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WO2024171355A1 - スロットル弁装置の電子制御システム - Google Patents

スロットル弁装置の電子制御システム Download PDF

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Publication number
WO2024171355A1
WO2024171355A1 PCT/JP2023/005303 JP2023005303W WO2024171355A1 WO 2024171355 A1 WO2024171355 A1 WO 2024171355A1 JP 2023005303 W JP2023005303 W JP 2023005303W WO 2024171355 A1 WO2024171355 A1 WO 2024171355A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
throttle valve
diagnostic
motor
rotation operation
control system
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/005303
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
豊至 根本
Original Assignee
日立Astemo株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立Astemo株式会社 filed Critical 日立Astemo株式会社
Priority to PCT/JP2023/005303 priority Critical patent/WO2024171355A1/ja
Publication of WO2024171355A1 publication Critical patent/WO2024171355A1/ja

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/02—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits concerning induction conduits

Definitions

  • the present invention relates to an electronic control system for a throttle valve device equipped with a diagnostic device for the DC motor that is the power source of the motor-driven throttle valve device.
  • Patent Document 1 discloses a technology for diagnosing the power cut-off device and return spring of the actuator (DC motor) of a motor-driven throttle valve device called an electronic throttle body (ETB: Electronic throttle Body) when the key switch is turned on in an electronic control system that electrically controls the opening area of the air passage of an internal combustion engine with a throttle valve driven by a DC motor.
  • DC motor power cut-off device
  • ETB Electronic throttle Body
  • the object of the present invention is to provide an electronic control system for a throttle valve device that can detect signs of failure in the DC motor that is the power source for a motor-driven throttle valve device.
  • the present invention provides an electronic control system for a throttle valve device, which includes a motor-driven throttle valve device including a throttle valve, a DC motor for opening and closing the throttle valve, and a throttle position sensor for detecting the rotation angle of the throttle valve, and a throttle valve control device for driving the DC motor and controlling the opening of the throttle valve, the throttle valve control device being equipped with a diagnostic device that performs a diagnostic rotation operation of the DC motor by a low-speed rotation operation in which the rotation speed of the throttle valve is slower than the rotation speed during normal operation, based on the detection signal of the throttle position sensor and the target rotation angle of the throttle valve, and diagnoses an abnormality in the DC motor based on the power supplied to the DC motor during the diagnostic rotation operation.
  • a diagnostic device that performs a diagnostic rotation operation of the DC motor by a low-speed rotation operation in which the rotation speed of the throttle valve is slower than the rotation speed during normal operation, based on the detection signal of the throttle position sensor and the target rotation angle of the throttle valve, and diagnoses an abnormality in the DC
  • the present invention makes it possible to detect signs of failure in the DC motor that is the power source for a motor-driven throttle valve device.
  • the present invention's failure warning system will enable parts to be replaced when the user is not using the vehicle, preventing failures while driving and reducing inconvenience to the user and improving vehicle usage efficiency.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall electronic control system for a throttle valve device according to a first embodiment of the present invention
  • 2 is a cross-sectional view of a main portion of a motor-driven throttle valve device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a DC motor.
  • FIG. 2 is an external perspective view of a motor-driven throttle valve device.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a throttle position sensor;
  • 4 is a time chart showing a flow of processing contents of the throttle valve control device.
  • 5 is a flowchart showing the processing contents of a normal operation in a normal control mode of the throttle valve control device.
  • 4 is a flowchart showing the process of predictive failure diagnosis of a DC motor performed by a diagnosis device, embodying the basic concept of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart showing details of the processing content of test A shown in FIG. 8 .
  • 9 is a flowchart showing details of the processing content of test B shown in FIG. 8 .
  • FIG. 11 shows operational waveforms related to a throttle valve control device when a DC motor is driven by PWM control, where (A) shows the operational waveforms of step operation during normal operation when the DC motor is normal, and (B) shows the operational waveforms of step operation during normal operation when the DC motor is abnormal.
  • 1A and 1B are diagrams showing operational waveforms related to a throttle valve control device when a DC motor is driven by PWM control, where FIG. 1A shows operational waveforms during lamp operation in this embodiment when the DC motor is normal, and FIG.
  • 1B shows operational waveforms during lamp operation in this embodiment when the DC motor is abnormal.
  • 6 is a time chart showing a flow of processing contents of a throttle valve control device according to a second embodiment of the present invention.
  • 10 is a time chart showing a flow of processing contents of a throttle valve control device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall electronic control system for a throttle valve device according to a first embodiment of the present invention.
  • the electronic control system of this embodiment is equipped with a motor-driven throttle valve device 110 that is attached to the intake side of the engine 100 and adjusts the amount of air supplied to the engine 100, and an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 120 that inputs various engine signals and vehicle status signals and performs various controls such as the fuel injection amount and ignition timing of the engine 100, as well as intake control using the throttle valve device 110.
  • ECU electronice control unit
  • the ECU 120 includes a throttle valve control device 130 that controls the rotation angle, which is the opening of the throttle valve 2 (see FIG. 2) of the throttle valve device 110, based on an accelerator signal sent from an accelerator sensor 131 and a rotation angle signal sent from a throttle position sensor 150.
  • the throttle valve control device 130 is equipped with a diagnostic device 140 that performs failure prediction diagnosis for the DC motor 20.
  • Figure 2 is a cross-sectional view of the main parts of the motor-driven throttle valve device 110.
  • the throttle valve device 110 has an aluminum die-cast throttle body 6 in which an intake passage (hereafter referred to as bore) 1 is formed and a motor housing 20A that houses a DC motor 20 is molded as an integral part.
  • a metallic rotating shaft (hereafter referred to as throttle shaft) 3 is arranged along one diameter line of the bore 1 in the throttle body 6. Both ends of the throttle shaft 3 are rotatably supported by needle bearings 9, 10.
  • the needle bearings 9, 10 are fixed by press fitting into the bearing bosses 7, 8 provided on the throttle body 6.
  • a C-shaped washer (hereafter referred to as the thrust retainer) 12 is inserted into the slit section 3A provided on the throttle shaft 3.
  • the thrust retainer 12 is press fitted so that the thrust retainer 12 is sandwiched between the needle bearing 9 and the throttle body 6, restricting the amount of movement of the throttle shaft 3 in the thrust direction.
  • the throttle valve 2 which is a metal disk, is inserted into a slit in the throttle shaft 3 and is fixed to the throttle shaft 3 with screws 4 and 5. Thus, when the throttle shaft 3 rotates, the throttle valve 2 rotates, which changes the cross-sectional area of the intake passage and controls the intake air flow rate to the engine.
  • the openings of the bearing bosses 7, 8 are sealed with needle bearings 9, 10 to form a shaft seal and are configured to keep the bore 1 airtight.
  • the end on the bearing boss 8 side is sealed with a cap 11 to prevent the end of the throttle shaft 3 and the needle bearing 10 from being exposed to the outside. This prevents air from leaking from the bearing boss 8 or the grease used to lubricate the needle bearing 10 from leaking out into the outside air.
  • the motor housing 20A is formed almost parallel to the throttle shaft 3, and the DC motor 20 is inserted into the motor housing 20A and fixed to the side wall of the throttle body 6 by screwing the flange portion of the front bracket 20B of the DC motor 20 with screws 21.
  • a wave washer 25 is disposed at the end of the DC motor 20 to hold the DC motor 20.
  • the DC motor 20 is a brush-type direct current motor.
  • Figure 3 is a cross-sectional view of DC motor 20.
  • the DC motor 20 generates a rotational torque by supplying power between the external power supply terminals 20C, and outputs the torque via the motor gear 22 attached to the end of the motor shaft 20H and constituting a part of the reduction gear mechanism 51 (see FIG. 2).
  • the DC motor 20 has a yoke 20D that forms a case and a magnetic circuit.
  • a magnet stay 20E and a plurality of magnets 20F are attached to the inner surface of the yoke 20D, and generate magnetic flux as permanent magnets.
  • an armature 20G is housed inside the magnet 20F, with an arbitrary gap maintained between the inner surface of the magnet 20F.
  • the armature 20G is composed of an armature core 20M fixed to the motor shaft 20H, and an armature coil 20Q wound across a plurality of slots 20P formed on the circumferential outer periphery of the armature core 20M.
  • the motor shaft 20H is rotatably supported by the front bracket 20B and rear bracket 20L via bearings 20J and 20K, and rotates due to the torque generated by the armature core 20M and magnet 20F.
  • a commutator 20N is fixed on the motor shaft 20H adjacent to the armature 20G.
  • the commutator 20N is composed of a cylindrical body 20Na made of an insulating material such as resin, and multiple commutator segments 20Nb made of a conductive material provided on the outer periphery of the cylindrical body 20Na.
  • An armature coil 20Q wound between multiple slots 20P is electrically connected to the commutator segments 20Nb.
  • the brush holder 20R which is molded from an insulating material such as resin, is housed inside the yoke 20D. At least a pair of brushes 20S that supply power to the commutator segments 20Nb and a spring 20T that applies a force to each brush 20S in the contact direction to the commutator segments 20Nb are arranged in the brush holder 20R.
  • the brush holder 20R also has a choke coil 20U arranged to remove electromagnetic noise from each brush 20S. Each brush 20S is electrically connected to the external power supply terminal 20C of the motor via the choke coil 20U.
  • the brush 20S is brought into sliding contact with the outer circumferential surface of the commutator segments 20Nb by the elasticity of the spring 20T, and supplies power to the armature coil 20Q via the commutator segments 20Nb.
  • the external power supply terminal 20C and the armature coil 20Q are electrically connected to each other to form a circuit.
  • the motor gear 22 fixed to the end of the motor shaft 20H is a metal gear with the fewest number of teeth among the gears in the reduction gear mechanism 51, and the reduction gear mechanism 51 and spring mechanism 52 for rotating the throttle shaft 3 are arranged together on the side of the throttle body 6 on the side where this gear 22 is located.
  • the reduction gear mechanism 51 is composed of a throttle gear 13 fixed to the end of the throttle shaft 3, an intermediate gear 23, and the motor gear 22 described above.
  • the throttle gear 13 is composed of a metal plate 14 and a sector-shaped gear portion 15 that is resin-molded onto the metal plate 14.
  • a cup-shaped recess is formed in the center of the metal plate 14, and a flange portion for gear molding is formed at the open end of the recess.
  • a hole is formed in the center of the recess in the metal plate 14, and a threaded portion is formed at the tip of the throttle shaft 3.
  • the metal plate 14 is fixed to the throttle shaft 3 by inserting the tip of the throttle shaft 3 into the hole in the recess of the metal plate 14 and screwing a nut 17 onto the threaded portion (or welding it to the metal plate).
