JP4788536B2 - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の吸気制御装置に関し、更に詳しくは、タンブルコントロールバルブ等の吸気流制御弁が閉固着した場合に吸気量を低減し、吸気流制御弁に過大な力がかかるのを抑制することができる内燃機関の吸気制御装置に関する。

従来、吸気管内のスロットル弁の下流に配置された吸気流制御弁を運転状況に応じて開閉制御する内燃機関の吸気制御装置が知られている。この種の吸気制御装置は、内燃機関の始動時等の低負荷時に吸気流制御弁を閉止することで、吸気流制御弁部分における吸気管の有効断面積を縮小して絞るものである。

これにより、吸気流制御弁下流の吸気流の流速を加速させるとともに、下流における吸気管負圧を増大させることができる。この結果、下流に配置された燃料噴射弁から噴射される燃料の微粒化が促進されるとともに、旋回流等により燃焼室内に乱れを発生させて燃焼改善を図るものである。

このような従来技術として、たとえば、スロットル弁の下流に配置された吸気流制御弁を運転状況に応じて開閉制御する内燃機関の吸気制御装置において、吸気流制御弁の固着が検出された場合には、その固着に応じてスロットル弁を開ける方向に制御して吸気量を増量することで所定の吸気量を確保し、燃焼を安定させる技術が提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００２−３２２９３４号公報 特開平１０−１４１１２６号公報

しかしながら、従来の内燃機関の吸気制御装置は、何らかの原因、たとえば、凍結、異物のかみ込み、デポジットの付着等で吸気流制御弁が閉固着した場合に、燃焼安定の観点から、所定の吸気量を確保すべくスロットル開度を大きくする方向で制御している。

このため、内燃機関を高吸気量の領域で運転すると、吸気管の有効断面積が小さくなった状態で吸気が流れるので、吸気流制御弁に過大な圧力がかかる。

したがって、吸気流制御弁をこの過大な力に耐え得るものとして設計すると、通常の閉使用領域での耐久性を確保するのに比べ、サイズが大きくなり、またコストも上昇してしまう、という課題があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吸気流制御弁が閉固着した場合に吸気量を低減し、吸気流制御弁に過大な力がかかるのを抑制することができる内燃機関の吸気制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係る内燃機関の吸気制御装置は、スロットル弁の下流に配置された吸気流制御弁を運転状況に応じて開閉制御する内燃機関の吸気制御装置において、前記吸気流制御弁の閉固着が検出された場合には、前記吸気流量制御弁の閉固着開度に応じて、前記スロットル弁の開度に上限値を設定するものであり、前記スロットル弁の開度の上限値は、前記吸気流制御弁の閉固着開度が小さいほど、小さく設定することを特徴とするものである。
また、この発明の請求項２に係る内燃機関の吸気制御装置は、請求項１に記載の発明において、高吸気量の運転領域において実行される制御中に前記吸気流制御弁の閉固着が検出された場合、前記スロットル弁の開度に前記上限値を設けることを特徴とするものである。

したがって、この発明によれば、高吸気量の運転領域における吸気流制御弁の閉固着時には、スロットル弁の開度が絞られ、吸気量が低減される。これにより、吸気流により吸気流制御弁に過大な圧力がかかるのを抑制する。

また、この発明の請求項３に係る内燃機関の吸気制御装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記吸気流制御弁の固着開度に応じて許容吸気量を算出し、この許容吸気量と機関回転数とから算出した許容スロットル開度に基づいて前記スロットル弁の開度に前記上限値を設けることを特徴とするものである。

したがって、この発明によれば、吸気流制御弁の固着開度に応じてスロットル弁の開度に上限値を設けることにより、固着開度に応じて吸気量が制御される。これにより、燃焼安定性への影響を最小限にしつつ、吸気流制御弁に過大な圧力がかかるのを抑制することが可能となる。

この発明に係る内燃機関の吸気制御装置（請求項１、２）によれば、高吸気量の運転領域における吸気流制御弁の閉固着時にはスロットル弁の開度を絞って吸気量を低減することができるので、吸気流により吸気流制御弁に過大な圧力がかかるのを抑制することができる。したがって、吸気流制御弁を過大な力に耐え得るものとして設計する必要がなく、通常の閉使用領域での耐久性を確保できればよいので、吸気流制御弁の大型化やコストアップを回避することができる。

