(57)【要約】【課題】いかなる運転状態でも制御ゲインを適切な値に設定して最適制御を行い、回転の安定性を向上させることができるようにしたエンジン用回転速度制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１の回転速度に比例した速度検出信号Ｖnと指示回転速度を与える指示速度信号Ｖnoとの偏差Ｖno−ＶnにＰＩＤ演算を施すことによりアクチュエータ４の操作量を演算し、演算した操作量だけアクチュエータを動かすようにアクチュエータに操作信号Ｉqを与えて回転速度を指示回転速度に一致させる制御を行う回転速度制御装置において、操作信号Ｉqを操作信号平滑手段１１により平滑することによりスロットル開度信号Ｖθを発生させ、このスロットル開度信号Ｖθを制御ゲイン設定手段８に与える。制御ゲイン設定手段８は、スロットル開度信号Ｖθの増大に伴って制御ゲインを増大させるように構成する。【選択図】    図１
2005127237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンへの混合気の供給量を調節するスロットルバルブを、与えられた操作信号に応じて操作するアクチュエータと、前記エンジンの回転速度を検出して速度検出信号を出力する回転速度検出手段と、前記エンジンの指示回転速度を与える指示速度信号を出力する回転速度指示器と、前記速度検出信号と指示速度信号との偏差を演算する偏差演算手段と、制御ゲインを設定する制御ゲイン設定手段と、前記制御ゲイン設定手段により設定された制御ゲインで前記偏差演算手段により演算された偏差に比例、積分及び微分演算を施して前記偏差を零にするために必要な前記アクチュエータの操作量を演算する操作量演算手段と、前記操作量演算手段により演算された操作量だけ前記アクチュエータを動かすために必要な操作信号を出力して該操作信号を前記アクチュエータに与える操作信号出力手段とを備えたエンジン用回転速度制御装置において、
前記操作信号を平滑して、該操作信号を前記スロットルバルブの開度と相関関係を有するスロットル開度信号に変換する操作信号平滑手段が設けられ、
前記制御ゲイン設定手段は、前記スロットル開度信号が大きい場合ほど前記制御ゲインを大きくするように、前記スロットル開度信号の変化に応じて前記制御ゲインを変化させるように構成されていること、
を特徴とするエンジン用回転速度制御装置。
【請求項２】
エンジンへの混合気の供給量を調節するスロットルバルブを、与えられた操作信号に応じて操作するアクチュエータと、前記エンジンの回転速度を検出して速度検出信号を出力する回転速度検出手段と、前記エンジンの指示回転速度を与える指示速度信号を出力する回転速度指示器と、前記速度検出信号と指示速度信号との偏差を演算する偏差演算手段と、制御ゲインを設定する制御ゲイン設定手段と、前記制御ゲイン設定手段により設定された制御ゲインで前記偏差演算手段により演算された偏差に比例、積分及び微分演算を施して前記偏差を零にするために必要な前記アクチュエータの操作量を演算する操作量演算手段と、前記操作量演算手段により演算された操作量だけ前記アクチュエータを動かすために必要な操作信号を出力して該操作信号を前記アクチュエータに与える操作信号出力手段とを備えたエンジン用回転速度制御装置において、
前記操作信号を平滑して前記スロットルバルブの開度と相関関係を有するスロットル開度信号に変換する操作信号平滑手段が設けられ、
前記制御ゲイン設定手段は、前記スロットル開度信号が大きい場合ほど前記制御ゲインを大きくし、かつ前記エンジンの回転速度が高い場合ほど前記制御ゲインを大きくするように、前記スロットル開度信号の変化及び前記回転速度情報の変化に応じて前記制御ゲインを変化させるように構成されていること、
を特徴とするエンジン用回転速度制御装置。
【請求項３】
前記操作信号平滑手段は、積分コンデンサと、前記積分コンデンサの一端に一端が接続された抵抗器とを備えて、前記抵抗器の他端と前記積分コンデンサの他端との間に前記操作信号が印加され、前記積分コンデンサの両端に前記スロットル開度信号が得られるように構成された積分回路からなっている請求項１または２に記載のエンジン用回転速度制御装置。
【請求項４】
前記操作信号平滑手段は、前記操作信号の大きさが増大する側に変化したときに第１の積分定数で前記操作信号を積分し、前記操作信号の大きさが減少する側に変化したときに前記第１の積分定数よりも大きい第２の積分定数で前記操作信号を積分するように構成された積分手段からなっていること、
を特徴とする請求項１または２に記載のエンジン用回転速度制御装置。
【請求項５】
前記操作信号平滑手段は、積分コンデンサと、前記積分コンデンサの一端に一端が接続された第１の抵抗器と、カソードを前記積分コンデンサ側に向けたダイオードを通して前記第１の抵抗器の両端に並列に接続された第２の抵抗器とを備えて、前記第１の抵抗器の他端と前記積分コンデンサの他端との間に前記操作信号が印加され、前記積分コンデンサの両端に前記スロットル開度信号が得られるように構成された積分回路からなっている請求項１または２に記載のエンジン用回転速度制御装置。
