JPH09287501A - アイドル制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 補機運転時に発生するエンジン回転数の変動
を抑制する。 【解決手段】 エンジンにかかる負荷量を推定し、その
推定負荷量に見合うトルクをエンジンで発生させる為に
必要なアクチュエータ操作量をエンジンモデルから算出
し、アクチュエータを操作する。加えて、ムダ時間を算
出してアクチュエータ動作遅れ補償し、常時負荷とエン
ジン発生トルクを釣り合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スロットル弁など
のアクチュエータを用いてエンジンの吸入空気量を制御
することにより、エンジンの回転数を制御するアイドル
制御方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車に対する燃費向上、運転快
適性向上などの要求に応えるべく、自動車のエンジン、
パワートレイン系についての様々な電子制御システムの
開発が行われてきている。

【０００３】燃費の向上の方策の一つにアイドル回転数
の低減が挙げられる。都市部における渋滞時などでは多
くの燃料がアイドル運転で消費されており、アイドル回
転数低減による燃費向上の効果は大きい。しかしなが
ら、アイドル回転数を低くするに従いアイドル運転状態
の安定性が劣化するため、より高性能なアイドル回転数
制御の技術が必要になって来ている。

【０００４】一方、近年、車載の電気機器や補助器具が
増加しており、エンジンに対する外乱負荷が増大、複雑
化している。外乱負荷に起因するエンジン回転数の変動
は、ときとして不快な車体振動の原因になる。さらに、
オートマティック車において回転数の変動は、トルクコ
ンバータを通して車軸に伝わる駆動力の変動を誘発し、
運転快適性を損なう。この回転数の変動を減少させるた
めにもアイドル回転数制御の高性能化が必要になってい
る。

【０００５】ところで、「エンジンが始動している状態
で、かつアクセルを踏み込んでいない状態」であるアイ
ドル状態の回転数制御の目的は、指定された目標値（例
えば、７００ｒｐｍ前後）にエンジン回転数を常時一致
させることである。

【０００６】従来、アイドル回転数制御方法としては、
エンジン回転数を制御量として、その目標値との偏差を
解消するようにスロットル弁を操作するフィードバック
制御方法と、外乱負荷であるエアコン等の使用の開始時
には、スロットル弁開度をステップ状に増加させるフィ
ードフォワード制御方法とを併用した制御方法が用いら
れている。

【０００７】このようなフィードバック制御とフィード
フォワード制御とを併用した制御方法にあっては、フィ
ードバック制御によって主に定常時の回転数のずれを補
償し、さらにフィードバック制御によって補償できない
大きな負荷についてはフィードフォワード制御によって
回転数の落ち込みを抑制するようにしている。

【０００８】このようなフィードバック制御とフィード
フォワード制御とを併用した制御方法については、例え
ば特開平６−２５７４９２号公報に開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンに
おいては、吸入空気量を可変するアクチュエータ部分を
流れる空気量の変化がエンジン発生トルクの変化に反映
されるまでに大きなムダ時間を含む時間遅れが存在す
る。

【００１０】しかし、従来のアイドル制御方法にあって
は、ムダ時間を含む時間遅れ要素を考慮せずにフィード
バック制御を行っているため、負荷変化時の回転数変動
を完全には取り除くことはできない。また、ステップ状
にアクチュエータを操作する、すなわちアクチュエータ
の現在の操作量に固定的な所定値を加算するフィードフ
ォワード制御を併用したとしても、上記と同様の時間遅
れに起因し、瞬時には負荷変化量に見合うエンジントル
クを発生させることができず、負荷に見合うだけのトル
クが発生するまでの間、回転数の変動は避けられないと
いう問題がある。

【００１１】ここで、フィードフォワード制御での操作
量を大きくとり、ステップ幅（アクチュエータの現在の
操作量に固定的に加算する所定値）を大きくすること
で、負荷投入初期の発生トルクを大きくし、回転数の落
ち込みを少なくすることも可能であるが、その後エンジ
ンが過度の空気を吸入することになりエンジン発生トル
クが過剰となって、過補償による回転数のオーバーシュ
ートが発生するという新たな問題が生じてしまう。

【００１２】一方、エアコン等の負荷投入時あるいは終
了時の過渡的状態では、定常状態と異なる量の負荷が発
生することがある。

【００１３】しかし、従来のアイドル制御方法にあって
は、過渡的状態の負荷を補償する制御は行っていない。
このため、負荷投入直後のエンジン回転数は負荷がステ
ップ状に変化する場合よりもさらに大きく落ち込むとい
う問題がある。

【００１４】さらに、コスト的な事情から、負荷量の異
なる複数の補機（発電機、エアコンなどのエンジンに取
り付けられている補助器具）の運転スイッチ信号が１つ
にまとめられてコントロールユニットに入力されている
ことがある。すなわち、複数の補機の運転スイッチ信号
をそのままコントロールユニットに入力するようにした
場合、コントロールユニットに至る配線本数が増加し、
コストアップの原因となる。そこで、コントロールユニ
ットには２つ以上の補機の運転スイッチ信号を１組に
し、その論理和信号を入力することにより、コントロー
ルユニットに至る配線本数を減らす工夫が行われてい
る。

【００１５】しかし、従来のアイドル制御方法にあって
は、１組にまとめた運転スイッチ信号のそれぞれに対す
る負荷量を考慮していないため、１組にまとめた運転ス
イッチ信号に対しては同一のフィードフォワード制御を
行うことになり、ある負荷に対しては回転数変化が抑制
できても他の負荷に対して変動が抑制できないという問
題がある。

【００１６】また、運転スイッチ信号のオン検出後、そ
の運転スイッチ信号に対応する負荷の駆動開始タイミン
グをコントロールユニットで制御可能なエンジンシステ
ムがある。このようなエンジンシステムでは、運転スイ
ッチ信号のオン検出後、アクチュエータに対する操作量
をステップ状に変化させ、その後の所定の遅延時間経過
後に対応する負荷の駆動を開始させることにより、エン
ジン発生トルクが増加した時期に負荷の駆動を開始する
ことができる。従って、エンジン発生トルクが増加した
時期に負荷の駆動を開始することにより、負荷の駆動開
始直後の回転数の落込み量は減らせる。

【００１７】しかし、従来のアイドル制御方法にあって
は、アクチュエータの操作量の変化がステップ状である
ため、エンジン発生トルクはなだらかにしか変化しな
い。そのため、エンジン発生トルクの変化と負荷量の変
化とは一致せず、回転数の変動を解消するには至ってい
ない。

【００１８】一方また、目標開度に一致するように電気
的に駆動されるスロットル弁を用いてアイドル制御を行
う場合、急激な弁開度変化を行う際に、スロットル弁お
よび駆動系の慣性力、摩擦力、構成部品間の遊び、駆動
回路の動作限界に起因する非線形な動作遅れが発生す
る。

【００１９】しかし、従来のアイドル制御方法にあって
は、スロットル弁の非線形の動作遅れを考慮していない
ため、スロットル弁を短時間に「開け閉め」または「閉
め開け」するような制御を行った際に、非線形の動作遅
れに起因し、実際の開度は目標の開度に至らないまま閉
じられてしまい、目標とする回転数が得られなくなると
いう問題がある。

【００２０】また、スロットル弁の開度（スロットル弁
を完全に閉じた位置からのスロットル弁の角度）とスロ
ットル弁部分を流れる空気流量（以下、スロットル部通
過空気量と略）との間には図２２に示すような非線形な
関係がある。従って、通常のＰＩＤ制御等のフィードバ
ック制御で良好な制御性を得るためには、スロットル弁
開度によりＰＩＤゲインを変えるなどの処理が必要とな
る。また、一定量だけエンジン発生トルクを増やす、即
ち、一定量だけスロットル部通過空気量を増加させるフ
ィードフォワード制御を行おうとした際も、スロットル
弁開度を考慮してフィードフォワード操作量を調整する
必要がある。

【００２１】しかし、従来のアイドル制御方法にあって
は、ＰＩＤゲインやフィードフォワード操作量の調整を
熟練者の経験に頼って試行錯誤で行っているため、望ま
しい調整結果が得られるまでに多大な時間と労力が必要
になるという問題がある。

【００２２】要約すれば、従来のアイドル制御方法にあ
っては、投入された負荷の量や時間遅れ要素などを考慮
することなく、フィードフォワード操作量に所定の操作
量を単に加算するだけの制御を行っているため、負荷の
投入後に十分時間が経過した後には安定状態を得ること
が可能であるものの、負荷投入後安定状態を得るまでの
間にエンジン回転数の落込みや、オーバーシュートが発
生し、運転者に不快感を与えるという問題がある。

【００２３】本発明の主要な目的は、電気機器、エアコ
ン、パワーステアリング等の駆動などに起因するエンジ
ンへの外乱負荷が発生した場合に、エンジン回転数の変
動を抑えて所定の回転数に保ち、快適な運転性を得るこ
とができるアイドル制御方法および装置を提供すること
にある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】エンジン回転数の変動を
抑えるためには、エンジンにかかる負荷量に見合うエン
ジントルクを精密に発生させることが必要である。

【００２５】そこで、本発明は、エンジンの負荷制御に
関係するセンサ出力またはスイッチ信号に基づき、エン
ジンにかかる負荷量を推定し、その推定結果の推定負荷
量に見合うトルクを発生させるために必要な吸入空気量
制御用のアクチュエータの操作量を、アクチュエータ操
作量とエンジン発生トルクとの関係を表した計算式（エ
ンジンモデル）によって算出し、その算出結果に従って
前記アクチュエータを操作することを主要な特徴とす
る。

【００２６】また、推定負荷量に見合うトルクを発生さ
せるために必要な吸入空気量制御用のアクチュエータの
操作量を算出する場合に、エンジンの特性値とエンジン
回転数によって前記アクチュエータの操作開始時からエ
ンジントルク変化までの時間遅れ系のムダ時間を算出
し、そのムダ時間経過時期にエンジンにかかる負荷量を
推定し、その推定負荷量に見合うトルクを発生させるた
めに必要な前記アクチュエータの操作量を、エンジン特
性とエンジン回転数によって決定される遅れ係数を参照
して算出し、その算出結果に従って前記アクチュエータ
を操作するようにしたことを特徴とする。

【００２７】そして、エンジンにかかる負荷量を推定演
算する場合に、負荷別に事前に記憶保持あるいはシステ
ム出力をもとにオンラインで修正保持した負荷投入時及
び終了時の過渡的な負荷の変化パターンのデータを参照
し、現時刻以降の負荷量を推定することを特徴とする。

【００２８】また、任意時刻での負荷量の推定演算の結
果、複数個の候補が選ばれた場合、その最大のものを現
時刻での推定負荷量として決定し、その後のエンジンの
応答より負荷量の推定演算を再度行うことを特徴とす
る。

【００２９】さらに、アクチュエータの操作量を算出す
る場合に、アクチュエータ設置部分の吸気管開口面積と
アクチュエータ設置部分を流れる空気量の関係を比例関
係とする計算式によって算出することを特徴とする。

【００３０】また、負荷の駆動開始時期または駆動停止
時期を、前記ムダ時間経過後に設定することを特徴とす
る。

【００３１】さらに、前記アクチュエータとして電気的
に駆動されるスロットル弁を用いる場合、推定負荷量に
見合うトルクを発生させるために必要な吸入空気量制御
用のアクチュエータの操作量として目標スロットル弁開
度を算出し、その目標スロットル弁開度から弁開度指令
値を出力する際に、通常は該目標スロットル弁開度その
ものを弁開度指令値とし、該目標スロットル弁開度が単
位時間あたりに所定値以上変化する場合のみ、変化後の
該目標スロットル弁開度を、所定の期間あるいはスロッ
トル弁開度と目標スロットル弁開度の差が所定の範囲に
入るまでの期間あるいはより大きい補償を必要とする目
標スロットル弁開度が入力されるまでの期間、弁開度指
令値として出力することを特徴とする。

