JPS6318012B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、自動車などを駆動するエンジンの
アイドル回転速度を制御する方法に関する。

従来、自動車用エンジンのアイドル回転速度に
ついて、メインテナンスフリーとしアイドル回転
速度を設計したとおりの目標値に制御するため
に、アナログコンピユータにより実際のエンジン
アイドル回転速度と目標値との偏差を求め、この
偏差に応じてエンジンの吸入空気量又は混合気供
給量を制御する閉ループ制御方法が提案されてい
る。

ところが、上記制御方法においては、コンピユ
ータで目標値を演算するのにエンジンの冷却水温
のみをパラメータとして行つており、同じエンジ
ン温度条件に対して一つの目標値を決めて制御を
行つているので、同じエンジン温度であるとエン
ジン始動直後の場合であつても、より低い温度で
始動しある時間経過した後にその温度に達した場
合も同じ回転速度に制御されることになり、この
ためにエンジンの暖機時間短縮、燃費低減及び運
転性向上という三つの要素を満たすのが困難であ
つた。

この発明は、上記の点に鑑みなされたもので、
上記三要素を満足し得るエンジンの回転速度制御
方法を提供することを目的とする。

特にこの発明においては、目標値がエンジンの
暖機状態に応じて設定されていると共に、エンジ
ン始動から所定時間経過するまでは目標値をエン
ジンの暖機状態に応じて設定される値よりも高め
た値に変化させるようにした制御方法を特徴とし
ており、これにより上記問題に対処するものであ
る。

以下この発明になる制御方法を行う装置につい
て図に示す実施例により説明する。

第１図においてエンジン１０は、自動車を駆動
する公知の４サイクル火花点火エンジンで、エア
クリーナ１１、エアフローメータ１２、吸気管１
３、サージタンク、各吸気分岐管１４を経て主の
空気を吸入し、燃料例えばガソリンは吸気分岐管
１４に設けられた電磁式燃料噴射弁１５から噴射
供給される。

エンジン１０の主吸入空気量は、任意に操作さ
れるスロツトル弁１６によつて調整され、一方燃
料噴射量は、コンピユータを構成する燃料制御ユ
ニツト２０によつて調整される。燃料制御ユニツ
ト２０は、回転速度センサをなす電磁ピツクアツ
プ２１により測定されるエンジン回転速度と、エ
アフロメータ１２によつて測定される吸入空気量
とを基本パラメータとして燃料噴射量を決定する
公知のもので、他に暖機センサ２２等から信号を
入力しており、これによつて燃料噴射量の増減を
行う。

空気導管１８，１９はスロツトル弁１６をバイ
パスするように設けられ、両導管１８，１９の間
には空気制御弁３０が設けられている。また、導
管１８の一端は、スロツトル弁１６とエアフロー
メータ１２の間に設けられた空気導入口に接続さ
れ、導管１９の一端は、スロツトル弁１６の下流
部に設けられた空気導出口に接続されている。

空気制御弁３０は、基本的にはダイヤフラム式
制御弁であつて、ハウジング３１，３２間に外周
が巻締めされたダイヤフラム３３の変位を、シヤ
フト３４を介して弁体３５に伝達し、弁座３６を
開閉する形式のものである。ダイヤフラム３３
は、室３７，３８間の圧力差によつて変位し、ま
たばね受皿を介して圧縮コイルばね４０により付
勢され、弁体３５の閉弁力を付与されている。

ハウジング３１，３２間にはダイヤフラム３３
と共に保持プレート４１が巻締め固定されており
この保持プレート４１に設けられたスリーブによ
りシヤフト３４が気密的に案内されている。

