专利名称：控制发动机启动期间进气流量的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机进气控制系统，尤其涉及一种用于在发动机处于启动状态下调节进入辅助进气通道的气流量的系统，该辅助进气通道在节流阀下游处与主进气通道相通。
背景技术：
某些类型的发动机具有主进气通道和辅助进气通道。使用主进气通道和辅助进气通道由空气流量控制单元控制。辅助进气通道与主进气通道相通，使得辅助进气通道越过安装在主进气通道上的节流阀。所以，辅助进气通道是一个旁路。在发动机启动期间，空气流量控制单元控制进气流仅流向辅助进气通道，且该进气仅被供给发动机。空气流量控制单元包括位于辅助进气通道中的热敏阀。热敏阀由PTC(正温度系数)加热器加热。热敏阀中有蜡。发动机冷启动期间，蜡为固态，因此，热敏阀处于开启状态。随着PTC加热器加热热敏阀(确切的说是蜡)，蜡的温度提高，蜡熔化，热敏阀逐渐(或相应地)关闭。由于热敏阀这种取决于温度的运动，旁路中的进气流量在发动机暖机期间逐渐减少。因此，发动机转速在启动期间被控制在适当的空转速度上。
PTC加热器是具有正的温度-电阻特性的陶瓷元件。PTC加热器在低温下表现出小电阻，在高温下表现出大电阻。以下参考图1简要描述空气流量控制单元。ECU(发动机控制单元)1内有CPU(中央处理器)2和驱动晶体管3，ECU1外部有PTC加热器4和电阻5。PTC加热器4和电阻5构成了直流电路。例如，当CPU2根据发动机转速而检测到发动机启动时，CPU2把驱动晶体管3导通。导通驱动晶体管3后，向PTC加热器4和电阻5的直流电路施加电源电压VB。因此，电流流经PTC加热器4和电阻5，PTC加热器4放热。电阻5用于调节流经PTC加热器4的电流。若电阻5的阻值高，则PTC加热器4的温度升高平缓，热敏阀的开/关运动也变得平缓。电阻5的阻值由空气流量控制单元的生产商决定，从而实现生产商所希望的开/关运动。因此，电阻5的阻值在制造空气流量控制单元的时候就被固定下来了。
ECU1的制造独立于热敏阀。因此，为确定热敏阀的开/关运动特性，电阻5应该安装在ECU1的外部。此外，若电阻5的阻值固定，则热敏阀的开/关运动特性也是固定的。因此，改变热敏阀的开/关运动特性很麻烦。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种经过改进的控制发动机启动期间进气流量的系统，该系统可以容易地调节热敏阀的开/关运动特性。
根据本发明的一个方面，提供了一种经过改进的用于控制内燃机启动期间辅助进气通道内进气流量的系统。主进气通道延伸到内燃机的进气口。节流阀位于主进气通道上。辅助进气通道在节流阀的下游处与主进气通道相通。该系统包括发热元件，其响应于提供给该发热元件的驱动电流而发出热量。该系统也包括安装在辅助进气通道中的热敏阀。热敏阀的开启程度随发热元件加热热敏阀而改变。该系统还包括用于确定控制驱动电流的负荷比的确定装置。该系统还包括驱动单元，其以预定的周期施加电压脉冲，从而向发热装置提供驱动电流。该电压脉冲的脉冲宽度由负荷比确定。
例如，确定装置根据一种或多种发动机工作状态而确定负荷比。因此，可以适当调节负荷比，热敏阀的开/关运动特征能够适当调节。
通过以下的详细说明和所附的权利要求书，本领域的技术人员可以更加清楚地理解本发明的其它目标、方面和优点。
图1是一个示意框图，显示了发动机的启动；图2显示了装备有根据本发明一个实施例的发动机启动进气流量控制系统的内燃机；图3显示了图2所示系统使用的发动机控制单元(ECU)的框图；
图4显示了负荷比确定程序的流程；图5显示了负荷比和热敏阀的开启程度之间的关系；图6显示了根据本发明的一个改进实施例的负荷比确定程序的流程；图7显示了冷却水温度和负荷比之间的关系；以及图8显示了故障检测程序的流程。
