(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイドル時のバッテリ電圧を所定時間毎に加重平均して平均バッテリ電圧を算出し、上記平均バッテリ電圧と最新のバッテリ電圧との差が、予め設定し且つ継続的電気負荷の変動を許容可能な判定値を越えたとき状況的電気負荷に電源が投入されたと判断し、アイドル回転数制御弁による通過空気量を増加補正することを特徴とするエンジンのアイドル回転数制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アイドル運転時にフォグランプやワイパ等の電気負荷に電源が投入されたときに増加するオルタネータ発電負荷によるエンジン回転数の低下及び不安定化を防止するエンジンのアイドル回転数制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のアイドル回転数制御では、エンジン回転速度を低く抑えて、燃費向上、静粛性の向上を図る傾向にあるが、アイドル回転速度を低く抑えると、僅かな負荷の影響を受けても回転が不安定化しやすい。
【０００３】
このエンジン回転の不安定化の要因として最も顕著なものは、オルタネータ発電負荷の増加である。アイドル運転中に電気負荷に電源が投入されるとバッテリが電圧降下するため、オルタネータ発電負荷が増加する。そして、これがエンジン負荷となってアイドル回転の低下、或いは不安定化を招く。
【０００４】
バッテリ電源により駆動される電気負荷としては、点火コイル、インジェクタコイル、制御装置等のエンジンを駆動させるために必要な継続的電気負荷と、ヘッドランプ、リヤデフォッガ、ワイパモータ、エアコン等のように状況に応じて消費される状況的電気負荷とがある。アイドル回転数の不安定化は、状況的電気負荷に電源が投入されたとき、この負荷変動に対してフィードバック制御が追従できないために生じる。
【０００５】
従来、このような過渡状況下でのアイドル回転数の低下、或いは不安定化を防止するために、例えば、特開平３−２３７２４１号公報では、状況的電気負荷に電源が投入されたとき、その動作信号を検出して、アイドル回転数制御（以下「ＩＳＣ」）弁による通過空気量をステップ的に増加させて、エンジン出力を段階的に増加させることでアイドル回転数の低下を防止している。また、特公平４−３２２１６号では、オルタネータの発電電圧（或いはバッテリ電圧）の所定時間内の変化量（ΔＶ）と、予め設定した判定値（β）とを比較し、変化量（ΔＶ）が判定値（β）よりも大きいときに上記状況的電気負荷に電源が投入されたと判断し、しかも、この変化量（ΔＶ）が前回の変化量よりも増加しているときに、ＩＳＣ弁の通過空気量をステップ的に増加させる制御を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、状況的電気負荷は、ヘッドライトやリヤデフォッガ以外に、ブレーキランプ、ラジエータファン等、多数存在し、それらの全ての動作状態を検出することは、構成の複雑化、コストアップ等を考えれば実現性に乏しい。
【０００７】
この点、後者のアイドル回転数制御では、バッテリの電圧量のみの変化を検出して状況的電気負荷に電源が投入されたかを検出するようにしているため、構成は比較的簡単であるが、バッテリ電圧は、通常時であっても、点火コイルやインジェクタ等の継続的電気負荷によって変動しているため、バッテリ電圧の変動から状況的電気負荷に電源が投入されたことを判断するのは極めて難しい。
【０００８】
すなわち、図６（ａ）に示すようにバッテリ電圧ＶＢが変化した際、図６（ｂ）に示すように、バッテリ電圧ＶＢの変化（変動量ΔＶ）を比較的長い周期で計測すれば、バッテリ電圧ＶＢの変動が大きくなるため、その分、判定値（β）を上記継続的電気負荷の変動を許容可能な比較的大きな値に設定することはできるが、応答性が悪くなり、バッテリ電圧ＶＢが同じようなパターンで電圧降下を生じた場合でも、同図（ｂ），（ｃ）に示すように、検出するタイミングによって変動量（ΔＶ）に相違が生じてしまい、検出ミスを生じる可能性がある。また、逆に、同図（ｄ）に示すように検出周期を短くすれば、応答性は良くなるものの変動量（ΔＶ）が小さくなり、一般的電気負荷による電圧変動とを明確に識別することが困難になり、誤検出が生じやすい。
