JPH0681702A - スロットルバルブの異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 運転状態が変化しても正確にスロットルバル
ブの異常を検出することのできるスロットルバルブの異
常検出装置を提供する。 【構成】 スロットルバルブ制御系の数学モデルにおけ
る係数ａ〜ｅを、スロットルバルブを駆動する直流モー
タの温度Ｔ、およびバッテリの＋端子電圧Ｖに基づいて
補正し（ステップ３０１）、補正後の数学モデルにより
目標開度ＴＴＡから推定開度ＨＴＡを算出する（ステッ
プ３０３）。このため、推定開度ＨＴＡは、運転状態に
応じた正確なものとなる。そして、推定開度ＨＴＡと実
開度ＴＡとの偏差ＥＴＡが所定値より大きければ（ステ
ップ３０７：ＹＥＳ）、異常フラグＸＦＡＩＬをセット
する（ステップ３０９）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スロットルバルブの異
常を検出するスロットルバルブの異常検出装置に関し、
詳しくは、スロットルバルブが指令どうりに正常に作動
しているか否かを検出するスロットルバルブの異常検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関ではスロットルバルブを
モータなどのアクチュエータで駆動し、そのアクチュエ
ータに指令を与えてスロットル開度を調整している。ま
た、これらの内燃機関では、スロットルバルブが指令ど
うり動かなくなり、内燃機関の回転数などが制御不能に
なるのを未然に防止するため、実際のスロットル開度
（実開度）をセンサなどにより検出し、指令された目標
開度と比較することによってスロットルバルブの異常を
検出する装置が使用されている。ところが、スロットル
バルブに指令を与えてから実開度が目標開度となるまで
には所定の遅れ時間があるため、この種の装置では定常
的な状態、すなわち、目標開度が所定時間一定に保持さ
れた状態でしか異常を検出することができなかった。

【０００３】そこで、例えば特開平２−１９１８２８号
公報に記載のように、上記スロットルバルブ制御系の数
学モデルに基づき、上記目標開度からスロットルバルブ
の開度を推定し、この推定されたスロットル開度（推定
開度）と上記実開度とを比較してスロットルバルブが正
常か否かを判断する装置が提案されている。この種の装
置では、過渡状態におけるスロットル開度の変化を数学
モデルに基づいて推定することができるので、過渡状態
においてもスロットルバルブの異常を検出することがで
きる。このため、突発的な故障による異常も速やかに検
出して、内燃機関の回転数などが制御不能になるのを良
好に防止することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、スロットル
バルブ制御系の数学モデルは内燃機関の運転状態に応じ
て変化する。例えば、直流モータをアクチュエータとし
てスロットルバルブを駆動する場合、スロットルバルブ
制御系の応答性は図６，７に例示するように変化する。

【０００５】すなわち、図６に例示するように、アクチ
ュエータの温度が上昇するに従い、実開度の目標開度に
対する応答速度は徐々に低下する。また、図７に例示す
るように、バッテリ電圧が低下するに従い、実開度の目
標開度に対する応答速度は徐々に低下する。

【０００６】従来は、最も一般的な運転状態に対応する
数学モデルを設定し、その数学モデルに基づいてスロッ
トルバルブの異常を検出していた。しかし、上述したよ
うにスロットルバルブ制御系の応答性は内燃機関の運転
状態に応じて変化する。このため、内燃機関の運転状態
が一般的な状態から外れると正確に異常を検出すること
ができなくなり、場合によっては、異常の検出が遅れた
り、スロットルバルブが正常に動作しているにも関わら
ず異常であると判断したりすることがあった。