具体实施例方式
参考图2到图8，下面将叙述本发明的一个实施例。
首先来看图2，图2显示了根据本发明实施例的发动机启动进气流量控制系统10。节流阀13安装在进气流通道12中。进气流通道12连接在内燃机的进气口上。进气流通道12是内燃机11的主要进气通道。进气通道12是向发动机11提供大部分进气的主进气通道。
需要注意的是，虽然图2中仅显示了一个进气通道12，且下文仅针对所显示的进气通道12，但发动机11具有至少一个汽缸，汽缸具有至少一个进气口和至少一个进气通道12，每个汽缸具有至少一个火花塞。
主进气通道12上有支路(辅助空气通道)16，其越过节流阀13向发动机11提供辅助的进气。支路16上有热敏阀17。热敏阀17与PTC加热器18相连。当阀17内的蜡的温度较低时，蜡(或蜡类元件)为固态。当阀17内的蜡为固态时，阀17处于开启状态。例如，发动机冷启动期间蜡为固态。随着PTC加热器18加热阀17(其中含有的蜡)，阀(或蜡)的温度上升，蜡逐渐熔化，阀17相应关闭。
PTC加热器18与ECU19相连。如图3所示，ECU19包括输入接口电路21、CPU22、负荷脉冲发生电路23、驱动晶体管24和存储器25。
输入接口电路21连接着检测发动机冷却水温度的水温传感器26、检测进气温度的进气温度传感器27、检测排气温度的排气温度传感器28、检测发动机转速(rpm)的曲轴角度传感器29、检测发动机头部温度的发动机头部温度传感器31、检测火花塞温度的火花塞温度传感器32。图中没有显示火花塞。这些传感器是检测发动机工作状况参数的示例性装置。输入接口电路21还连接着点火开关30，以便检测点火开关30是否开启(即发动机是否启动)。输入接口电路21接收传感器25到29、31和32的检测结果，以及点火开关30的开/关信号，并把相应信息传输给CPU22。
CPU22通过负荷比控制PTC加热器12。换句话说，CPU22根据输入接口电路21提供的信息，控制驱动PTC加热器12的负荷比。CPU22执行负荷比确定过程(下文中将描述)，并向负荷脉冲发生电路23提供负荷比数据。负荷脉冲发生电路23根据CPU22提供的负荷比数据，以特定的周期T1重复产生负荷比脉冲。负荷比脉冲是负荷比数据所承载(代表)的负荷比的脉冲。负荷比脉冲被提供给驱动晶体管24。例如，负荷脉冲产生单元23包括满刻度为100的计数器(未显示)和比较器(未显示)。计数器为每个间隔T1记数。当计数器的记数达到负荷比数据的负荷比时，比较器产生负荷比脉冲。需要注意的是，负荷脉冲发生电路23并不局限于上述结构。负荷脉冲发生电路23可以采用任何合适的结构。
驱动晶体管24是NPN型晶体管，其响应于负荷比脉冲而开启，从而激活(施加电压给)PTC加热器18。驱动晶体管的基极与CPU22的一个端口相连，发射极接地，集电极连接在PTC加热器18的一端。电源电压VB施加在PTC加热器18的另一端。因此，当驱动晶体管24导通时，电源电压VB通过驱动晶体管24的集电极-发射极而施加给PTC加热器18。
驱动晶体管24的集电极也连接在输入接口电路21上。CPU22能够通过输入接口电路21监视驱动晶体管的集电极电压。
存储器25与CPU22相连。存储器25存储CPU22运行所需的程序和数据。
在空气流量控制系统10中，CPU22在发动机启动后立即执行负荷比确定过程。
参考图4，下面将叙述负荷比的确定过程。CPU22首先确定发动机11是否已经启动(步骤S1)。例如，发动机11的启动可通过检测点火开关30的开启和发动机转速(rpm)是否达到预定值而确定。当CPU22确定发动机启动时，CPU22通过输入接口电路21从水温传感器26读取冷却水温度Tw(步骤S2)，并根据冷却水温度Tw设定负荷比(步骤S3)。存储器25中存储有一个负荷比-冷却水温度Tw的数据表，从而CPU22能够参考这个表，根据冷却水温度Tw确定负荷比。确定负荷比后，CPU22向负荷脉冲产生电路23输出负荷比数据(步骤S4)。完成步骤S4后，也就完成了负荷比的确定过程。此后，只要发动机11在运行，CPU22就不会返回步骤S1。
