JPS5918124Y2

JPS5918124Y2 - 内燃機関の回転数制御装置

Info

Publication number: JPS5918124Y2
Application number: JP9707277U
Authority: JP
Inventors: 秀夫宮城
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 1977-07-22
Filing date: 1977-07-22
Publication date: 1984-05-25
Also published as: JPS5425914U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は内燃機関の回転数制御装置、特に車輌用の内燃
機関においてアイドル時の吸入空気量を制御してアイド
ル回転数を適正に制御する装置に関する。

従来の内燃機関では、スロットルバルブが吸気通路を完
全に塞ぐ位置かられずかに開いた位置でアイドル位置と
なるように、例えばスロットルバルブの操作用レバーに
スＩ・ツバを設け、このストッパ位置を微調整すること
によりアイドル回転数を設定していた。

しかし、このようにしてアイドル回転数を正確に調整し
た場合でも、特に車輌用の内燃機関では使用時に次のよ
うなアイドル回転数の変化が生ずる。

（１）内燃機関の製造時から使用時間の増加にした
がって機関各部の摩耗などによる機械的損失の減少等に
よりアイドル回転数が上昇すること。

（２）充電用発電機、冷房用圧縮機あるいはパワーステ
アリングポンプ等の補機類の運転状態の変化が機関の負
荷変化となり、アイドル回転数が変化すること。

（３）外気温度、湿度の変化によりアイドル回転数が若
干変化すること。

（４）急激な減速を行なった際、回転数が一時的にアイ
ドル回転数以下に低下することがあること。

これらの要因により、アイドル回転数が大幅に低下した
場合はいわゆるエンス１〜の原因になり、また高すぎた
場合は燃料消費の点で好ましくない。

さらに、アイドル回転数の変化が機関の排出ガス特性に
も悪影響を与える。

この問題を解決するために、実願昭５１−１７８１７１
号において、内燃機関の吸入空気路にスロットルバルブ
を迂回するバイパス路を設け、実際の回転数Ｎがコンピ
ュータに記憶させた設定回転数Ｎｆに近づくようにバイ
パス路の通路面積を変え、アイドル回転数をフィードバ
ック制御する装置が提案されている。

しかしながら、この装置を実際に車輌用の内燃機関に適
用すると、次のような不具合が生じる。

（１）例えば低速で定常走行をするような場合、そ
のときの設定回転数Ｎｆが走行中の回転数Ｎよりも高い
場合、コンピュータ、は回転数を上昇させる指令を与え
続けるため、バイパス路に設けた制御バルブは全開とな
って回転数が上昇するので、運転者はその時の走行速度
を保つためには常にブレーキをかけなければならない。

（２）回転数がある値に制御されている状態からそれ以
上の回転にしようとする際、コンピュータからの指令に
より回転数の上昇にブレーキをかけるように制御バルブ
が働くので、運転者の意志どおりに回転数が上昇せずい
わゆる息つきが発生する。

（３）無負荷高回転時（レーシング時）には、設定回転
数Ｎｆよりも実際の回転数Ｎのほうが大となるため、制
御バルブは全閉となる。

したがってレーシング状態からスロットルバルブを閉じ
たようなとき、機関の冷却水温が低い場合にはいわゆる
エンストが発生しやすくなる。

本考案の目的は、内燃機関の実際の回転数およびその他
の運転条件に対してアイドル回転数が最適になるように
吸入空気量を制御し、上述のような問題を解消すること
、特にいわゆる息つき、エンスト等の発生を防止する回
転数制御装置を提案することである。

以下、添付図面により本考案を詳細に説明する。

第１図は、本考案を電子制御式燃料噴射内燃機関に適用
した概略図であり、１は機関本体、２は吸気マニホール
ド、３は燃料噴射弁、４は吸気管、５は吸気管４に設け
たスロットルバルブ、６は吸気量検出器（エアフローセ
ンサ）、７は吸入空気量に応じて燃料噴射量を制御する
電子制御装置、８はエアクリーナ、９は回転数検出器、
１０は吸入空気の人ロバイブ、１１は同じく出ロバイブ
、１２は回転数フィードバック制御バルブ、１３は電子
制御装置（アイドル制御回路）、１４は制御バルブ１２
の信号用導線、１５は回転数検出器９からの信号用導線
である。

