JP6303338B2 - 内燃機関の制御装置、内燃機関、及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置、内燃機関、及び内燃機関の制御方法に関し、より詳細には、燃費を向上することができる内燃機関の制御装置、内燃機関、及び内燃機関の制御方法に関する。

エンジンの出力を制御する制御装置に記憶させた複数のエンジントルク曲線（制御用性能線）を、積載量の変化に基づいて自動的に切り換える装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置はエンジンの最大出力を自動的に抑えることで、燃費を向上させている。

しかし、軽積載での平坦路走行から重積載での登坂路走行まで、幅広いエンジンの負荷条件が使用されるトラックなどの車両においては、道路勾配や強い向かい風などの天候による車両走行抵抗の影響により過剰に出力を制限する場合があり、加速力や登坂力が低下するという問題がある。また、その逆に過剰な出力による燃費の悪化という問題もある。

特開２００６−２２６１７８号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、運転手の感じる内燃機関の出力不足感を緩和しながら、車両状況や道路状況に基づいて燃料消費量を低減することができる内燃機関の制御装置、内燃機関、及び内燃機関の制御方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の回転数に対して発生するトルクを示す制御用性能線として、前記内燃機関の性能に基づいた第一の制御用性能線に加えて、この第一の制御用性能線よりも消費される燃料を低減するようにそれぞれの出力可能な最大の馬力がその第一の制御用性能線における出力可能な最大の馬力から段階的に低くなる複数の低燃費制御用性能線を設け、前記第一の制御用性能線と複数の前記低燃費制御用性能線の内から、各前記出力可能な最大の馬力が、前記内燃機関を搭載した車両の走行負荷抵抗に対してその車両を走行させるために必要な馬力である走行負荷抵抗馬力とこの走行負荷抵抗馬力で走行しているその車両を加減速させるために前記走行負荷抵抗馬力に上乗せする馬力である余裕馬力とを足した参照馬力と等しいか、又はこの参照馬力よりも大きく且つこの参照馬力に最も近い制御用性能線を選択する選択手段と、前記選択手段が選択した前記制御用性能線に沿って、前記内燃機関の出力を制御する出力制御手段とを備えて構成される。

なお、ここでいう制御用性能線とは、性能曲線やトルクカーブとも言われる内燃機関の出力の状態を示すものであり、この制御用性能線に沿った出力となるように燃料噴射量や吸気量などが決定される。

また、ここでいう走行負荷抵抗馬力とは、ロードロード馬力ともいい、道路勾配や天候条件などの道路状況、及び車両の走行抵抗や車両の積載量などの車両状況の両方に基づく総合的な抵抗である走行負荷抵抗に対して車両を走行させるために必要な馬力のことをいう。

加えて、余裕馬力とは、車両を加減速するために必要な馬力のことをいい、詳しくは、車両の重量に基づいて算出される馬力である。

この構成によれば、通常制御用性能線に加えて、通常制御用性能線よりも消費される燃料を低減するように設定された低燃費制御用性能線を設け、その通常制御用性能線と低燃費制御用性能線の中から、車両状況や道路状況により変化する走行負荷抵抗馬力と車両の重量により変化する余裕馬力に基づいて選択された制御用性能線に沿って内燃機関の出力を自動的に制御するので、低燃費制御用性能線による低燃費効果の機会を増やして、燃料消費量を低減することができる。

また、走行負荷抵抗馬力と余裕馬力に基づいて選択された制御用性能線に沿って内燃機関の出力を制御することで、幅広い内燃機関の運転条件に対して最適な出力を得ることができる。これにより、内燃機関の出力不足を緩和しながら、燃料消費量を低減することができる。

また、上記の内燃機関の制御装置において、それぞれの出力可能な最大の馬力が段階的に低くなる複数の前記低燃費制御用性能線を設け、前記通常制御用性能線と複数の前記低燃費制御用性能線の内から、各前記出力可能な最大の馬力が、前記走行負荷抵抗馬力と前記余裕馬力とを足した参照馬力と等しいか、又は該参照馬力よりも大きく且つ該参照馬力に最も近い制御用性能線を選択する選択手段を備えて構成されると、車両を加速するための余裕馬力分を考慮しつつ、最も出力可能な最大の馬力が低い、つまり消費される燃料の低い制御用性能線を選択することができる。これにより、内燃機関の出力不足を回避しながら、燃費を向上することができる。

加えて、上記の内燃機関の制御装置において、前記余裕馬力を、前記車両の現在の現車両総重量と最大車両総重量との重量比と、前記内燃機関の性能に基づいた最大馬力から定められる馬力基準値とに基づいて算出する余裕馬力算出手段を備えて構成されると、車両を加速するために必要な余裕馬力を単純なロジックで算出することができる。

なお、余裕馬力は現車両総重量と最大車両総重量の重量比に基づいて算出されるため、現車両総重量が重くなる程大きくなる値となる。

また、ここでいう馬力基準値とは、車両の積載量、車両の大きさ、及び内燃機関の出力性能などにより予め定められた値であって、例えば、車両の積載量や大きさに基づいて定められた定数と内燃機関の最大馬力とを乗算して算出される値である。この定数は、車両の最大車両総重量が重いほど大きく、内燃機関の最大馬力が大きいほど小さくすることが望ましい。

さらに、上記の内燃機関の制御装置において、前記通常制御用性能線が、前記内燃機関の性能に基づいた最大馬力を出力可能に形成されると共に、前記低燃費制御用性能線が、出力可能な最大の馬力が前記最大馬力よりも低い制限馬力に制限され、該制限馬力から前記内燃機関の回転数が上がるにつれて、前記制限馬力の等馬力線に沿って形成されるように構成されると、低燃費制御用性能線に沿って内燃機関の出力を制御した場合の出力可能な最大の馬力を制限することで、速度超過の抑制による消費馬力を低減することができ、燃料消費量を低減することができる。

