JP3784628B2 - エンジンのアイドル回転数制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイドル状態でのエンジン回転数が目標値になるよう、当該エンジンへの吸入空気量を制御するアイドル回転数制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術として、特開昭６２−１９５４３０号公報の「エンジンのアイドル回転数制御装置」が開示されており、同公報の装置では、エンジンがアイドル状態から非アイドル状態へと移行した時、アイドル回転数制御弁（ＩＳＣ弁）の制御量を時間減衰させるようにしていた。これにより、非アイドル状態への移行に際し、急激なる吸入空気量の減少に起因する、いわゆる息つき現象を解消するようにしていた。
【０００３】
ところが、上記公報の装置では、単位時間に対して既定の割合でＩＳＣ弁の制御量が減衰されるため、制御量の減衰の度合がエンジンの実際の暖機状態に合わず、エンジン回転数の制御性が悪化することが考えられる。すなわち、エンジン始動時には、その時の水温により非アイドル時の水温上昇度合が異なるため、非アイドルへの移行後、短時間でアイドル状態へ復帰する場合には、アイドル復帰時の制御量がエンジン暖機状態に合わず、吸入空気量を減らし過ぎたり、又は減量不足が生じたりしてしまう。また、時間減衰のための定数を決定すべく適合化が必要となり、設計の工数が増える等の問題を招く。
【０００４】
その他に、特公平２−２６６９１号公報の「絞り弁開度制御装置」が開示されており、同公報の装置では、非アイドル時において、エンジンの温度がエンジン状態に応じた所定値に達する毎に、絞り弁の開度を小さくなる方向に制御するようにしていた。これにより、エンジンの低温始動後に走行状態からアイドル状態に戻ったとき、適当な空気量を供給するようにしていた。実際には、アイドル状態からアクセルの踏み込み状態になったときのエンジン水温に応じて、温度上昇に対する戻しパルス（絞り弁閉じ側への制御量）の出力の割合を決定するようにしていた。
【０００５】
ところが、上記特公平２−２６６９１号公報の装置では、以下の問題が依然として残る。つまり、上記公報の装置では、絞り弁を閉じ側に制御するための水温しきい値はアクセルを踏み込む直前に決定され、エンジン水温が低いほど水温しきい値が低く設定される（戻しパルスの出力の間隔が狭められる）。そのため、仮に極低温時の始動直後に非アイドルとなり、その非アイドル状態が継続されて次第にエンジンの暖機が進む場合、有る程度暖機が進んだ状態では、水温しきい値が実際の暖機状態に合わなくなる。従ってやはり、非アイドルからアイドルへの復帰時において絞り弁の開度がエンジン暖機状態に合わず、回転数の制御性が悪化する。また、この場合にも細かな適合化が必要となり、設計の工数が増えてしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、非アイドルからアイドルへの復帰時など、アイドル回転数のフィードバック制御が中断された後に再開される場合において、エンジンの暖機状態に合った好適な回転数制御を実施することができるエンジンのアイドル回転数制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のアイドル回転数制御装置では前提として、エンジンの暖機状態に応じてベース空気量が算出されると共に、アイドル回転数のフィードバック制御条件の成立時に、目標回転数と実回転数との偏差に基づき空気Ｆ／Ｂ量が算出される。そして、アイドル状態での回転数が目標値になるよう、前記ベース空気量及び空気Ｆ／Ｂ量に応じてエンジンへの吸入空気量が制御される。
【０００８】
また、請求項１に記載の発明では、空気Ｆ／Ｂ量とベース空気量との比率が算出される（空気量比率算出手段）。そして、前記フィードバック制御条件が成立から不成立に移行する際、その直前に算出された空気Ｆ／Ｂ量とベース空気量との比率を用い、以降この条件不成立の状態では、前記比率に応じて空気Ｆ／Ｂ量が設定される（空気Ｆ／Ｂ量設定手段）。
【０００９】
