JP2001227396A - 内燃機関のトルク制御装置 - Google Patents

内燃機関のトルク制御装置

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JP2001227396A
JP2001227396A JP2000039494A JP2000039494A JP2001227396A JP 2001227396 A JP2001227396 A JP 2001227396A JP 2000039494 A JP2000039494 A JP 2000039494A JP 2000039494 A JP2000039494 A JP 2000039494A JP 2001227396 A JP2001227396 A JP 2001227396A
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engine speed
fluctuation
changing
throttle opening
excess air
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JP2000039494A
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English (en)
Inventor
Takeshi Okabe
健 岡部
Takashi Komori
隆史 小森
Keiji Matsumoto
圭司 松本
Yoshizo Sakamoto
佳三 坂本
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Yanmar Co Ltd
Original Assignee
Yanmar Diesel Engine Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転環境によらずトルク変動を抑制すること
ができる内燃機関のトルク制御装置を提供することであ
る。 【解決手段】 空気過剰率，スロットル開度及び点火時
期をそれぞれ変更する空気過剰率変更手段，スロットル
開度変更手段及び点火時期変更手段のうちの少なくとも
１つの変更手段を設け、空気過剰率とスロットル開度が
互いに及ぼす影響を排除した第１非干渉化コントロー
ラ，スロットル開度の変動と点火時期の変動が互いに及
ぼす影響を排除した第２非干渉化コントローラ，点火時
期の変動と空気過剰率の変動が互いに及ぼす影響を排除
した第３非干渉化コントローラのうちの少なくとも１つ
を設け、これらの変動要因のうちのいずれかが変動した
際に、他の少なくとも１つの変動要因を変更させる変更
手段で変動した変動要因以外の他の変動要因を変更して
機関回転数の変動を抑制可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気と燃料ガスと
を混合する混合器を備えた内燃機関に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の混合器を備えた内燃機関では、ス
ロットル開度，空気過剰率及び点火時期の変動は、機関
回転数に影響を及ぼす。また、これらは相互に影響を及
ぼし合い、例えば空気過剰率を変動させるとスロットル
開度も変動する。
【０００３】変動の一例を挙げると、排気ガス中に含ま
れるＮＯX量を低減させるために排気管等に設けた触媒
が、時間が経過するにつれて浄化能力が低下した場合
に、触媒の機能を回復させるために空気過剰率をリーン
（希薄状態）からリッチ（過濃状態）に急激に変動させ
るリッチスパイクを実行する必要がある。
【０００４】この場合、触媒の浄化能力を十分に回復さ
せるために、空気過剰率をリッチに保つ時間（リッチス
パイクの実行時間）をある程度確保する必要がある。し
かし、触媒が完全に浄化される間にスロットル開度や点
火時期が変動する恐れがあるため、従来はリッチスパイ
クの実行時間をスロットル開度や点火時期が変動する恐
れのない範囲内で設定する必要があった。したがって、
これでは触媒は十分に機能回復せず、排気ガスの浄化が
良好に行われにくい状態となり、大気中に排出される排
気ガス中のＮＯX量が増加してしまうという不具合が生
じる。
【０００５】また、同型の他の内燃機関で同じように空
気過剰率を設定しても、内燃機関毎に個体差があるた
め、この設定値は若干ずれることがある。また、内燃機
関の経年変化により空気過剰率，スロットル開度及び点
火時期の設定値がずれることもあり、これが機関回転数
（トルク）の変動を引き起こす要因となっている。
【０００６】これを回避するために、例えばスロットル
開度を操作して機関回転数の変動を抑制しようとして
も、スロットル開度の変更に伴い空気過剰率そのものが
変動してしまい、実際に機関回転数の変動が収束するま
でに相当な時間がかかる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明で
