(57)【要約】【課題】内燃エンジンの始動時に感温式弁体の開度を任意の開度変化特性で制御することが容易にできる始動時空気量制御装置を提供する。【解決手段】内燃エンジンの始動時に主吸気通路内のスロットル弁下流に連通する副吸気通路を通過する空気量を制御する空気量制御装置であり、副吸気通路に設けられ発熱体によって加熱されることにより開度が変化する感温式弁体を備え、発熱体に供給する駆動電流を制御するためのデューティ比を設定し、そのデューティ比に対応したパルス幅の電圧パルスを所定周期で発熱体に印加して駆動電流を供給する。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンの始動時に主吸気通路内のスロットル弁下流に連通する副吸気通路を通過する空気量を制御する空気量制御装置であって、
供給される駆動電流に応じて発熱する発熱体と、
前記副吸気通路に設けられ前記発熱体によって加熱されることにより開度が変化する感温式弁体と、
前記駆動電流を制御するためのデューティ比を設定するデューティ比設定手段と、
前記設定手段によって設定されたデューティ比に対応したパルス幅の電圧パルスを所定周期で前記発熱体に印加して前記駆動電流を供給する駆動手段と、を備えたことを特徴とする空気量制御装置。
【請求項２】
前記デューティ比設定手段は、前記内燃エンジンの始動を検出する始動検出手段と、
前記内燃エンジンの所定のエンジン運転パラメータのレベルを検出する運転パラメータ検出手段と、
前記始動検出手段によって前記内燃エンジンの始動が検出されたときの前記運転パラメータ検出手段によって検出された所定のエンジン運転パラメータのレベルに対応したデューティ比を設定する手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の空気量制御装置。
【請求項３】
前記デューティ比設定手段は、前記内燃エンジンの始動を検出する始動検出手段と、
前記内燃エンジンの所定のエンジン運転パラメータのレベルを検出する運転パラメータ検出手段と、
前記内燃エンジンの暖機が完了したことを検出する暖機完了検出手段と、
前記始動検出手段によって前記内燃エンジンの始動が検出された後、前記暖機完了検出手段によって前記内燃エンジンの暖機完了が検出されるまでの期間において前記運転パラメータ検出手段によって検出された所定のエンジン運転パラメータのレベルに対応したデューティ比を繰り返し設定する手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の空気量制御装置。
【請求項４】
前記所定のエンジン運転パラメータは、前記内燃エンジンの冷却水温、エンジンヘッド温度、点火プラグ温度、吸気温度及び排気温度のうちの少なくとも１であることを特徴とする請求項２又は３記載の空気量制御装置。
【請求項５】
前記発熱体は、ＰＴＣヒータであることを特徴とする請求項１記載の空気量制御装置。
【請求項６】
前記駆動手段は、前記発熱体と直列に接続されたスイッチング素子と、前記発熱体と前記スイッチング素子との直列回路の両端間に所定の直流電圧を供給する電源と、前記設定手段によって設定されたデューティ比に対応したパルス幅のデューティパルスを発生してそのデューティパルスによって前記スイッチング素子をオンさせるデューティパルス発生手段と、を有し、前記スイッチング素子のオンによって前記所定の直流電圧に等しい前記電圧パルスが前記発熱体に印加されることを特徴とする請求項１記載の空気量制御装置。
【請求項７】
前記発熱体と前記スイッチング素子との接続点の電圧変化を検出する電圧変化検出手段を有し、前記電圧変化検出手段の検出結果に応じて前記駆動手段の動作状態を判定することを特徴とする請求項６記載の空気量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、内燃エンジンの始動時に主吸気通路内のスロットル弁下流に連通する副吸気通路を通過する空気量を制御する空気量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃エンジンの始動時に主吸気通路とは別にスロットル弁を含む主吸気通路を迂回するバイパス吸気通路を介して空気をエンジンに供給する空気量制御装置は知られている。