JPS6176736A - 内燃機関用運転制御装置 - 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 本発明は内燃機関用アイドル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、安定なアイドル運転を行なうことができろ
ようにした内燃機関用アイドル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う、
各気筒の出力が均一にならず、特にアイドル回転時に内
燃機関の安定性が著しく損なわれ、排気ガス中に含１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が
った。

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部制御方式の装置が
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って内燃機関の平
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、所謂学資方式によって、各気筒に
対する燃料噴吋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５８−２１４６３
１号公報参照）。

発明が解決しようとする間遠点 しかし、上述の従来装置は、いずれも、千泊機関速度と
その時々の各節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、マイクロコンピュータ
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。

本発明の目的は、多気筒内燃機関の各気筒間の速度差に
従う閉ループ制御により、制御結果を評価するための複
雑なアルゴリズムを必要とせず、応答性よく各気筒毎の
調量制御を行なうことができる内燃機関用アイドル運転
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 本発明の構成は、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、上
記検出手段からの検出結果に応答して上記内燃機関の平
均速度を演算する第１漬算手段と、所要の目標アイドル
回転速度を示す巨像速度データを出力する手段と、上記
第１演算手段の演算結果と上記巨像速度データとに応答
し上記巨像アイドル回転速度を得るために上記内燃機関
に供給すべき燃料の量に関連した第１制御データを出力
する手段と、上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返し演
算出力する手段と、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、上記差データに応答
し上記差データにより示される差分を零とするために必
要な供給燃料に関連した第２制御データを演算出力する
手段と、該タイミング検出手段による検出結果に基づき
上記各気筒に対する次回の燃料調節行僅以前において上
記第１制御データと上記第２制御データとに応答し上記
内燃１幾関への供給燃料を調節するための調節部材の位
置ｔａ制御を行なう手段とを備えた点に特徴を有する。

作用 上述の構成によれば、内燃機関の平均速度が所望の巨像
アイドル回転速度に制御されるフィードバック制御ルー
プ中に、内燃機関の各気筒の瞬時速度が等くなるように
各気筒に対する調量制御を行なうフィードパ、り制御ル
ーｆを設けたので、内燃機関の角速度変動中を一定とす
ることができ、内燃機関の振動を減少させることができ
るほか、ノイズレベルが下がり、アイドリング回転速度
を下げることができる。従って、アイドリング運転を低
燃費で、且つ安定に行なうことができる。

実施例 以下、図示の実施例により本発明の詳細な説明する。

第１図には、本発明による内燃機関用アイドル運転制御
装置をディーゼル機関のアイドル運転制御に適用した場
合の一実施例がグロック図にて示されている。アイドル
運転制御装置１は、燃料噴射ボンデ２から燃料の噴射供
給を受けるディーゼル機関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。

ディーゼル機関３のクランク＠４には、・クルす５と電
磁ピックアップコイル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、ディーゼル機関
３は、４サイクル４気筒であり、そして、・セルサ５の
周縁に９０°間隔で形成されたコグ５ａ乃至５ｄがディ
ーゼル機関３の４つの気筒の各ピストンがＩＩ頁次上死
点に達するタイミングで電磁ピックアップコイル６に対
向するように、・そルサ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、ディーゼル機関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、各コグが電磁ピックアップコイル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って分り、各正負のピーク間の
零クロス点の時刻ｔｌ　＋Ｆ　、ｔ３・・・ｔ１７が、
夫々、ディーゼル機関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の各谷となっている時刻ｔＩ、ｔ３＋ｔｓ　ｒ・・
・ｔｔｙが気筒における爆発タイミングであり、この爆
発によって機関速度は上昇し、時刻Ｊ　ＨＬ４　＊・・
・ｔａｇ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。ディーゼル機関３の瞬時速度は上述の理由によっ
て、周期的に変動し、その変動周期はクランク軸４の１
回転に一致している。

ここで、ディーゼル機関３の４つの気筒を夫々気筒Ｃ１
，Ｃ２１ｃｓ　ｌｃ４と名づけ、これらの気筒Ｃ。

乃至Ｃ４が、夫々時刻ｔ１　＋Ｆ　Ｉｔ５　Ｉｔ、にお
いて爆発行程に入力、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Ｃ。

