自动阻风门装置 【技术领域】
本发明涉及一种自动阻风门装置，特别涉及在起动后发动机温度上升时对应温度可进行良好空燃比控制的自动阻风门装置。
背景技术
在发动机冷(低温状态)起动时所使用的自动阻风门装置，根据用恒温器等温度检测元件检测出的温度，控制使阻风门动作的电磁致动器和膜片致动器。冷起动时通过自动阻风门装置向使混合气变浓的方向进行空燃比控制，从而使发动机平稳起动。
例如，在日本特开平5-280425号公报中，公开了如下的自动阻风门装置，该自动阻风门装置在用传感器检测出发动机的冷状态的情况下，而且在节气门为全闭状态时，即只有在发动机起动时需要使节流动作的低温状态时，使节流电磁装置自动动作，上述传感器由输出对应于气缸盖温度的检测信号的热敏电阻构成。
如上述日本特许文献所述的装置，使用电磁致动器控制阻风门较为普遍。然而，由于通过电磁元件的通断状态控制阻风门的动作响应时间较短，即在节流将要解除时存在过节流(阻风门开度不足)的问题。
对此，也有通过将双金属材料用作执行机构来对阻风门进行连续控制的方案。可是存在如下问题：由于双金属材料对温度变化的响应性低，因此在冷起动后或发动机温度高的状态下再起动后，节流解除的时间延迟，需要较长的时间才能达到充分的输出功率。
【发明内容】
本发明地目的在于提供一种根据发动机温度能精确控制阻风门的自动阻风门装置。
本发明之一的自动阻风门装置，其根据代表发动机起动时的发动机温度的温度信息，对设于发动机进气通道的阻风门开度进行控制，其特征在于，根据代表所述发动机起动时的发动机温度的温度信息，决定发动机起动时的所述阻风门的开度，并设有用于控制所述阻风门开度的电动机。
另外，本发明之二的特征在于，使所述阻风门的开度从发动机起动时的开度变成全开、且直到节流解除为止的时间，是根据所述温度信息而决定。
另外，本发明的之三的特征在于，用于控制所述阻风门开度的所述电动机为步进电动机，具有设定向该步进电动机供给的驱动脉冲的脉冲重复频率的单元，在预先设定的所述步进电动机的转矩不足的情况下，使用脉冲重复频率的设定范围中的低范围的值。
另外，本发明之四的特征在于，用于控制所述阻风门开度的所述电动机为步进电动机，具有设定向该步进电动机供给的驱动脉冲的脉冲重复频率的单元，在所述阻风门的全闭侧或全开侧进行所述步进电动机的初始化，并在发动机起动用电源闭合时的所述步进电动机的初始化中，所述脉冲重复频率设定单元对步进电动机的脉冲重复频率进行设定，使其大于该初始化后的预热运转中的脉冲重复频率。
根据本发明之一的特征，起动时的阻风门开度是根据发动机或发动机的环境温度而决定、控制的。特别是根据本发明之二的特征，从发动机起动时的开度到阻风门全开的时间，即从节流状态到节流解除的时间是根据发动机的环境温度决定的。由于可以根据用发动机温度代表的发动机运转状态适当地设定阻风门的开度，因此可以控制成最佳空燃比。另外，通过用电动机控制阻风门，节流状态逐渐被解除，因此可以抑制在阻风门全开时节流过剩而空燃比变小的情况。
另外，根据本发明之三，其特征在于，步进电动机处于转矩不足的情况时，通过减小脉冲重复频率，即减少单位时间的输出脉冲，使电动机速度降低，从而可以增大驱动阻风门的转矩，防止失调。作为转矩不足的情况是发动机的低温状态，例如，在低温时，可对应于阻碍阻风门动作的轴的摩擦增大而确保转矩，由此可防止失控。
另外，根据本发明之四，其特征在于，能够以较大脉冲重复频率快速进行由开环驱动的步进电动机的初始化，并且在预热运转中，降低脉冲重复频率而得到较大转矩，由此可以进行稳定的开度调节。
【附图说明】
图1是表示本发明的一实施方式的自动阻风门装置的系统结构的方框图。
图2是表示阻风门控制部的动作的流程图。
图3是表示步进电动机的初始化处理的流程图。
图4是表示与发动机温度对应的步进电动机的脉冲重复频率的例子的表。
图5是表示本发明的其它实施方式的阻风门控制部的动作的流程图。
图6是表示在全开侧周期性地驱动阻风门的全开进给控制的流程图。
图7是表示在发动机起动时每个发动机温度的阻风门位置的图。
图8是表示与发动机温度对应的节流解除时间的例子的图。
图9表示与发动机温度对应的节流解除时间的例子的曲线图。
【具体实施方式】
