(57)【要約】【課題】吸入空気量制御の応答性や吸気絞り弁の耐久性の向上を図る内燃機関の吸入空気量制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の吸気通路に配設され、モータによって開閉駆動される吸気絞り弁(12)と、内燃機関の運転状態に基づいて吸気絞り弁の開度を制御する開度制御手段(46)とを具備し、開度制御手段は、吸気絞り弁の開度に対して吸入空気量の変化の小さな不感領域を回避させ、且つ、内燃機関が所望の高出力で運転するために最低限必要となる吸入空気量を確保する開度を吸気絞り弁のベース開度(ＯＢ)に設定する。【選択図】図４
2007263051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に配設され、モータによって開閉駆動される吸気絞り弁と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記吸気絞り弁の開度を制御する開度制御手段とを具備し、
該開度制御手段は、前記吸気絞り弁の開度に対して吸入空気量の変化の小さな不感領域を回避させ、且つ、前記内燃機関が所望の高出力で運転するために最低限必要となる吸入空気量を確保する開度を前記吸気絞り弁のベース開度に設定することを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項２】
前記開度制御手段は、アクセルペダルの操作量が所定量を超え、且つ、該アクセルペダルの操作期間が所定期間継続されている場合には、前記吸気絞り弁の開度を全開位置にて固定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項３】
前記開度制御手段は、前記吸気絞り弁の開度が前記全開位置にて固定された後、前記アクセルペダルの操作量が前記所定量を下回る場合には、前記吸気絞り弁の開度を前記ベース開度に一気に戻すことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気通路に吸気絞り弁を備えた内燃機関の吸入空気量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関、特にディーゼルエンジンでは、例えばＥＧＲ量を増やす、或いはパティキュレートフィルタ等の後処理装置を設けて排ガスを昇温させるために、電気モータ式の吸気絞り弁が用いられる。この吸気絞り弁は通常運転時には全開位置にあり、必要に応じて吸気通路を絞ることにより、外気からの冷たい吸入空気の量（新気量）が減らされる。
【０００３】
そして、この吸気通路に対する吸気絞り弁の配設位置と気筒内の燃焼室との距離が大きい点を鑑み、吸気絞り弁の開閉速度を速め、また、その開度の指令値を大きくして目標の吸入空気量に速やかに追従させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１６１１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、吸気絞り弁の全開位置と全閉位置との間には不感領域、つまり、吸入空気量の変化が未だ小さく所望の吸入空気量を得られない領域が存在する。より詳しくは、吸入空気量は、吸気絞り弁の開度の変化に対して変化率一定では追随せず、吸気絞り弁の開度が全開位置から離れても殆ど変化しなくなる。この吸入空気量の変化が未だ小さく、吸気絞り弁の開度に対して僅かながらに変化する領域が不感領域である。
【０００５】
ここで、前記従来の技術の如く吸気絞り弁の開閉速度を速め、更に、その開度の指令値を大きくして不感領域を回避させることも考えられるが、これでは、吸気絞り弁の動作時間や動作量が大きくなり、吸入空気量制御の応答性や吸気絞り弁の耐久性が低下するとの問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、吸入空気量制御の応答性や吸気絞り弁の耐久性の向上を図る内燃機関の吸入空気量制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成すべく、請求項１記載の内燃機関の吸入空気量制御装置は、内燃機関の吸気通路に配設され、モータによって開閉駆動される吸気絞り弁と、内燃機関の運転状態に基づいて吸気絞り弁の開度を制御する開度制御手段とを具備し、この開度制御手段は、吸気絞り弁の開度に対して吸入空気量の変化の小さな不感領域を回避させ、且つ、内燃機関が所望の高出力で運転するために最低限必要となる吸入空気量を確保する開度を吸気絞り弁のベース開度に設定することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、開度制御手段は、アクセルペダルの操作量が所定量を超え、且つ、アクセルペダルの操作期間が所定期間継続されている場合には、吸気絞り弁の開度を全開位置にて固定することを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、開度制御手段は、吸気絞り弁の開度が全開位置にて固定された後、アクセルペダルの操作量が所定量を下回る場合には、吸気絞り弁の開度をベース開度に一気に戻すことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
