JP2696431B2 - 内燃機関のアイドル回転数制御装置 - Google Patents
内燃機関のアイドル回転数制御装置Info
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- Combustion & Propulsion (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のアイドル回
転数制御装置に関する。
転数制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関のアイドル回転数制御装置とし
て、スロットル弁をバイパスする補助空気通路に補助空
気制御弁を備え、アイドル運転時にこの補助空気制御弁
の開度を制御することにより補助空気量を制御してアイ
ドル回転数を制御するようにしたものがある（実開平１
−１７９１４８号公報参照）。
て、スロットル弁をバイパスする補助空気通路に補助空
気制御弁を備え、アイドル運転時にこの補助空気制御弁
の開度を制御することにより補助空気量を制御してアイ
ドル回転数を制御するようにしたものがある（実開平１
−１７９１４８号公報参照）。
【０００３】補助空気制御弁は電磁式で、これに与えら
れるデューティ（一定周期で与える開弁用駆動パルス信
号のパルス巾を制御して開度を制御するに際し、周期に
対するパルス巾の時間割合％で表されるもの）に応じて
開度が制御される。そして、補助空気制御弁へのデュー
ティＩＳＣON（％）は、下記の式により演算している。
れるデューティ（一定周期で与える開弁用駆動パルス信
号のパルス巾を制御して開度を制御するに際し、周期に
対するパルス巾の時間割合％で表されるもの）に応じて
開度が制御される。そして、補助空気制御弁へのデュー
ティＩＳＣON（％）は、下記の式により演算している。
【０００４】ＩＳＣON＝ＩＳＣTW＋ＩＳＣCL ここで、ＩＳＣTWは基本制御値で、機関冷却水温Ｔｗに
基づきＲＯＭ上のマップを参照して設定される。ＩＳＣ
CLはフィードバック補正値で、アイドル回転数フィード
バック制御条件にて機関回転数を目標アイドル回転数と
比較して比較結果に基づき比例・積分（ＰＩ）制御によ
り増減して設定される。
基づきＲＯＭ上のマップを参照して設定される。ＩＳＣ
CLはフィードバック補正値で、アイドル回転数フィード
バック制御条件にて機関回転数を目標アイドル回転数と
比較して比較結果に基づき比例・積分（ＰＩ）制御によ
り増減して設定される。
【０００５】このように従来のアイドル回転数制御装置
は、実際のアイドル回転数を目標アイドル回転数と比較
して、比例・積分（ＰＩ）制御を行っていた。
は、実際のアイドル回転数を目標アイドル回転数と比較
して、比例・積分（ＰＩ）制御を行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、アイドル回転数制御として、ＰＩ制御を用いていた
が、吸気マニホールド・コレクタ部の大容量化に伴っ
て、応答遅れが大きくなり、回転落ちあるいはハンチン
グを生じるという問題点があった。本発明は、このよう
な従来の問題点に鑑み、応答遅れのないアイドル回転数
制御装置を提供することを目的とする。
は、アイドル回転数制御として、ＰＩ制御を用いていた
が、吸気マニホールド・コレクタ部の大容量化に伴っ
て、応答遅れが大きくなり、回転落ちあるいはハンチン
グを生じるという問題点があった。本発明は、このよう
な従来の問題点に鑑み、応答遅れのないアイドル回転数
制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、ス
ロットル弁をバイパスする補助空気通路に補助空気制御
弁を備え、アイドル運転時にこの補助空気制御弁の開度
を制御することにより補助空気量を制御してアイドル回
転数を制御する内燃機関のアイドル回転数制御装置にお
