JP4381095B2

JP4381095B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4381095B2
Application number: JP2003366025A
Authority: JP
Inventors: 邦彦肥喜里
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2023-10-27
Also published as: JP2005127277A

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。詳しくは、圧縮天然ガスを燃料とする内燃機関（CNGエンジン）のようなオットーサイクルエンジンを搭載する車両の発進制御に係るものである。

電子ガバナにより燃料噴射量を制御するディーゼルエンジンにおいては、車両の発進時にガバナマップのアクセル開度線を用いるのでなく、高回転側へ補正したオートアイドル線を用いて燃料噴射量を制御することにより、発進時にエンジン回転が低下するのを防止するようにしたものが開示される（特許文献１）。
ディーゼルエンジンをオットーサイクルエンジンに転用するCNGエンジンにおいては、スロットル弁の開度をアクセルペダルの踏み量（アクセル開度）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）を採用するものがある。
特開２００１−８２２１３号

CNGエンジンのようなオットーサイクルエンジンの場合、発進時にエンジン回転が低下するのを防止するため、吸気流量を制御する必要があるが、ISC（アイドル・スピード・コントロール）バルブ等により、スロットル弁をバイパスする吸気流量を制御するだけでは、吸気流量を十分に確保しがたい。このため、発進時のクラッチ操作によっては、トルク不足となり、エンジン回転が大きく低下する（エンストに至る）可能性が考えられる。

この発明は、CNGエンジンのようなオットーサイクルエンジンを搭載する車両において、発進時のトルク不足によるエンストの発生を有効に防止しえる手段の提供を目的とする。

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、スロットル弁を目標スロットル開度に制御する手段、スロットル弁の上流または下流への燃料の供給量を吸気流量に応じて制御する手段、アイドル運転時のエンジン回転を目標アイドル回転に維持するべくスロットル弁をバイパスする吸気流量を制御する手段、を備える車両の内燃機関において、
発進操作中に目標アイドル回転とエンジン回転との回転差△Ｎ＝目標アイドル回転−エンジン回転が所定値以上になると目標スロットル開度を開側に補正する手段として、
回転差△Ｎが所定値以上になるとエンジン回転の低下が上昇に転じるまでの間は回転差△Ｎに応じた補正開度を目標スロットル開度に加える一方、エンジン回転が上昇に転じるとエンジン回転が低下に転じるまでの間は補正開度を徐々に０へ縮小させるべく実行周期毎に補正開度の前回量から所定の減衰量を引く処理後の補正開度を目標スロットル開度に加える手段、
を備えることを特徴とする。

第２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、スロットル弁を目標スロットル開度に制御する手段、スロットル弁の上流または下流への燃料の供給量を吸気流量に応じて制御する手段、アイドル運転時のエンジン回転を目標アイドル回転に維持するべくスロットル弁をバイパスする吸気流量を制御する手段、を備える車両の内燃機関において、
発進操作中に目標アイドル回転とエンジン回転との回転差△Ｎ＝目標アイドル回転−エンジン回転が所定値以上になると目標スロットル開度を開側に補正する手段として、
回転差△Ｎが所定値以上になると許容最大値に所定時間保持される過渡的な補正開度を目標スロットル開度に加える一方、所定時間が経過すると補正開度を徐々に０へ縮小させるべく実行周期毎に補正開度の前回量から所定の減衰量を引く処理後の補正開度を目標スロットル開度に加える手段、前記許容最大値をアクセルペダルの踏み量に応じて設定する手段、
を備えることを特徴とする。

第３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、スロットル弁を目標スロットル開度に制御する手段、スロットル弁の上流または下流への燃料の供給量を吸気流量に応じて制御する手段、アイドル運転時のエンジン回転を目標アイドル回転に維持するべくスロットル弁をバイパスする吸気流量を制御する手段、を備える車両の内燃機関において、発進操作中に目標アイドル回転とエンジン回転との回転差△Ｎ＝目標アイドル回転−エンジン回転が所定値以上になると目標スロットル開度を開側に補正する手段として、回転差△Ｎが所定値以上になると許容最大値に所定時間保持される過渡的な補正開度を設定する一方、所定時間が経過すると補正開度を徐々に０へ縮小させるべく実行周期毎に補正開度の前回量から所定の減衰量を引く処理後の補正開度を設定する手段、前記許容最大値をアクセルペダルの踏み量に応じて設定する手段、回転差△Ｎが所定値以上になるとエンジン回転の低下が上昇に転じるまでの間は回転差△Ｎに応じた補正開度を設定する一方、エンジン回転が上昇に転じるとエンジン回転が低下に転じるまでの間は補正開度を徐々に０へ縮小させるべく実行周期毎に補正開度の前回量から所定の減衰量を引く処理後の補正開度を設定する手段、両者の設定値を比較して大きい方の補正開度を発進時スロットル最終開度出力として目標スロットル開度に加える手段、
を備えることを特徴とする。

