JP4216309B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動対象に搭載された内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来のこの種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この特許文献１では、内燃機関は車両に搭載されており、その吸気管に、スロットル弁と、スロットル弁を迂回するバイパス通路が設けられるとともに、バイパス通路には、吸気量を調整する電磁弁が設けられている。この制御装置では、内燃機関のアイドル運転中、電磁弁の開度を定める通電電流のデューティ比を制御することによって、内燃機関の回転数が目標回転数に一致するようにフィードバック制御される。具体的には、内燃機関の水温に基づいてデューティ比の基本値を設定し、この基本値に基づいて目標回転数を設定する。そして、内燃機関の回転数と目標回転数との偏差に応じ、デューティ比の補正値を算出し、この補正値を基本値に加算することによって、デューティ比を設定する。

しかし、従来の制御装置を、低速走行中にアイドルフィードバック制御を行うとともに、車両の車間距離を自動的に制御するためのブレーキを備えた車両に搭載された内燃機関に適用した場合には、以下の問題がある。すなわち、車両の走行中に車両が制動されると、それに伴い、車輪などに接続された内燃機関の回転数が低下し、それにより、アイドルフィードバック制御に移行する。さらに、車両の制動が継続すると、内燃機関の回転数が目標回転数を下回ることがある。その場合、従来の制御装置では、内燃機関の回転数を目標回転数に一致させるように電磁弁のデューティ比を算出しても、車両の制動が継続した場合には、内燃機関の回転数が上昇しないか、あるいはさらに低下するため、目標回転数との偏差が大きくなることで、補正値は過大化する。したがって、そのような状況で車両の制動が解除されると、内燃機関の回転数が急激に上昇する（吹き上がる）結果、ドライバビリティが悪化してしまう。特に、内燃機関の暖機運転中には、通常、目標回転数がより高く設定されているので、目標回転数との偏差がより大きくなりやすく、上述した問題が顕著になる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、フィードバック制御の実行中に駆動対象が制動された場合、制動の解除に伴う内燃機関の回転数の急激な上昇を防止でき、それにより、良好なドライバビリティを確保することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

特開昭６１−１２３７３８号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、駆動対象（実施形態における（以下、本項において同じ）車両Ｖ）に駆動源として搭載された内燃機関３を制御する内燃機関の制御装置１であって、内燃機関の回転数（エンジン回転数ＮＥ）を検出する回転数検出手段（クランク角センサ１１、ＥＣＵ２）と、内燃機関３のアイドル運転中、検出された内燃機関の回転数を所定の目標回転数（所定目標回転数ＮＥＲＥＦ）に一致するようにフィードバック制御するフィードバック制御手段（ＥＣＵ２）と、駆動対象を制動する制動手段（ブレーキ装置Ｂ、ＥＣＵ２）と、フィードバック制御中、制動手段による制動が実行されるとともに、内燃機関の回転数が所定のしきい値（第２しきい値ＮＥＪＵＤ２）よりも低いときに、検出された内燃機関の回転数を随時、目標回転数ＮＥＩＤＬとして設定する目標回転数設定手段（ＥＣＵ２、ステップ５）と、制動手段による制動が解除された後、目標回転数ＮＥＩＤＬを、所定の目標回転数に達するまで漸増させる目標回転数漸増手段（ＥＣＵ２、ステップ８〜１０）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、駆動対象に搭載された内燃機関のアイドル運転中、フィードバック制御手段は、検出された内燃機関の回転数を所定の目標回転数に一致するようにフィードバック制御する。このフィードバック制御中、制動手段による駆動対象の制動が実行されるとともに、内燃機関の回転数が所定のしきい値よりも低いときには、そのときに検出された内燃機関の回転数を随時、目標回転数として設定する。このため、駆動対象の制動に伴って、内燃機関の回転数が低下しても、低下した内燃機関の回転数に目標回転数を一致させることによって、車両の制動中、両者の偏差を小さい状態に維持し、それにより、フィードバック制御の補正値を小さい状態に維持することができる。その結果、駆動対象の制動の解除直後における、フィードバック制御による内燃機関の回転数の急激な上昇を防止でき、それにより、良好なドライバビリティを確保することができる。