なお、この低燃費制御用性能線で内燃機関の出力で制御する場合でも、制限馬力を規定する制限馬力点までは、通常制御用性能線に沿うことが好ましい。そこで、例えば、低燃費制御用性能線として、ゼロから最高回転数までの内燃機関の回転数に対して発生するトルクを示すように形成したものは、回転数が上がるに連れて制限馬力点までは通常制御用性能線に沿うように形成され、制限馬力点からは制限馬力の等馬力線に沿うように形成される。一方、一つの通常制御用性能線から複数の低燃費制御用性能線を分岐するように形
成したものは、制限馬力を規定する制限馬力点から通常制御用性能線から分岐して等馬力線に沿って形成される。

その上、上記の内燃機関の制御装置において、ガバニング開始回転数を規定するガバニング開始点を設けると共に、前記低燃費制御用性能線に、前記ガバニング開始回転数よりも回転数の低い低燃費ガバニング開始回転数を規定する低燃費ガバニング開始点を設けて構成されることが望ましい。

なお、ガバニング開始回転数とは、内燃機関の回転数が高回転領域となった場合に、内燃機関の出力トルクが高トルクにならないように、内燃機関の出力の制御を開始する回転数である。車両の走行中にこのガバニング開始回転数が変速機のギヤ段をシフトする目安となる。

この構成によれば、低燃費制御用性能線における低燃費ガバニング開始回転数を通常制御用性能線のガバニング開始回転数よりも低く設定することで、燃料消費率の低い領域に内燃機関の回転数を早期にシフトさせることができる。これにより、内燃機関を燃料消費率の低い領域で運転する機会が多くなり、燃料消費量を低減することができる。

例えば、内燃機関の動力伝達が手動変速機を経由する場合には、それぞれの消費される燃料が段階的に低くなる複数の低燃費制御用性能線の各低燃費ガバニング開始回転数が段階的に低くなるように設定することが望ましい。これにより、運転手の変速作業を早期に促して、内燃機関の回転数を燃料消費率の低い領域に維持することができる。

また、内燃機関の動力伝達が自動変速機を経由する場合には、それぞれの消費される燃料が段階的に低くなる複数の低燃費制御用性能線の各低燃費ガバニング開始回転数を同じ回転数にすることが望ましい。これにより、自動変速機が自動で、内燃機関の回転数を燃料消費率の低い領域に維持することができる。

その上さらに、上記の内燃機関の制御装置において、前記通常制御用性能線に、無負荷での最高回転数を規定する無負荷最高回転数点を設けると共に、前記低燃費制御用性能線に、前記低燃費ガバニング開始点よりも低トルクで、高回転の、且つ前記無負荷最高回転数点よりも高トルクで、低回転の経由点を設け、前記低燃費制御用性能線が、前記低燃費ガバニング開始点から前記無負荷最高回転数点までが、前記経由点で折れ曲がる、又は前記経由点を湾曲しながら通過するように形成されるように構成されると、空吹かし時の内燃機関の最高回転数を低燃費制御用性能線に沿って出力が制御されている場合でも通常制御用性能線の無負荷最高回転数と同じにすることで、走行中のシフト時やエアタンク充填時の高アイドル時などでの違和感を抑制することができる。

なお、経由点は、低燃費ガバニング開始点と無負荷最高回転数点を結ぶ直線よりも原点側に配置されることが望ましい。

また、上記の内燃機関の制御装置において、前記通常制御用性能線に、無負荷での最高回転数を規定する無負荷最高回転数点を設けると共に、前記低燃費制御用性能線に、前記低燃費ガバニング開始点よりも低トルクで、高回転の、且つ前記無負荷最高回転数点よりも高トルクで、低回転の経由点を設け、前記低燃費制御用性能線が、前記低燃費ガバニング開始点から前記経由点までの形状が、前記通常制御用性能線の前記ガバニング開始点から前記無負荷最高回転数点までの形状と略等しい形状に形成されるように構成されると、低燃費ガバニング開始回転数からの吹き上がり感を、通常制御用性能線に沿って制御された場合の吹き上がり感と同様にすることができるので、低燃費制御用性能線に沿って出力が制御されている場合でも、通常制御用性能線に沿って制御されている場合と同様の感覚
でシフト操作などを行うことができる。

そして、上記の課題を解決するための本発明の内燃機関は、上記に記載の内燃機関の制御装置を備えて構成される。この構成によれば、運転手の感じる内燃機関の出力不足感を緩和しながら、燃料消費量を低減することができる。

そして、上記の課題を解決するための本発明の内燃機関の制御方法は、内燃機関の回転数に対して発生するトルクを示す制御用性能線として、前記内燃機関の性能に基づいた第一の制御用性能線に加えて、この第一の制御用性能線よりも消費される燃料を低減するようにそれぞれの出力可能な最大の馬力がその第一の制御用性能線における出力可能な最大の馬力から段階的に低くなる複数の低燃費制御用性能線を設けた内燃機関の制御方法であって、前記内燃機関を搭載した車両の走行負荷抵抗に対してその車両を走行させるために必要な馬力である走行負荷抵抗馬力とこの走行負荷抵抗馬力で走行しているその車両を加減速させるために前記走行負荷抵抗馬力に上乗せする馬力である余裕馬力とを足して参照馬力を算出し、前記第一の制御用性能線と複数の前記低燃費制御用性能線の内から、各前記出力可能な最大の馬力が、算出した前記参照馬力と等しいか、又はこの参照馬力よりも大きく且つこの参照馬力に最も近い制御用性能線を選択し、選択したその制御用性能線に沿って、前記内燃機関の出力を制御することを特徴とする方法である。

また、上記の内燃機関の制御方法において、前記通常制御用性能線とそれぞれの出力可能な最大の馬力が段階的に低くなる複数の前記低燃費制御用性能線の内から、出力可能な最大の馬力が、前記走行負荷抵抗馬力と前記余裕馬力とを足した参照馬力と等しいか、又は該参照馬力よりも大きく且つ該参照馬力に最も近い制御用性能線を選択することを特徴とすることが望ましい。

