JPS593140A - 内燃機関の回転数制御装置 - 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】 本発明は内燃機関の回転数制御装置に係り、更に詳しく
は特に内燃機関のアイドリンク時の回転数の制御を行な
う回転数制御装置に関する。

特に自動車において内燃機関の駆動を制御するために、
内燃機関の回転数を制御する制御装置を設けることが知
られている。その場合、特に重要なのはアイドリンク時
の回転数（以下アイドリンク回転数と呼ぶ）である。す
なわち自動車において走行以外にエンジンの出力を消費
する装置（以下消費装置と呼ぶ）が設けられおり、この
消費装置がオン・オフ可能でかなりの機械的な負荷を与
える場合には、内燃機関のアイドリング１寺偽費装置が
急に作動されたような場合回転数が極度に落ちるかない
しは停止することがあり得る。このことは例えば内燃機
関が運転されてお先山動車が停車している場合に空調機
、オートマチックトランスミッション、パワーステアリ
ング等の消費装置が作動された時に起り得る。回転数制
御が行なわれない内燃機関の場合には全体の負荷が大き
くなる結果内燃機関は停止する。さらにエネルギーを節
約するために、内燃機関のアイドリンク回転数をできる
限９小さく調整する努力がなされている。このようなア
イドリンク回転数制御は内燃機関の暖気運転時の場合並
びにフリーホイル走行等のような特別の運転の場合に重
要になる。

アイドリンク回転数の制御についてはよく知られている
ように比例制御器、比例・積分制御器ないしは比例・積
分・微分制御器等がよく用いられる。しかしその場合一
般的にはエンジンの回転数の目標値からの偏差を検出し
て、それにより制御を行なうような方法が行なわれてお
り、このような方法が、例えば米国特許第３６６１１３
１号に記載されている。しかしこのような純然たる回転
数制御装置には、制御効果が比効的遅いという欠点があ
る。というのは回転数の降下ないしは上昇は、単に変化
する運転状態の直前の結果に従って生じるに過ぎないか
らである。このことは、内燃機関の種々の運転状態を区
別して制御していないという結果になる。このように、
純然たる回転数制御装置によっては、例えば自動車がア
イドリンク状態にあるのかそれともエンジンブレーキを
かけた時のような減速運転（以下これを単に減速運転と
云う）で駆動されているのかが判別されない。減速運転
の場合には、制御器は制御値が零のストップ点まで下げ
られているであろうし、その結果調整部材、すなわち通
常は絞り弁をバイパスさせるバイパス弁は完全に閉じら
れている。

減速運転においては回転数がかなり大きいので、内燃機
関によって吸気管内の空気が空になるまで吸気されてし
まう可能性がある。減速運転にお整運転者がクラッチを
踏み、空調機のような大きな消費装置が作動されると、
調整部材が直ちに開放されるのにもかかわらず、回転数
をダイナミックに変化させることは殆どできない。とい
うのは、それにはまず吸気管が空気で満たされなければ
ならないからである。これにより、回転数が下方限うな
駆動の場合には、アイドリンク回転数制御が行なわれる
内燃機関はアイドリンク制御が行われないものに比べて
欠点があることが判る。というのはこの制御が行なわれ
ない内燃機関の場合には所定の空気がアイドリンク調整
ネジを介して常に残っていて、吸気管が完全に吸気し尽
されることはないからである。アイドリンク回転数制御
が行なわれているときで上述したような問題は通常自動
車がオー　トマチック駆動である場合であり、減速運転
時に急激にブレーキがかけられた時に起る。

というのはその時に走行速度が降下するためにトランス
ミツショ／は後退するように制御され、それによりエン
ジンとトランスミッション間の力の伝動が短時間遮断さ
れるからである。

ＷＯ−ＡＩ−８］１０１５９］号から、内燃機関の吸気
圧を検出して内燃機関のアイドリンク制御を行なうこと
が知られているが、この従来の装置では吸気圧だけしか
用いられない結果、アイドリング回転数を正確に維持す
ることは保証できない。それによって特に所定のアイド
リンク回転数の目標値に定常的に制御することはできな
い。