また、保持プレート４１には小孔が形成されて
おり、この小孔を介して室３７内に大気を導入さ
せている。

なお、弁体３５はニードル弁であつて、弁座３
６との間で形成する流速面積をシヤフト３４の変
位量に対して連続的に変化させる。

さらに、空気制御弁３０は、弁体３５の開度を
間接的に変化させる電磁機構５０を備えている。
この電磁機構５０は、合成樹脂製のボビンに巻装
され、ハウジング３１に固定された電磁コイル５
１と、電磁コイル５１の中心に配設された固定鉄
心５２と、磁性体で形成され、ピンでハウジング
３１に固定された板ばね５３と、板ばね５３の先
端の弁体５４に対向するよう設けられた管５５，
５６とから構成されている。そして、板ばね５３
は、電磁コイル５１が通電されないときは、自身
のばね力で管５６を閉じ、電磁コイル５１が通電
されると電磁力により管５５を閉じる。ここで、
管５５は、室３８へ大気圧を導くためエアフイル
タを介して大気に開放されており、一方管５６
は、室３８へ吸気負圧を導くため管５７を介して
サージタンクに接続されている。

しかして、この電磁機構５０の電磁コイル５１
に加えられるパルス信号のデユーテイ比に応じて
室３８内の圧力が変化し、弁体３５の開度が変化
する。

電磁機構５０は、コンピユータを構成する空気
制御ユニツト６０によつて励磁が制御される。こ
の空気制御ユニツト６０は、電磁ピツクアツプ２
１、暖機センサ２２、空調スイツチ２３及びスタ
ータスイツチ２４に接続されており、これらから
各種信号が入力される。

ここで、電磁ピツクアツプ２１はエンジン１０
のクランク軸と同期して回転するリングギヤ２５
と対向して設けられており、エンジン回転速度に
比例した周波数のパルス信号を出力する。また暖
機センサ２２はサーミスタ等の感温素子からなり
エンジン温を代表する例えば冷却水温を検出す
る。

また、空調スイツチ２３をオンすると電磁クラ
ツチ２７が接続状態となり、エンジン１０の負荷
として空調機用コンプレツサ２８が連結される。

スタータスイツチ２４は、エンジン１０の始動
電動モータ２６に接続されており、自動車のキー
スイツチをスタート位置にするとオンする。

次に第２図によりコンピユータの空気制御ユニ
ツト６０について詳細に説明する。デイジタル／
アナログ（Ｄ／Ａ）変換回路１００は、電磁ピツ
クアツプ２１からのエンジン回転速度に対応した
周波数のパルス信号が入力され、この信号は抵抗
１０１〜１０４、コンデンサ１０６、トランジス
タ１０８よりなる波形整形部で第３図１に示すよ
うな波形に波形整形された後、端子Ａから出力さ
れる。そして、この信号をコンデンサ１０７，１
１１、ダイオード１０９，１１０、抵抗１０５に
よつて実際のエンジン回転速度に比例した電圧と
エンジン回転に同期した鋸歯状歯電圧とを重畳し
た第３図２に示す電圧に変換し、この電圧Ｂを端
子Ｂより出力する。

関数電圧発生回路２００は、暖機センサ２２の
出力信号、空調スイツチ２３のオン・オフ信号及
びスタータスイツチ２４のオン・オフ信号が入力
されている。このうち、暖機センサ２２の出力は
公知の増幅回路２０１で増幅されエンジン水温に
応じた電圧信号となる。この電圧信号は抵抗２０
２、ダイオード２０３を介して、また空調スイツ
チ２３からのオン・オフ信号は抵抗２０４、ダイ
オード２０５を介して比較回路３００に出力さ
れ、比較回路３００の比較レベルVDを与える。

ダイオード２０７、コンデンサ２０９、抵抗２
０８，２１０，２１１及び演算増幅器２０６によ
りタイマー回路が構成されており、このタイマー
回路にはスタータスイツチ２４の信号が入力さ
れ、タイマー回路の出力は抵抗２１２、ダイオー
ド２１３を介して比較回路３００に加えられて比
較レベルVDを変化させる。

つまり、この関数電圧発生回路２００は、アイ
ドル回転速度の目標値を表す比較レベルVDを変
化させるためのもので、その出力特性は、第５図
に示すようであり、エンジン温度（冷却水温度）
Ｔが高くなると比較レベルVDを低下させ、また
空調スイツチ２３がオフのときは実線で示すよう
に低いレベルで比較レベルVDを変化させ、空調
スイツチ２３がオンのときは破線で示すように高
いレベルで比較レベルVDを変化させる。

