JP2609260B2

JP2609260B2 - 内燃機関のアイドル回転数制御装置

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Publication number: JP2609260B2
Application number: JP62293528A
Authority: JP
Inventors: 翔一鷲野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-11-19
Filing date: 1987-11-19
Publication date: 1997-05-14
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JPH01134047A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、内燃機関のアイドル回転数を所望の値
に、安定かつ遅滞なく制御する内燃機関のアイドル回転
数制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、自動車には、種々の要望から様々な補機装置が
装着されるようになり、それらの装置の中には、エンジ
ン回転によって駆動されるものがあり、その動作により
エンジン回転速度、特にアイドリング時のそれを変動さ
せる大きな負荷が多くある。

例えば、エアーコンディショナあるいはパワーステア
リング、さらには大量に電流を消費する装置（デフオガ
ーなど）は、その作動により発電機（オルタネータ）の
負荷トルクの増大などがあり、エンジンストップを発生
させる欠点を有していた。

これに関連する従来例について図面により説明する。
第４図は従来のエンジン回転数制御装置のブロック図を
示している。

同図において、１は所望の目標回転数に応じた電圧の
設定信号を出力する設定回路であり、この設定信号と回
転数検出回路５から出力される実際のエンジン回転数に
応じた電圧で与えられる検出信号とが減算機11に加えら
れるようになっている。

減算機11は設定信号と検出信号との差をとり、比例積
分制御器２に出力するようにしている。この比例積分制
御器２は偏差信号を増幅する回路と、この偏差信号を積
分する回路の並列接続からなるものである。

この比例積分制御器２の電圧による出力に応じて、ア
クチュエータ３はエンジン４の点火時期または吸入空気
量を調整するようにしている。

なお、この第４図において、アクチュエータ３の入力
端からエンジン４、回転数検出回路５の出力端までの伝
達関数を「345」としてまとめて一つの伝達関数とし
て、回転数制御系を表示すると、第５図のようになる。

次に、第４図により従来のエンジン回転数制御系の動
作について説明する。まず、設定回路１がある目標回転
数｛一般に、エンジンの動作点によって変化するが、ア
イドルでエアコンディショナ（以下、エアコンという）
が入った場合では、800〜900rpmである）に応じた目標
電圧信号を出力したとする。

次に、この目標電圧信号は、回転数検出回路５から出
力される実際のエンジン回転数に応じた電圧信号との差
が減算器11でとられ、偏差信号となる。

次に、この偏差信号を比例積分制御器２で比例増幅お
よび積分増幅し、この電圧信号を操作量として、アクチ
ュエータ３に送る。

アクチュエータ３はこの電圧信号に応じて、エンジン
４の点火時期または吸入空気流量を制御する。エンジン
４はアクチュエータ３で指令される点火時期または吸入
空気流量に見合う実際回転数を発生し、回転数検出回路
５はこの実際回転数に応じた電圧信号を発生する。そし
て、この実際回転数に応じた電圧信号は減算器11側に帰
還される。

このようなフィードバック制御器系が、定常状態では
偏差信号が零になるところで落着くのは云うまでもな
い。

このとき、目標回転数に応じた電圧信号と実際回転数
に応じた電圧信号とが等しくなり、エンジン回転数は目
標回転数に等しくなる。つまり、定常状態では、エンジ
ン回転数が常に目標回転数に等しくなるように制御され
る。

次に、過渡状態での動作を説明する。過渡状態での代
表的な場合として、アイドル時に負荷（例えば、エアコ
ン）が急に加えられた場合を例にとり説明する。

いま、第４図で代表される制御系がある定常状態にあ
ったところに、急に負荷がエンジン４に加わり、エンジ
ン回転数が低下したとする。

このとき、回転数検出回路５が出力する電圧信号が低
下するので、偏差信号は正の電圧信号となり、比例積分
制御器２、アクチュエータ３を通して、制御系はエンジ
ン４の回転数を上昇させるように動作し、エンジン回転
数はもとの目標回転数に回復していく。

この過程の中で、できるだけ速くもとの目標回転数に
エンジン回転数を戻すためには、偏差信号を受ける比例
積分制御器２における比例ゲインや積分ゲインを大きく
し、同一偏差信号に対して大きな電圧信号をアクチュエ
ータ３に与えるのが望ましいことは明らかである。

