JPS6120701B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は内燃機関の主としてアイドリング時の
吸入空気量を制御する吸入空気量制御装置に関
し、特にフイードバツク制御とオープンループ制
御とを切換えて制御する場合におけるオープンル
ープ制御に関するものである。 最近、自動車の排気浄化性能や燃費性能等を向
上させるため、アイドリング時の回転数も精密に
制御する必要が生じている。そのため機関温度等
の機関運転状態に応じて目標回転数を定め、実際
の回転数を目標回転数と一致させるように吸入空
気量をフイードバツク制御する装置が開発されて
いる。 上述のアイドリング制御に使用する目標回転数
は機関の冷却水温に対して定めることができる。
この場合、通常は水温が低い時は高い回転数とし
て定め、水温の上昇に応じて次第に回転数を低下
させる。このため、冷間始動に際して始動時の水
温が変化すると共に目標回転数が変化することに
なり、始動後の暖機運転の回転数は始動時の水温
によりまちまちであり、暖機されてゆく速度つま
り機関の暖たまり方もまちまちとなつてしまう。
更に、このため排気も安定せず、有害排気の排出
量が多くなる。 次にオープンループ制御とフイードバツク制御
の切換時に生じる問題点について述べる。オープ
ンループ制御のみ、つまり、水温にのみ依存した
空気量を供給する制御方式では、機関回転数がど
うなるかは、なりゆきによる不確実なものとな
る。例えば、外気温が25℃で長時間放置された始
動直後と、外気温が０℃程度で機関停止後水温が
25℃まで低下した時の再始動後では、後者の方が
油温がまだ、例えば約40℃ぐらいと高く、燃焼室
周辺も暖かいため燃焼状態も良く、両者の場合に
同じ空気量を供給したのでは、後者の方がはるか
に高回転数のアイドリング運転となつてしまう。
したがつて、全ての条件で安定した暖機を行うに
は、回転数を計測し、計測値を用いたフイードバ
ツク制御が必要であるが、走行中フイードバツク
制御を行うと例えば負荷を大きくしたいとき吸入
空気量等を増加させないように制御が働くため走
行中の制御を制約する場合がある。このため、オ
ープンループ制御とせざるを得なくなる。このオ
ープンループ制御から再度フイードバツク制御に
入る時の誤差を小さくして回転数に段差が生じる
のを防止するために、運転状態の違いをフイード
バツク制御時に学習し、オープンループ制御時は
その推定延長線上で目標値を与える等の制御手段
とすることが必要である。 本発明は上述の欠点を少なくするものであり、
オープンループ制御時において機関温度に応じて
制御値を変化させてオープンループ制御とフイー
ドバツク制御との切換時における異常回転をなく
すると共に、通常の始動温度を含む一定温度範
囲、例えば０゜〜30℃の範囲において目標回転数
を比較的高い一定値に保ち、始動直後の運転を安
定させた吸入空気量制御装置を提供する。 更に本発明によつて、上述の温度範囲で一定値
を保たせると共に、機関温度が著しく低温の場合
及び著しく高温の場合には上述の一定値よりも高
い値を目標回転数として、運転の安定と、急速な
暖機、冷却（冷却フアン等による冷却効率をよく
すること）を行い得る吸入空気量制御装置を提供
する。 以下図面に基づいて本発明を詳細に説明する。 第１図は本発明の全体の構成を示す一実施例図
であり、電子制御燃料噴射装置を備えた内燃機関
に本発明を適用した場合を示す。 第１図において、１は内燃機関本体であり、吸
入空気はエアクリーナ２よりエアフローメータ
３、スロツトルチヤンバ４を経てインテークマニ
ホールド５の各ブランチより各シリンダに供給さ
れ、燃料はフユエールインジエクタ６により噴射
される。ここで、吸入空気の流れはアクセルペダ
ルに連動するスロツトルチヤンバ４内のスロツト
ル弁７により制御され、アイドリング時にはスロ
ツトル弁７はほとんど閉じている。アイドリング
時の空気の流れはバイパスポート８を通り、そこ
に装着されているアイドルアジヤストスクリユー
９により調節されると共に、スロツトル弁７の上
流と下流とを連通するバイパス通路１０を通り、
そこに介装したアイドル制御弁１１により適宜必
要な空気が確保される。 アイドル制御弁１１は、バイパス通路１０に介
装した弁体１２と、該弁体１２が連結されたダイ
アフラム１３と、該ダイアフラム１３を付勢する
スプリング１４を備えた負圧作動室１５と、から
構成され、負圧作動室１５に導入される負圧の増
減に応じてダイアフラム１３による弁体１２のリ
フト量を変えその開度を減増する。この負圧作動
室１５は負圧導入通路１６により定圧弁（プレツ
シヤレギユレータバルブ）１７を介してスロツト
ル弁７下流の吸気通路と連通すると共に、大気導
入通路１８によりパルス電磁弁１９を介してスロ
ツトル弁７上流の吸気通路と連通している。かく
して、パルス電磁弁１９を開閉作動させることに
