JPS63186932A - 内燃機関の吸入空気流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 り、特に、絞り弁をバイパスする通路の通路断面積を入
力電気量に応じて制御する電気駆動式の弁を備えた内燃
機関の空気流量制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

特開昭４９−８６２９号公報等で知られる空気制御装置
では、バイパス通路の断面積を制御するのにワックスに
よって駆動される弁体を用いている。

近年この弁体を電気信号で駆動するいわゆる化ｌ駆動式
の弁体が用いられるようになってきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述の電磁駆動式の弁体は、何らかの事故で
電気信号伝達線が断線した場合、弁体が全閉状態となり
、突然機関がエンジンスト−ルを生じる恐れがある。

本発明の目的は、′ｒｙ、磁駆動式の弁体に入力される
電気信号が断線等によってとだえた場合にも所定量の空
気を供給できるようにする点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するためにとられた本発明の構成は
、内燃機関に供給する空気流量を調節する絞り弁および
該絞り弁の上流側に設置して上記空気流量を検出する空
気流量検出器とを有する吸気筒と、」ユ記空気流量検出
器の（：３’ｆｆによって作動し上記空気流量に比例し
た燃料量を上記吸気筒の下流側に供給する燃料噴射ノズ
ルとを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、上記
絞り弁の上流と下流とを直接連通させる補助通路を設け
ると共に、該補助通路に入力電気量に応じてその流路断
面積を変化させる電磁駆動式の弁を設置したものにおい
て、上記電磁駆動式の弁が、上記入力電気量が零のとき
は所定の開度位置に止まりアイドル運転時に近似した空
気流量を得るごとく設定した電磁駆動式の弁であること
を特徴とするものである。

すなわち、電磁駆動式の弁体が、入力電気量界の時バイ
パス空気通路を所定量だけ開いた位置に停止するよう設
定することにより、所期の目的を達成することができる
。

〔作用〕

このように構成した本発明によれば、電気信号線や電磁
駆動手段内の′・を線がｖｒｒ線したような場合、弁体
は初期位置で停止するが、初期位置は所定の空気量で得
られる開度位置に設定しであるので、空気量が零になる
ことはない。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である内燃機関の吸入空気流
量制御装置の断面図である。吸気筒１には一次吸気筒２
と二次吸気筒３の２つの空気通路が設けられている。−
次吸気筒２の空気流量は絞り弁軸５に取り付けられた一
次側校り弁４の開度で制御され、これは絞り弁軸５に連
結された自動ル 車のアクセ只ペタルで変化させられる。同様に二次吸気
筒３の空気流量は絞り弁軸７に取り付けられている二次
側絞り弁６の開度で制御されるが、絞り弁軸５と絞り弁
軸７はリンク機構によって連結され絞り弁軸５が所定の
回転角以上に回転したときに絞り弁軸７が回転し初ぬる
ようになっている。即ち、−次側絞り弁４が所定開度に
なったとき二次側絞り弁６が開き初ぬる。

一次吸気筒２と二次吸気筒３の上流は一つの通路となっ
ており、ベンチュリ部８が形成されている。このベンチ
ュリ部８を迂回する流量計通路９が設けられ、熱線風速
計型の空気流量計１０がその中に設置されている。吸気
筒１を通過する空気流量によってベンチュリ部８の圧力
降下が定まるが、この圧力降下の程度に応じて流量計通
路９を通る空気流量も定ま、る。空気流量計１０によっ
てその流速を検出すれば吸気筒１を流れる全空気流量に
比例した信号が得られる。

吸気筒１には更に二次側絞り弁６を迂回する補助通路１
２が設けられている。この補助通路１２にはオリフィス
１３が設置され、それに対向して移動するニードル２１
を持つ電磁弁２０が吸気筒１に取り付けられている。即
ち、ニードル２１の移動によって補助通路１２を通過す
る空気流量を制御することができるようにしである。な
お、この補助癲路による空気流量制御が本発明の要点と
するところである。

第２図は第１図の電磁弁の断面図である。左端がニード
ル２１となっている中心軸の右端には可能コイル２４が
固定されており、この可動コイル２４のボビン２２には
コイル２３を収容している。

