JP3788088B2 - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents
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Description
【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、アクセルペダルの踏込量とは独立に開度が調節される電子制御スロットル弁を用いた機関始動に際する内燃機関の吸気制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、車両に搭載された内燃機関の回転数の制御は、運転席の足元に設置されたアクセルペダルの踏込量によって行われていた。すなわち、従来の内燃機関には、その吸気通路にこのアクセルペダルにワイヤで接続されたスロットル弁があり、アクセルペダルが踏み込まれると、ワイヤを介してこのスロットル弁の開度が大きくなって内燃機関への吸入空気量が増し、これに伴って燃料噴射量も増えるので機関回転数が増大するようになっている。
【0003】
一方、近年、コンピュータの発達に伴い、内燃機関の回転数を電子的に最適に制御しようとする電子制御式の内燃機関が実用化されている。このような内燃機関の電子制御化としては、例えば、燃料噴射量制御、点火時期制御、吸排気弁の開弁時期の制御等が先行しており、これらに続いてスロットル弁の電子制御も実用段階に入っている。スロットル弁の開度が電子制御される内燃機関では、アクセルペダルの踏込量に関係なくスロットル弁の開度を調節することができる。
【0004】
電子制御式の内燃機関では各気筒近傍の吸気通路内に燃料噴射弁が設けられており、始動時に燃料噴射弁から噴射された燃料が十分に微粒化せず始動性が悪化することがある。このため、電子制御スロットル弁を使用して機関の始動時に吸気通路を閉じることにより、機関への吸入空気量の多量の流入を防止すると共に、吸気管負圧を高めて燃料の気化促進を図る技術が提案されている。
【0005】
例えば、実開平1−119874号公報に開示の技術は、吸気通路内の燃料噴射弁の取り付け位置より上流側に吸気通路を閉鎖する開閉制御弁を設け、機関の始動から完爆に至るまでの期間、この開閉制御弁を閉塞するものであるが、機関回転に伴い吸気通路内の空気量が減少し燃料噴射量も減少するので機関始動時の燃焼が困難となり失火となる恐れがある。
【0006】
このため、特開平9−324677号公報に開示の内燃機関の吸気制御装置は、機関の始動完了(完爆)以前であっても燃料噴射開始後所定時間経過してからは開閉制御弁を所定開度まで開弁して各気筒内に十分な空気と燃料を供給し、機関始動時の燃焼を確実に完了させようとしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平9−324677号公報に開示の技術は、機関始動に際しアクセルペダルの踏込量に無関係に開閉制御弁の開度を制御しているため、機関の始動失敗によるプラグくすぶりが発生したような場合に運転者が開閉制御弁の開度を増大して多量の空気を機関に供給しようとしても、アクセルペダルの踏込量に応じて開閉制御弁の開度を調節できないという問題がある。ここで、プラグくすぶりとは、プラグに余分な燃料が付着して機関の燃焼室内が失火直前の不完全燃焼状態になった様を言う。
【0008】
そこで、本発明は、機関始動に際し、アクセルペダルの踏込量に応じて開閉制御弁の開度を調節してプラグくすぶり等を解消するに要する空気量を機関に供給することにより機関の始動性を良好にする内燃機関の吸気制御装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明による内燃機関の吸気制御装置は、内燃機関の吸気通路内に配設された吸気制御弁とアクセルペダルの踏込量の検出手段とを備え、前記吸気制御弁の開度を調節することにより前記内燃機関の気筒内に吸入する空気量を制御する内燃機関の吸気制御装置において、前記吸気制御弁の開度を制御する開閉制御手段を備え、前記開閉制御手段が、前記検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込量に応じて、前記内燃機関の始動開始後に、前記検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込量が前記第1踏込量未満のとき、前記吸気制御弁の開度を全閉位置まで閉じるとともに該吸気制御