は、運転環境によらずトルク変動を抑制することができ
る内燃機関のトルク制御装置を提供することを目的とし
ている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明では、燃料ガスと空気とを混合する混
合器を備えた内燃機関において、空気過剰率，スロット
ル開度及び点火時期をそれぞれ変更する空気過剰率変更
手段，スロットル開度変更手段及び点火時期変更手段の
うちの少なくとも１つの変更手段を設け、空気過剰率の
変動とスロットル開度の変動が互いに及ぼす影響を排除
した第１非干渉化コントローラ，スロットル開度の変動
と点火時期の変動が互いに及ぼす影響を排除した第２非
干渉化コントローラ及び点火時期の変動と空気過剰率の
変動が互いに及ぼす影響を排除した第３非干渉化コント
ローラのうちの少なくとも１つを設け、空気過剰率，ス
ロットル開度及び点火時期の３つの変動要因のうちのい
ずれかの変動要因が変動した際に、変動した当該変動要
因以外の他の少なくとも１つの変動要因を変更させる変
更手段で変動した変動要因以外の他の変動要因を変更す
ることにより機関回転数の変動を抑制可能にした。
【０００９】請求項２の発明では、燃料ガスと空気とを
混合する混合器を備えた内燃機関において、空気過剰率
の変動とスロットル開度の変動が互いに及ぼす影響を排
除した第１非干渉化コントローラ，スロットル開度の変
動と点火時期の変動が互いに及ぼす影響を排除した第２
非干渉化コントローラ及び点火時期の変動と空気過剰率
の変動が互いに及ぼす影響を排除した第３非干渉化コン
トローラのうちの少なくとも１つを設け、空気過剰率変
更手段，スロットル開度変更手段及び点火時期変更手段
のうちの少なくとも２つの変更手段を設け、前記２つ又
は３つの変更手段の応答時期を一致させる第1調整手段
を設け、前記第１調整手段により前記２つ又は３つの変
更手段の応答時期を一致させて機関回転数の変動を抑制
可能にした。
【００１０】請求項３の発明では請求項１又は請求項２
の発明において、リッチスパイク実行直前における機関
負荷の大きさと機関回転数をもとに前記第１〜第３非干
渉化コントローラのうちの少なくとも１つの出力を調整
する第２調整手段を設け、前記第２調整手段によりリッ
チスパイク実行後の機関回転数の変動を抑制するように
した。
【００１１】請求項４の発明では請求項３の発明におい
て、目標機関回転数に対する実際の機関回転数の差を時
間積分する計算手段を設け、前記計算手段により算出さ
れた積分値をゼロに収束させるように前記第１〜第３非
干渉化コントローラの設定を変更する第１設定変更手段
を設け、前記第１設定変更手段で第１〜第３非干渉化コ
ントローラのうちの少なくとも１つの設定を変更するこ
とにより、機関回転数の変動を抑制するようにした。
【００１２】請求項５の発明では請求項３の発明におい
て、縦軸に機関回転数をとり、横軸に時間をとった座標
系において、機関回転数の変動を示すグラフ上の任意の
点における接線の傾きがゼロに収束するように前記第１
〜第３非干渉化コントローラのうちの少なくとも１つの
設定を変更する第２設定変更手段を設け、前記第２設定
変更手段で第１〜第３非干渉化コントローラのうちの少
なくとも１つの設定を変更することにより、機関回転数
の変動を抑制するようにした。
【００１３】請求項６の発明では請求項３の発明におい
て、縦軸に機関回転数をとり、横軸に時間をとった座標
系において、機関回転数の変動を示すグラフの変動幅が
ゼロに収束するように前記第１〜第３非干渉化コントロ
ーラのうちの少なくとも１つの設定を変更する第３設定
変更手段を設け、前記第３設定変更手段で非干渉化コン
トローラの設定を変更することにより、機関回転数の変
動を抑制するようにした。
【００１４】請求項７の発明では請求項３の発明におい
て、目標機関回転数に対する実際の機関回転数の差を時
間積分する計算手段を設け、前記計算手段により算出さ
れた積分値をゼロに収束させるように前記第２調整手段
を制御することにより、機関回転数の変動を抑制するよ
うにした。
【００１５】請求項８の発明では請求項３の発明におい
て、縦軸に機関回転数をとり、横軸に時間をとった座標
系において、機関回転数の変動を示すグラフ上の任意の
点における接線の傾きがゼロに収束するように前記第２
調整手段を制御することにより、機関回転数の変動を抑
制するようにした。
【００１６】請求項９の発明では請求項３の発明におい
て、縦軸に機関回転数をとり、横軸に時間をとった座標
系において、機関回転数の変動を示すグラフの変動幅が
ゼロに収束するように前記第２調整手段を制御すること
により、機関回転数の変動を抑制するようにした。
【００１７】請求項１０の発明では請求項３〜請求項９
のいずれかの発明において、磁気記録媒体，不揮発性記
憶媒体又は常時通電されるＲＡＭからなる保存手段を設
け、前記保存手段に前記第１〜第３非干渉化コントロー
ラ又は第２調整手段の設定を保存するようにした。
【００１８】請求項１１の発明では請求項１０の発明に
おいて、内燃機関の構成部品が交換された際に、前記保