【請求項６】
前記操作信号平滑手段は、前記操作信号出力手段が出力した操作信号を読み込む操作信号読み込み手段と、前記操作信号読み込み手段により新たに読み込まれた操作信号に積分演算を施してスロットル開度信号を出力する積分演算手段とを備え、
前記積分演算手段は、前記操作信号読み込み手段により新たに読み込まれた操作信号の大きさを既に発生しているスロットル開度信号の大きさと比較する比較判定手段を備えていて、前記比較判定手段により、新たに読み込まれた操作信号の大きさが既に発生しているスロットル開度信号の大きさよりも大きいと判定されたときに第１の積分定数を用いて前記操作信号に積分演算を施し、前記比較判定手段により、新たに読み込まれた操作信号が既に発生しているスロットル開度信号の大きさ以下であると判定されたときに前記第１の積分定数よりも大きい第２の積分定数を用いて前記操作信号に積分演算を施すように構成されている請求項１または２に記載のエンジン用回転速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの回転速度を指示回転速度に一致させるように制御するエンジン用回転速度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの回転速度を指示回転速度に一致させるように制御するエンジン用回転速度制御装置として、特許文献１に示されているように、エンジンの回転速度と指示回転速度との偏差に比例、積分及び微分演算（ＰＩＤ演算）を施すことにより、偏差を零にするために必要なスロットルバルブ操作用アクチュエータの操作量を演算して、演算された操作量に見合った操作信号をアクチュエータに与えることにより、該アクチュエータを演算された操作量だけ動かして、エンジンの回転速度を指示回転速度に一致させるように制御するものがある。
【０００３】
図１７は、従来のこの種の制御装置の構成を示したもので、図１７において、１は制御対象であるエンジン、２はエンジンへの混合気の供給量を調節するスロットルバルブ、３は回転速度制御装置である。
【０００４】
回転速度制御装置３は、スロットルバルブ２を操作するアクチュエータ４と、エンジンの回転速度に比例した周波数ｆの信号を出力する回転センサ５Ａ及び回転センサ５Ａの出力周波数ｆを電圧信号に変換して速度検出信号Ｖnを出力するＦ／Ｖ変換器５Ｂからなる回転速度検出手段５と、エンジンの指示回転速度を与える速度指示信号Ｖnoを出力する回転速度指示器６と、速度検出信号Ｖnと速度指示信号Ｖnoとの偏差（Ｖno−Ｖn)を演算する偏差演算手段７と、制御ゲインＶsを設定する制御ゲイン設定手段８と、制御ゲイン設定手段８により設定された制御ゲインＶsで偏差（Ｖno−Ｖn)に比例、積分及び微分演算（ＰＩＤ演算）を施して偏差を零にするために必要なアクチュエータ４の操作量を演算する操作量演算手段９と、操作量演算手段により演算された操作量だけアクチュエータ４を動かすために必要な操作信号Ｉqをアクチュエータ４に与える操作信号出力手段１０とを備えている。
【０００５】
制御ゲイン設定手段８は、回転速度検出手段５が出力する速度検出信号Ｖnを入力として、制御ゲインＶsを出力する。操作量演算手段９は、制御ゲイン設定手段８から与えられる制御ゲインＶsに応じて、比例ゲインＰ、積分ゲインＩ及び微分ゲインＤを決定し、これらのゲインで下記の式を用いて偏差（Ｖno−Ｖn）に比例、積分及び微分演算を施すことにより、偏差（Ｖno−Ｖn）を零にするために必要なアクチュエータ４の操作量を与える制御信号Ｖqを出力する。
Ｖq＝Ｐ（Ｖno−Ｖn)＋Ｉ∫（Ｖno−Ｖn) dt ＋Ｄ｛ｄ（Ｖno−Ｖn)／ｄｔ｝            …（１）
【０００６】
操作信号出力手段１０は、制御信号Ｖqを入力として操作量演算手段により演算された操作量だけアクチュエータ４を動かすために必要な操作信号Ｉqをアクチュエータ４に与える。アクチュエータ４は、この操作信号に見合った分だけその出力軸を動かして、スロットルバルブを操作し、機関の回転速度を指示回転速度に一致させる。
【０００７】
一般にエンジンにおいては、図８に示すように、スロットルバルブ開度θの増大に伴ってトルクが増加する特性を有するが、スロットルバルブ開度が大きくなっていくと、エンジンのトルクの増え方が頭打ちになってくる。即ち、スロットルバルブ開度が小さい領域でのスロットルバルブ開度の微小変化量Δθに対するトルクの変化Δτ1と、スロットルバルブ開度が大きい領域でのスロットルバルブ開度の微小変化量Δθに対するトルクの変化Δτ2とを比較すると、Δτ1の方がΔτ2よりも大きくなる。
【０００８】
