JP3694406B2 - 電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気系に介装されたスロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータで開閉する電制スロットルシステムを備える内燃機関に関し、特にスロットル弁開度センサの異常を診断してフェイルセーフ制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アクセル開度 (アクセルペダル踏込み量) あるいはそれと機関回転速度等とに基づいて、目標空気量が得られるようにスロットル弁の開度を電子制御する電制スロットルシステムがある（特開平７−１８０５７０号公報等参照) 。
かかる電制スロットルシステムの中でも、特に駆動系が故障した場合にアクセル操作でスロットル弁をワイヤ等で機械的に連動するフェイルセーフ機構を備えないもの（フル電制スロットルシステム) においては、例えば、以下のような方式が採用されている。アクセル開度センサとスロットル開度センサとを２個ずつ備え、アクセル開度については２個の検出値の中の小さい方を選択し（出力の過大防止のため) 、スロットル弁開度については、主のスロットル開度の検出値を用い、場合によって２個の検出値の中の大きい方を選択するようにしている（フィードバック制御により大きい方を選択する方が小さい方向に補正されて出力の過大を防止できるため) 。
【０００３】
そして、前記各センサの２個の中の１個が故障した場合には、残る１個の故障に対する補償がないため、アクチュエータの出力を停止し、２個のスプリング（リターンスプリング及びデフォルトスプリング) の間にスロットル弁を連結してこれらスプリングのバランスする所定のデフォルト開度に保持させて、いわゆるリンプホーム状態（最低限の出力で走行可能とする状態) とするようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなフル電制スロットルシステムにおけるフェイルセーフ方式では、１個のセンサが故障するだけで、少なくともその時点では正常な残りのセンサの検出値を利用することなく強制的にフェイルセーフ開度に保持されてしまい、例えば最大でも時速40Ｋｍ程度でしか走行できないという不都合があった。
【０００５】
そこで、１個のセンサの故障時に残る１個のセンサを用いてスロットル弁開度を制御することが合理的であるが、その場合、２重系で保証していたものが、１重の保証しか行えなくなるという問題を生じる。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、残り１個のセンサが正常な場合は、該センサの検出値を用いて所望の速度で運転しつつ、該残り１個のセンサの診断を行い異常検出時には、該センサの検出値に基づかないフェイルセーフ制御に切り換えられるようにして、常に２重系で保証されるようにした電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１に係る発明は、図１に示すように、
吸気系に介装されたスロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータで開閉する電制スロットルシステムを備えると共に、前記スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサを２個備えた電制スロットル式内燃機関において、
前記スロットル開度センサの１個が故障したときに、残る１個のスロットル開度センサの検出値を用いてスロットル弁開度を制御する第１フェイルセーフ手段と、
前記第１フェイルセーフ手段の作動中にスロットル開度センサとは別系統のセンサにより機関を減速させる操作を検出したときには、該第１フェイルセーフ手段の作動を停止し、スロットル弁を所定開度に保持させる第２フェイルセーフ手段と、
前記第２フェイルセーフ手段の作動中に前記残る１個のスロットル開度センサの検出値が前記所定開度に対応する値から許容値以上外れているときには、該残る１個のスロットル開度センサも故障していると診断し、無条件でスロットル弁を所定開度に保持しつづける第３フェイルセーフ手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る発明によると、
２個のスロットル開度センサの中、１個が故障したときに、通常は第１フェイルセーフ手段により、残る１個のスロットル開度センサの検出値に基づいてスロットル弁を所望の目標開度に制御し、所望の速度で運転することができる。
また、運転者の意志により機関を減速操作した場合には、第２フェイルセーフ手段により、該減速操作を別系統のセンサによって検出してスロットル弁を所定開度（デフォルト開度) に保持した制御が行われる。
【０００８】
さらに、前記第２フェイルセーフ手段の作動中に、第３フェイルセーフ手段によって前記残る１個のスロットル開度センサの診断を行い、該センサの検出値が前記所定開度に対応する値から許容値以上外れているときには、当該センサも故障していると診断し、無条件でスロットル弁を所定開度に保持しつづける。
これにより、スロットル開度センサを常に２重系で保証した信頼性の高いフェイルセーフ制御を行うことができる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、
前記別系統のセンサは、機関のアイドル状態を検出するアイドルスイッチを含むことを特徴とする。
請求項２に係る発明によると、
アクセルペダルを開放するなどのアイドル状態への減速操作を行うことにより、アイドルスイッチがＯＮとなって該減速操作を検出することができる。
【００１０】
また、請求項３に係る発明は、
前記別系統のセンサは、ブレーキ操作状態を検出するブレーキスイッチを含むことを特徴とする。
請求項３に係る発明によると、
ブレーキ操作によって減速操作を行うことにより、ブレーキスイッチがＯＮとなって該減速操作を検出することができる。
【００１１】
また、請求項４に係る発明は、
前記第２フェイルセーフ手段及び第３フェイルセーフ手段は、前記アクチュエータの駆動を停止し、２つのスプリングの付勢力のバランスによってスロットル弁を所定開度に保持させることを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、
