JPS5982546A - 内燃機関の無負荷時回転数自動制御装置 - 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】 本発明は内燃機関（特に自動車用エンジン）の１１１「
負荷時回転数自動制御装置に関する。

最近、自動車の排気浄化性能や燃費性能等を向、Ｉ−さ
せるため、エンジンの無負荷時（アイドリング時）の回
転数も精密に制御する必要が生している。そのためマイ
クロコンピュータ等を用いた演算回路を設け、該演算回
路を用いて、実際の無負荷時回転数を該演算回路のメモ
リに予め記憶させておいた値と比較己、実際の回転数が
記憶値以上の場合は空気供給量を低下させる信号を出力
し。

逆の場合は増加させる信号を出力し、その信号によって
空気供給量を制御することによって回転数を帰還制御す
る方法が開発されている。なおエンジンの燃料供給量（
例えは燃料噴射量）は空気供給量に応じて定まるから、
空気供給量を制御すれば回転数を制御することが出来る
。

しかし上記のごとき従来の帰還制御方法では。

無負荷時の小さな負荷変動に対する応答が遅いという問
題がある。

すなわち自動車の場合には、無負荷時（車両を駆動して
いないとき）においても、自動変速機の変速位置にュー
トラル位置とドライフ位置では負荷が変化）、冷却機用
圧縮器（カークーラのコンプレッサ）等の捕機頻の作動
の有無等によって多少の負荷変動が生ずる。そして従来
の帰還制御方法においては、負荷変動によって回転数が
変化して始めて制御量が変わるため１回転数が安定する
までの目標回転数からの偏差が大きく応答か遅い。また
応答を早くするため帰還制御の利得を大きくすると、制
御が不安定になる等の問題かある。

本発明は、負荷変化を検出してそれによる回転数−変化
を予測し、従来の帰還制御に予測制御を追加することに
より、負荷変動時の回転数変動を抑制した無負荷時回転
数自動制御装置を提供することを目的とする。

以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の自動制御装置の一実施例図てあり、第
２図は制御のフローチャートである。

第１図において、１は機関温度を検出して温度信号Ｓ１
を出力する温度センサである。温度セ／す１としては１
例えは冷却水／１１．１１□度、燃焼室壁温度。

潤滑油温度、排気カス温度、エンジン外壁温度等を検出
するサーミスタ等を用いることが出来る。

また２はエンンン回転数を検出する回転センサである。

ｆｉｌｌ　１’、ｉ：セ／す２としては９例えはクラン
クンヤフトと同期して回転する磁性体の歯車と、該歯車
の歯か通過するごとにパルスを出力する磁気検１１１器
とからなり１回転数に比例した周波数のパルス信冒を出
力する装置を用いることが出来る。

また３は冷却機作動センサてあり２例えば冷却機のコン
プレッサの作動時にオンになるスイッチである。また４
は変速位置センサてあり９例えは変速機の変速位置かド
ライフ位置（前進及び後退を含む）のときオン、その他
の位置にュートラル、パーキング等）のときオフとなる
スイッチである。また５は自動車が走行しているか停止
しているかを判別する車速センサてあり１例えば停止時
にオン、走行時にオフとなるスイ・ソチである。

また６はスロットル開度センサであり９例えばスロット
ル弁（又はアクセルペダル）が全閉位置（アイドリング
時）のときオン、それ以外のときオフとなるスイッチで
ある。

またＡ−Ｄ変換器７は、温度センサ１から出力されるア
ナログの温度信号Ｓｌをディジタルの温度信号Ｓ２に変
換する。

また８はマイクロコンピュータ（以下μｍＣ０Ｍと略記
する）、９は入出力装置、　　１０は中央演算装置（以
下ＣＰＵと略記する）、１１はメモリである。

μｍＣ０Ｍ　８は、入出力装置９を介して上記の各セン
サ１〜６の信号を入力し、それらの状態に対応した制御
信号Ｓ３を出力する。

一方、エンジンの吸気管１２に設けられたスロットル弁
１３の上流部と下流部とは空気供給弁１４を介した側路
で接続されている。また電磁弁１８は大気管１９と負圧
管２０とを弁の開閉に応じて断続的に切−断する。した
がって負圧管２０と電磁弁１８との間に接続されている
空気供給弁１４の空気室１５内の圧力は、電磁弁１８の
開閉時間に応して変化（開時間が長（なれば上昇、短く
なれば低下）シ、そ帽こ従ってタイヤフラム１６とそれ
に連結された弁１７カ）上下し、そのため空気供給弁１
４を介しテエンシンに送られる空気供給量が変化する。

