(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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、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
【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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