JPH09324685A - 内燃機関の流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 相反する特性を両立させ設計の自由度を向上
させることを目的としている。 【解決手段】 内燃機関に供給する流体の流量を演算す
る流量演算手段と、演算された流量に応じたデューティ
比を有する駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、駆
動信号のデューティ比に応じて駆動信号の周波数を変更
する周波数変更手段と、周波数変更手段から出力される
駆動信号に応じて駆動される流量制御弁とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関に供給
する流体の流量を制御する流量制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置として例えば、特公昭６１
−６２６３号公報に示されたものが知られている。該公
報のものは、内燃機関に供給する流体の流量に応じてデ
ューティ比を決定し、このデューティ比を有する駆動信
号で流量制御弁のプランジャを駆動するというものであ
る。

【０００３】ところで従来装置では、プランジャが常に
脈動するよう駆動信号の周波数が選ばれている。これ
は、流体に含まれるデポジット（ゴミの粒子）が流量制
御弁中に付着して摩擦抵抗を増大させ、プランジャの移
動を妨げるということがないようにするためのものであ
る。この駆動信号の周波数は、例えば、プランジャが全
変位する時間よりも短い周期になるよう設定されてお
り、流量制御弁に供給される駆動信号に若干の電流リッ
プルが生じる程度に設定されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら駆動信号
の周波数は、駆動信号のデューティ比に拘わらず常に同
じ周波数で制御されていた。例えば、プランジャが高／
低デューティ比の駆動信号で駆動されている状態は、駆
動信号の１周期の内ほとんどの領域でオンあるいはオフ
の何れかに張り付いている状態であって、プランジャが
あまり動かない。従って、プランジャの摺動面に付着し
たデポジットによる摩擦抵抗で、プランジャの動きが悪
くなる恐れがある。また、デポジットの付着がひどい場
合にはプランジャが固着する恐れがある。このため、駆
動信号の周波数を低くして流量制御弁に与えられる駆動
信号の電流リップルを大きくし、プランジャを脈動させ
てやる必要がある。一方、プランジャが５０％近傍の中
デューティ比の駆動信号で駆動されている状態は、駆動
信号の１周期のうち半々の割合でオン／オフ動作を繰り
返しているのでプランジャは十分脈動している。従っ
て、高／低デューティ比のときのプランジャの脈動を確
保するために駆動周波数を低く設定すると、今度は中デ
ューティ比のときのプランジャの脈動が大きくなりすぎ
て制御対象の流体の振動及び圧力脈動が大きくなり良好
な制御性能を得られなくなることがあるという課題を生
じる。このため、従来装置ではこの相反する特性の妥協
により駆動周波数を決定していた。

【０００５】この発明は上述の課題を解決するためのも
のであって、相反する特性を両立させ設計の自由度を向
上させることを目的としている。

【０００６】また、この発明は、流量制御弁のプランジ
ャの動作が妨げられることがないと共に良好な制御性能
を有する内燃機関の流量制御装置を提供するものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の流量制御装置は、内燃機関に供給する流体の流量を演
算する流量演算手段と、演算された流量に応じたデュー
ティ比を有する駆動信号を発生する駆動信号発生手段
と、駆動信号のデューティ比に応じて駆動信号の周波数
を変更する周波数変更手段と、周波数変更手段から出力
される駆動信号に応じて駆動される流量制御弁とを備え
たものである。

