JPH0633723B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ）技術分野 本発明は、内燃機関の制御装置、更に詳細には、燃料供
給量等の制御量を調節する内燃機関の制御装置に関す
る。

ロ）従来技術 自動車では低域回転数領域、特にアイドル回転数領域で
低周波の振動が発生する。この振動は「揺れ」と呼ばれ
ることが多く１〜５Ｈｚの振動周波数領域にある。

このような揺れがあらわれる原因は噴射装置を連続生産
することにある。噴射部品には許容誤差が発生し、それ
によりシリンダ毎に噴射量が異なることになる。燃料供
給量が異なると回転トルク変動が大きくなり、それによ
ってエンジンと車体からなる振動系が刺激されることに
なる。従って揺れは製造時の許容誤差に基づく不可避的
な現象である。

このような低周波の振動は例えば各シリンダに噴射すべ
き燃料の量を補正することによって制振させることがで
きる。この揺れを制振させる装置には、例えば急速なト
ルク変動に従って燃料の目標値を変化させトルク変動を
できるだけ小さくなるように調節する調節器が設けられ
ている。

しかし従来のこのような装置では各シリンダに噴射すべ
き燃料の量を急速に、しかも確実で正確に補正すること
が困難であった。

ハ）目的 従って本発明はこのような従来の欠点を除去するために
成されたもので、各シリンダに噴射すべき燃料の量等内
燃機関の燃焼に関係する動作量（制御量）を急速に、正
確に、しかも確実に補正ないし調節し各シリンダが同じ
回転トルクを発生できるようにすることが可能な内燃機
関の制御装置を提供することを目的とする。

ニ）発明の構成 本発明は、この目的を達成するために、回転円滑度の目
標値と回転円滑度の実際値の差に従って回転円滑度を制
御するためのシリンダに固有な調節値を発生する装置を
備えた内燃機関の制御装置において、２つの燃焼時点間
の期間を定める手段と、複数シリンダの燃焼に渡る前記
期間の平均値を形成する手段と、各シリンダに設けられ
た少なくとも比例特性と積分特性を有する調節器とを備
え、前記各調節器は、関連する前記２つの燃焼時点間の
期間を回転円滑度の実際値として、また前記平均値を回
転円滑度の目標値としてシリンダに固有な調節値を発生
し内燃機関の制御量を調節する構成を採用した。

ホ）実施例 以下図面に示す実施例に従い本発明を詳細に説明する。

第１図には内燃機関の回転の円滑度を制御する回転円滑
制御装置の構成が図示されている。回転円滑制御装置１
０には内燃機関のシリンダの数Ｚに対応するＺ個の調節
器１１，１２，１３が設けられる。更に回転円滑制御装
置１０にはＺ個のメモリ装置１４，１５，１６，２つの
同期装置１７，１８並びに平均値を形成する平均値形成
装置１９が設けられる。更に第１図にはアイドリング調
節装置２０，アクセルペダルの位置に従って制御を行な
う制御装置２１，燃料供給量制御装置２２並びに内燃機
関２３が図示されている。

Ｚ個の調節器１１，１２，１３の各入力端子にはそれぞ
れ関連するメモリ装置１４，１５，１６並びに平均値形
成装置１９からの出力信号が入力される。この平均値形
成装置１９にはＺ個のメモリ装置１４から１６の全ての
出力信号が入力される。又メモリ装置１４から１６の入
力端子はそれぞれ同期装置１７と接続され、一方調節器
１１〜１３の出力は同期装置１８に接続される。この両
同期装置１７，１８は内燃機関２３に関係した信号に従
って駆動される。内燃機関２３は燃料供給量制御装置２
２と接続され、この燃料供給量制御装置２２は同期装置
１８，アイドリング調節装置２０，アクセルペダルに関
係した制御を行なう制御装置２１とそれぞれ接続されて
いる。

