JP2010223031A

JP2010223031A - エンジン回転数制御装置

Info

Publication number: JP2010223031A
Application number: JP2009069444A
Authority: JP
Inventors: Jungen Boku; 淳鉉朴
Original assignee: Nikki Co Ltd
Current assignee: Nikki Co Ltd
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】エンジン回転数制御装置について、スロットル開度センサを要することなく低コストで良好なエンジン回転数制御を実現させる。
【解決手段】アクセル開度センサ信号及びクランク角センサ信号が入力される電子制御ユニット１０Ａ、電子ガバナ３Ａ、インジェクタ５を備えており、スロットルバルブ４を配置した吸気通路２を経由し燃料混合気を供給されて駆動するエンジン１に対し、電子制御ユニット１０Ａが、検知したアクセル開度センサ信号及びクランク角センサ信号を基に駆動信号を生成しインジェクタ５に出力して吸入空気量を調整するとともに、その吸入空気量に応じた燃料を供給するようにインジェクタ５に燃料噴射信号を出力することにより、スロットル開度センサを用いずに目標エンジン回転数を実現させるための制御を行うエンジン回転数制御装置において、その電子制御ユニット１０Ａが電子ガバナ３Ａへの駆動信号を用いて燃料噴射信号を生成・出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン回転数制御装置に関し、殊に、激しい負荷変動が加わるエンジンシステムに配設され、エンジン回転数を検知しながらスロットルバルブのアクチュエータに出力することでスロットル開度を調整しながら燃料噴射量を調整してエンジン回転数の安定を確保するためのエンジン回転数制御装置に関する。

スロットルバルブを運転者のアクセル操作で機械的に開閉動作させる代わりに、スロットルバルブを開閉させるアクチュエータを備えた電子ガバナを電子的制御手段により操作することで、エンジン回転数を高精度に制御するエンジン回転数制御装置が普及しており、例えば特開平５−２４００７３号公報等に記載されている。

図１はこのような従来例及び後述する本発明の実施の形態においてハード構成が共通している、大型芝刈り車両用のエンジンシステムの配置図を示すものであり、エンジン回転数については、アクセル開度センサ８からの入力信号と、エンジン１のフライホイール１２外周側に設けたクランク角度センサ１１による入力信号を電子制御ユニット１０Ｂに取り込み、これらの信号に基づいて電子制御ユニット１０Ｂが電子ガバナ３Ｂに駆動信号を出力して吸入空気量を調整してエンジン回転数を制御するものである。

しかしながら、このような大型芝刈り車両は、操縦者が搭乗して運転しながら自然の植物を刈るものであることから、走行速度や様々に変化する作業目標物に応じて負荷変動が激しいため、エンジン回転数の制御が難しいという特徴がある。そのため、通常は電子ガバナ３Ｂにスロットル開度センサを付設し、電子制御ユニット３Ｂで正確なスロットル開度を検知しながら吸入空気量を調整して、エンジン回転数の制御を行っている。

図５及び図６は、スロットル開度センサでスロットル開度を検知しながら大型芝刈り車両のエンジン回転数制御を行った場合において、空燃比とエンジン回転数変動状況をグラフで示したものであり、芝刈り装置ブレードオン時の負荷変動に対し燃料供給の遅れが生じたことにより、空燃比がリーンとなってエンジン回転数が不安定になっていることが分かる。

そして、スロットル開度センサは比較的高価な部品であるが、上述したような汎用エンジンの分野では特に低コスト化の要求が強いため、高価なスロットル開度センサを用いずに低コストでエンジン回転数制御を良好に行なえるようにする技術の開発が望まれていた。

特開平５−２４００７３号公報

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、エンジン回転数制御装置について、スロットル開度センサを要することなく低コストで良好なエンジン回転数制御を実現させることを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明は、アクセル開度センサ信号及びクランク角センサ信号が入力される電子的制御手段、スロットル開閉手段、燃料噴射手段を備えており、スロットルバルブを配置した吸気通路を経由し燃料混合気を供給されて駆動するエンジンに対し、電子的制御手段が、検知したアクセル開度センサ信号及びクランク角センサ信号を基に駆動信号を生成しスロットル開閉手段に出力して吸入空気量を調整するとともに、この吸入空気量に応じた燃料を供給するように燃料噴射手段に燃料噴射信号を出力することにより、スロットル開度センサを用いずに目標エンジン回転数を実現させるための制御を行うエンジン回転数制御装置において、その電子的制御手段が、スロットル開閉手段への駆動信号を用いて燃料噴射信号を生成・出力することとした。

