JPH0311141A - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、フィードバック制御系の伝達関数を、エンジ
ンの回転数に対応して可変できるようにした燃料噴射制
御装置に関する。

（従来の技術） 目標回転数とエンジンの実回転数との差に対応する電圧
（偏差）に、比例・積分・微分（ＰＩＤ）演算を施して
、制御対象である燃料噴射装置の燃料噴射量を制御する
技術は従来より知られている。

第５図は、従来の制御系を示すブロック図である。

エンジン１００の回転数は、エンジン１００の出力軸１
０１に設けた歯車＋０２の回転を非接触型のエンジン回
転センサ１０３で検出してエンジン１００の回転速度に
応じた周期のバルスイｇ号Ｐｎを発生させ、この信号Ｐ
ｎを周波数−電圧変換器（ｆ−Ｖコンバータ）１０４で
対応するアナログ電圧ｅｎに変換するにのエンジン回転
数に対応する電圧ｅｎと、目標回転数設定回路＋０５に
より与えられた目標回転数に対応する電圧ｅｓとの偏差
△ｅをＰＩＤ演算回路１０６に入力している。ＰＩＤ補
償回路１０６は、比例増幅回路１０７、積分回路１０８
、微分回路１０９により、夫々比例、積分、微分の各演
算を施こした後、その出力電圧を燃料噴射装置１１０へ
印加して燃料噴射量を調節し、エンジン＋００の回転速
度を！！（Ｉ御している。

ところで、燃料噴射量の増減とエンジンの回転数変化と
の関係は一定ではなく、以下の特性を有する。エンジン
の回転数が低い場合は、燃料噴射量の増減に対して回転
数の変化幅は大きく、その変化の時間遅れが大きい、し
たがりて、制御の安定性を確保するためには、微分増幅
及び積分増幅を低くするのが望ましい。エンジンの回転
数が高い場合は、燃料噴射量の増減に対してエンジンの
回転数の変化幅は小さく、その変化の時間遅れも小さい
。したがって、各増幅率を高めて過渡特性（瞬時変動率
、整定時間）を改善するのが望ましい。

特開昭５７−７３８２９号公報では、エンジンの回転数
に比例させてパルス幅変調された信号に、偏差信号で振
幅変調をかけて掛算演算して、比例ゲインをエンジンの
回転数の関数として変化させる技術が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、これは車に比例ゲインをエンジンの回転数に合
わせて変化させているにすぎず、かつ回路構成が複雑と
なる。

本発明はこのような課題を解決するためなされたもので
、簡単な回路構成で比例・積分・微分増幅率を可変でき
、燃料噴射量をエンジンの回転数に対応して制御する燃
料噴射制御装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため本発明に係る燃料噴射制御装置
は、比例・積分・微分演算回路に可変インピーダンス素
子を備え、この可変インピーダンス素子のインピーダン
スをエンジンの実回転数に対応する電圧で制御して比例
・積分・微分の演算係数を可変するようにしたことを特
徴とする。

可変インピーダンス素子は、発光素子と光結合された可
変抵抗素子からなる光結合形可変インピーダンス素子を
用いるのが望ましい。

（作用） 比例・積分・微分演算回路内に設けた可変インピーダン
ス素子のインピーダンスは、エンジンの実回転数に対応
して変化するので、比例・積分・微分の各動作はエンジ
ンの回転数に対応して変化する。

可変インピーダンス素子に光結合形素子を用いることに
より、比例・積分・微分補償回路内の任意の電位にある
可変抵抗素子の抵抗値を、エンジンの回転数に対応する
信号により直接ＩＪ御できる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る燃料噴射制御装置の全体システム
構成図である。

燃料噴射制御装置１は、目標回転数設定回路２で設定し
た目標回転数に対応する電圧信号ｅｓを重畳回路３を介
して比例・積分・微分演算回路（以下ＰＩＤ回路と記す
）４の一方の入力端子４ａへ印加するとともに、エンジ
ン５の実回転数に対応する電圧信号ｅｎを他方の入力端
子４ｂへ印加して、両電圧信号ｅｓとａｎの差電圧に比
例・積分・微分演算を施した出力電圧ｅＯを発生させ、
ＰＷＭ　（パルス幅変調）変換回路６を介して燃料噴射
装置７のソレノイド式アクチュエータ７ａを駆動して、
燃料噴射量を増減させ、エンジン５の回転数を制御する
構成としている。

回転数検出回路８はエンジン５の回転数に比例する周期
のパルス信号ｐｎを出力し、このパルス信号ｐｎは周波
数・電圧変換回路９でパルス信号ｐｎの周期に対応する
アナログ電圧ｅｎに変換ざれる。

