JPS63189658A - 内燃機関の出力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の回転出力を積極的に低下させる内
燃機関の出力制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来、内燃機関の回転出力を積極的に低下させる制御装
置として、例えば特開昭６０−１０７４２９号公報に開
示されるエンジン制御装置が知られている。これは内燃
機関を搭載する車両が加速スリップを生じるときに、内
燃機関の出力を低下させて加速特性を良好なものとし、
操舵性能を確保しようとするものであり、いわゆるトラ
クション装置として公知である。従って、これら従来の
内燃機関の回転出力を低下させるトラクション装置は、
内燃機関を搭載する車両に加速スリップが発生する条件
を検出する加速スリップ検出手段が必須の構成要件とな
る。

一方、今日の車両等の内燃機関を利用した製品開発は、
需要の多様化に対応するために短期間の内に各種の製品
を設計しなければならなくなって来ている。従って、本
来ならば各製品毎に最適の内燃機関を新たに設計、試作
、生産することが望ましいが、これでは開発期間の長期
化、および開発経費の高騰を招くこともあり、同一の内
燃機関を使用して付属するその他の構成部品、例えばト
ランスミッション、懸架装置、操舵装置あるいは内・外
装等を変更してこれに対応しているのが現状である。

また、一旦製品化された内燃機関についても、一層の高
出力、低燃費、低公害等を目的として日々改良され、ベ
ストマツチングに調節するメーカーの努力が行われてい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述のような内燃機関を利用した製品開発の変化に伴っ
て、次のような新たな問題点が発生していた。

内燃機関の回転出力をベストマツチングを取ることによ
って上昇させたとき、その内燃機関に付属する機器、例
えば内燃機関の回転出力を負荷にまで伝達する駆動力伝
達系の許容能力を超える場合がおる。この様な場合、そ
の都度、トランスミッション等の性能を向上すべく改造
するのでは生産効率が低下し、またトランスミッション
等の重量増加に伴ってその他の懸架装置等まで改造を必
要とする事態を招くこともある。

また、ある製品用に開発された内燃機関をより安価で簡
易な製品に利用する場合等に、その内燃機関の最高出力
に耐え得る付属機器を用いるならば、結局上位の製品と
同程度の高価なトランスミッションや懸架装置等を必要
とし、安価な製品の開発が不能となる。

この様な問題は、すなわち内燃＠関の回転出力に耐え得
る駆動力伝達系を採用することにあり、これによる重量
増加によりその他の懸架装置等も高価なものが必要とな
るのである。しかし、内燃機関の回転出力に耐えること
のできない駆動力伝達系を用いた製品は、歯車の破損等
の故障が発生する可能性が大きく、品質の低下につなが
ることになる。

従って、内燃機関の回転出力を低下させることで上記問
題を解決することが望ましいが、前）ホしたトラクショ
ン装置では加速スリップを検出したときに作動して内燃
機関の出力を低下させるため、駆動力伝達系の破損を防
止する効果は期待できない。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、内燃機関の
回転出力を適宜低下させ、その回転出力を負荷にまで伝
達する駆動力伝達系の耐え得る範囲内で内燃機関を運転
することのできる内燃機関の出力制御装置を提供するこ
とを目的としている。

発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために本発明の構成した手段は、
第１図の基本的構成図に例示するごとく、内燃機関ＥＧ
のクランク軸に連結され、内燃機関ＥＧの回転出力を負
荷に伝達する駆動力伝達手段Ｃ１と、 内燃機関ＥＧの回転出力を所望の値に制御する回転出力
制御手段Ｃ２と、 駆動力伝達手段Ｃ１の伝達するトルクを検出するトルク
検出手段Ｃ３と、 トルク検出手段Ｃ３の検出するトルク値が所定値以内と
なるように、回転出力制御手段Ｃ２に作動して回転出力
を低下させるトルク抑制手段Ｃ４と、 を備えることを特徴とする内燃機関の出力制御装置をそ
の要旨としている。

［作用コ 本発明における駆動力伝達手段Ｃ１とは、内燃機関ＥＧ
の回転出力Ｐを負荷に伝達するものであり、例えばトラ
ンスミッションやディファレンシャルギヤ等から構成さ
れる。公知のように、−出力Ｐと回転数Ｎとの間には次
式の関係が成立している。

