JPH0361016B2

JPH0361016B2 -

Info

Publication number: JPH0361016B2
Application number: JP57122284A
Authority: JP
Inventors: Engeru Geruharuto; Uetsuseru Uorufu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-07-30
Filing date: 1982-07-15
Publication date: 1991-09-18
Also published as: JPS5820931A; DE3130080C2; DE3130080A1; GB2102600B; US4425888A; FR2510658A1; FR2510658B1; GB2102600A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は自己点火式内燃機関、特に、アイドリ
ング時あるいはアイドリング移行時に噴射すべき
燃料の量を変化させる電磁調節装置と、特にPID
特性を有する制御器により回転速度の現在値と目
標値の偏差に応じて電磁調節装置を駆動する信号
を形成する制御装置とを有する自己点火式内燃機
関の調速装置に関する。

従来自己点火式の内燃機関においてPID制御器
を用いて調速を行ない、この制御器の出力信号を
燃料ポンプの制御ロツドと結合された電磁調節装
置に入力させることが行なわれている。この従来
の装置は全般的に良好に動作するが、アイドリン
グ時並びにアイドリング移行時には、特にエンジ
ンが冷えている場合に問題が発生する。これはエ
ンジンが冷えている場合アクセルペダルを離した
場合回転速度が急激に減少するので、回転速度信
号がアンダーシユートを起し、エンジンが停止す
る場合があるからである。勿論このような急激の
回転速度の変動を制御器Ｄ（微分）成分により制
御することもできるが、種々の要因により制御結
果に障害をもたらす危険性がある。従つて本発明
はこのような点に鑑みてなされたもので、アイド
リング時やアイドリング移行時等問題となるよう
な領域で正確な調速が可能な自己点火式内燃機関
の調速装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、この目的を達成するために、
アイドリング時あるいはアイドリング移行時の回
転速度を調速する自己点火式内燃機関の調速装置
において、噴射すべき燃料の量を変化させる電磁
調節装置と、回転速度の現在値と目標値の偏差に
応じて前記電磁調節装置を駆動する信号を発生さ
せるPID特性を有する制御器と、回転速度の現在
値が増加してアイドリング時の目標回転速度に対
応する公称目標値より一定量（nsmin）大きくな
つたとき回転速度の現在値に追随して増加する回
転速度の目標値を発生する手段とを有し、前記回
転速度の目標値を発生する手段は、回転速度が小
さくなり回転速度の現在値と前記増加した目標値
の差が所定の差になるまで減少したとき回転速度
の現在値の減少より遅延して減少する目標値を発
生し、さらに前記PID特性を有する制御器のＰ特
性を回転速度に従つて調節する手段を設ける構成
を採用した。

このような構成により、回転速度がアイドリン
グ回転速度に急激に減少しても、回転速度の目標
値が大きくなつているので早い時点で回転速度を
捉えることが可能になり、また回転速度の目標値
の減少を現在値の減少よりも遅延させるととも
に、PID特性を有する制御器のＰ特性を回転速度
に従つて調節するようにしているので、回転速度
が失速状態になるほど急激に減少した場合でもそ
れに対応してＰ特性を変化させることができるの
で、PID特性を有する制御器の制御が強力に作用
し回転速度は公称目標値よりも大きく下回ること
はなく、内燃機関の停止を確実に防止することが
できる。

このようにして本発明では問題となる領域でも
正確な調速が可能となる。さらに本発明では各動
作状態に従つて柔軟性に富んだ制御が行なわれて
おり、制御器は所定の最小回転速度を越えたとき
のみ動作が開始され、また電磁調節装置を駆動さ
せる最終段では短絡保護機能が設けられている。

以下添付図面を参照して、本発明を詳細に説明
する。

以下に説明する本発明の自己点火式内燃機関の
調速装置は例えばドイツ特許公開公報第2902731
号に記載された調速器に関連してその説明が行な
われる。

第１図には、この調速器の概略構成が図示され
ており、同図において、１０は内燃機関を示し、
この内燃機関のクランク軸の回転速度は回転速度
センサ１１により検出され、また内燃機関には、
燃料ポンプ１２を介して燃料が供給される。

１３は回転速度に関係して燃料供給量を制御す
る遠心力装置を示し、この装置は制御レバー１４
を介して、制御ロツド１５を制御し、その場合さ
らにガイドレバー１６の位置によつても燃料供給
量が調節される。同様にアクセルペタル１７によ
つても制御レバー１４の位置を調節することがで
きる。

