JPH09158756A - 内燃機関のアイドル回転数制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の始動に際し、空気流量制御弁の機関
温度に基因した供給空気量のばらつきによる始動性悪化
の防止及び空気流量制御弁の固着による始動不能を防止
する。 【解決手段】機関の始動時に、空気流量制御弁の駆動デ
ューティを非通電時の空気流量制御弁位置相当に設定す
る。また、この非通電時の空気流量制御弁位置は機関状
態によらず始動可能な空気量が確保できる間隙を持たせ
たものとするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の始動時
におけるアイドル回転数を制御するようにしたアイドル
回転数制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スロットルバルブをバイパスするバイパ
ス通路に空気流量制御弁を設けた内燃機関では、始動時
に空気流量制御弁を機関の冷却水温の関数等で可変に設
定し、機関の状態に応じた所望の回転数が得られるよう
に設定していた（特開昭58−158344）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術による
アイドル回転数制御装置は、一般に制御の対象となる空
気流量制御弁は、流量制御部とそれを動かす電気的駆動
部、すなわち電磁弁との組み合わせで構成される。この
様な空気流量制御弁は構造上電磁弁の電気的駆動力と流
量制御部を押さえる機械的な力とが平衡することで所望
の空気流量を得るようにしている。この状態は換言する
と電磁弁の電気的駆動力がない状態、すなわち非通電時
に空気流量制御弁は作動範囲の全閉側か全開側のどちら
か一方に固定されるのが一般的な力関係であり、通常は
全閉側に設定される。これは空気流量制御弁の故障時に
運転者の意思に反した回転数の上昇がないよう安全サイ
ドに設定することから選択される。また構造上の制約か
ら機関始動時のデューティは、機関の冷却水温度等の関
数として可変に設定することが要求されていた。一方、
前述の安全性の観点とともに、空気流量制御弁の固着と
いう問題も近年顕在化している。これは、内燃機関の燃
料であるガソリンやエンジンの駆動系の潤滑剤であるオ
イル等の粘着成分が機関運転中に変質しながら流量制御
部に堆積し、経時的に固着力を増加させ、結果的に流量
制御部を固着させアイドル回転数制御を不能の状態に至
らしめるものである。固着の現象は流量制御部が非通電
時に全閉状態にあることに起因しており、この対策とし
て空気流量制御弁を非通電時に全閉でも、全開でもない
中間位置に保持する空気流量制御弁が提案されており、
特に、固着力に対し制御弁側でより大きな引き離し力を
発生させるために、流量制御部をダイヤフラムを介して
装着する空気流量制御弁が提案されている（USP4,823,7
50）。この様な非通電時に流量制御部を中間位置に保持
する空気流量制御弁であれば、前述の安全性と固着の両
方の問題を解決できる。しかし、この構造の空気流量制
御弁の場合、以下に述べる２つの問題点があった。まず
第１にエンジンが発生する吸入負圧を利用して空気流量
制御弁の位置を制御するため、始動時の動作は電磁弁の
電気的駆動力ではなく、吸入負圧に依存している。つま
り、始動時にある程度の負圧が発生して初めて空気流量
制御弁は作動するものであり、前述の従来技術のように
機関の冷却水温に応じたデューティを設定することは、
意味のないことになる。例えば、冷却水温が極めて低い
場合通常、空気量制御弁の始動時デューティは、エンジ
ンの始動要求空気量から空気流量制御弁が全開に近い値
を設定するが、前記ダイヤフラムを使用した空気量制御
弁の場合、始動時の吸入負圧が作動負圧に達するまでは
動作せず、設定値通りの空気量は得られない結果にな
る。また、ダイヤフラムはゴムで成形されているため、
温度に対し硬度が変化することは避けられず、特に低温
においては硬化し通常の作動圧力に対し高圧力側に移行
する。このことは低温始動時に大きく影響し、所定のデ
ューティを設定しても、ダイヤフラムの低温硬化力に対
応する始動時吸入負圧が発生するまでは、空気流量制御