通常は前記２つのスプリングを伸縮させつつスロットル弁を所望の開度に制御できると共に、アクチュエータの駆動を停止すると、２つのスプリングの付勢力の静的なバランスによってスロットル弁を所定開度に保持させることができる。
【００１２】
また、請求項５に係る発明は、
アクセル開度センサを２個備え、選択された一方の値を用いてスロットル弁の目標開度を設定する一方、
前記アクセル開度センサの１個が故障したときに残る１個のアクセル開度センサの検出値を用いてスロットル弁の目標開度を設定し、該目標開度を用いてスロットル弁開度を制御させる第４フェイルセーフ手段と、
前記第４フェイルセーフ手段の作動中にアクセル開度センサ以外で機関のアイドル状態を検出するアイドルスイッチがアイドル状態を検出した時に、前記残る１個のアクセル開度センサの検出値がアイドル状態以外の検出値であるときには、該残る１個のアクセル開度センサも故障していると診断し、無条件でスロットル弁を所定開度に保持しつづける第５フェイルセーフ手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明によると、
かかる構成によると、
２個のアクセル開度センサの中、１個が故障したときに、通常は第４フェイルセーフ手段により、残る１個のアクセル開度センサの検出値に基づいてスロットル弁の目標開度を設定し、該目標開度となるようにスロットル弁開度を制御することにより、所望の速度で運転することができる。
【００１４】
また、前記第４フェイルセーフ手段の作動中に、第５フェイルセーフ手段によって前記残る１個のアクセル開度センサの診断を行い、アクセル開度センサ以外で機関のアイドル状態を検出するアイドルスイッチがアイドル状態を検出した時に、前記残る１個のアクセル開度センサの検出値がアイドル状態以外の検出値であるときには、該残る１個のアクセル開度センサも故障していると診断し、無条件でスロットル弁を所定開度に保持しつづける
これにより、アクセル開度センサについても常に２重系で保証した信頼性の高いフェイルセーフ制御を行うことができる。
【００１５】
また、請求項６に係る発明は、
前記第２フェイルセーフ手段は、前記第４フェイルセーフ手段の作動中にも作動することを特徴とする。
請求項６に係る発明によると、
前記第４フェイルセーフ手段の作動中に運転者の意志により機関を減速操作した場合にも、第２フェイルセーフ手段により、該減速操作を別系統のセンサによって検出してスロットル弁を所定開度（デフォルト開度) に保持した制御が行われる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
２個のアクセル開度センサ（ＡＰＳ) １Ａ，１Ｂは、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量（アクセル開度) を検出する。
【００１７】
クランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度を検出できる。
エアフローメータ３は、機関４への吸入空気量 (単位時間当りの吸入空気量＝吸入空気流量) を検出する。
【００１８】
水温センサ５は、機関の冷却水温度を検出する。
機関４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料を直接燃焼室内に噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓７が設けられる。該燃焼室内への直接噴射方式により、層状燃焼によるリーン化が可能となり、空燃比を広範囲に可変制御することができる。
【００１９】
また、機関４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９をその弁軸に連結されたレバー１０を介して駆動することによって弁開度を電子制御可能なアクチュエータ１１が備えられている。前記レバー１０には、両側にリターンスプリング１２とデフォルトスプリング１３が、連結されており、アクチュエータ１１の通電をＯＦＦとした状態では、前記リターンスプリング１２とデフォルトスプリング１３との付勢力がバランスする位置でスロットル弁９が所定のデフォルト開度に保持されるようになっている。また、前記スロットル弁９には、該スロットル弁９の開度を検出する２個のスロットル開度センサ１４Ａ，14Ｂが設けられている。
【００２０】
排気通路１５には、排気中の特定成分例えば酸素の濃度を検出することにより、燃焼混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段としての空燃比センサ１６が備えられる。
さらに、運転者の減速操作検出のため、アイドル状態（アクセルの略開放状態) を検出するアイドルスイッチ１７が設けられ、かつ、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ１８が儲けられる。
【００２１】
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット１９へ入力され、該コントロールユニット１９は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記アクチュエータ１１を駆動してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行う。
【００２２】
次に、前記アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（ＡＰＳ２) 及びスロットル開度センサ１７Ａ，１７Ｂの故障診断及び故障時のフェイルセーフ制御について、図３を参照して説明する。
図において、アクセル開度センサ系統診断について説明すると、アクセル開度センサ１Ａ（１Ｂ) 出力診断では、オープン，ショートの故障検出を行い、故障発生時にフラグＡＰＳ１ＣＡ（ＡＰＳ２ＣＡ) を１にセットするが、過渡的な故障を除去するため、故障状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグＡＰＳ１ＮＧ（ＡＰＳ２ＮＧ) を１にセットして、該アクセル開度センサ１Ａ（１Ｂ) の故障を確定する。なお、各フラグ（後述するフラグも含めて) を１にセットしたときは、後述する各回路への出力がハイレベルであり、０にリセットされているときは各回路への出力がローレベルであるように設定されている。