要するに、ベース空気量は、エンジンの暖機状態に応じて変化し、暖機が進むと小さくなる。この場合、上記の通り空気Ｆ／Ｂ量とベース空気量との比率を用い、この比率に応じて空気Ｆ／Ｂ量を設定することにより、空気Ｆ／Ｂ量とベース空気量とのバランスが常に保たれつつ空気Ｆ／Ｂ量が設定されるようになる。それ故に、フィードバック制御条件が不成立になった後において、空気Ｆ／Ｂ量は、ベース空気量の変化、すなわちエンジンの暖機の度合に応じて変化する。従って、その後フィードバック制御条件が再び成立し、アイドル回転数制御が再開される際、空気Ｆ／Ｂ量はその時点での暖機状態に相応したものとなり、フィードバック制御の復帰直後から回転数が目標回転数に収束する。つまり、エンジンの暖機状態に合った好適な回転数制御を実施することができるようになる。また、上記した従来公報の装置とは異なり、適合化が不要であるため設計工数が削減できる。
【００１０】
具体的には、請求項２に記載したように、ベース空気量をａ、前記フィードバック制御条件の成立時における空気Ｆ／Ｂ量をｂとする場合、前記空気Ｆ／Ｂ量設定手段は、フィードバック制御条件が成立から不成立に移行する直前の空気Ｆ／Ｂ量とベース空気量との比率「ｂ／ａ」を用い、この比率とベース空気量の最新値ＱＢＡＳＥとの積、
ＱＢＡＳＥ×（ｂ／ａ）
により空気Ｆ／Ｂ量を設定すると良い。この場合、フィードバック制御条件の不成立時には、その時々のベース空気量に対して必要となる空気Ｆ／Ｂ量が容易に算出できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態の装置は、車載多気筒エンジンのアイドル回転数を好適に制御するためのアイドル回転数制御装置を具体化するものであり、アイドル回転数を目標値に収束させるよう当該エンジンへの吸入空気量を調整する。以下には、アイドル回転数制御を実現するためのエンジン制御装置を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態にかかるエンジン制御装置の概要を示す構成図である。図１において、エンジン１には吸気管２と排気管３とが接続されている。吸気管２にはスロットル弁４が設けられており、スロットル弁４の開度はスロットルアクチュエータ５の駆動により制御される。また、このスロットル弁４にはスロットル開度センサ６が配設され、吸気管２のサージタンク７には吸気圧センサ８が配設されている。
【００１３】
シリンダ９内にはピストン１０が配設され、ピストン１０上方の燃焼室１３は、吸気弁１４及び排気弁１５を介して前記吸気管２及び排気管３に連通している。また、シリンダ９（ウォータジャケット）には、冷却水温を検出するための水温センサ２１が配設されている。エンジン１の吸気ポート１７には、気筒毎に電磁駆動式のインジェクタ１８が設けられており、インジェクタ１８は図示しない燃料タンクから供給される燃料（ガソリン）を噴射する。シリンダヘッド１２には点火プラグ１９が配設されている。燃焼に伴う図示しないクランク軸の回転は回転数センサ２０により検出される。
【００１４】
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４等からなるマイクロコンピュータを中心に構成される。ＥＣＵ３０には、前述したスロットル開度センサ６、吸気圧センサ８、回転数センサ２０、水温センサ２１等から各々の検出信号が入力され、ＥＣＵ３０は各検出信号に基づいてスロットル開度、吸気圧、エンジン回転数、エンジン水温を検知する。
【００１５】
ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２内のプログラムに従い各種演算を行い、その時々のエンジン運転状態に基づいて最適なる燃料噴射量、点火時期、吸入空気量を演算し、その演算結果に対応する制御信号によりインジェクタ１８、点火プラグ１９、スロットルアクチュエータ５の駆動を制御する。ＣＰＵ３１は、特に、アイドル状態でのエンジン回転数が目標値になるよう、スロットルアクチュエータ５を駆動してスロットル弁４の開度を調整し、エンジン１への吸入空気量を制御する。
【００１６】
次に、アイドル回転数制御の詳細を説明する。図２は、アイドル回転数制御のための空気制御量の算出手順を示すフローチャートであり、この処理は、例えば各気筒の燃料噴射毎（４気筒エンジンでは１８０°ＣＡ毎）又は所定時間毎にＣＰＵ３１により実施される。
【００１７】
