JP2558153Y2 - 内燃機関の補助空気流量制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は内燃機関の補助空気流量
制御装置に関し、特に、スロットル弁をバイパスして供
給される補助空気流量を制御するアイドル制御弁の詰ま
り（汚れ）に対する補正技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子制御燃料噴射装置を備えた内燃機関
にあっては、吸気スロットル弁をバイパスする通路に介
装された電磁式のアイドル制御弁の開度をデューティ制
御することにより、アイドル回転速度が目標回転速度と
なるようにフィードバック制御するようにしている。

【０００３】ここで、機関運転状態に応じて各運転状態
のパラメータ毎に要求補助空気流量(目標回転速度と実
際のアイドル回転速度との偏差に応じて設定される補正
流量を含む) を設定し、これら要求補助空気流量の総和
として求められる目標補助空気流量に対応するアイドル
制御弁開度の制御値をマップから検索し、該制御値に基
づいてアイドル制御弁を開度制御するようにしたものが
ある (特開昭６４−３５０３６号公報等参照) 。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】ところで、このように
アイドル制御弁によりアイドル回転速度を制御するもの
では、アイドル制御弁開度の制御値と目標補助空気流量
との相関がずれると、この相関のずれをフィードバック
制御により補正するまで時間がかかり、特に詰まりの発
生によって制御値に対して得られる補助空気流量が初期
よりも少なくなっている場合には、吸入空気流量不足に
よりエンストに至る惧れがあった。

【０００５】そこで、従来では、フィードバック制御に
よる補正分を加重平均し、該加重平均結果を詰まりによ
って不足している空気流量分と見做して一律に制御値に
加算することによって、目標補助空気流量と制御値との
相関のずれを補償し、速やかなアイドル回転速度の制御
を可能にして、アイドル回転の安定度を向上させること
が行われていた。

【０００６】しかしながら、アイドル制御弁の詰まりに
よる補助空気量の減少変化は、低流量側で影響が大きく
なるため、高流量域でも一律に補正を行うと、補助空気
流量が過剰となってアイドル回転速度が高くなり過ぎた
り回転の吹け残り等の不具合を生じることがあった。本
考案は上記問題点に鑑みなされたものであり、補助空気
流量の全領域にわたって最適な詰まり分補正が行える装
置を提供し、特にアイドル回転速度制御においてはアイ
ドル回転の安定性を向上させることができるようにする
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため本考案にかかる
内燃機関の補助空気流量制御装置は、図１に示すように
構成される。図１において、アイドル制御弁は、機関吸
気系のスロットル弁をバイパスする補助空気通路に介装
されて該補助空気通路を介して機関に供給される吸入空
気流量を調整するものであり、制御特性記憶手段は、ア
イドル制御弁の開度制御値と所定のアイドル運転状態に
おいて前記開度制御値に対応して得られる吸入空気流量
との相関を示す制御特性を書き換え可能に記憶する。

【０００８】そして、開度制御値設定手段は、所定のア
イドル運転状態において機関運転状態に基づいて設定し
た要求吸入空気流量に応じた開度制御値を制御特性記憶
手段から検索して設定し、制御手段は、設定された開度
制御値に基づいてアイドル制御弁の開度を制御する。一
方、開閉弁は、スロットル弁をバイパスする補助空気通
路に介装され前記アイドル制御弁とは独立して吸入空気
流量をオン・オフ的に増減制御する。

【０００９】ここで、第１制御値学習手段は、第１目標
回転速度を前記開閉弁の閉状態で得るべくフィードバッ
ク制御したときの前記開度制御値を学習し、第２制御値
学習手段は、前記第１目標回転速度を前記開閉弁の開状
態で得るべくフィードバック制御したときの前記開度制
御値を学習する。 一方、第２目標回転速度学習手段は、
第２制御値学習手段で学習された前記開度制御値に固定
した状態で前記開閉弁を閉制御したときの収束回転速度
を、第２目標回転速度として学習し、第３制御値学習手
段は、第２目標回転速度学習手段で学習された第２目標
回転速度を前記開閉弁の開状態で得るべくフィードバッ
ク制御したときの前記開度制御値を学習する。 そして、
特性書き換え手段は、前記第１，第２及び第３制御値学
習手段でそれぞれ学習された前記開度制御値に基づいて
制御特性記憶手段における記憶内容を書き換える。