また、この発明に係る内燃機関の吸気制御装置（請求項３）によれば、吸気流制御弁の固着開度に応じてスロットル弁の開度に上限値を設けることができるので、固着開度に応じて吸気量を制御することができ、燃焼安定性への影響を最小限にしつつ、吸気流制御弁に過大な圧力がかかるのを抑制することができる。

以下に、この発明に係る内燃機関の吸気制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、この発明の実施例１に係る制御方法を示すフローチャート、図２は、内燃機関の吸気制御装置を示すブロック図、図３は、ＴＣＶの全開状態を示す説明図、図４は、ＴＣＶの全閉状態を示す説明図、図５は、ＴＣＶ固着開度と許容吸気量との関係を示すマップである。

図３および図４に示すように、図示しないスロットル弁の下流の吸気ポート１０内には、吸気流制御弁として、開閉することにより燃焼室内へのタンブル流を制御するためのタンブルコントロールバルブ（以下、ＴＣＶと略記する。）１１が設けられている。

すなわち、図４に示すように、必要時にＴＣＶ１１を全閉状態とすることで、図示しない燃焼室内にタンブル流を発生できるように構成されている。なお、図中の符号１０ａは、ＴＣＶ１１閉弁時に吸気ポート１０内に形成される隙間を示している。

また、図２に示すように、ＴＣＶ１１は、バルブシャフト１２を介してアクチュエータ１３によって開閉されるようになっている。この図２では、４気筒の内燃機関を例にしてある。また、アクチュエータ１３は、ＴＣＶ１１の開度を検出する開度センサ（図示せず）を備えている。

内燃機関の吸気制御装置であるＥＣＵ１５は、アクチュエータ１３に制御指令を出力してＴＣＶ１１を開閉制御するとともに、アクチュエータ１３からの開度信号によりＴＣＶ１１の閉固着が検出された時には、電子スロットル１４の開度に上限値を設定するものである。

すなわち、高吸気量の運転領域におけるＴＣＶ１１の閉固着時には、吸気流が通過できるのは吸気ポート１０内の隙間１０ａであり、吸気流によりＴＣＶ１１に過大な圧力がかかるため、これを抑制するために電子スロットル１４の開度を絞り、吸気量を低減するようにしたものである。

なお、内燃機関のその他の基本構成は、公知技術によるものと同様であるので、重複説明を省略する。

つぎに制御方法について図２を参照しつつ図１に基づいて説明する。以下の制御は、高吸気量の運転領域において上記ＥＣＵ１５により所定時間毎に実行される。

先ず、アクチュエータ１３からの開度信号によりＴＣＶ１１が閉固着しているか否かを判断する（ステップＳ１０）。ＴＣＶ１１が閉固着していないならば（ステップＳ１０否定）、高吸気量の運転領域であっても吸気流によりＴＣＶ１１に過大な圧力がかかることはなく、本制御の対象外であるので、通常の吸気流制御を実施して本制御に戻る（ステップＳ６０）。

一方、ＴＣＶ１１が閉固着しているならば（ステップＳ１０肯定）、アクチュエータ１３の開度センサからＴＣＶ１１の固着時の開度（以下、固着開度と略記する。）を読み込む（ステップＳ２０）。そして、たとえば、図５に示すマップを用いることにより、ＴＣＶ１１の固着開度に応じて許容吸気量を算出する（ステップＳ３０）。

たとえば、ＴＣＶ１１の固着開度が小さいほど、ＴＣＶ１１にかかる吸気流の圧力が大きいと考えられるため、許容吸気量は小さく算出される。なお、このマップは、ＴＣＶ１１の固着開度と許容吸気量との関係を予め実験等により求めたものであり、最適値がＥＣＵ１５内に記憶されている。

つぎに、上記ステップＳ３０で算出された許容吸気量と、現在のエンジン回転数とから、電子スロットル１４の許容スロットル開度を算出する（ステップＳ４０）。なお、エンジン回転数は、図示しないエンジン回転数センサからの出力値が常時監視されているので、その値に基づいて求められる。

通常、吸気量は、エンジン回転数とスロットル開度に基づいて算出されるが、ここでは、この算出モデルとは逆に、吸気量とエンジン回転数とからスロットル開度を算出するようにしたものである。この許容スロットル開度の算出に際しても、図示しないマップを用いることができ、あるいは所定の算出式に基づいて算出してもよい。