さらにスタータスイツチ２４がある期間オンす
ると、端子Ｋはその間１レベルとなり、スイツチ
２４のオフとともに０レベルとなつて第４図１で
示すような波形となる。これにより端子Ｌの電圧
波形は、第４図２で示す放電波形となり、端子Ｉ
の電圧は第４図３で示すように抵抗２１０と２１
１で決まる電圧Voまで端子Ｌの電圧が低下する
と徐々に電圧が低下して行く。したがつて、比較
レベルVDは経過時間に対して第４図４に示すよ
うに変化し、エンジン始動時刻t₁から時間t₀の間
高いレベルに保たれ、その後暖機センサ２２など
の出力で決まるレベルになる。

比較回路３００は、抵抗３０１〜３０３及び比
較器３０４からなり、実際のアイドル回転速度を
表すＤ／Ａ変換回路１００の出力電圧と、目標値
を表す関数電圧発生回路２００の出力電圧で決定
される比較レベルVDとを比較し、実際のアイド
ル回転速度Ｎと目標値Nrefとの偏差 △Ｎ（＝Ｎ―Nref）を演算し偏差△Ｎに応じた
信号を出力する。

そして、比較回路３００は、Ｄ／Ａ変換回路１
００の出力電圧が比較レベルVDより低い期間だ
け第３図３で示すようにＯレベルとなる信号Ｃを
出力する。

積分回路４００は、比較回路３００の出力信号
Ｃに応じてコンデンサ４０１を定電流充電もしく
は定電流放電するもので、上記偏差△Ｎから制御
量としての積分電圧Ｅを出力する。そして、この
積分回路４００は、信号が０レベルで働く定電流
充電回路としての抵抗４０２〜４０４、トランジ
スタ４０９と、信号Ｃが１レベルで働く定電流放
電回路としての抵抗４０５〜４０７、ダイオード
４０８、トランジスタ４１０とを備えている。こ
の積分回路４００は第３図４の破線で示すよう
に、比較回路３００の出力信号Ｃが０レベルの間
はコンデンサ４０１が定電流充電されるため出力
電圧Ｅが上昇し、出力信号が１レベルのときはコ
ンデンサ４０１が定電流放電されて出力電圧Ｅが
低下するようになつている。

パルス変調回路６００は、抵抗６０１、比較器
６０２及び発振器６０３からなり、制御量を表す
電圧Ｅに応じたデユーテイ比のパルス信号を出力
する。このうち、発振器６０３は第３図４の実線
で示すように一定周期の三角波電圧Ｆを出力する
公知のものである。

比較器６０２は、積分回路４００の出力電圧Ｅ
と発振器６０１の三角波電圧Ｆとが入力され両電
圧を比較して第３図５に示すように積分回路４０
０の出力電圧Ｅの方が大きい期間だけ１レベルと
なるパルス信号Ｇを出力する。

増幅回路７００は、このパルス変調回路６００
の信号Ｇを反転増幅するパワートランジスタ７０
１を用いた増幅回路で、増幅後の出力は電磁機構
５０の電磁コイル５１に供給される。

電圧制限回路８００は、抵抗８０１〜８０５、
ダイオード８０６，８０７で構成されており、積
分回路４００の端子Ｅの出力電圧を、端子Ｈの上
限電圧Vmaxと端子Ｊの下限電圧Vminの間の制
御範囲内に制限する。

制限回路８００の抵抗８０４は、関数電圧発生
回路２００のエンジン温度に応じた電圧信号を出
力する増幅回路２０１の出力に接続されているた
め、上限電圧Vmaxと下限電圧minは各抵抗８０
１，８０２，８０３の値を適当に選べば第６図に
示すようにエンジン温度Ｔに依存した特性が得ら
れる。

また、抵抗８０５は、関数電圧発生回路２００
のタイマー回路のＩ端子に接続されており、エン
ジン始動後時間t₀が経過するまでは第５図３に示
す端子Ｉの電圧により上限電圧Vmax及び下限電
圧Vminは、あるレベルだけ持ち上げられて高い
レベルで変化し、その後、上、下限電圧
VmaxVminは、通常のレベルで変化する。

