JPS6315461B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、自動車を駆動するエンジンのアイ
ドル回転速度を制御する方法に関する。

従来、自動車用エンジンのアイドル回転速度に
ついて、メインテナンスフリーとしアイドル回転
速度を設計したとおりの目標値に制御するため
に、アナログコンピユータにより実際のエンジン
アイドル回転速度と目標値との偏差を求め、この
偏差に応じてエンジンの吸入空気量又は混合気供
給量を制御する閉ループ制御方法が提案されてい
る。

ところが、上記制御方法においては、制御パラ
メータとして自動車の運転パラメータが何ら考慮
されておらず、エンジンのスロツトル弁が閉じた
場合に閉ループ制御を行うため、自動車をアイド
ル回転速度付近で走行させているとき、あるいは
フツトブレーキにより減速走行させているときな
ど、運転者の意志に反してエンジン回転速度が異
常に高くなることがあり、運転者に不快適を与え
るという問題がある。

この発明は、上記の点に鑑みなされたもので、
運転者に不快適を与えることがないエンジンの回
転速度制御方法を提供することを目的とする。

特にこの発明は、目標値と実際のエンジン回転
速度との偏差に対応した制御量を、上限値と下限
値の間の制御範囲内に制限し、この制御範囲及び
目標値を自動車が減速状態にあるか否かに応じて
変化させるようにしたことを特徴としており、こ
の制御方法により上記問題に対処するものであ
る。

以下この発明になる制御方法を行う装置につい
て図に示す実施例により説明する。

第１図において、エンジン１０は、自動車を駆
動する公知の４サイクル火花点火式エンジンで、
エアクリーナ１１、エアフローメータ１２、吸気
管１３、吸気分岐管１４を経て主の空気を吸入
し、燃料、例えばガソリンは吸気分岐管１４に設
けられた複数の電磁式燃料噴射弁１５から噴射供
給される。

エンジン１０の主吸入空気量は、図示しないア
クセルペダルにより任意に操作されるスロツトル
弁１６によつて調整され、一方燃料噴射量は、コ
ンピユータ１７によつて調整される。燃料制御ユ
ニツト２０は、回転速度センサをなす電磁ピツク
アツプ２１で検出される回転速度と、エアフロー
メータ１２によつて測定される吸入空気量とを基
本パラメータとして燃料噴射量を決定する公知の
もので、他にエンジン冷却水温を検出する暖機セ
ンサ２２等からの信号を入力しており、これによ
つて燃料噴射量の増減を行う。

空気導管１８，１９は、スロツトル弁１６をバ
イパスするように設けられ、両導管１８，１９の
間には空気制御弁３０が設けられている。また、
導管１８の一端は、スロツトル弁１６とエアフロ
ーメータ１２の間に設けられた空気導入口に接続
され、導管１９の一端は、スロツトル弁１６の下
流部に設けられた空気導出口に接続されている。

空気制御弁３０は、ダイヤフラム式制御弁であ
つて、ハウジング３１，３２間に外周が挾設され
たダイヤフラム３３の揺動を、シヤフト３４に固
定された弁体３５に伝達し弁座３６を開閉する形
式のものである。ダイヤフラム３３は、ダイヤフ
ラム室３７、大気圧室３８間の圧力差によつて変
位し、また圧縮コイルばね３９により付勢され、
弁体３５の開弁力が付与されている。

弁体３５は、基本的にはニードル弁であつて、
弁座３６と形成する流通面積をダイヤフラム３３
の変位、すなわち室３７の圧力に応じて連続的に
変化させ、入口パイプ４１から出口パイプ４２へ
流れる空気量を調整する。また、弁体３５は、通
常のニードル弁とは逆に配設されており、比較的
弱い圧縮コイルスプリング４３により閉弁力が付
与されている。

なお、弁体３５は、通常のニードル弁とは逆に
配設されており、室３７の圧力が高くなる（大気
圧に近づく）と開弁し、室３７の圧力が低くなる
（真空に近づく）と閉弁する。また、第１図に示
す全開位置で弁体３５のリフト量（変化量）が０
であるとすると、図中上方へのリフト量Ｌに対し
て空気量Ｑが指数関数に変化するよう構成されて
いる。

