JPH09228877A - 内燃機関のアイドル回転速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転落ちや吹け上がりを起こすことなく目標
回転速度に収束す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。 【解決手段】 変更前の第１の目標回転速度から、新た
な第１の目標回転速度に近づけるように第２の目標回転
速度を生成して、その第２の目標回転速度に収束するよ
うに供給空気量、点火時期、燃料噴射量を調整するの
で、第１の目標回転速度が変化しても第２の目標回転速
度は徐々に変化し、積分制御において、過度に制御量を
ため込むあるいは放出することを防止することができ
る。また、それによって、エンジン回転速度が、新たな
第１の目標回転速度へ到達した後に、更に、落ち込んだ
り、吹け上がったりすることも防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、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】 従来の内燃機関のアイドル回転速度制
御装置としては、例えば、特開昭５７−８３６６５号公
報等に開示されるように、機関の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を設けると共
に、この補助空気通路に補助空気弁を設け、実際の回転
速度が目標回転速度に近づくように補助空気弁開度なら
びに点火時期を設定することで、実回転速度を目標回転
速度にフィードバックする制御装置が公知である。

【０００３】また、運転条件の変化に応じて目標回転速
度を変更すると共に、その目標回転速度の変化を生じさ
せるのに必要な空気量をフィードフォワード的に与える
アイドル回転速度制御装置も公知である。

【０００４】例えば、エアコンなどの補機負荷を投入す
る際に、目標回転速度を変更すると共に、負荷相当分お
よび目標回転速度変更分を合わせ、供給空気量をフィー
ドフォワード的に増加補正するシステムなどが知られて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、この
ような従来の内燃機関のアイドル回転速度制御装置にあ
っては、図８に示される通り、目標回転速度を変更する
と共に、変更された目標回転速度で定常的に釣り合うだ
けの供給空気量を増減補正する場合に、供給空気量を増
減補正しても、コレクタを含む吸気系には、遅れ要素を
持っているなどのため、エンジン回転速度が目標回転速
度に収束するには時問がかかる。そのため、この間、目
標回転速度とエンジン回転速度との偏差が残る。その間
に特に積分的作用をするフィードバック制御を同時に行
なっていると、その偏差に応じて供給空気量を更に増減
させるため、フィードバック制御と前記フィードフォワ
ード制御とに干渉が生じてしまう。そのため、エンジン
回転速度が目標回転速度に到達した後に、積分型フィー
ドバック制御による増量された空気量により、定常的に
釣り合うはずの空気量を上回る空気量が供給されること
になり、回転速度がオーバーシュートし、更に大きく回
転落ちや吹け上がりを起こすという問題点があった。

【０００６】また、これを防ぐ為にフィードバック制御
のゲインを小さくすることは、そもそも制御性能の劣化
を招き、アイドル回転速度制御の本質的目的から外れる
こととなる。

【０００７】本発明は、このような従来の実状に鑑みな
されたもので、目標回転速度を変更する場合に、これに
応じフィードフォワード的に変更された目標回転速度で
定常的に釣り合うだけの供給空気量を増減補正すると共
に、変更前の目標回転速度と変更後の目標回転速度とを
滑らかに結んだ第２の目標回転速度を生成して、その第
２の目標回転速度に収束するように供給空気量と点火時
期あるいは燃料噴射量を調整することにより、フィード
フォワード制御による供給空気量により生じる回転速度
変化と、前記フィードバックの目標となる第２の目標回
転速度の間の偏差を小さくすることにより、フィードバ
ック制御とフィードフォワード制御とが干渉を低減し
て、エンジン回転速度が目標回転速度に到達した後に、
更に回転落ちや吹け上がりを起こすことなく目標回転速
度に収束する内燃機関のアイドル回転速度制御装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】 このため、本発明は、
請求項１記載の内燃機関のアイドル回転速度制御装置で
は、内燃機関の回転速度が目標回転速度に収束するよう
に、上記目標回転速度と実回転速度との偏差に応じて内
燃機関の供給空気量と点火時期あるいは燃料噴射量の調
整を行なうアイドル回転速度制御装置において、所定の
目標回転速度を設定する第１の目標回転速度設定手段
と、第１の目標回転速度が変更された場合に、その変更
量に応じてこの回転速度差を発生させるに相当する補正
すべき供給空気量を演算する回転速度補正空気量演算手
段と、回転速度補正空気量演算手段でもとめられた補正
量に応じ供給空気量を増減補正する供給空気量増減手段
とを持ち、変更前と変更後の第１の目標回転速度を所定
の特性により連続的につなぎ、第２の目標回転速度とし
て生成する第２の目標回転速度生成手段を持ち、上記ア
イドル回転速度制御装置は、上記第２の目標回転速度生
成手段により生成された第２の目標回転速度に収束する
ように内燃機関の供給空気量と点火時期あるいは燃料噴
射量の調整を行なう構成とした。