【００２３】
また、アクセル開度センサ１Ａと１Ｂとの差が大きく不整合であるかの診断（ＡＰＳ不整合診断) も行い、不整合であるときにフラグＡＰＳＸＣＡを１にセットするが、この場合も過度的な不整合を除去するため、不整合状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグＡＰＳＸＮＧを１にセットして、不整合であると確定する。
【００２４】
一方、スロットル開度センサ系統診断についてもアクセル開度センサ系統診断の場合と同様である。即ち、スロットル開度センサ１４Ａ（１４Ｂ) のオープン，ショートの故障検出を行い、故障発生時にフラグＴＰＳ１ＣＡ（ＴＰＳ２ＣＡ) を１にセットするが、該故障状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグＴＰＳ１ＮＧ（ＴＰＳ２ＮＧ) を１にセットして、該スロットル開度センサ１４Ａ（１４Ｂ) の故障を確定し、スロットル開度センサ１４Ａと１４Ｂとの差が大きく不整合であるときにフラグＴＰＳＸＣＡを１にセットし、該不整合状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグＴＰＳＸＮＧを１にセットして、不整合であると確定する。
【００２５】
そして、アクセル開度センサ系統については、３個のフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧ，ＡＰＳＸＮＧが共に０の場合（同系統の表の上から１番目) つまりアクセル開度センサ系統の診断結果が全て正常の場合は、アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂの２つの検出値の中、小さい値の方を選択（ＬＯＷＥＲ) する。また、スロットル開度センサ系統については、３個のフラグＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ，ＴＰＳＸＮＧが共に０の場合（同系統の表の上から１番目) は、一方のスロットル開度センサ１４Ａの検出値ＴＰＯ１を選択する。
【００２６】
そして、各系統共に、全て正常と診断されている場合はリンプホームの必要もないので、センサ一重故障時リンプホーム許可フラグを０とし、パワトラオフフラグ，リレーオフフラグを０とし、したがって、両系統共に、全て正常の場合は、アクチュエータ駆動用パワートランジスタ，駆動用リレーが共にＯＮとされ、アクチュエータ１１が駆動されて、前記小さい方のアクセル開度ＡＰＯに基づいて設定された目標スロットル開度となるように、スロットル弁９の開度が制御される。また、この場合、第１オア回路３１の出力はローレベルに維持されるので、警告灯は点灯しない。
【００２７】
また、少なくとも一方の系統について、不整合のフラグＡＰＳＸＣＡ（ＴＰＳＸＣＡ) のみが１にセットされているとき（各系統の表の２番目) は、いずれのアクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（スロットル開度センサ１４Ａ，１４Ｂ) の検出値も信頼できないと判断し、パワトラオフフラグ，リレーオフフラグを１とする。これにより、第１オア回路３１がハイレベルとなって警告灯が点灯されると共に、第２オア回路３２，第３オア回路３３の出力がハイレベルとなって、アクチュエータ駆動用パワートランジスタ，駆動用リレーが共にＯＦＦとされて、アクチュエータ１１への通電が停止され、スロットル弁９を前記リターンスプリング１２とデフォルトスプリング１３との付勢力がバランスするデフォルト開度に保持させ、必要最小限の速度（例えば時速４０Ｋｍ) で走行させる。尚、以下の説明のように６個のフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧ，ＡＰＳＸＮＧ，ＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ，ＴＰＳＸＮＧの中の少なくとも１つが１である場合は、第１オア回路３１がハイレベルとなって警告灯が点灯されるので、以下では説明を省略する。
【００２８】
次に、各系統についてフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧ（ＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ) のいずれか１方が１つまりアクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（スロットル開度センサ１４Ａ，１４Ｂ) の一方のみが故障（一重故障) と診断されている場合（各系統の表の３番目〜６番目) は、パワトラオフフラグ，リレーオフフラグは０とし、センサ一重故障時リンプホーム許可フラグは１にセットし、アクセル開度ＡＰＯ（スロットル開度ＴＰＯ) については、故障と診断されていない側の検出値、ＡＰＳ１又はＡＰＳ２（ＴＰＯ１又はＴＰＯ２) を選択する。
【００２９】
そして、アクセル開度センサ系統とスロットル開度センサ系統の中の一方が全て正常で、他方が一重故障である場合、及び２系統共に一重故障である場合は、通常は、アクチュエータ１１が駆動され、選択されたアクセル開度ＡＰＯに基づいて設定された目標スロットル開度となるように、スロットル弁９の開度を制御することができる。つまり、強制的にスロットル開度をデフォルト開度に保持されることなく、時速４０Ｋｍ程度の低速に制限されることなく、所望の車速で走行することができる。
【００３０】