より、前記負圧作動室１５に導入される負圧の大
気による稀釈割合を変化させてアイドル制御弁１
１の開度を制御するわけである。 パルス電磁弁１９は、例えばマイクロコンピユ
ータ２０によつて制御される。 マイクロコンピユータ２０は主にマイクロプロ
セツサ（中央演算装置）２１と、メモリ（記憶装
置）２２と、インターフエース（入出力信号処理
回路）２３とから構成されている。マイクロコン
ピユータ２０のインターフエース２３には、内燃
機関１の回転数が電磁ピツクアツプ式の回転数セ
ンサ２４で検出されデイジタル信号として入力さ
れる（実際にはクランクシヤフトの回転からクラ
ンク角センサで得た単位角パルスとクランク基準
角パルスとが入力される）と共に、内燃機関１の
機関温度例えば冷却水温度がサーミスタ式の水温
センサ２５でアナログ信号として検出されＡ／Ｄ
変換器２６を介してデイジタル信号として入力さ
れる。また、インターフエース２３には、スロツ
トル弁７が全閉位置であることを検出するスロツ
トル弁スイツチ２７と、トランスミツシヨンがニ
ユートラル位置であることを検出するニユートラ
ルスイツチ２８と、車速が所定値例えば８Km/h
以下であることを検出する車速スイツチ２９と、
からそれぞれON、OFF信号が入力される。なお
図面ではスロツトル弁スイツチ２７は可変抵抗器
によるアナログ式のセンサで、その信号がＡ／Ｄ
変換器３０を介して入力されるように示してある
が、全閉位置を検出するオン・オフ式のスイツチ
でもよい。 メモリ２２には、機関温度等の機関運転状態に
対応した最適な目標回転数Ｎ_SET（アイドリング
時の目標回転数）が予め記憶されている。 マイクロプロセツサ２１は、水温センサ２５等
の信号に基づいてその時の運転状態を判定し、そ
れに対応した目標回転数Ｎ_SETを読み出し、また
回転数センサ２４から与えられる信号に基づいて
実回転数Ｎ_RPMを算出し、Ｎ_SETとＮ_RPMとの偏差
ΔＮ（ΔＮ＝Ｎ_RPM−Ｎ_SET）を検出する。 次にマイクロプロセツサ２１は、実回転数Ｎ_RP
Ｍと偏差ΔＮとに応じて制御定数すなわち比例定
数と積分定数とを設定し、それらの制御定数と偏
差ΔＮとから制御値を算出し、その制御値に応じ
てパルス電磁弁１９を駆動するパルス信号のデユ
ーテイを変化させることにより、実回転数Ｎ_RPM
を目標回転数Ｎ_SETと一致させるように吸入空気
量をフイードバツク制御する。 またマイクロプロセツサ２１は、スロツトル弁
スイツチ２７、ニユートラルスイツチ２８、車速
スイツチ２９等の状態や燃料遮断の有無等に応じ
て上記のフイードバツク制御を行なうか否かの判
定を行ない、フイードバツク制御を行なうと判定
した時にのみ上記パルス信号のデユーテイを変化
させてフイードバツク制御を行ない、それ以外の
場合はオープンループ制御を行なう。 オープンループ制御においては、第１図のメモ
リ２２内のROM（読出し専用メモリ）に冷却水
温に対応した制御値を予じめデータとして記憶さ
せておき、水温センサ２５の信号に応じてテーブ
ルルツクアツプを行なつて該当する制御値を読み
出す。 第２図は上述のテーブルにおいて水温とアイド
リング目標回転数との関係をアナログ値として示
したものである。第２図に示す通り、定常走行の
暖機状態の水温60゜〜95℃においては目標回転数
Ｎ_SETを約600rpmとし、この範囲外のオーバーヒ
ート時には目標回転数を大にして水流と風量を増
加して速に定常水温に戻るようにする。更に０℃
以下の著しい寒冷時の始動に際しては高回転のア
イドリング目標回転数とし、速に暖機を行なうと
共に回転の安定を得るようにする。 本発明によつて、特定範囲、即ち水温０゜〜30
℃の間はアイドリング目標回転数Ｎ_SETを一定
値、約1400rpmとする。この温度範囲０゜〜30℃
は冷間始動に際して、一年を通じて厳寒期以外は
ほとんどの場合この水温である。水温30℃となる
まで一定回転数を保たせることによつて、冷間始
動から機関の燃焼状態の安定する水温30℃まで安
定した暖機が行なわれる。 従来の制御においては、水温の過度に低い時、
過度に高い時、暖機が終了した一時停止後の再始
動の場合全てアイドリング回転数を同一の値にし
通常の気温の下での冷間始動においては水温の上
昇と共に目標回転数を下げる制御を行ない、次第
に暖機終了時の回転数を、例えば600rpmに近く
するようにした。しかし、このような制御を行な
うと、冷間始動直後の回転数は、始動時の水温に
より一定とはならず、やや高い気温時の始動後は
回転が低すぎて容易に暖機されず、排気浄化装置
が正常に作動を始める時期が遅れ、有害ガスを長
時間排出する事となるし、逆に低い気温での始動
後は回転が高すぎるため、排気浄化装置、たとえ
ば触媒の作動は速まるが、機関温度が低いため要
求空燃比がリツチであり、Co濃度は高く、酸素
不足のため触媒は有効に働らかず回転が高く排気
ガス量の多い分Co排出量が増えてしまうおそれ