【０００９】請求項２記載の内燃機関のアイドル回転速
度制御装置では、第２の目標回転速度生成手段は、変更
前の第１の目標回転速度から、一次遅れあるいは二次遅
れで変更後の第１の目標回転速度に近づけるように第２
の目標回転速度を生成するという構成とした。

【００１０】また、請求項３記載の内燃機関のアイドル
回転速度制御装置では、請求項２記載の一次あるいは二
次遅れは、前記補正空気量の投入により変化すると予想
される、エンジン回転速度の応答波形の時定数を持つ一
次あるいは二次遅れであるという構成とした。

【００１１】また、請求項４記載の内燃機関のアイドル
回転速度制御装置では、請求項１〜３記載の第１の目標
回転速度設定手段は、第１の目標回転速度を変更する時
に、その変化率に制限を加える変化率制限手段を持ち、
上記変化率制限手段の制限に基づき徐々に第１の目標回
転速度を、所望の目標回転速度に近づけていくという構
成とした。

【００１２】また、請求項５記載の内燃機関のアイドル
回転速度制御装置では、前記変化率の制限は、前記一次
あるいは二次遅れの時定数または補助空気弁の特性のう
ち少なくとも一方に基づき設定される構成とした。

【００１３】また、請求項６記載の内燃機関のアイドル
回転速度制御装置では、請求項４記載の変化率制限手段
は、自動変速機がＤレンジからＮレンジあるいはＮレン
ジからＤレンジへと変更されたときには、変化率の制限
値を大きいものに変更するという構成とした。

【００１４】

【作用】 請求項１においては、第１の目標回転速度を
変更すると共に、新たな第１の目標回転速度での補機負
荷相当の供給空気量を増減補正する場合、変更前の第１
の目標回転速度から、新たな第１の目標回転速度に近づ
けるように第２の目標回転速度を生成して、その第２の
目標回転速度に収束するように供給空気量、点火時期あ
るいは燃料噴射量を調整するので、第１の目標回転速度
が変化しても第２の目標回転速度は徐々に変化するの
で、積分制御において、過度に制御量をため込むあるい
は放出することを防止することができる。また、それに
よって、エンジン回転速度が、新たな第１の目標回転速
度へ到達した後に、更に、落ち込んだり、吹け上がった
りすることも防ぐことができる。

【００１５】請求項２においては、第２の回転速度は第
１の目標回転速度に対し、一次あるいは二次遅れで生成
し、吸気系の遅れおよび発生トルクから回転速度上昇ま
での遅れを模擬することにより、より実回転速度と目標
回転速度との偏差が小さくなる。上記遅れは、ほば二次
遅れで近似でき、更にこれを一次遅れで近似してもほほ
同様の効果が得られ、一次あるいは二次遅れを使用す
る。

【００１６】請求項３において、一次あるいは二次遅れ
の時定数を、回転速度変更に要する供給空気量補正によ
り供給空気量をステップ状に変化させたときのエンジン
回転速度の応答波形の時定数とすることにより、エンジ
ン回転速度の変化と第２の目標回転速度の変化がほほ一
致するため、実回転速度と目標回転速度との偏差が小さ
くなる。そのため、フィードバック制御による不要な制
御量のため込みや放出を防止することができる。

