JP2005120900A

JP2005120900A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2005120900A
Application number: JP2003356349A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Aida; 英明合田; Kunihiko Hikiri; 邦彦肥喜里
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2023-10-16
Also published as: JP4309226B2

Abstract

【課題】アクセルペダルの踏み量に応じた目標スロットル開度を設定する手段と、スロットル弁の開度を目標スロットル開度と一致させるように制御する手段と、を備える車両の内燃機関において、退避走行への円滑な発進および負荷の高い走行状況に対処可能な退避走行を実現する。
【解決手段】スロットル弁12の正常な制御が効かないスロットル系の故障を判定する手段33と、スロットル系の故障判定時にスロットル弁12を退避走行が可能な所定のリンプホーム開度に設定する手段34，35と、停車中はスロットル弁12を全閉位置に設定するべくリンプホーム開度の設定を中止する手段34と、停車から退避走行へ移行する発進操作中にエンジン回転速度が既定値を下回るとその間はISCバルブ14の開度をアイドル運転時よりも大きく制御する手段34，36（図３のS1〜S7）と、退避走行中にエンジン回転速度が既定値を下回るとトルク不足を補うようにISCバルブ14の開度を制御する手段34，36（図３のS8〜S10）と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、スロットル弁の開度をアクセルペダルの踏み量に応じた目標スロットル開度と一致させるように制御する手段を備える車両の内燃機関において、スロットル弁の正常な制御が効かないスロットル系の故障時にスロットル弁を退避走行が可能な所定開度（リンプホーム開度）に設定しえる内燃機関の制御装置に関する。

スロットル弁の開度をアクセルペダルの踏み量に応じた目標スロットル開度と一致させる電子制御式のスロットル装置（電制スロットルと略称する）が知られている。このような電制スロットルにおいては、スロットル弁の正常な制御が効かないスロットル系の故障が発生すると、車両が路上で立ち往生しかねないため、スロットル弁を退避走行が可能な所定開度（リンプホーム開度）に設定する手段を備えるものが開示される（特許文献１，特許文献２）。
特開２００２−２３５５９５号特開２００２−１９５０７６号

スロットル系の故障により、停車時にスロットル弁がリンプホーム開度に設定されると、エンジン回転速度が通常のアイドル運転時よりもかなり高くなるため、車両の発進操作とくにクラッチの接続操作を巧みに行うことが要求され、クラッチを不用意に接続したりすると、車両を急発進させかねない。また、退避走行中はリンプホーム開度に維持されるので、登坂路など負荷の高い走行状況において、トルク不足に因りエンジン回転速度が大きく低下する（エンストに至る）可能性も考えられる。

特許文献１または特許文献２においては、退避走行から低速走行またはアイドル運転へ移行すると、減筒運転または燃料カットを行うようになっているが、スロットル弁はリンプホーム開度に維持されるので、減筒運転または燃料カットが解除されると、エンジン回転速度が吹き上がるようになり、車両の急発進については、これを適確な防止しえないのである。

この発明は、このような課題を有効に解決するため、ISC（アイドル・スピード・コントロール）バルブを利用することにより、退避走行への円滑な発進および負荷の高い走行状況に対処可能な退避走行を実現しようとするものである。

第１の発明は、アクセルペダルの踏み量に応じた目標スロットル開度を設定する手段と、スロットル弁の開度を目標スロットル開度と一致させるように制御する手段と、を備える車両の内燃機関において、スロットル弁をバイパスする吸気流量を調整するためのISCバルブと、アイドル運転時のエンジン回転速度を既定値に維持するようにISCバルブの開度を制御する手段と、スロットル弁の正常な制御が効かないスロットル系の故障を判定する手段と、スロットル系の故障判定時にスロットル弁を退避走行が可能な所定のリンプホーム開度に設定する手段と、停車中はスロットル弁を全閉位置に設定するべくリンプホーム開度の設定を中止する手段と、停車から退避走行へ移行する発進操作中にエンジン回転速度が既定値を下回るとその間はISCバルブの開度をアイドル運転時よりも大きく制御する手段と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明における、停車から退避走行へ移行する発進操作中にエンジン回転速度が既定値を下回るとその間のISCバルブの開度をアイドル運転時よりも大きく制御する手段は、エンジン回転速度が既定値を下回るとISCバルブの開動作をエンジン回転速度と既定値との回転差に基づいて制御する手段と、エンジン回転速度が既定値以上になるとISCバルブの閉動作を制御する手段と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第２の発明における、エンジン回転速度が既定値以上になるとISCバルブの閉動作を制御する手段は、ISCバルブの開度を徐々に縮小させる積分減衰処理を行うことを特徴とする。