第１図に図示した回転円滑制御装置の動作を第２図を参
照して説明する。第２図にはシリンダの内燃機関の時間
に従った動作が図示されている。同図ではクランク軸が
２回転、すなわち７２０度（ＫＷ）に渡る時間が図示さ
れており、この時間内に４つのシリンダの各々ではそれ
ぞれ１回の燃焼が行なわれる。

この時間図において図示されている２つの実際値信号
Ｉ，Ｊはセグメント輪によって形成される。このセグメ
ント輪はクランク軸に結合されその周囲に対称に配置さ
れた４つのセグメントを有する。実際値信号Ｊの各パル
スはこのセグメント輪の１つのセグメントに対応する。
その場合各パルスの長さはこのセグメント輪のセグメン
トがセグメント輪に垂直な面を通過するに必要な時間に
対応する。クランク軸が一回転する間にセグメント輪の
４つのセグメントがその面を通過し、その時間において
シリンダでは２回の燃焼が発生するだけなので各燃焼間
ではセグメント輪の２つのセグメントがこのセグメント
輪に垂直な面を通過することになる。従って各燃焼間の
時間はこのセグメント輪の両セグメントにより２つの時
間部分に分割される。セグメント輪が対称であり、又燃
焼直後では燃焼直前よりもクランク軸の速度がいつも大
きくなるので、両時間部分、例えばＪ２１，Ｊ２２はそ
の長さが異なることになる。短い方の時間部分、例えば
Ｊ２１は燃焼が起こったことを示しており、一方長い方
の時間部分、例えばＪ２２はこれから燃焼がくることを
示している。

このようにしてセグメント輪を一度クランク軸に調節し
たあとは実際値信号Ｊにより各シリンダの燃焼時点Ｖ
（同期信号とも呼ばれる）を正確に定める（シュミレー
ションする）ことができる。第２図には各シリンダの燃
焼時点Ｖと実際値信号Ｊとの関係が図示されている。

実際値信号Ｊから燃焼時点Ｖを求めるのは両同期装置１
７，１８で行なわれる。同期装置１７は燃焼時点Ｖより
実際値Ｉ１，Ｉ２... ＩＺを対応するメモリ装置１４，
１５，１６に入力させる。その場合これらの実際値Ｉ
１，Ｉ２... ＩＺは同様に実際値信号Ｊを用いて同期装
置１７により形成される。実際値Ｉ１，Ｉ２... ＩＺは
それぞれ第２図に図示したように各燃焼時点間の期間で
ある。同様に実際値信号Ｊを用い同期装置１８により燃
焼時点Ｖが定められ、それにより調節器Ｉ１，Ｉ２...
１３より形成された調節値Ｓ１，Ｓ２... ＳＺが調節信
号としてＳして燃料供給量制御装置２２に入力される。

調節信号Ｓが第２図に図示されており、この調節信号は
各シリンダ調節値Ｓ１，Ｓ２... ＳＺから構成される。
これらの調節値はそれぞれ関連する調節器より形成され
る。例えば調節値Ｓ１はメモリ装置１４に一時記憶され
た実際値Ｉ１と平均値ＭＺから調節器１１により形成さ
れる。なお平均値ＭＺは平均値形成装置１９により一時
記憶されたすべての実際値Ｉ１，Ｉ２... ＩＺを平均す
ることにより形成され、各調節器１１、１２、１３にお
いて回転円滑度の実際値Ｉ１、Ｉ２……ＩＺと比較され
る回転円滑度の目標値となる。

内燃機関が第２図に図示されたＴの時点にあるとすると
シリンダに燃焼が起こるとともに、同期装置１７によ
って実際値Ｉ１、すなわちシリンダの燃焼からシリン
ダの燃焼までの期間がメモリ装置１４に入力され、更
に同期装置１８によって次のシリンダの燃焼に対する
調節値Ｓ３が燃料供給量制御装置２２に送られる。この
調節値Ｓ３の供給はＴの時点のあと短い時間で行なわ
れ、それにより関連する調節器はこの新しい調節値をも
考慮することが可能になる。これにより各調節値はそれ
に先行する全体の実際値を考慮した値となる。

