JP2005171964A

JP2005171964A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2005171964A
Application number: JP2003416535A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Hikiri; 邦彦肥喜里
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: JP4480389B2

Abstract

【課題】電制スロットル装置において、負荷swのONにより機関駆動される各種負荷に応じた補正スロットル開度を適確に学習しえる機能を設定する。
【解決手段】アイドル時のエンジン回転数を目標回転数と一致させるべくISCバルブの開度をフィードバック制御する手段、負荷swのONにより機関駆動される負荷の種類に応ずる負荷補正の基本スロットル開度を設定する手段、負荷swがONのときにアクセル操作に応じた要求開度に負荷補正の基本スロットル開度量を加える目標スロットル開度に制御する手段、負荷swがOFFのときにスロットル開度をアクセル操作に応じた要求開度に制御する手段、負荷swがONのときに負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態か否かを判定する手段、負荷補正の学習条件の成立時にISCフィードバック制御量を０へ収束させるのに必要な補正スロットル開度を学習する手段、この学習値により基本スロットル開度の設定値を更新する手段、を備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両に搭載される内燃機関において、負荷swがONすると機関出力を動力源に駆動される負荷に応じてスロットル弁の開度を制御することにより負荷の要求空気量を適正に確保しえる制御装置に関する。

スロットル弁の開度をメカニカルなアクセル機構に拠るのでなく電気的に制御する装置（電制スロットル装置と略称する）を備える内燃機関においては、機関出力を動力に駆動される補機類（エアコン）の要求空気量をスロットル弁を通過する補助空気量により補償しえるようにしたものが開示される（特許文献１）。
特開平８−７４６３８号

特許文献１の場合、補機類の要求空気量を既知とした上でスロットル開度を補正する制御を行うため、特装車や冷凍車など上物の仕様によって機関出力を動力源に駆動される負荷が異なる場合、トルク不足またはトルク過剰により、アイドル不安定となり、エンジン回転の高止まりや逆に失速（エンスト）を生じる可能性も考えられる。

この発明は、このような課題を対処する有効な手段の提供を目的とする。つまり、電制スロットル装置において、負荷swのONにより機関出力を動力源に駆動される負荷に応じた補正スロットル開度を適確に学習しえる機能を設定しようとするものである。

第１の発明は、アイドル時のエンジン回転数を目標アイドル回転数と一致させるべくISCバルブの開度をフィードバック制御する手段、負荷swのON-OFFを検出する手段、負荷swのONにより機関出力を動力源に駆動される負荷の種類に対応する負荷補正の基本スロットル開度量を設定する手段、負荷swがONのときにスロットル弁の開度をアクセル操作量に応じた要求開度に負荷補正の基本スロットル開度量を加える目標スロットル開度に制御する手段、負荷swがOFFのときにスロットル弁の開度をアクセル操作量に応じた要求開度に制御する手段、負荷swがONのときに負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態かどうかを判定する手段、負荷補正の学習条件の成立時にISCフィードバック制御量を０へ収束させるのに必要な補正スロットル開度量を学習する手段、この学習値により対応する負荷の基本スロットル開度量の設定値を更新する手段、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、負荷補正の学習条件の成立時にISCフィードバック制御量を０へ収束させるのに必要な補正スロットル開度量を学習する手段は、ISCフィードバック値を徐々に０へ収束させるべく単位周期あたりの学習値として所定量ずつスロットル弁の開度を制御する手段、を備えることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、負荷swがONのときに負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態かどうかを判定する手段は、負荷swがONするとその時点から所定時間の経過が計測する手段、所定時間の経過が計測されると負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態かどうかの判定を指令する手段、を備えることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明において、負荷swがONのときにスロットル弁の開度をアクセル操作量に応じた要求開度に負荷補正の基本スロットル開度量を加える目標スロットル開度に制御する手段は、負荷swがOFFからONに切り替わると目標スロットル開度の変化に対処するべく所定の割合で徐々にスロットル弁の開度を積分増量させる手段、を備えることを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明において、負荷swがOFFのときにスロットル弁の開度をアクセル操作量に応じたスロットル開度に制御する手段は、負荷swがONからOFFに切り替わると目標スロットル開度の変化に対処するべく所定の割合で徐々にスロットル弁の開度を積分減量させる手段、を備えることを特徴とする。

