JP4230957B2 - エンジンの回転速度制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジン回転速度のハンチング現象を回避しつつ、実回転速度を目標回転速度に収束させることのできるエンジンの回転速度制御装置に関するものである。

従来のエンジンの回転速度制御装置においては、エンジンの吸気通路に介装されたスロットル弁を迂回するアイドル空気通路を設けるとともに、アイドル空気通路にアイドル空気量制御弁を設け、エンジンの実回転速度が目標回転速度に近づくようにフィードバック制御を実行しながら、アイドル空気量制御弁の開度を設定している。

この場合、アイドル空気量制御弁の分解能の粗さによる目標回転速度付近でのエンジン回転速度のハンチングを防止するために、目標回転速度に対して、高側および低側に各々所定幅の不感帯を設け、フィードバック制御中に実回転速度が目標回転速度の不感帯内に入っている場合には、アイドル空気量制御弁の開度を変化させずに保持するようになっている。

また、無負荷のアイドル運転時には、エンジン吸入空気量に対してエンジン回転速度の変動が大きいので、たとえば流量特性に変曲点を持つアイドル空気量制御弁を用い、アイドル空気量が小流量のときには細やかな流量制御を行い、アイドル空気量が大流量のときには迅速な流量制御を行うことが多い。

このとき、アイドル空気量が流量特性変曲点よりも小流量の場合に、実際の回転速度と目標回転速度との偏差が小さくなるように、不感帯（＝目標回転速度ＮＴＲＧＴ±ＸＮＤＤＳ）の幅ＸＮＤＤＳを、たとえば「５ｒ／ｍｉｎ」程度に小さく設定すると、アイドル空気量が流量特性変曲点よりも大流量のときには、エンジンの回転速度のハンチング現象が発生してしまう。

また、エンジンの実回転速度が目標回転速度以上の場合には、アイドル空気量制御弁を閉口側に制御し、目標回転速度の付近で実回転速度が不感帯内に入ったときには、アイドル空気量制御弁の開度を保持しようとする。

このとき、アイドル空気量が大流量であることから、アイドル空気量制御弁の流量特性に応じて必要以上に空気量が減少し、エンジンの実回転速度が不感帯の下限レベルを下回ってしまう。その後、アイドル空気量制御弁を開口側に制御するが、必要以上に空気量が増大して、エンジンの実回転速度が不感帯の上限レベルを上回ってしまう。
したがって、エンジン回転速度の下降制御および上昇制御が繰り返し実行されて、ハンチング現象が発生することになる。

そこで、流量特性変曲点よりも大流量での上記ハンチング現象を回避するため、不感帯（＝目標回転速度ＮＴＲＧＴ±ＸＮＤＤＧ）の変動幅ＸＮＤＤＧを、たとえば「１００ｒ／ｍｉｎ」程度に大きく設定すると、アイドル空気量が流量特性変曲点よりも小流量のときには、実回転速度の目標回転速度への収束性が悪化してしまう。

また、実回転速度が目標回転速度以上であってアイドル空気量制御弁を閉口側に制御する際に、実回転速度が不感帯幅の上限位置に到達したときには、アイドル空気量制御弁はそのままの開度を保持するので、実回転速度は不感帯幅の上限位置（たとえば、８７０ｒ／ｍｉｎ程度）で安定してしまい、目標回転速度に収束することができなくなる。
なお、不感帯幅の上限位置は、たとえば、目標回転速度を「８００ｒ／ｍｉｎ」とすると、「９００ｒ／ｍｉｎ」となる。

さらに、上記問題に対処するため、エンジン回転速度のハンチング現象や、目標回転速度への実回転速度の収束性悪化現象を回避した装置も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載された装置においては、アイドル空気量制御弁の各開度位置にて、アイドル空気量制御弁の開度を１単位だけ変化させた際のアイドル空気単位変化量を求め、アイドル空気単位変化量に対するエンジン回転速度の単位変化量を求め、エンジン回転速度の単位変化量に応じて、アイドル空気量制御弁の開度位置毎の不感帯幅を設定している。