ガイドレバー１６にはアイドリング用バネ１７
がとり付けられており、それによつてガイドレバ
ー１６は増量の方向に付勢される。

同様の効果が電磁調節装置２０によつて得ら
れ、その電磁調節装置の接極子２１は励磁された
状態では増量の方向にガイドレバーを移動させ
る。

この電磁調節装置２０はブロツクとして図示さ
れたアイドリング制御器２２によつて駆動され、
この制御器２２には、パルス整形回路２３によつ
て処理された回転速度信号が入力される。

第１図で説明した装置自体はすでに知られてい
るものであり、以下にのべる電子調速装置を理解
するのに役立たせるためのものである。

第２図には本発明による調速装置の原理が図示
されており、同図において時間に関し、実線で現
在の回転速度が、また、一点鎖線で目標回転速度
が示されている。

また、点線は公称目標値を示し、この値は簡単
な場合、通常のアイドリング回転速度の値に対応
する。

時点t₁において運転手がアクセルペタルをふむ
と現在回転速度が上昇する。

回転速度の現在値が増加してアイドリング時の
目標回転速度に対応する公称目標値より一定量、
すなわち最小しきい値nsmin（許容誤差あるいは
内燃機関の設計仕様等に従つて定まる値）より大
きくなつたとき、回転速度の目標値は最小しきい
値nsminを一定に保ちながら回転速度の現在値に
追随して上昇する。

この場合回転速度目標値の上限値ns_naxが設け
られており、それによつて全体の回転速度領域に
わたつてしきい値が上昇しないようになつてい
る。

時点t₂において内燃機関を装備した自動車の運
転手が減速をのぞむとすると、運転手はアクセル
ペタルの位置をもどし、それによつて回転速度が
減少する。

時点t₃において最小しきい値と上限値ns_naxの
値を足した値に達し、その後は回転速度目標値も
減少する。

しかしこの減少は現在回転速度の減少と同様に
行われずえに、一点鎖線で示した曲線τ_s＝ｆ（△
ｎ）の式にしたがつて遅延させられる。

この式はたとえば内燃機関が暖まつている場合
の回転速度の減少に近似させて求められる。

それにより、すでに早い時点で制御偏差があら
われ（時点t₄）、その結果回転速度の偏差を調節
する制御ステツプが非常に早く行なわれるように
なる。

その結果、現在回転速度信号のアンダーシユー
トはごくわずかとなり、場合によつては設計次第
で完全になくすることもできる。

したがつてこれにより回転速度の値が所定値よ
りも下回つて内燃機関が停止してしまう危険性が
なくなる。

第２図に説明した制御を実現する回路構成が第
３図に図示されている。

第３図に図示した回路の主要部はPID（比例、
積分、微分）制御器２５であり、その出力２６は
アンドゲート２７を介して信号最終段２８ならび
に電磁調節装置２０の励磁巻線に接続される。

PID制御器２５の両入力端子３０，３１の一方
は減算点３２と接続されており、この減算点には
回転速度センサ１１の回転速度信号ならびに回転
速度目標値を制御する制御回路３３からの出力信
号が入力される。

この制御回路３３は回転速度領域を識別する識
別回路３４と目標値を発生させる関数発生器３５
から構成される。

PID制御器２５の２番めの制御入力端子３１を
介して制御器Ｐ（比例）成分が回転速度に関係し
て調節される。

そのために回転速度比較スイツチ３７、ならび
にその後段に接続されたＰ値制御回路３８が用い
られる。

それによつてPID制御器２５は非線形なＰ増幅
特性が得られる。

これはたとえば、推進駆動（減速状態で外部か
らの推進力でエンジンが駆動される状態）に移つ
たような場合、いわゆる失速状態となつて、エン
ジン回転速度が非常にわずかになつた場合のよう
に、制御偏差が大きくなつた場合に制御器のＰ増
幅度が大きくなることを意味する。

さらに作動制御回路４０が設けられており、そ
れによつて所定の回転速度の値（n_M）により大
きくなつた場合にのみ、電磁調節装置２０を励磁
させ燃料を増量させるようにしている。

