルブ開度を算出する。そして、目標スロットルバルブ開度と検出したスロットルバルブ開度との偏差を求め、ステップ４０２に進む。ステップ４０２では、偏差とゲインＰｇａｉｎから演算式に従って比例項分Ｐａを演算する。同様に、ステップ４０３では、同様に偏差と、ゲインＤｇａｉｎと、時定数と、から演算式に従って微分項分Ｐｄを演算する。ステップ４０４では、同様に、前回の積分項分Ｐｉと、偏差と、ゲインＩｇａｉｎと、時定数とから演算式に従って積分項分Ｐｉを演算する。
【００３８】
次に、ステップ４０５に進み、演算された比例項分Ｐａ、微分項分Ｐｄ、積分項分Ｐｉに基づいて、演算式により演算値Ａを求める。次に、ステップ４０６に進み、求められた演算値Ａが電源電圧に相当する値以上であるかを判定する。演算値Ａが電源電圧に相当する値よりも小さい場合には、この演算値Ａを、ＤＣモータ５２の目標駆動信号の値とする。一方、演算値Ａが電源電圧に相当する値以上となっている場合には、ステップ４０７に進み、電源電圧に相当する値を演算値Ａとし、この演算値ＡをＤＣモータ５２の目標駆動信号の値とする。このように、ＤＣモータ５２の最終出力の制御量は、ここまでで求められた演算値Ａとなる。
【００３９】
ここで、図４に示す演算方式は公知の方式として、ＰＩＤ制御方式のものを示したが、本実施形態はフィードバック制御方式によって、後述する制御を実現することに変化は無い為、その他のフィードバック制御方式を用いても良い。
【００４０】
図５は、本実施形態に係る制御装置１００が行なう制御フローチャートを示しており、図６は、退避走行時における目標駆動信号の演算方法のフローチャートであり、図７は、変速機の変速段数に応じた、アクセル開度と平坦地走行時相当の車速との相関マップを示している。
【００４１】
まず、ステップ５０１において、電子制御スロットル装置５０のスロットルバルブ開度センサ５４の故障を判定する。具体的には、（１）スロットルバルブ開度センサ５４の出力異常がオープン・断線として診断により検知されて所定時間が経過したとき、若しくは（２）２系統のスロットルバルブ開度センサ５４を備える電子制御スロットル装置５０においては１系統目と２系統目の出力差分が大きく不整合である状態が所定時間経過したときに、スロットルバルブ開度センサ５４の異常（故障）と判定する。
【００４２】
このときは、スロットルバルブ開度センサ５４が、故障しているため、図４に示すフードバック制御は行なえないことになり、いわゆる退避走行モードの車速の制御を以下に従って行なう。そして、ステップ５０１によりスロットルバルブ開度センサ５４が故障であると判定したときには、ステップ５０２に進む。また、故障でないと判定した場合は、ステップ５１１において、図４に示すような一連のフローに従って、目標駆動信号Ｂの算出を行ない、該目標駆動信号Ｂにより、スロットルバルブ開度の目標開度と、スロットルバルブ開度５４により検出された検出開度とが一致するように、ＤＣモータ５２を作動させて、スロットルバルブ５１を駆動する制御を行なう。
【００４３】
ステップ５０２では、スロットルバルブ開度センサ５４が異常と判定された後、ＤＣモータ５２の機能診断（故障診断）により、ＤＣモータ５２が、異常（故障）であるかの判定を行なう。ＤＣモータ５２の機能診断は、スロットルバルブ開度センサ５４の異常と判定された後に退避走行モードにおける内燃機関の制御をすべく、以下の診断を行なうものである。
【００４４】
具体的には、モータ駆動信号（モータ駆動電圧）がデフォルト位置のリターンスプリングトルク以上（正の値）において、モータ駆動信号（モータ駆動電圧）をマイナス方向に所定量ずつ減らしたときに、スロットルバルブ５１は閉方向に駆動するので、エンジン回転数が低下する。このような挙動を示した場合、ＤＣモータが正常である（故障していない）とみなす。
【００４５】
一方、モータ駆動信号（モータ駆動電圧）が、デフォルト位置のリターンスプリングトルク未満（負の値）にあり、モータ駆動信号（モータ駆動電圧）をプラス方向に所定量ずつ増やしたときに、スロットルバルブ５１は開方向に駆動するので、エンジン回転数が上昇する。このような挙動を示した場合、ＤＣモータ５２の機能は正常である（故障していない）とみなす。
【００４６】
そして、ＤＣモータ５２が故障していないと判定した場合には、ステップ５０３に進む。一方、故障している場合には、ステップ５１０に進み、目標駆動信号を０とし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する（モータ駆動信号をカットする）。
【００４７】
ステップ５０３では、リターンスプリング５５の機能診断（故障診断）により、異常（故障）であるかの判定を行なう。具体的には、リターンスプリング５５の機能診断は、空気流量計２２からの検出信号と、クランク角度センサ２１の角度信号からエンジン回転数を求める。そして、エンジン回転数から推測される現在のスロットルバルブ開度を求め、該スロットルバルブ開度からモータトルクのマップを用いてモータ駆動電圧を推定する。そして推定したモータ駆動電圧と、実際のモータ駆動電圧と偏差が所定値以内である場合、すなわち、図３に示すような、モータ駆動電圧とスロットルバルブ開度の関係を満たしている場合には、リターンスプリング５５の機能は正常である（故障していない）とみなす。そして、リターンスプリング５５が故障していないと判定した場合には、ステップ５０４に進む。一方、故障している場合には、ステップ５１０に進み、目標駆動信号を０とし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する（モータ駆動信号をカットする）。
【００４８】
ステップ５０４では、スロットルバルブ開度センサ５４が故障であると判定され、ＤＣモータ５２及びリターンスプリング５５が故障していないと判定する判定条件が成立したので、退避走行モードにおけるＤＣモータ５２への目標駆動信号Ｄを算出する。具体的には、図６に示す一連のステップを行い、目標駆動信号Ｄの演算を実施する。
【００４９】
具体的には、まずステップ６０１において、図７に示すように、アクセル開度と、平坦地走行時相当の走行抵抗を加味した目標車速と、を対応させた相関マップ７０を用いて、目標車速Ｅを算出する。この相関マップは、変速機の変速段数ごとに、アクセル開度と目標開度との関係を示した複数の相関マップからなる。そして、位置センサにより検出した変速段数に応じて複数の相関マップを選択し、その選択した相関マップを用いて、運転者のアクセルペダルの踏込み量に相当するアクセル開度から、これに対応する目標車速を算出する。
【００５０】
次に、ステップ６０２に進み、検出した現在の車速Ｆと目標車速Ｅとの偏差（差分）Ｇを求める。ステップ６０３では、偏差から演算式に従って比例項分Ｐａを演算する。同様に、ステップ６０４では、同様に偏差から演算式に従って微分項分Ｐｄを演算し、ステップ６０５では、同様に偏差から演算式に従って積分項分Ｐｉを演算する。さらに、ステップ６０６に進み、演算された比例項分Ｐａ、微分項分Ｐｄ、積分項分Ｐｉに基づいて、演算式により演算値Ｈを求め、ステップ６０７に進む。
