JPS6115258B2 - - Google Patents

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JPS6115258B2
JPS6115258B2 JP54065661A JP6566179A JPS6115258B2 JP S6115258 B2 JPS6115258 B2 JP S6115258B2 JP 54065661 A JP54065661 A JP 54065661A JP 6566179 A JP6566179 A JP 6566179A JP S6115258 B2 JPS6115258 B2 JP S6115258B2
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JP
Japan
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control
value
open loop
limit value
intake air
Prior art date
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Application number
JP54065661A
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JPS55160135A (en
Inventor
Kenji Ikeura
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Priority to GB8017147A priority patent/GB2051423B/en
Priority to US06/154,048 priority patent/US4344398A/en
Priority to FR8011854A priority patent/FR2457974B1/fr
Priority to DE19803020493 priority patent/DE3020493C3/de
Publication of JPS55160135A publication Critical patent/JPS55160135A/ja
Publication of JPS6115258B2 publication Critical patent/JPS6115258B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D31/00—Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F02D31/001—Electric control of rotation speed
    • F02D31/002—Electric control of rotation speed controlling air supply
    • F02D31/003—Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control
    • F02D31/005—Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control by controlling a throttle by-pass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M3/00—Idling devices for carburettors
    • F02M3/06—Increasing idling speed
    • F02M3/07—Increasing idling speed by positioning the throttle flap stop, or by changing the fuel flow cross-sectional area, by electrical, electromechanical or electropneumatic means, according to engine speed

