JP6429939B1 - 内燃機関のアイドル回転数制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキ操作に伴う回転数変動やエンジンストールを解消するアイドル回転数制御装置を得る。【解決手段】ブレーキの倍力源としてエンジンの吸入負圧を用いる内燃機関において、ＰＩ制御にて吸入空気量を電子スロットル５にて調節することにより、エンジン回転数を目標回転数に制御する第１の回転数フィードバック制御手段８ａと、Ｐ制御にて点火時期を進角または遅角に調節することにより、エンジン回転数を目標回転数に制御する第２の回転数フィードバック制御手段８ｂを備え、エンジンがアイドル状態で、ブレーキ操作を検出した場合は、第１の回転数フィードバック制御手段での減量側操作量が小さくなるように下限制限値を切り替え、第１の回転数フィードバック制御手段での減量側操作量が下限制限値となったときは、第２の回転数フィードバック制御手段によるＰ制御からＰＩ制御に切り替える。【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関のアイドル回転数制御装置に係り、特にブレーキの倍力源としてエンジンの吸気負圧が用いられる内燃機関のアイドル回転数制御装置に関するものである。

車両のブレーキペダルの操作力を低減するために、バキュームサーボブレーキの倍力源としてエンジンの吸入負圧を利用し、操作力を倍力するブレーキブースタ（マスタバッグ）装置が採用されている。
このようなブレーキブースタは図５に示すように、エンジンから負圧が導入される定圧室１５１と、大気が導入される変圧室１５２とで構成されている。ブレーキペダル１８が操作されていない場合は、変圧室１５２への大気の導入が遮断された負圧状態であり、定圧室１５１と変圧室１５２とが連通状態にある。つぎに、ブレーキペダル１８が操作されると、定圧室１５１と変圧室１５２とはバルブプランジャー１５３により遮断され、かつ変圧室１５２に大気が導入されることにより、定圧室１５１と変圧室１５２との圧力差により倍力作用が生じ、ブレーキペダル１８の操作力が低減されるものである。

上記ブレーキブースタと、アイドル時の回転数を目標回転数に制御を行うアイドル回転数制御装置（ＩＳＣ）を備えた内燃機関において、アイドル回転数制御中にブレーキペダル操作を繰り返した際、ブレーキブースタから吸気マニホルドに空気が流入するため、アイドル回転数制御に影響を及ぼし、エンジン回転数が変動する問題がある。
アイドル回転数を目標回転数に制御可能なアイドル回転数制御装置（ＩＳＣ＝アイドル・スピード・コントロール）を備え、ブレーキペダル操作時のブレーキブースタから吸気マニホルドへ戻される空気によるエンジン回転数の変動を抑制したものとして、特許文献１（特開２００２−１０６３９６号公報）に開示されたものがある。

この特許文献１に開示された装置は、ＩＳＣバルブを開閉制御してアイドル回転数を目標回転数に制御可能な制御手段を備え、ブレーキペダル位置変位検出手段と、マスタバッグと吸気マニホルドとの連通路と、この連通路の途中に設けられた一方向弁と、この一方向弁の作動状態を検出する一方向弁作動検出手段とを設け、一方向弁作動検出手段によって一方向弁の作動を検出した時に、一方向弁の作動中及び一方向弁の作動終了後から所定時間が経過するまでの間、ＩＳＣバルブのＩＳＣ制御を停止、またはＩＳＣバルブのＩＳＣ制御のフィードバック補正幅を最小レベルとすべく制御する機能を制御手段に付加して設けている。

また、ブレーキペダル位置変位量検出手段を設け、ブレーキペダル位置変位量検出手段により検出された変位量が、予め設定された判定値よりも大きい場合に、ＩＳＣバルブのＩＳＣ制御を停止、またはＩＳＣバルブのＩＳＣ制御のフィードバック補正幅を最小レベルとすべく制御する機能を制御手段に付加して設け、ブレーキペダル操作時の吸気流量の増加を、ＩＳＣで減量することを制限し、マスタバッグからの空気の供給が止まった瞬間に回転落ち込みやエンジンストールが発生してしまうという不具合を防止しようとしたものが提案されている。