【００５１】
ステップ６０７では、演算値Ｈに加え、スロットルバルブ５１の駆動させる際に発生する静止摩擦の影響を打ち消す為に、所定の振動幅及び振幅周期を持ったディザー分駆動信号Ｉ分の値を重畳して加え、演算値Ｘとし、ステップ６０８に進む。
【００５２】
次に、ステップ６０８では、求められた演算値Ｘが電源電圧に相当する値以上であるか判定する。演算値Ｘが電源電圧に相当する値よりも小さい場合には、ステップ６１０に進み、演算値ＸをＤＣモータ５２の目標駆動信号Ｄの値とする。一方、演算値Ｘが電源電圧に相当する値以上となっている場合には、ステップ６０９に進み電源電圧に相当する値を演算値Ａとし、ステップ６１０に進み、演算値ＡをＤＣモータ５２の目標駆動信号Ｄの値とする。
【００５３】
図５のステップ５０４に戻り、目標駆動信号Ｄを算出後、以下のステップ５０５〜ステップ５０９の判定を行なう。ステップ５０５では、運転者から車両への減速要求を検出する。具体的には、運転者から車両への減速要求とは、運転者が車速を減速しようとする操作（要求）することであり、減速要求の検出とは、この操作（要求）を検出することである。具体的には、ステップ５０５では、運転者がアクセルペダル４１の踏込みを戻すことにより、運転者によりアクセル開度の開度を閉方向である減速方向に変化させる要求を行なったかの検出を行なう。詳細には、図５に示すように、アクセル戻し量が所定値以上であるかの検出を行なう。
【００５４】
そして、モータ駆動電圧が正である場合（すなわちデフォルト位置におけるスロットルバルブ開度以上において、スロットルバルブをさらに開方向に駆動する場合）であって、かつ、前記減速要求が検出された場合には、ステップ５１０に進み、前述したと同様に、目標駆動信号の値を０にし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する。これにより、ＤＣモータ５２は、非作動状態となり、リターンスプリング５５により、スロットルバルブ５１の開度が所定開度（デフォルト位置）に戻される。この結果、運転者の減速要求に対して、車速が加速することなく、安全性を確保することができる。一方、上記条件を満たさない場合には、ステップ５０６に進む。
【００５５】
ステップ５０６では、前記減速要求として、モータ駆動電圧が正である場合（すなわちデフォルト位置におけるスロットルバルブ開度以上において、スロットルバルブをさらに開方向に駆動する場合）であって、かつ、運転者によりブレーキ装置を作動させる要求（ブレーキスイッチ２５のオン信号）が検出された場合には、ステップ５１０に進み、目標駆動信号の値を０にし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する。これにより、同様に、運転者の減速要求に対して、車速が加速することなく、安全性を確保することができる。一方、上記条件を満たさない場合には、ステップ５０７に進む。
【００５６】
次に、ステップ５０７に進み、モータ駆動電圧が正である場合（すなわちデフォルト位置におけるスロットルバルブ開度以上において、スロットルバルブをさらに開方向に駆動する場合）であって、かつ、車両の加速度が所定値以上である場合には、ステップ５１０に進み、目標駆動信号の値を０にし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する。これにより、同様に、車速が必要以上に加速することなく、安全性を確保することができる。一方、上記条件を満たさない場合には、ステップ５０８に進む。
【００５７】
次に、ステップ５０８に進み、モータ駆動電圧が正である場合（すなわちデフォルト位置におけるスロットルバルブ開度以上において、スロットルバルブをさらに開方向に駆動する場合）であって、かつ、車速が所定値以上である場合には、ステップ５１０に進み、目標駆動信号の値を０にし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する。これにより、同様に、車速が必要以上に加速することなく、安全性を確保することができる。一方、上記条件を満たさない場合には、ステップ５０９に進む。
【００５８】
ステップ５０９に進み、モータ駆動電圧が正である場合（すなわちデフォルト位置におけるスロットルバルブ開度以上において、スロットルバルブをさらに開方向に駆動する場合）であって、かつ、エンジン回転数が所定値以上である場合には、ステップ５１０に進み、目標駆動信号の値を０にし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する。これにより、同様に、車速が必要以上に加速することなく、安全性を確保することができる。一方、上記条件を満たさない場合には、ステップ５１１に進む。そして、ステップ５１１では、算出した目標車速から目標駆動信号Ｄを制御量として、目標車速となるようにスロットルバルブ５１を駆動させ、それに伴う吸入空気量に基づいて、燃料噴射弁からの所定量の燃料を噴射して、内燃機関の制御を行なう。
【００５９】
本実施形態では、電子制御スロットル装置５０のフェールセーフ動作（退避走行）時にも運転者の意図に従って、車速を維持する、若しくは減速するように制御することができる。以上の動作はハード的な部品を追加することなく、制御つまりソフトウエアの構築のみで実現ができ、コストＵＰ無しに車両のドライバビリティの向上が可能となる。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【００６１】
たとえば、本実施形態では、ステップ５０５〜ステップ５０９のいずれかの判定条件を満たさない場合に、目標駆動信号の値を０にし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御したが、これら全ての判定条件を満たさない場合に、その値を０としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施形態に係る内燃機関及びその制御装置の全体構成図。
【図２】電子制御スロットルの構造を示した縦断面図。
【図３】スロットルバルブ開度とＤＣモータのモータ駆動電圧との関係を示した図。
【図４】電子制御スロットル装置を制御する制御装置の通常フィードバック制御のフローチャート。
【図５】本実施形態に係る制御装置が行なう制御フローチャート。
【図６】避走行時における目標駆動信号の演算方法のフローチャート。
【図７】変速機の変速段数に応じた、アクセル開度と平坦地走行時相当の車速との相関マップ。
【符号の説明】
【００６３】