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
の針弁す７　ト／＃ルス信号ＮＬＰ　１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・クルス信号ＮＬＰ、は、第
２図（ｃ）に示されているように、気筒自の爆発タイミ
ングであるｔｌｌ　ｔ９　＋　’１７＋・・・の直前に
出力され、従って、タイミング検出部１０では、例えば
針弁リフトパルス信号ＮＬＰ！によりリセットされるカ
ウンタ手段によって、交流信号ＡＣ中の正又は負のパル
スが計数されておシ、任意の零り０７点が、針弁リフト
ハルス信号ＮＬＰ、発生後の何番目のものかを識別する
識別データ［）ｉが作成され、この地側データＤｉ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
入力されておシ、識別データＤ１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９
０°回転するのに要する時間θ！１．θ２０．・・・θ
４８．θ１□、θ２２．・・・を交流信号ＡＣに基づい
て計測する。これらの時間θ１１１θ２１１・・・は、
各気筒の爆発タイミングを示す交流信号ＡＣの零りロス
点タイミングから次の零り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θＩ
ｆ　ｌθ２１１・・・は、各気筒の瞬時回転速度を示す
データとして順次用される。気筒Ｃｉ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
出された順序に従って、一般”　ＮＩｎ　（”　＝１　
＋　２　＋・・・）と表示することとする。

従って、速度検出部８から出力される瞬時速度データＮ
ｉユの内容は、第２図（ｄ）に示す如くなる。

瞬時速度データＮｉｎは、平均値演算部１１に入力され
、ここでディーゼル機関３の平均速度が演算される。符
号１２で示されるのは、ディーゼル機関３のその時々の
運転状態に見合っ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Ｎｔ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
速度データにと目標速度データＮｊ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Ｄｅとして第１　ＰＩＤ演算部１４に人力され、ＰＩ
Ｄ制御のためのデータ処理が行なわれる。

第１　ＰＩＤ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Ｒが入力されている変換部１６に入力され、誤
差データＤ６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Ｓ！に変換さ
れる。位置上／す１８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Ｓｌ　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２　ＰＩＤ演算部２
０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からの出力に応じ之デユーティ比の／−’ルス信
号ＰＳが出力される。ノ４ルス信号ｐｓは、駆動回路２
２を介して噴射量調節部材１７の位置制御を行なうため
のアクテユータ２３に印加され、これにより、噴射量調
節部材１７は、ディーゼル機関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（ｔヱに応
答する上述の閉ループ制御系により、ディーゼ／Ｉ／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、ディーゼル機関３に対する調
速制御が行なわれる。

本装置１は、更に、ディーゼル機関３の各気筒の出力を
同一とするように制御する、所謂各部制御を行なうため
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。

各筒制御のための閉ループ制御系は、各気前の瞬時速度
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Ｎｉｎ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、従って、Ｎｉ１−Ｎ、１Ｉ
Ｎ２１−　Ｎ３１　＋　Ｎ３１−　Ｎ４１　ｒ・・・が
差データＤｄとして速度差演算部２４から）１噸次出力
される。これらの差データの出力タイミングが第２図（
、）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ＤｄＯ値は零となるこ
とが望まれる。従って、差データＤｄは、零を内容とす
る基準データＤ１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３　ＰＩＤ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Ｄ。とじて出力される。

尚、ディーゼル機関３の平均速度データＮは、速窒検出
部８から新しい瞬時速度データＮ１ｎが出力される毎に
更新され、従って、その内容は、第２図（ｆ）に示すよ
うに、Ｎ１．　Ｎ、　、・・・の如く変化している。

出カルυ御部２７は、差データＤｄに基づく制御出力デ
ータＤ。の出力タイミングを制御するためのものであシ
、識別データＤｉに従って、その出力タイミングが以下
のように制御される。

即ち、成るタイミングで得られた１ｈ１［御出力データ
Ｄ。は、その制御データの基となっている差データに関
連する気筒ＣｉとＣ，＋１のうち、気筒Ｃ１＋＋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１　ＰＩＤ演算部１４の出力であるアイドル制
御量データＱｉｄｅと加算部１５において加算される。

