(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
0003581718.tif 000002
【図２】
0003581718.tif 000003