加えて、上記の内燃機関の制御方法において、前記余裕馬力を、前記車両の最大積載量と現在の前記車両の積載量の重量比と、予め定めた馬力基準値とに基づいて算出することを特徴とすることが望ましい。

本発明の内燃機関の制御装置、内燃機関、及び内燃機関の制御方法によれば、通常制御用性能線に加えて、通常制御用性能線よりも消費される燃料を低減するように設定された低燃費制御用性能線を設け、その通常制御用性能線と低燃費制御用性能線の中から、車両状況や道路状況により変化する走行負荷抵抗馬力と車両の重量により変化する余裕馬力に基づいて選択された制御用性能線に沿って内燃機関の出力を制御するので、低燃費制御用性能線による低燃費効果の機会を増やして、燃料消費量を低減することができる。

また、走行負荷抵抗馬力と余裕馬力に基づいて選択された制御用性能線に沿って内燃機関の出力を制御することで、幅広い内燃機関の運転条件に対して最適な出力を得ることができる。これにより、内燃機関の出力不足を緩和しながら、燃料消費量を低減することができる。

本発明に係る第一の実施の形態の内燃機関と内燃機関の制御装置の構成を示す図である。 図１の内燃機関の制御マップの一例を示す図である。 図２の低燃費制御用性能線を示す図である。 図１の内燃機関の制御マップの一部を示す図である。 本発明に係る第一の実施の形態の内燃機関の制御方法を示すフローチャートである。 本発明に係る第二の実施の形態の内燃機関と内燃機関の制御装置の構成を示す図である。 図６の内燃機関の制御マップの一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御装置、内燃機関、及び内燃機関の制御方法について説明する。

なお、図１及び図６では、この実施の形態のエンジン（内燃機関）１及び５０とそのエンジン１及び５０を制御するＥＣＵ（内燃機関の制御装置）２及び５１は、車両に搭載されているものとして説明するが、必ずしも、車両に搭載されるものに限定されない。また、エンジン１及び５０は、直列四気筒のディーゼルエンジンとして説明するが、本発明は、ガソリンエンジンでも適用することができ、その気筒の数や配列は特に限定されない。

また、以下の実施の形態では、エンジン１及び５０の出力可能な最大の馬力と、エンジン１及び５０の性能に基づいた最大の馬力を区別し、そのエンジン１及び５０の性能に基づいた最大の馬力を最大馬力Ｐ１とする。加えて、実際の制御に使用されるトルクカーブ（制御用性能線）は、符号ＴＣを付けて区別する。

図１に示すように、第一の実施の形態のエンジン１とＥＣＵ２を搭載した車両においては、エンジン１の動力は、クラッチ３を経由して手動変速機（マニュアルトランスミッション）４に伝達され、さらに、手動変速機４より推進軸（プロペラシャフト）５を介して作動装置（デファレンシャルギヤ）６に伝達され、作動装置６より駆動軸（ドライブシャフト）７を介して車輪８に伝達される。これにより、エンジン１の動力が車輪８に伝達され、車両が走行する。

このＥＣＵ２は、電気回路によってエンジン１の制御を担当している電気的な制御を総合的に行うマイクロコントローラであり、主にエンジン１の燃料噴射量や吸気量を制御して、エンジン１の出力を制御している。

そして、このＥＣＵ２は、エンジン１の燃料噴射量や吸気量を制御するための予め記憶させた制御マップ（制御用性能線図）９を備えると共に、その制御マップ９に、エンジン１の回転数に対して発生するトルクを示すトルクカーブ（制御用性能線）として、エンジン１の性能に基づいた通常トルクカーブ（通常制御用性能線）１０に加えて、通常トルクカーブ１０よりも消費される燃料を低減するように設定された低燃費トルクカーブ（低燃費制御用性能線）２０、３０、及び４０を設けて構成される。

また、その制御マップ９に設けられる通常トルクカーブ１０に、ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ１を規定するガバニング開始点１２を設けると共に、低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０に、ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ１よりも回転数の低い低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ２、Ｎ_ＧＳ３、及びＮ_ＧＳ４をそれぞれ規定する低燃費ガバニング開始点２２、３２、及び４２を設けて構成される。

加えて、このＥＣＵ２は、エンジン１の出力を制御するためのプログラムとして記憶されている、ロードロード馬力（走行負荷抵抗馬力）算出手段Ｍ１、余裕馬力算出手段Ｍ２、参照馬力算出手段Ｍ３、トルクカーブ選択手段（制御用性能線選択手段）Ｍ４、出力制御手段Ｍ５、及び選択解除手段Ｍ６を備えて構成される。

まず、制御マップ９について図２及び図３を用いて説明する。図２に示すように、制御マップ９は、エンジン回転数（以下、回転数とする）とエンジン出力トルク（以下、トルクとする）に基づいた、四つのトルクカーブ１０、２０、３０、及び４０が記憶されている。

通常トルクカーブ１０は、エンジン１の最大馬力Ｐ１を規定する最大馬力点１１と、トルクの制限が開始されるガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ１を規定するガバニング開始点１２
と、無負荷最高回転数（Ｎ．Ｌ．Ｍ．）Ｎ_ＮＬＭを規定するＮＬＭ点（無負荷最高回転数点）１３を設ける。

エンジン１の始動から最大馬力点１１までの馬力上昇区間１４では、回転数が上がるに連れて、出力馬力が最大馬力Ｐ１まで増加していく。なお、この最大馬力Ｐ１は、エンジン１が出力可能な最大の馬力であり、エンジン１の種類や気筒数などのエンジン１の性能に基づいて定められる。