したがって電磁弁１８を制御するパルス信号（以下制御
ノクルスと記す。）のデユーティ比を変えることによっ
て空気供給量をｌＩＩ月に制御することが出来る。この
制御パルスとして前記の制御信号Ｓ３を用いれは、無負
荷時の空気供給量（したがって回転数）をμｍＣ０Ｍ８
によって制御することか出来る。

なお第１図のメモリ１１内には、記憶する内容に応して
１種々の異なるメモリ、つまり（イ）機関温度に対する
［ｊ標回転数データ用メモＩＪ　、　（ｏｌ目標回松数
用メモリ、（ハ）機関温度用メモリ、（ニ）冷却機作動
状態用メモリ、（ホ）制御パルス幅用メモリ、（へ）機
関温度に対する制御パルス幅用メモリ、（ト）現時点の
回転数用メモリ、（チ）制御サイクル数累計用メモリ（
１月変速位置用メモリ等が含まれている。

次にμｍＣ０Ｍ５内の演算内容について第２図のフロー
チャートを参考にしながら説明する。このフローチャー
トにおいて、左に符したフローチャー１・記号■〜■ま
てが制御の１サイクルであり。

機関の回転に同期して例えば１回転１ザイクルの制御を
行なうものである。

エンジンが始動してμｍＣ０Ｍ８の演算が開始されると
、まず温度信号Ｓ２を入力しく■）、この温度信号Ｓ２
とメモリ１１内（（イ）機関温度にχ・１する１１標回
転数データ用メモリ）に記憶されている各温度に対応し
た１」標回転数データとから、エンジンの１１標回転数
ＮＭを算出し、それを温度値と共にメモリ１１に格納（
それぞれＮＭはｔｏｌｌｔ標回転数用メモリ、温度値は
（ハ）機関温度用メモリに格納）する（■）。なおアイ
ドリング回転数は機関温度に応して異なった値をとり９
例えば始動直後の暖機時においては、正常時よりも回転
数を大きな値に設定し、温度の」−Ｈにつれて次第に正
常時の値に近づけるようになっている。

次に次却機のコンプレッサの作動判定を行なう（０）。

コンプレッサが作動している間には、エンノンの負荷が
多少増加し、またコンプレッサの圧縮能力を十分引き出
すために無負荷時回転数を一定値たけ引き上げる必要か
ある。そのため冷却機作動センサ３が゛作動゛′を示し
ている場合には。

メモリ１１（前記の（ロ）目標回転数用メモリ）に格納
されている１−１標回転数ＮＭの値を一定値たけ増加さ
せる。またこれだけては応答か遅くなるため。

ｈ荷変動に見合う分たけ制御量を予め変えてやる（予測
制御）必要がある。そこで冷却機作動センサ３の信号と
メモＩＪＩＩ（ｆ二）冷却機作動状態用メモリ）に格納
されているｌ１ｉｆ演算ザイクルの冷却機作動センサ３
の信号とから判断して、゛′停止“′から゛作動”°に
々Ｊ換ったときは＋　１ｉｉｒザイクルまで泪算されて
メモリ１１（（ホ）制御パルス幅用メモリ）に格納され
ている制御パルス幅を一定値増加させ、逆に“′作動°
′から゛′停止″°に切換ったときは同し値を減少さぜ
る。またメモＩＪＩＩ（Ｉホ）制御パルス幅用メモリ）
に格納されている情報はこの時点て更新される（■、■
）。