特開２０００−４５８３２号公報

従来のエンジンの回転速度制御装置では、たとえば特許文献１に記載の装置の場合、製造時に発生するアイドル空気量制御弁の流量バラツキのみならず、長期間使用によるアイドル空気量制御弁内の目詰まりや、完全閉弁位置の磨耗などの経年劣化による流量変化が発生するので、アイドル空気量制御弁の製造バラツキや経年劣化により問題が生じるという課題があった。

すなわち、所定の流量特性を有するアイドル空気量制御弁に合わせてエンジン不感帯幅を設定した場合に、上記製造バラツキや経年劣化により流量特性変曲点の移動が発生すると、エンジン回転速度単位変化量がエンジン不感帯幅を上回るようなアイドル空気量制御弁の開口量が発生し、この開口量においては、前述のメカニズムによりエンジン回転速度のハンチング現象が発生するという課題があった。
また、アイドル空気量制御弁の各開度位置で開度位置毎の不感帯幅を設定するので、不感帯幅の設定に膨大な工数がかかるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エンジン回転速度のハンチング現象を回避しつつ、実回転速度を目標回転速度に収束させることのできるエンジンの回転速度制御装置を得ることを目的とする。

この発明によるエンジンの回転速度制御装置は、エンジンの吸気通路に設けられてエンジンの吸入空気量を調節する絞り弁と、エンジンの実回転速度を含む運転状態を検出するセンサ手段と、実回転速度に応じて絞り弁の開度を制御する制御手段と、を備えたエンジンの回転速度制御装置において、制御手段は、エンジンの運転状態に基づいて、アイドル回転速度のフィードバック制御モード条件の成否を判定するアイドル制御条件判定手段と、エンジンの運転状態に基づいて、アイドル目標回転速度を演算するとともに、目標回転速度に対して不感帯を設定する演算手段と、アイドル回転速度のフィードバック制御モード判定時に実回転速度が目標回転速度に収束するように絞り弁の開度をフィードバック制御する駆動手段と、を含み、演算手段は、不感帯の幅を、実回転速度が不感帯の範囲から逸脱しているときには、第１の幅に設定し、実回転速度が不感帯の範囲内に入っているときは、第１の幅より大きい第２の幅に設定するとともに、アイドル制御条件判定手段によって前記フィードバック制御へ移行するに先立ち事前に前記第１の幅に設定しておき、駆動手段は、実回転速度が目標回転速度の不感帯に入っているときには、前記吸入空気量を前回値に保持するように前記絞り弁の開度を保持するものである。

この発明によれば、エンジン回転速度のハンチング現象を回避しつつ、実回転速度を目標回転速度に収束させることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るエンジンの回転速度制御装置を適用した電子制御式内燃機関の全体概要を示す構成図である。
図１において、エアクリーナ１、エアフローセンサ２、スロットル弁３およびサージタンク４を備えた吸気管５は、エンジン６に連通されている。

エンジン６には、インジェクタ７、カム角センサ８、クランク角センサ９および点火装置１０が設けられている。
カム角センサ８は、エンジン６のカムシャフト（図示せず）に対向配置され、クランク角センサ９は、エンジン６のクランクシャフト（図示せず）に対向配置されている。

ＥＣＵ（電子制御ユニット）１１は、ＣＰＵ１２と、ＣＰＵ１２に属するＲＯＭ１３およびＲＡＭ１４と、各種信号の入出力インターフェイス１５と、駆動回路１６とを備え、マイクロコンピュータを構成しており、エンジン６の運転状態を示す各種センサ情報に基づいて、エンジン６の目標回転速度などを演算するとともに、各種アクチュエータに対する駆動制御信号を生成する。

