JP2005030335A - エンジン回転数制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 オルタネータの発電電圧切り替えによるエンジン負荷増大に起因した吸入空気量の過剰学習を防止し、減速から停車に至る際のエンジン回転数を吹け上がることなく速やかにアイドル目標回転数に収束させること。
【解決手段】 目標空気量学習手段１０３に、オルタネータの発電電圧切り替え開始から所定期間は、吸入空気量の学習を禁止する学習禁機能を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車等の車両用のエンジンの回転数制御装置に係り、特に、エンジン補機としての発電機の発電電圧制御を行うエンジンの回転数制御装置に関する。

自動車等の車両用のエンジンのアイドリング時におけるエンジン回転数を目標回転数に維持するために必要な目標空気量を学習するアイドリング制御装置において、電気負荷（ヘッドライトやエアコン）の作動状態を検出した時から、エンジンの負荷状態の検出値（例えばエンジン回転数）が各負荷に対して予め決められた設定値に安定するまでの期間は、吸入空気量の学習を禁止し、電気負荷の状態変化によるエンジン回転数の変動を低減するものがある（例えば、特許文献１）。

近年の自動車においては、燃費向上を目的として、エンジンによって駆動される発電機（以下オルタネータと称す）の発電量をエンジンの運転状態に応じて制御、具体的には、要求電力が多い時には発電電圧を高くし、要求電力が少ない時には発電電圧を低くすることにより、車載バッテリの充放電収支を確保しつつオルタネータの発電負荷低減を図る発電電圧制御が行われている。

発電電圧制御によってオルタネータの発電電圧が低電圧発電状態から高電圧発電状態に切り替わると、オルタネータの駆動トルクが増大（補機駆動損失の増大）し、エンジンにかかる負荷が増加するから、オルタネータの駆動トルク増大に起因するエンジン回転変動の低減を図る種々の技術の提案もなされている。

しかしながら、図４に示すように、オルタネータ発電電圧（Ｖ）が切り替わり始める発電電圧制御信号の値（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）は、オルタネータ回転数（エンジン回転数）によって異なる。

一例を図５を参照して説明する。オルタネータ回転数（エンジン回転数）が高い場合（図５のCase1）、発電電圧の切り替えが時刻ｔ１で開始された後、発電電圧信号の値がＤ４（図４のＤ４と同一）に達した時点（図５の時刻ｔ２）で、発電電圧がＶＬからＶＨへ切り替わり始める。この切り替えによって発電電圧が高くなることにより、オルタネータの駆動トルクは増加、つまり補機駆動損失が増加するため、エンジンの軸出力が低下してエンジン回転数の落ち込みｈ１が発生することになる。

また、図５のCase2に示すように、オルタネータ回転数（エンジン回転数）が低い場合には、発電電圧の切り替えが時刻ｔ１で開始された後、発電電圧信号の値がＤ１（図４のＤ１と同一）に達した時点（図５中時刻ｔ３）で、発電電圧がＶＬからＶＨへ切り替わり始める。発電電圧が切り替わり始めて以降のエンジン回転挙動は前述のCase1と同様に回転落ち込みｈ２が発生する。

以上のように、オルタネータの発電電圧が切り替わり始めるタイミングはオルタネータ回転数（エンジン回転数）によって異なる。さらには、バッテリの充電状態（バッテリ充電能力はバッテリの液温や濃度（比重）によって変化する）や、オルタネータの温度特性（発電能力は温度によって変化する）などのばらつきも加味されるため、発電電圧が切り替わり始めてから、実際にエンジン回転数の落ち込みが発生するまでには、正確に把握することのできない遅れを生じることになる。

特に、バッテリが充電不足状態にある場合には、発電電圧切り替え時にオルタネータはバッテリの充電不足をより早く補おうとすべく発電を開始するため、オルタネータ駆動トルクがバッテリフル充電時よりも急激に増加することになる。

つまり、アイドル時においては、目標回転数に対してエンジン回転数が急激に落ち込むということであり、これは吸入空気量のフィードバック補正量の急増を意味している。この結果、吸入空気量の学習はフィードバック補正量に追従して実行されるため学習値は過渡に増大することになる。

このようにオルタネータの発電電圧切り替えに起因するエンジン回転数を制御するための各種制御バラメータの挙動は、特許文献１に記載されたエアコンやヘッドライトなどの電気負荷の作動により生じる挙動とは明らかに異なるものとなる。