存手段に保存された設定内容を初期状態に戻すリセット
機構を設けた。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は請求項１〜１１の発明によ
る内燃機関のトルク制御装置１００の系統略図である。
図１のトルク制御装置１００において、機関１に設けた
機関ヘッド２の上流側には混合気供給管１７が接続され
ており、また、下流側には排気管２２が接続されてい
る。
【００２０】混合気供給管１７内にはスロットル１８が
設けてあり、また、混合気供給管１７の上流側の端部に
は混合器３が接続されている。混合器３には、混合器３
に空気を供給する空気供給管２１と燃料ガスを供給する
燃料ガス供給管２０が接続されている。
【００２１】燃料ガス供給管２０にはステップモータ６
により駆動されるバルブ７（空気過剰率変更手段）が設
けてある。ステップモータ６は、ＣＰＵ４と信号線４０
で接続されている。
【００２２】排気管２２には、ＮＯX吸蔵触媒１４が設
けてあり、排気管２２のＮＯX吸蔵触媒１４の上流側及
び下流側にはＮＯXの排出量を検出する酸素センサ８，
９が設けてある。酸素センサ８，９は、それぞれ信号線
４１，４２でＣＰＵ４と接続されている。
【００２３】機関１には、カム軸端円盤１２とクランク
軸端円盤１３の回転数を検出する電磁ピックアップ１
０，１１が設けてあり、電磁ピックアップ１０，１１に
より検出された回転数は、それぞれ信号線４３，４４を
介してＣＰＵ４へ伝送される。また、機関１にはＲＯＭ
２４が設けてあり、ＲＯＭ２４には図２のスロットル伝
達関数５０，空気過剰率伝達関数５１及び点火時期伝達
関数５２が記憶されている。
【００２４】ＣＰＵ４には、フラッシュメモリからなる
記憶装置１５と磁気記録媒体（例えばハードディスク，
光磁気ディスク等）からなる補助記憶装置２３が設けて
あり、記憶装置１５にはリセットスイッチ１６（リセッ
ト機構）が設けてある。記憶装置１５には、詳しくは後
述する学習結果を記憶し、補助記憶装置２３には後述す
る運転環境のテーブルが記憶されている。
【００２５】次に、トルク制御装置１００の信号伝達の
ブロック線図である図２により、スロットル開度，空気
過剰率及び点火時期の３つの機関回転数変動要因と機関
回転数との関係を説明する。
【００２６】図２に示すようにスロットル開度はＰＩ制
御２９でＰＩ制御され、ＣＰＵ４はこのＰＩ制御された
スロットル開度をパラメータとして機関１に備えたＲＯ
Ｍ２４内のスロットル伝達関数５０により機関回転数の
変動量を算出し、集合部３１へ出力する。
【００２７】空気過剰率の信号の伝達は、遅れ時間２８
によりスロットル開度の変更時期と時間差が設けられて
おり、この時間差は、スロットル開度を変更するアクセ
ル５（図１）の応答時期と空気過剰率を変更するバルブ
７（図１）の応答時期が一致するように設定されてい
る。遅れ時間２８により所定の時間が経過した後に、Ｃ
ＰＵ４は空気過剰率の変動量をＲＯＭ２４内の空気過剰
率伝達関数５１により機関回転数の変動量を算出し、こ
れを集合部３１へ出力する。
【００２８】また、空気過剰率の変動によりスロットル
開度が変動しないように非干渉化コントローラ２５及び
ゲイン３４（ゲイン３４については後述する）がＣＰＵ
４内に設けてある。例えばリッチスパイクを実行すると
空気過剰率がリーン（希薄状態）からリッチ（過濃状
態）に急激に変化するが、この空気過剰率の変動は非干
渉化コントローラ２５によりスロットル開度には影響を
及ぼすことが回避される。
【００２９】また、ＣＰＵ４は、点火時期の変動量をパ
ラメータとしてＲＯＭ２４内の点火時期伝達関数５２に
より機関回転数の変動量を算出し、集合部３１へ出力す
る。ここで、点火時期の変動によりスロットル開度が変
動しないように非干渉化コントローラ２６及びゲイン３
５（ゲイン３５については後述する）が設けられてい
る。
【００３０】集合部３１には、スロットル伝達関数５
０，空気過剰率伝達関数５１及び点火時期伝達関数５２
によりそれぞれ算出された機関回転数が出力され、これ
らは集合部３１で合計され、機関回転数Ｎｅとなる。こ
の機関回転数Ｎｅは分岐部５３で信号線４７を介して集
合部３３へフィードバックされ、目標機関回転数Ｎｅ*
と比較され、その結果をＰＩＤ制御回路を通してスロッ
トルの開度を設定する。
【００３１】実際の機関回転数Ｎｅは、図１の電磁ピッ
クアップ１０，１１で検出した検出信号から算出され、
これを分岐部５３から信号線４７を介して集合部３３へ
伝送し、集合部３３で補助記憶装置２３に記憶した目標
機関回転数Ｎｅ*との差を算出し、この差がゼロになる
ように機関回転数Ｎｅを変更し、機関回転数Ｎｅを目標
機関回転数Ｎｅ*に収束させる。
【００３２】図２では、非干渉化コントローラＡ及びＢ
により空気過剰率，点火時期がスロットル開度に影響を
及ぼさないようにしたが、図３に示すように、空気過剰
率と点火時期とが互いに影響を及ぼさないように非干渉
化コントローラＣを設けてもよい。図３では、さらに空