しかし、一重故障時において、運転者の意志で減速操作を行った場合には、アクセルペダルを開放することにより、アイドルスイッチ１７Ａ，１７ＢがＯＮとされ、あるいは、ブレーキ操作を行ってブレーキスイッチ１８がＯＮとされると、第４オア回路３４がハイレベルとなり、かつ、少なくとも一方の系統が一重故障であるためセンサ一重故障時リンプホーム許可フラグが１となっているので、第５オア回路３５の出力がハイレベルとなる。したがって、第１アンド回路３６がハイレベルとなり、第２オア回路３２がハイレベルとなってアクチュエータ１１駆動用のパワートランジスタがＯＦＦとされて、アクチュエータ１１への通電が停止され、スロットル弁９を前記リターンスプリング１２とデフォルトスプリング１３との付勢力がバランスするデフォルト開度に保持させ、必要最小限の速度（例えば時速４０Ｋｍ) で走行させる。
【００３１】
また、アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（スロットル開度センサ１４Ａ，１４Ｂ) が２個共に出力値が正常範囲から外れる故障を生じた場合は、正常なスロットル開度制御は望めないのでパワトラオフフラグ，リレーオフフラグを共に１として、アクチュエータの通電を停止して、スロットル弁９をデフォルト開度に保持する。
【００３２】
次に、前記各センサの１個が故障している一重故障時に、残る１個のセンサが異常となった場合、（前記出力値が正常範囲から外れる故障以外の、正常範囲内ではあるが異常な値となっている故障) に対処するフェイルセーフ制御について説明する。
まず、スロットル開度センサ系について説明すると、スロットル開度センサの１個が故障して残る１個のセンサでスロットル弁開度制御を行っているときに、減速操作を行ってアイドルスイッチ１７又はブレーキスイッチ１８がＯＮとなり、パワートランジスタがＯＦＦとされてアクチュエータ１１の駆動が停止され、スロットル弁がデフォルト開度に制御されている状態で前記残る１個のスロットル開度センサの検出値がデフォルト開度から許容値α（＞０) 以上外れているときには、該残る１個のスロットル開度センサが異常であると診断し、リレーをＯＦＦとする。
【００３３】
このための構成として、選択されたスロットル弁開度センサの出力値とデフォルト開度±α相当のしきい値を入力し、出力値＜デフォルト開度−α，出力値＞デフォルト開度＋αとなったときにハイレベルとなるウインドコンパレータ３７を設けると共に、該ウインドコンパレータ３７の出力、スロットル開度センサ系のセンサ一重故障時リンプホーム許可フラグからの信号、前記第４オア回路３４からの信号を入力する第２アンド回路３８を設け、該第２アンド回路３８の出力を前記第３オア回路３３に入力させる構成とする。
【００３４】
これにより、残る１個のスロットル開度センサも異常と診断された場合は、リレーがＯＦＦされるので、減速操作等を要件とすることなく、アクセル踏み込み時にも無条件でアクチュエータの駆動が停止されてスロットル弁がデフォルト開度に制御されて低速走行のリンプホーム制御が実行され、信頼性の高いフェイルセーフ制御を行うことができる。
【００３５】
次にアクセル開度センサ系について説明すると、アクセル開度センサの１個が故障して残る１個のセンサの検出値に基づいてスロットル弁の目標開度を設定してスロットル弁開度制御を行っている時に、アクセルペダルを開放してアイドルスイッチがＯＮとなったアイドル状態で、前記残る１個のアクセル開度センサの検出値がアイドル状態以外の値となったときには、該残る１個のアクセル開度センサが異常であると診断し、リレーをＯＦＦとする。
【００３６】
このための構成として、選択されたアクセル開度センサの出力値とアイドル状態相当のしきい値を入力し、出力値≧しきい値となったときにハイレベルとなるコンパレータ３９を設けると共に、該コンパレータ３９の出力、アクセル開度センサ系のセンサ一重故障時リンプホーム許可フラグからの信号、アイドルスイッチ１７からの信号を入力する第３アンド回路４０を設け、該第３アンド回路４０の出力を前記第３オア回路３３に入力させる構成とする。
【００３７】
これにより、残る１個のアクセル開度センサも異常と診断された場合も、リレーがＯＦＦとされ、無条件でスロットル弁をデフォルト開度とする低速走行のリンプホーム制御が実行されて、信頼性の高いフェイルセーフ制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上実施形態に係るアクセル開度センサとスロットル開度センサの診断によるスロットル制御を示す回路ブロック図。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ アクセル開度センサ
４ 機関
９ スロットル弁
１１ アクチュエータ
１２ リターンスプリング
１３ デフォルトスプリング
１４Ａ，１４Ｂ スロットル開度センサ
１７ アイドルスイッチ
１８ ブレーキスイッチ
１９ コントロールユニット
３２ 第２オア回路
３３ 第３オア回路
３４ 第４オア回路
３６ 第１アンド回路
３７ ウインドコンパレータ
３８ 第２アンド回路
３９ コンパレータ
４０ 第３アンド回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気系に介装されたスロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータで開閉する電制スロットルシステムを備える内燃機関に関し、特にスロットル弁開度センサの異常を診断してフェイルセーフ制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アクセル開度 (アクセルペダル踏込み量) あるいはそれと機関回転速度等とに基づいて、目標空気量が得られるようにスロットル弁の開度を電子制御する電制スロットルシステムがある（特開平７−１８０５７０号公報等参照) 。
かかる電制スロットルシステムの中でも、特に駆動系が故障した場合にアクセル操作でスロットル弁をワイヤ等で機械的に連動するフェイルセーフ機構を備えないもの（フル電制スロットルシステム) においては、例えば、以下のような方式が採用されている。アクセル開度センサとスロットル開度センサとを２個ずつ備え、アクセル開度については２個の検出値の中の小さい方を選択し（出力の過大防止のため) 、スロットル弁開度については、主のスロットル開度の検出値を用い、場合によって２個の検出値の中の大きい方を選択するようにしている（フィードバック制御により大きい方を選択する方が小さい方向に補正されて出力の過大を防止できるため) 。
