JPH06611Y2 - アルコール内燃機関のアイドル回転速度制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案はアルコール内燃機関のアイドル回転速度制御装
置に関し、特に燃料中のアルコール濃度に応じて燃料供
給量が制御されるよう構成されたアルコール内燃機関に
おけるアイドル回転速度のフィードバック制御の改善技
術に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関のアイドル回転速度制御装置としては、従来、
特開昭６１−２９４１５１号公報に開示されるようなも
のがある。

これは、機関吸気系に介装された吸気絞り弁をバイパス
して供給される補助空気量を制御するアイドル制御弁の
開度を調整して、アイドル運転時の機関回転速度を冷却
水温度等に応じた目標回転速度に制御するものである。

ここで、前記アイドル制御弁の開度を比例的に制御する
ソレノイドに供給される励磁電流を、目標アイドル回転
速度と実際のアイドル回転速度との偏差に基づいて、例
えばＰＩＤ（比例・積分・微分）フィードバック制御に
より変化させるようにしてある。

〈考案が解決しようとする課題〉 ところで、近年、ガソリンの代替燃料としてガソリンに
メタノールやエタノール等のアルコールを混合したアル
コール混合燃料を使用できるように、燃料中のアルコー
ル濃度を検出するアルコールセンサを設け、このアルコ
ールセンサの検出値に基づいて燃料供給量を制御するよ
う構成された内燃機関が提案されている。

このようなアルコール混合燃料を用いる内燃機関では、
燃料中のアルコール濃度によって理論空燃比が変化し、
アルコール濃度が高くなるに従って必要空気量が減少す
る。このため、アイドル運転時の必要空気量はアルコー
ル濃度の増大に応じて減少するが、従来では、アイドル
回転速度のフィードバック制御におけるフィードバック
制御操作量（比例分，積分分，微分分等）がアルコール
濃度に因らず一定値であったために、例えばアルコール
濃度に低い側（例えばガソリン100％）に各種フィード
バック制御操作量をマッチングさせてあると、アルコー
ル濃度が高くなるとフィードバック制御による補助空気
空気量変化が大き過ぎて大きな回転変動を招き、逆に、
アルコール濃度の大きい側に各種フィードバック制御操
作量をマッチングさせてあると、補助空気量の変化巾が
小さいために、アルコール濃度の低い側では制御の応答
性が悪化してしまうという問題が発生していた。

本考案は上記問題点に鑑みてなされたものであり、燃料
中のアルコール濃度の増減に応じてアイドル運転時のフ
ィードバック制御による補助空気量の変化割合を増減で
きるようにして、アルコール濃度が変化しても安定した
アイドル回転速度が得られるようにすることを目的とす
る。

〈課題を解決するための手段〉 そのため本考案では、第１図に示すように、燃料中のア
ルコール濃度を検出するアルコールセンサを備え、該ア
ルコールセンサによって検出される燃料中のアルコール
濃度に応じて燃料供給量を補正し、機関吸入混合気の空
燃比を目標空燃比に制御するよう構成されたアルコール
内燃機関において、機関吸気系に介装された吸気絞り弁
をバイパスして供給される補助空気量を制御するアイド
ル制御弁と、実際のアイドル運転時の機関回転速度と目
標回転速度との偏差に応じたフィードバック制御操作量
を用いて、アイドル運転時の機関回転速度が前記目標回
転速度となるように前記アイドル制御弁の開度をフィー
ドバック制御するアイドル回転速度制御手段と、前記ア
ルコールセンサで検出されるアルコール濃度が高くなる
に従って前記フィードバック制御操作量をより小さく補
正するフィードバック制御操作量補正手段と、を含んで
アイドル回転速度制御装置を構成するようにした。

〈作用〉 アイドル回転速度制御手段は、実際のアイドル運転時の
機関回転速度と目標回転速度との偏差に応じたフィード
バック制御操作量を用いて、アイドル運転時の機関回転
速度が前記目標回転速度となるように前記アイドル制御
弁の開度をフィードバック制御し、吸気絞り弁をバイパ
スして供給される補助空気量がこのアイドル制御弁の開
度に応じて調整される。

一方、フィードバック制御操作量補正手段は、アルコー
ルセンサで検出されるアルコール濃度が高くなるに従っ
て前記フィードバック制御操作量をより小さく補正し、
燃料中のアルコール濃度に応じて補助空気量の変化割合
を増減変化させる。

即ち、アルコール濃度が増大すると理論空燃比が変化し
て必要空気量が減少するため、アルコール濃度が大きい
ときほどフィードバック制御による補助空気量の変化巾
（制御速度）を小さくして、制御応答性の確保と回転速
度のハンチング回避とを図るものである。