この値は動作領域の下方（最大アンダーカツ
ト）以下にある。回転速度が０の場合あるいは回
転速度センサがない場合には固定電流による電磁
調節装置の加熱はなくなる。

第３図に図示した回路動作を第１図に図示した
装置と関連して説明する。

純粋に機械的に調速が行なわれる場合には制御
ロツド１５は遠心力装置１３から遠心力とアイド
リング用バネ１７による付勢力がつり合つている
位置に移動している。

電子的にアイドリング制御を行なう場合、アイ
ドリング用のバネによる力の他に電磁調節装置２
０において発生する電磁力が遠心力に対抗して働
くので、電磁調節装置が励磁された場合、制御ロ
ツド１５はさらに増量の方向に移動される。

このようにして電磁制御装置により、最終段を
介し電磁石が励磁され、増量の方向に調節される
が、その場合エンジンの目標回転速度がたとえば
725rpmのように一定の値に調節されるように制
御される。

その場合、電磁調節装置にはパルス幅が変調さ
れた駆動信号が入力される。

特にPID制御器２５を非線形なＰ成分とするこ
とは（推進スラスト）駆動のような遷移領域にお
いて特に有効となる。というのは、エンジンの回
転速度が極度に下回つた場合、大きな電磁力が発
生し、それによつて燃料噴射量が多くなり、エン
ジンの停止が防止されるからである。

回転速度目標値制御回路３３はまず現在の回転
速度が公称目標値よりも、所定の最小しきい値だ
け大きいかどうかを検出する。

大きい場合には、関数発生器３５により目標値
は現在回転速度より、最小しきい値ns_nioだけ小
さい値になるような値に増大させられる。

それにより、制御器は現在の回転速度が目標回
転速度よりも大きく、それによつて電磁調節装置
２０を励磁しなくてよいと識別することになる。

実際の回転速度が再び低くなつてくると、関数
発生器３５によつて形成される目標値も再び減少
する。この減少に対しては、所定の時定数を設け
て遅延させるようにする。

現在の回転速度が目標値よりも急速に下降する
と第２図に関連して説明した効果が発生する。

すなわち、制御偏差が非常に早い時点において
調節されることになる。

増大させられた目標値を減少させる場合の時定
数は、動作温度となつている状態におけるエンジ
ンの特性に合わせて定められるようにすることが
できる。

第４図には、調速装置の信号特性をさらに説明
するために通常の駆動状態から推進駆動に移つた
場合の種々の信号特性が図示されている。

この場合、点線で示した曲線４．１は増大した
目標回転速度が駆動状態にしたがつて遅延して減
少する状態を示し、一方４．２はエンジンが駆動
状態に暖まつている場合の現在回転速度が減少す
る状態を示している。

これらより、現在の回転速度値は、アイドリン
グ値における公称回転速度目標値４．３より、ご
くわずかしか下方にいかないことが理解される。

エンジンがひえている場合の摩擦損失はかなり
大きくなるので、それに従つてエンジンの回転速
度の下降度合も非常にするどくなる。

これが４．４で図示されており、その場合温度
の値として−15℃で図示されている。

最初一本であつた線はオーバーシユートがこと
なる３つの線にわかれ、その場合、オーバーシユ
ートがもつとも大きい曲線は目標値を増加させる
ことのない純粋なPID特性をもつた制御器を用い
た場合の例である。

またオーバーシユートが２番めに大きい点線で
示した線は目標値を増大させた場合の対応する状
態を示し、また一点鎖線で示した特性は、回転速
度の目標値を増大させるとともに非線形のＰ特性
をもたせたPID制御器の場合の特性を示す。

第４図に示した曲線群により、本発明の制御装
置がすぐれていることが理解される。というのは
通常の駆動状態から推進駆動に移行した場合、ア
ンダーシユートがなく、それにより所定の値より
回転速度が下回ることが防止され、内燃機関が停
止してしまう危険性がなくなるからである。

第５図には第３図に図示した構成の具体的な回
路構成が図示されており、同図において第３図に
図示したのと同一部分には同一番号を付してあ
る。第３図に図示した回転速度目標値制御回路３
３はプラス線４９とアース線５０間に接続された
抵抗４５〜４８からなる二つの分圧器を有し、こ
れらの分圧器の中央端子間にはトランジスタ５２
のコレクタエミツタ回路が接続される。トランジ
スタ５２のベースは抵抗５３を介して回転速度セ
ンサ１１に接続されている。抵抗５１とトランジ
スタ５２のエミツタの接続点には他端がアースに
接続されたコンデンサ５４並びに回転速度目標値
制御回路３３の出力端子５５が接続される。

