JP4052004B2 - 内燃機関のアイドル回転速度制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイドル運転時の吸入空気量を調整する吸気調整手段を備え、この吸気調整手段の開度を制御することにより内燃機関の回転速度を所望の目標アイドル回転速度に制御する内燃機関のアイドル回転速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジン等の車載内燃機関では、吸気通路を介して燃焼室内に吸入される吸入空気と、燃料噴射弁から噴射される燃料とを混合して混合気を形成し、その混合気を燃焼室内で燃焼させることで駆動力を得ている。また、こうした内燃機関の吸気通路には、燃焼室に吸入される吸入空気の量を調量するためのスロットルバルブが設けられており、このスロットルバルブによる吸入空気量の調量を通じて内燃機関の出力が調整されるようになる。そして近年は、同機関のアイドル運転時においても、このスロットルバルブを通じてそのときの回転速度、すなわちアイドル回転速度を目標とする回転速度に制御する装置が実用化されている。
【０００３】
ところで、上記内燃機関では、燃料や潤滑油等の炭化物や酸化物、いわゆるデポジットが吸気通路の内壁面に付着したり堆積したりすることがあった。このようにデポジットが付着したり堆積したりすると、吸気通路の有効断面積が小さくなる。そのため、スロットルバルブの開度が同一である場合、デポジットが前記内壁面に付着したり堆積したりしていると、同デポジットの無い状態と比べて、燃焼室内に吸入される空気の量が減少し、同燃焼室内に充填される混合気の量が減少する。そして特に、上記装置のようにスロットルバルブによってアイドル回転速度を制御するものにあってはこうした問題も深刻であり、同スロットルバルブが全閉状態近くとなるアイドル運転時には、吸入空気量が減少することでアイドル回転速度が不安定になりやすく、エンジンストールが起こりやすくなったりする。
【０００４】
そこで従来は、内燃機関の回転速度を基準アイドル回転速度にするスロットルバルブの開度に応じた吸入空気量を学習値として学習し、その学習値をスロットルバルブの開度に反映させることで、デポジットが付着した場合においても基準アイドル回転速度に維持されるようにしている。このようなアイドル回転速度制御装置が例えば特開平９−１００７３６号公報にて開示されている。
【０００５】
上記公報に記載されたアイドル回転速度制御装置では、例えばエアコンディショナ等の作動に伴って内燃機関のストールを防止するために、アイドル回転速度を基準アイドル回転速度から所定量だけ上昇させる制御が実行される。この際、上記アイドル回転速度制御装置では、目標アイドル回転速度にする制御吸入空気量を算出し、その算出した制御吸入空気量に基づいてスロットルバルブの開度を制御することにより内燃機関の回転速度を目標アイドル回転速度となるように制御するようになっている。制御吸入空気量は、目標アイドル回転速度と基準アイドル回転速度との回転速度変化分に相当する吸入空気量と、前記学習値とを加えて算出される。回転速度変化分に相当する吸入空気量を算出するには、まず目標回転速度に応じた一次元マップによる補間値を算出する。そして、この補間によって算出された吸入空気量からデポジットがない状態で基準アイドル回転速度にするための基準吸入空気量を減算することによって回転速度変化分に相当する吸入空気量が算出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記アイドル回転速度制御装置では、目標アイドル回転速度にするための制御吸入空気量は、目標アイドル回転速度と基準アイドル回転速度との回転速度変化分に相当する吸入空気量と学習値とを加えて算出される。この学習値は基準アイドル回転速度にて制御吸入空気量と要求流量とが一致するように算出されているため、目標アイドル回転速度と基準アイドル回転速度とが一致する場合には、デポジット付着によるスロットル流量特性の変化は前記学習値に取り込まれており吸入空気量が不足するという問題はない。
【０００７】