弁下流側の前記吸気通路内の空気を前記気筒内に吸入した後から前記機関が所定の回転数に至るまでの間、前記吸気制御弁を徐々に開弁するよう制御する第1開閉制御手段と、前記検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込量が第1踏込量以上で第2踏込量未満のとき、前記吸気制御弁をファーストアイドルに要求される空気量相当の開度に開弁するよう制御する第2開閉制御手段と、前記検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込量が第2踏込量以上のとき、前記吸気制御弁を前記アクセルペダルの踏込量に応じて開弁するよう制御する第3開閉制御手段と、を備えることを特徴とする。
【0010】
上記開閉制御手段を設けたことにより、検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込量に応じて吸気制御弁の開度が制御されるので、運転者の意思が反映され、プラグくすぶり等を解消する空気量が機関に供給され、機関の始動性が良好となる。ここで、プラグくすぶり等を解消する空気量とは、プラグくすぶりが燃料過多により生じるものなので、その過多の燃料を燃焼するに要する空気量を意味する。
また、上記第1開閉制御手段は、内燃機関の始動開始後に、検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込量が第1踏込量未満のとき、吸気制御弁の開度を全閉位置まで閉じるとともに該吸気制御弁下流側の前記吸気通路内の空気を前記気筒内に吸入した後から前記機関が所定の回転数に至るまでの間、前記吸気制御弁を徐々に開弁するよう制御する第1開閉制御手段と、前記検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込量が第1踏込量以上で第2踏込量未満のとき、前記吸気制御弁をファーストアイドルに要求される空気量相当の開度に開弁するよう制御する第2開閉制御手段と、前記検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込量が第2踏込量以上のとき、前記吸気制御弁を前記アクセルペダルの踏込量に応じて開弁するよう制御する第3開閉制御手段と、を備えている。
第1開閉制御手段により、吸気通路は閉塞され、吸入空気量の多量の流入が防止されるので、吸気制御弁の下流側の吸気通路内に負圧が発生し、燃料が微粒化され、機関の始動性が良好となる。
【0011】
プラグくすぶり等を解消するに要する空気量を内燃機関に供給したいとき、第2開閉制御手段により、吸気制御弁をファーストアイドルに要求される空気量相当の開度に開弁するので、例えば運転者の意思によりアクセルペダルの踏込量をある程度踏み込むことにより、内燃機関の始動性が向上し、第3開閉制御手段により、吸気制御弁をアクセルペダルの踏込量に応じて開弁するので、例えば運転者の意思によりアクセルペダルの踏込量を大きく踏み込むことにより、内燃機関の始動性が向上する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例の吸気制御装置が搭載された電子制御式多気筒内燃機関の構成図である。図1において、内燃機関(以下、単に機関と記す)1の吸気通路2内には図示しないエアクリーナの下流側にスロットル弁3が設けられており、このスロットル弁3の軸の一端にはこのスロットル弁3を駆動するアクチュエータであるスロットルモータ4が設けられており、他端にはスロットル弁3の開度を検出するスロットル開度センサ5が設けられている。すなわち、この実施例のスロットル弁3はスロットルモータ4によって開閉駆動される電子制御スロットル(以下、単に電子スロットルと記す)である。電子スロットルでは、スロットル弁3の開度指令値が入力された時に、スロットルモータ4がこの指令値に応答してスロットル弁3を指令開度に追従させる。
【0013】
吸気通路2内のスロットル弁3の上流側には大気圧センサ18があり、下流側にはサージタンク6がある。このサージタンク6内には吸気の圧力を検出する吸気圧センサ7が設けられている。さらに、サージタンク6の下流側には、各気筒毎に燃料供給系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴射弁8が設けられている。スロットル開度センサ5の出力と吸気圧センサ7の出力は、マイクロコンピュータを内蔵したECU(エンジン・コントロール・ユニット)10に入力される。
