JPH0281940A - 内燃機関のアイドル回転数制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、内燃機関のアイドリング状態での吸入空気量
を制御してアイドル回転数を内燃機関の運転状態に応じ
て】フ適に制御するアイドル回転数制御装置に関する。

【従来技術】

従来、スロットルバルブのバイパスに弁体を配設して、
その弁体の開度を調整することによりアイドル回転数を
制御する装置が知られている。 このアイドル回転数は、暖機運転を効率良く行うため、
基本的には、エンジンの温度に依存して制御される。 しかしながら、アイドリンク状態でも、エアーコンディ
ショナーの作動、トランスミッションの接続、自動変速
機における流体クラッチの接続、発進、惰性運転等、エ
ンジン負荷が変動するため、このようなエンジン負荷変
動に対応でき且つ燃費を改善するためのアイドル回転数
制御が必要となっている。 このようなエンジンの運転状態に応じてアイドル回転数
を自由に制御する必要から、弁体を電磁弁にて制御する
装置も知られている。 更に、７ｒＳ磁弁の故障を考広して、弁体の開度がエン
ジン冷却水の水温に依存するバイメタルスプリング、サ
ーモワックス等の機械的手段と、電磁力により開度を調
整する電気的手段とを結合させた装置（以下１−結合装
置」という）が知られている（特開昭６３−６２９８１
号公報）。 上記の結合装置においては、バイメタルスプリングによ
る回転方向への抵抗力と駆動軸に固定された磁石による
回転方向へのトルクと電磁石による回転方向−のトルク
とが平衡した位置に弁体が制御される。そして、バイメ
タルスプリングはエンジン冷却水の水温に依存して伸縮
し、同−量弁位置におけるバイメタルスプリングの回転
方向への抵抗力は水温に応じ−Ｃ変化する。従って、電
磁コイルに通電されない時、駆動軸に固定された磁石に
よる回転方向へのトルクと先の抵抗力とが釣り合う弁位
置（以下「中立点」という）は、冷却水温に応じて変化
する。又、弁位置は、電磁石の通電量をデユーティ制御
することにより、自由に変化させることができる。そし
て、冷却水温に応じて決定された目標回転数と実際のエ
ンジンの回転数との偏差に応じて、ＰＩ制御等によりデ
ユーデイ比が決定され、エンジンの回転数が目標回転数
に追随するように制御されている。 又、このデユーティ比は、追随側御のための偏差の比例
、積分から決定されるフィードバック類と、弁開度の冷
却水温特性が所定特性となるように補正したり、瞬時的
な負荷変動に対応するためのオーブン項とから定められ
る。又、フィードバック類の積分分に基づいて所定周期
毎に学習値が求められ記憶されている。そして上記積分
分は制御の安全性の観点から、その時の上記学習値を基
串として一定範囲内に抑えられている。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、弁体の回転方向への抵抗力を発生するバイメ
タルスプリングの温度は、エンジン冷却水からの熱伝導
により変化するように構成されているので、冷却水温に
応答して、バイメタルスプリングの温度特性により弁開
度が変化する。しかし、バイメタルスプリングの温度特
性だけでは、弁開度の冷却水温特性を理想特性にするこ
とはできないので、その理想特性に対する偏差を補正す
るように電磁石のデユーティ比が増減される。 このような制御で、弁開度の冷却水温特性が理想特性占
なるためには、バイメタルスプリングの温度は冷却水温
に対して予め知られた所定の特性で変化することが必要
である。 しかしながら、現実には、バイメタルスプリングは、冷
却水の他に、弁体の回転軸からも熱伝導を受けており、
その回転軸は吸入空気の温度の影響を受けている。従っ
て、バイメタルスプリングの実際の温度は、エンジン冷
却水の水温だけでなく、吸入空気温によっても変化する
ため、従来装置のように、冷却水温補正だけでは、理想
的な弁開度の冷却水温特性を得ることができない。 例えば、バイメタルスプリングの現実の温度が、冷却水
温度から想定される温度よりも高い場合には、アイドル
制御に入った時のデイーティＬヒを冷却水温により補正
しても尚、弁位置は理想特性に対して閉弁側に位置する
ため、吸入空気量が最適値よりも少なく、従って、エン
ジン回転数は、目標値よりも低くなるということが起こ
る。又、逆に、バイメタルスプリングの現実の温度が、
冷却水温度から想定される温度よりも低い場合には、冷
却水温補正を行っても尚、弁位置は理想特性に対して開
弁側に位置するため、吸入空気量が最適値よりも多くな
り、従って、エンジン回転数は、目標値よりも高くなる
。又、現実のエンジン回転数がその時の冷却水温によっ
て決定される目標回転数に等しくない場合には、その偏
差を無くすようにフィードバックされてデユーティ比が
追随制御されるが、上記のように、フィードバック類に
おける積分分にはガードが設定されているため、目標値
に追随するには時間がかかる。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもので
あり、その目的とするところは、バイメタルスプリング
の温度がエンジン冷却水の水温及び吸入空気の空気温と
によって影響を受けることに着目して、デユーティ比を
冷却水温及び吸入空気温に応じて補正することにより、
エンジン回転数を制御当初から目標回転数に制御させる
ことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

