JP3932022B2 - 内燃機関のアイドル回転速度制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイドル運転時に実アイドル回転速度を最終目標アイドル回転速度付近に収束させるように吸入空気量フィードバック制御する内燃機関のアイドル回転速度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関のアイドル回転速度制御は、スロットルバルブをバイパスするバイパス空気量をアイドル回転速度制御バルブ（以下「ＩＳＣバルブ」と略記する）で制御するバイパスエア方式を採用したり、或は、スロットルバルブをモータで駆動する電子スロットルシステムでは、アイドル運転時にスロットルバルブの開度を制御して吸入空気量を調整するようにしている。これらいずれの方式の場合でも、アイドル運転時に内燃機関に供給する吸入空気量（ＩＳＣバルブ開度又はスロットル開度）を、実アイドル回転速度と目標アイドル回転速度との偏差が小さくなるようにフィードバック制御することで、実アイドル回転速度を目標アイドル回転速度付近に制御するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアイドル回転速度制御は、一般にＰＩ制御が用いられるが、ＰＩ制御では、フィードバック制御の応答性を高めるために、高ゲイン化すると、アンダーシュート（回転速度の落ち込み）やオーバーシュート（回転速度の吹き上がり）が発生したり、外乱等の影響に対するフィードバック制御の安定性が低下して、ハンチングが発生しやすくなり、目標アイドル回転速度付近への収束性が悪化するという欠点がある。
【０００４】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、アイドル回転速度制御に要求される高応答性、収束性、安定性を全てに渡って高次元で満足させることができる内燃機関のアイドル回転速度制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関のアイドル回転速度制御装置は、アイドル運転時に、アイドル回転速度制御手段によって、回転速度検出手段で検出した実アイドル回転速度を最終目標アイドル回転速度付近に収束させるように吸入空気量制御手段をフィードバック制御する際に、実アイドル回転速度が所定の回転速度範囲（以下「不感帯」という）の外側であるときに、該実アイドル回転速度と前記最終目標アイドル回転速度とに基づいて中間目標値を設定して、該実アイドル回転速度と該中間目標値とに基づいて前記吸入空気量制御手段の制御量を補正し、該実アイドル回転速度が前記不感帯内に収まっているときに前記吸入空気量制御手段の制御量を補正しないようにし、更に、前記不感帯の上下限の判定にヒステリシスを持たせるにしたものである。
【０００６】
従来のアイドル回転速度制御では、実アイドル回転速度と最終目標アイドル回転速度との偏差が小さくなっても、その偏差に応じて吸入空気量制御手段の制御量（吸入空気量）を補正するため、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度に急激に近付くときでも、更に実アイドル回転速度を最終目標アイドル回転速度に近付ける方向に吸入空気量制御手段の制御量（吸入空気量）を補正することになる。その結果、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度に急激に近付くときに、アンダーシュート（回転速度の落ち込み）やオーバーシュート（回転速度の吹き上がり）が発生する。図４には、従来のアイドル回転速度制御でオーバーシュートが発生する例を示している。
【０００７】
これに対し、本発明では、実アイドル回転速度が所定の回転速度範囲（不感帯）に収まっているときに吸入空気量制御手段の制御量（吸入空気量）を補正しないようにしたので、アイドル回転速度制御を高ゲイン化して、応答性を高めても、不感帯では、吸入空気量が補正されないため、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度に近付く速度が緩やかになり、アンダーシュートやオーバーシュートが未然に防止され、高応答性と収束性とを両立させることができる。しかも、実アイドル回転速度が不感帯に収まっているときには、外乱等の影響で実アイドル回転速度が少しぐらい変化しても、吸入空気量が補正されないため、外乱等の影響に対するフィードバック制御の安定性が確保され、高ゲイン化（高応答性）に伴うハンチングが防止される。
【０００８】
この場合、請求項２のように、不感帯は、最終目標アイドル回転速度を含むように設定すると良い。これにより、最終目標アイドル回転速度に対して不感帯を適正な位置に設定することができる。
【０００９】
その際、不感帯の中心に最終目標アイドル回転速度が位置するようにしても良いが、請求項３のように、不感帯の中心を最終目標アイドル回転速度からずらしても良い。例えば、不感帯の中心を最終目標アイドル回転速度よりも低回転側にずらせば、オーバーシュート防止効果を高めた制御特性とすることができ、反対に、不感帯の中心を最終目標アイドル回転速度よりも高回転側にずらせば、アンダーシュート防止効果を高めた制御特性とすることができ、アイドル回転速度の落ち込みによるエンジンストールを確実に防止することができる。
【００１０】
また、請求項４のように、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度よりも下回った場合のみ不感帯で吸入空気量制御手段の制御量を補正しないようにしても良い。このようにすれば、外乱等の影響で実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度から少しぐらい低下しても、吸入空気量が補正されないため、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度を上限としてそれよりも若干低い回転速度領域に制御されるようになり、アイドル運転時の燃費改善、排気エミッション低減の効果を得ることができる。
【００１１】
本発明のアイドル回転速度制御は、ＰＩ制御や、ＰＩＤ制御にも適用できるが、アイドル回転速度制御では、ＩＳＣバルブ（又はスロットルバルブ）を通過した空気が筒内に吸入されるまでの空気系の遅れやＩＳＣバルブ（又はスロットルバルブ）の応答遅れ等によるむだ時間が大きく、しかも、そのむだ時間が運転状態や制御系の経時劣化等によって変化するため、むだ時間の変化の影響を受けやすく、応答性を速くするために、高ゲイン化すると、フィードバック制御の安定性が低下する傾向がある。