１０：内燃機関、１１：シリンダ、１２：ピストン、１３：燃焼室、１４：吸気経路、１６：吸気ポート、１７：排気経路、１９：エアクリーナ、２１：クランク角度センサ、２２：空気流量計、２３：酸素量濃度センサ、２４：アクセル開度センサ、２５：ブレーキスイッチ、２６：車速センサ、３１：点火コイル、３２：点火プラグ、３３：燃料噴射弁、３４：吸気バルブ、３５：排気バルブ、４１：アクセルペダル、４２：クランク軸、５０：電子制御スロットル装置、５１：スロットルバルブ、５２：ＤＣモータ、５２Ａ：設計値、５３：減速ギア、５４：スロットルバルブ開度センサ、５５：リターンスプリング、７０：相関マップ、１００：コントロールユニット（内燃機関の制御装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子制御式スロットル装置を備えた内燃機関の制御装置に係り、特に前記スロットル装置のスロットルバルブの位置制御を好適に行う内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の吸入空気量を最適に制御すべく、電子制御式のスロットル装置（電子制御スロットル装置）が使用されている。該スロットル装置は、スロットルバルブと、該スロットルバルブを駆動する電動式の駆動モータなどのアクチュエータとを備えており、制御装置によってアクチュエータを作動させることにより、スロットルバルブを駆動して、スロットルバルブの位置制御を行なっている。
【０００３】
例えば、このようなスロットルバルブの位置制御として、スロットルバルブ開度指令（目標スロットル開度）とスロットルバルブ現在開度（検出スロットル開度）の偏差を用いたＰＩＤ制御や、特許文献１に開示されるようなモデルマッチング方式の制御が提案されている。いずれの制御も、スロットルバルブ開度センサにより検出された検出スロットル開度が、制御装置により演算された目標スロットル開度と一致するように、スロットルバルブをフィードバック制御するものである。
【０００４】
また、このような制御対象となる電子制御スロットル装置として、図２に示すようなスロットル装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。具体的には、電子制御スロットル装置５０は、スロットルバルブ５１とＤＣモータ（アクチュエータ）５２とを備えており、これらは減速ギア５３（あるいはなんらかのリンク機構）により間接的に連結されている。また、スロットルバルブ５１は３６０度回転するわけではなく、最低空気量に調整できるように全閉点を設けてあり、そのためのストッパ（図示せず）が設けられている。このストッパはスロットルバルブ５１と電子スロットル本体とのクリアランスで実現される場合や、スロットルバルブ５１のシャフト（図示せず）、もしくはＤＣモータ５２とスロットルバルブ５１の連結部分に設けられる場合がある。
【０００５】
一方、スロットルバルブ５１にはスロットルバルブ開度センサ５４が取り付けられており、スロットルバルブ開度センサ５４は、スロットルバルブ５１の現時点におけるスロットルバルブ開度を検出している。
【０００６】
そして、前述したフィードバック制御をすべく、ＤＣモータ５２は、検出されたスロットルバルブ開度が目標スロットルバルブ開度となるように、モータ駆動電圧あるいはモータ駆動電流が入力されることにより作動し、これにより連結されたスロットルバルブ５１を駆動させる。
【０００７】
さらに、電子制御スロットル装置５０は、ＤＣモータ５２の非作動状態時にスロットルバルブ５１の開度を所定開度に戻すリターンスプリング５５を備えたデフォルト機構を有している。具体的には、図３に示すように、デフォルト機構は、スロットルバルブ５１が開く方向の開方向のリターンスプリングトルクと、スロットルバルブ５１が閉じる方向の閉方向のリターンスプリングトルクを釣り合わせることにより、ＤＣモータ５２に駆動電圧がかかっていない場合（すなわちＤＣモータ５２が非作動状態時）、スロットルバルブ５１を開方向と閉方向のリターンスプリングトルクが中立であるデフォルト位置に固定する機構である。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１５８７６４号公報
【特許文献２】特開２００７−１３８７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、図２に示す電子制御スロットル装置５０は、デフォルト機構を有することにより、例えば、スロットルバルブ開度センサ５４の異常が発生し、目標スロットル開度どおりにスロットルバルブが制御できない場合には、例えばモータ駆動電圧を０にする（モータ駆動電圧を遮断する）ことにより、スロットルバルブ開度を強制的に前記所定開度に固定して、所定の吸入空気量を確保することができ、車両を退避させるべく退避走行が可能となる。
【００１０】
しかし、スロットルバルブ５１を所定開度となるように、リターンスプリング５５により、デフォルト位置に固定し、車両が退避走行モードに陥った場合には、車両動作はドライバのアクセル要求や車速制御装置の指令には応答しない。この結果、車両のドライバビリティの低下を招く結果となる。
【００１１】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スロットルバルブセンサが異常時に退避走行をしつつも、運転者の加減速要求に合わせて車両の車速制御を可能とし、車両のドライバビリティの低下を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解消すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、アクセル開度を検出するアクセル開度センサと、スロットルバルブと、該スロットルバルブの開度を検出するスロットルバルブ開度センサと、前記スロットルバルブを駆動するアクチュエータと、該アクチュエータの非作動状態時に前記スロットルバルブの開度を所定開度に戻すリターンスプリングと、を備えた車両用の内燃機関の制御装置であって、該制御装置は、前記リターンスプリング及び前記スロットルバルブ開度センサの故障を判定する故障判定手段と、前記アクセル開度と車速との相関マップから前記車両の目標車速を算出する目標車速算出手段と、を備え、前記故障判定手段が、前記リターンスプリングが故障していないと判定し、かつ、ストッルバルブ開度センサが故障していると判定した場合には、前記目標車速となるように前記アクチュエータを作動させて、前記スロットルバルブを駆動する制御を行なうことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、スロットルバルブ開度センサの故障により、該センサの検出値であるスロットルバルブ開度に基づいて、スロットルバルブの駆動制御が行なえないような退避走行モードとなった場合であっても、運転者のアクセルの踏込みに相当するアクセル開度と車速との相関マップから目標車速を算出して、該目標車速となるように前記スロットルバルブを駆動させる制御を行い、該スロットルバルブを駆動させる量すなわちスロットルバルブ開度に基づいて燃料噴射量を決定し、前記内燃機関の制御を行なうので、退避走行をしつつも、運転者の意図に合わせて車両の車速制御を可能とし、運転者のドライバビリティの低下を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記故障判定手段が、前記アクチュエータの故障をさらに判定し、前記アクチュエータが故障していないと判定したときに、前記アクチュエータを作動させて、前記スロットルバルブを駆動することがより好ましい。また、本発明によれば、アクチュエータの故障を判定してから前記スロットルバルブを駆動させるので、より信頼性の高い退避走行を行なうことができる。
