控制發動機啟動期間進氣流量的系統的製作方法
2023-05-06 17:28:06 1
專利名稱：控制發動機啟動期間進氣流量的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種內燃機進氣控制系統，尤其涉及一種用於在發動機處於啟動狀態下調節進入輔助進氣通道的氣流量的系統，該輔助進氣通道在節流閥下遊處與主進氣通道相通。
背景技術：
某些類型的發動機具有主進氣通道和輔助進氣通道。使用主進氣通道和輔助進氣通道由空氣流量控制單元控制。輔助進氣通道與主進氣通道相通，使得輔助進氣通道越過安裝在主進氣通道上的節流閥。所以，輔助進氣通道是一個旁路。在發動機啟動期間，空氣流量控制單元控制進氣流僅流向輔助進氣通道，且該進氣僅被供給發動機。空氣流量控制單元包括位於輔助進氣通道中的熱敏閥。熱敏閥由PTC(正溫度係數)加熱器加熱。熱敏閥中有蠟。發動機冷啟動期間，蠟為固態，因此，熱敏閥處於開啟狀態。隨著PTC加熱器加熱熱敏閥(確切的說是蠟)，蠟的溫度提高，蠟熔化，熱敏閥逐漸(或相應地)關閉。由於熱敏閥這種取決於溫度的運動，旁路中的進氣流量在發動機暖機期間逐漸減少。因此，發動機轉速在啟動期間被控制在適當的空轉速度上。
PTC加熱器是具有正的溫度-電阻特性的陶瓷元件。PTC加熱器在低溫下表現出小電阻，在高溫下表現出大電阻。以下參考圖1簡要描述空氣流量控制單元。ECU(發動機控制單元)1內有CPU(中央處理器)2和驅動電晶體3，ECU1外部有PTC加熱器4和電阻5。PTC加熱器4和電阻5構成了直流電路。例如，當CPU2根據發動機轉速而檢測到發動機啟動時，CPU2把驅動電晶體3導通。導通驅動電晶體3後，向PTC加熱器4和電阻5的直流電路施加電源電壓VB。因此，電流流經PTC加熱器4和電阻5，PTC加熱器4放熱。電阻5用於調節流經PTC加熱器4的電流。若電阻5的阻值高，則PTC加熱器4的溫度升高平緩，熱敏閥的開/關運動也變得平緩。電阻5的阻值由空氣流量控制單元的生產商決定，從而實現生產商所希望的開/關運動。因此，電阻5的阻值在製造空氣流量控制單元的時候就被固定下來了。
ECU1的製造獨立於熱敏閥。因此，為確定熱敏閥的開/關運動特性，電阻5應該安裝在ECU1的外部。此外，若電阻5的阻值固定，則熱敏閥的開/關運動特性也是固定的。因此，改變熱敏閥的開/關運動特性很麻煩。
發明內容
本發明的一個目的在於提供一種經過改進的控制發動機啟動期間進氣流量的系統，該系統可以容易地調節熱敏閥的開/關運動特性。
根據本發明的一個方面，提供了一種經過改進的用於控制內燃機啟動期間輔助進氣通道內進氣流量的系統。主進氣通道延伸到內燃機的進氣口。節流閥位於主進氣通道上。輔助進氣通道在節流閥的下遊處與主進氣通道相通。該系統包括發熱元件，其響應於提供給該發熱元件的驅動電流而發出熱量。該系統也包括安裝在輔助進氣通道中的熱敏閥。熱敏閥的開啟程度隨發熱元件加熱熱敏閥而改變。該系統還包括用於確定控制驅動電流的負荷比的確定裝置。該系統還包括驅動單元，其以預定的周期施加電壓脈衝，從而向發熱裝置提供驅動電流。該電壓脈衝的脈衝寬度由負荷比確定。
例如，確定裝置根據一種或多種發動機工作狀態而確定負荷比。因此，可以適當調節負荷比，熱敏閥的開/關運動特徵能夠適當調節。
通過以下的詳細說明和所附的權利要求書，本領域的技術人員可以更加清楚地理解本發明的其它目標、方面和優點。
圖1是一個示意框圖，顯示了發動機的啟動；圖2顯示了裝備有根據本發明一個實施例的發動機啟動進氣流量控制系統的內燃機；圖3顯示了圖2所示系統使用的發動機控制單元(ECU)的框圖；
