JPH0344212B2

JPH0344212B2 -

Info

Publication number: JPH0344212B2
Application number: JP59197779A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Fujimori; Rei Sekiguchi
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1984-09-22
Filing date: 1984-09-22
Publication date: 1991-07-05
Also published as: KR860002643A; KR890002988B1; JPS6176736A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は内燃機関用運転制御装置に関し、更に
特定して述べると、多気筒内燃機関の各気筒毎の
瞬時回転速度のばらつきが小さくなるよう各気筒
への供給燃料の調節を行ない、安定な運転を行な
うことができるようにした内燃機関用運転制御装
置に関する。

従来の技術従来の多気筒内燃機関の燃料噴射量の制御は、
燃料噴射量を全気筒共通に一律に制御するもので
あるため、内燃機関及びまたは燃料噴射ポンプの
製造公差などにより、各気筒の出力が均一になら
ず、特にアイドル回転時の如く低速回転時に内燃
機関の安定性が著しく損なわれ、排気ガス中に含
まれる有害成分の量が増大し、機関に振動が生じ
るほか、機関の振動により騒音が発生する等の不
具合が生じ易すかつた。

上述の不具合を解消するため、内燃機関の各気
筒毎に噴射される燃料の制御を行なう所謂各筒制
御方式の装置が種々提案されてきている。この種
の装置として、例えば、気筒数の整数倍のサンプ
リングによつて内燃機関の平均回転速度を求めて
目標値とし、各気筒の回転速度とこの目標値との
差から、所謂学習方式によつて、各気筒に対する
燃料噴射量の制御を行なうようにした装置が開示
されている（特開昭58−176424号公報、特開昭58
−214627号公報及び特開昭58−214631号公報参
照）。

発明が解決しようとする問題点しかし、上述の従来装置は、いずれも、平均機
関速度とその時々の各筒の速度との差から次回の
噴射量を予測する所謂学習制御方式であるので、
マイクロコンピユータ内において学習結果を評価
するのに時間を要し、制御の応答性が悪く、更
に、学習結果を評価するために複雑なアルゴリズ
ムを必要とするので、その開発に多大な工数を必
要とするという問題点を有している。

このような各筒制御方式又は時開昭54−147327
号公報に開示されているような各筒制御方式で
は、例えば、アイドル運転の如く低回転速度運転
中に空気調和装置等のスイツチが入るなどの理由
で機関の目標回転速度と実回転速度との間の差が
急激に変化した場合、各気筒に対する必要燃料供
給量の比率の変化のために、全ての場合に対して
この変化に応答性よく対応できるようマツチング
調整することは極めて困難であり、目標機関速度
と実回転速度との間の差が急変した場合の如く過
渡状態において内燃機関の動作が不安定になりや
すいという問題点を有している。

本発明の目的は、多気筒内燃機関の各気筒に対
応する瞬時速度に従う閉ループ制御により、複雑
なアルゴリズムを必要とせず、各気筒に対する燃
料の調量制御を応答性よく、且つ安定に行なうこ
とができる内燃機関用運転制御装置を提供するこ
とにある。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するための本発明の特徴は、
内燃機関用運転制御装置において、多気筒内燃機
関の各気筒の所定のタイミングにおける瞬時速度
を順次検出する検出手段と、前記検出手段からの
検出結果に応答して前記内燃機関の平均速度を演
算する第１演算手段と、前記内燃機関の所要の目
標回転速度を示す目標速度データを出力する手段
と、前記第１演算手段の演算結果と前記目標速度
データとに応答し前記目標回転速度を得るために
前記内燃機関に供給すべき燃料の量に関連した第
１制御データを与える手段と、前記検出手段から
順次出力される検出結果に応答し各気筒に対する
瞬時速度と各気筒に対して夫々予め定められてい
る基準の気筒に対する瞬時速度との差分に応じた
差データを全ての気筒に対して順次繰り返し演算
する手段と、内燃機関の各気筒の作動タイミング
を検出するタイミング検出手段と、前記差データ
に応答し前記差データにより示される差分を零と
するために必要な各気筒に対する供給燃料に関連
した第２制御データを演算する手段と、前記タイ
ミング検出手段による検出結果に基づき演算され
た前記第２制御データに対応する気筒の次回の燃
料調節行程以前における所要のタイミングで前記
第２制御データを出力する出力制御手段と、該出
力制御手段からの出力と前記第１制御データとの
加算結果に応答し燃料制御データを出力する手段
と、該燃料制御データに応答し前記内燃機関への
供給燃料を調節するための調節部材の制御を行な
う手段とを備えた点にある。

