JPH05288101A - 内燃機関のバイパス吸入空気量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正確にバイパス吸入空気量を求めて非アイド
リング状態からアイドリング状態へ移行したときに機関
回転速度を目標アイドル機関回転速度に速やかに収束さ
せることができる内燃機関のバイパス吸入空気量制御装
置を提供することにある。 【構成】 ＥＣＵ３２は内燃機関の運転状態に応じて内
燃機関のアイドル時に目標回転速度とするための要求空
気量を算出する。又、ＥＣＵ３２は燃料カット時におい
て空気制御弁９を制御してバイパス通路７を閉じて、エ
アフロメータ２２によるその時の吸入空気量から洩れ吸
入空気量を求めてバックアップメモリ３２ａに記憶す
る。そして、ＥＣＵ３２は、アイドル時の要求空気量か
らバックアップメモリ３２ａの洩れ吸入空気量を減算し
てバイパス吸入空気量を算出し、そのバイパス吸入空気
量となるように空気制御弁９を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関のスロット
ル弁をバイパスする空気量を制御する内燃機関のバイパ
ス吸入空気量制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関のアイドリング時
に、スロットル弁をバイパスする空気量を制御し、回転
速度を目標値とするＩＳＣ（アイドルスピードコントロ
ール）が知られている。このＩＳＣにおいては、アイド
リング中は回転速度が目標値となるようフィードバック
制御が行われる。そして、オープンループ制御中のＩＳ
Ｃ制御値として、オープンループ制御に入る前のフィー
ドバック制御値をそのままホールドする方法や、水温で
決まる所定の値とする方法がある。

【０００３】又、特開昭６０−２０１０４０号公報では
ＩＳＣの制御量と空気量の関係を正規化し、回転変動を
防止して制御性の向上を図っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、走行中のよう
にオープンループ制御の状態からアイドリング状態に変
化した場合に、目標回転速度にならない場合が多い。つ
まり、経時変化によるスロットル弁へのカーボンやオイ
ルの付着により洩れ空気量が減少していくが、洩れ空気
量を一定値としていたため、洩れ空気量が変化した場
合、バイパス吸入空気量が正しく演算できなかった。こ
のため、例えば、図８に示すように、通常走行から減速
走行に入りアイドリング状態になった場合において、実
際の洩れ吸入空気量より大きい洩れ吸入空気量を使うこ
とになるため、本来の要求値よりバイパス吸入空気量が
小さくなり、回転速度が大きく落ち込み、その後、フィ
ードバック制御で回復するまで回転が変動することにな
った。さらに、スロットル弁へのカーボン等の付着量が
多いと回転速度が落ち込み過ぎて、ストールする場合さ
えあった。

【０００５】そこで、この発明の目的は、正確にバイパ
ス吸入空気量を求めて非アイドリング状態からアイドリ
ング状態へ移行したときに機関回転速度を目標アイドル
機関回転速度に速やかに収束させることができる内燃機
関のバイパス吸入空気量制御装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、図９に示す
ように、吸気管のスロットル弁を迂回するバイパス通路
に配置され、バイパス通路の通過空気量を調整するバイ
パス空気量調整用アクチュエータＭ１と、内燃機関の運
転状態を検出する運転状態検出手段Ｍ２と、前記運転状
態検出手段Ｍ２による内燃機関の運転状態に応じて内燃
機関のアイドル時に目標回転速度とするための要求空気
量を算出する要求空気量算出手段Ｍ３と、スロットル弁
全閉時の洩れ吸入空気量を記憶した記憶手段Ｍ４と、ス
ロットル弁全閉時において機関回転数が所定値以上の時
に燃料噴射弁からの燃料供給を停止する燃料カット手段
Ｍ５と、内燃機関への吸入空気量を検出する吸入空気量
検出手段Ｍ６と、前記燃料カット手段Ｍ５による燃料供
給停止時において前記バイパス空気量調整用アクチュエ
ータＭ１を制御してバイパス通路を閉じて、前記吸入空
気量検出手段Ｍ６によるその時の吸入空気量から洩れ吸
入空気量を求めて前記記憶手段Ｍ４に記憶するデータ更
新手段Ｍ７と、前記要求空気量算出手段Ｍ３によるアイ
ドル時の要求空気量から前記記憶手段Ｍ４の洩れ吸入空
気量を減算してバイパス吸入空気量を算出するバイパス
吸入空気量算出手段Ｍ８と、前記バイパス吸入空気量算
出手段Ｍ８によるバイパス吸入空気量となるように前記
バイパス空気量調整用アクチュエータＭ１を制御する制
御手段Ｍ９とを備えた内燃機関のバイパス吸入空気量制
御装置をその要旨とするものである。