圖4顯示了負荷比確定程序的流程；圖5顯示了負荷比和熱敏閥的開啟程度之間的關係；圖6顯示了根據本發明的一個改進實施例的負荷比確定程序的流程；圖7顯示了冷卻水溫度和負荷比之間的關係；以及圖8顯示了故障檢測程序的流程。
具體實施例方式
參考圖2到圖8，下面將敘述本發明的一個實施例。
首先來看圖2，圖2顯示了根據本發明實施例的發動機啟動進氣流量控制系統10。節流閥13安裝在進氣流通道12中。進氣流通道12連接在內燃機的進氣口上。進氣流通道12是內燃機11的主要進氣通道。進氣通道12是向發動機11提供大部分進氣的主進氣通道。
需要注意的是，雖然圖2中僅顯示了一個進氣通道12，且下文僅針對所顯示的進氣通道12，但發動機11具有至少一個汽缸，汽缸具有至少一個進氣口和至少一個進氣通道12，每個汽缸具有至少一個火花塞。
主進氣通道12上有支路(輔助空氣通道)16，其越過節流閥13向發動機11提供輔助的進氣。支路16上有熱敏閥17。熱敏閥17與PTC加熱器18相連。當閥17內的蠟的溫度較低時，蠟(或蠟類元件)為固態。當閥17內的蠟為固態時，閥17處於開啟狀態。例如，發動機冷啟動期間蠟為固態。隨著PTC加熱器18加熱閥17(其中含有的蠟)，閥(或蠟)的溫度上升，蠟逐漸熔化，閥17相應關閉。
PTC加熱器18與ECU19相連。如圖3所示，ECU19包括輸入接口電路21、CPU22、負荷脈衝發生電路23、驅動電晶體24和存儲器25。
輸入接口電路21連接著檢測發動機冷卻水溫度的水溫傳感器26、檢測進氣溫度的進氣溫度傳感器27、檢測排氣溫度的排氣溫度傳感器28、檢測發動機轉速(rpm)的曲軸角度傳感器29、檢測發動機頭部溫度的發動機頭部溫度傳感器31、檢測火花塞溫度的火花塞溫度傳感器32。圖中沒有顯示火花塞。這些傳感器是檢測發動機工作狀況參數的示例性裝置。輸入接口電路21還連接著點火開關30，以便檢測點火開關30是否開啟(即發動機是否啟動)。輸入接口電路21接收傳感器25到29、31和32的檢測結果，以及點火開關30的開/關信號，並把相應信息傳輸給CPU22。
CPU22通過負荷比控制PTC加熱器12。換句話說，CPU22根據輸入接口電路21提供的信息，控制驅動PTC加熱器12的負荷比。CPU22執行負荷比確定過程(下文中將描述)，並向負荷脈衝發生電路23提供負荷比數據。負荷脈衝發生電路23根據CPU22提供的負荷比數據，以特定的周期T1重複產生負荷比脈衝。負荷比脈衝是負荷比數據所承載(代表)的負荷比的脈衝。負荷比脈衝被提供給驅動電晶體24。例如，負荷脈衝產生單元23包括滿刻度為100的計數器(未顯示)和比較器(未顯示)。計數器為每個間隔T1記數。當計數器的記數達到負荷比數據的負荷比時，比較器產生負荷比脈衝。需要注意的是，負荷脈衝發生電路23並不局限於上述結構。負荷脈衝發生電路23可以採用任何合適的結構。
驅動電晶體24是NPN型電晶體，其響應於負荷比脈衝而開啟，從而激活(施加電壓給)PTC加熱器18。驅動電晶體的基極與CPU22的一個埠相連，發射極接地，集電極連接在PTC加熱器18的一端。電源電壓VB施加在PTC加熱器18的另一端。因此，當驅動電晶體24導通時，電源電壓VB通過驅動電晶體24的集電極-發射極而施加給PTC加熱器18。
驅動電晶體24的集電極也連接在輸入接口電路21上。CPU22能夠通過輸入接口電路21監視驅動電晶體的集電極電壓。
存儲器25與CPU22相連。存儲器25存儲CPU22運行所需的程序和數據。
在空氣流量控制系統10中，CPU22在發動機啟動後立即執行負荷比確定過程。
