JP2000274291A - 作業機用電子燃料噴射エンジンとその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 急激な負荷変動に対しても、追従性よく燃料
噴射量を変えることができ、過渡時において運転が不安
定になることを抑制できる作業機用の電子燃料噴射エン
ジンを提供する。 【解決手段】 エンジン回転数変化率を算出する回転数
変化率算出部３１と、算出されたエンジン回転数変化率
に基づいてエンジンの運転状態が定常時であるか過渡時
であるかを判別する定常過渡時判別部３２と、その定常
過渡時判別部３２が過渡時であると判別したことに応答
して、前記フィードバック制御を解除して過度時用噴射
量マップ３５に基づいて噴射量の設定をオープン制御を
行うオープン制御手段３４を備えた。回転数変化率に基
づいて定常時であるか過渡時であるかを判別する判別す
るので検出が速く、オープン制御を行うので、フィード
バック制御を行うよりも過渡時の変化に対してより追従
性を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、急激な負荷変動が
起こり得る作業機械に搭載される作業機用電子燃料噴射
エンジン及びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、自動車用エンジンに使用される電子
燃料噴射装置として、エンジンが高負荷域にあるときに
排気ガスが高くなりすぎて排気路に設けられた触媒が損
傷することを防ぐために、燃料噴射装置（弁）から噴射
される燃料を調整して排気ガスの温度上昇を抑える方法
が知られている。また、自動車用エンジンには排気ガス
を清浄化するために、理論空燃比近くでＣＯ，ＨＣ，Ｎ
Ｏｘを最大限に低減する３元触媒が使用されており、排
気通路に設けられた酸素センサによって、排気ガス中の
酸素濃度を検出して実際の空燃比を検出し、目標空燃比
との偏差を許容値内に収めるようにフィードバック制御
を行い、噴射量を調整することが行われている。

【０００３】さらに、特開平３−１１１６４９号公報に
は、エンジン回転数とエンジン負荷を検出し、高負荷時
には、理論空燃比近くで機能するフィードバック制御を
停止してオープン制御により噴射量の増量を行う方法が
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平３−１１１
６４９号公報に開示されたように、高負荷時に上記フィ
ードバック制御を解除し、オープン制御を行うことは、
作業機用エンジンにおいても適用可能である。しかしな
がら、作業機用エンジンには自動車用エンジンにはない
急激な負荷変化があるので、特開平３−１１１６４９号
のようにエンジン回転数と負荷をそれぞれ検出して、そ
の検出回転数と検出負荷に基づいてオープン制御に切り
換える方法だけでは、負荷変動に伴う過渡時の回転数の
変動が大きくなるという作業機械特有の問題を解決でき
ない。

【０００５】上記問題についてさらに説明する。図９は
作業機用エンジンと自動車用エンジンの運転形態の違い
を示す図であり、縦軸に出力、横軸にエンジン回転数を
取っている。自動車用エンジンの場合は１速の曲線９０
ａ、２速の曲線９０ｂに応じて特性曲線が変わり、クラ
ッチ、アクセルペダル、ブレーキを操作して人間が速度
をコントロールするものである。そして、自動車用エン
ジンの運転域は低速低負荷域９１が中心である。これに
対して作業機用エンジンはガバナ（調速機）により、最
大出力線９２ａを上限として、中速の動作線９２ｂ、高
速の動作線９２ｃのように速度制御され、その運転域は
高速高負荷域９３に設定される場合がほとんどである。
例えば、作業機用エンジンとして耕運機用エンジンを例
に取ると、回転式砕土機により土を耕している状態から
地面から外した時には、定格負荷、定格回転数の状態９
５から一瞬のうちに、無負荷状態９６になるので、その
急激な負荷の変化に対応して燃料噴射量の設定を速く追
従させなければ、回転数の変動が長時間続き、運転が不
安定になる問題が生じる。

【０００６】また、逆に空中で回転式砕土機が回転して
いる状態から、一気に土を掘った状態では、負荷が急激
に増加するので、その増加に対応して燃料噴射量を調整
しないと、エンストを起こしてしまう恐れもある。この
ように、作業機用エンジンにおいては、外部からかかる
負荷が一瞬の間に、例えば、０．０１秒〜１．０秒程度
で全負荷から無負荷へ、無負荷から全負荷に急激に変化
することが起こり得る。このようなことは自動車用エン
ジンではありえず、作業機用エンジン特有の過渡時の変
化に対応して燃料噴射量を機敏に設定できれば、作業機
の安定運転上、好ましいことである。また、耕運機用エ
ンジンのみならず、エンジン発電機に搭載されたエンジ
ンにおいても、急激な負荷がかかった場合に、その過渡
時に大きな回転数の変動を生ずることがあれば、発電周
波数がその過渡時に変動することになり、同様に問題と
なる。