【００１７】請求項４においては、第１の目標回転速度
を変更する際に、その変更の変化率に制限を加えること
により、第１の目標回転速度を徐々に変化させていくた
め、ローパス特性を持つことになる。そのため、エンジ
ン負荷状態が変化した場合でも、大きくエンジン回転速
度が変化することを防ぐことができる。

【００１８】請求項５においては、変化率制限を設定す
るときに、その値を大きくしてしまうと、エンジン回転
速度の応答速度以上になってしまい、第２の目標回転速
度から大きく外れてしまう可能性がある。そうなると、
実回転速度と目標回転速度との偏差は大きくなってしま
うため、フィードバック制御による、不要な制御量のた
め込みや放出を招く結果となってしまう。逆に、小さす
ぎると、そもそもの要求回転速度に到達するまでの時間
が長くかかることになり、回転を変更したいという要求
が満たされるまでの時間がかかり過ぎることになる。ま
た、余りにも変化率を小さくしてしまうと、補助空気弁
の分解能が荒いときには、実現不可能な目標回転速度が
与えられる場合がでてくるため、逆に目標回転速度への
収束性が悪化する可能性がある。そこで、供給空気量か
らエンジン回転速度への応答に基づく時定数から、変化
率制限をきめることにより、実回転速度が第２の目標回
転速度から大きく外れてしまうことを防ぐことができ
る。

【００１９】請求項６においては、通常Ｎレンジの方が
Ｄレンジより第１の目標回転速度を高く設定されている
ことが多い。これは、Ｄレンジでの運転のしやすさ（運
転性）を考慮してのことである。この場合、Ｄレンジで
は、トルクコンバータの負荷などにより、通常Ｎレンジ
よりも供給空気量も多く、外乱に対しては強い特性を持
っている。従い、この場合は、運転性の要求の優先度を
上げても差しつかえなく、変化率の制限を大きくし、目
標回転速度への収束を早めることを優先する。

【００２０】

【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。本願の構成を図１に示す。図２
に本願を具体的に実現するための構成の一実施の形態を
示す。１は、ホットワイヤ式空気流量センサであり吸気
管への供給空気量を計測する。２は、スロットル弁をバ
イバスしてエンジンに空気を供給するバイパス路であ
り、３の補助空気弁によって供給空気量が調整される。
４は、スロットル弁であり、図示しないアクセルペダル
に連動して開閉する。５はインテークマニフォールド、
６は吸気管、７は排気管、８はシリンダブロツク、９は
シリンダヘッド、１０は燃焼室、１１はピストン、１２
はコンロッドである。１３、１４はそれぞれ吸気弁と排
気弁であり、図示しないクランク軸の回転と同期して開
閉される。１５はインジェクタであり、ＥＣＵから指令
される量の燃料を噴射する。１６は点火プラグであり、
ＥＣＵから指令されるタイミングで燃焼室内の燃料に点
火する。１７はＯ₂ センサであり、排気ガス中の酸素の
有無を検出する。１９は、水温センサであり、エンジン
冷却水の水温を検出する。２０は、エンジンコントロー
ルユニット（ＥＣＵ）であり、時間計測・演算処理・記
憶・アクチュエータへの指示を行なう。

【００２１】始めに、本願で用いるセンサやアクチュエ
ータについて説明する。内燃機関の回転速度は、一般に
知られているカム型クランク角センサから発せられる基
準信号をもとにＥＣＵ内で計測する。スロットル開度セ
ンサは、ポテンショメータ式であり、アクセルペダルの
踏み込み量に応じた信号を出力する。該信号はＥＣＵに
入力される。補助空気弁は、ステップモータによって駆
動され、その開度はＥＣＵからの指令値により調整され
るようになっている。点火プラグは、ＥＣＵからの指令
点火時期で燃料に点火を行なう。インジェクタは、ＥＣ
Ｕからの指令量の燃料をエンジンに供給する。ＥＣＵで
は、エンジン回転速度計測・目標回転速度算出・アイド
ル判定・補助空気弁開度・点火時期の算出等を１０ｍｓ
ｅｃ毎に行なう。

