JP3700051B2

JP3700051B2 - 内燃機関の吸気制御装置

Info

Publication number: JP3700051B2
Application number: JP2001124579A
Authority: JP
Inventors: 弘金井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2021-04-23
Also published as: US6675768B2; JP2002317652A; US20020174850A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の吸気制御装置に関し、特にスロットル弁の下流に吸気流制御弁を備えている吸気制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気通路内のスロットル弁下流に吸気流制御弁を配置し、冷間始動時にこの制御弁を閉じて吸気通路内の負圧を高め、減圧沸騰効果により噴射される燃料の揮発性を高めるとともに、気筒内にタンブル流を生成して筒内の燃焼を改善する技術が知られており、特開平７−８３１０１号公報や特開２０００−７３８４３号公報などで開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、フェイルセーフ性能のさらなる向上が望まれており、様々な技術が開発されている。上記各公報には、吸気流制御弁の故障に対するフェイルセーフ技術がそれぞれ開示されているが、スロットル弁の故障や吸気系統の損傷に対するフェイルセーフ技術は開示されていない。
【０００４】
そこで本発明は、スロットル弁の故障や吸気系統の損傷に対するフェイルセーフ機能を備える内燃機関の吸気制御装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の吸気制御装置は、吸気通路内のスロットル弁下流に配置されている吸気流制御弁と、内燃機関の運転状態に応じて該吸気流制御弁の開閉を制御する制御手段とを備えている内燃機関の吸気制御装置において、この制御手段は、スロットル弁による空気量制御が不能な状態が発生したと判定した場合には、吸気流制御弁の開度をアクセル開度に応じて全開に至らない開度範囲で調整して吸入空気量を調整することを特徴とする。
【０００６】
吸気流制御弁は本来、スロットル弁と異なり洩れ穴を設けてあるために、吸気量を調整する機能を有するものではないが、その開度を調整することでスロットル弁ほどではないが、空気量の大まかな調整が可能となる。これにより、スロットル弁の故障あるいは吸気系の損傷等の異常事態が発生した場合でも、吸気量を調整しながら最寄りの修理工場まで安全に退避走行を行うことができ、フェイルセーフ機能が実現できる。
【０００７】
さらに、制御手段は、空気量制御に併せて内燃機関のトルク調整を行うことが好ましい。前述したように吸気流制御弁は本来、吸気量を調整する機能を有するものではないから、その調整範囲には限界がある。同時に点火時期、燃料噴射量、可変バルブタイミング補正のいずれか若くはその組み合わせを補正することでトルクを合わせて微調整することにより、エミッションの増大を防ぐとともに安定した退避走行が実現できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【０００９】
図１は本発明に係る内燃機関の吸気制御装置を適用した内燃機関を表わす概略図である。
【００１０】
火花点火式のガソリン多気筒内燃機関（以下、単に内燃機関と称する）１には吸気管２と排気管３とが接続されている。吸気管２には吸入空気の温度を検出する吸気温センサ２２と、吸入空気量を検出するエアフローメータ２３と、スロットル弁２４が配置されるとともにこのスロットル弁２４の開度を検出するスロットル開度センサ２５が配置されている。スロットル弁２４は、アクチュエータ７１に接続されており、このアクチュエータ７１の駆動は、後述するエンジンＥＣＵ６によりアクセルペダル４の開度（アクセル開度センサ４１によって検出する）と車速に応じて制御される。
【００１１】
また、吸気管２のサージタンク２０には、吸気管２の圧力を検出するための吸気圧センサ２６が配置されている。さらに、内燃機関１の各気筒に接続される吸気ポート２１には電磁駆動式のインジェクタ（燃料噴射装置）２７が設けられており、このインジェクタ２７には燃料タンク５から燃料であるガソリンが供給される。図示の内燃機関１は、各気筒ごとに独立してインジェクタ２７が配置されているマルチポイントインジェクションシステムである。
【００１２】
サージタンク２０と吸気ポート２１との間には、吸気流制御弁２８が配置されている。図は、この吸気流制御弁２８の閉止状態を示しており、吸気管２０を一部閉塞することにより吸気管断面積を絞る効果を得る。この吸気流制御弁２８には、バルブの開閉を行うアクチュエータ７２が接続されている。
【００１３】
また、内燃機関１の各気筒を構成するシリンダ１０内には図の上下方向に往復動するピストン１１が設けられ、このピストン１１はコンロッド１２を介して図示していないクランク軸に連結されている。ピストン１１の上方には、シリンダ１０とシリンダヘッド１３とによって区画された燃焼室１４が形成されている。この燃焼室１４の上部には点火プラグ１５が配置されるとともに、開閉可能な吸気バルブ１６と排気バルブ１７を介してそれぞれ吸気管２と排気管３に接続されている。
【００１４】
そして、排気管３には、排気ガス中の酸素濃度に応じた所定の電気信号を出力する空燃比センサ３１が配置されている。
【００１５】
内燃機関１を制御するエンジンＥＣＵ６（本発明に係る内燃機関の吸気制御装置の制御部を含む）は、マイクロコンピュータを中心に構成されており、上述した各センサ（吸気温センサ２２、エアフローメータ２３、スロットル開度センサ２５、吸気圧センサ２６、空燃比センサ３１、アクセル開度センサ４１）や車速センサ６０、クランクポジションセンサ６１の各出力信号が入力されるとともに、点火プラグ１５、インジェクタ２７、アクチュエータ７１、７２の動作を制御するものである。
【００１６】
