JPS62199948A - 内燃機関の制御装置 - 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、内燃機関の制御装置に係り、特に、自動車用
内燃機関に使用するに好適な電子式制御装置に関する。

〔従来技術〕

機関発生トルク変動の低減に関し、機関発生トルク変動
の状況を検出し、トルク変動が最小になる方向に１点火
時期、燃料供給量を修正する方法が、特開昭５９−９３
９４５号に開示されている。

また、振動に同期して、空気、燃料の混合気を変化する
方法がＵＳＰ４３４５５５９号に１点火進角を制御する
方法がＵＳＰ４１７８１１１９１号に表示されている。

また、クランク軸のねじり量、及びその変化率で空燃比
を補正する手段が、特開昭６０−２６１３１号に開示さ
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術は、機関−駆動系のねじり振動、制御系の遅れ
に伴う振動を、回転数、トルクを測定して抑制するもの
であるが、回転数、トルクの信号には、サイクル毎の燃
焼変動、路面の凹凸等に伴うノイズが含まれており、制
御ゲインを高めることができず、トルク変動低減効果が
不充分である。

また、従来例は、空燃比２点火時期等を別々に制御して
いたので、連応性と、安定性を両立させるのが困難であ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、回転数、トルク等の信号を、カルマンフィ
ルタを介して処理すると共に１点火時期。

空気量、燃流量等の制御入力と、トルク、回転数等のエ
ンジンの状態の関係を示す状態方程式を複数個用いて、
エンジンを制御する手段を提供して、上記問題点を解決
したものである。

〔作用〕

運転中の時々刻々の回転数、トルクの情報を、カルマン
フィルタを介して処理する。この処理された情報を基に
、状態方程式の変数を求め、これを基に１点火時期、空
気量、燃料量等の入力を定めて、エンジンを制御する。

これにより、ノイズの影響を回避でき、駆動、推進力の
振動を大幅に低減１乗車感を高める効果がある。

また、不安定性が回避でき、振動を伴うことなく、車の
加、減速運転のレスポンスを向上する効果がある。

内燃機関の分野で、カルマンフィルタを適用した例とし
ては、特開昭５９−１８２６７号がある。この公知例は
、気筒内圧力が最大となるクランク角を求め、これをカ
ルマンフィルタで処理してノイズを除去し、点火時期を
閉ループ制御するものである。

効果は、最大トルクの確保にある。しかし、筒内圧力に
は、エンジンのねじれ振動に伴う状態の変化が直接には
表われず、本発明のような振動抑止の効果はない。

公知例を用いて、筒内圧力の変化を推定しても、これか
ら１回転数、トルクの変化を求めることは困難である。

筒内圧力から求まる図示出力がそのまま有効出力とはな
り得す、エンジンの慣性、摩擦の影響を受けて、有効出
力が変化することは周知である。

これに対し、本発明の効果は、振動の低減にあり、振動
に関する状態を推定するために１回転数、又はトルクに
関する情報をカルマンフィルタで処理し、これを基に、
エンジンの出力を、振動が抑止されるように制御するも
ので、上記公知例とは、効果１作用が異なる。

また、公知例においては、制御入力は、状態変化の偏差
から、すなわち、閉ループ制御で与えられる。このよう
な閉ループ制御では、目標値におちつくのに時間がかか
り、振動抑止効果は小さい。

これに対し、本発明では、状態変数の関数として、制御
入力が態動的に定められるので、振動を抑止する効果が
大きい。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図面によって詳細に説明する。

第１図において、１はガソリンエンジン、２は吸気管、
３は排気管である。吸気管２の一部に。

エアフローメータ４．絞り弁５が取り付けられ。

絞り弁５にはスロットルスイッチ６が接続されている。

吸気管２の一部に燃料噴射弁８が、エンジン１の一部に
回転数センサ９．水温センサ１０゜点火プラグ１１が取
付けられている。これらは、制御回路１２２点火装［１
３に接続されている。

