JP2005083215A - エンジン出力制限装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 オーバーヒート防止用のエンジン出力制限を適正に行い、過剰な制限を防止して運転性を満たす。
【解決手段】 エンジン水温が所定以上の高水温時に、出力（エンジントルク×エンジン回転速度）で定義される制限値Ｐｍａｘをエンジン回転速度Ｎｅｌで除算して仮リミットトルクＴｌｍ１（ｉ）を算出し、増減変化率を一定値以下にリミット処理したリミットトルクＴｌｍ２（ｉ）により、目標エンジントルク（トルク指令値）の上限を制限する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、エンジン出力を制限してエンジンのオーバーヒートを防止する技術に関する。

北米,欧州などでは、トーイング（牽引）を行い、かつ、高速路（場合によっては登坂）を走行する場面が比較的頻繁に見られる。その際、エンジンは通常では考えられないほどの高負荷での連続運転が強いられることになり、オーバーヒートとなることが懸念される。そこで、従来より、高水温時にはエンジン出力を制限して、オーバーヒートによるダメージを回避するようにしている。（特許文献１参照）。
特開平１−１６７４４０号公報。

従来方式では、高水温時はエンジン回転速度に上限を設け、間接的にエンジンの発生熱量を押さえる方式を採っているが、エンジンの放熱量は、エンジン回転速度とエンジン発生トルクの２つを状態量として決定される物理量であるため、エンジン回転速度の上限リミットのみでは、エンジンがとり得る最大トルクでの放熱量を考慮した上でリミット回転速度を設定しなければならず、結果として実際に必要な放熱量制限以下に設定せざるを得ず、過剰な出力制限となっていた。

また、運転性の面でも、リミット作動中に車速低下しドライバによりアクセルを踏み足し、キックダウンした場合、エンジン回転速度が制限されるため、さらに減速加速度が発生して車速が低下してしまうという問題もあった。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、エンジン出力を過剰に制限することなく、運転性も満たされるようにすることを目的とする。

このため本発明は、エンジン出力制限値を、エンジントルクとエンジン回転速度との積で定義される物理量で設定し、前記エンジン出力制限値をエンジン回転速度で除算して上限トルク値を算出し、前記上限トルク値に基づいてエンジントルクを上限処理する構成とした。

このようにすれば、エンジン放熱量と、エンジントルクとエンジン回転速度との積で定義される物理量で設定されるエンジン出力制限値との相関が高いため、効率良くエンジン出力を制限することができ、出力制限処理中の変速比変化の際も、加減速を伴わないので良好な運転性能を確保できる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
アクセル開度センサ１は、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの操作量（アクセル開度)を検出する。
クランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、エンジン回転速度を検出できる。

エアフローメータ３は、エンジン４への(単位時間当りの)吸入空気量を検出する。
水温センサ５は、エンジンの冷却水温度を検出する。
空燃比センサ６は、排気中の酸素成分等からエンジンに供給される混合気の空燃比を検出する。
エンジン４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料を噴射供給する燃料噴射弁７、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓８が設けられる。

また、エンジン４の吸気通路９には、スロットル弁１０が介装され、該スロットル弁１０の開度をステップモータ等により電子制御するスロットル制御装置１１が備えられている。また、前記スロットル弁１０の開度を検出するスロットルセンサ１２が装着されている。
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット１３へ入力され、該コントロールユニット１３は、前記センサ類からの信号に基づいて目標エンジントルクを設定し、該目標エンジントルクが得られるように前記スロットル制御装置１１を介してスロットル弁１０の開度を制御し吸入空気量を制御すると共に前記燃料噴射弁７を駆動して燃料噴射量を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓８を点火させる制御を行う。

ここで、本発明にかかる構成として、前記目標エンジントルクへのスロットル制御において、エンジンが過回転となるのを制限するように制御する。
図２は、かかる出力制限機能を含むスロットル制御の制御ブロックを示す。
ドライバ要求トルク算出部Ａは、前記アクセル開度センサ１によって検出されるアクセル開度と、クランク角センサ２により検出されるエンジン回転速度とに基づいて、マップからの検索等によってドライバの要求するエンジントルク（ドライバ要求トルク）を算出する。

