JP4238713B2 - エンジンのアイドル回転速度制御装置 - Google Patents

エンジンのアイドル回転速度制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、エンジンのアイドル回転速度を目標アイドル回転速度に制御するエンジンのアイドル回転速度制御装置に関し、詳しくは、電気負荷に応じて目標アイドル回転速度を設定する技術に関する。
特許文献1には、オルタネータの発電電流を切り替える際に生じる負荷変動による回転変動を防止するために、オルタネータの発電電流とバッテリの消費電流とに基づき、アイドル運転時の吸入空気量を設定する構成が開示されている。
また、特許文献2には、オルタネータの出力電流が所定値以下であるときに、オルタネータの発電をカットし、負荷電流が所定値以上になると前記発電カットを解除する構成が開示されている。
特開平07−103010号公報 特開平05−292678号公報
ところで、無負荷のアイドル運転状態からヘッドランプなどの電気負荷がONになったときに、一定の回転速度だけアイドル回転速度を上昇させる構成では、たとえオルタネータの発電能力以内の負荷電流であったとしても、アイドル回転速度が上昇されることになるため、アイドル運転時の燃費を低下させてしまうという問題があった。
また、電気負荷がONになったときに一定の回転速度だけアイドル回転速度を上昇させる構成では、電気負荷が多くオルタネータの発電能力を超える場合でも、アイドル回転速度を更に増大させることがないため、バッテリへの充電電流が不足するようになって、バッテリ電圧が大きく低下する可能性があるという問題があった。
更に、オルタネータの発電能力は、回転速度に応じて二次的に増加するため、発電能力の上限で運転した場合、電気負荷の投入に伴って回転速度が低下すると、回転速度の低下による発電電流の低下と共にオルタネータの駆動負荷が低下し、その反動で回転速度が上昇すると、発電電流の増加に伴ってオルタネータの駆動負荷が増大して回転速度が低下し、以後、回転速度の増加・低下を交互に繰り返し、アイドル回転速度がハンチングするようになってしまうという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電気負荷の状態変化に応じて、オルタネータの発電能力を超えない範囲内で適切にアイドル回転速度を設定でき、以って、アイドル回転速度をなるべく低く抑制しつつ、バッテリへの充電電流の不足を防止できるエンジンのアイドル回転速度制御装置を提供することを目的とする。
そのため、本発明では、エンジンで駆動されるオルタネータの発電状態を示すパラメータを検出する一方、そのときのアイドル回転速度に基づいて前記パラメータの閾値を設定し、前記検出したパラメータと前記閾値との比較に基づいて目標アイドル回転速度を変更する構成とした。
かかる構成によると、オルタネータの発電状態と回転速度で変化するオルタネータの発電能力との対比から目標アイドル回転速度を決定するので、電気負荷の状態に応じてアイドル回転速度を最適化でき、アイドル回転速度を低く抑えてアイドル運転時の燃費を向上させ、また、バッテリへの充電電流を確保し、更に、オルタネータの発電能力の限界付近を使用することによるアイドル回転速度のハンチングを防止できる。
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図1は、実施形態における車両用エンジンのシステム構成図である。
図1において、エンジン1には、スロットルモータ2で駆動されるスロットルバルブ3を介して空気が吸引される一方、各気筒別に設けられる燃料噴射弁4によって燃料が噴射されることで、燃焼室内に混合気が形成される。
前記混合気は、図示省略した点火プラグの火花点火によって着火燃焼し、この混合気の燃焼・爆発によってピストンを往復動させることで、車両の駆動力を得る。
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット(ECU)11は、各種センサからの検出信号を入力し、前記検出信号を演算処理することで、前記スロットルモータ2,燃料噴射弁4などに制御信号を出力する。