【００２２】エンジン回転速度ＮＥ〔ｒｐｍ〕は、カム
軸型クランク角センサが一燃焼毎（４気筒ならばクラン
ク角１８０゜毎、６気筒ならば１２０゜毎）に発する基
準信号の出力間隔計測値ＴＲＥＦ（ｓ）により算出す
る。下式は４気筒の場合である。 ＮＥ＝３０／ＴＲＥＦ 目標回転速度は、内燃機関の運転状況に応じて設定す
る。例えばトランスミッションの状態とエアコンスイッ
チの状態により以下のように設定する。

【表１】 フィードバック判定手段は、車速・エンジン回転速度・
アクセル開度等の状況に応じて判定される。アイドル判
定の手法に関しては、数々の事例が既存する。例えば、
下記（ａ）、（ｂ）の条件を共に満足する状態が
（ａ）、（ｂ）の条件が共に成立したときのエンジン回
転速度によって定まるディレイ以上継続したらフィード
バック判定をオンとする。フィードバック判定がオンの
時はアイドル回転速度制御を行ない、オフの時にはアイ
ドル回転速度制御を行なわない。 （ａ）アクセル開度が全閉 （ｂ）ニュートラル状態であるか、車速が０ アイドル回転速度制御の一例として、フィードバック判
定がオンの時には、点火時期は、目標回転速度と実回転
速度との偏差に応じて、比例（Ｐ）制御を行なう。基本
点火時期は、水温・エンジン回転速度・アイドル判定等
の状況に応じて定められる。例えば、アイドル時でニュ
ートラル状態の時は、１５［ｄｅｇＢＴＤＣ］とし、ア
イドル時でニュートラル状態でない時は、１０［ｄｅｇ
ＢＴＤＣ］とする。

【００２３】また、供給空気量は、上記目標回転速度と
実回転速度との偏差に対して、例えば積分（Ｉ）制御を
行なう。さらに本願に特徴的な制御に関しては、請求項
２を適用したもの（以下、実施の形態１と呼ぶ）と請求
項４を適用したもの（以下、実施の形態２と呼ぶ）と請
求項６を適用したもの（以下、実施の形態３と呼ぶ）を
順次説明する。

【００２４】以下、第２の目標回転速度生成手段のＥＣ
Ｕ内での手続きを図３に示すフローチャートを基に説明
する。ここでは、第１の目標回転速度に対し、一次遅れ
で第２の目標回転速度を生成する方法を述べる。

【００２５】始めに、フローチャート内のＮＥＳＥＴ
は、第１の目標回転速度である。ＮＥＴＡＲＧＥＴは、
第２の目標回転速度である。ＣＮＱは、第２の目標回転
速度生成の一次遅れフィルターの係数であり、請求項３
により設定される。それぞれの変数名の後に（ｏ１ｄ）
が付いているものは、前回の演算値という意味である。
Ｓ１０１では、第１の目標回転速度ＮＥＳＥＴを読み込
む。Ｓ１０２では、前回の第２の目標回転速度ＮＥＴＡ
ＲＧＥＴ（ｏ１ｄ）を読み込む。Ｓ１０３では、一次遅
れフィルター係数ＣＮＱを読み込む。Ｓ１０４では、以
下の式により新たなＮＥＴＡＲＧＥＴを算出する。 NETAEGET=CNQ×NETAEGET（old ）＋（l-CNQ ）×NESET これにより、ＮＥＳＥＴが変更されたときには、一次遅
れで変更された後のＮＥＳＥＴに近づいていく。