【００１５】
また、アクチュエータが故障していると判定した場合には、アクチュエータを非作動状態に制御することがより好ましい。この結果、リターンプリングにより、スロットルバルブは強制的に前記所定の開度となり、より確実にフェールセーフによる退避走行を実現することができる。
【００１６】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、車速を検出する車速検出手段を備えており、前記検出した車速と、前記目標車速との偏差に基づいて、前記アクチュエータを作動させて、前記スロットルバルブを駆動することがより好ましい。本発明によれば、検出車速と目標車速の偏差に基づいて、スロットルバルブ開度のフィードバック制御を行なうことができる。
【００１７】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記相関マップの車速が、平坦地走行時相当の車速であることがより好ましく、前記制御装置は、前記相関マップとして、変速機の変速段数ごとの複数の相関マップを備え、前記目標車速算出手段は、前記変速段数に応じて前記複数の相関マップから選択して、前記目標車速を算出することがより好ましい。
【００１８】
本発明によれば、前記目標車速の算出を、前記アクセル開度と平坦地走行時相当の車速との相関マップを用いて行うので、より安全な車速の制御を行なうことができる。なお、この平坦地走行時相当の車速とは、所定のアクセル開度となったときに、車両を平坦地において走行させたときの車速であり、走行抵抗に基づいて計測または算出された車速のことをいう。さらに、本発明によれば、変速機の変速段数ごとの複数の相関マップを備えることにより、より安全かつ確実に、運転者のドライバビリティの低下を抑制することができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る内燃機関の制御装置は、運転者から前記車両への減速要求を検出する減速要求検出手段を備え、前記減速要求を検出し、かつ、前記所定開度以上の前記スロットルバルブを開方向に駆動しようとする場合には、前記アクチュエータを前記非作動状態に制御することがより好ましく、前記減速要求検出手段の前記減速要求は、運転者により前記車両のブレーキ装置を作動させる要求、または、運転者により前記アクセル開度を減速方向に変化させる要求、であることがより好ましい。本発明によれば、運転者の減速要求されたときに、アクチュエータを前記非作動状態に制御するので、リターンスプリングによりスロットルバルブが所定の開度となる。この結果、車速が加速することなく、搭乗者の安全性を確保することができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記所定開度以上のスロットルバルブを開方向に駆動しようとする場合で、かつ、車両の加速度が所定値以上、車速が所定値以上、又は内燃機関の回転数が所定値以上の場合には、前記アクチュエータを前記非作動状態に制御することがより好ましい。本発明によれば、上記車速、内燃機関の回転数、又は車両の加速度を所定以下のときに、アクチュエータを前記非作動状態にすることにより、上記と同様に安全性を確保することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、退避走行すべきフェールセーフモード時においても、運転者のアクセル操作により車両の加減速の動作が可能となり、車両のドライバビリティを向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の制御装置を実施形態に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る内燃機関及びその制御装置の全体構成図を示す。内燃機関１０は、多気筒エンジン、例えば、＃１〜＃４の４つの気筒を有する直列４気筒エンジンであって、シリンダ１１と、このシリンダ１１内に摺動自在に嵌挿されたピストン１２とを有し、該ピストン１２の上方には燃焼室１３が画成される。燃焼室１３には、点火コイル３１から高電圧が印加される点火プラグ３２が配設されている。また、ピストン１２に連結されたクランク軸４２にはクランク角度センサ２１が設けられている。クランク角度センサ２１は単位クランク角ごとのポジション信号・角度基準信号として検出し、コントロールユニット１００に入力されるように接続されている。
【００２４】
一方、内燃機関１０の吸気経路１４には、吸入空気量を検出するための空気流量計２２、及び、内燃機関１０の吸入空気量を制御するための電子制御スロットル装置５０が設けられており、該電子制御スロットル装置５０のスロットルバルブ５１のスロットルバルブ開度を検出するスロットルバルブ開度センサ５４が設けられている。また、シリンダ１１の吸気ポート１６の上流には燃料噴射弁３３が設けられており、吸気バルブ３４に向けて燃料を噴射するように配設されている。さらに、内燃機関１０の排気経路１７には、排気中の特定成分、例えば酸素を計測することにより、混合気の空燃比を計測する酸素量濃度センサ２３が設けられ、混合気の空燃比を計測し、該空燃費の信号をコントロールユニット１００へ入力されるように接続されている。
【００２５】
さらに、運転者の加減速要求を検出すべく、アクセル開度センサ２４がアクセルペダル４１を介して配設されている。アクセル開度センサ２４は、運転者の意図であるアクセル踏み込み量に相当するアクセル開度を検出し、この検出結果であるアクセル開度の検出信号を、コントロールユニット１００へ入力されるように接続されている。
【００２６】
また、ブレーキスイッチ２５が、ブレーキペダルを介して配設されている。ブレーキスイッチ２５は、運転者の意図であるブレーキ操作を検出し、運転者の減速要求となるブレーキ操作の検出信号をコントロールユニット１００に入力されるように接続されている。また、車輪速度（車両の速度）を検出する車速センサ２６が、ドライブシャフトに配設されており、検出結果である車速の検出信号をコントロールユニット１００に入力されるように接続されている。さらに、クランク軸４２に間接的に連結されて、車輪に動力を伝達する変速機（図示せず）が設けられており、該変速機には、その変速段数を検出する位置センサ（図示せず）が設けられている。
