JPS6332142A - 内燃機関の吸入空気量制御装置 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は内燃機関における回転安定化のための吸入空気
量制御装置に関する。

〈従来の技術〉 従来の吸入空気量制御装置としては、例えば特開昭５５
−１６０１３８号公報に示されるようなものがある。

これは、機関の回転数を目標回転数に一致させるフィー
ドバック制御と、各運転状態において決定されるフィー
ドバック制御とを運転状態分けで、吸入空気量を制御し
ている。

（発明が解決しようとする問題点〉 ・　しかしながら、このような従来の吸入空気量制御装
置にあっては、機関の回転数を検出してその値に基づい
て吸入空気量の制御を行っていたため、時間遅れが大き
く、かつハンチングが大きいという問題点があった。

すなわち、第５図囚に示すように回転数Ｎｅは　゛燃焼
系によってトルクを発生した後、慣性系全通して出力さ
れる。従って、従来の方式では第６図囚に示すように時
刻ｔ０において負荷変動が発生し、目標回転数が変化し
た場合には、トルク変動より遅れて回転数変動を生じる
。つまり、回転数は遅れて検出されるため、ＰＩＤ（比
例積分微分）制御を行ってもハンチングが発生してしま
うのである。

本発明はこのような従来の問題点に鑑み、慣性系を通過
することによる時間遅れとハンチングとを生じることな
く良好に制御することのできる吸入空気量制御装置を提
供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 このため、本発明は、第１図に示すように、機関の気筒
内の燃焼状態に応じた状態■を検出する状５ｆｆｉ検出
手段と、その状ｆｒＥＵより求められた実パラメータと
予め定められた目標パラメータとを比較する比較手段と
、その比較結果に応じて両パラメータを一敗させるよう
に吸入空気量を制御する吸入空気ｍ　ｊｌｉｌｌ　？ｆ
ｆ１１手段とを設けるようにしたものである。

く作用〉 すなわち、燃焼系における燃焼状態に基づいて制御を行
うことで、慣性系を通過することによる時間遅れをなく
し、ハンチングを抑えるのである。

〈実施例） 以下に本発明の詳細な説明する。

第２図において、１は内燃機関本体であり、吸入空気は
エアクリーナ２よりエアフローメータ３゜スロットルチ
ャンバ４　ヲＢて吸気マニホールド５の各ブランチ部よ
り各シリンダに供給され、燃料は各ブランチ部に設けた
燃料噴射弁６より噴射される。ここで、吸入空気の流れ
はアクセルペダルの操作によって開度が決まるスロット
ルチャンバ４内のスロットル弁７により制御され、アイ
ドル時にはスロットル弁７はほとんど閉じている。アイ
ドル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ャストスクリュー９により
調整されると共に、スロットル弁７の上流と下流とを連
通ずるバイパス通路１０をｉｌｌす、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が連結されたダイヤフラム１３と
、該ダイヤフラム１３を付勢するスプリング１４を収納
した負圧作動室１５とを備え、負圧作動室１５に導入さ
れる負圧に応じてダイヤフラム１３による弁体１２のリ
フト量を変えその開度を増減する。この負圧作動室１５
は負圧導入通路托により定圧弁１７を介してスロットル
弁７下流の吸気通路に連通すると共に、大気導入通路１
８によりパルス電磁弁１９を介してスロットル弁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１
９をｆｊＭ閉作動させることにより、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１１の開度を制御する。

吸入空気量制御手段としてのパルス電磁弁１９はマイク
ロコンピュータ２０によって；ｌｒｌ＋　１１８される
。

マイクロコンピュータ２０は主に中央演算処理装置（Ｃ
ＰＵ）２１とメモリ　（ＲＯＭ、ＲＡＭ）２２とインタ
フェイス（入出力信号処理回路）２３とから構成される
。

インタフェイス２３には、機関の回転数が電＃ピックア
ップ式の回転数センサ２４で検出されるデジタル信号と
して入力される。また、機関の冷却水温度がサーモスフ
弐の水温センサ２５でアナログ信号として検出され、Ａ
／Ｄ変換器２６を介してデジタル信号として入力される
。また、スロットル弁７が全開位置であることを検出す
るアイドルスイッチ２７と、トランスミッションがニュ
ートラル位置であることを検出するニュートラルスイッ
チ２８と、車速か所定値（例えば３ｋｍ／ｈ）以下であ
ることを検出する車速スイッチ２９とから、それぞれＯ
Ｎ・ＯＦＦ信号が入力される。この他、図示しないがエ
アコンスイッチ等からの信号も入力される。

さらに、インクフェンス２３には、点火プラグ３１の座
金部に取付けられた筒内圧センサ３２から信号が入力さ
れる。この筒内圧センサ３２は燃焼状態検出手段として
用いるもので、圧電素子でできており、シリンダ内の燃
焼圧力に応じて電荷を発生するしくみになっている。そ
して、筒内圧センサ３２の出力信号を１燃焼サイクルに
わたって積分すれば、その燃焼時の図示平均有効圧力が
得られる。