【０００７】

【作用】データ更新手段Ｍ７は、燃料カット手段Ｍ５に
よる燃料供給停止時においてバイパス空気量調整用アク
チュエータＭ１を制御してバイパス通路を閉じて、吸入
空気量検出手段Ｍ６によるその時の吸入空気量から洩れ
吸入空気量を求めて記憶手段Ｍ４に記憶する。そして、
バイパス吸入空気量算出手段Ｍ８は要求空気量算出手段
Ｍ３によるアイドル時の要求空気量から記憶手段Ｍ４の
洩れ吸入空気量を減算してバイパス吸入空気量を算出
し、制御手段Ｍ９は、バイパス吸入空気量算出手段Ｍ８
によるバイパス吸入空気量となるようにバイパス空気量
調整用アクチュエータＭ１を制御する。つまり、スロッ
トル弁への経時変化によるカーボンやオイルの付着によ
り洩れ吸入空気量が減少していくが、データ更新手段Ｍ
７により洩れ吸入空気量が学習され、内燃機関のアイド
ル時に目標回転速度とするための要求空気量に反映され
る。

【０００８】

【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図１には、自動車に搭載される４気
筒ガソリン式内燃機関１を示す。

【０００９】エアフィルタ２からの吸入空気は、吸気管
３を介して吸入され、図示しないアクセルペダルで駆動
されるスロットル弁４、サージタンク５及びインテーク
マニホールド６を通過して上記内燃機関１の各気筒に供
給される。又、吸入空気の一部は、バイパス通路７によ
りスロットル弁４を迂回してサージタンク５に供給され
ている。同様に、吸入空気の一部は、バイパス通路８に
よりスロットル弁４を迂回してサージタンク５に供給さ
れている。バイパス通路７の途中にはリニアソレノイド
式の空気制御弁９が設けられている。この空気制御弁９
において、ハウジング１０内で直線的に摺動可能な弁体
１１は、ディーティ信号に伴いコイル１２に流れる電流
に応じて、ばね１３に抗してコア１４側へ変位する。そ
の結果、バイパス通路７の空気通路面積が変えられ、バ
イパス通路７の通過空気量が調整される。

【００１０】又、バイパス通路８の途中には、アジャス
トスクリュー１５とエアバルブ１６が設けられている。
アジャストスクリュー１５において、スクリュー１７の
位置を変更することによりバイパス通路８を流れる空気
量が調整される。又、エアバルブ１６において、ハウジ
ング１８内に、温度の上昇により体積の膨張するワック
ス１９が設けられ、その回りには内燃機関１の冷却水が
環流している。ワックス１９には弁体２０がつながって
おり、内燃機関１の冷却水温度に応じて弁体２０の位置
が変位して、バイパス通路８を流れる空気量が変化す
る。

【００１１】吸気管３には、吸入空気の温度を検出する
吸気温センサ２１、吸入空気流量を検出するエアフロメ
ータ２２、スロットル弁４が全閉状態にあることを検出
するスロットルスイッチ２３が備えられている。

【００１２】この他、内燃機関１には、ディストリビュ
ータ２４内に備えられ内燃機関１の回転速度を検出して
パルス信号を出力する回転センサ２５、内燃機関１の冷
却水温を検出する水温センサ２６が取り付けられてい
る。