前記各種センサとしては、スロットルバルブ3の上流側でエンジン1の吸入空気量を検出するエアフローメータ12、前記スロットルバルブ3の開度を検出するスロットルセンサ13、前記エンジン1で駆動されるオルタネータ5の発電電流を検出する電流センサ14、前記オルタネータ5の温度(コイル部分の温度)を検出するオルタネータ温度センサ15、エンジン1の回転速度を検出する回転センサ16、エンジン1の冷却水温度を検出する水温センサ17、前記エンジン1と組み合わされる変速機のシフト位置がニュートラルであるか否かを検出するニュートラルスイッチ18、エンジン1のアイドル運転状態を検出するアイドルスイッチ19が設けられている。
また、前記エンジンコントロールユニット11には、ヘッドランプ,リアデフォッガ,フォグランプ,ブロアファンなどの各種電気負荷20からそれぞれのON・OFF信号が入力される。
前記エンジンコントロールユニット11は、アイドル回転速度の制御機能が備えられており、エンジン1のアイドル運転時に、実際のエンジン回転速度を目標アイドル回転速度に一致させるべく、前記スロットルモータ2(スロットルバルブ3の開度)をフィードバック制御する。
ここで、前記エンジンコントロールユニット11によるアイドル回転速度制御機能における目標アイドル回転速度の設定処理を、図2のフローチャートに従って説明する。
尚、前記図2のフローチャートに示すルーチンは、所定微小時間毎に実行されるものとする。
図2のフローチャートにおいて、ステップS1では、アイドルスイッチ,水温などの各種検出信号を読み込む。
ステップS2では、基本目標アイドル回転速度Nset0を、水温や変速機の変速レンジに応じて設定する。
ステップS3では、アイドル回転速度のフィードバック制御条件が成立しているか否かを判別する。
エンジン1のアイドル運転時であって前記フィードバック制御条件が成立していると判断されると、ステップS4へ進む。
ステップS4では、前記電流センサ14で検出されたオルタネータ5の発電電流(A)を読み込む。
ステップS5では、そのときのアイドル回転速度に基づいて、前記発電電流と比較するための目標増加判定閾値(A)及び目標低下判定閾値(A)を設定する。
前記目標増加判定閾値,目標低下判定閾値は、図3に示すように、アイドル回転速度の増大に応じて二次的に増加するオルタネータ5の発電能力と同様に、アイドル回転速度の増大に応じて二次的に増加する特性を有する一方、共に発電能力の上限よりも低く、かつ、目標増加判定閾値>目標低下判定閾値となるように、予め設定されている。
ステップS6では、前記ステップS4で読み込んだオルタネータ5の発電電流が前記目標増加判定閾値以上であるか否かを判別する。
そして、前記オルタネータ5の発電電流が前記目標増加判定閾値以上であるときには、ステップS7へ進み、発電電流≧目標増加判定閾値の状態が所定時間以上継続しているか否かを判定することで、発電電流の一次的な変動ではなく、安定して発電電流≧目標増加判定閾値になっているか否かを判別する。
ステップS7で、発電電流≧目標増加判定閾値の状態が所定時間以上継続していると判断されたときには、オルタネータ5の発電能力に対して実際の発電電流が大き過ぎる(発電能力の上限に近すぎる)と判断し、ステップS8へ進む。
ステップS8では、目標アイドル回転速度Nsetを前回値Nsetoldに対して所定速度Nealtだけ増大させる設定を行なう。
尚、前記前回値Nsetoldの初期値は、前記基本目標アイドル回転速度Nset0である。
また、前記前回値Nsetoldに対して増大補正する所定速度Nealtは、一定値(例えば25rpm)であっても良いし、低回転域でより大きく高回転域でより小さく変更しても良い。更に、オルタネータ5の発電電流と目標増加判定閾値,目標低下判定閾値との偏差に応じて、前記所定速度Nealtを変化させることもできる。
目標アイドル回転速度Nsetを増大変更してアイドル回転速度が高くなれば、オルタネータ5の発電能力がより高くなり、発電能力が高くなることで、許容される発電電流(目標増加判定閾値)が高くなる。
従って、目標アイドル回転速度Nsetの増大補正は、前記オルタネータ5の発電電流が前記目標増加判定閾値を下回るようになる方向に目標アイドル回転速度Nsetを変更することになる。
