JPH0792015B2 - 電子制御燃料噴射式内燃機関のアイドル回転速度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は電子制御燃料噴射式内燃機関のアイドル回転速
度制御装置に関し、特に、所定のアイドル運転状態で空
燃比のフィードバック制御が停止（クランプ）されるよ
う構成された機関におけるアイドル回転速度のフィード
バック制御を改善する技術に関する。

〈従来の技術〉 空燃比フィードバック制御機能を有する電子制御燃料噴
射式内燃機関としては、従来、特開昭62−107251号公報
に示されるようなものがある。

即ち、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を排気系に設け、こ
の酸素センサの出力信号と目標空燃比（理論空燃比）相
当のスライスレベルとを比較することにより、実際の空
燃比が目標空燃比に対してリッチであるかリーンである
かを検出し、この検出結果に基づいて実際の空燃比を目
標空燃比に近づけるように燃料噴射量を補正するための
空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを設定するもので
ある。

ここで、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの値は、
比例積分（PI）制御により変化させ、安定した制御とな
るようにしている。これは、前記酸素センサの出力信号
と前記スライスレベルとを比較し、スライスレベルに対
して高低がある場合には、空燃比を急激に濃くしたり、
薄くしたりすることなく、空燃比が濃い（薄い）場合に
は始めに所定の比例分（Ｐ分）だけ空燃比フィードバッ
ク補正係数LAMBDAを下げて（上げて）、それから所定の
積分分（Ｉ分）ずつ徐々に下げて（上げて）いき、空燃
比を薄く（濃く）するように制御するものである。

但し、通常運転状態における目標空燃比よりもリッチ側
で機関を運転させたい始動時，高負荷運転時などやアイ
ドル運転状態などの空燃比フィードバック制御を行わな
い条件下では、前記空燃比フィードバック補正係数LAMB
DAをクランプするようにしている。特に、アイドル運転
状態で空燃比フィードバック補正係数LAMBDAをクランプ
するのは、補正係数LAMBDAの変化に伴う空燃比変動によ
ってサージが発生してアイドル回転速度の安定性が悪化
することを回避するためである。

一方、アイドル回転速度を安定させるために、前記空燃
比フィードバック制御とは独立して（空燃比フィードバ
ック制御を行う条件とは異なる条件の下で）、補助空気
量制御によるアイドル回転速度のフィードバック制御を
行うアイドル回転速度制御装置を備えるのが一般的であ
る。

これは、機関吸気系に介装されたスロットル弁をバイパ
スする補助空気通路に補助空気量を制御するアイドル制
御弁を設け、このアイドル制御弁の開度を実際のアイド
ル回転速度が目標回転速度に近づくようにフィードバッ
ク制御するものである。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記補助空気量制御によるアイドル回転速度
のフィードバック制御において、制御定数を大きく設定
すると制御の応答性がアップして速やかに目標回転速度
に制御することができるが、特に空燃比フィードバック
制御を行っていてアイドル安定性が悪いときに、前記制
御定数を大きく設定すると、回転速度のハンチングが大
きくなってしまう。このため、空燃比フィードバック制
御を行っている状態に対応すべく前記制御定数を比較的
小さく設定すると、今度は空燃比制御のクランプ時にア
イドル回転速度制御の応答性が犠牲になってアイドル回
転速度の変動を速やかに回避することができなくなって
しまうという問題があった。

即ち、空燃比フィードバック制御を行っているときは、
空燃比フィードバック制御を行っていないときに比べて
ハンチングが発生し易いために、ハンチングの発生を抑
止するためには回転速度のフィードバック制御における
制御定数を空燃比フィードバック制御時に対応させて比
較的小さく設定する必要があり、これによりハンチング
に対して余裕のある空燃比フィードバック制御の停止時
における回転速度制御の応答性を高めることができなか
ったものである。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、アイド
ル運転時における回転速度のハンチングを抑止しつつ、
回転速度を目標回転速度に近づける制御の応答性を高め
ることを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため本発明では、第１図に示すように、実際の空燃
比を目標空燃比に近づけるように燃料噴射量をフィード
バック制御する空燃比フィードバック制御手段と、機関
の所定アイドル運転状態において前記空燃比フィードバ
ック制御手段による燃料噴射量のフィードバック制御を
停止させる空燃比フィードバック制御停止手段と、を備
えた電子制御燃料噴射式内燃機関において、機関吸気系
に介装されたスロットル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を備える一方、実際
のアイドル回転速度を目標回転速度に近づけるように前
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、該アイドル回転速度制御手段
のフィードバック制御における制御定数を前記空燃比フ
ィードバック制御停止手段による燃料噴射量のフィード
バック制御停止時に他の運転状態に比較して増大設定す
る制御定数増大設定手段と、を備えてアイドル回転速度
制御装置を構成するようにした。

