JPH089973B2 - 内燃機関の吸入空気量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は車両に搭載される内燃機関の吸気管のスロッ
トルバルブをバイパスするバイパス通路に、例えばアイ
ドル運転時に内燃機関に吸入される空気量を調節する吸
気調節弁を備えた内燃機関の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、上述のような、スロットルバルブをバイパ
スするバイパス通路に吸気制御弁を設け、この吸気制御
弁によりアイドル時の吸気量を調節して、所定のアイド
ル回転数が得られるようにした吸入空気量制御装置が公
知である。

また、このような吸入空気量制御装置に用いられる上
記吸気調節弁としては、特開昭57−9379号公報、特開昭
58−119948号公報、及び特開昭59−150939号公報に示さ
れるようなものがある。そしてこれらの公報に示される
調節弁は、電気作動式のものであって、この調節弁に対
して通電が行われていない状態では調節弁の弁部が全閉
状態とはならずに、所定量（以下ハーフオープン流量と
いう）の空気が流れ得る開度状態となり、そて通電が行
われている状態で、調節弁が全閉から全開まで変化する
ように構成されている。

このような構成を有する調節弁は、調節弁に通電せず
とも内燃機関にハーフオープン流量の空気が供給し得る
ようになるため、バッテリ電圧が低下して、調節弁が充
分に制御し得る程度の電流が確保できない時や、極低温
時であって調節弁の弁部にアイシングが生じて作動不能
な状態の時でも、内燃機関は充分に始動し得るようにな
る。またこの吸気調節弁に対する通電ラインが断線した
ような場合となっても、ハーフオープン流量の空気が内
燃機関に供給し得て、アイドル時に内燃機関がストール
に陥るといった不具合も未然に防げる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述のように内燃機関の始動時に吸気調節
弁に通電を行わずハーフオープン量の空気で始動させる
ようにした場合、極低温時でも充分に始動し得るように
するために、非通電時の調節弁の開度は比較的多量のハ
ーフオープン流量が得られる開度に設定される。そのた
めに内燃機関の暖機後において吸気調節弁に対する通電
ラインが断線した場合、上記のごとく設定された開度に
調節弁が保持され、従って多量の空気が機関に供給され
るので、アイドル時の機関回転数が異常に高くなってし
まう。

従って、本発明の目的は上記ハーフオープン流量が低
温時においても良好に始動し得る程度であると共に、上
述のような暖機後の断線時におけるアイドル回転数を充
分に許容できる程度のものに抑えられる吸気調節弁を備
えた内燃機関の吸入空気量制御装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明においては、 内燃機関の吸気管に設けられるスロットルバルブと、 前記スロットルバルブをバイパスして前記吸気管に設
けられるバイパス管と、 前記バイパス管に設けられ、前記バイパス管を介して
前記内燃機関に吸入される空気量を調節する電気作動式
の吸気調節弁と、 前記内燃機関の作動状態に応じて前記吸気調節弁に対
する通電を制御する制御手段と を備える内燃機関の吸入空気量制御装置であって、 前記吸気調節弁は、前記制御手段からの通電が行われ
ていない時、前記バイパス管を介して前記内燃機関に吸
入される空気量Q₀を、内燃機関の排気量Ｌの関数とし
て、Q₀＝９×Ｌ＋１（m³/h）の±20％の範囲の開度に設
定されると共に、前記制御手段からの通電が行われてい
る時、前記バイパス管を介して前記内燃機関に吸入され
る空気量の最小値から最大値までの前記通電に応じた所
定開度に設定される構成としたことを特徴とする内燃機
関の吸入空気量制御装置としている。

〔作用〕

上記構成によれば、前記制御手段により内燃機関の要
求に見合った空気量が得られるよう前記吸気調節弁に対
する通電が制御される。さらに、前記制御手段からの前
記吸気調節弁に対する通電が行われていない時には、機
関排気量に応じて設定された上記ハーフオープン流量の
空気が機関へと供給される。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