ところが、制御吸入空気量における目標アイドル回転速度と基準アイドル回転速度との回転速度変化分に相当する吸入空気量は予め設定したマップ値から算出しており、デポジット付着によるスロットル流量特性の変化を考慮していない。そのため、目標アイドル回転速度が基準アイドル回転速度と異なる場合には、回転速度変化分に相当する吸入空気量と要求流量との間には差が発生する。この差は、前記学習値が大きくなるほど、すなわちデポジット付着量が多くなるほど、また、目標アイドル回転速度が基準アイドル回転速度よりも高くなるほど、要求流量に対して制御吸入空気量が不足する傾向となり、不足量も大きくなる。その結果、内燃機関の始動性の悪化や目標アイドル回転速度への収束遅れという問題が発生する。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、デポジット付着による吸気調整手段の流量特性の変化に起因する制御吸入空気量と要求流量との差を低減し、良好なアイドル回転速度制御を行うことができる内燃機関のアイドル回転速度制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気通路に設けられてアイドル運転時の吸入空気量を調整する吸気調整手段と、前記内燃機関のアイドル回転速度を基準アイドル回転速度にする吸入空気量の学習値を加味して前記内燃機関のアイドル回転速度を所望の目標アイドル回転速度にする制御吸入空気量を算出し、その算出した制御吸入空気量に基づいて前記吸気調整手段の開度を制御することにより前記内燃機関の回転速度を前記目標アイドル回転速度となるように制御する制御手段とを備えた内燃機関のアイドル回転速度制御装置において、前記制御手段は、前記制御吸入空気量を、前記目標アイドル回転速度と前記基準アイドル回転速度との回転速度変化分に相当する吸入空気量を前記学習値に基づいて補正した補正値と、前記学習値とを加えて算出することを要旨とする。
【００１０】
請求項１の構成によれば、制御吸入空気量は、目標アイドル回転速度と基準アイドル回転速度との回転速度変化分に相当する吸入空気量を学習値に基づいて補正した補正値と、学習値とを加えて算出される。補正値はデポジット付着による吸気調整手段の流量特性の変化を考慮したものとなり、制御吸入空気量と要求流量との差が低減される。その結果、内燃機関の始動性の悪化や目標アイドル回転速度への収束遅れという問題を解消することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関のアイドル回転速度制御装置において、前記制御手段は、前記学習値が大きいほど前記補正値を大きな値に設定することを要旨とする。
【００１２】
請求項２の構成によれば、学習値が大きくなるほど、すなわちデポジット付着量が多くなるほど、制御吸入空気量における回転速度変化分に相当する吸入空気量の補正値を大きな値に設定する。そのため、要求流量と制御吸入空気量との差を好適に低減することができ、内燃機関の始動性の悪化や目標アイドル回転速度への収束遅れという問題を解消することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のアイドル回転速度制御装置において、前記制御手段は、前記目標アイドル回転速度と前記基準アイドル回転速度との回転速度変化量が大きいほど前記補正値を大きな値に設定することを要旨とする。
【００１４】
請求項３の構成によれば、目標アイドル回転速度と基準アイドル回転速度との回転速度変化量が大きいほど、制御吸入空気量における回転速度変化分に相当する吸入空気量の補正値を大きな値に設定する。そのため、要求流量と制御吸入空気量との差を好適に低減することができ、内燃機関の始動性の悪化や目標アイドル回転速度への収束遅れという問題を解消することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関のアイドル回転速度制御装置にかかる一実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る自動車のガソリンエンジンシステムを示す概略構成図である。
【００１６】
図１に示すように、エンジン１１を構成するシリンダブロック１２にはシリンダ１３が形成され、そのシリンダ１３内にはピストン１５が往復移動可能に収容されている。エンジン１１内にはシリンダ１３及びシリンダヘッド１４とピストン１５の上面とによって燃焼室１６が区画形成されている。エンジン１１は出力軸であるクランクシャフト１７と、ピストン１５の往復運動をクランクシャフト１７の回転運動に変換するコネクティングロッド１９とを備えている。
【００１７】