第４の発明は、アクセルペダルの踏み量に応じた目標スロットル開度を設定する手段と、スロットル弁の開度を目標スロットル開度と一致させるように制御する手段と、を備える車両の内燃機関において、スロットル弁をバイパスする吸気流量を調整するためのISCバルブと、スロットル弁の正常な制御が効かないスロットル系の故障を判定する手段と、スロットル系の故障判定時にスロットル弁を退避走行が可能な所定のリンプホーム開度に設定する手段と、退避走行中にエンジン回転速度が既定値を下回るとトルク不足を補うようにISCバルブの開度を制御する手段と、を備えることを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明における、退避走行中にエンジン回転速度が既定値を下回るとトルク不足を補うようにISCバルブの開度を制御する手段は、エンジン回転速度が既定値を下回るとISCバルブの開動作をエンジン回転速度と既定値との回転差に基づいて制御する手段と、エンジン回転速度が既定値以上になるとISCバルブの閉動作を制御する手段と、を備えることを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明における、エンジン回転速度が既定値以上になるとISCバルブの閉動作を制御する手段は、ISCバルブの開度を徐々に縮小させる積分減衰処理を行うことを特徴とする。

第７の発明は、アクセルペダルの踏み量に応じた目標スロットル開度を設定する手段と、スロットル弁の開度を目標スロットル開度と一致させるように制御する手段と、を備える車両の内燃機関において、スロットル弁をバイパスする吸気流量を調整するためのISCバルブと、アイドル運転時のエンジン回転速度を既定値に維持するようにISCバルブの開度を制御する手段と、スロットル弁の正常な制御が効かないスロットル系の故障を判定する手段と、スロットル系の故障判定時にスロットル弁を退避走行が可能な所定のリンプホーム開度に設定する手段と、停車中はスロットル弁を全閉位置に設定するべくリンプホーム開度の設定を中止する手段と、停車から退避走行へ移行する発進操作中にエンジン回転速度が既定値を下回るとその間はISCバルブの開度をアイドル運転時よりも大きく制御する手段と、退避走行中にエンジン回転速度が既定値を下回るとトルク不足を補うようにISCバルブの開度を制御する手段と、を備えることを特徴とする。

第１の発明においては、スロットル系の故障が判定されると、スロットル弁は、退避走行が可能な所定開度（リンプホーム開度）に設定されるが、停車中はリンプホーム開度の設定が中止（スロットル弁は全閉位置に設定）される。アイドル運転時のエンジン回転速度は、ISCバルブの通常機能により、既定値（アイドル運転時の目標値）に制御される。この状態から、車両の発進操作が開始され、クラッチが接続位置へ動作するに連れてエンジンへの負荷が大きくなり、ISCバルブの通常機能によるアイドル回転を維持するだけの吸気流量のままだと、エンジン回転速度が大きく低下する可能性が考えられる。そのため、エンジン回転速度が既定値を下回ると、ISCバルブの開度は、アイドル運転時よりも大きく制御されるのである。これにより、スロットル弁が全閉位置にも拘わらず、発進操作に必要な吸気流量（つまり、エンジントルク）が確保され、エンジン回転の吹き上がり（車両の急発進）を抑制しつつ、エンストの防止が図れるようになり、停車から退避走行へ車両を円滑に発進させることができる。発進操作中のエンジン回転速度と比較される既定値については、エンストを防止するための設定値であり、アイドル運転時の目標値と一致するものと限定されない。