弁は動作しないことになる。また、低温硬化力は一定で
はなく、製品によるばらつきもあり、結果として空気流
量制御弁の動作は始動時において極めて不安定なものに
なり、供給空気量のばらつきによる空燃比の変動等を引
き起こし、機関の始動性を悪化させていた。第２の問題
点は、非通電時に空気流量制御部を中間位置に保持して
いるが、保持されている位置によって始動性が変わると
いうことである。つまり、第１の問題点で記載したダイ
ヤフラムの低温硬化力により最悪時には空気流量制御弁
は動作せず、非通電時に保持された位置で得られる空気
量で始動しなければならないと言うことである。よっ
て、非通電時の空気流量制御部の中間位置は、固着を考
慮し全閉位置から所定の間隙を有するとともに、空気流
量制御弁が動作しなくなった場合でも、その制御弁位置
で始動可能な空気流量が得られる所定値を確保する必要
がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、空気流量制御弁の非通電時の流量制御弁位置を、機
関状態によらず始動可能な空気量が確保できる間隙を持
たせた位置とし、始動時の設定デューティを空気流量制
御弁の非通電位置相当に固定することにより達成され
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【０００６】図１は、本発明に係るアイドル回転数制御
装置を備えた電子制御燃料噴射式内燃機関であって、エ
アクリーナ１からスロットルチャンバ２，吸気マニホー
ルド３を経て空気を吸入し、スロットルチャンバ２内の
スロットルバルブ４をバィパスする通路に空気流量制御
弁５が装着されている。空気流量制御弁５はコントロー
ルユニット６からのデューティ信号により制御される。
コントロールユニット６は、機関の冷却水温を検出する
水温センサ７，吸気管圧力を検出し吸入空気量演算等に
用いる圧力センサ８等の出力を入力し、コントロールユ
ニット６内のＲＯＭ（リードオンリーメモリ）（図示せ
ず）に予め記憶された制御プログラムに従い、インジェ
クタ９や空気流量制御弁５等の各アクチュエータを制御
する。次に空気流量制御弁５の構造を図２に示す。空気
流量制御弁５は、デューティ信号にて駆動される電磁弁
１０とダイヤフラム１２に保持された空気量を計量する
バルブ１１を形成するボディ１３とで構成される。ボデ
ィ１３の通路Ａ１９は吸気通路のスロットルバルブ４上
流に連通しており大気圧側となる。通路Ｂ２０はスロッ
トルバルブ４下流の吸気マニホールド３に連通しており
負圧側となる。更に電磁弁１０のスプリングＰ１４を介
してプランジャ１５はコイル１６のコントロールユニッ
ト６のデューティ信号による電磁力により図中の左右方
向に制御される。一方、ダイヤフラム１２に保持された
空気量を計量するバルブ１１はスプリングＶ１７により
電磁弁１０のプランジャ１５方向の力を受けている。以
上の力関係により空気流量制御弁５の非通電時のバルブ
１１の位置はスプリングＶ17とスプリングＰ１４のつり
あう位置に保持され、バルブ１１はボディ１３のシート
１８と接することがなく、従来技術の問題点で記載した
バルブの固着に対して有利な状態となる。空気流量制御
弁５の動作は、バルブ１１を直接作動させる吸入負圧の
力と、電磁弁１０の電磁力によるプランジャ１５の動作
の２つの別々の動作が組み合わされて行われる。まず機
関の発生する吸入負圧は通路Ｂ２０からバルブ１１内の
中空となった通路を経てダイヤフラム１２で形成された
圧力室２２に至る。ダイアフラム１２には、大気に連通
するリークオリフィス２３が設けられており、吸入負圧
が減圧されるようになっている。バルブ１１には吸入負
圧によりダイヤフラム１２が発生する図中左方向の力が
加わることになる。一方電磁弁１０のプランジャ１５
は、デューティ信号に見合った位置に制御される。ここ
である一定デューティの状態を考えると、プランジャ１
５の位置は一定であり、バルブ１１の動作は圧力室２２
の吸入負圧がバルブ１１内の中空となった通路をプラン
ジャ１５が塞ぐ格好となることから一定位置に保持され
る。ところが、経時的にリークオリフィス２３からの減
圧によりある一定圧力になると、バルブ１１はダイヤフ
ラム１２が発生する力より、バルブ１１の表面が吸入負
