JP4805078B2 - 内燃機関の吸入空気量制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくともアイドル運転時において吸入空気量をフィードバック制御している場合の内燃機関の吸入空気量制御方法に関するものである。

従来、例えば自動車に搭載される内燃機関すなわちエンジンは、アイドル回転数を制御するために、その吸気系のスロットル弁をバイパスするバイパス通路にアイドル回転制御弁を設けている。そして、スロットル弁がほぼ全閉されたアイドル運転状態において、アイドル運転時のエンジン回転数がアイドル目標回転数になるように、アイドル回転制御弁の開度を制御して吸入空気量をフィードバック制御するものである。

このようなアイドル回転数制御において、例えば特許文献１に記載のものでは、エンジンの負荷の切り替わりにより回転変動が発生しないように、アイドル回転制御弁の弁開度制御量を、負荷の有無に対応して学習するように構成している。すなわち、アイドル運転時にアイドル回転制御弁の弁開度を、フィードバック制御によるフィードバック補正値を増減して吸入空気量を制御し、その時のエンジン回転数がアイドル目標回転数になるようにアイドル回転数を制御する。そして、そのようにフィードバック制御を実施している場合に、エンジンに対する外部負荷が使用されると、その時のフィードバック補正値を学習して記憶し、同様にしてその外部負荷の使用が停止された時にフィードバック補正値を学習して記憶する。

このようにして外部負荷の使用状態に対応して二つのフィードバック補正値の学習値を記憶しておき、外部負荷の使用状態が変化した場合、つまり使用から不使用、あるいは不使用から使用に変化した場合は、切り替え後の状態に対応する学習値を用いてアイドル回転制御弁の基本制御値を修正する。そして、修正した基本制御値を初期値としてアイドル回転制御弁の開度をフィードバック制御するものである。
特開平４−１８７８４９号公報

ところが、このような構成のものであると、外部負荷が不使用の場合に、前回の負荷を使用していないアイドル運転時のフィードバック補正値により修正した基本制御値を初期値にしてアイドル回転制御弁の開度を制御する、言い換えれば吸入空気量を制御すると、エンジンに供給される空気量に余裕がなくなる場合が生じる。このため、外部負荷以外にエンジン回転数を低下させる要因が生じていた場合においては、吸入空気量が不足することになり、アイドル回転数を維持することが非常に困難になり、回転変動が発生したりさらにはアイドル運転を持続できなくなることがあった。

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関の吸入空気量制御方法は、内燃機関がアイドル運転においてその時のアイドル目標回転数に機関回転数がなるように、吸入空気量をフィードバック制御する内燃機関のアイドル回転数制御方法であって、吸入空気量を補正するフィードバック補正量を内燃機関に負荷がかかった時に学習して学習値として記憶し、内燃機関からかかっていた負荷がはずれた時には記憶した学習値に所定量を加算してフィードバック補正量にすることを特徴とする。

このような構成によれば、内燃機関に負荷がかかる時に学習して記憶したフィードバック補正値の学習値より所定値だけ多くなったフィードバック補正値により、負荷をはずした時の吸入空気量が制御される。その結果、負荷をはずした時に負荷以外に機関回転数を変動させる要因が生じていたとしても、吸入空気量の不足が発生せず、アイドル運転時の機関回転数をアイドル目標回転数に迅速に近づけることが可能になる。

所定値による回転変動を抑制するためには、内燃機関に負荷がかかった場合に、所定量の加算による機関回転数の変動が予想される時はフィードバック補正量の学習を禁止するものが好ましい。このような構成であれば、負荷が断続してかかる場合であっても、負荷がはずされる毎に加算される所定値分増量されたフィードバック補正量を学習することを防ぐことができる。このため、フィードバック補正値を適正な値に維持することが可能になり、機関回転数を迅速にアイドル目標回転数に近づけることが可能になる。このような構成におけるフィードバック補正量の学習を禁止する条件としては、その時の機関回転数とアイドル目標回転数との差が所定回転数を上回ることにするものである。

