JPH089392Y2 - 内燃機関のアイドル回転速度制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は内燃機関のアイドル回転速度制御装置に関す
る。

〈従来の技術〉 内燃機関のアイドル回転速度制御装置としては、特開
昭62−129544号公報等に開示されるように、機関の吸気
系に介装されたスロットル弁をバイパスする補助空気通
路の途中にアイドル制御弁を設け、このアイドル制御弁
により補助空気量を調整してアイドル回転速度を制御す
るようにしたものがある。

前記アイドル制御弁は、例えば開弁用コイルと閉弁用
コイルとを備え、これらのコイルそれぞれに通電パルス
信号（駆動パルス信号）が互いに反転された状態で送ら
れるようになっており、前記パルス信号のデューティ比
に応じて開度が調整されるものである。

前記パルス信号のデューティ比は、例えば次式によっ
て算出される制御値ISCdyによって決定される。尚、こ
の制御値ISCdyの単位は％によって表され、開弁用コイ
ルがONとなっている時間割合として出力される。

ISCdy＝ISCtw＋ISCet＋ISCfd ここで、ISCtwは機関冷却水温依存の基本制御値、ISC
etは加減速補正等の各種補正量、ISCfdは後述するアイ
ドル回転速度のフィードバック制御のためのフィードバ
ック補正量である。

アイドル回転速度のフィードバック制御においては、
冷却水温度で代表される期間温度に依存する目標アイド
ル回転速度と、クランク角センサからの回転角信号等に
よって検出される実際の回転速度とを比較し、実際の回
転速度が目標に対して上下しているときに、そのときの
制御値に増減補正を加えて目標アイドル回転速度になる
ように制御するものであり、このため上記のフィードバ
ック補正量ISCfdというものを定めている。

そして、フィードバック補正量ISCfdの値は積分制御
又は比例積分制御により変化させ、安定した制御として
いる。即ち、目標アイドル回転速度と実際の回転速度と
を比較し、実際の回転速度が目標アイドル回転速度より
も低（高）い場合には、フィードバック補正量ISCfdを
微小量（積分定数）ずつ増加（減少）させていく。

但し、上記フィードバック補正量ISCfdによるアイド
ル回転速度のフィードバック制御は所定の条件が揃った
とき、即ち、所定のアイドル運転状態において行われ
る。この所定の条件とは、例えば、スロットル弁が全閉
位置（アイドル位置）でかつトランスミッションがニュ
ートラル状態、又は、スロットル弁が全閉位置でかつ車
速が所定速度（例えば8km/h）以下のときである。

〈考案が解決しようとする課題〉 ところで、例えば車速をフィードバック制御条件とす
る場合において、アイドル自走でフィードバック制御条
件が成立し、然も、かかる状態で電気負荷やパワステ用
油圧ポンプ，エアコン用コンプレッサ等の外部負荷が増
大し、かつブレーキをかけて外部負荷が増大すると、一
般的なアイドル回転速度のフィードバック制御時よりも
ブレーキ負荷分だけ外部負荷が大きくなって、機関回転
速度を目標アイドル回転速度に近づけるためにフィード
バック補正量ISCfdを通常外部負荷状態のときよりも増
大させることになる。

このようにフィードバック補正量ISCfdによって制御
値ISCdyが通常よりも大きく増大補正されている状態か
ら、フィードバック制御条件を脱してフィードバック制
御が行われない状態になると、フィードバック補正量IS
Cfdがフィードバック制御の最終値を保持するため、再
度フィードバック制御条件が揃ったときに前記のように
大きく設定されたフィードバック補正量ISCfdが付加さ
れることにより、第４図に示すように、過剰の補助空気
量供給によって機関回転速度が跳ね上がることがあっ
た。

かかる問題点を解決するためには、制御値ISCdyを、
ブレーキ負荷を除くエアコンや電気負荷等の通常外部負
荷が加わった状態における要求量（但し、この要求量は
機関温度に応じて変化する。）を確保できる程度に制限
して、たとえブレーキ負荷などがあってフィードバック
補正量fdがこの外部負荷増大分を追いかけるような状態
となっても制御値ISCdy及びフィードバック補正量ISCfd
が過剰に大きく設定されることを回避するようにすれば
良い。