いて、下記のＡ〜Ｇの手段を設けて、アイドル回転数制
御装置を構成する。
ロットル弁をバイパスする補助空気通路に補助空気制御
弁を備え、アイドル運転時にこの補助空気制御弁の開度
を制御することにより補助空気量を制御してアイドル回
転数を制御する内燃機関のアイドル回転数制御装置にお
いて、下記のＡ〜Ｇの手段を設けて、アイドル回転数制
御装置を構成する。
【０００８】Ａ．モデルを用いて目標アイドル回転数よ
り時系列にモデルトルク及びモデル回転数を発生する手
段（モデルトルク及びモデル回転数発生手段）Ｂ．前記モデルトルクをモデル空気量に変換する手段
（モデル空気量変換手段） Ｃ．機関回転数を検出する手段（機関回転数検出手段） Ｄ．前記モデル回転数と検出された機関回転数との差を
空気量エラー分に変換する手段（空気量エラー分変換手
段） Ｅ． 機関の出力軸トルクを検出する手段（出力軸トルク
検出手段）Ｆ．検出された機関の出力軸トルクを実空気量に変換す
る手段（実空気量変換手段） Ｇ．前記モデル空気量及び前記空気量エラー分の和と前
記実空気量とを比較してその差に基づいて 補助空気制御
弁の開度を制御する手段（比較制御手段）
り時系列にモデルトルク及びモデル回転数を発生する手
段（モデルトルク及びモデル回転数発生手段）Ｂ．前記モデルトルクをモデル空気量に変換する手段
（モデル空気量変換手段） Ｃ．機関回転数を検出する手段（機関回転数検出手段） Ｄ．前記モデル回転数と検出された機関回転数との差を
空気量エラー分に変換する手段（空気量エラー分変換手
段） Ｅ． 機関の出力軸トルクを検出する手段（出力軸トルク
検出手段）Ｆ．検出された機関の出力軸トルクを実空気量に変換す
る手段（実空気量変換手段） Ｇ．前記モデル空気量及び前記空気量エラー分の和と前
記実空気量とを比較してその差に基づいて 補助空気制御
弁の開度を制御する手段（比較制御手段）
【０００９】
【作用】上記の構成においては、モデルを用い、モデル
トルクと実際の機関出力軸トルクとの差、及び、モデル
回転数と実際の機関回転数との差に基づいて制御を行う
ことで、トルクモデルに追従したフィードフォワード的
な制御を行う。
トルクと実際の機関出力軸トルクとの差、及び、モデル
回転数と実際の機関回転数との差に基づいて制御を行う
ことで、トルクモデルに追従したフィードフォワード的
な制御を行う。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の一実施例を図１及び図２に基
づいて説明する。先ず図２を参照し、エアクリーナ１か
らの空気は、スロットルチャンバ２にて、図示しないア
クセルペダルに連動するスロットル弁３と、このスロッ
トル弁３をバイパスする補助空気通路４に介装した電磁
式の補助空気制御弁５との制御を受けて吸入される。そ
して、吸気マニホールド６のブランチ部にて燃料噴射弁
７から噴射された燃料と混合して、機関８のシリンダ内
に吸入される。
づいて説明する。先ず図２を参照し、エアクリーナ１か
らの空気は、スロットルチャンバ２にて、図示しないア
クセルペダルに連動するスロットル弁３と、このスロッ
トル弁３をバイパスする補助空気通路４に介装した電磁
式の補助空気制御弁５との制御を受けて吸入される。そ
して、吸気マニホールド６のブランチ部にて燃料噴射弁
７から噴射された燃料と混合して、機関８のシリンダ内
に吸入される。
【００１１】補助空気制御弁５は、コントロールユニッ
ト９からの制御信号により開度を制御され、かかる制御
のため、コントロールユニット９には各種のセンサから
の信号が入力される。前記各種のセンサとしては、クラ
ンク角センサ10が設けられ、所定クランク角毎に出力さ
れる基準信号ＲＥＦの周期Ｔref 等より機関回転数Ｎe
を算出可能である。また、水温センサ11が設けられ、機
関冷却水温Ｔw を検出する。この他、スロットル弁３の
全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチ12、トランスミ