下面，参照附图对本发明进行详细说明。图1是表示本发明的一实施方式的自动阻风门装置的系统结构的方框图。在该图中，将发动机1用作发电机驱动源。发动机1上设有用于检测发动机温度的温度传感器2。温度传感器2例如设在气缸盖2a上。并且在气缸盖2a上还设有火花塞3、进气门4和排气门5。
在设有进气门4的进气管6上连接有化油器7。化油器7具有配置于下游侧的节气门8，和配置于其上游侧的阻风门9。节气门8由步进电动机10驱动而进行开闭，阻风门9由步进电动机11驱动而进行开闭。
发动机1连结在发电机12上。发电机12由发动机1驱动产生交流电。在对该交流电进行整流后，由变换器13转换成规定频率(50Hz或60Hz)，输出商用电源电压。
兼用发动机1的起动电动机的发电机12由外转子12a和绕有发电线圈的定子12b构成，该外转子12a构成为在与发动机1的曲柄轴1a接合的飞轮的内周部分安装有磁铁。在曲柄轴1a上可以连结用于手动起动的反冲起动器(未图示)。
在发电机12的外转子12a上设有点火时检测用磁阻头(reluctor)14，在外转子12a的周围设有检测磁阻头14的上止点前位置检测传感器(BTDC传感器)15。
火花塞3的点火时以及阻风门9的开度由运转控制部16控制。阻风门控制部17根据温度传感器2检测的发动机温度和通过BTDC传感器15的输出而检测到的发动机转速来输出用于驱动步进电动机11的控制信号。步进电动机11根据该控制信号使阻风门9动作，以便能够获得与温度对应的适当的空燃比。阻风门控制部17的控制将在以后进行叙述。
步进电动机10通过电子调速器来控制发动机转速，使其维持在规定的基准转速。该基准转速根据负载(变换器13的输出侧连接的电负载)的大小是可变的。
点火控制部18根据BTDC传感器15和发电机12的交流电输出波形，将点火时控制为最佳。波形整形部19、20分别对BTDC传感器15的输出波形和发电机12的交流电输出波形进行整形。利用由波形整形部19、20供给的波形时间对点火时期进行控制，但由于不是本发明的主要部分，因此省略其详细内容。
电源部21向运转控制部16提供必需的电力，该电源部21包含调节器，该调节器将蓄电池25和发电机12的整流后电压(变换器13的输入侧电压)作为规定电压的控制电源。在运转控制部16上可以设置显示发电机12的运转状态等的液晶显示器22。另外，可以设置用于连接遥控装置23的接口24，以便可以远距离控制发电机12。另外，阻风门控制部17和点火控制部18可以采用微处理器。
图2是表示阻风门控制部17的动作的流程图。该处理是由蓄电池25提供的电力施加给电源部21而开始进行。另外，在蓄电池25过放电的情况下，利用反冲起动器使发动机1旋转，并向电源部21提供此时发电机12的发电输出。
首先，在步骤S1中，读入温度传感器2的检测温度。在步骤S2中，决定与检测温度对应的阻风门9的位置(起动开度)。起动开度例如从如图7所示那样的预先设定的表读取。阻风门9的位置用向步进电动机11提供的步数表示。图7的详细内容在以后叙述。
在步骤S3中，例如使用如图8所示那样的预先设定的表来决定与发动机温度对应的节流解除前的动作时间(基本节流解除时间)。图8的详细内容将在以后叙述。
在步骤S4中，首先为了进行初始化而驱动步进电动机11，接下来为了使阻风门9旋转到起动开度而驱动步进电动机11。
在所述步进电动机11的初始化中，作为一例，详细内容如后所述，向步进电动机11提供预先设定的步数的驱动信号，以使阻风门9移动至全闭侧或全开侧。由此，阻风门9为全闭或全开。并且，以该全闭或全开位置为基准，决定阻风门9的起动开度。
在利用蓄电池驱动起动电动机而起动发动机时，在步进电动机11初始化后，使阻风门9移动至起动开度，然后成为发动机的起动步骤。另一方面，当不能由蓄电池进行电源供给时，由于利用由反冲起动器的手动旋转获得的发电输出动力进行步进电动机11的驱动和点火，因此阻风门9的驱动和发动机起动大致同时进行。
在发动机起动后，在步骤S5中，判断阻风门9是否到达半开。该判断根据向步进电动机11供给的脉冲数或驱动信号的步数来进行。如果阻风门9的开度未达到半开，进入步骤S6，检测发动机转速。发动机转速可以根据BTDC传感器15的输出周期进行检测，但检测方法也可以是公知的技术。在步骤S7中，决定阻风门9达到半开的电动机驱动条件。