つまり、内燃機関に吸入される空気の通路を、スロット
ルバルブ５を具えた吸気路４と、スロットルバルブ５を
迂回するバイパス路１０．１１とで構成し、このバイパ
ス路の通路面積を変化させるために制御バルブ１２をバ
イパス路に設けたのである。

スロワ１ヘルバルブ５は、従来の一般の機関では、アイ
ドル運転時にアイドル回転数を保持するため、所定の開
度例えば３°程度の開度に設定していたが、本考案では
、開度を１°程度と小さく設定しておき、アイドル運転
に必要な空気量の一部をバイパス路１０．１１によりス
ロットルバルブ５を迂回させてその下流側に流すように
しである。

第２図は、本考案の第一実施例に係わる回転数フィード
バック制御バルブ１２を略断面図で示すものである。

この制御バルブ１２は、内燃機関の実際の回転数Ｎが設
定回転数より低い場合に開口面積を大きくするようにフ
ィードバック制御する第一のバルブ機構２０と、内燃機
関の冷却水温が低い場合に開口面積を大きくするように
制御する第二のバルブ機構３０とを含み、両機構２０．
３０により決定される開口面積の和が制御バルブ１２の
全体の開口面積となるように両機構を並列に配置する。

第一のバルブ機構２０は、弁開口２１と、この弁開口２
１に出し入れして開口面積を変える円錐台形の弁体２２
と、ソレノイド機構２３と、このソレノイド機構・２３
のアクチュエータ（図示せず）と弁体２２とを結合する
シャフト２４とを含んで成る電磁バルブとして構成する
ことができる。

第二のバルブ機構３０は、弁開口３１と、この弁開口３
１に接触しながら回動することにより開口面積を変える
プレート３２と、一端にこのプレート３２を固定したシ
ャフト３３と、シャフト３３の他端に固定したアーム３
４と、一端をアーム３４の先端に結合し他端を感熱部３
６に固定した渦巻状のバイメタル３５と、内燃機関の冷
却水を導入する室３６とを含み、冷却水の温度変化によ
りバイメタル３５を伸縮、すなわちアーム３４を回動さ
せ、これと連動するプレー１−３２も回動させて、冷却
水の温度が低い時に弁開口３１の開口面積が大きくなる
ようにする。

冷却水導入室３６には機関の冷却水を導入する導入口３
７と排出する排出口３８とが設けられ、導入室３６内に
冷却水が常時循環されるようになっている。

第１図において、エアクリーナ８、エアフローセンサ６
を通った吸入空気の一部はスロットルバルブ５を迂回し
て、入口バイブ１０を通ってバイパスエア導入室２４に
入る。

第一バルブ機構２０の弁開口２１および第二バルブ機構
３０の弁開口３１は、共にバイパスエア導入室２４とバ
イパスエア供給室２５とを仕切る壁２６に形成されてい
るので、バイパスエア導入室２４内の空気は弁開口２１
および弁開口３１の開口面積の和によって決まる流量が
バイパスエア供給室２５に流入し、さらに出口バイブ１
１を通じて吸気マンホルド２（第１図）に流れ、ここで
スロットルバルブ５を通った空気と合流する。

第一バルブ機構２０の作動について述べると、まず、第
１図において機関回転数検出器９により実際の機関回転
数を検知し、その信号を導線１５を介して、電子制御装
置（コンピュータ）１３に入力する。