ここで、スロットルバルブ開度が微小量Δθだけ変化したときの回転速度の単位時間当たりの変化量を「エンジンの感度ΔＧ」と定義すると、図９に示したエンジン感度ΔＧ対スロットルバルブ開度θ特性に見られるように、エンジン感度ΔＧはスロットルバルブ開度θの増大に伴って小さくなっていき、スロットルバルブ開度が大きい領域でのエンジン感度ΔＧ2は、スロットルバルブ開度が小さい領域でのエンジン感度ΔＧ1よりも小さくなる。
【０００９】
またエンジンの回転エネルギは回転速度の二乗に比例するため、図１０に見られるように、エンジン感度ΔＧはエンジンの回転速度の上昇に伴って小さくなっていく。従って、エンジンの高速領域におけるエンジン感度ΔＧ2は、低速領域におけるエンジン感度ΔＧ1よりも小さくなる。
【００１０】
エンジンの回転速度と指示回転速度との偏差にＰＩＤ演算を施すことによりアクチュエータの操作量を決定して，回転速度を指示速度に一致させる制御を行う場合、スロットルバルブ開度が大きくなる領域では、上記のようにエンジン感度が小さくなるため、制御ゲインＶsは一定とするのではなく、エンジンの状態に応じて適宜に変化させることが好ましい。
【００１１】
図１１に示したエンジン回転速度Ｎ対スロットルバルブ開度θ特性に見られるように、エンジンの負荷の大小に関わりなく、スロットルバルブ開度の増大に伴ってエンジンの回転速度が高くなっていく傾向があるため、従来技術では、図１２に示した制御ゲインＶs対エンジン回転速度Ｎ特性に見られるように、エンジンの回転速度の上昇に伴って制御ゲインＶsを増加させて、ＰＩＤ演算に用いる比例ゲインＰ，積分ゲインＩ及び微分ゲインＤをそれぞれ増加させるようにしていた。
【特許文献１】特開平１−１９５９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１１に示したように、上記のような制御を行うエンジンにおいては、スロットルバルブ開度の増大に伴って、回転速度が高くなっていく傾向があるが、その動作点は、エンジンの負荷によって変化する。例えば、図１１において、エンジンの指示回転速度をＮ1とすると、負荷が小さいときの動作点におけるスロットルバルブ開度はθ1aであるが、負荷が大きいときの動作点におけるスロットルバルブ開度はθ1b（＞θ1a）となる。
【００１３】
ここで、スロットルバルブ開度がθ1aのときのエンジン感度を図９のΔＧ1、スロットルバルブ開度がθ1bのときのエンジン感度を図９のΔＧ2とし、スロットルバルブ開度がθ1aのときの制御ゲインＶsの大きさの上限値をＶsa、スロットルバルブ開度がθ1bの時の制御ゲインＶsの大きさの上限値をＶsbとすると、ΔＧ1，Ｖsa，ΔＧ2及びＶsbの間には下記の関係がある。
Ｖsa×ΔＧ1≒Ｖsb×ΔＧ2                                           …（２）
ここで、ΔＧ1＞ΔＧ2であるので、Ｖsa＜Ｖsbとなる。
【００１４】
制御ゲインを高くし過ぎると、ハンチング現象（エンジン回転速度の発振現象）が生じて、回転速度が指示回転速度に収束しなくなるため、従来技術では、エンジンの指示回転速度が図１１に示したＮ1であるときのＰＩＤ制御の制御ゲインＶsの上限値をＶsaに設定していた。即ち、従来技術では、負荷が大きく、動作点におけるスロットル開度がθ1bのように大きくなる領域で制御ゲインをＶsbまで大きくすることができるにもかかわらず、Ｖsa（＜Ｖsb）に設定していたため、最適制御を行っているとはいえず、負荷投入時及び負荷除去時のエンジンの回転速度変動を抑制して回転の安定性を図る上で限界があるという問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、スロットルバルブ開度の変化範囲の全領域で制御ゲインを最適値に設定することができるようにして、エンジンの負荷変動に対する回転の安定化を図ることができるようにしたエンジン用回転速度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】
【００１６】
本発明は、エンジンへの混合気の供給量を調節するスロットルバルブを、与えられた操作信号に応じて操作するアクチュエータと、エンジンの回転速度を検出して速度検出信号を出力する回転速度検出手段と、エンジンの指示回転速度を与える指示速度信号を出力する回転速度指示器と、速度検出信号と指示速度信号との偏差を演算する偏差演算手段と、制御ゲインを設定する制御ゲイン設定手段と、制御ゲイン設定手段により設定された制御ゲインで偏差演算手段により演算された偏差に比例、積分及び微分演算を施して偏差を零にするために必要なアクチュエータの操作量を演算する操作量演算手段と、操作量演算手段により演算された操作量だけアクチュエータを動かすために必要な操作信号を出力して該操作信号をアクチュエータに与える操作信号出力手段とを備えたエンジン用回転速度制御装置を対象とする。
【００１７】
