JP4017575B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、デュアルマスフライホイールを備える内燃機関における始動時の燃料供給制御に関する。

内燃機関におけるクランクシャフトの回転変動成分を広い回転数範囲において吸収するダンパーとして、クランクシャフトからの動力伝達系に介装されるフライホイールである１次慣性マスと２次慣性マスとを弾性体を介して回転方向に互いに連結したデュアルマスフライホイールが、一般に用いられている。

このデュアルマスフライホイールは、機関回転数がアイドル回転数以下の通常継続使用されない回転数領域に共振回転数が設定されている。
したがって、機関始動の際には必ずこの共振回転数を通過することになるが、通常スタータモータの回転駆動により共振回転数は越えてアイドル回転数まで一気に上昇させられる。

しかし始動スイッチの操作が曖昧になされたとき、すなわちショートスタート（始動作動時間の極めて短い始動スイッチ操作、所謂「ちょいがけ」）時には、スタータモータが一瞬回転して停止してしまうので、アイドル回転数内でクランクシャフトが回転し、デュアルマスフライホイールが共振してしまう場合がある。

一度共振が起こると、この共振が機関回転数の上昇を妨げて、継続的な共振状態へ陥ることがある。
この場合、振動と騒音が発生するとともに、デュアルマスフライホイールの弾性体に極度の負荷がかかり、強度上問題があり破損の可能性がある。

そこでデュアルマスフライホイールに共振が生じるおそれのある場合に、燃料供給を停止して機関を停止させるように制御した例（例えば特許文献１参照）がある。
特開平６−４２３９４号公報

特許文献１の公報には、その実施例において、内燃機関の冷却水温が所定値より小さい条件、スタータスイッチがオンからオフになった条件、機関の回転速度が共振回転速度より小さい条件の以上３つの条件が成立したときに燃料カットを実行して機関を停止させることが開示されている。

内燃機関の冷却水温が所定値より小さい条件は、所定温度を越えると機関発生トルクが共振脱出トルクを超えるとされることから設けられた条件であり、この所定温度は機関発生トルクの機関水温以外の要因を一定にして求めたものであるが、各種要因の微妙な変化で変動してしまうので、安全サイドの高い温度が設定されているものと思われる。
したがってデュアルマスフライホイールに共振が発生する可能性が低い場合にも機関を停止させることがある。

また、スタータスイッチがオンからオフになった条件も、オンからオフになるまでの始動作動時間が比較的長い場合でも機関を停止させることになる。
さらに、機関の回転速度が共振回転速度より小さい条件も、共振回転速度より小さい状態が一時的である場合でも機関を停止させることになる。

各条件が上記のようにデュアルマスフライホイールに共振が発生する可能性が低い場合も成立するので、３つの条件が成立したときに機関を停止させるとしても、共振が発生する可能性を精度良く判別することができず、可能性がないときでも機関を停止させることがある。
したがって始動時に運転者の意に反して機関停止を起こすような事態となると、始動性が維持されず商品性に関わる問題となる。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、デュアルマスフライホイールに共振が発生する可能性を精度良く判別して共振の可能性が確かにある場合にのみ燃料供給を停止して、良好な始動性を維持できる内燃機関の制御装置を供する点にある。

上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、デュアルマスフライホイールを備える内燃機関において、始動スイッチによる始動作動時間が所定始動時間以下であるか否かを判断するショートスタート判断手段と、機関水温に対するデュアルマスフライホイールの共振と判定可能な所定共振範囲の予め設定された関係から機関水温に応じて抽出された所定回転数範囲内に、機関回転数があるか否かを判断する共振状態判断手段と、前記共振状態判断手段による共振状態であるとの判断が所定持続時間持続したか否かを判断する共振状態持続判断手段と、前記ショートスタート判断手段によりショートスタートと判断され、かつ前記共振状態持続判断手段により共振状態であるとの判断が所定時間持続したと判断したときに内燃機関への燃料供給を停止する燃料供給制御手段とを備えた内燃機関の制御装置とした。

始動作動時間が所定始動時間以下であるか否かでショートスタートであったか否かを正確に判断し、かつ共振状態判断手段による共振状態であるとの判断だけでなく、その判断が所定持続時間持続したか否かによって単に一時的でない共振の可能性がある状態を判断するので、デュアルマスフライホイールの共振の可能性を精度良く判別することができ、共振の可能性がある場合にのみ燃料供給を停止することができる。
したがって始動時に運転者の意に反して機関停止を起こすようなことはなく、良好な始動性を維持して商品性を高く保持することができる。
なお本願特許請求の範囲および明細書中において、共振状態とは、実際に共振している状態を含め共振の可能性がある状態のことをいう。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図８に基づいて説明する。
本実施の形態に係る制御装置は、ディーゼル機関に適用されたもので、そのディーゼル機関の動力伝達機構の要部を図１および図２に示す。
図１は、同動力伝達機構のクランクシャフトの中心軸Ｌを含む平面で切断した断面図であり、図２は、中心軸Ｌに垂直面で切断した部分断面図である。

