JP3042814B2 - アイドル回転制御バルブと内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のアイドル回転
数を最適回転数に制御する制御装置に係り、特に、エア
アシスト型燃料噴射弁を有する内燃機関に好適な制御装
置とこれに用いるアイドル回転制御バルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関のアイドル回転数を内燃機関の
冷却水温や内燃機関の負荷に応じ自動的に制御するアク
チュエータとして、例えば特開昭５７−９３８０号公報
記載の比例制御弁がある。この比例制御弁は、スロット
ル弁が絞られるアイドル時に、スロットル弁上流の空気
をスロットル弁下流にバイパスさせる通路に設けられる
ものである。この従来技術に係る比例制御弁は、連動す
る２つの弁機構を有し、中央通路から取り込んだスロッ
トル弁上流の空気を２つの弁機構で左右の２通路に分
け、その後にこの２通路を合流させてスロットル弁下流
に戻す構造となっている。空気を中央通路から左，右通
路に夫々の弁機構で分割するのは、弁上流側と下流側の
気圧差により弁体が動きが阻害されるのを防止するため
である。この従来の比例制御弁は、２つの弁機構を同時
に開閉させる構造とし、全体として１つの流量特性とな
るようにしている。

【０００３】近年の内燃機関は、リーン空燃比Ａ／Ｆ＝
２２〜２５で運転したり、更に一層の低燃費化や運転性
能の安定化のため、エアアシスト型の燃料噴射弁を備え
る傾向にある。このエアアシスト型の燃料噴射弁とは、
燃料噴射弁に補助空気を供給して噴射燃料の微粒化を図
ったり、急加速時の吸入空気遅れを補助する空気を燃料
噴射弁に供給するものである。

【０００４】従来のエアアシストシステムは、“TOYOTA
Technical Review”Vol.４１，No.２，DEC.１９９１の
「エアアシスト型燃料噴射システムの開発」（原田，清
水，栗田，村松，大橋）記載の様に、スロットル弁上流
の空気をスロットル弁下流に迂回させるバイパス通路に
設けたＩＳＣ（Idle Speed Control）弁に一体に動く２
弁体を設けると共に、各弁体の弁座を工夫して三方弁構
造とし、このＩＳＣで分岐させた空気を燃料噴射弁に供
給する構造となっている。この従来技術は、ＩＳＣ弁を
ステップモータで駆動する方式を採用している。つま
り、弁体をステップモータで回転させることで弁座に対
して進退させ、その流量を制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＩＳＣ弁でアシストエ
アを分岐する構成にする場合、ＩＳＣ弁からスロットル
弁下流に戻す空気の流量特性と、燃料噴射弁に供給する
空気の流量特性とは異なるため、弁機構に工夫を凝らす
必要がある。上記従来技術では、ＩＳＣ弁を制御し先ず
燃料噴射弁へのエアアシスト通路を開き、次にスロット
ル弁下流に戻す通路を開くようにしている。一体に動く
２弁体の一方が開弁するときに他方を閉弁状態にするに
は、閉弁側弁体が弁座の弁孔内を摺動する構造にするし
かないため、必然的に弁体と弁孔との隙間から空気漏れ
が生じる。つまり、従来技術では、スロットル弁下流に
戻す空気に空気漏れを許容する構成となっている。エア
アシストを適用する内燃機関の構造等により、上記従来
技術とは逆に、先にスロットル弁下流にバイパス空気を
戻す通路を開き、それから後にエアアシスト通路を開く
構成にしなければならないものもある。このような場
合、ステップモータ型のＩＳＣ弁を採用する限り、漏れ
空気がエアアシスト通路に流れ込んでしまう。特に、ア
イドル運転時など機関回転数を低い状態に安定に保つ必
要があるとき、空気漏れが発生する毎にアシストエアが
燃料噴射弁に供給されると、空気漏れが発生する毎にア
イドル回転数が上昇し、アイドル回転数が不安定になる
という問題がある。