ッションのニュートラル位置でＯＮとなるニュートラル
スイッチ13、車速ＶＳＰ検出用の車速センサ14が設けら
れている。
ト９からの制御信号により開度を制御され、かかる制御
のため、コントロールユニット９には各種のセンサから
の信号が入力される。前記各種のセンサとしては、クラ
ンク角センサ10が設けられ、所定クランク角毎に出力さ
れる基準信号ＲＥＦの周期Ｔref 等より機関回転数Ｎe
を算出可能である。また、水温センサ11が設けられ、機
関冷却水温Ｔw を検出する。この他、スロットル弁３の
全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチ12、トランスミ
ッションのニュートラル位置でＯＮとなるニュートラル
スイッチ13、車速ＶＳＰ検出用の車速センサ14が設けら
れている。
【００１２】ここにおいて、コントロールユニット９内
のマイクロコンピュータは、アイドル運転条件（アイド
ル回転数フィードバック制御条件）において、図１の制
御ブロック図に従って演算処理し、補助空気制御弁５の
開度を制御する。尚、アイドル回転数フィードバック制
御条件とは、アイドルスイッチ12がＯＮでニュートラル
スイッチ13がＯＮ、又はアイドルスイッチ12がＯＮで車
速センサ14により検出される車速ＶＳＰが所定値（例え
ば８km/h）以下であることを条件とする。
のマイクロコンピュータは、アイドル運転条件（アイド
ル回転数フィードバック制御条件）において、図１の制
御ブロック図に従って演算処理し、補助空気制御弁５の
開度を制御する。尚、アイドル回転数フィードバック制
御条件とは、アイドルスイッチ12がＯＮでニュートラル
スイッチ13がＯＮ、又はアイドルスイッチ12がＯＮで車
速センサ14により検出される車速ＶＳＰが所定値（例え
ば８km/h）以下であることを条件とする。
【００１３】次に図１の制御ブロック図について説明す
る。目標アイドル回転数Ｎset は、水温センサにより検
出される水温Ｔw に基づき、マップを参照して設定さ
れ、モデル21へ入力される。モデル21は、目標アイドル
回転数Ｎset より、時系列にモデルトルクＴmodel及び
モデル回転数Ｎmodel を発生する。この部分がモデルト
ルク及びモデル回転数発生手段に相当する。
る。目標アイドル回転数Ｎset は、水温センサにより検
出される水温Ｔw に基づき、マップを参照して設定さ
れ、モデル21へ入力される。モデル21は、目標アイドル
回転数Ｎset より、時系列にモデルトルクＴmodel及び
モデル回転数Ｎmodel を発生する。この部分がモデルト
ルク及びモデル回転数発生手段に相当する。
【００１４】これは、次のように行われる。先ず目標ア
イドル回転数Ｎset より目標角速度ωset を次式のごと
く求める。 ωset deg/ms ＝Ｎset rpm × 360／60000 機関の出力軸トルクＴは、出力軸の角速度ωにより表す
と、 Ｔ＝Ｉ×ｄω／ｄｔ deg/ms2 ＋Ｃ×ω deg/ms であり、ω＝ωmodel におけるモデルトルクＴ
model は、ｔ→無限大において、ｄωmodel ／ｄｔ＝
０，ωmodel ＝ωset より、次式のごとく算出すること
ができる。
イドル回転数Ｎset より目標角速度ωset を次式のごと
く求める。 ωset deg/ms ＝Ｎset rpm × 360／60000 機関の出力軸トルクＴは、出力軸の角速度ωにより表す
と、 Ｔ＝Ｉ×ｄω／ｄｔ deg/ms2 ＋Ｃ×ω deg/ms であり、ω＝ωmodel におけるモデルトルクＴ
model は、ｔ→無限大において、ｄωmodel ／ｄｔ＝
０，ωmodel ＝ωset より、次式のごとく算出すること
ができる。
【００１５】Ｔmodel ＝Ｃ×ωset deg/ms 次に目標角速度ωset よりモデル角速度ωmodel を求め