【００１３】さらに、図示しない排気管に備えられた空
燃比センサ２７、図示しないトランスミッションがニュ
ートラルレンジである場合にニュートラル信号を出力す
るニュートラルスイッチ２８、図示しないエアコンのオ
ン・オフを検出するエアコンスイッチ２９、及び車速を
検出する車速センサ３０、大気圧を検出する大気圧セン
サ３１が備えられている。

【００１４】これらの検出信号は、内燃機関用電子制御
ユニット（以下、ＥＣＵという）３２に入力される。Ｅ
ＣＵ３２は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，バックアップ
ＲＡＭを中心に論理演算回路として構成されている。さ
らに、この論理演算回路は、図示しないコモンバスを介
して図示しない入力部及び出力部に接続され、上述の各
種検出手段から信号を入力し、さらに各種装置に駆動信
号・電流を出力している。

【００１５】この駆動信号としては、空気制御弁９のコ
イル１２に対するデューティ信号、インテークマニホー
ルド６に各気筒毎に設けられて、吸入空気中に燃料を噴
射する燃料噴射弁３３に対する開弁信号、各気筒毎に設
けられた点火プラグ３４にディストリビュータ２４を介
して高電圧を印加するイグナイタ３５に対する点火信号
がある。

【００１６】又、ＥＣＵ３２にはバックアップメモリ３
２ａが備えられ、バックアップメモリ３２ａには図４に
示す１次元マップが記憶されている。このマップは、冷
却水温Ｔｗに応じた洩れ吸入空気量ＶＡleakを記憶した
ものである。尚、このバックアップメモリ３２ａは常時
電源によりバックアップされている。

【００１７】本実施例では、空気制御弁９にてバイパス
空気量調整用アクチュエータを、エアフロメータ２２に
て吸入空気量検出手段を、水温センサ２６及びエアコン
スイッチ２９にて運転状態検出手段を、ＥＣＵ３２にて
要求空気量算出手段，燃料カット手段，データ更新手
段、バイパス吸入空気量算出手段，制御手段を、バック
アップメモリ３２ａにて記憶手段を、それぞれ構成して
いる。

【００１８】次に、このように構成した内燃機関のバイ
パス吸入空気量制御装置の作用を説明する。図２には、
ＥＣＵ３２が実行するフローチャートを示す。この処理
は、所定時間毎に起動するものである。

【００１９】又、図７には通常走行状態から減速走行に
移行した際の機関回転速度の推移を示す。以下、この図
７を用いて、図２のフローチャートを説明していく。ま
ず、図７の通常走行時（ｔ１のタイミング以前）におい
ては、ＥＣＵ３２はステップ１００で現在燃料カット中
か否かを判定する。つまり、スロットルスイッチ２３が
スロットル全閉状態を検出し、内燃機関回転速度Ｎｅが
所定値（例えば、１５００ｒｐｍ）以上のとき燃料カッ
トと判断し、燃料噴射弁３３の駆動を停止する。

【００２０】燃料カット中でないと判断した場合には、
ＥＣＵ３２はステップ１０１に移行してＩＳＣの通常制
御を実行する。この通常制御処理を図３を用いて説明す
る。まず、ＥＣＵ３２はステップ２００で水温センサ２
６により内燃機関の暖機状態を判断し、マップを用いて
冷却水温Ｔｗに応じた基本要求空気量ＥＡbaseを演算す
る。

【００２１】そして、ＥＣＵ３２はステップ２０１でエ
アコンスイッチ２９がオンか否か判断して内燃機関の補
機作動によって必要となる負荷補正空気量ＥＡloadを演
算する。負荷補正空気量ＥＡloadは、エアコンスイッチ
・オフ時には「０」となり、又、エアコンスイッチ・オ
ン時には所定値となる。

