JPH0774621B2

JPH0774621B2 - 吸入空気量制御装置

Info

Publication number: JPH0774621B2
Application number: JP21748986A
Authority: JP
Inventors: 正夫米川; 光則高尾
Original assignee: 日本電装株式会社
Priority date: 1986-09-16
Filing date: 1986-09-16
Publication date: 1995-08-09
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPS6371540A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、エンジの吸気管をバイパスするバイパス通路
を流れる空気量をエンジンの運転状態に応じて制御する
吸入空気量制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の吸入空気量制御装置のバイパス通路に
は、コイルの電磁力により弁体を開閉する空気制御弁が
設けられている。そして、空気制御弁の制御手段からコ
イルに対してエンジンの運転状態に応じたデューティ比
のパルス信号が印加され、そのときのデューティ比の大
小により、第９図に示されたような平均電流Imが決定す
る。そしてImによりコイルが電磁力を発生して弁体を駆
動して、バイパス通路断面積を変えることで、第10図に
示されたように、Imに応じたエンジンの吸入空気量が制
御される。しかし、空気制御弁のコイル温度が変化すれ
ばコイル抵抗とともにImも変化するため、同じデューテ
ィ比のパルス信号がコイルに印加されたとしてもImが変
わってしまい、空気流量が正確に制御できなくなる。こ
のため、例えば特開昭60−216045号公報では、コイルの
温度を検出するためのサーミスタを設け、コイル温がエ
ンジンが暖機された時の所定温度となった時に空気制御
弁の学習補正量を演算したり、また、前記サーミスタを
特別に設けず、空気制御弁にエンジン冷却水を循環させ
てコイルの温度の急激な変動を抑え、コイルの温度と冷
却水の温度が等しくなるようにしてコイルの温度を直接
検出する代わりに冷却水の温度をエンジン状態を検出す
るのに不可欠な水温センサにて検出し、冷却水の温度が
通常の暖機状態となったのと同時にコイルの抵抗値も安
定したものとみなして空気制御弁の学習補正量の演算を
行っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の構成における前者については
空気制御弁のコイルに高価で複雑な構造のサーミスタを
新たに設けねばならないという問題がある。

一方、コイルの温度を冷却水の温度に代用させた後者の
構成については、例えばエンジンを冷間始動させた場
合、第11図、第12図のように、暖機状態に至るまでの冷
却水温の上昇に対して空気制御弁のコイル温の上昇に遅
れがあることから、冷却水温が通常の暖機状態の所定温
度に達したときであっても、実際にコイル温がこの温度
に達するまでにはさらに時間Ｔが必要であり、冷却水温
がこの所定温度となってから直ちに空気制御弁の学習補
正量の演算を開始しているため適切な空気制御弁の制御
量の学習制御が行われず最適な吸入空気流量が得られな
いという問題がある。

本発明ではこのような問題をなくすためにエンジこの暖
機時にコイルの温度が冷却水の温度と等しくなるまでは
学習値の更新を禁止することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題を解決するために、本発明の吸入空気量制御装
置の制御手段1000は、第１図のように、エンジン冷却水
の温度がエンジン10の暖機状態である所定温度に達して
から空気制御弁30のコイル40の温度がこの温度に達する
までの所定時間を算出する所定時間算出手段2000と、こ
の所定時間中、空気制御弁30の制御量の学習値の更新を
禁止する学習値の更新禁止手段3000とを具備している。

〔作用〕

この構成により、冷却水の温度がエンジン暖機状態であ
る所定温度に位置している時であっても、コイル温度が
この温度に達していない時は、学習値更新禁止手段によ
り空気制御弁の学習値の更新は行われない。よって空気
制御弁の制御量の学習値の更新はコイルの温度が前記所
定温度に落ち着いた時になされるため、このときコイル
の抵抗値の温度による変化を回避でき、空気制御弁の制
御量が正確なものとなる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明が適用される自動車用の４サイクル火花
点火式エンジンの制御計を含む概略構成図を示すもの
で、エンジン10は、エアクリーナ11、エアフロメータ1
2、吸気管13、サージタンク14、各吸気分岐管15をへて
空気を吸入し、燃料は各吸気分岐管15に設けられた燃料
噴射弁16から噴射供給される。エンジン10の主吸入空気
量は、図示しないアクセルペダルにより任意に操作され
るスロットル弁17によって調整され、燃料噴射量は制御
手段をなすマイクロコンピュータ20により調整される。
マイクロコンピュータ20は、ディストリビュータ22内に
配設された回転センサをなす電磁ピックアップ23で検出
されるエンジン回転数と、エアフロメータ12によって測
定される吸入空気量とを基本パラメータとして燃料噴射
量を決定する公知のものでエンジン10の冷却水温を検出
する水温センサ24からの検出信号THWを入力し、これに
より燃料噴射量の増減を行う。