気過剰率とスロットル開度とが互いに影響を及ぼさない
ように非干渉化コントローラＤが設けてある。
【００３３】図４では、非干渉化コントローラＥ，Ｆが
設けてあり、点火時期に対するスロットル開度と空気過
剰率の変動の影響が排除されている。図２〜図４では、
それぞれ２つの非干渉化コントローラが設けられてお
り、図２を例にとると、スロットル開度の変動による機
関回転数の変動を空気過剰率を変更するだけで制御して
もよいし、点火時期を変更するだけで制御してもよい。
また、空気過剰率と点火時期の両方により制御しても差
し支えない。
【００３４】運転環境（機関負荷の大きさ，機関回転
数）が変化すると、スロットル伝達関数５０，空気過剰
率伝達関数５１及び点火時期伝達関数５２が変化する。
非干渉化コントローラＡ〜Ｆの設定が固定されている
と、集合部３１における干渉が生じてしまう。そこでゲ
インａ〜ｆにより非干渉化コントローラＡ〜Ｆの設定幅
及び設定域を変更する。ゲインａ〜ｆを調整することに
より、集合部３１における干渉を良好に非干渉化するこ
とができる。
【００３５】図６は、リッチスパイクを実行し空気過剰
率を変動させた際において、スロットル開度の変更のみ
で機関回転数の変動を抑制する場合（点火時期による制
御を行わない場合）の機関回転数と時間の関係を示すグ
ラフ，スロットル開度と時間の関係を示すグラフ及び空
気過剰率と時間との関係を示すグラフである。また、図
５は図６に対応する従来の機関回転数の変動を抑制する
制御を行った際のグラフである。
【００３６】図６からわかるように、非干渉化コントロ
ーラＡを設けることにより、リッチスパイクを実行して
空気過剰率が急激に変動しても、機関回転数の変動量
は、図５に示す従来の制御によるよりも小さくなる。
【００３７】図６において、空気過剰率をリーンからリ
ッチに急激に変化させたとき（リッチスパイクを実行し
たとき）にスロットル開度も急激に変動させている。そ
の際、リッチスパイク実行時における空気過剰率の変動
量に対して、スロットル開度をどの程度変動させれば機
関回転数の変動を良好に抑制することができるかを予め
実験により求めておき、テーブルを作成してＣＰＵ４の
補助記憶装置２３（図１）に記憶しておく。
【００３８】さらに空気過剰率を変動させるバルブ７を
駆動するステップモータ６（図１）の入力に対する応答
開始時期とスロットル開度を変更するアクセル５（図
１）の入力に対する応答開始時期との時間差を調査して
おき、これを空気過剰率に対するスロットル開度の遅れ
時間２８（図２）としてＣＰＵ４の補助記憶装置２３
（図１）に記憶しておく。ステップモータ６は、設定さ
れた遅れ時間２８（図２）が経過した後に信号線４０を
介してＣＰＵ４から動作指令が伝達され、バルブ７を動
作させる。
【００３９】この遅れ時間２８を勘案することによりス
ロットル開度の変動開始時期に合わせてリッチスパイク
の実行時期を設定することができ、機関回転数の変動を
良好に抑制することができる。
【００４０】図７は、空気過剰率を変動させるアクチュ
エータ（図１のステップモータ６）とスロットル開度を
変動させるアクチュエータ（図１のアクセル５）に対し
て同時に変動指令を入力した場合の空気過剰率の変動と
スロットル開度の変動の様子をグラフ化したものであ
る。
【００４１】図７に示すように、空気過剰率変更指令に
対する応答がスロットル開度変更指令に対する応答より
も早く、空気過剰率は時刻ｔ1で変更指令が入力されて
から（ｔ2−ｔ1）秒で応答し機関回転数は上に凸の曲線
を描きながら変化している。一方、スロットル１８は時
刻ｔ1に変更指令が入力されてから（ｔ3−ｔ1）秒経過
後に応答し、スロットル開度は下に凸の曲線を描いてい
る。このとき、両アクチュエータの作動に（ｔ3−ｔ2）
秒の差があるため、スロットル開度が変動し始めるまで
は機関回転数は増加しており（偏差が大きくなり）、ｔ
3を経過した後は、徐々に偏差はゼロに収束している。
【００４２】時間ｔ3において機関回転数の偏差は最大
となる。機関回転数の変動を抑制するには、空気過剰率
の変更指令に対する応答時期とスロットル開度の変更指
令に対する応答時期とが一致するようにバルブ７（図
１）とスロットル１８（図１）とを動作させればよい。
そこで空気過剰率の変更指令に対する応答時期をスロッ
トル開度の変更指令に対する応答時期まで遅延させるた
め、空気過剰率に遅れ時間２８（図２）を設定し、図１
においてステップモータ６によるバルブ７の動作時期を
遅延させる。
【００４３】図８は、図２において空気過剰率を遅れ時
間２８を設定して変動させた際の機関回転数の変動の様
子を示すグラフである。図８のグラフでは、図６に示す
機関回転数の変動を示すグラフよりもさらに変動量が小
さくなっている。
【００４４】図６（遅れ時間なし）と図８（遅れ時間あ
り）を実際に機関１が発生する音として聞くと、はっき
りと差が感じられる。図６ではリッチスパイクが実行さ
れたことが機関回転数の変動音により認識されるが、図
８ではリッチスパイクを実行したことに気付かないほど
機関回転数の変動が抑制される。