ソレノイド式アクチュエータ７ａの位置は、アクチュエ
ータ位置センサ１０で検出され、その位置検出出力１０
ａは検波・整流回路１１で直流信号ｅａに変換される。

直流信号ｅａは非反転増幅回路１２で増幅され、その出
力１２ａはコンデンサ３ａを介して重畳回路３の非反転
入力端子３ｂへ入力される。

第２図はソレノイド式アクチュエータおよびアクチュエ
ータ位置センサの一構成例を示す構造図である。

第２図はジーゼルエンジン用の燃料噴射装置７のコント
ロールラック７ｂをｍｗＪする例を示したもので、燃料
噴射装置７の側方に固着されたソレノイド式アクチュエ
ータ７ａの一端をコントロールラック７ｂと連結し、さ
らにソレノイド式アクチュエータ７ａの側方に差動トラ
ンスを用いた位置センサ１０を設けている。

ソレノイド式アクチュエータ７ａは、ソレノイド７Ｃへ
通電することにより！磁力でアクチュエータ７ｄを軸方
向へ移動させるものである。位置センサ１０は１次コイ
ル１０ｂおよび２次コイル１０ｃ、１０ｄの中に、可動
コア１０ｅを挿入した直線変位センサである。このセン
サ１０は、１次コイル１０ｂを低周波交流で励磁するこ
とにより、アクチュエータ７ｄに連結された可動コアｔ
ｏｅの位置によりて、逆極性接続した２次コイル１０ｃ
、１０ｄに発生する電圧及び極性が変化することを利用
してアクチュエータの位置を検出するものである。

第１図に戻って説明を続ける。

検波・整流回路１１は位置センサ１０の出力１０ａに基
づいてアクチュエータ位置センサ１０が燃料噴射装置側
に位置すると、位置検出出力電圧ｅａが高くなるよう構
成されている。検波・整流回路１１の出力ｅａは、非反
転増幅回路１２で直流増幅され、コンデンサ３ａと抵抗
３ｃからなる微分回路を通してアクチュエータ位置変化
に対応する電圧が微分されて演算増幅器３ｄの非反転入
力端子３ｂへ入力される。演算増幅器３ｄの非反転入力
端子３ｅには目標回転数設定回路２の出力電圧ａｓが印
加されている。非反転入力３ｂに微分入力電圧が印加さ
れない状態では、重畳回路３の出力電圧はｅｓの電圧と
同じで、アクチュエータ位置が燃料増側へ移動した場合
は微分回路からの入力により、重畳回路３の出力電圧は
前記電圧ｅｓより低い電圧となり、燃料減側へ移動した
時は前記電圧ｅｓより高い電圧となるよう構成している
。

ＰＩＤ回路４は、演算増幅器４ｃと、この演算増幅器４
ｃの出力端子４ｄと非反転入力端子４ｅとの間に設けた
積分回路１３と、非反転入力端子４ｅに一端が接続され
た入力抵抗１４と、この入力抵抗と並列に接続された微
分回路１５と、入力抵抗１４の他端と端子４ｂとの間に
介設された可変インピーダンス素子１７を備えている。

可変インピーダンス素子１７には並列にインピーダンス
の上限値を規制する上限値設定用抵抗１６を接続してい
る。積分回路１３は、コンデンサ１３ａと、このコンデ
ンサ１３ａに並列接続されたコンデンサ１３ｂと抵抗２
３ｃの直列回路からなる３素子で構成している。微分回
路１５はコンデンサ１５ａと抵抗１５ｂから構成してい
る。

本実施例では可変インピーダンス素子１７としてフォト
ＦＥＴを用いている。ＦＥＴ１７ａのソース及びドレイ
ンは上限値設定用抵抗の両端にそれぞれ接続している。

フォトＦＥＴの１次側である発光ダイオード１７ｂには
、ベースにエンジンの実回転数に対応する電圧ｅｎが印
加され、コレクタに十電源が印加されたトランジスタ１
８のエミッタから抵抗１９を通して電圧ｅ０に比例する
電流を供給する構成としている。

以上の構成において、ＰＩＤ回路４の動作を説明する。

ＰＩＤ回路４は、演算増幅器４の非反転端子４ｆに印加
された重畳回路３の出力信号と、エンジン４の実回転数
に対応する信号ｅｎの差電圧に基づいて比例・積分・微
分増幅を行なって出力電圧ｅｏを発生する。ここで、信
号ａｎは可変インピーダンス素子１７を介して入力され
ており、ＦＥＴ１７ａの抵抗値は発光ダイオード１７ｂ
に供給される電流に逆比例して減少する。

エンジン５の回転数が高い場合、周波数・電圧変換回路
９の出力電圧ｅｎは高く、発光ダイオード１７ｂには大
きな電流が供給され、ＦＥＴ１７ａの抵抗値は極めて小
さな値（はぼ０Ω）となる。この場合、ＰＩＤ回路４の
比例・積分・微分の各演算係数は入力抵抗１４ならびに
積分回路１３、微分回路１５の回路定数だけで決定され
る。エンジン回転数が低く、発光ダイオード１７ｂに供
給される電流が小さい場合は、ＦＥＴ１７ａの抵抗値は
極めて大きな値になる。この場合、電圧信号ｅｎは上限
値設定用抵抗１６を通して入力されるため、ＰＩＤ回路
４の比例ゲインは抵抗ｔ３Ｃ／（抵抗１４＋抵抗１６）
へと減少する。