【０００６】そこで、一体に動く２弁体を有するＩＳＣ
弁の代わりに、上記従来の比例制御弁を採用することが
考えられるが、単にそのまま採用したのでは２つの弁機
構の夫々の流量特性を独立に制御できない。

【０００７】本発明の第１の目的は、エアアシスト側及
びバイパス通路側の両方ともに漏れ空気量が少なくしか
も夫々の流量特性を独立に制御することができるアイド
ル回転制御バルブを提供することにある。

【０００８】本発明の第２の目的は、上記アイドル回転
制御バルブを用いた制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、第１
室と該第１室を中央に挟む第２室及び第３室と、第１室
と第２室との間に設けられた第１弁孔と、第１室と第３
室との間に設けられた第２弁孔と、作動電流に応じ電磁
力を発生させる電磁部と、前記第１弁孔及び第２弁孔を
貫通し前記電磁部の電磁力に応じて往復動するシャフト
と、該シャフトの反電磁部側に設けられ該シャフトを電
磁部側に押圧する第１弾発バネと、前記シャフトに一体
に設けられシャフトの往動量に応じた開弁量で前記第１
弁孔を開く第１弁体と、前記シャフトに設けられたスト
ッパと、前記シャフトに摺動自在に取り付けられ該シャ
フトが所定距離往動するあいだ摺動し所定距離往動して
前記ストッパに当接したあとの該シャフトの往動量に応
じた開弁量で前記第２弁孔を開く第２弁体と、該第２弁
体を前記第２弁孔側に押圧する第２弾発バネとを設ける
ことで、達成される。

【００１０】上記第２の目的は、第１の目的を達成する
アイドル回転制御バルブと、前記第１室をスロットル弁
上流側に連通する通路と、前記第２室または第３室の一
方をスロットル弁下流側に連通する通路と、前記第２室
または第３室の他方を燃料噴射弁に連通する通路と、前
記電磁部の作動電流を内燃機関の運転状態に応じて制御
する制御手段とを設けることで、達成される。

【００１１】

【作用】第２室をスロットル弁下流側吸気管に連通し、
第３室を燃料噴射弁に連通する場合について説明する。
電磁部が作動電流に応じて励磁されると、所定距離移動
するまで該シャフトは第１弾発バネの力に抗して往動
し、第１弁体は第１弁孔を開弁する。これにより、第１
弁体の開弁量に応じた流量の補助空気がスロットル弁を
バイパスする。このとき、第２弁体は第１弁体つまりシ
ャフトの動きとは独立状態にあり、第２弁孔は、第２弾
発バネの力で第２弁体により閉塞されているため、燃料
噴射弁側に漏れる空気量は非常に少ない。

【００１２】作動電流が更に増大して励磁力が増すと、
シャフトが第１弾発バネの力と第２弾発バネの力の合力
に抗して移動し、第２弁孔が開弁される。これにより、
アシストエアが燃料噴射弁に供給される。

【００１３】この様に、第１弁体と第２弁体とが所定距
離移動するまでは独立に動作するため、夫々の流量特性
を異ならせることが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の一実施例に係るリーンバーン
エンジン（内燃機関）制御装置の構成図である。エンジ
ン１の燃焼室２は、吸気バルブ３を介して吸気管４に連
通し、排気バルブ５を介して排気管６に連通している。
吸気管４の最上流にはエアクリーナ７が取り付けられ、
下流の吸気バルブ３近傍に燃料噴射弁８が取り付けられ
ている。燃料噴射弁８の弁口より少し上流には吸気に回
転流を起こさせるスワール制御弁９が取り付けられ、吸
気管４の略中央部にスロットル弁１０が設けられてい
る。そして、吸気管４のスロットル弁１０配置部分に
は、スロットル弁１０を迂回する補助空気バイパス通路
１１と、該通路１１を通る補助空気量を制御するアイド
ル回転制御弁１９が設けられている。排気管６には、燃
焼室２から排出される排気ガス中に二次空気を供給する
二次空気通路１２と、排気ガスを浄化する図示しない三
元触媒が設けられている。エンジン１には点火系１３が
取り付けられている。この点火系１３は、リーンバーン
空燃比時に燃焼室２内の混合気を安定に燃焼させるた
め、火花が従来より強くかつ長く放電するように改善さ
れたものを使用する。