従って、時刻ｔ４において得られた差データＮｄ（＝Ｎ
ｌｔ　−Ｎ２１　）は、気筒ｃｌ　と０２との間の瞬時
速度差を示すものであり、従って、気筒Ｃ２の次に燃料
の吸入行程に入る時刻ｔｏより少なくとも前であって、
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。従って、この場合、Ｎｔ＋　−Ｎ２！の差
データに基づくルリ御データＤ。は、平均データＮ３に
相応するアイドル制御量データＱｉｄｅと加算されるこ
とになる。この結果、前回の速度差Ｎｉｔ　−ＮＨ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Ｃ，と気筒Ｃ２と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ＣＩ　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
気筒の出方が等しくなるよう制御される。

尚、出力Ｗｉ制御部２７の出力側には、ループ制御部２
８によりオン、オフ制御されるスイッチ２９が設けられ
て分り、各開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、スイッチ２９を閉じて各油制御を行ない、所
定の条件が満たされない場合にはスイッチ２８を開き、
各油制御を中止し、各油制御によりアイドル運転ががえ
っ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、上述の各油制御による角速度制御は、アイドル回
転速度が、所Ｉの目家直に対して所定の範囲内に入って
いる安定した状態にて行なうのが望ましい。これは、噴
射系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、上述の各油制御がうまく作動するた
めである。従って、加減速操作を行なっている場合、成
るいは、制御系に異常が生じている場合には各油制御を
行なうとかえってアイドル運転が不安定となる。

従って、本実施例では、■ディーゼル機関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４ダルの踏込量が所定値８
２以下となっていることの諸条件が全て満足された場合
にのみ、スイッチ２９が閉じられ、各油制御のための制
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
御となったこと、■目傾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（≧ａｒ　　）以上と
なったこと、■アクセルペダルの踏込量が所定値ａ４　
（≧ａ２　）以上となったこと、■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
った場合には、スイッチ２９を開いて、各油制御が中止
される構成となっている。

尚、各油制御を行なうか否かによって制御の状態が変わ
るので、第１及び第２　ＰＩＤ演算部におけるＰＩＤ定
数を、スイッチ２９の開閉状態に応じて変更するように
構成し、よシ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によりスイッチ２９が閉じられ
ると同時に、ノクルス巾変調器２１がらの・ぞルス信号
ＰＳの周波数が、ディーゼル機関の回班速度と干渉関係
にない所定の周波数に変更され、これにより、各油制御
時には、アクチュータ２３の１芯答はの向上を図ってい
る。

上述の構成によれば、ディーゼル機関の平均速度及び噴
射埼調節部材の位置に基づく閉ループ制御により、機関
速度のアンダーシュ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巨像値に概略至らしめる等の１
８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１１１ｔｌ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。各油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１笥１１ｉ
ｉ制御はそれを補正する機能を果している。尚、上述の
如く、各油制御は、アイドル回転速度が、目Ｉ学値の近
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
く設定されておシ、各油制御の動作に大きな影響を与え
ないようになっている。

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ってからクランク佃が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
上に役立っている。

効果 本発明によれば、各気筒の角速度変動幅を一定とするよ
うに各油制御を行なうので、機関の振動が減少し、ノイ
ズレベルが下り、ひいてはアイドリング回転速度を下げ
ることができるので、燃費の改善にも役立つものである
。そして、目標速度が明確であるので、演算処理が容易
であシ、学習制御方式と異なシ、構成が簡単で済む等の
利点を有している。

【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ック図、第２図（
、）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・−・７然料噴射ポ
ンプ、３・・・ディーゼル機関、４・・・クランク軸、
８・・・速度検出部、１０・・・タイミング検出部、１
１・・・平均値演算部、１２・・・巨像速度演算部、１
７・・・噴射量調節部材、２３・−・アクチュータ、２
４・・・速度差演算部、２７・・・出力制御部、ＡＣ・
・・交流信号、ＤＪ・・・識別データ、Ｎｉｎ・・・瞬
時速度データ、Ｄ。・・・制御出力データ、Ｎｔ・−・
巨像速度データ、Ｎ・・・平均速度データ。

Claims (1)

【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、所要の目標アイドル回転速度を示す目
   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アイド
   ル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制御データを出力する手段と、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えし演算出力する手
   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供給燃料
   に関連した第２制御データを演算出力する手段と、該タ
   イミング検出手段による検出結果に基づき前記各気筒に
   対する次回の燃料調節行程以前において前記第１制御デ
   ータと前記第２制御データと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位置制御を行なう
   手段とを備えたことを特徴とする内燃機関用アイドル運
   転制御装置。