第１の発明においては、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るが、目標アイドル回転とエンジン回転との回転差△Ｎが所定値以上になると、目標スロットル開度が開側に補正される。アクセルペダルの踏み量（アクセル開度）が一定であっても、目標スロットル開度に加わる補正開度の分、スロットル弁の開度が大きく制御され、吸気流量を増加させるので、発進時のトルク不足によるエンジン回転の低下を防止できるようになる。

この場合、回転差△Ｎ＝目標アイドル回転−エンジン回転に応じた補正開度が目標スロットル開度に加えられるので、発進時のトルク不足によるエンジン回転の低下を効率よく防止できるようになる。

また、回転差△Ｎに応じた補正開度により、エンジン回転の低下が抑えられ、エンジン回転が上昇に転じると、回転差△Ｎに応じた補正開度でなく、補正開度の前回量から所定の減衰量を引く処理後の補正開度により、目標スロットル開度の補正開度が徐々に０へ縮小するように制御されるので、スロットル弁の過敏な閉動作が避けられ、エンジン回転も安定よく徐々に上昇するようになる。

第２の発明においては、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るが、目標アイドル回転とエンジン回転との回転差△Ｎが所定値以上になると、目標スロットル開度が開側に補正される。アクセルペダルの踏み量（アクセル開度）が一定であっても、目標スロットル開度に加わる補正開度の分、スロットル弁の開度が大きく制御され、吸気流量を増加させるので、発進時のトルク不足によるエンジン回転の低下を防止できるようになる。

この場合、過渡的な補正開度により、吸気流量が応答よく十分に確保され、発進時のトルク不足によるエンジン回転の低下を効果的に抑えられる。所定時間が経過すると、過渡的な補正開度は、許容最大値から徐々に０へ縮小されるので、エンジン回転も安定よく徐々に上昇するようになる。

第３の発明においては、回転差△Ｎが所定値以下になると、スロットル弁の開度は、その時点から所定時間が経過するまでは、過渡的な補正開度により、許容最大値に保持される。このため、吸気流量が応答よく十分に確保され、発進時のトルク不足によるエンジン回転の低下を効果的に抑えられる。所定時間が経過すると、過渡的な補正開度は、徐々に０へ縮小され、エンジン回転の低下に伴って過渡的な補正開度よりも回転差△Ｎに応じた補正開度の方が大きくなると、以後は、回転差△Ｎに応じた補正開度およびこれが徐々に０へ縮小する補正開度により、エンジン回転数の低下および上昇が抑えられ、エンジン回転が安定的に制御される。

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、エンジン10の吸気通路11にスロットル弁12が介装され、その弁軸に駆動手段13（直流式または交流式のモータ）が連結される。14はスロットル弁12をバイパスする吸気通路15に介装されるISCバルブ（電磁弁）であり、アイドル運転時のエンジン回転を目標アイドル回転に維持するべく、スロットル弁12をバイパスする吸気流量を調整するように制御される。

スロットル弁12およびISCバルブ14の上流に燃料供給装置のノズル16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、吸気流量に相応する燃料量をノズル16へ供給する。混合気は、エンジン10の各気筒に吸入され、点火プラグ17により、圧縮行程の所定時期に点火される。

スロットル弁12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、ISCバルブ14のほか、燃料供給装置および点火プラグ17を制御する手段（図示せず）も備える。スロットル弁12の制御については、発進時のトルク不足によりエンジン回転が大きく低下（エンストを発生）するのを防止するため、所定の起動条件（クラッチが半クラッチ状態の発進操作中）が成立すると、所定の解除条件が成立するまでの間は、目標スロットル開度を開側に補正する手段が設定される。

具体的には、クランク角（エンジン回転の検出を兼ねる）センサ21，クラッチ（エンジンと変速機との間に介在する）のストロークセンサ22，クラッチスイッチ23（クラッチの接続位置（クラッチペダルを踏んでいない状態）でON、それ以外のクラッチ位置でOFFする），変速機のニュートラルスイッチ24，車速センサ25，アクセル開度（アクセルペダルの踏み量）センサ26，ブレーキスイッチ27（ブレーキの作動時にONする）、発進時スロットル開度制御判定手段30、発進時スロットル開度補正手段31およびその減衰制御手段32、発進時スロットル開度過渡補正手段33およびその減衰制御手段34、発進時スロットル開度最終制御手段35、が備えられるのである。