ハウジング３２には、保持プレート４４が固定
されており、この保持プレート４４及び底部の支
持孔４５によりシヤフト３４が案内されている。
また、保持プレート４４には小孔４６が形成され
ており、この小孔４６を介して大気圧室３８内に
大気を導入させている。

ダイヤフラム室３７は、大気圧を導くため管４
７を介してスロツトル弁１６より上流のポート４
８に接続されており、負圧を導くため管４９及び
絞り５０を介してスロツトル弁１６下流の吸気分
岐管１４に接続されている。管４７の途中には、
この管４７を開閉し、ダイヤフラム室３７の圧力
を制御するオン、オフ型電磁弁５１が設けられて
いる。

電磁弁５１は、空気制御弁３０の開度を制御す
る電磁機構をなすもので、コンピユータ１７の空
気制御ユニツト６０に接続されており、これによ
つて電磁コイル５２の励磁が制御される。

この空気制御ユニツト６０は、電磁ピツクアツ
プ２１、暖機センサ２２、自動車のクーラー等空
調機の空調スイツチ２３及びブレーキスイツチ２
５に接続されており、エンジン回転速度信号、冷
却水温信号、空調機のオン、オフ信号及びブレー
キのオン、オフ信号が入力される。

ここで、電磁ピツクアツプ２１は、エンジン１
０のクランク軸と同期して回転するリングギヤ２
１ａと対向して設けられており、エンジン回転速
度に比例した周波数のパルス信号を出力する。ま
た暖機センサ２２は、サーミスタ等の感温素子か
らなりエンジン温を代表する例えば冷却水温を検
出する。

また、空調スイツチ２３をオンすると電磁クラ
ツチ２７が接続状態となり、エンジン１０の負荷
として空調機用コンプレツサ２８が連結される。
ブレーキスイツチ２５は自動車のフツトブレーキ
ペダル２６が踏み込まれるとオンするスイツチで
ある。

次に第２図によりコンピユータ１７の空気制御
ユニツト６０について詳細に説明する。デイジタ
ル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換回路１００は、電磁
ピツクアツプ２１からのエンジン回転速度に対応
した周波数のパルス信号が入力され、この信号は
抵抗１０１，１０２，１０３，１０４、コンデン
サ１０６、トランジスタ１０８よりなる波形整形
部で第３図１に示すような波形に波形整形された
後端子Ａから出力される。そして、この信号をコ
ンデンサ１０７，１１１、ダイオード１０９，１
１０、抵抗１０５によつて実際のエンジン回転速
度に比例した電圧とエンジン回転に同期した鋸歯
状歯電圧とを重畳した第３図２に示す電圧に変換
し、この電圧を端子Ｂより出力する。

関数電圧発生回路２００は、暖機センサ２２の
出力信号、空調スイツチ２３のオン、オフ信号及
びブレーキスイツチ２５のオン、オフ信号が入力
されている。このうち、暖機センサ２２の出力は
公知の増幅回路２０１で増幅されエンジン暖機状
態に応じた電圧信号となる。この電圧信号は抵抗
２０２、ダイオード２０３を介して、また空調ス
イツチ２３からのオン、オフ信号は抵抗２０４、
ダイオード２０５を介して後述の比較回路３００
に出力され、比較回路３００の比較レベルV_Dを
与える。

また、ブレーキスイツチ２５のオン、オフ信号
は、抵抗２０６，２０７で分圧された後にトラン
ジスタ２０８に伝達され、このトランジスタ２０
８をオン、オフさせることにより抵抗２０９の端
子Ｄへの接続を制御する。

この関数電圧発生回路２００は、ユニツト回転
速度の目標値を表す比較レベルV_Dを変化させる
ためのもので、その出力特性は、第４図に示すよ
うであり、エンジン温度（冷却水温度）Ｔが高く
なると比較レベルV_Dを低下させ、また空調スイ
ツチ２３がオフのときは実線で示すように低いレ
ベルで比較レベルV_D変化させ、空調スイツチ２
３がオンのときは破線で示すように高いレベルで
比較レベルV_Dを変化させる。