次にエンジンが１１１〔負荷状態にあるか占かを変速位
置センサ４．車速センサ５及びスロ・ソトル開度センサ
６の信号から判別する（［Ｆ］、◎、０．■、■）。

まずスロットル開度センサ６が゛開°′を示した場合、
及びスロットル開度センサ６がパ全閉°°を示し変速位
置センサ４が゛′ドライブ位置°゛を示し。

かつ車速センサ５がパ走行中″を示した場合には無負荷
状態ではないと判断し、メモリ１１（（ハ）機関温度用
メモリ）に格納されているその時の機関温度とメモ１月
１内（ト）機関温度に対する制御パルス幅用メモリ）に
記憶されている各機関温度に対応した制御パルスのデー
タとから制御パルス幅初期値を計算し、その値を制御パ
ルス幅として再びメモＩＪＩＩ（ｆホ）制御パルス幅用
メモリ）に格納する。

またスロットル開度センサ６が゛全閉゛を示し。

又変速位置センサ４が“′ドラ４１位置″を示しかつ車
速センサ５がパ停止中“′を示している場合又はスロッ
トル開度セ／す６が“全閉”′を示し変速位置センサ４
が゛ニュートラル位置”を示している場合は無負荷状態
と判断するが、この状態て変速位置センサ４の信号が゛
′ドライフ位置”°からパニュートラル位置゛へ、又は
その逆に変化した場合は、変速機内における抵抗変化に
よって負荷が多少変化する。そのためメモＩＪＩＩ（ｆ
ホ）制御パルス幅用メモリ）に格納されている制御パル
ス幅を。

゛ニュートラル位置″から″ドラ４フ位置″に変ったと
き（ｆｌＪｌ変速位置用メモリに格納されている前演算
サイクルの変速位置セッサ４の信号とて判断）は一定耽
たけ増加さぜ、逆の場合は同量だけ減少させる（メモリ
１１に格納されている前制御サイクルの変速位置センサ
４の信号と、現時点の制御サイクルの変速位置センサ４
の信号とから判断する。

ことによって予測制御を行なう。

一方、スロットル開度セッザ６が“全閉”を示し、がつ
変速位置センサ４が“′ニュートラル位置″を示した場
合、及びスロワ・トル開度センサ６が′“全閉″を示し
、変速位置センサ４が“ドライブ位置゛°を示し、かつ
車速セッサ５が゛停止中°°を示している場合には、無
負荷状態と判断し９次のごとき順序でフィート゛バック
制御を行なって制御パルス幅を決定する。

まず回転センサ２から与えられる回転数Ｎのデータをメ
モＩＪ　１１　（Ｉ）ｌ現時点の回転数用メモリ）に格
納する（■）。

次に、すでにメモＩＪＩＩ（ｌイ）機関温度に対する目
標回転数データ用メモリ）に格納しである目標回転数Ｎ
ＭとメモＩＪ　１１　（ｔト）現時点の回転数用メモリ
）に格納されている実際の回転数Ｎとを比較し、有意差
があるか否か、すなわち差が所定値ＮＯ以」−であるか
否かを判断する（■）。そして有意差がなければ制御パ
ルス幅はそれまでの値を保持し、有意差がある場合には
、実際の回転数Ｎの方が大きいときはメモリ１１内（（
チ）制御サイクル数累計用メモリ）の制御サイクル数累
計の値をまたけ増加させる（ｏ、■）。この増加した値
がＫ（通常５〜１０程度）に達した場合には、制御サイ
クル数累計の値をＯに戻し、制御パルス幅を一定量減し
てメモＩＪＩＩ（Ｉホ）制御パルス幅用メモリ）に格納
しなおす（［Ｆ］）。

逆に実際の回転数Ｎの方が小さい場合には、制御サイク
ル数累計を１だけ減らし、減らした値が−Ｋに達した時
には、制御サイクル数累計をＯに戻し、制御パルス幅を
一定量増加させてメモリ１１（（ホ）制御パルス幅用メ
モリ）に格納しなおす（［相］。