【００１０】

【作用】かかる構成によると、まず、第１目標回転速度
を開閉弁の閉状態で得られる開度制御値Ｄ１が学習され
ると共に、前記第１の目標回転速度を開閉弁の開状態で
得られる開度制御値Ｄ２が学習される。 ここで、前記学
習される２つの開度制御値Ｄ１，Ｄ２の差は、開閉弁の
開制御によって得られる吸入空気流量に相当することに
なる。 続いて、前記開度制御値Ｄ２に固定した状態で開
閉弁を閉制御し、該開閉弁の閉制御に伴う吸入空気量の
減少変化に見合った回転にまで収束したときに、そのと
きの回転速度を第２目標回転速度として学習する。そし
て、前記第２目標回転速度を開閉弁の開状態で得られる
開度制御値Ｄ３を学習する。 ここで、前記学習される２
つの開度制御値Ｄ２，Ｄ３の差も、前記開度制御値Ｄ
１，Ｄ２の差と同様に、開閉弁の開制御によって得られ
る吸入空気流量に相当することになる。 そこで、開度制
御値と吸入空気流量との相関において、開度制御値をＤ
１からＤ２へ変化させたときと、開度制御値をＤ２から
Ｄ３へ変化したときに同じ空気流量変化となるように、
特性を書き換えるものである。

【００１１】

【実施例】以下に、本考案の実施例を図面に基づいて説
明する。図２は、本考案にかかる内燃機関の補助空気流
量制御装置の一実施例におけるシステム構成を示すもの
であり、以下、これに基づいて動作を説明する。内燃機
関１には、エアクリーナ２，吸気ダクト３，スロットル
チャンバ４及び吸気マニホールド５を介して空気が吸入
される。

【００１２】吸気ダクト３には、エアフローメータ６が
設けられていて、機関１の吸入空気流量Ｑを検出する。
スロットルチャンバ４には図示しないアクセルペダルと
連動するスロットル弁７が設けられていて、吸入空気流
量Ｑを制御する。前記スロットル弁７には、その開度Ｔ
ＶＯをポテンショメータにより検出するスロットルセン
サ８とスロットル弁７の全閉時（所定アイドル運転状
態）にＯＮとなるアイドルスイッチ９が付設されてい
る。

【００１３】吸気マニホールド５には、各気筒毎に電磁
式の燃料噴射弁10が設けられていて、図示しない燃料ポ
ンプから圧送されプレッシャレギュレータにより所定の
圧力に制御される燃料を吸気マニホールド５に噴射供給
する。燃料噴射量の制御は、マイクロコンピュータ内蔵
のコントロールユニット11において、エアフローメータ
６により検出される吸入空気流量Ｑと、ディストリビュ
ータに内蔵されたクランク角センサ12からの信号に基づ
き算出される機関回転速度Ｎｅとから基本燃料噴射量Ｔ
ｐを演算し、この基本燃料噴射量Ｔｐに対して冷却水温
度等による補正を施すことにより最終的な燃料噴射量Ｔ
ｉを演算し、この燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の
駆動パルス信号を機関回転に同期して燃料噴射弁10に出
力することにより、機関１に対して要求量の燃料が噴射
供給されるようになっている。

【００１４】また、スロットル弁７をバイパスして設け
られた補助空気通路13には、開度調整される電磁式のア
イドル制御弁14と、該アイドル制御弁14と並列に設けら
れアイドル制御弁14に対して独立に補助空気通路13の吸
気開口面積をオン・オフ的に増減する開閉弁であるファ
ーストアイドルコントロールデバイス（以下、ＦＩＣＤ
という）15とが設けられている。前記アイドル制御弁14
は、コントロールユニット11から送られる駆動信号のデ
ューティ比Ｄｕｔｙ（開度制御値）に応じて開度変化す
るものであり、このアイドル制御弁14の開度調整によっ
てアイドル運転時の吸入空気量が調整され、また、ＦＩ
ＣＤ15（開閉弁）は、エアコン用コンプレッサなどの外
部負荷の投入に応じて一定量の吸入空気量を増大させる
ようコントロールユニット11によって開閉制御される。

【００１５】尚、前記アイドル制御弁14とＦＩＣＤ15と
は、それぞれに個別のバイパス通路に設けられるもので
あっても良い。更に、機関１のウォータージャケット内
の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ19が設けられる
と共に、排気通路16の排気中酸素濃度を検出することに
よって吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ17が
設けられる。