【００２６】始めに、実施の形態１を実施したとき、Ｎ
レンジでエアコン負荷を投入した場合の作用を説明す
る。エアコンを投入するときには、まず第１の目標回転
速度を６５０ｒｐｍから７５０ｒｐｍに変更すると共
に、定常的に、エンジン回転速度が７５０ｒｐｍで、エ
アコン負荷と釣り合うだけの空気量を増量補正する。ま
た、本願の主要な目的である回転速度上昇の為に、回転
速度が６５０ｒｐｍから７５０ｒｐｍに上昇するのに必
要な空気量も増量補正する。ここで、定常的に負荷と釣
り合い、かつ回転上昇に必要な空気量を補正するので、
いずれ第１の目標回転速度に収束する。その時のエンジ
ン回転速度の軌跡を一次遅れで近似される軌道により、
変更された目標回転速度である第１の目標回転速度（７
５０ｒｐｍ）に収束するので、その時定数からＣＮＱを
設定することにより、図５に示すように、第２の目標回
転速度と実際の回転速度の軌道は大きくずれることがな
い。このため、外乱に対するためにフィードバック制御
を実行していても図８に示されるような問題は生じず、
エンジン回転速度は第１の目標回転速度に収束する。

【００２７】次に、実施の形態２を実施したとき、Ｎレ
ンジでエアコン負荷を投入した場合の作用を説明する。
図４（ａ）に示される通り、エアコンを投入するときに
は、まず第１の目標回転速度を６５０ｒｐｍから７５０
ｒｐｍに変更するが、その変更速度を１ｓｅｃ毎に１
２．５ｒｐｍづつ変更するように制限する。また、この
制限された第１の目標回転速度に対し、定常的にエンジ
ン回転速度が達するような空気量と、エアコン負荷と釣
り合うだけの空気量を増量補正する。いちどエンジン回
転速度を１２．５ｒｐｍ毎に収束させているので、第２
の目標回転速度との偏差が、実施の形態１より更に小さ
くなるので、より安定にエンジン回転速度を第１の目標
回転速度に収束する。その様子を図６に示す。

【００２８】次に、実施の形態３を実施したとき、Ｎレ
ンジからＤレンジに切り換えた場合の作用を説明する。
Ｎレンジでの第１の目標回転速度は６５０ｒｐｍである
が、Ｄレンジでの第１の目標回転速度は６００ｒｐｍで
ある。このように、燃費向上・クリープ力低減のため一
般的にＤレンジの方が低く設定されている。そこで、Ｎ
レンジからＤレンジに入れたときに第１の目標回転速度
が高いままだと、クリープ力が強くなるため、運転性を
優先し、変化率制限を大きくする。例えば、図４（ｂ）
に示すように０．２５ｓｅｃ毎に１２．５ｒｐｍづつ変
更するように制限を変更し、すばやく第１の目標回転速
度を変更するようにしている。これにより、エンジン回
転速度は第１の目標回転速度に収束しつつ、運転性も確
保される。その様子を図７に示す。

【００２９】以上、本発明の実施の形態を図面により詳
述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られ
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲におけ
る設計の変更等があっても、本発明に含まれる。例えば
時定数を定める際、事前に実験的に定めても良いし、Ｅ
ＣＵ内にモデルを持ち、動作状態、例えばエンジン冷却
水温度や付加に基づき定めるものとしても良い。

【００３０】

【発明の効果】 以上説明してきたように、この発明に
よれば、請求項１において、第１の目標回転速度が変更
されても、エンジン回転速度を第２の目標回転速度に収
束させるように供給空気量、点火時期あるいは燃料噴射
量をそれぞれあるいは複合的に調整を行なうことによ
り、第１の目標回転速度への収束性の良いアイドル回転
速度制御装置を提供できるようになった。請求項２、３
において、第２の目標回転速度を一次あるいは二次遅れ
で、変更前の第１の目標回転速度から変更後の第１の目
標回転速度に近づけるように生成することにより、エン
ジンの特性にあった第２の目標回転速度の生成ができる
ようになり、第１の目標回転速度への収束性の良いアイ
ドル回転速度制御装置を提供できるようになった。請求
項４、５において、第１の目標回転速度を変更する時
に、その変化率に制限を加えることで、ローパス特性を
持つことになるので、目標回転速度を変更している途中
に負荷変動が起こっても、急激な回転速度変動を起こす
ことがなくなり、負荷変動に強いアイドル回転速度制御
装置を提供することができるようになった。請求項６に
おいて、ＮレンジからＤレンジへ切り換えたときには、
素早く第１の目標回転速度をＤレンジの目標回転速度ま
で低下させることができるので、Ｄレンジに入れた瞬間
での発進に際しても良好な運転性を実現するアイドル回
転速度制御装置を提供することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成図である。