第６の発明は、第１の発明において、補正スロットル開度の学習値により対応する負荷補正の基本スロットル開度量を更新する手段は、負荷補正の基本スロットル開度量を予め設定の初期値にリセットする手段、を備えることを特徴とする。

第７の発明は、第１の発明において、負荷swのON-OFFを検出する手段は、PTOswまたは冷凍swのON-OFFを検出する手段、を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、負荷swがONのときは、負荷swのONにより機関出力を動力源に駆動される負荷の種類に対応する負荷補正の基本スロットル開度量が設定され、スロットル弁はアクセル操作量に応じた要求開度に負荷補正の基本スロットル開度を加える目標スロットル開度に制御される。負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態においては、ISCフィードバック値に基づいて、これを０へ収束させるのに必要な補正スロットル開度量が学習され、この学習値により負荷補正の基本スロットル開度量が更新される。スロットル弁は、この更新により補正される目標スロットル開度に制御され、ISCフィードバック値が０へ収束されるに連れてISCバルブも基準開度へ収束することになる。このように負荷補正の基本スロットル開度量が設定され、ISCフィードバック値を０へ収束させるのに必要な補正スロットル開度量の学習が行われるので、負荷swのONにより駆動される負荷が異なる場合においても、負荷の違いに対処して基本スロットル開度量の設定値を予め調整する必要もなく、負荷に応じた適正な補助空気量を確保することができる。負荷swがOFFのときは、通常の制御へ戻され、アクセル操作量に応じた要求開度を目標スロットル開度にスロットル弁を制御するのである。

第２の発明によれば、学習値は細かく更新され、スロットル弁の開度に反映されるので、ISCバルブも安定を維持しつつ基準開度へ収束するようになる。つまり、ISCバルブの急な開度変化が避けられ、ISCバルブの動きがスロットル弁の開度と影響し合うような不具合の発生も防止しえる。

第３の発明によれば、負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態かどうかの判定は、負荷swのONから所定時間の経過後に行われるようになる。言い換えれば、負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態かどうかの判定に入る前（所定時間の経過を計測中）において、スロットル弁が負荷補正の基本スロットル開度に制御されるため、既存のISCバルブ系の設計を変更することなく、補正スロットル開度の学習も効率よく遂行しえることになる。

第４の発明によれば、負荷swがOFFからONに切り替わると、積分増量処理によりスロットル弁がアクセル操作量に応じた目標スロットル開度からアクセル操作量に応じた要求開度に負荷補正の基本スロットル開度を加える目標スロットル開度へ所定の割合で徐々に開動作するようになり、負荷swの切り替えに伴う回転変動も小さく抑えられるのである。

第５の発明によれば、負荷swがONからOFFに切り替わると、積分減量処理によりスロットル弁がアクセル操作量に応じた要求開度に負荷補正の基本スロットル開度を加える目標スロットル開度からアクセル操作量に応じた目標スロットル開度へ所定の割合で徐々に閉動作するようになり、負荷swの切り替えに伴う回転変動も小さく抑えられる。

第６の発明によれば、環境の変化などにより、任意に負荷補正の基本スロットル開度量の更新値（学習値）を初期値にリセットすることができる。

第７の発明によれば、特装車や冷凍車など上物の仕様によって負荷の異なる場合においても、上物の違いに対処して基本スロットル開度量の設定値を予め調整する必要もなく、負荷に応じた適正な補助空気量を確保できるのである。

図１において、10は特装車（または冷凍車）に搭載されるエンジンであり、燃料にCNG（圧縮天然ガス）が使用される。エンジン10の吸気通路12にスロットル弁13が介装され、その弁軸に駆動手段14（直流式または交流式のモータ）が連結される。15はアイドル時のエンジン回転数を目標アイドル回転に制御するISC（アイドル・スピード・コントロール）バルブであり、スロットル弁13をバイパスする吸気通路16に介装される。

スロットル弁13（駆動手段14）およびISCバルブ15（電磁弁）の上流に燃料供給装置のノズル17が配置される。燃料供給装置は、空燃比が略一定の混合気を生成するべく、ノズル17への燃料の供給量（噴射量）を運転状態に応じて制御する。18はエンジンの点火プラグであり、混合気はエンジン10の気筒（シリンダ）に吸入され、点火プラグ18により、圧縮行程の死点付近で点火される。点火プラグ18は、運転状態に応じた最適な点火時期に制御される。燃料の供給量（噴射量）については、エンジン回転数およびスロットル弁13下流の吸気圧力に応じた基本燃料噴射量と、空燃比の目標値と検出値との偏差に応じたフィードバック補正量と、から決定されるのである。