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の主としてアイドリング時の
吸入空気量を制御する吸入空気量制御装置に関し
特に吸入空気量を調節するアクチユエータを制御
する信号の制御値に関するものである。
最近、自動車の排気浄化性能や燃費性能等を向
上させるため、アイドリング時の回転数も精密に
制御する必要が生じている。そのため機関温度等
の機関運転状態に応じて目標回転数を定め、実際
の回転数を目標回転数と一致させるように吸入空
気量をフイードバツク制御する装置が開発されて
いる。
上記のごとき装置において、マイクロコンピユ
ータ等を用いてデイジタル方式で制御を行なう場
合には、吸入空気量を調節するアクチユエータと
してオン・オフ的に作動する電磁弁を用い、該電
磁弁を駆動するパルス信号のデユーテイを変える
ことによつて吸入空気量を制御する方式が信号処
理の面から適している。
しかし上記のごとき電磁弁においては、パルス
信号のデユーテイが非常に大きい範囲（例えば80
％以上）及び非常に小さい範囲（例えば10％以
下）では、応答性が急激に低下する。このように
応答性の低くなる範囲を不感帯と呼んでいる。
が、パルス信号のデユーテイが不感帯に入るよう
な制御を行なうと種々の不具合が生じる。
以下第１図に基づいて詳細に説明する。
第１図はオープンループ制御分とフイードバツ
ク制御分との和を制御値（デユーテイの値）とす
る方式の特性の一例図である。
第１図において、オープンループ制御分S1とフ
イードバツク制御分S2との和が制御値S3となる。
なお制御値S3はマイナスの値にならないので、
S1とS2との和が計算上マイナスになる部分S′3に
おいては、S3＝０となる。
またS4及びS5は不感帯の範囲を示し、S4以下
（０〜10％）及びS5以上（80〜100％）が不感帯と
なる。
またW1（T1〜T2及びT3以後）はフイードバツ
ク制御区間、W2（T2〜T3）はオープンループ制
御区間である。
第１図の特性において、時点T1で機関が始動
した場合、時間の経過につれて暖機が進み、機関
温度が上昇するに従つてオープンループ制御分S1
は次第に低下する。またフイードバツク制御分S2
も最初に回転が上がりすぎた分を戻すためにマイ
ナス側に増加する。したがつて制御値S3は次第に
低下する。そして時点T2で、例えば走行を開始
したことによつてオープンループ制御に切り換つ
たとする。オープンループ制御時においては、フ
イードバツク制御分S2は固定されるが、オープン
ループ制御分S1は所定値（第１図では20％）に達
するまでは温度の上昇に従つて低下する。したが
つて制御値S3は低下を続けて０まで低下する。な
お走行中（区間W2）はスロツトル弁が開いてお
り、本発明の吸入空気量制御系とは別系路で多量
の空気が吸入されているので、S3の値は機関回転
には殆んど影響を及ぼさない。
次に時点T3においてアイドリング状態に戻
り、再びフイードバツク制御が開始された場合、
時点T3ではS3が０％、すなわち電磁弁が全閉状
態になつているので、フイードバツク制御分S2は
電磁弁を開ける方向に直ちに上昇する。したがつ
て制御値S3も上昇するが、S3がS4以上になつて不
感帯をぬけるまで、すなわち時点T4までは応答
性が悪いため電磁弁は全閉のままになつている。
そのため時点T3においてアイドリング状態にな
つてから遅れ時間τ１の間は、電磁弁が全閉状態
を続けるので、吸入空気量が少なすぎて機関がス
トールしてしまうおそれがある。
なお、制御値S3がS5を越えて不感帯に入つた場
合には、上記と逆にアイドリング回転数が高くな
りすぎるおそれがある。
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであ
り、制御値をフイードバツク制御分とオープンル
ープ制御分との和として設定し、かつ制御値を上
限と下限との範囲内に制御するように制御するこ
とにより、吸入空気量を調節するアクチユエータ
の不感帯に起因する応答遅れをなくし、制御性を
向上させた吸入空気量制御装置を提供することを
目的とする。
以下図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
第７図は本発明の機能を示すブロツク図であ
り、(A)は特許請求の範囲第１項に相当し、(B)は同
