(57)【要約】  【課題】  ＩＳＣのフィードバック制御の応答性と目標回転速度への収束性（安定性）とを両方とも向上させる。  【解決手段】  ＩＳＣ実行中に実エンジン回転速度の変化方向が目標回転速度に対して近付く方向か遠ざかる方向かを判定し（ステップ１０２）、遠ざかる方向である場合は、積分項のゲインを大きめの値に設定した第１のゲイン設定テーブルを選択し、この第１のゲイン設定テーブルを参照してその時点の実際の回転速度偏差ΔＮＥ２に対応した積分項のゲインを算出する（ステップ１０３）。一方、実エンジン回転速度が目標回転速度に近付く方向に変化している場合は、前記第１のゲイン設定テーブルよりも積分項のゲインを小さい値に設定した第２のゲイン設定テーブルを選択し、この第２のゲイン設定テーブルを参照してその時点の実際の回転速度偏差ΔＮＥ２に対応した積分項のゲインを算出する（ステップ１０４）。  【選択図】  図３
2006016972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転状態を制御する機関制御システムの制御量を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、
前記制御量の変化方向が前記目標値に対して近付く方向か遠ざかる方向かを判定する制御量変化方向判定手段と、
前記制御量変化方向判定手段で判定した前記制御量の変化方向に応じて前記フィードバック制御のゲインを可変設定するゲイン設定手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ゲイン設定手段は、前記制御量変化方向判定手段で判定された前記制御量の変化方向が前記目標値から遠ざかる方向の場合は近付く方向の場合よりも大きいゲインを設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記フィードバック制御手段は、前記制御量を少なくとも積分項を含む伝達関数で演算し、
前記ゲイン設定手段は、前記制御量変化方向判定手段で判定された前記制御量の変化方向に応じて前記積分項のゲインを可変設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記機関制御システムは、アイドル運転時の吸入空気量を制御するアイドルスピードコントロールシステムである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制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の運転状態を制御する機関制御システムの制御量を目標値にフィードバック制御する内燃機関の制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の運転状態を制御する機関制御システムの制御量は、運転状態等に応じて設定された目標値に一致させるようにフィードバック制御されるようになっている。このフィードバック制御の応答性・安定性を向上させるために、例えば、特許文献１（特開平４−２９２５４７号公報）に示すように、エンジン回転速度をＰＩＤ制御でフィードバック制御するシステムにおいて、実エンジン回転速度と目標回転速度との偏差の絶対値に応じて回転速度補正係数を設定し、この回転速度補正係数でＰＩＤ演算値を補正することで、実エンジン回転速度と目標回転速度との偏差の絶対値が大きいときにはＰＩＤ演算値を大きい値とし、該偏差の絶対値が小さいときにはＰＩＤ演算値を小さい値とするように制御することが提案されている。
【特許文献１】特開平４−２９２５４７号公報（第２頁〜第３頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、図４、図５に示すように、実エンジン回転速度と目標回転速度との偏差が同じであっても、実エンジン回転速度が目標回転速度から遠ざかる方向に変化する場合（ａ）と、近付く方向に変化する場合（ｂ）とがあるが、上記特許文献１の技術では、このような実エンジン回転速度の変化方向を問わず、実エンジン回転速度と目標回転速度との偏差の絶対値のみで回転速度補正係数を設定するようにしているため、実エンジン回転速度と目標回転速度との偏差の絶対値が同じであれば、実エンジン回転速度の変化方向が異なっても、回転速度補正係数が同じ値に設定される。
【０００４】
例えば、実エンジン回転速度が目標回転速度から遠ざかる方向に変化する場合（ａ）に、回転速度補正係数を大きい値に設定すると、実エンジン回転速度の変化方向を目標回転速度に近付ける方向に速やかに反転させて目標回転速度への応答性を向上させる効果を期待できるが、これとは反対に、実エンジン回転速度が目標回転速度に近付く方向に変化する場合（ｂ）にも、回転速度補正係数が上記と同じ大きい値に設定されるため、実エンジン回転速度が目標回転速度を越えて変化するオーバーシュートが発生して制御系がハンチングしやすくなり、目標回転速度への収束性（安定性）が悪くなるという問題があった。
【０００５】