コイル２３には外部端子２５．２６よりコイル状の引ば
ね３０，３１を介して電流が与えら４しる。

また、可能コイル２４と外部ケースとの間には圧縮ばね
３２を設置しているので、コイル２：３に′上流が流れ
ないときは可動コイル２４は左方に押されてニードル２
１を突出させた状態となっている。

永久磁石２７は保持材２９に保持されスペーサ２８を介
して電磁弁２０の外部ケースに固定されている。なお、
ニードル２１に近い中心軸の部分はｌ弁２ｏの外部ケー
スに取り付けたリニアベアリング３３で支持されている
ので、中心軸の移動は円滑である。

この電磁弁２０の外部端子２５．２６よりコイル２３に
正又は負の電流を流すと、永久磁石２７の磁場との関係
で可動コイル２４はどちらかに移動する。即ち電流を流
していない時は圧縮ばね３２と引張りばね３０，３１と
のばね力が釣り合った所に可動コイル２４は位置してい
るが、コイル２３に電流を流すとその釣り合いが破れ電
流の方向によってニードル２１を左右に移動させる。

第３図はコイルに流す電流とニードルのストロークとの
関係を示す線図で、横軸は電流をＡで示してストローク
は聞１で示している。線３４が示すと ように電流ヤストロークとは比例しており、その移動は
リニアベアリング３３によって極めて円滑に行われ、ヒ
ステリシス現象を生ずることはない。

なお、ニードル２１とオリフィス１３との間の隙間断面
積の変化はニードル２１の外形によって任乃、に選択す
ることができる。

第４図はニードルのス１−ロータの隙間断面積とを比例
させた場合の線図で、隙間断面積をｎｏｚで示している
。周知の如くこのような絞りを空気が通過する場合の流
量は絞り面積にほぼ比例するので、ニードル２１の外形
を適当な曲線状の樽形にすることによってニードル２１
のストロークと隙間断面積との関係を線３５のように比
例させ、ニードル２１の動きとその隙間を通過する空気
流量とを比例させることができる。なお、ニードル２１
の外形を適宜変化させれば必要に応じてニードル２１の
ストロークと隙間断面積との関係を任意の曲線状にする
ことも可能である。

上記第１図のように構成した吸入空気流量制御装置は次
のような制御系で動作させられる５第５図はアイドル回
転数制御の場合のフローチャートである。電磁弁２０は
関数発生６’Ｊ　１０３と電気的に接続され、関数発生
器１０３はエメジンの回転数１０１の信号を入力して処
理し、電磁弁２０を作動させることによって補助通路１
２を通る空気流量を制御してエンジンの回転数１０１を
フィードバック制御している。エンジンの回転数１０１
がアイドル運転状態にあるときは、吸入負圧や車速の条
件１０２を関数発生器１０３に入力し、アイドル回転数
に対応する基ＱＱレベル１０４と比較している。即ち、
所定のエンジン回転数よりも低いときはニードル２１の
ストロークを増し補助通路１２を通る空気流量を増すよ
うに電磁弁２０を作動させる。このように補給する空気
流量を加減することによって変化したエンジンの回転数
を再び関数発生器１０３で基ベハレベル１０４と比較さ
れ、結局は一つの閉ループを形成することになる。なお
、ニアコンディショナを作動させた。

ときはその動力を必要とするので、基準レベル１０４は
高い値に設定される。

第６図は第５図を更に詳細に説明するフローチャートで
ある。エンジン回転数の検出法にはクランク角速度やデ
ィストリビュータの位置（８号等を検出する方法がある
が、どちらを用いても良い。

なお、空気流量と同時に燃料流量も制御する場・合はク
ランク角度を検出する方がエンジンの調子が良く判るの
で便利である。アイドル回転数制御の目的は、エンジン
が不調とならない範囲で知るべく低い回転数に保ち、燃
料消費量、有害生成の排出ガスを減少させることである
。

従来、アイドル運転状態を検出するには絞り弁０８度を
機械的に検出するマイクロスイッチを用いる方法が行わ
れていた。この方法は本実施例においても有効な手段で
ある。第６図に示すアイドル判定条件１１０は車速Ｖが
零であること、吸入負圧ＰＢが所定値Ａ以下であること
およびエンジンオイルの温度Ｔｏが所定値Ｂ以下である
ことを条件としている。