【0014】
また、機関1のシリンダブロックのウォータジャケット9には、冷却水の温度を検出するための水温センサ11が設けられている。水温センサ11は冷却水の温度に応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。排気通路12内には、排気ガス中の3つの有害成分HC,CO,NOxを同時に浄化する三元触媒コンバータ(図示せず)が設けられており、この触媒コンバータの上流側の排気通路12内には、空燃比センサの一種であるO2 センサ13が設けられている。O2 センサ13は排気ガス中の酸素成分濃度に応じて電気信号を発生する。これら水温センサ11及びO2 センサ13の出力はECU10に入力される。
【0015】
さらに、このECU10には、アクセルペダル14に取り付けられてアクセル踏込量を検出するアクセル開度センサ15からのアクセルペダルの踏込量信号(アクセル開度信号)、バッテリ16の+B端子に接続されたイグニッションスイッチ17からのキー位置信号(オフ位置、オン位置、スタータ位置)、機関回転数Neを検出するため機関1のリングギヤ23の回転数を検出する回転数センサ21から出力されるパルス信号および油温センサ22からの潤滑油の温度に応じた信号がそれぞれ入力される。このリングギヤ23は機関1の始動時にスタータ19によって回転される。
【0016】
従来の機関では、一般に直流直巻モータから構成されるスタータ19はイグニッションスイッチ17がスタータ位置にされた時に駆動するスタータ駆動回路20を介してバッテリ16の+B端子に接続されている。従って、イグニッションスイッチ17がオンされ、その後にイグニッションスイッチ17がスタータ位置にされた時にスタータ19が起動され機関1が起動する。また、イグニッションスイッチ17がオンまたはスタータ位置にされた時バッテリ16からECU10に電力供給されてプログラムが起動し、各センサからの出力を取り込み、スロットル弁3を開閉するスロットルモータ4や燃料噴射弁8あるいはその他のアクチュエータを制御する。ECU10には、各種センサからのアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器が含まれ、各種センサからの入力ディジタル信号や各アクチュエータを駆動する信号が入出力される入出力インタフェース101、演算処理を行うCPU102、ROM103、RAM104、バックアップRAM(図示せず)等のメモリや、クロック105等が設けられており、これらはバス106で相互に接続されている。ECU10の構成については公知であるので、これ以上の説明を省略する。
【0017】
一方、本実施例では、スタータ19が直接バッテリ16に接続されておらず、スタータ駆動回路20を介してバッテリ16に接続されている。そして、このスタータ駆動回路20は、ECU10からのスタータ信号STが入力されないとスタータ19をバッテリ16に接続しないようになっている。
また、本実施例では、機関1の始動時にスロットル弁3を一時的に閉弁して吸気通路2を閉塞し、スロットル弁3の下流側の吸気通路2内に負圧を発生させて機関1の始動性を向上させている。一方、機関1が停止している時には、スロットル弁3は全閉位置になく、僅かにあいている。従って、機関1が停止している状態では、スロットル弁3の吸気通路2内は大気圧になっている。従って、機関1を始動させる時には、スロットルモータ4を駆動してスロットル弁3を全閉位置に制御する必要がある。本実施例では、機関1の始動時のスロットル弁3の全閉制御において、スロットル弁3が全閉になったことを確認してからスタータ19を回転させている。
【0018】
このため、ECU10には、前述のようにイグニッションスイッチ17からのキー位置信号とスロットル開度センサ5からのスロットル開度信号が入力されている。そして、本実施例では、ECU10からのスタータ信号STがスタータ駆動回路20に入力されるのは、ECU10にイグニッションスイッチ17からのスタータ位置信号と、スロットル開度センサ5からのスロットル全閉信号が共に入力された時にしている。
【0019】
図2はスロットル弁開度の開閉制御モード選択ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは所定の周期、例えば100ms毎に実行される。先ず、ステップ201ではイグニッションスイッチ(IGSW)17がスタータ位置か否かを判別し、IGSW17がスタータ位置のときはステップ202に進み、IGSW17がスタータ位置でないときは本ルーチンを終了する。ステップ202では運転者により踏み込まれたアクセルペダル14の踏込量PAを読取る。
