JP3581718B2 - エンジンの回転数制御装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、エンジンの回転数に応じて燃料供給量を制御するエンジンの回転数制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のエンジンの回転数制御装置として、従来より目標回転数とエンジン回転数の差に応じた電圧に、比例、積分、微分のいわゆるPID演算を施し、演算した結果にしたがって燃料噴射装置やスロットル制御装置などの燃料供給量を制御する技術が知られている。
【0003】
ところで、燃料供給量とエンジン回転数の変化との関係は一定ではなく、以下の特性を有する。即ち、エンジン回転数が低い場合は燃料供給量の増減に対して回転数の変化幅は大きく、その変化の時間遅れも大きい。したがって、制御の安定性を確保するためには微分増幅、比例増幅を低く設定するのが望ましい。一方、エンジン回転数が高い場合は燃料供給量の増減に対してエンジン回転数の変化幅は小さく、その変化の時間遅れも小さい。したがって、比例、積分、微分の各増幅率を高めて過渡特性(瞬時変動率、整定時間)を改善するのが望ましい。
【0004】
こうした改善策として、本出願人は特開平03−11141号公報に示すようにエンジンの回転数に応じてPID演算の各係数の一部または全部を可変とするようにしたものをすでに提案している。この方法によればエンジンが低速回転のときには比例、積分、微分の各演算の係数を小さくして安定性の高い制御を行ない、高速回転時には各係数を大きくして過渡特性に優れた制御を行なうのであるが、エンジンの応答速度よりも燃料供給量を制御するアクチュエータの動作速度の方が速すぎたり、遅すぎたりすると低速回転時の制御が不安定になったり、高速回転時の制御の追従性が低下したりすることが考えられた。
【0005】
この点に対するアクチュエータの応答性を改善するために、本出願人は特開平04−60141号公報に示すようにアクチュエータの動作速度を示す信号をフィードバック増幅してエンジンの応答速度に合わせた回転数制御を行なう際に、そのフィードバック量をエンジンの回転数に応じて連続的に可変にするエンジンの回転数制御装置を提案している。このように、アクチュエータの動作速度を示す信号のフィードバック量をエンジンの回転数に応じて連続的に可変にすることにより、エンジン回転数が低いときには前記アクチュエータの追従性を遅らせ、エンジン回転数が高いときには追従性を高めるようにして一定の成果を収めている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジン制御の回転数領域をもっと広い範囲にまで拡張しようとすると、安定性の確保のために過渡性能を犠牲にせざるを得なくなってしまうことが考えられた。
【0007】
そこで、本発明はエンジン制御の回転数領域をもっと広い範囲にまで拡張しても、アクチュエータの性能に応じてエンジンの低速回転時には安定性に優れたエンジン制御を行なうことができ、エンジンの高速回転時には過渡性能の優れたエンジン制御を行なうことができるエンジンの回転数制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のエンジンの回転数制御装置は、エンジンの目標回転数を電圧信号として設定する目標回転数設定手段と、前記エンジンの回転数をパルス列信号として検出した後にこれを周波数電圧変換し電圧信号として検出する回転数検出手段と、前記エンジンに動作位置に応じた燃料を供給するアクチュエータと、前記アクチュエータの前記動作位置を検出する動作位置検出手段と、この動作位置検出手段によって検出される前記動作位置の変化を示す速度信号を、前記目標回転数設定手段によって設定された前記目標回転数を示す電圧信号に重畳する重畳手段と、この重畳された信号と前記エンジンの回転数を示す電圧信号とに基づいて前記アクチュエータの前記動作位置を制御する燃料制御手段と、を備えたエンジンの回転数制御装置において、前記重畳手段によって前記動作位置の変化を示す速度信号が前記目標回転数を示す電圧信号に重畳される度合いを重畳度として設定する重畳度設定手段と、前記回転数検出手段の周波数電圧変換における変換速度を決定する時定数を設定する時定数設定手段と、前記エンジンの回転数が所定値を越えたとき、前記重畳度設定手段に信号を出力し、該重畳度設定手段によって設定される前記重畳度が小さくなるように、および前記時定数設定手段に信号を出力し、該時定数設定手段によって設定される前記時定数が小さくなるように、前記重畳度設定手段および前記時定数設定手段による設定を変更する設定変更手段とを備える。
【0009】
【作用】
