JPH0694833B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の速度変動率を作業内容に応じて切
替えるようにした内燃機関の制御装置に関するものであ
る。

〈従来の技術〉 農業機械や建設機械などにおいては、種々の周辺機器を
取付けることによって同一の作業機を多種の作業に用い
ることが一般に行われている。この場合、作業形態は多
様で機関に対して要求される速度変動率は同じでない場
合が多い。例えば、トラクタにおいては、路上走行時や
フロントローダー作業等の場合には急激なアクセル操作
が行われ、しかも路上走行ではスムーズな加減速が要求
され、またフロントローダーでは急激な負荷変動が加わ
るため、それぞれの作業に応じた速度変動率特性が要求
される一方、ロータリー、プラウ、芋掘り等の耕耘作業
の場合には一定速度、一定耕耘深さ、一定移動速度等が
必要なため、定速度特性が要求されるのである。

ところが、従来の機械式あるいは電子制御式ガバナは、
いわゆるオースルスピードガバナと称される適度の速度
変動率を有するものが一般的であり、またその速度変動
率は一定で自由には変更できず、その速度変動率特性に
合わない作業に用いる場合には、操作フィーリング、作
業能率、燃費特性等をある程度犠牲にせざるを得ないも
のであった。

本発明者らは上述のような問題点を解決し、作業目的に
合せて速度変動率特性を切替えることが可能で、それぞ
れの作業に適した運転状態が得られ、操作フィーリング
や作業性を向上することのできる内燃機関の制御装置を
既に提案している（特開昭60−256529号公報参照）。

〈発明が解決しようとする問題点〉 速度変動率特性として速度変動率の小さい特性が選択さ
れた場合、速度変動率が小さくなればなるほど、負荷変
化率に対して燃料供給量変化率は大きくなり、機関のハ
ンチングが生じやすくなる。このため、ハンチング限界
に近いところまで速度変動率を小さくすると、始動直後
等の暖機が不十分な状態の時には、例えばラック抵抗の
増大等のために燃料供給量の制御が適切に行なわれず、
ハンチングを生じてしまう可能性が高くなる。

本発明はこのような問題点に着目し、始動直後における
速度制御を安定して行なうことのできる制御装置を提供
することを目的としてなされたものである。

〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するために、本発明は、機関回転数の
実際値を検出する機関回転数検出手段と、機関回転数の
設定値をアクセル位置によって検出するアクセル位置検
出手段と、機関の暖機状態を冷却水温等によって検出す
る暖機状態検出手段と、機関回転数の設定値と負荷変動
に伴う機関回転数の実際値とのあり得べき関係を作業内
容に応じて異なる複数の速度変動率特性ごとにそれぞれ
記憶する記憶手段と、前記複数の速度変動率特性から所
定の速度変動率特性を任意に選択する特性選択手段と、
選択された速度変動率特性に基づいて、機関回転数の設
定値に対応した所定の実際値を得るための目標燃料供給
量を決定し、且つ検出された機関の暖機状態に応じて上
記目標燃料供給量を補正して制御出力を出す演算手段
と、演算手段の制御出力により燃料供給量を調整する燃
料制御手段と、とを備えており、且つ上記複数の速度変
動率特性の一つを速度変動のない定速度特性とし、アク
セル操作検出手段によってアクセル操作が所定期間なさ
れていないことが検出された場合に、自動的に定速度特
性を選択するようにしている。

〈作 用〉 本発明の内燃機関の制御装置は上述のように構成されて
おり、選択された速度変動率特性が速度変動率の小さい
特性であっても、機関が十分暖機されるまでは、暖機状
態に応じて目標燃料供給量が補正されて速度変動率が一
時的に大きくなり、ハンチングに対する安全率が高めら
れる。

また、アクセル操作がなされないと自動的に定速度特性
が選択されるが、暖機が不十分な間は、ハンチングの生
じやすい定速度特性ではなく速度変動のある状態での運
転が行なわれ、不安定な運転状態となることが防止され
る。