本発明は、以上説明したような構成であり、フィードバック補正値の学習値は、内燃機関に負荷がかかる時に学習して記憶したものであり、その学習値に所定値を加算して得たフィードバック補正値により負荷をはずした時の吸入空気量を制御するので、負荷をはずした時に負荷以外に機関回転数を変動させる要因が生じていたとしても、吸入空気量の不足が発生せず、アイドル運転時の機関回転数をアイドル目標回転数に迅速に近づけることができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に概略的に示したエンジン１００は自動車用のものであり、エンジン１００が搭載された自動車には、エンジン１００の出力を駆動力として作動するエアコンディショナ（図示しない。以下、エアコンと称する）が搭載してある。このエアコン自体は当該分野でよく知られたものであってよく、冷却媒体を圧縮するコンプレッサを備えており、そのコンプレッサは例えば電磁クラッチが接続された場合にエンジンからの駆動力を受けて作動するように構成される。

エンジン１００は、その吸気系１に図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が設けてあるとともに、そのスロットルバルブ２を迂回するバイパス通路３を設けてある。そしてそのバイパス通路３には、アイドル回転数制御用の流量制御弁４が設けてある。この流量制御弁４は、始動時補正や水温補正などの各種の補正項目を一括して実現し得る大流量ＶＳＶと略称される電磁開閉式のもので、後述する電子制御装置６とともに、アイドル回転制御装置を構成するものである。これに加えて、吸気系１を構成する吸気ポート１０の近傍にはさらに燃料噴射弁５が設けてある。この燃料噴射弁５や流量制御弁４は、電子制御装置６により制御される。

流量制御弁４は、印加される駆動電圧の演算デューティ比ＤＩＳＣを制御することによって単位時間当たりの開度を変化させることができ、それによってバイパス通路３を流れる空気流量を調整し得るようになっている。つまり、バイパス通路３とこの流量制御弁４との一組により、通常ならばアイドリング時のフィードバック制御における各補正項目に対して設けられるバイパス系路を一本化している。そして、演算デューティ比ＤＩＳＣは、それらのことを含んで各補正量に対応する、例えば、始動時補正係数ＤＳＴＡ、水温補正係数ＤＡＡＶ、エアコン補正係数ＡＣＣ、フィードバック補正係数ＤＦＢなどの各補正項目が合算されて極端に大きくあるいは小さくならないように、その可変範囲は制限されている。また、フィードバック補正量に対応するフィードバック補正係数ＤＦＢは、後述するように、所定の条件が成立した際の値が学習値ＤＦＢＬＡＣとして記憶される。

電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。そしてその入力インターフェース９には、吸気系１を構成するサージタンク１２内の圧力を検出する吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａ、アイドル回転数を含むエンジン回転数ＮＥを検出するための回転数センサ１４から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１５から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのスロットルセンサ１６から出力される開度信号ｄ、エンジンの温度としてのエンジンの冷却水温を検知するための水温センサ１７から出力される水温信号ｅ等が入力される。また、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して、演算された燃料噴射時間に対応する駆動信号ｆが、また流量制御弁４に対しては、後述する演算デューティ比ＤＩＳＣを有する制御信号ｇが、スパークプラグ１８に対して点火信号が、さらにはエアコンの電磁クラッチに対して制御信号がそれぞれ出力される。なお、図示しないが、電子制御装置６には、入力されるアナログ信号をディジタルデータに変換するためのＡ／Ｄコンバータが内蔵されており、アナログ信号である例えば水温信号ｅを一定の間隔でディジタルデータに変換して、中央演算処理装置７に出力するものである。