デュアルマスフライホイール10の１次慣性マスの機関側フライホイール11が、円板体12と環状カバー部材13とからなり、円板体12の外周縁と環状カバー部材13が一体となって中心軸Ｌ側を開口した円環状の円環孔11ａが形成され、円板体12の中心基部が内環ボス部材14に固着ピン15によって一体に固着され、図示されないクランクシャフトが結合されて、クランクシャフトと一体に機関側フライホイール11が回転する。

この機関側フライホイール11の円環孔11ａをなす円板体12の外周縁と環状カバー部材13の一部で中心軸Ｌに対して対称な箇所が内側に凹んでアウタ係止部12ａ，13ａを形成している。

機関側フライホイール11の円環孔11ａの内側の開口に臨む位置に配置されるインナ係止部材16が、２次慣性マスとなる変速機側フライホイール17に固着ピン18により一体に固着されて設けられている。

インナ係止部材16は、その変速機側フライホイール17に固着される環状部16ａから径方向に向けて一対の係止部16ｂがクランク軸Ｌに対して対称に突出しており、この一対の係止部16ｂが円板体12の外周縁と環状カバー部材13の内側の開口から円環孔11ａ内に侵入している。

この円環孔11ａ内に挿入された４本のコイル状のダンパースプリング19が、一対の係止部16ｂと前記一対のアウタ係止部12ａ（13ａ）との間に分割されて介装され、機関側フライホイール11と変速機側フライホイール17とを互いに相対回転自在に弾性的に連結してデュアルマスフライホイール10を構成している。

なお機関側フライホイール11の円板体12の外周にはリングギア20が嵌着されている。
このリングギア20には、図示されないスタータモータの駆動力が入力されることになる。

変速機側フライホイール17の一方の側にデュアルマスフライホイール10が構成され、他方の側には発進クラッチ30が設けられている。
変速機側フライホイール17に固着された環状の押圧パッド31に対向して押圧パッド32が環状押圧部材33に固着されて設けられ、押圧パッド31，32間に挟まれてクラッチディスク34が内側の円筒状クラッチハブ35から遠心方向に延設された支持基板36に内周縁部を固着支持されて設けられている。

環状押圧部材33は、クラッチケース37に軸方向に摺動自在に支持されており、作動部材38によってクラッチディスク34を挟む方向に押圧される。
クラッチディスク34を支持基板36を介して支持するクラッチハブ35に図示されない変速機側のメインシャフトがスプライン嵌合される。

クランクシャフトからメインシャフトへの動力伝達機構は、以上のように構成されており、クランクシャフトの回転動力は、デュアルマスフライホイール10の機関側フライホイール11に一体に伝達され、ダンパースプリング19を介して変速機側フライホイール17に伝達される。

発進クラッチ30が係合されていれば、すなわちクラッチディスク34が押圧パッド31，32によって挟圧されていればクラッチハブ35に変速機側フライホイール17の回転が伝わり、よってメインシャフトに回転力が伝達される。
発進クラッチ30が解放されていれば、メインシャフト以後に回転力は伝達されない。

ディーゼル機関の始動時には、発進クラッチ30が解放された状態で、スタータモータによりリングギア20に駆動力が入力されて、デュアルマスフライホイール10の機関側フライホイール11を介してクランクシャフトを強制的に回動して始動させる。

発進クラッチ30が解放されていても、機関側フライホイール11の回転はダンパースプリング19を介して変速機側フライホイール17までは伝達され、その状態でのデュアルマスフライホイール10は、機関回転数がアイドル回転数より低い共振回転数を有するように設定されている。
したがって、正常に始動されるときは、スタータモータによりクランクシャフトの回転数がデュアルマスフライホイール10の共振回転数を超えてアイドル回転数まで上昇させられて、機関が起動する。

しかし、始動スイッチの操作がショートスタートであると、スタータモータが一瞬回転して停止して、アイドル回転数内でクランクシャフトが回転し、デュアルマスフライホイール10が共振を起こすおそれがあり、共振の可能性が高いときは強制的に機関を停止させる制御を行う。

このショートスタート時の制御は、コンピュータシステムである機関制御ユニットＥＣＵ50により燃料噴射弁60を駆動制御して行う。
図３にこの制御系の概略ブロック図を示す。

ＥＣＵ50は、ショートスタート判断手段51，共振状態判断手段52，共振状態持続判断手段53およびこれらの判断結果に基づき燃料噴射弁60を制御する燃料供給制御手段54、さらにメモリ55，56，57等から構成されている。