回転数センサ９の信号は、制御回路１２１を介して、回
路１２に接続される。制御回路１２は第２図のごとく構
成されている。マイクロプロセッサの演算処理装置１６
．記憶装置ＲＯＭ　１７　、　ＲＡＭ１８及びＲＡＭ１
９がバス２０を介して、おたがいに接続されている。Ｒ
ＡＭ１９は、エンジンのキースイッチがしゃ断されても
、内容を保持するものである。

バス２０にはＡ／Ｄ変換器１４．ｌ１０１５゜制御回路
１２１が接続されている。エアフローメータ４．水温セ
ンサ１０の信号は、Ａ／Ｄ変換器１４を介してＣＰＵｌ
６に、スロットルスイッチ６の信号ハ、ｌ１０１５を介
してＣＰＵ１６にとりこまれる０点火装置１１３．燃料
噴射弁８にはｌ１０１５を介して、信号がおくられる。

第３図に、制御回路１２１の構成を示した。発振器１２
２．比較器１２３．フィルタ１２４゜１２５から構成さ
れている。

発振器１２２は、電圧制御発振器で、フィルタ１２５の
出力に応じて周波数ｆｚが変化する。回転数センサ９は
、例えば、磁気ピックアップ式で、多数の歯を有するデ
スクをクランク軸と一緒に回動させ、歯がピックアップ
を通るときの信号を整形して、制御回路１２１に送る。

この回転数センサ９の信号の周波数ｆｓと前述のｆ２を
、比較器１２１で比較する。この出力ｖｏ：：ｆｚ　　
ｆｔである。このｖｏ　をフィルタ１２５に入力し、発
振器１２２の方に戻す。このようにすると、ｖｏの一次
遅れの値は、ｆｘの時間微分となる。したがって、比較
器１２３の出力をフィルタ１２４を介して出力すると、
ｆｚの時間微分、すなわち、回転数の時間微分、ｎが得
られる。さらに、フィルタ１２４の出力を積分器１２６
を介して出力すると、ｎの積分、すなわち、回転数に関
する情報ｎ申が得られる。

第３図の制御回路は、フェーズロックドループ（例えば
、日立製作新製の）ｌＤＬ４０４６集積回路）を用い構
成されている。

第２図において１回転数センサ９の信号は、■／○１５
にも入力され、回転数ｎの検出に用いられ、制御回路１
２１から出力される回転数ｎ１１と区別される。

第１図において、エンジン１のクランク軸３９の一部に
、トルクセンサ４０．クラッチ４１．変速機４２が取り
付けられている。トルクセンサ４ｏは、例えばストレン
ゲージ式で、トルクに比例した信号を出力する。トルク
センサ４０の出力は、Ａ／Ｄ変換器１４を介して、ＣＰ
Ｕ１６にとりこまれる。

以下、本発明の動作を第４図のフローチャートを用いて
説明する。まず、Ａ／Ｄ変換器１４を介して、回転数の
時間微分値ｎ、トルクセンサ４０の出力Ｔを、ステップ
４３．４４で読み込む、ステップ４５．ステップ４６で
Ｖｉｍ！２を求める。

ここで、８１．Ｃ２は定数である。

次に、ステップ４７で、ａｌ　を求める。ここで。

Ａｘ、Ｌｘは定数である０次にステップ４８でａ２を求
める。ここで、ＡｚｇＬｓは定数である。ひき続き、ス
テップ４９．５０で、ｎ、Ｔの推定値ｘｌ、Ｘｌを求め
る。状態変数に対する誤差の最小二乗平均値で推定値が
与えられ、サイクル毎の燃焼変動の影響はｎ、Ｔから除
去されている。

第５図のステップ２１で、エアフローメータ４（例えば
熱線式エアフローメータ）のアナログ信号でＡ／Ｄ変換
器１４でディジタルに変換し、これをＣＰＵ１６に読込
み、空気量Ｑａに対する値を、ＲＡＭ１８に記憶する。