第２項に相当する。
まず(A)において、100は、吸入空気量を調節す
るアクチユエータを制御する信号の制御値のフイ
ードバツク制御分であり、実回転数と目標回転数
との偏差に基づいた値である。また101は制御値
のオープンループ制御分であり、例えば機関温度
に対応した値である。
102は、制御値103をフイードバツク制御分とオ
ープンループ制御分との和の値として設定する手
段である。
また104は、制御値103に上限値105と下限値106
とのうちの少なくとも一方を設定する手段であ
る。
上記の上限値105と下限値106とは、例えばアク
チユエータ109の不感帯を除外する値に設定す
る。
次に107は、上記の和の値が下限値106以下の場
合は該下限値106から上記オープンループ制御分
101を減じた値となるように上記フイードバツク
制御分100を制御する手段である。
また108は、上記の和の値が上記上限値105以上
の場合は上記制御値103を上記上限値105に固定す
る手段である。
なお上記の107と108とのうちの少なくとも一方
を備えていれば良い。
また109は、吸入空気量を調節するアクチユエ
ータである。
上記のように構成したことにより、オープンル
ープ制御からフイードバツク制御に切換わつたと
きに、制御値がアクチユエータの不感帯に入つて
いることがなくなるので、応答遅れがなくなり、
したがつてエンジンストール等の不具合が発生す
るおそれがなくなる。
次に(B)において、110は、オープンループ制御
中の制御値103に下限値111を設定する手段であ
る。
上記の下限値111は、例えば負荷量や機関各部
のバラツキ等を考慮して安全な範囲の空気量を供
給できる値に設定する。
また112は、フイードバツク制御時の制御値103
が上記下限値111より小さな時は、フイードバツ
ク制御からオープンループ制御に切換わつた時に
制御値103を上記下限値111まで徐々に上昇させる
手段である。
また113は、フイードバツク制御とオープンル
ープ制御との切換えを示す信号であり、この切換
えは機関の各種運転条件に応じて行なわれる。
その他(A)と同符号は同一物を示す。
上記のように構成したことにより、フイードバ
ツク制御からオープンループ制御に切換わつたと
きに、制御値が小さな値になつていた場合には下
限値まで徐々に上昇させるので、切換わつた時点
で制御値が下限値まで急に上昇して機関回転が急
増し、運転者に不安感を与えるおそれがなくな
る。
第２図は本発明の全体の構成を示す一実施例図
であり、電子制御燃料噴射装置を備えた内燃機関
に本発明を適用した場合を示す。
第２図において、１は肉燃機関本体であり、吸
入空気はエアクリーナ２よりエアフローメータ
３、スロツトルチヤンバ４を経てインテークマニ
ホールド５の各ブランチより各シリンダに供給さ
れ、燃料はフユエールインジエクタ６により噴射
される。ここで、吸入空気の流れはアクセルペダ
ルに連動するスロツトルチヤンバ４内のスロツト
ル弁７により制御され、アイドリング時にはスロ
ツトル弁７はほとんど閉じている。アイドリング
時の空気の流れはバイパスポート８を通り、そこ
に装着されているアイドルアジヤストスクリユー
９により調節されると共に、スロツトル弁７の上
流と下流とを連通するバイパス通路１０を通り、
そこに介装したアイドル制御弁１１により適宜必
要な空気が確保される。
アイドル制御弁１１は、バイパス通路１０に介
装した弁体１２と、該弁体１２が連結されたダイ
アフラム１３と、該ダイアフラム１３を付勢する
スプリング１４を備えた負圧作動室１５と、から
構成され、負圧作動室１５に導入される負圧の増
減に応じてダイアフラム１３による弁体１２のリ
フト量を変えその開度を減増する。この負圧作動
室１５は負圧導入通路１６により定圧弁（プレツ
シヤレギユレータバルブ）１７を介してスロツト
ル弁７下流の吸気通路と連通すると共に、大気導
入通路１８によりパルス電磁弁１９を介してスロ
ツトル弁７上流の吸気通路と連通している。かく
して、パルス電磁弁１９を開閉作動させることに
より、前記負圧作動室１５に導入される負圧の大
気による稀釈割合を変化させてアイドル制御弁１
１の開度を制御するわけである。
パルス電磁弁１９は、例えばマイクロコンピユ