かかる空気量制御装置においては、バイパス吸気通路には感温式弁体が設けられており、感温式弁体はＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータによって加熱されるようになっている。感温式弁体においては、低温始動時には弁体内のワックスが凝固して全開状態にあり、ＰＴＣヒータによる加熱によって温度が上昇するに従ってワックスが融解して開度が徐々に減少して閉弁状態となる。この感温式弁体の動作によってエンジン暖機完了までにおいてバイパス吸気通路を介してエンジンに供給される空気量が徐々に減少制御され、その結果として始動時のエンジン回転数が適切なアイドル回転数に制御される。
【０００３】
ＰＴＣヒータは、正の温度−電気抵抗特性を有するセラミック素子であり、低温で抵抗が少なく高温で抵抗が大きくなる特性を有している。空気量制御装置においては、ＰＴＣヒータを駆動するために図１に示す如き構成を備えている。すなわち、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１内にＣＰＵ２と駆動トランジスタ３とを備え、ＥＣＵ１外にＰＴＣヒータ４及び抵抗５の直列回路を備えている。ＣＰＵ２はエンジンの始動を例えば、エンジン回転数から検出すると、駆動トランジスタ３をオン状態に制御する。駆動トランジスタ３のオンはＰＴＣヒータ４及び抵抗５の直列回路に電源電圧ＶＢを印加させるので、ＰＴＣヒータ４及び抵抗５には電流が流れ、ＰＴＣヒータ４が発熱することになる。抵抗５はＰＴＣヒータ４に流れる電流を調整するために挿入されており、抵抗５の抵抗値を大に設定するほどＰＴＣヒータ４の温度上昇が緩やかとなり、感温式弁体の開度変化も緩やかとなる。抵抗５の抵抗値は空気量制御装置のメーカで感温式弁体の所望の開度変化が得られるように設定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の始動時の空気量制御装置においては、感温式弁体の開度変化特性を定めるためには抵抗５をＥＣＵ１の外部に設ける必要があり、更に、抵抗５の抵抗値が固定値として設定されると、感温式弁体は抵抗５の設定抵抗値によって一義的に定まる開度変化特性に固定されることとなり、開度変化特性を容易に変更することはできないという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、感温式弁体の開度を任意の開度変化特性で制御することが容易にできる内燃エンジンの始動時空気量制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃エンジンの始動時空気量制御装置は、内燃エンジンの始動時に主吸気通路内のスロットル弁下流に連通する副吸気通路を通過する空気量を制御する空気量制御装置であって、供給される駆動電流に応じて発熱する発熱体と、副吸気通路に設けられ発熱体によって加熱されることにより開度が変化する感温式弁体と、駆動電流を制御するためのデューティ比を設定するデューティ比設定手段と、設定手段によって設定されたデューティ比に対応したパルス幅の電圧パルスを所定周期で発熱体に印加して駆動電流を供給する駆動手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
かかる構成により、内燃エンジンの始動時にデューティ比を任意の開度変化特性に対応して設定することにより、感温式弁体の開度を任意の開度変化特性で制御することが容易にできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図２は本発明による始動時空気量制御装置を示している。この空気量制御装置においては、内燃エンジン本体１１の吸気ポートに至る吸気管１２内にはスロットル弁１３が設けられている。スロットル弁１３を含む吸気管１２は主吸入空気をエンジン本体１１に供給する主吸気通路である。
【０００９】
スロットル弁１３部分の通路を迂回するように、副吸入空気を通過させるためのバイパス空気通路（副吸気通路）１６が形成されている。バイパス空気通路１６には感温式弁体１７が設けられている。弁体１７はＰＴＣヒータ１８と一体に形成されている。弁体１７は低温始動時には弁体１７内のワックスが凝固して全開状態にあり、ＰＴＣヒータ１８による加熱によって温度が上昇するに従ってワックスが融解して開度が減少して閉弁状態となる。