ステップ２２では、回転数ｎを読込み、ＲＡＭ１８に記
憶する。ステップ２３では、Ｔｐ＝ｋＱａ／ｎ　（ｋは
定数）の演算を行う。この結果は、ｌ１０１５のカウン
タに移送され、一回転に１回、ダウンカウントされ、こ
の間、噴射弁８を開放状態にする。したがって、１回転
あたりの燃料供給量はＱａ／ｎ　　に比例し、すなわち
燃料量は空気量に比例したものとなる。

いま、トルクをｘ２とすると、 ｔ ここに、ｘｓ：燃料量 となる。（１）式は、周知のように、状態方程式である
。また、燃料供給装置である燃料噴射弁８から供給され
る燃料量μ８と、エンジン１のシリンダの燃料量ｘ８の
間には、次の状態方程式が成立する。

ｔ （１）式において、ｘ２の変化に対するｘｓの値が求ま
り、（２）式から、ｘｓの変化に対するμａが求められ
る。

第５図ステップ２４で点火時期θを求め、ステップ２５
で、ｎを求め、ステップ２６でｎ・を演算する。ステッ
プ２７．２８で係数を求め、ステップ２９で、修正すべ
き、トルクの値ΔＴが求まる。これは、エンジン１と車
体の機械的特性によって定まる値で、ΔＴは振動を減衰
するために付加すべきトルクの値を示している。従来の
公知例では、この値をもとに、゛直接、点火時期、燃料
量を修正していた。

本発明においては、上記の状態方程式を用いて。

修正すべき１点火時期、燃料量を求めるものである。こ
こでは、燃料量を求める手順を示す。

ステップ３０でｘｓを求め、ステップ３１で。

μδを求め、ステップ３２でＴｐを修正する。このＴｐ
をもとに、燃料噴射弁８を制御する６従来は。

ステップ２９のＴの値に対応して、μａを一定の関数関
係で定めていたので、制御系の遅れの影響でハンチング
が回避することができなかった。これに対し、本発明で
は、ハンチングが回避される。

Ｔを基にして、θを修正するのも、同様な手順で行われ
る。また、エンジンの出力は１点火時期以外に、ディー
ゼルエンジン等では、燃料量を制御することによって加
減できる。また、トルクのかわりに、筒内圧力を用いて
もよい。

第５図ステップ２９の物理的意味は１次のごときである
。一般に、エンジンの可動部の慣性を工とすると、軸の
ねじれｘ５は、 ここに、ｋ　：推進軸のばね定数 Ｔｅ　：エンジンの発生トルク μ　：減衰係数 となる。いま、 とし、（３）式のＴ６をＴｏ　　Ｔｃ　とすると、＝　
Ｔ　ｏ　　　・・・（５） となり、ＩＣ１μＣ，ｋＣを選定することによって。

振動系を安定化することができる。

すなわち、目標トルクＴｏに対し、発生トルクをＴｏ　
　Ｔｃのように、Ｔｃで修正することによって、振動を
抑止することができる。このＴｃは、Ｘδ、その微分、
２次微分などを用いて求められる。ｘ８．の微分は回転
数、２次微分は、回転数の微分になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エンジンの振動が抑止されるので、速
溶性と安定性の両立を図ることができ、車のドライバビ
リティが大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例の構成図、第４図、第
５図は動作説明のためのフローチャートである。 １・・・エンジン、９・・・回転数センサ、１２・・・
制御回１−−一　エンジン ｑ　　−−−ｏｉｉ数を一寸 ＋２．−−一　制作Ｐ口〉ト １３−−一　点又牧ｉ ４Ｑ　　−°−ドルクセ〉す Ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｊ高１＋口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．回転速度、あるいはトルクに関する情報を、カルマ
   ンフイルタで処理し、エンジンのトルクに関する複数個
   の状態方程式に、処理後の情報を入力し、振動が低減さ
   れるように内燃機関の制御入力（燃料量，点火時期等）
   を定める手段を具備したことを特徴とする内燃機関の制
   御装置。