【０００８】また、この発明に係る内燃機関の流量制御
装置は、周波数変更手段は、デューティ比が中間値に近
づくに伴って駆動信号の周波数を高くするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は実施の形態１の概略の構成を示す
構成図であって、１は燃料と空気との混合気の燃焼によ
り出力を発生する内燃機関、２は内燃機関１が吸入する
空気を浄化するエアクリーナー、３は内燃機関に吸入さ
れる吸気量を検出する吸気量検出手段としてのエアフロ
ーセンサ、４は運転者によって操作される図示しないア
クセルペダルに連動したスロットルバルブ、５はスロッ
トルバルブ４を迂回する吸気通路に設けられ内燃機関１
がアイドル状態にあるときの吸気量を調節することによ
りアイドル回転数を調節する流量制御弁としてのアイド
ルスピードコントロールバルブ（以下ＩＳＣＶと称す
る）、６は内燃機関１に吸気を導入する吸気管、７は内
燃機関１から排出される排気ガスを導出する排気管、８
は排気管７に設けられ内燃機関１が理論空燃比近傍で制
御されている場合に排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、
ＮＯｘなどを同時に浄化促進する三元触媒、９は内燃機
関１に燃料を噴射して供給するインジェクタ、１０は内
燃機関１の冷却水温を検出する温度検出手段としての水
温センサ、１１は排気管７に設けられ排気ガスの酸素濃
度を検出する空燃比検出手段としての酸素センサで、こ
の酸素センサ１１の検出出力に基づいてインジェクタ９
から供給される燃料量を調節し内燃機関１に供給される
混合気の空燃比を所望の値、例えば理論空燃比に調節す
るためのものである。１２は内燃機関１に供給する燃料
を貯蔵する燃料タンク、１３は燃料をインジェクタ９に
送出するための燃料ポンプ、１４は燃料タンク１２から
蒸発した蒸散ガスを蓄えるキャニスタ、１５はキャニス
タ１４に蓄えられた蒸散ガスを吸気管６に導入すると共
にその導入量を調節する流量制御弁としてのパージコン
トロールバルブ（以下ＰＣＶと称する）、１６は各セン
サからの情報を基に空燃比制御、点火時期制御、アイド
ル回転数制御及びパージ量制御などの各種制御を行うコ
ントロールユニットで、エアフローセンサ３からの吸気
量信号Ｓ１、水温センサ１０からの水温信号Ｓ２、酸素
センサ１１からの空燃比信号Ｓ３等が入力されると共
に、ＩＳＣＶ５の駆動信号Ｓ４、インジェクタ９の駆動
信号Ｓ５及びＰＣＶの駆動信号Ｓ６などが出力される。

【００１０】図２はＩＳＣＶ５あるいはＰＣＶ１５等の
流量制御弁の概略の構成を示す断面図であって、２１は
弁体としてのバルブ、２２は流量制御弁が全閉状態にあ
るときバルブ２１と当接しバルブ２１と共働して流体の
流路を閉塞するバルブシート、２３はバルブ２１と固着
され図示左右方向に摺動するプランジャ、２４はプラン
ジャ２３を図示左方向に付勢するスプリング、２５は駆
動信号を受けて電磁力を発生するコイルである。この流
量制御弁においては、コイル２５に電流が供給されると
電磁力が発生しスプリング２４の付勢力に打ち勝ってプ
ランジャ２３が図示右方向に摺動し、バルブ２１とバル
ブシート２２との間の流路面積が広くなる。これにより
流体が図示矢印の如く流通する。そして、コイル２５へ
の電流が遮断されると電磁力が失われプランジャ２３が
スプリング２４の付勢力により図示左方向に摺動し、バ
ルブ２１がバルブシート２２に当接して流路面積を０と
する。従って、この流量制御弁は、駆動信号が電流供給
するときにプランジャ２３が開弁方向に移動すると共に
駆動信号が電流遮断するときにプランジャ２３が閉弁方
向に移動するものである。そして、駆動信号の周波数
は、１周期がプランジャ２３の全変位する時間よりも短
くなるよう設定されている。従って、駆動信号の１周期
に対する電流供給する時間の割合、即ち駆動信号のデュ
ーティ比によって、バルブの開度が決定されると共に流
体の流量が制御される。