【０００７】

【発明の目的】本発明は上記課題に鑑みてなされたもの
であり、本発明の目的は、上記課題を解決できる作業機
用電子燃料噴射エンジンとその制御方法を提供すること
にある。具体的な目的の一例を示すと、以下の通りであ
る。 (ａ)急激な負荷変動に対しても、追従性よく燃料噴射量
を変えることができ、過渡時において運転が不安定にな
ることを抑制できる作業機用の電子燃料噴射エンジンを
提供する。なお、上記に記載した以外の発明の課題及び
その解決手段は、後述する明細書内の記載において詳し
く説明する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明を、例えば、本発
明の実施の形態を示す図１から図８に基づいて説明する
と、次のように構成したものである。第１発明は、空燃
比を検出する空燃比検出手段２０と、目標とする空燃比
と空燃比検出手段２０からの実測空燃比との偏差を許容
値内に収めるように燃料噴射装置４の噴射量を制御する
フィードバック制御手段３６を備えた電子燃料噴射エン
ジンにおいて、エンジンにかかる負荷状態を検出し、そ
の検出された負荷状態に基づいてエンジンの運転状態が
定常時であるか過渡時であるかを判別し、定常時と判別
されたことに応答して前述の空燃比に基づくフィードバ
ック制御を行い、過渡時と判別されたことに応答して空
燃比に基づくフィードバック制御を解除してオープン制
御により噴射量の設定を行い、さらに、オープン制御に
移行した後においては、エンジンの運転状態が定常時に
戻ったか否かを判別し、定常時に戻っていないと判別さ
れたことに応答して前記オープン制御を続行し、定常時
に戻ったと判別されたことに応答して前述の空燃比に基
づくフィードバック制御に移行することを特徴とする制
御方法である。

【０００９】第２発明は、空燃比を検出する空燃比検出
手段２０と、目標とする空燃比と空燃比検出手段２０か
らの実測空燃比との偏差を許容値内に収めるように燃料
噴射装置４の噴射量を制御するフィードバック制御手段
３６とを備えた電子燃料噴射エンジンにおいて、エンジ
ンにかかる負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、検
出された負荷状態に基づいてエンジンの運転状態が定常
時であるか過渡時であるかを判別する定常過渡時判別手
段３２と、その定常過渡時判別手段３２が過渡時である
と判別したことに応答して、前記フィードバック制御を
解除して過度時用噴射量記憶手段に基づいてオープン制
御で噴射量の設定を行うオープン制御手段３４と、定常
過渡時判別手段３２が定常時であると判別したことに応
答して、前記フィードバック制御手段３６が定常時噴射
量記憶手段に基づいて前記空燃比によるフィードバック
制御により噴射量の設定を行なうことを特徴とする。第
３発明は、前記負荷状態検出手段が、エンジン回転数検
出手段９と、エンジン回転数変化率を算出する回転数変
化率算出手段３１とで構成され、定常過渡時判別手段３
２が、算出されたエンジン回転数変化率に基づいてエン
ジンの運転状態が定常時であるか過渡時であるかを判別
するものであることを特徴とする。

【００１０】第４発明は、燃焼室１への空気量の流入量
を制御する絞り弁５と、吸気通路内の圧力を検出する圧
力センサ７と、前記絞り弁５の開度θを検出する弁開度
センサ８とを備え、前記定常時用噴射量記憶手段を圧力
値ｐとエンジン回転数ｎに基づいて基本噴射量を設定し
た定常時噴射量マップ３６で構成し、前記フィードバッ
ク制御手段３３がその定常時噴射量マップ３６と検出さ
れた圧力値Ｐと検出された回転数ｎに基づいて基本噴射
量を設定するものであり、前記過度時用噴射量記憶手段
を弁開度θとエンジン回転数ｎに基づいて基本噴射量を
設定した過渡時噴射量マップ３５で構成し、前記オープ
ン制御手段３４が過渡時噴射量マップ３５と検出された
弁開度θと検出された回転数ｎに基づいて基本噴射量を
設定するものであることを特徴とする。第５発明は、前
記オープン制御手段３４が、圧力値ｐとエンジン回転数
ｎに基づいて基本噴射量を設定したマップ２３と、弁開
度θとエンジン回転数ｎに基づいて基本噴射量を設定し
たマップ２４と、各マップに基づいて算出されたそれぞ
れの基本噴射量を所定規則により重み付けする重み付け
手段２５とを備え、重み付け手段２５により算出された
噴射量に基づいて実際の噴射量を設定することを特徴と
する。

【００１１】さらに第１発明〜第４発明について説明す
る。第１発明において、エンジンにかかる負荷状態を検
出し、その検出された負荷状態に基づいてエンジンの運
転状態が定常時であるか過渡時であるかを判別する方法
の一例として、エンジン回転数変化率を算出し、算出さ
れたエンジン回転数変化率に基づいてエンジンの運転状
態が定常時であるか過渡時であるかを判別する方法があ
る。第２発明における負荷状態検出手段としては、過渡
的な負荷の変動を比較的応答性よく検出できる手段であ
れば、構成は特に限定されない。そのようなものとし
て、例えば、油圧の検出、応答性のよい圧電素子式のト
ルクセンサによる検出、発電機などの場合は電流の検
出、応答性には若干問題が残るが弁開度の変化率（ｄθ
／ｄｔ）による検出、などが例示できる。エンジンにか
かる外的な負荷状態をエンジン単体で検出するには、第
１発明のように回転数変化率（ｄｎ／ｄｔ）を採用する
ことが好ましく、作業機も含めて負荷状態を検出する場
合は、負荷状態を表現する電流値，電圧値，作業機の位
置などを検出する手段を設けることで前記負荷状態検出
手段を構成すればよい。第２発明において、定常時噴射
量記憶手段と過度時用噴射量記憶手段を全く同じデータ
内容とすることも異ならせることも可能である。第５発
明においては、重み付けの係数を弁開度変化率（ｄθ／
ｄｔ）、圧力変化率（ｄｐ／ｄｔ）の少なくとも一方を
含んだもので構成することができる。