高水温時出力制限処理部Ｂは、エンジンの出力制限処理を行うためのリミッタ要求トルクを算出する。
ＭＩＮ判定部Ｃは、これらドライバ要求トルクとリミッタ要求トルクとを入力し、これらのうち小さい方を選択し、トルク指令値としてスロットル開度制御部Ｄに出力する。
スロットル開度制御部Ｄは、前記トルク指令値に基づいて目標スロットル開度を算出し、該目標スロットル開度信号を前記スロットル制御装置１１に出力する。

スロットル制御装置１１は前記スロットルセンサ１２で検出された実スロットル開度と目標スロットル開度とに基づいてスロットル弁１０の開度を制御する。
図３は、前記高水温時出力制限処理部Ｂの制御ブロックを示す。
上記スロットル制御の詳細なフローを図４に示す。以下、図４に従って説明する。
ステップ（図ではＳと記す。以下同様）１では、前記水温センサ５によって検出されるエンジン水温ＴＷＮが、高水温判定水温ＨＴＷを超えているかを判定する。ここで、高水温判定水温ＨＴＷには、ヒステリシスが与えられ、水温上昇時の判定値は水温下降時の判定値より大きくしてあり、ハンチングの発生を防止して制御を安定化させている。

そして、エンジン水温ＴＷＮが高水温判定水温ＨＴＷを超えていると判定されたときはステップ２へ進み、エンジン回転速度の下限処理を行う。具体的には、前記クランク角センサ２で検出される実エンジン回転速度Ｎｅと、下限速度Ｎｍｉｎとを比較して両者の大きい方を処理用速度Ｎｅｌとして選択することで、下限速度Ｎｍｉｎ以上とする。これは、後述するリミットトルク演算において、０に近い低速で除算されることによってリミットトルクが、過大で実質的に制限機能を有しない値となってしまうことを回避するため行われる。

ステップ３では、出力制限用のリミットトルクを算出する。具体的には、次式のように、エンジントルクとエンジン回転速度との積で定義される物理量（出力）で設定されたエンジン出力制限値Ｐｍａｘを、前記処理用速度Ｎｅｌで除算して、仮リミットトルクＴｌｍ１（ｉ）を算出する。
Ｔｌｍ１（ｉ）＝Ｐｍａｘ／Ｎｅｌ
一方、ステップ１で、エンジン水温ＴＷＮが高水温判定水温ＨＴＷ以下と判定されたときは、ステップ４へ進んで、仮リミットトルクＴｌｍ１（ｉ）を固定値Ｔｍａｘに設定する。高水温判定水温ＨＴＷ以下のときは、エンジン出力を制限する必要がないので、固定値Ｔｍａｘを十分大きな値に設定して、出力制限機能が働かないようにしてある。

ステップ５では、上記のようにステップ３またはステップ４で求めた仮リミットトルクＴｌｍ１（ｉ）が、実際に設定した前回のリミットトルクＴｌｍ２（ｉ−１）より大きいかを判定し、大きいと判定されたとき、つまりリミットトルクの増加要求時はステップ６ヘ進んで、増加率リミット処理を行う。具体的には、次式のように、リミットトルク増加率Ｔｉｎｃ（＞０）により、増加率を制限して今回のリミットトルクＴｌｍ２（ｉ）を算出する。

Ｔｌｍ２（ｉ）＝Ｔｌｍ２（ｉ−１）＋Ｔｉｎｃ
一方、ステップ５で仮リミットトルクＴｌｍ１（ｉ）がＴｌｍ２（ｉ−１）を超えていないと判定されたときは、ステップ７へ進んで仮リミットトルクＴｌｍ１（ｉ）がＴｌｍ２（ｉ−１）を下回っているかを判定する。
そして、Ｔｌｍ１（ｉ）＜Ｔｌｍ２（ｉ−１）と判定されたとき、つまりリミットトルクの減少要求時は、ステップ６へ進み、減少率リミット処理を行う。具体的には、次式のように、リミットトルク減少率Ｔｄｅｃ（＜０）により、減少率を制限して今回のリミットトルクＴｌｍ２（ｉ）を算出する。