【０００７】そこで本発明は、運転状態が変化しても正
確にスロットルバルブの異常を検出することのできるス
ロットルバルブの異常検出装置を提供することを目的と
してなされた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明は、図８に例示するように内燃機関の
吸気通路に設けられたスロットルバルブと、上記スロッ
トルバルブの目標開度を指令する目標開度指令手段と、
上記目標開度に基づいてスロットルバルブを駆動するス
ロットル駆動手段と、上記スロットル駆動手段を含む上
記スロットルバルブ制御系の数学モデルに基づき、上記
目標開度から上記スロットルバルブの推定開度を算出す
る推定開度算出手段と、上記スロットルバルブの実開度
を検出する実開度検出手段と、上記スロットルバルブの
上記実開度と上記推定開度とを比較してスロットルバル
ブが正常か否かを判断する判断手段と、を備えたスロッ
トルバルブの異常検出装置において、上記内燃機関の運
転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出
手段にて検出された運転状態に基づき、上記数学モデル
を補正する数学モデル補正手段と、を設けたことを特徴
とするスロットルバルブの異常検出装置を要旨としてい
る。

【０００９】

【作用】このように構成された本発明では、数学モデル
補正手段は、運転状態検出手段にて検出された運転状態
に基づきスロットルバルブ制御系の数学モデルを補正
し、推定開度算出手段はこの補正された数学モデルに基
づきスロットルバルブの推定開度を算出する。このた
め、算出された推定開度によれば、過渡状態におけるス
ロットル開度も内燃機関の運転状態に応じて正確に推定
することができる。

【００１０】従って、スロットルバルブが正常であれ
ば、実開度検出手段にて検出されたスロットル開度は、
内燃機関の運転状態に関わらず上記推定開度と良好に一
致する。また、判断手段はこの推定開度と実開度とを比
較してスロットルバルブが正常か否かを判定する。この
ため、運転状態が変化してもスロットルバルブの異常を
正確に検出することができる。

【００１１】

【実施例】次に本発明の実施例を、図面と共に説明す
る。図１は、実施例のスロットルバルブの異常検出装置
の構成を表すブロック図である。図に示すように、内燃
機関１の吸気管３には、その流路面積を調整するスロッ
トルバルブ５が回動自在に設けられている。スロットル
バルブ５の回動軸５ａ両端は、スロットル駆動手段とし
ての直流モータ７と、実開度検出手段としてのスロット
ルポジションセンサ９とがそれぞれ接続されている。ま
た、スロットルバルブ５は回動軸５ａと同軸状に設けら
れた円筒コイルバネ１１によって閉方向に付勢されてい
る。

【００１２】次に、スロットルポジションセンサ９が発
生する信号は、アクセル１３に設けられた目標開度指令
手段としてのアクセルポジションセンサ１５の信号、直
流モータ７に電力を供給するバッテリ１７の＋端子電
圧、および直流モータ７の温度を検出する温度センサ１
９の信号と共に電子制御回路２１の入力インタフェース
２１ａに入力される。

【００１３】電子制御回路２１は、各種演算処理を行な
うＣＰＵ２１ｂ，各種データを一時的に記憶するＲＡＭ
２１ｃ，各種制御のプログラムやマップを記憶したＲＯ
Ｍ２１ｄを主要部とする周知のマイクロコンピュータで
ある。また、電子制御回路２１はＣＰＵ２１ｂにて処理
されたデータを出力する出力インタフェース２１ｅおよ
び出力インタフェース２１ｅを介して出力されるデータ
を駆動信号に変換して直流モータ７などに出力する駆動
回路２１ｆを備えており、入力インタフェース２１ａ，
ＣＰＵ２１ｂ，ＲＡＭ２１ｃ，ＲＯＭ２１ｄ，および出
力インタフェース２１ｅはコモンバス２１ｇを介して電
気的に接続されている。

【００１４】このように構成された電子制御回路２１
は、バッテリ１７の＋端子電圧、並びにスロットルポジ
ションセンサ９，アクセルポジションセンサ１５，およ
び温度センサ１９が発生する信号に基づいて直流モータ
７を駆動するスロットル開度制御処理を実行する。次
に、このスロットル開度制御処理を図２〜図５に基づい
て説明する。