【００１２】

【作用及び効果】第１発明であれば、過渡時と判別され
たことに応答してオープン制御を行うので、フィードバ
ック制御を行うよりも過渡時の変化に対してより追従性
を高めることができ、急激な負荷変動に伴う回転数の変
動を短い時間に収めることができる。また、オープン制
御に移行した後では、少なくともエンジンの運転状態が
定常時に戻ったか否かを判別し、定常時に戻っていない
と判別されたことに応答して前記オープン制御を続行
し、定常時に戻ったと判別されたことに応答して前述の
空燃比に基づくフィードバック制御に移行するので、過
渡時のみオープン制御を行わせることができる。この第
１発明は、過渡時を検出し、その過渡時のみフィードバ
ック制御からオープン制御に切り換えるようにしたこと
を発明のポイントとしている。エンジンの運転状態が定
常時であるか過渡時であるかを判別する場合に、エンジ
ン回転数変化率に基づいて判別する構成であれば、エン
ジンにかかる外的な負荷変動に最も速く対応させること
ができる。これは、エンジンにかかる負荷が急激に大き
くなったり、小さくなったりすると、エンジンの出力軸
を介して、エンジンの回転数が最も最初に減少したり、
増加したりするからである。また、エンジン回転数の変
化率に基づいて検出しているので、過渡時か否かの判別
処理を速くすることができ、後の応答遅れを小さくする
ことができ、作業用エンジンに特有な急激な負荷変動に
対しても十分に対応できるものである。

【００１３】第２発明であれば、負荷状態検出手段が負
荷状態を検出し、定常過渡時判別手段が検出された負荷
状態に基づいてエンジンの運転状態が定常時であるか過
渡時であるかを判別し、過渡時であると判別したことに
応答してオープン制御手段がフィードバック制御を解除
して過度時用噴射量記憶手段に基づいて噴射量の設定を
オープン制御を行い、定常過渡時判別手段が定常時であ
ると判別したことに応答してフィードバック制御手段が
定常時噴射量記憶手段に基づいて前記空燃比によるフィ
ードバック制御により噴射量の設定を行なう。したがっ
て、過渡時にはオープン制御により噴射量の設定を速く
行え、負荷変動に伴う回転数の変動を短い時間に収める
ことができる。また、定常時には空燃比に基づくフィー
ドバック制御により、安定した空燃比制御が行える。ま
た、第２発明の構成において、過度時用噴射量記憶手段
のデータ内容を定常時噴射量記憶手段のデータ内容と異
ならせ、過度時用噴射量記憶手段を過渡時の回転変動を
速く収束するような値のデータ、具体的には燃料が濃い
側の空燃比となるような値とした場合は、さらに回転数
の変動を短い時間に収めることが可能になる。第３発明
であれば、前記負荷状態検出手段が、エンジン回転数検
出手段と、エンジン回転数変化率を算出する回転数変化
率算出手段とで構成され、定常過渡時判別手段が、算出
されたエンジン回転数変化率に基づいてエンジンの運転
状態が定常時であるか過渡時であるかを判別するので、
過渡時か否かの判別処理を速くすることができ、後の応
答遅れを小さくすることができ、作業用エンジンに特有
な急激な負荷変動に対しても十分に対応できるものであ
る。

【００１４】第４発明の作用効果について説明する。ま
ず、前述したように回転式砕土機により土を耕している
状態から地面から外した時のように定格負荷、定格回転
数から一瞬のうちに、無負荷状態になった場合を考える
と、最初にエンジンの出力軸にかかる負荷がなくなるの
で、回転数ｎの変化が一番最初に現れ、ついで、絞り弁
の開度θが変化し、最後に、エンジン回転数ｎ及び開度
θの変化により吸気負圧ｐが変化する。つまり、前記急
激な負荷変動があったときに、回転数変化率（ｄｎ／ｄ
ｔ）が一番応答性がよく、弁開度変化率（ｄθ／ｄ
ｔ）、吸気負圧変化率（ｄｐ／ｄｔ）の順に応答性が低
下する。よって過渡時には、吸気負圧ｐに比べて応答性
のよい絞り弁開度θとエンジン回転数ｎに基づいて基本
噴射量を設定したマップに基づいて実際の噴射量を設定
すれば、変化に対する追従性を良くすることができる。
また、定常時は吸気負圧ｐとエンジン回転数ｎに基づい
て基本噴射量を設定したマップに基づいて実際の噴射量
を設定すれば燃費を向上させることができる。

【００１５】第５発明であれば、前記オープン制御手段
が、圧力値とエンジン回転数に基づいて基本噴射量を設
定したマップと、弁開度とエンジン回転数に基づいて基
本噴射量を設定したマップと、各マップによって算出さ
れた基本噴射量を所定規則により重み付けする重み付け
手段とを備え、重み付け手段により算出された噴射量に
基づいて実際の噴射量を設定するので、前記規則の内容
によって、過渡時中においてもより細かい噴射量の制御
を行えるようになる。例えば、前記規則を過渡時中にお
いて大きく回転数ｎの変動する過渡時の初期には、主に
弁開度θとエンジン回転数ｎに基づいて基本噴射量を設
定し、回転数の変動が収束に向かう過渡時の終期には圧
力値ｐとエンジン回転数ｎに基づいて基本噴射量を設定
すればよい。このように過渡時中においてもより細かい
噴射量の制御を行なえるようにすることにより、最適な
噴射量を設定でき、回転数の変動をより速く収束に向か
わせるように制御を行うことが可能になる。