図２において、先ずステップ１０１では、その時の水温Ｔｗに応じてベース空気量ＱＢＡＳＥを算出する。このとき、エンジン水温Ｔｗが低いほど、ベース空気量ＱＢＡＳＥとして大きな値が設定される。続くステップ１０２では、アイドル回転数のＦ／Ｂ条件が成立するか否かを判別する。このＦ／Ｂ条件の判別に際して、主としてアイドル状態であるか否かを判別し、アイドル状態であればステップ１０２を肯定判別する。但しその他に、エンジン回転数の落ち込みに伴い点火時期Ｆ／Ｂ制御が実施されているか否かを判別し、点火時期Ｆ／Ｂ制御中あればステップ１０２を否定判別するようにしても良い。
【００１８】
アイドル回転数のＦ／Ｂ条件が成立する場合、ステップ１０３に進み、エンジン回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｔとの偏差に基づいて空気Ｆ／Ｂ量ＱＩを算出する。続くステップ１０４では、ベース空気量ＱＢＡＳＥに対する空気Ｆ／Ｂ量ＱＩの比率ＫＱＩを算出する（ＫＱＩ＝ＱＩ／ＱＢＡＳＥ）。なお、上記の通りベース空気量ＱＢＡＳＥと空気Ｆ／Ｂ量ＱＩとが算出されると、このＱＢＡＳＥ及びＱＩに基づいてスロットルアクチュエータ５が駆動される。そして、それに伴い吸入空気量が調整され、結果としてアイドル回転数が目標値に制御される。
【００１９】
一方、アイドル回転数のＦ／Ｂ条件が不成立となり、オープン制御が実施される場合、ステップ１０５に進み、それ以前に前記ステップ１０４で算出した比率ＫＱＩを用い、オープン時の空気Ｆ／Ｂ量ＱＩＯＰＮを算出する。すなわち、比率ＫＱＩと今回算出したベース空気量ＱＢＡＳＥとを掛け合わせ、その積をオープン時の空気Ｆ／Ｂ量ＱＩＯＰＮとする（ＱＩＯＰＮ＝ＫＱＩ・ＱＢＡＳＥ）。
【００２０】
その後、ステップ１０６では、ＱＩ＞０であり且つＱＩＯＰＮ＜ＱＩであるか否かを判別し、続くステップ１０７では、ＱＩ＜０であり且つＱＩＯＰＮ＞ＱＩであるか否かを判別する。上記ステップ１０６，１０７は、空気Ｆ／Ｂ量ＱＩＯＰＮが制御量縮小の方向に変化しているかどうかを判定するものであり、ステップ１０６，１０７の何れかがＹＥＳの場合、ステップ１０８に進み、ＱＩＯＰＮにより空気Ｆ／Ｂ量ＱＩを更新する（ＱＩ＝ＱＩＯＰＮとする）。要するに、ＱＩが正負何れであっても、ＱＩＯＰＮの絶対値が減少する場合のみＱＩ更新が許可されることとなる。なお本実施の形態では、上記ステップ１０４が本発明の「空気量比率算出手段」に相当し、ステップ１０５，１０８が「空気Ｆ／Ｂ量設定手段」に相当する。
【００２１】
次に、図３のタイムチャートを参照して、アイドル回転数制御の概要を説明する。図３は、エンジン始動時におけるエンジン回転数Ｎｅの挙動や各種制御量の推移を示している。
【００２２】
エンジン回転数Ｎｅは、エンジン始動に伴い急激に上昇し、ピーク回転数に達した後下降に転じ、時刻ｔ１で目標とする始動時アイドル回転数（目標回転数Ｎｔ）を一旦下回る。目標回転数Ｎｔは、エンジン水温等に応じて設定されるアイドル回転数であり、一例としてエンジンの低温始動時にはＮｔ＝１２００ｒｐｍとする。ベース空気量ＱＢＡＳＥは、エンジン暖機状態（水温Ｔｗ）に応じて随時設定されている。
【００２３】
また、時刻ｔ１では、エンジン回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｔに収束させるべくアイドル回転数Ｆ／Ｂ制御が開始される。つまり、エンジン回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｔとの偏差に相当する制御量が逐次積算されて空気Ｆ／Ｂ量ＱＩが算出される。そして、空気Ｆ／Ｂ量ＱＩとベース空気量ＱＢＡＳＥとに基づいて、アイドル回転数制御に要する空気制御量が算出され、それによりスロットルアクチュエータ５が駆動される。
【００２４】
その後、時刻ｔ２では、例えばアクセルペダルが踏み込まれてエンジン回転数Ｎｅが上昇する。このとき、アイドル状態から非アイドル状態へ移行するのでアイドル回転数のＦ／Ｂ条件が不成立となり、オープン制御が開始される。時刻ｔ２以降、ｔ２直前の空気Ｆ／Ｂ量ＱＩとベース空気量ＱＢＡＳＥとの比率（図の「ＱＩ１／ＱＢＡＳＥ１」）に応じてオープン時の空気Ｆ／Ｂ量ＱＩ（ＱＩＯＰＮ）が算出される。この場合、ベース空気量ＱＢＡＳＥに対するバランスが常に保たれつつ空気Ｆ／Ｂ量ＱＩが設定されるようになる。つまり、エンジンの暖機（水温Ｔｗの変化）に伴いベース空気量ＱＢＡＳＥが図示の如く変化すると、それに合わせるようにして空気Ｆ／Ｂ量ＱＩ（ＱＩＯＰＮ）が徐々に変化（減衰）する。
【００２５】