參考圖4，下面將敘述負荷比的確定過程。CPU22首先確定發動機11是否已經啟動(步驟S1)。例如，發動機11的啟動可通過檢測點火開關30的開啟和發動機轉速(rpm)是否達到預定值而確定。當CPU22確定發動機啟動時，CPU22通過輸入接口電路21從水溫傳感器26讀取冷卻水溫度Tw(步驟S2)，並根據冷卻水溫度Tw設定負荷比(步驟S3)。存儲器25中存儲有一個負荷比-冷卻水溫度Tw的數據表，從而CPU22能夠參考這個表，根據冷卻水溫度Tw確定負荷比。確定負荷比後，CPU22向負荷脈衝產生電路23輸出負荷比數據(步驟S4)。完成步驟S4後，也就完成了負荷比的確定過程。此後，只要發動機11在運行，CPU22就不會返回步驟S1。
負荷脈衝產生電路23根據負荷比數據以預定的周期T1產生負荷脈衝。負荷脈衝導通驅動電晶體24。每個周期T1中，驅動電晶體24在對應於負荷脈衝寬度的時間內保持為導通狀態。當驅動電晶體24導通後，電源電壓VB被施加給PTC加熱器18，驅動電流流經PTC加熱器18。由於負荷脈衝是按照預定周期T1產生的，電源電壓VB重複地施加給PTC加熱器18，對應於CPU22在步驟S3中確定的負荷比的驅動電流持續地流經PTC加熱器18。
一般來說，發動機剛啟動後的冷卻水溫度Tw不是定值；例如，根據最後幾個小時內發動機的工作狀況和環境條件而可以是不同的值。因此，負荷比的取值也隨發動機剛啟動時的冷卻水溫度Tw而變化，且PTC加熱器18的溫升也是可變的。PTC加熱器18的溫升隨負荷比的加大而提高。因此，如圖5所示，當負荷比較大時，熱敏閥17的關閉速度變快。
上述實施例中，負荷比僅由發動機剛啟動時冷卻水的溫度Tw所決定。但是需要注意的是，本發明並不局限於此。例如，負荷比可根據發動機暖機期間變化的冷卻水溫度Tw而確定。以下參考圖6描述這個改進。
圖6顯示了根據發動機暖機期間變化的冷卻水溫度Tw而設定負荷比的過程。例如，CPU22按照周期T1重複執行圖6的負荷比確定過程。但是需要注意的是，CPU22可以按照比周期T1稍短的周期重複圖6的過程。
在負荷比確定過程中，CPU22檢測發動機11是否已經啟動(步驟S11)。檢測到發動機11啟動後，CPU22通過輸入接口電路21從水溫傳感器26讀取冷卻水溫度Tw(步驟S12)，並根據冷卻水溫度Tw設定負荷比(步驟S13)。
如圖7所示，負荷比-冷卻水溫度Tw的表存儲在存儲器25中，因此，CPU22能夠參考該表，根據冷卻水溫度Tw確定負荷比。確定負荷比後，CPU22向負荷脈衝發生電路23輸出表示負荷比的負荷比數據(步驟S14)。步驟S14之後，CPU22確定發動機11暖機是否完成(步驟S15)。例如，可通過冷卻水溫度Tw來確定發動機暖機是否完成。若冷卻水溫度Tw高於一個預定值，則可判定暖機完成。當CPU22確定暖機仍然在進行時，過程返回到步驟S12，重複步驟S12到S15。當CPU22確定暖機完成時，負荷比確定過程結束。
通過執行圖6所示的負荷比確定過程，可根據發動機暖機期間冷卻水溫度Tw的變化值而控制PTC加熱器18的升溫速度(即熱敏閥17的關閉速度)。由於冷卻水溫度Tw和負荷比之間存在圖7所示的關係，當冷卻水溫度T2低(低於30℃)時，負荷比逐漸從0％增大到大約20％。這是發動機啟動後的通常情況。發動機啟動後，PTC加熱器18的溫度也逐漸提高。這種緩慢的溫度變化最好，可以避免PTC加熱器迅速升溫可能引起的熱衝擊。當冷卻水溫度Tw達到大約70℃時，負荷比被設為100％，同時PTC加熱器18的溫度達到了最大值。這樣，PTC加熱器18的溫升得到了控制，從而PTC加熱器的壽命延長。
上述說明中，在步驟S3和步驟S13中由冷卻水溫度Tw確定負荷比。但是需要注意的是，確定負荷比時也可以考慮其它的發動機工作參數，如發動機頭部溫度、火花塞溫度、進氣溫度、排氣溫度和發動機轉速等。
也可根據發動機11啟動後流逝的時間來確定負荷比。