【００２２】その後、ＥＣＵ３２はステップ２０２に
て、アイドル時の内燃機関回転速度が目標回転速度に収
束するように空気量を補正するためのフィードバック補
正空気量ＥＡf/b を演算する。つまり、水温センサ２６
により求めた冷却水温Ｔｗに応じて定まる目標回転速度
Ｎｏと、回転センサ２５により求めた実際の機関回転速
度Ｎｅとの偏差に応じてフィードバック補正空気量ＥＡ
f/b を演算する。ここで、図７において通常走行時には
スロットル弁４が全閉以外の所定開度となっていると、
フィードバック補正空気量ＥＡf/b ＝０となる。

【００２３】そして、ＥＣＵ３２はステップ２０３で基
本要求空気量ＥＡbaseと負荷補正空気量ＥＡloadとフィ
ードバック補正空気量ＥＡf/b とを加算して内燃機関要
求空気量ＥＡtotal を求める。これは、アイドル時に内
燃機関が目標回転速度Ｎｏを達成するのに必要な空気量
である。

【００２４】さらに、ＥＣＵ３２はステップ２０４で内
燃機関要求空気量ＥＡtotal を体積要求空気量ＶＡtota
l に変換する。この変換は、空気の密度が空気温度や大
気圧によって変化するために必要な処理であり、吸気温
センサ２１で求めた空気温度と大気圧センサ３１によっ
て求めた大気圧にて内燃機関要求空気量ＥＡtotal を補
正して体積要求空気量ＶＡtotal を算出するものであ
る。

【００２５】引き続き、ＥＣＵ３２はステップ２０５で
図４に示す１次元マップから冷却水温Ｔｗに応じて補間
演算により洩れ吸入空気量ＶＡleakを求める。尚、マッ
プ内の数値は、予め後述するプログラムによって学習さ
れた値である。

【００２６】そして、ＥＣＵ３２はステップ２０６で体
積要求空気量ＶＡtotal から洩れ吸入空気量ＶＡleakを
差し引いてバイパス吸入空気量（ＩＳＣ負担空気量）Ｖ
Ａisc を求める。最後に、ＥＣＵ３２はステップ２０７
でバイパス吸入空気量ＶＡisc に応じて空気制御弁９を
所定のデューティ比で駆動して、本プログラムを終了す
る。

【００２７】一方、図７の通常走行時（ｔ１のタイミン
グ以前）において、図２のステップ１００において、燃
料カットの条件が揃うと、ステップ１０２〜１０６で、
洩れ吸入空気量ＶＡleakを学習して図４に示す１次元マ
ップを作成する処理を実行する。

【００２８】ここで、燃料カット中にしか洩れ吸入空気
量を求めないのは、燃料噴射中はトルク発生により吸入
空気量に影響が出る虞れがあるからである。又、洩れ吸
入空気量を求めるにはスロットル弁４が全閉でなければ
ならないが、燃料カット中はこの条件を満たしているか
らである。さらに、燃料噴射しているときにバイパス空
気をカットすると総吸入空気量に段差ができショックが
発生するからである。

【００２９】まず、ＥＣＵ３２はステップ１０２で空気
制御弁９への通電をカットして全閉状態にする。次に、
ＥＣＵ３２はステップ１０３で回転センサ２５から機関
回転速度Ｎｅを求めるとともにエアフロメータ２２から
吸入空気量Ｑafm を求め、さらに、水温センサ２６から
冷却水温Ｔｗを求める。空気制御弁９が全閉になってい
るため、ここで求めた吸入空気量Ｑafm はその回転速度
Ｎｅでの洩れ吸入空気量ＶＡleakになる。

【００３０】ここで、スロットル弁４の隙間等は変わら
なくても回転速度が変化すると洩れ吸入空気量は図５に
示すように変化する。又、冷却水温Ｔｗが変化すると基
本となるアイドル時の回転数や洩れ吸入空気量が変化す
るため、特性が変わってくる。そこで、ＥＣＵ３２はア
イドル時の洩れ吸入空気量を求めるためにステップ１０
４で吸入空気量Ｑafm を補正するための補正係数Ｃneを
求める。即ち、回転速度Ｎｅと冷却水温Ｔｗに応じて図
６に示す２次元マップより補正係数Ｃneを求める。