  • the intermediate gear 23 is rotatably supported by a metal gear shaft 24 that is press-fitted and fixed to the side of the throttle body 6 between the gear portion 15 of the throttle gear 13 and the motor gear 22.
  • the intermediate gear 23 also has a large diameter gear 23A that meshes with the motor gear 22 and a small diameter gear 23B that meshes with the throttle gear 13, and both gears 23A and 23B are molded integrally by resin molding.
  • the reduction gear mechanism 51 is configured as a two-stage reduction mechanism by these gears 22, 23A, and 23B and the gear portion 15. Thus, the rotation of the DC motor 20 is transmitted to the throttle shaft 3 via the reduction gear mechanism 51.
  • the spring mechanism 52 is configured as follows:
  • a default lever 18 is inserted into the back side of the throttle gear 13 of the throttle shaft 3, a return spring 16 formed of a coil spring is sandwiched between the default lever 18 and the side of the throttle body 6, and a default spring 19 formed of a coil spring is sandwiched between the back side of the throttle gear 13 and the default lever 18.
  • These two springs 16, 19 urge each other in the opening and closing directions of the throttle valve 2, so that the opening of the throttle valve 2 is maintained at a specified opening (default opening) when the power supply to the DC motor 20 is turned off.
  • a load is applied by the return spring 16 in the closing direction toward the default opening, and if the throttle valve 2 is closed more than the default opening, a load is applied by the default spring 19 in the opening direction toward the default opening.
  • Figure 4 is an external perspective view of the motor-driven throttle valve device 110.
  • FIG. 4 the side of the throttle body 6 where the reduction gear mechanism 51 and spring mechanism 52 are located is covered with a gear cover 26 made of a resin material fixed to the side.
  • a groove for inserting a seal member 29 is formed on the periphery of the open end of the gear cover 26 as shown in FIG. 2.
  • a non-contact inductance type rotation angle detection device (hereafter referred to as the throttle position sensor) 150 is placed in the gear storage chamber covered by the gear cover 26, and the throttle position sensor 150 detects the rotation angle of the throttle shaft 3, i.e., the opening of the throttle valve 2.
  • Figure 5 shows the configuration of the throttle position sensor 150.
  • the throttle position sensor 150 is composed of an excitation conductor rotor (hereafter referred to as the TPS rotor) 30 that is press-fitted into the tip of the throttle shaft 3 and rotates integrally with the throttle shaft 3, and a fixed substrate (hereafter referred to as the TPS substrate) 27 that is attached to the inner surface of the gear cover 26.
  • the TPS rotor an excitation conductor rotor
  • the TPS substrate a fixed substrate
  • the TPS rotor 30 has an excitation conductor 30D molded integrally on a resin holder 30D4.
  • the excitation conductor 30D is composed of straight sections 30D1 extending radially, and arc-shaped sections 30D2 and 30D3 that are provided to connect the inner and outer circumferential sides of adjacent straight sections 30D1.
  • the straight sections 30D1 are arranged in six locations at intervals of 60 degrees from each other.
  • the TPS board 27 is fixed to the inner surface of the gear cover 26 with an adhesive so that it faces the excitation conductor 30D. After the TPS board 27 is attached to the gear cover 26, a coating agent is applied to the front and back surfaces to protect it from wear particles and corrosive gases.
  • the TPS board 27 has an annular excitation conductor 27A and radial signal detection conductors 27B formed on an insulating board 27H. Terminals 27K1 to 27K4 are also electrically connected to the TPS board 27.
  • annular excitation conductors 27A are printed on the insulating substrate 27H of the TPS board 27.
  • multiple signal detection conductors 27B are printed radially inside. Similar excitation conductors 27A and signal detection conductors 27B are printed on the back side of the insulating substrate 27H, and the excitation conductors 27A and signal detection conductors 27B on the front and back are connected by through holes 27C to 27F.
  • the signal detection conductor 27B is configured to obtain three-phase AC signals with a phase shift of 120 degrees.
  • two sets of the same non-contact rotation angle detection devices are formed on the front and back of the insulating substrate 27H, and are configured to detect sensor abnormalities by comparing their signals and to back up each other in the event of an abnormality.
  • 27L and 27M are microcomputers, each of which has the drive control function and signal processing function for the throttle position sensor 150.
  • terminals 27K1-27K4 is a power terminal (e.g. 27K1), one is a ground terminal (e.g. 27K3), and the remaining two (e.g. 27K2, 27K4) function as signal output terminals for each angle detection device.
  • a power terminal e.g. 27K1
  • a ground terminal e.g. 27K3
  • the remaining two e.g. 27K2, 27K4
  • Microcomputers 27L and 27M supply current from power supply terminal 27K1 to excitation conductor 27A, process the three-phase AC current waveform generated in signal detection conductor 27B, and detect the rotational position of excitation conductor 30D, and as a result, the rotational angle of throttle shaft 3.
  • the microcomputer 27M can basically be considered to control the excitation conductor 27A and the signal detection conductor 27B that constitute the first rotation angle detection device formed on the front and back of Figure 5.
  • the microcomputer 27L can be considered to basically control the excitation conductor 27A and the signal detection conductor 27B that constitute the second rotation angle detection device formed on the front and back of Figure 5.
  • Each computer 27L, 27M supplies a DC current Ia to the excitation conductor 27A from the power supply terminal 27K1.
  • the 36 signal detection conductors 27B on the front and 36 on the back are arranged at equal intervals in a radial pattern to form a three-phase (U, V, W layer) pattern for the first rotation angle detection device and a three-phase (U, V, W layer) pattern for the second rotation angle detection device.
  • the AC current Ir becomes an AC current that is shifted in phase by 120 degrees in each of the U, V, and W layers.
  • Microcomputers 27L and 27M detect this phase shift, and from the phase shift, they determine how much the excitation conductor 30D has rotated.
  • the two signal currents of the first and second rotation angle detection device signals input from the signal detection conductor 27B to the microcomputers 27L and 27M basically show the same value.
  • the microcomputers 27L and 27M process the same signal currents and output signal voltages with opposite slopes and equal amounts of change from the signal output terminals 27K2 and 27K4. These signals are proportional to the rotation angle of the TPS rotor 30 (i.e., the rotation angle of the throttle valve 2).
  • the ECU 120 that receives these signals monitors both signals and determines whether the first and second rotation angle detection devices are normal. If either one shows an abnormality, the signal from the remaining detection device is used as a control signal.
  • Figure 6 is a time chart showing the flow of processing by the throttle valve control device 130.
  • the driver or maintenance technician operates the engine key switch (hereinafter sometimes simply referred to as the key switch) 132 (see FIG. 1), and the throttle valve control device 130 inputs an ON signal from the key switch, entering diagnostic mode, and the diagnostic device 140 performs a fully closed position learning diagnosis.
  • the key switch hereinafter sometimes simply referred to as the key switch
  • the throttle valve control device 130 inputs an ON signal from the key switch, entering diagnostic mode, and the diagnostic device 140 performs a fully closed position learning diagnosis.
  • the diagnosis device 140 drives the DC motor 20 until the throttle valve 2 converges to the fully closed opening degree, and learns the fully closed position of the throttle valve 2.
  • the opening degree (rotation angle) of the fully closed position of the throttle valve 2 measured by the throttle position sensor 150 exceeds a value obtained by adding a tolerance to the initial value of the fully closed position, a learning error message is illuminated, for example, on a vehicle indicator.
  • the diagnostic mode ends and the control mode switches to normal.
  • the diagnostic time is preset, for example, 5 seconds. If learning of the fully closed position is not completed within the specified time, a timeout occurs and the control mode switches to normal before learning is completed.
  • the throttle valve control device 130 performs normal operation. In this normal operation, the throttle valve control device 130 calculates the target opening (target rotation angle) of the throttle valve 2 based on the accelerator signal from the accelerator sensor 131 (see Figure 1). In addition, the throttle valve control device 130 calculates the actual opening (actual rotation angle) of the throttle valve 2 based on the measurement signal from the throttle position sensor 150 and with reference to the fully closed position learned in the above diagnosis mode, and drives the DC motor 20 until the actual opening of the throttle valve 2 reaches the target opening. This control of the opening of the throttle valve 2 continues until the key switch 132 is turned OFF.
  • the diagnosis mode ends at time T3 when the full-close position learning diagnosis and the failure sign diagnosis of the DC motor 20 are completely completed.
  • the fully closed position learning diagnosis after the key switch is turned ON may be omitted.
  • the throttle valve control device 130 may calculate the actual opening of the throttle valve 2 based on the fully closed position learned in the fully closed position learning diagnosis after the previous key switch was turned OFF.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the processing of normal operation of the throttle valve control device 130 in normal control mode.
  • the throttle valve control device 130 calculates the target opening of the throttle valve 2 based on the accelerator signal (step S100).
  • the throttle valve control device 130 also calculates the actual opening (actual rotation angle) of the throttle valve 2 based on the detection signal of the throttle position sensor 150 (step S110).
  • the throttle valve control device 130 calculates the deviation ⁇ A between the target opening (target rotation angle) of the throttle valve 2 and the actual opening, performs PID control (feedback control) calculation based on the deviation ⁇ A, and calculates the target voltage value to be applied to the coil of the DC motor 20 (step S120).
  • the throttle valve control device 130 generates a pulse signal (PWM signal) having a duty ratio of a pulse width (duty value) according to the target voltage value by PWM control calculation from the target voltage value (step S130), and outputs the pulse signal to the DC motor 20 as a command value (step S140).
  • PWM signal a pulse signal having a duty ratio of a pulse width (duty value) according to the target voltage value by PWM control calculation from the target voltage value (step S130), and outputs the pulse signal to the DC motor 20 as a command value (step S140).
  • step operation this type of operation of the DC motor 20 will be referred to as step operation.
  • the diagnostic device 140 performs a diagnostic rotation operation of the DC motor 20 by performing a low-speed rotation operation in which the rotation speed of the throttle valve 2 is slower than the rotation speed during normal operation, based on the detection signal of the throttle position sensor 150 and the target rotation angle of the throttle valve 2, and diagnoses an abnormality in the DC motor 20 based on the power supplied to the DC motor 20 during the diagnostic rotation operation.
  • the diagnostic device 140 also performs diagnostic rotation operations after the key switch 132 is turned OFF.
  • the diagnostic device 140 rotates the rotation shaft of the DC motor 20 at least 360 degrees during the diagnostic rotation operation.
  • the diagnostic device 140 also performs low-speed rotation operation by combining lamp operation and feedback control.