【００１５】図２はスロットル開度制御処理のメインル
ーチンを表すフローチャートである。なお、この処理は
内燃機関１の運転中所定時間毎に実行される処理であ
る。処理を開始すると、先ずステップ２０１では、後述
する異常検出ルーチンによりスロットルバルブ５に異常
があるか否かを検出する。続くステップ２０３では、ス
テップ２０１の検出結果に基づき、後述する目標開度算
出ルーチンによりスロットルバルブ５の目標開度を算出
して処理を終了する。

【００１６】図３は上記スロットル開度制御処理の異常
検出ルーチンを表すフローチャートである。なお、この
処理では、図４のマップｍａｐ−ｔａ（詳しくは後述す
る）に基づいて算出される目標開度ＴＴＡを、 Ｆ（Ｓ）＝ａＳ²＋ｂＳ＋ｃ／ｄＳ＋ｅ なる２次の伝達関数によって変換して推定開度ＨＴＡを
算出し、スロットルポジションセンサ９により検出され
た実開度ＴＡと比較することによりスロットルバルブ５
の異常を検出している。

【００１７】処理を開始すると、先ずステップ３０１に
て、伝達関数Ｆ（Ｓ）における係数ａ〜ｅを、次のよう
に設定する。すなわち、温度センサ１９にて検出した直
流モータ７の温度Ｔとバッテリ１７の＋端子電圧Ｖと
を、所定のマップｍａｐａに代入して得られる値ｍａｐ
ａ（Ｔ，Ｖ）を係数ａとする。同様に、温度Ｔ，＋端子
電圧Ｖをマップｍａｐｂ，ｍａｐｃ，ｍａｐｄ，ｍａｐ
ｅに代入して得られる値、ｍａｐｂ（Ｔ，Ｖ），ｍａｐ
ｃ（Ｔ，Ｖ），ｍａｐｄ（Ｔ，Ｖ），ｍａｐｅ（Ｔ，
Ｖ）を、それぞれ係数ｂ，ｃ，ｄ，ｅとする。なお、各
マップｍａｐａ〜ｍａｐｅは、種々の温度Ｔ，＋端子電
圧Ｖにおいて実測したスロットルバルブ５の応答性変化
に基づいて設定されている。なお、マップｍａｐａ〜ｍ
ａｐｅは、理論式によって算出・設定してもよい。

【００１８】続くステップ３０３では、図４のマップｍ
ａｐ−ｔａに基づいて図示しない他のルーチンにより算
出される目標開度ＴＴＡから、上記係数ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅを用いた次の数式によってスロットルバルブ５の
推定開度ＨＴＡを算出する。すなわち、 ａ＊ＴＴＡn＋ｂ＊ＴＴＡn-1＋ｃ＊ＴＴＡn-2＋ｄ＊ＨＴＡn-1＋ｅ＊ＨＴＡn-2 にて算出される値を推定開度ＨＴＡとする。ここで上式
において、ＴＴＡn ，ＴＴＡn-1，ＴＴＡn-2は、今回処
理時，前回処理時，前前回処理時の目標開度ＴＴＡを、
ＨＴＡn-1，ＨＴＡn-2は、前回処理時，前前回処理時の
推定開度ＨＴＡを表している。この処理によって、目標
開度ＴＴＡを二次の伝達関数Ｆ（Ｓ）によって変換し、
推定開度ＨＴＡを算出することができる。そして、こう
することにより、目標開度ＴＴＡが変化した過渡状態に
おけるスロットル開度も、温度Ｔ，＋端子電圧Ｖに応じ
て正確に推定することができる。