また、内燃機関が吸気バルブおよび排気バルブの開閉動作タイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構を備えている場合には、これらのバルブタイミングも上記算出の際に適宜考慮される。

そして、上記ステップＳ４０で算出された許容スロットル開度に基づいて、電子スロットル１４のスロットル開度に上限値を設定（ガード）する（ステップＳ５０）。

以上のように制御することにより、高吸気量の運転領域におけるＴＣＶ１１の閉固着時であっても、電子スロットル１４の開度を絞り、吸気量を低減することができるので、吸気流によりＴＣＶ１１に過大な圧力がかかるのを抑制することができる。

特に、ＴＣＶ１１の固着開度に応じて電子スロットル１４の開度に所定の上限値を設けることができるので、固着開度に応じて吸気量を制御することができ、燃焼安定性への影響を最小限にしつつ、ＴＣＶ１１に過大な圧力がかかるのを抑制することができる。

したがって、ＴＣＶ１１を過大な力に耐え得るものとして設計する必要がなく、通常の閉使用領域での耐久性を確保できればよいので、ＴＣＶ１１の大型化やコストアップを回避することができる。

図６は、この発明の実施例２に係る制御方法を示すフローチャートである。なお、以下の説明において、すでに説明した部材、ステップ番号と同一若しくは相当するものには、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。

本実施例２は、上記実施例１における内燃機関の吸気制御装置と同一の構成を用い、その制御方法において、許容スロットル開度の算出方法を簡略化したものである。

すなわち、本実施例２では、図６に示すように、ステップＳ２０で読み込まれたＴＣＶ１１の固着開度と、現在のエンジン回転数とから、電子スロットル１４の許容スロットル開度を算出する（ステップＳ４５）。これは、上記実施例１の図１におけるステップＳ３０およびステップＳ４０とを統合することにより、図６においてステップＳ４５としたものである。

したがって、以上のように制御することにより、高吸気量の運転領域におけるＴＣＶ１１の閉固着時であっても、電子スロットル１４の開度を絞り、吸気量を低減することができるので、吸気流によりＴＣＶ１１に過大な圧力がかかるのを抑制することができる。

なお、上記実施例１および実施例２においては、吸気流制御弁としてＴＣＶ１１を用いるものとして説明したが、これに限定されず、たとえば、スワール流を制御するためのスワールコントロールバルブ等、その他の吸気流制御弁であってもよい。

以上のように、この発明に係る内燃機関の吸気制御装置は、タンブルコントロールバルブ等の吸気流制御弁を備えた内燃機関に有用であり、特に、吸気流制御弁が閉固着した場合に吸気量を低減し、吸気流制御弁に過大な力がかかるのを抑制することを目指す内燃機関に適している。

この発明の実施例１に係る制御方法を示すフローチャートである。 内燃機関の吸気制御装置を示すブロック図である。 ＴＣＶの全開状態を示す説明図である。 ＴＣＶの全閉状態を示す説明図である。 ＴＣＶ固着開度と許容吸気量との関係を示すマップである。 この発明の実施例２に係る制御方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 吸気ポート
１０ａ 隙間
１１ ＴＣＶ（吸気流制御弁）
１２ バルブシャフト
１３ アクチュエータ
１４ 電子スロットル
１５ ＥＣＵ（内燃機関の吸気制御装置）

Claims (3)

1. スロットル弁の下流に配置された吸気流制御弁を運転状況に応じて開閉制御する内燃機関の吸気制御装置において、
   前記吸気流制御弁の閉固着が検出された場合には、前記吸気流量制御弁の閉固着開度に応じて、前記スロットル弁の開度に上限値を設定するものであり、
   前記スロットル弁の開度の上限値は、前記吸気流制御弁の閉固着開度が小さいほど、小さく設定することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
2. 高吸気量の運転領域において実行される制御中に前記吸気流制御弁の閉固着が検出された場合、前記スロットル弁の開度に前記上限値を設けることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
3. 前記吸気流制御弁の固着開度に応じて許容吸気量を算出し、この許容吸気量と機関回転数とから算出した許容スロットル開度に基づいて前記スロットル弁の開度に前記上限値を設けることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気制御装置。

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