【００３２】また、推定負荷量に見合うトルクを発生さ
せるために必要な吸入空気量制御用のアクチュエータの
操作量としてスロットル弁部開口面積を算出し、これを
フィードフォワード操作量として出力し、さらにエンジ
ン回転数とその目標回転数との偏差によって算出される
フィードバック操作量をスロットル弁部開口面積に換算
し、その換算結果のスロットル弁部開口面積と前記フィ
ードフォワード操作量として出力されるスロットル弁部
開口面積とを加算し、その加算結果を目標スロットル弁
開度に変換し、スロットル弁を操作とすることを特徴と
する。

【００３３】さらに、推定負荷量に見合うトルクを発生
させるために必要な吸入空気量制御用のアクチュエータ
の操作量としてスロットル弁部を通過する空気量を算出
し、これをフィードフォワード操作量として出力し、さ
らにエンジン回転数とその目標回転数との偏差によって
算出されるフィードバック操作量をスロットル弁部を通
過する空気量に換算し、これらの空気量の値を加算した
後、目標スロットル弁開度に変換し、スロットル弁を操
作とすることを特徴とする。

【００３４】さらに、本発明のアイドル制御装置は、吸
入空気量を制御するアクチュエータと、負荷運転信号に
より駆動され、エンジンの負荷となる機器とを備えるエ
ンジンシステムにおけるアイドル制御装置において、エ
ンジンの特性値とエンジン回転数によって前記アクチュ
エータの操作開始時からエンジントルク変化までの時間
遅れ系のムダ時間を算出するムダ時間算出手段と、前記
機器の駆動を前記ムダ時間算出手段で算出されたムダ時
間経過後に開始または停止する手段とを備えたことを特
徴とする。

【００３５】本発明によれば、エンジンにかかる負荷量
を推定し、その推定結果の推定負荷量に見合うトルクを
発生させるために必要な吸入空気量制御用のアクチュエ
ータの操作量を、アクチュエータ操作量とエンジン発生
トルクとの関係を表した計算式（エンジンモデル）によ
って算出し、その算出結果に従ってアクチュエータを操
作する。

【００３６】これによって、エンジンに吸入される空気
量は、固定的な量がステップ状に増加する従来のものと
異なり、推定した新たな負荷量に見合うものとなる。こ
の結果、負荷とエンジン発生トルクが精度良く釣り合
い、速やかにエンジン回転数が目標回転数に収束、安定
し、快適な運転性を得ることが可能になる。

【００３７】また、エンジンの特性値とエンジン回転数
によってアクチュエータの操作開始時からエンジントル
ク変化までの時間遅れ系のムダ時間を算出し、そのムダ
時間経過時期にエンジンにかかる負荷量を推定し、その
推定負荷量に見合うトルクを発生させるために必要なア
クチュエータの操作量を、エンジン特性とエンジン回転
数によって決定される遅れ係数を参照して算出するた
め、負荷量とエンジン発生トルク量は、ムダ時間相当の
時間を経過した後、常に釣り合いが保たれる。

【００３８】これにより、負荷投入時及び終了時のエン
ジン回転数変動は、従来の方法に比べ極めて小さいもの
となる。

【００３９】また、エンジンにかかる負荷量を推定演算
する場合に、負荷別に事前に記憶保持あるいはシステム
出力をもとにオンラインで修正保持した負荷投入時及び
終了時の過渡的な負荷の変化パターンのデータを参照
し、現時刻以降の負荷量を推定するため、負荷投入時及
び終了時の過渡的な状態においても正確な負荷推定が行
われ、負荷量とエンジン発生トルク量は、常に釣り合い
が保たれる。

【００４０】また、任意時刻での負荷量の推定演算の結
果、複数個の候補が選ばれた場合、その最大のものを現
時刻での推定負荷量として決定し、その後のエンジンの
応答より負荷量の推定演算を再度行うため、正確な負荷
推定が行われるまでの間にエンジン回転数が大きく落ち
込むことを防ぐことが可能となる。その後、エンジン回
転数その他のエンジンシステムからの出力の変化をもと
に再度負荷推定を行うことで正確な制御が行われ、エン
ジン回転数は速やかに目標回転数に収束し、エンジン回
転数変動は従来の方法に比べ非常に小さいものとなる。

【００４１】また、負荷量の異なる複数の補機の運転ス
イッチ信号を１つにまとめてコントロールユニットに入
力する構成であっても、発生トルクの過不足は生じなく
なる。

【００４２】また、アクチュエータの操作量を算出する
場合に、アクチュエータ設置部分の吸気管開口面積とア
クチュエータ設置部分を流れる空気量の関係を比例関係
とする計算式によって算出するため、スロットル弁の開
度とスロットル弁部分を流れる空気流量との非線形な関
係に影響されることがなくなり、良好な制御性を確保で
きる。

【００４３】すなわち、アイドル運転を行っていると
き、スロットル弁下流の吸気管内圧とスロットル弁上流
の大気圧との差が十分に大きいため、流体力学上の性質
によりスロットル弁部分の吸気管開口面積とスロットル
弁部分を通過する空気流量との間には理論上比例関係が
存在する。

【００４４】よって、フィードバック操作量、フィード
フォワード操作量を各々スロットル弁部分の吸気管開口
面積として算出し、これらを加算した面積を求めた後、
面積をスロットル弁開度に換算することで、スロットル
弁の開度とスロットル弁部分を流れる空気流量との非線
形な関係に影響されることがなくなり、フィードバック
制御に固定ゲインのＰＩＤ制御など実装が容易なロジッ
クを用いても良好な制御性を確保できる。また、一定量
だけスロットル部通過空気量を増加させるフィードフォ
ワード制御を行おうとした際も、吸気管開口面積と通過
空気量が比例関係にあることより、フィードフォワード
操作量算出にあたってスロットル弁位置を参照するとい
った処理上の手間が省ける。

【００４５】この場合、フィードバック操作量、フィー
ドフォワード操作量を各々スロットル弁部通過空気とし
て算出し、これらを加算した空気を求めた後、該空気量
をスロットル弁開度に換算することで、スロットル弁の
開度とスロットル弁部分を流れる空気流量との非線形な
関係に影響されることがなくなり、フィードバック制御
に固定ゲインのＰＩＤ制御など実装が容易なロジックを
用いても良好な制御性を確保できる。

【００４６】また、負荷の駆動開始時期または駆動停止
時期を、前記ムダ時間経過後に設定することにより、負
荷とエンジン発生トルクは常時釣りあわせることが可能
となり、負荷変動時のエンジン回転数変動をなくすこと
が理論上可能になる。すなわち、補機運転スイッチオン
から負荷変動までの時間が調整可能な場合、補機運転ス
イッチオンによる負荷検出から負荷変動までの時間を、
アクチュエータ部を流れる空気量の変化がエンジン発生
トルクの変化に反映されるまでに存在するムダ時間を含
む時間遅れ系の、ムダ時間と同じかそれ以上に設定する
ことにより、負荷とエンジン発生トルクは常時釣りあわ
せることが可能となり、負荷変動時のエンジン回転数変
動をなくすことが理論上可能になる。

【００４７】さらに、前記アクチュエータとして電気的
に駆動されるスロットル弁を用いる場合、推定負荷量に
見合うトルクを発生させるために必要な吸入空気量制御
用のアクチュエータの操作量として目標スロットル弁開
度を算出し、その目標スロットル弁開度から弁開度指令
値を出力する際に、通常は該目標スロットル弁開度その
ものを弁開度指令値とし、該目標スロットル弁開度が単
位時間あたりに所定値以上変化する場合のみ、変化後の
該目標スロットル弁開度を、所定の期間あるいはスロッ
トル弁開度と目標スロットル弁開度の差が所定の範囲に
入るまでの期間あるいは大きい補償を必要とする目標ス
ロットル弁開度が入力されるまでの期間、弁開度指令値
として保持し続けることにより、スロットル弁の非線形
の動作遅れを補償することができる。すなわち、スロッ
トル弁の非線形の動作遅れに関係なく期待する開度を得
ることができ、結果として期待通りの吸気空気量を確保
できる。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００４９】図１は、本発明のアイドル制御方法を適用
したエンジンシステムの実施の形態を示す全体構成図で
あり、ここでは吸入空気量を可変するアクチュエータと
して電気的に駆動されるスロットル弁（以下、電制スロ
ットルと略記）を備えたエンジンシステムの全体構成を
示している。

【００５０】図１において、１０１は例えば４気筒，総
排気量２０００〔CC〕の４サイクルエンジンである。１
０２は一端が大気に開口し、他端がエンジン１０１に開
口してエンジン１０１に空気を供給する吸気管、１０３
は一端がエンジン１０１に開口し、他端が大気に開口し
てエンジン１０１からの排気を排出する排気管である。

【００５１】１０４はエンジン出力要求に応じて踏み込
み操作されるアクセルペダル、１０５は吸気管１０２内
に配設され、吸入空気量を可変するスロットル弁１０５
である。スロットル弁１０５は、アクセルペダル１０４
とは機械的な連携がなく、アクセルペダル１０４の踏み
込み量、すなわちアクセル操作量により電気的に制御さ
れる。

【００５２】１０６はスロットル弁１０５を開閉作動さ
せるために設けられたＤＣモータ等より成るスロットル
アクチュエータである。

【００５３】１０７は吸気管１０２内に配設されたスロ
ットル弁１０５の下流に配設され、燃料を噴射供給する
燃料噴射弁、１０８はアクセルペダル１０４の踏み込み
量（アクセル操作量）を検出するアクセル検出手段とし
てのアクセルポジションセンサ、１０９は吸気管１０２
内のスロットル弁１０５の上流に配設され、吸気空気量
を検出するエアフローメータ、１１０はスロットル弁１
０５の開度を検出するスロットルポジションセンサ、１
１１はエンジン冷却水の温度を検出するエンジン温度検
出手段としての水温センサ１１１、１１２は排気管１０
３における排気ガス中の酸素濃度成分によりエンジン１
０１の空燃比を検出するＯ２センサ、１１３はエンジン
１０１におけるクランク角センサである。

【００５４】これらのセンサ出力、すなわちアクセルポ
ジションセンサ１０８、エアフローメータ１０９、スロ
ットルポジションセンサ１１０、水温センサ１１１、Ｏ
２センサ１１２、クランク角センサ１１３の検出信号は
ＣＰＵ等より成るコントロールユニット１１４に入力さ
れ、コントロールユニット１１４によりスロットルアク
チュエータ１０６や燃料噴射弁１０７が制御されるよう
になっている。

【００５５】一方、１１５はエンジン１０１の主軸とベ
ルトで結ばれた発電装置、１１６は発電装置１１５と電
線で結ばれたバッテリ、１１８はバッテリ１１６と前照
灯リレースイッチ１１７を介して接続された前照灯であ
る。

【００５６】前照灯１１８は、前照灯スイッチ１１９を
オン／オフすることで前照灯リレースイッチ１１７が接
続／開放され、その接続／開放動作に従って点灯／消灯
される。

【００５７】１２１は、バッテリ１１６と窓ガラス熱線
リレースイッチ１２０を介して接続された窓ガラス熱線
であり、窓ガラス熱線スイッチ１２２がオン／オフする
ことで窓ガラス熱線リレースイッチ１２０が接続／開放
され、その接続／開放動作に従って窓ガラス熱線１２１
が作動／停止する。

【００５８】この場合、前照灯１１８が点灯あるいは窓
ガラス熱線１２１が作動すると、バッテリ１１６から電
気が供給され、その供給電力に見合う量だけ発電装置１
１５での発電量が増加し、バッテリ１１６に充電され
る。発電装置１１５が発電を行う際、エンジン１０１の
主軸に発電量に見合った負荷がかかる。

【００５９】前照灯スイッチ１１９と窓ガラス熱線スイ
ッチ１２２のオン／オフの出力信号は１つにまとめら
れ、論理和を取った電気負荷信号としてコントロールユ
ニット１１４に入力される。