【００１５】エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１４は、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１５
と、Ｏ₂（酸素）センサ１６と、図示しないその他のス
ロットル弁開度センサ，エンジン水温センサ，エンジン
回転数センサ，吸気温センサ，油温センサ等の検出信号
を取り込んでエンジンの運転状態を判断し、燃料噴射弁
８からの燃料噴射量と、スワール制御弁９と、アイドル
回転制御弁１９の作動電流を制御する。

【００１６】図２は、アイドル回転制御弁周りの詳細構
成図である。本実施例に係るアイドル回転制御弁１９
は、第１室２０と、第２室２１と、第３室２２を備え、
第１室２０がスロットル弁１０上流側吸気管４に連通す
るバイパス通路１１に接続され、第２室２１がスロット
ル弁１０下流側吸気管４に通路１７で接続され、第３室
２２が、エアアシスト通路１８で燃料噴射弁８に接続さ
れる構成となっている。

【００１７】図３は、アイドル回転制御弁１９の詳細構
成図である。本実施例に係るアイドル回転制御弁１９
は、電磁機構部３１と、流量制御機構部３６からなる。
電磁機構部３１は、一端が開口する円筒形のケース３２
と、このケース３２内に円筒形に形成されたコイル３３
と、該コイル３３の中心部に設けられたコア３４及びプ
ランジャ３５から構成される。

【００１８】流量制御機構部６は、ボディ３７を主要素
とし、該ボディ７の内部に、第１室２０と第２室２１と
を連通する弁孔３８と、第１室２０と第３室２２とを連
通する弁孔３９が形成されている。夫々の弁孔３８，３
９には、計量部シート４０，４１が形成されている。各
計量部シート４０，４１は、夫々計量バルブ（弁体）４
２，４３で開閉されるようになっている。

【００１９】シャフト４９は、弁孔３８，３９を貫通
し、その一端が電磁機構部３１内に挿入され、他端には
プレート４８が固着され、スプリング４４がプレート４
８を押圧してシャフト４９を電磁機構部３１側に弾発し
ている。電磁機構部３１が励磁されるとシャフト４９が
スプリング４４に弾発力に抗して図３において右動（往
動）し、消磁されたときスプリング４４の弾発力で左動
（復動）するようになっている。尚、４５は、バルブガ
イド４５である。

【００２０】計量バルブ４２は、シャフト４９と一体と
なっており、計量バルブ４３は、シャフト４９と別体と
なっている。シャフト４９のバルブ４３側は小径になっ
ており、計量バルブ４３はこの小径部分に摺動自在に取
り付けられており、スプリング４７の弾発力でシート４
１に押圧され該シート４１を閉弁している。電磁機構部
３１が消磁されている状態（シャフト４９が最左動して
いる状態）で、シャフト４９が小径となる段部５３と、
バルブ４３の段部５３側端面との間には所定距離ｍの遊
びが設けられている。

【００２１】以上の構成において、ＥＣＵ１４からター
ミナル４６を介してコイル３３に電気入力を与えられる
と、入力つまり作動電流量に応じた電磁力が発生し、プ
ランジャ３５を図３において右方向に移動する。プラン
ジャ３５と接するシャフト４９は、前記電磁力がスプリ
ング４４の弾発力に打ち勝った時点つまり図４の時点ａ
で右動を開始、シャフト４９と一体の計量バルブ４２が
開弁し始める。電磁力とスプリング１４の弾発力がつり
あった位置で計量バルブ４２は停止し、弁孔３８を介
し、スロットル弁上流側の吸気が第１室２０→弁孔３８
→第２室２１→スロットル弁下流側に流れる。

