JP2838407B2 - 内燃機関の最大出力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、電子制御式ガバナを用いて燃料噴射量を
制御する内燃機関の燃料噴射装置において最大出力を制
限するための制御に関するものである。

〈従来の技術〉 電子制御式燃料噴射装置は例えば特開昭60-256529号
公報等によって公知であり、一般に機関回転数と燃料噴
射量の実際値を検出し、あらかじめ記憶装置に記憶され
ているマップを使用して回転数の実際値と設定値の差を
なくすように燃料噴射量の設定値が演算され、この結果
い基づいて燃料噴射量調整手段が駆動されるようになっ
ている。

この種の電子制御式燃料噴射装置を採用した場合に
は、燃料噴射量の実際値に対応する量として、例えばデ
ィーゼル機関であれば燃料噴射量を制御する部材である
燃料ラックの位置を検出しており、このラック位置を検
出するためのセンサやその関連回路が故障した場合に
は、適正な制御ができなくなって危険なため、通常は機
関を停止するようにプログラムされている。

しかし、故障時でも機関を停止させずに済めば修理工
場まで自力で移動する等の応急処置ができて便利であ
り、本出願人はこれを可能とした制御装置を特願昭62-9
4219号として既に提案している。これは、燃料噴射量の
制御部材を駆動するためのアクチュエータへの制御信号
量の最大値をあらかじめ設定しておき、この最大値を上
限としてアクチュエータに対する制御信号量を算出する
ものであり、機関の最大出力を制限して暴走等の危険を
避けながら、一応の運転を行えるようにしている。

また、上記のような制御部材駆動用アクチュエータに
対する制御信号量を制御して機関の最大出力を制限する
ことは、故障時に限らず通常の制御で行ってもよく、本
出願人はこのような制御装置も特願昭62-202290号とし
て既に提案している。

〈発明が解決しようとする課題〉 上述のように制御部材の駆動用アクチュエータに対す
る制御信号量を制御して機関の最大出力を制限する場
合、例えば電源バッテリの電圧が低下していたり、アク
チュエータの温度が高くてそのコイル抵抗が上昇してい
たりすると、実際に流れる電流が少なくなってアクチュ
エータが十分駆動されず、所定の出力が得られなくな
る。

上記提案の前者は故障時の応急処置であって、本来の
制御よりも精度が低下することはある程度は許容される
としても、後者のような通常の制御の場合には精度低下
はあってはならないことである。

この発明はこのような問題点に着目し、上記のように
制御部材の駆動用アクチュエータに対する制御信号量に
よって機関の最大出力を制御するようにした装置におけ
る制御の精度を向上すること、及び故障時に十分な出力
による応急運転を可能にすることを目的としてなされた
ものである。

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するために、この発明では、燃料噴
射量の制御部材を駆動するための駆動用アクチュエータ
への制御信号量の最大値を上限として算出された制御信
号量を、検出手段によって検出された上記アクチュエー
タの温度に応じて補正するようにしている。この補正
は、すなわち燃料噴射量を増加させる方向温度が高いほ
ど制御信号量を増大させる方向に行われる。

第１図はこの発明の構成を示す図である。Ａは駆動用
アクチュエータに対する制御信号量の算出手段A₁、記憶
手段A₂、制御信号量補正手段A₃、アクチュエータA₄等か
らなるガバナ部及び駆動用アクチュエータにより制御部
材の位置を変化させて燃料噴射量を制御する方式の燃料
噴射装置Ｂを備えた電子制御式燃料噴射装置、Ｃは機
関、Ｄは回路数検出手段、Ｅは燃料供給量検出手段、Ｆ
はアクセル操作量などの運転条件検出手段であって、こ
れらにより電子制御式ガバナを用いた通常の内燃機関の
制御装置が構成されたおり、更にこの発明によってアク
チュエータ駆動電圧の検出手段Ｇ、アクチュエータ温度
の検出手段Ｈが上記システムに組み込まれている。