【図２】 本発明を適用する一実施の形態を示す図であ
る。

【図３】 第２の目標回転速度生成手段のＥＣＵ内での
制御のフローチャートである。

【図４】 （ａ）は、実施の形態２において、変化率制
限を加えたときの第１の目標回転速度の変化の様子を示
す図、（ｂ）は、実施の形態３において、変化率制限を
加えたときの第１の目標回転速度の変化の様子を示す図
である。

【図５】 実施の形態１の効果を表わした図である。

【図６】 実施の形態２の効果を表わした図である。

【図７】 実施の形態３の効果を表わした図である。

【図８】 従来制御によるフィードフォワード制御とフ
ィードバック制御との干渉によるエンジン回転速度の吹
け上がりを表した図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の所定の回転速度を設定する第
   １の目標回転速度設定手段と、この所定の第１の目標回
   転速度に収束するように、上記第１の目標回転速度と実
   回転速度との偏差に応じて、内燃機関の供給空気量、点
   火時期あるいは燃料噴射量をそれぞれあるいは複合的に
   調整を行なうアイドル回転速度制御装置において、 前記第１の目標回転速度が変更された場合に、その目標
   回転速度の変更量に応じ、これに回転速度差を発生させ
   るに相当する補正すべき供給空気量を演算する回転速度
   補正空気量演算手段と、 回転速度補正空気量演算手段でもとめられた補正量に応
   じ供給空気量を増減補正する供給空気量増減手段とを持
   ち、 変更前と変更後の第１の目標回転速度を所定の特性によ
   り連続的につなぎ、第２の目標回転速度として生成する
   第２の目標回転速度生成手段を持ち、 上記アイドル回転速度制御装置は、上記第２の目標回転
   速度生成手段により生成された第２の目標回転速度に収
   束するように供給空気量、点火時期あるいは燃料噴射量
   をそれぞれあるいは複合的に調整を行なうことを特徴と
   する内燃機関のアイドル回転速度制御装置。
2. 【請求項２】 第２の目標回転速度生成手段は、変更前
   の第１の目標回転速度から、一次あるいは二次遅れで変
   更後の第１の目標回転速度に近づけるように第２の目標
   回転速度を生成することを特徴とする請求項１記載の内
   燃機関のアイドル回転速度制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の一次あるいは二次遅れ
   は、前記補正空気量の投入により変化すると予想され
   る、エンジン回転速度の応答波形の時定数を持つ一次あ
   るいは二次遅れであることを特徴とする請求項２記載の
   内燃機関のアイドル回転速度制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の第１の目標回転速度設定
   手段は、第１の目標回転速度を変更する時に、その変化
   率に制限を加える変化率制限手段を持ち、上記変化率制
   限手段の制限に基づき徐々に第１の目標回転速度を、所
   望の目標回転速度に近づけていくことを特徴とする請求
   項１から３記載の内燃機関のアイドル回転速度制御装
   置。
5. 【請求項５】 上記変化率制限手段による制限は、前記
   一次あるいは二次遅れの時定数または補助空気弁の特性
   のうち少なくとも一方に基づき設定されることを特徴と
   する請求項４記載の内燃機関のアイドル回転速度制御装
   置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の変化率制限手段は、自動
   変速機がＤレンジからＮレンジあるいはＮレンジからＤ
   レンジへと変更されたときには、変化率の制限値を大き
   いものに変更することを特徴とする請求項４記載の内燃
   機関のアイドル回転速度制御装置。