【００２２】この時、計量バルブ４３は、シャフト４９
上をｍ寸法内ですべるだけであり、スプリング４７の弾
発力により、計量部シート４１に圧接されている。従っ
て、この計量部シート４１とバルブ４３とは密着状態に
おり、この部分からの漏れ空気量はほとんどない状態と
なっている。

【００２３】さらに電磁力を上げると、計量バルブ４２
はさらにストロークし、スロットル弁を迂回する補助空
気流量は増加する。一方、シャフト４９のストローク量
がｍ寸法を越えると、計量バルブ４３は、シャフト４９
の段差部５３に当接する。スプリング４４，４７の弾発
力の合力に電磁力が打ちかった時点ｂ（図４）で、バル
ブ４３は開弁方向に移動しはじめ、電磁力とスプリング
４４，４７の合力がつりあった位置で、計量バルブ４
２、計量バルブ４３ともに停止する。これによの、スロ
ットル弁上流の空気は、第１室２０→弁孔３９→第３室
２２→エアアシスト通路１８→燃料噴射弁８へも流れ始
める。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、１つのアイドル回転制
御弁で、異なる流量特性を有した複数の空気流路を形成
し、しかも漏れ空気量を非常に少なくすることができる
ので、アイドル回転数を低回転数で安定させることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るリーンバーンエンジン
制御装置の構成図である。

【図２】図１に示す本発明の一実施例に係るアイドル回
転制御弁周りの構成図である。

【図３】図２に示すアイドル回転制御弁の詳細構成図で
ある。

【図４】図２に示すアイドル回転制御弁の流量特性図で
ある。

【符号の説明】

１…エンジン、４…吸気管、８…燃料噴射弁、１０…ス
ロットル弁、１１…補助空気バイパス通路、１８…エア
アシスト通路、１９…アイドル回転制御弁、２０…第１
室、２１…第２室、２２…第３室、３１…電磁機構部、
３３…コイル、３４…コア、３５…プランジャ、３６…
流量制御機構部、４０，４１…シート、４２…計量バル
ブ（第１弁体）、４３…計量バルブ（第２弁体）、４
４，４７…スプリング、４９…シャフト、５３…段差部
（ストッパ）、ｍ…所定距離の遊び。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 渡邊 真 (56)参考文献 特開 昭57−9380（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 33/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸入空気量を制御してアイド
   ル回転を制御するアイドル回転制御バルブにおいて、第
   １室と該第１室を中央に挟む第２室及び第３室と、第１
   室と第２室との間に設けられた第１弁孔と、第１室と第
   ３室との間に設けられた第２弁孔と、作動電流に応じ電
   磁力を発生させる電磁部と、前記第１弁孔及び第２弁孔
   を貫通し前記電磁部の電磁力に応じて往復動するシャフ
   トと、該シャフトの反電磁部側に設けられ該シャフトを
   電磁部側に押圧する第１弾発バネと、前記シャフトに一
   体に設けられシャフトの往動量に応じた開弁量で前記第
   １弁孔を開く第１弁体と、前記シャフトに設けられたス
   トッパと、前記シャフトに摺動自在に取り付けられ該シ
   ャフトが所定距離往動するあいだ摺動し所定距離往動し
   て前記ストッパに当接したあとの該シャフトの往動量に
   応じた開弁量で前記第２弁孔を開く第２弁体と、該第２
   弁体を前記第２弁孔側に押圧する第２弾発バネとを設け
   たことを特徴とするアイドル回転制御バルブ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアイドル回転制御バルブ
   と、前記第１室をスロットル弁上流側に連通する通路
   と、前記第２室または第３室の一方をスロットル弁下流
   側に連通する通路と、前記第２室または第３室の他方を
   燃料噴射弁に連通する通路と、前記電磁部の作動電流を
   内燃機関の運転状態に応じて制御する制御手段とを備え
   ることを特徴とする内燃機関制御装置。