JPS5946353A - 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 - Google Patents

内燃機関のアイドル回転速度制御方法

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JPS5946353A
JPS5946353A JP57155166A JP15516682A JPS5946353A JP S5946353 A JPS5946353 A JP S5946353A JP 57155166 A JP57155166 A JP 57155166A JP 15516682 A JP15516682 A JP 15516682A JP S5946353 A JPS5946353 A JP S5946353A
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D31/00Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F02D31/001Electric control of rotation speed
    • F02D31/002Electric control of rotation speed controlling air supply
    • F02D31/003Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control
    • F02D31/005Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control by controlling a throttle by-pass

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) この発明は、内燃機関の内部状態を考慮して機関をダイ
ナミック(動的)なシステムとして捕え、内部状態を規
定する状態変数によって機関の動的な振舞いを推定しな
がら、機関の入力変数を決定する状態変数制御の手法を
用いて、アイドル回転速度を制御する方法に関し、特に
、事前に予測できる外乱に対するアイドル回転速度の低
下や上昇を防止する制御方法に関する。
(従来技術) 従来の内燃機関におけるアイドル回転速度制御方法とし
ては、例えば第1図に示1゛ようなものがある。アイド
ル回転速度制御用のAACバルブ1は、VCMバルブ2
の制御ソ1/ノイド3の駆動パルス幅PAをデー−ティ
制御することによってリフ)量がiわり、スロットルバ
ルブ4のバイパス5を通過するバイパス空気量が変化し
て、アイドル回転速度が制菌されろ。
コントロールユニソl−6は、スロントルバルブスイソ
チ7によるアイドル(IDLE)信号、ニ一トラルスイ
ノチ8によるニュートラル(N I・; U i’ )
信号、車速センサ9によろ車速(VSJ’) 信号など
によって機関がアイドル状態にあることを検知−J−ろ
と、水冷1センザ10による冷却水?!1i 1JI 
(Tw )に応じた1次元テーブルルックアンプによっ
て、アイドル回転速度の基本目標値を算出1−る。そし
−C、エアコンスインf ] l K 、J−ル工γコ
ン(A / C) 信号、ニュートラル(N1901月
ぎ号、バッテリ電圧(Vll倍信号どに応じた補正を行
なって最終的に算出されたアイドル回転速度の目標値N
、に対し、機関の実際の′アイドル回転速度Nとその目
標値N、との偏差SAが小さくなるように制御ソレノイ
ド3のパルス幅PAを比例、積分(PI)のデー−ティ
制御をして、目標回転速度Nrにフィードバック制御ず
ろ。
以上の制御方法を流れ図て示したのが、第2図である。
しかしながら、このような従来の内燃機関のアイドル回
転制御方法にあっては、アイドル状態がら外乱(例えば
エアコン・コンプレッサ負性、パワーステアリングボン
グ負荷、クラッチミー1・による負荷)か入った場合に
目標回転速度を上昇させるように制御する際や、それら