【００４５】図６，図８では機関回転数を１４００ｒ．
ｐ．ｍ．に設定した場合を示したが、設定機関回転数を
変化させても、図６，図８に示す機関回転数の変動を示
す波形はほぼ同じ形状になる。
【００４６】図８は、非干渉化コントローラＡにより空
気過剰率に影響を及ぼすことなくスロットル開度を変動
させることにより機関回転数の変動を抑制した場合のグ
ラフであるが、これにさらに非干渉化コントローラＢに
より空気過剰率に影響を及ぼすことなく点火時期を変動
させることにより、さらに機関回転数の変動を抑制する
こともできる。
【００４７】スロットル開度，空気過剰率及び点火時期
が互いに影響を及ぼすようであれば、スロットル開度を
変動させれば空気過剰率や点火時期まで変動してしま
い、機関回転数の変動はなかなか収束させることができ
ず、機関回転数は図５に示すような波形を形成する。非
干渉化コントローラＡ〜Ｆを設けることによりスロット
ル開度，空気過剰率及び点火時期の相互の影響を排除す
ることができ、機関回転数の変動を良好に抑制すること
が可能になる。
【００４８】図９は、図２のゲインａを設定する際の元
になるトルク発生量とスロットル開度の関係を示すグラ
フである。トルク発生量が同じであるとすると、空気過
剰率がリッチ（過濃）である場合はリーン（希薄）であ
る場合よりもスロットル開度は小さくなる。
【００４９】すなわち、トルク発生量を一定に保ったと
き（トルク変動が生じないように機関回転数の変動を抑
えた状態において）、空気過剰率をリーンに設定した場
合のスロットル開度とリッチに設定した場合のスロット
ル開度との間には一定の関係（比）がある。この比に基
づいてゲインａを算出する。
【００５０】図示していないが、スロットル開度と点火
時期の間，及び点火時期と空気過剰率の間にも同様の関
係（比）があり、ゲインｂ，ｃもゲインａと同様に算出
することができる。
【００５１】図１０は、リッチスパイク実行による空気
過剰率の変動に対応する機関回転数及びスロットル開度
の変動の波形を示すグラフである。また図１１は、図１
０の機関回転数の波形の一部を拡大したグラフである。
【００５２】複数の機関１において、混合器３（図１）
の個体差（製造過程で生じる個体差）や機関１の馬力等
が異なる場合に、非干渉化コントローラＡ〜Ｆに何ら調
整機構を設けなければ、ある条件下では適切に機関回転
数の変動を抑制することができても、環境が変われば必
ずしも適切に機関回転数の変動を抑制することができる
とは限らない。そこで非干渉化コントローラＡ〜Ｆ自体
を個々に変更するか、又はゲインａ〜ｆを設けることに
より環境の変化に対応させることができる。
【００５３】図１１において機関回転数と時間で形成さ
れるハッチング部分の面積をＣＰＵ４（図１）で算出
し、非干渉化コントローラＡ〜Ｆ自体の設定を個々に変
更するか、又はゲインａ〜ｆを設けることにより算出結
果が０に収束するように、又は機関回転数の波形に接す
る接線の傾きがゼロになるように、あるいは機関回転数
の変動の幅（振幅）がゼロになるようにスロットル開度
を変動させる。
【００５４】このように面積，傾き及び振幅のいずれか
を指標にしてスロットル開度を変動させ、この変動結果
を図１のＣＰＵ４に備えた記憶装置１５に記憶し、次の
リッチスパイク実行時において記憶装置１５に記憶した
変動量により制御する。
【００５５】図１０に示すように、リッチスパイクを１
回目に実行したときよりも２回目に実行したときの方が
機関回転数の変動が小さくなっている。この２回目にお
いて、さらに機関回転数の変動を抑制するのに適した非
干渉化コントローラＡ〜Ｆ又はゲインａ〜ｆの設定値を
算出し、算出結果を記憶装置１５に上書きで記憶（又は
１回目の記憶内容を消去後に２回目の算出結果を記憶）
する。
【００５６】ここで記憶装置１５はバッテリで常に通電
されたＲＡＭ，ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ（フラッシュ
メモリ）等の主電源を切っても記憶内容が消去されない
記憶手段であり、算出したスロットル開度を記憶装置１
５に記憶（保存）しておくことにより、主電源を切って
もその都度学習し直す必要がなく、次の運転時において
は当初から良好に機関回転数の変動（トルク変動）を抑
制することができる。
【００５７】また、内燃機関のメンテナンス時におい
て、例えば混合器３を新品に交換した場合には、学習結
果は役に立たなくなるため、このような場合には記憶装
置１５に設けたリセットスイッチ１６（図１）により学
習結果を消去し、新たに学習し直すことにより機関回転
数の変動を良好に抑制することができる。
【００５８】
【発明の効果】請求項１の発明では、空気過剰率，スロ
ットル開度及び点火時期をそれぞれ変更する空気過剰率
変更手段，スロットル開度変更手段及び点火時期変更手
段のうちの少なくとも１つの変更手段を設け、空気過剰
率の変動とスロットル開度の変動が互いに及ぼす影響を
排除した第１非干渉化コントローラ，スロットル開度の