  • the diagnostic device 140 sets multiple target openings for the ramp operation of the throttle valve 2, and performs feedback control for each target opening based on the deviation between the actual opening obtained from the detection value of the throttle position sensor 150 and the target opening.
  • the diagnostic device 140 also generates a feedback control command value as a PWM signal and diagnoses abnormalities in the DC motor using the duty value of the PWM signal.
  • the load on the DC motor 20 increases when an abnormality such as a partial break in the coil of the DC motor 20 occurs, making it possible to detect signs of a DC motor 20 failure.
  • a combination of ramp operation and feedback control is used to perform slow rotation operation, or as in 5 above, multiple target openings for ramp operation are set for the throttle valve 2, and feedback control is performed for each target opening based on the deviation between the actual opening obtained from the detection value of the throttle position sensor 150 and the target opening, thereby enabling the throttle valve 2 to rotate at a slow speed.
  • This increases the load on the DC motor 20 in the event of an abnormality such as a partial break in the coil of the DC motor 20, making it easy to detect signs of failure.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the process of failure sign diagnosis of the DC motor 20 by the diagnostic device 140, which embodies the basic concept described above.
  • the diagnostic device 140 performs ramp operation diagnosis A of an increasing target opening degree in which the opening (rotation angle) of the throttle valve 2 is gradually increased by a predetermined unit angle at a predetermined unit time interval (step S200), and then performs ramp operation diagnosis B of a decreasing target opening degree in which the opening (rotation angle) of the throttle valve 2 is gradually decreased by a predetermined unit angle at a predetermined unit time interval (step S220).
  • the diagnostic device 140 repeats a set of diagnosis A and diagnosis B multiple times (step S240).
  • the set of diagnosis A and diagnosis B is preferably repeated the number of times that the rotary shaft of the DC motor 20 rotates at least 360 degrees.
  • the diagnostic device 140 performs a failure sign diagnosis of the DC motor 20 using the duty values of the PWM signals generated in diagnosis A and diagnosis B (step S260), and if a failure sign is detected, it outputs a signal to, for example, a vehicle indicator, and lights up the indicator (step S280).
  • Figure 9A is a flowchart showing the details of the processing for test A.
  • the diagnostic device 140 sets multiple target openings Ai1 to Ain with an increasing ramp operation in which the target opening (target rotation angle) gradually increases from Ai1 to Ain (step S202).
  • the diagnostic device 140 performs the same processes as in steps S110 to S140 during normal operation shown in FIG. 7 for the first target opening Ai1, such as actual opening calculation (step S204), feedback control calculation by PID control (step S206), PWM control calculation (step S208), and command value output (step S210), and then the diagnostic device 140 stores and saves the duty value of the PWM signal generated by the PWM control in step S208 in the memory of the ECU 120 (step S212).
  • the diagnostic device 140 performs the processes of steps S204 to S212 in order for each of the target openings Ai2 to Ain (step S214). At this time, the opening of the throttle valve 2 gradually increases from the target opening Ai1 to the target opening Ain.
  • FIG. 9B is a flowchart showing the details of the processing contents of diagnosis B.
  • the processing contents of diagnosis B are the same as the processing of diagnosis A in FIG. 9A, except that the processing of step S202 of diagnosis A in FIG. 9A has been changed to "setting multiple target openings Ad1 to Adn for reduction ramp operation" (step S222), the processing of step S206 of diagnosis A in FIG. 9A has been changed to "PID control calculation based on the deviation between the target opening Ad1 and the actual opening" (step S226), and the processing of step S214 of diagnosis A in FIG.
  • step S222 are target openings that gradually decrease by a predetermined unit angle at a predetermined unit time interval from Ad1 to And, and the opening of the throttle valve 2 gradually decreases from the target opening Ad1 to the target opening Adn.
  • Figures 10 and 11 show the operating waveforms related to the throttle valve control device 130 when the DC motor 20 is driven by PWM control as described above, with Figure 10 showing the operating waveforms of step operation during normal operation, and Figure 11 showing the operating waveforms of the ramp operation of this embodiment.
  • Figures 10 and 11 (A) shows the operating waveforms when the DC motor 20 is normal, and (B) shows the operating waveforms when the DC motor 20 is abnormal.
  • symbols A1, B1, C1, and D1 indicate the opening information of the throttle valve 2 based on the rotation angle of the throttle valve 2 detected by the throttle position sensor 150, and symbols A2, B2, C2, and D2 indicate the voltage of the PWM signal (command value) applied to the DC motor 20.
  • An abnormality in the DC motor 20 is, for example, a partial break in the coil, which is a sign of a failure in the DC motor 20.
  • Figures 10B and 11B show a case where the coil of the DC motor 20 is broken by 1/8. Note that signs of failure other than a partial break in the coil include surface deterioration of the commutator 20N and wear of the brushes 20S.
  • step operation is an operation mode in which the command value of the opening of the throttle valve 2 is changed all at once. For example, the command value (target opening) of a valve opening of 0 degrees (fully closed) is followed by a command value (target opening) of a valve opening of 90 degrees (fully open).
  • the command value (target opening) of a valve opening of 0 degrees (fully closed) is followed by a command value (target opening) of a valve opening of 90 degrees (fully open).
  • ramp operation is an operation mode in which multiple target openings Ai1 to Ain of the ramp operation are set as the command value of the throttle valve opening and commands are given continuously in relatively small increments.
  • the command value of a valve opening of 0 degrees is followed by commands of 1 degree, 2 degrees, 3 degrees, ..., and each time, feedback is received from the detection value of the throttle position sensor 150. Therefore, in ramp operation, the throttle valve is moved slowly and gradually while maintaining its opening, so the load on the DC motor 20 is greater than in step operation.
  • the rotation speed of the throttle valve 2 in step operation in (A) and (B) of FIG. 10 is, for example, about 5 rad/s
  • the rotation speed of the throttle valve 2 in ramp operation in (A) and (B) of FIG. 11 is, for example, about 0.2 rad/s. Note that the rotation speeds in (A) and (B) of FIG. 11 are merely examples and are not limiting.
  • the voltage difference ⁇ D between (A) and (B) in Figure 11 occurs because the partial break in the coil increases the resistance, and feedback control increases the voltage required to pass the current.
  • it is difficult to detect this difference when the DC motor 20 is operated in a stepwise manner as in (A) and (B) in Figure 10.
  • the load on the DC motor 20 increases, and the voltage difference ⁇ D also increases, making it possible to easily detect the voltage difference ⁇ D.
  • step S260 in FIG. 8 the diagnostic device 140 stores in memory the normal value of the duty of the DC motor 20 during lamp operation as the abnormality judgment value. It then judges whether the duty value of the PWM signal generated in diagnosis A and diagnosis B in FIG. 9A and FIG. 9B and stored in memory in steps S212 and S232 has increased by, for example, 30% or more from the normal duty value, and if the duty value of the PWM signal has increased by, for example, 30% or more from the normal duty value, in step S280 in FIG. 8, a signal notifying of the detection of a pre-failure sign is issued. As described above, this pre-failure sign detection signal is sent to, for example, a vehicle indicator so that it can be visually confirmed by the driver or maintenance and inspection personnel, and the indicator is turned on.
  • the voltage rise of the DC motor 20 when the lamp is activated can be detected by incorporating a dedicated voltage sensor into the ECU 120, but the disadvantage is that it requires a change in the specifications of the ECU 120.
  • the change in the duty value of the PWM signal given to the DC motor 20 there is no need to change the specifications of the ECU 120, and the increase in load can be detected more easily.
  • a signal could be sent to a car sharing management company via an internet connection device installed in the vehicle.
  • the driver or the car sharing management company can drive the vehicle and take it to a car dealer or similar for maintenance.
  • the malfunction detection stage there is no problem with driving the vehicle, but if the vehicle continues to be driven, it is expected that the vehicle will soon break down and become difficult to drive.
  • the malfunction detection system of this embodiment makes it possible to know that maintenance is required before a serious malfunction occurs that makes it difficult to drive the vehicle while driving, allowing the driver to deal with the situation with ample time to respond.
  • failure sign detection of this embodiment makes it possible to replace parts when the user is not using the vehicle, and by preventing failures while driving, it is possible to reduce inconvenience to the user and improve the efficiency of vehicle use.
  • the diagnostic rotation operation is performed after the key switch 132 is turned OFF, which is when the vehicle operation has ended, so there is no risk of the diagnostic time timing out, as occurs after the key switch 132 is turned ON, and a sufficient amount of diagnostic time can be ensured.
  • FIG. 12 is a time chart showing the flow of processing of the throttle valve control device 130 according to the second embodiment.
  • the difference between this embodiment and the first embodiment is that the feature of the present invention, which is a failure sign diagnosis of the DC motor 20, is performed not only after the engine key switch 132 is turned OFF, but also after the key switch 132 is turned ON.
  • the diagnostic device 140 of this embodiment when the key switch 132 is turned ON at time T0 and the fully closed position learning diagnosis is completed, the diagnostic device 140 of this embodiment then performs a failure sign diagnosis of the DC motor 20 after the key switch is turned ON. Also, after the key switch 132 is turned OFF at time T2, similar to the first embodiment, a fully closed position learning diagnosis is performed, and then a failure sign diagnosis of the DC motor 20 is performed. In other words, the diagnostic device 140 performs a diagnostic rotation operation using a low-speed rotation operation both after the key switch is turned ON and OFF, and performs a failure sign diagnosis of the DC motor 20.
  • the diagnostic time in the diagnostic mode after the key switch is turned ON must be longer than in the first embodiment, which only performs a fully closed position learning diagnosis; in this embodiment, it is, for example, 10 seconds.
  • the diagnostic device 140 makes the rotation speed of the diagnostic rotation operation after the key switch 132 is turned ON faster than the rotation speed of the diagnostic rotation operation after the key switch 132 is turned OFF. This makes it possible to avoid, as much as possible, a timeout in which the diagnostic time ends before the failure symptom diagnosis is completed.
  • the diagnostic device 140 performs low-speed rotation operation by combining lamp operation and feedback control. That is, as shown in Figures 9A and 9B, the diagnostic device 140 sets multiple target openings (target rotation angles) for lamp operation for the throttle valve 2 in the diagnostic rotation operation, as in the diagnostic rotation operation after the key switch 132 is turned ON, and performs PID control (feedback control) for each target opening based on the deviation between the target opening and the actual opening (actual rotation angle) obtained from the detection value of the throttle position sensor 150. At this time, preferably, the rotation speed of the diagnostic rotation operation after the key switch 132 is turned ON is made faster than the rotation speed of the diagnostic rotation operation after the key switch 132 is turned OFF.