る。機関の出力軸トルクがステップ応答したときの状態
方程式は、 Ｃ×ωset ＝Ｉ×ｄωmodel ／ｄｔ deg/ms2 ＋Ｃ×ωmodel deg/ms であり、ｄωmodel ／ｄｔ＝（ωmodel −ωmodel-1 ）
／Δｔを代入し、基準信号ＲＥＦから次の基準信号ＲＥ
Ｆまでの区間にて算出する（Δｔ＝Ｔref とする）と、
次式のごとくとなる。
る。機関の出力軸トルクがステップ応答したときの状態
方程式は、 Ｃ×ωset ＝Ｉ×ｄωmodel ／ｄｔ deg/ms2 ＋Ｃ×ωmodel deg/ms であり、ｄωmodel ／ｄｔ＝（ωmodel −ωmodel-1 ）
／Δｔを代入し、基準信号ＲＥＦから次の基準信号ＲＥ
Ｆまでの区間にて算出する（Δｔ＝Ｔref とする）と、
次式のごとくとなる。
【００１６】 ωmodel ＝（Ｃ×ωset ＋（Ｉ／Ｔref ）×ωmodel-1 ）／（Ｃ＋Ｉ／Ｔref ） よって、モデル回転数Ｎmodel は、次式のごとく算出す
ることができる。 Ｎmodel ＝ωmodel × 60000／360 モデル21からのモデルトルクＴmodel は、伝達要素（Ｋ
3 ）22により、モデル空気量Ｑmodel に変換され、加算
点28に入力される。尚、トルクＴはＱ／Ｎに比例するの
で、Ｑmodel ＝Ｋ3 ×Ｔmodel ×Ｎmodel として変換さ
れる。この部分がモデル空気量変換手段に相当する。
ることができる。 Ｎmodel ＝ωmodel × 60000／360 モデル21からのモデルトルクＴmodel は、伝達要素（Ｋ
3 ）22により、モデル空気量Ｑmodel に変換され、加算
点28に入力される。尚、トルクＴはＱ／Ｎに比例するの
で、Ｑmodel ＝Ｋ3 ×Ｔmodel ×Ｎmodel として変換さ
れる。この部分がモデル空気量変換手段に相当する。
【００１７】モデル21からのモデル回転数Ｎmodel は、
加算点23に入力される。この加算点23には機関回転数検
出手段としてのクランク角センサにより検出される実際
の機関回転数Ｎe がマイナス分として入力され、回転数
エラー分Ｎerror ＝Ｎmodel−Ｎe が出力される。そし
て、回転数エラー分Ｎerror は、伝達要素（Ｋ2 ／Ｓ）
24にて、積分され、空気量エラー分Ｑerror に変換され
る。この部分が空気量エラー分変換手段に相当する。そ
して、空気量エラー分Ｑerror は加算点28に入力され、
モデル誤差を修正すべく、モデル空気量Ｑmodel に加算
される。
加算点23に入力される。この加算点23には機関回転数検
出手段としてのクランク角センサにより検出される実際
の機関回転数Ｎe がマイナス分として入力され、回転数
エラー分Ｎerror ＝Ｎmodel−Ｎe が出力される。そし
て、回転数エラー分Ｎerror は、伝達要素（Ｋ2 ／Ｓ）
24にて、積分され、空気量エラー分Ｑerror に変換され
る。この部分が空気量エラー分変換手段に相当する。そ
して、空気量エラー分Ｑerror は加算点28に入力され、
モデル誤差を修正すべく、モデル空気量Ｑmodel に加算
される。
【００１８】また、エアコンスイッチに代表される負荷
スイッチ25からの信号に基づく確定外乱補正分Ｑloadが
加算点28に入力され、モデル空気量Ｑmodel に加算され
る。一方、トルク検出部26にて、機関の出力軸トルクＴ
e が検出される。この部分が出力軸トルク検出手段に相
当する。これは、次のように行われる。
スイッチ25からの信号に基づく確定外乱補正分Ｑloadが
加算点28に入力され、モデル空気量Ｑmodel に加算され
る。一方、トルク検出部26にて、機関の出力軸トルクＴ
e が検出される。この部分が出力軸トルク検出手段に相
当する。これは、次のように行われる。
【００１９】先ずクランク角センサにより検出される実
際の機関回転数Ｎeより角速度ωを次式のごとく求め