しかしながら、上記のような制限を加えるようにした
場合、ゴミの付着等によってスロットル弁の漏れ流量が
減少変化するなどして、目標回転速度にフィードバック
制御するためにアイドル制御弁を初期よりも大きく開く
必要があるときに、初期設定した限界値に制限すること
で通常外部負荷状態であっても必要補助空気量を確保す
ることができなくなる惧れがある。

本考案は上記問題点に鑑みなされたものであり、フィ
ードバック制御によってアイドル制御弁の駆動パルス信
号のデューティ比が過大に設定されることを回避しつ
つ、スロットル弁の漏れ流量等の経時変化があっても外
部負荷の増大に対応した必要補助空気量が得られるアイ
ドル回転速度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〉 そのため本考案では、第１図に示すように、機関の吸
気系に介装したスロットル弁をバイパスする補助空気通
路に介装され駆動パルス信号の開弁デューティ比に応じ
て開度が調整されるアイドル制御弁と、機関回転速度を
検出する機関回転速度検出手段と、所定のアイドル運転
条件で検出される機関回転速度を所定の目標回転速度に
近づけるように前記デューティ比のフィードバック補正
分を設定するアイドル回転フィードバック手段と、機関
温度を検出する機関温度検出手段と、少なくとも前記機
関温度検出手段で検出される機関温度を含む機関運転条
件に基づいて前記デューティ比のフィードホワード分を
設定するフィードホワード分設定手段と、前記フィード
バック補正分とフィードホワード分とを加算して前記デ
ューティ比を算出するデューティ比算出手段と、前記機
関温度検出手段で検出した機関温度に応じて前記デュー
ティ比の開側制御限界値を機関の所定外部負荷の増大を
見込んで可変設定する限界値設定手段と、前記デューテ
ィ比算出手段で算出された前記デューティ比が、前記限
界値設定手段で設定された開側制御限界値を越えるとき
に、前記デューティ比を前記開側制御限界値に制限する
と共に、前記開側制御限界値から前記フィードホワード
分を減算した値を前記フィードバック補正分として更新
設定するデューティ比制限手段と、前記アイドル回転フ
ィードバック手段によるフィードバック制御の停止時に
おける前記フィードバック補正分を記憶保持し、フィー
ドバック制御の再開時に前記記憶保持したフィードバッ
ク補正分を初期値として設定するフィードバック補正分
初期設定手段と、前記デューティ比の駆動パルス信号を
前記アイドル制御弁に出力する駆動パルス信号出力手段
と、機関に所定外部負荷が加わっていない状態である限
界値判定運転状態を検出する判定運転状態検出手段と、
該判定運転状態検出手段により前記限界値判定運転状態
であることが検出され、かつ、前記デューティ比算出手
段でデューティ比が算出されているときに、外部負荷が
加わっていない状態で目標回転速度が得られるよう予め
設定した基本デューティ比と現在のデューティ比を比較
しその偏差に基づき前記開側制御限界値に補正を加える
限界値補正手段と、を含んでアイドル回転速度制御装置
を構成するようにした。

〈作用〉 かかる構成のアイドル回転速度制御装置によると、ア
イドル制御弁の開弁制御デューティ比を、機関温度を含
む機関運転条件に基づいて設定されるフィードホワード
分と、目標アイドル回転速度を得るためのフィードバッ
ク補正分との加算値として設定する。ここで、機関温度
に応じて前記デューティ比の開側制御限界値を機関の所
定外部負荷の増大を見込んで設定し、前記デューティ比
を前記開側制御限界値内に制限すると共に、かかる制限
を行ったときには、開側制御限界値−フィードホワード
分をフィードバック補正分として更新設定する。一方、
前記アイドル回転速度のフィードバック制御を停止した
ときの前記フィードバック補正分を記憶保持し、制御再
開時には前記記憶保持しておいて値をフィードバック補
正分の初期値としてフィードバック制御を再開させるよ
うにした。