このように構成することにより積分回路４００
のコンデンサ４０１の電位が上昇していき上限電
圧Vmaxを超えるとダイオード８０６が導通し、
結局コンデンサ４０１の電位は上限電圧Vmaxよ
り上昇することができず、逆に電位が下降してい
つても下限伝圧Vminより下げることができず、
よつてコンデンサ４０１の電圧振幅を制限するこ
とができる。

次に上記構成において、作動を説明する。スロ
ツトル弁１６が閉じられエンジン１０がアイドル
運転されている場合において、アイドル回転速度
が空気制御ユニツト６０の関数電圧発生回路２０
０により決定される比較レベルVDに対応した目
標値（設定回転速度）より低いときはＤ／Ａ変換
回路１００の出力もこの比較レベルVDに対し低
下する。

このため、Ｄ／Ａ変換回路１００の出力は、比
較レベルVDより常に低いか、高くなるとしても
わずかの間であり、従つて回転速度の偏差△Ｎを
示す比較回路３００の出力信号は偏差△Ｎに応じ
て常に０レベルかあるいはデユーテイ比の小さい
パルス信号となる。この結果制御量を示す積分回
路４００の出力電圧Ｅは上昇していく。

このためパルス変調回路６００では、発振器６
０３の三角波電圧Ｆより積分電圧Ｅが大きくなる
期間ｔ（比較器６０２が１レベルとなる期間）が
増加し、デユーテイ比が大きくなつて電磁機構５
０の電磁コイル５１に通電される時間割合は増加
し、空気制御弁３０の開度が大きくなり、スロツ
トル弁１６をバイパスする補助空気の量が増加
し、エンジン１０のアイドル回転速度を上昇させ
る。

反対にアイドル回転速度が目標値（設定回転速
度）以上のときはＤ／Ａ変換回路１００の出力は
目標値を与える比較レベルVDより常に高くなる
か、低くなるとしてもわずかの間であり、比較回
路３００の出力信号は常に１レベルかデユーテイ
比の大きいパルス信号となる。この結果積分回路
４００の出力電圧Ｅは下降していく。

このためパルス変調回路６００では発振器６０
３の三角波電圧Ｆより積分電圧Ｅが大きくなる期
間ｔ（つまり比較器６０２が１レベルとなる期間）
が減少し、空気制御弁３０の電磁機構５０の電磁
コイル５１に通電される時間割合は減少し、つま
りは空気制御弁３０の開度が小さくなり、スロツ
トル弁１６をバイパスする補助空気の量が減少
し、エンジン１０のアイドル回転速度を減少させ
る。

このようにしてエンジン回転速度はスロツトル
弁１６が閉じられたアイドル時には空気制御ユニ
ツト６０によつて関数電圧発生回路２００の出力
が決まる比較レベルVDに対応した目標値（設定
回転速度）に制御される。

しかしてこの目標値を決定する比較レベルVD
は暖機センサ２２の出力に応じて第５図の実線で
示す如くエンジン温度が低い程高くなるもので、
暖機運転時にはエンジン温度に応じて回転速度を
高め得るため安定にアイドル運転を維持できる。

また、エンジン始動後、数秒〜数分程度の時間
toが経過するまではタイマー回路により目標値を
表す比較レベルVDが持上げられるので始動直後
はエンジン温度に関係なくアイドル回転速度が高
く維持され、エンジンの暖機時間が短縮される。

つまり、同じエンジン温度であつてもエンジン
始動直後の場合は、より低い温度で始動しある時
間経過後にその温度に達した場合よりもアイドル
回転速度は高く維持され、暖機時間短縮効果の他
に燃費低減、運転性向上の上でも大なる効果が得
られる。

さらに、自動車のクーラーあるいはエアコン用
のコンプレツサ２８がエンジン１０に接続され駆
動されるときは、空調スイツチ２３のオン信号が
関数電圧発生回路２００に入力されこの回路２０
０によつて第５図の破線に示すごとく比較レベル
VDが持上げられるための目標値を高く切換えで
き、従つて自動車の冷房能力を損うといつた問題
あるいはエンジンストールを引き起すといつた問
題もなくなる。