本発明は、バイメタルスプリングの抵抗力に抗して、弁
位置を変位させる電磁アクチュエータを、エンジンの運
転状態に応じて制御するアイドル回転数制御装置におい
て、 エンジンに吸入される空気の温度を測定する空気温セン
サと、 前記エンジン冷却水の水温を測定する水温センサと、 前記空気温センサの検出する空気温と前記水温センサの
検出する水温とに応じて、前記電磁アクチュエータの電
磁コイルに対する通電量を制御する温度補正手段と を備えることを特徴とする。

【作用】

空気温センサと水温センサとにより、それぞれ、吸入空
気の空気温とエンジン冷却水の水温とが測定される。そ
して、それらの空気温及び水温とから、バイメタルスプ
リングの現実の温度が予測され、その予測値に対応して
、電磁アクチュエータの電磁コイルの通電量が制御され
る。このことにより、より正確にバイメタルスプリング
の温度を把握でき、アイドル制御当初から目標回転数へ
制御することが可能となる。

【実施例】

以下、本発明を一実施例に基づいて説明する。 尚、本実施例での弁手段は特開昭６３−６２９８１号公
報に示されるアクチュエータと路間等の構成をなしてい
る。 第１図において、１は弁手段を構成するアルミニウムも
しくは樹脂材料製のハウジングで、このハウジング１に
はエンジン２５に接続される主吸気通路中のスロー／　
）ルバルブＴＶの上流側のエアフィルタ２１までの空間
と連通ずる吸入管人口１４及びスロットルバルブＴＶの
下流側のエンジン２５までの空間と連通ずる吸入管出口
１３が形成されている。即ち、弁手段はスロットルバル
ブＴＶをバイパスする副吸気通路に配設されている。 そのハウジングｌ内には軸受６，９が固定されており、
駆動軸８はこの軸受６．９により回転自在に軸支されて
いる。その駆動軸８には絞り弁７が固定されており、駆
動軸８の回転に応じて絞り弁７の回動位置が可変制御さ
れる。その絞り弁７は、第２図に示すように、吸入管人
口１４と吸入管出口１３との間の流通通路面積を可変制
御する。 又、ハウジング１には、エンジン冷却水通路室１２が形
成されており、この通路室１２はエンジン冷却水導出孔
１６及びエンジン冷却水導入孔１５と連通している。従
って、エンジン冷却水はこのハウジング１の通路室１２
内を通過することとなる。そのエンジン冷却水通路室１
２のすぐ内側にはインナーハウジング１０が圧入されて
おり、このインナーハウジング１ｏには、駆動軸８と対
向する位置にボス部３２が形成され′Ｃいる。 そして、駆動軸８を取り巻くようにバイメタル製のコイ
ルスプリングであるバイメタルスプリング１１が嵌挿さ
れてあり、そのバイメタルスプリング１１の一端は、イ
ンナーハウジング１ｏのボス部３２に係合し、他端は駆
動軸８に係合している。このバイメタルスプリング１１
は、駆動軸８に対して絞り弁７の変位に比例した大きさ
のその変位方向とは逆方向の抵抗力を与えている。 又、駆動軸８のバイメタルスプリング１１が嵌挿されて
いる側と反対側では、円筒状の磁石５がその駆動軸８の
周辺部に形成されたリング状の溝に圧入されている。そ
して、この磁石５は、第３図に示すように、メインコア
４内にそのメインコア４と一定のギャップを隔てて、回
転可能に配設されている。メインコア４は磁性材料より
成り、磁石５と対向する部位にはデイテント溝１７が形
成されている。このデイテント溝１７により磁石５の周
囲の磁束密度が不均一きなるように構成すれている。又
、メインコア４の側方には磁性材料のサブコア１８がデ
イテント溝１７に対して直角方向に連続して形成されて
いる。 メインコア４には、第１電磁コイル２０及び第２電磁コ
イル３０が、サブコア１８に対して対称となる位置に巻
回されている。又、磁性体から成るヨーク３は、メイン
コア４．サブコア１８．第１電磁コイル２０．第２電磁
コイル３０を覆うように形成されている。 絞り弁７の開度は次のように制御される。 第１電磁コイル２０又は第２電磁コイル３０に通電され
ると、メインコア４．サブコア１８及びヨーク３を貫く
磁束が発生する。そして、第１電磁コイル２０に通電さ
れると、開弁方向の回転力が生じ、第２電磁コイル３０
に通電されると、閉弁方向の回転力が生じる。そして、
第１電磁コイル２０がオンの期間は第２電磁コイル３０
がオフとなり、第１電磁コイル２０がオフの期間は第２
電磁コイル３０がオンとなるような方法で、各電磁コイ
ル２０又は３０の通電時間のデユーティ比が制御される
。第１電磁コイル２０のデユーティ比（オープンデユー
ティ比）を制御することにより、回転力が変化する。そ