【００１２】
そこで、請求項１に係る発明では、回転速度検出手段で検出した実アイドル回転速度と最終目標アイドル回転速度とに基づいて中間目標値を設定し、該実アイドル回転速度と中間目標値とに基づいて吸入空気量制御手段の制御量を補正するようにしている。このように、最終目標アイドル回転速度の他に中間目標値を設定すれば、アイドル回転速度制御のむだ時間（遅れ要素）の変化やモデル化誤差の影響を受けにくくなり、不感帯の効果と相俟って、高応答性、収束性、安定性の効果を更に高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ１４が設けられている。このエアフロメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等のモータ３１によって駆動されるスロットルバルブ１５（吸入空気量制御手段）が設けられ、このスロットルバルブ１５の開度（スロットル開度）がスロットル開度センサ１６によって検出される。エンジン運転中は、スロットル開度センサ１６によって検出した実スロットル開度を、アクセル操作量等に応じて設定された目標スロットル開度に一致させるようにスロットルバルブ１５の駆動モータ３１の制御量をフィードバック制御する。
【００１５】
また、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００１６】
一方、エンジン１１の排気管２１の途中には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２２が設置されている。この触媒２２の上流側には、排出ガスの空燃比（又は酸素濃度）を検出する空燃比センサ（又は酸素センサ）２３が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２４や、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ２５（回転速度検出手段）が取り付けられている。
【００１７】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶されたエンジン制御用の各プログラムを実行することで、燃料噴射弁２０の燃料噴射量（空燃比）を制御すると共に、点火プラグ２６の点火時期を制御する。更に、ＥＣＵ３０は、アイドル運転中に後述する図３のＩＳＣ補正量算出プログラムを実行することで、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）を実行し、回転速度センサ２５で検出した実アイドル回転速度を最終目標アイドル回転速度に一致させるようにスロットル開度（吸入空気量）をフィードバック制御すると共に、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度を含む所定の回転速度範囲（以下「不感帯」という）に収まっているときにはスロットル開度（吸入空気量）を補正しないようにする。
【００１８】
次に、このアイドル回転速度制御の具体的な内容を説明する。図２に示すように、アイドル回転速度制御の制御対象は、アイドル運転時の吸入空気量を制御するスロットルバルブ１５、エンジン１１、実アイドル回転速度ＮＥ(i) を検出する回転速度センサ２５等からなる系である。この制御対象の入力は、基本ＩＳＣ制御量に各種の補正量を加算（又は各種の補正係数を乗算）したＩＳＣ制御量を、本実施形態のフィードバック制御で算出したＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) で補正して求めたＩＳＣ制御量であり、基本ＩＳＣ制御量は、エンジン運転状態に応じてマップ又は数式により算出される。また、制御対象の出力は、回転速度センサ２５で検出した実アイドル回転速度ＮＥ(i) である。
【００１９】
本実施形態のアイドル回転速度制御の第１の特徴は、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度を含む不感帯に収まっているときに、スロットル開度（吸入空気量）を補正しないようにしたことであり、更に、第２の特徴は、フィードバック制御の方法である。本実施形態のフィードバック制御は、現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) と最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) との偏差（アイドル回転速度偏差）ΔＮＥ(i) を算出すると共に、このアイドル回転速度偏差の前回値ΔＮＥ(i-1) に基づいて、アイドル回転速度偏差の中間目標値ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) を算出し、アイドル回転速度偏差の今回値ΔＮＥ(i) と中間目標値ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) とに基づいてＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を算出する。
【００２０】
このＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) の算出は、図３のＩＳＣ補正量算出プログラムによって所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）の実行条件が成立しているか否かを、例えばアクセルオフ且つ車両停止であるか否かによって判定し、もし、このＩＳＣ実行条件が成立していなければ、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００２１】
これに対し、ステップ１０１で、ＩＳＣ実行条件が成立していると判定されれば、ステップ１０２に進み、回転速度センサ２５で検出した現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) を読み込み、次のステップ１０３で、冷却水温やエアコン等の外部負荷に応じて設定した最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) を読み込む。
【００２２】