さらに図示しないがブレーキスイツチ２５がオ
ンしてブレーキ状態になるとトランジスタ２０８
がオンし、第４図の実線あるいは破線で示す比較
レベルV_Dを所定レベルだけ低下させる。

比較回路３００は、抵抗３０１，３０２，３０
３及び比較器３０４からなり、実際のアイドル回
転速度を表すＤ／Ａ変換回路１００の出力電圧
と、目標値を表す関数電圧発生回路２００の出力
電圧で決定される比較レベルV_Dとを比較し、実
際のアイドル回転速度Ｎと目標値Nrefとの偏差
△Ｎ（＝Ｎ−Nref）を演算し偏差△Ｎに応じた信
号を出力する。

そして、比較回路３００は、Ｄ／Ａ変換回路１
００の出力電圧が比較レベルV_Dより低い期間だ
け第３図３で示すように０レベルとなる信号Ｃを
出力する。

積分回路４００は、比較回路３００の出力信号
Ｃに応じてコンデンサ４０１を定電流充電もしく
は定電流放電するもので、上記偏差△Ｎから制御
量としての積分電圧Ｅを出力する。そして、この
積分回路４００は、信号が０レベルで働く定電流
充電回路としての抵抗４０２，４０３，４０４、
トランジスタ４０９と、信号Ｃが１レベルで働く
定電流放電回路としての抵抗４０５，４０６，４
０７、ダイオード４０８、トランジスタ４１０と
を備えている。この積分回路４００は第３図４の
破線で示すように、比較回路３００の出力信号Ｃ
が０レベルの間はコンデンサ４０１が定電流充電
されるため出力電圧Ｅが上昇し、出力信号が１レ
ベルのときはコンデンサ４０１が定電流放電され
て出力電圧Ｅが低下するようになつている。

パルス変調回路６００は、抵抗６０１、比較器
６０２及び発振器６０３からなり、制御量を表す
電圧Ｅに応じたデユーテイ比のパルス信号を出力
する。このうち、発振器６０３は第３図４の実線
で示すように一定周期の三角波電圧Ｆを出力する
公知のものである。

比較器６０２は、積分回路４００の出力電圧Ｅ
と発振器６０１の三角波状電圧Ｆとが入力され両
電圧を比較して第３図５に示すように積分回路４
００の出力電圧Ｅの方が大きい期間だけ１レベル
となるパルス信号Ｇを出力する。

増幅回路７００はこの変調回路６００の信号Ｇ
を反転増幅するパワートランジスタ７０１を用い
た増幅回路で、増幅後の出力は電磁弁５１の電磁
コイル５２に供給される。

電圧制限回路８００は、抵抗８０１，８０２，
８０３、ダイオード８０５，８０６で構成されて
おり、積分回路４００の端子Ｅの出力電圧を、端
子Ｈの上限電圧Vmaxと端子Ｊの下限電圧Vmin
の間の制御範囲内に制限する。

制限電圧可変回路９００は、抵抗９０１，９０
２及びトランジスタ９０３から構成されており、
このうち抵抗９０１は、関数電圧発生回路２００
のエンジン暖機状態に応じた電圧信号を出力する
増幅回路２０１の出力に接続されているため、上
限電圧Vmaxと下限電圧Vminは各抵抗８０１，
８０２，８０３の値を適当に選べば第５図に示す
ようにエンジン温度つまりエンジン暖機状態に依
存した特性が得られる。

また、抵抗９０２は、トランジスタ９０３及び
抵抗２０６を介してブレーキスイツチ２５に接続
されており、ブレーキスイツチ２５がオフの状態
ではトランジスタ９０３がオフし、上限電圧
Vmax並びに下限電圧Vminは第５図の実線で示
すように高いレベルで変化し、ブレーキスイツチ
２５がオンの状態ではトランジスタ９０３がオン
し、上、下限電圧Vmax、Vminは第５図の破線
で示すように所定レベルだけ小さい低レベルで変
化する。