微分回路１５に印加される電圧は、上限値設定用抵抗１
６と入力抵抗１４とで分圧されるため、微分動作は小さ
くなる。非反転端子４ｅへ供給される電流値は上限値設
定用抵抗１６が挿入された分だけ小さな値となるため、
積分動作は小さくなる。

可変インピーダンス素子１７のインピーダンス（抵抗値
）は、エンジンの回転数に対応する電圧ｅｎに比例して
連続的に可変されるので、本実施例のＰＩＤ回路４は、
上限値設定用抵抗１６の抵抗値を最大値として、その範
囲内で比例・積分・微分動作の係数を連続的に可変する
ことかできる。

よって、エンジン４の回転数が低い場合は比例・積分・
微分動作の係数を低くして、安定性に優れた制御を行な
い、エンジン４の回転数が高い場合は各係数を高くして
過渡特性の優れた制御を行なうことができる。

また、本実施例では、燃料噴射量を可変するソレノイド
式アクチュエータ７ａの移動量に対しても微分回路を介
してフィードバックループを設け、ＰＩＤ回路４を構成
する演算増幅器４Ｃの非反転入力端子４ｆに追加する電
圧値を重畳回路３により補正しているので、ソレノイド
式アクチュエータ７ａが移動中に、これと逆方向へ動か
そうとするような補正信号を目標回転数信号に重畳させ
るため、移動量が目標に対して大幅にずれるのを防止す
ることができる。

第３図および第４図はＰＩＤ回路の他の実施例を示す回
路図である。

第３図は、可変インピーダンス素子１７を微分回路１５
と直列に設けて、微分動作（係数）のみをエンジンの回
転数に基づいて可変するようにしたものである。

第４図は、コンデンサ１３ｂと抵抗１３ｃからなる積分
回路に直列に可変インピーダンス素子１７を挿入して、
比例および積分動作（係数）をエンジンの回転数に基づ
いて可変するようにしたものである。

なお、本実施例では、可変インピーダンス素子としてフ
ォトＦＥＴを用いたが、フォトＣｄＳを用いても同じ動
作を行なうことができる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明に係る燃料噴射制御装置は、
比例・積分・微分演算回路内にエンジンの回転数に基づ
いてインピーダンスが変化する可変インピーダンス素子
を設けたので、簡単な回路構成でエンジンの回転数に対
応して比例・積分・微分演算の係数を連続的に可変する
ことがで籾る。よって、エンジンが低速回転時には、比
例、積分および微分動作の係数を小さくして安定性の高
い制御を行ない、高速回転時には各係数を大きくして過
渡特性に優れた制御を行なうことができる。

また、光結合形の可変インピーダンス素子を用いること
により、エンジンの回転数に対応する電圧とは異なる任
意の電圧回路内のインピーダンスを電位的に分離した状
態で可変することができるので回路設計上の自由度が極
めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料噴射制御装置の全体システム
構成図、第２図はソレノイド式アクチュエータおよびア
クチュエータ位置センサの具体例を示す構造図、第３図
および第４図は比例・積分・微分演算（ＰＩＤ）回路の
他の実施例を示す回路図、第５図は従来の制ａＯ系を示
すブロック図である。 なお、図面中、１は燃料噴射制御装置、２は目標回転数
設定回路、３は重畳回路、４は比例・積分・演算回路（
ＰＩＤ回路）、５はエンジン、６はＰＷＭ変換回路、７
は燃料噴射装置、７ａはソレノイド式アクチュエータ、
１７は可変インピーダンス素子、１７ａは発光ダイオー
ド、１７ｂはＦＥＴ、ａｓは目標回転数に対応する電圧
、ａｎはエンジンの回転数に対応する電圧である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの回転数に対応する電圧信号およびエン
   ジンの目標回転数に対応する電圧信号を比例・積分・微
   分演算回路に入力し、これら二つの入力信号の差に比例
   ・積分・微分演算を施こした出力に基づいて燃料噴射装
   置の燃料噴射量を調節してエンジンの回転数を制御する
   装置において、前記比例・積分・微分演算回路に可変イ
   ンピーダンス素子を備えるとともに、この可変インピー
   ダス素子のインピーダンスを前記エンジンの実回転数に
   対応する電圧で可変するよう構成して、エンジンの回転
   数に応じて前記比例・積分・微分演算回路の比例・積分
   ・微分演算の各係数の一部または全部を可変するように
   したことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
2. （２）前記可変インピーダンス素子は、発光素子とこの
   発光素子と光結合され発光素子に供給される電流に基づ
   いて抵抗値が変化する可変抵抗素子からなる光結合形可
   変インピーダンス素子であることを特徴とする請求項１
   記載のエンジンの燃料噴射制御装置。