この後、ステップ１０４に進み、現在のアイドル回転速度ＮＥ(i) と最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) との偏差（アイドル回転速度偏差）ΔＮＥ(i) を算出する。
ΔＮＥ(i) ＝ＮＥ(i) −ＮＥｔｇ(i)
【００２３】
そして、次のステップ１０５で、現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) を含むように設定された不感帯内（Ｋ１≦ＮＥ(i) ≦Ｋ２）であるか否かを判定する。ここで、不感帯の下限値Ｋ１と上限値Ｋ２は、次のいずれかの方法で設定すれば良い。
【００２４】
▲１▼不感帯の中心が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) と一致するように設定する。
不感帯の下限値Ｋ１＝ＮＥｔｇ(i) −α
不感帯の上限値Ｋ２＝ＮＥｔｇ(i) ＋α
ここで、αは固定値としても良いし、ＮＥｔｇ(i) に応じて可変しても良い。
【００２５】
▲２▼不感帯の中心を最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) からずらすように設定する。
不感帯の下限値Ｋ１＝ＮＥｔｇ(i) −α1
不感帯の上限値Ｋ２＝ＮＥｔｇ(i) ＋α2
【００２６】
ここで、α1 ＞α2 ≧０又は０≦α1 ＜α2 である。α1 ，α2 は固定値としても良いし、ＮＥｔｇ(i) に応じて可変しても良い。また、α1 ，α2 のいずれか一方を０としても良い（つまり不感帯の下限値Ｋ１と上限値Ｋ２いずれか一方を最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) と一致させても良い）。
【００２７】
▲３▼不感帯の下限値Ｋ１と上限値Ｋ２にヒステリシスを持たせるようにしても良い。例えば、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が低回転側から不感帯の下限値Ｋ１を越えたときに、一旦、下限値Ｋ１を所定量だけ低下させ、その後、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が当該下限値Ｋ１よりも低下したときに、当該下限値Ｋ１を元の値に戻す。また、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が高回転側から不感帯の上限値Ｋ２以下に低下したときに、一旦、上限値Ｋ２を所定量だけ上昇させ、その後、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が当該上限値Ｋ２よりも上昇したときに、当該上限値Ｋ２を元の値に戻す。
【００２８】
上記ステップ１０５で、現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) が不感帯（Ｋ１〜Ｋ２）の外側であると判定されれば、ステップ１０６に進み、前回演算時のアイドル回転速度偏差ΔＮＥ(i-1) に減衰率Ｋdec を乗算して、アイドル回転速度偏差の中間目標値ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) を求める。
ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) ＝Ｋdec ×ΔＮＥ(i-1)
【００２９】
ここで、減衰率Ｋdec は、０＜Ｋdec ＜１の範囲内で設定され、演算処理の簡略化のために固定値としても良いが、例えば、エンジン運転状態に応じてマップ又は数式により設定するようにしても良い。
【００３０】
この後、ステップ１０７に進み、中間目標値ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) とアイドル回転速度偏差ΔＮＥ(i) との偏差Ｅを算出する。
Ｅ＝ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) −ΔＮＥ(i)
【００３１】
そして、次のステップ１０８で、偏差Ｅを用いてＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を次式により算出する。
ＮＥcomp(i) ＝Ｋp ×Ｅ＋ｆ( ＮＥｔｇ(i) ）
ここで、Ｋp は比例ゲインであり、ｆ( ＮＥｔｇ(i) ）は、最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) をパラメータとするマップ又は数式により算出される。
【００３２】
この後、ステップ１０９に進み、今回のΔＮＥ(i) を前回のΔＮＥ(i-1) として記憶して本プログラムを終了する。
【００３３】
これに対し、上記ステップ１０５で、現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) が不感帯内（Ｋ１≦ＮＥ(i) ≦Ｋ２）であると判定されれば、ステップ１１０に進み、ＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) ＝１、つまり吸入空気量（スロットル開度）を補正しない状態に設定した後、ステップ１０９に進み、今回のΔＮＥ(i) を前回のΔＮＥ(i-1) として記憶して本プログラムを終了する。
【００３４】
アイドル回転速度制御中は、エンジン運転状態に応じて基本ＩＳＣ制御量をマップ又は数式により算出すると共に、この基本ＩＳＣ制御量に各種補正量を加算してＩＳＣ制御量を求め、このＩＳＣ制御量にＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を乗算して最終的なＩＳＣ制御量を求め、このＩＳＣ制御量でスロットルバルブ１５の駆動モータ３１を駆動して、吸入空気量（スロットル開度）を制御することで、実アイドル回転速度ＮＥ(i) を最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) にフィードバック制御する。
【００３５】