このように構成することにより積分回路４００
のコンデンサ４０１の電位が上昇していき上限電
圧Vmaxを超えるとダイオード８０５が導通し、
結局コンデンサ４０１の電位は上限電圧Vmaxよ
り上昇することができず、逆に電位が下降してい
つても下限電圧Vminより下がることができず、
よつてコンデンサ４０１の電圧振幅を制限するこ
とができる。

しかして、ブレーキスイツチ２５がオフのと
き、制御量を表す電圧Ｅの制御範囲は第５図の範
囲R₁となり、ブレーキスイツチ２５がオンのと
きは第５図の範囲R₂となる。

次に上記構成装置の作動を説明する。スロツト
ル弁１６が閉じられエンジン１０がアイドル運転
されている場合において、アイドル回転速度が空
気制御ユニツト６０の関数電圧発生回路２００に
より決定される比較レベルV_Dに対応した目標値
（設定回転速度）より低いときはＤ／Ａ変換回路
１００の出力もこの比較レベルV_Dに対し低下す
る。このため第３図２の中央部に示すようにＤ／
Ａ変換回路１００の出力は比較レベルV_Dより常
に低いか、高くなるとしても僅かの間であり、従
つて比較回路３００の出力信号は第３図３の中央
部に示すように常に０レベルか、デユーテイ比の
小さいパルス信号となる。この結果制御量を示す
積分回路４００の出力電圧Ｅは第３図４の中央部
の破線に示すごとく上昇していく。

このためパルス変調回路６００では、発振器６
０３の三角波電圧Ｆより積分電圧Ｅが大きくなる
期間ｔ（比較器６０２が１レベルとなる期間）が
増加し、デユーテイ比が大きくなつて電磁弁５１
の電磁コイル５２に通電される時間割合は増加
し、つまりは空気制御弁３０の開度が大きくなり
スロツトル弁１６をスイツチする補助空気の量が
増加し、エンジン１０の回転速度を上昇させる。

反対にエンジン回転速度が目標値（設定回転速
度）以上のときはＤ／Ａ変換回路１００の出力は
第３図２の右側に示すように目標値を与える比較
レベルV_Dより常に高くなるか、低くなるとして
も僅かの間であり、比較回路３００の出力信号は
第３図３の右側に示すように常に１レベルかデユ
ーテイ比の大きいパルス信号となる。この結果積
分回路４００の出力電圧Ｅは第３図４の右側の破
線に示すように下降していく。

このためパルス変調回路６００では発振器６０
３の三角波電圧Ｆより積分電圧Ｅが大きくなる期
間ｔ（つまり比較器６０２が１レベルとなる期間）
が減少し、空気制御弁３０の電磁弁５１の電磁コ
イル５２に通電される時間割合は減少し、つまり
は空気制御弁３０の開度が小さくなり、スロツト
ル弁１６をバイパスする補助空気の量が減少し、
エンジン１０の回転速度を減少させる。

このようにしてエンジン回転速度はスロツトル
弁１６が閉じられたアイドル時には空気制御ユニ
ツト６０によつて関数電圧発生回路２００の出力
で決まる比較レベルV_Dに対応した目標値（設定
回転速度）に制御される。しかしてこの目標値を
決定する比較レベルV_Dは暖機センサ２２の出力
に応じて第４図の実線で示す如くエンジン温度が
低い程高くなるもので、暖機運転時にはエンジン
温度に応じて回転速度を高め得るため安定にアイ
ドル運転を維持でき、さらに自動車用クーラ等の
コンプレツサ２８がエンジン１０に接続され駆動
される空調スイツチ２３がオンのときは、この空
調スイツチ２３のオン信号が関数電圧発生回路２
００に入力されこの回路２００によつて第４図の
破線に示すごとく比較レベルV_Dが持上げられる
ため目標値が高く切換えでき、従つて自動車の冷
房能力を損うといつた問題あるいはエンジンスト
ールを引き起すといつた問題もなくなる。

