JPH02130230A - 吸入空気量制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エンジンの吸入空気量を制御する吸入空気量
制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、アクセルペダルと機械的に直結していないで
、電子制御装置からの指令によりスロットル弁を開閉す
るリンクレススロットル弁制御装置が知られている。こ
の種の装置では、吸気通路を１箇所または２箇所の弁で
最小流量から最大流量まで制御するために、スロ・ント
ル弁に故障が生じ、特に開いたまま止・よった場合には
車両走行がほとんど不可能となる。このような問題を解
決する技術として、例えは、特開昭６１−８４４１号公
報に記載されているように、主スロットル弁を設けたメ
イン通路に対して、補助弁を有するバイパス通路を設け
、主スロットル弁の故障時に補助弁を開くものがある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、この従来の技術は、主スロットル弁が全開にな
ってはじめて有効となり、半開状態の場合には補助弁は
作動しないために十分なフェールセーフ機能を果たさな
い。また、補助弁も同時に故障が生じた場合にも同様な
問題が生じる。

本発明は、上記従来の技術の問題点を解消することを課
題とし、吸気通路に、小型の多数の開閉弁を設けること
により、フェールセーフ機能を高めるとともに、これら
を効率よく駆動する吸入空気量制御装置を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためになされた本発明の吸入空気
量制御装置は、 内！！Ａ機関の吸気通路に、多数の電磁式の開閉弁を行
列状に配置した吸入空気量制御装置でありで、上記開閉
弁の行側と列側の個数を互いに素とし、各行および各列
の開閉弁を並列に行駆動回路および列駆動回路に接続す
るとともに、行駆動回路および列駆動回路から駆動信号
が共に出力されたときに各開閉弁を開かせるように構成
し、さらに行駆動回路および列駆動回路を介して、開閉
弁を所定周期にて全開または全開状態で駆動すると共に
デユーティ比で駆動する制御手段を設けたことを特徴と
する。

また、請求項２では、請求項１の制御手段に、基となる
行側および列側の各開閉弁を所定の駆動周期の整数倍毎
に順次切り換える切換手段を設けたことを要旨とする。

［作用］ 本発明の吸入空気量制御装置では、吸気通路に多数の開
閉弁が配置されているので、一部の開閉弁が故障しても
他の開閉弁にて補われることから、優れたフェールセー
フ機能を発揮する。

また、行列状に配置された各開閉弁は、行駆動回路およ
び列駆動回路から共に駆動信号が出力されたときに全開
駆動されるように構成されているが、その開閉弁の個数
は、行と列とで素の関係になっている。したがって、本
発明では、例えば同じ数の開閉弁を行側と列側とで等し
い数に設定した場合に比べて、細かい流量幅で、しかも
多数の流量状態の設定が可能になる。

さらに、請求項２０制御手段の切換手段によれば、基と
なる行側および列側の各開閉弁が所定の駆動周期の整数
倍毎に１（ＩＲ次切り換えられるように駆動されるから
、開閉弁の行側および列側を素数に配列したこととの相
乗作用により、各開閉弁の開閉頻度が均一になる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

第１図はエンジンおよびその周辺装置を示す概略構成図
である。図示するように、エンジン１は、大気より空気
を吸入するとともに燃料噴射弁３から噴射される燃料と
空気とを混合して吸気ボート５に導く吸気系７と、点火
プラグ９に形成される電気火花によって点火された混合
気の燃焼のエネルギをピストン１０を介して回転運動と
して取り出す燃焼室１１と、燃焼後のガスをｎト気ポー
ト１２を介して排出する排気系１３とを備えて構成され
ている。

吸気系７には、上流から、エアクリーナ１４、吸入空気
量を制御する流量制御弁１６、吸入空気の脈流を平滑化
するサージタンク１８が設けられている。したがって、
吸入空気量は、後述する電子制御装置７０から駆動信号
力着禿量制御井１６に出力されて開閉制御されることに
より調節される。

流量制御弁１６を介して吸入される空気と燃料噴射弁３
より噴射された燃料との混合気は、燃焼室１１に吸入さ
れ、ピストン１０により圧縮された後、点火プラグ９に
形成される電気火花によって着火される。着火された混
合気は、爆発的に燃焼してピストン１０を駆動した後、
排ガスとなって排気系１３に排出され、触謀装置２０に
より浄化された後、大気に放出される。

また、吸気系７には、エンジン１等の運転状態を検出す
る各種のセンサ、すなわち、吸気温度を検出する吸気温
センサ２２、サージタンク１８に設けられ吸気管負圧を
検出する吸気圧センサ２６が設けられている。

エンジン１の各気筒に設けられた点火プラグ９は、図示
しないクランク軸の回転に同期してイグナイン３０に生
成される高電圧を配電するディストリビュータ３２に、
高耐圧コード（図示せず）により接続されている。この
ディストリビュータ３２内には、エンジン１の回転数に
応じたパルスを発生する回転数センサ３４が設けられて
いる。