本発明においては、操作信号を平滑して、該操作信号をスロットルバルブ開度と相関関係を有するスロットル開度信号に変換する操作信号平滑手段が設けられる。また制御ゲイン設定手段は、スロットル開度信号が大きい場合ほど制御ゲインを大きくするように、スロットル開度信号の変化に応じて制御ゲインを変化させるように構成されている。
【００１８】
上記のように、操作信号からスロットルバルブ開度情報を得て、スロットルバルブ開度の増大に伴って制御ゲインを大きくするようにすると、スロットルバルブ開度の変化範囲の全領域で、制御ゲインを最適値に設定して、制御ゲインが不足したり、過大になったりする状態が生じるのを防ぐことができるため、負荷が変動した際、特に負荷投入時及び負荷除去時に回転速度が指示回転速度に収束するまでの整定時間を短くして、エンジンの回転の安定性を向上させることができる。
【００１９】
また上記のように、操作信号からスロットルバルブの開度情報を得るようにすると、スロットルバルブの開度を検出するセンサを用いずに制御ゲインの最適値を設定できるため、スロットルバルブの開度を検出するセンサが設けられない場合にも制御ゲインを最適値に設定してＰＩＤ制御を行わせることができる。
【００２０】
上記の構成では、スロットル開度信号の変化に伴って制御ゲインを変化させるようにしたが、制御ゲイン設定手段にスロットル開度信号と共に回転速度検出手段から得られる速度検出信号を与えて、スロットル開度信号が大きい場合ほど制御ゲインを大きくし、かつエンジンの回転速度が高い場合ほど制御ゲインを大きくするように、スロットル開度信号の変化及び回転速度情報の変化に応じて前記制御ゲインを変化させるように制御ゲイン設定手段を構成するようにしてもよい。
【００２１】
このようにエンジンの回転速度情報をも加味して制御ゲインを設定するようにすると、スロットル開度信号のみにより制御ゲインを決定する場合に比べて更に最適な制御ゲインを設定できるため、負荷投入時及び負荷除去時のエンジンの回転変動の抑制効果を高めて、エンジンの回転の安定性を更に向上させることができる。
【００２２】
本発明の好ましい一態様では、上記操作信号平滑手段が、操作信号を抵抗器を通して積分コンデンサの両端に印加して該積分コンデンサの両端にスロットル開度信号を得る積分回路（低域通過形のフィルタ回路）により構成される。
【００２３】
本発明の他の好ましい態様では、操作信号の大きさが増大する側に変化したときに第１の積分定数で操作信号を積分し、操作信号の大きさが減少する側に変化したときに第１の積分定数よりも大きい第２の積分定数で操作信号を積分するように構成された積分手段により操作信号平滑手段が構成される。
【００２４】
上記のように積分定数が切り替わる操作信号平滑手段は、積分コンデンサと、該積分コンデンサの一端に一端が接続された第１の抵抗器と、カソードを積分コンデンサ側に向けたダイオードを通して第１の抵抗器の両端に並列に接続された第２の抵抗器とを備えて、第１の抵抗器の他端と積分コンデンサの他端との間に操作信号が印加され、積分コンデンサの両端にスロットル開度信号が得られるように構成された積分回路により構成することができる。
【００２５】
上記のように積分定数が切り替わる操作信号平滑手段はまた、操作信号出力手段が出力した操作信号を読み込む操作信号読み込み手段と、操作信号読み込み手段により新たに読み込まれた操作信号に積分演算を施してスロットル開度信号を出力する積分演算手段とを備えた構成とすることができる。この場合には、操作信号読み込み手段により新たに読み込まれた操作信号の大きさを既に発生しているスロットル開度信号の大きさと比較する比較判定手段を積分演算手段に設けておき、該比較判定手段により、新たに読み込まれた操作信号の大きさが既に発生しているスロットル開度信号の大きさよりも大きいと判定されたときに第１の積分定数を用いて操作信号に積分演算を施し、該比較判定手段により、新たに読み込まれた操作信号が既に発生しているスロットル開度信号の大きさ以下であると判定されたときには第１の積分定数よりも大きい第２の積分定数を用いて操作信号に積分演算を施すように積分演算手段を構成する。
【００２６】
エンジンの負荷が除去されたときには、エンジンの回転速度が跳ね上がり、エンジン感度が小さくなるため、回転速度の整定時間を短くするためには、制御ゲインを大きくする必要があるが、負荷が除去されたときにはスロットルバルブが大きく閉じられるため、積分定数を一定として操作信号に積分演算を施すことにより発生させたスロットル開度信号を用いて制御ゲインを決定するようにした場合には、負荷除去時にスロットルバルブ開度の実際の変化に追従して制御ゲインが急減し、回転速度が指示回転速度に収束するまでの時間（整定時間）が長くなる。これに対し、上記のように操作信号の大きさが増大する側に変化したときに積分定数を小さくして操作信号に積分演算を施すことによりスロットル開度信号を発生させ、操作信号の大きさが減少する側に変化したときに積分定数を大きい値にして操作信号に積分演算を施すことによりスロットル開度信号を発生させるようにすると、負荷除去時にスロットルバルブが閉じられて操作信号の大きさが小さくなる方向に変化したときに積分定数が大きい値に切り換えられるため、スロットル開度信号が小さくなるのを遅らせることができる。