【００１１】次に実施の形態１の制御動作についてアイ
ドル回転数制御を例にとって説明する。図３は実施の形
態１の制御動作を示すブロック図である。コントロール
ユニット１６はこのブロック図に示されたもの以外の制
御を行うことは上述したとおりであるが、ここでは図示
を省略する。内燃機関１の運転中に図示しないアイドル
スイッチあるいは図示しないノーロード（No Load）ス
イッチが動作してアイドル状態にあることが検出される
と、アイドル回転数が所定の一定回転数になるよう制御
するアイドル回転数制御が実行される。アイドル回転数
制御は、スロットルバルブ４が全閉時にあるときにＩＳ
ＣＶ５を介して内燃機関１に流入する吸気量を調節する
ことにより行われる。

【００１２】コントロールユニット１６は、内燃機関１
がアイドル状態にあるとき次の（１）式により目標回転
数に制御するために必要な空気量Ｑを演算する。この演
算は流量演算手段３１により行われる。

【００１３】 Ｑ ＝ Ｑ１ ＋ Ｑ２ ＋ Ｑ３ （１）

【００１４】ここで、Ｑ１はアイドル状態にある内燃機
関１の回転数を目標回転数に維持するために必要な基本
吸気量であって、コントロールユニットの図示しないリ
ードオンメモリ（以下ＲＯＭと称する）に予め記憶され
ている。Ｑ２はヘッドライト、リヤデフォッガあるいは
エアコンなどの負荷が投入された場合の負荷補正量であ
って、ヘッドライトスイッチ、リヤデフォッガスイッチ
あるいはエアコンスイッチなどにより負荷投入を検出し
負荷に応じた補正量が設定される。Ｑ３はフィードバッ
ク補正量であって、目標回転数とクランク角センサなど
により検出された実際の回転数とを比較してその偏差に
応じた補正量が設定される。

【００１５】流量制御手段３１で演算された必要空気量
Ｑは次段の駆動信号発生手段３２に与えられ、必要吸気
量Ｑに応じたデューティ信号を有する駆動信号に変換さ
れる。この変換は、次に（２）式により行われる。

【００１６】 Ｔ ＝ ｆＴ（Ｑ） × ＴＸ （２）

【００１７】ここでｆＴ（Ｑ）は基本デューティ比であ
って、例えば予め計測したＩＳＣＶ単体でのデューティ
比に対する流量特性を記憶した変換テーブルを用いて補
間参照することにより設定される。この流量特性を図４
に示す。ＴＸは補正量であって、バッテリの電圧に対す
る電圧補正、冷却水温に基づく水温補正、ＩＳＣＶ５の
コイルの温度に基づくコイル温度補正などが含まれてい
る。従って、流量演算手段３１で演算された必要吸気量
Ｑは、変換テーブルを参照し且つ補間演算を行うことに
より基本デューティ比ｆＴ（Ｑ）に変換される。また、
これに補正量ＴＸが積算されて出力デューティ比Ｔを有
する駆動信号となる。

【００１８】駆動信号発生手段３２で発生した駆動信号
は周波数変更手段３３に送られて、出力デューティ比Ｔ
に応じて信号の周波数が変更される。周波数変更手段３
３は、出力デューティ比Ｔに基づいて記憶手段３４に記
憶されている変換テーブルを参照し且つ補間演算して駆
動周波数ｆＦ（Ｔ）を決定する。記憶手段３４に記憶さ
れている変換テーブルは、例えば図５に示すようなもの
である。図５は、駆動周波数ｆＦ（Ｔ）を決定するため
の変換テーブルであって、出力デューティ比が中間値、
例えば５０％に近づくに伴ってその周波数が高くなるよ
うに設定されている。そして、出力デューティ比及び周
波数が決定された駆動信号は、ＩＳＣＶ５あるいはＰＣ
Ｖ１５等の流量制御弁に与えられ当該する流量制御弁を
駆動する。