Ｐ＝Ｎ−Ｔ ただし、■は回転数Ｎで回転している 回転軸のトルクである。

すなわち、内燃＠ｆＩＡＥＧの回転出力Ｐは、駆動力伝
達手段Ｃ１を構成する各歯車段の変速比に応じたトルク
値に変換されて負荷にまで伝達されているのであり、変
速比が最も大きく回転数Ｎが最低となるとき、すなわち
車両ならば１速のシフトポジションのときに最大のトル
クＴを伝達していることになる。

回転出力制御手段Ｃ２とは、内燃機関ＥＧの回転出力ｐ
ｅを所望の値に調節する作用を奏する。

第２図に示すごとく、内燃機関ＥＧは一般的に機関回転
数Ｎｅに対して出力トルクＴｅがなだらかな山伏の変化
を呈するため、その出力ｐｅは右上がりの特性となる。

これは内燃機関ＥＧのスロットル開度が全開であり、空
燃比や点火時期等の他の運転条件を最適状態に調整した
ときの特性であり、従って積極的にこれらの運転条件を
最良の整合状態から外すように制御するならば内燃機関
ＥＧの出力制御が可能となる。例えば、リンクレススロ
ットルによって内燃機関ＥＧの吸入空気量を絞ったり、
点火時期を遅角制御したり、あるいは供給する燃料量を
変更して空燃比をλ＝１からずらす等の制御によって出
力制御が達成される。

トルク検出手段Ｃ３は、駆動力伝達手段Ｃ１の伝達して
いるトルクＴの値を検出するものである。

トルクを実測するセンサとして現在各種のものが提案さ
れているが、そのいずれを使用するものであってもよい
。またトルクを実測するものに限らず、推定を行うもの
等で構成してもよい。第２図を用いて説明したように内
燃機関ＥＧのトルクＴｅは機関回転数Ｎｅと吸入空気量
（または、吸気管圧力）が判明すれば一意に決定される
ものであるため、機関回転数Ｎｅと吸気圧ｐｍを検出し
、駆動力伝達手段Ｃ１によってこの機関回転数Ｎｅがど
れ程変速されているかを知れば次式より駆動力伝達手段
Ｃ１のトルクＴを推定することができる。

−Ｉ−＝Ｎｅ　−Ｔｅ ただし、Ｎは変速後の回転数である。

ここでＮは変速比ｎを知ることにより機関回転数Ｎｅか
ら容易に算出できるため結局トルクＴは、Ｔ＝ｎ−Ｔｅ より算出されるのである。

なお、トルクＴの推定にあっては第２図の出力特性が不
変であるとして機関回転数Ｎｅと吸気圧Ｐｍから上述の
ように簡略的に推定するものであっても、あるいは一層
精度の高い推定を行うために、内燃機関ＥＧの吸入空気
温、冷却水温、およびカムタイミング等の発生トルクＴ
ｅの変動要因を検出し、補正を行うものであってもよい
。

トルク抑制手段Ｃ４は、トルク検出手段Ｃ３の検出した
トルク値Ｔが所定値以内となるように回転出力制御手段
Ｃ２に作動し、内燃機関ＥＧの回転出力ｐｅを低下させ
る作用を奏するものである。

ここで所定値以内とは、駆動力伝達手段Ｃ１を構成する
各は構部量の中で最も機械的強度の低い部位が伝達し得
る最大トルク値Ｔ　ｍａｘ以内の意である。すなわち、
駆動力伝達手段Ｃ１の許容範囲を超える過大なトルクＴ
が加えられることにより駆動力伝達手段Ｃ１に故障が発
生するのであるから、この様なトルクＴが駆動力伝達手
段Ｃ１に加わる条件をトルク検出手段Ｃ３が検出したと
き、回転出力制御手段Ｃ２を作動させて積極的に内燃機
関ＥＧの出力を低下させるのである。