  • the diagnostic device 140 makes the rate of change of the multiple target openings Ai1-Ain, Ad1-Adn greater than the rate of change of the multiple target openings Ai1-Ain, Ad1-Adn for lamp operation during the diagnostic rotation operation after the key switch 132 is turned off.
  • the unit angle of the target openings Ai1-Ain, Ad1-Adn is represented by ⁇ Ai and ⁇ Ad
  • the unit time is represented by ⁇ T
  • the rate of change of the target openings Ai1-Ain, Ad1-Adn is represented by ⁇ Ai/ ⁇ T and ⁇ Ad/ ⁇ T, respectively.
  • the rotation speed of the throttle valve 2 becomes faster than the rotation speed in the diagnostic rotation operation after the key switch 132 is turned OFF. This makes it possible to avoid as much as possible a timeout caused by failure sign diagnosis not being completed within the limited diagnostic time.
  • the process of the diagnostic device 140 for diagnosing the signs of failure in the DC motor 20 is the same as that shown in Figures 8, 9A, and 9B, except for the points mentioned above.
  • diagnostic rotation operation is performed at low speed both after the switch is turned on and off, and a failure sign diagnosis is performed for the DC motor 20, making it possible to more reliably detect signs of failure in the DC motor 20.
  • FIG. 13 is a time chart showing the flow of processing of the throttle valve control device 130 according to the third embodiment.
  • the difference between this embodiment and the first embodiment is that when an abnormality in the DC motor 20 is detected by the failure sign diagnosis after the key switch is turned off, an additional diagnostic rotation operation of the DC motor 20 is performed by slowing down the rotation speed of the throttle valve 2 even further than in the initial failure sign diagnosis, and a detailed failure sign diagnosis is performed.
  • the diagnostic device 140 makes the rotation speed of the throttle valve 2 slower in the additional diagnostic rotation operation for the detailed failure sign diagnosis than in the initial failure sign diagnosis by making the rate of change of the multiple target openings (target rotation angles) Ai1-Ain, Ad1-Adn of lamp operation in the diagnostic rotation operation smaller than the rate of change of the multiple target openings (target rotation angles) Ai1-Ain, Ad1-Adn of lamp operation in the initial diagnostic rotation operation.
  • Ad1 to Adn are expressed as ⁇ Ai/ ⁇ T and ⁇ Ad/ ⁇ T as in the second embodiment, by making the rates of change ⁇ Ai/ ⁇ T and ⁇ Ad/ ⁇ T smaller than the rates of change ⁇ Ai/ ⁇ T and ⁇ Ad/ ⁇ T in the initial failure sign diagnosis (for example, by making the unit angles ⁇ Ai and ⁇ Ad smaller), the rotational speed of the throttle valve 2 becomes slower than the rotational angular speed in the initial failure sign diagnosis.
  • Throttle valve control device 131: Accelerator sensor 132: Engine key switch (key switch) 140 Diagnostic device 150 Throttle position sensor

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Abstract

スロットル弁装置の電子制御システムにおいて，スロットル弁装置の動力源であるDCモータの故障の予兆を検知することができるようにするため，スロットル弁制御装置は，スロットルポジションセンサの検出信号とスロットル弁の目標回転角度に基づいて，スロットル弁の回転速度を通常動作時の回転速度よりも遅くした低速回転動作によりDCモータの診断回転動作を実施し，診断回転動作中にDCモータに供給される電力に基づいて，DCモータの異常を診断する。

Description

スロットル弁装置の電子制御システム
　本発明は，モータ駆動式のスロットル弁装置の動力源であるDCモータの診断装置を備えたスロットル弁装置の電子制御システムに関する。
　車両には，走行に必要な機能が健全であるかを診断し，異常があれば警告を乗員に与える車載式診断装置（所謂OBD: On-Board Diagnostics）が搭載されている。例えば，特許文献１は，DCモータによって駆動されるスロットル弁で内燃機関の空気通路の開口面積を電気的に制御する電子制御システムにおいて，キースイッチON時に，電子制御スロットルボディ（ETB: Electronic throttle Body）と呼ばれるモータ駆動式のスロットル弁装置のアクチュエータ（DCモータ）の電源遮断装置とリターンスプリングの診断を行う技術を開示している。
特開２０１７－１０６３８７号公報
　特許文献１に記載のように，従来の電子制御システムにおいては，動力源であるDCモータに関する診断がキースイッチONの車両スタート時に行われているが，動力源の故障の予兆診断（劣化診断））は行われていなかった。しかしながら，走行前に動力源の劣化が進んでいる場合には，その後の車両走行中に動力源が故障する事態も考えられ，その場合は，通常の車両の故障検知によりフェールに落とされるため，快適な移動が損なわれ，かつ対処に多大な労力を使う必要がある。
　本発明の目的は，モータ駆動式のスロットル弁装置の動力源であるDCモータの故障の予兆を検知することができるスロットル弁装置の電子制御システムを提供することである。
　上記の目的を達成するために，本発明は，スロットル弁，前記スロットル弁を開閉するDCモータ及び前記スロットル弁の回転角度を検出するスロットルポジションセンサを含むモータ駆動式のスロットル弁装置と，前記DCモータを駆動し，前記スロットル弁の開度を制御するスロットル弁制御装置とを備えたスロットル弁装置の電子制御システムにおいて，前記スロットル弁制御装置は，前記スロットルポジションセンサの検出信号と前記スロットル弁の目標回転角度に基づいて，前記スロットル弁の回転速度を通常動作時の回転速度よりも遅くした低速回転動作により前記DCモータの診断回転動作を実施し，前記診断回転動作中に前記DCモータに供給される電力に基づいて，前記DCモータの異常を診断する診断装置を備えるものとする。
　このようにスロットル弁の回転速度を通常動作時の回転速度よりも遅くした低速回転動作によりDCモータの診断回転動作を実施することにより，DCモータのコイルの部分断線などの異常時に，DCモータにかかる負荷が増大するため，診断回転動作中にDCモータに供給される電力に基づいて，DCモータの異常を診断することが可能となり，DCモータの故障の予兆を検知することができる。
　本発明によれば，モータ駆動式のスロットル弁装置の動力源であるDCモータの故障の予兆を検知することができる。
　これにより，実際にDCモータが故障する前に，部品交換などの事前の修理を行うことが可能となり，DCモータが故障し，フェールに落ちて突然走行不能となることを防止することができる。
　また，今後は車を個人で所有することは減少し，カーシェアリングなどが増えてゆくことが予想されている。本発明の故障の予兆検知により，ユーザーが車両を使用していないタイミングでの部品交換が可能となり，運転中の故障を防ぐことで，ユーザーの不利益の減少と，車両利用効率の向上を図ることができる。