また例えばエンジン温度が上昇し暖機が完了し
たような場合においては、エンジンオイルの粘性
抵抗等の負荷が小さくなるため、補助空気の量は
少なくてよい状態となつている。このような暖機
が完了したような場合において、自動車の走行中
にアクセスペダルを離し、ブレーキペダルを踏み
込んで減速し、自動車を停止させる際もスロツト
ル弁１６は閉じられて空気制御ユニツト６０は回
転速度の閉ループ制御を行う。このため回転速度
が電圧発生回路２００で決められる目標値より低
くなるまでブレーキ操作を行うと積分回路４００
の出力が上昇し続け、つまり空気制御弁３０の開
度が大きくなり、補助空気量が一気に増大するた
め一時的ではあるがエンジン回転速度が異常に高
くなる可能性がある。

しかし、この発明では積分回路４００の出力
は、電圧制限回路８００により上限電圧Vmaxに
制限され、かつフツトブレーキ２６の操作中でブ
レーキスイツチ２５がオンしているときは上限電
圧Vmaxを低い値に設定するため、補助空気量も
この上限電圧Vmaxで決まる量以上には増加せ
ず、エンジン回転速度の異常上昇が防止される。
また、アクセルペダルをほとんど踏まないで自動
車を極抵速走行させている場合も、スロツトルス
イツチ２４がオフし、空気制御ユニツト６０がエ
ンジン回転速度を閉ループ制御するため自動車の
速度は、関数電圧発生回路２００で決まる目標回
転速度に対応した速度に常時制限される。このた
め運転者がもつと低い速度で走行したい場合、運
転者の意志に反して制御が行なわれることにな
る。しかし、この発明ではブレーキペダル２６を
操作したときには、トランジスタ２０８をオンし
て比較レベルV_Dを下げ、目標値（設定回転速度）
を下げて運転者の意志に合わせて自動車の速度を
制御可能にする。

また、電圧制限回路８００により積分回路４０
０の出力を上限、下限内になるように制限してい
るため、回転速度センサからの回転速度信号等の
不具合が生じた場合でも、少なくともアイドル時
の回転速度はエンジン温度に応じた上限〜下限内
の電圧に対応する制御範囲内に制御できる。

なお、上記実施例においては、コンピユータ１
７としてワイアードロジツク方式のアナログコン
ピユータを適用したが、ストアードプログラム方
式のマイクロコンピユータを適用して制御を行う
ようにしてもよい。

この場合、コンピユータ６０を第６図に示すよ
うに入力インターフエース６１、マイクロコンピ
ユータ６２、出力インターフエース６３及びドラ
イブ回路６４，６５から構成し、マイクロコンピ
ユータ６２の中央処理ユニツトCPUに例えば200
ｍsec毎に時間割込みさせ、第７図に示すような
割込みルーチンを実行させるようにすればよい。

第７図において、この割込みルーチンは、ステ
ツプ70でスタートすると、ステツプ71で各セン
サ、スイツチ２１〜２５の出力信号を入力し、ス
テツプ72で暖機センサ２２からの信号に基いて制
御量の上、下限値Vmax、Vminを演算する。

次にステツプ73でブレーキスイツチ２５がオン
かどうかを判断し、オンでなければステツプ74で
暖機センサ２２及び空調スイツチ２３の信号に基
いてアイドル回転速度の目標値を演算する。ま
た、オンであればステツプ75で上限値Vmax及び
下限値Vminを小さくするよう補正演算を行い、
ステツプ76でブレーキ操作中であることをパラメ
ータとして暖機センサ２２及び空調スイツチ２３
の信号に基いてアイドル回転速度の目標値を演算
する。

次にステツプ77でアイドル回転速度Ｎと目標値
Nrefとから偏差△Ｎを次式に基いて演算する。

△Ｎ＝Ｎ−Nref 次にステツプ78で偏差△Ｎに基いたデユーテイ
比を表す値を制御量として演算する。そして、ス
テツプ79で制御量が予め演算してあつた上限値
Vmaxと下限値Vminの間の制御範囲内であるか
どうかを判断し、範囲内であればステツプ80でそ
の制御量を出力インターフエース６３に出力す
る。