圧により受圧し発生する力が上回り、図中右方向に移動
する。ところが、この瞬間にこれまで閉じていた圧力室
２２のバルブ１１内の中空となった通路出口とプランジ
ャ１５の間に隙間が形成され、吸入負圧がダイヤフラム
１２に再び印加され、バルブ１１は、元のプランジャ１
５の位置に追従するようになる。以上の動作を繰り返す
ことにより、結果的にバルブ１１は、デューティ信号で
設定されるプランジャ位置に制御されることになる。こ
のことは、プランジャ１５の位置は圧力室２２の圧力だ
けを制御することになり、電磁弁１０の電磁力による駆
動力はバルブ１１の駆動力に対し一切関与しないことに
なる。よって、バルブ１１はダイヤフラム１２が発生す
る力とバルブ１１の表面積が吸入負圧により発生する力
の差によって駆動され、ダイヤフラム１２の発生する力
は電磁弁で発生する力よりはるかに大きいため、従来技
術で記載した、バルブ固着に対する引き離し力を大きく
設定することができる。以上の構成の空気流量制御弁の
場合、ダイヤフラム１２に印加される吸入負圧がある一
定値に達しない限り動作しないことが分る。このこと
は、吸入負圧が発生し始める始動時に最も影響が大きく
なる。次に、始動時の制御方法について説明する。空気
流量制御弁５のバルブ１１は前述のように、非通電時に
中間位置に保持されている。この状態のまま仮に吸入負
圧を上昇させると、吸入負圧に対する空気流量は図３の
実線ａのようになる。実線ａの特性は、空気流量制御弁
が例え動作しなくとも、少なくとも機関の冷却水温度を
含めたあらゆる機関状態によらず始動可能な空気流量が
得られる特性となっている。つまり前記の特性が得られ
る中間位置を確保している。次に電磁弁１０に与えるデ
ューティを仮に全開状態の１００％とした場合の、吸入
負圧に対する空気流量を図３の破線ｂに示す。更に、空
気流量制御弁５のダイヤフラム１２が作動する吸入負圧
をＰ１として記載してある。ここで注意しなければなら
ないのは、破線ｂはバルブ１１が全開の位置に強制的に
固定された場合の空気流量であり、実際にはＰ１以下の
吸入負圧領域では実線ａの特性を示すことである。つま
り、始動時のデューティを１００％に設定した場合、始
動後の吸入負圧上昇に対し空気流量は図中のｏ−ア−イ
ーウの軌跡をたどることになる。更に、ダイヤフラム１
２の作動吸入負圧Ｐ１は、従来技術の問題点で記載した
ように温度に対する硬度変化があるため図中のＰＬから
ＰＨの間でばらつく。例えば、作動吸入負圧がＰＬの場
合に前述と同様に始動時のデューティを１００％に設定
したとすると、始動後の吸入負圧上昇に対し空気流量は
図中のｏ−エ−オ−ウの軌跡をたどり、作動吸入負圧が
ＰＨの場合は同様に図中のｏ−カ−キ−ウの軌跡をたど
ることになる。この現象は始動時の空気量がＱＬからＱ
Ｈの間（斜線部）でばらつくことになり、始動時の空燃
比設定を困難にさせる結果となる。本発明では、始動時
のデューティを実線ａの空気量を安定して供給できるよ
う空気流量制御弁５の非通電時のバルブ位置相当のデュ
ーティを設定することにより、機関温度、すなわち空気
流量制御弁のダイヤフラムの作動吸入圧力に依存せず安
定した空気量を供給でき、その結果安定した空燃比設定
が可能であり、始動性に優れた内燃機関のアイドル回転
数制御装置を提供することができる。次に本発明による
アイドル回転数制御装置の始動時における制御プログラ
ムのフローチャートを図４に示す。まず、ステップ１０
１にて機関の始動モードか否かを判定する。始動モード
の状態判定はイグニッションＳＷのＯＮ／ＯＦＦ状態
や、スタータＳＷのＯＮ／ＯＦＦ状態等を検出し、更に
回転数条件等を判定して行う。次に始動モードであると
判定された場合、ステップ１０２に進む。ステップ１０
２では始動時の空気流量制御弁の始動時デューティをセ
ットする。ここでは始動時出力デューティＤＵＴＹのレ
ジスタにSTDUTYをセットする。STDUTYは、空気流量制御
弁の非通電時のバルブ位置相当のデューティを設定する
ことにより、始動時においては図３の実線ａで示す空気
流量特性を常に安定して供給できる。その後プログラム
はステップ１０１の判定を繰り返し、始動モードを終了
したと判定した時点でステップ103の始動後モードに移
行し通常のアイドル回転数制御を行う。