発進時スロットル開度制御判定手段30は、(a)回転差△Ｎ（目標アイドル回転−エンジン回転）≧所定値（判定△Ｎ）、(b)クラッチストローク≦判定上限ストローク（クラッチが半クラッチ状態）、(c)クラッチスイッチ＝OFF（クラッチペダルを踏んだ状態）、(d)ニュートラルスイッチ＝OFF（変速機がギヤセット状態）、（e）判定下限値（1km/h程度）≦車速≦判定上限値（10km/h程度）、(f)判定下限回転≦エンジン回転≦判定上限回転（発進時スロットル開度制御が有効な回転領域）、（g）アクセル開度≦判定上限値（目標スロットル開度が大きく、補正開度の余裕が取れないアクセル開度）、(h)ブレーキスイッチ＝OFF（ブレーキ解除）、の条件が成立かどうかを判定する。(a)〜(h)が全て成立するときは、発進時スロットル開度補正手段31および発進時スロットル開度過渡補正手段33へ制御の起動を指令する一方、(b)〜（h）のうち、少なくとも何れか１つが不成立になると、発進時スロットル開度補正手段31および発進時スロットル開度過渡補正手段33へ制御の解除を指令する。

発進時スロットル開度補正手段31は、制御の起動を指令されると、エンジン回転が上昇に転じるまでの間は、図４のようなマップに基づいて、回転差△Ｎに応じた補正開度を実行周期毎に設定する一方、エンジン回転が上昇に転じると、エンジン回転が低下に転じるまでの間は、減衰制御手段32を起動することにより、補正開度を徐々に０へ縮小するべく、実行周期（DTLOWGOV）毎に補正開度の前回値から所定の減衰量（DTVOLOWGOV）を引く処理後の補正開度を設定する（図６の(A)、参照）。

発進時スロットル開度過渡補正手段33は、制御の起動を指令されると、過渡的な補正開度（TVOLOWGOVO）を設定する一方、所定の保持時間(DTLOWGOVO）が経過すると、減衰制御手段34を起動することにより、補正開度を徐々に０へ縮小するべく、実行周期（DTLOWGOV）毎に補正開度の前回値から所定の減衰量（DTV0LOWGOVO）を引く処理後の補正開度を設定する（図６の(B)、参照）。過渡的な補正開度（TVOLOWGOVO）は、所定時間(DTLOWGOVO）を一定に保持される許容最大値（実験データに基づいて設定）であり、アクセル開度をパラメータに図５のような係数Ｋのマップに基づいて、アクセル開度が大きくなる程、小さく設定されるのである。

発進時スロットル開度補正手段31，発進時スロットル開度過渡補正手段33は、制御の解除が指令されると、(b)，(d)，(f)，(h)、の少なくとも１つが不成立のときは、補正開度をその時点で０に設定する一方、(c)，(e)，(g)、の少なくとも１つが不成立のときは、ショックを緩和するため、減衰制御手段32，34により、補正開度を徐々に０へ縮小するべく、実行周期（DTLOWGOV）毎に補正開度の前回値から所定の減衰量（DTVOLOWGOV）を引く処理後の補正開度を設定する。

発進時スロットル最終開度制御手段35は、発進時スロットル開度補正手段31および減衰制御手段32の設定値と、発進時スロットル開度過渡補正手段33および減衰制御手段34の設定値と、を実行周期毎に比較して、大きい方の補正開度を目標スロットル開度（基本開度）に加えるのである（図６の(C)、参照）。

コントロールユニット20は、図示しないが、アイドル運転時（停車時）のエンジン回転を目標アイドル回転に維持するようにISCバルブ14の開度を制御する手段、アクセル開度およびエンジン回転に応じた目標スロットル（基本開度）を設定する手段、スロットル弁12の開度（スロットル開度）を目標スロットル開度と一致させるように駆動手段を制御する手段、を備える。

図２は、コントロールユニット20の制御内容（発進時スロットル開度制御）を説明するフローチャートであり、所定の実行周期で繰り返される。S１においては、発進時スロットル開度制御の起動条件が成立かどうか、(a)〜(h)が全て成立かどうか、を判定する。S1の判定がyesのときは、２つの補正開度の設定（S2〜S6，S7〜S9）を平行処理する。