【００６０】１２３はエンジン１０１の主軸とベルトで
結ばれたエアコンプレッサ、１２４はエアコンスイッチ
である。エアコンスイッチ１２４がオンされると、その
出力信号はエアコン負荷信号としてコントロールユニッ
ト１１４に入力される。コントロールユニット１１４は
適当なタイミングでエアコンプレッサ１２３の駆動を開
始する。すなわち、エアコンプレッサ１２３内のクラッ
チを接続し、エアコンコンプレッサ１２３の駆動を開始
する。エアコンプレッサ１２３が駆動することでエンジ
ン１０１に負荷がかかる。

【００６１】なお、エンジン１０１のシリンダヘッドに
は吸気弁１２５と排気弁１２６とが配され、それぞれク
ランク角に連動して動作するようになっている。

【００６２】また、エンジン主軸には、発電装置１１５
やエアコンプレッサ１２３の他に、トルクコンバータ等
が取り付けられているが、ここでは発電装置１１５とエ
アコンプレッサ１２３のみを図示している。これらの発
電装置１１５やエアコンプレッサ１２３、トルクコンバ
ータ等の駆動がエンジン１０１に対する外乱負荷とな
る。また、外乱負荷は細かくは動作する機器の名称によ
り「前照灯負荷」、「ハイビーム負荷」（遠方を照らす
前照灯）、「ラジエータファン負荷」、「パワステ負
荷」などと呼ばれる。また、電気機器のうち、特に前照
灯、ハイビーム、窓ガラス熱線による負荷は電気負荷と
呼ばれる。

【００６３】以上のような構成のエンジンシステムにお
いて、アイドル運転制御を開始する条件と、アイドル状
態でない場合のスロットル弁開度制御について図２に基
づいて説明する。

【００６４】コントロールユニット１１４は、アクセル
ポジションセンサ１０８から運転者によるアクセルペダ
ル１０４の踏み込み量（以下、アクセル操作量という）
に対応した値の出力信号を受け、その出力信号の値によ
ってアクセル操作量を算出する。

【００６５】この場合、コントロールユニット１１４
は、アクセルポジションセンサ１０８の出力信号値が所
定値未満の時には、アクセル操作量が「０」である（す
なわち、アクセル操作がなされていない）アイドル状態
として判断し、アイドル制御を行う。

【００６６】しかし、アクセルポジションセンサ１０８
の出力信号値が所定値以上の時には、アクセルポジショ
ンセンサ１０８の出力信号値に基づき、アクセル開度を
算出する。

【００６７】また、コントロールユニット１１４は、水
温センサ１１１で検出したエンジン冷却水温度、図示し
ない車速センサで検出した車速、エンジン回転数、補機
状態等の入力信号に応じて開度補正係数を設定する。ア
クセルポジションセンサ１０８から求められたアクセル
開度を、コントロールユニット１１４で求められた補正
係数で補正して目標スロットル弁開度を算出する。この
目標スロットル弁開度は、スロットル弁開度指令値とし
てスロットルアクチュエータ１０６に出力される。スロ
ットルアクチュエータ１０６は、スロットル弁１０５の
開度をスロットル弁開度指令値に一致するように制御す
る。

【００６８】次に、アイドル状態であると判定した場合
のアイドル制御方法の一実施形態について図３のブロッ
ク図を参照して説明する。

【００６９】本実施形態では、フィードフォワード制御
系に負荷パターン推定ブロック３０１、ムダ時間補償ブ
ロック３０２、一次遅れ補償ブロック３０４を設けてア
イドル制御の操作量（開度指令値）を算出することに特
徴がある。ここで、負荷パターン推定ブロック３０１と
ムダ時間補償ブロック３０２とで負荷推定ブロック３０
０を構成する。

【００７０】本実施形態のフィードフォワード制御系
は、負荷パターン推定ブロック３０１、ムダ時間補償ブ
ロック３０２、トルク／空気流量換算ブロック３０３、
一次遅れ補償ブロック３０４、空気量／開口面積換算ブ
ロック３０５、開口面積／開度換算ブロック３０６で構
成され、空気量／開口面積換算ブロック３０５の出力と
フィードバック制御ブロック３０７の出力とが加算され
て開口面積／開度換算ブロック３０６に入力され、この
開口面積／開度換算ブロック３０６から出力される開度
指令値によってスロットルアクチュエータ１０６が駆動
され、スロットル弁１０５の開度が可変されるようにな
っている。

【００７１】負荷パターン推定ブロック３０１は、エン
ジン１０１の負荷制御に関係するエアコンスイッチ１２
４等の補機運転スイッチやアクセルポジションセンサ１
０８等のセンサ出力信号に基づき、エンジン１０１にか
かる負荷を推定するものである。

【００７２】ここでは、例えばデータテーブルに予め記
憶させておいた電気負荷やエアコン負荷のそれぞれの時
間変化パターンの時系列データを参照して推定する。

【００７３】すなわち、エンジンにおける電気負荷やエ
アコン負荷等は、負荷量の時間変化パターンに再現性が
ある。そこで、補機運転スイッチがオンされた以降の負
荷量変化パターンを時系列データ形式で収集し、これを
データテーブルに記憶保持させておき、補機運転スイッ
チがオンされたならば、そのデータテーブルを参照し、
補機運転スイッチオンに伴うエンジン負荷の増加量△PL
を推定する。増加量△PLとは、エアコン等の補機が停止
している定常状態からの増加分のことを意味する。

【００７４】例えば、本実施形態における補機は、エア
コンプレッサ１２３、前照灯１１８、窓ガラス熱線１２
１の３つであるが、これらの補機の運転開始に伴うエン
ジン負荷の増加量は、図４に示すような変化パターンを
示す。図４においては、エアコンプレッサ１２３、前照
灯１１８、窓ガラス熱線１２１のそれぞれの負荷増加量
変化パターンを△PLac、△PLlb、△PLwhと表記し、さら
に、エアコンスイッチ１２４のオンの後の経過時間t1ac
においてエアコンプレッサ１２３よりエンジン１０１に
かかる負荷の増加量を△PLac(t1ac)と表記し、同様に、
前照灯スイッチ１１９のオンの後の経過時間t1eに前照
灯１１８がオンであることよりエンジン１０１にかかる
負荷増加量を△PLlb（t1e)、窓ガラス熱線スイッチ１２
２がオンであることよりエンジン１０１にかかる負荷の
増加量を△PLwh(t1e)と表記している。

【００７５】そこで、図４のような変化パターンを時系
列データ形式で収集し、これをデータテーブルに記憶保
持させておく。例えば、エアコンプレッサ１２３の運転
開始に伴う負荷増加量△PLacについては、図５に示すよ
うに、図４の変化パターンを所定時間間隔でサンプリン
グした値を時間経過順にエアコン負荷変化パターンテー
ブル５０に記憶させておく。そして、エアコンスイッチ
１２４がオンされたならば、エアコン負荷変化パターン
テーブル５０を参照し、エアコンプレッサ１２３の運転
開始に伴う負荷増加量△PLacを推定する。

【００７６】前照灯１１８および窓ガラス熱線１２１に
ついても同様である。

【００７７】ムダ時間補償ブロック３０２は、スロット
ル弁１０５の開度変化がエンジン発生トルクの変化に反
映される間でのムダ時間を補償するためのものであり、
各補機の負荷変化パターンテーブルのデータのうち現時
刻ｔよりムダ時間ｔ0分だけ経過した時刻ｔ＋ｔ0のデー
タを参照することにより、ムダ時間ｔ0を補償する。

【００７８】例えば、エアコン負荷変化パターンテーブ
ル５０を参照する場合、図６に示すように、エアコンス
イッチ１２４のオンの後の経過時間t1acにムダ時間ｔ0
を加えた時刻「t1ac＋ｔ0」のデータ（負荷増加量△P
L）を参照し、ムダ時間補償後の負荷増加量△Lとして出
力する。

【００７９】なお、図６においては、「t1ac＋ｔ0」の
時刻におけるデータが記憶されていないので、このよう
な場合は、隣接する時刻におけるデータを線形補間した
データを用いることを示している。

【００８０】トルク／空気流量換算ブロック３０３は、
ムダ時間補償後の負荷増加量△Lと釣り合うエンジン発
生トルクを増やすために必要なシリンダ吸入空気の増加
量△Qco〔kg/s〕（目標シリンダ流入空気増加量△Qco
〔kg/s〕）を求めるものであり、後述するような計算式
によってシリンダ流入空気の増加量△Qcoを求める。

【００８１】一次遅れ補償ブロック３０４は、シリンダ
流入空気量の増分△Qcoを実現するために必要なスロッ
トル弁部通過空気量の増加量△Qao〔kg/s〕を算出する
ものであり、後述するように、スロットル弁部通過空気
量Qaとシリンダ流入空気量Qcとの間のモデル式により算
出する。すなわち、シリンダ流入空気量は、スロットル
弁開度を変化させてから徐々に変化するという時間遅れ
特性を持っている。一次遅れ補償ブロック３０４は、こ
の時間遅れ特性を補償するためのものである。

【００８２】空気量／開口面積換算ブロック３０５は、
一次遅れ補償ブロック３０４で算出したスロットル弁部
通過空気量の増加量△Qao〔kg/s〕を実現するために必
要なスロットル部分のスロットル部開口面積の増量△Af
fo〔平米〕を算出するものである。

【００８３】フィードバック制御ブロック３０７は、目
標回転数Ｎoとエンジン回転数Ｎとの偏差をなくすため
に必要なスロットル部開口面積の増量△Afboを求め、エ
ンジン回転数Ｎを制御量としてＰＩＤ制御を行うもので
ある。

【００８４】開口面積／開度換算ブロック３０６は、上
記スロットル部開口面積の増量△Afbo（フィードバック
操作量Afbo）とスロットル部開口面積のフィードフォワ
ード制御による増加量△Affoを加算した目標スロットル
部開口面積Ａoを実現するスロットル弁の開度θo（目標
スロットル弁開度）を求めるものである。

【００８５】本実施形態では、吸気断面は円形、スロッ
トル弁は楕円形をしており、図７に示すように吸気管断
面に対してα〔deg〕の角度となったとき管を完全に閉
鎖するように取り付けてあるので、この取付位置からの
角度（完全閉鎖状態からの角度）を目標スロットル弁開
度θoとして出力する。

【００８６】以下、図３の構成におけるアイドル制御動
作を詳細に説明する。

【００８７】まず、負荷パターン推定ブロック３０１と
ムダ時間補償ブロック３０２とから構成される負荷推定
ブロック３００は、エアコンスイッチ１２４等の補機運
転スイッチやアクセルポジションセンサ１０８等のセン
サ出力信号に基づき、現時刻ｔよりムダ時間ｔ0経過後
にエンジン１０１にかかる負荷増加量△Lを推定する。

【００８８】負荷パターン推定ブロック３０1では、エ
アコンスイッチ１２４等の補機運転スイッチのオン／オ
フ信号とクランク角センサ１１３の出力により算出され
るエンジン回転数Ｎを入力とし、現在起動してエンジン
１０１に負荷をかけている補機の負荷増加量変化パター
ンを選択する。

【００８９】具体的には、(１)エアコンスイッチ１２４
がオンであれば、エアコン負荷増加量変化パターン△PL
acを選択する。(２)加えて、前照灯スイッチ１１９等の
電気負荷スイッチがオンであれば、該スイッチのオン
後、tj（例えば０.０9〔sec〕）経過するまでは、前照
灯負荷増加量変化パターン△PLlb、窓ガラス熱線負荷増
加量変化パターン△PLwhの両方を選択する。(３)電気負
荷スイッチがオンであったとき、該スイッチのオン後、
tj〔sec〕経過した時点で、前照灯スイッチ１１９、窓
ガラス熱線スイッチ１２２のいずれがオンであったのか
の判定を行う。以後、判定された負荷の負荷増加変化パ
ターンを選択する。

【００９０】この判定方法を図８を参照しながら説明す
る。

【００９１】（１）本実施形態のエンジンシステムにつ
いて、アイドル運転状態で前照灯スイッチ１１９のオン
による負荷、窓ガラス熱線スイッチ１２２のオンによる
負荷の各々が投入された場合に、tj〔sec〕経過後に発
生するエンジン回転数Ｎの落込み量をそれぞれ事前に測
定しておき、その中間にスライスレベル△Njを設定す
る。