変動と点火時期の変動が互いに及ぼす影響を排除した第
２非干渉化コントローラ及び点火時期の変動と空気過剰
率の変動が互いに及ぼす影響を排除した第３非干渉化コ
ントローラのうちの少なくとも１つを設け、空気過剰
率，スロットル開度及び点火時期の３つの変動要因のう
ちのいずれかの変動要因が変動した際に、前記３つの変
更手段のうちの他の少なくとも１つの変動要因を変更さ
せる変更手段で他の変動要因を変更することにより機関
回転数の変動を抑制可能にしたので、トルクの変動量を
従来よりも格段に小さくすることができ、機関回転数の
変動音や衝撃を感じることがなく、快適な乗り心地を提
供することができる。
【００５９】非干渉化コントローラを設けたので、スロ
ットル開度や点火時期を変更しても、その変更により空
気過剰率が変動することを防止することができるので、
リッチスパイク実行時における機関回転数の変動を抑制
することができ、また、機関回転数の変動を抑制するこ
とができるので、リッチスパイクにより十分に触媒を浄
化することができ、大気中へ放出される排気ガス中のＮ
ＯX量を低減することができる。
【００６０】非干渉化コントローラとゲインとを設けた
ので、内燃機関の経年変化により空気過剰率，スロット
ル開度及び点火時期の設定値がずれても、機関回転数
（トルク）の変動を非干渉化コントローラの設定値又は
ゲインによる非干渉化コントローラの設定域を変更する
ことにより、適切に補正することができ、トルク変動を
抑制することができる。
【００６１】請求項２の発明では、空気過剰率変更手段
（バルブ７）とスロットル開度変更手段（スロットル１
８）及び点火時期変更手段の応答時期を一致させるよう
にしたので、機関回転数の変動を良好に抑制することが
でき、トルク変動を良好に抑制することができる。
【００６２】請求項３の発明では、リッチスパイク実行
直前における機関負荷の大きさと機関回転数をもとに第
１〜第３非干渉化コントローラ（非干渉化コントローラ
Ａ〜Ｆ）のうちの少なくとも１つの出力を調整する第２
調整手段を設け、この第２調整手段によりリッチスパイ
ク実行後の機関回転数の変動を抑制するようにしたの
で、運転状況に応じて適切に機関回転数の変動を抑制す
るようにスロットル開度，点火時期のうちの少なくとも
１つを制御することができ、トルクの変動を良好に抑制
することができる。
【００６３】請求項４の発明では、目標機関回転数Ｎｅ
*に対する実際の機関回転数Ｎｅの差を時間積分する計
算手段（ＣＰＵ４）を設け、この計算手段により算出さ
れた積分値をゼロに収束させるように第１〜第３非干渉
化コントローラ（非干渉化コントローラＡ〜Ｆ）の設定
を変更する第１設定変更手段（ゲインａ〜ｆ）を設け、
この第１設定変更手段で第１〜第３非干渉化コントロー
ラ（非干渉化コントローラＡ〜Ｆ）のうちの少なくとも
１つの設定を変更することにより、機関回転数の変動を
良好に抑制し、トルク変動を良好に抑制することができ
る。
【００６４】請求項５の発明では、縦軸に機関回転数を
とり、横軸に時間をとった座標系において、機関回転数
の変動を示すグラフ上の任意の点における接線の傾きが
ゼロに収束するように第１〜第３非干渉化コントローラ
（非干渉化コントローラＡ〜Ｆ）のうちの少なくとも１
つの設定を変更する第２設定変更手段（ゲインａ〜ｆ）
を設け、この第２設定変更手段で第１〜第３非干渉化コ
ントローラのうちの少なくとも１つの設定を変更するよ
うにしたので、機関回転数の変動を良好に抑制し、トル
クの変動を良好に抑制することができる。
【００６５】請求項６の発明では、縦軸に機関回転数を
とり、横軸に時間をとった座標系において、機関回転数
の変動を示すグラフの変動幅がゼロに収束するように第
１〜第３非干渉化コントローラ（非干渉化コントローラ
Ａ〜Ｆ）のうちの少なくとも１つの設定を変更する第３
設定変更手段（ゲインａ〜ｆ）を設け、この第３設定変
更手段で第１〜第３非干渉化コントローラの設定を変更
するようにしたので、機関回転数の変動を良好に抑制
し、トルクの変動を良好に抑制することができる。
【００６６】請求項７の発明では、目標機関回転数に対
する実際の機関回転数の差を時間積分する計算手段を設
け、前記計算手段により算出された積分値をゼロに収束
させるように第２調整手段（ゲインａ〜ｆ）を制御する
ようにしたので、機関回転数の変動を良好に抑制し、ト
ルクの変動を良好に抑制することができる。
【００６７】請求項８の発明では、縦軸に機関回転数を
とり、横軸に時間をとった座標系において、機関回転数
の変動を示すグラフ上の任意の点における接線の傾きが
ゼロに収束するように第２調整手段を制御するようにし
たので、機関回転数の変動を良好に抑制し、トルクの変
動を良好に抑制することができる。
【００６８】請求項９の発明では、縦軸に機関回転数を
とり、横軸に時間をとった座標系において、機関回転数
の変動を示すグラフの変動幅がゼロに収束するように第
２調整手段を制御するようにしたので、機関回転数の変
動を良好に抑制し、トルクの変動を良好に抑制すること
ができる。