26はスロットル弁17の全閉又はほぼ全閉を検出してこの
時アイドル信号IDLを出力するスロットルスイッチ、27
は図示しないトランスミッションがニュートラルレンジ
であるときにその信号Ｓを出力するニュートラルスイッ
チである。

30は主にアイドル時のバイパス吸入空気量を制御する空
気制御弁で、スロットル弁17をバイパスするように設け
られた空気導管31,32の間に設けられ、導管31の一端は
スロットル弁17とエアフロメータ12の間に設けた空気導
入口33に接続され、導管23の他端は、スロットル弁17の
下流側に設けた空気導出口34に接続される。空気制御弁
30はリニアソレノイド式の制御弁、ハウジング36内で直
線的に摺動可能な弁体37の変位により、空気導管31,32
の間の空気通路面積を変え、弁体37は圧縮コイルばね38
により空気通路面積が零となるようにセットされる。40
はコア41とプランジャ37の外周に巻装されたコイルで、
このコイル40にマイクロコンピュータ20からエンジン運
転状態に応じてパルスのデューティ比を制御された信号
が印加され、この信号によってコイル40に流れる電流の
平均値Imに応じてプランジャ37が移動し空気流量が制御
される。

なお、空気制御弁30のハウジング36の外周囲には、水路
93が形成され、水路93はエンジン10の冷却水を導くため
の冷却水管91および冷却水を戻すための冷却水管92に接
続されている。これらの冷却水管91,92、水路93を通っ
て冷却水はエンジン10と空気制御弁30との間を循環す
る。これにより、空気制御弁30とコイル40の温度は互い
に急激な温度変化を抑制し合うように干渉して次第に等
しい値となる。例えば、エンジン10が冷間始動すると、
空気制御弁30のコイル40は冷却水により徐々に加熱され
ていき、第11図のように冷却水温が暖機状態の温度に安
定してから時間Ｔが経過して、冷却水温と一致する。

なお、コイル40に循環させる冷却水の温度を検出する水
温センサ24には、従来の、エンジン状態を検出してバイ
パス空気量の制御を行っている自動車エンジンには必要
不可欠なものをそのまま利用できるという利点がある。

空気制御弁30のコイル40に印加される制御信号も燃料噴
射弁16と同様にマイクロコンピュータ20から送られる。
なお、空気制御弁30はリニアソレノイド式の他に弁体が
回動してバイパス空気量を制御する方式のロータリソレ
ノイド式あるいはD_ut_y−VSVといった方式の制御弁を使
用することもできる。

マイクロコンピュータ20には、エアフロメータ12、電磁
ピックアップ23、スロットルスイッチ26、水温センサ2
4、エアフロメータ12内の吸気温センサ44、車速を検出
して車速信号SPDを発生する車速センサ45、ニュートラ
ルスイッチ27等が運転状態検出器群として各検出信号を
入力するように接続される。

電磁ピックアップ23は、エンジン10のクランク軸と同期
して回転するリングギヤ47と対向して設置され、エンジ
ン回転数に比例した周波数のパルス信号Ｎ（例えばクラ
ンク角度30度毎に発生する）を出力する。水温センサ2
4、吸気温センサ44にはサーミスタ等の感温素子が使用
され、それぞれ温度に応じてアナログ電圧信号THW,THA
を出力する。49はイグナイタであって、ディストリビュ
ータ22を介して点火プラグ50に高電圧を制御されたタイ
ミングで印加する。また60はバッテリ、61はエンジンキ
ースイッチである。