【００１９】次に、実施の形態１と従来装置との動作と
を比較する。図６は従来装置の動作を示すタイムチャー
トであって、使用されるＩＳＣＶ５の全閉・全開の応答
時間は５ｍｓであって、駆動周波数はこれよりも短い２
５０Ｈｚ（周期４ｍｓ）に固定されている。図において
（ａ）は出力デューティ比が２０％の場合を示し、
（ｂ）は出力デューティ比が５０％の場合を示してい
る。同様に、図７は実施の形態１の動作を示すタイムチ
ャートであって、駆動周波数は出力デューティ比に応じ
て変更されている。図において（ａ）は出力デューティ
比が２０％の場合を示し、（ｂ）は出力デューティ比が
５０％の場合を示している。なお、出力デューティ比２
０％は例えばアイドル状態であって且つ負荷が投入され
ていない場合で、出力デューティ比５０％は例えばアイ
ドル状態であって且つエアコンなどの負荷が投入されて
いる場合である。実施の形態１において、ＩＳＣＶ５の
出力デューティ比が２０％であったときは、図５の変換
テーブルより周波数は２４０Ｈｚとなる。これは従来装
置に比し低い周波数である。従って、図示の如く１周期
の時間及び電流リップルが図６（ａ）に比し図７（ａ）
の方が大きくなる。これによりプランジャ２３の脈動が
大きくなりデポジットが付着していてもプランジャ２３
の動きを阻害することがない。なお、出力デューティ比
が低い場合においては、ＩＳＣＶ５は駆動信号の周期の
ほとんどの期間でオフとなっている。このため、出力デ
ューティ比が低い場合とは流体の脈動が少ない場合でも
ある。従って出力デューティ比が低い場合は、プランジ
ャ２３の動作を改善させるためにプランジャ２３の脈動
を多少大きくしたとしても実用上問題ない。

【００２０】また、アイドル状態のバイパス吸気量を調
整するための図示しないアイドルアジャストスクリュの
調整不良により、アイドル状態におけるＩＳＣＶ５の出
力デューティ比が１５％で駆動されていたとする。この
場合、図４によればＩＳＣＶ５は不感帯にあり、流量的
にはＩＳＣＶ５は全閉位置にある。この状態はプランジ
ャ２３が最も固着しやすい状態である。しかしながら、
実施の形態１によればこのときデューティ比が１５％で
周波数が２３０Ｈｚの駆動信号が与えられており、この
駆動信号によって発生する電流リップルによりプランジ
ャ２３は十分脈動されており固着する心配がない。

【００２１】ところで、出力デューティ比が高い場合、
例えば８０％の場合については図示していないが、出力
デューティ比８０％の場合も図５の変換テーブルにより
周波数が２４０Ｈｚとされ、上述の２０％の場合と同様
の動作となる。ここで、出力デューティ比が高い場合は
ＩＳＣＶ５は駆動信号の周期のほとんどの期間でオンと
なっており、やはり流体の脈動が少ない場合である。従
って、出力デューティ比が低い場合と同様に、プランジ
ャ２３の動作を改善させるためにプランジャ２３の脈動
を多少大きくしたとしても実用上問題ない。また、図４
においてＩＳＣＶ５が流量的に全開位置となる出力デュ
ーティ比が８０％以上となる場合も、上述の出力デュー
ティ比が１５％以下となる場合と同様に動作しプランジ
ャ２３の固着を防止する。

【００２２】次に、出力デューティ比が中間値にある場
合、即ち５０％にあるときについて比較する。実施の形
態１において、ＩＳＣＶ５の出力デューティ比が５０％
に決定されたときは、図５の変換テーブルより周波数は
３００Ｈｚに設定される。これは従来装置に比し高い周
波数である。従って、図示の如く１周期の時間及び電流
リップルが図６（ｂ）に比し図７（ｂ）の方が小さくな
る。これによりプランジャ２３の脈動が小さくなり、流
体の振動及び圧力脈動が大きくなりすぎることがない。
なお、デューティ比が中間値近傍にある場合において
は、ＩＳＣＶ５は駆動周期の略半分の期間でオンとなっ
ており、略半分の期間でオフとなっている。従って、プ
ランジャ２３の脈動を多少小さくしたとしてもプランジ
ャ２３は十分脈動しており、デポジットの付着によりプ
ランジャの動きが妨げられることはない。

