用于内燃机的节气门系统和用于控制内燃机的节气门的方法转让专利
申请号 : CN200480007503.6
文献号 : CN1761807B
文献日 : 2010-04-07
发明人 : 竹内信峯 , 永井真二
申请人 : 丰田自动车株式会社
摘要 :
本发明涉及内燃机中用于减低噪音的节气门控制。除非以下条件全满足：(i)在开始开启节气门时检测的内燃机转速低于一规定转速；(ii)在开始开启节气门时检测的节气门开度低于一规定节气门开度；(iii)目标节气门开角高于一规定节气门开角；以及(ix)节气门的目标开启速率高于一规定开启速率，否则禁止限制节气门的开启速率。
权利要求 :
1.一种用于内燃机的节气门系统，它包括节气门(10)，由操作者操作以调整所述内燃机的内燃机输出功率的加速装置(16)，用于控制所述节气门(10)以使其根据所述加速装置(16)被操作的方式来开启的节气门控制装置(14)，所述节气门控制装置(14)适于在给定条件下执行将所述节气门(10)被开启的节气门开启速率限制到一限制开启速率以下的节气门开启速率限制，所述节气门系统的特征在于：设置有用于检测所述内燃机的内燃机转速的内燃机转速检测装置(15)；以及所述节气门控制装置(10)还适于如果在开始开启所述节气门(10)时由所述内燃机转速检测装置(15)检测的内燃机转速高于一规定内燃机转速则禁止所述节气门开启速率限制。
2.根据权利要求1所述的节气门系统，其特征在于：设置有用于检测所述内燃机的内燃机转矩的内燃机转矩检测装置(13)；以及所述节气门控制装置(14)还适于如果在开始开启所述节气门(10)时由所述内燃机转矩检测装置(13)检测的内燃机转矩高于一规定内燃机转矩则禁止所述节气门开启速率限制。
3.根据权利要求1所述的节气门系统，其特征在于：设置有用于检测所述节气门的开启量的节气门开启量检测装置(13)；
所述节气门控制装置(14)还适于如果在开始开启所述节气门(10)时由所述节气门开启量检测装置(13)检测的所述节气门(10)的开启量高于一规定开启量则禁止所述节气门开启速率限制。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的节气门系统，其特征在于：所述节气门控制装置(14)还适于：
基于所述加速装置(16)被操作的方式判定所述节气门(10)是否被要求迅速开启；以及如果所述节气门(10)未被要求迅速开启则禁止所述节气门开启速率限制。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的节气门系统，其特征在于：所述节气门控制装置(14)还适于：
基于所述加速装置(16)被操作的方式判定所述节气门(10)被要求开启的目标节气门开启量和所述节气门(10)被要求开启的目标节气门开启速率；以及如果所述目标节气门开启量低于一规定节气门开启量或者如果所述目标节气门开启速率低于一规定开启速率，则禁止所述节气门开启速率限制。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的节气门系统，其特征在于：所述节气门控制装置(14)还适于：
判定所述节气门(10)的开启量是否在其预定范围内变化；以及如果所述开启量不在所述预定范围内变化则禁止所述节气门开启速率限制。
7.根据权利要求6所述的节气门系统，其特征在于：所述预定范围是所述节气门正开启时的范围。
8.根据权利要求7所述的节气门系统，其特征在于，所述预定范围从大于零的第一预定开启量向大于该第一预定开启量的第二预定开启量变动。
9.根据权利要求7所述的节气门系统，其特征在于，所述预定范围的下限角度是20度，而所述预定范围的上限角度是30度。
10.一种用于控制内燃机的节气门(10)的方法，它包括：在给定条件下执行将所述节气门(10)被开启的节气门开启速率限制到一限制开启速率以下的节气门开启速率限制；以及如果在开始开启所述节气门(10)时检测的所述内燃机的内燃机转速高于一规定内燃机转速则禁止所述节气门开启速率限制。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，它还包括：如果在开始开启所述节气门(10)时检测的所述内燃机的内燃机转矩高于一规定内燃机转矩则禁止所述节气门开启速率限制。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，它还包括：如果在开始开启所述节气门(10)时检测的所述节气门(10)的开启量高于一规定开启量则禁止所述节气门开启速率限制。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，其特征在于，它还包括：如果所述节气门(10)未被要求迅速开启则禁止所述节气门开启速率限制。
14.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，其特征在于，它还包括：确定所述节气门(10)被要求开启的目标节气门开启量和所述节气门(10)被要求开启的目标节气门开启速率；以及如果所述目标节气门开启量低于一规定节气门开启量或者如果所述目标节气门开启速率低于一规定开启速率，则禁止所述节气门开启速率限制。
15.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，其特征在于，它还包括：如果所述节气门的开启量不在其预定范围内变化则禁止所述节气门开启速率限制。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：所述预定范围是所述节气门正开启时的范围。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述预定范围从大于零的第一预定开启量向大于该第一预定开启量的第二预定开启量变动。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述预定范围的下限角度是20度，而所述预定范围的上限角度是30度。