【００１６】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づ
き説明する。図１は本発明の作業機用電子燃料噴射エン
ジンの第１実施形態を示す概略構成図である。この作業
機用電子燃料噴射エンジンＥは、エンジンの燃焼室１に
臨んで設けられた燃料点火プラグ２と、吸気管３内に設
けられた燃料噴射装置４と、燃焼室１への空気量の流入
量を制御する絞り弁５と、絞り弁５の開度を制御するメ
カニカルガバナ６と、吸気管３内の圧力ｐを検出する圧
力センサ７と、クランク角度信号を一定期間検出するこ
とによりエンジンの回転数ｎを検出する回転数センサ９
と、吸気管３の吸気温度を検出する吸気温センサ１８
と、エンジン冷却液の温度ｔを検出するエンジン液温セ
ンサ１９と、絞り弁５の開度を検出する弁開度センサ８
を備えている。

【００１７】図１において、排気通路の所定位置には、
３元触媒１１が設けられ、その上流位置或いは下流位置
に排気ガス中の酸素濃度に基づいてエンジンの空燃比
（便宜上、空気過剰率λで示す）を検出する空燃比検出
センサ２０が設けてある。図１においては下流側位置に
空燃比検出センサ２０を設けた構成が示してある。燃料
噴射装置４は図１では噴射弁のみを図示しているが、実
際には燃料タンク、噴射弁に燃料を圧送する燃料ホンプ
などを備えている。

【００１８】また、作業機用電子燃料噴射エンジンＥに
は、全般的な制御を行うマイクロコンピュータで構成さ
れた制御部１０が設けられ、その制御部１０には圧力セ
ンサ７の検出圧力ｐ、回転数センサ９からのエンジン回
転数ｎ、吸気温センサからの吸気温度ｔ、エンジン液温
センサ１９からのエンジン冷却液の温度ｔ、空燃比検出
センサ２０からの空燃比λ、弁開度センサからの弁開度
θが入力されるようにしてある。制御部１０の噴射パル
ス信号は燃料噴射装置４に出力されて開弁され、制御部
１０の演算に基づいて噴射量を噴射時間の長短で設定す
るように構成してある。

【００１９】なお、多気筒エンジンの場合はサージタン
ク室１２を介して各気筒へ各吸気管を連通し、それら吸
気管毎に各燃料噴射装置４を備えるように構成するのが
一般的である。メカニカルガバナ６は、例えば、ガバナ
軸１３に揺動自在に支持されたガバナレバー１４と、オ
ペレータがエンジンの回転速度を設定する調速レバー１
５と、ガバナスプリング１６を含んで構成してあり、ガ
バナレバー１４の一端に絞り弁５の操作棒１７を連動連
結し、ガバナレバー１４の他端にガバナスプリング１６
を連動連結し、そのガバナスプリング１６を調速レバー
１５に連動連結してある。そして、ガバナレバー１４に
ガバナフォース（ＧＦ）をかけることにより絞り弁５を
閉まる方向に駆動させ、ガバナスプリング１６の張力に
より絞り弁５を開く方向に駆動させるようにしてある。
つまり、ガバナフォース（ＧＦ）とガバナスプリング１
６の張力との不釣り合いで絞り弁５の開度を制御するよ
うに構成してある。

【００２０】弁開度センサ８はガバナ軸１３の回転を検
出するように構成してあり、このよに構成することによ
り、弁開度センサ８を安定に支持できるとともに、ガバ
ナレバー１４と絞り弁５との連結棒１７などの動作遅れ
の影響を少なくすることができる。但し、絞り弁５の位
置に弁開度センサ８を設けることも可能である。この実
施形態のように、電子燃料噴射エンジンにおいても、メ
カニカルガバナ６によって絞り弁５の開度を制御するよ
うに構成することにより、吸入空気量の制御はメカニカ
ルガバナ６に任せることができ、制御部１０は、最適な
燃料噴射量の設定などの処理に集中することができると
ともに、作業機械に搭載されたときに、苛酷な運転条件
においても調速機能を安定して発揮できる。

【００２１】図２は制御部の概略構成を示す機能ブロッ
ク図である。制御部１０は、エンジン回転数の変化率を
算出する回転数変化率算出部３１と、算出されたエンジ
ン回転数ｎの変化率（ｄｎ／ｄｔ）と所定のしきい値の
大小を比較することにより、エンジンが一定回転数で安
定して回転している定常状態であるか、外的負荷の変動
が加わり回転数変動の大きな過渡状態であるかを判別す
る定常過渡時判別部３２と、圧力検出値ｐとエンジン回
転数ｎと空燃比λが入力され、定常時噴射量マップ３６
に基づいて基本噴射量を設定して空燃比によるフィード
バック制御を行うフィードバック制御部３３と、圧力検
出値ｐとエンジン回転数ｎが入力され、過渡時噴射量マ
ップ３５に基づいて、オープン制御により燃料噴射量を
設定するオープン制御部３４とを備えている。なお、便
宜的に、定常時噴射量マップ３６をフィードバック制御
部３３とを、また、過渡時噴射量マップ３５をオープン
制御部３４とはそれぞれ別に描いているが、実際は各制
御部３３，３４はマイクロコンピュータのプログラムで
構成され、各マップ３６，３５はそれぞれコンピュータ
のＲＯＭ内に記憶されているものである。