【０００９】
このように、従来の制御方法では、バッテリ電圧ＶＢの時間的変化量（ΔＶ）から状況的電気負荷の動作を高精度に検出することは困難であった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、個々の状況的電気負荷の動作を逐一検出することなく、低コストで、バッテリの電圧降下時のオルタネータ発電負荷によって生じるアイドル回転数の低下、不安定化を的確に防止することのできるエンジンのアイドル回転数制御方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によるエンジンのアイドル回転数制御方法では、アイドル時のバッテリ電圧を所定時間毎に加重平均して平均バッテリ電圧を算出し、上記平均バッテリ電圧と最新のバッテリ電圧との差が、予め設定し且つ継続的電気負荷の変動を許容可能な判定値を越えたとき状況的電気負荷に電源が投入されたと判断し、アイドル回転数制御弁による通過空気量を増加補正することを特徴とする。
【００１２】
【作  用】
本発明では、アイドル時のバッテリ電圧を所定時間毎にモニタして加重平均により所定一次遅れの平均バッテリ電圧を求め、この平均バッテリ電圧と最新のバッテリ電圧との差が、予め設定し且つ継続的電気負荷の変動を許容可能な判定値を越えたとき、状況的電気負荷に電源が投入されたと判断し、アイドル回転数制御弁による通過空気量を増量補正してエンジン出力を増加させる。
【００１３】
【実施例】
以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施例を説明する。図５にはエンジンの全体概略図が示されている。
図５において、符号１はエンジンで、このエンジン１の吸気ポートに連通する吸気管２の下流端にインジェクタ３が臨まされている。この吸気管２の上流側の中途には、コレクタチャンバ４が介装され、その上流にスロットル弁５が介装され、更にその上流の空気取り入れ口にエアクリーナ６が介装されている。
【００１４】
また、上記吸気管２にはスロットル弁５を迂回して、このスロットル弁５の上流と下流とを連通するエアーバイパス通路７が連通されており、このエアーバイパス通路７に、バイパス空気量の通過量を制御するＩＳＣ弁８が介装されている。一方、上記コレクタチャンバ４には、吸気温度を検出する吸気温センサ９が臨まされていると共に、スロットル弁５下流の吸気管内圧力を検出する圧力センサ１０が連通されている。
【００１５】
また、上記エンジン１に形成した冷却水通路１ａに、冷却水温を検出する水温センサ１１が臨まされている。更に、図示しないカム軸に連設するカムロータ１２に、このカムロータ１２に形成した突起或いはスリットを検出して、後述の電子制御装置２１へカムパルスを出力するカム角センサ１３が対設されている。さらに、上記エンジン１の排気ポートに連通する排気管１４には、図示しない触媒コンバータの上流に０２センサ１５が臨まされている。なお、上記電子制御装置２１では、上記カムパルスの間隔時間からエンジン回転数ＮＥを算出し、また０２センサ１５の出力信号から燃料噴射量を設定する際の補正項である空燃比フィードバック補正係数を算出する。
【００１６】
符号１６はオルタネータで、図示しないクランク軸に軸着されたクランクプーリ１７にベルト１８を介して連設されている。このオルタネータ１６の発電電流は、図４に示すバッテリ１９に充電され、電子制御装置２１やインジェクタ３、点火コイル以外に、状況に応じて動作されるフォグランプやリヤデフォッガ、ワイパ等の状況的電気負荷２０に通電される。
【００１７】