本発明の第１の実施形態に係わるスロットル弁装置の電子制御システムの全体を示す図である。 モータ駆動式のスロットル弁装置の要部の断面図である。 DCモータの断面図である。 モータ駆動式のスロットル弁装置の外観斜視図である。 スロットルポジションセンサの構成を示す図である。 スロットル弁制御装置の処理内容の流れを示すタイムチャートである。 スロットル弁制御装置の通常制御モード時の通常動作の処理内容を示すフローチャートである。 本発明の基本概念を具体化した，診断装置によるDCモータの故障予兆診断の処理内容を示すフローチャートである。 図８に示す診断Ａの処理内容の詳細を示すフローチャートである。 図８に示す診断Ｂの処理内容の詳細を示すフローチャートである。 PWM制御によってDCモータを駆動したときのスロットル弁制御装置に係わる動作波形を示す図であって，（Ａ）はDCモータがノーマルである場合の通常動作時のステップ作動の動作波形を示す図であり，（Ｂ）はDCモータが異常である場合の通常動作時のステップ作動の動作波形を示す図である。 PWM制御によってDCモータを駆動したときのスロットル弁制御装置に係わる動作波形を示す図であって，（Ａ）はDCモータがノーマルである場合の本実施形態のランプ作動時の動作波形を示す図であり，（Ｂ）はDCモータが異常である場合の本実施形態のランプ作動時の動作波形を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係わるスロットル弁制御装置の処理内容の流れを示すタイムチャートである。 本発明の第３の実施形態に係わるスロットル弁制御装置の処理内容の流れを示すタイムチャートである。
　以下，本発明のいくつかの実施形態を，エンジンがガソリンエンジンである場合について図面を参照して説明する。
　＜第１の実施形態＞
　図１は，本発明の第１の実施形態に係わるスロットル弁装置の電子制御システムの全体を示す図である。
　本実施形態に係わる電子制御システムは，エンジン１００の吸気側に取り付けられ，エンジン１００に供給される空気量を調整するモータ駆動式のスロットル弁装置１１０と，各種エンジン信号及び車輌状態信号を入力し，エンジン１００の燃料噴射量や点火時期などの各種制御や，スロットル弁装置１１０による吸気制御を行う電子制御ユニット（以下ECUと言う）１２０とを備えている。
　ECU１２０は，アクセルセンサ１３１から送られるアクセル信号と，スロットルポジションセンサ１５０から送られる回転角度信号に基づいてスロットル弁装置１１０のスロットル弁２（図２参照）の開度である回転角度を制御するスロットル弁制御装置１３０を含み，スロットル弁制御装置１３０は，DCモータ２０の故障予兆診断を行う診断装置１４０を備えている。
　図２は，モータ駆動式のスロットル弁装置１１０の要部の断面図である。
　図２において，スロットル弁装置１１０は，アルミダイキャスト製のスロットルボディ６を備え，スロットルボディ６には吸気通路（以下ボアと呼ぶ）１が形成され，かつDCモータ２０を収納するモータハウジング２０Ａが一体に成型されている。スロットルボディ６にはボア１の一つの直径線に沿って金属製の回転軸（以下スロットルシャフトと呼ぶ）３が配置されている。スロットルシャフト３の両端はニードルベアリング９，１０により回転可能に支持されている。
　ニードルベアリング９，１０はスロットルボディ６に設けた軸受ボス７，８に圧入で固定されている。また，スロットルシャフト３上に設けたスリット部３ＡにC型ワッシャ（以下スラストリテーナーと呼ぶ）１２が挿入されている。スロットルシャフト３のスリット部３Ａの幅とスラストリテーナー１２の幅には差があり，スロットルシャフト３が回転可能なクリアランスを設けている。また，スラストリテーナー１２の挿入後，ニードルベアリング９を圧入することで，スラストリテーナー１２はニードルベアリング９とスロットルボディ６に挟まれることになり，スロットルシャフト３のスラスト方向の可動量を規制している。
　スロットルシャフト３には金属材製の円板で構成されるスロットル弁２がスロットルシャフト３に設けたスリットに差し込まれ，ねじ４，５でスロットルシャフト３に固定されている。かくして，スロットルシャフト３が回転するとスロットル弁２が回転し，結果的に吸気通路の断面積が変化してエンジンへの吸入空気流量が制御される。
　軸受ボス７，８の開口はニードルベアリング９，１０で封止されてシャフトシール部を構成し，ボア１からの気密を保つよう構成されている。また，軸受ボス８側の端部はキャップ１１で封止されており，スロットルシャフト３の端部及びニードルベアリング１０が外部に露出することを防止している。これにより，軸受ボス８からの空気の漏れ，あるいはニードルベアリング１０の潤滑用のグリースが外気中に漏れ出すのを防止している。
　モータハウジング２０Ａはスロットルシャフト３とほぼ並行に形成されており，DCモータ２０がモータハウジング２０Ａ内に差込まれ，スロットルボディ６の側壁にDCモータ２０のフロントブラケット２０Ｂのフランジ部をねじ２１でねじ止めすることで固定されている。また，DCモータ２０の端部にはウェーブワッシャ２５が配設され，DCモータ２０を保持している。DCモータ２０はブラシ式直流モータである。
　図３は，DCモータ２０の断面図である。
　図３において，DCモータ２０は，外部給電端子２０C間への給電によって回転トルクを発生し，モータシャフト２０Ｈの端部に取付けられ，減速歯車機構５１（図２参照）の一部を構成するモータギア２２を介してトルクを出力する。DCモータ２０は，ケース及び磁気回路を形成するヨーク２０Ｄを有している。ヨーク２０Ｄの内面にはマグネットステー２０Ｅ及び複数個のマグネット２０Ｆが装着され，永久磁石として磁束を発生する。更にマグネット２０Ｆの内側には，マグネット２０Ｆの内面と任意の隙間を保持してアーマチャ２０Ｇが収容される。アーマチャ２０Ｇは，モータシャフト２０Ｈに固定されたアーマチャコア２０Ｍと，アーマチャコア２０Ｍの周方向外周部に形成された複数のスロット２０Ｐ間に跨って巻回されたアーマチャコイル２０Ｑとで構成されている。モータシャフト２０Ｈは，軸受２０Ｊ，２０Ｋを介してフロントブラケット２０Ｂ及びリアブラケット２０Ｌに回転可能に支持され，アーマチャコア２０Ｍとマグネット２０Ｆで発生するトルクにより回転する。
　アーマチャ２０Ｇに隣接してモータシャフト２０Ｈ上に整流子２０Ｎが固定されている。整流子２０Ｎは樹脂等の絶縁材からなる筒体２０Ｎａと，筒体２０Ｎａの外周部に設けられた導電材からなる複数の整流子片２０Ｎｂとで構成されている。整流子片２０Ｎｂには複数のスロット２０Ｐ間に巻回されたアーマチャコイル２０Ｑが電気的に接合されている。
　ヨーク２０Ｄの内部には，樹脂材などの絶縁性材料によって成型されたブラシホルダ２０Ｒが収容されている。ブラシホルダ２０Ｒには，整流子片２０Ｎｂに給電する少なくとも一対のブラシ２０Ｓと，各ブラシ２０Ｓに整流子片２０Ｎｂに接触方向の力を付与するバネ２０Ｔが配置されている。ブラシホルダ２０Ｒには，更に，各ブラシ２０Ｓに対して電磁ノイズを除去するためのチョークコイル２０Ｕが配置されている。各ブラシ２０Ｓはモータの外部給電端子２０Ｃとチョークコイル２０Ｕを介して電気的に接続されている。ブラシ２０Ｓは，バネ２０Ｔの弾性によって整流子片２０Ｎｂの外周面に摺接され，整流子片２０Ｎｂを介してアーマチャコイル２０Ｑに給電する。これによって，外部給電端子２０Ｃとアーマチャコイル２０Ｑが電気的に接続され，回路を形成する。
　モータシャフト２０Ｈの端部に固定されたモータギア２２は，減速歯車機構５１の歯車の中で歯数の最も少ない金属製のギアであり，このギア２２が位置する側のスロットルボディ６の側面部にスロットルシャフト３を回転駆動するための減速歯車機構５１とばね機構５２が纏めて配置されている。
　減速歯車機構５１は，図２に示すように，スロットルシャフト３の端部に固定されたスロットルギア１３と，中間ギア２３と，上述したモータギア２２とで構成されている。
　スロットルギア１３は金属プレート１４と，その金属プレート１４に樹脂成形された扇形のギア部１５から構成されている。金属プレート１４の中央部にはカップ状の凹部が形成され，凹部の開放側端部にギア成型用のフランジ部が形成されている。金属プレート１４は凹部の中央に孔が形成され，スロットルシャフト３の先端部にはねじ部が形成され，金属プレート１４の凹部の孔にスロットルシャフト３の先端部を差込み，ねじ部にナット１７を螺合する（若しくは金属プレートと溶接する）ことでスロットルシャフト３に金属プレート１４が固定されている。
　中間ギア２３は，スロットルギア１３のギア部１５とモータギア２２との間で，スロットルボディ６の側面に圧入固定された金属材製のギアシャフト２４に回転可能に支持されている。また，中間ギア２３は，モータギア２２と噛み合う大径ギア２３Ａとスロットルギア１３と噛み合う小径ギア２３Ｂとを有し，両ギア２３Ａ，２３Ｂは樹脂成形により一体に成型されている。これらのギア２２，２３Ａ，２３Ｂとギア部１５により，減速歯車機構５１は２段の減速機構として構成されている。かくして，DCモータ２０の回転は減速歯車機構５１を介してスロットルシャフト３に伝達される。
　ばね機構５２は以下のように構成されている。
　スロットルシャフト３のスロットルギア１３の背面側にデフォルトレバー１８が挿通されており，デフォルトレバー１８とスロットルボディ６の側面との間にコイルばねで形成されたリターンスプリング１６が挟持され，スロットルギア１３の背面とデフォルトレバー１８との間にコイルばねで形成されたデフォルトスプリング１９が挟持されている。この２本のスプリング１６，１９がスロットル弁２の開き方向と閉じ方向に付勢し合うことにより，DCモータ２０の通電OFF時にスロットル弁２の開度は所定の開度（デフォルト開度）に維持される。また，スロットル弁２がデフォルト開度よりも開いている場合はリターンスプリング１６によりデフォルト開度に向かう閉じ方向の荷重が働き，スロットル弁２がデフォルト開度よりも閉じている場合はデフォルトスプリング１９によりデフォルト開度に向かう開き方向の荷重が働く。
　図４は，モータ駆動式のスロットル弁装置１１０の外観斜視図である。
　図４において，上述した減速歯車機構５１及びばね機構５２が位置するスロットルボディ６の側面部は，当該側面部に固定された樹脂材製のギアカバー２６で覆われている。ギアカバー２６の開口端側周縁には，図２に示すように，シール部材２９を挿入する溝が形成されており，シール部材２９がこの溝に装着された状態で，ギアカバー２６をスロットルボディ６に被せると，シール部材２９がスロットルボディ６の側面に形成されているギア収納室の周囲のフレームの端面に密着してギア収納室内を外気から遮蔽する。この状態でギアカバー２６をスロットルボディ６に，図４に示すように６個のクリップ２８で固定し，封止する。
　ギアカバー２６で覆われたギア収納室には非接触型のインダクタンス式回転角度検出装置（以下スロットルポジションセンサと呼ぶ）１５０が配置され，スロットルポジションセンサ１５０によりスロットルシャフト３の回転角度，すなわちスロットル弁２の開度が検出される。
　図５は，スロットルポジションセンサ１５０の構成を示す図である。