また、機関に所定外部負荷が加わっていない状態であ
る限界値判定運転状態が判定運転状態検出手段により検
出され、かつ、前記デューティ比算出手段でデューティ
比が算出されているときに、限界値補正手段が、外部負
荷が加わっていない状態で目標回転速度が得られるよう
予め設定した基本デューティ比と現在のデューティ比と
を比較し、その偏差に基づき前記開側制御限界値に補正
を加え、目標回転速度を得るのに必要とされるデューテ
ィ比の変化に前記開側制御限界値が追従するようにし
た。

〈実施例〉 以下に本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、エアクリーナ１からの空気は、吸気
ダクト２を通り、図示しないアクセルペダルに連動する
スロットル弁３と、このスロットル弁３をバイパスする
補助空気通路４に介装した電磁式のアイドル制御弁（補
助空気量制御弁）５との制御をうけて機関８に吸入され
る。そして、吸気マニホールド６にて燃料噴射弁７から
噴射された燃料と混合して、機関８に吸入される。

前記アイドル制御弁５は、開弁用コイルと閉弁用コイ
ルとを備え、マイクロコンピュータを内蔵したコントロ
ールユニット９からの駆動パルス信号（通電パルス信
号）がこれらのコイルそれぞれに互いに反転された状態
で送られるようになっており、前記駆動パルス信号のデ
ューティ比DUTY（開弁用駆動パルス信号の時間割合％）
により開度を制御される。かかる制御のため、コントロ
ールユニット９には各種のセンサからの信号が入力され
る。

前記各種のセンサとしては、クランク角センサ等の機
関回転速度検出手段としての回転速度センサ10が設けら
れ、機関回転速度Ｎを検出する。また、スロットル弁３
にそのアイドル位置でONとなるアイドルスイッチ11が付
設されている。更に、機関温度を代表する冷却水温度Tw
を検出する機関温度検出手段としての水温センサ12がウ
ォータージャケット部に設けられ、冷却水温度Twに応じ
て電圧信号を出力する。

また、コントロールユニット９には、機関８が搭載さ
れた車両の速度を検出する車速センサ13からの検出信号
が入力されると共に、エアコン用リレー14及びヘッドラ
イトスイッチ等の電気負荷スイッチ15からON・OFF信号
が入力されるようになっている。尚、前記エアコン用リ
レー14で制御されるエアコン用コンプレッサやヘッドラ
イトスイッチ等の電気負荷スイッチ15が、本実施例にお
ける機関８の外部負荷に相当し、エアコン用リレー14及
び電気負荷スイッチ15からのON・OFF信号が判定運転状
態検出手段に相当する。

ここで、コントロールユニット９は、前記各種のセン
サ等からの信号に基づき、第３図のフローチャートに従
い機関運転状態に応じてアイドル制御弁５への駆動パル
ス信号のデューティ比DUTYを決定する制御値ISCdyを設
定する。

尚、本実施例においてコントロールユニット９は、駆
動パルス信号出力手段，デューティ比算出手段，アイド
ル回転フィードバック手段，フィードホワード分設定手
段，デューティ比制御手段，限界値設定手段，フィード
バック補正分初期値設定手段及び限界値補正手段を兼ね
るものである。

まず、ステップ１において、各種のセンサから検出信
号を読込む。

そして、ステップ２では、ステップ１で読込んだ水温
センサ12からの冷却水温度信号Twに基づいて機関冷却水
温度依存の基本制御値ISCtw（フィードホワード分）を
設定する。

次のステップ３では、加減速補正やエアコン，ギヤ位
置等に応じた各種補正量ISCet（フィードホワード分）
を設定する。

ステップ４では、機関回転速度Ｎを目標アイドル回転
速度Ｎにフィードバック制御する条件が成立しているか
否かを判定する。フィードバック制御条件とは、例えば
アイドルスイッチ11がON（スロットル弁３がアイドル位
置）でかつ車速センサ13によって検出される車速が所定
速度（例えば8km/h）以下であり、フィードバック制御
条件が成立していると判定されるとステップ５へ進む。