本発明のエンジンの回転数制御装置は、目標回転数設定手段によりエンジンの目標回転数を電圧信号として設定し、回転数検出手段により前記エンジンの回転数をパルス列信号として検出した後にこれを周波数電圧変換して電圧信号として検出し、アクチュエータにより動作位置に応じた燃料を前記エンジンに供給し、動作位置検出手段により前記アクチュエータの前記動作位置を検出し、この動作位置検出手段によって検出される前記動作位置の変化を示す速度信号を、前記目標回転数設定手段によって設定された前記目標回転数を示す電圧信号に重畳手段により重畳し、燃料制御手段によりこの重畳された信号と前記エンジンの回転数を示す電圧信号とに基づいて前記アクチュエータの前記動作位置を制御する際に、前記重畳手段によって前記動作位置の変化を示す速度信号が前記目標回転数を示す電圧信号に重畳される度合いを重畳度設定手段により重畳度として設定し、時定数設定手段により前記回転数検出手段の周波数電圧変換における変換速度を決定する時定数を設定し、前記エンジンの回転数が所定値を越えたとき、前記重畳度設定手段に信号を出力し、該重畳度設定手段によって設定される前記重畳度が小さくなるように、および前記時定数設定手段に信号を出力し、該時定数設定手段によって設定される前記時定数が小さくなるように、前記重畳度設定手段および前記時定数設定手段による設定を設定変更手段により変更する。
【0010】
【実施例】
本発明のエンジンの回転数制御装置の実施例を図面に基づいて説明する。図1および図2は本実施例のエンジンの回転数制御装置10の電気的構成を示す回路図である。この回転数制御装置10はエンジン20の目標回転数を電圧信号ecとして出力する目標回転数設定部30と、エンジン回転数を電圧信号enに変換する周波数電圧変換回路(以下、FV変換回路という)40と、エンジン回転数が所定回転数を越えたときに切替信号cnを発生する回転数判別部49と、目標回転数の電圧信号ecおよびエンジン回転数の電圧信号enに基づいて比例、積分、微分の各演算を実行するPID回路50を備える。エンジン20にはエンジン回転数を検出する回転数検出器23が設けられており、エンジン回転数に比例する周期のパルス信号Pnを出力する。このパルス信号Pnは前述のFV変換回路40に入力されるとパルス信号Pnの周期に対応する電圧信号enに変換される。また、スロットル制御装置27はエンジン20の吸気管26に設けられたスロットルバルブ25を駆動するソレノイド式アクチュエータ27aを備えており、このアクチュエータ27aにはその動作位置を検出するアクチュエータ位置検出器28が設けられている。アクチュエータ27aの動作位置がアクチュエータ位置検出器28によって検出されると、その検出信号28aは目標回転数設定部30に入力される。
【0011】
目標回転数設定部30は検出回路31、目標回転数設定器32、微分回路34および重畳回路36を備える。前述のアクチュエータ位置検出器28で検出された検出信号28aは検出回路31で直流の電圧信号eaに変換される。電圧信号eaはコンデンサ32a、抵抗器32bからなる微分回路34で微分されると演算増幅器33で構成された電圧フォロワを介して重畳回路36に入力される。また、目標回転数設定器32で設定した目標回転数に対応する電圧信号esも重畳回路36に入力される。
【0012】
重畳回路36は演算増幅器38で構成されており、この演算増幅器38の出力端子38bと反転入力端子38cの間には抵抗器44が接続されており、この抵抗器44の両端には抵抗器45およびアナログスイッチ46が直列に接続されている。このアナログスイッチ46は回転数判別部49からの切替信号cnによりオンオフ動作し演算増幅器38のフィードバック抵抗値を変更する。
【0013】
また、反転入力端子38cと演算増幅器38の出力端子38bの間には抵抗器44が設けられている。演算増幅器38の非反転入力端子38dには目標回転数設定器32の電圧信号esが入力されている。したがって、反転入力端子38cに微分された電圧信号eaが入力されない状態では、重畳回路36の電圧信号ecの電圧は電圧信号esの電圧に対応する。アクチュエータ27aの動作位置が燃料の増量側へ移動した場合は微分回路34で微分される電圧信号eaが重畳回路36で信号処理されると、重畳回路36の電圧信号ecは前記電圧信号esより低い電圧となり、燃料の減量側へ移動した場合は高い電圧となるように構成されている。
【0014】
PID回路50は演算増幅器54、この演算増幅器54の出力端子54dと反転入力端子54eとの間に設けられた積分回路60、反転入力端子54eに一端が接続された入力抵抗器61、この入力抵抗器61と並列に接続された微分回路62からなる演算回路から構成される。積分回路60はコンデンサ60a、このコンデンサ60aに並列に接続されたコンデンサ60bと抵抗器60cの直列回路から構成される。微分回路62はコンデンサ62a、抵抗器62bの直列回路で構成される。