の外乱(負荷)か入もな(なった場合に目標回転速度を
下げるように制御する際、目標回転速度に追従1−るま
での制御過渡応答性の悪さから、フィードバック制御だ
けでは目標回転速度に対して回転の落込みや上昇が生じ
ろという問題点があった。
(発明の目的) この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、外乱が入った場合や入らなくなった場合のア
イドル回転速度の過渡応答を改善し、アイドル回転速度
の落込みや上昇を防止1−ることを目的とづ−る。
(発明の構成及び作井目 そこでこの発明は、内燃機関、アクチュエータおよびセ
ンサの動特性をモテル化したものをマイクロコンピュー
タ等からなるコントローラに記憶しておき、空気量(も
しくは相当(1)、点火時期、燃料供給量(もしくは相
当量)および排気還流(EGR)量(もしくは相当量)
のうちのいずれか1つまたは任意の2つ以上の組合せを
制御入力とし、かつアイドル回転速度を制御出力とし、
!till f1111人力と制御出力から、ダイナミ
ノクモチルて゛ル〕イ)内燃機関等の内部状態を代表1
−ろ状態俊数稲を推定し、その推定値とアイドル回転速
度の目標値と実際値の偏差の積分値とを用いて、制御人
力値を決定し、内燃機関のアイドル回転速度を目標値に
フィードバック制御すると共に、特に、入ることや人ら
な(なることが事前に予測できる負荷外乱に対しては、
フィードフン−ワード制御を加えることを特徴とするも
のである。
以下、この発明を図面に基づいて説明する。
第3図は、この発明による内燃機関のアイドル回転速度
制御方法の一実施例を実現する装置の構成図である。
同図にオ6いて、]2は制御対象である内燃機関で、ア
イドル回転速度制御の他、空燃比フィードバック制御を
含む燃料噴射制御その他を行なっている。
制御対象12の制御出力をアイドル回転速度とした場合
、制御入力としては、空気量(または相当量)、点火時
期、燃料供給量(または相当量)および排気還流量(ま
たは相当量)のうちのいずれか1つまたは任意の2つ以
上の組合せをとり得る。本実施例では、2制御入力とし
て、アイドル時のバイパス空気量を調整するためのVC
Mバルブ2の制御ソレノイド(第1図)を駆動するパル
ス幅Pへ(′1−なわちバイパス空気量に相当する量)
ど点火時期ITとをとる。制御出力はアイドル回転速度
Nで、1出力である。
1:3は、制御対象である機関12のダイナミックモデ
ルを記憶していて、上記3つの制御入出力情報  。
PA、IT、Nがら機関のダイナミックな内部状態を推
定する状態観測器(オブザーバ)であり、内部状態を代
表する状態変数量X(例えば4つの邦X1゜X2+X3
+X4のベクトル表示)の推定i(j xを刷″算する
状態観測器1311制御対象である機関をシミュレーシ
ョンするもので、ダイナミックな内部状態を状態変数X
(11次のベクトルX1〜xn)で代表する。
制御対象である機関J2の内部状態な表ゎJ−状態変数
は、具体的には例えばインテークマニポールトの絶対圧
や吸入負圧、実際にンリンダに吸入された窒気量、燃焼
の動的挙動、機関トルク等が挙げられる。これらの値を
センサにより検出できれば、その検出値を用いることに
よって、動的な振舞(・を把握し、制御に用いることに
よって制御をより精密に行なうことができる。しかし、
なかも現時点ではそれらの値を検出できる実用的センサ
はあまり存在しない。そこで機関の内部状態を状態変数
Xで代表させろが、但し状態変数又は実際の内部状態を
表わす種々の物理量に対応さぜる必要はな(、全体とし
て機関をシミュレーションさせろものである。状態変数
Xの次数nは、I]が大きい程シミュレーションか精確
になるカー反面引算が複雑になる。そこでモデルとして
は低次元化近似されたものを使用し、近似誤差又は機関
個体差による誤差を積分動作で吸収する。この発明にお
ける2人力1出力の場合には、n=4程度が適当であ−
ろ。                       
 −−−−一一第3図において、14は積分動作とゲイ
ンブロックで、機関回転速度の指定された目標値N1.