シリンダ１３の外壁には、クランクシャフト１７の近傍に位置するようにクランクシャフト１７の回転速度を検出する回転速度センサ２０が配設されている。一方、シリンダヘッド１４には、燃焼室１６と連通する吸気ポート２２及び排気ポート２３が設けられている。吸気ポート２２及び排気ポート２３には、それぞれ吸気弁２４及び排気弁２５が設けられている。吸気ポート２２にはインテークマニホールド２６が接続され、インテークマニホールド２６内は吸気通路２６ａとなっている。また、インテークマニホールド２６にはサージタンク２７が設けられるとともに、同インテークマニホールド２６におけるシリンダヘッド１４側の端部には、吸気ポート２２へ燃料を噴射供給するためのインジェクタ２８が設けられている。各インジェクタ２８には燃料タンク（図示略）から燃料ポンプ（図示略）によって所定圧力の燃料が供給されている。
【００１８】
また、インテークマニホールド２６には、サージタンク２７の上流において燃焼室１６への吸入空気量を調量する電子制御スロットルバルブ（以下、単に「スロットルバルブ」という）３６が設けられている。同スロットルバルブ３６はスロットルバルブモータ３７によって開閉制御され、同モータ３７は、後述する電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０からの出力信号により電気的にその駆動が制御される。また、このスロットルバルブ３６の開度はスロットルセンサ３７ａによってモニタされ、そのモニタ結果がＥＣＵ４０に取り込まれる。
【００１９】
一方、エンジン１１の各気筒毎に設けられた点火プラグ３２には、イグニッションコイル３３及びイグナイタ３４が電気的に接続されている。イグナイタ３４はＥＣＵ４０から出力される点火信号に基づいてイグニッションコイル３３の１次コイルに対する電流の通電及び遮断を行い、イグニッションコイル３３はこの１次電流の遮断時に２次コイル側に誘起される高電圧によって点火プラグ３２に火花放電を起こさせる。すなわち、点火プラグ３２は、ＥＣＵ４０からイグナイタ３４へ出力される点火信号に従って点火を行う。
【００２０】
また、アクセルペダル３８には、このアクセルペダル３８が踏み込まれているときに「オン」となるアクセルスイッチ３９とともに、その踏み込み量に応じた信号を出力するアクセルセンサ３９ａが設けられている。
【００２１】
ＥＣＵ４０は、各種制御にかかる処理を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）、所定の制御プログラム等を記憶したＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するＲＡＭ、及びバックアップＲＡＭ等と、これら各部と外部入力回路及び外部出力回路等とをバスによって接続した論理演算回路として構成されている。
【００２２】
ＥＣＵ４０には、回転速度センサ２０、アクセルスイッチ３９、アクセルセンサ３９ａ、スロットルセンサ３７ａ等のセンサ類の検出値が入力される。また、ＥＣＵ４０には、上記スロットルバルブモータ３７の他、インジェクタ２８及びイグナイタ３４がそれぞれ電気的に接続されている。ＥＣＵ４０は各センサ２０，３９ａ，３７ａ及びアクセルスイッチ３９等の出力信号を外部入力回路を介して入力し、エンジン１１のアイドルスピードコントロール制御（以下、「ＩＳＣ制御」という）等の各種制御を実行する。
【００２３】
ここで、上記ＩＳＣ制御について説明する。
このＩＳＣ制御はエンジン１１のアイドル運転時に行われる制御であり、そのアイドル運転時の回転速度を車両の運転状態に応じたアイドル回転速度に一致させるべく、吸入空気量の過不足に応じてスロットルバルブ３６の開度を補正することで行われる。本実施形態において、エンジン１１のアイドル回転速度には、エンジン始動時やエアコンディショナ等の作動時以外の車両の通常運転状態における基準アイドル回転速度と、エンジン始動時やエアコンディショナ等の作動時の特定アイドル回転速度が設定されている。この特定アイドル回転速度は基準アイドル回転速度よりも高い値に設定されている。
【００２４】
また、エンジン１１のアイドル回転速度を基準アイドル回転速度にするスロットルバルブ３６の開度に応じた吸入空気量をＩＳＣ学習値として、所定のタイミングでＥＣＵ４０のＲＡＭやバックアップＲＡＭに記憶する。なお、ＩＳＣ学習値とは吸気通路２６ａへのデポジットの堆積の有無に関わりなく基準アイドル回転速度を得るために必要なスロットルバルブ３６の開度に応じた吸入空気量である。ＥＣＵ４０はこの記憶したＩＳＣ学習値に基づいてスロットルバルブ３６の開度制御を併せて行うことで、吸気通路２６ａへのデポジット付着に起因するスロットルバルブ３６の流量特性の経時変化に対処するようにしている。