PID制御器２５は差動増幅器５７を有し、その
プラス入力は抵抗５８を介して回転速度目標値制
御回路３３の出力端子５５と接続される。差動増
幅器５７はコンデンサ５９、並びにコンデンサ６
０と抵抗６１から直列回路を介してそれぞれ負帰
還されており、また差動増幅器５７のマイナス入
力は、抵抗６３、抵抗６４とダイオード６５、並
びにコンデンサ６６と抵抗６７の三つの並列回路
を介して回転速度センサ１１の出力と接続されて
いる。差動増幅器５７の出力は抵抗６９を介して
プラス線４９と、また抵抗７０を介して抵抗７
１，７２からなる分圧器とそれぞれ接続されてい
る。この分圧器は他の回路とともに第３図のアン
ドゲート２７を構成する。第３図の作動制御回路
４０は第５図に図示したようにエミツタが抵抗７
７を介していつしよにアース線５０に接続された
二つのトランジスタ７５，７６からなる差動増幅
器から構成されている。トランジスタ７５，７６
の両コレクタはそれぞれ抵抗７８，７９を介して
プラス線４９と接続されている。トランジスタ７
５のコレクタはさらにダイオード８０と抵抗８１
の直列回路を介して差動増幅器５７のマイナス入
力と接続され、一方トランジスタ７６のコレクタ
はダイオード８２を介して抵抗７１，７２からな
る分圧器の中央端子と接続されている。またトラ
ンジスタ７５のベースには回転速度センサ１１か
らの信号が抵抗８４を介して入力される。またト
ランジスタ７６のベースには電源電圧端子間に接
続された抵抗８５，８６の分圧器によつて形成さ
れる一定の電位が入力される。

信号最終段２８も同様に作動増幅器８８を有
し、そのプラス入力には抵抗８９を介しアンドゲ
ート２７から制御器の出力信号が印加される。差
動増幅器８８の出力は抵抗９０を介してスイツチ
ングトランジスタ９１のベースに接続され、また
そのトランジスタ９１のエミツタは抵抗９２を介
してアースに、またコレクタは還流ダイオード９
３と電磁調節装置２０の励磁巻線の並列回路を介
してプラス線４９と接続される。また両電源電圧
端子間にはさらに抵抗９５，９６からなる分圧器
とダイオード９９，１００と抵抗９７，９８から
なる分圧器が接続される。その場合、抵抗９６と
ダイオード１００は並列に、またダイオード９９
と抵抗９８の接続点は差動増幅器８８のマイナス
入力と接続される。また抵抗９７，９８の接続点
は抵抗１０１を介してトランジスタ９１とエミツ
タと抵抗９２の接続点に接続される。さらにトラ
ンジスタ９１のコレクタは抵抗１０２，１０３の
直列回路を介して差動増幅器８８のプラス入力と
接続され、またこれの両抵抗の接続点はコンデン
サ１０４を介してアースと接続される。またスイ
ツチングトランジスタ９１のコレクタはコンデン
サ１０５を介してダイオード９９，１００の接続
点に接続される。さらに差動増幅器８８の出力は
抵抗１０６を介してプラス線４９に接続される。

次に第５図の回路動作を説明する。

回転速度目標値制御回路３３の出力信号は非動
作状態では抵抗４５，４６の抵抗比によつて決め
られる。この比によつて公称目標値の値が定ま
る。回転速度検出回路の出力電圧が大きくなり、
トランジスタ５２のベースエミツタ電圧の値を越
えると、トランジスタ５２が導通し、出力電圧は
さらに分圧器４７，４８によつて変化を受ける。
その場合、ベースエミツタ電圧はns_nio、すなわ
ち第２図の最小しきい値の対応する。この場合ト
ランジスタ５２のベースエミツタ回路の温度依存
性は好ましい方向に作用する。というのは内燃機
関が冷却しており、それによつて回転数がかなり
不均一になつた場合でも不感領域は比較的高いか
らである。回転速度検出装置の出力電圧がさらに
大きくなると、トランジスタ５２のエミツタ電位
も上方に引かれるので、出力電圧は上昇し、最大
抵抗４７，４８の分圧比によつて定まる値
（ns_nax）まで上昇する。このようにして回転速度
目標値制御回路３３の出力端子５５には現在速度
に追従した回転速度目標値が得られ、一方その減
少の遅延度は、とりわけコンデンサ５４の容量に
よつて決められる。