オルタネータ5の発電電流が目標増加判定閾値よりも小さくなれば、オルタネータ5の発電能力の上限に対して実際の発電電流が充分に小さいことになり、バッテリへの充電電流が不足することを回避でき、かつ、上限付近で運転することによるアイドル回転速度のハンチングを防止できる(図4参照)。
ここで、次回の本ルーチン実行時にも、ステップS6でオルタネータ5の発電電流が前記目標増加判定閾値以上であると判断されると、再度ステップS8へ進んで更に目標アイドル回転速度Nsetを増大補正することで、オルタネータ5の発電能力をより高くし、オルタネータ5の発電電流が目標増加判定閾値よりも小さくなるまで、目標アイドル回転速度Nsetの増大補正を繰り返す。
そして、オルタネータ5の発電電流が目標増加判定閾値よりも小さくなった時点で、ステップS6からステップS9へ進むことで、目標アイドル回転速度Nsetの増大補正を停止させる。
従って、過剰に高い目標に設定されて、アイドル燃費が低下することが回避される。
ステップS6で発電電流が目標増加判定閾値よりも小さいと判断されると、ステップS9へ進み、今度は、オルタネータ5の発電電流が目標低下判定閾値以下であるか否かを判別する。
そして、オルタネータ5の発電電流が目標低下判定閾値以下であると判別されると、ステップS10へ進み、オルタネータ5の発電電流が目標低下判定閾値以下である状態が所定時間以上継続しているか否かを判別する。
オルタネータ5の発電電流が目標低下判定閾値以下である状態に安定しているときには、ステップS11へ進む。
ステップS11では、目標アイドル回転速度Nsetを前回値Nsetoldに対して所定速度Nealtだけ減少させる設定を行なう。
目標アイドル回転速度Nsetを減少変更してアイドル回転速度が低くなれば、オルタネータ5の発電能力が低下し、目標低下判定閾値もより低くなる。
従って、目標アイドル回転速度Nsetの減少補正は、前記オルタネータ5の発電電流が前記目標低下判定閾値を上回るようになる方向に目標アイドル回転速度Nsetを変更することになる。
オルタネータ5の発電電流が目標低下判定閾値以下である場合は、そのときのアイドル回転速度におけるオルタネータ5の発電能力に対して、実際のオルタネータ5の発電電流が低すぎて、過剰な能力を発揮し得る無駄に高い目標アイドル回転速度Nsetが設定されていることになる。
そこで、オルタネータ5の発電電流が目標低下判定閾値を超えるようになるまで、目標アイドル回転速度Nsetの減少変更を繰り返して、目標アイドル回転速度Nsetを最小限に抑制する。
そして、オルタネータ5の発電電流が目標増加判定閾値よりも小さく、かつ、目標低下判定閾値を超えるようになると、目標アイドル回転速度Nsetを前回値に保持させる。
上記制御によって、オルタネータ5の発電電流が、目標増加判定閾値と目標低下判定閾値とで挟まれる範囲内になるように、目標アイドル回転速度Nsetが修正されることになる。
そして、前記目標増加判定閾値と目標低下判定閾値とで挟まれる範囲内であれば、バッテリへの充電電流を確保しつつ、アイドル回転速度を最小限に抑制してアイドル燃費を向上させることができ、更に、発電能力の上限付近で運転されることが回避されるから、アイドル回転速度のハンチングも防止できる。
図5は、上記実施形態における各種電気負荷のON・OFFの組み合わせに対する目標アイドル回転速度,オルタネータ発電電流の変化特性を示すものであり、ONされる電気負荷の数が多くなり、オルタネータ5の発電電流が増えるに従って、目標アイドル回転速度が増大修正され、ON状態であった電気負荷がOFFされオルタネータ5の発電電流が低下すると、目標アイドル回転速度が減少修正される。
尚、図5では、オルタネータ5の発電電流の増大に対して直ぐに目標アイドル回転速度Nsetを増大修正するように記載してあるが、実際にステップS7,ステップS10のディレイ処理を省略しても良い。
前記目標アイドル回転速度の修正においては、図6に示すように、そのときのアイドル回転速度に応じて設定される目標増加判定閾値,目標低下判定閾値で挟まれる領域内に、オルタネータ5の発電電流が含まれるように、目標アイドル回転速度Nsetが設定されるから、アイドル回転速度が過大に設定されることがなく、かつ、オルタネータ5の発電能力の上限で運転されることが回避される。