【００３１】補正係数Ｃneはその内燃機関の特性によっ
て決まる値であり、予めＥＣＵ３２内のＲＯＭに記憶さ
れている。補正係数Ｃneは、次にようにして求められて
いる。例えば、２０００ｒｐｍ時における補正係数Ｃ20
00は、予め求めておいた２０００ｒｐｍ時の吸入空気量
Ｑ2000とアイドル時の吸入空気量Ｑidl とを用いて Ｃ2000＝Ｑidl ÷Ｑ2000 として２０００ｒｐｍ時の補正係数Ｃ2000が求められ
る。同様にして、各冷却水温Ｔｗ，回転速度Ｎｅ毎に補
正係数Ｃneが求められている。

【００３２】ＥＣＵ３２はステップ１０４で補正係数Ｃ
neを求めたら、ステップ１０５で吸入空気量Ｑafm に補
正係数Ｃneを乗算してアイドル時の洩れ吸入空気量Ｑle
akを求める。次に、ＥＣＵ３２はステップ１０６で洩れ
吸入空気量Ｑleakをその時の冷却水温Ｔｗに応じた学習
値として図４に示すマップに代入する。

【００３３】尚、このプログラムは一定周期で繰り返し
て処理されているため、一旦全閉にした空気制御弁９も
燃料カットから復帰すればステップ１０１にて通常制御
に戻ることになる。

【００３４】そして、図７の通常走行から減速走行に移
行して（ｔ１のタイミング）、スロットル弁４が全閉と
なると、図２のステップ１００→１０１の処理を実行し
てフィードバック処理を行う。つまり、図３のステップ
２０２で冷却水温Ｔｗに応じて定まる目標回転速度Ｎｏ
と実際の機関回転速度Ｎｅとの偏差に応じてフィードバ
ック補正空気量ＥＡf/b を演算する。そして、ステップ
２０３で基本要求空気量ＥＡbaseと負荷補正空気量ＥＡ
loadとフィードバック補正空気量ＥＡf/b とを加算して
内燃機関要求空気量ＥＡtotal を求め、ステップ２０４
で内燃機関要求空気量ＥＡtotal を体積要求空気量ＶＡ
total に変換し、ステップ２０５で図４に示す１次元マ
ップから冷却水温Ｔｗに応じて補間演算により洩れ吸入
空気量ＶＡleakを求める。そして、ステップ２０６で体
積要求空気量ＶＡtotal から洩れ吸入空気量ＶＡleakを
差し引いてバイパス吸入空気量（ＩＳＣ負担空気量）Ｖ
Ａisc を求める。最後に、ステップ２０７でバイパス吸
入空気量ＶＡisc に応じて空気制御弁９を所定のデュー
ティ比で駆動する。

【００３５】このようにして、通常走行から減速走行に
入りアイドリング状態になった時に、機関回転速度が目
標回転速度へと収束される。このとき、図７に示すよう
に、常に洩れ吸入空気量を学習しているために、正確に
パイパス吸入空気量（ＩＳＣ負担空気量）ＶＡisc を求
めることができ、機関回転速度が目標アイドル回転速度
に速やかに収束する。

【００３６】このように本実施例では、ＥＣＵ３２（要
求空気量算出手段，燃料カット手段，データ更新手段，
バイパス吸入空気量算出手段，制御手段）は燃料カット
時において空気制御弁９（バイパス空気量調整用アクチ
ュエータ）を制御してバイパス通路７を閉じて、エアフ
ロメータ２２（吸入空気量検出手段）によるその時の吸
入空気量Ｑafm から洩れ吸入空気量を求めてバックアッ
プメモリ３２ａ（記憶手段）に記憶する。そして、ＥＣ
Ｕ３２は、アイドル時の要求空気量ＶＡtotalからバッ
クアップメモリ３２ａの洩れ吸入空気量ＶＡleakを減算
してバイパス吸入空気量ＶＡisc を算出し、そのバイパ
ス吸入空気量ＶＡisc となるように空気制御弁９を制御
する。よって、スロットル弁４への経時変化によるカー
ボンやオイルの付着により洩れ空気量が減少していく
が、洩れ吸入空気量が学習され、アイドル時に目標回転
速度とするための要求空気量に反映される。その結果、
正確にバイパス吸入空気量を求めて非アイドリング状態
からアイドリング状態へ移行したときに機関回転速度を
目標アイドル機関回転速度に速やかに収束させることが
できることとなる。