従って、本発明によれば、種々の用途に適した速度変動
率特性によって同一の作業機を広範囲な作業に用いるこ
とが一層容易になるのである。

〈実施例〉 以下、図示のディーゼルエンジンの制御に関する実施例
により本発明を具体的に説明する。

第１図は概念系統図であり、（１）は燃料噴射ポンプ、
（２）はラック用アクチュエータ、（３）はタイマ用ア
クチュエータ、（４）（５）は各アクチュエータ用の位
置センサ、（６）は回転数センサ、（７）はアクセル位
置センサ、（８）はアクセル、（９）は冷却水温センサ
である。

機関（図示せず）は、燃料噴射ポンプ（１）の噴射量及
び噴射時期ならびに機関回転数によって機関出力とトル
クが決定される。燃料噴射ポンプ（１）としては例えば
スリーブ調量式のものが用いられ、燃料噴射量と噴射時
期は、リニアソレノイド、ステッピングモータ等を用い
た公知のアクチュエータ（２）（３）によって行なわれ
る。機関回転数の検出は、例えばアム軸（10）に取付け
た磁性回転体（11）の凹溝（12）の動きを電磁ピックア
ップからなる回転数センサ（６）で検出することにより
行われ、また燃料噴射量は、予めラック位置と機関回転
数による噴射量を測定しておくことにより、アクチュエ
ータ（２）の作動位置を作動トランス等の位置センサ
（４）で検出し、同時に機関回転数を検出することによ
り知ることができる。

（20）はオペレータの指示に従い機関の運転状態を制御
する制御部である。この制御部（20）は例えばマイクロ
コンピュータを用いて構成され、各種入出力信号のA/D
及びD/A変換、パルスカウント、パルス出力等への変換
を行うI/O制御ROM（21）、制御演算及び入出力指示を与
えるCPU（22）、CPU（22）の制御演算に使用されるRAM
（23）、制御プログラムを記憶しているプログラムROM
（24）、後述の速度変動率特性など制御演算に必要な諸
データを記憶しているデータROM（25）等で構成されて
いる。

データROM（25）には、オペレータが自分の意思で操作
するアクセルの位置によって任意に設定される機関回転
数の設定値と、負荷に応じて実際の回転数（実際値）が
どうなるかという速度変動率特性を、要求される速度変
動率特性が異なる作業内容ごとに演算式または数表の形
でそれぞれ記憶させてあり、更にこれらの速度変動率特
性を補正する補正係数が同様に記憶させてある。

以下数表の場合の例について説明する。表１はｉ番目の
数表（以下ドループ率マップという）の例であり、設定
値Nsetと実際値Nactの交点のDiはそれぞれの場合のドル
ープ係数を示している。

補正係数Kdrは、機関の暖機状態に応じて各ドループ係
数Diを補正するためのものであり、この実施例では暖機
状態を冷却水の温度によって検出しているが、暖機状態
はこれ以外に例えばラック駆動部の温度（正確にはラッ
ク潤滑油の温度）等、他の部分の温度によって検出する
こともできる。第２図に冷却水温と補正係数Kdrとの関
係の一例を示す。

このほか、設定値Nsetに対応する無負荷時のアイドリン
グ回転数Nidlと、これに対するラック位置、すなわち無
負荷相当ラック位置Ridlの関係を定めた表２に示す無負
荷相当ラック位置マップと、各回転数における最大噴射
量を制限するために定められた表３に示す最大ラック位
置マップも、それぞれデータROM（25）に記憶されてい
る。

なお、上記の表２におけるNidlはNsetと、また表３にお
けるNmaxはNactとそれぞれ置き換えて考えても実質的に
は同じである。

上述のように、ドループ率マップは速度変動率特性の異
なる複数の制御モードことにそれぞれ作成されている
が、以下説明を簡単にするために、ｉ＝１及びｉ＝２、
すなわち制御モード１及び制御モード２の二つのマップ
が用いられている場合について述べる。第１図におい
て、（26）はこれらの複数のモードのうちから所定のも
のを選択するためのモード選択スイッチであり、選択指
示はスイッチのオンオフ状態により認識し、制御プログ
ラム上の論理判断により行われ、常にいずれかのモード
一つを選択する機能を有している。

