JPH0530979B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ 産業上の利用分野 本発明は自己着火式内燃機関の操作機器用調節
装置、さらに詳細には回転数、アクセルペダル位
置等の動作特性量を検出するセンサと、目標値を
発生させる目標値発生段と、その後段に接続され
実際値と目標値を比較する比較段と、操作機器を
調節する電子調節器とを備えた自己着火式（デイ
ーゼル式）内燃機関の操作機器用調節装置に関す
る。

ロ 従来の技術 自動車はエンジンと車体が弾性的に懸架されて
いることによつて振動系を構成し、それにより例
えば燃料供給量に変動が発生したり外部からトル
ク変動が発生すると（道路に穴がある場合）減衰
振動が起こされる。この振動は通常１〜８Hzにあ
りがたがたする振動（以下揺れと言う）として感
じられる。この揺れは回転数変動あるいはエンジ
ンと車体間の相対移動が発生したことを意味す
る。

自己着火式内燃機関、すなわちデイーゼル機関
の噴射装置では燃料を噴射させるに必要な情報、
例えばアクセルペダル位置、回転数等は制御装置
によつて得ている。この制御装置によつて計算さ
れたコントロールロツドの移動量を定める目標値
に従つて制御が行なわれ、噴射量操作部を介して
燃料噴射ポンプが調節される。電子的な処理シス
テムでは信号の検出、信号の処理並びに操作シス
テムによつて制御回路に遅延が発生する。それに
よつて制御回路は不安定あるいは振動を起こすよ
うになり、それがまた揺れにつながることにな
る。

ドイツ特許公開公報第2906782号には内燃機関
の揺れ振動を制振する装置が開示されている。同
装置では通常の振動が微分回路を介して回転数信
号から導き出され、動作特性量が所定の値になつ
た場合操作量を揺れ振動が抑まるように制御する
ようにして制振を行なつている。この制御は揺れ
振動の周波数領域で行なわれ、従つて装置の立ち
上がり時間に関係する。従来の装置によつて揺れ
振動を比較的良好に制振することができるけれど
も、その場合回路構成並びに信号処理に多大な費
用がかかるという欠点がある。

ハ 発明が解決しようとする課題 従つて本発明はこのような従来の欠点を除去す
るためになさたもので、比較的簡単な手段により
揺れを制振させることが可能な自己着火式内燃機
関の操作機器用調節装置を提供することを目的と
する。

ニ 課題を解決するための手段 本発明は、この課題を解決するために、回転数
の目標値を設定する第１の手段と、第１の手段に
より設定された回転数の目標値を実際の回転数と
比較しその比較結果に従つて操作機器の位置の目
標値を設定する第２の手段と、前記操作機器の位
置の目標値と操作機器の位置の実際値の比較に従
つて操作機器を駆動する信号を設定する操作機器
用調節器とを設け、回転数信号によつて前記操作
機器を駆動する信号を調節する構成を採用した。

ホ 作用 本発明によれば制振を行なうために回転数信号
を調節部に入力するようしているので、従来の装
置に比較して回転数信号を早く処理することがで
き処理システムにおける遅延をさらに補償しなく
ても良いという利点が得られる。位相の進みを少
なくすることにより安定した信号が得られ、また
ノイズに強い特性がえられる。

また本発明によれば各制御素子に対して定常特
性とダイナミツク特性に対しそれぞれ最適化して
用いることができるという特徴が得られる。

ヘ 実施例 以下、図面に示す実施例に従い本発明を詳細に
説明する。

本発明では自己着火式内燃機関において回転数
をフイードバツクさせ燃料供給を行なう操作機器
に対する調節装置が説明される。

第１図において符号１で示すものは電子制御装
置で、アクセルペダル位置センサ１１からの回転
数の目標値に対応する信号並びに回転数センサ
（図示せず）からの信号を処理して操作機器の位
置の目標値を発生させる。この目標値を発生させ
る電子制御装置１０の出力はフイルタ１２を介し
て減算点１３に接続されており、またその後段に
はPI動作調節器１４が設けられる。フイルタ１
２の出力信号Uαsollは燃料噴射量を定める操作
機器の位置に関連した目標値を表わすアナログ信
号を発生し、一方PI動作調節器１４の出力信号
は回転数の目標値nsollに対応した信号を発生す
る。PI動作調節器１４の後段には減算点１５、
Ｐ動作調節器１６、減算点１７、PD動作調節器
１８、噴射ポンプを操作し、燃料供給量を調節す
る操作機器（アクチユエータ）１９並びに内燃機
関２０がその順序で接続される。また内燃機関の
出力から回転数の実際値nistが取り出される。操
作機器１９と内燃機関２０の間で操作機器の位置
信号Uαistが取り出される。この信号は減算点１
３，１７のマイナス入力端子に入力される。