特開２００２−１０６３９６号公報

内燃機関のアイドル回転数制御装置において、図６に示すように、ブレーキ操作をオンからオフ、またはオフからオンとすると、マスタバッグから吸気マニホルドに空気が流入し、これによりエンジン回転数Ｎｅが上昇する場合がある。このような状態の時に回転フィードバック制御を行うと、空気量を絞る（低減する）方向に制御を行うことになる。ＩＳＣ制御にて空気量を絞った状態時にマスタバッグからの空気の供給が止まった瞬間に、図６のＮＧで示すように回転落ち込みやエンジンストールが発生してしまうという不具合がある。

この回転落ち込みや、エンジンストールの不具合を防止するための方策として、ブレーキ操作時にＩＳＣ制御の機能の一つである回転フィードバック制御を停止するものがある。ブレーキ操作時に回転数フィードバック制御を停止することでエンストや回転数の落ち込みはなくなるものの、マスタバッグからの空気の流入により、エンジン回転数は上昇してしまう。また、ブレーキ操作とマスタバッグからの空気の流入は必ずしも一致しないため、ブレーキ操作時に空気流入がない場合は不要にＩＳＣ制御を停止することとなり、アイドル時の目標回転数制御の制御精度が低下する場合がある。また、マスタバッグからの空気流入を検出する検出手段を設置するとコストＵＰにつながる。

特許文献１に記載された構成のものでは、図７に示すように、ブレーキ操作によるマスタバッグからの空気流入が所定量を超えた場合、吸気負圧を上昇させるために、エンジン回転数Ｎｅが上昇するので、ブレーキをかけている場合にエンジン回転数Ｎｅが上昇する、不要なエンジンの運転状態を発生させる結果となる。したがって、運転者は、減速しているにもかかわらず、図７のＮＧで示すようにエンジン回転数Ｎｅが上昇することで、運転感覚に違和感を生じることとなる。
また、自動変速機を搭載しているものにあっては、エンジン回転数Ｎｅが上昇することによりクリープ力が増加し、ブレーキの操作を注意しないと、制動距離が運転感覚とは異なるものとなる。

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、アイドル状態でのブレーキ操作に伴う回転数変動やエンジンストール、また回転上昇による運転者の違和感を解消するようにした内燃機関のアイドル回転数制御装置を提供することを目的とするものである。

この発明に係わる内燃機関のアイドル回転数制御装置は、ブレーキペダルのオン、オフ操作の状態を検出するブレーキ操作検出手段と、エンジンに供給する吸入空気量を制御する電子スロットルとを有し、ブレーキの倍力源としてエンジンの吸入負圧が用いられる内燃機関において、エンジンの目標回転数と実回転数との差に応じて、ＰＩ制御にて吸入空気量を電子スロットルにて調節することにより、エンジン回転数を目標回転数に制御する第１の回転数フィードバック制御手段と、目標回転数と実回転数との差に応じて、Ｐ制御にて点火時期を進角または遅角に調節することによりエンジン回転数を目標回転数に制御すると共に、Ｐ制御をＰＩ制御に切り替え可能な第２の回転数フィードバック制御手段を備え、エンジンがアイドル状態で、第１および第２の回転数フィードバック制御手段による実行時に、ブレーキ操作検出手段がブレーキオン操作を検出した場合は、第１の回転数フィードバック制御手段での減量側操作量が小さくなるように下限制限値を切り替え、かつ第１の回転数フィードバック制御手段での減量側操作量が下限制限値となったときは、第２の回転数フィードバック制御手段による点火時期の制御をＰ制御からＰＩ制御に切り替えるようにしたものである。