して、バイメタルスプリング１１の抵抗力と、駆動軸８
に固定された磁石５とデイテント溝１７との関係により
生ずる回転力と、第１電磁コイル２０と第２電磁コイル
３０とによって生じる回転力とが釣り合った位ｌに絞り
弁７の位置が制御される。尚、デユーティ比が５０％の
時の絞り弁７の位置は中立点として定義されるが、その
中立点はバイメタルスプリング１１の抵抗力と磁石５及
びデイテント溝１７による回転力とが釣り合った位置と
される。又、バイメタルスプリング１１の抵抗力はバイ
メタルスプリング１１の温度によって変化するため、中
立点もその温度に依存して変化する。即ち、バイメタル
スプリング１１の温度をパラメータとするデユーティ比
に対する絞り弁７の回転角、絞り弁７を通過する吸入空
気の流量の特性は、第４図に示すようになる。このよう
な、特性図からバイメタルスプリング１１の温度とデユ
ーティ比とから吸入空気の流量を制御することができる
。 一方、第１図において、２２は制御装置であり、ＣＰＵ
４０と制御プログラムや冷却水温や吸入空気温に対する
デユーティ比の補正値の関係を示す補正テーブルを記憶
したＲＯＭ４１とデータを記憶するＲＡＭ４２とで構成
されており、その制御装置２２には、冷却水温を検出す
る水温センサ４４、吸入空気温を検出する空気温センサ
４３、エンジン回転数を検出する回転数センサ４５が接
続されている。そして、制御装置２２のＣＰＵ４０の出
力するデユーティ比制御信号は電磁コイル駆動回路４Ｇ
に出力され、その電磁コイル駆動回路４６は指令された
デユーティ比で第１電磁コイル２０及び第２電磁コイル
３０の通電を制御する。 尚、ＲＯＭ４１の補正テーブルに記憶される補正値は、
次のようにして決定される。冷却水温と吸入空気の流量
との理想特性が、理論及び実験から決定されている。そ
して、冷却水温及び吸入空気温とバイメタルスプリング
１１の温度との関係が、第５図のように実験により測定
されている。 即ち、冷却水温が一定であっても、吸入空気温が高い程
、バイメタルスプリングエ１及びそれに接触している部
材の吸入空気に対する熱放射が少なくなり、バイメタル
スプリング１１の温度も上昇し、冷却水温に接近してい
く。そして、第５図の特性から、測定された冷却水温と
吸入空気温からバイメタルスプリング１１の温度が予測
され、その時の冷却水温に最適な吸入空気の流量が所定
の理想特性から決定され、その流量と予測されたバイメ
タルスプリング１１の温度がら、第４図の特性図を用い
て必要なデユーティ比が決定される。、そして、そのデ
ユーティ比と基準値（例えば、中立点のデユーティ比５
０％）との差が冷却水温と吸入空気温による補正項の値
となる。 次に、ＣＰＵ４０の処理手順を第６図を参照して説明す
る。 ステップ１００において、回転数センサ４５からエンジ
ン回転数Ｎｅを、水温センサ４４から、冷却水温ＴＩＩ
Ｗ　、空気温センサ４３から吸入空気温ＴＩＩＡが、そ
れぞれ、測定される。次にステップ１０１でエンジンが
アイドル状態でフィードバック制御すべき作動状態にあ
るかを判断し、そうであれば、ステップ１０２に、又フ
ィードバックすべき状態でない場合、ステップ１０３に
進む。次にステップ１゜２で冷却水温Ｔ）ＩＨに応じて
、アイドルの目標回転数ＮＴが決定される。次に、ステ
ップ１０４で、目標回転数ＮＴとエンジン回転数Ｎｅと
の偏差ΔＮｅが演算され、その偏差ΔＮｅからその時の
デユーティ比ＤＯＰのフィードバック項（積分分旧、比
例分ＯＰ）が演算される。尚、フィードバック制御に入
った当初の積分分冊の初期値は、過去のフィードバック
実行中の一定時間毎に積分分Ｈの値に応じて求められ記
憶されている学習値ＤＧである。又、この学習値ＤＧに
一定幅を考慮して、積分ガードが決定され、積分分冊が
その積分ガードの範囲を外れると、積分分ＤＩはその積
分ガードの極限値に設定される。 即ち、積分分冊は積分ガードを越えるような大きな変化
はできないが、学習値ＤＧが時間と共に変化していくの
で、積分分冊が積分ガードを越える期間は、積分分ＤＩ
は学習値ＤＧの時間的変化に伴って変化する。 又、ステップ１０３ではΔＮｅに応じた積分分冊。 比例分ＤＰの算出は行わず、ＤＰを０に旧をＤＧとする
。 次に、ステップ１０６へ移行して、冷却水温Ｔｌｌｌ５
と吸入空気温ＴＩＩＡから、ＲＯＭ４１の補正テーブル
が検索され、デユーティ比のオーブン項として、冷却水
温補正項ＤＴＩＩＷ及び吸入空気温補正項ＤＴＨＡが求
められる。次にステップ１０８へ移行して、他の運転状
態に応じた他のオーブン項ＯＡが演算される。 そして、ステップ１１０でフィードバック項ＤＩ、　Ｏ