【００１０】
ＰＴＣヒータ１８はＥＣＵ１９に接続されている。ＥＣＵ１９は、図３に示すように、入力インターフェース回路２１と、ＣＰＵ（中央演算ユニット）２２と、デューティパルス発生回路２３と、駆動トランジスタ２４と、メモリ２５とを備えている。
入力インターフェース回路２１には、エンジン冷却水温を検出する水温センサ２６、吸気温度を検出する吸気温センサ２７、排気温度を検出する排気温センサ２８、エンジン回転数を検出するクランク角センサ２９、エンジンヘッドの温度を検出するエンジンヘッド温センサ３１、点火プラグ（図示せず）の温度を検出する点火プラグ温センサ３２等のエンジン運転パラメータ検出手段が接続されている。また、入力インターフェース回路２１にはイグニッションスイッチ３０が接続されており、エンジン始動の際にイグニッションスイッチ３０のオンが検出されるようになっている。入力インターフェース回路２１はこれらのセンサ２５〜２８による検出情報及びイグニッションスイッチ３０のオンオフ情報をＣＰＵ２２に供給する。
【００１１】
ＣＰＵ２２は、入力インターフェース回路２１から供給される各種情報に基づいてＰＴＣヒータ１８の駆動をデューティ比制御する。従って、ＣＰＵ２２は後述するようにデューティ比を設定する動作を行って、デューティ比を示すデューティ比データをデューティパルス発生回路２３に供給する。デューティパルス発生回路２３はＣＰＵ２２から供給されたデューティ比データに応じて所定の繰り返し周期Ｔ１でデューティ比パルスを発生する。デューティ比パルスはデューティ比データが示すデューティ比のパルスであり、駆動トランジスタ２４に供給される。デューティパルス発生回路２３は例えば、１００進カウンタ及び比較器（共に図示せず）を有し、時間Ｔ１毎にカウンタによってクロック計数し、そのカウンタがデューティ比データが示すデューティ比となるまでの期間において比較器によってデューティ比パルスを発生する。なお、デューティパルス発生回路２３の構成はこれに限定されず、他の構成でも良いことは勿論である。
【００１２】
駆動トランジスタ２４はＮＰＮ型トランジスタであり、デューティ比パルスに応じてオンとなりＰＴＣヒータ１８を駆動する。駆動トランジスタ２４のベースはＣＰＵ２２のポートに接続され、エミッタがアースされ、コレクタはＰＴＣヒータ１８の一端に接続されている。ＰＴＣヒータ１８の他端には電源電圧ＶＢが印加される。すなわち、駆動トランジスタ２４のオンにより電源電圧ＶＢが駆動トランジスタ２４コレクタ・エミッタ間を介してＰＴＣヒータ１８に印加される。
【００１３】
また、駆動トランジスタ２４のコレクタは入力インターフェース回路２１に接続されている。ＣＰＵ２２は入力インターフェース回路２１を介して駆動トランジスタ２４のコレクタ電圧を監視することができる。
メモリ２５はＣＰＵ２２に接続されている。メモリ２５にはＣＰＵ２２の動作プログラム及びデータが予め記憶されている。
【００１４】
かかる構成の空気量制御装置において、ＣＰＵ２２はデューティ比設定動作をエンジン始動直後に実行する。
デューティ比設定動作においてＣＰＵ２２は、図４に示すように、先ず、エンジン本体１１が始動したか否かを判別する（ステップＳ１）。エンジン本体１１の始動は、例えば、イグニッションスイッチ３０のオンとエンジン回転数が所定の始動時回転数に達したことから判断される。エンジン本体１１が始動したと判断した場合には、水温センサ２６によって検出された冷却水温Ｔｗを入力インターフェース回路２１を介して読み取り（ステップＳ２）、その冷却水温Ｔｗに応じたデューティ比を設定する（ステップＳ３）。メモリ２５には冷却水温Ｔｗに対応したデューティ比が予め記憶されているので、ＣＰＵ２２は冷却水温Ｔｗに対応したデューティ比を読み出すことによりデューティ比を設定する。ＣＰＵ２２はデューティ比を設定すると、そのデューティ比を示すデューティ比データをデューティパルス発生回路２３に対して出力する（ステップＳ４）。ステップＳ４を実行すると、デューティ比設定動作を終了し、以後、内燃エンジンの運転中はステップＳ１の実行には戻らない。