〈作用〉 かかる構成によると、空燃比フィードバック制御手段
は、実際の空燃比を目標空燃比に近づけるように燃料噴
射量を補正するが、所定のアイドル運転状態では、空燃
比フィードバック制御停止手段によりかかるフィードバ
ック制御が停止される。

一方、アイドル回転速度制御手段は、補助空気量を制御
するアイドル制御弁の開度を実際のアイドル回転速度が
目標回転速度に近づくようにフィードバック制御する。

ここで、アイドル回転速度制御手段のフィードバック制
御の制御定数は、前記空燃比フィードバック制御手段に
よる空燃比のフィードバック制御が空燃比フィードバッ
ク制御停止手段により停止されているときには、他の運
転状態即ち空燃比フィードバック制御が行われていると
きに比べて増大設定される。従って、空燃比フィードバ
ック制御が行われてアイドル安定性の悪いときには、制
御定数を比較的小さく設定してアイドル回転速度制御を
行うことによる回転速度のハンチングを抑止し、空燃比
フィードバック制御が行われていないアイドル安定性の
良いときには、制御定数を比較的大きく設定してもハン
チングが抑止されるので、回転速度制御の応答性を最大
限に確保することができるものである。

〈実施例〉 以下に本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図に本実施例のハードウェア構成を示してある。

機関１の吸気通路２に介装されたスロットル弁３をバイ
パスして設けられた補助空気通路８には、コントロール
ユニット６からの駆動パルス信号のデューティ比に応じ
て開度が制御されるアイドル制御弁９が設けられてお
り、このアイドル制御弁９によって補助空気通路８を通
過する補助空気量が制御されるようになっている。

一方、前記スロットル弁３上流側には電磁式の燃料噴射
弁７が設けられており、この燃料噴射弁７もコントロー
ルユニット６によって駆動制御されるように構成されて
いる。

前記コントロールユニット６はマイクロコンピュータを
内蔵しており、各種センサからの信号に基づいて燃料噴
射量Tiを設定し、この燃料噴射量Tiに応じて前記燃料噴
射弁７を駆動制御すると共に、機関１の所定アイドル運
転状態において機関回転速度Ｎを目標アイドル回転速度
Nsに制御すべく前記アイドル制御弁９の開度を調整す
る。

前記各種センサとしては、スロットル弁３の開度αを検
出するスロットル弁開度センサ４、機関排気通路11に設
けられて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10、クランク角センサ
等の回転速度センサ５、冷却水温度Twを検出する水温セ
ンサ12などが設けられている。

ここで、前記コントロールユニット６による燃料噴射制
御を第３図のフローチャートに従って説明する。

ステップ（図中では「Ｓ」としてあり、以下同様とす
る）１では、スロットル弁開度センサ４からの信号に基
づいて検出されるスロットル弁開度αと、回転速度セン
サ５からの信号に基づいて検出される機関回転速度Ｎと
を読込む。

ステップ２では、スロットル弁開度αと機関回転速度Ｎ
とに応じた吸入空気流量Ｑを予め実験等により求めて記
憶してあるROM上のマップを参照し実際のαとＮとに対
応する吸入空気流量Ｑを検索して求める。

ステップ３では、回転速度センサ５によって検出される
機関回転速度Ｎとステップ２で求めた吸入空気流量Ｑと
に基づいて単位回転当たりの吸入空気流量に相当する基
本燃料噴射量Tp（＝Ｋ×Q/N;Kは定数）を演算する。

ステップ４では、スロットル弁開度センサ４からの信号
に基づいて検出されるスロットル弁開度αの変化率等に
よる加減速補正分，水温センサ12からの信号に基づいて
検出される冷却水温度Twに応じた水温補正分などを含む
各種補正係数COEFを設定する。

ステップ５では、酸素センサ10からの信号に応じて比例
積分制御により別ルーチン（本実施例では詳細な説明は
省略する）で設定される空燃比フィードバック補正係数
LAMBDAを読込む。

空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの設定制御を簡単
に述べると、まず、酸素センサ10からの出力信号と目標
空燃比である理論空燃比相当のスライスレベルとを比較
することにより、実際の空燃比が理論空燃比よりもリッ
チであるかリーンであるかを判定し、実際の空燃比がリ
ーン（リッチ）であるときには所定の積分分（Ｉ分）だ
け前回値に対して加算（減算）して、徐々に空燃比フィ
ードバック補正係数LAMBDAを増大（減少）させることに
より、実際の空燃比を目標空燃比に近づけるようにす
る。尚、実際の空燃比がリッチからリーン若しくはリー
ンからリッチに反転したときには、制御の応答性確保の
ために所定の比例分（Ｐ分）だけ増減して空燃比フィー
ドバック補正係数LAMBDAを設定する。即ち、本実施例に
おいてコントロールユニット６は、空燃比フィードバッ
ク制御手段を兼ねる。