【００２５】
次に、上記ＥＣＵ４０が実行するＩＳＣ制御に際してスロットルバルブ３６の開度制御に用いる制御吸入空気量（以下、ＩＳＣ流量）の算出処理を図２のフローチャートに基づいて詳細に説明する。なお、このルーチンは、所定時間周期で繰り返し実行される。
【００２６】
まず、ステップ１１０において、目標のアイドル回転速度の基準アイドル回転速度からの目標回転速度変化量を以下の式（１）に基づいて算出する。
ｅｄｌｎｔ＝ｅｎｔｃａｌ−ＥＮＴＢＡＳＥ …（１）
なお、ｅｄｌｎｔ：目標回転速度変化量（ｒｐｍ）
ｅｎｔｃａｌ：ＩＳＣ制御の目標アイドル回転速度（ｒｐｍ）
ＥＮＴＢＡＳＥ：ＩＳＣ学習の基準アイドル回転速度（ｒｐｍ）
次のステップ１２０では、目標回転速度変化分のＩＳＣ流量を以下の式（２）に基づいて算出する。
【００２７】
ｅｑｄｌｎｔ＝（Ａ×ｅｑｇ＋Ｂ）×ｅｑｄｌｎｔ …（２）
なお、ｅｑｄｌｎｔ：目標回転速度変化分のＩＳＣ流量（ｌ／ｓｅｃ）
ｅｑｇ：ＩＳＣ学習値（ｌ／ｓｅｃ）
Ａ：定数１
Ｂ：定数２
図３はＩＳＣ学習値と目標回転速度変化分のＩＳＣ流量との関係を測定した結果を示すグラフである。目標アイドル回転速度は例えば１５００ｒｐｍと２２５０ｒｐｍとの２条件であり、基準アイドル回転速度は例えば１０００ｒｐｍに設定されている。
【００２８】
このグラフにおいて鎖線で示される従来例では目標回転速度変化分のＩＳＣ流量は予め設定したマップ値から算出しており、デポジット付着によるスロットル流量特性の変化を考慮していない。しかしながら、目標回転速度変化分に対する要求流量（記号◆、▲で示す）はＩＳＣ学習値と相関関係があり、ＩＳＣ学習値が大きくなるほど、要求流量も大きな値になっている。そのため、ＩＳＣ学習値が１．５（ｌ／ｓｅｃ）付近では要求流量とマップ値とはほぼ一致しているものの、ＩＳＣ学習値が大きくなるほど、また目標アイドル回転速度が基準アイドル回転速度よりも高くなるほど、要求流量とマップ値との乖離が大きくなり、ＩＳＣ流量の不足量も大きくなる。
【００２９】
図３の測定結果に基づいて要求流量（記号◆、▲で示す）は線形近似が可能であり、その近似式の「傾き」と「切片」とは目標回転速度変化分（目標アイドル回転速度と基準アイドル回転速度との差）に比例すると考えられるので、目標回転速度変化分のＩＳＣ流量は上式（２）の近似式にて算出することができる。図３の測定結果において、Ａ＝０．０００９とし、Ｂ＝０．００１１５とすると実線で示される本発明のように目標アイドル回転速度が１５００ｒｐｍ、２２５０ｒｐｍ共に要求流量と良く一致しており、ＩＳＣ流量に用いればよいものと判断することができる。
【００３０】
そして、次のステップ１３０では、目標アイドル回転速度相当のＩＳＣ流量を以下の式（３）に基づいて算出する。
ｅｑｎｔ＝ｅｑｄｌｎｔ＋ｅｑｇ …（３）
なお、ｅｑｎｔ：目標アイドル回転速度相当のＩＳＣ流量（ｌ／ｓｅｃ）
以上詳述したように、この実施形態にかかるアイドル回転速度制御装置によれば、以下に示すような優れた効果が得られるようになる。
【００３１】
・ 本実施形態では、ＩＳＣ制御に使用されるＩＳＣ流量は、目標アイドル回転速度と基準アイドル回転速度との目標回転速度変化分に相当するマップ値をＩＳＣ学習値に基づいて補正したＩＳＣ流量と、ＩＳＣ学習値とを加えて算出される。目標回転速度変化分に相当するＩＳＣ流量はデポジット付着による際してスロットルバルブ３６の流量特性の変化を考慮したものとなり、ＩＳＣ流量と要求流量との差を低減することができる。そのため、エンジン１１の始動性の悪化や目標アイドル回転速度への収束遅れという問題を解消することができる。
【００３２】
・ 本実施形態では、ＩＳＣ学習値が大きくなるほど、すなわちデポジット付着量が多くなるほど、目標回転速度変化分に相当するＩＳＣ流量を大きな値に設定する。そのため、要求流量とＩＳＣ流量との差を好適に低減することができる。
【００３３】
・ 本実施形態では、目標アイドル回転速度と基準アイドル回転速度との回転速度変化量が大きいほど、目標回転速度変化分のＩＳＣ流量を大きな値に設定する。そのため、要求流量とＩＳＣ流量との差を好適に低減することができる。
【００３４】
なお、実施の形態は、例えば以下のように適宜変更することもできる。