すなわち、制御系の感度を上げることによって、低下
したエンジン回転数を速く元の目標回転数に戻すことが
できる。

このように、一般に、フィードバック制御系におい
て、比例積分制御器２の比例ゲインや積分ゲインを大き
くして、制御系の感度を上げることは、（１）外乱の影響を速やかに除去する点、（２）制御対象の特性変化やバラツキに無関係に所定の
制御成績を得る点、などで極めて重要なこととなっている。

しかし、実際のエンジン回転数制御系においては、制
御系の感度を上げることは通常非常に難しいこととなっ
ている。

この理由は、一般に、エンジンの場合に、例えば、ア
クチュエータ３が吸入空気量を操作する場合を例にとる
と、吸入空気流量からエンジン回転数までの間の伝達特
性に、（１）位相が180度遅れる２次遅れ要素がある点、（２）行程遅れによる無駄時間要素などがある点、などにより、制御系の感度を上げる（高ゲインにする）
と、制御系自体が不安定になり、ハンチング現象が発生
するからである。

この点に関して、第５図を例にとり、式を用いて詳し
く説明する。この第５図において、比例積分制御器２お
よび伝達関数345の伝達関数をそれぞれGc（Ｓ）,G
₃₄₅（Ｓ）e^-SLとし、設定回路１の電圧信号をｒ、伝達
関数345の出力（電圧信号）をｙとすると、電圧信号ｒ
から出力ｙへの閉ループ伝達関数y/rは次の（１）式で
与えられる。

したがって、制御系の安定性を支配する特性方程式は
次の２次で与えられる。

１＋Gc（Ｓ）G₃₄₅（Ｓ）e^-SL＝０ ……（２）ここで、Gc（Ｓ）は比例積分制御器２の伝達関数であ
る。

よく知られているように、上記（２）式を用いた安定
性解析はナイキスト線図を書くことによって実行でき
る。以下に、実際にナイキスト線図を書いて、制御系の
安定性を解析してある。

まず、Gc（Ｓ）は比例積分だから、比例ゲインをＫ、
積分ゲイン（積分時間）をTiとすれば、で与えられる。

一方、アクチュエータ３からエンジンまでの伝達関数
G₃₄₅（Ｓ）は、なる２次遅れで精度よく近似できる。

ここに、Ｔは時定数で、エンジン回転数、フライホイ
ール慣性モーメント、サージタンクの容積などに依存す
るが、エンジン平衡回転数No＝750rpmで、0.3秒程度で
ある。

また、無駄時間Ｌは４行程分とすると、エンジン平衡
回転数No＝750rpmで、４×60/（２×No）＝0.16秒とす
る。Ｓ＝ｊωを（３）式，（４）式に代入して、 ωKTi＝ωＴ×（KTi/T）， ωTi＝ωＴ×（Ti/T）， ωＬ＝ωＴ×（L/T），のように変形し、K,Tiをパラメータにとり、ナイキスト
線図を書くと、例えば、第６図が得られる。

この第６図はＫ＝0,Ti/T＝１のときのものである。こ
の第６図から明らかなように、周波数ｆ＝0.37Hzで位相
が180度、絶対値は0.96であり、制御系は非常に不安定
であることがわかる。

同様に、K,Tiをパラメータにとった各ナイキスト線図
から制御系が不安定になる周波数を求めると、0.37Hz〜
0.7Hzの範囲にある。

一方、実験によると、アイドル回転数制御系が不安定
になり、ハンチングするときの実際の周波数はほとんど
0.3〜0.7Hzの間にあり、上記の解析は実験と極めてよく
一致していることがわかる。

この解析から、制御系が安定になるK,Tiの範囲を求め
ると、Ｋ＝１〜２、Ti/Tは１以上となる。この結果も実
験と一致している。これらのことから、（１）アイドル回転数制御系の比例ゲインＫはせいぜい
２次下で、積分時間Tiは0.3秒より大きく（したがっ
て、積分ゲインは小さく）しないと、制御系は不安定に
なること、（２）したがって、制御系の感度を上げる（高ゲインに
する）ことができず、外乱に対する応答（追従性）が悪
くなり、大きな負荷が急に加わると、エンジンストップ
を生じること、がわかる。