前記マイクロコンピュータ20から空気制御弁30のコイル
40に与えられる励磁電流信号は、前述したようにデュー
ティ比制御されるパルス状周波数信号であり、即ち、第
９図で示すようなデューティ比の設定される矩形波形状
の信号である。このような周波数信号の一周期T₀の通電
時間割合であるデューティ比は、大きくすることによっ
て同図に（イ）で示すように平均電流Im₁が大きくなる
ものであり、空気制御弁30はその空気通路面積を増大す
るように制御される。逆に上記デューティ比が小さいと
きは、空気制御弁30に対する駆動平均電流Im₂は図に
（ロ）で示すように小さくなり、空気通路面積が減少さ
れるように制御される。

第３図はマイクロコンピュータ20とその入出力機器のブ
ロック図を示し、100はCPUで、所定のプログラムにした
がって点火時期、燃料噴射量、及び空気制御弁10の制御
量Ｄを演算すると共に各種信号の入出力処理を行う。10
1は入力カウンタで、電磁ピックアップ23からエンジン
回転数に応じたパルス信号Ｎを入力してカウントし、回
転数データをCPU100に送る。102は割り込み制御部で、
入力カウンタ101からパルス信号を入力し、エンジン回
転数Ｎに周期した割り込み指令信号をCPU100にバス150
を通して印加する。103はA/Dコンバータ、マルチプレク
サなどからなる入力ポートで、エアフロメータ12、水温
センサ24、吸気温センサ44、スロットルスイッチ26、車
速センサ45、ニュートラルスイッチ27などからの信号が
入力され、アナログ信号はデジタル信号に変換されてCP
U100に送られる。

104はRAM106を除く各ユニットへ電力を供給する電源回
路で、エンジンキースイッチ61を介してバッテリ60に接
続され、一方、RAM106に電力供給を行う電源回路105は
エンジンキースイッチ61を介さず直接バッテリ60に接続
され、エンジンキースイッチ61のオフ後も常時RAM106に
電圧を印加し、バックアップすることによりRAM106を不
揮発性メモリとしている。RAM106及び107は、随時読み
書き可能なメモリで各種検出データ、学習値等のデータ
が必要に応じて別々に格納され、読み出し専用の固定メ
モリであるROM108には制御プログラムや演算に必要な各
種定数等が記憶される。

109はクロックパルス信号を発生するタイマーでCPU100
にクロック信号を送ったり、割り込み制御部102に時間
割り込み用の信号を出力する。

110は、ラッチ、ダウンカウンタ、パワートランジスタ
などからなる出力回路で、CPU100で演算された燃料噴射
量に応じたパルス制御信号を発生し、燃料噴射弁16に出
力する。

また同様な構成の出力回路112は、CPU100で演算された
バイパス空気量を制御するための制御量Ｄに応じたデュ
ーティ比のパルス制御信号を発生し、空気制御弁30のコ
イル40へ出力する。さらに、同様な構成の出力回路113
は、CPU100で演算された点火時期データに基づき点火タ
イミング信号を発生し、イグナイタ49に出力する。マイ
クロコンピュータ20の上記各ユニットのバス150により
相互に接続され、データや制御信号がバス150を通して
伝達される。

次に、第４図のフローチャートによりCPU100内でカンウ
トされる一定時間（例えば10ms）毎に処理されるバイパ
ス空気量の制御量演算ルーチンを説明する。

バイパス空気量の制御量演算ルーチンに入ると、先ず、
ステップ300を実行し、エンジンの運転状態が予め定め
たアイドル時のフィードバック制御条件に入っているか
否かを判定し、例えば、スロットルスイッチ26からアイ
ドル信号IDLが送られ、かつ、エンジン回転数Ｎと車速S
PDがそれぞれ一定値以下であるとき、アイドル時のフィ
ードバック制御条件が成立していると判定する。そし
て、このフィードバック制御条件成立時には次にステッ
プ310に進み、ここで今回のフィードバック制御時の制
御量Ｄ（空気制御弁30へ印加するパルス制御信号のデュ
ーティ比）を演算する。この今回の制御量Ｄは、例えば
実際のエンジン回転数と目標回転数（冷却水温度に対応
して予め設定されている回転数）との差に応じて補正量
を求め、この補正量を前回の積分補正量に加えることに
よって今回の積分補正量を算出し、この積分補正量に応
じて算出されたものである。

次のステップ320は、エンジン10が安定した状態にある
か否かを検出して学習条件が成立しているか否かを判定
するものである。なおステップ320の詳細については後
述する。

ステップ320で学習条件が成立していれば、以下のステ
ップ360〜390を実行し、フィードバック条件が成立しな
い時のオープンループ制御時における制御量Ｄを決定す
るための学習補正量K_Giを求める。