この発明によれば、ブレーキ操作中の第１の回転数フォードバック制御手段による減量側操作量制限により、ブレーキブースタ（マスタバッグ）から吸気マニホルドへの空気流入を検出する検出手段を用いずに、ブレーキブースタ（マスタバッグ）から吸気マニホルドへの一定量の空気流入を検出することができ、かつ第１の回転数フォードバック制御の制御量を通常より制限することで、ブレーキ非操作後も、吸気マニホルドへの流入空気量を確保でき、回転数の落ち込みやエンストを回避することが出来る。
また、第１の回転数フォードバック制御手段による補正量が下限制限値に達したのち、第２の回転数フィードバック制御手段による点火時期制御を行うことで、エンジンの回転数の上昇を抑制することができ、運転感覚の違和感やクリープ力増加による制動と運転感覚との違和感を抑えることが出来る。

この発明の実施の形態１における内燃機関のアイドル回転数制御装置を備えた車両用内燃機関の概略構成図である。 この発明の実施の形態１におけるアイドル回転数制御装置の制御用フローチャート図である。 ブレーキ装置の判定用フローチャート図である。 この発明の実施の形態１におけるアイドル回転数制御装置および点火制御装置のタイムチャート図である。 一般的なブレーキブースタ（マスタバッグ）の概略構成図である。 この発明の問題点であるブレーキオンでの減速（停止）時に、ストールが発生した際のタイムチャート図である。 先行技術に示されたアイドル回転数制御装置のタイムチャート図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る内燃機関のアイドル回転数制御装置について図１から図４に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係わる内燃機関のアイドル回転数制御装置を備えた車両用内燃機関（エンジン）の概略構成図を示す。

内燃機関（エンジン）１には、吸気系として、吸気マニホルドとしての吸気管４に流入する空気の量を調整する電子スロットル５、吸気脈動を抑制するサージタンク１４、流入した空気に最適な空燃比となるよう燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）１０、吸気ポート９を介して燃焼室２に吸入された空気と燃料の混合気を燃焼させる点火プラグ３を備え、排気系として、排気管１１には燃焼ガスから有害物質を還元する触媒１３などが備えられている。
なお、電子スロットル５は、スロットル弁の開閉を制御して電子スロットル５による吸入空気量を調節する電子スロットルモータ７を備えている。

また、サージタンク１４には、図５に示すようなブレーキブースタ（マスタバッグ）１５に繋がる負圧管路１６が設けられており、この負圧管路１６の途中には一方向バルブ１７が設けられている。ブレーキペダル１８を踏んだ時に、ブレーキブースタ１５の定圧室１５１から負圧を引き込み、定圧室１５１と変圧室１５２との圧力差による倍力作用で、ブレーキペダル１８の操作力を低減している。
また、ブレーキペダル１８の操作に連動して、ブレーキ信号ｋを出力するブレーキスイッチ１８ａが設けてあり、このブレーキスイッチ１８ａはブレーキペダル１８のオン、オフ操作の状態を検出するブレーキ操作検出手段として機能する。

また電子制御系として、吸気管４に流入する空気の量や、燃料噴射弁１０から噴出する燃料量、点火プラグ３の点火タイミングなどを制御する電子制御装置８が備えられており、この電子制御装置８にはアイドル回転数制御装置も備えられている。
このため、電子スロットル５にはスロットル弁の開度を検出しスロットル開度信号ｄを出力するスロットル開度センサ２２、吸気管４にはサージタンク１４の吸気圧を検出し吸気圧信号ａを出力するする吸気圧センサ１９、エンジン１の冷却水温度を検出し水温信号ｅを出力する水温センサ２３、クランク軸にはクランク軸の回転を検出してクランク角信号ｂを出力するクランク角センサ２０、エンジン回転数を検出して回転数信号ｃを出力する回転数センサ２１、排気管１１には燃焼ガス中の酸素濃度を検出して酸素濃度信号ｆを出力するＯ２センサ１２、などが備えられている。