【００９２】（２）電気負荷スイッチのオン後、tj〔se
c〕経過した時点での回転数の落込み量と△Njを比較す
ることで、前照灯スイッチ１１９、窓ガラス熱線スイッ
チ１２２のいずれがオンされていたのかの判定を行う。
具体的な処理の流れは後述する。

【００９３】ムダ時間補償ブロック３０２では、負荷パ
ターン推定ブロック３０１で選択された負荷増加量変化
パターンをもとに、現時刻でのスロットル弁操作がエン
ジントルク発生量に反映され始める時刻でエンジン１０
１にかかっている負荷増加量の総量△Lを推定する。

【００９４】具体的には、エンジン回転数からスロット
ル弁開度とエンジン発生トルク間のムダ時間t0〔se
c〕、即ち、シリンダ内に吸入された空気が圧縮行程、
爆発行程を経てトルク発生に寄与するまでの時間t0〔se
c〕を「数１」により算出する。

【００９５】

【数１】

【００９６】ここで、Ｎ〔rpm〕はエンジン回転数、Ｋ0
はシリンダ内に吸入された空気が圧縮行程および爆発行
程を経てトルク発生に寄与するまでの行程数であって、
エンジン１０１の燃焼の特性や点火時期、吸気弁開閉時
期などに依存するエンジンシステム固有の定数である。

【００９７】通常の４気筒４サイクルエンジンでは「１
〜３」の値を取りうる。本実施形態では「Ｋ0＝２.５」
を用いている。

【００９８】これによって、ムダ時間ｔ0が判明するの
で、次に、このムダ時間ｔ0経過後にエンジン１０１に
かかっている負荷増加量の総和を推定する。

【００９９】詳しくは、（１）△PLacが選択されている
とき、変数△Lacに△PL(t1ac＋t0)を代入する。ここでt
1ac〔sec〕はエコンスイッチ１２４がオンとなってから
の経過時間である。(２)△PLlb、△PLwhのうち、両方が
選択されている場合は、△Llb＝△PLlb(t1e＋t0)、△Lw
h＝△PLwh(t1e＋t0)を算出し、△Llb、△Lwhの大きい方
を△Leとする。△PLlbのみが選択されている場合は、△
Le＝△PLlb(t1e＋t0)を算出する。△PLwhのみが選択さ
れている場合は、△Le＝△PLwh(t1e＋t0)を算出する。
ここで、t1e〔sec〕は電気負荷スイッチオン後の経過時
間である。(３)負荷増加量の総量△L＝△Lac＋△Leを出
力する。

【０１００】以上のようにして、現時刻tよりムダ時間
ｔ0経過後にエンジン１０１にかかっている負荷増加量
の総量△Lの推定出力がムダ時間補償ブロック３０２か
ら送出され、時刻「t＋t0」以降のエンジントルク発生
量に反映される。

【０１０１】なお、電気負荷を特定する他の方法とし
て、図９に示すように、基準となる回転数の落込み量に
対応するスライスレベルＮｊを設定し、電気負荷スイッ
チのオンの後、エンジン回転数がスライスレベルＮｊま
で落込むまでの経過時間により負荷の特定を行うことも
できる。

【０１０２】次に、トルク／空気流量換算ブロック３０
３では、負荷増加量△Lと同じだけエンジン発生トルク
を増やすために必要なシリンダに吸入される空気の増加
量△Qco〔kg/s〕（目標シリンダ流入空気増加量△Qco
〔kg/s〕）を「数２」に従って算出する。

【０１０３】

【数２】

【０１０４】ここで、aは単位変換のための定数、Keは
行程空気量あたりの発生トルク量を表す係数であって、
本実施例のエンジン１０１では「a×Ke」は定数値「８
００」と近似している。△Lはムダ時間補償ブロック３
０２が出力した負荷増加量、SNoは平滑化目標回転数で
ある。この平滑化目標回転数SNoは、アイドル状態での
目標回転数Ｎoに基づき、「数３」によって算出される
ものである。

【０１０５】

【数３】

【０１０６】ここで、sはラプラス演算子、τは平滑化
に用いる時定数であり、本実施形態では「１〔s〕」と
設定している。

【０１０７】目標回転数Ｎoの平滑化は必須のものでは
ないが、平滑化を行うことにより、フィードバック制
御、フィードフォワード制御の各々の操作量の変化を滑
らかにして、過補償によるエンジン回転数Ｎのオーバー
シュートの発生を抑制するのに有効である。

【０１０８】目標回転数はＮoは、エンジン１０１の燃
焼特性を鑑みた上で、安定して運転可能な値に設定され
ている。本実施形態では、目標回転数Ｎoは水温が８０
℃を越えた完全暖気状態では、負荷スイッチがすべてオ
フの場合７００〔rpm〕に、いずれかの負荷スイッチが
オンの場合は７５０〔rpm〕に設定することで、安定し
たエンジンの運転を得るように考慮されている。

【０１０９】また、エンジン始動時には、目標回転数Ｎ
ｏはエンジンシステムの暖気を速やかに行うために水温
に応じて高めに設定される。例えば、水温２０℃での始
動時においては１５００〔rpm〕でアイドル運転を行う
ように設定されている。

【０１１０】ところで、「数２」より目標シリンダ流入
空気増加量△Qcoが算出されるのは、以下に示す物理的
現象に起因する。

【０１１１】エンジン１０１で発生するトルクTeは、同
一条件下では行程空気量を変数とする「数４」のような
一次式で表されることができる。

【０１１２】

【数４】

【０１１３】ここで、Qc〔kg/s〕はシリンダに吸入され
る空気量（シリンダ流入空気量Qc〔kg/s〕）、aは単位
変換のための定数、Keは上記行程空気量あたりの発生ト
ルク量を表す係数、bはエンジン固有のトルク損失分で
ある。Ke、bは水温、空燃比、点火時期、エンジン回転
数などの条件に依存するが、通常のアイドル運転状態で
はその変動幅は小さく、定数として扱っても制御を行う
上で問題はない。

【０１１４】負荷スイッチ操作時の発生トルクをTe0、
シリンダ流入空気量をQc0と置くと、「数４」の関係よ
り、エンジン回転数一定のままでエンジン発生トルク量
を「Te0＋△L」としたときのシリンダ流入空気量をQc1
とすると、「数５」の関係が成立する。

【０１１５】

【数５】

【０１１６】ここで、「△Qco＝Qc1−Qc0」であるの
で、エンジン回転数をSNoとすることで「数２」が求ま
る。

【０１１７】ここで、SNoがＮより大きくなるほど△Qco
は大きく計算され、結果として発生トルクが大きくな
る。解析的考察より、理論上、「数２」により算出した
△Qcoだけシリンダ流入空気量を増加させることでエン
ジン回転数Ｎは速やかにSNoに収束することが分かる。

【０１１８】なお、Ke、bと水温の関係のいずれか、あ
るいは、両方をテーブルデータとして保持しておき、該
テーブルデータを水温センサ１１１の出力をもとに参照
してKe、bの値を決定することで、始動時など、通常運
転時と著しく異なる条件下での制御性を向上させること
も可能である。

【０１１９】次に、一次遅れ補償ブロック３０４ではシ
リンダ流入空気量の増分△Qco〔kg/s〕を実現するため
に必要なスロットル弁部通過空気量の増加量△Qao〔kg/
s〕を、スロットル弁部通過空気量Qaとシリンダ流入空
気量Qcとの間のモデル式である「数６」により算出す
る。

【０１２０】

【数６】

【０１２１】具体的には、定常状態でシリンダ流入空気
量Qcとスロットル部通過空気量が一致していることよ
り、「数６」より直ちに求まる「数７」に従って、トル
ク／空気量換算ブロック３０３の出力の△Qco〔kg/s〕
に基づき△Qao〔kg/s〕を算出し、出力する。

【０１２２】

【数７】

【０１２３】なお、「数６」および「数７」において、
sはラプラス演算子であり、γは遅れ係数であり、γは
エンジン回転数に反比例する値で後述する「数１２」ま
たは「数１１」により算出される。

【０１２４】ここで、「数６」によりシリンダ流入空気
量Qcとスロットル部通過空気量Qaとの関係が表せられる
のは、以下の「数８」、「数９」に示される物理的理論
式と「数１０」に示される近似式に起因する。

【０１２５】

【数８】

【０１２６】

【数９】

【０１２７】

【数１０】

【０１２８】「数８」、「数９」、「数１０」におい
て、Ｎはエンジン回転数、Ｄは総排気量、ηは体積効
率、Pmはスロットル弁１０５の下流から吸気弁１２５上
流の吸気管の内圧、Rは気体定数、Tmは吸気管内気体温
度、Vmはスロットル弁１０５下流より吸気弁１２５上流
までの吸気管体積、Kは気体の比熱比、ρはエンジン１
０１の圧縮比、Paは大気圧、Eは該エンジンの吸気効率
に依存した定数である。ここで体積効率ηは吸気管の内
圧の変化により図１０に示すように実測することも可能
である。

【０１２９】「数８」および「数９」より、回転数Ｎ、
吸気管内気体温度Tmが一定であるとき、「数１１」が得
られる。

【０１３０】

【数１１】

【０１３１】ここで、「数１１」のξは体積効率ηに依
存する値である。さらに、これら「数８」、「数９」、
「数１０」、「数１１」の各パラメータを実測データを
もとに標準的なアイドル運転状態で取りうる値で近似す
ることで、「数１１」のγの値はアイドル運転状態にお
いては、エンジン回転数Ｎに反比例する値として近似で
きる。

【０１３２】具体的には、本実施形態のエンジンシステ
ムにおいて、γは「数１２」で与えられる。

【０１３３】

【数１２】

【０１３４】なお、この他に、γをエンジン回転数Ｎと
水温より推定される吸気管内温度とから算出すること
で、始動時制御性を向上させることも可能である。

【０１３５】次に、空気量／開口面積換算ブロック３０
５は、一次遅れ補償ブロック３０４で算出したスロット
ル弁部通過空気量の増加量△Qao〔kg/s〕を実現するた
めに必要なスロットル部分のスロットル部開口面積の増
量△Affo〔平米〕を算出する。

【０１３６】一般には、スロットル部開口面積とスロッ
トル部通過空気量の関係は非線形であるため、△Qaoか
ら△Affoを求めることは困難である。しかし、流体力学
上の性質より、スロットル弁下流の吸気管内圧Pmが大気
圧に比べ十分低い状態では、スロットル部開口面積Aと
スロットル部通過空気量Qaとの間には、図１０に示すよ
うに比例関係が存在する。

【０１３７】ここで、アイドル運転状態に限定すれば、
スロットル弁下流の吸気管内圧Pmは大気圧に比べ十分に
小さい範囲の値をとるため、スロットル部開口面積Aと
スロットル通過空気量Qaとは、単純な比例関係にあると
線形化して制御を行っても良好な制御性を得られる。

【０１３８】そこで、本実施形態では「数１３」に従っ
て、△Qaoより△Affoを算出する。

【０１３９】

【数１３】

【０１４０】ここで、Gaはエンジンシステム固有の比例
定数であり、本実施形態のエンジンシステムについては
実測により求めた値を用いている。

【０１４１】次に、フィードバック制御ブロック３０７
は、定常誤差を取り除くために、スロットル部開口面積
を操作量Afbo、エンジン回転数Ｎを制御量としてＰＩＤ
制御を行っている。

【０１４２】具体的には、フィードバック操作量Afboは
「数１４」により定まる。

【０１４３】

【数１４】

【０１４４】ここで、sはラプラス演算子、ＰＩＤゲイ
ンであるKP、KI、KDは定数である。

【０１４５】このように操作量をスロットル弁開度では
なく、開口面積としたことで、上記のような定数ゲイン
を用いたＰＩＤ制御でも良好な制御性を確保できる。本
実施形態では、フィードバック制御では定常誤差を取り
除くことに主目的とし、KP、KDに比べKIの比重を大きく
してある。