S2〜S6においては、起動条件の成立時に過渡的な補正開度（TVOLOWGOVO）およびその保持時間(DTLOWGOVO）を設定する一方、保持時間(DTLOWGOVO）の経過後は実行周期（DTLOWGOV）毎に補正開度の前回値から所定の減衰量（DTVOLOWGOVO）を引く処理後の補正開度を設定する。過渡的な補正開度（TVOLOWGOVO）は、起動条件成立時のアクセル開度に応じた係数Ｋとの乗算値（TVOLOWGOVO＝TVOLOWGOVO×Ｋ）に設定する。

S7〜S9においては、起動条件の成立時からエンジン回転が上昇に転じるまでの間は、回転差△Ｎ＝目標アイドル回転−エンジン回転に応じた補正開度を実行周期毎に設定する一方、エンジン回転が上昇に転じるとエンジン回転が低下に転じるまでの間は、実行周期（DTLOWGOV）毎に補正開度の前回値から所定の減衰量（DTVOLOWGOV）を引く処理後の補正開度を設定する。

S10においては、S2〜S6の設定値とS7〜S9の設定値との比較により大きい方を補正開度に選定する。S11においては、選定の補正開度を目標スロットル開度（基本開度）に加えると共にスロットル開度をその目標スロットル開度と一致させるべく駆動手段13への出力を制御するのである。

S1の判定がnoのときは、RETURNへ飛ぶ。S2〜S11の処理がパスされ、補正開度が加わらないため、目標スロットル開度は、アクセル開度およびエンジン回転に応じた基本開度に設定される。停車時（アイドル運転時）のエンジン回転は、ISCバルブ14の制御により、目標アイドル回転に維持される。

図３は、発進時スロットル開度制御の解除を説明するフローチャートであり、所定の実行周期で繰り返される。S21においては、発進時スロットル開度制御の解除条件が成立かどうか、(b)〜(h)の少なくとも１つが不成立かどうか、を判定する。

S21の判定がyesのときは、(b)，(d)，(f)，(h)、の少なくとも１つが不成立の場合、S22において、補正開度をその時点で０に設定する一方、(c)，(e)，(g)、の少なくとも１つが不成立のときは、S23において、補正開度を徐々に０へ縮小するべく、実行周期（DTLOWGOV）毎に補正開度の前回値から所定の減衰量（DTVOLOWGOV）を引く処理後の補正開度を設定する。

S21の判定がnoのときは、RETURNへ飛ぶ。S22またはS23の処理がパスされ、図２の発進時スロットル開度制御が継続するのである。図２のS6，S9の処理および図３のS23の処理においては、補正開度＝前回値−減衰量が負（−）の場合、負の補正開度＝０に修正される。

図７は、車両の発進時における、クラッチストローク，クラッチスイッチ，ニュートラルスイッチ，車速，アクセル開度，ブレーキスイッチ，エンジン回転、の推移を例示するタイムチャートである。車両の発進操作が開始され、(a)〜(h)の条件が全て成立すると、発進時スロットル開度制御が起動され、目標スロットル開度（基本開度）を開側に補正するため、その分、スロットル開度が大きく制御され、発進時のトルク不足によるエンジン回転の低下を小さく抑えられるようになる。

図６の(A)のような特性に基づく発進時スロットル開度制御においては、回転差△Ｎに応じた補正開度により、エンジン回転の低下が抑えられ、エンジン回転が上昇に転じると、回転差△Ｎに応じた補正開度でなく、補正開度の前回量から所定の減衰量を引く処理後の補正開度により、目標スロットル開度の補正開度が徐々に０へ縮小するように制御されるので、スロットル弁の過敏な閉動作が避けられ、エンジン回転も安定よく徐々に上昇するようになる。エンジン回転の低下は、回転差△Ｎに応じた補正開度により、無駄なく効率的に抑えられる。

図６の(B)のような特性に基づく発進時スロットル開度制御においては、過渡的な補正開度により、吸気流量が応答よく十分に確保され、発進時のトルク不足によるエンジン回転の低下を効果的に抑えられる。所定時間が経過すると、過渡的な補正開度は、許容最大値から徐々に０へ縮小されるので、エンジン回転も安定よく徐々に上昇するようになる。

この実施形態においては、図６の(C)のような特性に基づく発進スロットル開度制御が行われるので、(a)〜(h)の条件が全て成立すると、過渡的な補正開度により、エンジン回転の低下を応答よく効果的に抑えられる。過渡的な補正開度は、保持時間が経過すると、徐々に０へ縮小されるので、エンジン回転の過剰な上昇（吹き上がり）の防止も得られる。保持時間の経過後は、回転差△Ｎに応じた補正開度およびその減衰処理後の補正開度により、エンジン回転を目標アイドル回転へ効率よく安定的に制御することが可能となる。図８に発進時スロットル最終開度（エンジンコントロールユニット20のスロットル制御信号）とエンジン回転との関係を例示する。図８において、「補正あり」は、図６の(C)のような特性に基づく発進時スロットル開度制御の場合、「補正なし」は、発進時スロットル開度制御を行わない場合、を表すものである。