关于到半开的电动机驱动条件的决定，对在步骤S3决定的基本节流解除时间(从起动开度到半开的动作时间)进行校正。在该校正中，发动机转速越高，基本节流解除时间缩短，而发动机转速越低，基本节流解除时间延长。
每隔驱动周期(例如0.7秒)提供给步进电动机11的驱动脉冲数是根据基本节流解除时间而决定的，基本节流解除时间与该驱动周期和发动机转速的增减而延长或缩短。若增加各驱动周期的脉冲供给数，则可以迅速向节流解除侧移动，另一方面，若减少各驱动周期的脉冲供给数，则缓慢地向节流解除侧移动。
这样，在步骤S7中，在阻风门9从起动开度到半开的动作中，决定向步进电动机11供给的各驱动周期的脉冲数或步数，在步骤S8中，利用所决定的该电动机驱动条件(决定的驱动脉冲数或步数)驱动步进电动机11。
在步骤S5中，若判断为阻风门9已经达到半开，则进入步骤S9，判断阻风门9是否达到全开。与进行是否半开的判断相同，该判断是根据提供给步进电动机11的脉冲数或步数进行的。
如果阻风门9的开度未达到全开，则进入步骤S10，检测发动机转速。在步骤S11中，决定阻风门9达到全开的电动机驱动条件。在步骤S11中，也和步骤S7相同，进行对发动机转速的基本节流解除时间(从半开到全开的动作时间)的校正，和对步进电动机11的各驱动周期的输出驱动脉冲数或步数进行计算。在步骤S12中，利用所决定的电动机驱动条件(所决定的脉冲数或步数)驱动步进电动机11。如果判断为阻风门9已经达到全开，该阻风门控制结束。
图3是表示所述步进电动机11的初始化(步骤S4)的详细内容等的流程图。在该图中，在步骤S41中，根据发动机温度决定步进电动机11的脉冲重复频率。图4表示设定了与温度对应的步进电动机11的脉冲重复频率的表的例子。
在步骤S42中，判断在步骤S2所决定的起动开度是否达到预定值(例如半开)。如果起动开度未达到半开，则进入步骤S43，如果起动开度为半开或半开以上，则进入步骤S44。
在步骤S43中，在阻风门9的全闭侧初始化步进电动机11。即，用在步骤S41中所决定的脉冲重复频率使阻风门9向全闭侧转动。在步骤S44中，在阻风门9的全开侧初始化步进电动机11。即，以在步骤S41中所决定的脉冲重复频率使阻风门9向全闭侧转动。
如上所述，根据发动机温度决定的起动开度在全闭侧时，驱动阻风门9至全闭位置，然后在其位置初始化步进电动机11。另外，当根据发动机温度决定的起动开度在全开侧时，驱动阻风门9至全开位置，然后在其位置初始化步进电动机11。由于这样的初始化是在距起动开度近的一侧进行的，因此初始化后，具有在短时间内使阻风门9可以移动至起动开度的效果。
在该步进电动机11的初始化中，将脉冲重复频率作为发动机温度的函数进行设定的原因如下所述。由于步进电动机为开环控制，产生了因干扰和步进电动机的转矩降低所引起的失调，所以即使旋转角度偏移所希望的位置，也不能检测出该偏移。
特别是，在低温时阻风门9的轴摩擦力有增大的趋势，如果该情况下的摩擦力增大到步进电动机11的输出转矩的大小，就很容易产生失调。另外，步进电动机的公知特性为，随着脉冲重复频率增大，即随着脉冲间隔变小，输出转矩就降低。
因此，如图4所示，用发动机温度的函数设定脉冲重复频率。在图4中，步进电动机11的脉冲重复频率被设定为在第1速率R1和第2速率R2之间。并且，该脉冲重复频率在温度低于第1温度TL的低温时被设定为最低的第1速率R1，当温度在高于第1温度TL的第2温度TH以上的高温时被设定为最高的第2速率R2。并且，在第1温度TL和第2温度TH之间，随着发动机温度升高，脉冲重复频率被设定为从第1速率R1缓缓增大到第2速率R2。
这样，发动机温度为低温时使脉冲重复频率降低，以使输出转矩增大。这样，可以抑制失调。
步进电动机11的脉冲重复频率不限于只有低温时比较低。步进电动机11不仅限于脉冲重复频率高的状态，也可能因为其他的因素而产生转矩不足。例如，在用于驱动步进电动机11的电源电压不足时，输出转矩也会降低。在蓄电池25的电压降低的情况下，或在反冲起动器使用时旋转力变小而不能进行充分发电的情况下，电源电压降低。因此，检测该电源电压，在电源电压低于规定的电压时，降低脉冲重复频率，以获得足够的转矩。