よって、上述したような従来技術をそのままオルタネータの発電電圧切り替えに対して適応すると、図３に示すように、オルタネータの発電電圧切り替えが開始（図３の時刻ｔ１）されてからエンジン回転数が予め決められた設定値に安定する（図３の時刻ｔ３）までの期間Ｔａに亘って吸入空気量の学習を禁止することになる。

しかし、エンジン回転数が設定値以内に安定して学習の禁止が解除された時点（図３の時刻ｔ３）では、吸入空気量のフィードバック補正量が依然大きな値であるため、フィードバック補正量に追従して学習が進むことになる。つまり、学習禁止期間Ｔａが不足していることにより、過剰に学習が進むという問題が発生する。図３では、本来学習すべき学習量αに対してβ分の過剰学習が発生する。

このような過剰な学習状態（図３の時刻ｔ４）で学習条件が不成立（アイドル状態からオフアイドル状態へ移行）となり、再度アイドル状態に移行した場合、適用される吸入空気量の学習値は空気量過多（β分の空気量が過剰）の状態となる。よって、エンジン回転数が吹け上がり、アイドル回転数への収束性が悪化することになる。

なお、このような現象は、吸入空気量の変化に対するエンジンのトルク（出力）変化が大きい軽自動車などの小排気量車で、さらにはアイドル時の燃費向上のために低アイドル化したエンジンほど顕著となる。

特開平５−１９５８４７号公報

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、その目的は、オルタネータの発電電圧切り替えの際には、吸入空気量の学習を禁止することで、吸入空気量の過剰な学習を回避し、車両減速状態から停車状態（アイドル状態）に移行する際のエンジン回転数を速やかに所定のアイドル目標回転数に収束させることができるエンジン回転数制御装置を提供することにある。

本発明は、エンジンにより駆動される発電機と、前記発電機の発電電圧を制御する発電電圧制御手段とを有する車両のエンジン回転数制御装置において、前記エンジンの吸入する空気量を制御する吸入空気量制御手段と、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記エンジンのアイドリング状態において、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、エンジン回転数を目標回転数に維持するために必要な目標空気量を学習する目標空気量学習手段と、前記目標空気量学習手段により学習された目標空気量に基づき補正空気量を演算し、前記吸入空気量制御手段へ制御信号を出力する空気量演算手段とを備え、前記目標空気量学習手段は、前記発電機の発電電圧の切り替え開始から所定期間は目標空気量の学習を禁止することを特徴とする。

前記目標空気量学習手段による目標空気量の学習を禁止する期間は、前記発電機の発電電圧の切り替え開始から前記空気量演算手段による補正空気量が所定値以内に収束するまでの期間である。

本発明のエンジン回転数制御装置によれば、オルタネータ発電電圧切り替えによりオルタネータ駆動トルクが増大したとしても、吸入空気量の学習において過剰学習を防止することができる。このため、走行状態から減速し停車状態（アイドル状態）に移行する際、学習値不適合による空気量過多は発生せず、エンジンの回転吹け上がりを防止できる。したがって、エンジン回転数の収束が滑らかになり、運転性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図１から図３を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適応したエンジンシステムを示したものである。
エンジン１は、必要な空気をエアークリーナ２の入口部３から取り入れる。この空気は吸気ダクト４を介してスロットルボディ５に取り付けられた空気流量を制御するスロットル弁６を経てサージタンク７に入る。サージタンク７に流入した空気は、エンジン１の各シリンダ（燃焼室）１Ａに連通するインテークマニホールド８によって分配され、エンジン１の各シリンダ１Ａ内に流入する。

燃料タンク９内の燃料は、燃料ポンプ１０で吸引され、加圧されて燃料フィルタ１１を介してインテークマニホールド８に配設された燃料噴射弁１２に供給される。燃料噴射弁１２は、コントロールユニット１３からの噴射信号に基づいて燃料を噴射し、エンジン１へ燃料を供給する。この時、燃料噴射弁１２に作用する燃料圧力は、プレッシャレギュレータ１４で調圧される。プレッシャレギュレータ１４にはインテークマニホールド８の負圧が導入され、プレッシャレギュレータ１４は燃料圧力とインテークマニホールド８内の圧力差を常時一定に保持する働きをする。

燃料タンク９内で発生した燃料蒸気は、キャニスタパージバルブ１５を経由し、サージタンク７に導かれ、エンジン１に吸入されて燃焼される。

スロットル弁６をバイパスしたバイパス管路４Ａには、空気量制御手段として、アイドリング時の吸入空気量を制御するＩＳＣバルブ（アイドルスピードコントロールバルブ）１６が設けられている。ＩＳＣバルブ１６は、電動式の流量制御弁であり、コントロールユニット１３からの信号に基づき、スロットル弁６をバイパスする空気量を制御することで、アイドリング回転数を一定に保つように作動する。