このような現状を少しでも、改善するため、種々の工
夫が考えられている。例えば、空気調和機（以下、空調
という）などのスイッチ信号をコンピュータに取り込
み、実際に空調機の負荷が機関に印加される前に、空調
機が稼動するということをコンピュータが知り、アクチ
ュエータ３を駆動する方法がしばしば採用されている。

しかしながら、この方法では、スイッチ信号と実際に
空調機の負荷が機関に印加される時期に大幅なずれがあ
るときには、一旦、回転数が吹き上がった後、下がるこ
とがあり、運転者に不愉快な印象を与えることが多かっ
た。

改善のもう一つの例として、特公昭61−43535号公報
によれば、第７図に示すフィードバック制御系が提案さ
れている。

すなわち、第７図において、符号１〜5,11で示す部分
は第４図と同様であり、６と12で示す部分が第４図の構
成に追加されており、６は回転数検出回路５で検出され
て出力するエンジン回転数の現象に応じた電圧の検出信
号を出力する検出回路である。

この検出回路６から出力される検出信号と回転数検出
回路５から出力される検出信号は加算機12で加算され、
その加算結果は減算器11に出力するようにしている。

次に、この第７図の動作について説明する。第４図と
同様に、この第６図の制御系がある定常状態にあるとき
に、急激に負荷外乱が加わり、エンジン回転数が急速に
減少したとする。

この場合、設定回路１から回転数検出回路５までは、
第４図と全く同様に動作するが、第７図では、回転数の
減速度に比例した電圧による出力信号を出力する検出回
路６によって回転数の減速度に比例した電圧が余分にフ
ィードバックされ、第４図の動作に比べて偏差信号は大
きくなり、第４図に比較して、より速く元の目標回転数
に復帰する。

このような一種のフィードフォワードによって、確か
にエンジン回転数は第４図の場合に比べて速く元の目標
回転数に復帰するが、このようなフィードフォワード補
償が初期の目的を達成するのは、一般に極めて限られた
場合（例えば、制御対象の特性変化が非常に小さい場
合）が多く、したがって、一般的に効果が常に得られる
とは必ずしも限らないという欠点を有していた。

例えば、目標回転数が600rpmのときは、問題なく動作
するが、1000rpmになると、かえって害になるというこ
ともしばしばある。

また、特公昭61−53544号公報によれば、第４図のア
クチュエータ３によって点火時期を制御することが提案
されている。

一般に、エンジン回転数を制御する際、吸入空気流量
と点火時期のどちらかを制御することが考えられるが、
点火時期の方が応答が速いため、点火時期を制御するこ
とによって、外乱による回転数の低下の影響をある程度
速く取り除くことができる。

しかし、点火時期によって制御できる回転数の幅は限
られており、この幅を越えるような負荷が加わった場合
には、あまり効果がない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明した第４図および第７図の各従来のエンジン
回転数制御装置は、エンジンに加わった負荷外乱の影響
をある程度速く取り除き、元の目標回転数に復帰する効
果をもつが、本質的に比例積分制御器２の比例ゲインや
積分ゲインを大きくして、制御系の感度を上げたもので
ないため、その効果は限られるものであった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされた
もので、制御系の感度を上げるとともに、負荷外乱の影
響を速やかに取り除き、元の目標回転数を速やかに復帰
できる内燃機関のアイドル回転数制御装置を得ることを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る内燃機関のアイドル回転数制御装置
は、比例積分制御器の出力端に吸気圧力またはそれを代
表とする機関の状態量に関する局所フィードバック補正
を行うフィードバック系を設けるか、または比例積分制
御器の出力端に吸気圧力または１次進み補償に回転数の
ような運転パラメータの１次および２次微分を組み合わ
せた補償を行う制御系を設けたものである。

〔作用〕

この発明における比例積分制御器の出力端にエンジン
からのフィードバック系を通して吸気圧力またはそれを
代表とする機関の状態量に関する局所フィードバック伝
達関数を加えて局所フィードバック補償を行うか、また
は補償系を通して回転数フィードバック補償の伝達関数
を加えて、１次進み補償に回転数の１次および２次微分
を組み合わせた補償により、エンジンの２次遅れ特性を
１次遅れ特性になるような補償を行い、比例、積分ゲイ
ンを大きくできるようにして、制御系の感度を増大させ
る。