　図２及び図５において，スロットルポジションセンサ１５０は，スロットルシャフト３の先端に圧入され，スロットルシャフト３と一体となって回転する励起導体ロータ（以下TPSロータと言う）３０と，ギアカバー２６の内面に取り付けられた固定基板（以下TPS基板と言う）２７とで構成されている。
　TPSロータ３０は樹脂ホルダ３０Ｄ４上に励起導体３０Ｄが一体成形されている。励起導体３０Ｄは放射状に延びる直線部分３０Ｄ１と，互いに隣接する直線部分３０Ｄ１の内周側と外周側を接続するように設けられた弧状部分３０Ｄ２，３０Ｄ３とから構成されている。直線部分３０Ｄ１は互いに６０度の間隔を置いて６箇所に配置されている。
　TPS基板２７は，ギアカバー２６の内面に接着剤により励起導体３０Ｄと対面するよう固定されている。TPS基板２７は，ギアカバー２６に接着された後，表面と裏面にコーティング剤を塗布することにより摩耗粉や腐食性ガスから保護される。
　TPS基板２７は，絶縁基板２７Ｈ上に形成された環状の励磁導体２７Ａ及び放射状の信号検出導体２７Ｂを備えている。また，TPS基板２７には端子２７Ｋ１～２７Ｋ４が電気的に接続されている。
　本実施形態では，TPS基板２７の絶縁基板２７Ｈ上に環状の励磁導体２７Ａが４本印刷されている。また，その内側に放射状に延びる信号検出導体２７Ｂが複数本印刷されている。絶縁基板２７Ｈの裏側にも同様の励磁導体２７Ａ及び信号検出導体２７Ｂが印刷されており，表裏の励磁導体２７Ａ及び信号検出導体２７Ｂがスルーホール２７Ｃ～２７Ｆによって繋がっている。
　本実施形態では，信号検出導体２７Ｂによって１２０度位相がずれた３相の交流信号が得られるように構成されている。
　また，絶縁基板２７Ｈの表裏に同じ非接触型の回転角検出装置が２組形成され，相互の信号を比較することで，センサの異常を検出したり，異常時には相互にバックアップするよう構成されている。
　２７Ｌ，２７Ｍはマイクロコンピュータであり，それぞれ，スロットルポジションセンサ１５０の駆動制御機能と信号処理機能を有している。
　端子２７Ｋ１－２７Ｋ４は１本が電源端子（例えば２７Ｋ１）で，１本がグランド端子（例えば２７Ｋ３），残りの２本（例えば２７Ｋ２，２７Ｋ４）がそれぞれの角度検出装置の信号出力端子として機能する。信号出力端子２７Ｋ２，２７Ｋ４の間にグランド端子２７Ｋ３を配置することで信号出力端子同士がショートして両方の信号が同時に異常状態になるのを防ぐことができる。
　マイクロコンピュータ２７Ｌ，２７Ｍは電源端子２７Ｋ１から励磁導体２７Ａに電流を供給し，信号検出導体２７Ｂに発生する３相の交流電流波形を処理して，励起導体３０Ｄの回転位置を検出し，結果的にスロットルシャフト３の回転角度を検出する。
　次に，スロットルポジションセンサ１５０の動作について説明する。
　マイクロコンピュータ２７Ｍは，基本的に図５の表裏に形成された第１回転角度検出装置を構成する励磁導体２７Ａ及び信号検出導体２７Ｂを制御するものと考えてよい。
　一方，マイクロコンピュータ２７Ｌは，基本的に図５の表裏に形成された第２回転角度検出装置を構成する励磁導体２７Ａ及び信号検出導体２７Ｂを制御するものと考えてよい。それぞれのコンピュータ２７Ｌ，２７Ｍは電源端子２７Ｋ１から励磁導体２７Ａに直流電流Ｉａを供給する。
　励磁導体２７Ａに直流電流Ｉａが流れると，この励磁導体２７Ａに対面する励起導体３０Ｄの弧状部分３０Ｄ３の外周弧状導体に電流Ｉａと逆向きの電流ＩＡが励起される。この励起された電流ＩＡは，励起導体３０Ｄ全体に矢印の方向に流れる。直線部分３０Ｄ１の放射方向導体に流れる電流ＩＲはこの部分に対面する信号検出導体２７Ｂの放射状導体部に電流ＩＲに対して逆向きの電流Ｉｒを誘起する。この電流Ｉｒは交流電流となる。
　放射状に等間隔で配置された表３６本，裏３６本の信号検出導体２７Ｂによって第１回転角度検出装置用の３組の相（Ｕ，Ｖ，Ｗ層）パターンと，第２回転角度検出装置の３組の相（Ｕ，Ｖ，Ｗ層）パターンとが形成される。
　交流電流Ｉｒは励起導体３０Ｄが特定の回転位置，例えばスタート位置（回転角度がゼロの位置）のときＵ，Ｖ，Ｗ層のそれぞれの層で１２０度位相がずれた交流電流となる。
　TPSロータ３０が回転するとこれら３相の交流電流の位相が相互にずれる。マイクロコンピュータ２７Ｌ，２７Ｍがこの位相のずれを検出し，位相のずれから，励起導体３０Ｄがどれだけ回転したかを検出する。
　信号検出導体２７Ｂからマイクロコンピュータ２７Ｌ，２７Ｍに入力される第１，第２回転角度検出装置信号の２つの信号電流は基本的には同じ値を示す。マイクロコンピュータ２７Ｌ，２７Ｍはその同じ信号電流を処理して，信号出力端子２７Ｋ２，２７Ｋ４からは互いに傾きが逆で変化量が等しい信号電圧を出力する。この信号はTPSロータ３０の回転角度（すなわちスロットル弁２の回転角度）に比例する信号である。この信号を受け取ったECU１２０は両信号を監視し，第１，第２回転角度検出装置がノーマルかどうかを判断する。どちらかが異常を示す場合には，残余の検出装置の信号を制御信号として用いる。
　次に，本実施形態に係わるスロットル弁制御装置１３０と診断装置１４０の処理内容ついて説明する。
　図６は，スロットル弁制御装置１３０の処理内容の流れを示すタイムチャートである。
　時刻T0において，ドライバー或いは保守点検員が，エンジンキースイッチ（以下単にキースイッチということがある）１３２（図１参照）を操作し，スロットル弁制御装置１３０がキースイッチのON信号を入力すると，診断モードに入り，診断装置１４０は全閉位置学習診断を行う。
　全閉位置学習診断において，診断装置１４０は，スロットル弁２が全閉開度に収束するまでDCモータ２０を駆動し，スロットル弁２の全閉位置を学習する。また，スロットルポジションセンサ１５０で計測したスロットル弁２の全閉位置の開度（回転角度）が全閉位置の初期値に許容値を加算した値を超えた場合は，学習エラーのメッセージを例えば車両のインジケータに点灯させる。
　時刻T0後，診断時間が経過した時刻T1において診断モードは終了し，通常制御モードに移行する。診断時間は予め設定されており，例えば５秒である。全閉位置の学習が所定時間内に終了しない場合はタイムアウトとなり，学習終了前に通常制御モードに移行する。
　通常制御モードにおいて，スロットル弁制御装置１３０は通常動作を行う。この通常動作において，スロットル弁制御装置１３０は，アクセルセンサ１３１（図１参照）からのアクセル信号に基づいてスロットル弁２の目標開度（目標回転角度）を演算する。また，スロットル弁制御装置１３０は，スロットルポジションセンサ１５０からの計測信号に基づき，上記診断モードで学習した全閉位置を基準としてスロットル弁２の実開度（実回転角度）を演算し，スロットル弁２の実開度が目標開度に達するまでDCモータ２０を駆動する。このスロットル弁２の開度制御は，キースイッチ１３２がOFFになるまで継続する。
　時刻T2において，キースイッチ１３２がOFFとなり，スロットル弁制御装置１３０がキースイッチ１３２のOFF信号を入力すると，キースイッチOFF後の診断モードに移行し，この診断モードにおいて診断装置１４０は再び全閉位置学習診断を行う。この全閉位置学習診断の内容は上述したキースイッチON後の学習診断と同じである。次いで，診断装置１４０は，本発明の特徴であるDCモータ２０の故障予兆診断を行う。
　ここで，キースイッチOFF後の診断モードにおいては，診断時間の制約はないため，全閉位置学習診断とDCモータ２０の故障予兆診断が完全に終了した時刻T3において，診断モードが終了する。
　なお，キースイッチON後の全閉位置学習診断は省略してもよい。その場合は，スロットル弁制御装置１３０は，前回キースイッチOFF後の全閉位置学習診断で学習した全閉位置を基準としてスロットル弁２の実開度を演算すればよい。
　図７は，スロットル弁制御装置１３０の通常制御モード時の通常動作の処理内容を示すフローチャートである。
　まず，スロットル弁制御装置１３０は，アクセル信号に基づいてスロットル弁２の目標開度を演算し（ステップＳ１００）する。また，スロットル弁制御装置１３０は，スロットルボジションセンサ１５０の検出信号に基づいてスロットル弁２の実開度（実回転角度）を演算する（ステップＳ１１０）。次いで，スロットル弁制御装置１３０は，スロットル弁２の目標開度（目標回転角度）と実開度の偏差ΔAを演算し，偏差ΔAに基づいてPID制御（フィードバック制御）の演算を行い，DCモータ20のコイルに印加する目標電圧値を演算する（ステップＳ１２０）。次いで，スロットル弁制御装置１３０は，目標電圧値からPWM制御演算により目標電圧値に応じたパルス幅（デューティ値）のデューティ比を有するパルス信号（PWM信号）を生成し（ステップＳ１３０），そのパルス信号を指令値としてDCモータ２０に出力する（ステップＳ１４０）。このとき，スロットル弁２の開度は目標開度までステップ的に上昇する。以下において，このようなDCモータ２０の動作をステップ作動と言う。
　次に，診断装置１４０におけるDCモータ２０の故障予兆診断の基本概念を説明する。
　１．まず，診断装置１４０は，スロットルポジションセンサ１５０の検出信号とスロットル弁２の目標回転角度に基づいて，スロットル弁２の回転速度を通常動作時の回転速度よりも遅くした低速回転動作によりDCモータ２０の診断回転動作を実施し，診断回転動作中にDCモータ２０に供給される電力に基づいて，DCモータ２０の異常を診断する。
　２．また，診断装置１４０は，上述したように，キースイッチ１３２のOFF後に診断回転動作を実施する。
　３．また，診断装置１４０は，診断回転動作に際して，DCモータ２０の回転軸を少なくとも360度，回転させる。
　４．また，診断装置１４０は，ランプ作動とフィードバック制御との組み合わせにより低速回転動作を行う。
　５．具体的には，診断装置１４０は，スロットル弁２に対しランプ作動の複数の目標開度を設定し，目標開度ごとに，スロットルポジションセンサ１５０の検出値から得た実開度と目標開度との偏差に基づいてフィードバック制御を行う。
　６．また，診断装置１４０は，フィードバック制御の指令値をPWM信号として生成し，PWM信号のデューティ値を用いてDCモータの異常を診断する。
　上記１のように，低速回転動作によりDCモータ２０を回転させることで，DCモータ２０のコイルの部分断線などの異常時に，DCモータ２０にかかる負荷が増大し，DCモータ２０の故障の予兆を検知することができる。
　上記２のように，キースイッチ１３２のOFF後に診断回転動作を実施することにより，車両の動作終了後は診断タイムアウトのおそれはなく，必要十分な診断時間を確保することができる。
　上記３のように，DCモータ２０の回転軸を少なくとも360度，回転させることにより，複数あるブラシ２０Ｓの全ての接触面が整流子２０Ｎの全ての接触面を通過するので，検出漏れを防ぐことができる。
　上記４のように，ランプ作動とフィードバック制御との組み合わせにより低速回転動作を行う，或いは上記５のように，スロットル弁２に対しランプ作動の複数の目標開度を設定し，目標開度ごとに，スロットルポジションセンサ１５０の検出値から得た実開度と目標開度との偏差に基づいてフィードバック制御を行うことにより，スロットル弁２の低速回転動作が可能となり，これによりDCモータ２０のコイルの部分断線などの異常時にDCモータ２０にかかる負荷が増大し，故障の予兆を容易に検知可能となる。