上記吸入負圧ＰＨを絶対値とした理由は負圧の高低を絶
対値で表わした方がまぎられしくなく正確に表示できる
ためである。なお、トランスミッションギアがニュート
ラルにあることを条件としても良いが、自動変速車では
信号待ち等で停屯しているときは一般にギアがニュート
ラル（を置に戻されていないことを考慮して、本実施例
では車速と吸入負圧等を用いて判定することにした。エ
ンジン油温Ｔｏはエンジン冷却水の水温を用いてもよい
が、本実施例ではエンジン始動時の空気量補正も行って
いるので油温条件を入れた方が適当である。但し、始動
時の空気量補正を行わない場合はこの条件を省くことが
できる。また、アイドル運転状態ではニアコンディショ
ナー、特にクーラ−を作動させるときは一般にアイドル
回転数を高８カ めでいる。このようなときは補東通路１２を通る空気流
量を増加させれば良いが、そのためには通常のアイドル
回転数よりも高い回転数となるようター作動時のアイド
ル回転数の増加分をＮ２とすれば、Ｎｔ＋Ｎ２＝Ｎｏ　
を基準レベルに設定することになる。

このようにして関数発生器１０３にアイドル制御信号を
与えれば１個の電磁弁２０で制御可能となり、個々の制
御信号に対応する別々のアクチュエータを用いる必要が
ない。なお、判定条件１１１は従来設けられているクー
ラー用アクチュエータの作動用信号を使用すれば良い。

本実施例の吸入空気流制御装置ｚ最も特徴的なことは、
第３図に示すように電磁弁２０が電流が点である。即ち
、電流零の状態でアイドル回転数が通常の状態になるよ
うに電磁弁２０を設定すれば、杼道のエンジン条件の変
化に対してはニードル２１の動きは極めて僅かの動きで
対処できる。

もし何等かの原因で電磁弁２０へ電流が流れないような
故障が生じても、エンジンの回転数が異常に変化するこ
となく所定の回転数に近い回転数で安全にアイドル運転
させることができるという利点がある。

第７図は第１図の吸入空気流量制御装置による減速時の
吸入負圧制御のフローチャートである。

減速時あるいは下り坂を自動車が走行するときは絞り弁
４，６より下流の吸入負圧は上Ｊ、’７．　Ｌｌ、Ｈ，
ｙ、ｐ料やエンジンオイルの消費量が増大する等の好ま
しくない現象が生ずる。これを防止するには吸入負圧を
低下させれば良いが９本実施例の装置では吸入負圧を検
出して電磁弁２０を作動させ補助通路１２より空気を補
給することによって容易に目的な達成することができる
。即ち、吸入負圧１０５と空気流量計１０の空気流量１
０６の信号は関数発生器１０３に伝達されて処理され、
関数発生器１０３の出力信号によって電磁弁２０は作動
する。

第８図は第７図を更に詳細に説明するフローチャートで
ある。判定条件１２０は吸入負圧ＰＢが所定値へ以上の
ときだけ作動し、判定条件１２１は空気流量計１０で検
出した空気流量の時間的変化が所定値以下であるときは
制御条件１２２に伝えて負圧ｐａを所定値Ａ以下にする
信号を発生する。もし時間的変化が所定値より大きいと
きは空気流量の時間的変化率ｄ　Ｑ　ａ　／　ｄ　ｔを
所定値以下にする信号を発生させる。これらの信号のい
ずれかは関数発生器１０３に伝達されて処理され電磁弁
２０を制御することになる。例えば長い下り坂を走行す
るときは空気流量の時間的変化が少いので制御条件１２
２を用い、急速減速時等は吸入空気流量が急変するので
制御条件１２３を用いる。

急減速時等で吸入空気量が急激に減少した場合はエンジ
ンストール（失速）状態になったり、未燃焼炭化水素を
多量に発生する等の好ましくない現禿を起すが、従来は
ダッシュポットを設けて絞り弁が急速に閉止することを
防止するという手段を用いていた。このダッシュボッＩ
−の作用は、エンジンの吸入空気流量の時間的減少率を
一定値以下に抑えようとするものであり、本実施例の制
御方法と同じである。