従って、請求項１記載の本発明の内燃機関の吸入空気量制御装置によれば、吸気絞り弁の全開位置と全閉位置との間には不感領域、つまり、吸入空気量の変化が未だ小さく所望の吸入空気量を得られない領域が存在する。しかし、この場合には、開度制御手段が吸気絞り弁の開度をベース開度、具体的には、吸気絞り弁の開度に対して吸入空気量の変化の小さな不感領域を回避させ、且つ、内燃機関が所望の高出力で運転するために最低限必要となる吸入空気量を確保する開度に設定している。よって、機関の高出力を確保しつつ、吸入空気量を低減させるために必要な吸気絞り弁の動作時間や動作量が少なくて済み、この吸気絞り弁による吸入空気量制御の応答性向上が図られる。
【０００９】
また、吸気絞り弁の動作量が少なくなれば、この吸気絞り弁を開閉駆動させるモータの負荷が低減されるので、吸気絞り弁の耐久性向上が図られる。
また、請求項２記載の発明によれば、開度制御手段が吸気絞り弁の開度を全開位置にするための条件を設けている。具体的には、アクセルペダル操作量の他、このペダルの操作期間をも満たす場合にのみ、吸気絞り弁の開度を全開位置にする。すなわち、このペダルが瞬間的に操作されただけの場合には吸気絞り弁の開度が全開位置にならない。よって、吸気絞り弁のベース開度と全開位置との頻繁な切り換えが回避可能となる。この結果、吸気絞り弁のバタツキが抑制され、この点も吸気絞り弁の耐久性向上に寄与する。
【００１０】
しかも、吸気絞り弁の開度は全開位置にて固定されていることから、吸気絞り弁の開閉動作が少なくなり、この点も吸気絞り弁の耐久性向上に寄与する。
更に、請求項３記載の発明によれば、開度制御手段は、アクセルペダルが復帰すると、吸気絞り弁の開度をベース開度に一気に閉弁させる。よって、不感領域が速やかに回避されるので、吸入空気量を絞りやすい状態にすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１はディーゼルエンジン用に具体化された吸入空気量の制御装置である。同図に示されるように、エンジン２の吸気通路４には過給機６が設けられている。図示しないエアクリーナから取り入れられた吸入空気は、コンプレッサ８により過給された後にインタークーラ１０を経て燃焼室１６に導入される。
【００１２】
また、通路４の適宜位置には吸気絞り弁１２が配設されている。この絞り弁１２は、ブラシ付きのモータ１３で駆動されるバタフライ弁体１４を備え、この弁体１４の開閉動作によって吸入空気の流量（新気量）を制御し、更に、排ガスの再循環量（ＥＧＲ量）も制御する。このように、本実施形態の絞り弁１２ではブラシを用い、磁界を発生させるコイルに電流を流している。
【００１３】
エンジン２の排気通路２０には、コンプレッサ８と同軸上に結合されたタービン２２が設けられ、コンプレッサ８及びタービン２２は燃焼後の排ガスによって回転駆動される。
また、通路４と通路２０とはＥＧＲ通路２４により連結され、この通路２４の適宜位置にはＥＧＲ弁２６が配設されている。この弁２６はブラシレスのモータで駆動されるポペット弁体２８を備え、この弁体２８の開閉動作によってＥＧＲ量を制御する。このように、本実施形態のＥＧＲ弁２６はブラシを用いずにコイルに電流を流している。
【００１４】
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムやマップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０が設置されている。このＥＣＵ４０は、絞り弁１２やＥＧＲ弁２６の開度の連続制御を含めたエンジン２の総合的な制御を行う。
ＥＣＵ４０の入力側には、エアフローセンサ３０、吸気圧センサ３２、吸気温センサ３４、回転速度センサ３６、及びアクセルセンサ３８等の各種センサ類が接続されている。このセンサ３０ではエンジン２の吸入空気量に応じた電圧を出力し、センサ３２では吸気圧を検出し、センサ３４では吸気温を検出する。また、センサ３６ではエンジン２の回転速度を検出し、センサ３８では運転者によるアクセルペダルの操作量、つまり、アクセル開度を検出する。一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の絞り弁１２やＥＧＲ弁２６の他、燃料噴射弁１８等の各種デバイス類が接続されている。
【００１５】
ここで、ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁１８を対象とした噴射制御部４２と、絞り弁１２やＥＧＲ弁２６を対象としたＥＧＲ制御部４４とを備えている。そして、本実施形態のＥＣＵ４０では、更なるＥＧＲ量が要求された場合には、目標の空気過剰率となるように絞り弁１２の弁体１４の開度やＥＧＲ弁２６の弁体２８の開度を連続制御してＥＧＲ量のフィードバック制御を実施している。