ステップ５では回転速度センサ10によって検出される
実際の機関回転速度Ｎを目標アイドル回転速度Ｎにフィ
ードバック制御するためのフィードバック補正量ISCfb
（フィードバック補正分）を設定する。具体的には、水
温センサ12によって検出される冷却水温度Twに応じて設
定した目標アイドル回転速度と回転速度センサ10によっ
て検出された機関回転速度Ｎとを比較し、実際の回転速
度Ｎが目標を上（下）回っているときには所定の積分定
数だけフィードバック補正量ISCfbを減少（増大）させ
る。

そして、次のステップ６では、ステップ2,3及び５に
おける設定結果を用い次式に従って制御値ISCdyを演算
する。

ISCdy←ISCtw＋ISCet＋ISCfb ステップ７では、制御値ISCdyの許容最大値ISCmax
（開側制御限界値）を、水温センサ12によって検出され
た冷却水温度Twに基づいて予め記憶させておいたマップ
から検索して求める。この許容最大値ISCmaxは、電気負
荷やエアコン等の外部負荷が加わっていない状態での要
求補助空気量（この要求補助空気量に相当する制御値を
基本ISCとして第３図のフローチャート中のグラフに点
線で示してある。）に対し、エアコンや電気負荷などの
予測される総外部負荷が付加された場合の加算要求量を
見込んで設定したものであり、機関温度による要求量の
違いを機関温度を代表する冷却水温度Tw割付けとして対
応できるようにしたものである。尚、極低温側となる許
容最大値ISCmaxの最大値は、コントロールユニット９の
制御限界値（例えば85％）に設定されており、コントロ
ールユニット９の制御限界値で極低温時の制御値ISCdy
の最大が制限されるようにしてある。

ステップ７で制御値ISCdyの許容最大値ISCmaxを求め
ると、次のステップ８では、機関８の外部負荷が加えら
れている状態であるか否かを判定する。ここで、エアコ
ン用リレー14及びヘッドライトスイッチ等の電気負荷ス
イッチ15が全てOFFであって、エアコン用コンプレッサ
やオルタネータの負荷が機関８に加えられていない状態
であると判定されるとステップ９へ進む。

ステップ９では、ステップ７における許容最大値ISCm
axから外部負荷相当分を減算した基本ISC（電気負荷や
エアコン等の外部負荷が加わっていない状態での要求補
助空気量に相当する制御値）をステップ６で演算した制
御値ISCdyから減算し、更に、この値をステップ７で求
めた許容最大値ISCmaxに加算して新たに許容最大値ISCm
ax｛←ISCmax＋（ISCdy−基本ISC）｝として設定する。

即ち、ステップ８での判定結果から現在の機関８には
外部負荷が加わっていない状態であるので、機関８が初
期状態であればフィードバック補正量ISCfbを含んで演
算される制御値ISCdyは、前記基本ISCと略同等になるは
ずであるが、スロットル弁３にゴミが付着するなどして
スロットル弁３の漏れ流量が減少すると、目標回転速度
を得るために前記減少分だけアイドル制御弁５を大きく
開いて補助空気通路４を介して供給される空気量を増大
する必要がある。

従って、スロットル弁３の漏れ流量が減少すると、フ
ィードバック補正量ISCfbを増大させてこれを補おうと
するので、漏れ流量の減少分に相当する値だけ制御値IS
Cdyは前記基本ISCよりも増大する。このとき、許容最大
値ISCmaxが初期状態のままであると、外部負荷が大きく
加わったときに許容最大値ISCmaxで制限されることで必
要な補助空気量が得られなくなることがあるので、スロ
ットル弁３漏れ流量の減少分（←ISCdy−基本ISC）だけ
許容最大値ISCmaxを嵩上げして、外部負荷の増大時に必
要空気量が確保できるようにするものである。

尚、ステップ９で補正演算して新たに設定した許容最
大値ISCmaxは、冷却水温度Twが同じ条件で外部負荷が加
わったときにも用いるよう記憶し（マップ値を修正
し）、再度外部負荷が加わらない運転状態となって許容
最大値ISCmaxが補正演算されるまでは、今回の補正演算
結果の許容最大値ISCmaxを同水温条件での最大値とす
る。また、ステップ９での補正結果から全水温条件での
許容最大値ISCmaxを一度に嵩上げするようにしても良
い。