【００１６】コントロールユニット11には、図４に示す
ように、アイドル運転時において前記アイドル制御弁14
に送るデューティ比Ｄｕｔｙ及びＦＩＣＤ15のオン・オ
フによって得られる吸入空気量Ｑａを書き換え可能に記
憶した制御特性マップ（Ｑａ−Ｄｕｔｙマップ）を備え
ており、冷却水温度Ｔｗに応じて設定される目標アイド
ル回転速度相当の吸入空気流量や、実際のアイドル回転
速度を目標回転速度にフィードバック制御するための補
正吸入空気量などの総和として、目標吸入空気流量Ｑａ
を設定し、この目標吸入空気流量Ｑａが得られるデュー
ティ比Ｄｕｔｙを前記制御特性マップから検索して求め
るようになっている。

【００１７】以下に、コントロールユニット11による前
記アイドル制御弁14の開度制御及び詰まり等に対する経
時変化の補正制御を、図３のフローチャートに従って説
明する。尚、本実施例において、開度制御値設定手段，
制御手段，第１制御値学習手段，第２制御値学習手段，
第２目標回転速度学習手段，第３制御値学習手段，特性
書き換え手段としての機能は、前記図３のフローチャー
トに示すように、コントロールユニット11がソフトウェ
ア的に備えており、制御特性記憶手段は、コントロール
ユニット11に内蔵されたメモリが相当するものとする。

【００１８】まず、ステップ１（図中ではＳ１としてあ
る。以下同様）では、前記各種センサ類からの検出信号
を入力する。ステップ２では、冷却水温度Ｔｗ等の前記
各検出された運転状態のパラメータに対してそれぞれ設
定されたアイドル運転状態における要求吸入空気流量
(目標回転速度と実際のアイドル回転速度との偏差に応
じて増減設定されるフィードバック補正流量を含む) を
加算して、目標補助空気流量Ｑａを設定する。

【００１９】ステップ３では、前記目標補助空気流量Ｑ
ａに対するアイドル制御弁14の駆動信号デューティ比Ｄ
ｕｔｙ（開度制御値）を、書き換え可能なＱａ−ＤＵＴ
Ｙマップからの検索により設定し、この検索されたデュ
ーティ比Ｄｕｔｙの駆動信号をアイドル制御弁14に出力
する。ステップ４では、前記Ｑａ−Ｄｕｔｙマップを学
習更新するための学習条件が成立しているか否かを判別
する。具体的には、アイドルスイッチ９がオン状態でス
ロットル弁７が全閉の所定アイドル運転状態で、かつ、
暖機が完了していて目標アイドル回転速度付近に実際の
回転速度が制御されており、然も、外部負荷の投入がな
くＦＩＣＤがオフ（閉）状態であることを条件とする。

【００２０】ステップ４で学習条件が成立したと判定さ
れたときには、ステップ５へ進み、現状のデューティ比
Ｄｕｔｙ及び回転速度ＮｅをそれぞれＤ₁ （第１制御
値），Ｎ₁ （第１目標回転速度）として学習する（図６
参照）。このステップ５の部分が第１制御値学習手段に
相当する。次にステップ６では、ＦＩＣＤ15を外部負荷
の投入とは関係なく強制的にオンさせる。ＦＩＣＤ15が
オンすれば、吸入空気流量がその分だけ余分となって機
関回転速度Ｎｅが上昇しようとするが、目標回転速度Ｎ
_SET （＝Ｎ₁ ）にフィードバック制御して、ＦＩＣＤ15
が開いた分だけデューティ比Ｄｕｔｙを減少させるよう
にする。

【００２１】ここで、ＦＩＣＤ15が開いた分だけデュー
ティ比Ｄｕｔｙが減少され、目標回転速度Ｎ_SET （＝第
１目標回転速度Ｎ₁ ）に安定したことがステップ７で検
出されると、ステップ８へ進んで、そのときのデューテ
ィ比ＤｕｔｙをＤ₂ （第２制御値）として学習する。上
記のステップ６〜ステップ８の部分が第２制御値学習手
段に相当する。即ち、前記デューティ比Ｄ₁ 及びＤ
₂ は、同じアイドル回転速度Ｎ₁ を得るための吸入空気
流量であり、その差（変化幅）Ｄ₁ −Ｄ₂ は、ＦＩＣＤ
15の開制御によって得られる吸入空気流量に相当するこ
とになる。