なお、エンジン１のシリンダブロック３日は、循環する
冷却水によって冷却されており、エンジン１の運転状態
のひとつであるこの冷却水の温度は、シリンダブロック
３８に設けられた冷却水温センサ３９により検出される
。また、アクセルペダル４０には、アクセル操作量およ
び全開検出信号を出力するアクセルセンサ４２が設けら
れている。

上記流量制御弁１６は、同一の構成の１０４個の開閉弁
５０ｉ、、（１≦１≦８．１≦ｊ≦１３）を８行１３列
に配置することにより構成されている。

この開閉弁５０ｉ、、は、第２図ないし第４図に示す構
成を備えており、すなわち、プラスチック製の弁本体５
１に形成された嵌合孔５２と、弁本体５１に設けられた
コイル５３と、上記嵌合孔５２に嵌合され、コイル５３
への通電により磁化される磁性部材５４と、サージタン
ク１８（第１図）に連通ずる通路５５と、この通路５５
に接続され、吸入口側に連通している通路５６と、吸入
通路５６を遮断する弁体５７を装着しその外周部こご連
通孔５８を有する可動部材５９と、この可動部材５９に
はね力を付勢するばね６０とを備えている。

上記構成において、コイル５３の非通電時には、ばね６
０のばね力にて可動部材５９の弁体５７が通路５６を閉
じ、サージタンク１８側に通じる通路５５を遮断する。

一方、コイル５３に通電すると、可動部材５９がはね６
０に抗してストッパ６１に当たるまで吸引する。これに
より、通路５６は開き、可動弁体５９の連通孔５８、吸
入通路５５を介してサージタンク１８側へ連通し、よっ
て、通路５６からサージタンク１日へ空気を導く。

この開閉弁５０ｉ、、のコイル５３への信号は、第５図
および第６図に示す電子制御装置７０により出力される
。電子制御装置７０は、周知のＣＰＵ７１、Ｒ０Ｍ７２
、ＲＡＭ７３を備えたワンチップマイクロコンピュータ
を中心に構成されており、さらに、上記各センサやスイ
ッチからの信号を取り込みディジタル信号に変換する人
力ポードア４と、回転数センサ３４からの人力周期を計
測する人力カウンタ７５と、所定のクロック周波数を出
力するタイマ７６と、人力カウンタ７５とタイマ７６の
内容によってＣＰＵ７１に割込をかける割込制御部７７
と、イグニッションスイッチ７日により電源７９に対し
てオン◆オフされる電源回路８０と、電源回路８１によ
り制御データを保持するＣＲＡＭ８２と、ＣＰＵ７ｉか
ら出力される信号に基づいて流量制御弁１６への駆動信
号に変換する出力回路８３とを備えている。

この出力回路８３は、第６図に示す構成を備えている。

すなわち、出力回路８３は、行側として８木の行ライン
回路９１ｎ１に接続した行パラレルボート９２と、列側
として１３本の列ライン回路９３ｍ、に接続された列パ
ラレルボート９４とを備えており、各行ライン回路９１
ｎ１および列ライン回路９３ｍ、は、ＣＰＵ７１により
オンオフ制御されるトランジスタ９５旧、９６ｍ、を有
するとともに、その行ラインと列ラインの交差する箇所
に開閉弁５０＋、、のコイル５３ｉ、ｉがそれぞれ接続
されている。したがって、ＣＰＵ７１から行パラレルボ
ート９２または列パラレルボート９４に駆動信号が出力
されると、各トランジスタ９５ｎ１．９６ｍ７が選択的
にオンし、それぞれの列ラインと行ラインが共にオンと
なった箇所の開閉弁５０ｉ、、のコイル５３．、が励磁
され、開閉弁５０ｉ、、が開くことになる。

上記電子制御装置７０は、上記各種のセンサやスイッチ
からの出力信号に基づいて目標吸入空気量を算出し、こ
の目標吸入空気量を達成すべく、行ライン回路９１ｎ＋
および列ライン回路９３ｍ７を通じて所定の個数だけ各
開閉弁５０１．ｊを所定駆動周期毎に開閉駆動する。