Ｔｌｍ２（ｉ）＝Ｔｌｍ２（ｉ−１）−Ｔｄｅｃ
また、ステップ７で仮リミットトルクＴｌｍ１（ｉ）がＴｌｍ２（ｉ−１）を下回っていないと判定されたとき、つまり、Ｔｌｍ１（ｉ）＝Ｔｌｍ２（ｉ−１）でリミットトルクの現状維持要求時と判定されたときは、今回のリミットトルクＴｌｍ２（ｉ）を、前回値Ｔｌｍ２（ｉ−１）に等しく設定する。

ステップ８では、以上のようにして設定された今回のリミットトルクＴｌｍ２（ｉ）により、エンジントルクを上限処理する。具体的には、アクセル開度、エンジン回転速度に基づいて設定した目標トルク（ドライバ要求トルク）Ｔａｓｌと、前記リミットトルクＴｌｍ２（ｉ）とのうち、小さい方を選択してエンジン出力を制限する。
このようにすれば、エンジントルクとエンジン回転速度との積で定義される物理量で設定したエンジン出力制限値Ｐｍａｘは、図５に示すように、エンジン放熱量との相関が高いので、該エンジン出力制限値Ｐｍａｘに基づいて、エンジン出力を必要最小限に効率良く制限することができる。図６において、従来のエンジン回転速度で制限する方式（点線で示す）では、最大トルク発生時の発熱量を考慮してリミット回転速度を設定する必要があるため、最大トルク発生時以外では必要以上に出力を制限することになる。本願発明の出力制限方式（一点鎖線で示す）では、従来方式に比較してハッチングで示される領域が過剰に制限されることを防止できる。

また、出力制限処理中の変速比変化の際も、従来方式では変速比変化に伴い変化するエンジン回転速度が制限されることにより加減速を生じていたのを、本発明のように出力（トルク×回転速度）で制限する方式とすれば、変速比変化によって制限される出力に変わりが無いので、加減速を生じないで済み、良好な運転性を確保できる。
また、本実施形態では、上記エンジン出力制限値Ｐｍａｘをエンジン回転速度Ｎｅで除算して求められ、出力制限に実際に用いるリミットトルク（上限トルク値）を、変化率を制限して設定したので、図７に示すように、変速や勾配変化等による外乱要素によりエンジン回転速度が急激に変化した場合でも、リミットトルクの変化を滑らかにすることにより、急激な加減速を伴わないようにすることができ、良好な運転性を確保できる。

また、エンジン出力制限値Ｐｍａｘを、水温に応じて可変に設定することもでき、例えば、水温が高いほどＰｍａｘを小さくするようにしてもよい。

本発明の実施形態のシステム構成を示す図。 同上実施形態によるスロットル制御を示すブロック図。 高水温時出力制限処理部の制御ブロック図。 同上スロットル制御の詳細を示すフローチャート。 エンジン状態に応じた冷却水放熱量の特性を示す図。 同上実施形態によるエンジン出力制限方式の効果を従来方式と比較して示す図。 同上実施形態の挙動を示すタイムチャート。

符号の説明

１…アクセル開度センサ
２…クランク角センサ
４…エンジン
５…水温センサ
７…燃料噴射弁
９…吸気通路
１０…スロットル弁
１１…スロットル制御装置
１２…スロットルセンサ
１３…コントロールユニット

Claims (6)

1. エンジン出力制限値を、エンジントルクとエンジン回転速度との積で定義される物理量で設定し、前記エンジン出力制限値をエンジン回転速度で除算して上限トルク値を算出し、前記上限トルク値に基づいてエンジントルクを上限処理することを特徴とするエンジン出力制限装置。
2. エンジン温度を検出し、エンジン温度が高温と判定したときに、前記上限トルク値の算出と、該上限トルク値に基づくエンジントルクの上限処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジン出力制限装置。
3. ドライバ操作に応じて設定された目標トルクを前記上限トルク値で制限することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン出力制限装置。
4. 前記上限トルク値の変化率を、変化率リミッタにより制限することを特徴とする請求項１または請求項３に記載のエンジンの出力制限装置。
5. エンジントルクをスロットル開度によって制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジン出力制限装置。
6. 前記エンジン出力上限値を、エンジン温度に応じて可変に設定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジン出力制限装置。

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