その後、時刻ｔ３では、再びアイドル状態に戻り、アイドル回転数のＦ／Ｂ制御が再開されるが、この際、空気Ｆ／Ｂ量ＱＩは、ｔ３時点での暖機状態に相応したものとなっている。それ故に、Ｆ／Ｂ制御の復帰直後からエンジン回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｔに収束するようになる。従って、図に二点鎖線で示すように、アイドル復帰直後において、空気Ｆ／Ｂ量ＱＩが多すぎてしまいエンジン回転数Ｎｅが高くなる（図の丸数字１）、或いは空気Ｆ／Ｂ量ＱＩが少なすぎてしまいエンジン回転数Ｎｅが低くなる（図の丸数字２）、といった不都合が生じることはない。
【００２６】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
アイドル回転数のＦ／Ｂ条件が不成立になる際、その直前の空気Ｆ／Ｂ量ＱＩとベース空気量ＱＢＡＳＥとの比率を用い、以降オープン制御時には、前記比率に応じて空気Ｆ／Ｂ量ＱＩを設定するので、アイドル回転数のＦ／Ｂ制御が再開される際、空気Ｆ／Ｂ量ＱＩはその時点での暖機状態に相応したものとなる。従って、Ｆ／Ｂ制御の復帰直後から回転数が目標回転数に収束し、エンジンの暖機状態に合った好適な回転数制御を実施することができる。また、上記装置では、制御量減衰のための適合化が不要であり、設計工数が削減できる。
【００２７】
なお本発明は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記実施の形態では、水温Ｔｗに応じてベース空気量ＱＢＡＳＥを算出したが、これを変更する。例えば、水温Ｔｗに基づく水温補正項に、学習値や目標回転数変化補正項を加え、その和をベース空気量ＱＢＡＳＥとしたり、始動開始からの経過時間等をＱＢＡＳＥ算出のためのパラメータに加えたりしても良い。また、ベース空気量ＱＢＡＳＥは、要はエンジンの暖機状態に応じて算出されれば良く、水温Ｔｗに代えて、シリンダ壁温や吸気温等に応じてベース空気量ＱＢＡＳＥを算出するようにしても良い。
【００２８】
上記実施の形態では、スロットルアクチュエータを用い、スロットル弁の開度を電子制御することによりアイドル運転時における吸入空気量を制御したが、これに代えて、吸気管のバイパス通路に絞り弁（いわゆる、ＩＳＣ弁）を設け、アイドル運転時にこの絞り弁の開度を調節して吸入空気量を制御するようにしても良い。この場合にも、既述の優れた効果が同様に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御装置の概要を示す構成図。
【図２】アイドル回転数制御のための空気制御量の算出手順を示すフローチャート。
【図３】アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御の概要を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、３０…ＥＣＵ、３１…ＣＰＵ。

Claims (2)

1. エンジンの暖機状態に応じてベース空気量を算出すると共に、アイドル回転数のフィードバック制御条件の成立時に、目標回転数と実回転数との偏差に基づき空気Ｆ／Ｂ量を算出し、アイドル状態での回転数が目標値になるよう、前記ベース空気量及び空気Ｆ／Ｂ量に応じてエンジンへの吸入空気量を制御するアイドル回転数制御装置において、
   空気Ｆ／Ｂ量とベース空気量との比率を算出する空気量比率算出手段と、
   前記フィードバック制御条件が成立から不成立に移行する際、その直前に前記空気量比率算出手段により算出した空気Ｆ／Ｂ量とベース空気量との比率を用い、以降この条件不成立の状態では、前記比率に応じて空気Ｆ／Ｂ量を設定する空気Ｆ／Ｂ量設定手段と、
   を備えたことを特徴とするエンジンのアイドル回転数制御装置。
2. ベース空気量をａ、前記フィードバック制御条件の成立時における空気Ｆ／Ｂ量をｂとする場合、前記空気Ｆ／Ｂ量設定手段は、フィードバック制御条件が成立から不成立に移行する直前の空気Ｆ／Ｂ量とベース空気量との比率「ｂ／ａ」を用い、この比率とベース空気量の最新値ＱＢＡＳＥとの積、
   ＱＢＡＳＥ×（ｂ／ａ）
   により空気Ｆ／Ｂ量を設定する請求項１に記載のエンジンのアイドル回転数制御装置。

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