一方、ステップ８で機関８に外部負荷が加えられてい
る状態であると判定された場合には、スロットル３の漏
れ流量の減少等を制御値ISCdyから読取ることができな
いため、許容最大値ISCmaxを修正することなくステップ
10へ進む。

ステップ10ではステップ６で演算した制御値ISCdyと
前記許容最大値ISCmaxとを比較し、ステップ６で演算し
た制御値ISCdyが許容最大値ISCmaxを上回っているか否
かを判別する。

ここで、ISCdy＞ISCmaxであると判定された場合に
は、許容値よりも大であるから、ステップ11へ進んで今
回の制御値ISCdyを許容最大値ISCmaxに設定すると共
に、フィードバック補正量ISCfbを許容最大値ISCmaxで
制限される値、即ち、ISCfb←ISCmax−ISCtw−ISCetと
する。

一方、ISCdy≦ISCmaxであると判定された場合には、
ステップ６での演算結果が許容値よりも小であるから制
限を加える必要がないため、ステップ11をジャンプして
ステップ15へ進む。

ステップ15では、前記制御値ISCdyに対応するデュー
ティ比DUTYの駆動パルス信号をアイドル制御弁５に出力
することにより、制御値ISCdyに応じた開度にアイドル
制御弁５を調整して、補助空気通路４を介して機関８に
供給される補助空気量を制御する。

このように、冷却水温度Twに対応した許容最大値ISCm
axで制御値ISCdy及びフィードバック補正量ISCfbを制限
すれば、例えばアイドル自走状態でブレーキをかけた場
合のように、エアコンや電気負荷などの通常外部負荷よ
りも大きな外部負荷が加わったときに、フィードバック
補正量ISCfbがこの通常よりも大きな外部負荷状態にお
ける回転速度Ｎの低下を追いかけて過剰に増大すること
を回避することができる。従って、前述のように通常よ
りも大きな外部負荷状態でフィードバック制御を行って
いる状態からフィードバック制御を停止してフィードバ
ック補正量ISCfbを保持し、フィードバック制御の再開
時に前記保持したフィードバック補正量ISCfbを初期値
として制御値ISCdyに加算しても、回転の跳ね上がりを
抑止できる。

また、前述のように、スロットル弁３の漏れ流量が減
少するなどして、必要流量を確保するためにより大きな
制御値ISCdyを必要とされるようになると、許容最大値I
SCmaxが漏れ流量の減少分に略見合って増大補正される
ため、許容最大値ISCmaxで制限することで必要流量が確
保できなくなることもない。

一方、ステップ４でアイドル回転速度を目標回転速度
にフィードバック制御する条件が成立していないと判定
された場合にはステップ12へ進む。

ステップ12では、かかるフィードバック制御条件非成
立判定が初回であるか否かを判定し、初回であるときに
は、ステップ13へ進んでフィードバック制御再開時に用
いるために前回ステップ５で設定されたフィードバック
補正量ISCfbを記憶した後、ステップ14へ進む。但し、
フィードバック制御中に制御値ISCdyが許容最大値ISCma
xで制限されていたときには、ステップ11で設定されるI
SCfb←ISCmax−ISCtw−ISCetなるフィードバック補正量
ISCfbが記憶されることになる。

ステップ14では、ステップ2,3における設定結果を用
い次式に従って制御値ISCdyを演算する。

ISCdy←ISCtw＋ISCet そして、次のステップ15では、上記のようにフィード
バック補正ISCfbを含まない制御値ISCdyに相当するデュ
ーティ比DUTYの駆動パルス信号をアイドル制御弁５に出
力する。

尚、前記制御値ISCdyの構成要素として、バッテリ電
圧に依存して設定される補正量を加えるようにしても良
い。

また、フィードバック制御条件が成立していないとき
にも、設定した制御値ISCdyと許容最大値ISCmaxとを比
較するようにしても良いが、フィードバック補正量ISCf
bを含まない状態では制御値ISCdyが許容最大値ISCmaxを
越えることがないので（換言すれば、フィードバック補
正を可能にすべくISCtw＋ISCetは限界値に対して充分小
さくなるように設定してあるので）、本実施例ではフィ
ードバック制御条件成立時にのみ許容最大値ISCmaxへの
制限を行うよう構成した。