【００２３】従って実施の形態１によれば、駆動信号の
周波数を変更することにより相反する特性を両立させる
ことができる。また、駆動信号の周波数を自由に設定す
ることができるので設計の自由度が向上する。

【００２４】また、高／低デューティ比の場合は駆動信
号の周波数を低く設定すると共に中間デューティ比に近
づくに伴って駆動信号の周波数が大きくなるよう設定し
たので、プランジャの動作が妨げられることがないと共
に良好な制御性能を有する。

【００２５】上記実施の形態１ではコントロールユニッ
ト１６のマイコンで演算した出力デューティ比と周波数
でそのままＩＳＣＶ５を駆動する場合について説明した
が、コントロールユニット１６で補正量ＴＸの演算を行
わずにバッテリ電圧変化、コイル温度変化によるコイル
抵抗の変化の補正をハードウエアの回路上で行うものが
ある。この場合においても予め回路による補正量を予測
してデューティ比に対する駆動周波数とすることで、実
施の形態１と同等の効果が得られる。

【００２６】なお、実施の形態１ではＩＳＣＶ５につい
て説明したが、ＰＣＶ１５についても同様に適用するこ
とができる。この場合はＰＣＶ１５の固着を防止すると
共にパージ流量を精度よく制御することができ、空燃比
の変動を抑制することができる。

【００２７】また、実施の形態１では電磁力により動作
する電磁弁を用いて説明したがこれに限られるものでは
なく、例えば圧油によりデューティ制御を行う油圧式の
流量制御弁にも適用することができる。

【００２８】なお、上述した実施の形態は本願発明の単
なる１形態であって、発明の精神の範囲内で様々な変形
が可能であることは言うまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る内燃機関の
流量制御装置によれば、演算された流量に応じたデュー
ティ比を有する駆動信号を発生する駆動信号発生手段
と、駆動信号のデューティ比に応じて駆動信号の周波数
を変更する周波数変更手段とを備えたので、設計の自由
度を向上させることができる。

【００３０】また、この発明に係る内燃機関の流量制御
装置によれば、デューティ比が中間値に近づくに伴って
駆動信号の周波数を高くするので、流量制御弁のプラン
ジャの動作が妨げられることがないと共に良好な制御性
能を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１の概略の構成を示す構成図であ
る。

【図２】 流量制御弁の概略の構成を示す断面図であ
る。

【図３】 実施の形態１の制御動作を示すブロック図で
ある。

【図４】 流量制御弁のデューティ比に対する流量特性
図である。

【図５】 駆動信号の周波数を決定するための変換テー
ブルである。

【図６】 従来装置の動作を示すタイムチャートであ
る。

【図７】 実施の形態１の動作を示すタイムチャートで
ある。

【符号の説明】

１ 内燃機関、２ エアクリーナー、３ エアフローセ
ンサ、４ スロットルバルブ、５ ＩＳＣＶ、６ 吸気
管、７ 排気管、８ 三元触媒、９ インジェクタ、１
０ 水温センサ、１１ 酸素センサ、１２ 燃料タン
ク、１３ 燃料ポンプ、１４ キャニスタ、１５ ＰＣ
Ｖ、１６ コントロールユニット、２１ バルブ、２２
バルブシート、２３ プランジャ、２４ スプリン
グ、２５ コイル、３１ 流量演算手段、３２ 駆動信
号発生手段、３３ 周波数変更手段、３４ 記憶手段、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森口 輝彦 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関に供給する流体の流量を演算す
   る流量演算手段と、前記演算された流量に応じたデュー
   ティ比を有する駆動信号を発生する駆動信号発生手段
   と、前記駆動信号のデューティ比に応じて前記駆動信号
   の周波数を変更する周波数変更手段と、前記周波数変更
   手段から出力される駆動信号に応じて駆動される流量制
   御弁とを備えたことを特徴とする内燃機関の流量制御装
   置。
2. 【請求項２】 周波数変更手段は、デューティ比が中間
   値に近づくに伴って駆動信号の周波数を高くすることを
   特徴とする請求項１記載の内燃機関の流量制御装置。