そのため、負荷除去時に制御ゲインが小さくなるのを遅らせて、負荷除去時のエンジン回転速度の整定時間を短くし、回転の安定性を向上させることができる。また負荷が急増してスロットルが大きく開かれ、操作信号の大きさが急増した際には、積分定数が小さい値に切り替わって、スロットル開度信号の大きさをスロットルバルブ開度の実際の変化に追従して速やかに増大させるため、制御ゲインを速やかに増大させて回転速度の整定時間を短くすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明によれば、操作信号からスロットルバルブ開度情報を得て、スロットルバルブ開度の増大に伴って制御ゲインを大きくするようにしたので、スロットルバルブ開度の変化範囲の全領域で、制御ゲインを最適値に設定して、制御ゲインが不足したり過大になったりするのを防ぐことができ、負荷が変動した際に回転速度が指示回転速度に収束するまでの整定時間を短くして、エンジンの回転の安定性を向上させることができる。
【００２８】
また本発明では、操作量演算部が発生する操作信号からスロットルバルブの開度情報を得るようにしたので、スロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサを用いずに制御ゲインの最適値を設定することができ、スロットルセンサが設けられない場合にも制御ゲインを最適値に設定してエンジンの回転の安定性を向上させることができる。
【００２９】
本発明において、スロットル開度情報だけでなく、エンジンの回転速度情報をも加味して制御ゲインを設定するようにした場合には、スロットル開度信号のみにより制御ゲインを決定する場合に比べて更に最適な制御ゲインを設定することができるため、負荷投入時及び負荷除去時のように負荷が急変した際のエンジンの回転変動の抑制効果を高めて、エンジンの回転の安定性を更に向上させることができる。
【００３０】
また本発明において、操作信号の大きさが増大する側に変化した際に積分定数を小さくして操作信号に積分演算を施すことによりスロットル開度信号を発生させ、操作信号の大きさが減少する側に変化したときに積分定数を大きい値にして操作信号に積分演算を施すことによりスロットル開度信号を発生させるようにした場合には、負荷の急減時及び急増時の回転速度の整定時間を短くして、回転の安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
第１の実施形態
図１は本発明の第１の実施形態の構成を示したもので、同図において１はエンジン（内燃機関）、２はエンジンへ１の混合気の供給量を調節するスロットルバルブ、３は回転速度制御装置である。
【００３２】
回転速度制御装置３は、スロットルバルブ２を操作するアクチュエータ４と、エンジンの回転速度を検出して速度検出信号Ｖnを出力する回転速度検出手段５と、エンジンの指示回転速度を与える速度指示信号Ｖnoを出力する回転速度指示器６と、速度検出信号Ｖnと速度指示信号Ｖnoとの偏差を演算する偏差演算手段７と、制御ゲインＶsを設定する制御ゲイン設定手段８と、制御ゲイン設定手段８により設定された制御ゲインＶsで偏差演算手段７から得られる偏差に比例、積分及び微分演算（ＰＩＤ演算）を施して偏差を零にするために必要なアクチュエータ４の操作量を演算する操作量演算手段９と、操作量演算手段により演算された操作量だけアクチュエータ４を動かすために必要な操作信号Ｉqを出力して該操作信号Ｉqをアクチュエータ４に与える操作信号出力手段１０と、操作信号Ｉqを平滑して、該操作信号をスロットルバルブの開度と相関関係を有するスロットル開度信号Ｖθに変換する操作信号平滑手段１１とを備えている。
【００３３】
アクチュエータ４は、モータやソレノイドなどからなっていて、与えられた操作信号Ｉqにより決まる操作量だけスロットルバルブを操作する。操作信号Ｉqは、アクチュエータの種類に応じて、駆動電圧、駆動電流またはデジタル信号の形をとる。
【００３４】
アクチュエータ４は、例えば図２に示したようにスロットルバルブ２に取り付けられる。同図において２０はスロットルボディで、スロットルボディ２０に設けられた軸受部２１ａ，２１ｂにスロットル軸２２が回転自在に支持されている。スロットル軸２２のスロットルボディ内に位置する部分にバタフライバルブ２３が取り付けられ、スロットル軸２２及びバタフライバルブ２３によりスロットルバルブ２が構成されている。スロットル軸２２にジョイント２４を介してアクチュエータ４の出力軸４ａが連結され、アクチュエータ４の出力軸の回転によりスロットルバルブ２が操作されるようになっている。
【００３５】