この際、図４に示すように、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が不感帯内（Ｋ１≦ＮＥ(i) ≦Ｋ２）に収まっているときには、ＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を１（補正なし）に設定する。このため、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が不感帯に収まっているときには、外乱等の影響で実アイドル回転速度ＮＥ(i) が少しぐらい変化しても、ＩＳＣ制御量（吸入空気量）が補正されないため、外乱等の影響に対するフィードバック制御の安定性が確保され、高ゲイン化（高応答性）に伴うハンチングが防止される。しかも、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) に急激に近付くときには、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が不感帯に入り次第、ＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) が１（補正なし）になるため、アンダーシュート（回転速度の落ち込み）やオーバーシュート（回転速度の吹き上がり）が未然に防止され、高応答性と収束性とを両立させることができる。
【００３６】
更に、本実施形態では、現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) と最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) との偏差の前回値ΔＮＥ(i-1) に基づいて、アイドル回転速度偏差の中間目標値ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) を算出し、アイドル回転速度偏差の今回値ΔＮＥ(i) と中間目標値ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) とに基づいてＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を算出するようにしたので、アイドル回転速度制御のむだ時間（遅れ要素）の変化やモデル化誤差の影響を受けにくくなり、不感帯と相俟って、高応答性、収束性、安定性の効果を更に高めることができる。
【００３７】
尚、フィードバック制御の方式は、上記の方式に限定されず、例えば、現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) と最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) とに基づいて中間目標アイドル回転速度ＮＥｍｉｄｔｇ(i) を設定し、実アイドル回転速度ＮＥ(i) と中間目標アイドル回転速度ＮＥｍｉｄｔｇ(i) とに基づいてＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を算出するようにしても良い。その他、ＰＩ制御や、ＰＩＤ制御を用いても良いことは言うまでもない。
【００３８】
また、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) に比較的近い領域で、最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) に急激に近付くときに、ＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を実アイドル回転速度ＮＥ(i) が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) から遠ざかるように設定するようにしても良い。このようにすれば、不感帯がなくても、アンダーシュート（回転速度の落ち込み）やオーバーシュート（回転速度の吹き上がり）を防止することができる。しかも、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) に緩やかに近付くとき、つまり、実アイドル回転速度ＮＥ(i) と最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) との偏差に応じてＩＳＣ制御量（吸入空気量）をフィードバック制御してもアンダーシュートやオーバーシュートが発生しないときには、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) に正確に一致するまで、ＩＳＣ制御量（吸入空気量）を補正することができ、最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) への収束性を向上することができる。
【００３９】
また、前記実施形態のアイドル回転速度制御システムは、アイドル運転時にスロットルバルブ１５の開度を制御してアイドル運転時の吸入空気量を調整してアイドル回転速度を制御するようにしたが、スロットルバルブ１５をバイパスするバイパス通路を流れる空気量を調整するアイドル回転速度制御バルブによってアイドル回転速度を制御するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】アイドル回転速度制御システムの機能を概略的に示すブロック図
【図３】ＩＳＣ補正量算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図４】アイドル回転速度制御の挙動を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、１５…スロットルバルブ（吸入空気量制御手段）、１６…スロットル開度センサ、２０…燃料噴射弁、２１…排気管、２２…触媒、２５…回転速度センサ（回転速度検出手段）、３０…ＥＣＵ（アイドル回転速度制御手段）、３１…モータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイドル運転時に実アイドル回転速度を最終目標アイドル回転速度付近に収束させるように吸入空気量フィードバック制御する内燃機関のアイドル回転速度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関のアイドル回転速度制御は、スロットルバルブをバイパスするバイパス空気量をアイドル回転速度制御バルブ（以下「ＩＳＣバルブ」と略記する）で制御するバイパスエア方式を採用したり、或は、スロットルバルブをモータで駆動する電子スロットルシステムでは、アイドル運転時にスロットルバルブの開度を制御して吸入空気量を調整するようにしている。これらいずれの方式の場合でも、アイドル運転時に内燃機関に供給する吸入空気量（ＩＳＣバルブ開度又はスロットル開度）を、実アイドル回転速度と目標アイドル回転速度との偏差が小さくなるようにフィードバック制御することで、実アイドル回転速度を目標アイドル回転速度付近に制御するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアイドル回転速度制御は、一般にＰＩ制御が用いられるが、ＰＩ制御では、フィードバック制御の応答性を高めるために、高ゲイン化すると、アンダーシュート（回転速度の落ち込み）やオーバーシュート（回転速度の吹き上がり）が発生したり、外乱等の影響に対するフィードバック制御の安定性が低下して、ハンチングが発生しやすくなり、目標アイドル回転速度付近への収束性が悪化するという欠点がある。