第１図の吸入空気流量制御装置では第５図に示したよう
にエンジンの回転数も検出しているので、エンジン回転
数の時間的変化率を制御することも可能である。また、
従来は吸入負圧を一定にする手段としては絞り弁を一定
開度に開いて匹くいわゆるスロットルポジショナ−が多
く用いられていた。しかし一般には開度一定にして、吸
入負圧を一定にしたり時間の関数として制御することは
困難なことである。本実施例の吸入負圧を制御する方法
は、吸入負圧を検出してフィードバンク制御しているの
で精密な調節が可能となる。なお、減速時制御は燃料カ
ットの状態で行われることが多いが、例えば長い下り坂
等でエンジンブレーキが必要な場合は、吸入負圧が所定
値より大きくなっている時間が設定時間以上持続すると
きに燃料系を作動させるようにすればよい。

第９図は第１図の吸入空気量制御装置によるエンジン始
動暖機時の動作を示すフローチャートである。始動暖機
時は濃厚な混合気を必要とするばかりでなく、摩擦トル
クが大きいので暖機完了後に比べて多量の空気流量を必
要とする。従来は始動時の大気温によって初期空気流量
を定め、オートチョーク機構を用いて空気流量を次第に
減少させる方法が行われて来た。或いはエンジンの冷却
水を感熱体に導びいて、水温が上昇すると共に絞り弁開
度を減少させ方法等も用いられていた。

本実施例においては、エンジンオイルやエンジン冷却水
の温度を検出して吸入空気流量を制御することができる
。即ち、エンジンオイルの油温１２５を検知した信号を
関数発生器１０３に伝達して処理し、その出力によって
電磁弁２０を作動させる。

このようにして補助通路１２を通る空気流量を暖機と共
に調節すれば最適の暖機運転状態が得られる。なお、こ
の場合はエンジンの摩擦トルクに最も関係が深い油温１
２５を検知させるのが適当である。

第１０図は第９図を更に詳細に説明するフローチャート
である０判定条件１３０のＴＯはエンジンの暖機が終了
したと見做せる温度で、油温Ｔがｒｏより低いときだけ
判定条件１３１に出力する。

エンジンの油温１２５はサーミスタや熱電対を用いて検
知することができ、又はバイメタル等の感熱体を利用し
ても良い。判定条件１３１はエンジン回転数Ｎｏをその
上限としているもので、エンジン排気管に設置した排気
ガスを浄化するための触媒を保護するために設定しであ
る。即ち、過剰の燃料が燃焼することなく触媒管に流れ
出ると触媒管で燃焼し触媒を変化させるばかりでなく、
排気管より火を吹き火事となることもあるのでこれを防
ぐためである。

始動暖機時の回転数Ｎは、時間ｔと上限回転数Ｎｏとの
関係として定まり、暖機運転中はＴ−Ｔ。

の信号を関数発生器１０３に伝達して電磁弁２０を作動
させる。−六回転数Ｎが所定値よりも人となったときは
、その差の信号Ｎ　−Ｎｏ（ｔ　）を関数発生器１０３
に送り、電磁弁２０を作動させて補助空気流量を減少さ
せて回転数Ｎを低下させる。

このような制御はアイドル運転状態時だけでなく走行中
にも作動しているが、燃料流量を油温１２５の関数とし
て制御しているので何等支障を来すことはない。また、
走行中の補助空気流量はアクセ械ペダルの踏込み量、即
ち絞り弁の開度に関連して変化するだけとなる。上記の
ように始動暖機時は油温、エンジン回転数および時間の
３要素を検出して制御しているので、好適かつ正確な始
動暖機特性が得られる。

以上第１図に示す本実施例の吸入空気量制御装置は、ア
イドル運転時のエンジン回転数、減速時の吸入負圧およ
び始動暖機時のエンジン回転数を１個の電磁弁で制御す
ることができる。これをまとめて示したのが第１１図で
、第６図、第８図および第１０図に示す制御を綜合した
制御系のフローチャートである。