说明书 :
技术领域
本发明总体上涉及内燃机中的节气门控制。更具体地说，本发明涉及能够减低伴随着节气门开启量(开度)的变化而出现的气流噪音的节气门系统和方法。
背景技术
如普遍已知的，供应给内燃机的空气量在设在该内燃机的进气通路中的节气门处进行调整。当节气门迅速开启时，其搅动空气流，使该空气形成涡流。这种涡旋空气流有时会导致特殊的噪音(将称为“节气门进气噪音”)。同时，进气歧管构成进气通路的一个部分，已知现在越来越多地采用树脂制进气歧管。然而，这种树脂制进气歧管不可避免地使得上述节气门进气噪音易于传播或放射到外部。
为克服此问题，例如，已知方法是在进气通路内提供网或板以调整节气门下游的空气流，从而减低节气门进气噪音。然而，由于进气通路内的空气阻力增大、重量增大、制造成本提高等，此方法具有内燃机输出功率减小的缺点。同时，当出于已经提到的原因而采用树脂制进气歧管时，此方法不能足够有效地减低节气门进气噪音。
考虑到上述问题，已提出另一种方法，其通过在给定条件下将节气门被开启的速率(将称为“节气门开启速率”)限制在一特定限制速率以下，使该节气门较缓慢地开启来减低节气门进气噪音(参见日本专利申请特开平No.2001-98958，No.2001-234758)。例如，日本专利申请特开平No.2001-98958提出当节气门开度小于一特定值时会以较低速率开启节气门。
尽管如上所述通过以降低的速率开启节气门确实能减低节气门进气噪音，但减低节气门开启速率会使内燃机输出功率的可控性恶化。
为克服此问题，例如，已知方法是在进气通路内提供网或板以调整节气门下游的空气流，从而减低节气门进气噪音。然而，由于进气通路内的空气阻力增大、重量增大、制造成本提高等，此方法具有内燃机输出功率减小的缺点。同时，当出于已经提到的原因而采用树脂制进气歧管时，此方法不能足够有效地减低节气门进气噪音。
考虑到上述问题，已提出另一种方法，其通过在给定条件下将节气门被开启的速率(将称为“节气门开启速率”)限制在一特定限制速率以下，使该节气门较缓慢地开启来减低节气门进气噪音(参见日本专利申请特开平No.2001-98958，No.2001-234758)。例如，日本专利申请特开平No.2001-98958提出当节气门开度小于一特定值时会以较低速率开启节气门。
尽管如上所述通过以降低的速率开启节气门确实能减低节气门进气噪音，但减低节气门开启速率会使内燃机输出功率的可控性恶化。
发明内容
考虑到上述状况，已作出本发明以提供一种能够减低由于开启节气门所导致的节气门进气噪音、同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低的用于内燃机的节气门系统及节气门控制方法。
为实现上述目的，本发明的第一方面涉及一种用于内燃机的节气门系统，它包括节气门、由操作者操作以调整该内燃机的内燃机输出功率的加速装置以及用于控制节气门以使其根据加速装置被操作的方式来开启的节气门控制装置。该节气门控制装置适于在给定条件下执行将节气门被开启的节气门开启速率限制到一限制开启速率以下的节气门开启速率限制。此节气门系统还包括设置有用于检测内燃机的内燃机转速的内燃机转速检测装置，且如果在开始开启节气门时由该内燃机转速检测装置检测的内燃机转速高于一规定内燃机转速，则节气门控制装置禁止节气门开启速率限制。
本发明人的研究显示除非节气门在内燃机转速低于特定转速时迅速开启，否则不会出现节气门进气噪音。因此，第一方面的节气门系统具有前述结构，以避免在不可能或几乎不可能出现节气门进气噪音时不必要地限制节气门开启速率。由此，可减低节气门进气噪音，同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低。
在本发明的另一形式中，优选设置有用于检测内燃机的内燃机转矩的内燃机转矩检测装置，且该节气门控制装置还适于如果在开始开启节气门时由该内燃机转矩检测装置检测的内燃机转矩高于一规定内燃机转矩，则禁止节气门开启速率限制。
本发明人的研究显示除非节气门在内燃机转矩值低于特定程度时迅速开启，否则不会出现节气门进气噪音。因此，节气门系统的前述结构增强了避免在不可能或几乎不可能出现节气门进气噪音时不必要地限制节气门开启速率的可靠性，这进一步增强了减低节气门进气噪音、同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低的效果。
在本发明的另一形式中，优选设置有用于检测节气门的开启量的节气门开启量检测装置，且该节气门控制装置还适于如果在开始开启节气门时由该节气门开启量检测装置检测的节气门开启量高于一规定开启量则禁止节气门开启速率限制。
如前所述，除非节气门在内燃机转矩低于特定程度时迅速开启，否则不会出现节气门进气噪音，且如普遍已知的，可基于节气门的开启量确定内燃机转矩值。因此，节气门系统的前述结构增强了避免在不可能或几乎不可能出现节气门进气噪音时不必要地限制节气门开启速率的可靠性，这进一步增强了减低节气门进气噪音、同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低的效果。
在本发明的另一形式中，该节气门控制装置还优选适于(I)基于加速装置被操作的方式判定节气门是否被要求迅速开启以及(II)如果该节气门未被要求迅速开启则禁止节气门开启速率限制。
除非节气门以高于特定程度的速率开启，否则不会出现节气门进气噪音。因此，节气门系统的前述结构增强了避免在不可能或几乎不可能出现节气门进气噪音时不必要地限制节气门开启速率的可靠性，这进一步增强了减低节气门进气噪音、同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低的效果。