中央演算処理装置２１は、アイドルスイッチ２７、ニュ
ートラルスイッチ２８．車速スイッチ２９の状態に応じ
てアイドル状態であるか否かすなわちフィードバック制
御を行うか否かの判定を行い、フィードバック制御を行
うと判定した場合のみ、吸入空気量制御手段としてのパ
ルス電磁弁１９へのパルス信号のデイ−ティを変化させ
てフィードバック制御を行う。

第３図は本発明の一実施例を示す制御ブロック図である
。この例では、図示平均有効圧力に基づいて機関の回転
数を予測し、その予測回転数（実パラメータ）と予め定
めた目標回転数（目標パラメータ）とを比較し、その比
較結果に応じて両者を一致させるようにパルス電磁弁１
９を今して吸入空気量を制ｉ１Ｈする。

吸入混合気は機関のシリーンダ内で燃焼して燃焼圧力を
発生する。その燃焼に応じた筒内圧力を筒内圧センサ３
２で検出し、１燃焼サイクルにわたって積分すれば、図
示平均有効圧力Ｐｉが得られる。

燃料噴射量が吸入空気量に応じて常に最適になるように
（すなわち混合比が１４．７付近になるように）制御さ
れるとすると、吸入空気量が多くなれば、筒内圧力が上
がり、図示平均有効圧力Ｐｉも大きくなる。すなわち、
吸入空気量と図示平均有効圧力とは非常に密接な関係に
ある。

図示平均有効圧力Ｐｉに定数に１を乗すれば、機関の出
力トルクＴｒ”が得られ、この出力トルクＴｒ’から機
関の回転数Ｎｅに応じた摩擦成分ｋ。

Ｎｅ　（ｋ、は定数）と外部要因によるトルク外乱りと
を減ずれば、実際の出力トルクＴｒが得られる。この出
力トルクＴｒは慣性系（定数に２）を経て機関の回転数
Ｎｅに変換される。

ここで、外部要因によるトルク外乱りは、例えばエアコ
ンスイッチをＯＮにした時に加わるオルタネータの負荷
や、クラッチが離れている状態からつながり初めた時の
トルク変動等であるが、これらのトルク変動はそれを検
出するスイッチ等が設けられているので、予めその時期
がわかり、またそのトルク変動の大きさは予め実験によ
って求めてくことができる。

これらのことから、第３図の破線内の式は次のようにな
る。

ただし、ｋｌ。ｋｔ、に、は定数、Ｐ　ｉ、　Ｔｒ’、
　Ｔ　ｒ。

Ｎｅ、Ｄは時間りの関数である。

（１１式を整理すると、 士ｒ　＝ｋＴｒ−に＋　　Ｐ　ｉ　−Ｄ・・・（２また
だし、ｋ＝−に２　　・ｋ、である。

（２）式において右辺等２項は図示平均有効圧力Ｐｉを
測定することにより既知であり、第３項も先に述べた理
由により既知である。

従って、（２）式は１階の微分方程式を解くことにより
、実際にはマイクロコンピュータで解くため１階の差分
方程式に変換して解くことにより、その解 Ｔ　ｒ　＝　Ｔ　ｒ　［ｔｌ・（３） が求まり、さらに＋１１式の３番目の式から、Ｎ　ｅ　
−Ｎ　ｅ　（ｔｌ＝・（４１ を求めることができる。

以上のことから、図示平均有効圧力Ｐｉから第３図の破
線内のモデルを用いて予測回転数Ｎｅ’を求めることが
できる。

そして、比較手段としての比較器５０により、この予測
回転数Ｎｅ’と予め運転状態毎に定められた目標回転数
Ｎｅ５ｅｔとの差を求め、ＰＩＤ（比例積分微分）制御
を行って、パルス電磁弁１９を介して吸入空気ｆｉＱを
補正すれば、モデルによって求められた予測回転数Ｎｅ
’を目標回転数Ｎｅ５ｅｔに一致させることができる。

ここで、目標回転数Ｎｅ５ｅｔは冷却水温、エアコンス
イッチ等の状態によって予め定められている。

この方式、即ち図示平均有効圧力からモデルを通して機
関の回転数を予測し、フィードバンク制御を行う方式は
、従来の実回転数をフィードバックする場合に比べ、慣
性系を通過しない値でフィードバックできるため、時間
遅れが少なく、安定した機関回転が得られる。

具体的には第６図■に示すように、時刻ｔ０において負
荷変動が発生し、目標回転数Ｎｅ５ｅｔが同図のように
変化したとする。その時、実回転数Ｎｅとモデルより求
められた予測回転数Ｎｅ”は同図のようになる。次に時
間ｔ１において回転数の読込むタイミングが来たとする
と、実回転数Ｎｅは慣性系を通過しているために遅れて
信号が検出されるが、慣性系を除いた場合の回転数Ｎｅ
’はＮｅより早く検出される。従って時間遅れが少なく
精度の良い制御を行うことができる。