【０１４６】次に、開口面積／開度換算ブロック３０６
は、フィードバック操作量Afboとスロットル部開口面積
のフィードフォワード制御による増加量△Affoを加算し
た目標スロットル部開口面積Aoを実現するスロットル弁
の開度θo（目標スロットル弁開度）を出力する。

【０１４７】本実施形態では、吸気断面は上述のように
円形、スロットル弁は楕円形をしており、図７に示した
ように吸気管１０２の断面に対してα〔deg〕の角度と
なったときにスロットル弁１０５が吸気管１０２を完全
に閉鎖するように取り付けてあるので、この取付位置か
らの角度（完全閉鎖状態からの角度）を目標スロットル
弁開度θoとして出力する。

【０１４８】具体的には、「数１５」に従って目標スロ
ットル弁開度θoを求めている。

【０１４９】

【数１５】

【０１５０】ここで、Φ〔m〕は吸気管１０２の直径、R
〔m〕はスロットル１０５弁の長半径である。

【０１５１】なお、フィードフォワード操作量、フィー
ドバック操作量をそれぞれスロットル部通過空気量をと
して算出し、これらの総和の空気量を求め、これを目標
スロットル弁開度に変換しても本実施形態と同等の制御
性が得られる。これは、前述した様にアイドル運転状態
では吸気管内圧は大気圧に比べ十分低いため、理論上ス
ロットル部開口面積とスロットル部通過空気量とは比例
関係にあり、操作量をスロットル部通過空気量として算
出しても、これを定数倍すればスロットル部開口面積と
なり、制御を行う上では本質的な違いを生じないためで
ある。この場合もフィードバック制御に定数ゲインのＰ
ＩＤ制御を用いても良好な制御性を得られる。

【０１５２】このようにして開口面積／開度換算ブロッ
ク３０６から出力される目標スロットル弁開度θoによ
ってスロットルアクチュエータ１０６が駆動され、スロ
ットル弁１０５の開度θが目標スロットル弁開度θoに
可変され、エンジン回転数Ｎが制御される。

【０１５３】ところで、目標開度に一致するように電気
的に駆動されるスロットル弁１０５を用いてアイドル制
御を行う場合、急激な弁開度変化を行う際に、スロット
ル弁および駆動系の慣性力、摩擦力、構成部品間の遊
び、駆動回路の動作限界に起因する非線形な動作遅れが
発生する。このようなスロットル弁１０５の非線形の動
作遅れを考慮せずに短時間に「開け閉め」または「閉め
開け」するような制御を行った場合、非線形の動作遅れ
に起因し、実際の開度は目標の開度に至らないまま閉じ
られてしまい、目標とする回転数が得られなくなる。

【０１５４】この点については、図１２のブロック図に
示すように、図３のブロック構成に対してスロットル動
作遅れ補償ブロック３０９を付加することによって解決
する。なお、スロットルシステム３１０はスロットル弁
１０５とスロットルアクチュエータ１０６とから成るシ
ステムのことである。また、図１２において、図３と同
一部分は同一記号で表している。また、図１２において
は、目標回転数Ｎ0を平滑化する平滑化目標回転数算出
ブロック３０８を明示し、算出した平滑化目標回転数SN
0をトルク/空気量換算ブロック３０３に入力している。

【０１５５】スロットル動作遅れ補償ブロック３０７
は、目標スロットル弁開度θoを速やかに実現するため
のスロットル弁開度指令値θ'を算出し、スロットルア
クチュエータ１０６に出力するものであるが、本実施形
態で用いたスロットルシステム（スロットル弁１０５と
スロットルアクチュエータ１０６とから成るシステム）
は、図１３（ａ）に示されるように、弁開度指令値に対
し実際の弁開度が遅れて変化するという非線形な遅れ特
性を持っている。この非線形な遅れ特性は、図１３
（ｂ）に示すように、弁開度指令値を２倍にしても同様
の特性である。

【０１５６】この非線形な遅れ特性は、構成部品間の遊
びや摩擦力などによるもので、動きだすまでに時間がか
かるものの、一度動き出してからは満足のいく応答速度
を示すという特性がある。

【０１５７】そこで、次のようにして非線形な遅れ特性
を補償する。

【０１５８】スロットル動作遅れ補償ブロック６０９
は、通常、スロットル弁開度指令値θ'としてθoをその
まま出力する。即ち、目標スロットル弁開度の単位時間
あたりの変化が所定値以下（例えば、△t＝０．０１〔s
ec〕間に△h＝３〔deg〕以下の変化）の場合、あるい
は、スロットルポジションセンサ１１０から出力される
実際のスロットル弁開度θ（スロットル実開度θ）が単
位時間あたりに所定値以上の変化（例えば、△t＝０．
０１〔sec〕間に△m＝２〔deg〕以上の変化）を示して
いる場合、θoをそのままスロットル弁開度指令値θ'と
して出力する。

【０１５９】しかし、上記以外の場合、即ち、スロット
ル弁開度θが微小動作状態（△t間に△m未満の動作）、
かつ、目標スロットル弁開度θoが急激に変化する場合
（例えば、△t＝０．０１〔sec〕間に△h＝３〔deg〕よ
り大きい変化）は、変数θhに現在のθoを代入し、以
後、スロットル実開度θがθhに達するまで期間（以
下、保持期間）だけスロットル弁開度指令値θ'として
θhを出力し続ける。

【０１６０】保持期間とは、図１４に示すように、スロ
ットル実開度θがθhに達するまで期間のことである。

【０１６１】ただし、保持期間中であっても、開け方向
の補償を行っていて、つづく制御周期でさらに大きくス
ロットル弁を開ける目標スロットル弁開度θoが入力さ
れた場合には、θhを該θoで更新する。また、保持期間
中であっても、閉じ方向の補償を行っていて、つづく制
御周期でさらに大きくスロットル弁を閉じる目標スロッ
トル弁開度θoが入力された場合には、θhをθoで更新
する。

【０１６２】このように保持期間を設けてスロットル弁
１０５の動作遅れ補償を行うことにより、目標スロット
ル弁開度θo、開度指令値θ'、実開度θは図１５に示す
ような関係となり、スロットル弁１０５を短時間のうち
に大きく開け、直後に閉じるといった動作を、非線形が
強く通常の線形補償が有効でないスロットルシステム上
で実現でき、結果としてエンジンシステムが必要とする
空気量を確保することができる。

【０１６３】なお、上記のような補償方法の他に、微小
動作状態であるなしにかかわらず、θoold（直前の目標
スロットル弁開度）とθoの差が所定値以上であれば、
保持期間を設け、弁開度指令値の保持を行ってもよい。

【０１６４】さらに、スロットル弁開度指令値、保持期
間をスロットル実開度θによって決めるのではなしに、
事前にスロットル弁開度指令値に対するスロットル実開
度の動特性のモデルを構築しておき、該モデルを使用し
てスロットル実開度の推定値を求め、該実開度推定値に
より保持期間を設定してもよい。この実開度推定値を用
いることで、スロットルポジションセンサ１１０の出力
がコントロールユニット１１４に入力されないシステム
でも、本発明のスロットル動作遅れ補償を行うことがで
きる。

【０１６５】さらに、スロットル弁１０５が一度動き出
した後に良好な応答を示すようになるまでの時間を予め
測定しておき、その時間分だけ保持期間を設定すること
も可能である。

【０１６６】また、一度保持期間に入った後、スロット
ル実開度θとθｈの差が所定の値以下になったら保持期
間を終了するようにしてもよい。

【０１６７】なお、本実施形態で、θoとθooldの差の
大きさが△h＝３〔deg〕以上の場合に補償を行うのは、
負荷起動時の目標開度の変化が通常３〔deg〕以上であ
り、この開度変化の補償するためである。本実施形態の
他に、補償したい動作によって△m、△hを適時変更する
ことも可能である。

【０１６８】ところで、図３および図１２でのブロック
図で示したアイドル制御方法は、コントロールユニット
１１４で動作するプログラムとして実装される。

【０１６９】コントロールユニット１１４では、このア
イドル制御プログラム以外にも燃料噴射弁１０７の７制
御プログラム、車速制御制御プログラム、各種センサ制
御プログラム、補機の制御プログラムが並行して実行さ
れる。

【０１７０】エアコンスイッチ１２４を監視し、このス
イッチ１２４がオンされた後にエアコンコンプレッサ１
２３の駆動を開始するプログラムも上記アイドル制御プ
ログラムと並行して実行される。

【０１７１】本実施形態では、コントロールユニット１
１４はエアコンスイッチ１２４がオンとなった後、０．
１３〔sec〕のディレイ時間経過後にエアコンコンプレ
ッサ１２３の動作を開始するようにプログラムされてい
る。

【０１７２】エンジン回転数が６００〔rpm〕まで落ち
込んだ場合、「数１」より求まるムダ時間t0が０．１２
５〔sec〕であり、上記ディレイ時間「０．１３〔se
c〕」はこれよりも大きい。これにより、エアコンスイ
ッチ１２４のオン時は常に負荷とエンジントルク発生量
を釣り合すことができ、回転数変動を理論上なくすこと
ができる。

【０１７３】このことは、エアコンに限られるものでは
なく、運転スイッチ操作後、駆動によって負荷量が増加
するまでの時間を調整可能な機器に全般について適用可
能である。すなわち、運転スイッチが操作された時点か
ら、シリンダ流入空気量変化からエンジン発生トルク変
化までのムダ時間ｔ0に相当する時間が経過した後、速
やかに機器の駆動を開始することで良好な制御性と運転
快適性を得ることができる。このような、駆動によって
負荷量が増加する時期を調整可能な機器としては、トラ
ンスミッションや発電電流を調整可能な発電装置などが
ある。

【０１７４】従って、コントロールユニット１１４内
に、ムダ時間ｔ0に相当する時間が経過した後、速やか
に機器の駆動を開始する制御プログラムを組み込むこと
によって、良好な制御性と運転快適性を得ることができ
る。

【０１７５】この場合、エンジンの機差や量産車におけ
る個々のエンジンのばらつきやエンジン運転条件の変
化、不慮の失火の発生を考慮して、運転スイッチ操作
後、機器の駆動を開始するまでの時間に余裕を持たせて
もよい。例えば、ムダ時間ｔ0に相当する時間が経過し
た時点以降、さらに４行程時間経過するまで間に機器の
駆動を開始するようにしてもよい。この場合、運転快適
性は若干落ちるものの、安定した制御性を確保できる。

【０１７６】なお、従来行われてきた、ステップ状にス
ロットル弁１０５を動かすフィードフォワード制御で
は、エアコンスイッチ投入後、スロットル弁１０５を開
き、ムダ時間を含む時間遅れを経てエンジン発生トルク
が増加してきたところで、エアコンプレッサ１２３の駆
動を開始した。しかし、十分にエンジン発生トルクがエ
アコンプレッサ１２３の負荷に釣り合うほど増加するま
で駆動開始を待つと、その間にエンジン回転数が上昇し
てしまう。そこで、回転数があがりすぎない範囲（例え
ば、回転数７５０rpm以下）でエアコンプレッサ１２３
の駆動を開始すると、エンジン回転数はコンプレッサ１
２３の駆動開始時に大きく落込み、以後安定するまで激
しく変動する。また、ムダ時間を含む時間遅れを経て、
エンジン発生トルクが増加し始め、エアコンプレッサ１
２３の駆動が開始可能となるまでに時間がかかり、応答
性が悪かった。

【０１７７】本実施形態によれば、「数１」によって定
まるムダ時間t0（本実施例エンジンシステムでは、７０
０〔rpm〕で運転時ほぼ０．１０７１４〔sec〕）経過
後、速やかにのエアコンプレッサ１２３等の機器の駆動
を開始でき、良好な応答性を確保できる。

【０１７８】なお、アイドル制御プログラム内でエアコ
ンプレッサ１２３等の補機駆動時期を調整できるプログ
ラムでは、アイドル制御プログラム内で算出したスロッ
トル弁操作からエンジントルク発生までのムダ時間ｔ0
を参照して、補機運転スイッチ投入後、該ムダ時間ｔ0
経過後に補機の駆動を開始してもよい。この場合、該補
機について負荷増加量変化パターンは、補機駆動開始時
期にあわせて、時間軸をずらした形でデータテーブルか
ら読み取るようにすればよい。