このコンピュータ１３にはアイドル時の設定回転数Ｎｆ
があらかじめ記憶されており、このＮｆと実際に測定し
算出した機関回転数Ｎとを比較する。

実際の機関回転数Ｎが設定回転数Ｎｆより小さい時は、
導線１４を介して吸入空気量を増加させるべく制御バル
ブ１２に信号を送り、機関回転数を上昇させる。

逆に、ＮがＮｆより大きい時は、吸入空気量を減少させ
るべく制御バルブ１２に信号を送り、機関回転数を下降
させる。

つまり、第２図に暗示するように、コンピュータ１３か
ら導線１４を介してソレノイド機構２３に信号を送り、
Ｎ＜ＮＦ２時は弁体２２を左方へ動かして第一バルブ機
構２０の弁開口２１の開口面積を大きくシフ、Ｎ＞Ｎｆ
の時は弁体２２を右方に動かして弁開口２１の開口面積
を小さくするのである。

なお、このようなフィードバック制御については実願昭
５１−１７８１７１号に詳しく述べられている。

次に、第二バルブ機構３０の作動について述べると、第
２図において、機関冷却水は冷却水導入室３６内に常時
循環されており、その導入室３６に隣接するバイメタル
室３９内の温度も冷却水の温度とほぼ等しくなっている
。

冷却水の温度に変化が生じると、渦巻状のバイメタル３
５が伸縮し、それの先端に結合したアーム３４を回動さ
せる。

このアーム３４はシャフト３３を介してプレート３２と
連動しているので、アーム３４の回動によりプレート３
２も回動する。

第二バルブ機構３０の弁開口３１とプレート３２との関
係は、第２′図に示すように、プレート３２が弁開口３
１に接触しながら回動し弁開口面積を変えるようにしで
ある。

すなわち、冷却水の温度が低い時は、バイメタル３５の
作用によりプレート３２を第２′図の矢印方向に回動さ
せて、弁開口面積を大きくし、吸入空気量を増加して機
関回転数を上昇させ、暖機性を良好にする。

逆に、冷却水の温度が高くなった時は、プレート３２を
矢印の反対方向に回動させて弁開口面積を小さくし、吸
入空気量を減らして機関回転数を下げる。

第３図は、本考案の第二実施例に係わる回転数フィード
バック制御バルブ１２′の暗示図である。

これは、基本的には第２図の実施例と同様であるが、第
二バルブ機構３０’のプレート３２をパルスモータ４０
で駆動する点が異なる。

このパルスモータ４０は電子制御装置（コンピュータ）
４１からの信号によって駆動される。

コンピュータ４１には各種のセンサ、例えば機関冷却水
温度センサ４２、時間センサ４３、外気温度センサ４４
、その他のセンサ例えば機関潤滑油の温度センサ４５か
らの信号、例えば機関冷却水の温度Ｓ１、機関始動後の
経過時間Ｓ２、外気温度Ｓ３、その他例えば機関潤滑油
の温度Ｓ４などの信号が人力される。

コンピュータ４１にて、上記のような各運転条件の下で
の最適吸入空気量を計算し、パルスモータ４０の回転に
よってバルブ開口３１か゛最適開口面積になるようにプ
レート３２回動させる。

パルスモータ４０の作動原理の一例を述べると、まずパ
ルスモータ４０の回転角度と弁開口３１の開口面積との
関係、および１パルスの信号を与えた場合のパルスモー
タ４０の回転角度はあらかじめ定めておくことができる
。

また、いかなる運転条件の時に弁開口３１を全開にすれ
ばよいかを実験により求めておき、これをコンピュータ
４１に記憶させておく。

次に、実際に測定した各種運転条件Ｓ１．Ｓ２．Ｓ３．
Ｓ４の値から、これらの運転条件に対する最適開口面積
に適合させるためには何パルス必要かを計算して、その
必要パルス数をパルスモータ４０に与える。

パルス信号を与える時間間隔は適時に、例えば２秒毎に
１回づつとすることができる。

なお、このようなパルスモータ制御法は既に数値制御機
械等の技術分野において公知である。

次に、本考案の効果を述べる。

要するに、本考案では、スロットルバルブ５を迂回する
バイパス路１０．１１に制御バルブ１２．１２’を設け
、この制御バルブに機関の回転数によりフィードバック
制御される第一バルブ機構２０と、機関の冷却水温度や
始動後経過時間などの暖機運転状態により制御される第
二バルブ機構３０．３０’とを並列に設け、両機構を並
列に配置して両機構により決定されるバルブ開口面積の
和が制御バルブ１２．１２’全体の通路面積になるよう
に構成した。