〈作用〉 記憶手段A₂に記憶されているマップと各検出手段Ｄ、
Ｅ、Ｆの検出結果から、アクチュエータA₄に対する制御
信号量が算出され、この制御信号量が検出手段Ｇ及び／
またはＨの検出結果に応じて制御信号量補正手段A₃で補
正され、アクチュエータA₄が駆動される。制御信号量を
駆動電圧に応じて補正することにより、電圧低下時でも
実際に流れる電流の低下が防がれ、アクチュエータは十
分駆動される。また制御信号量をアクチュエータA₄の温
度に応じて補正することにより、温度上昇時の電流の低
下が防がれてアクチュエータは十分駆動される。更にこ
れらの補正を同時に行えば補正の効果が重畳され、制御
の精度は一層向上される。

〈実施例〉 以下、図示のディーゼル機関の場合における一実施例
について説明する。第２図はブロック図、第３図は制御
手順のフローチャート、第４図は機関回転数と制御信号
量との関係を定めたマップの一例を示す図、第５図はア
クチュエータに対する制御信号の波形図、第６図は補正
用のマップの一例を示す図、第７図はアクチュエータの
制御信号量とラック位置との関係の一例を示す図であ
る。

第２図において、１は機関、２は機関１に付設された
燃料噴射ポンプ、３はラック用アクチュエータ、４は回
転センサ、５はラック位置センサ、６はアクセル位置等
の運転条件センサ、７はバッテリ電圧センサ、８はラッ
ク用アクチュエータ３の温度センサ、９は制御部であ
る。ラック用アクチュエータ３は本発明における駆動用
アクチュエータに相当するものであって例えばリニアソ
レノイドが用いられ、また温度センサ８は例えば燃料噴
射ポンプ２内の潤滑油の温度を検出するようになってい
る。

制御部９は主要部にマイクロコンピュータが用いられ
ており、入力ポート91、出力ポート92、制御演算及び入
出力指示を与えるCPU93、制御プログラムや制御演算に
必要な諸データを記憶しているROM94、演算に使用され
るRAM95等で構成されている。入力ポート91には、回転
センサ４、ラック位置センサ５、運転条件センサ６、バ
ッテリ電圧センサ７、温度センサ８等の信号が入力さ
れ、また出力ポート92の出力はラック用アクチュエータ
３に送られて、燃料噴射ポンプ２の燃料ラック（図示せ
ず）を駆動するようになっている。なお、図示してない
が、入力ポート91の前段には必要に応じてA/D変換器等
が挿入され、また出力ポート92の出力側には必要に応じ
てドライバー回路が挿入される。

次に、第３図以下の図面により制御手順を説明する。

まず、回転センサ４、ラック位置センサ５及び運転条
件センサ６の検出信号が入力され、これらと第４図のマ
ップから、ラック用アクチュエータ３に対する制御信号
量Qoutが算出される。この制御信号量Qoutがマップで設
定されている最大値Qmax以上であれば算出値としてはこ
のQmaxが用いられる。制御信号は第５図に示すようなパ
ルス信号であり、この実施例ではパルス幅t₀と周期Ｔの
比、すなわちデューティ比で制御信号量が決定される。

次いで、温度センサ８とバッテリ電圧センサ７の検出
信号が入力され、それぞれについて、第６図の補正係数
マップｆ（ｔ）及びｆ（ｖ）からその時の補正係数ｆ
（T₀）及びｆ（V₀）が選択される。そして次の式により
制御信号量QoutがQout′に補正され、そのQout′によっ
てラック用アクチュエータ３が駆動されるのである。

Qout′＝t₀/T×ｆ（T₀）×ｆ（V₀） アクチュエータ３によって駆動されるラックの位置
は、第７図の実線ように制御信号量（デューティ比）に
対して一定の関係があるが、電源バッテリの電圧やアク
チュエータの温度が標準状態に対して変動すると、この
関係も変化する。例えば電源バッテリの電圧が低下した
り、温度上昇によりアクチュエータのコイル抵抗が高く
なっていると、同じ制御信号量であっても実際に流れる
電流が少なくなり、破線のように制御信号量が小さくな
ったのと同じ結果となる。そこでこのような場合には、
パルス幅t₀を増加させてデューティ比、すなわち制御信
号量を大きくすることにより、ラック位置と制御信号量
の関係を実線の位置に戻せばよいことになる。上記の各
補正係数マップｆ（Ｔ）及びｆ（Ｖ）は、このようにし
て電圧や温度変化の影響を補償するように設定されてい
る。