このように、クランク角センサ信号によるエンジン回転数からスロットル開閉手段（電子ガバナ）への出力信号を生成することで、スロットル開度センサが不要なものとなるが、そのスロットル開閉手段に出力する駆動信号（Ｄｕｔｙ信号）を用いてその下流側の吸入空気量を推定する等して、先取り的に燃料噴射量を決定して燃料噴射手段（インジェクタ）に出力することにより、実際の吸入空気圧や吸入空気量を検知してから燃料噴射量を決定する場合と比べて、負荷変動に対し３ms程度早い対応が可能となるため、エンストの発生しにくい安定的なエンジン回転数制御を実現摺ることができる。

また、この場合、その駆動信号を用いた燃料噴射信号の生成・出力は、予め電子的制御手段に記憶させた所定の計算式又は所定のマップを用いて、駆動信号の生成から即時的に行われることを特徴としたものとすれば、電子的制御手段の処理負担を過剰にすることなく迅速な対応を可能として、負荷変動に対するスロットル開度調整の遅れを最小限に抑えることができる。

さらに、上述したエンジン回転数制御装置において、そのスロットル開閉手段への駆動信号の生成は、クランク角センサ信号による実エンジン回転数をフィードバックしながら、この実エンジン回転数を目標エンジン回転数に一致させるための所定のアルゴリズムを用いて行われる、ことを特徴とするものとすれば、実際のスロットル角度を検知しなくても精度高い制御を実行することができる。

クランク角センサ信号を基にスロットル開閉手段への駆動信号を生成するとともに、その駆動信号を用いて燃料噴射信号を生成・出力するものとした本発明によると、スロットル開度センサを要することなく低コストで良好なエンジン回転数制御を実現することができる。

本発明の実施の形態及び従来例にハード構成が共通したエンジンシステム示す配置図である。図１のエンジン回転数制御装置における電子制御ユニットの制御手順を示すフローチャートである。本実施の形態による制御結果を示すエンジン回転数と空燃比のグラフである。本実施の形態による制御結果を示すエンジン回転数と空燃比のグラフである。従来例による制御結果を示すエンジン回転数と空燃比のグラフである。従来例による制御結果を示すエンジン回転数と空燃比のグラフである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本実施の形態のエンジン回転数制御装置を配設した大型芝刈り車両用のエンジンシステムの配置図を示しており、アクセル開度センサ８からの入力信号と、エンジン１のフライホイール１２外周側に設けたクランク角度センサ１１による入力信号を、電子的制御手段としての電子制御ユニット１０Ｂに取り込み、これらの信号に基づいて、電子制御ユニット１０Ａが計算を行って駆動信号を生成することにより、スロットル開閉手段としての電子ガバナ３Ａを駆動制御するようになっている。

しかしながら、本実施の形態のエンジン回転数制御装置においては、電子制御ユニット１０Ａが、スロットル開度センサを使用することなくクランク角センサ信号で実エンジン回転数を検知しながら所定のアルゴリズムを用いたフィードバック制御により電子ガバナ３Ａへの駆動信号を生成・出力するようになっており、コストの低廉化を実現している。

そのフィードバック制御を行うために、電子制御ユニット１０Ａにおいて実行されるアルゴリズムとしては、例えば以下の数式１〜４を用いることにより、電子制御ユニット１０Ａの処理負担を過剰にすることなく、的確なエンジン回転数制御を実現する電子ガバナ３Ａへの駆動信号を、比較的短時間で生成・出力することができる。

上述した数式において、Uαは駆動モータ制御入力、Fはゲイン、g₁〜g₃、s₁〜s₃は各々のパラメータ、e(t)は目標エンジン回転数に対する誤差であり、Nはエンジン回転数、N_dは目標エンジン回転数である。