このように回転円滑制御装置１０はセグメント輪から得
られる実際値信号Ｉから燃料供給量制御装置２２を調節
駆動する調節信号Ｓを発生する。この燃料供給量制御装
置２２は場合によってはアイドリング調節装置２０ある
いはアクセルペダルに関係した制御装置２１によりさら
に調節を受けるように構成される。燃料供給量制御装置
２２はこれらの入力信号から内燃機関２３に噴射される
燃料の量を決定する。

調節器１１〜１３は例えば積分特性も持たせることがで
き、更にアイドリング調節装置２０も積分特性を与える
ことができるので、両積分成分が互いに反対に動作する
場合がある。これを避けるために回転円滑制御装置１０
を内燃機関の全体の噴射系に関連させるようにしなけれ
ばならない。これは例えば回転円滑制御装置１０が全体
の噴射系に動的（ダイナミックにのみ調節を行なうよう
にすることにより可能になる。このダイナミックな調節
に対しては調節値Ｓ１からＳＺの合計がゼロとなるよう
にしなければならない。すなわち回転円滑制御により内
燃機関に供給される燃料の平均値はＺ回の噴射でゼロで
なければならない。回転円滑制御装置１０を全体の噴射
系と関連させる場合のこの条件は第３図から第５図に図
示した回転円滑制御の変形例により満たすことが可能で
ある。

第３図には回転円滑制御装置の他の実施例の一部がブロ
ック図として図示されている。同実施例では各シリンダ
に関連した調節器の積分成分の出力信号から調節信号Ｓ
の平均値が減算されることにより円滑回転制御と全体の
噴射系とが関連される。調節器１１は本実施例の場合、
積分部３０，比例部３１，２つの減算点３２，３３並び
に加算点３４から構成される。調節器１１に入力される
入力信号Ｉ１とＭＺはまず減算点３２で互いに結合され
る。この減算点３２の出力信号は積分部３０と比例部３
１に入力される。比例部３１の出力信号は加算点３４に
接続され、この加算点には減算点３３からの出力信号が
印加される。減算点３３の出力信号は積分部３０並びに
調節信号Ｓの平均値の減算から形成される。加算点３４
の出力信号は調節値Ｓ１を示し、この調節値は同期装置
１８に入力される。この同期装置１８の出力信号は調節
信号Ｓとなり、この調節信号は平均値形成回路３５に入
力される。従って平均値形成回路の出力信号は調節信号
Ｓの平均値となる。平均値形成回路３５は例えばローパ
スフィルタで構成することができる。

第３図から明らかな様に調節信号Ｓは調節器１１にフィ
ードバックされるだけでなく他のシリンダに関連した調
節器１２，１３にもフィードバックされる。この様に調
節信号Ｓを全体の調節器１１〜１３にフィードバックす
ることにより調節信号のＺ個の燃焼に渡る平均値をゼロ
に等しくさせることが可能になる。

第４図に図示した実施例では各シリンダに関連した調節
器の積分成分の平均値が減算されることにより回転円滑
制御と全体の噴射系が関連される。調節器１１は積分部
４０，比例部４１，２つの減算点４２，４３並びに加算
点４４から構成される。調節器１１に入力される入力信
号Ｉ１，ＭＺは減算点４２で互いに結合される。減算点
４２の出力信号は積分部４０と比例部４１に入力され
る。積分部４０の出力信号は加算点４５に接続され、こ
の加算点には他のシリンダに関連した調節器の積分成分
の出力信号が入力される。加算点４５の出力信号は平均
値形成回路４６に入力され、その出力信号は結合点４７
に導かれる。この結合点４７には各シリンダに関連した
全調節器が接続される。第４図に図示した調節器１１で
は結合点４７は減算点４３に接続され、この減算点には
更に積分部４０からの出力信号が入力される。加算点４
４は減算点４３の出力信号と比例部４１の出力信号に接
続される。加算点４４の出力信号は調節値Ｓ１を示す。
各シリンダに関連した調節器の積分成分からの全出力信
号の平均値を形成することにより、また積分部の出力信
号からこの平均値を減算することにより、回転円滑制御
と全体の噴射系との係合時における条件が満たされるこ
とになる。