最大馬力点１１からガバニング開始点１２までの馬力減少区間１５は、回転数が上がるに連れて、出力馬力は最大馬力Ｐ１から緩やかに減少していく。そして、ガバニング開始点１２からのガバニング区間１６は、燃料噴射量や吸気量を制限することに伴って、トルクが制限され、出力可能な最大の馬力は一気に減少していく。

ガバニング開始点１２で規定されるガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ１は、エンジン１の回転数が高回転領域の場合にトルクが高トルクとならないように、燃料噴射量や吸気量を制限することでトルクの制限が開始される回転数である。このガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ１は、図示しない回転速度計（タコメータ）に表示され、運転手に手動変速機４のギヤ段の変更を促すシフトポイントとなっている。また、このガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ１からは、エンジン１のトルクが抑制されるため、エンジン１の吹け上がり感を運転手が感じ易くなっており、ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ１からの吹け上がり感によっても運転手にギヤ段の変更を促すことができる。

ＮＬＭ点１３で規定される無負荷最高回転数Ｎ_ＮＬＭは、空吹かし時のエンジン１の最高回転数であり、走行中の手動変速機４によるギヤ段のシフト時や図示しないエアタンク充填時のハイアイドル（高回転アイドル）時に到達する回転数である。

低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０は、順に消費される燃料が段階的に低くなるように設定されている。詳しくは、低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０は、順にそれぞれの出力可能な最大の馬力が段階的に低くなるように設定され、低燃費トルクカーブ２０は最大馬力Ｐ１よりも小さい制限馬力Ｐ２に、低燃費トルクカーブ３０は制限馬力Ｐ２よりも小さい制限馬力Ｐ３に、低燃費トルクカーブ４０は制限馬力Ｐ３よりも小さい制限馬力Ｐ４にそれぞれ設定される。

また、それぞれの低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０は、それぞれに設けられた低燃費ガバニング開始点２２、３２、及び４２が、順に回転数が低くなるように設定されている。詳しくは、図２に示すように、低燃費ガバニング開始点２２の規定する低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ２は、通常トルクカーブ１０のガバニング開始点１２の規定するガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ１よりも回転数が低く、低燃費ガバニング開始点３２の規定する低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ３は、低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ２よりも回転数が低く、低燃費ガバニング開始点４２の規定する低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ４は、低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ３よりも回転数が低く設定される。

ここで、低燃費トルクカーブ２０を例にして説明する。図３に示すように、低燃費トルクカーブ２０は、制限馬力点２１と低燃費ガバニング開始点２２と折曲点（経由点）２３とＮＬＭ点１３を備えて構成される。

制限馬力点２１は、制限馬力Ｐ２を規定している。この低燃費トルクカーブ２０は、エンジン１の始動からこの制限馬力点２１までは、通常トルクカーブ１０の馬力上昇区間１４の一部に沿った馬力上昇区間２４を備え、この馬力上昇区間２４では、回転数が上がるに連れて、出力馬力が制限馬力Ｐ２まで増加していく。

そして、この制限馬力点２１から低燃費ガバニング開始点２２までは、制限馬力Ｐ２の等馬力線に沿った等馬力区間２５とされ、この等馬力区間２５では、回転数が上がっても、出力可能な最大の馬力は制限馬力Ｐ２に制限される。よって、この等馬力区間２５では、車速が必要以上に増加することを抑制するので、燃料消費量を低減することができる。

低燃費ガバニング開始点２２は、低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ２を規定している。この低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ２は、通常トルクカーブ１０のガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ１よりも回転数が低く設定されている。

つまり、低燃費トルクカーブ２０に沿ってエンジン１の出力が制御されると、通常トルクカーブ１０に沿ってエンジン１の出力が制御されているときと比較して、手動変速機４のギヤ段のシフトポイントが早くなる。

図２に示すように、エンジン１には、燃料の単位容量あたりの走行距離、あるいは一定の距離をどれだけの燃料で走行可能かを示す指標として燃料消費率（ＳＦＣ）が定められており、制御マップ９には、最も燃料消費率の低い領域ＳＦＣ１から順に燃料消費率が高くなる領域ＳＦＣ２、ＳＦＣ３、ＳＦＣ４が設けられている。

低燃費トルクカーブ２０は、ガバニング開始点１２よりも回転数が低い低燃費ガバニング開始点２２を設けることで、通常トルクカーブ１０に沿ってエンジン１が制御される場合と比べて、早期に燃料消費率の低い領域ＳＦＣ２への手動変速機４のギヤ段のシフトが促されるので、燃料消費量を低減することができる。

図３に示すように、折曲点２３は、低燃費ガバニング開始点２２よりも低トルクで、高回転の、且つＮＬＭ点１３よりも高トルクで、低回転の点であり、ＮＬＭ点１３の手前に設けられる点である。そして、低燃費ガバニング開始点２２からＮＬＭ点１３までが、この折曲点２３で折れ曲がるように形成される。

詳しくは、折曲点２３を、低燃費ガバニング開始点２２とＮＬＭ点１３を結ぶ直線より原点側に配置して、低燃費ガバニング開始点２２からＮＬＭ点１３までが、原点側を凸として折れ曲がるように形成される。

この折曲点２３は、低燃費ガバニング開始点２２から折曲点２３までの低燃費ガバニング区間２６に沿ってエンジン１の出力が制御された場合に、そのエンジン１の状況、例えば運転手の感じる吹き上がり感などが、通常トルクカーブ１０のガバニング区間１６に沿って制御された場合と略同様になるように定められる。

詳しくは、低燃費ガバニング開始点２２から折曲点２３までの形状が、通常トルクカーブ１０のガバニング区間１６のガバニング開始点１２からＮＬＭ点１３までの形状と略等しい形状になるように、つまり、低燃費ガバニング区間２６の直線の傾きがガバニング区間１６の直線の傾きと略同等となるようにする。