〈考案の効果〉 以上説明したように、本考案によると、駆動パルス信
号の開弁デューティ比に応じて開度が調整されるアイド
ル制御弁を備えたアイドル回転速度制御装置において、
機関温度に応じて前記デューティ比の開側制御限界値を
可変設定し、該限界値に基づいて最終的なデューティ比
及び該デューティ比のフィードバック補正分を制限する
共に、前記制限されたフィードバック補正分がフィード
バック制御再開時の初期値として与えられるようにし、
かつ、外部負荷が加わっていないときのデューティ比に
基づいて前記限界値を修正するようにしたので、フィー
ドバック補正によって開側に過剰なデューティ比が設定
されることを回避でき、フィードバック制御再開時の回
転速度の跳ね上がりを抑止でき、また、スロットル弁の
漏れ流量の減少等があっても限界値による制限で必要空
気量が得られなくなることを防止できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成を示すブロック図、第２図は本考
案の一実施例を示すシステム概略図、第３図は同上実施
例におけるアイドル制御弁への駆動パルス信号のデュー
ティ比を設定する制御を示すフローチャート、第４図は
従来のアイドル回転速度制御装置における問題点を説明
するためのタイムチャートである。 ３…スロットル弁、４…補助空気通路 ５…アイドル制御弁、８…機関、９…コントロールユニ
ット、10…回転速度センサ 12…水温センサ、14…エアコン用リレー 15…電気負荷スイッチ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の吸気系に介装したスロットル弁をバ
   イパスする補助空気通路に介装され駆動パルス信号の開
   弁デューティ比に応じて開度が調整されるアイドル制御
   弁と、機関回転速度を検出する機関回転速度検出手段
   と、所定のアイドル運転条件で検出される機関回転速度
   を所定の目標回転速度に近づけるように前記デューティ
   比のフィードバック補正分を設定するアイドル回転フィ
   ードバック手段と、機関温度を検出する機関温度検出手
   段と、少なくとも前記機関温度検出手段で検出される機
   関温度を含む機関運転条件に基づいて前記デューティ比
   のフィードホワード分を設定するフィードホワード分設
   定手段と、前記フィードバック補正分とフィードホワー
   ド分とを加算して前記デューティ比を算出するデューテ
   ィ比算出手段と、前記機関温度検出手段で検出した機関
   温度に応じて前記デューティ比の開側制御限界値を機関
   の所定外部負荷の増大を見込んで可変設定する限界値設
   定手段と、前記デューティ比算出手段で算出された前記
   デューティ比が、前記限界値設定手段で設定された開側
   制御限界値を越えるときに、前記デューティ比を前記開
   側制御限界値に制限すると共に、前記開側制御限界値か
   ら前記フィードホワード分を減算した値を前記フィード
   バック補正分として更新設定するデューティ比制限手段
   と、前記アイドル回転フィードバック手段によるフィー
   ドバック制御の停止時における前記フィードバック補正
   分を記憶保持し、フィードバック制御の再開時に前記記
   憶保持したフィードバック補正分を初期値として設定す
   るフィードバック補正分初期設定手段と、前記デューテ
   ィ比の駆動パルス信号を前記アイドル制御弁に出力する
   駆動パルス信号出力手段と、機関に所定外部負荷が加わ
   っていない状態である限界値判定運転状態を検出する判
   定運転状態検出手段と、該判定運転状態検出手段により
   前記限界値判定運転状態であることが検出され、かつ、
   前記デューティ比算出手段でデューティ比が算出されて
   いるときに、外部負荷が加わっていない状態で目標回転
   速度が得られるよう予め設定した基本デューティ比と現
   在のデューティ比を比較しその偏差に基づき前記開側制
   御限界値に補正を加える限界値補正手段と、を含んで構
   成されたことを特徴とする内燃機関のアイドル回転速度
   制御装置。