另外，作为在初始化步进电动机11时，和使阻风门9移动至起动开度时的转矩不足的情况，可以预定低发动机温度和低电源电压以外的情况。因长时间劣化而摩擦增大等也是阻碍阻风门9顺畅地动作的因素之一。
接下来参照图5说明本发明的其它实施方式。该实施方式的特征在于，在图2的流程图中追加了步骤S13。即，若使阻风门9移动至起动开度，在步骤S13中，决定预热运转时的步进电动机11的脉冲重复频率。将预热运转时的脉冲重复频率设定为比所述初始化和移动至起动开度时的脉冲重复频率低的固定值。在预热运转中，由于经过基本节流解除时间阻风门9被缓慢地打开，因此与发动机温度无关，不要求步进电动机11的高速驱动。所以，根据预热运转中的驱动脉冲的供给将脉冲重复频率设定得较低，以使能够以足够的转矩可靠地驱动步进电动机11。
另一方面，将所述步骤S4的初始化和使阻风门9移动至起动开度时的步进电动机11的脉冲重复频率，即单位时间的输出脉冲数设定成，大于预热运转时的节流解除动作的脉冲重复频率。由于步进电动机11为开环驱动，所以在希望阻风门9迅速动作的初始化和使其向起动开度移动时，将脉冲重复频率设定得较大。
另外，通常使用的步进电动机在输出转矩和脉冲重复频率的关系中，有时在脉冲重复频率大等情况下，转子的旋转跟不上励磁，产生失调。在该情况下，在开环控制的步进电动机中，转子只旋转与所提供的驱动信号的步数相对应的所希望的角度。即，在节流解除时，尽管向步进电动机11发送相当于全开的步数信号，但是因为失调而有可能发生阻风门9不全开的状况。
因此，在判断阻风门9已经全开后(在输出相当于全开的步数的驱动信号后)，周期性地开始进行为维持该全开状态的控制(以下，称为“全开进给控制”)。
图6是表示用于进行全开进给控制的节流控制部的主要处理的流程图。在步骤S20中，判断是否为在全开进给控制中向步进电动机11供给驱动信号的全开进给周期。全开进给周期是可以通过在节流控制部17设置例如2秒的定时单元，并该定时单元是否已到时间来进行判断。如果是预先设定的全开进给周期，则进入步骤S21，向步进电动机11输出为进行全开进给的指令(全开指令)。即，向步进电动机11发送使阻风门9向全开侧移动的预先设定数的驱动信号。用于全开进给的驱动信号数例如为5步。
另外，全开进给可以在发动机起动后的规定时间内进行，也不一定局限于定时进行。
图7是表示在发动机起动时每个发动机温度下的阻风门9的位置，即为用步进电动机11的步数表示起动开度的图。在该例中，发动机温度在-25℃～20℃的范围内，阻风门9为全闭(步数＝110)，发动机温度在30℃以上时，阻风门9只打开一点。并且，在发动机温度为60℃时，阻风门9为半开(步数＝55)，在60℃以上时，直到步数“35”为止，阻风门9呈阶段性地被打开。
从该图可以理解，发动机温度在低于60℃，起动开度比半开更接近全闭，因此步进电动机11在阻风门9的全闭侧被初始化。另外，发动机温度在60℃以上时，起动开度比半开更接近全开，因此步进电动机11在阻风门9的全开侧被初始化。
图8是表示与发动机温度对应的节流解除时间的例子的图。在此，表示利用电子调速器将发动机转速控制为基准转速3300rpm时的基本节流解除时间的例子。由此，在基准转速根据连接在发电机12上的负载变动而变化时，根据发动机转速对基本节流解除时间(直到半开时的动作时间和从半开到全开的动作时间的任意一项)进行校正。即，在负载增大，发动机转速向比基准转速大的方向推移时，缩短节流解除时间，而在负载减小，发动机转速向比基准转速低的方向推移时，延长节流解除时间。这样，对节流解除时间进行校正，以使根据发电机12，即发动机1的运转状态，成为适当值。
图9是曲线表示图8的例子的图。如该图所示，节流解除时间由起动时的发动机温度决定。
另外，在本实施方式中，作为阻风门的驱动源，表示了使用步进电动机的例子，但这并不限于步进电动机，例如也可以是伺服电动机。
另外，作为发动机温度，用气缸盖2a的温度来代表，但是用于阻风门控制的发动机温度并不限于该位置的温度。例如，在油盘和发动机水冷用的水套上安装温度传感器，检测润滑油温度和发动机冷却水的温度，也可以用这些温度代表发动机温度。除此之外，也可以在本发明的阻风门控制中采用在可以代表发动机温度的发动机箱部分被检测出来的温度信息。