【００２２】なお、本明細書において回転数ｎと圧力値
ｐに基づいて定めた基本噴射量（基本噴射時間）をＥ
（ｐ，ｎ）と記載し、回転数ｎと絞り弁開度θに基づい
て定めた基本噴射量をＥ（θ，ｎ）と記載する。Ｅ
（ｐ，ｎ）マップは図３（Ａ）に示すようなエンジン回
転数ｎと、吸気負圧ｐをパラメータとして、格子点状に
基本噴射量データを記憶したものである。各格子点の間
のデータは近接する格子点間の補間により算出する。Ｅ
（θ，ｎ）マップは図３（Ｂ）に示すようなエンジン回
転数ｎと、絞り弁開度θをパラメータとして、格子点状
に基本噴射量データを記憶したものである。

【００２３】図２に示すフィードバック制御部３３は、
基本噴射量Ｅ（ｐ，ｎ）に空燃比補正係数Ｆを乗算して
基本噴射量を増減するものである。この実施形態では、
定常時噴射量マップ３６、過渡時用噴射量マップ３５は
ともに圧力検出値ｐと回転数ｎのデータ、即ちＥ（ｐ，
ｎ）マップで与えられている。なお、過渡時噴射量マッ
プ３５と定常時噴射量マップ３６との違いは、主に以下
の点である。 過渡時噴射量マップ３５は、過渡時にオーバーシュー
トする回転数変動を予め見込んで、定常状態なら必要で
ない、回転数ｎと圧力検出値ｐと関する噴射量データを
予め設定してある。 過渡時噴射量マップ３５は急激な負荷変動によって、
回転数が安定するまでに長い時間がかからないように、
急激な負荷変動による回転数の変動を抑えるように、予
め燃料が濃くなる側（リッチ側）の大きな基本噴射量の
値を記憶したマップデータを設定してある。但し、簡便
な方法としては、を除いて、定常時噴射量マップ３６
と過渡時時噴射量マップ３５を全く同じデータに構成し
てもよい。

【００２４】図４はこの実施形態の処理フローを説明す
るためのフローチャートである。この処理フローは各気
筒の噴射毎に行われる。まず、ステップＳＰ１で吸気負
圧ｐ，回転数ｎを取り込み、ステップＳＰ２において回
転数変化率（ｄｎ／ｄｔ）を算出し、ステップＳＰ３に
おいて回転数変化率に基づいて定常時と過渡時とを判別
し、定常時であると判別された場合はステップＳＰ４に
おいて、定常時噴射量マップ３６に基づいて基本噴射量
Ｅ（ｐ，ｎ）を算出し、ステップＳＰ５において空燃比
に基づくフィードバック補正係数Ｆを算出し、ステップ
ＳＰ６において基本噴射量Ｅ（ｐ，ｎ）にフィードバッ
ク補正係数Ｆを乗算してフィードバック補正された噴射
時間Ｔｉを算出する。一方、過渡時であると判別された
場合はステップＳＰ７において過渡時噴射量マップ３６
に基づいて基本噴射量Ｅ（ｐ，ｎ）を算出し、ステップ
ＳＰ８において空燃比に基づくフィードバック補正係数
Ｆを１と設定することによりオープン制御とし、ステッ
プＳＰ９において基本噴射量Ｅ（ｐ，ｎ）に基づいて噴
射時間Ｔｉを算出する。

【００２５】図５を参照しつつ、さらに説明する。図５
（Ａ）は本実施形態において、全負荷から無負荷に急激
に変化したときの回転数変化を示した図であり、横軸に
時間、縦軸に回転数を取っている。図５（Ｂ）はそのと
きの空燃比の変化を示す図である。まず、時間ｔ０にお
いて急激に負荷が抜けて小さくなった状態となったと
き、エンジンの出力軸に負荷がかからないことにより、
回転数が急激に上昇する。その傾き（ｄｎ／ｄｔ）２６
が所定しきい値を超えたか否かをステップＳＰ３におい
て判別することにより、定常時か過渡時かを判別する。
過渡時と判別した時を図５（Ａ）においてはｔ１で示し
ている。その判別方法として、図４に示すように、負荷
が急激に大きくなったときは、回転数が下がるので、 ｄｎ／ｄｔ＜所定値、 となれば、過渡時と判別し、逆に負荷が急激に小さくな
ったときは、回転数が上がるので、 ｄｎ／ｄｔ＞所定値 となったときに過渡時と判別する方法がある。