図6における数値は、図5の電気負荷変化のステップを示す数値に対応しており、電気負荷の変化に対して、発電電流が目標増加判定閾値,目標低下判定閾値で挟まれる領域内に位置する状態を保持するように、アイドル回転速度が修正される様子を示す。
尚、上記実施形態では、オルタネータ5の発電電流が、前記目標増加判定閾値と目標低下判定閾値とで挟まれる範囲外であるときに、目標アイドル回転速度Nsetを所定値Nealtずつ徐々に変化させ、次回も前記範囲外であるときには、目標アイドル回転速度Nsetの増減を繰り返すようにしたが、前記オルタネータ5の発電電流が前記目標増加判定閾値よりも小さい値になるアイドル回転速度にまで、又は、前記オルタネータ5の発電電流が前記目標低下判定閾値よりも大きい値になるアイドル回転速度にまで、一度に目標アイドル回転速度Nsetをステップ変化させる構成とすることができる。
但し、目標アイドル回転速度Nsetをステップ的に大きく変化させると、回転変動が大きくなるため、目標アイドル回転速度Nsetを徐々に変化させる方が好ましい。
上記図2のフローチャートに示す実施形態では、電流センサ14によって検出されるオルタネータ5の発電電流に基づいて、オルタネータ5の発電状態を検出する構成としたが、各種電気負荷の状態からオルタネータ5の発電状態を判断することができ、係る構成とした第2の実施形態を、図7のフローチャートに従って説明する。
図7のフローチャートにおいて、ステップS21〜ステップS23では、前記ステップS1〜ステップS3と同様に、各種信号を読み込み、基本目標アイドル回転速度Nset0を設定し、アイドル回転速度のフィードバック制御条件が成立しているか否かを判別する。
そして、アイドル回転速度のフィードバック制御条件が成立している場合には、ステップS24へ進む。
ステップS24では、各種電気負荷のON・OFF信号を読み込む。
ステップS25では、ONされている電気負荷に見合うアイドル吸入空気量の補正空気量Qldalt(L/min)を算出する。
前記補正空気量Qldaltは、電気負荷毎に予め設定されている補正空気量を、ONされている電気負荷について積算して求めるものであり、例えば、ヘッドランプ,リアデフォッガがONされている場合には、ヘッドランプに対応する補正空気量Aと、リアデフォッガに対応する補正空気量Bとを加算した結果を、前記補正空気量Qldalt(Qldalt=A+B)とする。
前記補正空気量Aは、ヘッドランプの消費電流を発電させるためのオルタネータの駆動負荷を、エンジン1で発生させるために要する空気量であり、同様に、電気負荷毎に予め補正空気量が記憶されている。
ステップS26では、そのときのアイドル回転速度に基づいて、前記補正空気量Qldaltと比較するための目標増加判定閾値(L/min)及び目標低下判定閾値(L/min)を設定する。
前記目標増加判定閾値,目標低下判定閾値は、図8に示すように、アイドル回転速度の増大に応じて二次的に増加するオルタネータ5の発電能力と同様に、アイドル回転速度の増大に応じて二次的に増加する特性を有する一方、発電能力の上限での発電電流が必要とされる電気負荷状態に相当する空気量よりも低く設定され、かつ、目標増加判定閾値>目標低下判定閾値となるように、予め設定されている。
次のステップS27では、前記補正空気量Qldaltが前記目標増加判定閾値以上であるか否かを判別し、Qldalt≧前記目標増加判定閾値であるときには、更に、ステップS28へ進んで、その状態が所定時間以上継続しているか否かを判別する。
そして、Qldalt≧前記目標増加判定閾値の状態で安定しているときには、そのときのアイドル回転速度でのオルタネータ5の発電能力に対して、電気負荷が大きすぎると判断されるので、ステップS29へ進んで、目標アイドル回転速度Nsetを前回値Nsetoldに対して所定速度Nealtだけ増大させる設定を行なう。
一方、前記補正空気量Qldaltが前記目標増加判定閾値よりも小さい場合には、ステップS30へ進んで、前記補正空気量Qldaltが前記目標低下判定閾値以下であるか否かを判別する。
そして、前記補正空気量Qldaltが前記目標低下判定閾値以下であるときには、更に、ステップS28へ進んで、その状態が所定時間以上継続しているか否かを判別する。