一方、ステップ６では、バッテリの電圧に基づいて電圧
補正分Tsを設定する。これはバッテリ電圧の変動による
燃料噴射弁７の噴射量（有効開弁時間）の変化を補正す
るためのものである。

そして、ステップ７では、燃料噴射量Tiを次式に従って
演算する。

Ti＝Tp×COEF×LAMBDA＋Ts ステップ８では、ステップ７で演算された燃料噴射量Ti
を出力用レジスタにセットする。これにより、予め定め
られた機関回転同期の燃料噴射タイミングになると、Ti
のパルス巾をもつ駆動パルス信号が燃料噴射弁７に与え
られて、燃料噴射が行われる。

尚、前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAによる空
燃比フィードバック制御をアイドル運転時にも行うと、
補正係数LAMBDAの比例積分制御による周期的な変動に伴
って空燃比が周期的に変化して、機関出力のサージ現象
が発生するため、コントロールユニット６は機関アイド
ル運転状態における所定条件成立時に前記空燃比フィー
ドバック補正係数LAMBDAを一定値にクランプする。

即ち、スロットル弁開度センサ４によってスロットル弁
３の全閉状態（アイドル位置）が検出されると、コント
ロールユニット６はそのときの空燃比フィードバック補
正係数LAMBDAの値が基準値を含む所定範囲（例えば基準
値±12％）内にあるか否かを判定し、LAMBDAが所定範囲
内に含まれる値であるときには、基準値（若しくは基準
値よりも僅かにリッチサイドの値）に空燃比フィードバ
ック補正係数LAMBDAをクランプするものである。また、
冷却水温度Twが低い冷機時にはその他の条件が揃ってい
ても空燃比フィードバック補正係数LAMBDAはクランプさ
れる。従って、本実施例においてコントロールユニット
６は空燃比フィードバック制御停止手段を兼ねる。

次に、第４図のフローチャートに従ってコントロールユ
ニット６によるアイドル制御弁９の開度制御、即ち、ア
イドル回転速度制御を説明する。

尚、アイドル制御弁９は、開弁用コイルと閉弁用コイル
とを備えており、これらのコイルに対して相互に反転し
た状態の駆動パルス信号を送ることにより、前記駆動パ
ルス信号のデューティ比（開弁用コイルのON時間割合）
に応じて開度に制御されるようになっており、第４図の
フローチャートに示すルーチンでは、このデューティ比
を決定する制御値ISCdyを設定する。

ステップ（図中では「Ｓ」としてあり、以下同様とす
る）11では、水温センサ12によって検出される冷却水温
度Twから基本制御値ISCtwを設定する。尚、この設定
は、予めコントロールユニット６内のROMに冷却水温度T
wをパラメータとする基本制御値ISCtwのマップを記憶さ
せておき、そのマップから実際の冷却水温度Twに基づい
て検索することにより行っても良いし、或いは、演算に
より行っても良い。

ステップ12では、減速時においてマニホールド負圧が高
くなるのを防止するための減速時補正や発進時のエンス
トを防止するための加速補正等を含む各種補正量ISCet
を設定する。

ステップ13では、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、ス
ロットル弁３が全閉状態（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、スロッ
トル弁３が全閉状態でかつ車速が所定値以下のときに、
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
して、次のステップ14へ進む。

ステップ14では、空燃比フィードバック補正係数LAMBDA
をクランプする条件が成立しているか否かを判定する。
上記クランプ条件とは、前述のようにスロットル弁３の
全閉時の空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの値が基
準値を含む所定範囲内にあるとき、又は、冷却水温度Tw
が所定値以下であるときである。

ステップ14で空燃比フィードバック補正係数LAMBDAのク
ランプ条件が成立していないと判断されたときには、ス
テップ16へ進んでアイドル回転速度を目標回転速度に制
御するフィードバック補正量ISCfdを積分制御するため
の積分定数Ｉ（制御定数）を通常値I_norに設定し、空燃
比フィードバック補正係数LAMBDAのクランプ条件が成立
していると判定されたときには、ステップ15へ進んで前
記通常値I_norに所定の補正係数ｋを乗算して増大補正し
て積分定数Ｉを設定する。このステップ15の部分が制御
定数増大設定手段に相当する。