ガバニング区間１６の直線の傾きを傾きθ１とし、低燃費ガバニング区間２６の直線の傾きを傾きθ２とする。この傾きθ１と傾きθ２は、以下の数式（１）でその関係を表す。

このように、低燃費ガバニング区間２６に沿って制御されたエンジン１の出力が、ガバニング区間１６に沿って制御されたエンジン１の出力と略同様になることで、低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ２からの吹き上がり感を、通常トルクカーブ１０に沿って制御された場合の吹き上がり感と同様にすることができる。これにより、低燃費トルクカーブ２０に沿って出力が制御されている場合でも通常トルクカーブ１０に沿って制御されている場合と同様の感覚でシフト操作などを行うことができる。

また、この折曲点２３からＮＬＭ点１３までは、空吹かし区間２７とされ、低燃費トルクカーブ２０における空吹かし時のエンジン１の最高回転数、つまり無負荷最高回転数Ｎ_ＮＬＭを変えないように設定される。これにより、走行中のシフト時や図示しないエアタンク充填時の高アイドル時などで、通常トルクカーブ１０と同様になることで、違和感を抑制することができる。

なお、無負荷最高回転数Ｎ_ＮＬＭを規定するＮＬＭ点１３が示すトルクＴ１は、エンジン１の性能になどにより定められ、折曲点２３が示すトルクＴ２は、トルクＴ１よりも大きい値、好ましくは１０ｋｇｍ程度大きい値に設定される。

低燃費トルクカーブ２０と同様に、低燃費トルクカーブ３０は、制限馬力Ｐ３を規定する制限馬力点３１と、低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ３を規定する低燃費ガバニング開始点３２と、折曲点３３とを備え、制限馬力点３１までの馬力上昇区間３４と、制限馬力点３１から低燃費ガバニング開始点３２までの等馬力区間３５と、低燃費ガバニング開始点３２から折曲点３３までの低燃費ガバニング区間３６と、折曲点３３からＮＬＭ点１３までの空吹かし区間３７を設ける。

同じく、低燃費トルクカーブ４０は、制限馬力Ｐ４を規定する制限馬力点４１と、低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ４を規定する低燃費ガバニング開始点４２と、折曲点４３とを備え、制限馬力点４１までの馬力上昇区間４４と、制限馬力点４１から低燃費ガバニング開始点４２までの等馬力区間４５と、低燃費ガバニング開始点４２から折曲点４３までの低燃費ガバニング区間４６と、折曲点４３からＮＬＭ点１３までの空吹かし区間４７を設ける。

低燃費トルクカーブ３０及び４０の各点及び各区間の特徴については、低燃費トルクカーブ２０と同様のためその説明については省略する。

次に、ＥＣＵ２の各手段について説明する。ロードロード馬力算出手段Ｍ１は、ロードロード馬力（走行負荷抵抗馬力）Ｐ_ＲＬを算出する手段である。詳しくは、道路勾配や天候状況などの道路状況と、車両の積載量や車両の速度に応じた車両の走行抵抗などの車両状況に基づいてロードロード馬力Ｐ_ＲＬを算出する手段である。

このロードロード馬力算出手段Ｍ１は、道路状況取得手段として、加速度センサなどの検知信号から道路勾配を取得する道路勾配取得手段、及び受信した天候情報から路面状況を類推する路面類推手段などを備える。また、車両状況取得手段として、速度センサなど
の検知信号から車速を取得する車速取得手段、車速と道路勾配から転がり抵抗、空気抵抗、勾配抵抗、及び加速抵抗を含む走行抵抗を算出する走行抵抗算出手段、その走行抵抗と車両の駆動力を用いて車両の現在の現車両総重量ＧＶＷを算出する重量算出手段などを備える。なお、これらの道路状況取得手段や車両状況取得手段は周知の技術を用いることとし、その詳細については説明を省略する。

そして、このロードロード馬力算出手段Ｍ１は、それらで取得及び算出した全ての値を考慮してロードロード馬力Ｐ_ＲＬを算出する。このロードロード馬力Ｐ_ＲＬは、道路勾配が大きい程大きくなり、車両の速度が速くなる程大きくなり、車両の現車両総重量ＧＶＷが重くなる程大きくなる値である。

余裕馬力算出手段Ｍ２は、車両を加速するために必要な最小限の余裕馬力Ｐ_ＥＸを算出する手段である。通常、この余裕馬力Ｐ_ＥＸは、エンジン１の出力した馬力からロードロード馬力Ｐ_ＲＬを引いた馬力となるが、この余裕馬力算出手段Ｍ２では、余裕馬力Ｐ_ＥＸを、車両の現在の現車両総重量ＧＶＷと最大車両総重量ＧＶＷ_ＭＡＸとの重量比Ｒと、エンジン１の性能に基づいた最大馬力Ｐ１から定められる馬力基準値Ｐ１’とに基づいて算出する。

詳しくは、余裕馬力Ｐ_ＥＸを以下の数式（２）を用いて算出する。

なお、上記の数式（２）の定数ｋと最大馬力Ｐ１を乗算した値が、馬力基準値Ｐ１’となる。この定数ｋは、車両の積載量や大きさに基づいて定められた定数であり、実験などにより求められる定数であり、以下の数式（３）を満たすように設定される。

また、この定数ｋは、最大車両総重量ＧＶＷ_ＭＡＸが重いほど大きく、且つ、最大馬力Ｐ１が大きいほど小さく設定されることが望ましい。

この余裕馬力算出手段Ｍ２で算出される余裕馬力Ｐ_ＥＸは、上記の数式（２）からも明らかなように、車両の現車両総重量ＧＶＷが重くなる程大きくなる値となる。

参照馬力算出手段Ｍ３は、上記で算出したロードロード馬力Ｐ_ＲＬと余裕馬力Ｐ_ＥＸを加算する手段である。よって、この参照馬力Ｐ_ＲＥは、現時点の道路状況と車両状況に基づいた走行させるために必要な最低限の馬力（ロードロード馬力Ｐ_ＲＬ）に、現時点の車両を加速するために必要な最低限の馬力（余裕馬力Ｐ_ＥＸ）を加えた馬力となる。なお、この参照馬力Ｐ_ＲＥは、算出された値がＰ１より大きい場合は、全て最大馬力Ｐ１に設定される。