まず第１図は本発明の一実施例が適用された内燃機関
及びその周辺装置を表す概略構成図である。

図において２は車両に搭載される内燃機関を表し、詳
しくは火花点火式の４気筒ガソリンエンジンであり、こ
の内燃機関２の各気筒には、エアクリーナ４、エアフロ
ーメータ６、吸気管８、サージタンク10及び吸気分岐管
12を介して空気が吸入される。また燃料は各気筒の吸気
分岐管12に設けられた燃料噴射弁14を介して各気筒に供
給され、各気筒に設けられた点火プラグ16によって点火
される。そして内燃機関２に吸入される主空気量は図示
しないアクセルペダルを介して操作されるスロットルバ
ルブ18によって調節され、燃料噴射弁14を介して供給さ
れる燃料量及び内燃機関２の各気筒の点火時期は燃料噴
射弁14及びイグナイタ20を駆動制御する電子制御回路30
により調節される。尚イグナイタ20は電子制御回路30の
制御信号の出力タイミングに応じてディストリビュータ
22に高電圧を出力するもので、これによってディストリ
ビュータ22から各気筒の点火プラグ16に高電圧が分配さ
れる。

また吸気管８には、スロットルバルブ18をバイパスす
るバイパス管24が設けられ、このバイパス管24には主に
内燃機関２のアイドル運転時の吸入空気量を調節する吸
気調節弁１が設けられている。そしてこの吸気調節弁１
は、上記燃料噴射弁14やイグナイタ20と同様に電子制御
回路30からの制御信号により駆動制御され、内燃機関ア
イドル運転時の回転数制御等に用いられる。

更に内燃機関２には、その運転状態を検出するセンサ
として、吸入空気量を検出するエアフロメータ６の他、
冷却水温を検出する水温センサ32、吸気温度を検出する
吸気温センサ36、機関回転数を検出する回転数センサ3
8、スロットルバルブ18の全閉状態を検出するアイドル
スイッチ40、空調装置のコンプレッサ42のON・OFF状態
を検出するエアコンスイッチ44、図示しないクラッチの
断・続状態を検出するクラッチスイッチ46、車速を検出
する車速センサ48、及び図示しないトランスミッション
のニュートラル状態を検出するニュートラルスイッチ50
が備えられている。尚、回転数センサ38は、内燃機関２
のクランク軸と同期して回転するディストリビュータ22
の回転軸に設けられたリングギヤ38aと、その回転を検
出する電磁ピックアップ38bと、から構成されており、
この回転数センサ38からは内燃機関２の回転数に応じた
パルス信号が出力される。

次に電子制御回路30は、上記各センサからの検出信号
に基づき、燃料噴射弁14やイグナイタ20、或いは吸気調
節弁１を駆動して、内燃機関２の燃料噴射量や点火時
期、或いは吸入空気量を調節するためのものであって、
従来より周知のように、マイクロコンピュータを中心と
する論理演算回路として構成されている。尚電子制御回
路30はバッテリ54からの電源電圧をうけ、イグニッショ
ンスイッチ56により内燃機関２の起動と共に動作され
る。

