JPS63314346A - エンジンのアイドル回転制御装置 - 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、エンジンのアイドル回転制御装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

車両の居住性を図るためには、エンジンのアイドリング
状態時に生じるオーバーシュート或いはハンチングを防
止してアイドル回転数の安定化を図ることが要求される
。従来のアイドル回転制御装置は、例えば特開昭６０−
８５２３６号公報等に開示されるように、エンジンの回
転速度を検出し、この検出信号に基づき燃料流量をコン
トロールするバルブ等のアクチュエータをフィードバッ
ク制御してアイドル回転の安定化を図っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した如〈従来は、エンジンの燃料制御系のアクチュ
エータをフィードバック制御してアイドル回転の安定化
を図るものであるが、アクチュエータとしてバルブ等の
機械部品を使用するので、時間遅れが発生し、そのため
オーバーシュートやハンチングという不具合を根本的に
防止するのは困雅であった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、アイドリングの安定化を有効に図り
、アイドル時のオーバーシュート。

ハンチングを防止して車両の居住性を向上させることに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、アイドル回転等のエンジン回転数が低い領域
では、エンジンで発生する駆動ｌ−ルクのうち、発電機
で消費されるトルクが大きいことに着目し、この発電機
トルクを利用して、アイＩ・ル回転数の変動を検出した
時に、アイドル回・匠変動と逆位相で発電機の駆動トル
クを制御することにより、アイドル回転変動を相殺し、
アイドル回転の安定化を図ろうとするものである。

ここで、本発明の構成を第１図の実施例の符号を引用し
ながら説明する。すなわち、本発明は、エンジン１によ
り駆動される発電機２と、エンジン１の回転速度を検出
する回転検出手段４と、回転検出手段４の検出信号に基
づきアイドル状態を検出するアイドル検出手段７′と、
アイドル検出手段７′によりエンジンのアイドル状態が
検出された場合に、回転検出手段４で検出されるアイド
ル回転速度がその平均値よりも大きい時には、発電機１
の出力を大きくし、平均値よりも小さい時にはこの出力
を小さく制御する発電機出力制御手段７とを具備し、前
記発電機出力の制御により発電機１の駆動トルクを増減
制御してエンジン１のアイドル回転をフィードバック制
御するように設定してなる。

〔作用〕

上記構成よりなる本発明によれば、エンジン１がアイド
ル状態にある時には、発電機出力制御手段７が回転検出
手段４で検出された検出信号に基づき、現在のアイドル
回転速度（回転数）がアイドル回転の平均値（平均速度
）より大きいか否かを判断する。そして、アイドル回転
速度が平均値より大きい時には、それに応じて発電機２
の出力が大きく制御され、平均値より小さい時には発電
機２の出力が小さく制御される。ところで、発電機の出
力Ｖ・Ｉ　（Ｖは出力電圧、工は出力電流）と、発電機
に消費される駆動トルクＴとの間には、発電機の特性上
、 Ｔｃｃｖ・工 の関係にあるので、発電機の出力要素Ｖ・工のいずれか
を前述の如く制御すれば、発電機の駆動トルクが増減制
御される。すなわち、アイドル回転速度が平均値より大
きい時には、発電機２の出力が大きく制御されるので発
電機２の駆動トルクも増大し、逆に平均値より小さい時
には、発電機２の出力が小さく＃！Ｊ御されるので、発
電機２の駆動トルクも減小する。従って、この発電機の
駆動トルクの増減制御（フィードバック制御）により、
エンジン回転速度の変動（脈動）分が相殺され、アイド
ル回転を安定化できる。特に、本発明では、エンジンの
回転トルクに影響を及ぼす発電機２のトルクを電気的に
制御するので、その制御手段の回路定数の任意の設定に
より、フィードバックループ中に存在する制御遅れ要素
（例えば、発電機２の界磁巻線のインダクタンス成分に
起因する遅れ要素、エンジンの慣性モーメントに起因す
る遅れ要素）を相殺する進み要素を設定して、エンジン
回転速度の変動分をすばやくとらえる微分制御が可能と
なり、その結果、アイドル回転速度の変動を抑制して安
定したアイドル回転制御を行い得る。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図ないし第５図に基づき説明す
る。