上記電子制御装置２１では、各種センサ及びスイッチ類の出力信号に基づいて燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回転数制御等、種々の制御を行う。図４に示すように、この電子制御装置２１は、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ＣＰＵ２４、及びＩ／Ｏインターフェース２５がバスラインを介して互いに接続されるマイクロコンピュータを中心に構成されており、ＲＯＭ２２には、制御プログラムや各種データが記憶され、ＲＡＭ２３には、ＣＰＵ２４で求めた演算結果等が一時的に格納される。
【００１８】
上記Ｉ／Ｏインターフェース２５の入力側には、圧力センサ１０、カム角センサ１３、Ｏ２センサ１５が接続されていると共に、Ａ／Ｄコンバータ２６を介して水温センサ１１、吸気温センサ９が接続され、更にバッテリ１９が接続されて、バッテリ電圧ＶＢがモニタされる。また、出力側には、駆動回路２７を介してＩＳＣ弁８、インジェクタ３の各駆動用コイルが接続されている。
【００１９】
更に、電子制御装置２１には定電圧回路３１が内蔵されており、この定電圧回路３１は、ＥＣＵリレー３２のリレー接点を介して上記バッテリ１９に接続されており、ＥＣＵリレー３２のリレーコイルがイグニッションスイッチ３３を介して上記バッテリ１９に接続されている。この定電圧回路３１は、上記イグニッションスイッチ３３がＯＮされ、上記ＥＣＵリレー３２の接点が閉となったとき、上記バッテリ１９の電圧を安定化して電子制御装置２１の各部に供給する。
【００２０】
燃料噴射制御では、各センサ類の出力信号に基づいて燃料噴射量を求め、この燃料噴射量に対応するパルス幅を所定タイミングで駆動回路２７を介してインジェクタ３へ出力し、インジェクタ３から所定に計量された燃料を噴射させる。また、アイドル回転数制御では、アイドル時のエンジン回転数と目標回転数との差に基づいてＩＳＣ弁８に対する制御量を演算し、ＩＳＣ弁８の弁開度を制御して、このＩＳＣ弁８を通過するバイパス空気量を調整し、エンジン回転数が目標回転数に一致するようフィードバック制御する。また、バッテリ１９の電圧をモニタし、状況的電気負荷２０に電源が投入されたかを判断して、電源が投入されたと判断したときには、上記ＩＳＣ弁８の弁開度を増加補正して、エンジン回転数の低下、或いは不安定化を防止する。
【００２１】
次に、上記電子制御装置２１によるアイドル回転数制御手順を、図１、図２に示すフローチャートに従って説明する。
【００２２】
エンジン運転状態がアイドリングと判断されると、図２に示す４０ｍｓ毎に起動するルーチンでは、バッテリ電圧ＶＢを加重平均して平均バッテリ電圧ＶＢＡＶＥを算出する。すなわち、まずステップＳ１で、Ａ／Ｄ変換されたバッテリ電圧ＶＢと、前回のルーチン実行時に加重平均により算出した平均バッテリ電圧ＶＢＡＶＥとの差を求め、ステップＳ２で、この差（ＶＢ−ＶＢＡＶＥ）を１／１６倍する。
【００２３】
そして、ステップＳ３で、上記ステップＳ２の計算結果を、前回のルーチン実行時に算出した平均バッテリ電圧ＶＢＡＶＥに加算し、その値を新たな平均バッテリ電圧ＶＢＡＶＥとしてＲＡＭ２３に格納し、ルーチンを抜ける。
【００２４】
その結果、バッテリ電圧ＶＢは、上記加重平均化処理により、１６×４０ｍｓの一次遅れ処理がなされ、例えば、状況的電気負荷２０に対して電源投入した瞬間にバッテリ電圧ＶＢが一時的に急落するような状態においても、上記平均バッテリ電圧ＶＢＶＥは、なまされてほとんど変化しない。また、バッテリ１９の充電によりバッテリ電圧ＶＢが徐々に上昇していく過程では、上記平均バッテリ電圧ＶＢＡＶＥも１６×４０ｍｓの時定数で徐々に上昇する。
【００２５】
図１に示す５ｍｓ毎に起動するルーチンでは、バッテリ電圧ＶＢ等の条件から、エアーバイパス通路７を通過するバイパス空気量を増量するか否かを判断し、増量するときには、ＩＳＣ弁８の弁開度を制御するＯＮ（開弁）デューティをスキップ制御する。なお、通常のアイドル運転時の上記ＩＳＣ弁８に対するＯＮデューティは、図示しないアイドル回転数制御ルーチンにおいて、制御モード別に設定される。この制御モードは、冷却水温、エンジン回転数に等に応じてオープンループ制御とクローズドループ制御とが選択される。
【００２６】
以下、図３に示すタイムチャートを参照しながら説明する。