電子制御装置８の入力部８ｃは、上記したこれらの信号ａ〜ｆ、ｋを入力して、電子スロットルモータ７への出力信号ｇ、燃料噴射弁１０への出力信号ｈ、点火プラグ３への点火信号ｍ等を電子制御装置８の出力部８ｄから出力することで、エンジン制御を行っている。
アイドル（アクセルペダルを操作していない停車）時には、水温信号ｅから演算した目標回転数とクランク角信号ｂから演算した実回転数の偏差に応じ、Ｐ（比例）Ｉ（積分）制御によるフィードバック制御にて電子スロットルモータ７に信号ｇを出力し、電子スロットル５の開度を制御して吸入空気量を調整している。以下、この制御を第１の回転数フィードバック制御と称し、電子制御装置８の第１の回転数フィードバック制御手段８ａが実行する。
また、目標回転数と実回転数の偏差に応じ、Ｐ（比例）制御によるフィードバック制御にて点火プラグ３に点火信号ｍを出力し、点火時期を進角または遅角に調整している。以下、この制御を第２の回転数フィードバック制御と称し、電子制御装置８の第２の回転数フィードバック制御手段８ｂが実行する。

図２は、アイドル回転数制御装置の制御用フローチャート図として、回転数フィードバック制御の補正量演算処理を表しているフローである。
まず、ステップＳ１０１でブレーキ操作中のフラグが「１」であるか否かを判定する。ブレーキ操作中フラグが「１」とは、後述する図３のフロー処理で、ブレーキスイッチ１８ａがＯＮで所定時間以上継続、かつブレーキスチッチ１８ａがＯＦＦ後所定時間セットされている状態を言う。

ステップＳ１０１において、ブレーキ操作中フラグが「１」であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０２で第１の回転数フィードバック制御による減量側操作量が小さくなるように下限制限値を切り替える。すなわちフィードバック制御の下限制限値を上乗せする。ステップＳ１０１において、ブレーキ操作中フラグが「１」でない場合は（ＮＯ）、ステップＳ１０３で第１の回転数フィードバック制御による減量側操作量を小さくするための下限制限値の切り替えを解除する。すなわちフィードバック制御の下限制限値上乗せを解除する。ステップＳ１０４では、第１の回転数フィードバック制御による補正量を演算する。
ここで、フィードバック制御の補正量は下限制限値以下にならないように制御（クリップ）されている。

次に、ステップＳ１０５でブレーキ操作中のフラグが「１」であるか否かを判定する。ステップＳ１０５において、ブレーキ操作中フラグが「１」の場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０６にてステップＳ１０４で演算した第１の回転数フィードバック制御による補正量が下限制限値となっているかどうかを判定する。
ステップＳ１０６において、第１の回転数フィードバック制御による補正量が下限制限値となっている場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０７にて第２の回転数フィードバック制御をＰ制御からＰＩ制御に切換え、ステップＳ１０９にて第２の回転数フィードバック制御の補正量を演算する。

ステップＳ１０６において、ステップＳ１０４で演算した第１の回転数フィードバック制御による補正量が下限制限値となっていない場合（ＮＯ）は、ステップＳ１０９にてＰ制御による第２の回転数フィードバック制御の補正量を演算する。ステップＳ１０５において、ブレーキ操作中フラグが「０」の場合（ＮＯ）は、ステップＳ１０８にて第２の回転数フィードバック制御をＰ制御に切り替え、Ｉ値をリセットする。

図３は回転数フィードバック制御を切り替えるためのブレーキ操作中か否かを判定する処理を表している。まず、ステップＳ２０１でブレーキスイッチ１８ａのＯＮ状態が所定時間継続しているかどうかを判定し、所定時間以上継続している場合（ＹＥＳ）に、ステップＳ２０２でブレーキ操作フラグに「１」をセットし、ステップＳ２０３でブレーキ操作中フラグ解除タイマをセットする。これは、例えば、ブレーキペダル１８のチョイ踏みやポンピングブレーキ等の場合に、回転数フィードバック下限値の切り替えおよび解除が頻繁に実施されることを防止するためである。