在本发明的另一形式中，该节气门控制装置还优选适于(I)基于加速装置被操作的方式判定节气门被要求开启的目标节气门开启量和节气门被要求开启的目标节气门开启速率以及(II)如果该目标节气门开启量低于一规定节气门开启量或者如果该目标节气门开启速率低于一规定开启速率，则禁止节气门开启速率限制。
如果节气门体不被要求迅速开启，则不必要执行节气门开启速率限制。因此，节气门系统的前述结构增强了避免在不可能或几乎不可能出现节气门进气噪音时不必要地限制节气门开启速率的可靠性，这进一步增强减低节气门进气噪音同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低的效果。
在本发明的另一形式中，该节气门控制装置还优选适于(I)判定节气门开启量是否在其预定范围内变化以及(II)如果该开启量不在该预定范围内变化则禁止节气门开启速率限制。
本发明人的研究还显示除非节气门开启量在特定范围内变化，否则不会出现节气门进气噪音。因此，节气门系统的前述结构增强了避免在不可能或几乎不可能出现节气门进气噪音时不必要地限制节气门开启速率的可靠性，这进一步增强了减低节气门进气噪音、同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低的效果。
本发明的第二方面涉及用于内燃机的节气门系统，它包括节气门、由操作者操作以调整该内燃机的内燃机输出功率的加速装置以及用于控制节气门以使其根据加速装置被操作的方式来开启的节气门控制装置。该节气门控制装置适于在给定条件下执行将节气门被开启的节气门开启速率限制到一限制开启速率以下的节气门开启速率限制。此外，在此节气门系统中，节气门控制装置适于(I)判定节气门开启量是否在其预定范围内变化，所述预定范围是所述节气门正开启时的范围；以及(II)如果该开启量不在该预定范围内变化则禁止节气门开启速率限制。
本发明的第三方面涉及用于控制内燃机的节气门的方法。此方法包括(i)在给定条件下执行将节气门被开启的节气门开启速率限制到一限制开启速率以下的节气门开启速率限制，以及(ii)如果在开始开启该节气门时检测的该内燃机的内燃机转速高于一规定内燃机转速则禁止该节气门开启速率限制。
本发明的第四方面涉及用于控制内燃机的节气门的方法。此方法包括(i)在给定条件下执行将节气门被开启的节气门开启速率限制到一限制开启速率以下的节气门开启速率限制，以及(ii)如果该节气门的开启量不在其预定范围内变化则禁止该节气门开启速率限制，所述预定范围是所述节气门正开启时的范围。
为实现上述目的，本发明的第一方面涉及一种用于内燃机的节气门系统，它包括节气门、由操作者操作以调整该内燃机的内燃机输出功率的加速装置以及用于控制节气门以使其根据加速装置被操作的方式来开启的节气门控制装置。该节气门控制装置适于在给定条件下执行将节气门被开启的节气门开启速率限制到一限制开启速率以下的节气门开启速率限制。此节气门系统还包括设置有用于检测内燃机的内燃机转速的内燃机转速检测装置，且如果在开始开启节气门时由该内燃机转速检测装置检测的内燃机转速高于一规定内燃机转速，则节气门控制装置禁止节气门开启速率限制。
本发明人的研究显示除非节气门在内燃机转速低于特定转速时迅速开启，否则不会出现节气门进气噪音。因此，第一方面的节气门系统具有前述结构，以避免在不可能或几乎不可能出现节气门进气噪音时不必要地限制节气门开启速率。由此，可减低节气门进气噪音，同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低。
在本发明的另一形式中，优选设置有用于检测内燃机的内燃机转矩的内燃机转矩检测装置，且该节气门控制装置还适于如果在开始开启节气门时由该内燃机转矩检测装置检测的内燃机转矩高于一规定内燃机转矩，则禁止节气门开启速率限制。
本发明人的研究显示除非节气门在内燃机转矩值低于特定程度时迅速开启，否则不会出现节气门进气噪音。因此，节气门系统的前述结构增强了避免在不可能或几乎不可能出现节气门进气噪音时不必要地限制节气门开启速率的可靠性，这进一步增强了减低节气门进气噪音、同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低的效果。
在本发明的另一形式中，优选设置有用于检测节气门的开启量的节气门开启量检测装置，且该节气门控制装置还适于如果在开始开启节气门时由该节气门开启量检测装置检测的节气门开启量高于一规定开启量则禁止节气门开启速率限制。
如前所述，除非节气门在内燃机转矩低于特定程度时迅速开启，否则不会出现节气门进气噪音，且如普遍已知的，可基于节气门的开启量确定内燃机转矩值。因此，节气门系统的前述结构增强了避免在不可能或几乎不可能出现节气门进气噪音时不必要地限制节气门开启速率的可靠性，这进一步增强了减低节气门进气噪音、同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低的效果。
在本发明的另一形式中，该节气门控制装置还优选适于(I)基于加速装置被操作的方式判定节气门是否被要求迅速开启以及(II)如果该节气门未被要求迅速开启则禁止节气门开启速率限制。
除非节气门以高于特定程度的速率开启，否则不会出现节气门进气噪音。因此，节气门系统的前述结构增强了避免在不可能或几乎不可能出现节气门进气噪音时不必要地限制节气门开启速率的可靠性，这进一步增强了减低节气门进气噪音、同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低的效果。