第１図は本実施例のアイドル回転制御装置のシステム構
成図であり、図中、１は自動車のエンジン、２は発電機
で、発電機２１１周知のようにＶベルト１０を介してエ
ンジン１の回転力が伝達される。３はバッテリーで、発
電機２からの出力電流を充電したり、電気負荷へ電力を
供給する。４はタコジェネレータであり、エンジン１の
回転速度に比例した電圧を出力する。５は熱線ヒータで
あり、自動車の後部窓の霜取りのため、ガラス面に塗布
された電気抵抗体からなる。６はヒータ５の操作スイッ
チ１，７は発電機出力制御用の回路で、回路７はアイド
ル検出器７′を有している。

次に上記システムに基づき、アイドル回転制御の動作概
要を説明する。

上記構成により、車両のエンジン１が回転している時に
、タコジェネレータ４はエンジン１の回転速度に比例し
た直流出力電圧を発生している。

アイドル検出器７′は、タコジェネレータ４の出力電圧
が一定値以下の時にエンジンがアイドル状態にあると判
断し、この時発電機出力制御回路７が熱線ヒータ５への
通電制御を行なう。なお、熱線ヒータ５への通電は、通
常スイッチ６を通して人為的に行なうものであり、上記
の如く制御回路７を通して通電制御されるのは、アイド
ル回転制御を行う時に限られる。また、制御回路７は、
タコジェネレータ４の出力電圧からエンジンの回転速度
（回転数）変動をとらえ、エンジンの回転速度がその平
均値を基準として大きい時には制御回路７が熱線ヒータ
５の通流率（給電率）を高くする。すると１発電機２か
らの出力電流ひいては８力電力が増加し、それにより発
電機２を駆動させるための駆動トルクが発明の「作用」
の項でも既述したように発電機の特性上大きくなる。そ
の結果、発電機２で消費されるトルクが増大することに
より、エンジン１の回転数が低下する。また、エンジン
１の回転速度が平均値より小さくなると。

制御回路７は熱線ヒータ５の通流率を低くし、そうする
ことにより１発電機２の出力電流が少なくなり、この場
合には、発電機２の駆動トルクも軽減されるので、エン
ジン１の回転数も高くなる。

以上の制御をくり返すことにより、エンジン１の回転速
度は平均値からの偏差が最小になるように制御される。

第２図に本実施例のフィードバック系のブロック図を示
す。第２図において、１ａはエンジン１により与えられ
るトルク、２ａは発電機２の内部回路の伝達関数を表わ
すもので、２ａの出力が発電機２の駆動トルクとなり、
エンジン出力１ａから発電機２の駆動トルクを減じた量
がエンジン１の実効出力となる。１ｂはフライホイール
（図示せず）等のエンジンの慣性モーメントによる伝達
関数で、エンジン回転数を出力する。４ａはタコジェネ
レータ４の伝達関数を表わし、回転数を電圧に変換する
。７ａは制御回路７の伝達関数である。ここで、エンジ
ンの慣性モーメントによる伝達関数１ｂ、発電機２の内
部回路による伝達関数２ａは、後述するようにフィード
バックループ系の時間遅れ要素を含むもので、これに対
し制御回路７の伝達関数７ａには、上記時間遅れ要素を
相殺する時間進み要素を含むように設定して、アイドル
回転のフィードバック制御の応答性を高めている。

第３図は、第１図の発電機２の内部回路を示す回路図で
ある。第３図において、２１は電機子巻線、２２は電機
子巻線２１で発生した交流を直流に変換する三相全波整
流器、２３は電機子巻線２１に磁束を供給する界磁巻線
であり、等価的に抵抗成分２３ａとインダクタンス成分
２３ｂの直列回路として表わされる。２４は補助整流器
であり、界磁巻線２３に電流を供給する。２５は電圧調
整装置であり、パワートランジスタ２６．フライホイル
・ダイオード２７．制御トランジスタ２８、ツェナダイ
オード２９２分圧抵抗器３０゜３１よりなり、出力電圧
を一定値に調整する。すなわち、電圧調整器２５は出力
電圧（Ｌ端子の電圧）が高い時には、パワートランジス
タ２６を遮断、出力電圧が低い時には、パワートランジ
スタ２６を導通して界磁巻線２３に流れる電流を制御し
て、発電機の出力電圧を調整する、バッテリー３と並列
接続された電気負荷（ヒータ５を含む）３２に流れる電
流が急変した時に、発電機２の出力電力も急変するが、
界磁巻線２３に流れる電流はインダクタンス成分２３ｂ
のために遅れ時間をもって変化する。従って、負荷電流
と発電機出力（すなわち発電機の駆動トルク）の関係は
第２図わされる。ここで時定数τ１は界磁巻線２３の抵
抗成分２３ａ（Ｒｒとする）とインダクタンス成分２３
ｂ　（Ｌｒとする）を用いて、 である。