【００２７】
そして、前記内燃機関１０において、各シリンダに導入されて燃料の燃焼に供せられる空気は、エアクリーナ１９をとおり、空気流量計２２によって吸入された空気の量は吸入空気量として計量され、コントロールユニット（制御装置）１００に入力される。さらに、吸入される空気は、電子制御スロットル装置５０を通ることにより制御される。さらに、吸入空気量が制御された空気と燃料噴射弁３３から噴射された燃料との混合気は、吸気バルブ３４を介して、燃焼室１３内に導入される。導入された混合気は、点火プラグ３２により点火されて、爆発燃焼せしめられる。燃焼したガス（排ガス）は、排気バルブ３５から排出され、さらに排気経路１７を通過して外部に排出される。
【００２８】
コントロールユニット（内燃機関の制御装置）１００は、後述する吸入空気量に基づく車速の制御等を行うべく演算処理を行うＣＰＵ１０１、制御プログラムと制御用データが記憶される読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１０２、制御用変数等が記憶される書き込み可能なメモリ（ＲＡＭ）１０３、及び入出力回路１０４を備えている。
【００２９】
そして、前述したクランク角度センサ２１、空気流量計２２、酸素量濃度センサ２３、ブレーキスイッチ２５、車速センサ２６、アクセル開度センサ２４、スロットルバルブ開度センサ５４、及び、位置センサ等で検出された検出信号は、コントロールユニット１００の入出力回路１０４を介してＣＰＵ１０１に入力され、コントロールユニット１００は、これらの入力信号より燃料噴射量、点火時期、スロットル開度等を演算し、それぞれの演算値となる制御信号は、電子制御スロットル装置５０（具体的には後述するＤＣモータ（アクチュエータ）５２）、燃料噴射弁３３、点火コイル３１等に出力される。
【００３０】
図２は、前述した電子制御スロットルの構造を示した図である。電子制御スロットル装置５０は、内燃機関の吸入空気量を制御するスロットルバルブ５１と、スロットルバルブ５１の開度を検出するスロットルバルブ開度センサ５４と、スロットルバルブ５１を駆動するＤＣモータ（アクチュエータ）５２と、ＤＣモータの非作動状態時にスロットルバルブの開度を所定開度に戻すリターンスプリング５５を備えたデフォルト機構と、を少なくとも備えている。
【００３１】
具体的には、スロットルバルブ５１とＤＣモータ（アクチュエータ）５２とは、減速ギア５３又はリンク機構等を介して連結されており、ＤＣモータ５２に、モータ駆動電圧あるいはモータ駆動電流を与えることによりＤＣモータ５２を作動させて、減速ギア５３を介してスロットルバルブ５１を駆動するように構成されている。また、スロットルバルブ５１にはスロットルバルブ開度センサ５４が取り付けられている。
【００３２】
さらに、デフォルト機構は、具体的には、スロットルバルブ５１の開き方向のリターンスプリングトルクと閉じ方向のリターンスプリングトルクを釣り合わせることにより、ＤＣモータ５２にモータ駆動電圧がかかっていない場合、スロットルバルブ５１を中立位置に固定する機構である。この中立位置において、スロットルバルブ５１は所定開度に保持される。なお、スロットルバルブ５１は３６０度回転するわけではなく、最低空気量に調整できるように全閉点を設けてあり、従来技術として前記した如きストッパが設けられている。
【００３３】
図３は、スロットルバルブ５１の開度とＤＣモータ５２のモータ駆動電圧との関係を示した図である。図３に示すように、電子制御スロットル装置５０は、リターンスプリング５５を含むデフォルト機構を備えることにより、モータ駆動電圧が０Ｖ、すなわち、ＤＣモータ５２を非作動状態にしたときに、スロットルバルブ５１は、所定のバルブ開度に保持される。これにより、電子制御スロットル装置５０の機能異常が検知された（例えば、スロットルバルブ開度センサ５４に異常が検出された）場合には、制御装置１００は、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御して、リターンスプリング５５によりスロットルバルブ５１の開度を所定のバルブ開度にして、最低限の走行を可能とする退避走行モードを実現できるようになる。
【００３４】
さらに、ＤＣモータ５２を駆動させる場合には、制御装置１００は、ＤＣモータ５２に駆動電圧を印加してＤＣモータ５２を作動させる。ここで、デフォルト位置からさらにスロットルバルブ５１の開度を大きくする場合には、静止摩擦による抵抗を考慮して、スロットル開度とモータ駆動電圧との関係の設計値５２Ａよりも大きな正（＋）のモータ駆動電圧をＤＣモータ５２に印加して、ＤＣモータ５２を作動させる。一方、デフォルト位置からさらにスロットルバルブ５１の開度を小さくする場合には、静止摩擦による抵抗を考慮して、スロットル開度とモータ駆動電圧との関係の設計値５２Ａよりも小さな負（−）のモータ駆動電圧をＤＣモータ５２に印加して、ＤＣモータ５２を作動させる。
【００３５】
例えば、デフォルト位置からスロットルバルブを全開させ、さらにその状態から全閉し、さらにデフォルト位置に戻す場合には、図３に示す（１）〜（４）の順に、モータ駆動電圧をＤＣモータ５２に印加して、ＤＣモータ５２を作動させればよい。このように、一度、静止状態のスロットルバルブ５１を駆動させる場合には、静止摩擦による抵抗を考慮してモータ駆動電圧は算出される。
【００３６】
図４に電子制御スロットル装置を制御する制御装置１００の通常フィードバック制御のフローチャートを示す。制御装置１００は、スロットルバルブ開度センサ５４が故障していないときには、検出されたスロットルバルブ開度が目標スロットルバルブ開度となるようにスロットルバルブ５１を駆動すべく、ＤＣモータ５２を作動させる。
【００３７】
具体的には、まず、ステップ４０１で、運転者の要求に合わせた運転状態（例えば、エンジン回転数と燃料噴射量等）から目標吸入空気量を演算し、該目標吸入空気量から目標スロットルバルブ開度を算出する。そして、目標スロットルバルブ開度と検出したスロットルバルブ開度との偏差を求め、ステップ４０２に進む。ステップ４０２では、偏差とゲインＰｇａｉｎから演算式に従って比例項分Ｐａを演算する。同様に、ステップ４０３では、同様に偏差と、ゲインＤｇａｉｎと、時定数と、から演算式に従って微分項分Ｐｄを演算する。ステップ４０４では、同様に、前回の積分項分Ｐｉと、偏差と、ゲインＩｇａｉｎと、時定数とから演算式に従って積分項分Ｐｉを演算する。
【００３８】