在本发明的另一形式中，该节气门控制装置还优选适于(I)基于加速装置被操作的方式判定节气门被要求开启的目标节气门开启量和节气门被要求开启的目标节气门开启速率以及(II)如果该目标节气门开启量低于一规定节气门开启量或者如果该目标节气门开启速率低于一规定开启速率，则禁止节气门开启速率限制。
如果节气门体不被要求迅速开启，则不必要执行节气门开启速率限制。因此，节气门系统的前述结构增强了避免在不可能或几乎不可能出现节气门进气噪音时不必要地限制节气门开启速率的可靠性，这进一步增强减低节气门进气噪音同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低的效果。
在本发明的另一形式中，该节气门控制装置还优选适于(I)判定节气门开启量是否在其预定范围内变化以及(II)如果该开启量不在该预定范围内变化则禁止节气门开启速率限制。
本发明人的研究还显示除非节气门开启量在特定范围内变化，否则不会出现节气门进气噪音。因此，节气门系统的前述结构增强了避免在不可能或几乎不可能出现节气门进气噪音时不必要地限制节气门开启速率的可靠性，这进一步增强了减低节气门进气噪音、同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低的效果。
本发明的第二方面涉及用于内燃机的节气门系统，它包括节气门、由操作者操作以调整该内燃机的内燃机输出功率的加速装置以及用于控制节气门以使其根据加速装置被操作的方式来开启的节气门控制装置。该节气门控制装置适于在给定条件下执行将节气门被开启的节气门开启速率限制到一限制开启速率以下的节气门开启速率限制。此外，在此节气门系统中，节气门控制装置适于(I)判定节气门开启量是否在其预定范围内变化，所述预定范围是所述节气门正开启时的范围；以及(II)如果该开启量不在该预定范围内变化则禁止节气门开启速率限制。
本发明的第三方面涉及用于控制内燃机的节气门的方法。此方法包括(i)在给定条件下执行将节气门被开启的节气门开启速率限制到一限制开启速率以下的节气门开启速率限制，以及(ii)如果在开始开启该节气门时检测的该内燃机的内燃机转速高于一规定内燃机转速则禁止该节气门开启速率限制。
本发明的第四方面涉及用于控制内燃机的节气门的方法。此方法包括(i)在给定条件下执行将节气门被开启的节气门开启速率限制到一限制开启速率以下的节气门开启速率限制，以及(ii)如果该节气门的开启量不在其预定范围内变化则禁止该节气门开启速率限制，所述预定范围是所述节气门正开启时的范围。
附图说明
从以下参照附图对优选实施例的说明，本发明的前述和/或其它目的、特征和优点将变得更明显，在附图中相同数字用于示出相同元件，其中：
图1是示意性示出根据本发明一个示例性实施例的节气门系统的构造的视图；
图2是示出出现节气门进气噪音且由开始开启节气门时检测的内燃机转速值和内燃机转矩值所限定的区域的图表；
图3是示出在开始开启节气门体时检测的内燃机转速与在节气门体正被开启的同时出现节气门进气噪音时的节气门开度之间的关系的图表；
图4是示出个用于确定是否执行节气门开启速率限制的一个示例性程序的流程图；
图5是示出用于限制节气门开启速率(即，节气门开启速率限制)的一个示例性程序的流程图；以及
图6是示出用于说明该示例性实施例的节气门控制系统的操作的一个示例的时序图。
图1是示意性示出根据本发明一个示例性实施例的节气门系统的构造的视图；
图2是示出出现节气门进气噪音且由开始开启节气门时检测的内燃机转速值和内燃机转矩值所限定的区域的图表；
图3是示出在开始开启节气门体时检测的内燃机转速与在节气门体正被开启的同时出现节气门进气噪音时的节气门开度之间的关系的图表；
图4是示出个用于确定是否执行节气门开启速率限制的一个示例性程序的流程图；
图5是示出用于限制节气门开启速率(即，节气门开启速率限制)的一个示例性程序的流程图；以及
图6是示出用于说明该示例性实施例的节气门控制系统的操作的一个示例的时序图。
具体实施方式
以下，参照附图描述根据本发明一个示例性实施例的用于内燃机的节气门系统。
图1是示意性示出该示例性实施例的节气门系统的构造的示图。参照图1，节气门系统设置有沿内燃机的进气通路设置的节气门10。经由未示出的空气管道抽入进气通路的空气经过节气门10的节气门体11、稳压罐(surge tank)以及进气歧管(后两者均未示出)，并最终引入每个燃烧室。
除节气门体11外，节气门10还包括节气门电机12和节气门传感器13。节气门体11的轴与节气门电机12联接，节气门传感器13设在同一轴附近。
节气门电机12驱动节气门体11改变其开度(将称为“节气门开度”)。更具体地，节气门体11的开度被改变以调整进气通路的截面积，由此改变流过其中的空气的流量。也就是说，这样改变供应给该内燃机的空气流量。节气门传感器13测量节气门体11的开度(节气门开度θ)。
节气门系统包括控制节气门10的操作的ECU(电子控制单元)14。ECU14包括执行各种用以控制节气门10的程序的CPU、储存这些程序的存储器、各个给外部元件输出或者从外部元件接收各种信号的输入和输出通信口。
在此示例性实施例中，除节气门传感器13外，节气门系统还包括各种其它传感器，例如，用于检测该内燃机的转速(内燃机转速NE)的内燃机转速传感器15和用于检测加速器16被操作员操作的量(加速器操作量ACCP)的加速器传感器17。这些传感器都与上述ECU14的输入通信口连接，以便ECU14从它们接收信号。另一方面，ECU14的输出通信口与节气门电机12连接，以便ECU14控制节气门10。
在工作时，ECU14基于经由内燃机转速传感器15检测的内燃机转速NE和经由加速器传感器17检测的加速器操作量ACCP计算目标节气门开度θ。然后，ECU14控制节气门电机12，使实际节气门开度θ与所算得的目标节气门开度θ一致。在此示例性实施例中，当节气门体11全闭时，节气门开度θ(即，节气门体11的节气门轴的转角)为0度，且节气门开度θ随着节气门体11从该闭合位置转动而增大。