電子制御装置６には、吸気圧センサ１３と回転数センサ１４からの吸気圧信号ａ及び回転数信号ｂを主な情報として燃料噴射弁開成時間（燃料噴射量）を決定し、その決定により燃料噴射弁５を制御して負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵されている。また、スロットルバルブ２を迂回するバイパス通路３に設けられた流量制御弁４の開度を、運転状態に応じて適宜設定される各種補正係数に基づいて演算した演算デューティ比ＤＩＳＣに対応するように制御信号ｇにより制御し、吸気系１への空気流量を調整してアイドリング時のエンジン回転数すなわちアイドル回転数ＮＥが目標回転数になるように制御する。

このアイドル回転数の制御つまりアイドル回転制御において、吸入空気量を補正するフィードバック補正量に対応するフィードバック補正係数ＤＦＢをエンジン１００に負荷としてのエアコンがかかった時に学習して学習値ＤＦＢＬＡＣとして記憶し、負荷がはずされた場合には記憶した学習値ＤＦＢＬＡＣに所定値を加算してフィードバック補正係数ＤＦＢとするように、フィードバック補正係数ＤＦＢの制御プログラムが構成してある。なお、始動時補正係数ＤＳＴＡ、水温補正係数ＤＡＡＶなどのフィードバック補正係数ＤＦＢ以外の補正係数については、この分野で知られているものを適用することができるので、説明を割愛する。

この実施形態のフィードバック補正係数ＤＦＢの制御プログラムの概略構成を、図２〜３に示す。フィードバック補正係数ＤＦＢは、例えばその初期値を設定しておき、エンジン１００を始動した後、所定の運転状態、例えばエンジン温度（冷却水温）が所定温度以上である、エンジン回転数が所定回転数以上であるなどのフィードバック制御条件が成立する運転状態となることで、設定された初期値から開始してアイドル回転数が目標アイドル回転数になるように制御される。

図２において、ステップＳ１では、フィードバック制御条件が成立している運転状態にあり、エアコンが作動する（エアコンＯＮ）つまりエアコンのコンプレッサがその電磁クラッチの作動によりエンジン１００の負荷となったか否かを判定する。この判定は、電磁クラッチに対する制御信号が出力された場合に、エアコンが作動したとする。そして、ステップＳ２では、エアコンが作動したと判定したその時点のフィードバック補正係数ＤＦＢを学習して、学習値ＤＦＢＬＡＣとして電子制御装置６の記憶装置８に記憶する。この場合に、既にフィードバック補正係数ＤＦＢが記憶装置８に記憶されている場合は、最新のものを記憶して学習値ＤＦＢＬＡＣを更新する。

次に、図３において、ステップＳ３では、エアコンが停止した（エアコンＯＦＦ）となったか否かを判定する。つまり、それまで作動していたエアコンのコンプレッサの電磁クラッチが切断（作動停止）されて、エンジン１００に対する負荷でなくなったつまり負荷がエンジン１００からはずされたか否かを判定するものである。エアコンＯＮの場合とは反対に、電磁クラッチに対する制御信号が切断されたことにより、エアコンＯＦＦを判定する。

そして、エアコンＯＦＦを判定した後、ステップＳ４では、学習値ＤＦＢＬＡＣに所定値を加算してあらたにフィードバック補正係数ＤＦＢとする。この学習値ＤＦＢＬＡＣより所定値だけ大きくなったフィードバック補正係数ＤＦＢは、その後のアイドル回転制御における演算デューティ比ＤＩＳＣの演算に用いるフィードバック補正係数ＤＦＢの初期値となるものである。

このような構成において、エンジン１００が運転され、吸入空気量のフィードバック制御条件が成立した場合に、図４に示すように、エアコンが作動すると、ステップＳ１及びステップＳ２を実行してエアコンＯＮの時点のフィードバック補正係数ＤＦＢを学習値ＤＦＢＬＡＣとして記憶する。この後、フィードバック補正係数ＤＦＢは、エンジン１００のアイドル回転数が目標アイドル回転数になるように、つまり両者の差を検出して、その差に基づいて制御（増減）される。これにより、流量制御弁４の駆動信号の演算デューティ比ＤＩＳＣが調整され、その調整に対応して流量制御弁４の開度が調整され、バイパス通路３を通過する吸入空気量が制御（増減）されて、アイドル回転数が目標アイドル回転数に近づくものである。