【００２６】定常時と判別されたときは、基本噴射量Ｅ
（ｐ，ｎ）を算出した後、ステップＳＰ５において、目
標空燃比と空燃比検出センサ２０（図１参照）が検出し
た空燃比との偏差がゼロになるようにフィードバック補
正係数Ｆを公知の方法により算出し、ステップＳＰ６に
おいて、 Ｔｉ＝Ｅ（ｐ，ｎ）・Ｆ・Ｋｘ により補正された噴射時間Ｔｉを算出する。ここで、上
記Ｋｘは、図１に示す液温センサ１９からの温度ｔを考
慮した補正係数や吸気温センア１８からの温度ｔを考慮
した補正係数などを総合した補正係数を示している。一
方、過渡時と判別された時は、オープン制御にするため
にステップＳＰ８においてＦ＝１に設定するとともに、 Ｔｉ＝Ｅ（ｐ，ｎ）・Ｋｘ により補正された噴射時間Ｔｉを算出する。次に、定常
状態から過渡状態への移行、過渡状態から定常状態への
移行の判別も含めたフローチャートを図６に示す。

【００２７】図６において、エンジンが急激な負荷変動
がない定常状態で運転されている状態を基準に考えて、
ステップＳＰ３１で、制御部１０の定常過渡時判別部３
２がエンジン回転数変化率が所定のしきい値を超えたか
否かを判別することにより、定常状態から過渡状態への
移行と見なし得る回転変動があるか否かを判別し、回転
変動があると判別された場合は、ステップＳＰ３２にお
いてオープン制御部３３が過渡時噴射量マップ３５を使
用して噴射量を設定してオープン制御（フィードフォー
ド制御）で噴射を行う。そして、ステップＳＰ３３にお
いて、回転変動の状態が定常状態に戻ったか否かを別の
しきい値と比較し、定常状態に戻っていないと判別され
た場合は、ステップＳＰ３３の制御を続行し、定常状態
に戻ったと判別された場合は、ステップＳＰ３４におい
て、空燃比によるフィードバック制御による通常の噴射
量制御に戻る。

【００２８】また、ステップＳＰ３１において、定常状
態から過渡状態への移行と見なし得る回転変動がないと
判別された場合（ステップＳＰ３１のＮＯ）は、ステッ
プＳＰ４においてフィードバック制御を続行する。上記
図６のフローによって、 ｄｎ／ｄｔ＞所定値 になったｔ１から回転数が安定するｔ３までの間（図５
（Ａ）参照）、オープン制御で行い、その前後の期間は
フィードバック制御で行うことができるようになる。な
お、 ｄｎ／ｄｔ＞所定値 であるか否かのみで判別すると、図５（Ａ）においてｔ
２でフィードバック制御に戻ってしまうが、所定の判別
手段を設けることにより、ｔ１から回転数が安定するｔ
３までの間に亘ってオープン制御を行わせることが可能
になる。その方法としては、例えば、 回転数の変化率が徐々に低下した（イ）の状態、わず
かなうねりの（ロ）の状態等を回転数変化率から判別し
て、安定したか否かを判別できるようにする方法。 （ｄθ／ｄｔ）が定常値に戻ったか否かで判別する。
これは、過渡時が終了する期間に入ると、（ｄθ／ｄ
ｔ）は徐々に小さな値になってくる。この状態をしきい
値と比較して判別するのである。図６のステップＳＰ３
３における判別処理は、上記のような方法により判別を
行っているものである。この実施形態であれば、オープ
ン制御ではフィードバック補正係数Ｆを算出する過程が
ないので、過渡時に回転数を安定させるように燃料噴射
量を設定する場合に、追従性が良くなり過渡時の回転数
の変動をできるかぎり速やかに抑えることができる。

【００２９】

【第２実施形態】図７は本発明の第２実施形態を示す制
御フローチャートである。この第２実施形態は、過渡時
の燃料噴射量の追従動作をさらに速くするために、少な
くとも、前記オープン制御部３４が、検出された弁開度
θと検出されたエンジン回転数ｎに基づいて燃料噴射装
置４の基本噴射量Ｅ（θ，ｎ）を設定する過程と、検出
された圧力検出値ｐと検出されたエンジン回転数ｎに基
づいて燃料噴射装置４の基本噴射量Ｅ（ｐ，ｎ）を設定
する過程と、それらの２つの基本噴射量Ｅ（θ，ｎ），
Ｅ（ｐ，ｎ）を所定規則により重み付けする過程とを含
んでいることを特徴としている。

【００３０】図８は本発明の第２実施形態におけるオー
プン制御部を説明するための一構成例を示すブロック図
である。図８において、オープン制御部３４は、圧力値
ｐとエンジン回転数ｎに基づいて基本噴射量を設定した
Ｅ（ｐ，ｎ）マップ２３と、Ｅ（ｐ，ｎ）マップ２３と
検出圧力ｐ，検出回転数ｎに基づいて第１基本噴射時間
を設定する第１基本噴射量設定部２１と、弁開度θとエ
ンジン回転数ｎに基づいて基本噴射量を設定したＥ
（θ，ｎ）マップ２４と、Ｅ（θ，ｎ）マップ２４と検
出弁開度θ，検出回転数ｎに基づいて第２基本噴射時間
を設定する第２基本噴射量設定部２２と、第１基本噴射
時間と第２基本噴射時間とを所定規則により重み付けす
る重み付け部２５とを備え、重み付け部２５により算出
された噴射量に基づいて実際の噴射量を設定する。