【0020】
ステップ203ではステップ202で読み取った踏込量PAが第1踏込量PA1未満か否かを判別し、PA<PA1のときはステップ204に進み、PA≧PA1のときはステップ205に進む。ステップ204では後述するスロットル弁3の第1開閉制御を実行する。
ステップ205ではステップ202で読み取った踏込量PAが第1踏込量PA1以上で第2踏込量PA2より小か否かを判別し、PA1≦PA<PA2のときはステップ206に進み、PA≧PA2のときはステップ207に進む。ステップ206では後述するスロットル弁3の第2開閉制御を実行し、ステップ207では後述するスロットル弁3の第3開閉制御を実行する。
【0021】
次に、各モードのスロットル弁の開閉制御について以下に説明する。
図3はスロットル弁開度の第1開閉制御の説明図である。以下、図3〜図5において、横軸は時間、縦軸は上段がスロットル開度、下段が機関の回転数を示す。図3において、第2開閉制御により設定されるスロットル弁3の開度を破線で示す。時刻t0にイグニッションスイッチ17がオンされ、その後時刻t1にイグニッションスイッチ17がスタータ位置にされた時にスロットル弁3の閉弁が開始される。時刻t2にスロットル弁が全閉位置まで閉じた時からスタータ19が起動され機関1の始動が開始される。時刻t2にスロットル弁3下流側の吸気通路2内に在った空気が全て時刻t3に機関1の気筒内に吸入された時からスロットル弁3を再び開弁する。その後、時刻t4に機関1が完爆、すなわちスタータ19の補助なしで機関1を運転できる回転数、例えば400RPMになった時からスタータ19の駆動を解除する。次いで、時刻t5にスロットル弁3が機関1のファーストアイドル回転数、例えば1000RPMに見合う空気量を供給する開度に達した時にスロットル弁3の開弁を停止する。時刻t5以降は通常のアイドル回転数制御(ISC)が行われる。
【0022】
図3を用いて説明したように、スロットル弁3開度の第1開閉制御は、アクセル開度センサ15により検出されたアクセルペダル14の踏込量PAが第1踏込量PA1未満のとき、機関始動の開始後、スロットル弁3を全閉位置まで閉じ、スロットル弁3下流側の吸気通路2内の空気を気筒内に吸入した後から機関1が所定の回転数、すなわちファーストアイドル回転数、例えば1000RPMに至るまでの間、スロットル弁3を徐々に開弁するよう制御する。第1開閉制御によれば、機関1の始動時に吸気通路2を閉じることにより、機関1への吸入空気量の多量の流入を防止すると共に、吸気管負圧を高めて燃料の気化促進が行われ、燃料噴射弁8から噴射された燃料が十分に微粒化され始動性が良好となる。
【0023】
図4はスロットル弁開度の第2開閉制御の説明図である。図4において、第1開閉制御により設定されるスロットル弁3の開度を破線で示す。スロットル弁3開度の第2開閉制御は、アクセル開度センサ15により検出されたアクセルペダル14の踏込量PAが第1踏込量PA1以上で第2踏込量PA2より小のとき、スロットル弁3をファーストアイドルに要求される空気量相当の開度TAFIに開弁するよう制御する。
【0024】
第2開閉制御によれば、運転者がプラグくすぶり等を解消するに要する空気量を機関1に供給したいときに、アクセルペダル14をある程度踏み込むことにより、スロットル弁3がファーストアイドルに要求される空気量相当の開度に開弁されるので、運転者の意思を反映でき、その結果機関1の始動性が向上する。
図5はスロットル弁開度の第3開閉制御の説明図である。図5において、第1開閉制御により設定されるスロットル弁3の開度および機関1の回転数を破線で示す。スロットル弁3開度の第3開閉制御は、アクセル開度センサ15により検出されたアクセルペダル14の踏込量PAが第2踏込量PA2以上のとき、スロットル弁3をアクセルペダルの踏込量PAに応じて開弁するよう制御する。
【0025】
第3開閉制御によれば、運転者がプラグくすぶり等を解消するに要する空気量を機関1に供給したいときに、アクセルペダル14を大きく踏み込むことにより、スロットル弁3がアクセルペダルの踏込量PAに応じた開度に開弁されるので、運転者の意思を反映でき、その結果機関1の始動性が向上する。