まず、ステップＳ１１では、最新の平均バッテリ電圧ＶＢＡＶＥと最新のバッテリ電圧ＶＢとの差（差電圧）ＤＶＢを求め、ステップＳ１２で、上記バッテリ電圧ＶＢが上記平均バッテリ電圧ＶＢＡＶＥに対して相対的に電圧降下しているかを判断する。そして、ＤＶＢ＜０のときは、電圧降下が生じていないと判断し、ステップＳ１４へ分岐して、スキップ可能フラグＦをセットした後、ルーチンを抜け、通常のアイドル回転数制御へ移行する。
【００２７】
また、ヘッドライト、リヤデフォッガ、ブレーキランプ、ラジエータファン等の状況的電気負荷２０に電源が投入されたことで、バッテリ電圧ＶＢが降下し、上記ステップＳ１２で、ＤＶＢ≧０と判断されると、ステップＳ１３へ進み、差電圧ＤＶＢを予め設定した判定値としてのスキップ判定電圧ＫＤＶＢＨとを比較し、差電圧ＤＶＢがスキップ判定電圧ＫＤＶＢＨよりも高いかを判断する。電圧降下が初期の段階では、図３に示すように、未だ、上記差電圧ＤＶＢが十分に上昇していないため、ＤＶＢ＜ＫＤＶＢＨであり、ステップＳ１５へ分岐し、このステップＳ１５で、上記差電圧ＤＶＢがスキップ可能判定電圧ＫＤＶＢＬよりも低いかを判断する。そして、ＤＶＢ＜ＫＤＶＢＬのときにはステップＳ１４へ進み、ＤＶＢ≧ＫＤＶＢＬのときにはそのままルーチンを抜け、通常のアイドル回転数制御へ移行する。上記状況的電気負荷２０に電源が投入された直後では、ＤＶＢ＜ＫＤＶＢＬであるため、ステップＳ１４へ進み、上記スキップ可能フラグＦをセットした後、ルーチンを抜け、通常のアイドル回転数制御へ移行する。
【００２８】
従って、上記ステップＳ１３では、バッテリ１９に電圧降下が生じても、ＤＶＢ＜ＫＤＶＢＨの間は、通常のアイドル回転数制御へそのまま移行するため、一時的に状況的電気負荷２０に電源が投入されたような場合では、本ルーチンによりバイパス空気量が増量補正されることなく、制御ハンチングが防止される。
【００２９】
そして、上記状況的電気負荷２０に対する電源の投入により、上記差電圧ＤＶＢが次第に上昇し、やがて、ＤＶＢ≧ＫＤＶＢＨとなると、ステップＳ１３からステップＳ１６へ進み、スキップ可能フラグＦの値を参照する。ＤＶＢ≧ＫＤＶＢＨとなった後の最初のルーチンでは、上記スキップ可能フラグＦは、上記ステップＳ１４で既にセットされているため、ステップＳ１７で、このスキップ可能フラグＦをクリアした後、ステップＳ１８へ進み、ステップＳ１８〜Ｓ２０でエンジン運転条件を判断する。
【００３０】
まず、ステップＳ１８では、エンジン回転数ＮＥと予め設定したスキップ判定回転数ＫＮＥＳＫとを比較し、ステップＳ１９では、エンジン始動後、少なくともＫＴＡＦＳＴＡ秒経過しているかを判断し、ステップＳ２０では、アイドル回転数制御の制御モードがクローズドループかを判断する。そして、ＮＥ＜ＫＮＥＳＫ、且つ始動後ＫＴＡＦＳＴＡ秒経過、且つクローズドループ制御状態のとき、スキップ増量条件成立と判断して、ステップＳ２１へ進み、ＩＳＣ弁８の開度をスキップ制御する。
【００３１】
一方、ＮＥ≧ＫＮＥＳＫ、或いは始動後ＫＴＡＦＳＴＡ秒未満、或いは制御モードがオープンループのときは、そのままルーチンを抜け、通常のアイドル回転数制御へ移行する。なお、上記スキップ判定回転数ＫＮＥＳＫは、例えばアイドル回転数が８５０ｒｐｍであり、回転数の上昇余裕分を５０ｒｐｍとした場合には、９００ｒｐｍに設定する等、採用するエンジンに応じて適宜設定する。
【００３２】
そして、ステップＳ２１へ進むと、通常のアイドル回転数制御ルーチンで設定したＯＮデューティＤＩＳＣに空気量増加分相当のデューテイ比ＫＤＳＫＶＢを加算し、ステップＳ２２で、この加算した値が１００％（全開）を越えているかを判断し、ＤＩＳＣ＋ＫＤＳＫＶＢ≧１００％のときは、ステップＳ２４へ進み、上記ＯＮデューティＤＩＳＣを１００％にセットしてルーチンを抜ける。また、ＤＩＳＣ＋ＫＤＳＫＶＢ＜１００％のときは、ステップＳ２３へ進み、上記ステップＳ２１で加算した値を、新たなＩＳＣ弁８に対するＯＮデューティＤＩＳＣとしてセットして、ルーチンを抜ける。上記デューテイ比ＫＤＳＫＶＢは固定値であり、上記状況的電気負荷２０の電圧ピーク値に対応して予め実験などから求めて設定したものである。