【００１５】
デューティパルス発生回路２３は、デューティ比データに応じて所定周期Ｔ１でデューティパルスを発生し、デューティパルスは駆動トランジスタ２４をオンさせる。各所定周期Ｔ１内ではデューティパルスのパルス幅の期間だけ駆動トランジスタ２４はオンし、ＰＴＣヒータ１８に電源電圧ＶＢが印加され、駆動電流がＰＴＣヒータ１８を流れる。所定周期Ｔ１でデューティパルスが発生され、ＰＴＣヒータ１８に電源電圧ＶＢが繰り返し印加されるので、ＣＰＵ２２がステップＳ３で設定したデューティ比に対応した駆動電流がＰＴＣヒータ１８には平均的に流れる。
【００１６】
よって、エンジン始動直後の冷却水温Ｔｗは運転環境やそれまでの運転状態に応じて変化するので、エンジン始動直後の冷却水温Ｔｗに応じてデューティ比は異なる値となり、ＰＴＣヒータ１８の発熱温度の上昇速度も変化することになる。例えば、図５に示すように、デューティ比が大であるほどＰＴＣヒータ１８の発熱温度の上昇速度も高くなるので、感温式弁体１７の閉弁への開度変化も速くなる。
【００１７】
上記した実施例においては、エンジン始動直後の冷却水温Ｔｗだけでデューティ比を設定する場合について説明したが、エンジン暖機中の冷却水温Ｔｗの変化に対応してデューティ比を設定しても良い。
図６はエンジン暖機中の冷却水温Ｔｗの変化に対応したデューティ比設定動作を示している。ＣＰＵ２２は図５のデューティ比設定動作を例えば、所定周期Ｔ１で繰り返し実行する。この実行の繰り返し周期は所定周期Ｔ１より短くても良い。
【００１８】
図６のデューティ比設定動作においてＣＰＵ２２は、エンジン本体１１が始動したか否かを判別し（ステップＳ１１）、エンジン本体１１が始動したと判断した場合には、水温センサ２６によって検出された冷却水温Ｔｗを入力インターフェース回路２１を介して読み取り（ステップＳ１２）、その冷却水温Ｔｗに応じたデューティ比を設定する（ステップＳ１３）。
【００１９】
メモリ２５には図６に示すような冷却水温Ｔｗとデューティ比との関係が予めデータとして記憶されている。よって、ＣＰＵ２２は読み取った冷却水温Ｔｗに対応したデューティ比をメモリ２５から読み取ることによってデューティ比を設定する。ＣＰＵ２２はデューティ比を設定すると、そのデューティ比を示すデューティ比データをデューティパルス発生回路２３に対して出力する（ステップＳ１４）。
【００２０】
ＣＰＵ２２はステップＳ１４の実行後、エンジン本体１１の暖機が完了したか否かを判別する（ステップＳ１５）。冷却水温Ｔｗが所定の暖機終了温度以上となるまでのエンジン本体１１の暖機中にはステップＳ１２に戻って上記のステップＳ１２〜Ｓ１５が繰り返される。一方、冷却水温Ｔｗが所定の暖機終了温度以上となりエンジン本体１１の暖機が完了した場合にはデューティ比設定動作を終了する。
【００２１】
図６のデューティ比設定動作を行うことによって、ＰＴＣヒータ１８の発熱温度の上昇速度、すなわち感温式弁体１７の閉弁への開度変化速度を暖機中の冷却水温Ｔｗの変化に追従して制御することができる。冷却水温Ｔｗとデューティ比との間に図７に示したような関係があるので、エンジン始動後、冷却水温Ｔｗがほぼ３０℃までの低温期間においてはデューティ比も０〜２０％で徐々に増加され、ＰＴＣヒータ１８の発熱温度も徐々に上昇する。これはＰＴＣヒータ１８の急温度上昇によるサーマルショックを防止するためである。冷却水温Ｔｗがほぼ７０℃以上になると、デューティ比も１００％とされ、ＰＴＣヒータ１８の発熱温度も最大となる。このようにＰＴＣヒータ１８の発熱温度を制御することによりＰＴＣヒータ１８の耐久性を改善することができる。
【００２２】
なお、ステップＳ３又はＳ１３のデューティ比の設定では、冷却水温Ｔｗに限らず、エンジンヘッド温度、点火プラグ温度、吸気温度、排気温度及びエンジン回転数等の他のエンジン運転パラメータを用いてデューティ比を設定しても良い。
また、エンジン本体１１が始動したと判断した後の経過時間に応じてデューティ比を変化させても良い。
【００２３】
上記した各実施例においては、エンジン本体１１が始動したと判断したときのエンジン運転パラメータを用いてデューティ比を設定しているが、感温式弁体を任意の開度変化特性で制御するように操作に応じて任意のデューティ比を設定しても良い。