【０００４】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、アイドル回転速度制御に要求される高応答性、収束性、安定性を全てに渡って高次元で満足させることができる内燃機関のアイドル回転速度制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関のアイドル回転速度制御装置は、アイドル運転時に、アイドル回転速度制御手段によって、回転速度検出手段で検出した実アイドル回転速度を最終目標アイドル回転速度付近に収束させるように吸入空気量制御手段をフィードバック制御する際に、実アイドル回転速度が所定の回転速度範囲（以下「不感帯」という）の外側であるときに、該実アイドル回転速度と前記最終目標アイドル回転速度とに基づいて中間目標値を設定して、該実アイドル回転速度と該中間目標値とに基づいて前記吸入空気量制御手段の制御量を補正し、該実アイドル回転速度が前記不感帯内に収まっているときに前記吸入空気量制御手段の制御量を補正しないようにし、更に、前記不感帯の上下限の判定にヒステリシスを持たせるにしたものである。
【０００６】
従来のアイドル回転速度制御では、実アイドル回転速度と最終目標アイドル回転速度との偏差が小さくなっても、その偏差に応じて吸入空気量制御手段の制御量（吸入空気量）を補正するため、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度に急激に近付くときでも、更に実アイドル回転速度を最終目標アイドル回転速度に近付ける方向に吸入空気量制御手段の制御量（吸入空気量）を補正することになる。その結果、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度に急激に近付くときに、アンダーシュート（回転速度の落ち込み）やオーバーシュート（回転速度の吹き上がり）が発生する。図４には、従来のアイドル回転速度制御でオーバーシュートが発生する例を示している。
【０００７】
これに対し、本発明では、実アイドル回転速度が所定の回転速度範囲（不感帯）に収まっているときに吸入空気量制御手段の制御量（吸入空気量）を補正しないようにしたので、アイドル回転速度制御を高ゲイン化して、応答性を高めても、不感帯では、吸入空気量が補正されないため、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度に近付く速度が緩やかになり、アンダーシュートやオーバーシュートが未然に防止され、高応答性と収束性とを両立させることができる。しかも、実アイドル回転速度が不感帯に収まっているときには、外乱等の影響で実アイドル回転速度が少しぐらい変化しても、吸入空気量が補正されないため、外乱等の影響に対するフィードバック制御の安定性が確保され、高ゲイン化（高応答性）に伴うハンチングが防止される。
【０００８】
この場合、請求項２のように、不感帯は、最終目標アイドル回転速度を含むように設定すると良い。これにより、最終目標アイドル回転速度に対して不感帯を適正な位置に設定することができる。
【０００９】
その際、不感帯の中心に最終目標アイドル回転速度が位置するようにしても良いが、請求項３のように、不感帯の中心を最終目標アイドル回転速度からずらしても良い。例えば、不感帯の中心を最終目標アイドル回転速度よりも低回転側にずらせば、オーバーシュート防止効果を高めた制御特性とすることができ、反対に、不感帯の中心を最終目標アイドル回転速度よりも高回転側にずらせば、アンダーシュート防止効果を高めた制御特性とすることができ、アイドル回転速度の落ち込みによるエンジンストールを確実に防止することができる。
【００１０】
また、請求項４のように、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度よりも下回った場合のみ不感帯で吸入空気量制御手段の制御量を補正しないようにしても良い。このようにすれば、外乱等の影響で実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度から少しぐらい低下しても、吸入空気量が補正されないため、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度を上限としてそれよりも若干低い回転速度領域に制御されるようになり、アイドル運転時の燃費改善、排気エミッション低減の効果を得ることができる。
【００１１】
本発明のアイドル回転速度制御は、ＰＩ制御や、ＰＩＤ制御にも適用できるが、アイドル回転速度制御では、ＩＳＣバルブ（又はスロットルバルブ）を通過した空気が筒内に吸入されるまでの空気系の遅れやＩＳＣバルブ（又はスロットルバルブ）の応答遅れ等によるむだ時間が大きく、しかも、そのむだ時間が運転状態や制御系の経時劣化等によって変化するため、むだ時間の変化の影響を受けやすく、応答性を速くするために、高ゲイン化すると、フィードバック制御の安定性が低下する傾向がある。
【００１２】
そこで、請求項１に係る発明では、回転速度検出手段で検出した実アイドル回転速度と最終目標アイドル回転速度とに基づいて中間目標値を設定し、該実アイドル回転速度と中間目標値とに基づいて吸入空気量制御手段の制御量を補正するようにしている。このように、最終目標アイドル回転速度の他に中間目標値を設定すれば、アイドル回転速度制御のむだ時間（遅れ要素）の変化やモデル化誤差の影響を受けにくくなり、不感帯の効果と相俟って、高応答性、収束性、安定性の効果を更に高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ１４が設けられている。このエアフロメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等のモータ３１によって駆動されるスロットルバルブ１５（吸入空気量制御手段）が設けられ、このスロットルバルブ１５の開度（スロットル開度）がスロットル開度センサ１６によって検出される。エンジン運転中は、スロットル開度センサ１６によって検出した実スロットル開度を、アクセル操作量等に応じて設定された目標スロットル開度に一致させるようにスロットルバルブ１５の駆動モータ３１の制御量をフィードバック制御する。