在所述實施例中，負荷比由發動機啟動時所檢測到的發動機運行參數而確定。但是，負荷比可任意確定，使熱敏閥17可有預定的開/關運動特性。
雖然上述實施例中負荷脈衝發生電路23獨立於CPU22，CPU22可執行負荷脈衝發生電路23的功能，可以省略獨立的負荷脈衝發生電路23。
除了負荷比確定過程外，CPU22也可以通過中斷控制來執行故障檢測過程。故障檢測過程按照短於周期T1的周期執行。
如圖8所示，下面將敘述故障檢測過程。CPU22首先確定所確定的負荷比是否是0％和100％之外的值(步驟S21)。換句話說，步驟S3或S13所確定的負荷比介於0％～100％。若負荷比大於0％且小於100％，則表示驅動電晶體24反覆地開關。當負荷比介於0％和100％之間時，CPU22通過輸入接口電路22讀取驅動電晶體24的集電極電壓，並存儲集電極電壓(步驟S22)。然後，CPU22確定周期T1是否已經超時(步驟S23)。若結果為否，則CPU22停止故障檢測過程。另一方面，若結果為是(即已經超過周期T1)，則CPU22確定驅動電晶體24的集電極電壓在周期T1內是否發生了變化(步驟S24)。如果集電極電壓發生了變化(例如，從電源電壓VB變為地電壓，或從地電壓變為電源電壓VB)，表示驅動電晶體24被導通或關閉。這反過來說明PTC加熱器18工作正常。若確認了PTC加熱器18工作正常，則CPU22從存儲器25中刪除所存儲的集電極電壓數據，並進入準備狀態，等待下一個故障檢測過程。另一方面，若集電極電壓沒有變化(步驟S24)，則CPU22確定已經發生了故障。可能原因在於，驅動電晶體24沒有正常地開和關，和/或PTC加熱器18和/或驅動電晶體24的導線斷路。若沒有檢測到集電極電壓變化，則亮燈(未顯示)，通知用戶該故障(步驟S25)。
通過這種方式，在根據負荷比控制供給PTC加熱器18的驅動電流期間，CPU22確定驅動電晶體24的集電極電壓是否隨負荷比而改變，因此，CPU22能夠檢測PTC加熱器18的故障。
需要注意的是，當連續幾個周期T1內沒有檢測到集電極電壓變化時，CPU22可以確定已經發生了故障。
同樣需要注意的是，可以使用任意合適的加熱器或發熱元件，例如線加熱器替代PTC加熱器。
從上文可以理解，根據多種條件適當地調節負荷比，在發動機啟動期間可容易地調節熱敏閥的開/關運動特性。
本申請基於日本專利申請No.2002-221020，其內容在此引入作為參考資料。
權利要求
1.一種在內燃機啟動期間控制輔助進氣通道內的進氣流量的系統，主進氣通道延伸到內燃機的進氣口，節流閥位於主進氣通道中，輔助進氣通道在節流閥的下遊處與主進氣通道相通，該系統包括發熱元件，響應於向該發熱元件施加的驅動電流而發熱；位於輔助進氣通道中的熱敏閥，熱敏閥的開啟程度隨熱敏閥被發熱元件加熱而改變；確定裝置，用於確定控制驅動電流的負荷比；以及驅動裝置，通過以預定的周期向發熱元件施加電壓脈衝而提供驅動電流，該電壓脈衝具有由負荷比所確定的脈衝寬度。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，確定裝置包括第一檢測裝置，用於檢測內燃機的啟動；第二檢測裝置，用於檢測內燃機的至少一個發動機運行參數；以及當第一檢測裝置檢測到內燃機啟動時，根據至少一個發動機運行參數而確定負荷比的裝置。
3.根據權利要求1所述的系統，其中，確定裝置包括第一檢測裝置，用於檢測內燃機的啟動；第二檢測裝置，用於檢測內燃機的至少一個發動機運行參數；第三檢測裝置，用於檢測內燃機暖機是否完成；以及在第一檢測裝置檢測到發動機啟動後，一直到第三檢測裝置檢測到發動機暖機完成，重複地根據至少一個發動機運行參數確定負荷比的裝置。