電子制御回路30は第２図に示すように、予め設定され
た制御プログラムに従って内燃機関２の制御のための各
種演算処理を実行するセントラルプロセシンクユニット
（CPU）60、CPU60で各種演算処理を実行するための制御
プログラムや初期データが記録されたリードオンリメモ
リ（ROM）62、同じくCPU60で各種演算処理を実行するた
めの各種データが一時的に読み書きされるランダムアク
セスメモリ（RAM）64、イグニッションスイッチ56をOFF
したとき記録した情報が消えないよう、バッテリ54から
の電圧を直接うける電源回路66によりバックアップされ
たバックアップRAM68、及びバックアップRAM68以外の各
素子に一定電圧を供給するため、イグニッションスイッ
チ56を介してバッテリ54に接続された電源回路70、を中
心とする論理演算回路として構成されている。また電子
制御回路30には、回転数センサ38から出力されるパルス
信号をカウントして回転数データとして入力する入力カ
ウンタ72や、回転数センサ38以外の各種センサからの検
出信号を入力する入力ポート74、或いは燃料噴射弁14、
イグナイタ20、吸気調節弁１に制御信号を出力するため
の出力回路76,78,80が備えられ、上記各センサからの検
出信号を入力して燃料噴射弁14、イグナイタ20、吸気調
節弁１を駆動制御できるようにされている。また更にこ
の電子制御回路30には、CPU60で演算処理を実行するの
に必要なクロック信号を発生するタイマ82や、タイマ82
からのクロック信号、或いは入力カウンタ72を介して入
力される回転数センサ38からのパルス信号に応じて割込
み制御に必要な割込み信号を発生する割込み制御部84、
等も備えられている。

このように構成された電子制御回路30では、内燃機関
２をその運転状態に応じて最適に制御するため、燃料噴
射弁14の駆動タイミング或いは駆動時間を制御する燃料
噴射制御、イグナイタ20からの高電圧の発生タイミング
を制御する点火時期制御、吸気調節弁１を駆動してスロ
ットル26を迂回して流れる吸入空気量を調節する吸入空
気量制御が行われるのである。

次に、吸気調節弁１の詳細な構成を第３図、第４図に
より説明する。なお第３図は吸気調節弁１の断面図であ
り、第４図は第３図のIV−IV断面を示す断面図である。

図において、101はアルミニウム製のバルブハウジン
グであり、この中に弁部材としてのバルブロータ102が
回転自在に配置される。バルブロータ102にステンレス
製の回転軸103が圧入固定される。バルブロータ102の上
側にアルミニウム製のプレート104が配置され、このプ
レート104に回転軸103の一方がベアリング105を介して
取付けられ、他方はベアリング106によってハウジング1
01に取付けられる。プレート104から突き出た回転軸103
の端部に磁性体より成るストッパプレート107のボス部1
07aが圧入固着され、このプレート107の下面にストッパ
108が圧入及び溶接固着される。ストッパ108はプレート
104に形成した弧状孔104aまで延びており、下面には緩
衝用のゴム面108aが形成される。ストッパプレート107
のボス部107aにマグネットホルダ109がねじ込まれる。
該ホルダ109はアルミニウムにてできており一端にはフ
ランジ109aがあり、また数ヶ所穴があいている。マグネ
ットホルダ109に回転磁石110が嵌合され、前記フランジ
109aによって回転磁石110をストッパプレート107上に締
結している。回転磁石110は直径方向の磁石線が生ずる
ように着磁されており、180゜対立した位置で夫々Ｎ
極、Ｓ極を形成している。

またバルブハウジング101には第４図に示すようにス
テンレス製のバルブブッシュ111が圧入してあり、ハル
ブブッシュ111とバルブロータ102との間には微少間隙が
設計されている。

同第４図に示すように入口パイプ112、これとほぼ同
径Ｄの出口パイプ113、これより小さい直径ＣのＬ字状
のバイパスパイプ114がバルブハウジング101の入口ポー
ト101a、出口ポート101b、バイパスポート101cに夫々圧
入される。バイパスパイプ114はゴム管114aによって出
口パイプ113に接続される。そして前記入口パイプ112は
上流側のバイパス管24にまた前記出口パイプ113は下流
側のバイパス管24に接続される。バルブロータ102はそ
の胴部に弁通路102aを形成している。ロータ102は後述
のソレノイド機構により駆動され、入口パイプ112から
バイパスパイプ114又は出口パイプ113への流量が制御さ
れる。第４図の実線で示すソレノイド機構の非通電状態
では弁通路102aは一端で入口ポート101aに他端でバイパ
スポート101cに連通されている。また、弁通路102aは、
バルブロータ102の側壁中実部102bを挟んで出口ポート1
01bに対して位置し、弁通路102aは出口ポート101bから
遮断されている。なお、このバルブロータ102はソレノ
イド機構の通電に応じて第４図に示す状態から第４図の
時計方向に回転移動する構成となっている。