スロットル弁13およびISCバルブ15を制御するのがエンジンコントロールユニット20であり、アクセル操作量（アクセルペダルの踏み量）を検出するアクセル開度センサ21、クランク角およびエンジン回転数を検出するクランク角センサ22、スロットル弁13下流の吸気圧力を検出する吸気圧力センサ23、車速を検出する車速センサ24、ブレーキの作動状態を検出するブレーキsw25、PTO（動力取出装置）の作動状態を検出するPTOsw26（負荷sw）、が設けられる。

エンジンコントロールユニット20は、PTOsw26がOFFのときはアクセル操作量に応じた要求開度を目標スロットル開度にスロットル弁13の開度（スロットル開度）を制御する手段、PTOswがONのときはアクセル操作量に応じた要求開度に後述する負荷補正の基本スロットル開度量を加える目標スロットル開度にスロットル弁13の開度（スロットル開度）を制御する手段、を備える。図１において、27はアイドル時のエンジン回転数を目標アイドル回転数に維持するようにISCバルブの開度をフィードバック制御する手段（ISC制御手段）である。

PTOsw26がONのときにスロットル弁13の開度を制御する手段は、負荷補正の基本スロットル開度量を設定するマップからPTOsw26に対応する基本スロットル開度量を求める手段30（基本負荷補正値算出手段）のほか、負荷補正学習条件判定手段31，ISC制御手段27からISCバルブ15への制御量（ISCフィードバック値）を求めるISC制御量算出手段32，負荷補正の学習条件の成立時にISCフィードバック値を０へ収束させるのに必要な補正スロットル開度量を学習しつつ、この学習値によりPTOswに対応する負荷補正の基本スロットル開度量の設定値を更新する手段33（学習制御手段）、が設けられる。

基本負荷補正値算出手段31は、特装車以外の特殊車両への適用が可能なように各種の上物（負荷）に対応する負荷補正の基本スロットル開度量がマップに設定される。冷凍車の場合、負荷swは冷凍swとなり、冷凍swのONに対応する負荷補正の基本スロットル開度量（基本負荷補正値）がマップから求められるのである。

負荷補正学習条件判定手段31は、負荷sw26がONのときに負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態かどうかを判定するものであり、この例においては、負荷sw26のONから所定時間が経過すると、(a)アクセル開度≦所定値（MXAPSLODLN）のアイドル状態かつ(b)アイドル下限値（MINNLODLN）≦エンジン回転数≦アイドル上限値（MXNLODLN）かつ(c)アイドル下限値（MNPBLODLN）≦吸気圧力≦アイドル上限値（MXPBLODLN）かつ(d)車速≦停車状態の判定値（MXSDLODLN）かつ(e)ブレーキsw＝OFFかつ(f)負荷sw＝ONかつ(g)ISCフィードバック制御中のときに負荷補正の学習条件が成立すると判定する。

学習制御手段33は、ISCフィードバック値を徐々に０へ収束させるべく単位周期あたりの学習値として所定量ずつスロットル弁13の開度を制御するように設定される。つまり、学習値の算出に後述の学習感度および移動平均化処理が用いられるのである。学習制御手段33の学習値により、基本負荷補正値算出手段30の負荷sw26のONに対応する負荷補正の基本スロットル開度量が単位周期毎に更新される。基本負荷補正値算出手段30は、学習値のリセットsw（図示せず）が設けられ、リセットswのONによりマップの設定値を初期値に戻す機能が設定される。

PTOswのON時にスロットル弁13の開度を制御する手段およびPTOswのOFF時にスロットル弁13の開度を制御する手段は、駆動手段14を電気的に制御するものであり、負荷sw26がOFFからONに切り替わると目標スロットル開度の変化に対処するべく所定の割合で徐々にスロットル開度を積分増量させる手段，負荷sw26がONからOFFに切り替わると目標スロットル開度の変化に対処するべく所定の割合で徐々にスロットル開度を積分減量させる手段、を備えるのである。