本发明的发明人进行了一项与改变节气门开度所导致的节气门进气噪音有关的研究，他们发现除非同时满足一些其它条件，否则在节气门开度迅速改变时不总是出现节气门进气噪音。更具体地，除非在内燃机转速(内燃机转速NE)低于一规定转速(内燃机转速NE1)(条件A)且内燃机转矩(内燃机转矩TR)低于一规定转矩TR1(条件B)的情况下节气门体11迅速开启，否则不会出现节气门进气噪音。
图2是示出已在研究过程中证实的节气门进气噪音的出现区域的图表，该区域由开始开启节气门体11时检测的内燃机转速NE和内燃机转矩TR限定。在图2中，曲线WOT代表与内燃机转速NE相关的内燃机转矩TR的最大值。
如从图表中显而易见的，节气门进气噪音是否大规模出现取决于在开始开启节气门体11时的内燃机转速NE和内燃机转矩TR的值。也就是说，除非节气门迅速开启且以上条件A，B即内燃机转速NE低于NE1和内燃机转矩TR低于TR1都满足，否则不会出现节气门进气噪音。
例如，在特定内燃机转速下产生的内燃机转矩TR的值可作为节气门开度θ的函数得出。因此，在这种情况中，上述条件B可修改为“节气门开度θ小于预定开度θ1”(条件B′)。
在此示例性实施例中所采用的内燃机情况下，根据研究结果，当在低于3000rpm的内燃机转速(NE)和小于9度的节气门开度(θ)下节气门体11迅速开启时，出现节气门进气噪音。
图3是示出在开始开启节气门体11时检测的内燃机转速NE与在节气门体11正开启的同时出现节气门进气噪音时的节气门开度θ之间的关系的图表。在此图表中，实线曲线代表当节气门体11从全闭位置起开启时出现节气门进气噪音的节气门开度θ，而虚线曲线代表当节气门体11在内燃机转矩(TR)为处于引起节气门进气噪音的范围内的其上限值的情况下迅速开启时出现节气门进气噪音的节气门开度θ。
参照图3，除非节气门开度θ位于特定范围内，否则即使在上述条件A，B均满足的情况下节气门体11开启，也不会出现节气门噪音。也就是说，节气门进气噪音仅当节气门开度θ在从下限开度θa至上限值θb的范围内变化时才出现，此节气门开度θ的范围随后将称为“噪音范围”。在此示例性实施例中，下限开度θa为20度，而上限开度θb为30度。
如上所述，节气门进气噪音仅在此特定条件下才出现。因此，即使节气门体11的开启速率被限制为仅当那些条件满足时的极限值，也可充分减低噪音。通过节气门开启速率的这种严格限制，可避免否则会由于不必要地限制节气门开启速率所导致的内燃机输出功率的可控性的恶化。
因此，为避免节气门开启速率的这种不必要限制，ECU14如下所述来判定是否执行节气门开启速率限制。以下，由ECU14执行以将节气门体11的开启速率ω限制到一特定极限值以下的控制将称为“节气门开启速率限制”。首先，ECU14判定条件a，b是否已满足。条件a要求在开始开启节气门体11时检测的内燃机转速NE小于例如被设定为3000rpm的规定内燃机转速NE1。条件b要求在开始开启节气门体11时检测的节气门开度θ小于例如被设定为9度的规定开度θ1。如果任一条件不满足，ECU14就禁止节气门开启速率限制。
另外，ECU14还判定加速器16被操作的方式是否要求节气门体11迅速开启。此时，ECU14参考加速器操作量ACCP的变化。通过这种判定，其清楚节气门体11是否被要求迅速开启。如果否，ECU14就禁止节气门开启速率限制。
在此示例性实施例中，ECU14通过评价条件c，d来判定节气门体11是否被要求迅速开启。条件c要求目标节气门开角Δθt高于一规定开度Δθ1，而条件d要求目标节气门开启速率ωt高于一规定速率ω1。目标节气门开角Δθt是节气门体11被要求开启的开度，此开度基于加速器16被操作的方式来确定。同样，目标节气门开启速率ωt是节气门体11被要求开启的速率，此速率也基于同样方式确定。加速器16被操作的方式可通过例如加速器操作量ACCP的增大量或增加率来限定，且将在适当时称为“加速器操作方式”。
如前所述，如果在开始开启节气门体11时检测的节气门开度θ低于一规定开度θ1(条件b)，ECU14不执行节气门开启速率限制。与此一起，在评价条件c时，ECU14判定目标节气门开度θt是否高于一规定节气门开度θ2(＝θ1+Δθ1)。
然而，除非节气门开度位于上述噪音范围(θa＜θ＜θb)内，否则即使上述条件已全满足，ECU14也不执行节气门开启速率限制，即不将开启速率ω限制为一限制开启速率ω2。也就是说，如果节气门开度θ在噪音范围以外，ECU14仅以加速器操作方式要求的速率开启节气门体11，而不管条件a，b，c，d是否已全满足。限制开启速率ω2优选被设定为在节气门进气噪音能减低至容许程度的范围内尽可能地大。
图4的流程图示出由ECU14执行以判定是否执行节气门开启速率限制的示例性程序。ECU14以预定时间间隔重复作为子程序的此程序。
参照图4，ECU14首先在步骤S100判定目标节气门开度θt是否大于当前节气门开度θ。此步骤判断节气门体11现在是否被要求开启。
如果步骤S100中为否，即如果要求关闭或者维持节气门体11，ECU14就在步骤S140继续执行正常节气门控制，以便当前节气门开度θ将像所需要的那样被维持或减低。在此正常节气门控制中，ECU14仅根据加速器操作方式控制节气门开度θ。
如果步骤S100中为是，即如果现在要求开启节气门体11，ECU14就执行步骤S110-S130以查看每个条件a，b，c，d是否满足。这里，步骤S110判定内燃机转速NE是否低于一规定转速NE1(条件a)，步骤S120判定节气门开度θ是否低于一规定开度θ1(条件b)，以及步骤S130判定目标节气门开度θt是否高于一规定开度θ2(条件c)且节气门体11的目标开启速率ωt是否高于一规定速率ω1(条件d)。