〈実施例〉 以下に本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図にシステム概略を示す。図において、10は機関燃
焼室であり吸気管11と排気管12とが連通接続されてい
る。排気管12の後端には触媒コンバータ13が介装されて
いる。また、吸気管11には、エアクリーナ14で浄化され
た空気が吸気絞り弁15を介して供給される。前記吸気絞
り弁15をバイパスするバイパス通路16には、アイドルア
ジャストスクリュー17が螺合されており、吸気絞り弁15
がアイドル開度に閉じられているときの空気量がこのア
イドルアジャストスクリュー17により調整される。更
に、吸気絞り弁15をバイパスするアイドル回転速度制御
用のバイパス通路18には、パルス信号によって駆動され
そのデューティ比ＩＳＣ_ON（開弁駆動時間割合）に応じ
て開度が調整される電磁式のアイドル制御弁19が設けら
れている。

20は燃料タンクであり、アルコール混合燃料（ガソリン
にメタノールやエタノール等のアルコールを混合させた
もの）が貯留されている。そして、この燃料タンク20内
には撹拌機21が設けられており、燃料タンク20内のアル
コール混合燃料を撹拌して均一濃度にするようにしてあ
る。燃料タンク20内のアルコール混合燃料は、燃料ポン
プ22、圧力レギュレータ23、燃料フィルター24を経て燃
料供給パイプ25を通って燃料噴射弁26に至る。燃料噴射
弁26に至って噴射供給されなかったアルコール混合燃料
はリターン通路27を介して燃料タンク20へ戻される。

燃焼室10には点火プラグ28が設けられており、この点火
プラグ28には点火コイル29，配電器30を介して高電圧が
印加される。また、排気管12と吸気管11との間には、排
気還流通路32が配されており、この排気還流（ＥＧＲ）
通路32を介して吸気側に還流される排気量は排気還流制
御弁31で制御される。

排気管12には、機関吸入混合気の空燃比と密接な関係に
ある排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ33、触媒コ
ンバータ13の濃度を検出する温度センサ34が設けられて
いる。また、ウォータージャケット内の冷却水温度Ｔｗ
を検出する水温センサ35及び機関回転速度を検出するク
ランク角センサ36が設けられている。更に、吸気管11に
は吸気圧を検出する吸気圧センサ37、吸気絞り弁15の開
度を検出する開度センサ38が設けられている。そして、
燃料フィルター24と燃料噴射弁26との間の燃料供給パイ
プ25には燃料中のアルコール濃度を静電容量変化に基づ
いて検出するアルコールセンサ39が設けられている。

上記各センサ33〜39の検出信号は、コントロールユニッ
ト40へそれぞれ入力される。コントロールユニット40は
マイクロコンピュータ等で構成され、内部に最適空燃
比、最適点火時期、最適アイドル回転速度等を得るため
の複数のプログラムがメモリされている。そして、コン
トロールユニット40の出力はそれぞれアイドル制御弁1
9、燃料噴射弁26、配電器30、排気還流制御弁31へ与え
られる。

ここで、コントロールユニット40によるアイドル回転速
度のフィードバック制御を第３図のフローチャートに従
って説明する。尚、本実施例において、コントロールユ
ニット40はアイドル回転速度制御手段とフィードバック
制御操作量補正手段とを兼ねるものである。

まず、ステップ（図中では「Ｓ」としてあり、以下同様
とする。）１では、アルコールセンサ39によって検出さ
れた燃料中のアルコール濃度ＡＬＣを読込む。

ステップ２では、前記アルコール濃度ＡＬＣに応じた濃
度補正係数Ｋ_ALCを設定する。この濃度補正係数Ｋ
_ALCは、アルコール濃度が０％であるときに１に設定さ
れ、アルコール濃度が８５％（体積％）であるときには
例えば0.8程度とし、アルコール濃度ＡＬＣが上記温度
以外であるときには、補間演算して求める。前記濃度補
正係数Ｋ_ALCは１以下であるときにアイドル制御弁19に
よって制御される補助空気量をアルコール濃度０％（ガ
ソリン100％）のときよりも減量補正するものであり、
アルコール濃度ＡＬＣが大きくなるに従ってこの濃度補
正係数Ｋ_ALCを１から徐々に減少させることで、アルコ
ール濃度ＡＬＣの増大に応じて少なくなる必要吸入空気
流量に対応できるようにしたものである。

ステップ３では、アイドル制御弁19に送る駆動パルス信
号のデューティ比ＩＳＣ_ONを決定する基本特性値ＩＳＣ
_TWを、水温センサ35によって検出される冷却水温度Ｔｗ
に基づきフローチャート中に示すようなマップから検索
して求める。尚、前記マップに記憶されている基本特性
値ＩＳＣ_TWは、アルコール濃度０％、即ち、ガソリン10
0％に対応させた値である。