　上記６のように，フィードバック制御の指令値をPWM信号として生成し，PWM信号のデューティ値を用いてDCモータの異常を診断することにより，DCモータ２０の電圧を検出する専用の電圧センサをECU１２０に組み込む仕様変更が不用となり，簡便に負荷の増加を検出することができる。
　図８は，上述した基本概念を具体化した，診断装置１４０によるDCモータ２０の故障予兆診断の処理内容を示すフローチャートである。
　図８において，まず，診断装置１４０は，スロットル弁２の開度（回転角度）が所定の単位時間間隔で所定の単位角度ずつ徐々に増加する増加目標開度のランプ作動診断Ａを行い（ステップＳ２００），次いでスロットル弁２の開度（回転角度）が所定の単位時間間隔で所定の単位角度ずつ徐々に減少する減少目標開度のランプ作動診断Ｂを行う（ステップＳ２２０）。次いで，診断装置１４０は，診断Ａと診断Ｂのセットを複数回繰り返す（ステップＳ２４０）。診断Ａと診断Ｂのセットの繰り返しは，好ましくは，DCモータ２０の回転軸が少なくとも360度，回転する回数だけ行う。
　次いで，診断装置１４０は，診断Ａと診断Ｂで生成したPWM信号のデューティ値を用いてDCモータ２０の故障予兆診断を行い（ステップＳ２６０），故障の予兆を検知した場合はシグナルを例えば車両のインジケータに出力し，インジケータに点灯させる（ステップＳ２８０）。
　図９Ａは，診断Ａの処理内容の詳細を示すフローチャートである。
　まず，診断装置１４０は，目標開度（目標回転角度）がAi1からAinまで徐々に増加する増加ランプ作動の複数の目標開度Ai1～Ainを設定する（ステップＳ２０２）。次いで，診断装置１４０は，最初の目標開度Ai1に対し，図７に示した通常動作時のステップＳ１１０～ステップＳ１４０の処理と同様の実開度演算（ステップＳ２０４），PID制御によるフィードバック制御演算（ステップＳ２０６），PWM制御演算（ステップＳ２０８），指令値出力（ステップＳ２１０）の各処理を行い，その後，診断装置１４０は，ステップＳ２０８のPWM制御により生成されたPWM信号のデューティ値をECU１２０のメモリに記憶し，保存する（ステップＳ２１２）。以下，診断装置１４０は，目標開度Ai2～Ainのそれぞれに対し，順番にステップＳ２０４～Ｓ２１２の処理を行う（ステップＳ２１４）。このとき，スロットル弁２の開度は目標開度Ai1から目標開度Ainまで徐々に増大する。
　図９Ｂは，診断Ｂの処理内容の詳細を示すフローチャートである。診断Ｂの処理内容は，図９Ａの診断ＡのステップＳ２０２の処理が「減少ランプ作動の複数の目標開度Ad1～Adnの設定」（ステップＳ２２２）に変わり，図９Ａの診断ＡのステップＳ２０６の処理が「目標開度Ad1と実開度との偏差に基づくPID制御演算」（ステップＳ２２６）に変わり，図９Ａの診断ＡのステップＳ２１4の処理が「目標開度Ad2～AdnのそれぞれについてステップＳ２２６～Ｓ２３２の処理を行う」に変わった点を除いて，図９Ａの診断Ａの処理と同じである。ステップＳ２２２の「減少ランプ作動の複数の目標開度Ad1～Adn」は，Ad1からAndまで所定の単位時間間隔で所定の単位角度ずつ徐々に減少する目標開度であり，スロットル弁２の開度は目標開度Ad1から目標開度Adnまで徐々に減少する。
　以上のように図９Ａ，図９Ｂの診断処理によってスロットル弁２の開度が徐々に増大する，或いは徐々に減少する動作を本明細書において「ランプ作動」という。
　図１０及び図１１は，上記のようにPWM制御によってDCモータ２０を駆動したときのスロットル弁制御装置１３０に係わる動作波形を示す図であり，図１０が通常動作時のステップ作動の動作波形，図１１が本実施形態のランプ作動時の動作波形を示している。また，図１０及び図１１において，（Ａ）はDCモータ２０がノーマルである場合の動作波形を示し，（Ｂ）はDCモータ２０が異常である場合の動作波形を示している。
　図１０及び図１１において，符号A1，B1，C1，D1はスロットルポジションセンサ１５０により検出されたスロットル弁２の回転角度に基づくスロットル弁２の開度情報を示し，符号A2，B2，C2，D2はDCモータ２０に印加されたPWM信号（指令値）の電圧を示している。
　DCモータ２０の異常とは，例えばDCモータ２０の故障の予兆であるコイルの部分断線が生じた場合であり，図１０の（Ｂ）及び図１１の（Ｂ）では，DCモータ２０のコイルが１／８断線した場合を示している。なお，コイルの部分断線以外の故障の予兆として，整流子２０Ｎの表面劣化，ブラシ２０Ｓの摩耗などがある。
　図１０の（Ａ）及び（Ｂ）と図１１の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように，異常のないノーマルなDCモータ２０と，コイルを１／８本断線させた異常のあるDCモータ２０を用いて，通常動作のステップ作動と本実施形態のランプ作動（低速回転動作）の４つのパターンを比較した。ステップ作動は，図７を用いて説明したように，スロットル弁２の開度の指示値を一気に変更する作動モードのことで，例えば弁開度０度（全閉）の指示値（目標開度）の次に弁開度９０度（全開）の指示値（目標開度）を与える作動モードである。ランプ作動は，図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明したように，スロットル弁の開度の指示値としてランプ作動の複数の目標開度Ai1～Ainを設定し，比較的小幅で連続的に指示を与える作動モードのことで，例えば弁開度０度の指示値の次に１度，２度，３度，・・・と指示を与えていき，その都度，スロットルポジションセンサ１５０からの検出値によるフィードバックを受ける。したがって，ランプ作動ではスロットル弁は開度を保持しつつ，少しずつ低速で動かされるため，DCモータ２０にかかる負荷がステップ作動よりも大きくなる。
　図１０の（Ａ）及び（Ｂ）のステップ作動のスロットル弁２の回転速度は例えば約５rad/sであり，図１１の（Ａ）及び（Ｂ）のランプ作動のスロットル弁２の回転速度は例えば約０．２rad/sである。なお，図１１の（Ａ）及び（Ｂ）の回転速度は一例であり，この限りではない。
　図１０の（Ａ）と（Ｂ）の比較から分かるように，ステップ作動では，電圧A2，B2の最大値に差はほとんど見られない。
　一方，図１１の（Ａ）と（Ｂ）の比較から分かるように，ランプ作動では，電圧C2，D2の最大値に差ΔDが見られ，コイルが１／８本断線したDCモータ２０ではノーマルなDCモータ２０と比べ，電圧の最大値が約３０％高くなった。
　図１１の（Ａ）と（Ｂ）の電圧の差ΔDは，コイルの部分断線により抵抗値が増大し，フィードバック制御により必要な電流を流す電圧が高くなるためである。ただし，図１０の（Ａ）と（Ｂ）のようにステップ作動させたDCモータ２０ではその差は検出するのが困難である。ランプ作動のように低速で動かしたことで，DCモータ２０にかかる負荷が増大し，電圧の差ΔDも増大したため，電圧の差ΔDを容易に検出することが可能となる。
　図８のステップＳ２６０においては，診断装置１４０は，ランプ作動におけるDCモータ２０のデューティの通常値を異常の判定値としてメモリに記憶しておく。そして，図９Ａ及び図９Ｂの診断Ａと診断Ｂで生成し，ステップＳ２１２，Ｓ２３２でメモリに保存したPWM信号のデューティ値が，デューティの通常値よりも例えば３０％以上増大したかどうかを判定し，PWM信号のデューティ値がデューティの通常値よりも例えば３０％以上増大した場合に，図８のステップＳ２８０において，故障予兆検知を知らせるシグナルを発する。この故障予兆検知のシグナルは，前述したように，ドライバー或いは保守点検員が目視できるように例えば車両のインジケータに送信し，インジケータに点灯させる。
　なお，ランプ作動のDCモータ２０の電圧上昇は，専用の電圧センサをECU１２０に組み込めば検出可能となるが，デメリットとして，ECU１２０の仕様変更が必要となる。本実施形態のように，DCモータ２０に与えたPWM信号のDuty値の変化で検出することでECU１２０の仕様変更が不用となり，より簡便に負荷の増加を検出することができる。
　以上のように，ランプ作動のような比較的低速で動作させるモードでDCモータ２０を駆動することで，DCモータ２０のコイルの部分断線による故障を容易に検出可能となり，故障予兆検知を知らせるシグナルを発し，インジケータ等に表示することで，検出結果をドライバー或いは保守点検員に知らせることができる。
　また，将来的にカーシェアリングがより一般的となった場合，車両に搭載されたネット接続装置を経由してカーシェアリング管理会社にシグナルを送信するようにしてもよい。
　故障の予兆が知らされたら，ドライバー又はカーシェアリング管理会社は，当該車両を自走させてカーディーラー等に持ってゆき，メンテナンスを受けることができる。故障予兆検知の段階では自走することに何ら問題はないが，そのまま乗り続けると遠からず故障して自走させるのが困難な状態になると予想される。つまり，本実施形態の故障予兆検知システムにより，走行中に自走困難になる深刻な故障に至る前にメンテナンスが必要なことを知ることができ，余裕をもって対処することができるようになる。
　本実施形態によれば，以下の効果が得られる。
　１．モータ駆動式のスロットル弁装置１１０の動力源であるDCモータ２０の故障の予兆を検知することができる。そのため，DCモータ２０に発生したコイルの部分断線がより深刻な故障となり，フェールに落ちて突然走行不能となる前に，部品交換などの対応が可能となる。
　２．今後は車を個人で所有することは減少し，カーシェアリングなどが増えてゆくことが予想されている。本実施形態の故障の予兆検知により，ユーザーが車両を使用していないタイミングでの部品交換が可能となり，運転中の故障を防ぐことで，ユーザーの不利益の減少と，車両利用効率の向上を図ることができる。
　３．車両の動作終了後であるキースイッチ１３２のOFF後に診断回転動作を実施するため，キースイッチ１３２のOＮ後のように診断時間がタイムアウトとなるおそれはなく，必要十分な診断時間を確保することができる。
　４．DCモータ２０の回転軸を少なくとも360度，回転させることで，複数あるブラシ２０Ｓの全ての接触面が整流子２０Ｎの全ての接触面を通過するので，検出漏れを防ぐことができる。
　５．フィードバック制御の指令値をPWM信号として生成し，PWM信号のデューティ値を用いてDCモータ２０の異常を診断することで，DCモータ２０の電圧を検出する専用の電圧センサをECU１２０に組み込む仕様変更が不用となり，簡便に負荷の増加を検出することができる。
　＜第２の実施形態＞
　本発明の第２の実施形態を説明する。
　図１２は，第２の実施形態に係わるスロットル弁制御装置１３０の処理内容の流れを示すタイムチャートである。
　本実施形態の第１の実施形態との相違点は，エンジンキースイッチ１３２のOFF後だけでなくキースイッチ１３２のON後にも本発明の特徴であるDCモータ２０の故障予兆診断を行う点である。