【０１７９】図１６は、アイドル制御プログラムの処理
内容を示すフローチャートであり、ここで示す処理は△
t=１０〔ms〕毎の制御周期毎の実行される。処理の詳細
を以下に述べる。

【０１８０】前提として、前述したブロック図の詳細説
明の通り、コントローユルニット１１４には、事前に測
定あるいはオンライン（実機搭載状態）で学習した、エ
アコンコンプレッサ１２３、前照灯１１８、窓ガラス熱
線１２１のそれそれの負荷増加量変化パターン△PLac、
△Pllb、△PLwhが記憶されている。

【０１８１】これら負荷増加量変化パターンは図５で示
したようにテーブルデータの形式で記憶されている。

【０１８２】以下、それぞれのテーブルをテーブルAC、
テーブルLB、テーブルWHと言う。

【０１８３】エアコンスイッチ１２４のオン後の経過時
間t1acでのエアコンコンプレッサ１２３よりエンジン１
０１にかかる負荷増加量△PLac(t1ac)は、図６に示すよ
うに、テーブルACのデータを線形補完して読み取る。こ
の他の電気負荷スイッチオン後の経過時間t1eにおける
負荷増加量△PLlb(t1e)、△PLwh(t1e)も同様にしてテー
ブルLB、テーブルWHより読み取る。

【０１８４】以下、ステップの詳細を述べる。

【０１８５】まず、ステップ４０１では、「数１」に基
づきスロットル弁開度とエンジン発生トルク間のムダ時
間t0を算出する。

【０１８６】ステップ４０２では、コントロールユニッ
ト１１４に入力されているエアコンスイッチ１２４の信
号がオンであるかを判定し、オンである場合はステップ
４０４以降を実行し、オンでない場合はステップ４０６
以降を実行する。

【０１８７】ステップ４０４では、エアコンスイッチ１
２４のオンにより、現時刻よりステップ４０１で求めた
ムダ時間t0後にエアコンコンプレッサ１２３からエンジ
ン１０１にかかる負荷増加量△Lacを算出する。エアコ
ンスイッチ１２４がオンとなってからの経過時間t1acを
算出し、△PLac(t0＋t1ac)の値をテーブルACを線形補完
して読み取る。この読み取り値を△Lacとする。

【０１８８】なお、負荷増加量時間変化パターンは、テ
ーブルデータとして記憶させているが、テーブルデータ
の間隔は等間隔である必要はなく、変化が激しい箇所や
制御上重要な箇所のデータを密にしてもよい。また、本
実施例の他に△PLをステップ入力に高次の伝達関数を施
すことで表現することもできる。

【０１８９】ステップ４０６では、前照灯スイッチ１１
９等の電気負荷スイッチ信号がオンであるかを判定し、
オンであればステップ４０８以降を実行し、オンでない
場合はステップ４１０以降を実行する。

【０１９０】ステップ４０８では、前照灯スイッチ１１
９等の電気負荷スイッチのオンにより現時刻よりt0時間
後にエンジン１０１にかかる負荷増加量△Leを算出す
る。電気負荷とは、前照灯１１８による負荷及び窓ガラ
ス熱線１２１よる負荷のことである。

【０１９１】このステップ４０８の処理の詳細を図１７
に示す。

【０１９２】図１７のステップ５０２では、電気負荷ス
イッチ信号がオンとなってからの経過時間を記録するタ
イマt1eを更新する。

【０１９３】ステップ５０４では、後述するステップ５
１８で行われる負荷の判定がが終わっているかを判定す
る。判定が済んでいれば、ステップ５０６以降の処理を
行う。判定が済んでいなければ、ステップ５１２以降の
処理を行う。

【０１９４】ステップ５０６では、ステップ５１８で行
われる負荷の判定結果により、負荷が前照灯１１９であ
ればステップ５０８を、前照灯１１９でなければ（即
ち、窓ガラス熱線１２１ならば）ステップ５１０の処理
を行う。

【０１９５】ステップ５０８では、図４のステップ４０
１で求めたムダ時間t0とタイマt1eより、△PLlb(t0＋t1
e)をテーブルLBから読み取り、その読み取り値を△Leと
する。

【０１９６】ステップ５１０では、図１６のステップ４
０１で求めたムダ時間t0とタイマt1eより、△PLwh(t0＋
t1e)をテーブルWHから読み取り、その読み取り値を△Le
とする。

【０１９７】以上のステップ５０６から５１０が負荷の
判定ができている場合の処理である。

【０１９８】負荷の判定ができていない場合、ステップ
５１２では、図４のステップ４０１で求めたムダ時間t0
とタイマt1eより、△PLlb(t0＋t1e)をテーブルLBから読
み取り、その読み取り値を△Llbとする。

【０１９９】ステップ５１４では、図４のステップ４０
１で求めたムダ時間t0とタイマt1eより、△PLwh(t0＋t1
e)をテーブルWHから読み取り、その該読み取り値を△Lw
hとする。

【０２００】ステップ５１６では、電気負荷信号オン
後、所定の判定を行う時間tjが経過したか否かを判定
し、判定時間になっていればステップ５１８を以降を実
行する。判定時間に至ってなければ、ステップ５２０以
降を実行する。

【０２０１】ステップ５１８では、負荷パターン推定ブ
ロック３０１で述べた方法で新たな負荷が前照灯１１８
によるものか、窓ガラス熱線１２１によるものかを判定
する。この場合の判定方法は、図８で説明した通りであ
る。

【０２０２】ステップ５２０では、ステップ５１２、５
１４で求めた△Llbと△Lwhとのうち、大きい方を採用
し、△Leとする。

【０２０３】以上、ステップ５１２から５２０が負荷の
特定ができていない場合の処理である。

【０２０４】本実施形態における判定時間tjは、例えば
０．０９〔sec〕である。

【０２０５】なお、本実施形態のエンジンシステムで
は、前照灯１１８の点灯の場合、負荷投入後０．０９
〔sec〕後に２０〔rpm〕前後の回転数の落込みが発生
し、窓ガラス熱線１２１の場合、負荷投入後０．０９
〔sec〕の時点で１０〔rpm〕前後の回転落込みが発生す
ることが解っている。

【０２０６】このように、負荷の判定が行われるまでの
間、大きい方の推定値を用いることで、エンジンストー
ルにつながる回転数の落込みを防ぎつつ、負荷の判定を
待つことができる。このことで、実際の負荷が負荷量の
小さい方のものであった場合、過補償となるが、通常、
負荷投入時に目標回転数Noが引き上げられ、０．０９
〔sec〕間の過補償によるオーバーシュートは、この引
き上げ幅に収まるようになり、問題とならない。

【０２０７】本実施形態におけるtjは０．０９〔sec〕
としている。この値は７００〔rpm〕でのアイドル運転
時に「数１」より求まるムダ時間t0（ほぼ、0.10714〔s
ec〕）より小さいため、スイッチ操作後、負荷の判定ま
でのエンジン回転数変化は負荷信号検出後のスロットル
弁操作の影響を受けないという特徴があり、負荷推定が
容易に行われる。

【０２０８】なお、tjの値は「０．０９」の他に、負荷
の種類によるエンジン回転数の落込み量に、相違があら
われる時間以上、上記ムダ時間t0以下の値に取ることで
良好な制御性が得られる。

【０２０９】また、負荷の種類が３個以上あってもよ
い。また、負荷も電気負荷に限るものでない。

【０２１０】図１６の処理の説明を続ける。

【０２１１】ステップ４１０では、エアコン負荷増加量
△Lacと電気負荷増加量△Leの総和をとって負荷増加量
△L求める。

【０２１２】上記ステップ４０１から４１０は、図３の
負荷推定ブロック３００の機能に相当する。

【０２１３】ステップ４１２では、「数２」により目標
回転数Noから平滑化目標回転数SNoを算出する。具体的
には、制御周期△tで「数２」を差分化した「数１６」
に従って現制御周期iでの平滑化目標回転数SNoを算出す
る。

【０２１４】

【数１６】

【０２１５】ここで、τは「数２」のτに等しく、N
(i)、SNo(i)はそれぞれi回目の制御周期でのN、SNoの値
である。このステップ４１２は図１２に示す平滑化目標
回転数算出ブロック３０８の機能に相当する。

【０２１６】ステップ４１４では、「数３」に従って、
△LとSNoから目標シリンダ流入空気量△Qcoを算出す
る。このステップ４１４はトルク／空気流量換算ブロッ
ク３０３の機能に相当する。

【０２１７】ステップ４１６では、「数７」に従って△
Qcoから目標スロットル部通過空気増加量△Qaoを算出す
る。具体的には、制御周期△tで「数７」を差分化した
「数１７」に従って、現制御周期iでの目標シリンダ流
入空気増加量△Qcoを算出する。

【０２１８】

【数１７】

【０２１９】ここで、γは上記「数７」のγに等しく、
△Qao(i)、△Qco(i)はそれぞれi回目の制御周期での△Q
ao、△Qcoの値である。このステップ４１６は一次遅れ
補償ブロック３０４の機能に相当する。

【０２２０】ステップ４１８では、「数１３」に従っ
て、△Qaoを△Affoに換算する。このステップ４１８は
空気量／開口面積換算ブロック３０５の機能に相当す
る。

【０２２１】ステップ４２０では、エンジン回転数Nを
制御量とするＰＩＤ制御の操作量Afboを「数１８」に従
って算出する。このステップ４２０はフィードバック制
御ブロック３０７の機能に相当する。ここでKP、KI、KD
はそれぞれ「数１４」のKP、KI、KDと同じである。

【０２２２】

【数１８】

【０２２３】ステップ４２２では、上記△AffoとAfboの
和である目標スロットル部開口面積Aoを実現する目標ス
ロットル弁開度θoを「数１５」に従って算出する。

【０２２４】具体的には、θoの値を0.5deg刻みに縦軸
に取り、「数１５」によって、対応するAoの値を横軸に
取ったグラフをテーブル化したテーブルADを、Aoについ
て線形補完しながら参照することで、Aoをθoに換算す
る。

【０２２５】線形補完については、図６に示したエアコ
ン負荷増加量の線形補完による読み取り例から容易に類
推される。このステップ４２２は開口面積／開度換算ブ
ロック３０６に相当する。ここで、「数１５」で示され
る計算を直接行うのでなくテーブルADを検索するように
プログラムが実装したは、コントロールユニット１１４
内のＣＰＵの計算負荷の低減を図ったためである。

【０２２６】ステップ４２４では、スロットル動作遅れ
補償ブロック３０７の機能に相当する処理を行う。具体
的な処理の流れを図１８に基づき詳細に説明する。

【０２２７】ステップ６０２では、後述するステップ６
０４、ステップ６１０で設定するフラグfhojiをもと
に、保持期間であるか否かを判定し、合致すればステッ
プ６０４以降を実行し、合致しなければステップ６１２
以降を実行する。

【０２２８】ステップ６０４では、保持期間中であるこ
とを表すフラグfhojiに「0」を代入し、保持期間でない
ことを設定する。

【０２２９】ステップ６０６では、現制御周期で入力さ
れたθoと前回の制御周期で入力されたθoとを比較し、
差の絶対値が△hより大きいか否かを判定し、合致すれ
ばステップ６０８以降を実行し、合致しなければステッ
プ６２２以降を実行する。

【０２３０】ステップ６０８では、スロットル実開度θ
と前回の制御周期でのスロットル実開度θooldとを比較
し、差の絶対値が△m未満か判定し、合致すればステッ
プ６１０以降を実行し、合致しなければステップ６２２
以降を実行する。

【０２３１】ステップ６１０では、保持期間中であるこ
とを表すフラグfhojiに「1」を代入し、保持期間に入っ
たこと設定し、θhにθoを代入する。

【０２３２】以下のステップ６１２から６１８は保持期
間中の処理である。

【０２３３】ステップ６１２では、スロットル弁開度θ
がθhに達したか判定し、合致すればステップ６０４以
降を実行し、合致しなければステップ６１４以降を実行
する。