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、内燃機関の運転状態を制御する機関制御システムに対するフィードバック制御の応答性と目標値への収束性（安定性）とを両方とも向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の運転状態を制御する機関制御システムの制御量を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、前記制御量の変化方向が前記目標値に対して近付く方向か遠ざかる方向かを制御量変化方向判定手段により判定し、判定した制御量の変化方向に応じてフィードバック制御のゲインをゲイン設定手段により可変設定するようにしたものである。このようにすれば、制御量の変化方向が目標値に対して近付く方向か遠ざかる方向かに応じてフィードバック制御のゲインを適正な値に切り換えることができるため、機関制御システムに対するフィードバック制御の応答性と目標値への収束性（安定性）とを両方とも向上させるフィードバック制御を実現することができる。
【０００７】
具体的には、請求項２のように、制御量変化方向判定手段で判定された制御量の変化方向が目標値から遠ざかる方向の場合は近付く方向の場合よりも大きいゲインを設定するようにすると良い。これにより、ハンチングを効果的に防ぎながら、制御量を目標値に応答性良く追従させることができる。
【０００８】
一般に、内燃機関の運転状態を制御する機関制御システムの制御量は、比例項（Ｐ項）、積分項（Ｉ項）、微分項（Ｄ項）を含む伝達関数によるＰＩＤ制御によって決定される。ここで、積分項は、制御量と目標値との偏差を積分して、この偏差を小さくするように働くため、制御量が目標値から遠ざかる方向に変化している場合は、この積分項のゲインを大きくすると、制御量の変化方向を目標値に近付く方向に速やかに反転させて、目標値への応答性を向上させる効果を期待できるが、これとは反対に、制御量が目標値に近付く方向に変化している場合に、積分項のゲインを上記と同じ大きいゲインに設定すると、積分項の値が大きくなり過ぎて、ハンチングが発生しやすくなる。
【０００９】
この点を考慮し、請求項３のように、制御量を少なくとも積分項を含む伝達関数で演算するシステムにおいては、前記制御量変化方向判定手段で判定された制御量の変化方向に応じて積分項のゲインを可変設定するようにすると良い。このようにすれば、制御量が目標値から遠ざかる方向に変化している場合には、積分項のゲインを大きくして、制御量の変化方向を目標値に近付く方向に速やかに反転させて、目標値への収束性を向上させ、反対に、制御量が目標値に近付く方向に変化している場合には、積分項のゲインを小さくして、ハンチングを防ぐという、制御量の変化方向に応じたフィードバック制御を行うことができる。これにより、ハンチングを効果的に防ぎながら、制御量を目標値に応答性良く追従させることができる。
【００１０】
以上説明した請求項１〜３に係る発明は、内燃機関の運転状態を制御する様々な機関制御システムの制御に適用することが可能であり、その一例として、例えば、請求項４のように、アイドル運転時の吸入空気量を制御するアイドルスピードコントロールシステム（ＩＳＣ）に適用すれば、実アイドル回転速度を目標アイドル回転速度付近に安定させて、実アイドル回転速度の変動を効果的に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態をアイドルスピードコントロールシステム（ＩＳＣ）にて具体化した一実施例を図面に基づいて説明する。
【００１２】
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ーメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ（図示せず）によって駆動されるスロットルバルブ１５と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。また、吸気管１２には、スロットルバルブ１５をバイパスするバイパス通路２３が設けられ、このバイパス通路２３には、スロットルバルブ１５をバイパスする吸入空気量を調整してアイドル運転時のエンジン回転速度を制御するアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）２４が設けられている。なお、本実施例においては、バイパス通路２３と共にＩＳＣバルブ２４を有する構成となっているが、バイパス通路２３とＩＳＣバルブ２４を有さず、ＩＳＣ制御をスロットルバルブによる電気的な制御で達成する電子スロットルを有するシステムにおいても適用可能である。
【００１３】
更に、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には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ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。
【００１４】
各気筒のシリンダヘッドには、点火プラグ２１が取り付けられ、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２２と、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００１５】
一方、エンジン１１の排気管２５には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒２６が設けられ、この触媒２６の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２７（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。