负荷脉冲产生电路23根据负荷比数据以预定的周期T1产生负荷脉冲。负荷脉冲导通驱动晶体管24。每个周期T1中，驱动晶体管24在对应于负荷脉冲宽度的时间内保持为导通状态。当驱动晶体管24导通后，电源电压VB被施加给PTC加热器18，驱动电流流经PTC加热器18。由于负荷脉冲是按照预定周期T1产生的，电源电压VB重复地施加给PTC加热器18，对应于CPU22在步骤S3中确定的负荷比的驱动电流持续地流经PTC加热器18。
一般来说，发动机刚启动后的冷却水温度Tw不是定值；例如，根据最后几个小时内发动机的工作状况和环境条件而可以是不同的值。因此，负荷比的取值也随发动机刚启动时的冷却水温度Tw而变化，且PTC加热器18的温升也是可变的。PTC加热器18的温升随负荷比的加大而提高。因此，如图5所示，当负荷比较大时，热敏阀17的关闭速度变快。
上述实施例中，负荷比仅由发动机刚启动时冷却水的温度Tw所决定。但是需要注意的是，本发明并不局限于此。例如，负荷比可根据发动机暖机期间变化的冷却水温度Tw而确定。以下参考图6描述这个改进。
图6显示了根据发动机暖机期间变化的冷却水温度Tw而设定负荷比的过程。例如，CPU22按照周期T1重复执行图6的负荷比确定过程。但是需要注意的是，CPU22可以按照比周期T1稍短的周期重复图6的过程。
在负荷比确定过程中，CPU22检测发动机11是否已经启动(步骤S11)。检测到发动机11启动后，CPU22通过输入接口电路21从水温传感器26读取冷却水温度Tw(步骤S12)，并根据冷却水温度Tw设定负荷比(步骤S13)。
如图7所示，负荷比-冷却水温度Tw的表存储在存储器25中，因此，CPU22能够参考该表，根据冷却水温度Tw确定负荷比。确定负荷比后，CPU22向负荷脉冲发生电路23输出表示负荷比的负荷比数据(步骤S14)。步骤S14之后，CPU22确定发动机11暖机是否完成(步骤S15)。例如，可通过冷却水温度Tw来确定发动机暖机是否完成。若冷却水温度Tw高于一个预定值，则可判定暖机完成。当CPU22确定暖机仍然在进行时，过程返回到步骤S12，重复步骤S12到S15。当CPU22确定暖机完成时，负荷比确定过程结束。
通过执行图6所示的负荷比确定过程，可根据发动机暖机期间冷却水温度Tw的变化值而控制PTC加热器18的升温速度(即热敏阀17的关闭速度)。由于冷却水温度Tw和负荷比之间存在图7所示的关系，当冷却水温度T2低(低于30℃)时，负荷比逐渐从0％增大到大约20％。这是发动机启动后的通常情况。发动机启动后，PTC加热器18的温度也逐渐提高。这种缓慢的温度变化最好，可以避免PTC加热器迅速升温可能引起的热冲击。当冷却水温度Tw达到大约70℃时，负荷比被设为100％，同时PTC加热器18的温度达到了最大值。这样，PTC加热器18的温升得到了控制，从而PTC加热器的寿命延长。
上述说明中，在步骤S3和步骤S13中由冷却水温度Tw确定负荷比。但是需要注意的是，确定负荷比时也可以考虑其它的发动机工作参数，如发动机头部温度、火花塞温度、进气温度、排气温度和发动机转速等。
也可根据发动机11启动后流逝的时间来确定负荷比。
在所述实施例中，负荷比由发动机启动时所检测到的发动机运行参数而确定。但是，负荷比可任意确定，使热敏阀17可有预定的开/关运动特性。
虽然上述实施例中负荷脉冲发生电路23独立于CPU22，CPU22可执行负荷脉冲发生电路23的功能，可以省略独立的负荷脉冲发生电路23。