【０２３４】ステップ６１４では、現在、スロットル弁
を開ける方向で開度指令値の保持の手続きをしているの
か、閉める方向で開度指令値の保持の手続きをしている
のか判定し、合致すればステップ６１６以降を実行し、
合致しなければステップ６２０以降を実行する。

【０２３５】ステップ６１６では、θoがθhより大きい
か判定し、合致すればステップ６１８以降を実行し、合
致しなければステップ６２４以降を実行する。

【０２３６】ステップ６１８では、θhにθoを代入す
る。

【０２３７】ステップ６２０では、θoがθhより小さい
かを判定し、合致すればステップ６１８以降を実行し、
合致しなければステップ６２４以降を実行する。

【０２３８】ステップ６２２では、スロットル弁開度指
令値θ'にθoを代入し、出力する。

【０２３９】ステップ６２４では、スロットル弁開度指
令値θ'にθhを代入し、出力する。

【０２４０】以上がステップ４２４の処理の詳細であ
る。

【０２４１】以上のようなアイドル制御の処理を行うこ
とにより、図１９に示す通り、エアコンスイッチ１２４
をオンしたとき、意図しないエンジン回転数の変動はほ
とんどなくなる。

【０２４２】また、前照灯スイッチ１１９をオンしたと
きも、図２０に示す通り、エンジン回転数Ｎの変動は大
幅に減少する。ちなみに、前照灯スイッチ１１９をオン
した場合に、従来のステップ状のフィードフォワード制
御を行った場合のエンジン回転数の変動は、ムダ時間t0
付近以降で大きく落ち込んでいる。

【０２４３】なお、負荷増加量をオンラインで推定可能
な場合も、ステップ４１０から４２４を行うことで制御
性の向上が図れる。

【０２４４】以上がアクチュエータとして電気的に駆動
されるスロットル弁１０５を使用したエンジンシステム
での実施形態の説明である。

【０２４５】なお、本発明は本実施形態に限られるもの
ではなく、補機運転スイッチがオンからオフに変わり、
補機が停止するときの過渡状態での補償も行える。すな
わち、上記実施形態におけるスイッチオン、信号オン時
の処理と同等な処理を、スイッチオフ、信号オフ時の処
理として実行することにより、補機停止時の制御が精度
良く行われ、補機停止時のエンジン回転数のアンダーシ
ュートや回転数変動を抑制することができる。

【０２４６】次に、本発明の他の実施形態として、アク
チュエータとしてソレノイドバルブ（ＩＳＣバルブ）を
使用した実施形態を説明する。

【０２４７】図２３は、本発明のＩＳＣバルブを備えた
エンジンシステムの実施形態を示す全体構成ブロック図
である。

【０２４８】この実施形態のエンジンシステムは、図１
に示したエンジンシステムのスロットルアクチュエータ
１０６、スロットルポジションセンサ１１０を廃し、新
たにスロットル弁部にバイパス管１４２７と、このバイ
パス管１４２７を流れる空気量を調整するＩＳＣバルブ
１４１０（ソレノイド弁）を設け、加えて、アクセルペ
ダル１０４とスロットル弁１０５とをつなぐアクセルワ
イヤ１４０６を設け、アクセルペダル１０４の踏み込み
量に応じてスロットル弁１０５が機械的に動作するよう
にしたものである。

【０２４９】なお、図２３における上記以外の構成要素
は図１と同じである。

【０２５０】ＩＳＣバルブ１４１０は、コントロールユ
ニット１１４より駆動デューディ信号を受け、バイパス
管１４２７を流れる空気流量を制御する。本実施形態に
おいては、アイドル運転時のＩＳＣバルブ１４１０の駆
動デューディとバイパス管１４２７を流れる空気流量と
の定常状態での関係は事前測定より求まり、図２４のよ
うになっている。

【０２５１】ＩＳＣバルブ１４１０は、その構成部品と
してコイル等の電気回路を含み、微小時間の間にソレノ
イド弁を開け閉めすることをくり返すことによってし空
気量制御しており、本実施形態においては、駆動デュー
ディPdの変化に対し、空気流量変化はほぼ一次遅れの関
係にある。図２５にそのステップ応答を示す。

【０２５２】図２３のエンジンシステムにおいて、アイ
ドル制御方法を行う際の機能ブロック図を図２６に示
す。

【０２５３】この図２６に示した機能ブロック図は、図
１２の空気量／開口面積換算ブロック３０５、開口面積
／開度換算ブロック３０６、スロットル動作遅れ補償ブ
ロック３０９を廃し、新たに空気量／デューティ換算ブ
ロック１７０５、ＩＳＣバルブ遅れ補償ブロック１７０
６を設け、さらにフィードバック制御ブロックについて
はフィードバック操作量を開口面積より駆動デューティ
値に変更したブロック１７０７に置き換え、アクチュエ
ータについてはスロットルシステム３１０からＩＳＣバ
ルブ１４１０に変更したものであり、他の部分は図１２
と同様な構成となっている。以下、変更された制御ブロ
ックについて説明を行う。

【０２５４】空気量／デューティ換算ブロック１７０５
は、一次補償ブロック３０４から出力される目標スロッ
トル部通過空気増加量Qaoに基づき、図２４の関係をテ
ーブル化したテーブルPQを検索し、目標スロットル部通
過空気量Qaoを実現する駆動デューティを求め、目標駆
動デューティPoを出力する。

【０２５５】ＩＳＣバルブ遅れ補償ブロック１７０７
は、ＩＳＣバルブ１４１０の動作遅れを一次進めによっ
て補償する。図２５に示したステップ応答より、ＩＳＣ
バルブ開度はデューティ指令値にほぼ０．１〔sec〕の
一次遅れの関係にある。即ち、「数１９」で示す関係が
成り立っている。

【０２５６】

【数１９】

【０２５７】ここで、sはラプラス演算子、Giは定常状
態でのQaとPd間の係数である。

【０２５８】そこで、ＩＳＣバルブ遅れ補償ブロック１
７０７は、目標駆動デューティPoから「数２０」に従っ
て駆動デューティPdを算出し、その駆動デューティPdを
ＩＳＣバルブ１４１０に出力することで、一次遅れの補
償を行う。

【０２５９】

【数２０】

【０２６０】一方、フィードバック制御ブロック１７０
７は、エンジン回転数を制御量、ＩＳＣバルブ駆動デュ
ーティを操作量としたＰＩＤ制御を行う。即ち、フィー
ドバック操作量Pfbを「数２１」に従って算出する。

【０２６１】

【数２１】

【０２６２】ここで、sはラプラス演算子、ＰＩＤゲイ
ンであるKP、KI、KDは定数とする。

【０２６３】なお、システムの非線形性を考慮して、平
滑化目標回転数SNoと実回転数Ｎとの偏差eに応じてKP、
KI、KDを変更することで良好な制御性を得ることもでき
る。

【０２６４】ＩＳＣバルブ１４１０を用いたアイドル制
御のフローチャートを図２７に示す。

【０２６５】図２７において、ステップ１８０１からス
テップ１８１６は、図１６に示したステップ４０１から
４１６と同じであるので、説明を省略し、相違点につい
てのみ説明する。

【０２６６】ステップ１８１８では、空気量／デューテ
ィ換算ブロック１７０５の処理を行う。すなわち、一次
補償ブロック３０４から出力される目標スロットル部通
過空気増加量Qaoに基づき、図２４の関係をテーブル化
したテーブルPQを検索し、目標スロットル部通過空気量
Qaoを実現する駆動デューティを求め、目標駆動デュー
ティPoを出力する。

【０２６７】ステップ１８２０では、ＩＳＣバルブ遅れ
補償ブロック１７０６の処理を行い、フィードフォワー
ド操作量であるところの駆動デューディPdを算出する。

【０２６８】ステップ１８２２では、「数２２」にした
がってフィードバック操作量Pfbを算出する。この処理
は、フィードバック制御ブロック１７０７の機能に相当
する。

【０２６９】

【数２２】

【０２７０】ここで、KP、KI、KDはそれぞれ「数２１」
のKP、KI、KDに等しい。

【０２７１】次に、ステップ１８２４では、駆動デュー
ディPdとフィードバック操作量Pfbとの和をＩＳＣバル
ブ１４１０に出力する。

【０２７２】コントロールユニット１１４には、前述の
実施形態で説明したような電制スロットルを用いたアイ
ドル制御時と同様に、エアコンスイッチ信号を監視し、
オンされた後エアコンプレッサ１２３の駆動を開始する
プログラムが上記アイドル制御の処理と並行して存在
し、エアコンスイッチ信号がオンとなった後、０．１３
〔sec〕のディレイ時間経過後にエアコンプレッサ１２
３の動作を開始させる。

【０２７３】ＩＳＣバルブ１４１０を用いてアイドル制
御を行った際のエアコン負荷投入時のエンジンシステム
の応答例を図２８に、前照灯点灯時のエンジンシステム
の応答例を図２９にそれぞれ示す。

【０２７４】電制スロットルを用いたアイドル制御を行
った場合に比べ、ＩＳＣバルブ１４１０を用いた制御は
アクチュエータの容量不足のため、若干エンジン回転数
に変動が出るものの、従来技術による制御に比べ極めて
良好な制御性を発揮する。

【０２７５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、エンジン
にかかる負荷量を推定し、その推定結果の推定負荷量に
見合うトルクを発生させるために必要な吸入空気量制御
用のアクチュエータの操作量を、アクチュエータ操作量
とエンジン発生トルクとの関係を表した計算式（エンジ
ンモデル）によって算出し、その算出結果に従ってアク
チュエータを操作するようにしたため、エンジンに吸入
される空気量は、固定的な量がステップ上に増加する従
来のものと異なり、推定した新たな負荷量に見合うもの
となり、負荷とエンジン発生トルクが精度良く釣り合
い、速やかにエンジン回転数が目標回転数に収束、安定
し、快適な運転性を得ることができる。

【０２７６】また、エンジンの特性値とエンジン回転数
によってアクチュエータの操作開始時からエンジントル
ク変化までの時間遅れ系のムダ時間を算出し、そのムダ
時間経過時期にエンジンにかかる負荷量を推定し、その
推定負荷量に見合うトルクを発生させるために必要なア
クチュエータの操作量を、エンジン特性とエンジン回転
数によって決定される遅れ係数を参照して算出するた
め、負荷量とエンジン発生トルク量は、ムダ時間および
遅れ時間相当の時間を経過した後、常に釣り合いが保た
れる。負荷投入時及び終了時のエンジン回転数変動は極
めて小さいものに抑えることができる。

【０２７７】また、エンジンにかかる負荷量を推定演算
する場合に、負荷別に事前に記憶保持あるいはシステム
出力をもとにオンラインで修正保持した負荷投入時及び
終了時の過渡的な負荷の変化パターンのデータを参照
し、現時刻以降の負荷量を推定するため、負荷投入時及
び終了時の過渡的な状態においても正確な負荷推定が行
われ、負荷量とエンジン発生トルク量は、常に釣り合い
が保たれる。

【０２７８】また、任意時刻での負荷量の推定演算の結
果、複数個の候補が選ばれた場合、その最大のものを現
時刻での推定負荷量として決定し、その後のエンジンの
応答より負荷量の推定演算を再度行うため、正確な負荷
推定が行われるまでの間にエンジン回転数が大きく落ち
込むことを防ぐことが可能となる。その後、エンジン回
転数その他のエンジンシステムからの出力の変化をもと
に再度負荷推定を行うことで正確な制御が行われ、エン
ジン回転数は速やかに目標回転数に収束し、エンジン回
転数変動は従来の方法に比べ非常に小さいものとなる。

【０２７９】また、負荷量の異なる複数の補機の運転ス
イッチ信号を１つにまとめてコントロールユニットに入
力する構成であっても、発生トルクの過不足は生じなく
なる。