そして、本実施の形態のエンジン回転数制御装置による制御目的は、負荷変動があってもエンジン１の回転数をある一定の目標値に制御することにあるが、本実施の形態では、このようなフィードバック制御によりスロットル開度を調整することに加え、電子ガバナ３Ａへの駆動信号を用いて燃料噴射信号を先取り的に生成・出力することで、吸入空気圧等を用いて吸入空気量を推定し燃料噴射信号を出力する従来例と比べて、負荷変動時等にエンジンが要求する燃料を、いち早く噴射して供給可能とした点が第２の特徴部分となっている。

この電子制御ユニット１０Ａによる制御手順を、図２のフローチャートを用いながら説明すると、エンジン１を始動することで制御が開始され、電子制御ユニット１０Ａは、アクセル開度センサ８によるアクセル開度センサ信号を検知し（Ｓ１）、これに基づいて目標エンジン回転数を決定し（Ｓ２）、クランク角センサ信号で実エンジン回転数を検知しながら、前述のアルゴリズムを用いて電子ガバナ３Ａへの駆動信号を生成・出力するとともに、この駆動信号を用いてその後の吸入空気量に応じた燃料噴射信号をインジェクタ５に生成・出力することで、実エンジン回転数が目標エンジン回転数に一致するように制御を行う（Ｓ３）。

そして、このような大型草刈り車両において、ブレードＯＮ等の作業による負荷変動が生じた場合（Ｓ４）、従来例では図５，６のグラフに示したように負荷変動に対し燃料供給の遅れが生じて供給燃料の希薄化が生じていたのに対し、本実施の形態では、電子ガバナ３Ａへの駆動信号を電子的制御手段に記憶させた所定の計算式やマップにあてはめることで、燃料噴射信号の生成・出力が駆動信号の生成から即時的に行われ、負荷変動に対し遅れることなくインジェクタ５からエンジン１に燃料を供給し、目標エンジン回転数を実エンジン回転数に一致させる制御を実行する（Ｓ５）。

図３及び図４は、以上のような制御を実行する本発明のエンジン回転数制御装置を、実際の大型草刈り車両のエンジンシステムに搭載してエンジン回転数制御を行った場合における、空燃比とエンジン回転数のグラフを示しているが、ブレードオン時の負荷変動に対し、従来例よりも３ms早めの燃料噴射を行ったことで空燃比がリーン化することなく、エンジン回転数が比較的安定していることが分かる。

以上、述べたように、エンジン回転数制御装置について、本発明により、スロットル開度センサを要することなく低コストで良好なエンジン回転数制御を実現することができる。

１エンジン、２吸気通路、３Ａ電子ガバナ、４スロットルバルブ、５インジェクタ、８スロットル開度センサ、１０Ａ電子制御ユニット、１１クランク角センサ

Claims

アクセル開度センサ信号及びクランク角センサ信号が入力される電子的制御手段、スロットル開閉手段、燃料噴射手段を備えており、スロットルバルブを配置した吸気通路を経由し燃料混合気を供給されて駆動するエンジンに対し、前記電子的制御手段が、検知した前記アクセル開度センサ信号及び前記クランク角センサ信号を基に駆動信号を生成し前記スロットル開閉手段に出力して吸入空気量を調整するとともに、該吸入空気量に応じた燃料を供給するように前記燃料噴射手段に燃料噴射信号を出力することにより、スロットル開度センサを用いずに目標エンジン回転数を実現させるための制御を行うエンジン回転数制御装置において、前記電子的制御手段が、前記スロットル開閉手段への駆動信号を用いて前記燃料噴射信号を生成・出力することを特徴とするエンジン回転数制御装置。
前記駆動信号を用いた燃料噴射信号の生成・出力は、予め前記電子的制御手段に記憶させた所定の計算式又は所定のマップを用いて、前記駆動信号の生成から即時的に行われることを特徴とする請求項１に記載したエンジン回転数制御装置。
前記駆動信号の生成は、前記クランク角センサ信号による実エンジン回転数をフィードバックしながら、該実エンジン回転数を前記目標エンジン回転数に一致させるための所定のアルゴリズムを用いて行われることを特徴とする請求項１または２に記載したエンジン回転数制御装置。