ブロック図で表現すると、第５図囚は従来方式、第５図
■は本方式のブロック図であり、慣性系を通過するには
数１００ｍ５のオーダが必要であるが、マイクロコンピ
ュータで回転数を予測するのは１００μＳ位で可能であ
るから、フィードバック制御を行う際の時間遅れはほと
んど無視できるようになる。従って、従来方式よりも精
度の良いフィードバック制御を行うことができ、安定し
た回転数が得られる。

第４図は本発明の他の実施例を示す制御プロ・ツク図で
ある。この例では、図示平均有効圧力Ｐｉを実パラメー
タとして、目標値（目標パラメータ）と比較し、その比
較結果に応じて両者を一致させるようにパルス電磁弁１
９を介して吸入空気量を制御用する。

図示平均有効圧力ｐｉは予め運転状態（機関の回転数、
吸入空気量、冷却水温度、アイドルスイッチ、ニュート
ラルスイッチ等）によって決定されている目標図示平均
有効圧力Ｐ　１ｓｅｔとの差を比較手段としての比較器
６０により求め、その差に基づいてＰＩＤ（比例積分微
分）制御することによって、実図示平均有効圧力Ｐｉを
目標図示平均有効圧力Ｐ　１ｓｅｔに一致させるように
、パルス電磁弁１９を介して吸入空気ＩＱを補正する上
記の手段のように実図示平均有効圧力Ｐｉを目標図示平
均有効圧力Ｐ　１ｓｅｔに一致させる１つの目的はアイ
ドル状態での機関回転数を安定させるためであり、アイ
ドル時の目標回転数Ｎ　ｅｓｅ　ｔから目標図示平均有
効圧力Ｐ　１ｓｅｔを算出し、実図示平均有効圧力Ｐｉ
を目標図示平均有効圧力Ｐ　１ｓｅｔに一致するように
吸入空気量Ｑを制御すれば、実回転数Ｎｅを目標回転数
Ｎｅ５ｅｔに一致させることができる。

具体的は第６図（Ｃ１に示すように時刻Ｌ０で負荷変動
が発生し、目標回転数Ｎｅ５ｅｔがＮｏからＮ１に変化
したとする。次に時刻１．に回転数Ｎｅのサンプリング
が行われたとき、回転数Ｎｅは慣性系を通過してきてい
るため、ゆっくりと上昇しているので、本来は比例分を
小さくしなければならないところ、目標回転数Ｎｅ５ｅ
ｔとの差が太きいため、比例分が大きくなってしまう。

従ってハンチングが大きく残ってしまう。

ところが第６図（Ｃ）の下段に示すようにＰｉｓｅｔを
目標値として制御した場合、時刻し、では実Ｐｉが早く
目標Ｐｉに近づいていくため、回転数フィードバック時
に比べよりよい制御ができる。

この方式を従来方式（第５図囚）と比較すれば、従来方
式ではフィードバックするパラメータは慣性系を通過し
た機関の回転数Ｎｅであるが、この方式では第５図（Ｃ
）の如くとなり、慣性系を通過する前の図示平均有効圧
力Ｐｉをフィードバック制御しているため、機関の状態
を早く知ることができ、よりよいフィードバック制御を
行うことができる。すなわち、機関回転数の安定度を向
上させることができる。

ここで、図示平均有効圧力Ｐｉに定数に１を乗じたもの
が機関の出力トルクＴｒ’であるから、Ｐｉの代わりに
Ｔｒ’、ＰｉｓｅｔＯ代わりにＴｒ’ｓｅｔ　　（−に
−Ｐ　ｔｓｅｔ）を用いて制御してもよい。

尚、以上の実施例はアイドル状態に限定した場合である
が、一般の運転状態（例えば加速時）でも同様の方法で
制御することができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、図示平均有効圧力
等の機関の燃焼状態を検出し、これにより求めたパラメ
ータをフィードバックして吸入空気量を制御する構成と
したため、回転数をフィードバックして制御する場合に
比べ時間遅れを少なくでき、ハンチングを生じることな
くよりよい制御ができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示すシステム図、第３図は本発明の
一実施例を示す制御ブロック図、第４図は本発明の他の
実施例を示す制御ブロック図、第５図囚〜（Ｃ）は従来
例及び各実施例の差異を説明するための概略図、第６図
囚〜（Ｃ）は従来例及び各実施例の負荷変動時の制御特
性図である。 １・・・内燃機関本体　　１１・・・アイドル制御弁１
９・・・パルス’ＨｉＬｆＰ　　　２０・・・マイクロ
コンピュータ３２・・・筒内圧センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関の気筒内の燃焼状態に応じた状態量を検出する燃焼
   状態検出手段と、その状態量より求められた実パラメー
   タと予め定められた目標パラメータとを比較する比較手
   段と、その比較結果に応じて両パラメータを一致させる
   ように吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段とを有
   することを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。