【００３３】
そして、次回のルーチン起動時に、上記差電圧ＤＶＢがスキップ判定電圧ＫＤＶＢＨよりも高いとき、上記ステップＳ１３からステップＳ１６へ進むが、このとき、スキップ可能フラグＦは上記ステップＳ１７でクリアされているため、そのままルーチンを抜けて、通常のアイドル回転数制御へ移行する。その結果、アイドル回転数がフィードバック制御される。従って、上記ＩＳＣ弁８の開度をスキップさせる制御は、上記差電圧ＤＶＢが上記スキップ判定電圧ＫＤＶＢＨ以上の値を示したときの１回のみとなる。その結果、スキップ制御によるアイドル回転数の急上昇を未然に防止することができる。
【００３４】
上記ステップＳ２３で設定したＯＮデューティＤＩＳＣが所定タイミングでＩＳＣ弁８に出力されると、ＩＳＣ弁８によりバイパス空気量がデューティ比ＫＤＳＫＶＢ分だけ増量され、エンジン出力が上昇しオルタネータ１６の発電負荷によるエンジン回転数の低下、或いは不安定化が抑制され、次いで、このアイドル回転数制御は、通常のフィードバック制御により一定状態に復帰される。そのとき、バッテリ電圧ＶＢも次第に回復して、やがてＤＶＢ＜ＫＤＶＢＬになると（図３参照）、ステップＳ１３からステップＳ１５を経てステップＳ１４進み、上記スキップ可能フラグＦをセットしてルーチンを抜け、通常のアイドル回転数制御へ移行する。
【００３５】
このように、加重平均した平均バッテリ電圧ＶＢＡＶＥに対するバッテリ電圧ＶＢの変化に基づいて状況的電気負荷２０に電源が投入されたかを判断しているので、全ての電気負荷の出力信号を検出する必要がなく、コストの低減が図れる。また、バッテリ電圧ＶＢの加重平均値と最新のバッテリ電圧ＶＢとの差電圧ＤＶＢにより状況的電気負荷２０に電源が投入されたかを判断しているため、定常時の電圧変動に対して、上記状況的電気負荷２０に電源が投入されたときの電圧変動の比を大きく設定しても、誤判定が生じることはない。また、アイドル回転数の上限をスキップ判定回転数ＫＮＥＳＫで制限しているため、ウィンカやワイパモータの間欠動作のような比較的速い周期で電気負荷がＯＮ／ＯＦＦを繰り返すような場合でも、エンジン回転数が必要以上に上昇することはない。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、バッテリ電圧の加重平均と最新のバッテリ電圧との差に基づいて状況的電気負荷に電源が投入されたかを判断しているため、一時的な電圧降下の影響を受けず、状況的電気負荷に電源が投入されたかを判断するための判定値を比較的大きく設定しても誤判定を生じることなく実現できる。従って、バッテリ電圧降下時のオルタネータ発電負荷によって生じるアイドル回転数の低下、不安定化を早期に予測して的確に防止することができる。
【００３７】
また、バッテリの電圧変動に基づいて状況的電気負荷に電源が投入されているかを判断しているため、全ての電気負荷の出力信号を逐一検出する必要がなく、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電圧降下時のＯＮデューテイ設定ルーチンを示すフローチャート
【図２】平均バッテリ電圧を算出するルーチンを示すフローチャート
【図３】状況的電気負荷に電源を投入したときのバッテリ電圧、平均バッテリ電圧、差電圧、スキップ可能フラグの値を示すタイムチャート
【図４】電子制御系の回路構成図
【図５】エンジンの概略図
【図６】従来例に関し、電圧降下発生の検出状態を示すタイムチャート
【符号の説明】
５  スロットル弁
８  アイドル回転数制御弁
２０  状況的電気負荷
ＤＩＳＣ  ＯＮデューティ
ＤＶＢ  差電圧
ＫＤＶＢＨ  スキップ判定電圧（予め設定した判定値）
ＶＢ  バッテリ電圧
ＶＢＡＶＥ  平均バッテリ電圧
【図１】
0003544741.tif 000002
【図２】
0003544741.tif 000003
【図３】
0003544741.tif 000004
【図４】
0003544741.tif 000005
【図５】
0003544741.tif 000006
【図６】
0003544741.tif 000007