【００１５】
また、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００１６】
一方、エンジン１１の排気管２１の途中には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２２が設置されている。この触媒２２の上流側には、排出ガスの空燃比（又は酸素濃度）を検出する空燃比センサ（又は酸素センサ）２３が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２４や、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ２５（回転速度検出手段）が取り付けられている。
【００１７】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶されたエンジン制御用の各プログラムを実行することで、燃料噴射弁２０の燃料噴射量（空燃比）を制御すると共に、点火プラグ２６の点火時期を制御する。更に、ＥＣＵ３０は、アイドル運転中に後述する図３のＩＳＣ補正量算出プログラムを実行することで、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）を実行し、回転速度センサ２５で検出した実アイドル回転速度を最終目標アイドル回転速度に一致させるようにスロットル開度（吸入空気量）をフィードバック制御すると共に、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度を含む所定の回転速度範囲（以下「不感帯」という）に収まっているときにはスロットル開度（吸入空気量）を補正しないようにする。
【００１８】
次に、このアイドル回転速度制御の具体的な内容を説明する。図２に示すように、アイドル回転速度制御の制御対象は、アイドル運転時の吸入空気量を制御するスロットルバルブ１５、エンジン１１、実アイドル回転速度ＮＥ(i) を検出する回転速度センサ２５等からなる系である。この制御対象の入力は、基本ＩＳＣ制御量に各種の補正量を加算（又は各種の補正係数を乗算）したＩＳＣ制御量を、本実施形態のフィードバック制御で算出したＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) で補正して求めたＩＳＣ制御量であり、基本ＩＳＣ制御量は、エンジン運転状態に応じてマップ又は数式により算出される。また、制御対象の出力は、回転速度センサ２５で検出した実アイドル回転速度ＮＥ(i) である。
【００１９】
本実施形態のアイドル回転速度制御の第１の特徴は、実アイドル回転速度が最終目標アイドル回転速度を含む不感帯に収まっているときに、スロットル開度（吸入空気量）を補正しないようにしたことであり、更に、第２の特徴は、フィードバック制御の方法である。本実施形態のフィードバック制御は、現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) と最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) との偏差（アイドル回転速度偏差）ΔＮＥ(i) を算出すると共に、このアイドル回転速度偏差の前回値ΔＮＥ(i-1) に基づいて、アイドル回転速度偏差の中間目標値ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) を算出し、アイドル回転速度偏差の今回値ΔＮＥ(i) と中間目標値ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) とに基づいてＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を算出する。
【００２０】
このＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) の算出は、図３のＩＳＣ補正量算出プログラムによって所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）の実行条件が成立しているか否かを、例えばアクセルオフ且つ車両停止であるか否かによって判定し、もし、このＩＳＣ実行条件が成立していなければ、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００２１】
これに対し、ステップ１０１で、ＩＳＣ実行条件が成立していると判定されれば、ステップ１０２に進み、回転速度センサ２５で検出した現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) を読み込み、次のステップ１０３で、冷却水温やエアコン等の外部負荷に応じて設定した最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) を読み込む。
【００２２】
この後、ステップ１０４に進み、現在のアイドル回転速度ＮＥ(i) と最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) との偏差（アイドル回転速度偏差）ΔＮＥ(i) を算出する。
ΔＮＥ(i) ＝ＮＥ(i) −ＮＥｔｇ(i)
【００２３】
そして、次のステップ１０５で、現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) を含むように設定された不感帯内（Ｋ１≦ＮＥ(i) ≦Ｋ２）であるか否かを判定する。ここで、不感帯の下限値Ｋ１と上限値Ｋ２は、次のいずれかの方法で設定すれば良い。
【００２４】
▲１▼不感帯の中心が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) と一致するように設定する。
不感帯の下限値Ｋ１＝ＮＥｔｇ(i) −α