また減算点１５のマイナス入力端子には切り換
えスイツチ２１が設けられており、それを切り換
えることによつて内燃機関２０の出力から得られ
る回転数の実際値を直接あるいは進相器２２を介
して制御回路に供給させることができる。

従つて第１図に図示した操作機器の調節は三段
で接続された制御回路によつて行なわれる。その
最も内側の制御回路は比例Ｐ，微分Ｄ動作を備え
た調節器１８を有し、それによつてコントロール
ロツドの移動量、すなわち燃料噴射を制御する操
作機器の位置をできるだけ素早く目標値Uα※
sollに調節するように構成されている。また回転
数の制御に対してはＰ動作調節器１６が設けられ
ており、それによつて素早く目標値nsollが得ら
れるように制御される。定常的に操作機器が正し
い位置Uαsollに設定されるように比較的緩慢な
PI動作調節器１４が設けられており、そのＩ成
分は操作機器の目標位置と実際の位置が一致する
まで制御を行なう。このような構成によつて噴射
ポンプはそれぞれの回転数に関した必要な情報を
できるだけ早く得られるようになる。

本発明において重要なことは回転数がＩ成分を
有する調節器の後に制御系に入力されていること
であり、言い替えると回転数に関する情報が位相
変化素子によつて遅延されないことである。

このような考え方のもとに第２図には第１図に
図示された制御回路の簡単な実施例が図示されて
いる。同図において同一の部材には同一の番号を
付し、その説明は省略する。第２図において減算
点１３，１５間にはPID動作調節器２５が設けら
れており、減算点１５の後段にＰ動作調節器２６
が配置される。第２図に示した実施例から、回転
数の実際値を減算点１５に入力した後には位相変
化素子が存在しないことが理解される。

このように本発明によれば回転数を操作機器の
調節回転にフイードバツクすることによつてシス
テムを最適化できるという長所が得られる。通常
電子制御装置１０にはアクセルペダルの位置に関
連した特性信号が格納されており、この信号発生
器からアクセルペダルの位置と回転数に従つて燃
料噴射量を読み出すことができる。この特性信号
発生器ではアクセルペダルの位置が一定の場合燃
料供給量QKは回転数に従つて変化する。従来の
装置ではこの特性信号発生器は燃料噴射量QKと
回転数の関係が弱いけれども逆の関係になるよう
に構成されている。本発明では回転数を調節部に
フイードバツクさせるようにしているのでアクセ
ルペダル位置に関連して信号が呼び出される特性
信号発生器は定常的な運転に対して用いるように
することができる。それに対してダイナミツクな
駆動に対する処理は操作機器用の調節回路を介し
て行なわれる。それによつて定常的な駆動及びダ
イナミツク駆動に対する条件を分けて考えること
ができ、それによつてそれぞれを最適化させるこ
とができる。

第１図及び第２図には電子制御装置１０の出力
にフイルタ１２が設けられているが、このフイル
タは回転数が変動する場合操作機器の位置に対す
る目標値も振動するが種々の位相で振動するため
に設けられている。回転数を素早く調節回路にフ
イードバツクさせる効果が電子制御装置１０の出
力信号から得られる他の位相を持つた位置信号の
変動によつて影響を受けないようにするために、
この位置信号の目標値をフイルタにかける必要が
ある。しかし利用目的によつてフイルタ１２が問
題となる場合がある。即ちアイドリング制御にお
いてアイドリング調節器が制御装置１０内にある
場合にはアイドリング制御が不安定になる場合が
ある。このような場合にはアイドリング調節器の
出力はフイルタ１２の後で信号線に供給するよう
にしなければならない。