ここで、ステップＳ２０３でセットする解除タイマは、常時一定の間隔で減算処理を行うタイマであり、解除タイマセット処理を行わない場合は、一定の間隔で「０」になるまで減算を継続する。
ステップＳ２０１でブレーキスイッチ１８ａがＯＦＦ、または所定時間以上ＯＮでなかった場合（ＮＯ）は、ステップＳ２０４にてブレーキ操作中フラグ解除タイマが「０」であるかどうかを判定し、「０」であった場合（ＹＥＳ）に、ステップＳ２０５にてブレーキ操作中フラグをクリアする。
以上の処理により、ブレーキ操作検出手段であるブレーキスイッチ１８ａは、ブレーキペダル１８のオン中と、ブレーキペダル１８がオンからオフになってから所定時間はブレーキ操作中と検出することになる。

図４はこの発明の実施の形態１におけるアイドル回転数制御装置および点火制御装置のタイムチャート図であり、エンジンがアイドル状態時にブレーキスイッチ１８ａがＯＮになった場合における第１の回転数フィードバック制御手段８ａと第２の回転数フィードバック制御手段８ｂによる制御状態を示している。
図４に示すように、エンジンがアイドル状態時にブレーキ操作を検出した場合に、第１の回転数フィードバック制御手段８ａでの減量側操作量がブレーキ非操作時より小さくなるように下限制限値を切り替える。そして第１の回転数フィードバック制御手段８ａによる操作量が下限制限値となったときは、点火時期を調節する第２の回転数フィードバック制御手段８ｂをＰ制御からＰＩ制御に切り替え、エンジンの回転上昇（トルクＵＰ）抑止を空気量制御から点火時期制御で行う。
その結果、ブレーキブースタ（マスタバッグ）１５からの空気の流入により、エンジン回転数Ｎｅは上昇しても、エンジンの回転上昇（トルクＵＰ）抑止を空気量制御から点火時期制御で行うことで、図４のＯＫで示すようにエンジン回転数Ｎｅの上昇は抑制され、運転感覚に違和感を生じることもなくなる。

以上のようにこの発明は、エンジンがアイドル状態時にブレーキ操作を検出した場合に、目標回転数と実回転数との差に応じてＰＩ制御にて吸入空気量を電子スロットル５にて増減調節する第１の回転数フィードバック制御手段８ａでの減量側操作量がブレーキ非操作時より小さくなるように下限制限値を切り替える。また、ブレーキ操作中に第１の回転数フィードバック制御手段８ａによる操作量が下限制限値となったときは、ブレーキブースタ１５から吸気マニホルドである吸気管４への流入空気量が大きいと判断し、目標回転数と実回転数との差に応じて回転偏差をなくすよう点火時期を進角または遅角に調節する第２の回転数フィードバック制御手段８ｂをＰ制御からＰＩ制御に切り替え、エンジンの回転上昇（トルクＵＰ）抑止を空気量制御から点火時期制御で行う。

これにより、ブレーキ操作中の第１の回転数フィードバック制御手段８ａでの過剰に空気量を絞ることが抑止でき、第２の回転数フィードバック制御手段８ｂにより回転上昇も抑止できる。
また、ブレーキペダル１８のオン／オフ操作とブレーキブースタ１５からの流入空気量変動には遅れ時間があるため、ブレーキペダル１８のオン中とブレーキペダルがオンからオフになってから所定時間はブレーキ操作中と検出する。これによりブレーキオフ時の流入空気量の遅れによる制御不良を抑止できる。
第１の回転数フィードバック制御手段８ａの減量側操作量の下限制限値の切り替えはブレーキ操作中のみ行う。