【００１６】
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２８に入力される。このＥＣＵ２８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）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。
【００１７】
そして、このＥＣＵ２８は、アイドル運転実行条件が成立している期間中に、アイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）を実行して、実エンジン回転速度（制御量）を目標回転速度（目標値）にフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御するフィードバック制御手段として機能し、更に、このＩＳＣ実行中に、後述する図３のＩＳＣＦ／Ｂゲイン設定プログラムを所定周期で実行することで、実エンジン回転速度の変化方向が目標回転速度に対して近付く方向か遠ざかる方向かを判定する制御量変化方向判定手段として機能すると共に、実エンジン回転速度の変化方向に応じてフィードバック制御のゲインを可変設定するゲイン設定手段として機能する。以下、これら各機能について説明する。
【００１８】
図４、図５に示すように、実エンジン回転速度と目標回転速度との偏差が同じであっても、実エンジン回転速度が目標回転速度から遠ざかる方向に変化する場合（ａ）と、近付く方向に変化する場合（ｂ）とがある。従来は、このような実エンジン回転速度の変化方向を問わず、実エンジン回転速度と目標回転速度との偏差（以下単に「回転速度偏差」という）の絶対値のみでフィードバック制御のゲインを設定するようにしているため、回転速度偏差の絶対値が同じであれば、実エンジン回転速度の変化方向が異なっても、ゲインが同じ値に設定される。
【００１９】
例えば、実エンジン回転速度が目標回転速度から遠ざかる方向に変化する場合（ａ）に、フィードバック制御のゲインを大きくすると、実エンジン回転速度の変化方向を目標回転速度に近付ける方向に速やかに反転させて目標回転速度への応答性を向上させる効果を期待できるが、これとは反対に、実エンジン回転速度が目標回転速度に近付く方向に変化する場合（ｂ）も、フィードバック制御のゲインが上記と同じ大きい値に設定されるため、実エンジン回転速度が目標回転速度を越えて変化するオーバーシュートが発生して制御系がハンチングしやすくなり、目標回転速度への収束性（安定性）が悪くなるという問題が発生する。
【００２０】
そこで、本実施例では、図２に示すように、目標回転速度と実エンジン回転速度なまし値との偏差ｕの絶対値の前回値と今回値とを比較することで、実エンジン回転速度の変化方向が目標回転速度に対して近付く方向か遠ざかる方向かを判定する。この方向判定の際に、実エンジン回転速度なまし値を用いる理由は、ノイズ等の影響で方向判定を誤判定することを防止するためである。但し、本発明は、方向判定の際に、実エンジン回転速度なまし値ではなく、実エンジン回転速度と目標回転速度との偏差を用いるようにしても良く、また、実エンジン回転速度と目標回転速度との偏差をなまし処理し、前回の偏差なまし値と今回の偏差なまし値とを比較することで、実エンジン回転速度の変化方向を判定するようにしても良い。
【００２１】
そして、判定した実エンジン回転速度の変化方向に応じてフィードバック制御のゲインを次のようにして可変設定する。本実施例では、ＩＳＣバルブ２４の制御量は、比例項（Ｐ項）、積分項（Ｉ項）、微分項（Ｄ項）を含む伝達関数によるＰＩＤ制御によって決定される。ここで、積分項は、実エンジン回転速度と目標回転速度との偏差を積分して、この偏差を小さくするように働くため、実エンジン回転速度が目標回転速度から遠ざかる方向に変化している場合は、この積分項のゲインを大きくすると、実エンジン回転速度の変化方向を目標回転速度に近付く方向に速やかに反転させて、目標回転速度への応答性を向上させる効果を期待できるが、これとは反対に、実エンジン回転速度が目標回転速度に近付く方向に変化している場合に、積分項のゲインを上記と同じ大きいゲインに設定すると、積分項の値が大きくなり過ぎて、ハンチングが発生しやすくなる。
【００２２】
この点を考慮し、本実施例では、実エンジン回転速度の変化方向に応じて積分項のゲインを可変設定する。具体的には、実エンジン回転速度の２通りの変化方向に対応して２種類のゲイン設定テーブルを設定し、実エンジン回転速度の変化方向の判定結果に応じて、いずれか一方のゲイン設定テーブルを選択する。
【００２３】
例えば、実エンジン回転速度が目標回転速度から遠ざかる方向に変化している場合は、積分項のゲインを大きめの値に設定した第１のゲイン設定テーブルを選択し、この第１のゲイン設定テーブルを参照してその時点の回転速度偏差の絶対値に対応した積分項のゲインを算出することで、実エンジン回転速度が目標回転速度から遠ざかる方向に変化している場合に、積分項のゲインを大きめの値に設定する。
【００２４】