次のステップ４では、ステップ３にマップから検索して
求めたアルコール濃度０％対応の基本特性値ＩＳＣTW
に、ステップ２で求めた濃度補正係数Ｋ_ALCを乗算する
ことで、現在のアルコール濃度ＡＬＣに対応した基本特
性値ＩＳＣTWを新たに設定する。即ち、アルコール濃度
ＡＬＣが０％であるときには濃度補正係数Ｋ_ALCは１で
あってステップ３で検索し求めた基本特性値ＩＳＣ_TWが
そのままステップ４で設定されることになるが、アルコ
ールが混合された燃料では、その混合割合が大きくなる
に従って濃度補正係数Ｋ_ALCが１よりも小さくなって基
本特性値ＩＳＣ_TWがより小さく設定されることになる。

次のステップ５では、エアコンやオートマチックトラン
スミッション（以下ＡＴという）のギア位置によるエア
コン・ギア位置補正値ＩＳＣ_ATを設定する。これは、エ
アコン使用時やＡＴがニュートラル以外の走行レジンに
シフトされている状態などの負荷の大きいときほど補助
空気量を多くすべく設定されるものであり、ステップ５
ではステップ３と同様にアルコール濃度０％に対応した
エアコン・ギヤ位置補正値ＩＳＣ_ATが設定されるように
なっている。

そして、次のステップ６ではステップ４と同様に、アル
コール濃度ＡＬＣ０％対応の前記エアコン・ギア位置補
正値ＩＳＣ_ATにステップ２で求めた濃度補正係数Ｋ_ALC
を乗算して、現在のアルコール濃度ＡＬＣに対応したエ
アコン・ギヤ位置補正値ＩＳＣ_ATを設定する。

ステップ７では実際のアイドル回転速度を目標回転速度
に近づけるためのアイドル回転速度制御（ＩＳＣ）を行
う条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、
開度センサ38によって検出される吸気絞り弁15の開度が
アイドル位置で、かつ、トランスミッションがニュート
ラル状態のとき、又は、吸気絞り弁15がアイドル位置で
かつ車速が所定値以下であるとき、アイドル回転速度制
御を行う条件が成立しているものとする。

ステップ７でアイドル回転速度制御を行う条件が成立し
ていると判定されると、次のステップ８へ進む。

ステップ８では、機関アイドル運転時の目標回転速度Ｎ
ｓを水温センサ35によって検出される冷却水温度Ｔｗに
基づいて設定する。この目標回転速度Ｎｓは、冷却水温
度Ｔｗが低いときほど高回転となるようにしてある。

そして、次のステップ９では、クランク角センサ36によ
って検出される実際の機関回転速度Ｎからステップ８で
求めた目標回転速度Ｎｓを減算して、目標回転速度Ｎｓ
に対する実際の回転速度Ｎの偏差ΔＮを算出する。

ステップ10ではフィードバック補正値ＩＳＣ_FBを比例・
積分制御により設定する際に用いるフィードバック制御
操作量としての積分定数（Ｉ分）のアルコール濃度０％
対応の初期値に対して濃度補正係数Ｋ_ALCを乗算して、
現在のアルコール濃度ＡＬＣに応じた積分定数（Ｉ分）
を設定する。

また、ステップ₁₁ではフィードバック補正値ＩＳＣ_FBを
比例・積分制御により設定する際に用いるフィードバッ
ク制御操作量としての比例定数（Ｐ分）のアルコール濃
度０％対応の初期値に対して濃度補正係数Ｋ_ALCを乗算
して、現在のアルコール濃度ＡＬＣに応じた比例定数
（Ｐ分）を設定する。

即ち、アルコール濃度ＡＬＣが０％であるときに、アイ
ドル回転速度を応答性良く然もハンチングを伴うことな
く制御できるようにマッチングさせたフィードバック制
御操作量（積分、比例定数）を予め設定してあり、かか
るアルコール濃度ＡＬＣ０％対応のフィードバック制御
操作量に基づいてアルコールが混合されたときのフィー
ドバック制御操作量を設定するものである。

そして、ステップ12では、ステップ10,11で設定した現
在のアルコール濃度ＡＬＣに対応するフィードバック制
御操作量を用いて前記偏差ΔＮをゼロに近づけるように
フィードバック補正値ＩＳＣ_FBを比例・積分制御により
設定する。具体的には、比較制御定数に基づいて前記偏
差ΔＮに比例してフィードバック補正値ＩＳＣ_FBを変化
させると共に、前記偏差ΔＮの大きさと持続時間に比例
させて積分定数に基づきフィードバック補正値ＩＳＣ_FB
を変化させる。