作用内燃機関の平均速度は、目標速度データと第１
演算手段の演算結果とに応じて得られる第１制御
データに応答して制御される。これと同時に、内
燃機関の各気筒に対する瞬時速度が検出され、各
気筒の瞬時速度のばらつきに関する差データが繰
り返し演算される。この差データに基づいて、各
気筒間の瞬時速度差を零とするための第２制御デ
ータが各気筒に対して順次得られる。第２制御デ
ータは、タイミング検出手段により検出されたタ
イミングに基づいて、所要のタイミングで出力さ
れる。この結果、所要の気筒への燃料供給量が第
２制御データによつても制御される。

このように、機関の平均回転速度に従う燃料供
給制御が第１制御データにより行なわれつつ、機
関の各気筒の瞬時回転速度に従う燃料の供給制御
が第２制御データにより行なわれるので、機関の
目標速度と実速度との差分が急激に変化した場
合、この変化分の補正は主として第１制御データ
により行なわれ、各気筒間のばらつきに対する制
御に大きな影響を与えることがない。

実施例以下、図示の実施例により本発明を詳細に説明
する。

第１図には、本発明による内燃機関用運転制御
装置をデイーゼル機関のアイドル運転制御に適用
した場合の一実施例がブロツク図にて示されてい
る。アイドル運転制御装置１は、燃料噴射ポンプ
２から燃料の噴射供給を受けるデイーゼル機関３
のアイドル回転速度の制御を行なうための装置で
ある。

デイーゼル機関３のクランク軸４には、パルサ
５と電磁ピツクアツプコイル６とから成る公知の
回転センサ７が設けられている。図示の実施例で
は、デイーゼル機関３は、４サイクル４気筒であ
り、そして、パルサ５の周縁に90°間隔で形成さ
れたコグ５ａ乃至５ｄがデイーゼル機関３の４つ
の気筒の各ピストンが順次上死点に達するタイミ
ングで電磁ピツクアツプコイル６に対向するよう
に、パルサ５とクランク軸４との相対位置関係が
定められている。

第２図ａには、デイーゼル機関３の瞬時回転速
度Ｎが示されており、第２図ｂには、このとき回
転センサ７から得られる交流信号ACの波形が示
されている。交流信号ACは、各コグが電磁ピツ
クアツプコイル６に対向する毎にそのレベルが正
負に変動して一対の正負のピークを生じる波形と
なつており、各正負のピーク間の零クロス点の時
刻t₁、t₂、t₃…t₁₇が、夫々、デイーゼル機関３の
いずれかのシリンダピストンの上死点タイミング
に対応している。一方、瞬時回転速度Ｎの各谷と
なつている時刻t₁、t₃、t₅、…t₁₇が気筒における
爆発タイミングであり、この爆発によつて機関速
度は上昇し、時刻t₂、t₄、…t₁₆において夫々圧縮
行程に入ると、機関速度は低下しはじめ、次の爆
発行程の直前で機関速度は極小値となる。デイー
ゼル機関３の瞬時速度は上述の理由によつて、周
期的に変動し、その変動周期はクランク軸４の1/
２回転に一致している。

ここで、デイーゼル機関３の４つの気筒を夫々
気筒C₁、C₂、C₃、C₄と名づけ、これらの気筒C₁
乃至C₄が、夫々時刻t₁、t₃、t₅、t₇において爆発
行程に入り、以後、この順序で各気筒が順次爆発
行程に入るものとして以下の説明を行なう。

交流信号ACの各零クロス点により示されるタ
イミングがどの気筒の如何なるタイミングを示す
のかを検出するため、交流信号ACは、気筒C₁に
装着されている燃料噴射弁の針弁リフトセンサ９
からの針弁リフトパルス信号NLP₁が基準タイミ
ング信号として印加されているタイミング検出部
１０に入力されている。針弁リフトパルス信号
NLP₁は、第２図ｃに示されているように、気筒
C₁の爆発タイミングであるt₁、t₉、t₁₇、…の直前
に出力され、従つて、タイミング検出部１０で
は、例えば針弁リフトパルス信号NLP₁によりリ
セツトされるカウンタ手段によつて、交流信号
AC中の正又は負のパルスが計数されており、任
意の零クロス点が、針弁リフトパルス信号NLP₁
発生後の何番目のものかを識別する識別データD_i
が作成され、この識別データD_iは速度検出部８に
入力されている。