第４の発明においては、退避走行中はリンプホーム開度に維持されるが、登坂路など負荷の高い走行状況の場合、エンジン回転速度が既定値を下回るとトルク不足を補うようにISCバルブの開度が制御されるため、エンストの防止が図れるのである。

第２の発明または第５の発明においては、ISCバルブの開動作はエンジン回転速度と既定値との回転差に基づいて制御されるため、車両の発進条件（車両の積載量や路面の勾配など）に適合する吸気流量を応答よく確保できる。

第３の発明または第６の発明においては、ISCバルブの閉動作は積分減衰処理により開度が徐々に縮小するので、ISCバルブの開閉動作に因るエンジン回転速度のハンチング（既定値を頻繁に上下する回転変動）を防止できる。

第７の発明においては、停車から退避走行へ移行する発進操作中は、スロットル弁の全閉にも拘わらず、ISCバルブの開度がアイドル運転時よりも大きく制御され、発進操作に必要な吸気流量（つまり、エンジントルク）が確保されるため、エンジン回転の吹き上がり（車両の急発進）を抑制しつつ、発進操作に伴うエンストの防止が図るようになる一方、発進後の退避走行中は、リンプホーム開度に維持されるが、エンジン回転速度が既定値を下回るとトルク不足を補うようにISCバルブの開度が制御されるため、登坂路など負荷の高い走行状況における、エンストの防止が図れるのである。退避走行中のエンジン回転速度と比較される既定値については、発進操作中のエンジン回転速度と比較される既定値またはアイドル運転時の目標値と一致する設定値に限定されない。

図は、CNG（圧縮天然ガス）エンジンの搭載車両への適用例を説明するものである。

図１において、12はエンジンの通気通路11に介装されるスロットル弁であり、スロットル弁12を迂回するバイパス通路13にISCバルブ14（電磁弁）が介装される。スロットル弁12の弁軸12aにスロットルアクチュエータ15（交流式または直流式のモータ）が連結され、スロットル弁12を全閉位置へ付勢するスプリング（図示せず）が設けられる。バイパス通路13は、ISCバルブ14の通常機能（アイドル運転時のエンジン回転速度を既定値に制御する）による吸気流量のほか、後述の発進操作中および退避走行中に要求される吸気流量がISCバルブ14から得られるように設定される。

スロットル弁12の正常な制御が効かない故障時に対処するため、スロットル弁12を退避走行が可能な所定のリンプホーム開度に設定するリンプホームアクチュエータ16（電磁式または流体圧式にロッドが伸縮する機器）が設けられ、スロットル弁12の弁軸12aにレバー17が形成される。リンプホームアクチュエータ16は、通常時（スロットル弁12の制御が適正に機能するとき）は、ロッド16aが収縮状態に維持され、スロットル弁12の正常な制御の効かない故障時においては、ロッド16aの伸長により、スロットル弁12を所定のリンプホーム開度にレバー17を介して駆動する。

図示しないが、燃料供給装置が備えられ、空燃比が略一定の混合気を生成するべく吸気流量に相応する燃料量をスロットル弁12およびISCバルブ14の上流または下流に供給する。混合気は、エンジンの各気筒に導入され、点火プラグにより、圧縮行程の所定時期に点火されるのである。

スロットル弁12の開度を調整するスロットルアクチュエータ15、スロットル弁12の正常な制御の効かない故障時にスロットル弁12を退避走行が可能な所定のリンプホーム開度に設定するリンプホームアクチュエータ16、バイパス通路の吸気流量を調整するISCバルブ14、を制御するコントロールユニット20が備えられる。図２は制御系の機能的なブロック構成を表すものである。

図２において、21はアクセルペダルの踏み量を検出するアクセルペダルセンサ、22はクランク角を検出するクランク角センサ、23はスロットル弁12の開度を検出するスロットルバルブセンサ、24はクラッチペダルの踏み量を検出するクラッチペダルセンサ、25はストップランプスイッチであり、アクセルペダルセンサ21の信号からアクセル開度を検出する手段26、クランク角センサ22の信号からエンジン回転速度を検出する手段27、スロットルバルブセンサ23の信号からスロットル開度を検出する手段28、クラッチペダルセンサ24の信号からクラッチの断続状態を検出する手段29、ストップランプスイッチ25の信号からブレーキのON-OFFを検出する手段30、が設けられる。