除了负荷比确定过程外，CPU22也可以通过中断控制来执行故障检测过程。故障检测过程按照短于周期T1的周期执行。
如图8所示，下面将叙述故障检测过程。CPU22首先确定所确定的负荷比是否是0％和100％之外的值(步骤S21)。换句话说，步骤S3或S13所确定的负荷比介于0％～100％。若负荷比大于0％且小于100％，则表示驱动晶体管24反复地开关。当负荷比介于0％和100％之间时，CPU22通过输入接口电路22读取驱动晶体管24的集电极电压，并存储集电极电压(步骤S22)。然后，CPU22确定周期T1是否已经超时(步骤S23)。若结果为否，则CPU22停止故障检测过程。另一方面，若结果为是(即已经超过周期T1)，则CPU22确定驱动晶体管24的集电极电压在周期T1内是否发生了变化(步骤S24)。如果集电极电压发生了变化(例如，从电源电压VB变为地电压，或从地电压变为电源电压VB)，表示驱动晶体管24被导通或关闭。这反过来说明PTC加热器18工作正常。若确认了PTC加热器18工作正常，则CPU22从存储器25中删除所存储的集电极电压数据，并进入准备状态，等待下一个故障检测过程。另一方面，若集电极电压没有变化(步骤S24)，则CPU22确定已经发生了故障。可能原因在于，驱动晶体管24没有正常地开和关，和/或PTC加热器18和/或驱动晶体管24的导线断路。若没有检测到集电极电压变化，则亮灯(未显示)，通知用户该故障(步骤S25)。
通过这种方式，在根据负荷比控制供给PTC加热器18的驱动电流期间，CPU22确定驱动晶体管24的集电极电压是否随负荷比而改变，因此，CPU22能够检测PTC加热器18的故障。
需要注意的是，当连续几个周期T1内没有检测到集电极电压变化时，CPU22可以确定已经发生了故障。
同样需要注意的是，可以使用任意合适的加热器或发热元件，例如线加热器替代PTC加热器。
从上文可以理解，根据多种条件适当地调节负荷比，在发动机启动期间可容易地调节热敏阀的开/关运动特性。
本申请基于日本专利申请No.2002-221020，其内容在此引入作为参考资料。
权利要求
1.一种在内燃机启动期间控制辅助进气通道内的进气流量的系统，主进气通道延伸到内燃机的进气口，节流阀位于主进气通道中，辅助进气通道在节流阀的下游处与主进气通道相通，该系统包括发热元件，响应于向该发热元件施加的驱动电流而发热；位于辅助进气通道中的热敏阀，热敏阀的开启程度随热敏阀被发热元件加热而改变；确定装置，用于确定控制驱动电流的负荷比；以及驱动装置，通过以预定的周期向发热元件施加电压脉冲而提供驱动电流，该电压脉冲具有由负荷比所确定的脉冲宽度。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，确定装置包括第一检测装置，用于检测内燃机的启动；第二检测装置，用于检测内燃机的至少一个发动机运行参数；以及当第一检测装置检测到内燃机启动时，根据至少一个发动机运行参数而确定负荷比的装置。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，确定装置包括第一检测装置，用于检测内燃机的启动；第二检测装置，用于检测内燃机的至少一个发动机运行参数；第三检测装置，用于检测内燃机暖机是否完成；以及在第一检测装置检测到发动机启动后，一直到第三检测装置检测到发动机暖机完成，重复地根据至少一个发动机运行参数确定负荷比的装置。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其中，所述的至少一个发动机运行参数包括冷却水温度、发动机头部温度、火花塞温度、进气温度和排气温度中的至少一个。
5.根据权利要求1到4中任何一项所述的系统，其中，所述的发热元件包括PTC加热器和线加热器中至少之一。