なお、各種センサとして、エンジン６には、冷却水温センサ１７が設けられ、エアクリーナ１には、吸気温センサ１８が設けられ、車両２１には、始動スイッチ１９および車速センサ２０が設けられている。

吸気管５には、スロットル弁３をバイパスするようにアイドル空気通路２３が連通され、アイドル空気通路２３には、アイドル空気量制御弁２２が設けられている。
さらに、スロットル弁３には、各種センサとして、スロットル開度センサ２４が設けられている。

次に、図１に示したこの発明の実施の形態１による基本的な動作について説明する。
図１において、まず、エアクリーナ１を介して吸入された空気は、エアフローセンサ２に導かれ、エアフローセンサ２は、吸入空気量Ｑａを測定して、測定信号をＥＣＵ１１に入力する。

スロットル弁３は、エンジン６の負荷に応じて開閉制御されて、吸入空気量Ｑａを調節する。スロットル弁３を通過した空気は、サージタンク４を介して、吸気管５からエンジン６内に吸入される。

インジェクタ７は、吸気管５内に燃料を噴射し、吸気管５内において、吸入された空気と燃料との混合気を形成する。混合気は、エンジン６の各気筒に吸入され、イグニッションコイルなどの点火装置１０により駆動される点火プラグによって、エンジン６内で点火される。

このとき、クランク角センサ９（または、カム角センサ８）は、エンジン６の基準角度位置やエンジン回転速度Ｎｅを計測し、スロットル開度センサ２４は、スロットル弁３に取り付けられて、スロットル弁３の開度θを計測し、それぞれ、各計測信号をＥＣＵ１１に入力する。

また、吸気温センサ１８は、エアクリーナ１に取り付けられて、吸気温Ｔａを計測し、冷却水温センサ１７は、エンジン６に取り付けられて、冷却水温Ｔｗを計測し、始動スイッチ１９は、エンジン６の始動状態を検知し、車速センサ２０は、エンジン６を搭載した車両２１に取り付けられて、車速Ｖｓを計測し、それぞれ、計測信号および検知信号をＥＣＵ１１に入力する。
このように、各種の運転状態情報は、ＥＣＵ１１に入力される。

ＥＣＵ１１内のＣＰＵ１２は、入出力インターフェイス１５を介して入力された運転状態情報に基づいて、ＲＯＭ１３内に格納されている制御プログラムおよび各種マップと、ＲＡＭ１４内に格納されている各種変数データとを用いて、燃料量、点火時期、アイドル空気量などの演算処理を行い、入出力インターフェイス１５および駆動回路１６を介して、点火装置１０、インジェクタ７、アイドル空気量制御弁２２などの各種アクチュエータを駆動する。

次に、図２および図３を参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１によるアイドル回転速度の制御動作について、さらに具体的に説明する。
図２はこの発明の実施の形態１によるアイドル回転速度の制御不感帯幅を制御したときのエンジン挙動を示すタイミングチャートであり、図３はこの発明の実施の形態１によるアイドル回転速度の制御動作を示すフローチャートである。

図３において、まず、ＥＣＵ１１は、車速センサ２０により計測された車両２１の車速Ｖｓや、スロットル開度センサ２４により計測されたスロットル弁３の開度θに基づいて、アイドル回転速度の制御モード条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

ステップＳ１０１において、たとえば図２内の区間Ａのように高速運転中であって、アイドル回転速度の制御モード条件が成立していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、不感帯幅ＺＮＤを小さい値ＸＮＤＤＳに設定するとともに、アイドル空気量制御弁２２の開度ＺＩＡＩＲを、そのまま前回値に保持して（ステップＳ１０４）、図３の処理ルーチンを抜け出る。