31はアクセル開度の検出値およびエンジン回転速度の検出値に応じた目標スロットル開度を決定する手段（電制スロットル開度決定手段）、32は目標スロットル開度に応じた開度指令をスロットルアクチュエータ15（モータ）へ出力する手段（電制スロットル開度指令手段）である。これらにより、スロットル系（電制スロットル）の基本的な機能が設定され、スロットルアクチュエータ15は、電制スロットル開度指令手段32の開度指令に応じた通電量（電流値）に制御され、スロットル弁12を目標スロットル開度に調整するのである。

このようなスロットル系の基本的な制御が正常かどうかを判定するのが電制スロットル故障検出手段33であり、スロットル開度の検出値（実スロットル開度）と開度指令との関係から、スロットル開度の検出値と開度指令との差が大きく検出値が開度指令に追随しないような場合、電制スロットルの故障を判定するものである。退避走行開度設定指令手段34および退避走行開度設定手段35が設けられ、電制スロットルの故障が判定されると、スロットル弁12を退避可能な所定のリンプホーム開度に設定する制御が行われる。リンプホームアクチュエータ16は、初期状態から作動状態へ切り替えられ、ロッド16aの伸長によりスロットル弁12をリンプホーム開度に維持する。

退避走行開度設定指令手段34においては、停車中（停車から退避走行への発進操作中を含む）またはブレーキのON（車両の制動）時にリンプホーム開度の設定を中止する機能が設定される。停車状態は、車速センサ（図示せず）の信号から判定され、ブレーキのONは、ストップランプスイッチ25の信号から判定される。退避走行開度設定指令手段34は、停車またはブレーキのONを判定すると、リンプホーム開度の中止指令を出力する。

退避走行開度設定手段35は、退避走行開度設定指令手段34からの中止指令を受けると、スロットル弁12を退避可能なリンプホーム開度に設定する制御を中止する。リンプホームアクチュエータ16は、初期（ロッド16aの収縮）状態に制御され、スロットル弁12がスプリングに押されて全閉位置へ戻されるのを許容するのである。

必要な吸気流量を確保するべくISCバルブ14を制御するのがISC開度設定指令手段36であり、アイドル運転時のエンジン回転速度を既定値（アイドル回転の目標値）に維持するようにISCバルブ14の開度を制御する機能のほか、停車から退避走行への発進操作中は、クラッチの接続位置への動作に連れてエンジンへの負荷が大きくなるため、エンジン回転速度の検出値が既定値を下回ると、ISCバルブ14の開度をアイドル運転時よりも大きく制御する機能が設定される。

退避走行開度設定指令手段34は、クラッチペダルセンサの信号に基づいて発進操作の完了を判定すると、リンプホーム開度の中止指令の出力を停止する。これにより、退避走行開度設定手段35において、スロットル弁12を退避可能な所定のリンプホーム開度に維持する制御を再開される一方、ISC開度設定指令手段36がISCバルブ14の閉動作を制御するのである。退避走行中はリンプホーム開度に維持されるが、登坂路など負荷の高い走行状況において、エンストを防止するため、エンジン回転速度の検出値が既定値を下回ると、トルク不足を補うようにISCバルブ14の開度を制御する機能がISC開度設定指令手段36に設定される。

図３は、コントロールユニット20の制御内容を説明するフローチャートであり、キースイッチのONにより起動される。S1においては、電制スロットルの故障が判定され、発進を待機する停車（スロットル弁12をリンプホーム開度に設定する制御は中止）状態のときにクラッチペダルセンサ24の信号を読み込む。S2においては、発進操作が開始され、クラッチが接続位置へ動作かどうかを判定する。S2の判定がyesのときは、S3へ進む一方、S2の判定がnoのときは、S1へ戻る。