コンデンサ５６，６０及び抵抗６１によつて
PID制御器２５の積分特性が定まる。一方Ｄ（微
分）特性はコンデンサ６６と抵抗６７により決ま
り、またＰ（比例）成分は下方の信号領域では抵
抗６３により決まり、またその回転速度が関係し
た比例成分は抵抗６４と所定の電圧値を越えると
導通するダイオード６５の組み合わせから得られ
る。この所定の電圧値は本実施例の場合ダイオー
ド６５の順方向電圧により定まる。

作動制御回路４０により抵抗８５，８６の電圧
比を介して正確な回転速度値n_Mが決められ、ア
イドリング回転速度に対して制御器の動作領域の
下限値が形成される。差動増幅器５７のマイナス
入力端子にさらに制御信号を入力させることによ
り差動増幅器が下限値以下の回転速度において飽
和状態の方にいき、差動増幅器５７の出力電圧が
長い間飽和状態に保持させるのを防止することが
できる。

信号最終段の役目はアナログ入力電圧をパルス
幅が変調された出力信号に変換することである。
このためにコンデンサ１０５、並びに個々の抵
抗、例えば９６が用いられる。抵抗１０２，１０
３とコンデンサ１０４のRCの組み合わせは電磁
調節装置２０の励磁コイルに抵抗変化が発生した
場合差動増幅器８８の出力を帰還させる機能を果
す。このような変化は例えば燃料を極度に必要と
する場合で調節装置が加熱するようなときに発生
する。

さらに0.1Ω〜5Ωの測定抵抗９２を電磁調節装
置２０とスイツチングトランジスタ９１と直列に
接続させることにより電流を制限し電源電圧の変
動に無関係にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の調速装置の原理を示す構成
図、第２図は動作を説明する特性図、第３図は調
速装置の電気部分を示すブロツク図、第４図は
種々の制御状態におけるエンジンの特性を示す特
性図、第５図は第３図のさらに詳細な構成を示す
回路図である。１０……内燃機関、１１……回転速度センサ、
１２……燃料ポンプ、１３……遠心力装置、１４
……制御レバー、１５……制御ロツド、１７……
アクセルペダル、２０……電磁調節装置、２２…
…アイドリング制御器、２５……PID制御器、２
８……信号最終段、３３……回転速度目標値制御
回路、３４……回転速度領域識別回路、３５……
目標値関数発生器、３７……回転速度比較スイツ
チ、３８……Ｐ値制御回路、４０……作動制御回
路。

Claims

【特許請求の範囲】１アイドリング時あるいはアイドリング移行時
の回転速度を調速する自己点火式内燃機関の調速
装置において、噴射すべき燃料の量を変化させる電磁調節装置
２０と、回転速度の現在値と目標値の偏差に応じて前記
電磁調節装置を駆動する信号を発生させるPID特
性を有する制御器２５と、回転速度の現在値が増加してアイドリング時の
目標回転速度に対応する公称目標値より一定量
（nsmin）大きくなつたとき回転速度の現在値に
追随して増加する回転速度の目標値を発生する手
段３５とを有し、前記回転速度の目標値を発生する手段は、回転
速度が小さくなり回転速度の現在値と前記増加し
た目標値の差が所定の差になるまで減少したとき
回転速度の現在値の減少より遅延して減少する目
標値を発生し、さらに前記PID特性を有する制御器のＰ特性を
回転速度に従つて調節する手段３８を設けたこと
を特徴とする自己点火式内燃機関の調速装置。２前記回転速度の目標値に対して最大値
（nsmax）を設け、回転速度の現在値に追随して
増加する回転速度の目標値がこの最大値に達した
とき回転速度の現在値が増加しても回転速度の目
標値をこの最大値にすることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の自己点火式内燃機関の調
速装置。３前記電磁調節装置は、パルス幅変調された駆
動信号により駆動されることを特徴とする特許請
求の範囲第１項又は第２項に記載の自己点火式内
燃機関の調速装置。４前記回転速度の目標値を発生する手段は、電
源電圧供給端子間に接続された二つの分圧器を有
し、その分圧点は抵抗５１とトランジスタ５２の
ブリツジ回路を介して接続されており、トランジ
スタ５２のベースには回転速度信号が入力され、
抵抗５１とトランジスタ５２の接続点は出力端子
５５に接続されるとともにコンデンサ５４を介し
て電源電圧端子に接続される特許請求の範囲第１
項から第３項までのいずれか１項に記載の自己点
火式内燃機関の調速装置。