ータ２０によつて制御される。
マイクロコンピユータ２０は主にマイクロプロ
セツサ（中央演算装置）２１と、メモリ（記憶装
置）２２と、インターフエース（入出力信号処理
回路）２３とから構成されている。マイクロコン
ピユータ２０のインターフエース２３には、内燃
機関１の回転数が電磁ピツクアツプ式の回転数セ
ンサ２４で検出されデイジタル信号として入力さ
れる（実際にはクランクシヤフトの回転からクラ
ンク角センサで得た単位角パルスとクランク基準
角パルスとが入力される）と共に、内燃機関１の
機関温度例えば冷却水温度がサーミスタ式の水温
センサ２５でアナログ信号として検出されＡ／Ｄ
変換器２６を介してデイジタル信号として入力さ
れる。また、インターフエース２３には、スロツ
トル弁７が全閉位置であることを検出するスロツ
トル弁スイツチ２７と、トランスミツシヨンがニ
ユートラル位置であることを検出するニユートラ
ルスイツチ２８と、車速が所定値例えば８Km/h
以下であることを検出する車速スイツチ２９と、
からそれぞれON、OFF信号が入力される。なお
図面ではスロツトル弁スイツチ２７は可変抵抗器
によるアナログ式のセンサで、その信号がＡ／Ｄ
変換器３０を介して入力されるように示してある
が、全閉位置を検出するオン・オフ式のスイツチ
でもよい。
メモリ２２には、機関温度等の機関運転状態に
対応した最適な目標回転数ＮSET（アイドリング
時の目標回転数）が予め記憶されている。
マイクロプロセツサ２１は、水温センサ２５等
の信号に基づいてその時の運転状態を判定し、そ
れに対応した目標回転数ＮSETを読み出し、また
回転数センサ２４から与えられる信号に基づいて
実回転数ＮRPMを算出し、ＮSETとＮRPMとの偏差
ΔＮ（ΔＮ＝ＮRPM−ＮSET）を検出する。
次にマイクロプロセツサ２１は、実回転数ＮRP
Ｍと偏差ΔＮとに応じて制御定数すなわち比例定
数と積分定数とを設定し、それらの制御定数と偏
差ΔＮとから制御値を算出し、その制御値に応じ
てパルス電磁弁１９を駆動するパルス信号のデユ
ーテイを変化させることにより、実回転数ＮRPM
を目標回転数ＮSETと一致させるように吸入空気
量をフイードバツク制御する。
またマイクロプロセツサ２１は、スロツトル弁
スイツチ２７、ニユートラルスイツチ２８、車速
スイツチ２９等の状態や燃料遮断の有無等に応じ
て上記のフイードバツク制御を行なうか否かの判
定を行ない、フイードバツク制御を行なうと判定
したときにのみ上記パルス信号のデユーテイを変
化させてフイードバツク制御を行ない、それ以外
の場合にはオープンループ制御を行なう。なお前
記のごとくデユーテイの値（制御値S3）はオープ
ンループ制御分S1とフイードバツク制御分S2との
和とし、フイードバツク制御時には、S2の値が実
回転数と目標回転数との偏差ΔＮに応じて変化
し、実回転数を目標回転数に一致させるように制
御する。
次に本発明においては、制御値S3の値が前記の
アクチユエータの不感帯に入らないように上限と
下限とを設けている。
すなわち、フイードバツク制御分S2の値をΔＩ
オープンループ制御分S1の値をＩOUTとした場
合、S3＝ΔＩ＋ＩOUTが下限値ＫL（例えば10％）
以下の場合には、ΔＩ＝ＫL−ＩOUTになるように
ΔＩを制御することによつてS3が下の不感帯に入
らないようにし、またS3＝ΔＩ＋ＩOUTが上限値
ＫH（例えば80％）以上の場合には、ΔＩ及びＩO
ＵＴの値は変えず、S3を上限値ＫHに固定すること
によつてS3が上の不感帯に入らないようにしてい
る。
以下詳細に説明する。
まず第３図に基づいて下限値ＫLを説明する。
第３図において、第１図と同様に、時点T1で
機関が始動し、S1とS2の低下につれてS3も低下す
る。しかし時点T5においてS3が下限値ＫL（不感
帯S4の値すなわち10％を下限値ＫLとする）に達
した後は、ΔＩ＝ＫL−ＩOUTとなるようにΔＩ
（すなわちS2）を上昇させるので、S3はＫL以下に
はならない。そして時点T3においてフイードバ
ツク制御が再開され、S2が上昇を始めると同時に
S3も上昇するが、このときS3は不感帯S4以上であ
るからパルス電磁弁１９は時点T3から直ちに作
動する。したがつて第１図のごとく遅れ時間τ１
が生ずることがなく、ストールのおそれがなくな
る。