また例えばエンジン温度が上昇し暖機が完了し
たような場合においては、エンジンオイルの粘性
抵抗等の負荷が小さくなるため、補助空気の量は
少なくてよい状態となつている。このような暖機
が完了したような場合において、自動車の走行中
にアクセルペダルを離し、ブレーキペダルを踏み
込んで減速し、自動車を停止させて際もスロツト
ル弁１６は閉じられて空気制御ユニツト６０は回
転速度の閉ループ制御を行う。このため回転速度
が電圧発生回路２００で決められる目標値より低
くなるまでブレーキ操作を行うと積分回路４００
の出力が上昇し続け、つまり空気制御弁３０の開
度が大きくなり、補助空気量が一気に増大するた
め一時的ではあるがエンジン回転速度が異常に高
くなる可能性がある。

しかし、積分回路４００の出力は、電圧制限回
路８００により上限電圧Vmaxに制限され、補助
空気量もこの上限電圧Vmaxで決まる量以上には
増加せず、エンジン回転速度の異常上昇が防止さ
れる。

また、電圧制限回路８００により積分回路４０
０の出力を上限、下限内になるように制限してい
るため、回転速度センサからの回転速度信号等の
不具合が生じた場合でも、少なくともアイドル時
の回転速度はエンジン温度に応じた上限〜下限内
の電圧に対応する制御範囲内に制御できる。

なお、上記実施例においては、コンピユータと
してワイアードロジツク方式のアナログコンピー
タを適用したが、ストアードプログラム方式のマ
イクロコンピユータを適用して制御を行うように
してもよい。

この場合コンピユータ６０を第７図に示すよう
に入力インターフエース６１、マイクロコンピユ
ータ６２、出力インターフエース６３及びドライ
ブ回路６４，６５から構成し、マイクロコンピユ
ータ６２の中央処理ユニツトCPUに例えば
20msec毎に時間割込みさせ、第９図に示すよう
な割込みルーチンを実行させるようにすればよ
い。

第９図において、この割込みルーチンは、ステ
ツプ７０でスタートすると、ステツプ７１で各セ
ンサ、スイツチ２１〜２４の出力信号を入力し、
ステツプ７２でスタータスイツチ２４がオンかど
うかを判断し、オンであればステツプ７３で目標
値Nref（rpm）を演算する。この目標値Nrefは、
第８図に示すように冷却水温Ｔの関数ｆ（Ｔ）で
決定され、このｆ（Ｔ）はステツプ７４でメモリ
にｆ（Ｔ）stとして格納される。

ステツプ７２でスタータスイツチ２４がオフの
場合は、ステツプ７５で冷却水温Ｔが60℃以上か
否かを判断し、否の場合はステツプ７６でマイク
ロコンピユータ６２に内蔵されているタイマーに
よりスタータスイツチ２４がオフしてから５分以
内かどうかを判断する。そして、５分以内の場合
は、ステツプ７７で目標値Nrefをメモリに格納
したｆ（Ｔ）stに設定する。

ステツプ７５で水温Ｔが60℃以上の場合あるい
はステツプ７６でスタータスイツチ２４がオフし
てから５分経過している場合は、ステツプ７８で
前回演算した目標値N′refが関数値ｆ（Ｔ）より大
きいかどうかを判断し、大きければステツプ７９
で目標値Nrefを（N′ref―２（rpm））に設定す
る。

ステツプ７８でN′refが関数値ｆ（Ｔ）より小さ
ければ、ステツプ８０で目標値Nrefを関数値ｆ
（Ｔ）に設定する。

上記のようにして目標値Nrefが設定されると、
ステツプ８１で実際のアイドル回転速度と目標値
△Ｎとから偏差△Ｎを次式に基いて演算する。

△Ｎ＝Ｎ―Nref 次にステツプ８２で偏差△Ｎに基いたデユーテ
イ比を表す値を、予めROM（リードオンリイメ
モリ）内に記憶させたマツプから読み込み制御量
とする。そして、制御量が上限値と下限値の間の
制御範囲内になるようにし、その制御量をステツ
プ８３で出力インターフエース６３に出力する。