トルクカーブ選択手段Ｍ４は、エンジン１を搭載した車両の車両状況、又は道路状況の少なくとも一方に基づいて、通常トルクカーブ１０と低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０の内のいずれか一つを選択する手段である。

詳しくは、参照馬力Ｐ_ＲＥに基づいて、前述した制御マップ９の通常トルクカーブ１０と低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０の内から一つを選択する手段である。それらのトルクカーブ１０、２０、３０、及び４０のそれぞれの出力可能な最大の馬力である最大馬力Ｐ１、制限馬力Ｐ２、制限馬力Ｐ３、及び制限馬力Ｐ４の中から、参照馬力Ｐ_ＲＥと等しいか、又は参照馬力Ｐ_ＲＥよりも大きく且つ参照馬力Ｐ_ＲＥに最も近いものを選択し、その出力可能な最大の馬力を有するものを選択されたトルクカーブＴＣとする手段である。

図４に示すように、例えば、参照馬力Ｐ_ＲＥ１の場合は、通常トルクカーブ１０を選択する。参照馬力Ｐ_ＲＥ２の場合は、低燃費トルクカーブ２０を選択する。参照馬力Ｐ_ＲＥ３の場合は、低燃費トルクカーブ３０を選択する。

これにより、車両を加速するための余裕馬力Ｐ_ＥＸ分を考慮しつつ、最も消費される燃料の低いトルクカーブＴＣを選択することができる。これにより、エンジン１の出力不足を回避しながら、燃費を向上することができる。

出力制御手段Ｍ５は、トルクカーブ選択手段Ｍ４を実施して、通常トルクカーブ１０及び低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０の中から選択されたトルクカーブＴＣに沿ってエンジン１の出力を制御する手段である。詳しくは、エンジン１の図示しないインジェクタを制御して燃料噴射量を調節したり、図示しない吸気スロットルやＥＧＲ弁などを制御して吸気量を調節したりする手段である。

特に、この出力制御手段Ｍ５は、低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０における、それぞれの等馬力区間２５、３５、及び４５と、低燃費ガバニング区間２６、３６、及び４６に沿ってエンジン１の出力を制御することで、燃料消費量を低減することができる。

選択解除手段Ｍ６は、トルクカーブ選択手段Ｍ４で、通常トルクカーブ１０以外が選択されていた場合に、それを手動で解除する手段である。詳しくは、トルクカーブＴＣとして低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０が選択されていた場合で、図１に示すアクセルペダルＳＷ１を大きく、あるいは急激に踏み込んだときに、トルクカーブＴＣとして通常トルクカーブ１０を選択する手段である。

この選択解除手段Ｍ６は、自動変速機のギヤ段を手動で低速に切り換える手動変速作業、所謂キックダウンと同様の原理で、トルクカーブＴＣを通常トルクカーブ１０とする手段である。例えば、アクセルペダルＳＷ１が、燃料噴射量などを決定する踏み込み量を超えて踏み込めるように構成され、その踏み込み量を超えて踏み込まれたときに解除するようにする。

次に、本発明に係る実施の形態のエンジン１の制御方法について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。まず、ロードロード馬力算出手段Ｍ１を実施して、ロードロード馬力Ｐ_ＲＬを算出するステップＳ１０を行う。次に、余裕馬力算出手段Ｍ２を実施して、余裕馬力Ｐ_ＥＸを算出するステップＳ２０を行う。ステップＳ１０とステップＳ２０の順序は逆にしても構わない。

ロードロード馬力Ｐ_ＲＬと余裕馬力Ｐ_ＥＸが算出されると、次に、参照馬力算出手段Ｍ３を実施して、参照馬力Ｐ_ＲＥを算出するステップＳ３０を行う。次に、トルクカーブ選
択手段Ｍ４を実施して、トルクカーブＴＣを選択するステップＳ４０を行う。次に、出力制御手段Ｍ５を実施して、トルクカーブＴＣに沿って、エンジン１の出力を制御するステップＳ５０を行って、この制御方法は完了する。

なお、上記の制御方法の途中に、選択解除手段Ｍ６が実施された場合は、上記の制御方法が途中でも即座にトルクカーブＴＣとして通常トルクカーブ１０を選択するようにするとよい。

次に、本発明に係る第二の実施の形態のエンジン５０のＥＣＵ（制御装置）５１、エンジン５０、及びエンジン５０の制御方法について、図６及び図７を参照しながら説明する。この第二の実施の形態のエンジン５０の動力は、自動変速機５２を経由して推進軸５に伝達される。

このＥＣＵ５１は、第一の実施の形態の制御マップ９に代えて、制御マップ５３を備えて構成され、更に、クラッチ３と自動変速機５２を制御する変速制御手段Ｍ７を備えて構成される。

制御マップ５３は、通常トルクカーブ１０に加えて、それぞれの消費される燃料が段階的に低くなる、詳しくはそれぞれの出力可能な最大の馬力が制限馬力Ｐ６、Ｐ７、及びＰ８に制限された低燃費トルクカーブ６０、７０、及び８０を設ける。

また、その制御マップ５３に設けられる低燃費トルクカーブ６０、７０、及び８０に、ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ１よりも回転数の低い低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ６をそれぞれ規定する低燃費ガバニング開始点６２、７２、及び８２を設けて構成される。

図７に示すように、それらの低燃費トルクカーブ６０、７０、及び８０は、第一の実施の形態の低燃費トルクカーブ２０と略同様に形成されるが、低燃費ガバニング開始点６２、７２、及び８２と湾曲点（経由点）６３、７３、及び８３が異なる。

低燃費トルクカーブ６０、７０、及び８０は、通常トルクカーブ１０のガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ１よりも回転数の低い低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ６を規定するガバニング開始点６２、７２、及び８２をそれぞれ設けて構成される。