即ち、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAがクランプ
されているときには、クランプされていないときに比べ
て積分定数Ｉを増大させることにより、フィードバック
補正量ISCfdの変化割合を大きくし、アイドル回転速度
制御の応答性を高めるようにしたものであり、空燃比を
フィードバック制御していてアイドル安定性の悪いとき
には前記積分定数Ｉを大きく設定するとハンチングが発
生するために、クランプ時よりも小さい積分定数Ｉを用
いてフィードバック補正量ISCfdを設定させるようにし
た。これにより、空燃比フィードバック制御が行われて
いるときには、ハンチング発生を抑止しつつアイドル回
転速度制御を行ってアイドル安定性を確保し、空燃比フ
ィードバック制御がクランプ（停止）されているときに
は最も効率の良い回転速度制御を行わせることができる
ものである。

上記のようにしてフィードバック補正量ISCfdの積分制
御における制御定数（積分定数Ｉ）が設定されると、次
のステップ17では、水温センサ12によって検出される冷
却水温度Twに基づいて目標回転速度Nsをマップからの検
索或いは演算により設定する。

そして、次のステップ18では、ステップ17で設定した目
標回転速度Nsと、回転速度センサ５によって検出される
実際の回転速度Ｎ（実回転速度Ｎ）とを比較して、目標
回転速度Nsに対する実回転速度Ｎの大小関係を判定す
る。

ここで、実回転速度Ｎが目標回転速度Nsよりも遅いとき
にはステップ19へ進んでフィードバック補正量ISCfdを
前回値に対して積分定数Ｉ分だけ増大させ（アイドル制
御弁９の開度を所定量だけ増大させ）、一方、実回転速
度Ｎが目標回転速度Nsよりも速いときにはステップ20へ
進んでフィードバック補正量ISCfdを前回値に対して積
分定数Ｉ分だけ減少させる（アイドル制御弁９の開度を
所定量だけ減少させる）。このときに用いられる積分定
数Ｉは、前述のように空燃比フィードバック制御のクラ
ンプ時には、クランプされていないときに比べて増大補
正されるため、かかる増大補正時には大きなステップで
フィードバック補正量ISCfdを増減させることになる。

また、実回転速度Ｎと目標回転速度Nsとが略同一である
と判定されたときには、フィードバック補正量ISCfdを
前回値のままとする。上記ステップ18〜20の部分がアイ
ドル回転速度制御手段に相当する。

ステップ21では、制御値ISCdyを次式に従って演算す
る。

ISCdy＝ISCtw＋ISCet＋ISCfd このようにして設定された制御値ISCdyは次のステップ2
2で出力され、前記制御値ISCdyに応じたデューティ比の
駆動パルス信号が互いに反転された状態でアイドル制御
弁９の開弁用コイルと閉弁用コイルとに与えられ、アイ
ドル制御弁９の開度が前記制御値ISCdyに応じて調整さ
れる。

尚、本実施例では、アイドル回転速度のフィードバック
制御を積分制御によって行うものについて述べたが、比
例積分制御の場合でも同様にして制御定数（積分定数及
び比例定数）を増大することにより、本実施例と同様な
効果が得られることは明らかである。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によると、空燃比フィード
バック制御の停止時には、アイドル回転速度のフィード
バック制御における制御定数を増大設定するよう構成し
たので、空燃比フィードバック制御時における回転速度
のハンチングを抑止しつつ、空燃比フィードバック制御
の停止時においてはアイドル回転速度制御の応答性を高
めることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示すシステム図、第３図は同上実施
例における燃料噴射量制御を示すフローチャート、第４
図は同上実施例におけるアイドル回転速度制御を示すフ
ローチャートである。 １……機関、２……吸気通路、３……スロットル弁、４
……スロットル弁開度センサ、５……回転速度センサ、
６……コントロールユニット、７……燃料噴射弁、８…
…補助空気通路、９……アイドル制御弁、10……酸素セ
ンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実際の空燃比を目標空燃比に近づけるよう
   に燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィード
   バック制御手段と、機関の所定アイドル運転状態におい
   て前記空燃比フィードバック制御手段による燃料噴射量
   のフィードバック制御を停止させる空燃比フィードバッ
   ク制御停止手段と、を備えた電子制御燃料噴射式内燃機
   関において、機関吸気系に介装されたスロットル弁をバ
   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
   御弁を備える一方、実際のアイドル回転速度を目標回転
   速度に近づけ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、該ア
   イドル回転速度制御手段のフィードバック制御における
   制御定数を前記空燃比フィードバック制御停止手段によ
   る燃料噴射量のフィードバック制御停止時に他の運転状
   態に比較して増大設定する制御定数増大設定手段と、を
   備えてなる電子制御燃料噴射式内燃機関のアイドル回転
   速度制御装置。