同様にそれぞれ利用目的に従い進相器２２を用
いるのが好ましい。特に揺れが内部の回転数フイ
ードバツクだけでは良好に制振できないような場
合に用いられる。第１図及び第２図の例では切り
換えスイツチ２１を用いることにより進相器２２
なしであるいは進相器２２を設けて信号を処理す
ることができる。この進相器２２は制御回路の安
定性を高めるために回転数信号の位相を進める役
割を果たす。例えばこの進相器は比例微分素子を
用いて構成される。

さらに進相器を次のようにして実現することも
できる。即ち出力線にある減算点に回転数の実際
値信号をプラス入力端子を介して入力し、またマ
イナス入力端子にこの回転数の実際値信号をロー
パスイルタを介して入力させるようにする方法で
ある。このような構成は低い周波数に対してはＤ
動作にように、又高い周波数に対してはＰ動作の
ような働きをする（DTA動作）。このようにして
同じ成分のない回転数フイードバツクが可能にな
る。進相器２２を用いて回転数フイードバツクの
ゲインをダイナミツクに調節することができる。

回転数の実際値を検出するためには種々の方法
が知られているが、本発明の方法に鑑みてできる
だけ早く回転数を検出する方法が好ましい。

例えば内燃機関のモデルを介しそれぞれの操作
機器の位置に応じて回転数をシミユレーシヨンす
ることもできる。この例が第３図に図示されてい
る。噴射量を制御する部材の位置を操作する操作
機器の実際値信号Uαistが内燃機関モデル３０に
供給され、そのモデルの出力からシミユレーシヨ
ンされた回転数の値ｎ simが得られる。最も簡
単な内燃機関モデル３０としては積分素子あるい
は限界周波数の低い一次遅延素子が用いられる。
どのような回転数信号を発生させるかはそれぞれ
個々の問題である。第３図に図示したようなシミ
ユレーシヨン装置を用いた場合には具体的な回転
数センサを省略することができるという利点が得
られる。しかしこのようなシミユレーシヨンモデ
ルでは温度などのような他の重要な動作特性量を
作ることができないという問題はある。一方シミ
ユレーシヨンモデルを高価なものにした場合には
回路技術並びにプログラム技術上困難な面が生じ
てくる。

第４図には操作機器を調節する調節部の他の実
施例が図示されている。同図において第１図と同
一部分には同一の参照符号が付されている。符号
４０で示すものは進相器であり内燃機関２０の回
転数出力と減算点１３の間に接続され揺れを押え
る制振作用を行なう。

減算点１３の後には第１図の図示に従つて一体
となつたPID動作調節器が設けられており、第１
図に従い符号１４，１６，１８が付されている。
第４図の実施例においてもPID動作調節器１４，
１６，１８のフイードバツク回路４１は減算点１
３に接続されている。

第４図の場合進相器４０は３つの部分、即ち遅
延回路４１、遅延成分を有するＤ回路４２並びに
増幅回路４３から構成されている。回路４１〜４
３をこのように構成する目的は回転数を素早く処
理しギヤ位置に関係して変化する揺れ周波数に対
して進相器の周波数特性を好ましく合わせること
により最適の制振作用を行なうものである。

第４図の進相器４０をさらに理解するために第
５図を用いて説明する。簡単にするために増幅回
路４３と遅延回路４１を一緒にし、その後に遅延
成分を有するＤ回路４２が接続されている。

ここで重要なことは進相器４０を介して行なわ
れるフイードバツクの周波数特性は所定の特性を
有するように構成される。

即ち周波数に関係したPDT素子４０はボード
線図（第５図ｂ，ｃ）において以下のような特徴
を有する。なお、Ｐは比例、Ｄは微分、Ｔは遅延
を示す。

即ちゲインは周波数と共に上昇し、一方位相の
進みは周波数と共に減少する。これらはそれぞれ
変速比に関連して変わる揺れ周波数の領域におい
て当てはまるものである。

その場合Ｄ素子４２は第１速から第４速にかけ
て揺れ周波数が増大するとともにゲインが増大す
る。またその遅延成分は位相遅れを発生させる。
これら両部分の組み合わせは折点周波数の位置に
よつて特徴づけられる。