第５図には回転円滑制御と全体の噴射系を関連させる他
の実施例の図示がされており、同図に示した実施例は調
節器の積分成分からの出力信号から各シリンダに関連し
た調節器の調節値の平均値が減算される。調節器１１は
例えば積分部５０，比例部５１，２つの減算点５２，５
３並びに加算点５４から構成される。調節器１１に入力
される入力信号Ｉ１，ＭＺは減算点５２で互いに結合さ
れる。この減算点５２の出力信号は積分部５０と比例部
５１に入力される。積分部の出力信号は減算点５２にま
た比例部の出力信号は加算点５４にそれぞれ入力され
る。加算点５４には更に減算点５３の出力信号が入力さ
れ、この加算点５４の出力信号によって調節値Ｓ１が得
られる。この調節値Ｓ１は加算点５７に入力され、この
点には更に他のシリンダに関連した調節器の調節値が入
力される。加算点５７の出力信号は平均値形成回路５６
に入力され、その出力信号が結合点５５に接続される。
この結合点５５には各シリンダに関連した全ての調節器
が接続される。この接続は例えば調節器１１の場合結合
点５５と減算点５３が結合されることによって得られ
る。各シリンダに関連した調節器の調節値の平均値が各
調節器の積分部の出力信号にフィードバックされること
により回転円滑制御は動的な作用だけとなり、従ってＺ
個の燃焼に渡る調節信号の平均値はゼロに等しくなる。

上述した回転円滑制御は低域回転数領域、特にアイドル
回転数領域においてのみ有効にし自動車の振動を防止さ
せるのが良い。これは回転円滑制御を所定の回転数領域
においてのみ作動させることによって達成される。この
回転円滑制御の有効となる領域から有効でない領域への
遷移領域では例えば円滑回転制御を開ループ制御するこ
とによって補うことができる。またこの遷移領域では回
転円滑制御の出力信号をゼロから１の値にある係数で重
みをつけるようにすることも可能であり、それによって
回転円滑制御の出力信号の大きな上昇あるいは下降を防
止することができる。また回転円滑制御を開ループ制御
する場合更に回転円滑制御の出力信号にゼロと１の間に
ある燃料供給量に関係した係数を掛け算し、回転数が顕
著に減少した場合調節量の上昇を燃料の量に比例する弱
い上昇とすることが可能である。

上述した回転円滑制御の場合実際値信号即ち２つの燃焼
時点間の期間はセグメント輪により決められた。もちろ
ん回転数信号を高速タコジェネレータあるいは後段にパ
ルス発生器及び周波数電圧変換器を備えた回転板を用い
て得るようにすることも可能である。回転円滑制御用の
実際値信号はこの回転数信号を噴射ごとにあるいは同期
信号ごとに積分することにより得ることができる。実際
値信号を得る他の方法は２つの噴射間で回転数信号のピ
ークを処理する方法である。

実際値信号を得るのに必要な燃焼時点を上述した回転円
滑制御では２つの燃焼時点間の期間を２つの時間部分に
分けることにより求めるようにしている。実際値信号を
メモリ装置に入力したりあるいは調節値を燃料供給量制
御装置に入力させる場合正確に燃焼時点で行なわれない
可能性があるので、上述した回転円滑制御をカウンタを
用いて次のようにし制御を向上させることができる。即
ちこのカウンタをニードルストロークパルス，噴射開始
パルス，燃料開始パルス等の基準信号によりリセット
し、計数状態が所定の値になった場合両同期装置を駆動
することにより制御を行なうことが可能である。これに
より両同期装置を任意のしかし所定の時点で動作させる
ことが可能である。カウンタは回転数に従って計数を行
ない所定の計数状態になった時同期パルスを両同期装置
に発生させるか、あるいは所定の周波数で計数し回転数
に従って同期時点を定める様にすることができる。この
様にしてカウンタを各同期パルスごとに並びに基準パル
スごとにリセットさせることが可能である。この場合基
準信号は各回転毎あるいは各２回目の回転毎に発生させ
ることができる。