【００１９】続くステップ３０５では、算出された推定
開度ＨＴＡとスロットルポジションセンサ９により検出
された実開度ＴＡとの偏差ＥＴＡを算出し、ステップ３
０７にて偏差ＥＴＡの絶対値が所定値ＫＥＴＡより大き
いか否かを判断する。偏差ＥＴＡの絶対値が所定値ＫＥ
ＴＡより大きい場合は、ステップ３０９にてスロットル
バルブ５の異常を示す異常フラグＸＦＡＩＬをセットし
て一旦処理を終了する。また、偏差ＥＴＡの絶対値が所
定値ＫＥＴＡ以下である場合は、ステップ３１１にて異
常フラグＸＦＡＩＬをリセットして一旦処理を終了す
る。

【００２０】前述したように、推定開度ＨＴＡは直流モ
ータ７の温度Ｔ，バッテリ１７の＋端子電圧Ｖに応じて
正確に推定されているので、スロットルバルブ５が正常
であれば、推定開度ＨＴＡと実開度ＴＡとは良好に一致
する。このため、スロットルバルブ５が正常であれば推
定開度ＨＴＡと実開度ＴＡとの偏差ＥＴＡは±ＫＥＴＡ
の範囲に収まる。本ルーチンでは、偏差ＥＴＡが±ＫＥ
ＴＡの範囲に収まっているか否かによって正確にスロッ
トルバルブ５の異常を検出することができる。

【００２１】次に、図５は目標開度算出ルーチンを表す
フローチャートである。処理を開始すると、先ず、ステ
ップ５０１にて異常フラグＸＦＡＩＬがセットされてい
るか否かを判断する。セットされているとき、すなわち
スロットルバルブ５が異常であるときは、ステップ５０
３にて目標開度ＴＴＡを０に設定し、続くステップ５０
５にて直流モータ７への通電をカットしてステップ５０
７へ移行する。ステップ５０７では、駆動回路２１ｆに
目標開度ＴＴＡ（＝０）に応じた信号を出力する。

【００２２】このように、直流モータ７への通電をカッ
トすると共に、目標開度０に応じた信号を出力すると、
スロットルバルブ５の異常を検出したときスロットルバ
ルブ５を確実に全閉状態とすることができる。すなわ
ち、ステップ５０５にて直流モータ７への通電をカット
すると、円筒コイルバネ１１の作用により、スロットル
バルブ５は全閉状態となる。ところが、何等かの故障に
より直流モータ７への通電カットが確実に行われないこ
とも想定される。しかし、この場合もステップ５０７に
て目標開度０に応じた信号を出力するので、同様にスロ
ットルバルブ５は全閉状態となる。

【００２３】一方、ステップ５０１にて異常フラグＸＦ
ＡＩＬがリセットされていると判断したとき、すなわち
スロットルバルブ５が正常であるときは、ステップ５０
９にて図４のマップｍａｐ−ｔａにより目標開度ＴＴＡ
を算出してステップ５０７へ移行する。図４に示すよう
に、マップｍａｐ−ｔａでは、アクセルポジションａｐ
が所定位置ａｐ0 へ移動するまで、すなわち、アクセル
１３が所定量踏み込まれるまでは目標開度ＴＴＡを０す
なわち全閉に設定し、アクセルポジションａｐが所定位
置ａｐ0 を越えて移動すると、アクセル１３の踏込みに
伴って目標開度ＴＴＡを徐々に全開まで増加させてい
る。

【００２４】このように、本実施例のスロットルバルブ
の異常検出装置では、バッテリ１７の＋端子電圧Ｖと直
流モータ７の温度Ｔとに基づいて、推定開度ＨＴＡを求
めるための伝達関数Ｆ（Ｓ）の係数ａ〜ｅを補正し、補
正された伝達関数Ｆ（Ｓ）に基づいて異常を検出する。
このため、スロットルバルブ５の異常を、＋端子電圧Ｖ
や直流モータ７の温度Ｔの影響を受けることなく正確に
検出することができる。従って、突発的な故障によるス
ロットルバルブ５の異常もきわめて迅速かつ正確に検出
して、内燃機関１の回転数などが制御不能になるのを良
好に防止することができる。