上述した各気筒の爆発直後におけるクランク軸
４の角速度を順次検出するため、交流信号ACは
速度検出部８に入力されており、識別データD_iを
参照することにより、各気筒における爆発タイミ
ング後、クランク軸４が90°回転するのに要する
時間θ₁₁、θ₂₁、…θ₄₁、θ₁₂、θ₂₂、…を交流信号AC
に基づいて計測する。これらの時間θ₁₁、θ₂₁、…
は、各気筒の爆発タイミングを示す交流信号AC
の零クロス点タイミングから次の零クロス点タイ
ミングまでの時間を計測することにより容易に得
られ、これらの時間θ₁₁、θ₂₁、…は、各気筒の瞬
時回転速度を示すデータとして順次出される。気
筒C_iに対する瞬時回転速度を示す瞬時速度データ
を、速度検出部８において検出された順序に従つ
て、一般に、N_io（ｎ＝１、２、…）と表示するこ
ととする。

従つて、速度検出部８から出力される瞬時速度
データN_ioの内容は、第２図ｄに示す如くなる。

瞬時速度データN_ioは、平均値演算部１１に入
力され、ここでデイーゼル機関３の平均速度が演
算される。符号１２で示されるのは、デイーゼル
機関３のその時々の運転状態に見合つた目標アイ
ドル回転速度を演算し、その演算結果を示す目標
速度データN_tを出力する目標速度演算部であり、
平均値演算部１１から出力される平均速度データ
Ｎと目標速度データN_tとは、加算部１３におい
て図示の極性で加算され、その加算結果は誤差デ
ータD_eとして第1PID演算部１４に入力され、
PID制御のためのデータ処理が行なわれる。

第1PID演算部１４における演算結果は噴射量
の次元のデータとして取出され、加算部１５を介
して平均速度データが入力されている変換部１
６に入力され、誤差データD_eの内容を零とする
ために必要な、噴射量調節部材１７の目標位置を
示す目標位置信号S₁に変換される。位置センサ１
８は、燃料噴射ポンプ２の噴射量を調節するため
の噴射量調節部材１７のその時々の位置を検出
し、その位置を示す実位置信号S₂を出力し、実位
置信号S₂は、変換部１６からの目標位置信号S₁と
加算器１９において図示の極性で加算される。

加算器１９からの加算出力信号は第2PID演算
部２０に入力され、PID制御のための信号処理が
施されたのち、パルス巾変調器２１に入力され、
第2PID演算部２０からの出力に応じたデユーテ
イ比のパルス信号PSが出力される。パルス信号
PSは、駆動回路２２を介して噴射量調節部材１
７の位置制御を行なうためのアクチエータ２３に
印加され、これにより、噴射量調節部材１７は、
デイーゼル機関３が目標アイドル回転速度でアイ
ドル運転されるように位置制御される。

平均機関速度及び噴射量調節部材の実際の位置
に応答する上述の閉ループ制御系により、デイー
ゼル機関３の平均アイドル回転速度を所望の目標
アイドル回転速度に一致させるための、デイーゼ
ル機関３に対する調速制御が行なわれる。

本装置１は、更に、デイーゼル機関３の各気筒
の出力を同一とするように制御する、所謂各筒制
御を行なうための、別の閉ループ制御系を備えて
おり、次に、この閉ループ制御系について説明す
る。

各筒制御とための閉ループ制御系は、各気筒の
瞬時速度の差が零となるよう各気筒に供給される
燃料を調節するためのものであり、瞬時速度デー
タN_ioに応答して各気筒に対する瞬時速度と各気
筒に対して予め定められている基準の気筒に対す
る瞬時速度との差分を演算する速度差演算部２４
を備えている。本実施例では、着目した気筒に対
する瞬時速度の直前に得られた瞬時速度が基準の
瞬時速度として考慮され、従つて、N₁₁−N₂₁、
N₂₁−N₃₁、N₃₁−N₄₁、…が差データD_dとして速
度差演算部２４から順次出力される。これらの差
データの出力タイミングが第２図ｅに示されてい
る。各気筒の瞬時速度は相互に同一値であること
が望ましく、差データD_dの値は零となることが
望まれる。従つて、差データD_dは、零を内容と
する基準データD_rと、加算部２５において図示
の極性で加算され、その加算結果は、第3PID演
算部２６においてPID制御のために必要な処理が
施された後、噴射量の次元を有する制御データ
D₀として出力される。