如果上述条件中的任一项不满足，ECU14就前进至步骤S140以继续执行正常节气门控制。相反，当条件已全部满足时，ECU14就前进至步骤S150以执行如随后将要描述的节气门开启速率限制。
图5的流程图示出节气门开启速率限制的一个示例性程序。参照图5，ECU14首先在步骤S200判定经由节气门传感器13检测的当前节气门开度θ是否在噪音范围(θa＜θ＜θb)内。如果为是，ECU14就判定目标节气门开启速率ωt是否高于限制开启速率ω2。
如果ECU14在以上任一步骤中判定为“否”，其就前进至步骤S230并将节气门开启速率ω设定为要求开启速率ωt。相反，如果ECU14在两步骤中都判定为“是”，其就前进至步骤S220并将节气门开启速率ω设定为限制开启速率ω2。
在已如上所述设定节气门开启速率ω后，ECU14暂时结束程序并驱动节气门电机12，使节气门体11以由此设定的节气门开启速率ω开启。
图6是示出用于更清楚地说明该示例性实施例的节气门控制系统的操作的示例的时序图。在此示例中，首先在时间t1操作加速器16，由此要求节气门体11开启。
此示例从内燃机转速NE低于一规定转速NE1(条件a满足)且节气门开度θ低于一规定开度θ1(条件b满足)的时间t1开始。首先，按照满足上述条件c，d的方式在时间t1操作加速器16。
随后，节气门开度θ响应于从时间t1操作加速器16而在时间t2开始增大。此时，节气门开度θ以对应于加速器操作方式的速率变化。
接着，响应于节气门开度θ在时间t3到达噪音范围的下限，节气门开启速率ω被限制为限制开启速率ω2。节气门开启速率ω的这种限制持续到节气门开度θ在时间t4超过噪音范围的上限。
在时间t4，节气门开启速率ω再次以对应于加速器操作方式的速率增大，维持如此增大的节气门开启速率ω，直至节气门开度θ在时间t5到达目标节气门开度θt。
以下描述上述节气门系统获得的优点：
(1)由于在内燃机转速NE高于一规定转速NE1时禁止限制节气门开启速率ω，不会在节气门进气噪音不可能出现时不必要地限定节气门开启速率ω。因此，可有利地避免节气门进气噪音，同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低。
(2)由于仅在内燃机转速NE低于一规定转速NE1且节气门开度θ小于规定开度θ1(即，内燃机转矩TR小)时执行节气门开启速率ω的限制，这增强了避免不必要限制节气门开启速率的优点。
(3)还在要求节气门开角Δθ低于一规定开度Δθ1且目标节气门开启速率ω低于一规定开启速率ω1时禁止限制节气门开启速率ω。这样，避免在节气门体11将缓慢开启且由此没有或者几乎没有节气门进气噪音出现时限制节气门开启速率ω。这进一步增强了避免不必要限制节气门开启速率的效果。
(4)换句话说，除非节气门开度θ在噪音范围(θa＜θ＜θb)内变化，否则还禁止限制节气门开启速率。这进一步增强了避免不必要限制节气门开启速率的效果。
以下，描述一些可对上述示例性实施例的节气门系统作出的变形示例。
(a)尽管在图4的步骤S120中ECU14通过参考节气门开度θ来作出与内燃机转矩TR有关的判定，但ECU14也可参考与内燃机转矩TR相关的其它参数。
(b)尽管在图4的步骤S130中ECU14基于要求节气门开角Δθ和目标节气门开启速率ωt作出判定，但其也可采用其它参数，只要能够适当判定节气门体11是否被要求迅速开启。例如，加速器操作量ACCP或目标节气门开度θt的增加量或增大率可用作这种参数。
(c)尽管在图5所示程序中ECU14仅当节气门开度θ在噪音范围内变化时才执行节气门开启速率的限制，但也可采用其它用于执行限制的条件。也就是说，如果根据利用在开始开启节气门体11时检测的内燃机转速NE等确定的特定条件来限制节气门开启速率的执行，也可减低节气门进气噪音，同时避免不必要限制节气门开启速率。
(d)ECU14可略过图4的步骤S130。即使在这种情况中，由于如上所述根据内燃机转速NE和节气门开度θ来禁止节气门开启速率限制，所以仍能有利地避免节气门开启速率的不必要限制。
(e)ECU14可略过图4的步骤S120。即使在这种情况中，由于根据内燃机转速NE和迅速开启节气门体11的必要性来禁止节气门开启速率限制，所以仍能有利地避免节气门开启速率的不必要限制。
(f)ECU14可略过上述两步骤。即使在这种情况中，由于根据内燃机转速NE来禁止节气门开启速率限制，所以仍能有利地避免节气门开启速率的不必要限制。
(g)ECU14可略过图4所示整个程序，而仅执行图5所示程序。即使在这种情况中，由于除非节气门开度θ在噪音范围内否则禁止节气门开启速率限制，所以仍可减低节气门进气噪音，同时避免会导致内燃机输出功率的可控性恶化的不必要地限制节气门开启速率。
尽管已参照本发明的优选实施例对其进行了说明，但应理解的是本发明并不限于该优选实施例或构造。相反，本发明旨在覆盖除上述以外的各种变形和等效布置。另外，尽管在示例性的不同组合和构造中示出了优选实施例的各种部件，但包括更多、更少或仅单个部件的其它组合和构造同样在本发明实质和范围内。
图1是示意性示出该示例性实施例的节气门系统的构造的示图。参照图1，节气门系统设置有沿内燃机的进气通路设置的节气门10。经由未示出的空气管道抽入进气通路的空气经过节气门10的节气门体11、稳压罐(surge tank)以及进气歧管(后两者均未示出)，并最终引入每个燃烧室。
除节气门体11外，节气门10还包括节气门电机12和节气门传感器13。节气门体11的轴与节气门电机12联接，节气门传感器13设在同一轴附近。
节气门电机12驱动节气门体11改变其开度(将称为“节气门开度”)。更具体地，节气门体11的开度被改变以调整进气通路的截面积，由此改变流过其中的空气的流量。也就是说，这样改变供应给该内燃机的空气流量。节气门传感器13测量节气门体11的开度(节气门开度θ)。