次に、ステップ４０５に進み、演算された比例項分Ｐａ、微分項分Ｐｄ、積分項分Ｐｉに基づいて、演算式により演算値Ａを求める。次に、ステップ４０６に進み、求められた演算値Ａが電源電圧に相当する値以上であるかを判定する。演算値Ａが電源電圧に相当する値よりも小さい場合には、この演算値Ａを、ＤＣモータ５２の目標駆動信号の値とする。一方、演算値Ａが電源電圧に相当する値以上となっている場合には、ステップ４０７に進み、電源電圧に相当する値を演算値Ａとし、この演算値ＡをＤＣモータ５２の目標駆動信号の値とする。このように、ＤＣモータ５２の最終出力の制御量は、ここまでで求められた演算値Ａとなる。
【００３９】
ここで、図４に示す演算方式は公知の方式として、ＰＩＤ制御方式のものを示したが、本実施形態はフィードバック制御方式によって、後述する制御を実現することに変化は無い為、その他のフィードバック制御方式を用いても良い。
【００４０】
図５は、本実施形態に係る制御装置１００が行なう制御フローチャートを示しており、図６は、退避走行時における目標駆動信号の演算方法のフローチャートであり、図７は、変速機の変速段数に応じた、アクセル開度と平坦地走行時相当の車速との相関マップを示している。
【００４１】
まず、ステップ５０１において、電子制御スロットル装置５０のスロットルバルブ開度センサ５４の故障を判定する。具体的には、（１）スロットルバルブ開度センサ５４の出力異常がオープン・断線として診断により検知されて所定時間が経過したとき、若しくは（２）２系統のスロットルバルブ開度センサ５４を備える電子制御スロットル装置５０においては１系統目と２系統目の出力差分が大きく不整合である状態が所定時間経過したときに、スロットルバルブ開度センサ５４の異常（故障）と判定する。
【００４２】
このときは、スロットルバルブ開度センサ５４が、故障しているため、図４に示すフードバック制御は行なえないことになり、いわゆる退避走行モードの車速の制御を以下に従って行なう。そして、ステップ５０１によりスロットルバルブ開度センサ５４が故障であると判定したときには、ステップ５０２に進む。また、故障でないと判定した場合は、ステップ５１１において、図４に示すような一連のフローに従って、目標駆動信号Ｂの算出を行ない、該目標駆動信号Ｂにより、スロットルバルブ開度の目標開度と、スロットルバルブ開度５４により検出された検出開度とが一致するように、ＤＣモータ５２を作動させて、スロットルバルブ５１を駆動する制御を行なう。
【００４３】
ステップ５０２では、スロットルバルブ開度センサ５４が異常と判定された後、ＤＣモータ５２の機能診断（故障診断）により、ＤＣモータ５２が、異常（故障）であるかの判定を行なう。ＤＣモータ５２の機能診断は、スロットルバルブ開度センサ５４の異常と判定された後に退避走行モードにおける内燃機関の制御をすべく、以下の診断を行なうものである。
【００４４】
具体的には、モータ駆動信号（モータ駆動電圧）がデフォルト位置のリターンスプリングトルク以上（正の値）において、モータ駆動信号（モータ駆動電圧）をマイナス方向に所定量ずつ減らしたときに、スロットルバルブ５１は閉方向に駆動するので、エンジン回転数が低下する。このような挙動を示した場合、ＤＣモータが正常である（故障していない）とみなす。
【００４５】
一方、モータ駆動信号（モータ駆動電圧）が、デフォルト位置のリターンスプリングトルク未満（負の値）にあり、モータ駆動信号（モータ駆動電圧）をプラス方向に所定量ずつ増やしたときに、スロットルバルブ５１は開方向に駆動するので、エンジン回転数が上昇する。このような挙動を示した場合、ＤＣモータ５２の機能は正常である（故障していない）とみなす。
【００４６】
そして、ＤＣモータ５２が故障していないと判定した場合には、ステップ５０３に進む。一方、故障している場合には、ステップ５１０に進み、目標駆動信号を０とし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する（モータ駆動信号をカットする）。
【００４７】
ステップ５０３では、リターンスプリング５５の機能診断（故障診断）により、異常（故障）であるかの判定を行なう。具体的には、リターンスプリング５５の機能診断は、空気流量計２２からの検出信号と、クランク角度センサ２１の角度信号からエンジン回転数を求める。そして、エンジン回転数から推測される現在のスロットルバルブ開度を求め、該スロットルバルブ開度からモータトルクのマップを用いてモータ駆動電圧を推定する。そして推定したモータ駆動電圧と、実際のモータ駆動電圧と偏差が所定値以内である場合、すなわち、図３に示すような、モータ駆動電圧とスロットルバルブ開度の関係を満たしている場合には、リターンスプリング５５の機能は正常である（故障していない）とみなす。そして、リターンスプリング５５が故障していないと判定した場合には、ステップ５０４に進む。一方、故障している場合には、ステップ５１０に進み、目標駆動信号を０とし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する（モータ駆動信号をカットする）。
【００４８】
ステップ５０４では、スロットルバルブ開度センサ５４が故障であると判定され、ＤＣモータ５２及びリターンスプリング５５が故障していないと判定する判定条件が成立したので、退避走行モードにおけるＤＣモータ５２への目標駆動信号Ｄを算出する。具体的には、図６に示す一連のステップを行い、目標駆動信号Ｄの演算を実施する。
【００４９】
具体的には、まずステップ６０１において、図７に示すように、アクセル開度と、平坦地走行時相当の走行抵抗を加味した目標車速と、を対応させた相関マップ７０を用いて、目標車速Ｅを算出する。この相関マップは、変速機の変速段数ごとに、アクセル開度と目標開度との関係を示した複数の相関マップからなる。そして、位置センサにより検出した変速段数に応じて複数の相関マップを選択し、その選択した相関マップを用いて、運転者のアクセルペダルの踏込み量に相当するアクセル開度から、これに対応する目標車速を算出する。
【００５０】
次に、ステップ６０２に進み、検出した現在の車速Ｆと目標車速Ｅとの偏差（差分）Ｇを求める。ステップ６０３では、偏差から演算式に従って比例項分Ｐａを演算する。同様に、ステップ６０４では、同様に偏差から演算式に従って微分項分Ｐｄを演算し、ステップ６０５では、同様に偏差から演算式に従って積分項分Ｐｉを演算する。さらに、ステップ６０６に進み、演算された比例項分Ｐａ、微分項分Ｐｄ、積分項分Ｐｉに基づいて、演算式により演算値Ｈを求め、ステップ６０７に進む。
【００５１】
ステップ６０７では、演算値Ｈに加え、スロットルバルブ５１の駆動させる際に発生する静止摩擦の影響を打ち消す為に、所定の振動幅及び振幅周期を持ったディザー分駆動信号Ｉ分の値を重畳して加え、演算値Ｘとし、ステップ６０８に進む。
【００５２】