【００２５】なお、上記実施例では二次の伝達関数Ｆ
（Ｓ）によって推定開度ＨＴＡを算出しているが、推定
開度ＨＴＡは、更に高次の伝達関数、一次の伝達関数、
その他種々の数学モデルによって算出することができ
る。また、数学モデルを補正するためのパラメータとし
ては、＋端子電圧Ｖや直流モータ７の温度Ｔの他にも種
々の直流モータ７のコイル温度を示すパラメータを使用
することができる。例えば、冷却水温によっても直流モ
ータ７の温度Ｔを推定することができるので、温度セン
サ１９にて検出された温度Ｔの代わりに冷却水温を用い
て伝達関数Ｆ（Ｓ）を補正してもよい。また、周囲の温
度を用いてもよい。更に、内燃機関１の吸入空気量に応
じて、スロットルバルブ５に吸気流が加えるトルクが変
化し、これに伴いスロットルバルブ５の応答性も変化す
る。そこで、吸入空気量に基づいて伝達関数Ｆ（Ｓ）を
補正してもよい。また、内燃機関１の回転数が変化する
と吸入空気量も変化するので、内燃機関１の機関回転数
に基づいて伝達関数Ｆ（Ｓ）を補正してもよい。更にま
た、数学モデルの補正は単に係数の補正に限らず、各種
運転状態に応じて多数のマップを用意しておくなど種々
の方法で行うことができる。

【００２６】一方、本実施例では、スロットルバルブ５
の異常が検出されたときスロットルバルブ５を全閉に制
御しているが、全開に制御してもよく、また単に警報を
発生させるだけでもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のスロット
ルバルブの異常検出装置では、数学モデル補正手段がス
ロットルバルブ制御系の数学モデルを補正し、補正され
た数学モデルに基づいて異常を検出するので、運転状態
が変化してもスロットルバルブの異常を正確に検出する
ことができる。このため、突発的な故障による異常もき
わめて迅速かつ正確に検出して、内燃機関の回転数など
が制御不能になるのを良好に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のスロットルバルブの異常検出装置の構
成を表すブロック図である。

【図２】実施例のスロットル開度制御処理を表すフロー
チャートである。

【図３】スロットル開度制御処理の異常検出ルーチンを
表すフローチャートである。

【図４】スロットル開度制御処理の目標開度算出ルーチ
ンを表すフローチャートである。

【図５】アクセルポジションを目標開度に変換するマッ
プを表す説明図である。

【図６】温度によるスロットルバルブ制御系の応答性変
化を表す説明図である。

【図７】バッテリ電圧によるスロットルバルブ制御系の
応答性変化を表す説明図である。

【図８】本発明の構成例示図である。

【符号の説明】

１…内燃機関 ３…吸気管 ５…スロットルバ
ルブ ７…直流モータ ９…スロットルポジションセンサ １５…アクセル
ポジションセンサ １７…バッテリ １９…温度センサ ２１…電子制
御回路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 41/14 ３２０ Ｃ 8011−3Ｇ 45/00 ３６４ Ｊ 7536−3Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸気通路に設けられたスロッ
   トルバルブと、 上記スロットルバルブの目標開度を指令する目標開度指
   令手段と、 上記目標開度に基づいてスロットルバルブを駆動するス
   ロットル駆動手段と、 上記スロットル駆動手段を含む上記スロットルバルブ制
   御系の数学モデルに基づき、上記目標開度から上記スロ
   ットルバルブの推定開度を算出する推定開度算出手段
   と、 上記スロットルバルブの実開度を検出する実開度検出手
   段と、 上記スロットルバルブの上記実開度と上記推定開度とを
   比較してスロットルバルブが正常か否かを判断する判断
   手段と、 を備えたスロットルバルブの異常検出装置において、 上記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、 該運転状態検出手段にて検出された運転状態に基づき、
   上記数学モデルを補正する数学モデル補正手段と、 を設けたことを特徴とするスロットルバルブの異常検出
   装置。