このように、エアコンＯＦＦの際のフィードバック補正係数ＤＦＢの初期値が、学習値ＤＦＢＬＡＣより大であるので、エアコンＯＦＦの際に例えばオルタネータがエンジン１００に対して負荷となっていて、アイドル回転数を低下させる要因が生じていたとしても、アイドル回転数が低下することを防止することができる。つまり、従来のものではエアコンＯＦＦと同時にエアコン補正係数ＡＣＣに対応する吸入空気量の増量分が消滅する。このような状況において、エアコンほどではないが比較的大きな補機が作動してエンジン１００の負荷となっている場合に、消滅した増量分だけ吸入空気量が減少するものとなる。しかしながら、この実施形態においては所定値を加算したフィードバック補正係数ＤＦＢにより吸入空気量が制御されるため、アイドル回転数を維持することができる。したがって、このような運転状態にあっても、エンジン１００の回転変動を確実に抑制することができる。

上述の構成に対して、エアコンが連続的にＯＮ／ＯＦＦされる運転状態に対してフィードバック補正係数ＤＦＢの学習に制限を設ける構成について、図５及び図６を用いて説明する。以下に説明するプログラムの構成は、上述のステップＳ１及びステップＳ２に対して所定の条件すなわちフィードバック補正係数ＤＦＢの学習を禁止する条件を付加するものである。

図５において、ステップＳ２１では、エアコンが作動したか否か、すなわちエアコンが停止していた状態から作動した状態に変化したか否かを判定する。ステップＳ２２では、フィードバック制御を開始してから所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間は、フィードバック制御の開始後、アイドル回転数が目標アイドル回転数にほぼ等しくなるのに要する時間を基準にして設定するものである。ステップＳ２３では、この時点のアイドル回転数と目標アイドル回転数との回転数差ΔＮＥが判定回転数ＫＮＥ以下か否かを判定する。ステップＳ２４では、所定の条件が成立したとして、学習値ＤＦＢＬＡＣを更新する。

このような構成において、図６に示すように、エアコンが短時間をおいてＯＮ／ＯＦＦを繰り返す場合、上述のステップＳ１及びステップＳ２とステップＳ３及びステップＳ４との制御にあっては、エアコンＯＦＦのタイミングでステップＳ３及びステップＳ４を実行すると、エアコンＯＦＦの回数が増えてきた時点で、フィードバック補正係数ＤＦＢは所定値の倍数が学習値ＤＦＢＬＡＣに加算される事態になる。この場合、フィードバック補正係数ＤＦＢが大きな値になっていると、その影響により演算デューティ比ＤＩＳＣが大きくなり、流量制御弁４の開度が大きくなる。その結果、吸入空気量が多くなり、アイドル回転数が上昇することになる。

図５に示した変形例の構成にあっては、エアコンが作動し、その時点で学習値ＤＦＢＬＡＣの更新を実行し、その後、エアコンが停止されて学習値ＤＦＢＬＡＣより所定値だけフィードバック補正係数ＤＦＢが大きくなるものが前提である。このような運転状態において、ステップＳ２１〜ステップＳ２３により規定される所定の条件が成立した場合は、ステップＳ２４において学習値ＤＦＢＬＡＣを更新する。つまり、学習条件であるエアコン作動時において、フィードバック制御中であり、かつフィードバック制御を開始してから所定時間が経過しており、その所定時間の経過後に回転数差ΔＮＥが判定回転数ＫＮＥ以下である場合に、所定の条件が成立したと判定するものである。