この制御においては、所定駆動周回毎に、基となる行お
よび列の位置を順次１ラインずつオン・オフ状態を進め
る制御と、１ラインのデユーティ比での制御とを絹み合
わせて行われる。例えは、行ライン回路９１ｎ１のうち
行ライン回路９１ｎ４および９１ｎ５の２行がオンにさ
れ、列ライン回路９３ｍＪのうち９３ｍ４〜９３ｍ８の
５列がオンにされ、合計１０個の開閉弁５０ｉ、、が開
になっている場合において、基となる行ライン回路９１
ｎ４は、次の駆動周期ではオフにされると同時に別の行
ライン回路９１ｎ６がオンになり、行ライン回路９】Ｉ
Ｉ５が基の行になる。また、同時に、基となる列ライン
回路９３ｍＡはオフにされ、列ライン回路９３ｍ９がオ
ンになり、行ライン回路９３ｍ５が基の列になる。この
ように本制御では、同じ個数だけ開閉弁５０．、、を開
く指令が出力されても、それらは順次行ライン回路９１
ｎ、および列ライン回路９３ｎｌｊのオン・オフが進め
られる制御である。また、このときに、デユーティ制御
も同時に行われる。

デユーティ制御は、第１表にしたがって行われる。

すなわち、行ライン回路９１ｎ１または列ライン回路９
３ｍ、のオン・オフ制御により所定個数の開閉弁５Ｃｈ
、；がデユーティ比制御され、つまり、開弁の制御対象
となる開閉弁５０．、のうち１ラインで１個の開閉弁５
０ｉＪを開くことができる小流量のときには、２ライン
の駆動で２個の開閉弁５０、をデユーティ制御し、１ラ
インで同時に２個以上の開閉弁５０ｉ、、ｂか開閉でき
ない大流量のときにば、その個数をデユーティ制御する
。例えは、上記例では、列ライン回路９３ｍｑをオンし
ても、２個の開閉弁５０４．Ｑ、５０５．９ｂか同時に
開くことができないから、２個の開閉弁５０ａ、９．５
０５．９をデユーティ比制御する。なお、デユーティ比
は、後述する理由により、開閉弁５０；ｊの開く個数が
少ない小流量の場合には、所定量だけオーバーラツプし
て設定されている。

次に上記実施例の効果について説明する。

本実施例では、１０４個の開閉弁５０ｉ、、で吸入空気
量の制御を行っているので、たとえ、数個の開閉弁５０
ｉ、、が故障しても、他の多数の開閉弁５０　ｉ　、ｉ
にて補われるので、フェイルセーフに優れている。例え
ば、３個の開閉弁５０ｉ、、でアイドル制御を実行して
いる場合において、１個の開閉弁５０８．、が故障した
ときに、後述する故障検出手法により、故障した開閉弁
５０：、４を特定してこれを避けて駆動することが容易
であり、また、故障した開閉弁５０１．と共に駆動して
も３／１０４の時間のうち１７３の吸入空気量が変動す
るだけなので、退避走行は十二分に可能であり、優れた
フェールセーフ機能を発揮することが分かる。

また、上記実施例では、開閉弁５０ｉ、、の配置にも特
徴を有する。すなわち、行ライン回路９１ｎおよび゛列
ライン回路９３ｍ、を順次オン・オフすると、第２表に
示すように０を含めて５７通りの吸入空気量の設定が可
能になり、しかも、吸入空気量の設定も漸次増加するよ
うに細かいものである。これを単に１００個の開閉弁を
１０行、１０列に配置したものと比較すると、第３表に
示すように４３通しかできず、しかも、多くの吸気量を
要する状態では、７０．７２．８０．８１．９０．１０
０というように、７２の次に８０、その次に８１と？禿
量巾吊が大きくなったり、つまったりする部分が生じて
無駄な設定状態となる。しかしながら、本実施例では、
第２表のように流量の設定数も増加するとともに、それ
らの間隔も細かくなる。

また、上記実施例では、一部の開閉弁５０ｉ、、をデユ
ーティ制御しているので、吸入空気量の連続性が確保さ
れ、さらに第１衷に示すように吸気量の狭い範囲では流
量範囲をオーバーラツプさせてヒステリシスを設けてい
るので、ハンチングも防止されるという効果もある。

また、上記実施例において、開閉弁５０．、ｊを、互い
に素となる８と１３とを用いて８行１３列に配置してい
るので、所定の駆動周期毎に切り換えていった場合に、
すべての開閉弁５０＋、ｊの使用頻度が等しくなり故障
率が低下する。

例えば、上述したように１０行１０列に開閉弁を配置す
ると、行と列に共役数をもつことになり、駆動される開
閉弁が偏ることになる。すなわち、いま、１個の開閉弁
を駆動しようとすると、１行１列→２行２列→・・・１
行Ｊ列→１行１列のように対角線上の開閉弁だけが繰り
返して開閉駆動されることになる。しかし、本実施例で
は、８．１３のように互いに素であるので、均等に駆動
されることが保証され、よって開閉弁５０ｉ、、の故障
率も低減される。