る。 ω deg/ms ＝Ｎe rpm × 360／60000 機関の出力軸トルクＴe は、検出された角速度ωにより
表すと、 Ｔe kgm ＝Ｉ×ｄω／ｄｔ deg/ms2 ＋Ｃ×ω deg/ms であり、ｄω／ｄｔ＝（ω−ω-1）／Δｔを代入し、Ｒ
ＥＦ区間にて算出する（Δｔ＝Ｔref とする）と、次式
のごとくとなる。
際の機関回転数Ｎeより角速度ωを次式のごとく求め
る。 ω deg/ms ＝Ｎe rpm × 360／60000 機関の出力軸トルクＴe は、検出された角速度ωにより
表すと、 Ｔe kgm ＝Ｉ×ｄω／ｄｔ deg/ms2 ＋Ｃ×ω deg/ms であり、ｄω／ｄｔ＝（ω−ω-1）／Δｔを代入し、Ｒ
ＥＦ区間にて算出する（Δｔ＝Ｔref とする）と、次式
のごとくとなる。
【００２０】 Ｔe ＝Ｉ×（ω−ω-1）／Ｔref ＋Ｃ×ω 検出された機関の出力軸トルクＴe は、伝達要素
（Ｋ1 ）27に入力され、実空気量Ｑe に変換される。
尚、トルクＴはＱ／Ｎに比例するので、Ｑe ＝Ｋ1 ×Ｔ
e ×Ｎe として変換される。この部分が実空気量変換手
段に相当する。そして、この実空気量Ｑe はマイナス分
として加算点28に入力される。
（Ｋ1 ）27に入力され、実空気量Ｑe に変換される。
尚、トルクＴはＱ／Ｎに比例するので、Ｑe ＝Ｋ1 ×Ｔ
e ×Ｎe として変換される。この部分が実空気量変換手
段に相当する。そして、この実空気量Ｑe はマイナス分
として加算点28に入力される。
【００２１】加算点28においては、次式の演算がなさ
れ、シリンダに吸入されるべき空気量増減分（シリンダ
流入空気量増減分）Ｑcyl が出力される。この部分が比
較制御手段に相当する。 Ｑcyl kg/h ＝（Ｑmodel ＋Ｑerror ＋Ｑload）−Ｑe このシリンダ流入空気量増減分Ｑcyl は、コレクタエラ
ーの補償用モデル29により、コレクタ充填空気量の進み
補償がなされ、補助空気通路を通過すべき空気量増減分
（補助空気量増減分）Ｑt に変換され、これが操作量と
なる。
れ、シリンダに吸入されるべき空気量増減分（シリンダ
流入空気量増減分）Ｑcyl が出力される。この部分が比
較制御手段に相当する。 Ｑcyl kg/h ＝（Ｑmodel ＋Ｑerror ＋Ｑload）−Ｑe このシリンダ流入空気量増減分Ｑcyl は、コレクタエラ
ーの補償用モデル29により、コレクタ充填空気量の進み
補償がなされ、補助空気通路を通過すべき空気量増減分
（補助空気量増減分）Ｑt に変換され、これが操作量と
なる。
【００２２】補助空気量増減分Ｑt は、コレクタ充填遅
れを考慮して、次式のごとく算出される。 Ｑt kg/h ＝Ｑcyl ＋Ｖt ×ω×（Ｑcyl −Ｑcyl-1 ） 尚、Ｖt ＝Ｖm ／（Ｖc ×ｅ×180 ) であり、Ｖm は吸
気マニホールド（コレクタ）容積、Ｖc はシリンダ容
積、ｅは新気割合である。
れを考慮して、次式のごとく算出される。 Ｑt kg/h ＝Ｑcyl ＋Ｖt ×ω×（Ｑcyl −Ｑcyl-1 ） 尚、Ｖt ＝Ｖm ／（Ｖc ×ｅ×180 ) であり、Ｖm は吸
気マニホールド（コレクタ）容積、Ｖc はシリンダ容
積、ｅは新気割合である。
【００２３】制御対象たる補助空気制御弁５は電磁式
で、これに与えられるデューティに応じて開度が制御さ
れるから、前記補助空気量増減分Ｑt は、水温Ｔw 依存
の基本制御値に加算された後、デューティＩＳＣ
ON（％）に変換される。デューティＩＳＣONが決定され
ると、このデューティＩＳＣONのパルス信号で補助空気
制御弁５の開弁用コイルに通電され、これにより開度が
制御されて、所望の補助空気流量が得られる。
で、これに与えられるデューティに応じて開度が制御さ
れるから、前記補助空気量増減分Ｑt は、水温Ｔw 依存
の基本制御値に加算された後、デューティＩＳＣ
ON（％）に変換される。デューティＩＳＣONが決定され
ると、このデューティＩＳＣONのパルス信号で補助空気