図２は、負荷補正の学習を含むアイドル時のスロットル制御を説明するフローチャートであり、S1において、PTOsw26（冷凍車の場合、冷凍sw）がONすると、S2へ進み、PTOsw26に対応する負荷補正の基本スロットル開度量（初期値TVOLODLN_-PTO₀または前回の学習値TVOLODLN_-PTO）を求め、アイドル時のスロットル開度を初期値TVOLODLN_-PTO₀または前回の学習値TVOLODLN_-PTOへ所定の割合（積分増加量DILOD／実行周期DTLOD）で徐々に積分増量する。その一方、S4において、負荷sw26のONから所定時間（積分増量処理の終了を待つ設定時間）が経過すると、S5へ進み、負荷補正の学習条件が成立かどうか、この例においては、(a)アクセル開度≦所定値（MXAPSLODLN）のアイドル状態かつ(b)アイドル下限値（MINNLODLN）≦エンジン回転数≦アイドル上限値（MXNLODLN）かつ(c)アイドル下限値（MNPBLODLN）≦吸気圧力≦アイドル上限値（MXPBLODLN）かつ(d)車速≦停車状態の判定値（MXSDLODLN）かつ(e)ブレーキsw＝OFFかつ(f)負荷sw＝ONかつ(g)ISCフィードバック制御中のときに負荷補正の学習条件が成立すると判定するのである。

S5の判定がyesのときは、S6へ進み、PTOsw26に対応する負荷補正の基本スロットル開度量（初期値TVOLODLN_-PTO₀または前回の学習値TVOLODLN_-PTO）を求める。S7においては、ISC制御のフィードバック値ISCfbを算出する。S8およびS9においては、今回の学習値（TVOLODOF_-PTO）_n＝前回の学習値（TVOLODOF_-PTO）_n-1＋ISCfb／学習感度を単位周期あたり所定回数TVOLODAVEの移動平均化処理を行う。S10においては、PTOsw26に対応する負荷補正の基本スロットル開度量を移動平均化処理値（学習値TVOLODLN_-PTO）に更新する。

S11およびS12においては、更新値をスロットル開度に反映させることにより、スロットル開度を今回の学習値に制御するのである。S5〜S12を繰り返すことにより、ISCフィードバック値が０へ到達するまでの間、スロットル弁13が所定量ずつ開側または閉側に制御され、ISCバルブ15がアイドルコントロールの基準開度へ徐々に収束するようになる。S5の判定がnoのときは、RETURNへ至るのであり、負荷sw26のONが継続の場合、スロットル開度はアクセル操作量に応じた要求開度に今回の学習値（負荷補正の基本スロットル開度量）を加える目標スロットル開度に制御される。

図３は、負荷補正の学習を含むアイドル時のスロットル制御を説明するタイミングチャートであり、PTOsw26がONすると、スロットル開度は、PTOsw26に対応する負荷補正の基本スロットル開度（初期値TVOLODLN_-PTO₀または前回の学習値TVOLODLN_-PTO）へ徐々に積分増量される。上物の負荷による要求空気量がスロットル弁13を通過する補助空気量を上回る図示の場合、PTOsw26のONからISCフィードバック値が０から立ち上がり、ISCバルブ15の開度（ISC開度）も基準開度から立ち上がるようになる。PTOsw26のONから所定時間が経過すると、負荷補正の学習条件が成立かどうかの判定が行われ、負荷補正の学習条件の成立時にスロットル開度が所定量ずつ開側に制御される。これにより、スロットル弁13を通過する補助空気量が次第に増加するため、ISCフィードバック値が０へ徐々に収束するに連れてISCバルブ15も基準開度へ収束するようになる。

負荷補正の学習条件が不成立になると、PTOsw26のONが継続する間、スロットル開度はアクセル操作量に応じた要求開度に最新の学習値（負荷補正の基本スロットル開度量の更新値）を加える目標スロットル開度に制御される。PTOsw26がOFFのときにスロットル開度はアクセル操作量に応じた要求開度を目標スロットル開度に制御されるが、PTOsw26がONからOFFに切り替わると、アクセル操作量に応じた要求開度に最新の学習値（基本負荷補正値算出手段の設定値）を加える目標スロットル開度からアクセル操作量に応じた目標スロットル開度へスロットル開度の積分減量処理が行われるので、PTOsw26のOFFに伴う回転変動も小さく抑えられる。図３において、（α）は基本負荷の補正無しかつ学習値による補正無しの場合、（β）は基本負荷の補正有りかつ学習値による補正無しの場合、（γ）は基本負荷の補正有りかつ学習値による補正有りの場合、を表すものである。