以上説明した実施例では、機関1の吸気通路の閉鎖を電子制御スロットル弁3により行うものについて説明を行ったが、電子制御スロットル弁3の代わりに、電子制御される吸気制御弁が吸気通路内に別に設けられているものについても本発明を有効に適用することができる。
【0026】
また、以上の実施例では、アクセルペダル14の踏込量とは独立に開度が調節され、かつフェールセイフのためメカ的にスロットル弁3を開閉可能なリンクを設けないリンクレスの電子制御スロットル弁3を用いた例で説明したが、本発明はリンクレスの電子制御スロットル弁に限定されるべきものでなく、メカスロットルでもスロットル弁3の開度を開閉できる構造にしたリンク付きの電子スロットルにも適用できる。このリンク付き電子スロットル場合、スロットル弁3の開度が所定開度PA2に至るまでは電子スロットルでスロットル弁3の開度を設定し、スロットル弁3の開度が所定開度PA2以上のときはメカスロットルでスロットル弁3の開度を設定する。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の内燃機関の吸気制御装置によれば、運転者の意思を反映し、開閉制御手段により、アクセルペダルの踏込量に応じて開閉制御弁の開度を調節してプラグくすぶり等を解消するに要する空気量を機関に供給するので、内燃機関の始動性を良好にすることができる。
また、第1開閉制御手段によれば、吸気通路は閉塞され、吸入空気量の多量の流入が防止されるので、吸気制御弁の下流側の吸気通路内に負圧が発生し、燃料が微粒化され、機関の始動性を良好にすることができる。
プラグくすぶり等を解消するに要する空気量を内燃機関に供給したいとき、第2開閉制御手段によれば、吸気制御弁をファーストアイドルに要求される空気量相当の開度に開弁するので、例えば運転者の意思によりアクセルペダルの踏込量をある程度踏み込むことにより、内燃機関の始動性を向上でき、第3開閉制御手段によれば、吸気制御弁をアクセルペダルの踏込量に応じて開弁するので、例えば運転者の意思によりアクセルペダルの踏込量を大きく踏み込むことにより、内燃機関の始動性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の吸気制御装置が搭載された電子制御式多気筒内燃機関の構成を示す構成図である。
【図2】スロットル弁開度の開閉制御モード選択ルーチンのフローチャートである。
【図3】スロットル弁開度の第1開閉制御の説明図である。
【図4】スロットル弁開度の第2開閉制御の説明図である。
【図5】スロットル弁開度の第3開閉制御の説明図である。
【符号の説明】
2…吸気通路
3…スロットル弁
4…スロットルモータ
5…スロットル開度センサ
7…吸気圧センサ
10…ECU
14…アクセルペダル
15…アクセル開度センサ
17…イグニッションスイッチ
19…スタータ
20…スタータ駆動回路
21…回転数センサ
Claims (1)
- 内燃機関の吸気通路内に配設された吸気制御弁とアクセルペダルの踏込量の検出手段とを備え、前記吸気制御弁の開度を調節することにより前記内燃機関の気筒内に吸入する空気量を制御する内燃機関の吸気制御装置において、
前記吸気制御弁の開度を制御する開閉制御手段を備え、
前記開閉制御手段が、
前記検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込量に応じて、
前記内燃機関の始動開始後に、前記検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込量が前記第1踏込量未満のとき、前記吸気制御弁の開度を全閉位置まで閉じるとともに該吸気制御弁下流側の前記吸気通路内の空気を前記気筒内に吸入した後から前記機関が所定の回転数に至るまでの間、前記吸気制御弁を徐々に開弁するよう制御する第1開閉制御手段と、
前記検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込量が第1踏込量以上で第2踏込量未満のとき、前記吸気制御弁をファーストアイドルに要求される空気量相当の開度に開弁するよう制御する第2開閉制御手段と、
前記検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込量が第2踏込量以上のとき、前記吸気制御弁を前記アクセルペダルの踏込量に応じて開弁するよう制御する第3開閉制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
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