図３に示したように、スロットルボディ内にはエアＡが供給される、スロットルバルブ２を通過したエアは、インジェクタやキャブレターなどの燃料供給手段から与えられる燃料と混合されて混合気となってエンジンのシリンダに供給される。バタフライバルブ２３は、スロットル軸２２の回転に伴って、最小開度θoと最大開度θmaxとの間を回動させられる。バタフライバルブ２３が最小開度θoの位置から最大開度θmaxの位置まで回動する間に、混合気の量が最小値Ｆθoから最大値Ｆθmaxまで変化させられる。混合気量の最大値Ｆθmaxは、スロットルバルブ内に供給されるエアＡの最大値にほぼ等しくなる。
【００３６】
回転速度検出手段５は、図１７に示した従来の制御装置と同様に、機関の回転速度に比例した周波数ｆの信号を出力する回転センサ５Ａと、回転センサ５Ａの出力周波数ｆを電圧信号に変換するＦ／Ｖ変換器５Ｂとからなっていて、Ｆ／Ｖ変換器５Ｂから機関の回転速度に比例した速度検出信号Ｖnを出力する。偏差演算手段７は減算器からなっていて、速度指示信号Ｖnoから速度検出信号Ｖnを減じて速度検出信号と速度指示信号との偏差（Ｖno−Ｖn)を演算する。
【００３７】
操作量演算手段９は、制御ゲイン設定手段８から与えられる制御ゲインＶsに応じて、比例ゲインＰ、積分ゲインＩ及び微分ゲインＤを決定し、これらのゲインで前述の（１）式を用いて偏差（Ｖno−Ｖn）に比例、積分及び微分演算を施すことにより、偏差（Ｖno−Ｖn）を零にするために必要なアクチュエータ４の操作量を与える制御信号Ｖqを出力する。
【００３８】
操作信号出力手段１０は、制御信号Ｖqを入力として操作量演算手段９により演算された操作量だけアクチュエータ４を動かすために必要な操作信号Ｉqをアクチュエータ４に与える。アクチュエータ４は、この操作信号に見合った分だけその出力軸を動かして、スロットルバルブ２を操作する。これにより、エンジンの回転速度が指示回転速度に一致させられる。
【００３９】
操作信号平滑手段１１は、操作信号Ｉqを平滑する回路または平滑するための演算処理を行う演算手段からなっていて、操作信号Ｉqを平滑する（平均値化する）ことにより、スロットルバルブ２の開度と相関関係を有するスロットル開度信号Ｖθに変換する。操作信号Ｉqは、エンジンの回転速度を指示回転速度に一致させるべく変化しているが、この操作信号の変化はスロットルバルブ開度と相関関係を有しているので、操作信号を平均値化すると、スロットルバルブ開度と相関関係を有するスロットル開度信号Ｖθを得ることができる。
【００４０】
操作信号平滑手段１１は例えば図４に示したように、積分コンデンサＣ1と、積分コンデンサＣ1の一端に一端が接続された抵抗器Ｒ1とを備えて、操作信号Ｉqが抵抗器Ｒ1を通して積分コンデンサＣ1に印加される積分回路により構成することができる。この場合、スロットル開度信号Ｖθは、積分コンデンサＣ1の両端から出力される。
【００４１】
また偏差の演算や操作量の演算にマイクロコンピュータを用いる場合には、該マイクロコンピュータに図５に示したような操作信号平滑ルーチンを実行させることにより操作信号平滑手段を構成するができる。図５に示したルーチンは新たな操作信号が演算される毎に実行されるもので、このルーチンでは、そのステップ１で先ず操作信号Ｉqを読み込み、次いでステップ２で操作信号Ｉqに積分演算を施すことにより制御ゲインＶθ（＝Ｆ∫Ｉq ｄｔ）を得る。Ｆは積分定数である。
【００４２】
制御ゲイン設定手段８は、スロットル開度信号Ｖθが大きい場合ほど制御ゲインを大きくし、スロットル開度信号Ｖθが小さい場合ほど制御ゲインを小さくするするように、スロットル開度信号Ｖθの変化に応じて制御ゲインを変化させるように構成されている。即ち、図１３に示すように、スロットルバルブ開度θの増大に伴って制御ゲインＶsを増加させるように、スロットル開度信号Ｖθに対して制御ゲインＶsを決定して、決定した制御ゲインを操作量演算部９に与える。
【００４３】
上記のように、操作信号Ｉqからスロットルバルブ開度情報を得て、スロットルバルブ開度の増大に伴って制御ゲインを大きくするように制御すると、スロットルバルブ開度の変化範囲の全領域で、制御ゲインを最適値に設定して、制御ゲインが不足したり、過大になったりするのを防ぐことができるため、負荷投入時や負荷除去時のように、負荷が急変した時に、ハンチングなどの不安定現象を生じさせることなく、回転速度が指示回転速度に収束するまでの整定時間を短くして、エンジンの回転の安定性を向上させることができる。
【００４４】
また上記のように、操作信号Ｉqからスロットルバルブの開度情報を得るようにすると、スロットルバルブの開度を検出するセンサを用いずに、スロットルバルブ開度に応じて制御ゲインの最適値を設定することができる。
【００４５】
第２の実施形態
上記の実施形態では、操作信号Ｉqをスロットル開度信号Ｖθに変換する際に、操作信号Ｉqを一定の積分定数で積分するようにしたが、本発明の第２の実施形態では、操作信号Ｉqの大きさが増大する側に変化したときに第１の積分定数Ｆsで操作信号Ｉqを積分し、操作信号の大きさが減少する側に変化したときに第１の積分定数よりも大きい第２の積分定数ＦLで操作信号Ｉqを積分するように構成された積分手段により操作信号平滑手段を構成する。