点火プラグ２４は、コントロールユニット１３よりの点火指令によって動作し、燃焼室１Ａの混合気の点火を行う。エンジン１から排出される排気ガスは、触媒コンバータ１７によって浄化され、マフラー１８で消音されて大気に放出される。

コントロールユニット１３は、マイクロコンピュータ１３Ａ、読み書き可能なメモリ（以下ＲＡＭと称す）１３Ｂ等を含むものであり、吸気温センサ１９によるインテークマニホールド８へ流入する空気温度の検出、及び圧力センサ２０によるインテークマニホールド８へ流入する空気圧力の検出に基づき吸入空気量を演算する。

さらに、コントロールユニット１３は、吸入空気量の演算結果、水温センサ２１からの検出結果、及び、酸素センサ２２での排気ガス中の酸素濃度の検出結果に基づき、最適燃料量を演算し、それに基づく噴射信号を燃料噴射弁１２に出力する。コントロールユニット１３は、点火時期についても、ノックセンサ２３での検出結果を考慮して点火指令を点火プラグ２４に与える。

コントロールユニット１３は、エンジン１のアイドリング時において、エンジン回転数の目標値と実際の回転数を比較し、その比較に基づいて設定される制御量を用いて実際の回転数を目標値回転数に一致させるべく、ＩＳＣバルブ１６を通過する空気の量を調整する空気量制御機能を有している。

この空気量制御は、エンジン回転数のフィードバック制御の形態をとっている。さらに、この空気量制御にあたっては、エンジン１によって駆動されるエンジン負荷体（例えばエアコン用のコンプレッサやヘッドライトなど）の作動状態を検出し、該検出のエンジン負荷体の作動状態に対応した制御量に基づいて定められる値を回転数補正情報として学習し、学習した回転数補正情報をＲＡＭ１３Ｂに書き込み、ＲＡＭ１３Ｂに格納した回転数補正情報に基づいてＩＳＣバルブ１６を調整駆動してアイドル回転数を制御する。

車両がアイドル状態から走行状態に移行した際には、アイドル時に学習した最新の回転数補正情報がＲＡＭ１３Ｂに記憶され、また、ＩＳＣバルブ１６の開度も保持されることになる。

このため、走行状態からアイドル状態に移行し、フィードバック制御が再開される際には、ＲＡＭ１３Ｂに記憶されている回転数補正情報を用いて前回のアイドル時に保持されていたＩＳＣバルブ１６の開度から空気量の調整が開始されることになる。

オルタネータ２５は、エンジン１により回転駆動されて発電を行い、各種負荷体を駆動するための電力を供給する。また、オルタネータ２５で発電された電力の余剰分はバッテリ２６へ充電されるが、各種負荷体の要求電力がオルタネータによる発電量で不足する場合には、バッテリ26に蓄えた電力を放電して不足分を補っている。

なお、オルタネータ２５はボルテージレギュレータを内蔵しており、オルタネータ２５の発電電圧が設定値（１４．５Ｖ）以上にならないように電圧をコントロールしている。

さらに、オルタネータ２５の入力端子（Ｃ端子）２５Ｃにはコントロールユニット１３からの発電電圧制御信号が入力され、該制御信号に応じてオルタネータ２５の発電電圧を１４．５Ｖと１２．８Ｖの２段階に切り替えている。

さらに詳しくは、コントロールユニット１３で演算された発電電圧制御信号がデューティ比１００％の場合、オルタネータ２５の発電電圧は１２．８Ｖに制御され、コントロールユニット１３で演算された発電電圧制御信号がデューティ比０％の場合、オルタネータ２５の発電電圧は１４．５Ｖに制御されることになる。

つぎに、本発明によるエンジン回転数制御装置の基本構成を図２を参照して説明する。エンジン回転数制御装置は、運転状態検出手段１０１と、アイドル状態判定手段１０２と、目標空気量学習手段１０３と、空気量演算手段１０４とを含む。

運転状態検出手段１０１は、各種センサより検出信号を入力し、エンジンの回転数やスロットル弁の開度、エンジン冷却水温、車速、バッテリ電圧等、エンジンの運転状態を検出する。

アイドル状態判定手段１０２は、運転状態検出手段１０１の検出結果に基づき、アイドル状態であるか否かを判定する。

目標空気量学習手段１０３は、アイドリング時のエンジン回転数を目標回転数に一致させるべく、ＩＳＣバルブ１６が装着されたバイパス管路４Ａに流入する目標空気量を算出し学習する。