・ 上記実施形態では、スロットルバルブモータ３７にて駆動されるスロットルバルブ３６の開度を制御することによりＩＳＣ制御を行うエンジン１１に具体化した。これに代えて、スロットルバルブを迂回するバイパス通路に設けたアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）の開度を制御することによりＩＳＣ制御を行うエンジンに具体化してもよい。
【００３５】
・ 上記実施形態ではガソリンエンジン１１に具体化したが、点火プラグ３２によって燃料に点火する方式のエンジン、例えばＬＰＧ（液化石油ガス）やＬＮＧ（液化天然ガス）を燃料とするエンジンに具体化してもよい。
【００３６】
次に、上記各実施形態から把握できる他の技術的思想を、以下に記載する。
（イ） 内燃機関の吸気通路に設けられてアイドル運転時の吸入空気量を調整する吸気調整手段を備え、前記内燃機関のアイドル回転速度を基準アイドル回転速度にする吸入空気量の学習値を加味して前記内燃機関のアイドル回転速度を所望の目標アイドル回転速度にする制御吸入空気量を算出し、その算出した制御吸入空気量に基づいて前記内燃機関の吸気通路に設けられてアイドル運転時の吸入空気量を調整する吸気調整手段吸気調整手段の開度を制御することにより前記内燃機関の回転速度を前記目標アイドル回転速度となるように制御するようにした内燃機関のアイドル回転速度制御方法において、前記制御吸入空気量は、前記目標アイドル回転速度と前記基準アイドル回転速度との回転速度変化分に相当する吸入空気量を前記学習値に基づいて補正した補正値と、前記学習値とを加えて算出されることを特徴とする内燃機関のアイドル回転速度制御方法。
【００３７】
（ロ） 上記（イ）に記載の内燃機関のアイドル回転速度制御方法において、前記補正値は、前記学習値が大きいほど前記補正値を大きな値に設定されることを特徴とする内燃機関のアイドル回転速度制御方法。
【００３８】
（ハ） 上記（イ）又は（ロ）に記載の内燃機関のアイドル回転速度制御方法において、前記補正値は、前記目標アイドル回転速度と前記基準アイドル回転速度との回転速度変化量が大きいほど大きな値に設定されることを特徴とする内燃機関のアイドル回転速度制御方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のアイドル回転速度制御装置が適用される内燃機関の概略構成図。
【図２】実施形態のＩＳＣ流量算出処理を示すフローチャート。
【図３】目標回転速度変化分のＩＳＣ流量とＩＳＣ学習値との関係を示す説明図。
【符号の説明】
１１…内燃機関としてのエンジン、２６ａ…吸気通路、３６…吸気調整手段としてのスロットルバルブ、４０…制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）。

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気通路に設けられてアイドル運転時の吸入空気量を調整する吸気調整手段と、
   前記内燃機関のアイドル回転速度を基準アイドル回転速度にする吸入空気量の学習値を加味して前記内燃機関のアイドル回転速度を所望の目標アイドル回転速度にする制御吸入空気量を算出し、その算出した制御吸入空気量に基づいて前記吸気調整手段の開度を制御することにより前記内燃機関の回転速度を前記目標アイドル回転速度となるように制御する制御手段と
   を備えた内燃機関のアイドル回転速度制御装置において、
   前記制御手段は、前記制御吸入空気量を、前記目標アイドル回転速度と前記基準アイドル回転速度との回転速度変化分に相当する吸入空気量を前記学習値に基づいて補正した補正値と、前記学習値とを加えて算出する
   ことを特徴とする内燃機関のアイドル回転速度制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関のアイドル回転速度制御装置において、
   前記制御手段は、前記学習値が大きいほど前記補正値を大きな値に設定する
   ことを特徴とする内燃機関のアイドル回転速度制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のアイドル回転速度制御装置において、
   前記制御手段は、前記目標アイドル回転速度と前記基準アイドル回転速度との回転速度変化量が大きいほど前記補正値を大きな値に設定する
   ことを特徴とする内燃機関のアイドル回転速度制御装置。

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