【００４６】
上記のように、操作信号の変化の方向に応じて積分定数を切り換えることができる積分手段は、例えば、図６に示すように、積分コンデンサＣ1と、積分コンデンサＣ1の一端に一端が接続された第１の抵抗器Ｒ1と、カソードを積分コンデンサＣ1側に向けたダイオードＤ1を通して第１の抵抗器Ｒ1の両端に並列に接続された第２の抵抗器Ｒ2とを備えて、第１の抵抗器Ｒ1の他端と積分コンデンサＣ1の他端との間に操作信号が印加される積分回路により構成することができる。この場合、スロットル開度信号Ｖθは、積分コンデンサＣ1の両端に得られる。
【００４７】
図６において、操作信号Ｉqは電圧信号であるとする。操作信号Ｉqの大きさが増大する側に変化したときには、Ｉq＞Ｖθとなり、ダイオードＤ1の両端に順方向電圧が印加されるため、該ダイオードが導通する。このとき積分コンデンサＣ1は、抵抗器Ｒ1とＲ2との双方を通して充電されるため、積分定数は小さい値（第１の積分定数）となる。また操作信号の大きさが減少する側に変化したときには、Ｉq≦ＶθとなってダイオードＤ1が逆バイアスされるため、積分コンデンサＣ1は第１の抵抗器Ｒ1のみを通して充電されるようになり、積分定数が大きい値（第２の積分定数）になる。
【００４８】
マイクロコンピュータが設けられている場合には、図６に示した積分回路に代えて、操作信号出力手段１０が出力した操作信号を読み込む操作信号読み込み手段と、この操作信号読み込み手段により読み込まれた操作信号に積分演算を施してスロットル開度信号を出力する積分演算手段とにより、ソフトウェア的に操作信号平滑手段を構成することができる。この場合、積分演算手段は、操作信号読み込み手段により読み込まれた操作信号の大きさを既に発生しているスロットル開度信号の大きさと比較する比較判定手段を備えて、該比較判定手段により、新たに読み込まれた操作信号の大きさが既に発生しているスロットル開度信号の大きさよりも大きいと判定されたときに第１の積分定数を用いて操作信号に積分演算を施し、比較判定手段により、新たに読み込まれた操作信号が既に発生しているスロットル開度信号の大きさ以下であると判定されたときに第１の積分定数よりも大きい第２の積分定数を用いて操作信号に積分演算を施すように構成される。
【００４９】
上記のように操作信号平滑手段をソフトウェア的に構成する場合に、マイクロコンピュータに実行させる操作信号平滑ルーチンのアルゴリズムを図７に示した。図７のルーチンは、操作信号出力手段１０が新たな操作信号Ｉqを出力する毎に実行されるもので、このアルゴリズムによる場合には、先ずステップ１において操作信号出力手段１０が出力した操作信号Ｉqを読み込み、次いでステップ２において読み込んだＩqを既に発生しているスロットル開度信号Ｖθと比較する。その結果、Ｉq＞Ｖθであると判定されたときには、ステップ３に進んで第１の積分定数Ｆsで操作信号Ｉqに積分演算を施すことにより操作信号を平均値化してスロットル開度信号Ｖθを出力させる。
【００５０】
ステップ２でＩq≦Ｖθであると判定されたときには、ステップ４に進んで第１の積分定数よりも大きい第２の積分定数ＦLで操作信号Ｉqに積分演算を施すことにより操作信号を平均値化してスロットル開度信号Ｖθを出力させる。
【００５１】
図７に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ１により操作信号読み込み手段が構成され、ステップ２により比較判定手段が構成される。またこの比較判定手段と、ステップ３及び４とにより積分演算手段が構成される。
【００５２】
上記のように、操作信号の大きさが増加する側に変化したときと減少する側に変化したときとで積分定数を異ならせて操作信号を積分することによりスロットル開度信号を得るようにすると、以下に示すように、負荷が急激に変化した時の回転速度の整定時間を短くして回転の安定性を向上させることができる。
【００５３】
図１４（Ａ）に示すように、時刻ｔ1でエンジンの負荷が投入された後、時刻ｔ2で負荷が除去された場合を考える。時刻ｔ2で負荷が除去されると、図１４（Ｃ）に示すようにエンジンの回転速度Ｎが跳ね上がる。このときエンジン感度が小さくなるため、回転速度の整定時間を短くするためには、制御ゲインを大きくする必要があるが、負荷が除去されたときには図１４（Ｂ）に示すように運転者によりスロットルバルブが大きく閉じられるため、積分定数を一定として操作信号に積分演算を施すことにより発生させたスロットル開度信号に基づいて制御ゲインを決定した場合には、スロットルバルブ開度の急減に伴って制御ゲインが急減し、回転速度Ｎが指示回転速度に収束するまでの時間（整定時間）Ｔ1が長くなる。
【００５４】