〔実施例〕

以下、この発明の内燃機関のアイドル回転数制御装置
の実施例について図面に基づき説明する。第１図はその
一実施例のブロック図である。この第１図において、第
４図および第７図と同一部分には同一部分を付すのみに
とどめ、その重複説明を避ける。

この第１図の実施例は比例積分制御器２の出力端に加
算器13が設けられており、この加算器13の一方の入力端
にこの比例積分制御器２の出力電圧が加えられるように
なっており、他方の入力端には、エンジン４からのフィ
ードバック系101を介して吸気圧力に関する局所フィー
ドバックの伝達関数100が加えられるようになってい
る。この加算器13の加算結果はアクチュエータ３に加え
るようにしている。

前記フィードバック系101はエンジン４の吸気圧力ΔP
b/Pboから局所フィードバックの伝達関数100を加算器13
に加えるようにしている。

アクチュエータ３から得らえる吸入空気量Δa/ao
は減算器14の一方の入力端に加えるようにしている。こ
の減算器14の他方の入力端にエンジン４から回転数の２
次微分値（１＋STη）が加えられるようになっている。
ここで、Ｓはｊω、τ_ηは時定数である。この減算器14
の出力ΔE/Eoをエンジン４に加えるようにしている。

なお、減算器14の物理的実体は吸気マニホールド内で
の質量保存則を示している。

エンジン４内のG_N（Ｓ）,Gc（Ｓ）,Gb（Ｓ）は伝達特
性、Ｇ_λ（Ｓ）は燃料搬送特性、ΔN/Noは回転数、ΔTb
はエンジントルク。

次に動作について説明する。まず、比例積分制御器２
の出力端に吸気圧力に関する局所（サブ）フィードバッ
ク補償を行う場合について説明する。すなわち、状態量
として吸気圧力をとった場合について説明する。

第１図で破線で示した部分は第４図の従来のエンジン
４機能（吸入空気流量の変化Δａから吸気管圧力の変
化ΔPbを経て回転数の変化ΔＮに変換する機能）をブロ
ック図化して示しているものであり、この発明の本質
は、図中吸気圧力ΔPb/Pboから吸入空気流量Δa/ao
側、すなわち、加算器13の一方の入力端側にフィードバ
ック系101を通して局所フィードバック伝達関数Ｓτ_ａ
（Ｓはｊω、τ_ａは時定数で時定数τ_ηより大）を加え
て、前述の無駄時間を除いたエンジンの伝達特性を表わ
す上記（４）式を、実効的に１次遅れで与えられるよう
にしているものである。

したがって、この部分を中心に式を用いて詳細に説明
する。第１図の吸入空気量ΔE/Eoから吸気圧力ΔPo/Pbo
への伝達特性G_N（Ｓ）は次の式の（５）式の１次遅れで
与えられる。

なお、ここで、簡単のために、第１図のτ_η＝０とし
て考える。

この（５）式において、τ_ａは時定数で次の（６）式
で与えられる。

この（６）式において、η_v0は平衡時の体積効率、No
は平衡時のエンジン回転数、Vmはスロットル弁から吸気
弁までの吸気マニホールド容積、Vhはエンジンの排気容
積で、普通No＝750rpm、η_V0＝0.6、Vm＝Vh程度とする
と、τ_ａ＝0.27sec程度の値をもつ。

上記伝達特性G_N（Ｓ）の前の回転数フィードバック
（減算器14で示される）は機械的にかかるもので、アイ
ドルで回転数が下がると、吸気圧力が上昇するか、また
はその逆の効果を表わしたものである。

また、伝達特性Gc（Ｓ）は燃料制御の空気計量方式に
依存する伝達特性で、吸気圧力ΔPb/Pboに比例して燃料
を噴射する場合（Speed−Density,D−jetro）は行程遅
れと考えなければ１で、エアーフローメータで吸入空気
量を計測して単位回転数当りの空気量に比例して燃料を
噴射する場合（Ｌ−jetro）は（１＋Ｓτ_ａ）で与えら
れる。ここでは、説明を簡単にするため、伝達特性Gc
（Ｓ）＝１とする。

燃料搬送特性Ｇ_λ（Ｓ）は燃料噴射弁（図示せず）を
駆動する噴射パルス幅ΔP_W/P_Woと空気比Δλ／λｏとを
関連づける、いわゆる吸気管内の燃料搬送特性を表して
いる。