Ｐに冷却水温補正項ＤＴＩＩＩＩ及び吸入空気温補正項
ＤＴＩＩＡき他のオーブン項ＤＡが加算されて、デユー
ティ比ＤＯＰが演算される。そして、ステップ１１２で
そのデユーティ比ＤＯＰは、デユーティ比制御信号とし
て電磁コイル駆動回路４６に出力され、第１電磁コイル
２０及び第２電磁コイル３０は指令されたデユーティ比
でオンオフ制御される。その結果、吸入空気の流量は理
想特性から得られる冷却水温に最適な値となり、アイド
リング時のフィードバック制御当初からエンジン回転数
を冷却水温で決定される最適な目標回転数に制御するこ
とが可能きなる。 結局、第６図の処理が所定時間間隔で繰り返し実行され
ることにより、目標回転数に対する微小偏差はフィード
バック項の追随制御により、零に収束する。 次に、第７図に示す実験例を参照して、本実施例の作用
を更に説明する。 高負荷走行をした後に、短期間エンジンを停止させ、そ
の後、アイドル状態とする実験を行った。 この時、高負荷走行のため、冷却水温度は、エンジンの
停止期間中に急上昇し、又、吸気温度も高温に急上昇す
る。即ち、走行中には、冷却水温度は、第７図（ａ）の
曲線へで示すように、定常値のＷｓであったものが、エ
ンジンの停止中に温度Ｗｔまで上昇しており、吸入空気
温は、第７図（ａ）の曲線Ｃに示すように、エンジンの
停止中に定常温度Ｍｓから温度Ｍｔまで上昇している。 その結果、バイメタルスプリング１１の温度も、第７図
（ａ）の曲線Ｂに示すように、定常温度Ｂｓから温度Ｂ
ｔまで上昇している。そして、バイメタルスプリング１
１の温度の変化特性は、吸入空気温の影響を受けて、冷
却水温に比例しなくなる。 又、学習値ＤＧは前のアイドリング終了時の冷却水温Ｗ
ｓ状態で記憶されているため、第７図ら）に示すように
、比較的低いＯｓとなっている。そして、アイドリング
当初からそのフィードバック項（冊子〇Ｐ）に冷却水温
補正及び吸入空気温補正が行われて、第７図ら）に示す
ようにデユーティ比ＤＯＰの変化特性が得られる。その
結果、第７図（ｂ）に示すように、フィードバック項（
旧＋口Ｐ）が変化することなく、即ち、追随制御するま
でもなく、第７図（ｄ）の曲線Ｅに示すように、アイド
ル制御当初からエンジン回転数を目標回転数に制御する
こきができる。尚、第７図の特性は、特徴を顕著にする
ために、フィードバック項の変化を無視しているが、実
際には、微小の追随偏差を補償するように、フィードバ
ック項は微小に変化している。 しかしながら、吸入空気温による補正を行わず、冷却水
温だけの補正を行った場合には、始動当初において、バ
イメタルスプリング１１の温度は、第７図（ａ）から明
らかなように、冷却水温だけから予測した温度よりも上
昇している。従って、絞り弁７の開度は、バイメタルス
プリング１１の温度特性により、実際には、予想位置よ
りも閉弁方向に変位している。そして、この誤差だけエ
ンジン回転数は目標回転数より低下するが、フィードバ
ック類の積分分冊の変化量にはガードが設定されている
ため、フィードバック類は急峻な変化はできず、第７図
（Ｃ）に示すように、滑らかな変化しかできない。その
結果、第７図（ｄ）の曲線Ｆに示すように、エンジン回
転数はアイドル制御の当初において、目標回転数よりも
低下することになる。又、バイメタルスプリング１１の
温度は、冷却水温及び吸入空気温の低下に伴って、両温
度の影習を受けて、減少して行き、そのバイメタルスプ
リング１１の温度の冷却水温に対する温度偏差の変化特
性は、時間と共に大きく変化する。しかし、フィードバ
ック類の変化は、このバイメタルスプリングＩｆの温度
の冷却水温に対する温度偏差の変化を補償するだけ速く
変化できない。従って、フィードバック類はバイメタル
スプリング１１の温度が定常温度に安定するまでの間、
第７図（Ｃ）に示すように、ガード範囲の学習値ＤＧの
滑らがな変化に従って変化する。その結果、エンジン回
転数は、第７図（ｄ）の曲線Ｆで示すように、アイドル
当初は目標回転数から減少し、その後、目標回転数より
大きくなり、そして、定常温度になった時に目標回転数
に制御されることなる。 このように、冷却水温だけの補正では、目標回転数に制
御できないのであるが、本実施例のように、冷却水温補
正及び吸入空気温補正を行うことにより、アイドル制御
当初からエンジンの回転数を目標回転数に制御すること
が可能きなる。 尚、本実施例では、エンジンの始動後のアイドル制御当
初の場合を説明したが、エンジンの運転中のアイドル制
御制御の場合でも、吸入空気温が急速に変化する場合に
も有効である。