4.根據權利要求2或3所述的系統，其中，所述的至少一個發動機運行參數包括冷卻水溫度、發動機頭部溫度、火花塞溫度、進氣溫度和排氣溫度中的至少一個。
5.根據權利要求1到4中任何一項所述的系統，其中，所述的發熱元件包括PTC加熱器和線加熱器中至少之一。
6.根據權利要求1到5中任何一項所述的系統，其中，驅動裝置包括開關元件，與發熱元件串聯，從而形成該開關元件和發熱元件的直流電路；電源，用於在該直流電路的兩端施加預定的直流電壓；以及生成負荷脈衝的裝置，該負荷脈衝的脈衝寬度由預定的負荷比所確定，利用該負荷脈衝導通開關元件，其中，開關元件導通之後，電壓值和所述預定直流電壓相同的電壓脈衝施加在發熱元件上。
7.根據權利要求6所述的系統，還包括電壓監視裝置，用於檢測發熱元件和開關元件之間連接處的電壓變化，以及報警裝置，根據電壓監視裝置的檢測結果而確定驅動裝置的工作狀態。
8.根據權利要求7所述的系統，其中，如果電壓監視裝置沒有檢測到電壓變化，則報警裝置確定驅動裝置出現了故障。
9.一種在內燃機啟動期間控制輔助進氣通道內的進氣流量的系統，主進氣通道延伸到內燃機的進氣口，節流閥位於主進氣通道中，輔助進氣通道在節流閥的下遊處與主進氣通道相通，該系統包括加熱器，響應於向加熱器施加的驅動電流而發熱；第一閥，位於輔助進氣通道中，第一閥的開啟程度隨著第一閥被加熱器加熱而改變；第一控制器，用於確定控制驅動電流的負荷比；以及驅動單元，通過以預定的周期施加電壓脈衝，從而向加熱器提供驅動電流，該電壓脈衝的脈衝寬度由負荷比所確定。
10.根據權利要求9所述的系統，其中，第一控制器包括用於檢測內燃機的至少一個發動機運行參數的傳感器，和一個在內燃機啟動後，根據至少一個發動機運行參數確定負荷比的單元。
11.根據權利要求9所述的系統，其中，第一控制器包括用於檢測內燃機的至少一個發動機運行參數的傳感器，和一個在發動機啟動後一直到發動機暖機完成，重複地根據至少一個發動機運行參數確定負荷比的單元。
12.根據權利要求10或11所述的系統，其中，所述的至少一個發動機運行參數包括冷卻水溫度、發動機頭部溫度、火花塞溫度、進氣溫度和排氣溫度中的至少一個。
13.根據權利要求9到12中任何一項所述的系統，其中，所述的加熱器包括PTC加熱器和線加熱器中的一種。
14.根據權利要求9到13中任何一項所述的系統，其中，驅動單元包括開關元件，與加熱器串聯，從而形成該開關元件和加熱器的直流電路；電源，用於在該直流電路的兩端施加預定的直流電壓；以及負荷脈衝發生器，用於產生負荷脈衝，負荷脈衝的脈衝寬度由預定的負荷比所確定，利用該負荷脈衝來導通開關元件，其中，開關元件導通之後，電壓值和所述預定直流電壓相同的電壓脈衝施加在加熱器上。
15.根據權利要求14所述的系統，還包括電壓監視器，用於檢測加熱器和開關元件之間連接處的電壓變化，以及報警單元，根據電壓監視器的檢測結果而確定驅動單元的工作狀態。
16.根據權利要求15所述的系統，其中，如果電壓監視器沒有檢測到電壓變化，則報警單元確定驅動單元出現了故障。
全文摘要
一種在內燃機啟動期間控制輔助進氣通道的進氣流量的系統。主進氣通道延伸到發動機的進氣口。節流閥位於主進氣通道中。輔助進氣通道在節流閥的下遊處與主進氣通道相通。該系統包括加熱器，用於加熱位於輔助進氣通道中的熱敏閥。該熱敏閥的開啟程度隨加熱器加熱熱敏閥而改變。該系統確定負荷比以控制提供給加熱器的驅動電流。該系統以預定的周期施加電壓脈衝，從而向加熱器提供驅動電流。該電壓脈衝的脈衝寬度由負荷比確定。
文檔編號F02D41/06GK1472432SQ03145298
公開日2004年2月4日 申請日期2003年6月30日 優先權日2002年7月30日
發明者鉛隆司, 人, 小野雅人, 千田悟司, 司 申請人:株式會社京浜