制御弁５の開弁用コイルに通電され、これにより開度が
制御されて、所望の補助空気流量が得られる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、モ
デルを用い、モデルトルクと実トルクとの差に基づいて
制御を行うことで、トルクモデルに追従したフィードフ
ォワード的な制御を行い、アイドル安定性の向上と、ア
イドル低回転化による燃費の向上とを達成できるという
効果が得られる。また、モデルトルクの他、モデル回転
数を発生して、このモデル回転数と実回転数とのエラー
分をも制御に反映させているため、モデル誤差を修正
し、補助空気制御弁によるアイドル回転数の制御の信頼
性を向上させることができる。 また、モデルトルク等を
全て空気量に変換して、空気量ベースで演算することに
より、空気量制御によるアイドル回転数の制御の信頼性
を更に向上させることができる。
デルを用い、モデルトルクと実トルクとの差に基づいて
制御を行うことで、トルクモデルに追従したフィードフ
ォワード的な制御を行い、アイドル安定性の向上と、ア
イドル低回転化による燃費の向上とを達成できるという
効果が得られる。また、モデルトルクの他、モデル回転
数を発生して、このモデル回転数と実回転数とのエラー
分をも制御に反映させているため、モデル誤差を修正
し、補助空気制御弁によるアイドル回転数の制御の信頼
性を向上させることができる。 また、モデルトルク等を
全て空気量に変換して、空気量ベースで演算することに
より、空気量制御によるアイドル回転数の制御の信頼性
を更に向上させることができる。
【図１】 本発明の一実施例を示す制御ブロック図
【図２】 内燃機関のシステム図
【符号の説明】 ３ スロットル弁 ４ 補助空気通路 ５ 補助空気制御弁 ８ 機関 10 クランク角センサ 11 水温センサ 21 モデル 22 伝達要素 26 トルク検出部 27 伝達要素 28 加算点 29 補償用モデル
Claims (1)
- 【請求項１】スロットル弁をバイパスする補助空気通路
に補助空気制御弁を備え、アイドル運転時にこの補助空
気制御弁の開度を制御することにより補助空気量を制御
してアイドル回転数を制御する内燃機関のアイドル回転
数制御装置において、 モデルを用いて目標アイドル回転数より時系列にモデル
トルク及びモデル回転数を発生する手段と、前記モデルトルクをモデル空気量に変換する手段と、 機関回転数を検出する手段と、 前記モデル回転数と検出された機関回転数との差を空気
量エラー分に変換する手段と、 機関の出力軸トルクを検出する手段と、検出された機関の出力軸トルクを実空気量に変換する手
段と、 前記モデル空気量及び前記空気量エラー分の和と前記実
空気量とを比較してその差に基づいて 補助空気制御弁の
開度を制御する手段とを設けたことを特徴とする内燃機
関のアイドル回転数制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2402803A JP2696431B2 (ja) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | 内燃機関のアイドル回転数制御装置 |
| US07/802,636 US5249558A (en) | 1990-12-17 | 1991-12-09 | Idle speed control system for internal combustion engine |
| DE4141655A DE4141655C2 (de) | 1990-12-17 | 1991-12-17 | Motordrehzahlsteuersystem |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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