本発明は以上のような従来の欠点を解消するためになさ
れたもので、冒頭に述べた種類の内燃機関の回転数制御
装置において、内燃機関の運転状態にかかわらず常に適
正にアイドリンク回転数を制御することが可能で目標回
転数を確実に守れる内燃機関の回転数制御装置を提供す
ることを目的としている。

以上の目的を達成するために、本発明によれば運転状態
を制御する制御器を用い、この制御器によりエンジンの
回転数および目標回転数、負荷信号を処理する。その場
合回転数および負荷信号は負帰還を行なう比例回路を介
して、また負荷信号は正帰還を行なう遅延回路を介して
処理される。

それにより、負荷および運転状態が変化する遷移運転状
態においてもまた定常的な運転状態である場合にも同様
に良好な制御が行なわれる。

本発明による構成の長所は、運転状態制御器を用いるこ
とによって駆動機構を最適に制御できることであり、そ
の結果定常的な運転においても遷移する運転の場合にお
いても同様にアイドリンク回転数を正確に制御できる。

これにより燃料の節約と有害物質の放出の防止を一度に
行なうことができるとともに、極端な運転条件の場合、
例えば出力の大きな消費装置が作動または遮断された場
合にも内燃機関が止まったり、またはその回転数が高く
なりすぎることが防止される。

本発明の構成はアイドリンク回転数を制御するのに用い
られる調整部材の形式に無関係に適用され、バイパス弁
を用いた場合にもモータで駆動さｈる絞り弁である場合
にも同様に用いられる。

さらにこのような運転状態制御器においては、負荷信号
は負帰還されて比例的に処理されるとともに、正帰還的
に遅延されて処理されるので、特に好ましい制御が行な
われる。

以下図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明す
る。

第１図において符号１０は内燃機関の吸気管を示し、こ
の場合駆動用の燃料混合気の供給は絞り弁１２を介して
制御される。この混合気の供給は矢印１３で示されてい
る。アイドリンク回転数を制御するためにバイパス１４
が設けられており、このバイパス１４中にバイパス弁１
５が設けられ、このバイパス弁１５は円錐形の弁座を介
してバイパス１４を閉鎖できる。バイパス弁１５を作動
さぜるためにコイル１６が設けられており、このコイル
１６は制御器１７によって調節信号ＢＰを介して駆動さ
れる。この制御器１７には入力信号が導かれる。少なわ
ち負荷を示す圧力Ｉ）の信号が吸気管１０内に設けられ
た圧力センサ１８から入力されるとともに、回転数ｎＭ
の信号がエンジンの、駆動軸の回転を検出する回転数セ
ンサ１９から入力される。さらに制御器１７には目標回
転数ｎ８の信号が端子２１から導かれる。

内燃機関のアイドリンク時には通常絞り弁１２が閉じら
れており、アイドリンク回転数はコイル１６を介して調
整部材としてのバイパス弁１５を調節することにより正
確に目標回転数ＩＩｓに対応すするように制御される。

このために制御器１７ば、後述する方法によって入力デ
ータｌ）　、　ｎＭおよびｎｓから、コイル１６を駆動
する調節信号Ｂｌ）を形成する。勿論、その場合圧力Ｐ
の信号の代わりに内燃機関の負荷を示す他の信号、例え
ばｌ・ルク等の信号を用いることもできる。

第１図において用いられた回転数を調節する調整部材と
してバイパス弁１５の代わりに第２図に示すような電磁
的なヅフト機構を用いることもでき、その場合も優れた
効果が得られる。このために絞り弁にはリンク軸２２が
設けられており、このリンク軸２２はその一端がウオー
ムギヤ２４と噛合している歯車２３に係合されている。