第３図は、これらのマップによる機関回転数とラック位
置及び機関の軸出力の関係を例示したものであり、表に
ない中間値は補間法により求められる。第３図におい
て、A₁及びA₂はそれぞれ表１のｉ＝１及び２による特性
であり、破線で示した制御モード２の方が速度変動率が
大きい場合の例を示している。またＢは表２に無負荷相
当ラック位置を、Ｃは表３による最大ラック位置をそれ
ぞれ示している。

また、噴射時期を決定するタイミング特性等の他の制御
用データもデータROM（25）に記憶されているが、本発
明の直接の関係がないので説明は省略する。

次に、第４図に示す制御フローチャートを参照しながら
動作を説明する。

機関の状態を認識するための各種の信号はI/O制御ROM
（21）に管理され、認識可能な信号に変換されてCPU（2
2）に入力される。そしてCPU（22）は、所定のプログラ
ムに従って制御演算を行い、各種の制御信号を出力す
る。

速度変動率については、第４図のようにまず冷却水温に
よって機関の暖機状態を認識し、次いで機関回転数の設
定値Nsetと実際値Nactを認識し、また表２により無負荷
相当ラック位置Ridlを読出す。次いでオペレータによっ
て設定されたモード選択スイッチ（26）の状態を読取
り、モードに応じてｉ＝１あるいはｉ＝２のドループ率
マップと補正係数マップにより、設定されるべき目標ラ
ック位置Rsetを計算する。この目標ラック位置Rsetは、
機関回転数の設定値Nsetに対する所定の実際値Nactを得
るための目標燃料供給量に対するものであって、検出さ
れたNset及びNactから表１により求められるドループ係
数Diと表２を用い、更に検出された冷却水温から求めら
れる補正係数Kdrを用いて、次のような演算式 Rset＝（Nset−Nact）×Di×Kdr＋Ridl で求められる。

補正係数Kdrは第２図に例示したように１以下であり、
或る温度（この例では70℃）未満では温度が下がるほど
小さくなるように設定されているので、始動時のように
暖機が不十分な場合には目標ラック位置Rsetは小さくな
る側に補正され、その間の速度変動率は選択された特性
による本来の速度変動率よりも大きな値となっている。

続いて、表３から最大ラック位置Rmaxを読出して今求め
たRsetと比較し、もしRset〉Rmaxでなければ、実際のラ
ック位置RactをRsetにするための制御信号がCPU（22）
からラック用アクチュエータ（３）に対して出力され、
またRset〉Rmaxであれば、回転数が許容値を越えないよ
うにするためにRset＝Rmaxに修正し、実際のラック位置
Ractを修正後の目標ラック位置Rsetにするための制御信
号がCPU（22）からラック用アクチュエータ（２）に対
して出力される。

こうして燃料噴射ポンプ（１）のラック位置が自動的に
調整され、暖機が終るまでは大きな速度変動率で運転さ
れながら次第に所定の速度変動率に近付き、暖機完了後
は所定の速度変動率による運転が行われるのである。

以上は複数の速度変動率特性が作業内容に応じて選定さ
れる場合の一般的な説明であり、本発明ではその一つを
定速度運転の必要な社業に対応した定速度特性としてあ
る。第５図はこのような場合の各マップをグラフ化して
示したものであり、この例では制御モード２が定速度特
性となっている。更にこの発明は、アクセル操作が所定
の期間行なわれない場合に、自動的に定速度特性が選択
されるようにしたものである。定速度特性は、前記の表
１に示すマップの一つを速度変動のない定速度特性のも
のとしてもよいが、ここでは補正係数Nsiftを用いる実
施例について述べる。

第６図に制御モードの自動選択手順を示す。定速度制御
はオペレータがアクセルを操作していないことが前提と
なるので、まず、機関回転数の設定値Nsetについて、３
回前の値まで遡って比較を行なう。そして、設定値が増
加している時にはその差が加速認識基準値Nup以上であ
れば加速認識フラグNupcを１とし、設定値が減少してい
る時にはその差が加速認識基準値Ndown以上であれば減
速認識フラグNdncを１とし、いずれの場合もアクセルが
加減速されているので、モード選択スイッチ（26）がモ
ード２になっていてもモード１のドループ制御が選択さ
れる。