第一の実施の形態では、各低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０のそれぞれに異なる低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ２、Ｎ_ＧＳ３、及びＮ_ＧＳ４を規定する低燃費ガバニング開始点２２、３２、及び４２を設けたが、第二の実施の形態では、各低燃費トルクカーブ６０、７０、及び８０の低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ６が同じになるように設定される。

これは、第二の実施の形態では、動力の伝達が自動変速機５２を経由して行われており、各低燃費トルクカーブ６０、７０、及び８０の低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ６を同じにすることで、変速制御手段Ｍ７を簡素化することができる。なお、自動変速機５２におけるシフト回転数は、運転状況に応じて低燃費になるように、自動的に決められるので、低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ６を可変する必要がない。

また、各低燃費トルクカーブ６０、７０、及び８０には、折曲点の代わりに湾曲点６３、７３、及び８３を設け、低燃費ガバニング開始点６２、７２、及び８２からＮＬＭ点１３までが、各湾曲点６３、７３、及び８３を湾曲しながら通過するように形成される。

詳しくは、各湾曲点６３、７３、及び８３を、各低燃費ガバニング開始点６２、７２、
及び８２とＮＬＭ点１３を結ぶ直線より原点側に配置して、各低燃費ガバニング開始点６２、７２、及び８２からＮＬＭ点１３までが、原点側を凸として湾曲するように形成される。

これにより、低燃費ガバニング開始点６２、７２、及び８２から湾曲点６３、７３、及び８３までは通常トルクカーブ１０のガバニング区間１６と略同様にエンジン１の出力を制御することができ、湾曲点６３、７３、及び８３からＮＬＭ点１３までを空吹かし区間とすることができる。

第一及び第二の実施の形態のエンジン１のＥＣＵ２及び５０、エンジン１、エンジン１の制御方法によれば、エンジン１の性能に基づいた通常トルクカーブ１０に加えて、通常トルクカーブ１０よりも消費される燃料を低減するように設定された低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０（６０、７０、及び８０）の内から、車両状況や道路状況により変化するロードロード馬力Ｐ_ＲＬと車両の重量により変化する余裕馬力Ｐ_ＥＸを加算して算出された参照馬力Ｐ_ＲＥに基づいてトルクカーブＴＣを選択し、そのトルクカーブＴＣに沿ってエンジン１の出力を制御する。これにより、出力可能な最大の出力が抑えられた低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０（６０、７０、及び８０）による低燃費効果の機会を増やして、燃料消費量を低減することができる。

詳しく説明すると、第一の実施の形態では、各低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０は、それぞれ、通常トルクカーブ１０のガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ１よりも回転数の低い低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ２、Ｎ_ＧＳ３、及びＮ_ＧＳ４をそれぞれ規定する低燃費ガバニング開始点２２、３２、及び４２を設ける。これにより、通常トルクカーブ１０に沿ってエンジン１の出力を制御するよりも、早期にエンジン１の回転数を燃料消費率の低い領域にシフトさせることを促すことができので、燃料消費量を低減することができる。

第二の実施の形態では、各低燃費トルクカーブ６０、７０、及び８０は、それぞれ、通常トルクカーブ１０のガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ１よりも回転数の低い低燃費ガバニング開始回転数Ｎ_ＧＳ６をそれぞれ規定する低燃費ガバニング開始点６２、７２、及び８２を設ける。これにより、通常トルクカーブ１０に沿ってエンジン１の出力を制御するよりも、早期にエンジン１の回転数を燃料消費率の低い領域にシフトさせることができので、燃料消費量を低減することができる。

また、第一の実施の形態では、各低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０がそれぞれ出力可能な最大の馬力が制限馬力Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４に制限されていることで、一方、第二の実施の形態では、各低燃費トルクカーブ６０、７０、及び８０がそれぞれ出力可能な最大の馬力が制限馬力Ｐ６、Ｐ７、及びＰ８に制限されていることで、速度超過の抑制による消費馬力低減を通して、燃料消費量を低減することができる。

そして、第一及び第二の実施の形態では、前述のように燃料消費量を低減すると共に、ロードロード馬力Ｐ_ＲＬと余裕馬力Ｐ_ＥＸに基づいたトルクカーブＴＣを選択するので、幅広いエンジン１及び５０の運転条件に対して最適なトルクカーブＴＣに沿ってエンジン１及び５０の出力を制御することで、エンジン１及び５０の出力不足を緩和することができる。

なお、変速機として手動変速機４を設けた第一の実施の形態に、第二の実施の形態の制御マップ５３を適用することができ、逆に変速機として自動変速機５２を設けた第二の実施の形態に、第一の実施の形態の制御マップ９を適用することもできる。

また、第一の実施の形態の制御マップ９の各低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０
に、折曲点２３、３３、及び４３を設けて形成したが、その代わりに第二の実施の形態の各低燃費トルクカーブ６０、７０、及び８０のような湾曲点を設けて形成してもよい。逆に、第二の実施の形態の各低燃費トルクカーブ６０、７０、及び８０の湾曲点６３、７３、及び８３の代わりに第一の実施の形態のような折曲点を設けて形成してもよい。

加えて、制御マップ９及び５３に記憶されるトルクカーブは、通常トルクカーブ１０と低燃費トルクカーブ２０（６０）の少なくとも二つ以上であればよく、その数は限定されない。

更に、上記の実施の形態では、制御マップ９（５３）に設けられた通常トルクカーブ１０と低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０（６０、７０、及び８０）が、それぞれエンジン１（５０）の始動（回転数ゼロ）から最高回転数Ｎ_ＭＡＸまで別々となるものを例に説明したが、低燃費トルクカーブ２０、３０、及び４０（６０、７０、及び８０）を、各制限馬力点２１、３１、及び４１（６１、７１、及び８１）から分岐するものとして形成してもよい。