不感帯の上限値Ｋ２＝ＮＥｔｇ(i) ＋α
ここで、αは固定値としても良いし、ＮＥｔｇ(i) に応じて可変しても良い。
【００２５】
▲２▼不感帯の中心を最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) からずらすように設定する。
不感帯の下限値Ｋ１＝ＮＥｔｇ(i) −α1
不感帯の上限値Ｋ２＝ＮＥｔｇ(i) ＋α2
【００２６】
ここで、α1 ＞α2 ≧０又は０≦α1 ＜α2 である。α1 ，α2 は固定値としても良いし、ＮＥｔｇ(i) に応じて可変しても良い。また、α1 ，α2 のいずれか一方を０としても良い（つまり不感帯の下限値Ｋ１と上限値Ｋ２いずれか一方を最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) と一致させても良い）。
【００２７】
▲３▼不感帯の下限値Ｋ１と上限値Ｋ２にヒステリシスを持たせるようにしても良い。例えば、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が低回転側から不感帯の下限値Ｋ１を越えたときに、一旦、下限値Ｋ１を所定量だけ低下させ、その後、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が当該下限値Ｋ１よりも低下したときに、当該下限値Ｋ１を元の値に戻す。また、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が高回転側から不感帯の上限値Ｋ２以下に低下したときに、一旦、上限値Ｋ２を所定量だけ上昇させ、その後、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が当該上限値Ｋ２よりも上昇したときに、当該上限値Ｋ２を元の値に戻す。
【００２８】
上記ステップ１０５で、現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) が不感帯（Ｋ１〜Ｋ２）の外側であると判定されれば、ステップ１０６に進み、前回演算時のアイドル回転速度偏差ΔＮＥ(i-1) に減衰率Ｋdec を乗算して、アイドル回転速度偏差の中間目標値ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) を求める。
ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) ＝Ｋdec ×ΔＮＥ(i-1)
【００２９】
ここで、減衰率Ｋdec は、０＜Ｋdec ＜１の範囲内で設定され、演算処理の簡略化のために固定値としても良いが、例えば、エンジン運転状態に応じてマップ又は数式により設定するようにしても良い。
【００３０】
この後、ステップ１０７に進み、中間目標値ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) とアイドル回転速度偏差ΔＮＥ(i) との偏差Ｅを算出する。
Ｅ＝ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) −ΔＮＥ(i)
【００３１】
そして、次のステップ１０８で、偏差Ｅを用いてＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を次式により算出する。
ＮＥcomp(i) ＝Ｋp ×Ｅ＋ｆ( ＮＥｔｇ(i) ）
ここで、Ｋp は比例ゲインであり、ｆ( ＮＥｔｇ(i) ）は、最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) をパラメータとするマップ又は数式により算出される。
【００３２】
この後、ステップ１０９に進み、今回のΔＮＥ(i) を前回のΔＮＥ(i-1) として記憶して本プログラムを終了する。
【００３３】
これに対し、上記ステップ１０５で、現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) が不感帯内（Ｋ１≦ＮＥ(i) ≦Ｋ２）であると判定されれば、ステップ１１０に進み、ＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) ＝１、つまり吸入空気量（スロットル開度）を補正しない状態に設定した後、ステップ１０９に進み、今回のΔＮＥ(i) を前回のΔＮＥ(i-1) として記憶して本プログラムを終了する。
【００３４】
アイドル回転速度制御中は、エンジン運転状態に応じて基本ＩＳＣ制御量をマップ又は数式により算出すると共に、この基本ＩＳＣ制御量に各種補正量を加算してＩＳＣ制御量を求め、このＩＳＣ制御量にＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を乗算して最終的なＩＳＣ制御量を求め、このＩＳＣ制御量でスロットルバルブ１５の駆動モータ３１を駆動して、吸入空気量（スロットル開度）を制御することで、実アイドル回転速度ＮＥ(i) を最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) にフィードバック制御する。
【００３５】
この際、図４に示すように、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が不感帯内（Ｋ１≦ＮＥ(i) ≦Ｋ２）に収まっているときには、ＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を１（補正なし）に設定する。このため、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が不感帯に収まっているときには、外乱等の影響で実アイドル回転速度ＮＥ(i) が少しぐらい変化しても、ＩＳＣ制御量（吸入空気量）が補正されないため、外乱等の影響に対するフィードバック制御の安定性が確保され、高ゲイン化（高応答性）に伴うハンチングが防止される。しかも、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) に急激に近付くときには、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が不感帯に入り次第、ＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) が１（補正なし）になるため、アンダーシュート（回転速度の落ち込み）やオーバーシュート（回転速度の吹き上がり）が未然に防止され、高応答性と収束性とを両立させることができる。