一方、ステップＳ１０１において、スロットル開度θの全閉や車速Ｖｓの低下により、アイドル回転速度の制御モード条件が成立する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、クランク角センサ９（または、カム角センサ８）により計測されたエンジン６の実回転速度Ｎｅと判定上限値（＝目標回転速度ＮＴＲＧＴ＋不感帯幅ＺＮＤ）とを比較し、実回転速度Ｎｅが判定上限値以下か否かを判定する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２において、たとえば図２内の区間Ｂのように、まだエンジン回転速度Ｎｅが比較的大きく、Ｎｅ＞ＮＴＲＧＴ＋ＺＮＤ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、不感帯幅ＺＮＤを上記小さい値ＸＮＤＤＳに設定するとともに、アイドル空気量制御弁２２の開度ＺＩＡＩＲを、前回値から所定値ＸＤＩＭだけ減少させた値（＝ＺＩＡＩＲ−ＸＤＩＭ）に設定し（ステップＳ１０５）、エンジン回転速度Ｎｅを低下させて、図３の処理ルーチンを抜け出る。

一方、ステップＳ１０２において、実回転速度Ｎｅが十分に低下し、Ｎｅ≦ＮＴＲＧＴ＋ＺＮＤ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、エンジン６の実回転速度Ｎｅと判定下限値（＝目標回転速度ＮＴＲＧＴ−不感帯幅ＺＮＤ）とを比較し、実回転速度Ｎｅが判定下限値以上か否かを判定する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３において、たとえば図２内の区間Ｄのように、実回転速度Ｎｅがアンダーシュートして、Ｎｅ＜ＮＴＲＧＴ−ＺＮＤ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、不感帯幅ＺＮＤを上記小さい値ＸＮＤＤＳに設定するとともに、アイドル空気量制御弁２２の開度ＺＩＡＩＲを、前回値から所定値ＸＤＩＰだけ増大させた値（＝ＺＩＡＩＲ＋ＸＤＩＰ）に設定し（ステップＳ１０６）、エンジン回転速度Ｎｅを上昇させて、図３の処理ルーチンを抜け出る。

一方、ステップＳ１０３において、たとえば図２の区間Ｃのように、実回転速度Ｎｅが目標回転速度ＮＴＲＧＴの付近に収束して、Ｎｅ≧ＮＴＲＧＴ−ＺＮＤ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、実回転速度Ｎｅが不感帯内にあるものと識別し、不感帯幅ＺＮＤを大きい値ＸＮＤＤＧに設定するとともに、アイドル空気量制御弁２２の開度ＺＩＡＩＲを、そのまま前回値に保持し（ステップＳ１０７）、エンジン回転速度Ｎｅを目標回転速度ＮＴＲＧＴに維持して、図３の処理ルーチンを抜け出る。

このように、この発明によるＥＣＵ１１は、エンジン６の実回転速度Ｎｅに基づく不感帯幅決定手段を有し、アイドル空気量制御弁２２の開度ＺＩＡＩＲを保持すべき状態か否かを決定する。

もし、実回転速度Ｎｅと目標回転速度ＮＴＲＧＴとの偏差が不感帯ＺＮＤの幅よりも大きいときには、不感帯幅ＺＮＤを小さい値ＸＮＤＤＳに設定し、回転速度偏差が不感帯の範囲内に入ってきたときには、不感帯ＺＮＤの幅を大きい値ＸＮＤＤＧに設定する。
これにより、実回転速度Ｎｅが目標回転速度ＮＵＲＧＴにほぼ近づくと、不感帯幅によって、実回転速度Ｎｅを覆い込んで安定化するように制御することができる。

このとき、ＥＣＵ１１内の不感帯幅決定手段は、エンジン６の実回転速度Ｎｅと目標回転速度ＮＴＲＧＴとの偏差に応じて不感帯幅ＺＮＤを設定するので、アイドル空気量制御弁２２の製造時に発生する流量バラツキや、経年劣化による流量変化に影響されることがなく、最適な不感帯幅ＺＮＤを設定することができる。
また、不感帯幅ＺＮＤの設定処理に膨大な工数をかけることなく、エンジン回転速度Ｎｅのハンチング現象や、目標回転速度ＮＴＲＧＴへの実回転速度Ｎｅの収束性悪化現象を回避することができる。