以下、本発明をより具体的に説明するために実施例を挙
げて詳述する。

［実施例］ 第３図は実施例である内燃機関の出力制御装置を搭載し
た内燃機関システムの概略構成図である。

１は内燃機関本体、２はピストン、３は点火プラグ、４
は排気マニホールド、５は排気マニホールド４に備えら
れ排ガス中の残存酸素濃度を検出する酸素センサ、６は
内燃機関本体１の吸入空気中に燃料を噴射する燃料噴射
弁、７は吸気マニホールド、８は内燃機関本体１に送ら
れる吸入空気の温度を検出する吸気温センサ、９は内燃
機関冷却水の水温を検出する水温センサ、１０はスロッ
トルバルブ、１１はアイドルスイッチを内蔵しアイドル
状態及びスロットルバルブの開度を検出するスロットル
センサ、１４は吸入空気の脈動を吸収するサージタンク
、１５はサージタンク１４内の圧力を検出する吸気圧セ
ンサ、をそれぞれ表わしている。

そして１６は点火に必要な高電圧を出力するイグナイタ
、１７は図示していないクランク軸に連動し上記イグナ
イタ１６で発生した高電圧を各気筒の点火プラグ３に分
配供給するディストリビュ−タ、１８はディストリビュ
ータ１７内に取り付けられ、ディストリビュータ１７の
１回転、即ちクランク軸２回転に２４発のパルス信号を
出力する回転数センサを兼ねた回転角センサ、１９はデ
ィストリビュータ１７の１回転に１発のパルス信号を出
力する気筒判別センサ、２０は電子制御回路、を各々表
わしている。

また、２２は、内燃機関本体１のクランクシャフトに連
結され、内燃機関本体１の回転出力を変速して図示しな
い駆動輪に伝達するトランスミッション、２４はトラン
スミッション２２のシフトポジションを検出するシフト
ポジションセンサを表わしている。

次に、電子制御回路２０の内部構成について説明すると
、図中、３０は各センサより出力されるデータを制御プ
ログラムに従って入力及び演算すると共に、各種装置を
作動制御等するための処理を行なうセントラルプロセシ
ングユニット（ＣＰＵ）、３１は制御プログラム及び初
期データが格納されるリードオンリメモリ（ＲＯＭ＞、
３２は電子制御回路２０に入力されるデータや演算制御
に必要なデータが一時的に読み書きされるランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）　、３３はＣＰＵ３０により制御
上の実時間を随時読みとることができしかも内部にＣＰ
Ｕ３０への割込ルーチンを生じさせる２つのレジスタ（
Ｊｙ、下、コンベアＡおよびコンベアＢと呼ぶ）を有す
るタイマ、３６は各センサからの信号を入力する入力ポ
ート、３８はイグナイタ１６及び各気筒に備えられた燃
料噴射弁６を駆動する出力ポート、３９は上記各素子を
相互に接続するコモンバスである。入力ポート３６は、
酸素センサ５．吸気温センサ８．水温センサ９、スロッ
トルセンサ１１．吸気圧センサ１５゜シフトポジション
センサ２４からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換して入力す
る図示しないアナログ入力部と、スロットルセンサ１１
内の図示しないアイドルスイッチ、回転角センサ１８．
気筒判別センサ１９からのパルス信号を入力する図示し
ないパルス入力部とからなっている。出力ポート３８は
ＣＰＵ３０からの燃料噴射起動の指令をうけると燃料噴
射弁６を開弁する制御信号を出力し、この制御信号は出
力ポート３８がＣＰＵ３０より燃料噴射の終了を指令す
る信号をうけとるまで出力され続ける。燃料噴射の終了
の指令は、タイマ３３の内部のコンベアＡにＣＰＵ３０
によって設定された燃料噴射終了時刻ｔ１とタイマ３３
がカウントしつづけている実時間とが一致した時に発生
するコンベアへ一致割込ルーチン（後述）によって与え
られるよう構成されている。同様に、イグナイタ１６へ
のオン、オフ信号も出力ポート３８からのイグナイタオ
ンまたはイグナイタオフを指令する信号によって行われ
るが、これはタイマ３３の内部のコンベアＢにＣＰＵ３
０によって設定された点火時期の開始および終了の時刻
ｔ２またはｔ３とタイマ３３がカウントしつづけている
実時間とが一致した時に発生するコンベアＢ一致割込ル
ーチン（後述）によって与えられる。