このような構成に基づくので、PTOsw26のONにより負荷補正の基本スロットル開度量が設定され、負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態においては、ISCフィードバック値を０へ収束させるのに必要な補正スロットル開度量の学習が行われるので、PTOsw26のONにより駆動される上物の負荷が異なる場合においても、負荷の違いや車両のバラツキに対処して負荷補正の基本スロットル開度量の設定値を予め調整する必要もなく、負荷に応じた補助空気量を最適に確保することができる。

ISCフィードバック値を０へ収束させるのに必要な補正スロットル開度量の学習値は細かく更新され、スロットル弁13の開度に反映されるので、ISCバルブ15も安定を維持しつつ基準開度へ収束するようになる。つまり、ISCバルブ15の急な開度変化が避けられ、ISCバルブ15の動きがスロットル弁13の開度と影響し合うような不具合の発生も防止できるのである。

負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態かどうかの判定は、負荷sw26のONから所定時間の経過（スロットル開度の積分増量処理の終了）を待って行われるので、既存のISCバルブ系の設計を変更することなく、ISCフィードバック値を０へ収束するのに必要な補正スロットル開度量の学習も効率よく遂行しえる。

図１のISC制御手段27においては、補機swのONによる要求空気量を補償するのに必要なISCバルブの開度（ISC開度）を学習する機能が設定される。具体的には、エアコンswがONかつPTOswがOFFのときに負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態かどうかを判定する手段、負荷補正の学習条件の成立時にISCフィードバック値をエアコンswのONによる要求空気量を補償するのに必要なISC開度の学習値として更新可能に記憶する手段、エアコンswがONのときに学習値を加える補正開度にISCバルブを制御する手段、が備えられる。図４は、ISC開度の学習を説明するタイミングチャートである。

この発明の実施形態に係るシステム概要図である。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。同じく制御内容を説明するタイミングチャートである。 ISC開度の学習機能を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

13 スロットル弁
14 スロットル弁の駆動手段
15 ISCバルブ
17 燃料供給装置のノズル
20 エンジンコントロールユニット

Claims

アイドル時のエンジン回転数を目標アイドル回転数と一致させるべくISCバルブの開度をフィードバック制御する手段、負荷swのON-OFFを検出する手段、負荷swのONにより機関出力を動力源に駆動される負荷の種類に対応する負荷補正の基本スロットル開度量を設定する手段、負荷swがONのときにスロットル弁の開度をアクセル操作量に応じた要求開度に負荷補正の基本スロットル開度量を加える目標スロットル開度に制御する手段、負荷swがOFFのときにスロットル弁の開度をアクセル操作量に応じた要求開度に制御する手段、負荷swがONのときに負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態かどうかを判定する手段、負荷補正の学習条件の成立時にISCフィードバック制御量を０へ収束させるのに必要な補正スロットル開度量を学習する手段、この学習値により対応する負荷の基本スロットル開度量の設定値を更新する手段、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
負荷補正の学習条件の成立時にISCフィードバック制御量を０へ収束させるのに必要な補正スロットル開度量を学習する手段は、ISCフィードバック値を徐々に０へ収束させるべく単位周期あたりの学習値として所定量ずつスロットル弁の開度を制御する手段、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。
負荷swがONのときに負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態かどうかを判定する手段は、負荷swがONするとその時点から所定時間の経過を計測する手段、所定時間の経過が計測されると負荷補正の学習条件が成立するアイドル状態かどうかの判定を指令する手段、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。
負荷swがONのときにスロットル弁の開度をアクセル操作量に応じた要求開度に負荷補正の基本スロットル開度量を加える目標スロットル開度に制御する手段は、負荷swがOFFからONに切り替わると目標スロットル開度の変化に対処するべく所定の割合で徐々にスロットル弁の開度を積分増量させる手段、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。
負荷swがOFFのときにスロットル弁の開度をアクセル操作量に応じたスロットル開度に制御する手段は、負荷swがONからOFFに切り替わると目標スロットル開度の変化に対処するべく所定の割合で徐々にスロットル弁の開度を積分減量させる手段、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。
補正スロットル開度の学習値により対応する負荷補正の基本スロットル開度量を更新する手段は、負荷補正の基本スロットル開度量を予め設定の初期値にリセットする手段、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。
負荷swのON-OFFを検出する手段は、PTOswまたは冷凍swのON-OFFを検出する手段、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。