したがって、エアコンが作動した場合であっても、フィードバック制御の開始後、所定時間が経過していない場合、及び所定時間は経過しているが回転数差ΔＮＥが判定回転数ＫＮＥを上回っている場合は、フィードバック補正係数ＤＦＢの学習を禁止するものである。つまり、エアコンが作動して、エアコン補正係数ＡＣＣにより演算デューティ比ＤＩＳＣが吸入空気量を増量する側に制御されている場合に、その増量に加えてフィードバック補正係数ＤＦＢに起因してアイドル回転数が上昇している運転状態では、フィードバック補正係数ＤＦＢの学習を行わないものである。

このように、回転数差ΔＮＥが判定回転数ＫＮＥを上回っている、つまり学習値ＤＦＢＬＡＣに所定値が複数回加算されるなどしてフィードバック補正係数ＤＦＢが過剰に大きくなって、アイドル回転数が目標アイドル回転数からかけ離れた運転状態になっている場合の学習値ＤＦＢＬＡＣの更新を禁止する。したがって、エアコンの作動と停止とが繰り返される運転状態において、エアコンの作動のタイミングで学習値ＤＦＢＬＡＣを更新することが抑制される。この結果、アイドル回転数を維持できる適正な値に学習値ＤＦＢＬＡＣを維持することができ、回転変動を防止することができる。

しかも、回転数差ΔＮＥが判定回転数ＫＮＥ以下となった運転状態の場合にのみ、学習値ＤＦＢＬＡＣを更新するので、回転変動を抑制する精度を向上させることができる。

なお、上述の構成においては、アイドル回転数と目標アイドル回転数との回転数差ΔＮＥを基準として、所定値の加算されたフィードバック補正係数ＤＦＢの学習条件を設定したが、エアコンの停止から再度エアコンが作動するまでの経過時間を計時し、計時した経過時間が判定のために設定された判定時間以下である場合は、学習値ＤＦＢＬＡＣの更新を禁止する構成にしてもよい。この場合に、判定時間は、フィードバック補正係数ＤＦＢが目標アイドル回転数にアイドル回転数がほぼ収束するのに必要な時間を基準にして設定するものである。

また、上記実施形態においては、負荷としてエアコンを説明したが、エアコンに限定されるものではない。エンジン１００の補機として装着されてエンジン１００から作動に要するエネルギが供給されるが対象であり、特には、エンジン１００の出力に与える影響が大きなものが対象となる。したがって、そのような補機がエンジン１００の負荷となる場合に発生しやすくなる回転変動の影響が大きい、例えば総排気量が６６０ｃｃ以下の小排気量エンジンに本願発明を適用すれば、特に効果的である。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の実施形態のエンジンの概略構成説明図。 同実施形態の制御手順を示すフローチャート。 同実施形態の制御手順を示すフローチャート。 同実施形態の作用説明図。 同実施形態における変形例の制御手順を示すフローチャート。 同実施形態の変形例の作用説明図。

符号の説明

６…電子制御装置
７…中央情報処理装置
８…記憶装置
９…入力インターフェース
１１…出力インターフェース

Claims (3)

1. 内燃機関がアイドル運転においてその時のアイドル目標回転数に機関回転数がなるように、吸入空気量をフィードバック制御する内燃機関のアイドル回転数制御方法であって、
   吸入空気量を補正するフィードバック補正量を内燃機関に負荷がかかった時に学習して学習値として記憶し、
   内燃機関からかかっていた負荷がはずれた時には記憶した学習値に所定量を加算してフィードバック補正量にする内燃機関の吸入空気量制御方法。
2. 内燃機関に負荷がかかった場合に、所定量の加算による機関回転数の変動が予想される時はフィードバック補正量の学習を禁止する請求項１記載の内燃機関の吸入空気量制御方法。
3. フィードバック補正量の学習を禁止する条件を、その時の機関回転数とアイドル目標回転数との差が所定回転数を上回ることに設定する請求項２記載の内燃機関の吸入空気量制御方法。

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