尚、デイーゼル機関３の平均速度データは、
速度検出部８から新しい瞬時速度データN_ioが出
力される毎に更新され、従つて、その内容は、第
２図ｆに示すように、₁，₂、…の如く変化し
ている。

出力制御部２７は、差データD_dに基づく制御
出力データD₀の出力タイミングを制御するため
ものであり、識別データD_iに従つて、その出力タ
イミングが以下のように制御される。

即ち、或るタイミングで得られた制御出力デー
タD₀は、その制御データの基となつている差デ
ータに関連する気筒C_iとC_i+1のうち、気筒C_i+1に
対する次の燃料調節動作のタイミングにおいて出
力され、その時の第1PID演算部１４の出力であ
るアイドル制御量データQ_ideと加算部１５におい
て加算される。従つて、時刻t₄において得られた
差データN_d（＝N₁₁−N₂₁）は気筒C₁とC₂との間
の瞬時速度差を示すものであり、従つて、気筒
C₂の次に燃料の吸入行程に入る時刻t₁₂より少な
くとも前であつて、気筒C₁が爆発する時刻t₁₁よ
り後のタイミングで出力される。従つて、この場
合、N₁₁−N₂₁の差データに基づく制御データD₀
は、平均データ₃に相応するアイドル制御量デ
ータQ_ideと加算されることになる。この結果、前
回の速度差N₁₁−N₂₁を零にするように噴射量調
節部材の位置制御が行なわれ、気筒C₁と気筒C₂
の瞬時速度を等しくするための調量制御が行なわ
れる。

上述の気筒制御部は、気筒C₂とC₃との間の差、
気筒C₃とC₄との間の差、及び気筒C₄とC₁との間
の差を夫々零とすべく同様にして実行され、これ
により各気筒の出力が等しくなるよう制御され
る。

尚、出力制御部２７の出力側には、ループ制御
部２８によりオン、オフ制御されるスイツチ２９
が設けられており、各筒制御で安定に行ないうる
所定の条件が満たされていることがループ制御部
２８により検出された場合にのみ、スイツチ２９
を閉じて各筒制御を行ない、所定の条件が満たさ
れない場合にはスイツチ２８を開き、各筒制御を
中止し、各筒制御によりアイドル運転がかえつて
不安定になるのを防止するように構成されてい
る。

即ち、上述の各筒制御による角速度制御は、ア
イドル回転速度が、所望の目標値に対して所定の
範囲内に入つている安定した状態にて行なうのが
望ましい。これは、噴射及び内燃機関のばらつき
が周期的に規則正しく現われる場合において、上
述の各筒制御がうまく作動するためである。従つ
て、加減速操作を行なつている場合、或るいは、
制御系に異常が生じている場合には各筒制御を行
なうとかえつてアイドル運転が不安定となる。

従つて、本実施例では、デイーゼル機関３の
噴射時期制御を行なう制御系が閉ループ制御にて
正常に作動していること、目標アイドル回転速
度と実際のアイドル回転速度との差が所定時間以
上連続して所定値a₁より大きくないこと、アク
セルペダルの踏込量が所定値a₂以下となつている
ことの諸条件が全て満足された場合にのみ、スイ
ツチ２９が閉じられ、各筒制御のため制御ループ
が構成される。

一方、上記噴射時期制御のための制御系が開
ループ制御となつたこと、目標アイドル回転速
度と実際のアイドル回転速度との差が所定値a₃
（≧a₁）以上となつたこと、アクセルペダルの
踏込量が所定値a₄（≧a₂）以上となつたこと、
制御系に何らかの異常が生じたことのうちの少な
くとも１つに該当するに至つた場合には、スイツ
チ２９を開いて、各筒制御が中止される構成とな
つている。

尚、各筒制御を行なうか否かによつて制御の状
態が変わるので、第１及び第2PID演算部におけ
るPID定数を、スイツチ２９の開閉状態に応じて
変更するように構成し、より一層の安定運転を図
るようにしてもよい。

更に、ループ制御部２８によりスイツチ２９が
閉じられると同時に、パルス巾変調器２１からの
パルス信号PSの周波数が、デイーゼル機関の回
転速度と干渉関係にない所定の周波数に変更さ
れ、これにより、各筒制御時には、アクチユータ
２３の応答性の向上を図つている。