と−実際値Nとの偏差SAを積分した量および状態観測
器13で計算された状態変数量Xから; 2つの制御人
力PAと1′】゛の値を計算1−る(第5図参照)。 
                  −−−次に作用
を説明する。
制御対象である機関12は2人力1出カシステムで、こ
の入出力間の回転同期サンプル値系のある基準設定値近
辺で求められた線形近似された伝達関数行列T(zlか
ら、制御対象12のダイナミックな内部状態を推定づ−
ることがrJJ能て゛ある。その1つの手法として状態
観測器J3がある。アイドル回転速度近辺の運転条件で
、制御対象]2の伝達関数行列T(z)が実験的に求ま
り、− 1’(z) −Ci’1(Z)  ’−1’2に’) 
〕(+1となる。但し、Zは入出力惰号のサンプル値の
Z−変換を示し、Tl(ZlとT2(Z)は例えばZの
2次伝達関数である。
入力、出力および伝達関数T+(1) 、 T2(1)
のjν81賃≧を示づ一制御対象(機関)12のモデル
11□I)ノ貴女第4図に示す。世し、入出力はそれぞ
れ基準設定値かC)のズレδl)A、δ■T、δNを用
℃・ている。
この伝達関数行列T(z)から、次の様に状態観測器1
3を構成することができろ。
先ず、1“(Z)から機関の動的な振舞(・を記述1−
ろ状態変数モデル x(nl=八xへn−1,) 十Bu(r+−1)  
      (2J−・(IT J)=Cx(IT−1
)          (3)を導(。ここで、容量の
カッコ内の(11)は現時点を、また(n−1)は1つ
前のサンプル時点を表わす。
u(+1−1)は制御入力ベクトルで、ある基準設定値
からの線形近似が成り立つ範囲内での摂動分を表ワす、
制御ソレノイド3のパルス幅δPA(1]−1)ト点火
時期δ■′1′を要素とする。すなわち、また、y(n
−i)は制御出力で、制御人力ベクトルと同様に、ある
基準回転速度Na(例えば650 rpr+りがらの摂
動分を表わすδN(n−1)を要素とする。
すなわち、 Y(11−1)−δN(n刊)(5) X(・)は状態変数ベクトルであり、行列へ、B、Cは
伝達関数行列T(Z)の係数がら決まる定数行列である
ここで、次の様なアルゴリズムを持つ状態観測器を構成
する。
x(川=(A  GC)9(n−1)+Bu(n−1)
+C1y(n  1)   (G)ここに、Gは任意に
与えられる行列で、9(・)は機関12の内部状態変数
X(・)の推定1直である。(2)(3)(6)式より
変形すると、 Cx(n) −=(n) ) −(八−GC)[X(I
+−1ン−x(n−1−):]    (71となり、
行列(A−CiC)の固有値が単位円内にあるようにG
を選べば、 1−+太で   x(nl −+ x(n)     
    (81となり、内部状態変数量x(n)を入力
U(・)と出力y(・)から推定することかできる。ま
た、行列Gを適当に選び、行列(八−GC)の固有値を
全て零に1−ることも可能で、この時状態観測器1:3
は有限整定状態観測器となる。
このようにして推定された状態変数父(・)と、目標回
転速度Nrと現在の実際の回転速度N(・)との偏差5
A−(Nr−N(・))の情報を用(・て、制御人力で
ある制御ソレノイド3の駆動パルス幅の基準設定値(P
A)3からの線形近似が成り立つ範囲内での増量分δP
A(・)と、点火時期の基準設定値からの線形近似が成
り立つ範囲内での増量分δI 11・)を決定し、機関
のアイドル回転速度Nの最適レキ・−レーク制御を行な
う。レギュレータ制御とは、アイドル回転速度Nを一定
値である目標回転速度Nrに合致するように制御する定
値制御を意味する。
尚本発明では、前述した様に実験的に求めたモデルが低
次元化された近似モデルである為、その近似誤差を吸収
する為の1(積分)動作を付加しているか、ここでは■
動作を含めての最適レギュレーク制御を行う。
この発明の制御対象である機関は、前述したように2人
力1出カシステムであり、これを最適にレギュレータ制
御するものであるが、一般的な多変数システムの最適レ
ギーレータ制御アルゴリズムは、例えば古田勝久著1線