ウオームギア２４は、制御器１７により制御されるモー
タ２５により駆動される。通常の運転駆動においてハ絞
り弁１２は不図示のアクセルペダルにより直接に作動さ
れるか、または破線で示されているようにアクセルペダ
ルにより同様に不図示のサーボ機構を介してモータ２５
ｆ：駆動することにより作動される。通常絞り弁１２が
閉じている場合には、アイドリンク回転数は絞り弁１２
を制御器１７によって移動させることにより電磁的に調
整される。

本発明に用いられる制御器をよりよく説明するために、
第３図に内燃機関における駆動がいかに構成されるかを
モデル化した内燃機関モデル２９を示す。絞り弁とバイ
パス弁によりデータ入力が行なわれ、これは信号符号Ｄ
ＫないしＢＰおよび第１図による実施例に用いられた参
照番号１２．１５で示されている。これらの信号は第１
の加算点３０で加算され、単位時間当りの流入空気量：
ｒ１７．ｕが導き出される。この流入空気量から単位時
間当りの流出空気量フａｂが第２の加算点３１に示され
るように減算される。その結果得られる単位時間当りの
空気量は第１の積分回路３２で積分される。この積分さ
れた値は確実な負荷情報となる圧力信号■）を表わす。

この圧力信号Ｐから、本実施例では特に詳細には説明し
ないが回路３３（第３図で点紛て図示）を介してエンジ
ントルクＭＭが出力され、また第３の加算点３４におい
てエンジントルクＭφ・ら負荷トルクＭＬが減算される
。この負荷トルクＭＬは、出力の大きな消費装置等の他
の負荷を示している。第３の加算点３４からの出力は、
その時に作用している慣性トルクを配慮して第２の積分
回路に−おいて積分され、エンジン回転数ｎＭとなる。

このようなモデル２９は内燃機関をあられずモデルとし
て説明することができ、その場合制御技術的に言って重
要な２つの運転状態のデータが得られる。これらのデー
タは上述のモデルでは積分回路３２．３５から出力され
るものである。

従って制御余昏このような内燃機関のモデル２９から得
られる圧力Ｐおよび回転数ｎＭを処理する。

第３図によるモデルから容易に判るように、・内燃機関
モデル２９において運転状態データである圧力Ｐはエン
ジン回転数ｎＭより早く処理される結果、圧力Ｉ〕を参
照することによって効果的な結果が得られる。というの
は内燃機関モデル２９において変化がより早く検知され
制御されるからである。

本発明に用いられる運転状態を制御する制御器は原理的
には第４図にブロック回路図の形で示すように構成され
る。

その場合、目標回転数ｎｓが比例回路４０を介して第４
の加算点４１に導かれ、その出力には内燃機関モデル２
９に出力される調節信号ＢＰが出力される。内燃機関モ
デル２９には矢印で示されるように、例えば絞り弁の位
置、道路の傾斜、自動車のデータ、作動された消費装置
、空気圧等のデータが入力される。運転状態データとし
ては第３図に関連して上述したようにＰとｎＭが処理さ
れる。

第４の加算点４１は３個の入力を有する第５の加算点４
２に接続されている。第１の非反転入力には比例回路４
３を介して回転数ｎＭが入力され、第２の非反転の入力
には比例回路４４を介して圧力データ■〕が入力され、
第３の反転入力には遅延回路４５を介して圧力データＰ
が印加される。第５の加算点４２は第４の加算点４１の
反転入力に接続されているので、比例回路４３．４４は
負帰還的に作用し、また遅延回路４５は正帰還的に作用
する。

さらに本発明の構成において、特性信号発生器５７が設
けられ、この信号発生器を介して遅延回路４５の時定数
が、目標回転数０８およびエンジン回転数ｎ　Ｍ−、不
図示のスイッチの位置Ｓに関係して調整される。