Ｄの時定数T2（T2＝１／ω（第１速）：ω＝
2π）はボード線図において第１速（変速比最
大）の揺れ周波数の近傍に位置する。

遅延時定数Tn（Tn≦１／ω（第４速））はボー
ド線図において第４速（変速比最小）の揺れ周波
数より隙か上側に位置する。

Ｄ素子４２の遅延成分による折点周波数は同様
に第４速の揺れ周波数より上側に位置する（TD
＜１／ω（第４速））。

回転数処理（フイルタ）の時定数はTnに含ま
れており、これは回転数処理が速くなることを意
味する。

進相器４０は変速比に逆比例して揺れを補正
し、従つてそのゲインは揺れ周波数に比例する。

このように構成することは以下に述べる関係を
前程としている。

揺れ振幅は変速比が大きくなるに従つて大きく
なる。

揺れ周波数は変速比が与えられた場合一定とな
る。

揺れ周波数は変速比を大きくすれば小さな値と
なり、例えば自動車のギヤの場合２〜８Hzの間に
ある。

このようにして揺れ周波数の揺れの振幅は変速
比を表わす尺度となつている。進相器を設けない
で燃料噴射量を調節するのに比較して進相器４０
を設けて補正する場合にはゲインにおいても又位
相においても揺れを制振させる作用を行なうこと
になる。すなわち、位相は変速比が大きくなるに
従つて進ませ、又ゲインは変速比が小さくなるに
従つて上昇させる（この場合揺れ振幅は小さくな
る）。このことは変速比から理解できる。また最
大ゲインは安定性の限界、例えばアイドリング制
御における安定性の限界によつて制限される。

このような変速比によつて異なる揺れは周波数
に関連して変化する特性を持つ素子によつて制振
させることができる。この状態が第５図ｂ，ｃ図
に図示されている。同図においてそれぞれの変速
比に対し最適の制振点が図示されている。揺れ周
波数が高くなるに従つてゲインを大きくする必要
があるがこれはＤ素子４２によつて得られる。ま
た位相進みを少くするのはPT1素子４１，４３に
よつて行なわれる。

Ｄ素子４２の特性とPT素子の折点周波数は第
５図ｂに示したように互いにずらすようにし、ボ
ード線図において所望のPDT特性が揺れ周波数
の領域にくるようにする。なお、折点周波数は、
ゲイン特性を近似する２つの漸近線が交差する点
の周波数であり、第５図ｂに図示したように、比
例Ｐ成分の折点周波数（右上がりの直線から水平
の直線に変化する点での周波数）と遅延Ｔ成分の
折点周波数（水平の直線から右下がりの直線に変
化する点での周波数）は互いにずらされており、
最大揺れ周波数より大きくなるように設定され
る。

ゲインと位相は揺れ周波数にほぼ比例して伸び
るようにする。揺れ周波数並びに最適化時制振に
必要な回転数変動に関連した補正量は変速比の逆
数に比例するので、上述したPDT素子による補
正は妥当性があるものと考えられる。

最大揺れ周波数は最小揺れ周波数の約10倍であ
るので、ボード線図において良好な近似で次のよ
うに構成することができる。即ちPD素子の折点
周波数は最小変速比の揺れ周波数に近傍に位置さ
せる。それによつて位相カーブのアークタンジエ
ント特性によつて所望の点が良好に近似できる
（さらに他の遅延成分がある場合は揺れ周波数領
域外に位置させなければならない）。またＤ成分
は第１速の揺れ周波数の振幅カーブがPT素子の
ゲインと交差するようにする。実際の特性は漸近
線と異なるので、第４速は45度以下の線には来な
いが所望の値に近づくことになる。

第１図、第２図、第３図に図示した調節装置で
は信号処理がアナログ的に行なわれているが、こ
れらの信号処理はデジタル処理を行なうそれぞれ
のブロツクによつて行なうことも可能である。さ
らに第１図、第２図、第４図の図示した例に従つ
てコンピユータ制御によりプログラムすることも
当業者には問題なくできるものである。

ト 発明の効果 以上説明したように、本発明では、操作機器の
位置の目標値が回転数の目標値と実際値の比較結
果に従つて設定されるので、回転数の変動が操作
機器の位置の目標値に反映されることができ、回
転数の変動をより早く補償できる。さらにこの操
作機器用調節器には操作機器の位置の目標値と実
際値の他に回転数信号が入力されるので、回転数
信号を遅延なく早く処理でき、燃料供給量の変動
あるいは外部トルクの変動による回転数変動を迅
速にまた確実に補償することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

