JPH0252109B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の吸入空気流量制御装置に係
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
ツクスによつ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電
磁駆動式の弁体が用いられるようになつてきた。

〔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ールを
生じる恐れがある。

本発明の目的は、電磁駆動式の弁体に入力され
る電気信号が断線等によつ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、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もので
ある。

すなわち、電磁駆動式の弁体が、入力電気量零
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電線が断線したような場
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てあるの
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。一次吸気筒２の空気流量は絞
り弁軸５に取り付けられた一次側絞り弁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
車のアクセル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はリンク機構によつて連
結された絞り弁軸５が所定の回転角以上に回転し
たときに絞り弁軸７が回転し初めるようになつて
いる。即ち、一次側絞り弁４が所定開度になつた
とき二次側絞り弁６が開き初める。

一次吸気筒２と二次吸気筒３の上流は一つの通
路となつており、ベンチユリ部８が形成されてい
る。このベンチユリ部８を回する流量計通路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
量によつてベンチユリ部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によつて
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１２が設けられている。この補助通路１２
にはオリフイス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
移動によつて補助通路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てある。なお、こ
の補助通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となつ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を介してて電流が与れら
れる。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に電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２１を突出させた状態となつ
ている。永久磁石２７は保持材２９に保持された
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
軸の部分は電磁弁２０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３
２と引張ばね３０，３１とのばね力が釣り合つた
所に可動コイル２４は位置しているが、コイル２
３に電流を流すとその釣り合いが破れ電流の方向
によつてニードル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mmで示している。線３４が示す
ように電流と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によつて極めて円滑
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とオリフイス１３との間
の隙間断面積の変化はニードル２１の外形によつ
て任意に選択することができる。

第４図はニードルのストロークの隙間断面積と
を比例させた場合の線図で、隙間断面積をmm²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
することによつてニードル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２
１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。

第５図はアイドル回線数制御の場合のフローチ
ヤートである。電磁弁２０は関数発生器１０３と
電気的に接続され、関数発生器１０３はエンジン
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つて補助通路１２を通
る空気流量を制御してエンジンの回転数１０１を
フイードバツク制御している。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準レベル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つて変化したエンジンの回転
数を再び関数発生器１０３で基準レベル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、エアコンデイシヨナを作動させた
ときはその動力を必要とするので、基準レベル１
０４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
ヤートである。エンジン回転数の検出法にはクラ
ンク角速度やデイストリビユータの位置信号等を
検出する方法があるが、どちらを用いても良い。
なお、空気流量を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なるべ
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
開度を機械的に検出するマイクロスイツチを用い
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P_B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P_B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わしくなく正
確に表示できるためである。なお、トランスミツ
シヨンギアがニユ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車し
ているときは一般にギアがニユートラル位置に戻
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
正も行つ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
運転状態ではエアコンデイシヨナー、特にク−ラ
ーを作動させるときは一般にアイドル回転数を高
めている。このようなときは補助通路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
に基準レベル１０４を設定して関数発生器１０３
で比較する。通常のアイドル回転数をN₁としク
ーラー作動時のアイドル回転数の増加分をN₂と
すれば、N₁＋N₂＝N₀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ユ
エータを用いる必要がない。なお、判定条件１１
１は従来設けられているクーラー用アクチユエー
タの作動用信号を使用すれば良い。

本実施例の吸入空気量制御装置で最も特徴的な
ことは、第３図に示すように電磁弁２０が電流が
零の状態からいずれの方向にもニードル２１を作
動させ補助通路１２の空気流量を増減させている
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、普通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ヤートである。
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昇し、燃料
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、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つて容易に目的
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１０６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の出力信号によつて電磁弁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
ヤートである。判定条件１２０は吸入負圧P_Bが
所定値Ａ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P_B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dQa／dt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２
０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１２２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）状態になつたり、未燃焼炭
化水素を多量に発生する等の好ましくない現象を
起すが、従来はダツシユポツ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。このダツシユポツトの作用は、エンジン
の吸入空気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置く
いわゆるスロツトルポジシヨナーが多く用いられ
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イードバツク
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ツ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
くなつ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図の吸入空気流量制御装置による
エンジン始動暖機時の動作を示すフローチヤート
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つて初期空気流量を定め、オ
ートチヨ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１２
５を検知した信号を関数発生器１０３に伝達して
処理し、その出力によつて電磁弁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１２５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
チヤートである。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
To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てある。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
媒管で燃焼した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−To
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。一方回転数Ｎが所定値よりも大と
なつたときは、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１
２５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
クセルペダルの踏込み量、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
ーチヤートである。

このフローチヤートにおいて、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つているが、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、このフローチヤート
に従えば以下の様に制御される。

暖機完了前で、ギヤがニユ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時制御状態（第１
０図参照）に維持され、温度が所定値より高くな
つた時点でアイドル制御に移る。また、この時、
急にアクセルが戻されても、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。従つて、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。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つた時点でアイドル
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。

従つて、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
ストールを生じたり、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。したがつ
て、暖機中にアクセルが踏み込まれて一旦スロツ
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、吸入負圧が判定条件１２０を最初に行い、設
定値Ａより高いときは第８図のフローチヤートを
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To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ＴがTo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To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
数の制御の場合エアコンデイシヨナが作動状態に
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
通路にはオリフイスが設けられている。このオリ
フイスの径等について実験した結果を次に述べ
る。

容量2000c.c.のエンジンの場合のアイドル運転時
の空気流量は第１図の絞り弁４，６を全閉状態に
したとき補助通路１２のオリフイス１３の直径を
約4.5mmにしたときに得られた。また、外気温度
が−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
のオリフイス１３を挿入したときの空気流量に等
しかつた。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イス１３の面積に比例す
るので次式が成立する。

Ｖ〜√ ………(1) 但し、Ｄはオリフイスの直径である。補助通路
１２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_nax＝13（Ｖ／2000）² ………(2) エンジンの必要空気量はエンジンが異なると
200％程度の差があるので、(2)式より次の値が求
められる。

D_nax＝13×1.2（Ｖ／2000）²≒16（Ｖ／2000）² したがつて、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
フイス１３とで形成する開口面積は円形の絞りに
換算すると直径4.5mmから16（Ｖ／2000）²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
にその流路断面図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
つ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磁駆動式の弁が作
動しなくなつてもアイドル運転に近い状態に保持
して安全に運転できるという効果をもつている。

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ユ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、マイクロコンピユータで制御す
る場合には、暖機完了後は温度−電圧−回転数の
マツプによる不必要な変換ステツプを実行する必
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、電磁駆動式の弁体に入力される電気
信号が断線等によつ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
ード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ク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
フローチヤート、第６図は第５図を更に詳細に説
明するフローチヤート、第７図は減速時の吸入負
圧制御のフローチヤート、第８図は第７図を更に
詳細に説明するフローチヤート、第９図はエンジ
ンの始動暖機時のフローチヤート、第１０図は第
９図を更に詳細に説明するフローチヤート、第１
１図は第６図、第８図および第１０図の制御を綜
合した制御系のフローチヤートである。 １……吸気筒、４……一次側絞り弁、６……二
次側絞り弁、８……ベンチユリ部、９……流量計
通路、１０……空気流量計、１２……補助通路、
１３……オリフイス、２０……比例電磁弁。

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。