【００６９】請求項１０の発明では、磁気記録媒体，不
揮発性記憶媒体又は常時通電されるＲＡＭからなる保存
手段（記憶装置１５）を設け、この保存手段に第１〜第
３非干渉化コントローラ（非干渉化コントローラＡ〜
Ｆ）又は第２調整手段（ゲインａ〜ｆ）の設定を保存す
るようにしたので、主電源を切っても記憶内容を保持す
ることができ、次回の運転時には記憶内容を利用するこ
とにより当初から良好にトルク変動を抑制することがで
きる。
【００７０】請求項１１の発明では、内燃機関の構成部
品が交換された際に、保存手段（記憶装置１５）に保存
された設定内容を初期状態に戻すリセット機構（リセッ
トスイッチ１６）を設けたので、メンテナンスにより構
成機器（例えば混合器３）を交換した際においても、役
に立たなくなった記憶内容を消去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１〜１１の発明による内燃機関のトル
ク制御装置の系統略図である。
【図２】 トルク制御装置の信号伝達のブロック線図で
ある。
【図３】 点火時期と空気過剰率とが互いに影響を及ぼ
さないように非干渉化コントローラを設け、さらにスロ
ットル開度と空気過剰率とも影響を及ぼし合うことを阻
止するために非干渉化コントローラを設けたトルク制御
装置の信号伝達のブロック線図である。
【図４】 点火時期とスロットル開度とが影響を及ぼし
合うことを阻止するために非干渉化コントローラを設
け、さらに点火時期と空気過剰率とが互いに影響を及ぼ
さないように非干渉化コントローラを設けたトルク制御
装置の信号伝達のブロック線図である。
【図５】 従来の機関回転数の変動を抑制する制御を行
った際のグラフである。
【図６】 図２においてスロットル開度でのみ機関回転
数の変動を抑制する場合（点火時期による制御を行わな
い場合）の機関回転数と時間の関係を示すグラフ，スロ
ットル開度と時間の関係を示すグラフ及び空気過剰率と
時間との関係を示すグラフである。
【図７】 空気過剰率を変動させるアクチュエータとス
ロットル開度を変動させるアクチュエータに対して同時
に変動指令を入力した場合の機関回転数の変動の様子を
グラフ化したものである。
【図８】 空気過剰率変動の応答の遅れ時間を考慮した
場合の機関回転数の変動を示すグラフである。
【図９】 図２のゲインの設定の元になるトルク発生量
とスロットル開度の関係を示すグラフである。
【図１０】 リッチスパイク実行による空気過剰率の変
動に対応する機関回転数及びスロットル開度の変動の波
形を示すグラフである。
【図１１】 図１０の機関回転数の波形の一部を拡大し
たグラフである。
【符号の説明】
１ 機関 ３ 混合器 ４ ＣＰＵ ５ アクセル（スロットル開度変更手段） ６ ステップモータ（空気過剰率変更手段） ７ バルブ（空気過剰率変更手段） １５ 記憶装置 １６ リセットスイッチ １８ スロットル ２３ 補助記憶装置 ２４ ＲＯＭ ２８ 遅れ時間 １００ トルク制御装置 Ａ〜Ｆ 非干渉化コントローラ ａ〜ｆ ゲイン（第２調整手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 圭司 大阪府大阪市北区茶屋町１番32号 ヤンマ ーディーゼル株式会社内 (72)発明者 坂本 佳三 大阪府大阪市北区茶屋町１番32号 ヤンマ ーディーゼル株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 AA05 BA05 BA13 BA17 DA10 DA11 EB09 EB14 EB15 EB24 FA30 FA33 FA38

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料ガスと空気とを混合する混合器を備
    えた内燃機関において、空気過剰率，スロットル開度及
    び点火時期をそれぞれ変更する空気過剰率変更手段，ス
    ロットル開度変更手段及び点火時期変更手段のうちの少
    なくとも１つの変更手段を設け、空気過剰率の変動とス
    ロットル開度の変動が互いに及ぼす影響を排除した第１
    非干渉化コントローラ，スロットル開度の変動と点火時
    期の変動が互いに及ぼす影響を排除した第２非干渉化コ
    ントローラ及び点火時期の変動と空気過剰率の変動が互
    いに及ぼす影響を排除した第３非干渉化コントローラの
    うちの少なくとも１つを設け、空気過剰率，スロットル
    開度及び点火時期の３つの変動要因のうちのいずれかの
    変動要因が変動した際に、変動した当該変動要因以外の
    他の少なくとも１つの変動要因を変更させる変更手段で
    変動した変動要因以外の他の変動要因を変更することに
    より機関回転数の変動を抑制可能にしたことを特徴とす
    る内燃機関のトルク制御装置。
  2. 【請求項２】 燃料ガスと空気とを混合する混合器を備
    えた内燃機関において、空気過剰率の変動とスロットル
    開度の変動が互いに及ぼす影響を排除した第１非干渉化