【0015】
F/V変換回路40は前述の回転数検出器23からエンジン回転数に比例した周期のパルス信号Pnを入力する度に固定幅のパルス信号を出力するパルス変換部42、この固定幅のパルス信号を平滑化するローパスフィルタ44を備える。ローパスフィルタ44は抵抗器47a、47b、コンデンサ47cからなる時定数回路、この時定数を変更するアナログスイッチ59、電圧フォロワ回路を形成する演算増幅器48から構成される。回転数判別部49は、抵抗器73、74でヒステリシス特性を有する演算増幅器79からコンパレータを形成する。演算増幅器79の非反転入力端子79aには前述の演算増幅器48の出力信号が入力され、反転入力端子79bには抵抗器71、72で設定される基準電圧が入力される。この基準電圧は高速回転時のエンジン回転数に相当する電圧値に設定される。
【0016】
演算増幅器79の出力端子79cは前述のアナログスイッチ46、59に接続されており、その出力信号によってアナログスイッチ46、59はオンオフに駆動される。
【0017】
PWM(パルス幅変調)変換回路76は前述のPID回路50の出力信号eoを入力するとその出力信号eoに応じたパルス幅の駆動信号を次段のパワートランジスタTrに出力する。パワートランジスタTrのベースBはPWM変換回路76の出力端子に接続され、コレクタCはアクチュエータ27aとダイオードDの並列回路の一端に接続され、エミッタEは接地される。
【0018】
以上示した構成を有する回転数制御装置10の動作について説明する。アクチュエータ位置検出器28から検出回路31にアクチュエータの位置を示す検出信号28aが入力されると、検出回路31で直流に変換されて電圧信号eaとなる。この電圧信号eaは微分回路34で微分されると、アクチュエータ27aの動作位置の変化(動作速度)に相当する電圧信号となって演算増幅器38の反転入力端子38cに入力される。非反転入力端子38dには目標回転数設定器32から出力される電圧信号esが入力される。微分された電圧信号eaは演算増幅器38によって所定の増幅率Gで増幅されて電圧信号esに重畳される。アクチュエータ27aの動作位置の変化に相当する電圧信号を含む電圧信号ecは出力端子38bから出力される。このとき、重畳回路36のフィードバック量はフィードバック抵抗器Rfの値によって決定され、この値はアナログスイッチ46のオンオフ動作によって2段階に切り替わる。即ち、後述するエンジン20の回転数が低いときには回転数判別部49はアナログスイッチ46に対してオフ信号を出力する。アナログスイッチ46がオフすると抵抗器45の一端が遮断されるので、フィードバック抵抗の値は抵抗器44の値になる。エンジン20の回転数が高いときには回転数判別部49はアナログスイッチ46に対してオン信号を出力すると、フィードバック抵抗の値は抵抗器44、抵抗器45の並列接続された値になる。したがって、エンジン20の回転数が低いときにはフィードバック量が多いので、スロットル27aの動作位置の変化に対して比較的制動力が大きく安定した電圧信号ecを出力するが、エンジン20の回転数が高いときにはフィードバック量が少ないので、スロットル27aの動作位置の変化に対して比較的制動力が小さく追従する電圧信号ecを出力する。
【0019】
エンジン20の回転数を出力するF/V変換回路40では、回転数検出器23からエンジン回転数に比例した周期のパルス信号Pnがパルス変換部42に入力される度にパルス変換部42によって固定幅のパルス信号が出力される。この固定幅のパルス信号は、次段のローパスフィルタ44に入力されるとローパスフィルタ44で平滑化され、演算増幅器48を介して電圧信号enは前述したようにPID回路50に入力される。ローパスフィルタ44では、アナログスイッチ59によって時定数回路の時定数が2段階に切り替わり、抵抗器47a、47bおよびコンデンサ47cをそれぞれR6、R5、およびC1とすると、アナログスイッチ59がオンすることによって定まる時定数C1・(R5+R6)/R5・R6とアナログスイッチ59がオフすることによって定まる時定数C1R5のいずれかに切り替えられる。このアナログスイッチ59の切替信号は抵抗器71および抵抗器72によって分圧される基準電圧とローパスフィルタ44から出力されるエンジン回転数の出力電圧をコンパレータ79で比較することによってHレベルあるいはLレベルとなる。エンジン20の回転数が低いときにはエンジン回転数の出力電圧が基準電圧を下回りアナログスイッチ59はオフになって時定数はC1R5と大きくなる。エンジン20の回転数が高いときにはエンジン回転数の出力電圧が基準電圧を上回りアナログスイッチ59がオンになって時定数はC1・(R5+R6)/R5・R6と小さくなる。
【0020】