【０００３】
そして、前記各センサの２個の中の１個が故障した場合には、残る１個の故障に対する補償がないため、アクチュエータの出力を停止し、２個のスプリング（リターンスプリング及びデフォルトスプリング) の間にスロットル弁を連結してこれらスプリングのバランスする所定のデフォルト開度に保持させて、いわゆるリンプホーム状態（最低限の出力で走行可能とする状態) とするようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなフル電制スロットルシステムにおけるフェイルセーフ方式では、１個のセンサが故障するだけで、少なくともその時点では正常な残りのセンサの検出値を利用することなく強制的にフェイルセーフ開度に保持されてしまい、例えば最大でも時速40Ｋｍ程度でしか走行できないという不都合があった。
【０００５】
そこで、１個のセンサの故障時に残る１個のセンサを用いてスロットル弁開度を制御することが合理的であるが、その場合、２重系で保証していたものが、１重の保証しか行えなくなるという問題を生じる。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、残り１個のセンサが正常な場合は、該センサの検出値を用いて所望の速度で運転しつつ、該残り１個のセンサの診断を行い異常検出時には、該センサの検出値に基づかないフェイルセーフ制御に切り換えられるようにして、常に２重系で保証されるようにした電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１に係る発明は、図１に示すように、
吸気系に介装されたスロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータで開閉する電制スロットルシステムを備えると共に、前記スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサを２個備えた電制スロットル式内燃機関において、
前記スロットル開度センサの１個が故障したときに、残る１個のスロットル開度センサの検出値を用いてスロットル弁開度を制御する第１フェイルセーフ手段と、
前記第１フェイルセーフ手段の作動中にスロットル開度センサとは別系統のセンサにより機関を減速させる操作を検出したときには、該第１フェイルセーフ手段の作動を停止し、スロットル弁を所定開度に保持させる第２フェイルセーフ手段と、
前記第２フェイルセーフ手段の作動中に前記残る１個のスロットル開度センサの検出値が前記所定開度に対応する値から許容値以上外れているときには、該残る１個のスロットル開度センサも故障していると診断し、無条件でスロットル弁を所定開度に保持しつづける第３フェイルセーフ手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る発明によると、
２個のスロットル開度センサの中、１個が故障したときに、通常は第１フェイルセーフ手段により、残る１個のスロットル開度センサの検出値に基づいてスロットル弁を所望の目標開度に制御し、所望の速度で運転することができる。
また、運転者の意志により機関を減速操作した場合には、第２フェイルセーフ手段により、該減速操作を別系統のセンサによって検出してスロットル弁を所定開度（デフォルト開度) に保持した制御が行われる。
【０００８】
さらに、前記第２フェイルセーフ手段の作動中に、第３フェイルセーフ手段によって前記残る１個のスロットル開度センサの診断を行い、該センサの検出値が前記所定開度に対応する値から許容値以上外れているときには、当該センサも故障していると診断し、無条件でスロットル弁を所定開度に保持しつづける。
これにより、スロットル開度センサを常に２重系で保証した信頼性の高いフェイルセーフ制御を行うことができる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、
前記別系統のセンサは、機関のアイドル状態を検出するアイドルスイッチを含むことを特徴とする。
請求項２に係る発明によると、
アクセルペダルを開放するなどのアイドル状態への減速操作を行うことにより、アイドルスイッチがＯＮとなって該減速操作を検出することができる。
【００１０】
また、請求項３に係る発明は、
前記別系統のセンサは、ブレーキ操作状態を検出するブレーキスイッチを含むことを特徴とする。
請求項３に係る発明によると、
ブレーキ操作によって減速操作を行うことにより、ブレーキスイッチがＯＮとなって該減速操作を検出することができる。
【００１１】
また、請求項４に係る発明は、
前記第２フェイルセーフ手段及び第３フェイルセーフ手段は、前記アクチュエータの駆動を停止し、２つのスプリングの付勢力のバランスによってスロットル弁を所定開度に保持させることを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、
通常は前記２つのスプリングを伸縮させつつスロットル弁を所望の開度に制御できると共に、アクチュエータの駆動を停止すると、２つのスプリングの付勢力の静的なバランスによってスロットル弁を所定開度に保持させることができる。
【００１２】
また、請求項５に係る発明は、
アクセル開度センサを２個備え、選択された一方の値を用いてスロットル弁の目標開度を設定する一方、
前記アクセル開度センサの１個が故障したときに残る１個のアクセル開度センサの検出値を用いてスロットル弁の目標開度を設定し、該目標開度を用いてスロットル弁開度を制御させる第４フェイルセーフ手段と、
前記第４フェイルセーフ手段の作動中にアクセル開度センサ以外で機関のアイドル状態を検出するアイドルスイッチがアイドル状態を検出した時に、前記残る１個のアクセル開度センサの検出値がアイドル状態以外の検出値であるときには、該残る１個のアクセル開度センサも故障していると診断し、無条件でスロットル弁を所定開度に保持しつづける第５フェイルセーフ手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明によると、
かかる構成によると、