また制御範囲内でなければステツプ81に行き、
ここで制御量がVmaxより大きければ制御量を
Vmaxに設定し、制御量がVminより小さければ
制御量をVminに設定してステツプ80で出力す
る。

そして、ステツプ82でメインルーチンにリター
ンする。このようにしてマイクロコンピユータ６
２で演算されたデユーテイ比を示す制御量は、出
力インターフエース６３に出力され、これにより
そのデユーテイ比を持つパルス信号に変換され、
ドライブ回路６５を介して電磁弁５１に出力され
る。

しかして、上述したワイアードロジツク方式の
コンピユータと同様の制御を行う。

なお、上述の実施例においては空気制御弁３０
によつてスロツトル弁１６をバイパスする補助空
気の量を制御するものであつたが、例えば空気制
御弁３０のシヤフト３４の変位でスロツトル弁１
６の開度を制御することによつてアイドル運転時
の空気の量を制御することも可能である。

また、上記実施例では電磁弁５１によりダイヤ
フラム弁を作動させる形式の空気制御弁を用いた
が、電磁力により直接弁体を作動させるリニアソ
レノイドあるいはリニアモータを用いた電磁式の
空気制御弁を用いてもよい。

また、暖機センサとして冷却水温センサを用い
たが、エンジンの油温センサ、ブロツク温度セン
サ、あるいはバイメタル電熱ヒータを用いたタイ
マー等を用いてもよい。

また、関数電圧の要素として、エンジンの暖機
状態、コンプレツサの接続状態を適用したが、他
のエンジン運転状態によつて関数電圧を発生させ
るようにしてもよい。

以上述べたようにこの発明によれば、運転者の
意志に反してエンジンの回転速度が異常に上昇す
るようなことがなく、自動車の運転者に不快適あ
るいは危険を感じさせることがないという優れた
効果を奏する。

また、制御量が上、下限値の間の制御範囲から
超えないように制限しているから、回転速度信号
等に不具合が生じた場合でも回転速度を所定範囲
内に制限できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２
図は第１図図示の空気制御ユニツトを示す電気回
路図、第３図は第２図各部の信号波形図、第４図
並びに第５図は第１図に示す装置の作動説明に供
する特性図、第６図は本発明の他の実施例を示す
ブロツク図、第７図は作動説明に供するフローチ
ヤートである。 １０……エンジン、２１……回転速度センサを
なす電磁ピツクアツプ、２５……ブレーキスイツ
チ、２６……フツトブレーキ、３０……空気制御
弁、５１……電磁弁、６２……マイクロコンピユ
ータ、１００……Ｄ／Ａ変換回路、２００……関
数電圧発生回路、３００……比較回路、４００…
…積分回路、６００……パルス変調回路、７００
……増幅回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 自動車を駆動するエンジンのアイドル回転速
   度の目標値を演算し、エンジンの実際のアイドル
   回転速度を求め、この実際のアイドル回転速度と
   目標値との偏差を演算し、この偏差に応じた制御
   量を演算し、この制御量に基いてエンジンの吸入
   空気量又は混合気供給量を制御するエンジンの回
   転速度制御方法において、前記制御量を上限値と
   下限値の間の制御範囲内に制限し、かつこの制御
   範囲及び前記目標値を自動車が減速状態にあるか
   否かに応じて変化させるようにしたことを特徴と
   するエンジンの回転速度制御方法。 ２ 前記自動車が減速状態にあるか否かがフツト
   ブレーキの操作状態に基いて判断される特許請求
   の範囲第１項記載のエンジンの回転速度制御方
   法。 ３ 前記フツトブレーキの操作中は前記上限値を
   小さくして制御範囲を変化させるようにした特許
   請求の範囲第２項記載のエンジンの回転速度制御
   方法。 ４ 前記フツトブレーキの操作中は前記目標値を
   小さくするようにした特許請求の範囲第２項又は
   第３項記載のエンジンの回転速度制御方法。