そのため、機関の回転数によりフィードバック制御され
るバルブのみを有する回転数制御装置、例えば実願昭５１−１７８１７１号に記載のものに比べ次のような利
点がある。

（１）機関の回転数によりフィードバックされる第一バ
ルブ機構２０の弁開口２１の開口面積を小さくすること
ができる。

このため、例えば、実際の回転数Ｎが設定回転数Ｎｆよ
り小さい時は第一バルブ機構２０の弁開口２１は全開と
なるが、冷却水温が高い時は第二バルブ機構３０．３０
’の弁開口３１が閉じるので、全体としてバイパス通路
１１．１２を流れる空気量を少なくできる。

したかって、走行中に回転数か゛高すぎて常にブレーキ
をかける必要がある、などの問題は生じない。

また、第一バルブ機構２０の流量が少ないので、フィー
ドバック自体の制御も良好となる。

一般に、第一バルブ機構２０の開口面積は第二バルブ機
構３０．３０’の開口面積に比べかなり小さいので、こ
れらの効果が十分に発揮される。

（２）逆にレーシング時には、実際の回転数Ｎが設定回
転数Ｎｆより大きくなり、第一バルブ機構２０の弁開口
２１は全閉となるが、冷却水温が低い場合などでは第二
バルブ機構３０．３０’の弁開口３１がある程度間いて
いるので、全体としてバイパス通路１１．１２に若干の
空気量の流れがあり、機関回転数を上昇させてもいわゆ
る息つき、エンストなどの発生を防止することができる
。

なお、第３図の実施例の場合は、機関の冷却水温以外の
他の運転条件もバルブ制御に寄与しているので、より運
転条件に適した機関回転数を得ることか゛できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を自動車の電子制御式燃料噴射内燃機関
に適用した概略図、第２図は本考案の第一実施例に係る
制御バルブ１２の概略図、第２′図は第２図又は第３図
の矢印ＩＩ’より見た図、第３図は本考案の第二実施例
に係わる制御バルブ１２′の概略図で゛ある。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１内燃機関に吸入される空気の通路を、スロットルバ
ルブ５を具えた吸気路と、スロットルバルブを迂回する
バイパス路１０．１１とで構威し、このバイパス路の通
路面積を変化させて吸入空気量を変えることにより内燃
機関の回転数を制御する装置において、バイパス路１０
．１１に回転数制御バルブ１２．１２’を設け、該バル
ブは、内燃機関の実際の回転数Ｎの設定回転数Ｎｆより
低い場合に開口面積を大きくするようにフィードバック
制御される第一のバルブ機構２０と、内燃機関の冷却水
温度や始動後経過時間などの暖機運転状態により制御さ
れる第二のバルブ機構３０、３０’とを含み、両機構２
０．３０．３０’を並列に配置して両機構により決定さ
れる開口面積の和が制御バルブ１２．１２’全体の通路
面積となるように構成したことを特徴とする内燃機関の
回転数制御装置。２第二のバルブ機構３０は、内燃機関の冷却水の温度
を検知して作動するバイメタル３５と、冷却水の温度が
低い場合に弁開口３１の開口面積を大きくするように前
記バイメタルにより動かされる開口面積制御プレート３
２とで構成される実用新案登録請求の範囲第１項記載の
回転数制御装置。３第二のバルブ機構３０′は、内燃機関の冷却水の温
度、機関始動後の経過時間、外気の温度など、内燃機関
の回転数以外の各運転条件を検出する各センサ４２．４
３．４４．４５と、これら各センサからの信号を入力し
かつ上記運転条件に適したバルブ開口面積を計算するコ
ンピュータ装置４１と、コンピュータ装置からの制御信
号により作動されるアクチュエータと、弁開口３１の開
口面積を上記運転条件に適合すべく前記アクチュエータ
により駆動される開口面積制御バルブ３２とで構成され
る実用新案登録請求の範囲第１項記載の回転数制御装置
。