ここでは、これについても説明を簡略にするため、１
に等しいものとする。

さらに、伝達特性Gb（Ｓ）はエンジントルクTbと回転
数ΔN/No、吸気圧力ΔPb/Pbo、空気比Δλ／λｏとを関
係づける伝達特性であり、次の（７）式で与えられる。

この（７）式て、Kn,Kp,K_λは定数であり、平衡動作
点（No,Pbo,λｏ）において、実験的に決定される。

これらの定数の物理的意味やそれらの測定法について
は、たとえば、SAE Paper 860411に示されているので、
ここでは簡単な説明をしておく。

すなわち、定数Knは回転数ΔN/Noによってもたらされ
る正味トルクの変化を表し、定数Kpは吸気圧ΔPb/Pboに
よってもたらされる正味トルクの変化を表し、定数Ｋ_λ
は空気比Δλ／λｏによってもたらされる正味トルクの
変化を表している。

エンジントルクΔTbは、よく知られたオイラ運動方程
式で表されるように、再び回転数ΔN/Noに変換される。
すなわち、この（８）式においては、Ｊはフライホィールの慣性
モーメントである。

最後に、吸入空気流量Δa/aoとΔE/Eo、回転数Δ
N/Noの関係は、吸気マニホールド内の質量保存則、状態
方程式および体積効率を定義式より、次の（９）式とな
る。

上記（５）式〜（９）式を連立して、吸入空気流量
ａと回転数ΔＮの関係を求めると、次の（10）式が得ら
れる。ただし、この（10）式では、行程遅れによる無駄
時間を除いている。

ここで、アクチュエータ３の伝達特性を１とすれば（非常に応
答の早いアクチュエータならば、この仮定は正しく成立
する）、上記（10）式は２次遅れ（Ｓの２次式）で与え
られる現状の伝達特性（（４）式）を正しく表している
ことがわかる。

このようなアイドル系に第１図に示した吸気圧力ΔPb
/Pboから吸入空気流量Δa/ao側に局所フィードバッ
クの伝達関数100（Ｓτ_ａ）を介した状態量の局所フィ
ードバック系101を設けると、２次遅れ（Ｓの２次）で
与えられる従来の伝達特性（（４）式）を、実効的に１
次遅れの特性にすることができ、それによって、比例積
分制御器２の比例、積分ゲインを大きくし、制御系の感
度を高くすることによって、制御系の過渡特性を大幅に
改善できることを発明者は見出した。

以下に、これに関して式を用いてさらに詳しく説明す
る。第１図に示した吸気圧力ΔPb/Pboから吸入空気流量
Δa/ao側に伝達関数100（Ｓτ_ａ）を介した状態量
を介した局所フィードバック、すなわち、フィードバッ
ク系101を設けると、と表される空気流量が流れる。

この（13）式で右辺第１項はスロットルバルブをバイ
パスする第１の通路を流れる空気流量とし、右辺第２項
をスロットルバルブをバイパスする第２の通路を流れる
空気流量とすれば（現実には、このような区別をする必
要がなく、第１の通路を流れる空気流量に右辺第２項で
表される空気流量を上乗せして流せばよい）、上記（1
3）式を（９）式に代入することにより、次の（14）式
が得られる。

上記（10）式を導いたときと同様に、（９）式の代わ
りに上記（14）式を用い、（５）式〜（８）式から（1
0）式に対応するΔａからΔＮへの伝達特性を求める
と、次の（15）式が得られる。

ここで、である。

すなわち、（10）式と（15）式を比較すれば明らかな
ように、ΔapからΔＮへの伝達特性は２次遅れから１
次遅れとなる。

したがって、同一周波数に対する位相遅れが減少し、
比例、積分ゲインを増大させても、制御系は安定に動作
されるようになり、トルク外乱に対する応答を速くする
ことができる。

次に、これによって、どの程度制御成績が改善される
かを検討する。そのため、アクチュエータ３からエンジ
ン４の伝達特性G₃₄₅（Ｓ）を１次遅れとして、前と同様
にナイキスト線図を書くことにする。すなわち、として、となる。

この（18）式を用いて、（２）式のナイキスト線図
（比較のため、正規化無駄時間Ln＝L/T＝0.5、正規化積
分時間Tn＝Ti/T＝１、１次遅れ時定数Ｔ＝0.3sec、比例
ゲインＫ＝１とした）を書くと、第２図が得られる。