形システム制御理論」(昭51年)昭晃堂その他に説明
されているので、ここでは詳細な説明は省略する。結果
のみを記述すると、いま、 δu(n)=u(1■) −u(+t−1)     
  (91δe(n) −Nr = N(n)    
     coa+とし、評価関数Jを、 J=Σ〔δe(k)”+δut(k)Rδu(k) :
l      (I I)k=0 とする。ここでRは重みパラメータ行列、tは転置を示
す。1くは制御開始時点をOとするサンプル回数で、(
印式の右辺第2項は(9)式の2乗(Rを対角行列とづ
−ると9を表わす。又(11)式の第2項を、(9)式
の様な制御入力の差分の2次形式としているか、これは
第5図の様に1(積分)動作を付加したためである。(
1j)式の8・ト価関数、Jを最小と1″る最K −一
(R+ s LPB )−’ B”PA     (+
31とお(と、Kは最適ゲイン行列である。また(12
)式%式% のリカッティ(Riccati )方程式の解である。
(11)式の評価関数Jの意味は、制御人力U(・)の
動きを制約しつつ、制御出力y(・)であるアイドル回
転速度Nの目標値Nrかもの偏差SA(回転変動)を最
小にしようと意図したもので、その制約の重みづけば重
みパラメータ行列Rで変えることができろ。従って、適
当なRを選択し、アイドル時の機関のダイナミックモデ
ル(状態変数モデル)を用い、(16)式を解いたPを
用いて計算した03)式の最適ゲイン行列Kをマイクロ
コンピュータに記憶し、アイドル回転速度の目標値Nr
と実際値Nの偏差SAの積分値および推定された状態変
数x(k)がら、(12)式によって最適制御入力値u
(k)を簡単に決定することができる。また前述したよ
うに、機関のダイナミックな状態変数の推定値x(k)
を求めるには、行列A、B、C,Gの値をマイクロコン
ピュータに記憶しておき、(6)式により1算すればよ
い。
以上説明してきた方法はフィードバンク制御であるが、
例えばエアコン・コンプレンサ負荷、パワーステアリン
グポンプ負荷、クラッチミートによろ負荷等の月4前に
スイッチからの信号で予測できるような負荷が入った場
合は、上記のフィードバンク制御に加えフィードフォワ
ート制御を行なうことにより1、過渡時の制御性を高め
ろことができろ。
一例゛ヲエアコンのオンオフについて第7図(A)(B
)を参照して説明する。第7図(A)は通常のフィード
バック制御で制御した場合であるが、エアコンオンと同
時にアイドル回転速度が太きく低下し、エアコンオフの
場合はアイドル回転速度が一時的に上昇する。第7図(
B)はこの発明によるフィードバック制御にエアコンオ
ン・オフと同時にフィードフォワード制御を加えた方法
で制御を行なった場合である。
エアコンオン・オフ時のフィードフォワード制御の具体
的な方法は、エアコンオン時点において、第1図に示j
VCMバルブ20制御ソレノイド3を制御するデー−テ
ィ信号のオンチー−ティパルス幅を所定量(例えば4m
s )増やし、バイパス空気量を増やしてやる。エアコ
ンオフ時点においては、この増分を取り去る。
以上のアイドル回転速度制御の手順を示したのが、第6
図である。手順を説明すると、ステップ30では、先ず
アイドル回転速度制御に入るかどうかの判定をする。制
御を行なうと判定したら、ステップ31でコーステイン
グエンストしな(・ようなに Σ〔Nr−7N(J)〕−1)UN、x1〜×4 の初
期値を設定、1−0 する。ステップ32では、エアコンのオン・オフ状態、
水温]濠の値等によりアイドル回転速度の目標値Nrを
決めろ。ステップ33ではアイドル回転速度の・目標値
Nrと実際値Nの偏差SAを計算づ−る。ステップ34
では、制御を始めてから前の周期までの回転速度の偏差
SAを加算して℃・て、結果をJ)UNというレジスフ
に移す。ステップ35では、回転速度の実際値Nの基準
設定値Na(例えば650印11〕)からのズレδNを
計算する。ステップ36は機関のグイ計算された制御人
力値δPAおよびδITと、さらに制御出力値であるδ
Nとを重みづげ加算して各状態変数量X、M−X、を計