従って、アクチュエータ３は電圧や温度変化の影響を
受けずに所定の位置まで駆動されることになり、制御精
度が低下して最大出力が必要以上に制限されるというこ
とが防止されるのである。

なお、上記の実施例では電源バッテリの電圧とアクチ
ュエータの温度の両方について補正しているが、例えば
電圧の安定した電源の場合には温度についてのみ補正す
るなど、影響の大きさに応じて一方の補正のみを行うよ
うにしてもよい。

次に、機関の最大出力を制限して暴走等の危険を避け
るシステムに何らかの異常が生じ、機関が過速度状態と
なった場合の異常検出システムについて説明する。

第８図はシステムのブロック図、第９図は主要な信号
の波形図、第10図（ａ）（ｂ）は制御手順のフローチャ
ートである。

11は機関のクランク軸などに取付けられたリングギヤ
12とこのリングギヤ12に対応させて設けられた電磁ピッ
クアップ13からなる回転センサ、14は電磁ピックアップ
13からの回転数に応じた交流電圧信号ａを直流電圧信号
ｂに変換するF/Vコンバータ、15は直流電圧信号ｂを過
速度設定器16による設定値ｃと比較し、直流電圧信号ｂ
が設定値ｃを超えた時に信号ｄを出力するコンパレータ
である。17はコンパレータ15から信号ｄが出力された時
にリレー18を動作させてその接点18aをオンとするリレ
ードライバーであり、接点18aは外部の警報回路に挿入
され、オンによって過速度警報信号S₁が出力されるよう
に構成されている。

21は電磁ピックアップ13の交流電圧信号ａを整形して
パルス信号ｅに変換する波形整形回路、22はマイクロコ
ンピュータであり、パルス信号ｅはマイクロコンピュー
タ22の入出力ポート23に入力される。マイクロコンピュ
ータ22は機関の制御全般に用いられるものであって、制
御の中心となるCPU24のほか、各種の制御用プログラム
やデータを記憶させたROM25、演算に用いられるRAM26、
A/Dコンバータ27等を備えており、コンパレータ15から
信号ｄが出力された時には、この信号がバッファ29を介
して入出力ポート23にも入力されるようになっている。

また、31は入出力ポート23から出力される駆動信号ｆ
によってリレー32を動作され、その接点32aをオンとす
るリレードライバーであり、接点32aは外部のシステム
異常通報回路に挿入され、オンによってシステム異常信
号S₂が出力されるように構成されている。

35は電磁ピックアップ13の断線検出回路であり、電磁
ピックアップ13にバイアス電圧を印加するバイアス抵抗
36、電磁ピックアップ13の出力が入力される第２コンパ
レータ37、第２コンパレータ37の出力が印加される遅延
回路38、遅延回路38の出力が入力される第３コンパレー
タ39で構成され、第３コンパレータ39の信号ｇは、コン
パレータ15からの信号ｄとともにリレードライバー17及
び入力ポート23に入力されるようになっている。

CPU24は、第10図（ａ）（ｂ）に示すように、まず過
速度設定器16による設定値ｃをA/Dコンバータ27を通し
てデジタル信号の形で読み込んで設定回転数を算出す
る。次いで、コンパレータ15の信号ｄが入出力ポート23
に入力されているか否かが読み込まれ、結果をRAM26に
記憶する。続いて波形整形回路21からのパルス信号ｅを
読み込み、パルスの立下がり回数を計数する。そしてそ
の単位時間当たりのパルス数から機関回転数を算出し、
先に求めた設定回転数と比較して、機関回転数が設定回
転数より小さいのに過速度警報信号E₁が出力されている
時、及び機関回転数が設定回転数より大きいのに過速度
警報信号S₁が出力されていない時には、入出力ポート23
から駆動信号ｆを出力する。これによってリレー32の接
点32aがオンとなり、システム異常信号S₂が外部のシス
テム異常通報回路に対して出力される。

このように、機関回転数の異常はF/Vコンバータ14、
コンパレータ15、リレードライバー17、リレー18などの
回路によるアナログ処理によって検出される一方、マイ
クロコンピュータ22によるデジタル処理によっても検出
されるので、二重の判断により回転数異常の検出が確実
に行われるのである。