节气门系统包括控制节气门10的操作的ECU(电子控制单元)14。ECU14包括执行各种用以控制节气门10的程序的CPU、储存这些程序的存储器、各个给外部元件输出或者从外部元件接收各种信号的输入和输出通信口。
在此示例性实施例中，除节气门传感器13外，节气门系统还包括各种其它传感器，例如，用于检测该内燃机的转速(内燃机转速NE)的内燃机转速传感器15和用于检测加速器16被操作员操作的量(加速器操作量ACCP)的加速器传感器17。这些传感器都与上述ECU14的输入通信口连接，以便ECU14从它们接收信号。另一方面，ECU14的输出通信口与节气门电机12连接，以便ECU14控制节气门10。
在工作时，ECU14基于经由内燃机转速传感器15检测的内燃机转速NE和经由加速器传感器17检测的加速器操作量ACCP计算目标节气门开度θ。然后，ECU14控制节气门电机12，使实际节气门开度θ与所算得的目标节气门开度θ一致。在此示例性实施例中，当节气门体11全闭时，节气门开度θ(即，节气门体11的节气门轴的转角)为0度，且节气门开度θ随着节气门体11从该闭合位置转动而增大。
本发明的发明人进行了一项与改变节气门开度所导致的节气门进气噪音有关的研究，他们发现除非同时满足一些其它条件，否则在节气门开度迅速改变时不总是出现节气门进气噪音。更具体地，除非在内燃机转速(内燃机转速NE)低于一规定转速(内燃机转速NE1)(条件A)且内燃机转矩(内燃机转矩TR)低于一规定转矩TR1(条件B)的情况下节气门体11迅速开启，否则不会出现节气门进气噪音。
图2是示出已在研究过程中证实的节气门进气噪音的出现区域的图表，该区域由开始开启节气门体11时检测的内燃机转速NE和内燃机转矩TR限定。在图2中，曲线WOT代表与内燃机转速NE相关的内燃机转矩TR的最大值。
如从图表中显而易见的，节气门进气噪音是否大规模出现取决于在开始开启节气门体11时的内燃机转速NE和内燃机转矩TR的值。也就是说，除非节气门迅速开启且以上条件A，B即内燃机转速NE低于NE1和内燃机转矩TR低于TR1都满足，否则不会出现节气门进气噪音。
例如，在特定内燃机转速下产生的内燃机转矩TR的值可作为节气门开度θ的函数得出。因此，在这种情况中，上述条件B可修改为“节气门开度θ小于预定开度θ1”(条件B′)。
在此示例性实施例中所采用的内燃机情况下，根据研究结果，当在低于3000rpm的内燃机转速(NE)和小于9度的节气门开度(θ)下节气门体11迅速开启时，出现节气门进气噪音。
图3是示出在开始开启节气门体11时检测的内燃机转速NE与在节气门体11正开启的同时出现节气门进气噪音时的节气门开度θ之间的关系的图表。在此图表中，实线曲线代表当节气门体11从全闭位置起开启时出现节气门进气噪音的节气门开度θ，而虚线曲线代表当节气门体11在内燃机转矩(TR)为处于引起节气门进气噪音的范围内的其上限值的情况下迅速开启时出现节气门进气噪音的节气门开度θ。
参照图3，除非节气门开度θ位于特定范围内，否则即使在上述条件A，B均满足的情况下节气门体11开启，也不会出现节气门噪音。也就是说，节气门进气噪音仅当节气门开度θ在从下限开度θa至上限值θb的范围内变化时才出现，此节气门开度θ的范围随后将称为“噪音范围”。在此示例性实施例中，下限开度θa为20度，而上限开度θb为30度。
如上所述，节气门进气噪音仅在此特定条件下才出现。因此，即使节气门体11的开启速率被限制为仅当那些条件满足时的极限值，也可充分减低噪音。通过节气门开启速率的这种严格限制，可避免否则会由于不必要地限制节气门开启速率所导致的内燃机输出功率的可控性的恶化。
因此，为避免节气门开启速率的这种不必要限制，ECU14如下所述来判定是否执行节气门开启速率限制。以下，由ECU14执行以将节气门体11的开启速率ω限制到一特定极限值以下的控制将称为“节气门开启速率限制”。首先，ECU14判定条件a，b是否已满足。条件a要求在开始开启节气门体11时检测的内燃机转速NE小于例如被设定为3000rpm的规定内燃机转速NE1。条件b要求在开始开启节气门体11时检测的节气门开度θ小于例如被设定为9度的规定开度θ1。如果任一条件不满足，ECU14就禁止节气门开启速率限制。
另外，ECU14还判定加速器16被操作的方式是否要求节气门体11迅速开启。此时，ECU14参考加速器操作量ACCP的变化。通过这种判定，其清楚节气门体11是否被要求迅速开启。如果否，ECU14就禁止节气门开启速率限制。
在此示例性实施例中，ECU14通过评价条件c，d来判定节气门体11是否被要求迅速开启。条件c要求目标节气门开角Δθt高于一规定开度Δθ1，而条件d要求目标节气门开启速率ωt高于一规定速率ω1。目标节气门开角Δθt是节气门体11被要求开启的开度，此开度基于加速器16被操作的方式来确定。同样，目标节气门开启速率ωt是节气门体11被要求开启的速率，此速率也基于同样方式确定。加速器16被操作的方式可通过例如加速器操作量ACCP的增大量或增加率来限定，且将在适当时称为“加速器操作方式”。
如前所述，如果在开始开启节气门体11时检测的节气门开度θ低于一规定开度θ1(条件b)，ECU14不执行节气门开启速率限制。与此一起，在评价条件c时，ECU14判定目标节气门开度θt是否高于一规定节气门开度θ2(＝θ1+Δθ1)。
然而，除非节气门开度位于上述噪音范围(θa＜θ＜θb)内，否则即使上述条件已全满足，ECU14也不执行节气门开启速率限制，即不将开启速率ω限制为一限制开启速率ω2。也就是说，如果节气门开度θ在噪音范围以外，ECU14仅以加速器操作方式要求的速率开启节气门体11，而不管条件a，b，c，d是否已全满足。限制开启速率ω2优选被设定为在节气门进气噪音能减低至容许程度的范围内尽可能地大。
图4的流程图示出由ECU14执行以判定是否执行节气门开启速率限制的示例性程序。ECU14以预定时间间隔重复作为子程序的此程序。