なお、上記実施の形態１では、エンジン６の吸気管５に、スロットル弁３を迂回するアイドル空気通路２３と、アイドル空気通路２３のアイドル空気量を調整するアイドル空気量制御弁２２とを設けたシステムへの適用例を述べたが、アイドル空気通路２３およびアイドル空気量制御弁２２を設けずに、たとえば電子制御スロットル（図示せず）などを用いたスロットル弁自体によるアイドル回転速度制御に適用してもよい。
また、エンジン６のアイドル運転時での回転速度制御に適用した例を述べたが、アイドル運転時以外でのエンジン回転速度Ｎｅの制御に適用してもよい。

この発明の実施の形態１に係るエンジンの回転速度制御装置を適用した電子制御式内燃機関の全体概要を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるアイドル回転制御不感帯幅を制御したときのエンジン挙動を示すタイミングチャートである。 この発明の実施形態１によるアイドル回転速度の制御動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エアクリーナ、２ エアフローセンサ、３ スロットル弁、４ サージタンク、５ 吸気管、６ エンジン（内燃機関）、７ インジェクタ、８ カム角センサ、９ クランク角センサ、１０ 点火装置、１１ エンジン制御ユニット、１２ ＣＰＵ、１３ ＲＯＭ、１４ ＲＡＭ、１５ インターフェイス、１６ 駆動回路、１７ 冷却水温センサ、１８ 吸気温センサ、１９ 始動スイッチ、２１ 車速センサ、２２ アイドル空気量制御弁、２３ アイドル空気通路、２４ スロットル開度センサ。

Claims (3)

1. エンジンの吸気通路に設けられて前記エンジンの吸入空気量を調節する絞り弁と、
   前記エンジンの実回転速度を含む運転状態を検出するセンサ手段と、
   前記実回転速度に応じて前記絞り弁の開度を制御する制御手段と、
   を備えたエンジンの回転速度制御装置において、
   前記制御手段は、
   前記エンジンの運転状態に基づいて、アイドル回転速度のフィードバック制御モード条件の成否を判定するアイドル制御条件判定手段と、
   前記エンジンの運転状態に基づいて、アイドル目標回転速度を演算するとともに、前記目標回転速度に対して不感帯を設定する演算手段と、
   前記アイドル回転速度のフィードバック制御モード判定時に前記実回転速度が目標回転速度に収束するように前記絞り弁の開度をフィードバック制御する駆動手段と、を含み、
   前記演算手段は、
   前記不感帯の幅を、前記実回転速度が前記不感帯の範囲から逸脱しているときには、第１の幅に設定し、
   前記実回転速度が不感帯の範囲内に入っているときは、前記第１の幅より大きい第２の幅に設定するとともに、前記アイドル制御条件判定手段によって前記フィードバック制御へ移行するに先立ち事前に前記第１の幅に設定しておき、
   前記駆動手段は、前記実回転速度が前記目標回転速度の不感帯に入っているときには、前記吸入空気量を前回値に保持するように前記絞り弁の開度を保持することを特徴とするエンジンの回転速度制御装置。
2. 前記演算手段は、
   前記実回転速度が前記不感帯の上限値よりも大きいときは、前記絞り弁の開度を第１の所定値だけ減少させ、前記実回転速度が前記不感帯の下限値よりも小さいときには、前記絞り弁の開度を第２の所定値だけ増大させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの回転速度制御装置。
3. 前記絞り弁は、アイドル空気量制御弁であり、
   前記目標回転速度は、目標アイドル回転速度であり、
   前記制御手段は、
   前記アイドル回転速度のフィードバック制御モード条件が不成立と判定された場合には、前記不感帯の幅を前記第１の幅に設定するとともに、前記アイドル空気量制御弁の開度を前回値に保持することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの回転速度制御装置。

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