以上示したように、エンジン20の回転数があらかじめ設定した値よりも低い場合にはローパスフィルタの時定数を大きく設定してパルスの残留リップルを少なくし重畳回路36の重畳度を増やし、アクチュエータ27aの制動を強くすることにより、アクチュエータ27aの動きを緩慢にして安定性を図る。一方、エンジン20の回転数があらかじめ設定した値よりも高く回転数制御の応答性が速い場合にはローパスフィルタの時定数を小さく設定してF/V変換速度を速めることで回転数検出信号の検出遅れを小さくすると共に重畳回路36の重畳度を減らし、アクチュエータ27aの制動を弱くすることによりアクチュエータ27aの動きを速くして追従性の向上を図る。
【0021】
尚、上記実施例は本発明を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上記実施例ではフィードバック量およびローパスフィルタの時定数は2段階に切り替えているが、3段階以上に切り替えてもよい。また、フィードバック量の設定に際して、オペアンプの反転入力端子と出力端子の間の抵抗器45をアナログスイッチ46によってカットオフする代わりに、反転入力端子に接続される抵抗器37の抵抗値を可変させてもよい。さらに、ローパスフィルタ44の時定数を決定する抵抗器47a(R6)をアナログスイッチ59によってカットオフする代わりに、コンデンサ47cの容量をアナログスイッチによって可変するようにしてもよい。また、ローパスフィルタはコンデンサ、抵抗器に限らず、コイルを組み合わせて構成しても良い。また、ガソリンエンジンに限らず、種々のエンジン例えばディーゼルエンジンなどに適用することもできる。また、エンジン回転数に応じて連続的にフィードバック量を可変にする重畳回路(特開平04−60141号公報に記載)に本実施例のフィードバック量の切替え、およびローパスフィルタ44の切替えを適用してもよい。また、燃料供給量調節機構としてスロットル制御装置を用いているが、例えばアクチュエータの作動上限が機械的に規制されている構造の燃料噴射装置に適用してもよい。
【0022】
【発明の効果】
本発明のエンジンの制御装置によれば、エンジン制御の回転数領域を広い範囲にまで拡張しても、エンジンの低速回転時および高速回転時のいずれの性能も犠牲にすることなく、アクチュエータの性能に応じてエンジンの低速回転時には常に安定性に優れたエンジン制御を行なうことができ、エンジンの高速回転時には常に過渡性能の優れたエンジン制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のエンジンの回転数制御装置10の電気的構成を示す回路図である。
【図2】図1につづくエンジンの回転数制御装置10の電気的構成を示す回路図である。
【符号の説明】
10… 回転数制御装置
20… エンジン
30… 目標回転数発生回路30
40… 周波数電圧変換回路

Claims (2)

  1. エンジンの目標回転数を電圧信号として設定する目標回転数設定手段と、
    前記エンジンの回転数をパルス列信号として検出した後にこれを周波数電圧変換し電圧信号として検出する回転数検出手段と、
    前記エンジンに動作位置に応じた燃料を供給するアクチュエータと、
    前記アクチュエータの前記動作位置を検出する動作位置検出手段と、
    この動作位置検出手段によって検出される前記動作位置の変化を示す速度信号を、前記目標回転数設定手段によって設定された前記目標回転数を示す電圧信号に重畳する重畳手段と、
    この重畳された信号と前記エンジンの回転数を示す電圧信号とに基づいて前記アクチュエータの前記動作位置を制御する燃料制御手段と、
    を備えたエンジンの回転数制御装置において、
    前記重畳手段によって前記動作位置の変化を示す速度信号が前記目標回転数を示す電圧信号に重畳される度合いを重畳度として設定する重畳度設定手段と、
    前記回転数検出手段の周波数電圧変換における変換速度を決定する時定数を設定する時定数設定手段と、
    前記エンジンの回転数が所定値を越えたとき、前記重畳度設定手段に信号を出力し、該重畳度設定手段によって設定される前記重畳度が小さくなるように、および前記時定数設定手段に信号を出力し、該時定数設定手段によって設定される前記時定数が小さくなるように、前記重畳度設定手段および前記時定数設定手段による設定を変更する設定変更手段とを備えたことを特徴とするエンジンの回転数制御装置。
  2. 前記重畳手段は前記動作位置の変化分を微分して負帰還増幅し、この負帰還増幅された前記動作位置の変化分を前記目標回転数を示す電圧信号に加算することによって重畳し、
    前記重畳度設定手段はこの負帰還量を重畳度として設定することを特徴とする請求項1記載のエンジンの回転数制御装置。
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