【００２２】次のステップ９では、ＦＩＣＤ15の開制御
とデューティ比Ｄ₂ とによって回転速度Ｎ₁ を維持して
いる状態において、前記デューティ比ＤｕｔｙをＤ₂ に
クランプして、目標回転速度Ｎ_SET へのフィードバック
制御を停止させる。そして、デューティ比Ｄｕｔｙのク
ランプさせた状態で、次のステップ10ではＦＩＣＤ15を
強制的に閉（ＯＦＦ）制御する。

【００２３】ここで、デューティ比Ｄｕｔｙはクランプ
されているから、ＦＩＣＤ15が閉じた分だけ吸入空気流
量が減少し、かかる吸入空気流量の減少に見合った回転
速度の減少が生じるが、この回転落ちが収束した段階で
の回転速度Ｎｅをステップ11で学習し、これを回転速度
Ｎ₂ （第２目標回転速度）とする。上記ステップ９〜ス
テップ11の部分が第２目標回転速度学習手段に相当す
る。更に、ステップ12では、前記回転速度Ｎ₂ を目標ア
イドル回転速度Ｎ_SET にセットする。

【００２４】そして、ステップ13では、それまでのデュ
ーティ比Ｄｕｔｙのクランプ状態を解除し、前記設定さ
れた目標アイドル回転速度Ｎ_SET （＝第２目標回転速度
Ｎ₂）へのフィードバック制御が行われる状態とし、ス
テップ14では、閉状態にあるＦＩＣＤ15を強制的に開制
御（ＯＮ）する。ＦＩＣＤ15が開かれると、デューティ
比Ｄ₂ とＦＩＣＤ15の閉状態とで保たれていた回転速度
Ｎ₂ が上昇しようとするので、デューティ比Ｄｕｔｙを
減少させて回転速度Ｎ₂ を維持させようとするフィード
バック制御が行われる。ここで、前記フィードバック制
御が収束したことがステップ15で判別されると、ステッ
プ16へ進んでそのときのデューティ比ＤｕｔｙがＤ
₃ （第３制御値）として学習される。上記ステップ12〜
ステップ16の部分が、第３制御値学習手段に相当する。

【００２５】即ち、前記デューティ比Ｄ₂ ，Ｄ₃ は、同
じアイドル回転速度Ｎ₂ を得るための吸入空気流量であ
り、その差（変化幅）Ｄ₂ −Ｄ₃ は、ＦＩＣＤ15の開制
御によって得られる吸入空気流量に相当することにな
る。ここで、前記Ｄ₁ −Ｄ₂ もＦＩＣＤ15の開制御によ
って得られる吸入空気流量に相当する値であるから、ア
イドル制御弁14が開度制御領域内のデューティ比Ｄｕｔ
ｙ増大に対して吸入空気流量（吸気開口面積）がリニア
に増大する特性を有するものであれば、前記Ｄ₁ −Ｄ₂
と前記Ｄ₂ −Ｄ₃ とは等しい値となるはずである（図４
参照）。

【００２６】しかしながら、アイドル制御弁14に経時変
化によって汚れが付着し、開口面積が狭められるように
なると、この汚れによる影響が特に低流量側で増大し、
この低流量側でデューティ比Ｄｕｔｙに対して得られる
空気流量が初期状態に比べて低下する。従って、かかる
汚れの影響を受けた状態では、低流量側においてデュー
ティ比Ｄｕｔｙ変化に対する吸入空気流量の変化幅が増
大する特性変化を示すことになる。

【００２７】このため、汚れによって上記ような特性変
化が発生している場合には、上記のＤ₁ −Ｄ₂ とＤ₂ −
Ｄ₃ とのうち、より低流量側であるＤ₂ −Ｄ₃ が前記汚
れの影響を受け易いから、Ｄ₁ −Ｄ₂ ＞Ｄ₂ −Ｄ₃ とな
るはずである。ここで、前記Ｑａ−Ｄｕｔｙマップを、
前記汚れによる特性変化に対応したマップに書き換えな
いと、所望の空気流量を与えることができずに、アイド
ル安定性を損なうことになってしまうので、特性書き換
え手段としてのステップ17では以下のようにしてＱａ−
Ｄｕｔｙマップの書き換えを行う。