次に第４図及び第５図に基づいて上限値ＫHを
説明する。
まず第４図は、前記下限値ＫLの場合と同様に
ΔＩを変化させてS3を上限値ＫH以下に制御する
方式の特性を示す。
第４図において、走行中（オープンループ制
御）に時点T7でスロツトル弁が全閉になつて減
速状態になり、減速補正（加減速時には応答性や
排気浄化性能を向上させるため一時的にオープン
ループ制御分S1を上昇させて吸入空気量を増加さ
せる補正を行なう）が行なわれてオープンループ
制御分S1が急上昇し、S3＝S1＋S2が上限値ＫH以
上になる場合には、ΔＩ＝80％−ＩOUTになるよ
うにΔＩ（S2）を変化させてS3がＫH以下になるよ
うに制限している。
ところがこの方式の場合には、フイードバツク
制御分S2が低い値になるので、減速補正後にS1が
低下すると制御値S3が低くなりすぎてストールす
るおそれがある。なお時点T6でフイードバツク
制御に入ると共にS2が上昇し、それと共にS3も上
昇するが、この制御が間に合わない場合は上記の
ようにストールするおそれがある。
上記の点を考慮し、本発明においては第５図に
示すごとく、ΔＩ（S2）を変化させず、S3がＫH以
上になつた場合（第５図のS″3の部分）にはS3自
体をＫHに固定するように構成している。この様
にすれば減速補正後にS1が低下してもS3の値が低
くなりすぎるおそれがなくなる。
なお第４図及び第５図の現象は、時間的に非常
に短い間（例えば数秒間）に生ずる現象であり、
第４図及び第５図の時間軸（横軸）は第１図及び
第３図の時間軸より時間単位がずつと小さくなつ
ている。
次に第６図はマイクロコンピユータを用いて本
発明の制御を行なわせる場合の一実施例のフロ
ー・チヤートである。
第６図において、まずP1でΔＩがかかを判
別し、次にP2及びP3でΔＩ＋ＩOUTをＡレジスタ
に収納する。
次にP4及びP5でオーバフローチエツクを行な
う。すなわちP4（ΔＩがの側なのでＡレジスタ
の値は大きくなる方）においては、Ａレジスタの
値がマイクロプロセツサの容量（８ビツトの場合
は256）以上か否かを判定し、YESの場合はP9
へ、NOの場合はP6へ行く。
一方、P5（ΔＩがの側なのでＡレジスタの値
は小さくなる方）においては、Ａレジスタの値が
０以上（正）か否（負）かを判別し、YESの場
合はP6へ、NOの場合はP7へ行く。
次にP6においては、Ａレジスタの値が下限値Ｋ
L以下か否かを判別する。そしてYESの場合には
P7へ行く、NOの場合にはP8へ行く。
次にP7においては、ΔＩ＝ＫL−ＩOUTにすると
共にＡレジスタの値を下限値ＫLにしてP10へ行
く。
またP8においてはＡレジスタの値が上限値ＫH
以上か否かを判別し、YESの場合はP9へ、NOの
場合はP10へ行く。
P9においては、Ａレジスタの値を上限値ＫHに
してP10へ行き、P10においてＡレジスタの内容を
制御値S3としてインターフエースへ出力する。
上記のごとき演算によつてS3の値をＫLとＫHと
の間に制限することが出来る。
なお上記の説明においては、制御値S3を上限値
と下限値との間に制限する場合を例示したが、吸
入空気量自体を上限値と下限値との間に制御する
ように構成してもよい。すなわち電子制御撚料噴
射装置においては、エアフローメータ等の吸入空
気量を測定する装置を備えているので、その信号
を用いて吸入空気量が所定の範囲に入るように制
御値S3を制御すれば良い。
次に、フイードバツク制御からオーブンループ
制御へ移行した場合の制御値について説明する。
オープンループ制御の場合には、前記の電磁弁
の不感帯による下限値ＫLの他に、機関制御上の
理由によつて別の下限値が設定される場合があ
る。
すなわち、フイードバツク制御中においては、
実回転数を常に判断しながら制御を行なつている
ので、電磁弁の不感帯に入らないように制限さえ
すればストールのおそれはない。しかし走行中
（オープンループ制御）からフイードバツク制御
に移行した直後においては、エアコンデイシヨナ
の作動状態や変速機位置等の差によつて負荷量が
異なるので、機関の要求する空気量は不明であ
り、移行した直後の空気量が機関の要求する値よ
り小さいとストールするおそれがある。そのため
上記の負荷量や機関各部の部品のバラツキ等を考
慮して、安全な範囲の空気量を供給できるように