【発明の効果】

本発明は、電磁アクチユエータのデユーティ比を冷却水
温及び吸入空気温で補正しているので、アイドル制御当
初からデユーティ比は冷却水温に最適な弁開度を達成す
るに必要な値となる。即ち、エンジンの回転数をアイド
ル制御当初から目標回転数に制御することが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の具体的な実施例に係るアイドル制御
装置の構成を示したブロックダイヤグラム。第２図は、
同実施例装置の弁位置を示し、第１図のＢＢ矢視方向の
断面図。第３図は同実施例装置の回転機構を示し、第１
図のＡＡ矢視方向の断面図。第４図はバイメタルスプリ
ングの温度をパラメータとするデク−ティ比に対する燃
料空気の流量及び弁開度の関係を示した特性図。第５図
は冷却水温をパラメータとする吸入空気温とバイメタル
スプリングの温度との関係を示した特性図。 第６図はＣＰＵの処理手順を示したフローチャート。第
７図は制御方法を説明するための特性図である。 １・・ハウジング　４　メインコア　７−・絞り弁８　
駆動軸　２０・第１電磁コイル　２２　制御装置　３０
°パ第２電磁コイル 特許出願人　　日本電装株式会社 代　理　人　　弁理士　藤谷　修 第１　図 第４図 デ゛ニーティ　とヒ（’／、） 第５図 口Ｕ仇温ｌＬ（°Ｃ） 第２ 図 ↑ ｆＩｒ面ＡＡ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジンに接続される主吸気通路のスロットルバルブを
   バイパスする副吸気通路に配設された弁手段であって、
   副吸気通路内を通過する通過空気量を制御する弁体と、
   電磁コイルを含み、この電磁コイルに対する通電状態に
   従って前記弁体を変位させる電磁アクチュエータと、前
   記弁体の変位に対して温度に依存して変化する抵抗力を
   生じるバイメタルスプリングとにより構成された弁手段
   を、エンジンの運転状態に応じて制御するアイドル回転
   数制御装置において、 エンジンに吸入される空気の温度を測定する空気温セン
   サと、 前記エンジン冷却水の水温を測定する水温センサと、 前記空気温センサの検出する空気温と前記水温センサの
   検出する水温とに応じて、前記電磁アクチュエータの電
   磁コイルに対する通電量を制御する温度補正手段と を備えることを特徴とする内燃機関のアイドル回転数制
   御装置。