次に、ステップ６０８では、求められた演算値Ｘが電源電圧に相当する値以上であるか判定する。演算値Ｘが電源電圧に相当する値よりも小さい場合には、ステップ６１０に進み、演算値ＸをＤＣモータ５２の目標駆動信号Ｄの値とする。一方、演算値Ｘが電源電圧に相当する値以上となっている場合には、ステップ６０９に進み電源電圧に相当する値を演算値Ａとし、ステップ６１０に進み、演算値ＡをＤＣモータ５２の目標駆動信号Ｄの値とする。
【００５３】
図５のステップ５０４に戻り、目標駆動信号Ｄを算出後、以下のステップ５０５〜ステップ５０９の判定を行なう。ステップ５０５では、運転者から車両への減速要求を検出する。具体的には、運転者から車両への減速要求とは、運転者が車速を減速しようとする操作（要求）することであり、減速要求の検出とは、この操作（要求）を検出することである。具体的には、ステップ５０５では、運転者がアクセルペダル４１の踏込みを戻すことにより、運転者によりアクセル開度の開度を閉方向である減速方向に変化させる要求を行なったかの検出を行なう。詳細には、図５に示すように、アクセル戻し量が所定値以上であるかの検出を行なう。
【００５４】
そして、モータ駆動電圧が正である場合（すなわちデフォルト位置におけるスロットルバルブ開度以上において、スロットルバルブをさらに開方向に駆動する場合）であって、かつ、前記減速要求が検出された場合には、ステップ５１０に進み、前述したと同様に、目標駆動信号の値を０にし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する。これにより、ＤＣモータ５２は、非作動状態となり、リターンスプリング５５により、スロットルバルブ５１の開度が所定開度（デフォルト位置）に戻される。この結果、運転者の減速要求に対して、車速が加速することなく、安全性を確保することができる。一方、上記条件を満たさない場合には、ステップ５０６に進む。
【００５５】
ステップ５０６では、前記減速要求として、モータ駆動電圧が正である場合（すなわちデフォルト位置におけるスロットルバルブ開度以上において、スロットルバルブをさらに開方向に駆動する場合）であって、かつ、運転者によりブレーキ装置を作動させる要求（ブレーキスイッチ２５のオン信号）が検出された場合には、ステップ５１０に進み、目標駆動信号の値を０にし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する。これにより、同様に、運転者の減速要求に対して、車速が加速することなく、安全性を確保することができる。一方、上記条件を満たさない場合には、ステップ５０７に進む。
【００５６】
次に、ステップ５０７に進み、モータ駆動電圧が正である場合（すなわちデフォルト位置におけるスロットルバルブ開度以上において、スロットルバルブをさらに開方向に駆動する場合）であって、かつ、車両の加速度が所定値以上である場合には、ステップ５１０に進み、目標駆動信号の値を０にし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する。これにより、同様に、車速が必要以上に加速することなく、安全性を確保することができる。一方、上記条件を満たさない場合には、ステップ５０８に進む。
【００５７】
次に、ステップ５０８に進み、モータ駆動電圧が正である場合（すなわちデフォルト位置におけるスロットルバルブ開度以上において、スロットルバルブをさらに開方向に駆動する場合）であって、かつ、車速が所定値以上である場合には、ステップ５１０に進み、目標駆動信号の値を０にし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する。これにより、同様に、車速が必要以上に加速することなく、安全性を確保することができる。一方、上記条件を満たさない場合には、ステップ５０９に進む。
【００５８】
ステップ５０９に進み、モータ駆動電圧が正である場合（すなわちデフォルト位置におけるスロットルバルブ開度以上において、スロットルバルブをさらに開方向に駆動する場合）であって、かつ、エンジン回転数が所定値以上である場合には、ステップ５１０に進み、目標駆動信号の値を０にし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御する。これにより、同様に、車速が必要以上に加速することなく、安全性を確保することができる。一方、上記条件を満たさない場合には、ステップ５１１に進む。そして、ステップ５１１では、算出した目標車速から目標駆動信号Ｄを制御量として、目標車速となるようにスロットルバルブ５１を駆動させ、それに伴う吸入空気量に基づいて、燃料噴射弁からの所定量の燃料を噴射して、内燃機関の制御を行なう。
【００５９】
本実施形態では、電子制御スロットル装置５０のフェールセーフ動作（退避走行）時にも運転者の意図に従って、車速を維持する、若しくは減速するように制御することができる。以上の動作はハード的な部品を追加することなく、制御つまりソフトウエアの構築のみで実現ができ、コストＵＰ無しに車両のドライバビリティの向上が可能となる。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【００６１】
たとえば、本実施形態では、ステップ５０５〜ステップ５０９のいずれかの判定条件を満たさない場合に、目標駆動信号の値を０にし、ＤＣモータ５２を非作動状態に制御したが、これら全ての判定条件を満たさない場合に、その値を０としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施形態に係る内燃機関及びその制御装置の全体構成図。
【図２】電子制御スロットルの構造を示した縦断面図。
【図３】スロットルバルブ開度とＤＣモータのモータ駆動電圧との関係を示した図。
【図４】電子制御スロットル装置を制御する制御装置の通常フィードバック制御のフローチャート。
【図５】本実施形態に係る制御装置が行なう制御フローチャート。
【図６】避走行時における目標駆動信号の演算方法のフローチャート。
【図７】変速機の変速段数に応じた、アクセル開度と平坦地走行時相当の車速との相関マップ。
【符号の説明】
【００６３】
１０：内燃機関、１１：シリンダ、１２：ピストン、１３：燃焼室、１４：吸気経路、１６：吸気ポート、１７：排気経路、１９：エアクリーナ、２１：クランク角度センサ、２２：空気流量計、２３：酸素量濃度センサ、２４：アクセル開度センサ、２５：ブレーキスイッチ、２６：車速センサ、３１：点火コイル、３２：点火プラグ、３３：燃料噴射弁、３４：吸気バルブ、３５：排気バルブ、４１：アクセルペダル、４２：クランク軸、５０：電子制御スロットル装置、５１：スロットルバルブ、５２：ＤＣモータ、５２Ａ：設計値、５３：減速ギア、５４：スロットルバルブ開度センサ、５５：リターンスプリング、７０：相関マップ、１００：コントロールユニット（内燃機関の制御装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセル開度を検出するアクセル開度センサと、スロットルバルブと、該スロットルバルブの開度を検出するスロットルバルブ開度センサと、前記スロットルバルブを駆動するアクチュエータと、該アクチュエータの非作動状態時に前記スロットルバルブの開度を所定開度に戻すリターンスプリングと、を備えた車両用の内燃機関の制御装置であって、