このように、フィードバック補正値ＩＳＣ_FBの比例・積
分制御において用いるフィードバック制御操作量（積分
定数・比例定数）をアルコール濃度ＡＬＣの増大に応じ
て小さく設定すれば、アルコール濃度ＡＬＣの増大に応
じてフィードバック制御による補助空気量の変化巾が小
さくなる。アルコール濃度ＡＬＣが増大すると理論空燃
比が変化して必要空気量が少なくなるために、ガソリン
100％のときの制御応答性を確保すべくマッチングされ
たフィードバック制御操作量を用いてフィードバック補
正値ＩＳＣ_FBの比例・積分制御を行うと、アルコール濃
度ＡＬＣが大きいときには補助空気量の変化巾が大き過
ぎてアイドル回転速度がハンチングしてしまうが、上記
のようにアルコール濃度ＡＬＣの増大に応じてフィード
バック制御操作量を小さくするようにしてあれば、ガソ
リン100％のときの制御応答性を確保しつつ、アルコー
ル濃度ＡＬＣの大きいときのアイドル回転速度のハンチ
ングを回避して、アルコール濃度ＡＬＣが変化してもア
イドル回転速度を目標回転速度Ｎｓ付近で安定させるこ
とができるものである。

ステップ１２でフィードバック補正値ＩＳＣ_FBを比例・
積分制御により設定すると、次のステップ13で最終的な
デューティ比ＩＳＣ_ONを次式に従って演算する。

ＩＳＣ_ON＝ＩＳＣ_TW＋ＩＳＣ_AT＋ＩＳＣ_FB そして、このようにして設定されたデューティ比ＩＳＣ
_ONの駆動パルス信号が次のステップ14でアイドル制御弁
19に対して出力され、デューティ比ＩＳＣ_ONに応じた開
度にアイドル制御弁19が制御されて、バイパス通路18を
介して供給される補助空気量が調整される。

一方、ステップ７でアイドル回転速度制御を行う条件が
成立していないと判定されたときには、フィードバック
補正値ＩＳＣ_FBを除く基本特性値ＩＳＣ_TWとエアコン・
ギヤ位置補正値ＩＳＣ_ATとの加算によってデューティ比
ＩＳＣ_ONを決定し、ステップ14でそのデューティ比ＩＳ
Ｃ_ONの駆動パルス信号をアイドル制御弁19に出力する。
このように、フィードバック補正値ＩＳＣ_FBを除く値に
基づいてデューティ比ＩＳＣ_ONが決定される場合（アイ
ドル回転速度制御を行う条件が成立していない場合）で
あっても、基本特性値ＩＳＣ_TWとエアコン・ギア位置補
正値ＩＳＣ_ATとはそれぞれアルコール濃度ＡＬＣに応じ
て補正されているために、アルコール濃度ＡＬＣの増大
時に補助空気量が過大となることはない。

尚、本実施例では、アイドル回転速度のフィードバック
制御を比例・積分制御により行うものについて述べた
が、微分制御や比例・積分・微分制御によりフィードバ
ック制御するものであっても、アルコール濃度ＡＬＣに
応じてフィードバック制御操作量を変化させることで同
様な効果が得られることは明らかであり、フィードバッ
ク制御の制御動作を限定するものではない。

〈考案の効果〉 以上説明したように本考案によると、アイドル回転速度
のフィードバック制御におけるフィードバック制御操作
量を、アルコールセンサによって検出される燃料中のア
ルコール濃度が高くなるに従ってより小さく補正するよ
うにしたので、アルコール濃度の増減に応じてアイドル
運転時のフィードバック制御による補助空気量の変化割
合が増減して、アルコール濃度に因らずに安定したアイ
ドル回転速度が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成を示すブロック図、第２図は本考
案の一実施例を示すシステム概略図、第３図は同上実施
例におけるアイドル制御弁の制御内容を示すフローチャ
ートである。 15…吸気絞り弁 18…バイパス通路 19…アイドル
制御弁 25…燃料供給パイプ 35…水温センサ
36…クランク角センサ 39……アルコールセンサ
40…コントロールユニット

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料中のアルコール濃度を検出するアルコ
   ールセンサを備え、該アルコールセンサによって検出さ
   れる燃料中のアルコール濃度に応じて燃料供給量を補正
   し、機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比に制御するよ
   う構成されたアルコール内燃機関において、機関吸気系
   に介装された吸気絞り弁をバイパスして供給される補助
   空気量を制御するアイドル制御弁と、実際のアイドル運
   転時の機関回転速度と目標回転速度との偏差に応じたフ
   ィードバック制御操作量を用いて、アイドル運転時の機
   関回転速度が前記目標回転速度となるように前記アイド
   ル制御弁の開度をフィードバック制御するアイドル回転
   速度制御手段と、前記アルコールセンサで検出されるア
   ルコール濃度が高くなるに従って前記フィードバック制
   御操作量をより小さく補正するフィードバック制御操作
   量補正手段と、を含んで構成されたことを特徴とするア
   ルコール内燃機関のアイドル回転速度制御装置。