【００３１】前記したように前記外的な負荷変動があっ
たときに、回転数変化率（ｄｎ／ｄｔ）が一番応答性が
よく、弁開度変化率（ｄθ／ｄｔ）、吸気負圧変化率
（ｄｐ／ｄｔ）の順に応答性が低下する。したがって、
過渡時には、吸気負圧ｐに比べて応答性のよい弁開度θ
と、エンジン回転数ｎに基づいて基本噴射量を設定した
Ｅ（θ，ｎ）マップ２４に基づいて実際の噴射量を設定
することにより、より追従性を良くすることができる。
このような考え方によれば、オープン制御部３４が制御
を行う全ての期間を、Ｅ（θ，ｎ）のみに基づいて基本
噴射量を設定する方法も考えられる。この方法も過渡時
の初期段階の噴射量設定の追従動作を良好にするという
ことを重視するなら、極めて効果的な方法である。

【００３２】図７に示すフローチャートでは、Ｅ（θ，
ｎ）のみに基づいて噴射量を設定する方法ではなく、上
記過渡時への移行時に応答性を良くできるとともに、前
記ｄθ／ｄｔ、ｄｐ／ｄｔの応答性をも考慮した重み付
けにより噴射量を設定する方法について説明する。図７
において、まず、ステップＳＰ１１において吸気負圧
ｐ，回転数ｎ，絞り弁開度θを取り込み、ステップＳＰ
１２において回転数変化率（ｄｎ／ｄｔ），絞り弁開度
変化率（ｄθ／ｄｔ），吸気負圧変化率（ｄｐ／ｄｔ）
を算出し、ステップＳＰ１３において回転数変化率に基
づいて定常時と過渡時とを判別し、定常時であると判別
された場合は、前記第１実施形態のステップＳＰ４〜ス
テップＳＰ６と同じ処理によりフィードバック補正され
た噴射時間Ｔｉを算出する。一方、ステップＳＰ１３に
おいて過渡時であると判別された場合は、ステップＳＰ
１７において、検出された吸気負圧ｐ，弁開度θ，回転
数ｎ、Ｅ（ｐ，ｎ）マップ２３及びＥ（θ，ｎ）マップ
２４に基づいて、第１基本噴射時間Ｅ(ｐ，ｎ)、第２基
本噴射時間Ｅ(θ，ｎ)をそれぞれ算出するとともに、ス
テップＳＰ１８において下記第１式により重み付けされ
た噴射時間Ｔｊを算出する。

【００３３】

【数１】

【００３４】次いでステップＳＰ１９において空燃比に
基づくフィードバック補正係数Ｆを１と設定することに
よりオープン制御とし、ステップＳＰ２０において Ｔｉ＝Ｔｊ・Ｋｘ の式により、補正された噴射時間Ｔｉを算出する。

【００３５】図７のステップＳＰ１８の処理についてさ
らに説明する。上記第１式において、図５（Ａ）におい
てｔ０で示す負荷変動直後は、(dp/dt)よりも(dθ/dt)
が遥に大きいので、過渡時の初期は、第２基本噴射時間
Ｅ(θ，ｎ)がほとんどを占める割合になる。その後、(d
θ/dt)が小さくなるにつれて今度は(dp/dt)が次第に大
きくなってくる。したがって、過渡時の初期は、第２基
本噴射時間Ｅ(θ，ｎ)の重み付け係数(dθ/dt)が大き
く、徐々に過渡時の終期に向かうにつれて第１基本噴射
時間Ｅ(ｐ，ｎ)の重み付け係数(dp/dt)が大きくなって
いく。この変化を図５（Ａ）で説明すれば、過渡時の変
化の激しいとき（ｔ０〜ｔ２）は、主にＥ(θ，ｎ)によ
り追従性を重視した燃料噴射量を設定でき、定常状態に
近いところ（ｔ２〜ｔ３）では主にＥ(ｐ，ｎ)により安
定性及び燃費を重視した燃料噴射量の設定ができること
になる。なお、α，βは第１基本噴射時間、第２基本噴
射時間のそれぞれ重み付けされたものを加えたものが適
当な噴射時間になるように調整する調整係数であり、例
えば、 α＋β＝１ に設定される。なお、負荷状態に基づいて定常時か過渡
時かを判別する実施形態を採用する場合には、検出され
た負荷状態を示す電圧値、電流値などを所定のしきい値
と比較す構成を採用すればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の電子燃料噴射エンジンの第１実
施形態を示す概略構成図である。

【図２】図２は制御部の機能ブロック図である。

【図３】図３（Ａ）はエンジン回転数ｎと、吸気負圧ｐ
をパラメータとして、格子点状に基本噴射量データを持
つマップを模式的に示す図、図３（Ｂ）に示すようなエ
ンジン回転数ｎと、絞り弁開度θをパラメータとして格
子点状に基本噴射量データを持つマップを模式的に示す
図である。

【図４】図４は第１実施形態における制御部が行う基本
的な処理の概略を示したフローチャートである。

【図５】図５（Ａ）は本実施形態において、全負荷から
無負荷に急激に変化したときの回転数変化を示した図、
図５（Ｂ）はそのときの空燃比の変化を示す図である。

【図６】図６は定常時から過渡時への移行、過渡時から
定常時への移行の判別処理を含むフローチャートであ
る。

【図７】図７は第２実施形態における制御部が行う基本
的な処理の概略を示したフローチャートである。

【図８】図８は第２実施形態におけるオープン制御部の
機能ブロック図である。

【図９】図９は自動車用エンジンと作業用エンジンの動
作上の違いを説明するための図である。

【符号の説明】

１…燃焼室、５…絞り弁、７…圧力センサ、８…弁開度
センサ、９…エンジン回転数センサ、２０…空燃比検出
センサ、２３…Ｅ（ｐ，ｎ）マップ、２４…Ｅ（θ，
ｎ）マップ、２５…重み付け部、３１…回転数変化率算
出部、３２…定常過渡時判別部、３３…フィードバック
制御部、３４…オープン制御部、３５…過渡時噴射量マ
ップ、３６…定常時噴射量マップ。