自動車が停止しエンジンがアイドリンク状態にある時に
は、エンジン回転数は主に比例回路４３を介して目標回
転数の値に制御される。この運転状態において、その他
に出力の大きな消費装置が作動されると、回転数が下が
るとともに絶対圧力Ｐが高くなる。それにより第５の加
算点４２の出力信号は比例回路４３を介して低減され、
さらに遅延回路４５を介しである遅れをもって低減され
る。この結果第４の加算点の出力に現われる調節信号が
大きくなり、従って内燃機関の充填量が高くなる。それ
により再び総体圧力Ｐが減少し、定常的に目標回転数と
なるまでエンジン回転数が増加する。

他の運転の場合で、例えば自動車が減速運転（エンジン
ブレーキのような）で駆動され、アクセルペダルが離さ
れ、絞り弁が閉じられている場合には、エンジン回転数
は目標回転数を上回っているので、比例回路４３を介し
ての比例制御は作用しない。しかし、この場合他の比例
回路４４を介して総体圧力Ｉ）が処理される。この場合
給体圧力Ｐはエンジン回転数が高い結果極度に下がって
いる。それにより目標回転数を超過しているにも拘らず
、調整部材が所定量開放され、エンジンには充填が行な
われる。エンジンとトランスミッションとの間の力の結
合がクラッチが離れることによって遮断されると、エン
ジン回転数が急激に下がるとともに総体圧力が急激に上
昇する。この相反する作用は比例回路４３．４４を介し
て相殺され、一方遅延回路４５を２１−シて行なわれる
正帰還は当面作用しない。これにより、エンジン回転数
は目標値に制御されるとともに、回転数制御だけによる
制御装置の場合のようになること、すなわち吸気管が吸
気されて空になり、場合によって回転数が１駆動限界よ
り下まで落ちてしまうということはない。

負荷がさらに１１０わった場合に回転数が急激に落ちな
いように補償することは、圧力を正帰還する遅延回路４
５の時定数を制餌することによって、さらに改善される
。好ましくは時定数は、エンジンの回転数ないしは回転
数の差ｎＳ−１１Ｍないしは、これらの両方のデータの
時間的な変化に基づいて非線型関数に従い決定される。

この手段により制御回路の動作が常に安定したものとな
ると同時に回転数の急激な降下を非常に速い速度で補償
することができる。

このように、本発明による制御装置は変化する運転状態
においても定常的な運転状態においてもすべての運転の
場合に目標回転数を確実に維持することかできる。

第５図は本発明による制御装置の他の実施例を示すブロ
ック回路図である。この制御装置の場合も、エンジン回
転数ｎＭおよび目標回転数口。ならびに総体圧力Ｐが比
例回路４３，４０．４４に導かれ、この場合、これらの
比例回路４３．４０．４４は共通の第♀の加算点５０の
それぞれ対応する極性の入力に接続されている。絶対圧
力Ｐは遅延回路４５にも導かれ、この遅延回路４５には
反転特性信号発生回路５１が接続されている。その場合
、遅延された圧力信号の正帰還は傾斜が負の特性信号発
生回路５１を介して行なわれる。正帰還される遅延圧力
信号と、負帰還される圧力信号とは回路５２において互
いに結合される。なお、その場合の結合は加算的にも乗
算的にも行なうことかできる。この実施例の制御装置の
機能は第４図に関連して説明した制御装置の機能に相当
し、その場合比例回路４３の出力と遅延回路４５を結ぶ
破線は遅延回路の時定数を調整できることを示している
。

さらにわずかな残留誤差を補償し、また特に正帰還回路
４５．５１に障害を与える可能性のある素子のばらつき
を補償するために、回転数の差を側脚する積分回路と比
例回路が設けられる。このために第７の加算点５３にお
いて回転数の差の信号が形成され、この差信号は、後段
に制限回路５５を接続した積分回路５４に入力されると
ともに微分回路５６にも入力される。この場合、制限回
路５５と微分回路５６とは第６の加算点５０の非反転入
力に接続されている。積分回路５４と微分回路５６はよ
く知られているように残留誤差の補償ないしけ制飢器の
応答速度の改善に用いられる。