そして、Qldalt≦前記目標低下判定閾値の状態で安定しているときには、そのときのアイドル回転速度でのオルタネータ5の発電能力が、電気負荷に対して過大であると判断されるので、ステップS30へ進んで、目標アイドル回転速度Nsetを前回値Nsetoldに対して所定速度Nealtだけ低下させる設定を行なう。
前記補正空気量Qldaltが、前記目標増加判定閾値と目標低下判定閾値とで挟まれる範囲外であるときには、前記目標アイドル回転速度Nsetの修正処理を繰り返し、前記補正空気量Qldaltが、前記目標増加判定閾値と目標低下判定閾値とで挟まれる範囲内になるようにする。
前記補正空気量Qldaltが、前記目標増加判定閾値と目標低下判定閾値とで挟まれる範囲内であるときには、オルタネータ5の発電能力の上限に対して余裕があり、バッテリへの充電電流を確保できると共に、アイドル回転速度が最小限に抑制されてアイドル運転時の燃費を向上させることができる。
図9は、各種電気負荷のON・OFFの組み合わせに対する目標アイドル回転速度Nset,補正空気量Qldaltの変化を示すものであり、ONされる電気負荷の数が多くなり、電気負荷の総和に相当する前記補正空気量Qldaltが大きくなるに従って、目標アイドル回転速度Nsetが増大修正され、ON状態であった電気負荷がOFFされて前記補正空気量Qldaltが低下すると、目標アイドル回転速度Nsetが減少修正される。
尚、図9に示すディレイ時間は、ステップS28,ステップS31の判断における所定時間に相当する。
前記目標アイドル回転速度Nsetの修正においては、図10に示すように、そのときのアイドル回転速度に応じて設定される目標増加判定閾値,目標低下判定閾値で挟まれる領域内に、電気負荷の総和に相当する補正空気量Qldaltが含まれるようにするから、アイドル回転速度が過大に設定されることがなく、かつ、オルタネータ5の発電能力の上限で運転されることが回避される。
尚、上記補正空気量Qldaltに基づき目標アイドル回転速度Nsetを変更する実施形態においても、目標増加判定閾値,目標低下判定閾値で挟まれる領域内に、電気負荷の総和に相当する補正空気量Qldaltが一度に入るように、目標アイドル回転速度Nsetをステップ変化させることができる。
ところで、オルタネータ5の発電能力は、図11に示すように、温度(内部のコイル温度)によって変化するため、前記発電電流(A),補正量Qldalt(L/min)と比較させる前記目標増加判定閾値,目標低下判定閾値を、図12及び図13に示すように、オルタネータ温度センサ15で検出されるオルタネータ5の温度(コイル温度)に応じて変更することが好ましい。
図12及び図13に示す例では、オルタネータ温度センサ15で検出されるオルタネータ5の温度(コイル温度)と、閾値とを比較することで、オルタネータ5の温度状態を低温時と高温時とに分け、低温時には、高温時よりも高い目標増加判定閾値,目標低下判定閾値が設定されるようにしてある。
低温時には、図11に示すように、発電能力が高くなるから、目標増加判定閾値,目標低下判定閾値を高温時に比べて高く設定することで、より低い目標アイドル回転速度Nsetが設定される。
尚、オルタネータ5温度(コイル温度)に応じて目標増加判定閾値,目標低下判定閾値をリニアに変化させても良いことは明らかである。
オルタネータ5の温度によって目標増加判定閾値,目標低下判定閾値を変更しない場合には、外気温度やオルタネータ5の使用環境による温度ばらつきがあっても、バッテリへの充電電流が不足することがないように、発電能力が低下する高温時に適合した目標増加判定閾値,目標低下判定閾値を設定し、目標アイドル回転速度Nsetを高めに設定させる必要が生じる。
これに対して、オルタネータ5の温度(コイル温度)に応じて目標増加判定閾値,目標低下判定閾値を変更する構成とすれば、低温時にはよりアイドル回転速度を低下させることが可能となり、アイドル回転速度をより低く抑制して、燃費向上を図ることができる。
尚、オルタネータ5の温度を温度センサ15で検出させる代わりに、環境温度を検出し、該環境温度に応じて前記目標増加判定閾値,目標低下判定閾値を変更させる構成としても良い。