これに対して、実エンジン回転速度が目標回転速度に近付く方向に変化している場合は、前記第１のゲイン設定テーブルよりも積分項のゲインを小さい値に設定した第２のゲイン設定テーブルを選択し、この第２のゲイン設定テーブルを参照してその時点の回転速度偏差の絶対値に対応した積分項のゲインを算出することで、実エンジン回転速度が目標回転速度に近付く方向に変化している場合に、遠ざかる方向に変化している場合よりも積分項のゲインを小さい値に設定する。
【００２５】
以上説明した積分項のゲインの設定処理は、ＥＣＵ２８によって図３のＩＳＣＦ／Ｂゲイン設定プログラムに従って実行される。本プログラムは、ＩＳＣ実行中に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、実エンジン回転速度なまし値を用いた方向判定用回転速度偏差ΔＮＥ１と、実エンジン回転速度を用いた実際の回転速度偏差ΔＮＥ２を算出する。
ΔＮＥ１＝｜目標回転速度−実エンジン回転速度なまし値｜
ΔＮＥ２＝｜目標回転速度−実エンジン回転速度｜
【００２６】
ここで、実エンジン回転速度なまし値ＮＥavは、次式により算出される。
ＮＥav(i) ＝ＮＥav(i-1) ×（１−α）＋ＮＥ(i) ×α
上式において、ＮＥav(i) は実エンジン回転速度なまし値の今回値、ＮＥav(i-1) は実エンジン回転速度なまし値の前回値、αはなまし係数（０＜α＜１）、ＮＥ(i) は今回の実エンジン回転速度である。
【００２７】
この後、ステップ１０２に進み、上記ステップ１０１で算出した方向判定用回転速度偏差ΔＮＥ１の今回値ΔＮＥ１(i) と前回値ΔＮＥ１(i-1) とを比較して、今回値ΔＮＥ１(i) が前回値ΔＮＥ１(i-1) 以上であれば、実エンジン回転速度が目標回転速度から遠ざかる方向に変化していると判断して、ステップ１０３に進み、積分項のゲインを大きめの値に設定した第１のゲイン設定テーブルを選択し、この第１のゲイン設定テーブルを参照してその時点の実際の回転速度偏差ΔＮＥ２に対応した積分項のゲインを算出することで、実エンジン回転速度が目標回転速度から遠ざかる方向に変化している場合に、積分項のゲインを大きめの値に設定する。
【００２８】
これに対して、上記ステップ１０２で、方向判定用回転速度偏差ΔＮＥ１の今回値ΔＮＥ１(i) が前回値ΔＮＥ１(i-1) よりも小さいと判定されれば、実エンジン回転速度が目標回転速度に近付く方向に変化していると判断して、ステップ１０４に進み、前記第１のゲイン設定テーブルよりも積分項のゲインを小さい値に設定した第２のゲイン設定テーブルを選択し、この第２のゲイン設定テーブルを参照してその時点の実際の回転速度偏差ΔＮＥ２に対応した積分項のゲインを算出することで、実エンジン回転速度が目標回転速度に近付く方向に変化している場合に、遠ざかる方向に変化している場合よりも積分項のゲインを小さい値に設定する。
【００２９】
以上説明した本実施例によれば、ＩＳＣ実行中に実エンジン回転速度の変化方向が目標回転速度に対して近付く方向か遠ざかる方向かを判定し、実エンジン回転速度の変化方向に応じてＩＳＣのフィードバック制御のゲインを可変設定するようにしたので、実エンジン回転速度の変化方向が目標回転速度に対して近付く方向か遠ざかる方向かに応じてＩＳＣのフィードバック制御のゲインを適正な値に切り換えることができ、ＩＳＣのフィードバック制御の応答性と目標回転速度への収束性（安定性）とを両方とも向上させるＩＳＣのフィードバック制御を実現することができる。
【００３０】
尚、本実施例では、実エンジン回転速度の変化方向に応じて積分項のゲインのみを可変設定するようにしたが、比例項及び／又は微分項のゲインについても実エンジン回転速度の変化方向に応じて可変設定するようにしても良い。
【００３１】
また、本実施例では、ＰＩＤ制御を実行するようにしたが、例えば、ＰＩ制御等、ＰＩＤ制御以外のフィードバック制御を実行するシステムに本発明を適用しても良い。
【００３２】
また、本実施例では、ＩＳＣシステムに本発明を適用したが、例えば、電子スロットルシステム、可変バルブシステム等の様々な機関制御システムに本発明を適用して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例を示すエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】ＩＳＣのフィードバック制御のゲインを可変設定する機能を説明するブロック図である。
【図３】ＩＳＣＦ／Ｂゲイン設定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】実エンジン回転速度の変化方向と回転速度偏差との関係を説明する図である（その１）。
【図５】実エンジン回転速度の変化方向と回転速度偏差との関係を説明する図である（その２）。
【符号の説明】
【００３４】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２３…バイパス通路、２４…アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）、２８…ＥＣＵ（フィードバック制御手段，制御量変化方向判定手段，ゲイン設定手段）
【図１】
2006016972.tif 000003
【図２】
2006016972.tif 000004
【図３】
2006016972.tif 000005
【図４】
2006016972.tif 000006
【図５】
2006016972.tif 000007