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Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空燃比を検出する空燃比検出手段(２０)
   と、目標とする空燃比と空燃比検出手段(２０)からの実
   測空燃比との偏差を許容値内に収めるように燃料噴射装
   置(４)の噴射量を制御するフィードバック制御手段(３
   ６)を備えた電子燃料噴射エンジンにおいて、 エンジンにかかる負荷状態を検出し、その検出された負
   荷状態に基づいてエンジンの運転状態が定常時であるか
   過渡時であるかを判別し、定常時と判別されたことに応
   答して前述の空燃比に基づくフィードバック制御を行
   い、過渡時と判別されたことに応答して空燃比に基づく
   フィードバック制御を解除してオープン制御により噴射
   量の設定を行い、 さらに、オープン制御に移行した後においては、エンジ
   ンの運転状態が定常時に戻ったか否かを判別し、定常時
   に戻っていないと判別されたことに応答して前記オープ
   ン制御を続行し、定常時に戻ったと判別されたことに応
   答して前述の空燃比に基づくフィードバック制御に移行
   することを特徴とする、作業機用電子燃料噴射エンジン
   の制御方法。
2. 【請求項２】 空燃比を検出する空燃比検出手段(２０)
   と、目標とする空燃比と空燃比検出手段(２０)からの実
   測空燃比との偏差を許容値内に収めるように燃料噴射装
   置(４)の噴射量を制御するフィードバック制御手段(３
   ６)とを備えた電子燃料噴射エンジンにおいて、 エンジンにかかる負荷状態を検出する負荷状態検出手段
   と、検出された負荷状態に基づいてエンジンの運転状態
   が定常時であるか過渡時であるかを判別する定常過渡時
   判別手段(３２)と、その定常過渡時判別手段(３２)が過
   渡時であると判別したことに応答して、前記フィードバ
   ック制御を解除して過度時用噴射量記憶手段に基づいて
   オープン制御で噴射量の設定を行うオープン制御手段
   (３４)と、定常過渡時判別手段(３２)が定常時であると
   判別したことに応答して、前記フィードバック制御手段
   (３６)が定常時噴射量記憶手段に基づいて前記空燃比に
   よるフィードバック制御により噴射量の設定をを行なう
   ことを特徴とする、作業機用電子燃料噴射エンジン。
3. 【請求項３】 前記請求項２に記載の作業機用電子燃料
   噴射エンジンにおいて、前記負荷状態検出手段が、エン
   ジン回転数検出手段(９)と、エンジン回転数変化率を算
   出する回転数変化率算出手段(３１)とで構成され、定常
   過渡時判別手段(３２)が、算出されたエンジン回転数変
   化率に基づいてエンジンの運転状態が定常時であるか過
   渡時であるかを判別するものであることを特徴とする、
   作業機用電子燃料噴射エンジン。
4. 【請求項４】 前記請求項２，請求項３のいずれか１項
   に記載の作業機用電子燃料噴射エンジンにおいて、 燃焼室(１)への空気量の流入量を制御する絞り弁(５)
   と、吸気通路内の圧力を検出する圧力センサ(７)と、前
   記絞り弁(５)の開度(θ)を検出する弁開度センサ(８)と
   を備え、 前記定常時用噴射量記憶手段を圧力値(ｐ)とエンジン回
   転数(ｎ)に基づいて基本噴射量を設定した定常時噴射量
   マップ(３６)で構成し、前記フィードバック制御手段
   (３３)がその定常時噴射量マップ(３６)と検出された圧
   力値(ｐ)と検出された回転数(ｎ)に基づいて基本噴射量
   を設定するものであり、 前記過度時用噴射量記憶手段を弁開度(θ)とエンジン回
   転数(ｎ)に基づいて基本噴射量を設定した過渡時噴射量
   マップ(３５)で構成し、前記オープン制御手段(３４)が
   過渡時噴射量マップ(３５)と検出された弁開度(θ)と検
   出された回転数(ｎ)に基づいて基本噴射量を設定するも
   のであることを特徴とする、作業機用電子燃料噴射エン
   ジン。
5. 【請求項５】 前記請求項２，請求項３のいずれか１項
   に記載の作業機用電子燃料噴射エンジンにおいて、 前記オープン制御手段(３４)が、圧力値(ｐ)とエンジン
   回転数(ｎ)に基づいて基本噴射量を設定したマップ(２
   ３)と、弁開度θとエンジン回転数ｎに基づいて基本噴
   射量を設定したマップ(２４)と、各マップに基づいて算
   出されたそれぞれの基本噴射量を所定規則により重み付
   けする重み付け手段(２５)とを備え、重み付け手段(２
   ５)により算出された噴射量に基づいて実際の噴射量を
   設定することを特徴とする、作業機用電子燃料噴射エン
   ジン。