該制御装置は、前記リターンスプリング及び前記スロットルバルブ開度センサの故障を判定する故障判定手段と、前記アクセル開度と車速との相関マップから前記車両の目標車速を算出する目標車速算出手段と、を備え、
前記故障判定手段が、前記リターンスプリングが故障していないと判定し、かつ、ストッルバルブ開度センサが故障していると判定した場合には、前記目標車速となるように前記アクチュエータを作動させて、前記スロットルバルブを駆動する制御を行なうことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記故障判定手段は、前記アクチュエータの故障をさらに判定し、前記アクチュエータが故障していないと判定したときに、前記アクチュエータを作動させて、前記スロットルバルブを駆動することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、車速を検出する車速検出手段を備えており、前記検出した車速と、前記目標車速との偏差に基づいて、前記アクチュエータを作動させて、前記スロットルバルブを駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記相関マップの車速は、平坦地走行時相当の車速であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記相関マップとして、変速機の変速段数ごとの複数の相関マップを備え、前記目標車速算出手段は、前記変速段数に応じて前記複数の相関マップから選択して、前記目標車速を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御装置は、運転者から前記車両への減速要求を検出する減速要求検出手段を備え、前記減速要求を検出し、かつ、前記所定開度以上の前記スロットルバルブを開方向に駆動しようとする場合には、前記アクチュエータを前記非作動状態に制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記減速要求検出手段の前記減速要求は、運転者により前記車両のブレーキ装置を作動させる要求、または、運転者により前記アクセル開度を減速方向に変化させる要求、であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の制御装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記所定開度以上のスロットルバルブを開方向に駆動しようとする場合で、かつ、車両の加速度が所定値以上、車速が所定値以上、又は内燃機関の回転数が所定値以上の場合には、前記アクチュエータを前記非作動状態に制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
アクセル開度を検出するアクセル開度センサと、スロットルバルブと、該スロットルバルブの開度を検出するスロットルバルブ開度センサと、前記スロットルバルブを駆動するアクチュエータと、該アクチュエータの非作動状態時に前記スロットルバルブの開度を所定開度に戻すリターンスプリングと、を備えた車両用の内燃機関の制御装置であって、
該制御装置は、前記リターンスプリング及び前記スロットルバルブ開度センサの故障を判定する故障判定手段と、前記アクセル開度と車速との相関マップから前記車両の目標車速を算出する目標車速算出手段と、を備え、
前記故障判定手段が、前記リターンスプリングが故障していないと判定し、かつ、ストッルバルブ開度センサが故障していると判定した場合には、前記目標車速となるように前記アクチュエータを作動させて、前記スロットルバルブを駆動する制御を行なうことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記故障判定手段は、前記アクチュエータの故障をさらに判定し、前記アクチュエータが故障していないと判定したときに、前記アクチュエータを作動させて、前記スロットルバルブを駆動することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、車速を検出する車速検出手段を備えており、前記検出した車速と、前記目標車速との偏差に基づいて、前記アクチュエータを作動させて、前記スロットルバルブを駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記相関マップの車速は、平坦地走行時相当の車速であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記相関マップとして、変速機の変速段数ごとの複数の相関マップを備え、前記目標車速算出手段は、前記変速段数に応じて前記複数の相関マップから選択して、前記目標車速を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御装置は、運転者から前記車両への減速要求を検出する減速要求検出手段を備え、前記減速要求を検出し、かつ、前記所定開度以上の前記スロットルバルブを開方向に駆動しようとする場合には、前記アクチュエータを前記非作動状態に制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記減速要求検出手段の前記減速要求は、運転者により前記車両のブレーキ装置を作動させる要求、または、運転者により前記アクセル開度を減速方向に変化させる要求、であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の制御装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記所定開度以上のスロットルバルブを開方向に駆動しようとする場合で、かつ、車両の加速度が所定値以上、車速が所定値以上、又は内燃機関の回転数が所定値以上の場合には、前記アクチュエータを前記非作動状態に制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１６２０８８（Ｐ２００９−１６２０８８Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３４１０２４（Ｐ２００７−３４１０２４）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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