このフローチャートにおいて、吸入負圧の判定を最初に
行い、次に暖機が完了しているかどうかの判定を行うよ
うになっているが、これは次の理由による・ アイドル回転制御と始動暖機制御は、通常は車速ゼロで
、所謂無負荷状態における補助空気量の制御を行うもの
であるが、この条件下においても。

アクセルが踏み込まれることがある。この場合において
も、補助空気量は適性に制御される必要がある。そして
、この時、このフローチャートに従えば以下の様に制御
される。

暖機完了前で、ギヤがニュートラル状態のときに、アク
セルが踏み込まれてレーシング状態（空らぶかし状態）
になると、アイドル回転数より回転数が高くなるが、温
度が所定値より低い場合は、電磁弁のの開度は始動暖機
制御状態（第１０図参照）に維持され、温度が所定値よ
り高くなった時点でアイドル制御に移る。また、この時
、急にア１し クセ賊が戻されても、無負荷故吸入負圧はさほど高くな
らないで減速条件も満足せず減速制御には入らない。従
って、温度あるいは回転数に応じたバイパス空気量が確
保される６また、暖機完了前にアクセルが踏み込まれて
ギアが入り車両が走り始めても、温度が所定値より低い
場合はレーシング時同様、電磁弁の開度は回転数に関係
なく始動暖機制御状態（第１０図参照）に維持され、温
度が所定値より高くなった時点でアイドル制御に移る。

ただし、この場合、急にアクセルが戻されると装置は減
速を検知し、減速制御状態（第８図参照）に移行する。

従って、始動暖機時に無理に車を走行させた場合の減速
時にバイパス空気量が不足してエンジンスト−ルを生じ
たり、排気ガスの成分が悪化することがない。

車両が停止してもまだ機関の温度が所定値より低ければ
その時点で電磁弁の開度は始動暖機制御状態（第１０図
参照）に維持される。したがって、暖機中にアクセルが
踏み込まれて一旦スロットル弁が開いた後、急に戻され
たような場合でも温度が所定値より低い場合は電磁弁の
開度は始動暖機制御状態（第１０図参照）に維持され、
温度に応じたバイパス空気量が確保される。

すなわち、この実施例の吸入空気量制御装置では、吸入
負圧の判定条件１２０を最初に行い、設定値Ａより高い
ときは第８図のフローチャートを用いて補助通路より供
給する空気流量を増し好適な吸入負圧とする。設定値Ａ
よりも吸入負圧が低いときは油温判定条件１３０に信号
を送り、油温Ｔが所定値Ｔ”ｏよりも高い時は第６図の
アイドル回転数の制御を行わせる。もし油温′ｒがｒｎ
より低いときは第１０図の制御を行わせてエンジンの回
転数の制御を所定値Ｔ’ｏに等しくなる時まで続行させ
る。なお、上記第６図に示すアイドル回転数の制御の場
合ニアコンディショナが作動状態にあるかどうかも判定
条件に入れるので適確な制御を行うことができる。

前記のように本実施例の装置の要点である補助通路には
オリフィスが設けられている。このオリフィスの径等に
ついて実験した結果を次に述へる。

容量２，０ＯＯｃｃのエンジンの場合のアイ１くル運転
時の空気流量は第１図の絞り弁４，６を全開状態にした
とき補助通路１２のオリフィス１３の直径を約４．５ｍ
にしたときに得られた。また、外気温度が一２０℃のと
きエンジンを円滑に暖機する場合に必要な最大空気流量
は、補助通路１２に直径１３ｍｍのオリフィス１３を挿
入したときの空気流量に等しかった。エンジンの排気容
量をＶとしてこの量が供給空気量にほぼ等しいと考える
と、補助通路１２の空気流量はオリフィス１３の面積に
比例するので次式が成立する。

ｖ−Ｉｒ　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・（
１）但し、［）はオリフィスの直径である。補助通路１
２の開口が最大となるのは始動暖機時であるので、（１
）式から次式が得られる。