ＥＣＵ50には、始動スイッチの操作動によるスタート信号、ディーゼル機関の冷却水の温度を検出する温度センサからの機関水温ｗの検出信号および機関回転数センサによる機関回転数ｎの検出信号が入力される。

共振の判定を行う場合、ディーゼル機関等の個体差の考慮が必要なため、図４に示すように機関回転数センサの機関回転信号（図４の破線）にフィルタをかけて、なました値（図４の実線）を機関回転数ｎとして用いる。

ショートスタート判断手段51は、始動スイッチの操作による始動作動時間ｔｓが所定始動時間Ｔｓ以下のショートスタート操作であったか否かを判断する手段であり、判断の基準となる所定始動時間Ｔｓはメモリ55が記憶する機関水温ｗに対する所定始動時間Ｔｓの関係から抽出される。

図５にメモリ55に記憶された機関水温ｗに対する所定始動時間Ｔｓの関係を示す。
予め実験により機関水温ｗに対するショートスタート判断における最も適切な所定始動時間Ｔｓの関係を求めて設定したものである。
なお制御を開始する最低機関水温Ｗｍがあり、この最低機関水温Ｗｍ以下の機関水温では本ショートスタート制御による燃料供給停止は行わない。

共振状態判断手段52は、機関回転数ｎが所定共振範囲内の共振状態にあるか否かを判断する手段であり、判断の基準となる所定共振範囲は、メモリ56が記憶する機関水温ｗに対する所定共振範囲の関係から抽出される。

図６にメモリ56に記憶された機関水温ｗに対する所定共振範囲の関係を示す。
予め実験により機関水温ｗに対する共振状態判断における最も適切な所定共振範囲の関係を求めて設定したものである。
実際には機関回転数ｎが、所定共振範囲の上限機関回転数Ｎｒ以下であるか否かで共振状態を判断する。
この上限機関回転数Ｎｒはアイドル回転数より低い回転数である。
なお制御を開始する前記と同じ最低機関水温Ｗｍがある。

ここで機関回転数ｎは、前記したように機関回転信号にフィルタをかけてなました値を用いている。
このようになました機関回転数ｎを用いることで、共振範囲を広げることなく精度良く判断できるようにでき、始動性も妨げることがない。

共振状態持続判断手段53は、上記共振状態判断手段52が共振状態にあるとの判断が所定持続時間持続したか否かすなわち共振の可能性が高いか否かを判断する手段であり、判断の基準となる所定持続時間Ｔｒは、メモリ57が記憶する機関水温ｗに対する所定持続時間Ｔｒの関係から抽出される。

図７にメモリ57に記憶された機関水温ｗに対する所定持続時間Ｔｒの関係を示す。
予め実験により機関水温ｗに対する共振の可能性が高いと判断される最も適切な下限の所定持続時間Ｔｒの関係を求めて設定したものである。
なお制御を開始する前記と同じ最低機関水温Ｗｍがある。

燃料供給制御手段54は、以上のショートスタート判断手段51，共振状態判断手段52，共振状態持続判断手段53の判断結果等に基づき燃料噴射弁60を制御する。
このショートスタート制御の手順を図８のフローチャートに示す。

まずステップ１で機関始動モードであるか否かを判別する。
機関始動モードとは、機関回転数ｎが一度でも所定回転数Ｎｓを越えたことがある状態をいい、始動モードであればステップ８に飛んで燃料噴射を継続する。

機関回転数ｎが一度も所定回転数Ｎｓを越えていないときは、次のステップ２に進み、が現時点であるか否かを判別し、既にスタート信号Ｓがなければステップ８に飛んで燃料噴射を継続する。

現時点でスタート信号Ｓがあると、次のステップ３に進みショートスタートか否かを前記ショートスタート判断手段51により判別する。

すなわちショートスタート判断手段51は、入力した機関水温ｗをメモリ55の記憶する機関水温ｗに対する所定始動時間Ｔｓの関係（図５参照）に照合して入力した機関水温ｗに対応する所定始動時間Ｔｓを抽出し、同所定始動時間Ｔｓと入力したスタート信号Ｓの計時した始動作動時間ｔｓと比較して、始動作動時間ｔｓ＜所定始動時間Ｔｓであるとショートスタートと判断する。

始動作動時間ｔｓが所定始動時間Ｔｓより長い場合は、ショートスタートではなく、正常に機関始動が可能であるので、ステップ３からステップ８に飛んで燃料噴射する。
始動作動時間ｔｓが所定始動時間Ｔｓより短いと、デュアルマスフライホイール10の共振のおそれのあるでショートスタートと判断してステップ４に進む。