【０００７】本願発明のアイドル回転数制御装置によれ
ば、空気流量制御弁は非通電時に全閉側でも全開側でも
ない、あらゆる機関条件でも始動可能な所定の間隙を有
する中間位置とし、始動時のデューティをこの非通電位
置相当に固定することにより、吸入圧力の大きさや変動
にとらわれず常に安定した開口面積を確保することがで
きるため、機関の始動自体の確保と安定した始動性を確
保することができる。

【０００８】

【発明の効果】本発明によれば始動時の空気流量を常に
安定した量を供給でき、空燃比を適正値に設定でき安定
した始動性を得ることができる。

【０００９】また非通電時の流量制御部の中間位置は、
固着を考慮し全閉位置から所定の間隙を有することによ
り、空気流量制御弁が動作しなくなった場合でも、その
制御弁位置で始動可能な空気流量を確保することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すシステム構成図であ
る。

【図２】本発明の空気流量制御弁の一実施例を示す構造
図である。

【図３】本発明の空気流量制御弁の流量特性を示す説明
図である。

【図４】本発明の一実施例による始動時の空気流量制御
弁制御のフローチャートを示す。

【符号の説明】

５…空気流量制御弁、６…コントロールユニット、８…
圧力センサ、１０…電磁弁、１１…バルブ、１２…ダイ
ヤフラム、１４…スプリングＰ、１５…プランジャ、１
７…スプリングＶ、２２…圧力室、２３…リークオリフ
ィス。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気通路に介装されたスロット
   ルバルブをバイパスするバイパス通路に所定のデューテ
   ィ比をもった信号で制御される空気流量制御弁と、機関
   の始動時にデューティ比を所定値に固定する手段とを有
   した内燃機関のアイドル回転数制御装置において、機関
   の始動時のデューティを空気流量制御弁の非通電時の制
   御弁位置に設定す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。
2. 【請求項２】請求項１に記載の内燃機関のアイドル回転
   数制御装置において、空気流量制御弁の非通電時の制御
   弁位置は、少なくとも機関の冷却水温度を含めた機関状
   態によらず、始動可能な所定の間隙を有することを特徴
   とする内燃機関のアイドル回転数制御装置。
3. 【請求項３】請求項１，２いずれかに記載の内燃機関の
   アイドル回転数制御装置において、空気流量制御弁は電
   磁弁に入力される電気信号に応じて空気量を制御し、ダ
   イヤフラムに作用する駆動負圧を前記電磁弁に入力され
   る電気信号に応じて制御する駆動負圧制御手段とを有す
   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。