Ｄ−ａｘ＝　１３　（Ｖ／　２，０００）２・””’（
２）エンジンの必要空気量はエンジンが異なると２０％
程度の差があるので、（２）式より次の値が求められる
。

Ｄ、ａ、＝　１３　Ｘ　１．２　（Ｖ／２，０００）２
：１６　（Ｖ／２，０００）２ したがって、アイドル運転時の回転数制御の場合を考え
ると、電磁弁２０のニードル２１とオリフィス１３とで
形成する開口面積は円形の絞りに換算すルト直径４．５
ＩＩＩ１１カら１６（Ｖ／２，０００）”の範囲にあれ
ばエンジン容量が変化した場合にも適用できる。

以上本実施例の吸入空気流量制御装置は、吸気筒絞り弁
の上流と下流とを直接連通する補助通路にその流路断面
積を変化させる電磁駆動式の弁を設置し、機関の運転状
態に応じた入力電気量によって補給空気流量を制御して
好適な運転状態に制御し、万一制御系が故障して電ａ％
動式の弁が作動しなくなってもアイドル運転に近い状態
に優待して安全に運転できるという効果をもっている。

上記実施例は吸気筒を２個有する複胴式吸気筒を例とし
て説明したが、単胴式吸気筒にも適用できる。また、関
数発生器は従来の電子回路を用いたものでもマイクロコ
ンピュータを用いたものでも良い。

なお、本発明の内燃機関の吸入空気流量制御装置は、暖
機終了後は温度に関係無く所定の回転数に設定するので
、マイクロコンピュータで制御する場合には、暖機完了
後は温度−電圧一回転数のマツプによる不必要な変換ス
テップを実行する必要が無くなり、その分ソフトが簡単
になり、また処理時間を短縮することができる。

〔発明の効果〕

本発明は、電磁駆動方式の弁体に入力される電気信号が
Ｗｒ線等によってとだえた場合にも所定量の空気を供給
できる内燃機関の吸入空気流量制御装置を提供可能とす
るものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例である内燃機関の吸入空気流
量制御装置の断面図、第２図は第１図の電磁弁の断面図
、第３図はコイルに流す電流とニー１〜ルのストローク
との関係を示す線図、第、４図はニードルのストロータ
と隙間断面積とを比例させた場合の線図、第５図はアイ
ドル回転数制御のフローチャート、第６図は第５図を更
に詳細に説明するフローチャー１−１第７図は減速時の
吸入負圧制御のフローチャー１・、第８図は第７図を更
に詳細に説明するフローチャート、第９図はニンジンの
始動暖機時のフローチャート、第１０図は第９図を更に
詳細に説明するフローチャート、第１１図は第６図、第
８図および第１ｏ図の制御を綜合した制御系のフローチ
ャートである。 １・・・吸気筒、４・・・−次側絞り弁、６・・・二次
側絞り弁、８・・・ベンチュリ部、９・・・流量計通路
、１０・・・空気流量計、１２・・・補助通路、１３・
・・オリフィス、図面の浄書 補Ｔ：Ｌ；ａ＃ 剃１図 図面の浄書（ 補正図面 も２図 第５Ｉ２１ ．第　７　霞 昂　δ　国 ｙ　ｃＩ　図 、！ｆＪ／θ　図 ＡＩＩ＄ ／Ｚθ 手叙Ａ　−？ｔ１７　ｘｘ−ミ岩＝（方式）昭和６３年
　２月２５　　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、内燃機関に供給する空気流量を調節する絞り弁およ
   び該絞り弁の上流側に設置して上記空気流量を検出する
   空気流量検出器とを有する吸気筒と、上記空気流量検出
   器の信号によつて作動し上記空気流量に比例した燃料量
   を上記吸気筒の下流側に供給する燃料噴射ノズルとを備
   えた内燃機関の空燃比制御装置において、上記絞り弁の
   上流と下流とを直接連通させる補助通路を設けると共に
   、該補助通路に入力電気量に応じてその流路断面積を変
   化させる電磁駆動式の弁を設置したものにおいて、上記
   電磁駆動式の弁が、上記入力電気量が零のときは所定の
   開度位置に止まりアイドル運転時に近似した空気流量を
   得るごとく設定した電磁駆動式の弁であることを特徴と
   する内燃機関の吸入空気量制御装置。