そして、ステツプ８４でメインルーチンにリタ
ーンする。このようにしてマイクロコンピユータ
６２で演算されたデユーテイ比を示す制御量は、
出力インターフエース６３に出力され、これによ
りそのデユーテイ比を持つパルス信号に変換さ
れ、ドライブ回路６５を介して電磁弁５１に出力
される。

しかして、上述したワイアードロジツク方式の
コンピユータと同様の制御を行う。

なお、上述の実施例においては空気制御弁３０
によつてスロツトル弁１６をバイパスする補助空
気の量を制御するものであつたが、例えば空気制
御弁３０のシヤフト３４の変位で弁体３５の代わ
りにスロツトル弁１６の開度を制御することによ
つてアイドル運転時の空気又は混合気の量を制御
することも可能である。

また、上記実施例では電磁機構５０によりダイ
ヤフラム弁を作動させる形式の空気制御弁を用い
たが、電磁機構５０の電磁力により直接弁体を作
動させる電磁式の空気制御弁を用いてもよい。

また、暖機センサとして冷却水温センサを用い
たが、エンジンの油温センサ、ブロツク温度セン
サ等を用いてもよい。

また、関数電圧の要素として、エンジンの暖機
状態、コンプレツサの接続状態を適用したが、他
のエンジン運転状態によつて関数電圧を発生させ
るようにしてもよい。

また、上記実施例においてスロツトル弁１６が
開かれるアイドル運転以外の通常運転時には、積
分回路４００の出力電圧をエンジン温度に応じた
所定の値に保持する回路を付加して設けることが
可能であり、これにより通常運転時にはエンジン
温度に応じた所定量の補助空気を供給できる。

以上述べたようにこの発明によれば、 エンジンのアイドル回転速度の目標値を演算
し、エンジンの実際のアイドル回転速度を求め、
この実際のアイドル回転速度と目標値との偏差を
演算し、この偏差に応じた制御量を演算し、この
制御量に基いて、エンジンの吸入空気又は混合気
供給量を制御するエンジンの回転速度制御方法に
おいて、 前記目標値がエンジンの暖機状態に応じて設定
されていると共に、 エンジンの始動から所定時間経過するまでは前
記目標値をエンジンの暖機状態に応じて設定され
る値よりも高めた値に変化させるようにしたこと
を特徴とするエンジンの回転速度制御方法とした
ことから、 エンジン温度が同じ状態であつても、エンジン
始動直後の場合は上記の高められた目標値によ
り、その時のエンジン温度よりも低い温度から始
動し、ある時間経過した時点でこのエンジン温度
状態に達した場合よりも、アイドル回転速度は高
い状態とされているために、エンジンの暖機時間
を短縮でき、さらには短時間で暖機完了し得るこ
とから燃費低減が可能となると共に、運転性も向
上するようになるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明方法を適用するシステムの一
実施例を示す構成図、第２図は第１図図示の空気
制御ユニツトを示す電気回路図、第３図及び第４
図は第２図各部の信号波形図、第５図及び第６図
は作動説明に供するグラフ、第７図はコンピユー
タの他の実施例を示すブロツク図、第８図は作動
説明に供するグラフ、第９図は作動説明に供する
フローチヤートである。 １０……エンジン、１６……スロツトル弁、２
１……電磁ピツクアツプ、２２……暖機センサ、
２４……スタータスイツチ、３０……空気制御
弁、５０……電磁機構、６２……マイクロコンピ
ユータ、１００……Ａ―Ｄ変換回路、２００……
関数電圧発生回路、３００……比較回路、４００
……積分回路、６００……パルス変調回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジンのアイドル回転速度の目標値を演算
   し、エンジンの実際のアイドル回転速度を求め、
   この実際のアイドル回転速度と目標値との偏差を
   演算し、この偏差に応じた制御量を演算し、この
   制御量に基いて、エンジンの吸入空気又は混合気
   供給量を制御するエンジンの回転速度制御方法に
   おいて、 前記目標値がエンジンの暖機状態に応じて設定
   されていると共に、 エンジンの始動から所定時間経過するまでは前
   記目標値をエンジンの暖機状態に応じて設定され
   る値よりも高めた値に変化させるようにしたこと
   を特徴とするエンジンの回転速度制御方法。