２個のアクセル開度センサの中、１個が故障したときに、通常は第４フェイルセーフ手段により、残る１個のアクセル開度センサの検出値に基づいてスロットル弁の目標開度を設定し、該目標開度となるようにスロットル弁開度を制御することにより、所望の速度で運転することができる。
【００１４】
また、前記第４フェイルセーフ手段の作動中に、第５フェイルセーフ手段によって前記残る１個のアクセル開度センサの診断を行い、アクセル開度センサ以外で機関のアイドル状態を検出するアイドルスイッチがアイドル状態を検出した時に、前記残る１個のアクセル開度センサの検出値がアイドル状態以外の検出値であるときには、該残る１個のアクセル開度センサも故障していると診断し、無条件でスロットル弁を所定開度に保持しつづける
これにより、アクセル開度センサについても常に２重系で保証した信頼性の高いフェイルセーフ制御を行うことができる。
【００１５】
また、請求項６に係る発明は、
前記第２フェイルセーフ手段は、前記第４フェイルセーフ手段の作動中にも作動することを特徴とする。
請求項６に係る発明によると、
前記第４フェイルセーフ手段の作動中に運転者の意志により機関を減速操作した場合にも、第２フェイルセーフ手段により、該減速操作を別系統のセンサによって検出してスロットル弁を所定開度（デフォルト開度) に保持した制御が行われる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
２個のアクセル開度センサ（ＡＰＳ) １Ａ，１Ｂは、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量（アクセル開度) を検出する。
【００１７】
クランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度を検出できる。
エアフローメータ３は、機関４への吸入空気量 (単位時間当りの吸入空気量＝吸入空気流量) を検出する。
【００１８】
水温センサ５は、機関の冷却水温度を検出する。
機関４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料を直接燃焼室内に噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓７が設けられる。該燃焼室内への直接噴射方式により、層状燃焼によるリーン化が可能となり、空燃比を広範囲に可変制御することができる。
【００１９】
また、機関４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９をその弁軸に連結されたレバー１０を介して駆動することによって弁開度を電子制御可能なアクチュエータ１１が備えられている。前記レバー１０には、両側にリターンスプリング１２とデフォルトスプリング１３が、連結されており、アクチュエータ１１の通電をＯＦＦとした状態では、前記リターンスプリング１２とデフォルトスプリング１３との付勢力がバランスする位置でスロットル弁９が所定のデフォルト開度に保持されるようになっている。また、前記スロットル弁９には、該スロットル弁９の開度を検出する２個のスロットル開度センサ１４Ａ，14Ｂが設けられている。
【００２０】
排気通路１５には、排気中の特定成分例えば酸素の濃度を検出することにより、燃焼混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段としての空燃比センサ１６が備えられる。
さらに、運転者の減速操作検出のため、アイドル状態（アクセルの略開放状態) を検出するアイドルスイッチ１７が設けられ、かつ、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ１８が儲けられる。
【００２１】
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット１９へ入力され、該コントロールユニット１９は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記アクチュエータ１１を駆動してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行う。
【００２２】
次に、前記アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（ＡＰＳ２) 及びスロットル開度センサ１７Ａ，１７Ｂの故障診断及び故障時のフェイルセーフ制御について、図３を参照して説明する。
図において、アクセル開度センサ系統診断について説明すると、アクセル開度センサ１Ａ（１Ｂ) 出力診断では、オープン，ショートの故障検出を行い、故障発生時にフラグＡＰＳ１ＣＡ（ＡＰＳ２ＣＡ) を１にセットするが、過渡的な故障を除去するため、故障状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグＡＰＳ１ＮＧ（ＡＰＳ２ＮＧ) を１にセットして、該アクセル開度センサ１Ａ（１Ｂ) の故障を確定する。なお、各フラグ（後述するフラグも含めて) を１にセットしたときは、後述する各回路への出力がハイレベルであり、０にリセットされているときは各回路への出力がローレベルであるように設定されている。
【００２３】
また、アクセル開度センサ１Ａと１Ｂとの差が大きく不整合であるかの診断（ＡＰＳ不整合診断) も行い、不整合であるときにフラグＡＰＳＸＣＡを１にセットするが、この場合も過度的な不整合を除去するため、不整合状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグＡＰＳＸＮＧを１にセットして、不整合であると確定する。
【００２４】
一方、スロットル開度センサ系統診断についてもアクセル開度センサ系統診断の場合と同様である。即ち、スロットル開度センサ１４Ａ（１４Ｂ) のオープン，ショートの故障検出を行い、故障発生時にフラグＴＰＳ１ＣＡ（ＴＰＳ２ＣＡ) を１にセットするが、該故障状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグＴＰＳ１ＮＧ（ＴＰＳ２ＮＧ) を１にセットして、該スロットル開度センサ１４Ａ（１４Ｂ) の故障を確定し、スロットル開度センサ１４Ａと１４Ｂとの差が大きく不整合であるときにフラグＴＰＳＸＣＡを１にセットし、該不整合状態が所定のディレイ時間継続したときにフラグＴＰＳＸＮＧを１にセットして、不整合であると確定する。