オープンループ制御時の制御値の下限値を定める
ことがある。
ところが、フイードバツク制御中の制御値の値
が上記の下限値（例えばデユーテイで40％）より
低い場合には、フイードバツク制御からオープン
ループ制御に切換つた時点で急に制御値が下限値
まで上昇するので機関回転が高くなる。そのた
め、アクセルペダルを一寸と踏む、いわゆる空吹
かしをした場合に、機関回転が高くなり、フイー
ドバツク制御で回転を下げるまでその状態が継続
するので、運転者に不安感を与えると共に排気浄
化にも悪影響を及ぼすおそれがある。
上記の問題を解消するには、制御値を急に下限
値まで上昇させず、オープンループ制御に移行し
た時点から所定回転毎に所定値ずつ（例えば128
回転毎に0.5％ずつ）下限値に達するまで次第に
上昇させるようにすれば良い。なお所定時間毎に
所定値ずつ上昇させるようにしても良い。
以上説明したごとく本発明によれば、制御値に
上限値と下限値とを設けることにより、アクチユ
エータの不感帯に起因する応答遅れをなくし、エ
ンジンストール等のおそれを解消することが出来
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は上下限値を設けない場合の動作特性
図、第２図は本発明の全体の構成を示す一実施例
のブロツク図、第３図〜第５図は本発明の動作特
性図、第６図は本発明の動作のフローチヤート、
第７図は本発明の機能ブロツク図である。 符号の説明、１……内燃機関本体、２……エア
クリーナ、３……エアフローメータ、４……スロ
ツトルチヤンバ、５……インテークマニホール
ド、６……フユエールインジエクタ、７……スロ
ツトル弁、８……バイパスポート、９……アイド
ルアジヤストスクリユー、１０……バイパス通
路、１１……アイドル制御弁、１２……弁体、１
３……ダイアフラム、１４……スプリング、１５
……負圧作動室、１６……負圧導入通路、１７…
…定圧弁、１８……大気導入通路、１９……パル
ス電磁弁、２０……マイクロコンピユータ、２１
……マイクロプロセツサ、２２……メモリ、２３
……インターフエース、２４……回転数センサ、
２５……水温センサ、２６……Ａ／Ｄ変換器、２
７……スロツトル弁スイツチ、２８……ニユート
ラルスイツチ、２９……車速スイツチ、３０……
Ａ／Ｄ変換器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の吸入空気量を制御することによ
    り、実回転数を目標回転数に一致させるように制
    御するフイードバツク制御と、フイードバツクし
    ないオープンループ制御とを、機関の各種運転条
    件に応じて切換えて制御する吸入空気量制御装置
    において、上記の吸入空気量を調節するアクチユ
    エータを制御する信号の制御値に上限値と下限値
    とのうちの少なくとも一方を設定する手段と、上
    記制御値をフイードバツク制御分とオープンルー
    プ制御分との和として設定する手段と、上記の和
    の値が上記下限値以下の場合は該下限値から上記
    オープンループ制御分を減じた値となるように上
    記フイードバツク制御分を制御する手段と上記の
    和の値が上記上限値以上の場合は上記制御値を上
    記上限値に固定する手段とのうちの少なくとも一
    方の手段とを備えた吸入空気量制御装置。 ２ 内燃機関の吸入空気量を制御することによ
    り、実回転数を目標回転数に一致させるように制
    御するフイードバツク制御と、フイードバツクし
    ないオープンループ制御とを機関の各種運転条件
    に応じて切換制御する吸入空気量制御装置におい
    て、上記制御値をフイードバツク制御分とオープ
    ンループ制御分との和として設定する手段と、オ
    ープンループ制御中の制御値に下限値を設定する
    手段と、フイードバツク制御時の制御値が上記下
    限値より小さな時は、フイードバツク制御からオ
    ープンループ制御に切換わつた時に制御値を上記
    下限値まで徐々に上昇させる手段とを備えた吸入
    空気量制御装置。
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