上述の構成によれば、デイーゼル機関の平均速
度及び噴射量調節部材の位置に基づく閉ループ制
御により、機関速度のアンダーシユート等の過渡
的な変化に対する制御及びアイドル回転速度を目
標値に概略至らしめる等の制御が実行され、これ
により、アイドル回転速度がほぼ安定した状態に
おいて、各筒制御により、各気筒の角速度変動が
同一となるように制御が行なわれる。各筒制御が
行なわれている際にも、平均速度の制御は行なわ
れており、出力量の大半を担い、各筒制御はそれ
を補正する機能を果している。尚、上述の如く、
各筒制御は、アイドル回転速度が、目標値の近傍
にある場合にのみ実行される構成としたが、この
ような領域では、平均アイドル回転速度の制御の
利得は小さく設定されており、各筒制御の動作に
大きな影響を与えないようになつている。

尚、上記実施例では、各気筒の角速度を検出す
るため、着目した気筒が上死点に到つてからクラ
ンク軸が90°回転するまでの間の時間を基にして
いるので、爆発トルクの変動を最もよく検出する
ことができ、制御性能の向上に役立つている。

上記実施例では、本発明をデイーゼル機関のア
イドル回転速度制御装置に適用した場合の一実施
例について説明したが、本発明がデイーゼル機関
のアイドル回転制御のみに限定されるものでない
ことは、上述の説明から容易に理解されるところ
である。

効果本発明によれば、内燃機関の速度制御が、機関
の平均速度を所要の目標値に維持させるための第
１の閉ループ制御と、機関の気筒の各出力が等し
くなるように各気筒への供給燃料を個別に制御す
るための第２の閉ループ制御とを併用しており、
第１の閉ループ制御動作により機関の平均速度を
所要の値に維持するための制御を行ないつつ、各
気筒間の出力のばらつきが零となるようにするた
めの第２の閉ループ制御が行なわれる。したがつ
て、各気筒間の出力のばらつきの補正が行なわれ
るのは勿論のこと、機関の実平均速度と所要の目
標値との間の差分が何らかの理由、例えば負荷の
急変、又は目標値の変更等により急激に変化して
も、第１の閉ループ制御動作により機関の平均速
度と目標速度との差分が直ちに補正され、各気筒
に対する燃料調節のための制御動作に大きな影響
を与えることがない。このため、各種の外乱に対
しても、極めて安定に、且つ応答性よく各筒制御
を行なうことができる格別の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図ａ乃至第２図ｆは第１図に示す装置の作動
を説明するための説明図である。１……アイドル運転制御装置、２……燃料噴射
ポンプ、３……デイーゼル機関、４……クランク
軸、８……速度検出部、１０……タイミング検出
部、１１……平均値演算部、１２……目標速度演
算部、１７……噴射量調節部材、２３……アクチ
ユータ、２４……速度差演算部、２７……出力制
御部、AC……交流信号、D_i……識別データ、N_io
……瞬時速度データ、D₀……制御出力データ、
N_t……目標速度データ、……平均速度データ。

Claims

【特許請求の範囲】

１多気筒内燃機関の各気筒の所定のタイミング
における瞬時速度を順次検出する検出手段と、前
記検出手段からの検出結果に応答して前記内燃機
関の平均速度を演算する第１演算手段と、前記内
燃機関の所要の目標回転速度を示す目標速度デー
タを出力する手段と、前記第１演算手段の演算結
果と前記目標速度データとに応答し前記目標回転
速度を得るために前記内燃機関に供給すべき燃料
の量に関連した第１制御データを与える手段と、
前記検出手段から順次出力される検出結果に応答
し各気筒に対する瞬時速度と各気筒に対して夫々
予め定められている基準の気筒に対する瞬時速度
との差分に応じた差データを全ての気筒に対して
順次繰り返し演算する手段と、内燃機関の各気筒
の作動タイミングを検出するタイミング検出手段
と、前記差データに応答し前記差データにより示
される差分を零とするために必要な各気筒に対す
る供給燃料に関連した第２制御データを演算する
手段と、前記タイミング検出手段による検出結果
に基づき演算された前記第２制御データに対応す
る気筒の次回の燃料調節行程以前における所要の
タイミングで前記第２制御データを出力する出力
制御手段と、該出力制御手段からの出力と前記第
１制御データとの加算結果に応答し燃料制御デー
タを出力する手段と、該燃料制御データに応答し
前記内燃機関への供給燃料を調節するための調節
部材の制御を行なう手段とを備えたことを特徴と
する内燃機関用運転制御装置。