各図はいずれも本発明の実施例を示すもので、
第１図は第１の実施例の構成を示したブロツク
図、第２図は第２の実施例の構成を示したブロツ
ク図、第３図は回転数信号をシミユレーシヨン装
置を用いて発生させる場合の構成を示したブロツ
ク図、第４図は移送器の詳細な構成を示したブロ
ツク図、第５図ａ，ｂ，ｃは制振作用を説明する
説明図である。 １０……電子制御装置、１１……アクセルペダ
ル位置信号発生器、１２……フイルタ、１４……
PI動作調節器、１６……Ｐ動作調節器、１８…
…PD動作調節器、１９……操作機器、２０……
内燃機関、２２……進相器、３０……エンジンモ
デル、４０……進相器、４１……遅延素子、４２
……Ｄ素子、４３……増幅回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転数の目標値を設定する第１の手段１１
   と、 第１の手段１１により設定された回転数の目標
   値を実際の回転数（nist）と比較しその比較結果
   に従つて操作機器の位置の目標値を設定する第２
   の手段１０と、 前記操作機器の位置の目標値と操作機器の位置
   の実際値の比較に従つて操作機器を駆動する信号
   を設定する操作機器用調節器１４，１６，１８と
   を設け、 回転数信号によつて前記操作機器を駆動する信
   号を調節することを特徴とする自己着火式内燃機
   関の操作機器用調節装置。 ２ 前記回転数信号を操作機器用調節器の位相を
   変化させる素子の後に入力することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の自己着火式内燃機
   関の操作機器用調節装置。 ３ 前記回転数信号を進相器２２，４０を介して
   操作機器用調節器に入力することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項又は第２項に記載の自己着火
   式内燃機関の操作機器用調節装置。 ４ 前記回転数信号を操作機器用調節器のＩ動作
   調節器の後に入力することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に記
   載の自己着火式内燃機関の操作機器用調節装置。 ５ 操作機器の位置の目標値と実際値の比較結果
   が操作機器用調節器のPI動作調節器１４に入力
   され、そのPI動作調節器の出力信号と回転数信
   号が比較され、その比較結果に従つて操作機器用
   調節器のＰ動作調節器を介して操作機器１９の位
   置が定められることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項から第４項までのいずれか１項に記載の自
   己着火式内燃機関の操作機器用調節装置。 ６ 前記PI調節器はさらにＤ動作特性を有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の
   自己着火式内燃機関の操作機器用調節装置。 ７ 前記第２の手段１０の出力信号をフイルタ１
   ２を介して供給することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項から第６項目までのいずれか１項に記
   載の自己着火式内燃機関の操作機器用調節装置。 ８ 前記操作機器は自己着火式内燃機関の燃料供
   給量を調節する操作機器であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれか
   １項に記載の自己着火式内燃機関の操作機器用調
   節装置。 ９ 回転数信号をシミユレーシヨン装置３０から
   得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第８項までのいずれか１項に記載の自己着火式内
   燃機関の操作機器用調節装置。 １０ 進相器２２，４０が比例動作特性Ｐ、微分
   動作特Ｄ並びに遅延特性Ｔを有するように構成さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第３項から
   第９項までのいずれか１項に記載の自己着火式内
   燃機関の操作機器用調節装置。 １１ 進相器のゲインを揺れ周波数が大きくなる
   に従つてそれに比例して増大させることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項から第１０項までのい
   ずれか１項に記載の自己着火式内燃機関の操作機
   器用調節装置。 １２ 進相器の位相進みを揺れ周波数が増大する
   につれて減少させることを特徴とする特許請求の
   範囲第３項から第１１項までのいずれか１項に記
   載の自己着火式内燃機関の操作機器用調節装置。 １３ 進相器の比例Ｐ並びに遅延Ｔ成分のボード
   線図上の折点周波数を最大揺れ周波数より大きく
   することを特徴とする特許請求の範囲第３項から
   第１２項までのいずれか１項に記載の自己着火式
   内燃機関の操作機器用調節装置。