S3においては、発進操作（クラッチの接続操作）が完了かどうかを判定する。S3の判定がyesのときは、S4へ進む一方、S3の判定がnoのときは、S5へ進む。S5においては、発進操作に伴うエンジンへの負荷の掛かり具合を検出するため、エンジン回転速度の検出値と既定値との比較により、エンジン回転速度が既定値を下回るかどうかを判定する。S5の判定がyesのときは、S6において、ISCバルブ14の開動作を指令する一方、S5の判定がnoのときは、S7において、1SCバルブ14の閉動作を指令する。S6においては、エンジン回転速度と既定値との回転差に応じた開度指令が出力される（図４、参照）。S7においては、エンジン回転速度のハンチングを防止するため、図５のような積分減衰処理によりISCバルブ14の開度を徐々に縮小する制御が行われる。

その後（S6の処理後またはS7の処理後）は、S3へ戻る。つまり、S5〜S7は、S3の判定がyesとなるまでの間（クラッチの接続動作中）、繰り返されるのである。S4においては、スロットル弁をリンプホーム開度に設定する制御の中止が解除され、1SCバルブ14を全閉に制御すると共にリンプホームアクチュエータ16を作動状態に切り替える。これにより、ISCバルブ14が全閉状態となり、スロットル弁12は退避走行可能な所定のリンプホーム開度に維持される。

退避走行中は、S8において、エンジン回転速度の検出値が監視され、エンジン回転速度と既定値との比較により、エンジン回転速度が既定値を下回るかどうかを判定する。S8の判定がyesのときは、S9において、ISCバルブ14の開動作を指令する一方、S8の判定がnoのときは、S10において、1SCバルブ14の閉動作を指令する。S9においては、図４のようなマップに基づいて、エンジン回転速度と既定値との回転差に応じた開度指令が出力される。S10においては、エンジン回転速度のハンチングを防止するため、図５のような積分減衰処理によりISCバルブ14の開度を徐々に縮小する制御が行われるのである。なお、退避走行中にブレーキがON（作動）すると、エンジンブレーキの効きを良くするため、停車中と同じくスロットル弁12を全閉するべくリンプホーム開度に維持する制御が中止される。

このような構成により、スロットル系の故障が判定されると、スロットル弁12は、退避走行が可能なリンプホーム開度に設定されるが、停車中はリンプホーム開度の設定が中止される。アイドル運転時のエンジン回転速度は、ISCバルブ14の通常機能により、既定値に制御される。この状態から、車両の発進操作が開始され、クラッチが接続位置へ動作するとその間（クラッチの接続操作中）は、ISCバルブ14の開度がエンジン回転速度に応じてアイドル運転時よりも大きく制御されるのである。そのため、スロットル弁12が全閉位置にも拘わらず、発進操作に必要な吸気流量（エンジントルク）が確保され、エンジン回転の吹き上がり（車両の急発進）を抑制しつつ、エンストの防止が図れるようになり、停車から退避走行へ車両を円滑に発進させることができる。退避走行中は、スロットル弁12はリンプホーム開度に維持されるが、エンジン回転速度が既定値を下回ると、トルク不足（吸気流量）を補うようにISCバルブ14の開度が制御されるため、登坂路など負荷の高い走行状況における、エンストの防止も図れるのである。

発進操作中のエンジン回転速度と比較される既定値、退避走行中のエンジン回転速度と比較される既定値、については、エンストを防止するための設定値であり、アイドル運転時のエンジン回転速度を制御するための目標回転（既定値）に限定されるものでなく、発進操作中のエンジン回転速度と比較される既定値については、アイドル回転の目標値よりも低め、退避走行中のエンジン回転速度と比較される既定値については、アイドル回転の目標値よりも高め、に設定するとよい。

この発明の実施形態に掛かるエンジン吸気通路の一部構成図である。同じくコントロールユニットの機能的なフロック構成図である。同じくコントロールユニットの制御内容を説明するフローチャートである。同じく制御内容の説明図である。同じく制御内容の説明図である。