参照图4，ECU14首先在步骤S100判定目标节气门开度θt是否大于当前节气门开度θ。此步骤判断节气门体11现在是否被要求开启。
如果步骤S100中为否，即如果要求关闭或者维持节气门体11，ECU14就在步骤S140继续执行正常节气门控制，以便当前节气门开度θ将像所需要的那样被维持或减低。在此正常节气门控制中，ECU14仅根据加速器操作方式控制节气门开度θ。
如果步骤S100中为是，即如果现在要求开启节气门体11，ECU14就执行步骤S110-S130以查看每个条件a，b，c，d是否满足。这里，步骤S110判定内燃机转速NE是否低于一规定转速NE1(条件a)，步骤S120判定节气门开度θ是否低于一规定开度θ1(条件b)，以及步骤S130判定目标节气门开度θt是否高于一规定开度θ2(条件c)且节气门体11的目标开启速率ωt是否高于一规定速率ω1(条件d)。
如果上述条件中的任一项不满足，ECU14就前进至步骤S140以继续执行正常节气门控制。相反，当条件已全部满足时，ECU14就前进至步骤S150以执行如随后将要描述的节气门开启速率限制。
图5的流程图示出节气门开启速率限制的一个示例性程序。参照图5，ECU14首先在步骤S200判定经由节气门传感器13检测的当前节气门开度θ是否在噪音范围(θa＜θ＜θb)内。如果为是，ECU14就判定目标节气门开启速率ωt是否高于限制开启速率ω2。
如果ECU14在以上任一步骤中判定为“否”，其就前进至步骤S230并将节气门开启速率ω设定为要求开启速率ωt。相反，如果ECU14在两步骤中都判定为“是”，其就前进至步骤S220并将节气门开启速率ω设定为限制开启速率ω2。
在已如上所述设定节气门开启速率ω后，ECU14暂时结束程序并驱动节气门电机12，使节气门体11以由此设定的节气门开启速率ω开启。
图6是示出用于更清楚地说明该示例性实施例的节气门控制系统的操作的示例的时序图。在此示例中，首先在时间t1操作加速器16，由此要求节气门体11开启。
此示例从内燃机转速NE低于一规定转速NE1(条件a满足)且节气门开度θ低于一规定开度θ1(条件b满足)的时间t1开始。首先，按照满足上述条件c，d的方式在时间t1操作加速器16。
随后，节气门开度θ响应于从时间t1操作加速器16而在时间t2开始增大。此时，节气门开度θ以对应于加速器操作方式的速率变化。
接着，响应于节气门开度θ在时间t3到达噪音范围的下限，节气门开启速率ω被限制为限制开启速率ω2。节气门开启速率ω的这种限制持续到节气门开度θ在时间t4超过噪音范围的上限。
在时间t4，节气门开启速率ω再次以对应于加速器操作方式的速率增大，维持如此增大的节气门开启速率ω，直至节气门开度θ在时间t5到达目标节气门开度θt。
以下描述上述节气门系统获得的优点：
(1)由于在内燃机转速NE高于一规定转速NE1时禁止限制节气门开启速率ω，不会在节气门进气噪音不可能出现时不必要地限定节气门开启速率ω。因此，可有利地避免节气门进气噪音，同时使内燃机输出功率的可控性的恶化降至最低。
(2)由于仅在内燃机转速NE低于一规定转速NE1且节气门开度θ小于规定开度θ1(即，内燃机转矩TR小)时执行节气门开启速率ω的限制，这增强了避免不必要限制节气门开启速率的优点。
(3)还在要求节气门开角Δθ低于一规定开度Δθ1且目标节气门开启速率ω低于一规定开启速率ω1时禁止限制节气门开启速率ω。这样，避免在节气门体11将缓慢开启且由此没有或者几乎没有节气门进气噪音出现时限制节气门开启速率ω。这进一步增强了避免不必要限制节气门开启速率的效果。
(4)换句话说，除非节气门开度θ在噪音范围(θa＜θ＜θb)内变化，否则还禁止限制节气门开启速率。这进一步增强了避免不必要限制节气门开启速率的效果。
以下，描述一些可对上述示例性实施例的节气门系统作出的变形示例。
(a)尽管在图4的步骤S120中ECU14通过参考节气门开度θ来作出与内燃机转矩TR有关的判定，但ECU14也可参考与内燃机转矩TR相关的其它参数。
(b)尽管在图4的步骤S130中ECU14基于要求节气门开角Δθ和目标节气门开启速率ωt作出判定，但其也可采用其它参数，只要能够适当判定节气门体11是否被要求迅速开启。例如，加速器操作量ACCP或目标节气门开度θt的增加量或增大率可用作这种参数。
(c)尽管在图5所示程序中ECU14仅当节气门开度θ在噪音范围内变化时才执行节气门开启速率的限制，但也可采用其它用于执行限制的条件。也就是说，如果根据利用在开始开启节气门体11时检测的内燃机转速NE等确定的特定条件来限制节气门开启速率的执行，也可减低节气门进气噪音，同时避免不必要限制节气门开启速率。
(d)ECU14可略过图4的步骤S130。即使在这种情况中，由于如上所述根据内燃机转速NE和节气门开度θ来禁止节气门开启速率限制，所以仍能有利地避免节气门开启速率的不必要限制。
(e)ECU14可略过图4的步骤S120。即使在这种情况中，由于根据内燃机转速NE和迅速开启节气门体11的必要性来禁止节气门开启速率限制，所以仍能有利地避免节气门开启速率的不必要限制。
(f)ECU14可略过上述两步骤。即使在这种情况中，由于根据内燃机转速NE来禁止节气门开启速率限制，所以仍能有利地避免节气门开启速率的不必要限制。
(g)ECU14可略过图4所示整个程序，而仅执行图5所示程序。即使在这种情况中，由于除非节气门开度θ在噪音范围内否则禁止节气门开启速率限制，所以仍可减低节气门进气噪音，同时避免会导致内燃机输出功率的可控性恶化的不必要地限制节气门开启速率。
尽管已参照本发明的优选实施例对其进行了说明，但应理解的是本发明并不限于该优选实施例或构造。相反，本发明旨在覆盖除上述以外的各种变形和等效布置。另外，尽管在示例性的不同组合和构造中示出了优选实施例的各种部件，但包括更多、更少或仅单个部件的其它组合和构造同样在本发明实质和范围内。