再び第３図において、115はヨークコアで磁性体より
なり、２つの扇状のフランジ部をもつ。ヨークコア115
にベークライトでできたコイルボビン116が嵌合され、
コイル117がコイルボビン116に同一方向に巻いてある。
このヨークコア115、コイルボビン116、コイル117は固
定コイル部を構成する。ヨークコア115は真鍮製のスペ
ーサ118を介してバルブハウジング101に嵌挿される。こ
のスペーサ118により回転磁石110とヨークコア115とは
対向して一定の間隙に保たれる。非磁性体のキャップ11
9はヨークコア115に２個のねじで固定されており、ヨー
クコア115はバルブハウジング101に２個のねじで固定さ
れている。120はトーションバーで細いステンレス線で
構成され、回転軸103の中心孔を挿通される。121,122は
ステンレス製のスプリングホルダであり、このスプリン
グホルダ121,122は外側がロート状になっており、内側
にはトーションバー120が通る穴があいていて、一ヶ所
スリットが設けてある。回転軸107の中心孔の上端にス
プリングホルダ121と同じ傾斜のロート状の穴が切って
あり、スプリングホルダ121をこのロート状の穴に入れ
る。そしてトーションバー120をスプリングホルダ121の
穴に入れて、スプリングホルダ121を加圧してトーショ
ンバー120を回転軸103に固定している。123はスラスト
ホルダで材質はステンレスであり２画幅の外形をしてお
り内側には穴が貫通していて一端はスプリングホルダ12
1と同じ傾斜のロート状の穴が切ってある。このスラス
トホルダ123のロート状の穴にスプリングホルダ122を入
れトーションバー120の一端をスプリングホルダ122の穴
に入れて、スプリングホルダ122を加圧しトーションバ
ー120をスラストホルダ123に固定している。スラストホ
ルダ123はアジャスタ124の一端の２画幅穴に嵌合され、
スラストホルダ123の外側の溝にサークリップ125とシム
126とを入れてスラストホルダ123がアジャスタ124より
第３図において上の方向へ抜けないようにしている。ア
ジャスタ124の他端は弧状の長穴があいていて、ねじに
よりバルブハウジング101に固定されるが、スラストバ
ルブ123をハウジングの円周方向に多少移動できるよう
になっており、これによりトーションバー120の設定ば
ね荷重を適当に変えることができる。

以上述べた吸気調節弁１に対しては、上述したように
電子制御回路30から制御信号が与えられ、内燃機関２に
吸入される空気量がこの制御信号に対応した量に調節さ
れる。詳しくはこの制御信号は電子制御回路30で実行さ
れた演算に応じたデューティ比を有するパルス信号であ
って、このパルス信号によりコイル117に与えられる平
均電流に応じた分だけバルブロータ102が第４図におけ
る時計方向に回転し、所定空気量がこの吸気調節弁１を
通過して機関２へと供給される。第５図はコイル117に
与えられる平均電流に対する吸気調節弁１を通過する通
過空気量Ｑの特性を示したものである。

第５図を見てもわかるように、吸気調節弁１のコイル
117に対して通電が行われていない時にはハーフオープ
ン装置Q₀が通過し得るようになっており、このハーフオ
ープン流量Q₀はバイパスパイプ114の内径Ｃに応じて決
まる。またコイル117に対して、第５図に示す一定のオ
フセット電流I₀が流れている場合は、バルブロータ102
が第４図の破線の位置に達しており、バルブロータ102
により出口ポート101bとバイパスポート101cの双方が閉
じられる状態となるために、吸気調節弁１を通過する空
気量Ｑはほぼ零となる。そしてコイル117に対してオフ
セット電流I₀を上回る電流が流れると、その電流の増大
に応じて通過空気量Ｑも増加するようになる。そして上
記の特性を備えた吸気調節弁１に対して、機関２のアイ
ドル運転時においては、CPU60で演算されたコイル117に
てオフセット電流I₀以上の平均電流Ｉが流れるようなデ
ィーティ比のパルス信号がコイル117へと与えられるよ
うCPU60が出力回路80を制御し、機関２の始動時におい
ては、コイル117に対して通電が行われないようにCPU60
は出力回路80を制御する。