符号の説明

11 吸気通路
12 スロットル弁
13 バイパス通路
14 ISCバルブ
15 スロットルアクチュエータ
16 リンプホームアクチュエータ
20 コントロールユニット

Claims

アクセルペダルの踏み量に応じた目標スロットル開度を設定する手段と、スロットル弁の開度を目標スロットル開度と一致させるように制御する手段と、を備える車両の内燃機関において、スロットル弁をバイパスする吸気流量を調整するためのISCバルブと、アイドル運転時のエンジン回転速度を既定値に維持するようにISCバルブの開度を制御する手段と、スロットル弁の正常な制御が効かないスロットル系の故障を判定する手段と、スロットル系の故障判定時にスロットル弁を退避走行が可能な所定のリンプホーム開度に設定する手段と、停車中はスロットル弁を全閉位置に設定するべくリンプホーム開度の設定を中止する手段と、停車から退避走行へ移行する発進操作中にエンジン回転速度が既定値を下回るとその間はISCバルブの開度をアイドル運転時よりも大きく制御する手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
停車から退避走行へ移行する発進操作中にエンジン回転速度が既定値を下回るとその間のISCバルブの開度をアイドル運転時よりも大きく制御する手段は、エンジン回転速度が既定値を下回るとISCバルブの開動作をエンジン回転速度と既定値との差に基づいて制御する手段と、エンジン回転速度が既定値以上になるとISCバルブの閉動作を制御する手段と、を備えることを特徴とする請求項１の記載に係る内燃機関の制御装置。
エンジン回転速度が既定値以上になるとISCバルブの閉動作を制御する手段は、ISCバルブの開度を徐々に縮小させる積分減衰処理を行うことを特徴とする請求項２の記載に係る内燃機関の制御装置。
アクセルペダルの踏み量に応じた目標スロットル開度を設定する手段と、スロットル弁の開度を目標スロットル開度と一致させるように制御する手段と、を備える車両の内燃機関において、スロットル弁をバイパスする吸気流量を調整するためのISCバルブと、スロットル弁の正常な制御が効かないスロットル系の故障を判定する手段と、スロットル系の故障判定時にスロットル弁を退避走行が可能な所定のリンプホーム開度に設定する手段と、退避走行中にエンジン回転速度が既定値を下回るとトルク不足を補うようにISCバルブの開度を制御する手段と、を備えることを内燃機関の制御装置。
退避走行中にエンジン回転速度が既定値を下回るとトルク不足を補うようにISCバルブの開度を制御する手段は、エンジン回転速度が既定値を下回るとISCバルブの開動作をエンジン回転速度と既定値との差に基づいて制御する手段と、エンジン回転速度が既定値以上になるとISCバルブの閉動作を制御する手段と、を備えることを特徴とする請求項４の記載に係る内燃機関の制御装置。
エンジン回転速度が既定値以上になるとISCバルブの閉動作を制御する手段は、ISCバルブの開度を徐々に縮小させる積分減衰処理を行うことを特徴とする請求項５の記載に係る内燃機関の制御装置。
アクセルペダルの踏み量に応じた目標スロットル開度を設定する手段と、スロットル弁の開度を目標スロットル開度と一致させるように制御する手段と、を備える車両の内燃機関において、スロットル弁をバイパスする吸気流量を調整するためのISCバルブと、アイドル運転時のエンジン回転速度を既定値に維持するようにISCバルブの開度を制御する手段と、スロットル弁の正常な制御が効かないスロットル系の故障を判定する手段と、スロットル系の故障判定時にスロットル弁を退避走行が可能な所定のリンプホーム開度に設定する手段と、停車中はスロットル弁を全閉位置に設定するべくリンプホーム開度の設定を中止する手段と、停車から退避走行へ移行する発進操作中にエンジン回転速度が既定値を下回るとその間はISCバルブの開度をアイドル運転時よりも大きく制御する手段と、退避走行中にエンジン回転速度が既定値を下回るとトルク不足を補うようにISCバルブの開度を制御する手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。