ステップ360では、平均積分制御量D_IAVが演算され、次
にステップ370にて、平均積分制御量D_IAV−（基本制御
量D_T＋前回学習補正量K_Gi-1）の演算を行い、第５図の
グラフに示すように、この演算結果に応じて正、０又は
負の値をとるような補正値ΔK_Gを求める。ここで基本制
御量D_Tは冷却水温度により予め設定されているものであ
る。さらに、ステップ380にて、前回学習補正量K_Gi-1に
この補正値ΔK_Gを加算して今回の学習補正量K_Giとし、
ステップ390にてこの学習補正量K_GiをRAM106に格納す
る。そして、学習を終り、ステップ400において前記ス
テップ310で算出したフィードバック時の制御量Ｄを出
力回路112にセットし、出力回路112から制御量Ｄのデュ
ーティ比をもつパルス制御信号を空気制御部30に印加し
て、吸入空気量の制御が行われる。

次に、前述したステップ320の学習条件判定ルーチンに
ついて第６図を用いて説明する。まずステップ321に
て、ステップ300で判定したフィードバック条件が成立
してからCPU100内でカウントされる所定時間（例えば10
秒間）が経過したか否かを判定する。そして所定時間が
経過していればステップ322に、そうでなければステッ
プ325に進む。

ステップ322ではCPU100内でカウントされる所定時間
（例えば５秒間）におけるエンジン回転変動の平均値が
所定値（例えば±30rpm）以内にあるか否かを判定す
る。ステップ322でYESと判定されればステップ323に、
またNOと判定されればステップ325に進む。

ステップ323ではエンジンが暖機状態となった時の温度
（例えば80℃）となってからCPU100内でカウトされる所
定時間Ｔ（例えばＴ＝５分）経過したか否かを判断す
る。ステップ323でYESであればステップ324に、NOであ
ればステップ325に進む。

ステップ324では学習条件成立、ステップ325では学習条
件非成立とみなし、本ルーチンを終了する。即ち上記の
学習条件判定ルーチンそれぞれのステップのうち、ステ
ップ321、ステップ322はエンジン10が安定アイドル状態
であるか否かを判定するものであり、ステップ323はコ
イル40の温度＝冷却水の温度であるか否かを判定するも
のである。ステップ323での所定時間Ｔは、第11図中の
Ｔに該当するものであり、即ちエンジン10の暖機が完了
してからコイル温が冷却水温と同じになるまでの時間で
ある。

一方、ステップ325にて学習条件非成立とみなされた場
合は前記ステップ400に進み、制御量Ｄを出力する。

また、ステップ300でフィードバック条件が成立してい
ない場合は、ステップ410とステップ420にてオープンル
ープ制御の諸処理が実施される。

まずステップ410にて冷却水温度によりあらかじめ設定
されている基本制御量D_Tを求め、ステップ420に進み、
このオープンループ制御がなされる直前まで実施されて
いたフィードバック制御中に計算され、所定のアドレス
に記憶されていた学習補正量K_Giとステップ410で求めら
れた基本制御量D_Tとを加算したものを制御量Ｄとして所
定のアドレスへ格納し、ステップ400に進みこの制御量
Ｄを出力する。従ってこのオープンループ制御ルーチン
（ステップ410〜420）のステップ420にて、制御量Ｄに
フィードバック制御ルーチン（ステップ310〜390）の学
習補正量演算ルーチン（ステップ360〜390）で求まった
学習補正量K_Giを反映させているので、フィードバック
制御とオープンループ制御との過渡時の制御量に急激な
変化が無くなりエンジン回転が滑らかに制御できるもの
とする。またエンジンフリクションやバイパス通路のつ
まり等などによるアイドリング時の空気流量の経時変化
が学習量に反映されるようになることから、自動車が通
常走行をする時のオープンループ制御状態での吸入空気
量も長時間にわたり最適なものが得られる。

なお、冷却水温が暖機状態時の温度となってからコイル
40の温度が冷却水温に追いつくまでの時間Ｔは、エンジ
ン10始動時での冷却水温が低い時程長くなる。よって、
この実施例のステップ323での所定時間Ｔを一定とせ
ず、第７図のように始動時での水温センサ24からの信号
に基づき、冷却水温THWの高い時はＴを短く設定しても
良い。