次に本実施例の電子制御装置２０が実行する制御につい
て詳述する。

第４図に示すフローチャートが制御のメインルーチンで
ある。本ルーチンは、図示しないキースイッチがオンさ
れると起動されて、まずＣＰＵ３０の内部レジスタのク
リア等の初期化を行い（ステップ１００）、次に内燃機
関１の制御に用いるデータの初期値の設定、例えば空燃
比フィードバックの学習値ＭＫｔを所定の記憶領域から
読み出すといった処理を行う（ステップ１１０）。続い
て内燃機関１の運転状態、例えば吸気圧センサ１５、回
転角センサ１８．水温センサ９等からの信号を読み込み
、こうして読み込んだ諸データから、内燃機関１の吸気
管圧力ｐｍや回転数Ｎｅ、およびこれらの吸気管圧力Ｐ
ｍおよび回転数Ｎｅの関数として算出される基本燃料噴
射時間ＴＢ等内燃機関１の制御の基本となる諸口を計算
する処理を行う（ステップ１２０）。以下、ステップ１
２０で求めた諸量に基づいて、点火時期制御（ステップ
１３０）が行われ、次いで内燃機関１の運転状態に応じ
て噴射供給する燃料量を最終的に決定する燃料噴射時間
ＴＡＵの算出処理が実行され（ステップ１４０）、この
処理の後再びステップ１２○へ戻って以上の処理が繰り
返し実行される。

第５図および第６図は、本実施例の特徴である上記ステ
ップ１３０の点火時期計算の詳細なフローチャート、お
よびそのフローチャートで使用される点火進角テーブル
の説明図である。公知のように、点火時期θは内燃機関
１の設計時点で定まる基準点火時期θＢを基準として、
更に内燃機関１の運転状態に応じて適宜進角制御するこ
とが望ましい。この進角値を最良に選択することで、内
燃機関１の高効率の運転が達成されるのである。

従って、点火時期計算（ステップ１３０）にあっては、
初めに現在の内燃機関１の機関回転数Ｎｅおよび吸気管
負圧の２つのパラメータから第６図に示す様な点火進角
テーブルの検索が行われ、最適な点火進角θＡの決定が
実行される（ステップ１３１）。そして、次に現在トラ
ンスミッション２２を中心とした内燃機関１の回転出力
を負荷となる駆動輪に伝達している駆動力伝達系にどれ
程のトルクが加わっているかを推定するために、シフト
ポジションセンサ２４および回転角センサ１８と吸気圧
センサ１５の出力信号から、シフトポジションが第１速
であり、かつ回転数Ｎｅが所定の回転数領域Ｎ１〜Ｎ２
内であるか否か、吸気圧が所定の値Ｐｉ　　（絶対圧）
以上であるか否かの判断を行う（ステップ１３２．ステ
ップ１３３．ステップ１３４）。これは、駆動力伝達系
の耐え得る最大トルクＴ　ｍａｘを超える過大なトルク
が駆動力伝達系に加わる運転状態を検出するためであり
、トランスミッション２２の変速比が最も大きな第１速
による運転時であり、かつ内燃機関１の発生トルクＴｅ
が機関回転Ｎｅと吸気圧ｐｍから判断して比較的大きい
範囲を検出している。この検出している状態の説明図が
第７図である。

３つの条件が満足される内燃＃Ｍ関１の運転状態のとき
に限りステップ１３５の点火進角θＡの遅角側補正処理
が実行され、内燃機関１の最高出力を引き出すために予
め記憶されていた点火進角テーブル（第６図）からの検
索値θＡを少なくし、意図的に内燃機関１の出力低下を
生じる進角値が算出される。ここで点火進角の遅角の程
度は、第７図に示す第１速時の発生トルクを駆動力伝達
系の耐え得る最大トルク丁ｍａＸにまで低下させる程度
であり、機関回転数Ｎｅ、吸気圧Ｐｍに関係せず回転数
Ｎ１〜Ｎ２と吸気圧Ｐｍが８１以上の範囲内で一律に遅
角するものであっても、あるいは機関回転数Ｎｅと吸気
圧Ｐｍの関数として極力進角値の遅角量を小さくするも
のであってもよい。