これに対し、上記のように操作信号の大きさが増大する側に変化したときに積分定数を小さくして操作信号に積分演算を施すことによりスロットル開度信号を発生させ、操作信号の大きさが減少する側に変化したときに積分定数を大きい値にして操作信号に積分演算を施すことによりスロットル開度信号を発生させるようにすると、負荷除去時にスロットルバルブが閉じられて操作信号の大きさが小さくなる方向に変化したときに積分定数が大きい値に切り換えられるため、スロットル開度信号が小さくなるのを遅らせることができる。そのため、負荷除去時に制御ゲインが小さくなるのを遅らせて、図１４（Ｄ）に示すＴ2のように負荷除去時のエンジン回転速度の整定時間を短くし、回転の安定性を向上させることができる。また負荷が急増してスロットルが大きく開かれ、操作信号の大きさが急増した際には、積分定数が小さい値に切り替わって、スロットル開度信号の大きさをスロットルバルブ開度の実際の変化に追従して速やかに増大させるため、制御ゲインを速やかに増大させて回転速度の整定時間を短くすることができる。
【００５５】
第３の実施形態
図１５は本発明の第３の実施形態の構成を示したもので、この実施形態では、回転速度検出手段５から出力される速度検出信号Ｖnがスロットル開度信号Ｖθとともに制御ゲイン設定手段８に与えられている。制御ゲイン制御手段８は、図１６に示したように、スロットル開度信号が大きい場合ほど制御ゲインを大きくし、かつエンジンの回転速度が高い場合ほど制御ゲインを大きくするように、スロットル開度信号の変化及び回転速度情報の変化に応じて制御ゲインを変化させるように構成されている。
【００５６】
このようにスロットルバルブ開度の情報だけでなく、エンジンの回転速度情報をも加味して制御ゲインを設定するようにすると、スロットル開度信号のみにより制御ゲインを決定する場合に比べて更に最適な制御ゲインを設定できるため、負荷投入時及び負荷除去時のエンジンの回転変動の抑制効果を高めて、エンジンの回転の安定性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示したブロック図である。
【図２】制御の対象とするエンジンに設けられるスロットルバルブとアクチュエータの構成の一例を示した構成図である。
【図３】図２に示したスロットルバルブの動作を説明するための断面図である。
【図４】本発明で用いる積分回路の一例を示した回路図である。
【図５】図４に示した積分回路の機能と同等の機能をソフトウェア的に実現する場合にマイクロコンピュータに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図６】本発明で用いる積分回路の他の例を示した回路図である。
【図７】図６に示した積分回路の機能と同等の機能をソフトウェア的に実現する場合にマイクロコンピュータに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図８】エンジンのトルク対スロットル開度特性の一例を示したグラフである。
【図９】エンジン感度とスロットルバルブ開度との関係の一例を示したグラフである。
【図１０】エンジン感度とエンジンの回転速度との関係の一例を示したグラフである。
【図１１】エンジンの回転速度対スロットルバルブ開度特性の一例を負荷をパラメータにとって示したグラフである。
【図１２】エンジンの回転速度と指示回転速度との偏差にＰＩＤ演算を施すことにより操作量を演算して回転速度を指示回転速度に一致させるように制御する場合の制御ゲインとエンジン回転速度との間の望ましい関係を示したグラフである。
【図１３】エンジンの回転速度と指示回転速度との偏差にＰＩＤ演算を施すことにより操作量を演算して回転速度を指示回転速度に一致させるように制御する場合の制御ゲインとスロットルバルブ開度との間の望ましい関係を示したグラフである。
【図１４】エンジンの負荷が急減した場合の応答を示したタイムチャートである。
【図１５】本発明の他の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図１６】本発明において、制御ゲインをエンジンの回転速度とスロットルバルブ開度との双方に対して変化させる場合の制御ゲインと回転速度とスロットルバルブとの間の関係を説明するためのグラフである。
【図１７】従来のエンジン用回転速度制御装置の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  エンジン
２  スロットルバルブ
３  回転速度制御装置
４  アクチュエータ
５  回転速度検出手段
６  回転速度指示器
７  偏差演算手段
８  制御ゲイン設定手段
９  操作量演算手段
１０  操作信号出力手段
１１  操作信号平滑手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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