    コントローラ，スロットル開度の変動と点火時期の変動
    が互いに及ぼす影響を排除した第２非干渉化コントロー
    ラ及び点火時期の変動と空気過剰率の変動が互いに及ぼ
    す影響を排除した第３非干渉化コントローラのうちの少
    なくとも１つを設け、空気過剰率変更手段，スロットル
    開度変更手段及び点火時期変更手段のうちの少なくとも
    ２つの変更手段を設け、前記２つ又は３つの変更手段の
    応答時期を一致させる第1調整手段を設け、前記第１調
    整手段により前記２つ又は３つの変更手段の応答時期を
    一致させて機関回転数の変動を抑制可能にしたことを特
    徴とする内燃機関のトルク制御装置。
  3. 【請求項３】 リッチスパイク実行直前における機関負
    荷の大きさと機関回転数をもとに前記第１〜第３非干渉
    化コントローラのうちの少なくとも１つの出力を調整す
    る第２調整手段を設け、前記第２調整手段によりリッチ
    スパイク実行後の機関回転数の変動を抑制する請求項１
    又は請求項２に記載の内燃機関のトルク制御装置。
  4. 【請求項４】 目標機関回転数に対する実際の機関回転
    数の差を時間積分する計算手段を設け、前記計算手段に
    より算出された積分値をゼロに収束させるように前記第
    １〜第３非干渉化コントローラの設定を変更する第１設
    定変更手段を設け、前記第１設定変更手段で第１〜第３
    非干渉化コントローラのうちの少なくとも１つの設定を
    変更することにより、機関回転数の変動を抑制する請求
    項３に記載の内燃機関のトルク制御装置。
  5. 【請求項５】 縦軸に機関回転数をとり、横軸に時間を
    とった座標系において、機関回転数の変動を示すグラフ
    上の任意の点における接線の傾きがゼロに収束するよう
    に前記第１〜第３非干渉化コントローラのうちの少なく
    とも１つの設定を変更する第２設定変更手段を設け、前
    記第２設定変更手段で第１〜第３非干渉化コントローラ
    のうちの少なくとも１つの設定を変更することにより、
    機関回転数の変動を抑制する請求項３に記載の内燃機関
    のトルク制御装置。
  6. 【請求項６】 縦軸に機関回転数をとり、横軸に時間を
    とった座標系において、機関回転数の変動を示すグラフ
    の変動幅がゼロに収束するように前記第１〜第３非干渉
    化コントローラのうちの少なくとも１つの設定を変更す
    る第３設定変更手段を設け、前記第３設定変更手段で非
    干渉化コントローラの設定を変更することにより、機関
    回転数の変動を抑制する請求項３に記載の内燃機関のト
    ルク制御装置。
  7. 【請求項７】 目標機関回転数に対する実際の機関回転
    数の差を時間積分する計算手段を設け、前記計算手段に
    より算出された積分値をゼロに収束させるように前記第
    ２調整手段を制御することにより、機関回転数の変動を
    抑制する請求項３に記載の内燃機関のトルク制御装置。
  8. 【請求項８】 縦軸に機関回転数をとり、横軸に時間を
    とった座標系において、機関回転数の変動を示すグラフ
    上の任意の点における接線の傾きがゼロに収束するよう
    に前記第２調整手段を制御することにより、機関回転数
    の変動を抑制する請求項３に記載の内燃機関のトルク制
    御装置。
  9. 【請求項９】 縦軸に機関回転数をとり、横軸に時間を
    とった座標系において、機関回転数の変動を示すグラフ
    の変動幅がゼロに収束するように前記第２調整手段を制
    御することにより、機関回転数の変動を抑制する請求項
    ３に記載の内燃機関のトルク制御装置。
  10. 【請求項１０】 磁気記録媒体，不揮発性記憶媒体又は
    常時通電されるＲＡＭからなる保存手段を設け、前記保
    存手段に前記第１〜第３非干渉化コントローラ又は第２
    調整手段の設定を保存する請求項３〜請求項９のいずれ
    かに記載の内燃機関のトルク制御装置。
  11. 【請求項１１】 内燃機関の構成部品が交換された際
    に、前記保存手段に保存された設定内容を初期状態に戻
    すリセット機構を設けた請求項１０に記載の内燃機関の
    トルク制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006049169A1 (ja) * 2004-11-02 2006-05-11 Honda Motor Co., Ltd. プラントおよび内燃機関の制御装置
US7409283B2 (en) 2004-11-02 2008-08-05 Honda Motor Co., Ltd. Control system for plant and internal combustion engine

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