この第２図と第６図と比較すると、以下のことがわか
る。すなわち、第２図において、実線と交差する周波数
1.7Hzで、そのときの絶対値は0.3（ゲイン余裕は20dB）
で、第６図の基準状態（ゲイン余裕は0.4dB）に比べる
と、安定性は極めてよくなり、応答性は４倍も速くな
る。

このように、状態量である吸気圧ΔPbを伝達関数100
（Ｓτ_ａ）を介して局所フィードバックすることによ
り、安定性と速応性を同時によくすることが可能とな
る。

この効果を物理的に説明すれば、次のようになる。先
に述べたように、ある定常状態に負荷が急に印加された
とすると、当然回転数は低下する（ΔＮ≦０）が、この
とき、たとえ、吸気圧ΔPbの局所フィードバックがなく
ても、一般に機械的にかかるフィードバックになり、吸
気圧は増大する方向に機関は動作する（（９）式でΔ
ａ＝０のとき、ΔＮ≦０ならば、ΔPb≧０となる）。

しかし、この動作が緩慢であるため、安定性と応答性
が悪いわけである。この発明が主張する吸気圧ΔPbの局
所フィードバックは、この機械的にかかるフィードバッ
クを補強する働きをする。

すなわち、（９）式で、ΔＮ≦０で、ΔPb≧０となっ
たとき、状態である吸気圧ΔPbの局所フィードバックは
吸気圧ΔPbの微分に比例した空気流量Δａを余分に流
すように動作するので、それに見合う量だけ速く吸気圧
を立ち上げるわけである。

換言すれば、吸気圧ΔPbの局所フィードバックは自然
に機械的にかかるフィードバックを補強していることに
なる。

よく知られているように、吸気圧は機関の発生するト
ルクに対応する状態量である。したがって、吸気圧の代
わりに、トルクＴ、図示平均有効圧Pi次式で定義される
サイクル当たりの発熱量Ｑの微分に比例する局所フィー
ドバックを実施しても同様の効果が得られるのは明らか
である。

ここで、κは比熱比、Ｐ（θ）はクランク角θにおけ
るシリンダ内圧力、Ｖ（θ）クランク角θにおけるシリ
ンダ内圧力、Ｖ（θ）はクランク角θにおける筒内容積
で、クランク角θは圧縮および燃焼、膨張行程の期間を
示す。

状態量である吸気圧の微分に比例する局所フィードバ
ックを実施するときの比例係数τ_ａは（６）式からわか
るように、体積効率と期間回転数に逆比例し、マニホー
ルド容積Vmと期間排気容積Vhとの比に比例するので、こ
れらの値に応じて比例係数の値を変えれば、機関の種々
の動作点においても、上記の効果が得られる。

以上述べた構成では、吸気圧やそれに代わる状態量が
計測できない場合には、上記の局所フィードバックは不
可能になる。

しかし、次のようにすれば、上記の局所フィードバッ
クと同様の効果を得ることができる。すなわち、上記
（14）式を（13）式に代入するととなる。第１図の説明で簡単のために無視したτ_ηを考
えれば、厳密な式として、が導かれる。

第３図はこの（20）式を適用するこの発明の他の実施
例のブロック図である。式の導出過程から明らかなよう
に、状態量である吸気圧を微分に比例する局所フィード
バックと同様の効果を奏する。

これは吸気圧の微分に比例する局所フィードバックを
実施すると、吸気圧は（14）式で与えられるからであ
る。

ここで、上記（20）式による実施例の第３図について
説明する。この第３図では、比例積分制御器２の出力を
１次進み補償伝達関数200（１＋Ｓτ_ａ）を減算器15の
一方の入力端に加え、この減算器15の他方の入力端に、
回転数検出回路５の出力を回転数フィードバック補償伝
達関数300｛Ｓτ_ａ（１＋ST_η）｝を補償系301を介して
加えるようにしており、この減算器15の出力はアクチュ
エータ３に加えるようにしている。

すなわち、この第３図において、比例積分制御器２の
出力を１次進み補償伝達関数200（１＋Ｓτ_ａ）が（2
0）式の右辺第１項に対応し、これと回転数検出回路５
の出力を回転数フィードバック補償伝達関数300を通し
て減算器15にて減算を行い、（20）式の右辺第２項の回
転数の１次、２次微分に比例するＳτ_ａ（１＋ST_η）Δ
N/Noをアクチュエータ３の入口にフィードバックする。