【００１６】
具体的には、噴射制御部４２では、例えばセンサ３６からの回転速度やセンサ３８からのアクセル開度から燃料噴射量等を設定し、これらの設定値に基づいて燃料噴射弁１８を駆動制御してエンジン２を運転する。
また、ＥＧＲ制御部４４では、上記回転速度及び燃料噴射量に基づいて目標の空気過剰率を上記マップから設定し、目標のＥＧＲ量を算出する。一方、この制御部４４では、センサ３０からの吸入空気量等に基づいて実際の空気過剰率を算出し、実際のＥＧＲ量を算出する。次いで、上記算出された目標のＥＧＲ量と実際のＥＧＲ量との偏差をフィードバックする。そして、ＰＩＤ制御部（開度制御手段）４６にて設定された制御ゲインから指示値を得て、この指示値により絞り弁１２の弁体１４の回動量やＥＧＲ弁２６の弁体２８のリフト量を連続制御する。この結果、要求したＥＧＲ量が得られ、目標の空気過剰率に近づくことになる。
【００１７】
ここで、上述した制御部４４では、更なるＥＧＲ量が要求された場合には、ＥＧＲ弁２６の開度を全開方向に制御した後にＥＧＲ弁２６から絞り弁１２への制御の切り換えが行われており、この絞り弁１２は全閉位置に向けて絞られる。
しかしながら、ＰＩＤ制御部４６では、絞り弁１２の全開位置から全閉位置に向かう過程には不感領域、つまり、吸入空気量の変化が未だ小さい領域が存在することを鑑み、絞り弁１２の全開位置とは異なるベース開度ＯＢを設けている。
【００１８】
詳しくは、図２に示されるように、吸入空気量は、絞り弁１２の開度の変化に対して変化率一定では追随しておらず、絞り弁１２の開度が全開位置である最大開度Ｏｍａｘから離れても殆ど変化しない。この吸入空気量の変化が未だ小さく、絞り弁１２の開度に対して僅かながらに減少する領域が不感領域である。この不感領域は、吸気通路４と排気通路２０との圧力差の変化が小さいこと等に起因する特性である。これに対し、吸入空気量は、絞り弁１２の開度が例えばこの全開位置に対して約５０％に達した後は急激に減少する。この吸入空気量の変化が大きく、急激に減少する領域が反応領域である。
【００１９】
そこで、ＰＩＤ制御部４６では、これら不感領域と反応領域との境界にベース開度ＯＢに設定する。換言すれば、このベース開度ＯＢは、不感領域を回避させ、且つ、エンジン２が所望の高出力で運転するために最低限必要となる吸入空気量を確保する開度（絞り弁１２の全開位置に対して約５０％のスロットル開度）に設定されている。そして、上記更なるＥＧＲ量が要求された場合の如くの通常運転時には、絞り弁１２の開度はベース開度ＯＢから最小開度Ｏｍｉｎの範囲内で調整されている。これにより、ブラシ付きのモータ１３で駆動される絞り弁１２の動作量や動作回数を減らしている。なお、この最小開度Ｏｍｉｎは上記高出力の運転ではないが、エンジン２が運転するために最低限必要となる吸入空気量を確保する開度である。
【００２０】
図３を参照すると、ＰＩＤ制御部４６による絞り弁１２の開度調整のフローチャートが示されている。以下、上記の如く構成された吸入空気量制御装置の本発明に係る作用について説明する。
同図のステップＳ３０１では、上述した通常運転時には、絞り弁１２の開度はベース開度ＯＢから最小開度Ｏｍｉｎの範囲内で調整される。
【００２１】
続いて、同図のステップＳ３０２では、アクセルペダルの操作量が車両の急加速に相当する所定量を超えているか否かを判別し、上記センサ３８からの信号に基づいてアクセル開度が所定開度Ａを超えていると判定された場合、すなわち、ＹＥＳの場合にはステップＳ３０３に進む。
更に、ステップＳ３０３では、アクセルペダルの操作期間が同じく急加速に相当する所定期間継続されているか否かを判別し、上記タイマカウンタによってアクセルペダルの操作期間が所定期間Ｔ以上であると判定された場合、すなわち、ＹＥＳの場合には、ＰＩＤ制御部４６がエンジン高負荷運転状態であると擬制してステップＳ３０４に進む。
【００２２】
一方、ステップＳ３０２、或いはステップＳ３０３のいずれか、つまり、アクセル開度が所定開度Ａを超えていないと判定された場合、或いはアクセルペダルの操作期間が所定期間Ｔ以上経過していないと判定された場合のいずれかに該当する場合には、ＰＩＤ制御部４６が通常運転状態であると擬制してステップＳ３０１に戻る。
ステップＳ３０４では、絞り弁１２の開度は、多くの吸入空気量を得るために全開位置、つまり、最大開度Ｏｍａｘにて固定されてステップＳ３０５に進む。このステップＳ３０５では、アクセルペダルの操作量が急加速に相当する所定量を下回っているか否かを判別する。そして、上記センサ３８からの信号に基づいてアクセル開度が所定開度Ａを超えていると判定されている限り、ステップＳ３０４に戻されるのに対し、アクセル開度が所定開度Ａに達していないと判定された場合には、ＰＩＤ制御部４６が通常運転状態であると擬制し、絞り弁１２の開度をベース開度ＯＢに一気に戻して一連のルーチンを抜ける。
【００２３】