【００２５】
そして、アクセル開度センサ系統については、３個のフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧ，ＡＰＳＸＮＧが共に０の場合（同系統の表の上から１番目) つまりアクセル開度センサ系統の診断結果が全て正常の場合は、アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂの２つの検出値の中、小さい値の方を選択（ＬＯＷＥＲ) する。また、スロットル開度センサ系統については、３個のフラグＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ，ＴＰＳＸＮＧが共に０の場合（同系統の表の上から１番目) は、一方のスロットル開度センサ１４Ａの検出値ＴＰＯ１を選択する。
【００２６】
そして、各系統共に、全て正常と診断されている場合はリンプホームの必要もないので、センサ一重故障時リンプホーム許可フラグを０とし、パワトラオフフラグ，リレーオフフラグを０とし、したがって、両系統共に、全て正常の場合は、アクチュエータ駆動用パワートランジスタ，駆動用リレーが共にＯＮとされ、アクチュエータ１１が駆動されて、前記小さい方のアクセル開度ＡＰＯに基づいて設定された目標スロットル開度となるように、スロットル弁９の開度が制御される。また、この場合、第１オア回路３１の出力はローレベルに維持されるので、警告灯は点灯しない。
【００２７】
また、少なくとも一方の系統について、不整合のフラグＡＰＳＸＣＡ（ＴＰＳＸＣＡ) のみが１にセットされているとき（各系統の表の２番目) は、いずれのアクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（スロットル開度センサ１４Ａ，１４Ｂ) の検出値も信頼できないと判断し、パワトラオフフラグ，リレーオフフラグを１とする。これにより、第１オア回路３１がハイレベルとなって警告灯が点灯されると共に、第２オア回路３２，第３オア回路３３の出力がハイレベルとなって、アクチュエータ駆動用パワートランジスタ，駆動用リレーが共にＯＦＦとされて、アクチュエータ１１への通電が停止され、スロットル弁９を前記リターンスプリング１２とデフォルトスプリング１３との付勢力がバランスするデフォルト開度に保持させ、必要最小限の速度（例えば時速４０Ｋｍ) で走行させる。尚、以下の説明のように６個のフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧ，ＡＰＳＸＮＧ，ＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ，ＴＰＳＸＮＧの中の少なくとも１つが１である場合は、第１オア回路３１がハイレベルとなって警告灯が点灯されるので、以下では説明を省略する。
【００２８】
次に、各系統についてフラグＡＰＳ１ＮＧ，ＡＰＳ２ＮＧ（ＴＰＳ１ＮＧ，ＴＰＳ２ＮＧ) のいずれか１方が１つまりアクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（スロットル開度センサ１４Ａ，１４Ｂ) の一方のみが故障（一重故障) と診断されている場合（各系統の表の３番目〜６番目) は、パワトラオフフラグ，リレーオフフラグは０とし、センサ一重故障時リンプホーム許可フラグは１にセットし、アクセル開度ＡＰＯ（スロットル開度ＴＰＯ) については、故障と診断されていない側の検出値、ＡＰＳ１又はＡＰＳ２（ＴＰＯ１又はＴＰＯ２) を選択する。
【００２９】
そして、アクセル開度センサ系統とスロットル開度センサ系統の中の一方が全て正常で、他方が一重故障である場合、及び２系統共に一重故障である場合は、通常は、アクチュエータ１１が駆動され、選択されたアクセル開度ＡＰＯに基づいて設定された目標スロットル開度となるように、スロットル弁９の開度を制御することができる。つまり、強制的にスロットル開度をデフォルト開度に保持されることなく、時速４０Ｋｍ程度の低速に制限されることなく、所望の車速で走行することができる。
【００３０】
しかし、一重故障時において、運転者の意志で減速操作を行った場合には、アクセルペダルを開放することにより、アイドルスイッチ１７Ａ，１７ＢがＯＮとされ、あるいは、ブレーキ操作を行ってブレーキスイッチ１８がＯＮとされると、第４オア回路３４がハイレベルとなり、かつ、少なくとも一方の系統が一重故障であるためセンサ一重故障時リンプホーム許可フラグが１となっているので、第５オア回路３５の出力がハイレベルとなる。したがって、第１アンド回路３６がハイレベルとなり、第２オア回路３２がハイレベルとなってアクチュエータ１１駆動用のパワートランジスタがＯＦＦとされて、アクチュエータ１１への通電が停止され、スロットル弁９を前記リターンスプリング１２とデフォルトスプリング１３との付勢力がバランスするデフォルト開度に保持させ、必要最小限の速度（例えば時速４０Ｋｍ) で走行させる。
【００３１】
また、アクセル開度センサ１Ａ，１Ｂ（スロットル開度センサ１４Ａ，１４Ｂ) が２個共に出力値が正常範囲から外れる故障を生じた場合は、正常なスロットル開度制御は望めないのでパワトラオフフラグ，リレーオフフラグを共に１として、アクチュエータの通電を停止して、スロットル弁９をデフォルト開度に保持する。
【００３２】
次に、前記各センサの１個が故障している一重故障時に、残る１個のセンサが異常となった場合、（前記出力値が正常範囲から外れる故障以外の、正常範囲内ではあるが異常な値となっている故障) に対処するフェイルセーフ制御について説明する。
まず、スロットル開度センサ系について説明すると、スロットル開度センサの１個が故障して残る１個のセンサでスロットル弁開度制御を行っているときに、減速操作を行ってアイドルスイッチ１７又はブレーキスイッチ１８がＯＮとなり、パワートランジスタがＯＦＦとされてアクチュエータ１１の駆動が停止され、スロットル弁がデフォルト開度に制御されている状態で前記残る１個のスロットル開度センサの検出値がデフォルト開度から許容値α（＞０) 以上外れているときには、該残る１個のスロットル開度センサが異常であると診断し、リレーをＯＦＦとする。