断線検出回路35は次のように動作する。すなわち、電
磁ピックアップ13はバアイス抵抗36を介して一定電圧回
路に接続されているので、電磁ピックアップ13が断線し
た時には、第２コンパレータ37には設定器37aで設定さ
れる比較電圧V₂以上の一定電圧が常に入力されるように
なり、第２コンパレータ37から信号が出力される。この
ため遅延回路38のコンデンサ38aが充電され、この電圧
が設定器39aで設定される比較電圧V₃を越えると第３コ
ンパレータ39から信号ｇが出力される。従って、機関回
転数が設定回転数より小さいのに過速度警報信号S₁が出
力されている時と同じ状態となり、電磁ピックアップ13
の断線が検出されるのである。

なお電磁ピックアップ13が断線していなければ、第２
コンパレータ37には比較電圧V₂以下の電圧しか入力され
ないから、第２コンパレータ37は出力を出さず、第３コ
ンパレータ39の信号ｇが出力されないので上述のような
断線検出動作は行われない。また電磁ピックアップ13が
回転信号を出力している時には、回転信号のピーク値が
比較電圧V₂を越える度に第２コンパレータ37から出力が
出されるが、遅延回路38があるため第３コンパレータ39
の入力電圧は比較電圧V₃を越えることがなく、やはり上
述のような断線検出動作は行われない。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、この発明は、燃料噴
射量を制御する制御部材の駆動用アクチュエータへの制
御信号量の最大値をあらかじめ設定しておき、この最大
値を上限としてアクチュエータに対する制御信号量を制
御して機関の最大出力を制限するようにした制御装置に
おいて、算出された制御信号量を同アクチュエータの温
度に応じて補正するようにしてものである。

従って、アクチュエータの温度上昇のためにアクチュ
エータが設定値通りに駆動されず、機関の最大出力が設
定値よりも下がってしまうようなことがなく、通常の制
御の場合の最大出力制御の精度が向上される。また、燃
料噴射量の制御部材の位置を検出するためのセンサやそ
の関連回路が故障したような場合でも、暴走等の危険を
避けながら制限されている最大出力あるいはこれに近い
出力での自力運転が可能となるのである。

また、温度の変化が自動的に補正されるため、例え
ば、燃料噴射ポンプの潤滑油温度の上昇によって高温に
なるような場所にアクチュエータを取り付けても、特別
な断熱構造や冷却手段が不要なため余分なコストが掛か
らず、取り付け場所の選定も容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す図、第２図はこの発明の
一実施例のブロック図、第３図は制御手順のフローチャ
ート、第４図は機関回転数と制御信号量との関係を定め
たマップの一例を示す図、第５図はアクチュエータに対
する制御信号の波形図、第６図の（ａ）及び（ｂ）は補
正用のマップの一例を示す図、第７図はアクチュエータ
の制御信号量とラック位置との関係の一例を示す図であ
る。第８図は過速度状態における異常検出システムのブ
ロック図、第９図は主要な信号の波形図、第10図の
（ａ）及び（ｂ）は制御手順のフローチャートである。 １……機関、２……燃料噴射ポンプ、３……ラック用ア
クチュエータ（駆動用アクチュエータ）、４……回転セ
ンサ、５……ラック位置センサ、６……運転条件セン
サ、７……バッテリ電圧センサ、８……ラック用アクチ
ュエータの温度センサ、９……制御部、93……CPU、94
……ROM。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 俊彦 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 (56)参考文献 特開 昭64−45942（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−147550（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−256529（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−259139（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−137227（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−56349（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−114946（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動用アクチュエータにより制御部材の位
   置を変化させて燃料噴射量を制御する方式の電子制御式
   燃料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置において、 機関回転数の実際値と上記制御部材の駆動用アクチュエ
   ータへの制御信号量の最大値との関係を記憶した記憶手
   段と、 上記記憶手段に記憶された最大値を上限として駆動用ア
   クチュエータに対する制御信号量を算出する演算手段
   と、 駆動用アクチュエータの温度を検出する検出手段と、 上記演算手段で算出された制御信号量を、検出された駆
   動用アクチュエータの温度に応じて温度上昇時には燃料
   噴射量を増加させる方向に、また温度低下時には燃料噴
   射量を減少させる方向に補正する補正手段、 とを備えたことを特徴とする内燃機関の最大出力制御装
   置。