この様にして特定の運転状態においてのみ点火進角θＡ
の遅角処理（ステップ１３５）が行われた後には、最終
的に算出された遅角量および点火進角θＡとから最終的
な点火時期θ（＝θＡ−θ角−）が決定され、ＲＡＭ３
２の所定の記録領域に格納されて（ステップ１３６）、
次のステップ１４０の処理へと移行する。

このようにしてメインルーチンにて各種の制御が実行さ
れるのと平行して、ステップ１３０にて算出された点火
時期θ、およびステップ１４０にて算出された燃料噴射
弁６の開弁時間に基づいた点火時期の制御、燃料噴射の
実行が以下のような割込みルーチンにて実行される。第
８図のフローチャートがその割込みルーチンであり、ク
ランク回転角３０’　ＣＡ毎に起動される３０’ＣＡ割
込ルーチンである。本制御ルーチンはクランク角の３０
’ＯＡ毎に回転角センサ１８から入力されるパルスによ
って割込ルーチンとして起動され、まずステップ６００
で気筒判別センサ１９からパルスが入力された時点を零
として回転角センサ１８からパルスが入力される毎に１
から２４まで繰返しカウントアツプされる特に図示しな
いカウンタの値を知って現在のクランク角を求める処理
が行なわれる。続くステップ６０２では、ステップ６０
０で求めたクランク角から、現在第１気筒または第６気
筒の吸気行程の開始にあたっているか否かの判断を行な
う。これは、内燃機関１の１回転に１回、燃料噴射を行
うことから、現時点での内燃機関の行程が内燃機関の回
転に同期した燃料噴射を行う行程、即ち第１または第６
気筒の吸気行程の開始にあたるクランク角にあるか否か
の判断を行うことにあたる。ステップ６０２での判断が
ｒＹＥｓＪであれば、ステップ６０４の処理にて直ちに
燃料噴射を起動すべく出力ポート３８に指令信号を出力
し、燃料噴射弁６を開弁させる。そして、続くステップ
６０６では、第４図のステップ１６０で求められた燃料
噴射弁６の開弁時間ＴＡＵをタイマ３３から読みとられ
る実時間７−ｒに加えた値、即ち燃料噴射終了時刻ｔ１
をタイマ３３内のコンベアＡにセットする処理が行われ
る。

燃料噴射処理が終了したとき、あるいは前記ステップ６
０２の判断でその必要がないと判断したときには、続く
ステップ６０８の処理により現在のクランク角度が任意
の気筒の上死点前９０’であるかの判断がなされ、これ
に該当するときには点火時期制御によって定められるイ
グナイタ１６をオンする時期ｔ２が前記ステップ６０６
同様に決定されてコンベアＢレジスタにセットされる（
ステップ６１０）。この処理の後、あるいはステップ６
０８の処理で上死点前９０’の割込みでないと判断され
たときには、更に上死点前６０’の割込みであるか否か
が判断され（ステップ６１２）、上死点前６００の割込
みであるときにはコンベアＢレジスタにイグナイタ１６
をオフする時刻で３がセットされて水割込みルーチンを
終了する。

タイマ３３内のコンベアＡでは、セットされた燃料噴射
終了時刻【１と制御上の実時間Ｔｒとを比較し続け、制
御上の実時間Ｊｒが燃料噴射終了時刻ｔ１となった時、
ＣＰＵ３０に対して割込要求を発し、コンベアへ一致割
込みルーチンを起動させる。これが、第９図のフローチ
ャートに示すルーチンであって、ステップ７００におい
て、出力ポート３８に燃料噴射を終了する為の信号を出
力し、燃料噴射弁６を閉弁させて、燃料噴射を終了させ
る。ステップ７００の処理の終了後、直ちにＲＴＮｌ、
：１１１けて、本コンベアＡ一致割込みルーチンを終了
する。