このように、吸気圧またはそれに代わる状態量が検出
できない場合は、空気流量の１次進み補償に１次、２次
微分に比例した回転数フィードバックをかけることによ
り、局所吸気圧フィードバックをかけたのと同様の効果
を発揮させることができる。

この場合も、各微分にかかる係数τ_a,τ_ηは機関動作
点に依存するから、前述のように、機関動作点に応じて
係数を変えることにより、すべての動作において、この
発明の特徴に対応する効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、吸入空気流量に状態
量である吸気圧の微分に応じた局所フィードバックをか
けるか、あるいは１次進み補償に回転数のような運転パ
ラメータの１次および２次微分を組み合わせて補償を行
うように構成したので、２次遅れと無駄時間で表される
エンジン特性を実効的に１次遅れと無駄時間で与えら
れ、制御系の位相遅れを著しく低減でき、比例積分制御
器の比例、積分ゲインを増大させるとともに、制御系の
感度を上げることができ、負荷外乱による回転数変動を
速やかに整定させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による内燃機関のアイドル
回転数制御装置のブロック図、第２図はこの発明におけ
る制御系を支配する特性方程式を用いた安定性解析を実
行するためのナイキスト線図、第３図はこの発明の他の
実施例のブロック図、第４図は従来のエンジン回転数制
御装置のブロック図、第５図は第４図のエンジン回転数
制御装置の動作を示す簡略化ブロック図、第６図は第４
図のエンジン回転数制御装置における制御系を支配する
特性方程式を用いた安定解析を実行するためのナイキス
ト線図、第７図は従来のエンジン回転数制御装置の別の
例を示すブロック図である。１……設定回路、２……比例積分制御器、３……アクチ
ュエータ、４……エンジン、５……回転数検出回路、1
1,14,15……減算器、13……加算器、100……局所フィー
ドバックの伝達関数、101……局所フィードバック制御
系、300……回転数フィードバック補償伝達関数、301…
…補償系。なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンのアイドル回転数を検出する回転
数検出回路と、上記エンジンの所定の目標回転数に応じ
た設定信号を出力する設定回路と、上記回転数検出回路
の検出信号と上記設定信号との偏差を増幅および積分す
る比例積分制御器の出力に応じてスロットルバルブをバ
イパスする吸気通路を制御する比例積分フィードバック
制御系とを備えた内燃機関のアイドル回転数制御装置に
おいて、上記スロットルバルブをバイパスする吸気通路
を流れる空気流量に対して、吸気圧力Pb、エンジントル
クＴ、図示平均有効圧P_i、サイクル当たりの発熱量Ｑな
どの上記エンジンの状態量のうちの少なくとも一つの状
態量の変化の一次微分に応じた次の式で表される局所的
な状態フィードバック（Δ_ａは吸入空気流量の変化、_a0はスロットルバル
ブと上記吸気通路を流れる全体の平衡時の空気流量、Ｓ
はｊω、τ_ａは時定数）をかけるフィードバック制御系
と、上記吸気通路を流れる空気流量を、空気流量および
エンジン回転数などのエンジンの運転パラメータの変化
の１次微分または２次微分あるいはその和もしくは差に
応じて、次の式（τ_ａ＝120Vm/（η_v0N₀V_m）,V_mはスロットルバルブか
ら吸気管壁および吸気バルブまで占められる体積、V_Sは
排気容量、η_V0は平衡吸気圧力P_b0で平衡回転数N₀での
体積効率、Ｎは回転数、添字_０は平衡時での各値、_a0
はスロットルバルブとバイパス空気通路を流れる全体の
平衡時の空気流量、Ｓはｊωである）で示される制御系
とを上記比例積分制御器に併設したことを特徴とする内
燃機関のアイドル回転数制御装置。
【請求項２】上記局所的な状態量フィードバックにおい
て上記状態の変化の１次微分にかける係数K₀と上記運転
パラメータの変化の１次微分または２次微分にかける係
数K₁,K₂は上記エンジンの運転パラメータの変化に応じ
て変化することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の内燃機関のアイドル回転数制御装置。