■、◎）。

上記の操作により、実際の回転数が目標回転数よりに回
連続して高い場合又は低い場合（制御サイクルが回転数
に同期している場合はに回転ごとに）には制御パルス幅
が修正される。なお無負荷運転でない場合、実際の回転
数と目標回転数との間に有意差がない場合及び実際の回
転数と目標回転数との大小関係が逆転した場合には、制
御ザイクル累計はＯに戻される。

上記のごとき演算により、無負荷運転の場合もそうでな
い場合も制御パルス幅か算出されてメモＩＪＩＩ（ｔホ
）制御パルス幅用メモリ）に格納される。

そしてその値に対応したパルス幅の制御信号Ｓ３がノ＼
出力装置９を介して出力され、電磁弁１８に送られる（
■）。

上記のごとく本発明の制御装置によれば、冷却機作動セ
ンサ３．変速位置センサ４の信号によってｈ荷変動を検
知し、負荷変動分に対応した予測制御を行なうので、負
荷変動時の制御の応答性が良くなる。

第３図は負荷変動時の応答性の比較図である。

図において、従来の帰還制御のみの場合は、負荷ａが時
点ｔ１において変化した場合７回転数Ｃが変化してから
、その変化を検出して初めて制御か行なわれて空気供給
弁開度すが変化する。したがって回転数Ｃは９図示のご
とく、負荷変動時に大きく変動する。

一方２本発明においては、負荷変動時に予測制御を行な
って空気供給弁開度ｄを変化させるので。

回転数ｅの変動を極めて小さくすることが出来る。

次に、第４図は本発明の他の実施例図である。

第４図の回路は第１図のμｍＣ０Ｍ　Ｓ内の機能と等価
の回路をブロック図で示したものであり、第４図の回路
をディジタル回路又はアナログ回路て構成すれば、　　
７ｚ−００Ｍ以外の手段によっても本発明を実現するこ
とが出来る。なお図において第１図と同符号は同一物を
示す。

第４図において、２１及び２２は温度センサ１の信号を
変換する信号変換回路であり、２１は機関温度に対応し
た第１目標回転数信号Ｓ４を出力し、２２は機関温度に
対応した制御パルス幅初期値信号Ｓ５を出力する。

また回転数補正信号発生器２３は、冷却機作動センサ３
の信号か゛′作動“″を示しているとき１回転数補正信
壮Ｓ６を出力する。また第１制御パルス幅補正信号発生
器２４は、冷却機作動センサ３の信号がパ作動パから“
停止”又は゛停止“°から゛作動”へり換ったとき第１
制御パルス幅袖正信号８７　（前ｔ′ｌのときは信号８
１３に加算される信号を減少、後者のときは逆に増加さ
せる補正信号）を出力する。

次に、加算器２５で第１目標回転数信号Ｓ４に回転数補
正信号Ｓ６を加算して第２目標回転数信号Ｓ８を作る。

次に回転センサ２から与えられる回転数信号Ｓ９と第２
目標回転数信号Ｓ８とを比較器２６で比較し。

信号Ｓ９が信号Ｓ８に対してどのくらい離れているかを
示す比較信号ＳＩＯを作る。

一方、負荷変動検出器２７は変速位置センサ４と車速セ
ンサ５との信号を入力し、停車時に変速位置が変化（す
なわち負荷変動）した場合に負荷変動信号Ｓ１１を出力
する。そして負荷変動信号８１１が与えられるとスイッ
チング回路３０かオンになり。

第２制御パルス幅補正信号発生器２９の発生する第２制
御パルス幅補正信号Ｓ］２を通過させる。

次に加算器３１は、第１制御パルス幅補正信号Ｓ７゜第
２制御パルス幅補正信号８１２及びメモリ：３４からｉ
ｊえられる記憶制御パルス幅信号Ｓ＋３１Ｙ細後述）を
加算して基本制御パルス幅信号Ｓ１４を作る。