同様にタイマ３３内のコンベアＢでは、セットされた時
刻ｔ２またはｔ３と制御上の実時間Ｔｒとの比較が行わ
れ、これらが一致したときコンベアＢ一致割込みがＣＰ
Ｕ３０に対して行われる。

第１０図がその割込み要求が発生したときＣＰＵ３０に
て実行されるルーチンのフローチャートである。図示の
ごとく上記割込み要求が時刻ｔ２によるものか否かが判
断され（ステップ８００）、ｔ２による割込みであれば
直ちにイグナイタ１６をオンする出力を出力ポート３８
に発生させる出力信号が出され（ステップ８０２＞、時
刻で３による割込み要求であれば逆にイグナイタ１６を
オフするための出力が出力ポート３８に対してなされ（
ステップ８０４）、本ルーチンの処理を終了する。

以上のごとく構成される本実施例の出力制御装置によれ
ば、次のような効果が明らかである。

トランスミッション２２に許容範囲以上の過大なトルク
が加わる内燃１１１１０１の運転状態が検出されると、
直ちに点火時期が最適進角値から外れて遅角制御されて
内燃機関１の発生トルクが低下することになる。従って
、トランスミッション２２に歯車の欠損等の故障が発生
するこもなく、品質の良い内燃機関システムを構築する
ことができる。

また、内燃機関１の回転出力が自由に制御可能となるた
め、同一の内燃機関１を利用して多種多用な高品質の内
燃機関システムを容易に設計することができる。このこ
とは更に、内燃機関１のベストマツチングを取るメーカ
ー努力の自由度が向上する面も兼ね備えること、にもな
り、内燃機関システムをより高出力、低燃費、低公害へ
と改良することが可能となる。

しかも、上述のように回転出力を低下する運転状態は、
第１速時でかつ機関回転数ＮｅがＮ１〜Ｎ２で吸気圧Ｐ
ｍが２１以上の狭い限られた範囲内であり、内燃機関１
の性能は原則として常に最良状態に引き出されることに
なる。

なお、本実施例では内燃機関１の回転出力・を応答性高
く制御するために点火時期を制御対象とした例について
詳述したが、燃費を向上させることを第１義として吸入
空気口や燃料噴射時間を小さくする等の他の態様で回転
出力を低下させても、上記同様の効果が達成される。

発明の効果 以上実施例を挙げて詳述したように、本発明の内燃機関
の出力制御装置によれば、内燃機関の回転出力が駆動力
伝達手段の許容できる最大トルク値以上になることが回
避される。従って、内燃機関のベストマツチングを取る
改良が自由に実施可能となり、また同一の内燃機関を多
種多用の内燃機関システムに応用することができる。こ
れにより、内燃機関システムの設計自由度が格段に向上
し、多品種少量生産に適合した優良な製品開発ができる
のである。

また、その回転出力の抑制は必要最低限度に実行される
ため、内燃機関の性能は原則として常に最良状態に引き
出され、効率よい内燃機関システムを実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は内燃は関のｍ
関口転数と出力およびトルクの関係説明図、第３図は実
施例の内燃機関のシステムの概略構成図、第４図は同実
施例のメインルーチンのフローチャート、第５図はその
点火時期制御の詳細なフローチャート、第６図はその点
火時期制御に利用されるテーブル説明図、第７図は同実
施例の出力制御の説明図、第８図は同実施例の３０’Ｃ
Ａ割込みルーチンのフローチャート、第９図は同実施例
のコンベアへ一致割込みルーチンのフローチャート第１
０図はコンベアＢ一致割込みルーチンのフローチャート
を示す。 １・・・内燃機関 ３・・・点火プラグ ２０・・・電子制御回路 １７・・・ディストリビュータ ２２・・・トランスミッション

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関のクランク軸に連結され、該内燃機関の回転出
   力を負荷に伝達する駆動力伝達手段と、前記内燃機関の
   回転出力を所望の値に制御する回転出力制御手段と、 前記駆動力伝達手段の伝達するトルクを検出するトルク
   検出手段と、 該トルク検出手段の検出するトルク値が所定値以内とな
   るように、前記回転出力制御手段に作動して回転出力を
   低下させるトルク抑制手段と、を備えることを特徴とす
   る内燃機関の出力制御装置。