　すなわち，図１２において，本実施形態の診断装置１４０は，時刻T0においてキースイッチ１３２がONし，全閉位置学習診断を終了すると，続けてキースイッチON後のDCモータ２０の故障予兆診断を行う。また，キースイッチ１３２のOFF後にも，時刻T2においてキースイッチ１３２がOFFになると，第１の実施形態と同様，全閉位置学習診断を行った後，DCモータ２０の故障予兆診断を行う。すなわち，診断装置１４０は，キースイッチのON後とOFF後の両方で低速回転動作による診断回転動作を実施し，DCモータ２０の故障予兆診断を行う。
　ただし，キースイッチON後の診断モードの診断時間は全閉位置学習診断だけを行う第１の実施形態の場合よりも長くする必要があり，本実施形態では，例えば１０秒である。
　また，診断装置１４０は，キースイッチ１３２のON後の診断回転動作の回転速度をキースイッチ１３２のOFF後の診断回転動作の回転速度よりも速くする。これにより故障予兆診断が終了する前に診断時間が終了するタイムアウトを極力避けることができる。
　具体的には第１の実施形態と同様，診断装置１４０は，ランプ作動とフィードバック制御との組み合わせにより低速回転動作を行う。すなわち，診断装置１４０は，図９Ａ及び図９Ｂに示すように，キースイッチ１３２のON後の診断回転動作と同様に，診断回転動作におけるスロットル弁２に対するランプ作動の複数の目標開度（目標回転角度）を設定し，目標開度ごとに，スロットルポジションセンサ１５０の検出値から得た実開度（実回転角度）と目標開度との偏差に基づいてPID制御（フィードバック制御）を行う。このとき，好ましくは，キースイッチ１３２のON後の診断回転動作の回転速度はキースイッチ１３２のOFF後の診断回転動作の回転速度よりも速くする。
　すなわち，診断装置１４０は，複数の目標開度Ai1～Ain, Ad1～Adnの変化率をキースイッチ１３２のOFF後の診断回転動作におけるランプ作動の複数の目標開度Ai1～Ain, Ad1～Adnの変化率よりも大きくする。
　ここで，目標開度Ai1～Ain, Ad1～Adnの単位角度をΔAi，ΔAdで表わし，単位時間をΔTで表わすと，目標開度Ai1～Ain, Ad1～Adnの変化率は，それぞれ，ΔAi／ΔT，ΔAd／ΔTで表わされる。よって，変化率ΔAi／ΔT，ΔAd／ΔTをキースイッチ１３２のOFF後の診断回転動作における変化率ΔAi／ΔT，ΔAd／ΔTよりも大きくする（例えば単位角度ΔAi，ΔAdを大きくする）ことで，スロットル弁２の回転速度はキースイッチ１３２のOFF後の診断回転動作における回転速度よりも速くなる。これにより限られた診断時間内に故障予兆診断が終了せず，タイムアウトとなることを極力回避することができる。
　診断装置１４０によるDCモータ２０の故障予兆診断の処理内容は，上述した点を除いて，図８，図９Ａ及び図９Ｂに示した処理内容と同じである。
　本実施形態よれば，ッチのON後とOFF後の両方で低速回転動作による診断回転動作を実施し，DCモータ２０の故障予兆診断を行うことにより，より確実にDCモータ２０の故障の兆候を検知することができる。
　＜第３の実施形態＞
　本発明の第３の実施形態を説明する。
　図１３は，第３の実施形態に係わるスロットル弁制御装置１３０の処理内容の流れを示すタイムチャートである。
　本実施形態の第１の実施形態との相違点は，キースイッチのOFF後の故障予兆診断によりDCモータ２０の異常を検出したとき，スロットル弁２の回転速度を最初の故障予兆診断よりも更に遅くした低速回転動作によりDCモータ２０の追加診断回転動作を実施し，詳細故障予兆診断を行う点である。
　そのため，診断装置１４０は，診断回転動作におけるランプ作動の複数の目標開度（目標回転角度）Ai1～Ain, Ad1～Adnの変化率を最初の診断回転動作におけるランプ作動の複数の目標開度（目標回転角度）Ai1～Ain, Ad1～Adnの変化率よりも小さくすることで，詳細故障予兆診断の追加診断回転動作において，スロットル弁２の回転速度を最初の故障予兆診断よりも遅くする。
　すなわち，目標開度Ai1～Ain, Ad1～Adnの変化率を第２の実施形態と同様にΔAi／ΔT，ΔAd／ΔTで表わすと，変化率ΔAi／ΔT，ΔAd／ΔTを最初の故障予兆診断の変化率ΔAi／ΔT，ΔAd／ΔTよりも小さくする（例えば単位角度ΔAi，ΔAdを小さくする）ことで，スロットル弁２の回転速度は最初の故障予兆診断の回転角速度よりも遅くなる。
　このように構成した本実施形態においては，DCモータ２０の異常を検出したとき，更なる低速回転動作を行うことにより，最初の故障予兆診断は必要最小限の診断時間で行うことができ，故障の予兆を検知したときは，より時間をかけて故障予兆診断を行うことで，故障モード或いは故障箇所の特定を行うことができる。
２　スロットル弁
３　スロットルシャフト
２０　DCモータ
２０Ｎ　整流子
２０Ｓ　ブラシ
１００　エンジン
１１０　モータ駆動式のスロットル弁装置
１２０　ECU
１３０　スロットル弁制御装置
１３１　アクセルセンサ
１３２　エンジンキースイッチ（キースイッチ）
１４０　診断装置
１５０　スロットルポジションセンサ

Claims (12)

  1. 　スロットル弁，前記スロットル弁を開閉するDCモータ及び前記スロットル弁の回転角度を検出するスロットルポジションセンサを含むモータ駆動式のスロットル弁装置と，
    　前記DCモータを駆動し，前記スロットル弁の開度を制御するスロットル弁制御装置とを備えたスロットル弁装置の電子制御システムにおいて，
    　前記スロットル弁制御装置は，
    　前記スロットルポジションセンサの検出信号と前記スロットル弁の目標回転角度に基づいて，前記スロットル弁の回転速度を通常動作時の回転速度よりも遅くした低速回転動作により前記DCモータの診断回転動作を実施し，前記診断回転動作中に前記DCモータに供給される電力に基づいて，前記DCモータの異常を診断する診断装置を備えることを特徴とするスロットル弁装置の電子制御システム。
  2. 　請求項１記載のスロットル弁装置の電子制御システムにおいて，
    　前記診断装置は，エンジンキースイッチのOFF後に前記診断回転動作を実施することを特徴とするスロットル弁装置の電子制御システム。
  3. 　請求項１記載のスロットル弁装置の電子制御システムにおいて，
    　前記診断装置は，前記診断回転動作に際して，前記DCモータの回転軸を少なくとも360度，回転させることを特徴とするスロットル弁装置の電子制御システム。
  4. 　請求項１記載のスロットル弁装置の電子制御システムにおいて，
    　前記診断装置は，ランプ作動とフィードバック制御との組み合わせにより前記低速回転動作を行うことを特徴とするスロットル弁装置の電子制御システム。
  5. 　請求項１記載のスロットル弁装置の電子制御システムにおいて，
    　前記診断装置は，前記スロットル弁に対するランプ作動の複数の目標開度を設定し，目標開度ごとに，前記スロットルポジションセンサの検出値から得た実開度と前記目標開度との偏差に基づいてフィードバック制御を行うことを特徴とするスロットル弁装置の電子制御システム。
  6. 　請求項５記載のスロットル弁装置の電子制御システムにおいて，
    　前記診断装置は，前記フィードバック制御の指令値をPWM信号として生成し，前記PWM信号のデューティ値を用いて前記DCモータの異常を診断することを特徴とするスロットル弁装置の電子制御システム。
  7. 　請求項１記載のスロットル弁装置の電子制御システムにおいて，
    　前記診断装置は，エンジンキースイッチのON後とOFF後の両方で前記低速回転動作による前記診断回転動作を実施することを特徴とするスロットル弁装置の電子制御システム。
  8. 　請求項７記載のスロットル弁装置の電子制御システムにおいて，
    　前記診断装置は，前記エンジンキースイッチのON後の前記診断回転動作の回転速度を前記エンジンキースイッチのOFF後の前記診断回転動作の回転速度よりも速くすることを特徴とするスロットル弁装置の電子制御システム。
  9. 　請求項７記載のスロットル弁装置の電子制御システムにおいて，
    　前記診断装置は，前記エンジンキースイッチのON後とOFF後のそれぞれの前記診断回転動作において，ランプ作動とフィードバック制御との組み合わせにより前記低速回転動作を行うことを特徴とするスロットル弁装置の電子制御システム。
  10. 　請求項７記載のスロットル弁装置の電子制御システムにおいて，
    　前記診断装置は，
    　前記エンジンキースイッチのON後とOFF後の前記診断回転動作のそれぞれにおいて，前記スロットル弁に対するランプ作動の複数の目標開度を設定し，目標開度ごとに，前記スロットルポジションセンサの検出値から得た実開度と前記目標開度との偏差に基づいてフィードバック制御を行い，
    　前記エンジンキースイッチのON後の前記診断回転動作における前記複数の目標開度の変化率を前記エンジンキースイッチのOFF後の前記診断回転動作における前記複数の目標開度の変化率よりも大きくすることで，前記エンジンキースイッチのON後の前記診断回転動作の回転速度を前記エンジンキースイッチのOFF後の前記診断回転動作の回転速度よりも速くすることを特徴とするスロットル弁装置の電子制御システム。
  11. 　請求項１記載のスロットル弁装置の電子制御システムにおいて，
    　前記診断装置は，前記診断回転動作を最初の診断回転動作として行い、この最初の診断回転動作により前記DCモータの異常を検出したとき，前記スロットル弁の回転速度を前記診断回転動作の回転速度よりも更に遅くした低速回転動作により前記DCモータの追加診断回転動作を実施し，前記追加診断回転動作中に前記DCモータに供給される電力に基づいて，前記DCモータの異常を詳細診断することを特徴とするスロットル弁装置の電子制御システム。
  12. 　請求項１１記載のスロットル弁装置の電子制御システムにおいて，
    　前記診断装置は，
    　前記最初の診断回転動作と前記追加診断回転動作のそれぞれにおいて，前記スロットル弁に対するランプ作動の複数の目標開度を設定し，目標開度ごとに，前記スロットルポジションセンサの検出値から得た実開度と前記目標開度との偏差に基づいてフィードバック制御を行い，
    　前記追加診断回転動作における前記複数の目標開度の変化率を前記最初の診断回転動作における前記複数の目標開度の変化率よりも小さくすることで，前記追加診断回転動作の回転速度を前記最初の診断回転動作の回転速度よりも遅くすることを特徴とするスロットル弁装置の電子制御システム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH03222848A (ja) * 1990-01-29 1991-10-01 Mitsubishi Motors Corp 電子制御スロットル弁の駆動装置
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