【０２８０】また、アクチュエータの操作量を算出する
場合に、アクチュエータ設置部分の吸気管開口面積とア
クチュエータ設置部分を流れる空気量の関係を比例関係
とする計算式によって算出するため、スロットル弁の開
度とスロットル弁部分を流れる空気流量との非線形な関
係に影響されることがなくなり、良好な制御性を確保で
きる。

【０２８１】また、一定量だけスロットル部通過空気量
を増加させるフィードフォワード制御を行おうとした際
も、吸気管開口面積と通過空気量が比例関係にあること
より、フィードフォワード操作量算出にあたってスロッ
トル弁位置を参照するといった処理上の手間が省ける。

【０２８２】また、フィードバック操作量、フィードフ
ォワード操作量を各々スロットル弁部通過空気として算
出し、これらを加算した空気を求めた後、該空気量をス
ロットル弁開度に換算することで、スロットル弁の開度
とスロットル弁部分を流れる空気流量との非線形な関係
に影響されることがなくなり、フィードバック制御に固
定ゲインのＰＩＤ制御など実装が容易なロジックを用い
ても良好な制御性を確保できる。

【０２８３】また、負荷の駆動開始時期または駆動停止
時期を、前記ムダ時間経過後に設定することにより、負
荷とエンジン発生トルクは常時釣りあわせることが可能
となり、負荷変動時のエンジン回転数変動をなくすこと
が可能になる。

【０２８４】さらに、アクチュエータとして電気的に駆
動されるスロットル弁を用いる場合、推定負荷量に見合
うトルクを発生させるために必要な吸入空気量制御用の
アクチュエータの操作量として目標スロットル弁開度を
算出し、その目標スロットル弁開度から弁開度指令値を
出力する際に、通常は該目標スロットル弁開度そのもの
を弁開度指令値とし、該目標スロットル弁開度が単位時
間あたりに所定値以上変化する場合のみ、変化後の該目
標スロットル弁開度を、所定の期間あるいはスロットル
弁開度と目標スロットル弁開度の差が所定の範囲に入る
までの期間あるいは大きい補償を必要とする目標スロッ
トル弁開度が入力されるまでの期間、弁開度指令値とし
て保持し続けることにより、スロットル弁の非線形の動
作遅れを補償し、スロットル弁の非線形の動作遅れに関
係なく期待する開度を得ることができ、結果として期待
通りの吸気空気量を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアイドル制御方法を適用した電制スロ
ットルを含んだエンジンシステムの実施形態を示す構成
図である。

【図２】本発明のアイドル制御方法を実行させる条件及
び非アイドル時の処理を示す説明図である。

【図３】電制スロットルを用いたエンジンシステムの実
施形態を示す機能ブロック図である。

【図４】エアコン、前照灯、窓ガラス熱線の作動時の負
荷の時間変動を示した図である。

【図５】エアコン負荷量の時間変動を記憶したテーブル
の構成図である。

【図６】エアコン負荷量の時間変動を記述したテーブル
から線形補完をして値を読み取る例を示した説明図であ
る。

【図７】スロットル弁取付状態と弁開度の関係を示す説
明図である。

【図８】電気負荷の特定を行う方法の説明図である。

【図９】電気負荷の特定を行う他の方法の説明図であ
る。

【図１０】エンジンの体積効率と吸気管内圧の関係を示
す説明図である。

【図１１】アイドル運転時のスロットル部開口面積とス
ロットル部通過空気流量の関係を示す説明図である。

【図１２】スロットル動作遅れ補償ブロックを負荷した
実施形態を示す機能ブロック図である。

【図１３】スロットル弁動作の非線形性応答例を示す説
明図である。

【図１４】本発明のスロットル弁動作遅れ補償を行った
際のスロットル弁応答例を示す説明図である。

【図１５】スロットル動作遅れ補償を行った場合のスロ
ットル弁の目標開度、開度指令値、実開度の関係を示す
説明図である。

【図１６】電制スロットルを用いた場合のアイドル制御
方法の処理内容を示すフローチャートである。

【図１７】電気負荷増加量を算出する処理を示すフロー
チャートである。

【図１８】スロットル動作遅れ補償を行う処理を示すフ
ローチャートである。

【図１９】本発明を実施した際のエアコンスイッチオン
時のエンジンシステムの応答例を示すタイミングチャー
トである。

【図２０】本発明を実施した際の前照灯点灯時のエンジ
ンシステムの応答例を示すタイミングチャートである。

【図２１】従来における固定値のフィードフォワード制
御を行った際の前照灯点灯時のエンジンシステムの応答
例を示すタイミングチャートである。

【図２２】アイドル運転時のスロットル弁開度（角度）
とスロットル部通過空気量の非線形関係を示す図であ
る。

【図２３】ＩＳＣバルブを含んだエンジンシステムの他
の実施形態を示す構成図である。

【図２４】ＩＳＣバルブの駆動デューティと通過空気量
の関係を示す説明図である。

【図２５】ＩＳＣバルブの駆動デューティと通過空気量
のステップ応答の説明図である。

【図２６】ＩＳＣバルブを用いたエンジンシステムの他
の実施形態を示す機能ブロック図である。

【図２７】ＩＳＣバルブを用いた際のアイドル制御方法
の処理内容を示すフローチャートである。

【図２８】ＩＳＣバルブを用いた場合のエアコンスイッ
チオン時のエンジン応答例を示すタイミングチャートで
ある。

【図２９】ＩＳＣバルブを用いた場合の前照灯オン時の
エンジンの応答例を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１０１…エンジン、１０２…吸気管、１０３…排気管、
１０４…アクセルペダル、１０５…スロットル弁、１０
６…スロットルアクチュエータ、１０７…燃料噴射弁、
１０８…アクセルポジションセンサ、１０９…エアフロ
ーメータ、１１０…スロットルポジションセンサ、１１
１…水温センサ、１１２…Ｏ２センサ、１１３…クラン
ク角センサ、１１４…コントロールユニット、１１５…
発電装置、１１６…バッテリ、１１８…前照灯、１２１
…窓ガラス熱線、１２３…エアコンプレッサ、１２４…
エアコンスイッチ、１２５…吸気弁、１２６…排気弁、
３００…負荷推定ブロック、３０１…負荷パターン推定
ブロック、３０２…ムダ時間補償ブロック、３０４…一
次遅れブロック、３０５…空気量／開口面積換算ブロッ
ク、３０６…開口面積／開度換算ブロック、３０７…フ
ィードバック制御ブロック、３０９…スロットル動作遅
れ補償ブロック、３１０…スロットルシステム、１４１
０…ＩＳＣバルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿田子 武士 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 高野 喜也 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸入空気量を制御するアクチュエータを
   備えたエンジンシステムにおけるアイドル制御方法であ
   って、 エンジンの負荷制御に関係するセンサ出力またはスイッ
   チ信号に基づき、エンジンにかかる負荷量を推定し、そ
   の推定結果の推定負荷量に見合うトルクを発生させるた
   めに必要な吸入空気量制御用のアクチュエータの操作量
   を、アクチュエータ操作量とエンジン発生トルクとの関
   係を表した計算式によって算出し、その算出結果に従っ
   て前記アクチュエータを操作することを特徴とするアイ
   ドル制御方法。
2. 【請求項２】 推定負荷量に見合うトルクを発生させる
   ために必要な吸入空気量制御用のアクチュエータの操作
   量を算出する場合に、エンジンの特性値とエンジン回転
   数によって前記アクチュエータの操作開始時からエンジ
   ントルク変化までの時間遅れ系のムダ時間を算出し、そ
   のムダ時間経過時期にエンジンにかかる負荷量を推定
   し、その推定負荷量に見合うトルクを発生させるために
   必要な前記アクチュエータの操作量を、エンジン特性と
   エンジン回転数によって決定される遅れ係数を参照して
   算出し、その算出結果に従って前記アクチュエータを操
   作するようにしたことを特徴とする請求項１記載のアイ
   ドル制御方法。
3. 【請求項３】 エンジンにかかる負荷量を推定演算する
   場合に、負荷別に事前に記憶保持あるいはシステム出力
   をもとにオンラインで修正保持した負荷投入時及び終了
   時の過渡的な負荷の変化パターンのデータを参照し、現
   時刻以降の負荷量を推定することを特徴とする請求項１
   または２記載のアイドル制御方法。
4. 【請求項４】 任意時刻での負荷量の推定演算の結果、
   複数個の候補が選ばれた場合、その最大のものを現時刻
   での推定負荷量として決定し、その後のエンジンの応答
   より負荷量の推定演算を再度行うことを特徴とする請求
   項１ないし３記載のいずれかのアイドル制御方法。
5. 【請求項５】 アクチュエータの操作量を算出する場合
   に、アクチュエータ設置部分の吸気管開口面積とアクチ
   ュエータ設置部分を流れる空気量の関係を比例関係とす
   る計算式によって算出することを特徴とする請求項１な
   いし４記載のいずれかのアイドル制御方法。
6. 【請求項６】 負荷の駆動開始時期または駆動停止時期
   を、前記ムダ時間経過後に設定することを特徴とする請
   求項１ないし５記載のいずれかのアイドル制御方法。
7. 【請求項７】 前記アクチュエータとして電気的に駆動
   されるスロットル弁を用いることを特徴とする請求項１
   ないし６記載のいずれかのアイドル制御方法。
8. 【請求項８】 推定負荷量に見合うトルクを発生させる
   ために必要な吸入空気量制御用のアクチュエータの操作
   量として目標スロットル弁開度を算出し、その目標スロ
   ットル弁開度から弁開度指令値を出力する場合に、通常
   は該目標スロットル弁開度そのものを弁開度指令値と
   し、該目標スロットル弁開度が単位時間あたりに所定値
   以上変化する場合のみ、変化後の該目標スロットル弁開
   度を、所定の期間あるいはスロットル弁開度と目標スロ
   ットル弁開度の差が所定の範囲に入るまでの期間あるい
   はより大きい補償を必要とする目標スロットル弁開度が
   入力されるまでの期間、弁開度指令値として出力するこ
   とを特徴とする請求項７記載のアイドル制御方法。
9. 【請求項９】 推定負荷量に見合うトルクを発生させる
   ために必要な吸入空気量制御用のアクチュエータの操作
   量としてスロットル弁部開口面積を算出し、これをフィ
   ードフォワード操作量として出力し、さらにエンジン回
   転数とその目標回転数との偏差によって算出されるフィ
   ードバック操作量をスロットル弁部開口面積に換算し、
   その換算結果のスロットル弁部開口面積と前記フィード
   フォワード操作量として出力されるスロットル弁部開口
   面積とを加算し、その加算結果を目標スロットル弁開度
   に変換し、スロットル弁を操作とすることを特徴とする
   請求項７記載のアイドル制御方法。
10. 【請求項１０】 推定負荷量に見合うトルクを発生させ
    るために必要な吸入空気量制御用のアクチュエータの操
    作量としてスロットル弁部を通過する空気量を算出し、
    これをフィードフォワード操作量として出力し、さらに
    エンジン回転数とその目標回転数との偏差によって算出
    されるフィードバック操作量をスロットル弁部を通過す
    る空気量に換算し、これらの空気量の値を加算した後、
    目標スロットル弁開度に変換し、スロットル弁を操作と
    することを特徴とする請求項７記載のアイドル制御方
    法。
11. 【請求項１１】 前記アクチュエータとしてＩＳＣバル
    ブを用いることを特徴とする請求項１ないし６記載のい
    ずれかのアイドル制御方法。
12. 【請求項１２】 吸入空気量を制御するアクチュエータ
    と、負荷運転信号により駆動され、エンジンの負荷とな
    る機器とを備えるエンジンシステムにおけるアイドル制
    御装置であって、 エンジンの特性値とエンジン回転数によって前記アクチ
    ュエータの操作開始時からエンジントルク変化までの時
    間遅れ系のムダ時間を算出するムダ時間算出手段と、前
    記機器の駆動を前記ムダ時間算出手段で算出されたムダ
    時間経過後に開始または停止する手段とを備えたことを
    特徴とするアイドル制御装置。