上述した回転円滑制御の場合セグメント輪のセグメント
はセグメント輪の周縁に均等に分布された。このセグメ
ントにより２つの燃焼時点間の期間は短い時間部分と長
い時間部分に分割された。この短い時間部分と長い時間
部分間の差を大きくするために、セグメント輪のセグメ
ントを非対称的に形成することが可能である。（例えば
長いセグメントと短いセグメントを交互に配置する。）
４シリンダ内燃機関の回転数円滑制御の場合これは、そ
れぞれ対向する２つのセグメントのみが同じ長さを持つ
ことを意味する。この非対称性は実際値信号Ｉを求める
場合何らの影響をもたらさない。というのは実際値信号
Ｉは２つの燃焼間の期間を示し、この期間内に２つのセ
グメントが現れるからである。

通常の駆動状態の場合セグメント輪により２つの燃焼時
点間の期間は短い時間部分と長い時間部分に分割され
る。ここでこの２つの燃焼時点間の期間に噴射周波数よ
りも短い周波数のノイズ信号を重畳させることができ
る。それにより短い時間部分と長い時間部分が均一に交
代して現わることはなくなる。同期装置は時間部分が前
の時間部分及び後の時間部分よりも長いかどうかを調
べ、最大時間テストを行なうことができる。各時間部分
の終了時１だけ増加する同期カウンタの内容が最大時間
テストにより例えば長い時間部分が検出された時にいつ
も調べられる。同期が正しい場合には長い時間部分の端
部は常に例えば奇数の同期計数状態となる。語動作によ
り長い時間部分の端部が偶数の同期計数状態になった場
合には、同期は誤ったものとなる。この誤った同期が検
出された場合、次の例えば２０個の時間部分に於てもう
一度誤った同期が現れるかどうかが検査され、その時に
は同期を変化させる様にする。

また、２つの前回の時間部分を互いに減算することによ
り誤動作を識別することも可能である。その減算の結果
に従い値をシフトレジスタに記憶させる。シフトレジス
タの値と所定の値を比較することにより誤動作を検出す
ることができ、その後それに対応して処理を行なう。シ
フトレジスタの大きさ並びに誤動作を特徴づける所定の
値は経験的に定められる。

このように２つの燃焼時点間の長さが異なることを利用
して内燃機関の各シリンダの動作性能を診断できる。ま
た、２つの燃焼時点間の最小期間を円滑度の尺度とする
こともできる。

上述した回転円滑制御では調節信号Ｓは内燃機関に噴射
される燃料供給量を調節する燃料供給量制御装置２２に
供給された。もちろんこの調節信号Ｓを内燃機関の他の
動作量（制御量）、例えば排気再循環，噴射時点，噴射
期間，空燃比，点火時点等の内燃機関の燃焼に影響を与
える量を制御する装置に入力させることも可能である。

第１図から第５図に図示した装置は例えばアナログ的な
回路構成により実現することが可能である。特に上述し
た回転円滑制御並びに場合によっては燃料供給量制御装
置用の他の制御装置を例えば対応してプログラム化され
たマイクロプロセッサを用いて実現した場合には特に好
ましいものとなる。コンピュータを用いた場合にはサブ
ルーチン構造や、時分割によって図示したブロック図を
置き換えることができる。