更に、上記した実施例においては、デューティパルス発生回路２３をＣＰＵ２２とは別に設けたが、デューティパルス発生回路２３の動作をＣＰＵ２２が行うようにしても良い。
【００２４】
ＣＰＵ２２は、デューティ比設定動作とは別に異常検出動作を割り込み処理によって実行する。異常検出動作は所定周期Ｔ１より短い周期で実行される。異常検出動作において、ＣＰＵ２２は図８に示すように、先ず、設定デューティ比は０％及び１００％以外であるか否かを判別する（ステップＳ２１）。すなわち、上記のステップＳ３又はＳ１３で設定したデューティ比が０％＜設定デューティ比＜１００％であるか否かを判別する。０％＜設定デューティ比＜１００％であるならば、駆動トランジスタ２４はオンオフを繰り返していることになる。よって、ＣＰＵ２２は、駆動トランジスタ２４のコレクタ電圧を入力インターフェース回路２１を介して読み取って記憶し（ステップＳ２２）、所定周期Ｔ１経過したか否かを判別する（ステップＳ２３）。所定周期Ｔ１経過していない場合には異常検出動作を一旦終了する。所定周期Ｔ１経過した場合には所定周期Ｔ１において駆動トランジスタ２４のコレクタ電圧の変化があったか否かを判別する（ステップＳ２４）。電源電圧ＶＢからアース電位への変化或いは逆にアース電位から電源電圧ＶＢへの変化のようにコレクタ電圧の変化があった場合には、駆動トランジスタ２４がオンオフしているので、ＰＴＣヒータ１８の駆動動作は正常状態である。正常状態の場合には図示しないが、ＣＰＵ２２はメモリ２５に記憶されたコレクタ電圧のデータを消去して次の割り込みによる異常検出動作に備える。一方、コレクタ電圧の変化がない場合には異常状態であり、駆動トランジスタ２４がオンオフしてないか、ＰＴＣヒータ１８及び駆動トランジスタ２４の接続線において断線している可能性がある。コレクタ電圧の変化がない場合には例えば、ランプ（図示せず）の点灯によって警報を発する（ステップＳ２５）。
【００２５】
このようにＣＰＵ２２は、ＰＴＣヒータ１８の駆動電流をデューティ比制御している期間に駆動トランジスタ２４のコレクタ電圧に設定デューティ比に応じた変化がないか否かを判別するので、ＰＴＣヒータ１８の駆動動作の異常状態を検出することができる。
なお、駆動トランジスタ２４のコレクタ電圧の変化が１所定周期Ｔ１だけでなく連続する複数回の所定周期Ｔ１各々で起きたとき異常状態と判断しても良い。
【００２６】
また、上記した実施例においては、発熱体としてＰＴＣヒータを用いているが、電熱線等の他の発熱体を用いても良い。
以上の如く、本発明によれば、デューティ比を任意の開度変化特性に対応して設定することにより、内燃エンジンの始動時に感温式弁体の開度を任意の開度変化特性で制御することが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の始動時の空気量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による始動時の空気量制御装置を適用した内燃エンジンの構成を示す図である。
【図３】図２の装置のＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】デューティ比設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】デューティ比と弁体の開度変化との関係を示す図である。
【図６】デューティ比設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】メモリに記憶された冷却水温とデューティ比との関係を示す図である。
【図８】異常検出ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１　内燃エンジン本体
１２　吸気管
１３　スロットル弁
１６　バイパス空気通路
１７　感温式弁体
１８　ＰＴＣヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004060555.tif 000009
【図８】
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