がある。本発明によつて、冷却水温が30℃に達
し、燃焼状態が安定するまではアイドリング目標
回転数を一定に保つことが、制御の安定上著しく
有効である。 次の表は水温（TW℃）とアイドリング目標回
転数（Ｎ_SETrpm）とのテーブルの実際の例を一
部省略して示す。

【表】 上述のテーブルは水温をパラメータとして１バ
イト×32のテーブルデータとして前述のROMに
設定されている。これを読みとり、中間値につい
ては補間計算によつて求める。データは１ビツト
当り12.5rpmであり、上表のような回転数の値と
なる。 上述した通り、オープンループ制御の基本とな
るアイドリング目標回転数Ｎ_SETを本発明によつ
て上述の値に定め、定常冷間始動に際して水温が
例えば30℃に上昇するまでは回転数を変化させな
い制御を行なうことによつて、著しく安定したア
イドリング回転が行われ、排気も安定し、有害排
出物は著しく少なくなる。 このアイドリング回転が安定化する理由につい
て、第３図を用いて、さらに具体的に説明する。
第３図は水温（TW）と吸入空気量Ｑとの関係を
機関回転数Neをパラメータにして示す図であ
る。ここで、水温TWがTW₁で、機関回転数Ne
が1000rpmを目標とすると、吸入空気量Ｑは点
のQaを与えればよい。ここで、この温度周辺で
は回転数Ne＝1000rpm一定の目標ならば、オー
プンループ制御では、水温TWの変化にしたがつ
てNe＝1000rpmの線上を動いて水温がTW₂で
点となる。水温TWの上昇と共にNeを下げTW＝
TW₂でNe＝800rpmの設定とすると、太実線曲線
を動いてTW₂で点となる。ここで、水温が
TW₁の時に、他の要因（例えば油温がまだ高
い、など）により必要空気量Qaが少なくて、フ
イードバツク制御により点で1000rpmとなつた
とし、その後、スロツトバルブを開いて走行し、
オープンループ制御のまま水温TW₂まで暖機さ
れ、アイドリング運転に戻つた場合を考える。そ
の場合、本発明によれば点より点に移行して
おり、大幅な回転数低下は起きない。しかし、目
標回転数を下げる制御方式では、点より点に
移行し、大幅な回転数低下を起こし、著しい場合
はエンストにいたる。このことは、水温TWが高
い領域では少ない空気量Ｑの差でも回転数Neの
変化が大で、水温TWが低い領域では同じNeの変
化のためにより大きなＱ変化を要することに起因
する。 更に、オーバーヒート時には冷却効果を高くす
るためにアイドリング回転数を高くする。著しい
低温時には急速な暖機と、大きな回転抵抗を克服
して回転を安定させ、エンストを防止するために
同様に目標回転数を高くする。これによつて、冷
却水温の全範囲について、始動に際して安定なア
イドリング回転が得られる。回転が安定している
ため、発進の制御も容易であり、アイドリングの
際及び発進の切換えの時に有害排出物が排出され
ることはほとんどない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体の構成を示す１実施例の
ブロツク図、第２図は本発明による水温に対する
目標回転数を示す特性図、第３図は本発明による
場合のアイドリング回転安定化機能を説明する図
である。 １……内燃機関、２……エアクリーナ、３……
エアフローメータ、４……スロツトルチヤンバ、
５……インテークマニホールド、６……フユエー
ルインジエクタ、７……スロツトル弁、８……バ
イパスポート、９……アイドルアジヤストスクリ
ユー、１０……バイパス通路、１１……アイドル
制御弁、１２……弁体、１３……ダイアフラム、
１４……スプリング、１５……負圧作動室、１６
……負圧導入通路、１７……定圧弁、１８……大
気導入通路、１９……パルス電磁弁、２０……マ
イクロコンピユータ、２１……マイクロプロセツ
サ、２２……メモリ、２３……インターフエー
ス、２４……回転数センサ、２５……水温セン
サ、２６……Ａ／Ｄ変換器、２７……スロツトル
弁スイツチ、２８……ニユートラルスイツチ、２
９……車速スイツチ、３０……Ａ／Ｄ変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の吸入空気量を制御することにより
   実回転数を目標回転数に一致させるように制御す
   るフイードバツク制御と、フイードバツクしない
   オープンループ制御とを機関の各種運転条件に応
   じて切換えて制御する吸入空気量制御装置におい
   て、機関の冷間始動からの暖機中においては機関
   温度に応じてフイードバツク制御の目標回転数を
   次第に低下させるが、上記温度範囲内の著しい寒
   冷温度範囲を除いた特定の低温度範囲では目標回
   転数を一定値に固定することを特徴とする吸入空
   気量制御装置。 ２ 上記著しい寒冷温度範囲を０℃以下の温度範
   囲とし、上記特定の低温度範囲を０〜30℃とする
   特許請求の範囲第１項記載の吸入空気量制御装
   置。