次に、上記構成における流量制御弁１６において、いず
れの開閉弁５０＋、Ｈが故障しているかを検出システム
について説明する。このシステムの原理は、アイドル回
転数制御時等の定常運転状態において、一部の開閉弁５
０　；　−３の故障時における吸入空気量の減少状態を
検出することを利用したものである。すなわち、アイド
ル回転数制御中か否かを判定し、肯定判断のときに吸気
圧センサ２６からの吸気管圧力を一旦記憶し、この値よ
り所定値以下だけ低い値が検出され、かつその低い値が
制御指令時間だけ連続した場合に、最初に開制御された
開閉弁５０ｉ、Ｊを異常と判定する。このような検出手
法について具体例を用いて説明すると、いま、アイドル
回転数制御時の吸入空気量が３個の開閉弁５０ｉ、、に
より供給されている場合において、１個の開閉弁５０ｉ
、、が閉じた状態で故障したときに、故障している開閉
弁５０ｉ、、を含んで開制御指令が出力されても、９個
しか開かない。つまり、順次行ライン回路９１ｎ１およ
び列ライン回路９３ｍＪを切り換えていったときに、故
障した開閉弁５０．、、を含んだものを駆動したとき、
開いている開閉弁５０ｉ、、が３個から２個へと少なく
なり、よって、その時点にて吸気管圧力が低下する。そ
して、該故障している開閉弁５０ｉ、；へ開制御指令が
出力されている駆動周期の間だけ吸気管圧力の減少した
状態が継続するから、この状態のときにその開閉弁５０
ｉ、、を異常と判定する。

逆に、ある開閉弁５０ｉ、、が開いた状態で故障した場
合には、アイドル回転数制御の働きで、開制御指令の対
象となる開閉弁は３個から２個に減らされる。したがっ
て、故障している開閉弁５０、を除いた開閉弁５０１．
に開制御指令が出力されているときには、故障した１個
の開閉弁５０．、と圧密時動作の２個の開閉弁５０１．
とて吸入空気が導入され、一方、故障した開閉弁５０１
．を含んで開信号が出力された場合には、１個の故障し
た開閉弁５０．、と、他の正常な１個の開閉弁５０；の
合計２個にて吸入空気が導入される。したがって、開閉
弁５０．、は、やはり３個から２個へ減り、吸入空気量
は減少する。

このように開閉弁５０．、の故障は、全閉または全開の
いずれの故障の場合でも、吸入空気量の減少、ひいては
吸気管圧力の変動となって現れるから、開閉弁５０１．
自体にセンサを設けなくても、故障した開閉弁５０ｉ、
、を検出することができることになる。

なお、この故障判定のエンジンの運転状態は、吸気管圧
力の他に、エンジン回転数、吸気流量等でよいことは勿
論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれは、複数の開閉弁か
ら流量制御弁を構成しているので、一部の開閉弁が故障
しても、他の多数の吸気弁にて補われることから、優れ
たフェイルセーフを有する。

また、本発明では、各開閉弁が行列状で、しかも行側と
列側か素数に配置されているために、例えば同じ数の開
閉弁を行側と列側とで等しい数に設定した場合に比べて
、細かい流量の変化幅で、そのうえ多数の流量状態の設
定が可能になる。

さらに、請求項２の制御手段の切換手段により、基とな
る行側および列側の各開閉弁を所定の駆動周期の整数倍
毎に順次切り換えることにより、開閉弁の行側および列
側を素数に配列したこととの相乗作用により、各開閉弁
を均一に開閉駆動することができ、よって各開閉弁の故
障率を低下仕ることができる。

第１表 第３表 第２表

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のエンジンおよびその周辺装置を示す
構成図、第２図および第３図は開閉弁を示す断面図、第
４図は第３図の端面図、第５図は同実施例の電子制御装
置およびその周辺装置のブロック図、第６図は流量制ｉ
卸弁の出力回路図である。 １６・・・流量制御弁　　２６・・・吸気圧センサ５０
ｉ、、・・・開閉弁　　７０・・・電子制御装置　　８
３・・・出力回路　　９１ｎ１・・・行ライン回路　　
９３ｍ、・・・列ライン回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関の吸気通路に、多数の電磁式の開閉弁を行
   列状に配置した吸入空気量制御装置であって、 上記開閉弁の行側と列側の個数を互いに素とし、各行お
   よび各列の開閉弁を並列に行駆動回路および列駆動回路
   に接続するとともに、行駆動回路および列駆動回路から
   駆動信号が共に出力されたときに各開閉弁を開かせるよ
   うに構成し、さらに行駆動回路および列駆動回路を介し
   て、開閉弁を所定周期にて全開または全閉状態で駆動す
   ると共にデューティ比で駆動する制御手段を設けたこと
   を特徴とする吸入空気量制御装置。 ２　制御手段は、基となる行側および列側の各開閉弁を
   所定の駆動周期の整数倍毎に順次切り換える切換手段を
   設けたことを特徴とする請求項１記載の吸入空気量制御
   装置。