以上のように、絞り弁１２の全開位置と全閉位置との間には不感領域が存在する（図２）。しかし、本発明によれば、この場合には、ＰＩＤ制御部４６が絞り弁１２の開度をベース開度ＯＢ、具体的には、絞り弁１２の開度に対して吸入空気量の変化の小さな不感領域を回避させ、且つ、エンジン２が所望の高出力で運転するために最低限必要となる吸入空気量を確保する開度に設定している。よって、エンジン２の高出力を確保しつつ、絞り弁１２の動作時間や動作量が少なくて済む。
【００２４】
より詳しくは、図４に示されるように、絞り弁１２のベース開度ＯＢは、最大開度Ｏｍａｘよりも操作量Ｙだけ減じられた位置に設定されている。よって、絞り弁１２が絞られて吸入空気量を低減させるときにおいて、本発明の如くベース開度ＯＢから最小開度Ｏｍｉｎに向けて絞られる場合（図中、実線で示す）には、従来の如く最大開度Ｏｍａｘから最小開度Ｏｍｉｎに向けて絞られる場合（図中、点線で示す）に比して絞り弁１２の操作量が明らかに少なくなる。しかも、この場合の目標空気量ｑに到達するまでの時間もまた、本発明（図中、実線で示す）では、従来（図中、点線で示す）に比して時間Ｘだけ明らかに少なくなるのが分かる。
【００２５】
このように、本発明によれば、吸入空気量を低減させるために必要な絞り弁１２の動作時間や動作量が少なくて済み、この絞り弁１２による吸入空気量制御の応答性向上が図られる。
更に、絞り弁１２の動作量が少なくなれば、不感領域では絞り弁１２によるＥＧＲ量のフィードバック制御がなくなり、絞り弁１２に対する制御ゲインの設定が不要になることから、システムの簡略化が図られる。
【００２６】
しかも、絞り弁１２の動作量が少なくなれば、この絞り弁１２を開閉駆動させるモータ１３の負荷が低減されるので、絞り弁１２の耐久性向上が図られる。特に、本実施形態の如く、絞り弁１２がブラシ付きタイプの場合には、摺動面の摩耗が顕著に抑制される。なお、上述した絞り弁１２の耐久性向上はスロットルボディの製造コストの削減にも寄与する。
【００２７】
一方、上述のＰＩＤ制御部４６は、絞り弁１２の開度を最大開度Ｏｍａｘにするための条件を備えている。具体的には、アクセルペダル操作量の他、このペダルの操作期間をも満たす場合にのみ、絞り弁１２の開度を全開位置にする。すなわち、このペダルが瞬間的に操作されただけの場合には、ＰＩＤ制御部４６ではエンジン高負荷運転状態であると擬制されず、絞り弁１２の開度が全開位置にならない。よって、絞り弁１２の通常運転モードによるベース開度ＯＢと、高負荷運転モードによる最大開度Ｏｍａｘとの頻繁な切り換えが回避可能となる。この結果、絞り弁１２のバタツキが抑制され、この点も絞り弁１２の耐久性向上に寄与する。
【００２８】
しかも、絞り弁１２の開度は最大開度Ｏｍａｘにて固定されていることから、絞り弁１２の開閉動作が少なくなり、この点も絞り弁１２の耐久性向上に寄与する。
更に、ＰＩＤ制御部４６は、アクセルペダルが復帰すると、絞り弁１２の開度をベース開度ＯＢに一気に閉弁させる。よって、不感領域から反応領域に一気に到達させて不感領域が速やかに回避され、吸入空気量の導入し易い状態が確保可能になる。
【００２９】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、更なるＥＧＲ量を得るために、吸気絞り弁の開度を調整する例が示されているが、必ずしも上記形態に限定されるものではない。一例を挙げれば、本発明は、パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等の後処理装置を設けた場合の排ガス昇温制御において、吸気絞り弁の開度を調整する場合にも適用可能であり、この場合にも上記と同様に、吸入空気量制御の応答性や吸気絞り弁の耐久性の向上を図るとの効果を奏する。
【００３０】
また、上記実施形態ではディーゼルエンジン２用の吸入空気量制御装置の説明がなされているが、本発明は、モータによって開閉駆動される吸気絞り弁を備えた総てのエンジンに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る吸入空気量制御装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の制御装置による吸気絞り弁の開度と吸入空気量の特性との関係を示す図である。
【図３】図１の制御装置による吸気絞り弁の開度調整のフローチャートである。
【図４】図１の制御装置による吸気絞り弁の開度調整のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
２  エンジン
４  吸気通路
１２  吸気絞り弁
１３  モータ
１４  バタフライ弁体
３８  アクセルセンサ
４０  ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
４６  ＰＩＤ制御部（開度制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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