従って機関２のアイドル時においては、上記平均電流
Ｉに応じた通過空気量Ｑが機関２に対して供給されて、
アイドル時の機関回転数が冷却水温等に応じて決められ
た目標回転数となるように吸気調節弁１がフィードバッ
ク制御される。また機関２の始動時においてはハーフオ
ープン流量Q₀が機関２に供給されるようになる。

ところで上述の特性を有する吸気調節弁１のハーフオ
ープン流量Q₀は極低温時における始動であっても、良好
な始動性が確保できる程度で、また機関２の暖機後にお
いてこの吸気調節弁１に対する制御が通電ラインの断線
等により不能となり、コイル117に対して通電がされな
い状態となっても機関回転数が異常に高くならない程度
にする必要がある。

このような点に鑑みて、本発明者らはハーフオープン
流量Q₀についての種々の実験を行い第６図〜第８図に示
すような実験結果を得た。

第６図は機関冷却水温が−25℃におけるハーフオープ
ン流量Q₀による始動が完了するまでの始動時間Ｔの違い
を機関排気量Ｌを変えて行ったものであり、第７図は始
動時の冷却水温が−25℃であった時のハーフオープン流
量Q₀による始動直後の回転数Noの違いを機関排気量Ｌを
変えて行ったものであり、さらに、第８図は暖機後（冷
却水温80℃）でのハーフオープン流量Q₀によるアイドル
回転数Niの違いを機関排気量Ｌを変えて行ったものであ
る。

そして上記の実験結果から本発明者らはハーフオープ
ン流量Q₀を機関排気量Ｌに応じて設定しておくことで、
極低温時の始動性が良好で、始動直後の回転数Noが極低
温時でも充分にアイドル運転を保持し得る程度のものと
でき、さらには暖機後のハーフオープン流量Q₀によるア
イドル回転数が異常に高くなりすぎないようにすること
ができる確認した。すなわち、実験結果によれば排気量
Ｌが１のものであればハーフオープン流量Q₀を10m³/h
に、排気量Ｌが２のものであればハーフオープン流量
Q₀を19m³/hに、さらに排気量Ｌが３のものであればハ
ーフオープン流量Q₀を28m³/hに設定しておくことで、い
ずれの排気量の機関においても、冷却水温−25℃の時で
も始動時間Ｔをほぼ4sec以内にでき、冷却水温−25℃の
時でも始動直後の回転数Noをほぼ600rpmとアイドル運転
保持可能な回転数にすることができ、さらには暖機後
（冷却水温80℃）でもハーフオープン流量Q₀によるアイ
ドル回転数Niをほぼ1600rpmに抑えることができる。

従って、ハーフオープン流量Q₀を第９図に示すように
排気量Ｌの関数として、 Q₀＝９×Ｌ＋１ （m³/h） に設定することで最適のハーフオープン流量が得られ、
上述の要件を充分に満たせるようになる。

なお、このハーフオープン流量Q₀は上述のようにして
基本的には定めるのであるが、機関の部品のバラツキ、
機関自体のストールに対する強さのバラツキ等を考慮し
て±20％程度の範囲で調整することが好ましい。

すなわち、本実施例では上記吸気調整弁１のバイパス
パイプ114の内径Ｃを上記の如く設定されるハーフオー
プン流量Q₀が得られるように選定することになる。

なお、上記吸気調整弁１のバイパスパイプ114に絞り
を設け、この絞りの内径を上記の如く設定されるハーフ
オープン流量Q₀が得られるようなものにしてもよい。

また吸気調節弁１は上記構成に特定されるものではな
く、特開昭59−150939号公報に示される構成のものでも
よく、この場合、吸気調節弁に通電していない時の吸気
調整弁を通過し得るハーフオープン流量Q₀が上述のよう
に排気量に応じた量となるように、ロータリバルブの初
期位置が予めストッパ等を調整することでセットされ
る。