次に制御回路７の内部回路を第４図により説明する。第
４図において、７１はＰチャンネルのパワーＭＯ５−Ｊ
ＥＴであり、端子ａ、ｂ間を導通することによりバッテ
リー３から熱線ヒータ５に電流を供給する。７２はＰＮ
Ｐトランジスタであり、導通することによりパワーＭＯ
Ｓ　−ＦＥＴ７１のゲート電圧を高くし、パワーＭＯ５
−ＦＥＴ７１を遮断させる。７３．７４は抵抗器、７５
はＮＰＮトランジスタであり、トランジスタ７２のベー
ス電流を制御する。７６はトランジスタ、７７．７８は
抵抗器であり、トランジスタ７５のベース電流を制御す
る。７９はコンパレータ、８ｏは三角波発振器、８１．
８２はバイパスフィルタ、８３は基準電圧源、８４はコ
ンパレータで、コンパレータ８４はアイドル回転検出器
７′　を構成する。８５は抵抗器である。

上記構成において、端子Ｃから入力されたエンジン１の
回転信号（タコジェネレータ４の出力電圧）は、コンパ
レータ８４に入力され、基亭電圧と比較されて、この回
転信号が基準電圧以下の時にエンジンがアイドル状態と
して、トランジスタ７６をオフさせ、この時に後述する
ように制御回路７の他の要素（トランジスタ７５等）の
動作、ひいては回路全体の発電機出力制御（ヒータ５の
通電制御）を可能な状態にセットするものである。

また、タコジェネレータ４の出力電圧は、コンデンサ８
６．抵抗器８５からなる回路により直流成分がカットさ
れ、基準電圧源８３の電圧ＶＲＥＦの上に交流成分が加
算された波形がバイパスフィルタ８１に入力される。バ
イパスフィルタ８１の伝達関数は、コンデンサＣ＋＋抵
抗器Ｒｔ、Ｒｉの値を用いて、 Ｒｉ と表される。バイパスフィルタ８２の伝達関数０２（Ｓ
）も（２）式と同様にして、 Ｉ Ｇ２（Ｓ）＝、−・（１＋Ｃｔ−Ｒｉ・Ｓ）　　・・・
（３）Ｒ＋ と表わされる。

バイパスフィルタ８２の出力電圧ｖ２の大きさは、エン
ジンの回転速度に比例し、コンパレータ７９で三角波出
力ｖ１と比較される。第５図にコンパレータ７９の動作
波形を示す。第５図（ａ）の横軸は時間を示し、縦軸は
コンパレータ７９の入力電圧Ｖｌ、Ｖ２を示す。ここで
、三角波発振器８０の出力電圧■１の周波数は、Ｖ２の
周波数よりも十分高くなるように設定しである。このよ
うな周波数設定条件の下で、第５図（ａ）、（１）のよ
うにｖ２の値が高い時（エンジン回転信号が平均値より
大きい時）には、コンパレータ７９の出力波形が第５図
（ｂ）のようにｒＯＪ　レベルの期間が長くなる。また
、第５図（ａ）中（■）のようにｖ２の値が低い時（エ
ンジン回転信号が平均値より小さい時）には、コンパレ
ータ７９の出力波形は第５図（ｃ）のように「１」レベ
ルの期間が長くなる。しかして、コンパレータ７９の出
力が「０」レベルの時には、トランジスタ７５゜７２が
オフ、パワーＭＯ８−ＦＥＴ７１がオンとなり、熱線ヒ
ータ５が通電され、「１」レベルの時には、トランジス
タ７５．７２がオン、パワーＭＯ３−ＦＥＴ７１がオフ
トなり、熱線ヒータ５への通電はカットされる。従って
、アイドル運転時のエンジン回転速度が大きい程に熱線
ヒータ５の通電時間が長くなり、逆にエンジン回転速度
が小さくなると通電時間が短くなる。また高速でパワー
ＭＯ３−ＦＥＴ７１をオン・オフ制御することにより、
熱線ヒータ５へ通電される電流の平均値がＶ２の値によ
って直線的に変化する。そして、以上の動作により、ア
イドル運転時のエンジンの回転数が平均値よりも高くな
ると、既述の如く熱線ヒータ５への通流率が高くなり、
発電機２の出力電力が増大して発電機の駆動トルクが増
大する。