算する。但しく6)式の行列(A−(jC)は、 の形で、有限整定オブザーバを形成した例である。
尚、(A、1:S、C)は可観測正準形を用いている。
ステップ37では、推定された機関のダイナミックな内
部状態変数t xl” X4とDUN=−ΣCNr  
N(Jl、)J=0 に最適ゲインにの要素kijを乗じて加算し、基準設定
値(PA)aおよび11’aに対し制御入力値をど」1
だけ増量するかを計算1−る。
ステップ38では、エアコノスイッチが入つプこかどう
かを判断し、入った場合には、×テノゾ;39てδP八
へに−T値を入れ、入ってし・/、cい場合には、ステ
ップ40でδPA’= Oとし、最終的にVC,Mバル
ブ2のデー−ティ信号を制御lずろ時にδPAにδ1′
9′を加えて出力するようにし、状態観測器13にはフ
ィードバンクしない。
第6図の係数bij、gi、kij等は予め求めておい
て、マイクロコンピュータのROM (J(、cacl
 OIT I y Memory )等に記憶してお(
以上説明したフィードフォワード制御方法は、エアコン
がオンした場合に制御人力δPAに一定値を加算するも
のであるが、エアコンオン時点からの経過時間に応じて
加算量を決定してもよい。アイドル回転速度制御を機関
の回転に同期して行なう場合は、加算量を機関回転に応
じて決めろ。すなわち制御人力δPAに加算する量δP
A′をエアコンオン時点からの機関積算回転数N。Nの
関数δ]JA’−f (NoN)とする。
以上、エアコンオン時について説明したが、エアコンオ
フ時は同様な方法で減算を行なう。
以上はエアコンのオン・オフについて説明したが、パワ
ーステアリングポンプからの信号やクラッチスイッチか
らの信号によっても同様の制御が行なえろ。
第8図(A)(B)はパワーステアリングポンプ負荷が
加わった場合の実験結果で、第8図(A)は従来のノイ
ードバック制御による場合、第8図(B)はこの発明に
よるフィードツメワード制御による場合である。パワス
テすえ切り(車両を停]1[〜だ状態でステアリングを
回す)が一番機関に負荷が掛る。
650’rp+nは定常アイドル回転速度である。第8
図(B)のこの発明による制御方法の方か応答性かよい
ことは明らかで゛ある。
第9図(A)(B)はクラッチミート時およびクラッチ
オフ時のアイドル回転速度の応答の実験結果て、第9図
(A)は従来方法、第9図(B)はこの発明による方法
の場合をそれぞれ′示す。第9図(I3)のこの発明に
よる場合の方か応答性がよいことが判る1゜(発明の効
果) 以」二説明したように、この発明によれば、制御入力(
空気量、点火時期、燃料供給量およO・排気還流量のう
ちのいずれか1つまたは任意の2つ↓ソ、上の組合せ)
と制御出力(アイドル回転速jW)間の夕°イナミノク
モデルに基づいて多変数制御し、事前に予測できろ負荷
外乱が入った場合にフィードバンク制御に加えてフィー
ドツメワード制御を行なう構成としたため、負荷外乱が
入った場合および入った負荷外乱が除去された場合のア
イドル回転速度の過渡応答が改善され、より安定なアイ
ドル運転が実現できろと℃・5効果か得られろ。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の内燃機関のアイドル回転速1央制御装置
の構成図、第2図は従来のアイドル回転速度制御方法を
示すフローチャート、第3図はこの発明による内燃機関
のアイドル回転速度制御方法を実現する制御装置の構成
図、第4図は第:う図の制御人出力と機関の関係を示づ
−ブロツクト、第5図は、積分」−ダインブロックの詳
細を示′1−図、第6図はこの発明による制御方法を説
明するフローチャート、第7図(A)(B)はエアコン
負荷に対する過渡応答の実験結果を示す図、第8図(A
、+(B)はパワーステアリング負荷に対する過渡応答
の実験結果を示づ一図、第9図(A)(B)はクラッチ
負荷に対J−ろ過渡応答の実験結果を示す図である。 1・・・AACバルブ、   2・・・VCMバルブ、
3・・・制御ソレノイド、 4・・・スロットルバルブ
、5・・バイパス、7・・スロットルノくルフプイツチ
、8・・・ニュートラルスイッチ、10・・・水ff:
r セン−り−111・・・エアコンスイッチ、 J2・・・内燃機関(制御対象)、】訃・・状態観測器
、14・・・fJt 分動作十ゲインブロック、N、−
・・・アイドル回転速度の目標値、N・・・アイドル回
転速度の実際値、 Na・・アイドル回転速度の基準設定値、SA・・・ア
イドル回転速度の目標値と実際値の偏差、PA・・バイ
パス空気量を規定する制御ソ1/ノイドの駆動パルス幅
、 1′J′・・点火時期、   Xl・・状態変数量、9
1・・・状態変数のjl(;定量。 特許出願人 日産自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士  山  本  恵  − 第2図 13図 第4図 し−−W s6図 s7図 (A) (B) 手続補正書(自発) 昭和57年10月5日 特許庁長官 若 杉 相 夫 殿 1、事件の表示 昭和57年 特 許 願 第15516G号2、発明の
名称 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 名 称 (399) [E産自動車株式会社(1)  
明細書第4頁第9〜10行の[アイドル回転制御方法」
を1アイドル回転速度制御方法律と補正J−ろ。 (2)明細宵第8頁第11i〜+7#Jo)l (第5
図3傅)1,1をY(第5図参照)。そして、上記状態
族が11器1゛3と積分動作とゲインブロックト1と−
Oコノトローラを構成する。」 と補正′1−る。 Jヅ 」−

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  コントローラに記憶された内燃機関のタイナ
    ミックモデルに基づき、前記内燃機関の制御入力値であ
    る該内燃機関に供給される空気量もしくは該空気量に相
    当1−ろ量および該内燃機関の点火時期および該内燃機
    関−・の燃料供給(至)もしくは該燃料供給量に相当′
    1−る量およびり1気還流量もしくは該排気還流量に相
    当する量から選択されろいずれか1つまたは任意の2つ
    以上の組合せと、該内燃機関の制御出力値であるアイド
    ル回転速度とから、該内燃機関のダイナミックな内部状
    態を代表1)適当な次数の状態変数量xH(i = 、
    1,2.・・++)を推定腰該推定された状態変数制御
    (i=1.2.・・・!])と、アイドル回転速度の目
    標値Nrと実際値Nの偏差SAを積分した量とから前記
    制御人力値を決定して、前記内燃機関のアイドル回転速
    度をフィードバック制御する方法において、定常のアイ
    ドル状態から事前に予測できる負荷外乱が入った場合に
    核外乱に応じてフィードフォワード制御を行なうことを
    特徴とする内燃機関のアイドル回転速度制御方法。
  2. (2)  フィードフォワード制御方法を、負荷外乱が
    入った場合に推定された状態から求めた匍坤11人力値
    に一定値を加算するものとする特許請求の範囲第1項記
    載の方法。
  3. (3)  フィードフォワード制御において推定された
    状態から求めた制御入力値に加算する値を、負荷外乱が
    入った時点からの機関の回転数に基づいて決定する特許
    請求の範囲第1項記載の方法。
JP57155166A 1982-09-08 1982-09-08 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 Granted JPS5946353A (ja)

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JP (1) JPS5946353A (ja)

Cited By (6)

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JPS6330491B2 (ja) 1988-06-17

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