また、さらに本発明はリンアソレノイド式、負圧サー
ボ式、パルスモータ式等のいずれの形式の吸気調整弁に
も用いられて、非通電時にハーフオープン流量が得られ
るものならば形式は問わない。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、 内燃機関の吸気管に設けられるスロットルバルブと、 前記スロットルバルブをバイパスして前記吸気管に設
けられるバイパス管と、 前記バイパス管に設けられ、前記バイパス管を介して
前記内燃機関に吸入される空気量を調節する電気作動式
の吸気調節弁と、 前記内燃機関の作動状態に応じて前記吸気調節弁に対
する通電を制御する制御手段と を備える内燃機関の吸入空気量制御装置であって、 前記吸気調節弁は、前記制御手段からの通電が行われ
ていない時、前記バイパス管を介して前記内燃機関に吸
入される空気量Q₀を、内燃機関の排気量Ｌの関数とし
て、Q₀＝９×Ｌ＋１（m³/h）の±20％の範囲の開度に設
定されると共に、前記制御手段からの通電が行われてい
る時、前記バイパス管を介して前記内燃機関に吸入され
る空気量の最小値から最大値までの前記通電に応じた所
定開度に設定される構成としたことを特徴とする内燃機
関の吸入空気量制御装置としたことから、 前記吸気調整弁に前記制御手段からの通電が行われて
いない時での、この吸気調整弁を介して機関に供給され
る空気量、つまりハーフオープン流量を、 極低温時での始動性を良好なものとすること、 極低温時でのアイドル運転を保証できること、 暖機後のアイドル運転時の回転数を充分に抑えたもの
とすること の総てを充分に満たせるようになり、低温時での良好な
始動性と通電ラインの断線等による制御不能時でのアイ
ドル回転数の異常な上昇の防止との双方が両立し得るよ
うになるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例が適用される内燃機関及びそ
の周辺機器の構成を示す構成図、第２図は第１図図示の
電子制御回路の概略構成を示すブロック図、第３図、第
４図は第１図図示の吸気調節弁の構成を示す断面図、第
５図は吸気調節弁の流量特性を示す特性図、第６図、第
７図及び第８図は本発明者が行った実験結果を示すグラ
フ、第９図は第６図、第７図及び第８図の実験結果に基
づいて得た最適なハーフオープン流量と機関排気量との
関係を示すグラフである。 １……吸気調節弁,2……内燃機関,8……吸気管,18……
スロットルバルブ,24……バイパス管,30……電子制御回
路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−9379（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−60049（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−70842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−150939（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気管に設けられるスロットル
   バルブと、 前記スロットルバルブをバイパスして前記吸気管に設け
   られるバイパス管と、 前記バイパス管に設けられ、前記バイパス管を介して前
   記内燃機関に吸入される空気量を調節する電気作動式の
   吸気調節弁と、 前記内燃機関の作動状態に応じて前記吸気調節弁に対す
   る通電を制御する制御手段と を備える内燃機関の吸入空気量制御装置であって、 前記吸気調節弁は、前記制御手段からの通電が行われい
   てない時、前記バイパス管を介して前記内燃機関に吸入
   される空気量Q₀を、内燃機関の排気量Ｌの関数として、
   Q₀＝９×Ｌ＋１（m³/h）の±20％の範囲の開度に設定さ
   れると共に、前記制御手段からの通電が行われている
   時、前記バイパス管を介して前記内燃機関に吸入される
   空気量の最小値から最大値までの前記通電に応じた所定
   開度に設定される構成としたことを特徴とする内燃機関
   の吸入空気量制御装置。