図６の(C)のような特性に基づく発進スロットル開度制御は、所定の解除条件が成立するまで継続される。解除条件が成立すると、補正開度は、(b)，(d)，(f)，(h)、の少なくとも１つが不成立の場合、その時点で０に設定される一方、(c)，(e)，(g)、の少なくとも１つが不成立のときは、減衰処理により徐々に０へ縮小されるのである。図７においては、クラッチスイッチのON（クラッチの接続）により、(c)が不成立となり、解除条件が成立するため、補正開度はその時点で０に設定されるのでなく、減衰処理により徐々に０へ縮小されることになる。

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する特性図である。同じく制御内容を説明する特性図である。同じく制御内容を例示する説明図である。同じく発進時の各種信号を例示するタイムチャートである。エンジン回転とスロットル制御信号との関係を例示するタイムチャートである。

符号の説明

11 吸気通路
12 スロットル弁
13 スロットル弁の駆動手段
14 ISCバルブ
15 バイパス通路
16 燃料供給装置のノズル
17 点火プラグ
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、スロットル弁を目標スロットル開度に制御する手段、スロットル弁の上流または下流への燃料の供給量を吸気流量に応じて制御する手段、アイドル運転時のエンジン回転を目標アイドル回転に維持するべくスロットル弁をバイパスする吸気流量を制御する手段、を備える車両の内燃機関において、
発進操作中に目標アイドル回転とエンジン回転との回転差△Ｎ＝目標アイドル回転−エンジン回転が所定値以上になると目標スロットル開度を開側に補正する手段として、
回転差△Ｎが所定値以上になるとエンジン回転の低下が上昇に転じるまでの間は回転差△Ｎに応じた補正開度を目標スロットル開度に加える一方、エンジン回転が上昇に転じるとエンジン回転が低下に転じるまでの間は補正開度を徐々に０へ縮小させるべく実行周期毎に補正開度の前回量から所定の減衰量を引く処理後の補正開度を目標スロットル開度に加える手段、
を備えることを特徴とす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、スロットル弁を目標スロットル開度に制御する手段、スロットル弁の上流または下流への燃料の供給量を吸気流量に応じて制御する手段、アイドル運転時のエンジン回転を目標アイドル回転に維持するべくスロットル弁をバイパスする吸気流量を制御する手段、を備える車両の内燃機関において、
発進操作中に目標アイドル回転とエンジン回転との回転差△Ｎ＝目標アイドル回転−エンジン回転が所定値以上になると目標スロットル開度を開側に補正する手段として、
回転差△Ｎが所定値以上になると許容最大値に所定時間保持される過渡的な補正開度を目標スロットル開度に加える一方、所定時間が経過すると補正開度を徐々に０へ縮小させるべく実行周期毎に補正開度の前回量から所定の減衰量を引く処理後の補正開度を目標スロットル開度に加える手段、前記許容最大値をアクセルペダルの踏み量に応じて設定する手段、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
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、スロットル弁を目標スロットル開度に制御する手段、スロットル弁の上流または下流への燃料の供給量を吸気流量に応じて制御する手段、アイドル運転時のエンジン回転を目標アイドル回転に維持するべくスロットル弁をバイパスする吸気流量を制御する手段、を備える車両の内燃機関において、
発進操作中に目標アイドル回転とエンジン回転との回転差△Ｎ＝目標アイドル回転−エンジン回転が所定値以上になると目標スロットル開度を開側に補正する手段として、
回転差△Ｎが所定値以上になると許容最大値に所定時間保持される過渡的な補正開度を設定する一方、所定時間が経過すると補正開度を徐々に０へ縮小させるべく実行周期毎に補正開度の前回量から所定の減衰量を引く処理後の補正開度を設定する手段、前記許容最大値をアクセルペダルの踏み量に応じて設定する手段、
回転差△Ｎが所定値以上になるとエンジン回転の低下が上昇に転じるまでの間は回転差△Ｎに応じた補正開度を設定する一方、エンジン回転が上昇に転じるとエンジン回転が低下に転じるまでの間は補正開度を徐々に０へ縮小させるべく実行周期毎に補正開度の前回量から所定の減衰量を引く処理後の補正開度を設定する手段、
両者の設定値を比較して大きい方の補正開度を発進時スロットル最終開度出力として目標スロットル開度に加える手段、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。