次に、本発明に係る内燃機関の吸気制御装置の動作について説明する。図２は、制御動作を説明するフローチャートである。この制御は、エンジンＥＣＵ６によって行われるものであって、イグニッションキーがオンにされてから所定の間隔で繰り返し実行されるものである。
【００１７】
ステップＳ１では、吸気系の動作に関する状態量、つまり、吸気温センサ２２、エアフローメータ２３、スロットル開度センサ２５、吸気圧センサ２６、空燃比センサ３１、アクセル開度センサ４１、車速センサ６０、クランクポジションセンサ６１の各出力を読み込む。
【００１８】
続く、ステップＳ２では、スロットル弁２４による吸気量制御が正常に行われているか否かを判定する。具体的には、スロットル開度センサ２５の出力から得られる実際のスロットル弁２４の開度とエンジンＥＣＵ６の制御目標開度とのずれが大きい場合は、スロットル弁２４の固着等により、スロットル弁２４の開度制御が不能となっており、吸気量制御が正常に行われていないと判定する。また、スロットル弁２４の開度に対してエアフローメータ２３の出力から得られる空気量が過少な場合には、スロットル弁２４の下流で、吸気管２０の損傷等が発生しており、吸気量制御が正常に行われていないと判定する。
【００１９】
ステップＳ２で吸気量制御が正常に行われていないと判定した場合には、ステップＳ３へと移行し、制御不能フラグをセットした後、ステップＳ４へと移行する。
【００２０】
ステップＳ４では、フェイル時の吸気流制御弁２８の開度を算出する。この開度は、必要な吸気量を確保しうるよう、アクセル開度センサ４１から得られるアクセル開度に応じて設定される。図３は、その設定開度例を示したグラフである。本制御は、フェイル時の制御であるため、アクセル開度が一定以上の場合には、吸気流制御弁２８を全開にすることなく、所定の開度までで制限する制御を行う。
【００２１】
ステップＳ５では、トルク補正量を演算する。吸気流制御弁２８は全閉時でもスロットル弁２４の全閉時より通過する吸気量が多く、燃焼改善効果もあるために、特に低車速域においてエンジン回転数が高くなり、発生トルクも増大してしまう。そこで、アクセル開度が小さいほど、また、車速が低いほど、発生トルクが小さくなる様にトルク補正を行う。具体的には、例えば、ＥＣＵ６内部に図４に示されるようなトルク補正マップを用意しておき、アクセル開度が小さいほど、また、車速が低いほど、点火プラグ１５の点火遅角量を大きく設定する。
【００２２】
続く、ステップＳ８では、求めた吸気流制御弁開度、トルク補正量（点火遅角量）に応じてアクチュエータ７２、点火プラグ１５を制御することでアクセル開度、車速に応じた発生トルクを得る。ここで、吸気流制御弁２８の開度を全開にならないよう制御しているため、吸気量が制限され、最大トルクも制限されるが、退避走行を行うのに十分な出力は確保することができる。したがって、運転者は安全にかつ速やかに退避走行を行うことができる。
【００２３】
一方、ステップＳ２で、スロットル弁２４により正常に吸気量制御が行えると判定された場合には、ステップＳ６へと移行して制御不能フラグをリセットした後、ステップＳ７へと移行して通常時の吸気流制御弁開度を算出し、ステップＳ８でアクチュエータ７２によって吸気流制御弁２８を求めた開度に設定する。冷間始動時等には、吸気流制御弁２８を閉止させてその下流側の吸気管２０内の気流を偏在させることで減圧沸騰効果による燃料の微粒化と燃焼室１４内の乱れを促進することで燃焼改善を行う。燃焼改善が不要な場合には、吸気流制御弁２８を開く。
【００２４】
以上の説明では、点火遅角量を補正することで、トルクを制御する例を説明してきたが、燃料噴射量あるいは可変バルブタイミング機構の進角量を補正してもよい。燃料噴射量を補正する場合には、噴射される燃料の量を少なくすることでトルクを小さくすることができる。また、可変バルブタイミング機構の進角量を補正する場合には、進角量を小さくすることでトルクを小さくすることが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スロットル弁による吸気量制御が不能となった場合でも、吸気流制御弁の開度を調整することで吸気量を制御することができるので、フェイルセーフ性が向上する。
【００２６】
さらに、点火遅角量、燃料噴射量、可変バルブタイミングのいずれか若くはその組み合わせを補正することで、トルクを合わせて調整することにより、低車速域での過大なトルク発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の吸気制御装置を備える内燃機関の概略構成図である。
【図２】図１の装置の制御動作のフローチャートである。
【図３】本発明によるフェイル時のアクセル開度と吸気流制御弁の関係を示すグラフである。
【図４】本発明によるアクセル開度、車速と点火遅角量との関係を示すマップである。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…吸気管、６…エンジンＥＣＵ、１４…燃焼室、１６…吸気バルブ、２０…サージタンク、２１…吸気ポート、２２…吸気温センサ、２３…エアフローメータ、２４…スロットル弁、２５…スロットル開度センサ、２６…吸気圧センサ、２７…インジェクタ、２８…吸気流制御弁、６２…アクチュエータ。

Claims

吸気通路内のスロットル弁下流に配置されている吸気流制御弁と、内燃機関の運転状態に応じて該吸気流制御弁の開閉を制御する制御手段とを備えている内燃機関の吸気制御装置において、
前記制御手段は、前記スロットル弁による空気量制御が不能な状態が発生したと判定した場合には、前記吸気流制御弁の開度をアクセル開度に応じて全開に至らない開度範囲で調整して吸入空気量を調整することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
前記制御手段は、前記空気量制御に併せて内燃機関のトルク調整を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気制御装置。
前記トルク調整は、点火時期補正、燃料噴射量補正、可変バルブタイミング補正のいずれか若くはその組み合わせにより行うことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の吸気制御装置。