ステップ４では機関水温ｗが制御を開始する最低機関水温Ｗｍに達しているか否かを判別し、最低機関水温Ｗｍに達していないときは、ステップ８に飛んでショートスタート制御による燃料供給停止は行わず、燃料噴射を継続する。

機関水温ｗが最低機関水温Ｗｍを越えていればステップ５に進み、前記共振状態判断手段52により機関回転数ｎが共振状態にあるかすなわち共振範囲内にあるか否かが判別される。

共振状態判断手段52は、入力した機関水温ｗをメモリ56の記憶する機関水温ｗに対する所定共振範囲の上限機関回転数Ｎｒの関係（図６参照）に照合して入力した機関水温ｗに対応する上限機関回転数Ｎｒを抽出し、同上限機関回転数Ｎｒと入力した機関回転数ｎとを比較して、機関回転数ｎが上限機関回転数Ｎｒ以下であるか否かで共振状態を判断しており、機関回転数ｎが上限機関回転数Ｎｒを越えていれば共振のおそれはないとしてステップ８に飛んで燃料噴射が継続される。

機関回転数ｎが上限機関回転数Ｎｒ以下であると共振の可能性があるとして次のステップ６に進み、前記共振状態持続判断手段53により上記共振状態判断手段52が共振状態にあるとの判断が所定持続時間持続したか否かすなわち共振の可能性が高いか否かが判断される。

共振状態持続判断手段53は、入力した機関水温ｗをメモリ57の記憶する機関水温ｗに対する所定持続時間Ｔｒの関係（図７参照）に照合して入力した機関水温ｗに対応する所定持続時間Ｔｒを抽出し、前記共振状態判断手段52が共振状態にあるとの判断が同所定持続時間Ｔｒ持続したか否かを判別する。

共振状態が所定持続時間Ｔｒ持続しないときは、デュアルマスフライホイール10の共振の可能性は略なく、ステップ８に飛んで燃料噴射が継続される。
しかし共振状態が所定持続時間Ｔｒ持続するときは、デュアルマスフライホイール10の共振の可能性は高く、ステップ７に進んで燃料供給が停止される。

以上のように本制御装置は、ショートスタート判断手段51，共振状態判断手段52，共振状態持続判断手段53によりデュアルマスフライホイール10の共振の可能性を極めて精度良く判別することができる。

したがって、共振の可能性が確かにある場合にのみ燃料供給を停止して共振による振動や騒音あるいは破損などの不具合を回避できるとともに、始動時に運転者の意に反して機関停止を起こすようなことを防止して良好な始動性を維持でき、商品性を高く維持することができる。

本発明は、デュアルマスフライホイールを備える内燃機関全般に適用可能である。

本発明の一実施の形態に係るディーゼル機関の動力伝達機構のクランクシャフトの中心軸Ｌを含む平面で切断した断面図である。 同動力伝達機構の中心軸Ｌに垂直面で切断した部分断面図である。 ショートスタート制御の制御系の概略ブロック図である。 機関回転数の変化を示す図である。 機関水温ｗに対する所定始動時間Ｔｓの関係を示す図である。 機関水温ｗに対する所定共振範囲の関係を示す図である。 機関水温ｗに対する所定持続時間Ｔｒの関係を示す図である。 ショートスタート制御の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

10…デュアルマスフライホイール、11…機関側フライホイール、12…円板体、13…環状カバー部材、14…内環ボス部材、15…固着ピン、16…インナ係止部材、17…変速機側フライホイール、18…固着ピン、19…ダンパースプリング、20…リングギア、
30…発進クラッチ、31，32…押圧パッド、33…環状押圧部材、34…クラッチディスク、35…クラッチハブ、36…支持基板、37…クラッチケース、38…作動部材、
50…ＥＣＵ50、51…ショートスタート判断手段、52…共振状態判断手段、53…共振状態持続判断手段、54…燃料供給制御手段、55，56，57…メモリ、
60…燃料噴射弁。

Claims (1)

1. デュアルマスフライホイールを備える内燃機関において、
   始動スイッチによる始動作動時間が所定始動時間以下であるか否かを判断するショートスタート判断手段と、
   機関水温に対するデュアルマスフライホイールの共振と判定可能な所定共振範囲の予め設定された関係から機関水温に応じて抽出された所定回転数範囲内に、機関回転数があるか否かを判断する共振状態判断手段と、
   前記共振状態判断手段による共振状態であるとの判断が所定持続時間持続したか否かを判断する共振状態持続判断手段と、
   前記ショートスタート判断手段によりショートスタートと判断され、かつ前記共振状態持続判断手段により共振状態であるとの判断が所定時間持続したと判断したときに内燃機関への燃料供給を停止する燃料供給制御手段と、
   を備えた内燃機関の制御装置。

Images