また、逆にエンジン回転数が平均値よりも低くなると、
熱線ヒータ５の通流率が低くなり、発電機の出力電力ひ
いては駆動トルクが減少する。本実施例は１以上の如く
発電機の駆動トルクの増減制御により、アイドル状態時
のエンジン回転速度を平均値からの偏差が最小になるよ
う制御するが、制御回路７の伝達関数Ｇ（Ｓ）は（２）
、　（３）式より以下のようになる。

Ｇ（Ｓ）＝に４・（１＋ｔｓｓ）・（１＋ｒ４Ｓ）　　
−（４）第２図へもどって、フィード・バック・ループ
の一巡伝達関数を求めると、 ・・・（５） となる。

（５）式において、τ工は発電機２の界磁巻線のインダ
クタンス２３ｂに起因する時間遅れ要素、τ２はエンジ
ン１の慣性モーメントに起因する時間遅れ要素である。

この時間要素を配慮して、本実施例では、τ３．τ番が
時間進み要素となるようバイパスフィルタ８１，８２の
Ｒｔ　、　Ｃ＋を設定し、τ３ｚτ工、τ４ｚτ２とな
るようにハイ・パス・フィルタの時定数を選べば、時間
遅れ要素を相殺し、非常に応答性の良い系が実現できる
。

しかして、本実施例によれば応答性の良いフィードバッ
ク・ループ系により、アイドル状態時のエンジン回転速
度の変動を有効に抑制して安定したアイドリングを可能
にすることができる。更に、発電機や電圧調整装置の仕
様を変更せずに発電機の発電出力をコントロールするこ
とができ、この発電出力を介してアイドル時のエンジン
回転速度を制御できるので、すでに設置済の装置に制御
７を増設するだけで動作させ得る。よって、システムの
自由度が高いという長所がある。

なお上記実施例では１発電機出力制御回路７はアナログ
回路技術を基に構成されているが、デジタル回路技術を
用いても同等な機能を有する装置を構成することができ
る。この場合は、最新のマイクロコンピュータ制御技術
を駆使して、フィルタの時定数τ３．τ４を自動的に変
更し、最適制御を行なうなどのさらに高度な制御が可能
となる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、発電機の出力をアイドル
運転時のエンジンの回転速度に応じて電気的に制御する
ことにより、エンジンのアイドル回転の変動を応答良く
抑制し得るので、アイドリングの安定化を図り、アイド
ル時のオーバーシュート、ハンチングを防止して車両の
居住性を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシステム構成図、第２
図は上記実施例のフィードバック・ループ系を示すブロ
ック図、第３図は上記実施例に使用する発電機の内部回
路図、第４図は上記実施例に使用する発電機出力制御回
路の回路図、第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は上記発電
機出力制御回路の動作状態を説明する波形図である。 １・・・エンジン、２・・・発電機、４・・・回転検出
手段（タコジェネレータ）、５・・・電気負荷（熱線ヒ
ータ）、７′・・・アイドル検出手段、７・・・発電機
出方制御手段、８１．８２・・・位相補償回路（バイパ
スフィルタ）。 摺１図 高２図 第３図 畜４−図 ３“・８２−準摂判詰ヂ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．エンジンにより駆動される発電機と、エンジンの回
   転速度を検出する回転検出手段と、前記回転検出手段の
   検出信号に基づきアイドル状態を検出するアイドル検出
   手段と、前記アイドル検出手段によりエンジンのアイド
   ル状態が検出された場合に、前記回転検出手段で検出さ
   れるアイドル回転速度がその平均値よりも大きい時には
   、前記発電機の出力を大きくし、平均値よりも小さい時
   には該出力を小さく制御する発電機出力制御手段とを具
   備し、前記発電機出力の制御により前記発電機の駆動ト
   ルクを増減制御してエンジンのアイドル回転をフイード
   バツク制御するように設定してなることを特徴とするエ
   ンジンのアイドル回転制御装置。
2. ２．特許請求の範囲第１項において、前記発電機出力制
   御手段は、エンジンのアイドル状態が検出された場合に
   、前記発電機に接続される電気負荷の一部に強制的に給
   電し、この給電率を前記回転検出手段の検出信号に基づ
   き制御して、発電機出力を制御するよう設定してなるエ
   ンジンのアイドル回転制御装置。
3. ３．特許請求の範囲第１項又は第２項において、前記発
   電機出力制御手段は、前記アイドル回転のフイードバツ
   ク制御を行う時に、フイードバツクループ伝達関数中の
   時間遅れ要素を相殺する１次以上の時間進み要素を含む
   位相補償回路を有してなるエンジンのアイドル回転制御
   装置。