【００３３】
このための構成として、選択されたスロットル弁開度センサの出力値とデフォルト開度±α相当のしきい値を入力し、出力値＜デフォルト開度−α，出力値＞デフォルト開度＋αとなったときにハイレベルとなるウインドコンパレータ３７を設けると共に、該ウインドコンパレータ３７の出力、スロットル開度センサ系のセンサ一重故障時リンプホーム許可フラグからの信号、前記第４オア回路３４からの信号を入力する第２アンド回路３８を設け、該第２アンド回路３８の出力を前記第３オア回路３３に入力させる構成とする。
【００３４】
これにより、残る１個のスロットル開度センサも異常と診断された場合は、リレーがＯＦＦされるので、減速操作等を要件とすることなく、アクセル踏み込み時にも無条件でアクチュエータの駆動が停止されてスロットル弁がデフォルト開度に制御されて低速走行のリンプホーム制御が実行され、信頼性の高いフェイルセーフ制御を行うことができる。
【００３５】
次にアクセル開度センサ系について説明すると、アクセル開度センサの１個が故障して残る１個のセンサの検出値に基づいてスロットル弁の目標開度を設定してスロットル弁開度制御を行っている時に、アクセルペダルを開放してアイドルスイッチがＯＮとなったアイドル状態で、前記残る１個のアクセル開度センサの検出値がアイドル状態以外の値となったときには、該残る１個のアクセル開度センサが異常であると診断し、リレーをＯＦＦとする。
【００３６】
このための構成として、選択されたアクセル開度センサの出力値とアイドル状態相当のしきい値を入力し、出力値≧しきい値となったときにハイレベルとなるコンパレータ３９を設けると共に、該コンパレータ３９の出力、アクセル開度センサ系のセンサ一重故障時リンプホーム許可フラグからの信号、アイドルスイッチ１７からの信号を入力する第３アンド回路４０を設け、該第３アンド回路４０の出力を前記第３オア回路３３に入力させる構成とする。
【００３７】
これにより、残る１個のアクセル開度センサも異常と診断された場合も、リレーがＯＦＦとされ、無条件でスロットル弁をデフォルト開度とする低速走行のリンプホーム制御が実行されて、信頼性の高いフェイルセーフ制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上実施形態に係るアクセル開度センサとスロットル開度センサの診断によるスロットル制御を示す回路ブロック図。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ アクセル開度センサ
４ 機関
９ スロットル弁
１１ アクチュエータ
１２ リターンスプリング
１３ デフォルトスプリング
１４Ａ，１４Ｂ スロットル開度センサ
１７ アイドルスイッチ
１８ ブレーキスイッチ
１９ コントロールユニット
３２ 第２オア回路
３３ 第３オア回路
３４ 第４オア回路
３６ 第１アンド回路
３７ ウインドコンパレータ
３８ 第２アンド回路
３９ コンパレータ
４０ 第３アンド回路
Claims (6)
- 吸気系に介装されたスロットル弁を目標開度になるようにアクチュエータで開閉する電制スロットルシステムを備えると共に、前記スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサを２個備えた電制スロットル式内燃機関において、
前記スロットル開度センサの１個が故障したときに、残る１個のスロットル開度センサの検出値を用いてスロットル弁開度を制御する第１フェイルセーフ手段と、
前記第１フェイルセーフ手段の作動中にスロットル開度センサとは別系統のセンサにより機関を減速させる操作を検出したときには、該第１フェイルセーフ手段の作動を停止し、スロットル弁を所定開度に保持させる第２フェイルセーフ手段と、
前記第２フェイルセーフ手段の作動中に前記残る１個のスロットル開度センサの検出値が前記所定開度に対応する値から許容値以上外れているときには、該残る１個のスロットル開度センサも故障していると診断し、無条件でスロットル弁を所定開度に保持しつづける第３フェイルセーフ手段と、
を含んで構成したことを特徴とする電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置。 - 前記別系統のセンサは、機関のアイドル状態を検出するアイドルスイッチを含むことを特徴とする請求項１に記載の電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置。
- 前記別系統のセンサは、ブレーキ操作状態を検出するブレーキスイッチを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置。
- 前記第２フェイルセーフ手段及び第３フェイルセーフ手段は、前記アクチュエータの駆動を停止し、２つのスプリングの付勢力のバランスによってスロットル弁を所定開度に保持させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置。
- アクセル開度センサを２個備え、選択された一方の値を用いてスロットル弁の目標開度を設定する一方、
前記アクセル開度センサの１個が故障したときに残る１個のアクセル開度センサの検出値を用いてスロットル弁の目標開度を設定し、該目標開度を用いてスロットル弁開度を制御させる第４フェイルセーフ手段と、
前記第４フェイルセーフ手段の作動中にアクセル開度センサ以外で機関のアイドル状態を検出するアイドルスイッチがアイドル状態を検出した時に、前記残る１個のアクセル開度センサの検出値がアイドル状態以外の検出値であるときには、該残る１個のアクセル開度センサも故障していると診断し、無条件でスロットル弁を所定開度に保持しつづける第５フェイルセーフ手段と、
を含んで構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置。 - 前記第２フェイルセーフ手段は、前記第４フェイルセーフ手段の作動中にも作動することを特徴とする請求項５に記載の電制スロットル式内燃機関のフェイルセーフ制御装置。
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