上述した回転円滑制御は異なる原理の内燃機関、従って
自己着火式内燃機関や外部着火式内燃機関に応用するこ
とができる。その場合内燃機関の形式に従い内燃機関の
各シリンダに関連して設けられた調節器により内燃機関
の多くの動作量を直接あるいは間接的に調節させる場合
には特に好ましいものとなる。

ヘ）効 果 以上説明したように、本発明では、各シリンダに少なく
とも比例特性と積分特性を有する調節器が設けられ、各
調節器の回転円滑度の実際値と目標値の比較により回転
円滑度の調節が行なわれるので、各シリンダ毎に正確な
調節値を得ることができ、各シリンダにほぼ均一な回転
トルクを発生させることが可能になる。また、回転円滑
度の実際値として、２つの燃焼時点間の期間が用いら
れ、またその目標値として複数シリンダの燃焼に渡る前
記期間の平均値が用いられるので、簡単な方法で回転円
滑度の実際値と目標値を求めることができるとともに、
２つの燃焼時点間の期間が回転円滑度を良好に示してい
るので、正確な回転円滑度の制御が可能になるなど、優
れた作用、効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関の回転円滑制御を行なう原理的な構成
を示したブロック図、第２図は第１図の装置の動作を説
明する説明図、第３図〜第５図はそれぞれ本発明の異な
る実施例の構成を示すブロック図である。 １０……回転円滑制御装置 １１，１２，１３……調節器 １４，１５，１６……メモリ装置 １７，１８……同期装置、１９……平均値形成回路 ２０……アイドリング調節装置 ２１……アクセルペダル位置に関係した制御装置 ２３……内燃機関

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−104130（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−147327（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−168135（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−176424（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転円滑度の目標値と回転円滑度の実際値
   の差に従って回転円滑度を制御するためのシリンダに固
   有な調節値を発生する装置（１０）を備えた内燃機関の
   制御装置において、 ２つの燃焼時点間の期間（Ｉｚ）を定める手段（１７）
   と、 複数シリンダの燃焼に渡る前記期間の平均値（Ｍｚ）を
   形成する手段（１９）と、 各シリンダに設けられた少なくとも比例特性と積分特性
   を有する調節器（１１、１２、１３）とを備え、 前記各調節器は、関連する前記２つの燃焼時点間の期間
   （Ｉｚ）を回転円滑度の実際値として、また前記平均値
   を回転円滑度の目標値としてシリンダに固有な調節値を
   発生し内燃機関の制御量を調節することを特徴とする内
   燃機関の制御装置。
2. 【請求項２】各調節器に入力される回転円滑度の実際値
   と調節器により形成される調節値を同期させることより
   調節信号を形成することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の内燃機関の制御装置。
3. 【請求項３】同期を内燃機関の各シリンダにおける燃焼
   時点に従って行うことを特徴とする特許請求の範囲第２
   項に記載の内燃機関の制御装置。
4. 【請求項４】同期を基準信号、カウンタ、比較により得
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の内燃
   機関の制御装置。
5. 【請求項５】基準信号を内燃機関の各回転あるいは各２
   回目の回転毎に発生する信号とすることを特徴とする特
   許請求の範囲第４項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 【請求項６】前記調節値により内燃機関の燃焼を調節す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の内燃
   機関の制御装置。
7. 【請求項７】内燃機関の燃焼を燃料供給量、排気ガス再
   循環、噴射時点、噴射期間、空燃比、点火時点等を介し
   て調節することを特徴とする特許請求の範囲第６項に記
   載の内燃期間の制御装置。
8. 【請求項８】前記調節値をシリンダの数に対応する燃焼
   にわたった平均値で０とすることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項から第７項までのいずれか１項に記載の内
   燃機関の制御装置。
9. 【請求項９】調節器を所定の回転数領域でのみ有効に
   し、それに隣接する遷移領域では調節値の飛躍的な変動
   が発生しないようにすることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項から第８項までのいずれか１項に記載の内燃機
   関の制御装置。