また、始動時での外気温度が低いと、冷却水温が暖機状
態になってからコイル温＝冷却水温となるまでの時間が
長くなる。よって第８図のように始動時に吸気温センサ
４が検出する吸気温THAに応じてステップ323の所定時間
Ｔを求めても良い。

また、始動時でのTHWとTHAの双方に応じて所定時間Ｔを
算出するものであっても良い。

また、所定時間Ｔはエンジンのアイドリング回転数が高
い時ほど短縮されると考えられるので、さらにエンジン
回転数Ｎをパラメータとして付加して所定時間Ｔを算出
する構成としても良い。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明としたことにより、空気制御弁
のコイルの温度がエジン暖機状態での空気制御弁に循環
される冷却水の温度である所定温度に達するまでの所定
時間は、所定時間算出手段によって求めることが可能と
なり、さらにこの所定時間中は学習値更新禁止手段によ
り学習値の更新はなされないことから、正しい学習値が
空気制御弁の制御量により反映されるようになり、バイ
パス空気量の制御が適切になされることから、エンジン
の吸入空気量はエンジンの運転状態に非常に良く適合す
るものとなる。また、冷却水を空気制御弁に循環させて
いるため空気制御弁のコイルの温度の急変を抑制するこ
とでき、ゆえにエンジン運転中におけるコイル抵抗の変
化が抑えられることから、エンジンの吸入空気量の調節
を円滑なものとすることができ、エンジンの回転のむら
を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム構成図、第２図は本発明の一
実施例を適用した自動車エンジンの概略構成図、第３図
は第２図図示のマイクロコンピュータ20とその周辺装置
の構成図、第４図は第３図図示のマイクロコンピュータ
20のなすバイパス空気量の制御量の演算ルーチンを示す
フローチャート、第５図は第４図図示のステップ370で
使用されるグラフ、第６図は第４図図示のステップ320
の学習条件判定ルーチンを示したフローチャート、第７
図は第６図図示のステップ323中の所定時間Ｔと始動時
の冷却水温との関係を示したグラフ、第８図はこの所定
時間Ｔと始動時の吸気温との関係を示したグラフ、第９
図はコイルに印加される電圧波形とこの電圧波形に伴う
電流波形と平均電流とを示した波形図、第10図はコイル
の平均電流Imとエンジンの吸気空気量との関係を示した
グラフ、第11図はエンジン始動後のコイル温と冷却水温
との変化を示したグラフ、第12図はこのときの冷却水温
とコイル温との関係を示したグラフである。 10……エンジン,13……吸気管,17……スロットル弁,24
……温度検出手段,30……空気制御弁,31,32……バイパ
ス通路,37……弁体,40……コイル,91,92,93……循環手
段,1000……制御手段,2000……所定時間算出手段,3000
……学習値更新禁止手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの吸入空気量を調節するスロット
ル弁をバイパスして形成される吸気管のバイパス通路
と、このバイパス通路に設けられ、バイパス空気量を制御す
る弁体およびこの弁体を駆動するコイルを有する空気制
御弁と、この空気制御弁にエンジンの冷却水を循環させる循環手
段と、この冷却水の温度を検出する温度検出手段と、この冷却水の温度を含むエンジンの運転状態に応じたデ
ューティ比のパルス信号を前記コイルに印加することに
より前記空気制御弁を制御する制御手段とを有し、この制御手段により、前記冷却水の温度がエンジン暖機
状態である所定温度に位置している間に前記空気制御弁
の制御量を学習制御するための学習値が更新される吸入
空気量制御装置において、前記制御手段は、前記冷却水の温度が前記所定温度に達
してから前記コイルの温度がこの所定温度に達するまで
の所定時間を演算する所定時間算出手段と、この所定時
間中、前記学習値の更新を禁止する学習値更新禁止手段
とを具備したことを特徴とする吸入空気量制御装置。
【請求項２】前記所定時間算出手段は、エンジ始動時に
おける前記冷却水の温度に応じて前記所定時間を算出す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の吸入
空気量制御装置。
【請求項３】前記所定時間算出手段は、吸入空気温に応
じて前記所定時間を算出することを特徴とする特許請求
の範囲第１項又は第２項に記載の吸入空気量制御装置。
【請求項４】前記所定時間算出手段は、常に一定の前記
所定時間を算出することを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の吸入空気量制御装置。