【００３６】
更に、本実施形態では、現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) と最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) との偏差の前回値ΔＮＥ(i-1) に基づいて、アイドル回転速度偏差の中間目標値ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) を算出し、アイドル回転速度偏差の今回値ΔＮＥ(i) と中間目標値ΔＮＥｍｉｄｔｇ(i) とに基づいてＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を算出するようにしたので、アイドル回転速度制御のむだ時間（遅れ要素）の変化やモデル化誤差の影響を受けにくくなり、不感帯と相俟って、高応答性、収束性、安定性の効果を更に高めることができる。
【００３７】
尚、フィードバック制御の方式は、上記の方式に限定されず、例えば、現在の実アイドル回転速度ＮＥ(i) と最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) とに基づいて中間目標アイドル回転速度ＮＥｍｉｄｔｇ(i) を設定し、実アイドル回転速度ＮＥ(i) と中間目標アイドル回転速度ＮＥｍｉｄｔｇ(i) とに基づいてＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を算出するようにしても良い。その他、ＰＩ制御や、ＰＩＤ制御を用いても良いことは言うまでもない。
【００３８】
また、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) に比較的近い領域で、最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) に急激に近付くときに、ＩＳＣ補正量ＮＥcomp(i) を実アイドル回転速度ＮＥ(i) が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) から遠ざかるように設定するようにしても良い。このようにすれば、不感帯がなくても、アンダーシュート（回転速度の落ち込み）やオーバーシュート（回転速度の吹き上がり）を防止することができる。しかも、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) に緩やかに近付くとき、つまり、実アイドル回転速度ＮＥ(i) と最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) との偏差に応じてＩＳＣ制御量（吸入空気量）をフィードバック制御してもアンダーシュートやオーバーシュートが発生しないときには、実アイドル回転速度ＮＥ(i) が最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) に正確に一致するまで、ＩＳＣ制御量（吸入空気量）を補正することができ、最終目標アイドル回転速度ＮＥｔｇ(i) への収束性を向上することができる。
【００３９】
また、前記実施形態のアイドル回転速度制御システムは、アイドル運転時にスロットルバルブ１５の開度を制御してアイドル運転時の吸入空気量を調整してアイドル回転速度を制御するようにしたが、スロットルバルブ１５をバイパスするバイパス通路を流れる空気量を調整するアイドル回転速度制御バルブによってアイドル回転速度を制御するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】アイドル回転速度制御システムの機能を概略的に示すブロック図
【図３】ＩＳＣ補正量算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図４】アイドル回転速度制御の挙動を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、１５…スロットルバルブ（吸入空気量制御手段）、１６…スロットル開度センサ、２０…燃料噴射弁、２１…排気管、２２…触媒、２５…回転速度センサ（回転速度検出手段）、３０…ＥＣＵ（アイドル回転速度制御手段）、３１…モータ。
Claims (4)
- 内燃機関のアイドル運転時の吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、内燃機関の実アイドル回転速度を検出する回転速度検出手段と、アイドル運転時に前記回転速度検出手段で検出した実アイドル回転速度を最終目標アイドル回転速度付近に収束させるように前記吸入空気量制御手段をフィードバック制御するアイドル回転速度制御手段とを備えた内燃機関のアイドル回転速度制御装置において、
前記アイドル回転速度制御手段は、前記回転速度検出手段で検出した実アイドル回転速度が所定の回転速度範囲（以下「不感帯」という）の外側であるときに、該実アイドル回転速度と前記最終目標アイドル回転速度とに基づいて中間目標値を設定して、該実アイドル回転速度と該中間目標値とに基づいて前記吸入空気量制御手段の制御量を補正し、該実アイドル回転速度が前記不感帯内に収まっているときに前記吸入空気量制御手段の制御量を補正しないようにし、
前記不感帯の上下限の判定にヒステリシスを持たせることを特徴とする内燃機関のアイドル回転速度制御装置。 - 前記不感帯は、前記最終目標アイドル回転速度を含むように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のアイドル回転速度制御装置。
- 前記不感帯の中心が前記最終目標アイドル回転速度からずれるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のアイドル回転速度制御装置。
- 前記アイドル回転速度制御手段は、前記回転速度検出手段で検出した実アイドル回転速度が前記最終目標アイドル回転速度よりも下回った場合のみ前記不感帯で前記吸入空気量制御手段の制御量を補正しないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関のアイドル回転速度制御装置。
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