すなわち、前記負荷変動検出器２７が信’ｊ’　ｓｌ＋
を出力しない時は、記憶制御パルス幅信号ＳＩ３を第１
制御パルス幅補正信号発生器２４からの補正信号Ｓ７て
加算補正し、又−１−記憶′；″Ｔｓ１１が出力した時
は」−記加算補正された信号に信号Ｓ１２が加算され。

基本制御パルス幅信号８１４が作られる。

次に、制御パルス幅補正回路３２は、基本制御パルス幅
信号ＳＩ４を比較信号ＳＩＯに応じて増加又は減少させ
て無負荷時制御パルス幅信号Ｓ１５を作る一方、無負荷
判定回路２８は、変速位置センサ４車速センザ５及びス
ロットル開度センサ６の信号から無負荷時か否かを判定
し２判定信号ＳＩ６を出力する。

次に１７Ｊ換回路３３は９判定信号８１６によって切換
えられ、無負荷時には無負荷時制御パルス幅信号８１５
を通過させ、負荷時（走行時）には制御パルス幅初期値
信ｑ、　Ｓ５を通過させる。

この切換回路３３の出力、すなわち制御パルス幅信”ｊ
’　Ｓ１７がメモリ３４に記憶され、前記の記憶制御パ
ルス幅信号８１３となる。

また制御パルス幅信号８１７は、出力回路３５を介して
制御信号Ｓ３として電磁弁１８に与えられる。

以」−説明したごとく本発明によれは、帰還制御に予測
制御を加えることにより、負荷変化時の１４．１標回転
数からの偏差量を小さくすることか出来。

また目標回転数に復帰するまでの時間を短縮することか
出来る。また第２図の■、■及び第４図の２４、２９．
３１から判るように、微小負荷変動発生時に、それぞれ
の変動原因に２１応した値をもつ捕ｉＥ信シナを加算し
た値だけ制御量を変化させてやるので、変動原因によっ
て異なる負荷変動量に良く適合した補正が出来ると共に
、複数の変動原因が同時に発生したときでも、それによ
る負荷変動を効果的に補償することが出来る。また負荷
の増減に対応した補正を行なうように構成しているので
。

負荷が増加した場合でも減少した場合でも常に精密な回
転数制御を行なうことが出来る。またフィードバンク制
御の利得を小さく出来るので、制御系の安定性を向」ニ
させることが出来る等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例図、第２図は本発明における
演算を示すフローチャートの−・実施例同第３図は負荷
変動時の応答性の比較図、第４図は本発明の他の実施例
図である。 符号の説明 １・・・温度センサ　　　　２・・・回転センサ３・・
・冷却機作動センサ　４・・・変速位置センサ５・・・
車速センサ ６・スロットル開度センサ ７・・・Ａ−Ｄ変換器 訃・・マイクロコンピュータ ９・・入出力装置　　　　１０　　中央演算装置１１・
・メモリ　　　　　　１２・吸気管１：３　　スロット
ル弁　　　１４・・・空気供給弁１５・空気室　　　　
　　１６・・ダイヤフラム１７　　弁　　　　　　　　
１８　　電磁弁１９・大気管　　　　　　２０・負圧管
代理人弁理士　中利純之助

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の温度に対応し、て予め設定されている無負荷
   時の目標回転数と実際の回転数とを比較し実際の回転数
   を目標回転数に一致させるように制御量を算出し、内燃
   機関に供給する空気供給量を」二記制御量に応じて帰還
   制御する内燃機関の無角荷時回転数自動制御装置におい
   て、内燃機関の微小負荷変動原因となる自動変速機の変
   速位置の変化小袖機類の作動の有無を検出する手段と、
   」ユ配の各変動原因に対応して上記目標回転数を設定す
   ると共に、−に記の各変動原因についてそれぞれの変動
   原因によって生じる負荷変動量に対応した値だけ増減す
   る補正分を予め定めておき、微小負荷変動発生時にその
   ときの変動原因となったものの」二記補正分を加算した
   値だけ上記制御量を変化させる手段とを備え、無負荷時
   の微小負荷変動時における制御系の応答遅れを補償した
   ことを特徴とする内燃機関の無負荷時回転数自動制御装
   置。