目標空気量学習手段１０３は、オルタネータ２５の発電電圧を１４．５Ｖと１２．８Ｖのいずれかに制御する発電電圧制御手段１０５より発電電圧制御信号を入力し、発電電圧の切り替わり開始を検出すると、空気量演算手段１０４による吸入空気量のフィードバック補正量（補正空気量）が所定値以内に収束するまで目標空気量の学習を禁止する学習禁止機能を有している。

空気量演算手段１０４は、目標空気量学習手段１０３により算出された目標空気量に基づき吸入空気量のフィードバック補正量（補正空気量）を演算し、これに基づく制御量信号をＩＳＣバルブ１６に出力する。

次に、図３を用いて本発明の実施例による動作について説明する。
まず、時刻ｔ１にてオルタネータ２５の発電電圧切り替えが開始される。このため、時刻ｔ１で、目標空気量の学習は禁止されることになる。時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間にて、オルタネータの発電電圧制御信号が１００％から０％へ変化し、オルタネータ発電電圧は１２．８Ｖから１４．５Ｖに変化する。これにより、オルタネータ２５の駆動トルクが増大する。

よって、エンジン回転数はオルタネータ２５の駆動トルク増大に起因して回転落ち込みｈを発生することになる。この回転落ち込みｈによって目標回転数と実際のエンジン回転数の偏差が急激に大きくなるから、吸入空気量のフィードバック制御においては、フィードバック補正量がエンジン回転数を目標回転数に維持すべくプラス側へ大きく増加する。

しかし、前述のとおり時刻ｔ１で目標空気量の学習を禁止したため、学習は実行されない。学習禁止の状態は、時刻ｔ５でフィードバック補正量が所定値γ以内に収束するまで継続する。つまり、時刻ｔ１から時刻ｔ５までの期間Ｔｂが学習禁止期間である。この間、時刻ｔ１直前での学習値が保持されることになる。

時刻ｔ５で学習禁止が解除されると、時刻ｔ５以降は通常の学習動作を実施することになり、オルタネータ駆動トルク増加分に相当する学習量αを学習することになる。

上述の制御により、走行状態から減速し停車状態（アイドル状態）に移行する際、学習値不適合による空気量過多が発生せず、エンジンの回転吹け上がりを防止できる。これにより、エンジン回転数の収束が滑らかになり、運転性の向上を図ることができる。

本発明の実施例を適用したエンジン制御システム全体の構成図。 本発明の実施例を示す基本構成図。 本発明の実施例の動作を示すタイミングチャート。 オルタネータ発電電圧が切り替わり始める発電電圧制御信号の値とオルタネータ回転数の関係を示すグラフ。 図４の説明を補足するグラフ。

符号の説明

１…エンジン
２…エアークリーナ
５…スロットルボディ
６…スロットル弁
７…サージタンク
８…インテークマニホールド
９…燃料タンク
１０…燃料ポンプ
１２…燃料噴射弁
１３…コントロールユニット
１４…プレッシャレギュレータ
１５…キャニスタパージバルブ
１６…ＩＳＣバルブ
１７…触媒コンバータ
１８…マフラー
１９…吸気温センサ
２０…圧力センサ
２１…水温センサ
２２…酸素センサ
２３…ノックセンサ
２４…点火プラグ
２５…オルタネータ
２６…バッテリ
１０１…運転状態検出手段
１０２…アイドル状態判定手段
１０３…目標空気量学習手段
１０４…空気量演算手段
１０５…発電電圧制御手段

Claims (2)

1. エンジンにより駆動される発電機と、前記発電機の発電電圧を制御する発電電圧制御手段とを有する車両のエンジン回転数制御装置であって、
   前記エンジンの吸入する空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
   前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記エンジンのアイドリング状態において、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、エンジン回転数を目標回転数に維持するために必要な目標空気量を学習する目標空気量学習手段と、
   前記目標空気量学習手段により学習された目標空気量に基づき補正空気量を演算し、前記吸入空気量制御手段へ制御信号を出力する空気量演算手段とを備え、
   前記目標空気量学習手段は、前記発電機の発電電圧の切り替え開始から所定期間は目標空気量の学習を禁止することを特徴とするエンジン回転数制御装置。
2. 前記目標空気量学習手段による目標空気量の学習を禁止する期間は、前記発電機の発電電圧の切り替え開始から前記空気量演算手段による補正空気量が所定値以内に収束するまでの期間であることを特徴とする請求項１記載のエンジン回転数制御装置。

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