なお、運転状態を制御する制御器の比例回路４０゜４３
．４４におけるフィードバック作用は例えば１）　Ｉ　
Ｄ素子によっても実現できるのは勿論であり、本発明の
範囲は上述した実施例に限られるものではない。

【図面の簡単な説明】

各図は本発明の詳細な説明するもので第１図は内燃機関
のアイドリンク回転数制御装置の構成を説明する概略構
成図、第２図は絞り弁の電磁的なシフト機構の構成を示
す概略構成図、第３図は内燃機関における駆動構成をモ
デルで示したブロック回路図、第４図は本発明による運
転状態制御器の構成を示すブロック図、第５図は本発明
の他の実施例の制御回路の構成を示すブロック図である
。 １１・・・内燃機関　　　１２・・・絞り弁１５・・・
バイパス弁　　１７・・・制御器１８・・・圧力センサ
　　　１９・・回転数センサ４０．４３，４４・・・比
例回路　４１．４２．５０．５３・・・加算点４５・・
・遅延回路　　　　５１・・・特性信号発生器５４・・
・積分回路　　　５５・・・制御回路５６・・・微分回
路 Ｎ　　　　　ｌ／１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　目標回転数（ｎＳ）を出力する目標回転数信号発
   生器と、エンジンの回転数を検出する回転数センサ（１
   ９）と、目標回転数（ｎ８）と実際の回転数（ｎＭ）に
   応答する制御器（１７）と、制御器（１７）の出力によ
   り駆動されてエンジンの回転数（ｎＭ）　’に調整する
   調整部材とを備え、特にアイドリンク時の回転数制御を
   行なう内燃機関の回転数制御装置におりて、エンジンの
   負荷を連続して検出するセンサ（１８）が設けられ、前
   記制御器（１７）が回転数信号（ｎＭ−１１ｓ）と負荷
   信号（ｐ）に従って調整部材を調節する調節信号（Ｂｌ
   ））を発生する運転状態制御器として構成されているこ
   とを特徴とする内燃機関の回転数制御装置。 ２）　前記調整部材は、内燃機関（１１）の吸気管（１
   ０ン内に配置された絞り弁（１２）をバイパスできるバ
   イパス弁（１５）であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の内燃機関の回転数制御装置。 ３）　前記調整部材は、内燃機関（１１）の吸気管（１
   ０）内に配置された絞り弁（１２）をモータによってシ
   フトさせるシフト機構であ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回転数制御装置。 ４）　前記運転状態制御器は目標回転数（ｎ８）と実際
   の回転数（ｎＭ）の差を処理するための負帰還を行なう
   第１の比例回路（４０、４３）と、負荷信号（Ｉ〕）　
   ’ｘ処理するだめの負帰還を行なう第２の比例回路（４
   ４）４項のいずれか１項に記載の内燃機関の回転数制御
   装置。 ５）　前記回路、（４０、４３、４４）には比例、微分
   、積分成分が含まれ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回転数制御装置。 ６）　負帰還を行なう第１の比例回路（４０、４３）に
   積分および微分成分（５４、５６）が与えられることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項または第５項に記載の
   内燃機関の回転数制御装置。 ７）　第２の比例回路（４４）と負荷信号（Ｐ）を遅延
   させる遅延回路（４５）は互いに乗算的にまたは加算的
   に結合されることを特徴とする特許請求の範囲第４項ミ
   第６項のいずれか１項に記載の内燃機関の回転数制御装
   置。 ８）　正負還を行なう遅延回路（４５）の遅延は、特に
   エンジンの回転数　（ｎ　Ｍ５　寸ｆ＜は実際の回転数
   （ｎＭ）と目標回転数（ｎ８）との差、またはこれらの
   データの時間的な変化、またはスイッチの位置（Ｓ）に
   よって調整されることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項〜第６項のいずれか１項に記載の内燃機関の回転数制
   御装置。