【００３７】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、前記実施例ではスロットル弁４全
閉で、かつ、所定の機関回転数以上のときに燃料カット
を行い、この燃料カット中に洩れ吸入空気量の学習を行
ったが、他の燃料カットシステムとしてスロットルスイ
ッチ２３を使用せずに内燃機関の負荷（例えば、基本燃
料噴射量が所定値以下）により燃料カットを行っている
場合には、スロットルスイッチ２３にてスロットル弁４
が全閉状態となっているときに初めて洩れ吸入空気量の
学習を行わせるようにすればよい。

【００３８】又、前記実施例では吸気管３に対し、空気
制御弁９を有するバイパス通路７と、エアバルブ１６と
アジャストスクリュー１５とを有するバイパス通路８と
を備えたシステムに具体化したが、吸気管３に対し、空
気制御弁９を有するバイパス通路７のみを有するシステ
ムに具体化してもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
正確にバイパス吸入空気量を求めて非アイドリング状態
からアイドリング状態へ移行したときに機関回転速度を
目標アイドル機関回転速度に速やかに収束させることが
できる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の内燃機関のバイパス吸入空気量制御装
置の全体構成図である。

【図２】作用を説明するためのフローチャートである。

【図３】作用を説明するためのフローチャートである。

【図４】マップを示す図である。

【図５】回転速度と空気量の関係を示す図である。

【図６】マップを示す図である。

【図７】回転速度の推移を示す図である。

【図８】回転速度の推移を示す図である。

【図９】クレーム対応図である。

【符号の説明】

３ 吸気管 ４ スロットル弁 ７ バイパス通路 ９ バイパス空気量調整用アクチュエータとしての空気
制御弁 ２２ 吸入空気量検出手段としてのエアフロメータ ２６ 運転状態検出手段を構成する水温センサ ２９ 運転状態検出手段を構成するエアコンスイッチ ３２ 要求空気量算出手段，燃料カット手段，データ更
新手段、バイパス吸入空気量算出手段，制御手段として
のＥＣＵ ３２ａ 記憶手段としてのバックアップメモリ ３３ 燃料噴射弁

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６６ Ｚ 7536−3Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気管のスロットル弁を迂回するバイパ
   ス通路に配置され、バイパス通路の通過空気量を調整す
   るバイパス空気量調整用アクチュエータと、 内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、 前記運転状態検出手段による内燃機関の運転状態に応じ
   て内燃機関のアイドル時に目標回転速度とするための要
   求空気量を算出する要求空気量算出手段と、 スロットル弁全閉時の洩れ吸入空気量を記憶した記憶手
   段と、 スロットル弁全閉時において機関回転数が所定値以上の
   時に燃料噴射弁からの燃料供給を停止する燃料カット手
   段と、 内燃機関への吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段
   と、 前記燃料カット手段による燃料供給停止時において前記
   バイパス空気量調整用アクチュエータを制御してバイパ
   ス通路を閉じて、前記吸入空気量検出手段によるその時
   の吸入空気量から洩れ吸入空気量を求めて前記記憶手段
   に記憶するデータ更新手段と、 前記要求空気量算出手段によるアイドル時の要求空気量
   から前記記憶手段の洩れ吸入空気量を減算してバイパス
   吸入空気量を算出するバイパス吸入空気量算出手段と、 前記バイパス吸入空気量算出手段によるバイパス吸入空
   気量となるように前記バイパス空気量調整用アクチュエ
   ータを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする内
   燃機関のバイパス吸入空気量制御装置。