一方、設定値に差が無いか基準値より小さければアクセ
ルは操作されていないと判断されるので、加速認識フラ
グNupcと減速認識フラグNdncはいずれも０のままとな
り、モード選択スイッチ（26）がモード１になっていて
もモード２が選択され、第７図のに進む。第７図で
は、まず選定値Nsetと実際値Nactとを比較して、補正設
定値Nset′が次の演算式 Nset′＝Nset＋（Nset−Nact）×Nsift によって求められる。補正係数Nsiftは機関の構造や定
格等に応じて予備実験により予め設定される数値であ
る。次いで目標ラック位置Rsetの演算が第４図の場合に
準じて行われるが、Nset′が求められた時にはアクセル
によって設定された設定値Nsetの代りにこのNset′が用
いられる。こうしてラックは補正された設定値に基づく
目標ラック位置まで動かされ、暖機終了とともに定速度
制御が行われるのである。

以上の各実施例は機関がディーゼルエンジンの場合であ
るが、本発明による制御は機関の種類に応じた修正を加
えることによって、例えばガソリンエンジンに対しても
同様に実施することが可能であり、この場合にはスロッ
トル開度が実施例におけるラック位置に相当することに
なる。

〈発明の効果〉 以上の各実施例の説明から明らかなように、本発明は速
度変動率特性を選択して作業内容に応じた適正な状態で
機関を運転することができるので、作業機の操作フィー
リングが向上するとともに作業性も向上する。また、選
択された速度変動率特性が速度変動率の小さい特性であ
っても、機関の暖機が完了するまでは暖機状態に応じて
目標燃料供給量が補正され、機関の温度が低い間は速度
変動率が大きくなってハンチングに対する安全率が高め
られる。

更に一般の作業機は、アクセルを操作しながらの運転と
定速度運転とが組合わされた作業パターンが多いのが普
通であり、本発明ではアクセル操作が所定の期間行なわ
れないと自動的に定速度特性になるので、モード選択ス
イッチの操作が不要で操作フィーリングが向上し、扱い
やすい作業機を得ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概念系統図、第２図は冷却
水温と補正係数の関係を例示する図、第３図は機関回転
数とラック位置及び出力の一般的な関係を例示する特性
図、第４図はその制御フローチャート、第５図は本発明
における機関回転数とラック位置及び出力の関係を例示
する特性図、第６図及び第７図は本発明における制御フ
ローチャートである。 （１）……燃料噴射ポンプ、（２）……ラック用アクチ
ュエータ、（６）……回転数センサ、（７）……アクセ
ル位置センサ、（８）……アクセル、（９）……冷却水
温センサ、（20）……制御部、（22）……CPU、（25）
……データROM、（26）……モード選択スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関回転数の実際値を検出する機関回転数
   検出手段と、 機関回転数の設定値をアクセル位置によって検出するア
   クセル位置検出手段と、 アクセル操作の有無を検出するアクセル操作検出手段
   と、 機関の暖機状態を冷却水温等によって検出する暖機状態
   検出手段と、 機関回転数の設定値と負荷変動に伴う機関回転数の実際
   値とのあり得べき関係を作業内容に応じて異なる複数の
   速度変動率特性ごとにそれぞれ記憶し、且つ上記複数の
   速度変動率特性のうちの一つが定速度特性となっている
   記憶手段と、 前記複数の速度変動率特性から所定の速度変動率特性を
   任意に選択できるとともに、所定の期間アクセル操作が
   なされてないことが検出されると自動的に定速度特性を
   選択する特性選択手段と、 選択された速度変動率特性に基づいて、機関回転数の設
   定値に対応した所定の実際値を得るための目標燃料供給
   量を決定し、且つ検出された機関の暖機状態に応じて上
   記目標燃料供給量を補正して制御出力を出す演算手段
   と、 演算手段の制御出力により燃料供給量を調整する燃料制
   御手段、 とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。