【００２８】即ち、図５に示すように、Ｄ₁ −Ｄ₂ に相
当するマップ上の空気流量が、ＦＩＣＤ15のオン・オフ
制御によって得られる空気流量分Ｑｆとする。そして、
デューティ比Ｄ₂ を基準として固定し、Ｄ₂ からＤ₃ ま
で変化すると、マップ上で空気流量分Ｑｆだけ変化する
ように、Ｄ₂ を基準としてデューティ比変化に対する流
量変化幅のより大きな直線を低デューティ比Ｄｕｔｙ側
に直線的に設定する。かかる特性書き換えによって、少
なくともＤ₂ とＤ₃ との間だけデューティ比Ｄｕｔｙを
変化させれば、所期の流量Ｑｆを得ることができるよう
になり、汚れ（詰まり）によってデューティ比Ｄｕｔｙ
と流量との関係が変化しても、所望の空気流量を精度良
く得られるフィードホワード制御を行わせることができ
るようになる。

【００２９】尚、Ｄ₁ −Ｄ₂ ≦Ｄ₂ −Ｄ₃ となっている
場合には、少なくとも汚れ（詰まり）による特性変化を
示すものではなく、上記のような手順による書き換えを
行わせるべきではないので、Ｄ₁ −Ｄ₂ ＞Ｄ₂ −Ｄ₃ を
書き換えの条件とすることが好ましく、上記実施例のよ
うに少なくとも２つの異なる目標回転速度で、ＦＩＣＤ
15を強制的にオン・オフさせ、低流量側（低デューティ
比側）でのデューティ比変化幅がより小さくなることを
確認することが好ましい。

【００３０】但し、基本的には、ある目標回転速度に対
してフィードバック制御される状態において、ＦＩＣＤ
15を強制的にオン・オフ制御して、そのときのデューテ
ィ比Ｄｕｔｙの変化幅と、ＦＩＣＤ15のオン・オフによ
って変化すると予測される空気流量とに基づいてマップ
の書き換えを行わせるものであっても良い。

【００３１】

【考案の効果】以上説明したように本考案によれば、ア
イドル制御弁と、該アイドル制御弁の開度制御値に対応
して得られる空気流量との関係を示すマップを、アイド
ル制御弁の詰まりなどの経時変化に対応して精度良く書
き換えることができ、前記マップに基づくアイドル運転
時の空気流量の制御精度を向上させることができるよう
になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の構成を示すブロック図。

【図２】本考案の一実施例のシステム構成を示す図。

【図３】同上実施例における制御特性の学習を示すフロ
ーチャート。

【図４】制御特性の初期状態を示す線図。

【図５】実施例のマップ書き換え学習の様子を説明する
ための線図。

【図６】実施例のマップ書き換え学習を示すタイムチャ
ート。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ７ スロットル弁 ９ アイドルスイッチ 11 コントロールユニット 13 補助空気通路 14 アイドル制御弁 15 ＦＩＣＤ（開閉弁）

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】機関吸気系のスロットル弁をバイパスする
   補助空気通路に介装されて該補助空気通路を介して機関
   に供給される吸入空気流量を調整するアイドル制御弁
   と、 前記アイドル制御弁の開度制御値と所定のアイドル運転
   状態において前記開度制御値に対応して得られる吸入空
   気流量との相関を示す制御特性を書き換え可能に記憶し
   た制御特性記憶手段と、 所定のアイドル運転状態において機関運転状態に基づい
   て設定した要求吸入空気流量に応じた前記開度制御値を
   前記制御特性記憶手段から検索して設定する開度制御値
   設定手段と、 設定された開度制御値に基づいて前記アイドル制御弁の
   開度を制御する制御手段と、 前記スロットル弁をバイパスする補助空気通路に介装さ
   れ前記アイドル制御弁とは独立して吸入空気流量をオン
   ・オフ的に増減制御する開閉弁と、第１目標回転速度を前記開閉弁の閉状態で得るべくフィ
   ードバック制御したときの前記開度制御値を学習する第
   １制御値学習手段と、 前記第１目標回転速度を前記開閉弁の開状態で得るべく
   フィードバック制御したときの前記開度制御値を学習す
   る第２制御値学習手段と、 該第２制御値学習手段で学習された前記開度制御値に固
   定した状態で前記開閉弁を閉制御したときの収束回転速
   度を、第２目標回転速度として学習する第２目標回転速
   度学習手段と、 該第２目標回転速度学習手段で学習された第２目標回転
   速度を前記開閉弁の開状態で得るべくフィードバック制
   御したときの前記開度制御値を学習する第３制御値学習
   手段と、 前記第１，第２及び第３制御値学習手段でそれぞれ学習
   された前記開度制御値に基づいて前記制御特性記憶手段
   における記憶内容を書き換える特性書き換え手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の補助空
   気流量制御装置。