その上、上記の実施の形態の各トルクカーブ１０、２０、３０、４０、６０、７０、及び８０の形状は一例であり、本発明はその形状に限定されない。

それから、本発明は、エンジン１からの動力伝達を、クラッチ３の操作のみを自動化したセミオートマチックトランスミッションを経由させる場合にも適用することができる。

本発明の内燃機関の制御装置は、通常制御用性能線に加えて、通常制御用性能線よりも消費される燃料を低減するように設定された低燃費制御用性能線を設け、その通常制御用性能線と低燃費制御用性能線の中から、車両状況や道路状況により変化する走行負荷抵抗馬力と車両の重量により変化する余裕馬力に基づいて選択された制御用性能線に沿って内燃機関の出力を制御し、運転手の感じる内燃機関の出力不足感を緩和しながら、車両状況や道路状況に基づいて燃料消費量を低減することができるので、ディーゼルエンジンに利用することができる。

１、５０ エンジン（内燃機関）
２、５１ ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）
４、５２ 変速機
９、５３ 制御マップ（制御用性能線図）
１０ 通常トルクカーブ（通常制御用性能線）
１１ 最大馬力点
１２ ガバニング開始点
１３ ＮＬＭ点（無負荷最高回転数点）
２０、３０、４０、６０、７０、８０ 低燃費トルクカーブ（低燃費制御用性能線）
２１、３１、４１、６１、７１、８１ 制限馬力点
２２、３２、４２、６２、７２、８２ 低燃費ガバニング開始点
２３、３３、４３ 折曲点（経由点）
６３、７３、８３ 湾曲点（経由点）

Claims (9)

1. 内燃機関の回転数に対して発生するトルクを示す制御用性能線として、前記内燃機関の性能に基づいた第一の制御用性能線に加えて、この第一の制御用性能線よりも消費される燃料を低減するようにそれぞれの出力可能な最大の馬力がその第一の制御用性能線における出力可能な最大の馬力から段階的に低くなる複数の低燃費制御用性能線を設け、
   前記第一の制御用性能線と複数の前記低燃費制御用性能線の内から、各前記出力可能な最大の馬力が、前記内燃機関を搭載した車両の走行負荷抵抗に対してその車両を走行させるために必要な馬力である走行負荷抵抗馬力とこの走行負荷抵抗馬力で走行しているその車両を加減速させるために前記走行負荷抵抗馬力に上乗せする馬力である余裕馬力とを足した参照馬力と等しいか、又はこの参照馬力よりも大きく且つこの参照馬力に最も近い制御用性能線を選択する選択手段と、
   前記選択手段が選択した前記制御用性能線に沿って、前記内燃機関の出力を制御する出力制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記余裕馬力を、前記車両の現在の現車両総重量と最大車両総重量との重量比と、前記内燃機関の性能に基づいた最大馬力から定められる馬力基準値とに基づいて算出する余裕馬力算出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記第一の制御用性能線が、前記内燃機関の性能に基づいた最大馬力を出力可能に形成されると共に、前記低燃費制御用性能線が、出力可能な最大の馬力が前記最大馬力よりも低い制限馬力に制限され、該制限馬力から前記内燃機関の回転数が上がるにつれて、前記制限馬力の等馬力線に沿って形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記第一の制御用性能線に、ガバニング開始回転数を規定するガバニング開始点を設けると共に、
   前記低燃費制御用性能線に、前記ガバニング開始回転数よりも回転数の低い低燃費ガバニング開始回転数を規定する低燃費ガバニング開始点を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記第一の制御用性能線に、無負荷での最高回転数を規定する無負荷最高回転数点を設
   けると共に、前記低燃費制御用性能線に、前記低燃費ガバニング開始点よりも低トルクで、高回転の、且つ前記無負荷最高回転数点よりも高トルクで、低回転の経由点を設け、
   前記低燃費制御用性能線が、前記低燃費ガバニング開始点から前記無負荷最高回転数点までが、前記経由点で折れ曲がる、又は前記経由点を湾曲しながら通過するように形成されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記第一の制御用性能線に、無負荷での最高回転数を規定する無負荷最高回転数点を設けると共に、前記低燃費制御用性能線に、前記低燃費ガバニング開始点よりも低トルクで、高回転の、且つ前記無負荷最高回転数点よりも高トルクで、低回転の経由点を設け、
   前記低燃費制御用性能線が、前記低燃費ガバニング開始点から前記経由点までの形状が、前記第一の制御用性能線の前記ガバニング開始点から前記無負荷最高回転数点までの形状と略等しい形状に形成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置を備えることを特徴とする内燃機関。
8. 内燃機関の回転数に対して発生するトルクを示す制御用性能線として、前記内燃機関の性能に基づいた第一の制御用性能線に加えて、この第一の制御用性能線よりも消費される燃料を低減するようにそれぞれの出力可能な最大の馬力がその第一の制御用性能線における出力可能な最大の馬力から段階的に低くなる複数の低燃費制御用性能線を設けた内燃機関の制御方法であって、
   前記内燃機関を搭載した車両の走行負荷抵抗に対してその車両を走行させるために必要な馬力である走行負荷抵抗馬力とこの走行負荷抵抗馬力で走行しているその車両を加減速させるために前記走行負荷抵抗馬力に上乗せする馬力である余裕馬力とを足して参照馬力を算出し、
   前記第一の制御用性能線と複数の前記低燃費制御用性能線の内から、各前記出力可能な最大の馬力が、算出した前記参照馬力と等しいか、又はこの参照馬力よりも大きく且つこの参照馬力に最も近い制御用性能線を選択し、
   選択したその制御用性能線に沿って、前記内燃機関の出力を制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
9. 前記余裕馬力を、前記車両の最大積載量と現在の前記車両の積載量の重量比と、前記内燃機関の性能に基づいた最大馬力から定められる馬力基準値とに基づいて算出することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御方法。

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