また、上記実施形態では、スロットルバルブ3の開度を制御することで、アイドル時の吸入空気量を制御する構成としたが、スロットルバルブ3をバイパスするバイパス通路を通過する空気量を制御することで、アイドル時の吸入空気量を制御する構成であっても良い。
実施形態における車両用エンジンのシステム構成図。 目標アイドル回転速度の設定処理の第1実施形態を示すフローチャート。 第1実施形態における目標増加判定閾値,目標低下判定閾値の特性を示す線図。 第1実施形態に従って目標アイドル回転速度を設定した場合のアイドル回転速度の変化特性を示すタイムチャート。 第1実施形態における電気負荷の変化に対するオルタネータ発電電流,目標アイドル回転速度の変化を示すタイムチャート。 図5に示すオルタネータ発電電流の変化を、目標増加判定閾値,目標低下判定閾値との相関で示す線図。 目標アイドル回転速度の設定処理の第2実施形態を示すフローチャート。 第2実施形態における目標増加判定閾値,目標低下判定閾値の特性を示す線図。 第2実施形態における電気負荷の変化に対する補正空気量,目標アイドル回転速度の変化を示すタイムチャート。 図9に示す補正空気量の変化を、目標増加判定閾値,目標低下判定閾値との相関で示す線図。 オルタネータ温度とオルタネータ発電電流との相関を示す線図。 第1実施形態に適用される目標増加判定閾値,目標低下判定閾値を、オルタネータ温度で切り換える特性を示す線図。 第2実施形態に適用される目標増加判定閾値,目標低下判定閾値を、オルタネータ温度で切り換える特性を示す線図。
符号の説明
1…エンジン、2…スロットルモータ、3…スロットルバルブ、4…燃料噴射弁、5…オルタネータ、11…エンジンコントロールユニット、12…エアフローメータ、13…スロットルセンサ、14…電流センサ、15…オルタネータ温度センサ、16…回転センサ、17…水温センサ、18…ニュートラルスイッチ、19…アイドルスイッチ

Claims (7)

  1. エンジンのアイドル回転速度を目標アイドル回転速度に制御するエンジンのアイドル回転速度制御装置であって、
    前記エンジンで駆動されるオルタネータの発電状態を示すパラメータを検出する一方、そのときのアイドル回転速度に基づいて前記パラメータの閾値を設定し、前記検出したパラメータと前記閾値との比較に基づいて前記目標アイドル回転速度を変更することを特徴とするエンジンのアイドル回転速度制御装置。
  2. 前記オルタネータの発電状態を示すパラメータとして、前記オルタネータの発電電流を検出することを特徴とする請求項1記載のエンジンのアイドル回転速度制御装置。
  3. 前記オルタネータの発電状態を示すパラメータとして、電気負荷に相当する空気量を演算することを特徴とする請求項1記載のエンジンのアイドル回転速度制御装置。
  4. 前記オルタネータの温度に応じて前記閾値を変更することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のエンジンのアイドル回転速度制御装置。
  5. 前記閾値として、目標増加判定閾値と、該目標増加判定閾値よりも小さい目標低下判定閾値とを設定し、
    前記パラメータが目標増加判定閾値以上であるときに、前記目標アイドル回転速度を所定値だけ増大させ、
    前記パラメータが目標低下判定閾値以下であるときに、前記目標アイドル回転速度を所定値だけ低下させることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のエンジンのアイドル回転速度制御装置。
  6. 前記パラメータが目標増加判定閾値以上である状態が所定時間以上継続したときに、前記目標アイドル回転速度を所定値だけ増大させ、
    前記パラメータが目標低下判定閾値以下である状態が所定時間以上継続したときに、前記目標アイドル回転速度を所定値だけ低下させることを特徴とする請求項記載のエンジンのアイドル回転速度制御装置。
  7. 前記目標アイドル回転速度を増減させる所定値を、機関の低回転域でより大きく高回転域でより小さく変更することを特徴とする請求項5又は6記載のエンジンのアイドル回転速度制御装置。
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