6.根据权利要求1到5中任何一项所述的系统，其中，驱动装置包括开关元件，与发热元件串联，从而形成该开关元件和发热元件的直流电路；电源，用于在该直流电路的两端施加预定的直流电压；以及生成负荷脉冲的装置，该负荷脉冲的脉冲宽度由预定的负荷比所确定，利用该负荷脉冲导通开关元件，其中，开关元件导通之后，电压值和所述预定直流电压相同的电压脉冲施加在发热元件上。
7.根据权利要求6所述的系统，还包括电压监视装置，用于检测发热元件和开关元件之间连接处的电压变化，以及报警装置，根据电压监视装置的检测结果而确定驱动装置的工作状态。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，如果电压监视装置没有检测到电压变化，则报警装置确定驱动装置出现了故障。
9.一种在内燃机启动期间控制辅助进气通道内的进气流量的系统，主进气通道延伸到内燃机的进气口，节流阀位于主进气通道中，辅助进气通道在节流阀的下游处与主进气通道相通，该系统包括加热器，响应于向加热器施加的驱动电流而发热；第一阀，位于辅助进气通道中，第一阀的开启程度随着第一阀被加热器加热而改变；第一控制器，用于确定控制驱动电流的负荷比；以及驱动单元，通过以预定的周期施加电压脉冲，从而向加热器提供驱动电流，该电压脉冲的脉冲宽度由负荷比所确定。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，第一控制器包括用于检测内燃机的至少一个发动机运行参数的传感器，和一个在内燃机启动后，根据至少一个发动机运行参数确定负荷比的单元。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，第一控制器包括用于检测内燃机的至少一个发动机运行参数的传感器，和一个在发动机启动后一直到发动机暖机完成，重复地根据至少一个发动机运行参数确定负荷比的单元。
12.根据权利要求10或11所述的系统，其中，所述的至少一个发动机运行参数包括冷却水温度、发动机头部温度、火花塞温度、进气温度和排气温度中的至少一个。
13.根据权利要求9到12中任何一项所述的系统，其中，所述的加热器包括PTC加热器和线加热器中的一种。
14.根据权利要求9到13中任何一项所述的系统，其中，驱动单元包括开关元件，与加热器串联，从而形成该开关元件和加热器的直流电路；电源，用于在该直流电路的两端施加预定的直流电压；以及负荷脉冲发生器，用于产生负荷脉冲，负荷脉冲的脉冲宽度由预定的负荷比所确定，利用该负荷脉冲来导通开关元件，其中，开关元件导通之后，电压值和所述预定直流电压相同的电压脉冲施加在加热器上。
15.根据权利要求14所述的系统，还包括电压监视器，用于检测加热器和开关元件之间连接处的电压变化，以及报警单元，根据电压监视器的检测结果而确定驱动单元的工作状态。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，如果电压监视器没有检测到电压变化，则报警单元确定驱动单元出现了故障。
全文摘要
一种在内燃机启动期间控制辅助进气通道的进气流量的系统。主进气通道延伸到发动机的进气口。节流阀位于主进气通道中。辅助进气通道在节流阀的下游处与主进气通道相通。该系统包括加热器，用于加热位于辅助进气通道中的热敏阀。该热敏阀的开启程度随加热器加热热敏阀而改变。该系统确定负荷比以控制提供给加热器的驱动电流。该系统以预定的周期施加电压脉冲，从而向加热器提供驱动电流。该电压脉冲的脉冲宽度由负荷比确定。
文档编号F02D41/06GK1472432SQ03145298
公开日2004年2月4日 申请日期2003年6月30日 优先权日2002年7月30日
发明者铅隆司, 人, 小野雅人, 千田悟司, 司 申请人:株式会社京浜