また、第２の回転数フィードバック制御手段８ｂのＰＩ制御は、ブレーキ操作中かつ第１の回転数フィードバック制御手段８ａによる操作量が下限制限値になった場合に実施する。
ブレーキ操作が操作中から非操作になった時は、第１の回転数フィードバック制御手段８ａでの減量側操作量を小さくするための下限制限値の切り替えを解除し、第１の回転数フィードバック制御手段８ａの下限制限値を元の値に戻すと共に、第２の回転数フィードバック制御手段８ｂをＰＩ制御からＰ制御に切り替え、第２の回転数フィードバック制御手段８ｂの制御値の積分項をリセットする。
これにより、ブレーキオフ時のブレーキブースタ１５からの流入空気量がなくなった場合でも回転数の低下が抑止できる。

このようなアイドル回転数制御装置によれば、ブレーキブースタ１５から吸気マニホルドへ流入する空気量を検出するためのセンサ等の装置を用いずに、ブレーキブースタ１５から吸気マニホルドへの一定の空気流入を検出できる。ブレーキオン／オフ操作時のブレーキブースタ１５からの流入空気量による第１の回転数フィードバック制御手段８ａの過剰制御が抑止できるため、ブレーキ操作に伴う回転変動やエンジンストール、またブレーキ操作時の回転上昇による運転者の違和感を解消することが出来る。

以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：エンジン、 ２：燃焼室、 ３：点火プラグ、 ４：吸気管（吸気マニホルド）、
５：電子スロットル、 ７：スロットルモータ、 ８：電子制御装置、 ８ａ：第１の回転数フィードバック制御手段、 ８ｂ：第２の回転数フィードバック制御手段、
１０：燃料噴射弁、 １２：Ｏ２センサ、 １５：ブレーキブースタ（マスタバッグ）、
１８：ブレーキペダル、 １８ａ：ブレーキスイッチ（ブレーキ操作検出手段）

Claims (4)

1. ブレーキペダルのオン、オフ操作の状態を検出するブレーキ操作検出手段と、エンジンに供給する吸入空気量を制御する電子スロットルとを有し、ブレーキの倍力源としてエンジンの吸入負圧が用いられる内燃機関において、前記エンジンの目標回転数と実回転数との差に応じて、ＰＩ制御にて吸入空気量を前記電子スロットルにて調節することにより、エンジン回転数を目標回転数に制御する第１の回転数フィードバック制御手段と、前記目標回転数と実回転数との差に応じて、Ｐ制御にて点火時期を進角または遅角に調節することによりエンジン回転数を目標回転数に制御すると共に、前記Ｐ制御をＰＩ制御に切り替え可能な第２の回転数フィードバック制御手段を備え、
   前記エンジンがアイドル状態で、前記第１および第２の回転数フィードバック制御手段による実行時に、前記ブレーキ操作検出手段がブレーキオン操作を検出した場合は、前記第１の回転数フィードバック制御手段での減量側操作量が小さくなるように下限制限値を切り替え、かつ前記第１の回転数フィードバック制御手段での減量側操作量が下限制限値となったときは、前記第２の回転数フィードバック制御手段による点火時期の制御をＰ制御からＰＩ制御に切り替えることを特徴とする内燃機関のアイドル回転数制御装置。
2. 前記ブレーキ操作検出手段は、前記ブレーキペダルがオフからオンになり所定時間経過後から、前記ブレーキペダルがオンからオフになり所定時間経過まではブレーキオン操作中と検出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のアイドル回転数制御装置。
3. 前記ブレーキ操作検出手段によるブレーキオン操作が操作中から非操作になったときに、前記第１の回転数フィードバック制御手段での減量側操作量を小さくするための下限制限値の切り替えを解除し、第１の回転数フィードバック制御手段による下限制限値を元の値に戻すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のアイドル回転数制御装置。
4. 前記ブレーキ操作検出手段によるブレーキオン操作が操作中から非操作になったときに、前記第２の回転数フィードバック制御手段によるＰＩ制御からＰ制御に切り替え、前記第２の回転数フィードバック制御手段による制御値の積分項をリセットすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のアイドル回転数制御装置。

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