また、制動が解除された後には、目標回転数漸増手段によって、目標回転数を、所定の目標回転数に達するまで漸増させる。このため、制動の解除後、内燃機関の回転数と目標回転数との偏差を小さい状態に維持し、回転数の急激な上昇を防止しながら、所定の目標回転数を目標とする本来のフィードバック制御に円滑に復帰することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置１において、駆動対象は車両Ｖであり、制動手段は、車両Ｖと他の車両との間の車間距離ＤＩＳＴＶを制御するために、車両Ｖの制動を自動的に実行する自動制動手段であることを特徴とする。

この構成によれば、駆動対象としての車両に内燃機関が搭載されている。また、この車両の制動は、他の車両との間の車間距離を制御するために、運転者の意思とは無関係に自動的に実行される。このため、車両の制動の解除時に、運転者が予期しない内燃機関の回転数の急激な上昇と、それに起因する車両の急激な加速を確実に防止することができ、それにより、他の車両との車間距離を適正に保つことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による制御装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。エンジン３は、車両Ｖ（駆動対象）に駆動源として搭載されている。また、この車両Ｖには、通常のフットブレーキに加えて、他の車両との間の車間距離を自動的に制御するためのブレーキ装置Ｂ（制動手段）が設けられている。このブレーキ装置Ｂは、ＥＣＵ２によって作動されるアクチュエータ９と、アクチュエータ９で駆動されるブレーキ１０などで構成されている。

エンジン３は、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンであり、エンジン３のシリンダヘッド３ａには、吸気管４および排気管５がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が、燃焼室に臨むように取り付けられている。インジェクタ６の燃料噴射量ＱＩＮＪは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤなどに応じて決定される。また、燃料噴射量ＱＩＮＪに基づいて、インジェクタ６の開弁時間ＴＩＮＪが算出され、それに基づく噴射パルス信号がＥＣＵ２から各インジェクタ６に出力される。

エンジン３のクランクシャフト３ｂには、クランク角センサ１１（回転数検出手段）が設けられている。クランク角センサ１１は、クランクシャフト３ｂの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１°）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、ピストン３ｃが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号である。

また、エンジン３には、ＥＧＲ管７ａおよびＥＧＲ制御弁７ｂを有するＥＧＲ装置７が設けられている。ＥＧＲ管７ａは、吸気管４および排気管５に、両者をつなぐように接続されている。このＥＧＲ管７ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が吸気管４にＥＧＲガスとして還流し、それにより、エンジン３の燃焼温度が低下することで、排ガス中のＮＯｘが減少する。

ＥＧＲ制御弁７ｂは、ＥＧＲ管７ａに取り付けられたリニア電磁弁で構成されており、供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御し、そのバルブリフト量をリニアに制御することによって、ＥＧＲガスの還流量（以下「ＥＧＲ量」という）が制御される。

吸気管４には、ＥＧＲ管７ａとの接続部よりも上流側に、吸気量を調整するための吸気絞り弁８が設けられている。吸気絞り弁８には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ８ａが接続されている。吸気絞り弁８の開度は、アクチュエータ８ａに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって、可変に制御される。

また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ１２から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、車速センサ１３から、車両Ｖの速度（以下「車速」という）ＶＰを表す検出信号が、それぞれ出力される。

さらに、ＥＣＵ２には、レーダ２１および車間スイッチ２２が接続されている。レーダ２１は、車両Ｖと、その前方を走行する他の車両との間の車間距離ＤＩＳＴＶを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。車間スイッチ２２は、車速ＶＰおよび車間距離ＤＩＳＴＶをそれぞれ、所定の速度および所定の間隔に自動的に保つ定速・定距離運転（以下「ＩＨＣＣ運転」という）を行いたいときに、運転者によって操作されるものであり、その操作に伴って、ＯＮ信号をＥＣＵ２に出力する。ＯＮ信号が出力されたＩＨＣＣ運転中、ＥＣＵ２は、車速ＶＰが所定の速度になるようにエンジン３を自動的に制御する。また、レーダ２１で検出された車間距離ＤＩＳＴＶが所定の目標距離よりも短いときには、車間距離ＤＩＳＴＶおよび車速ＶＰなどに応じて、アクチュエータ９に供給するデューティ比を算出し、それに基づく信号をアクチュエータ９に出力することによって、ブレーキ１０を作動させ、車両Ｖを自動的に制動する。なお、ＩＨＣＣ運転におけるブレーキ１０による車両Ｖの制動は、車間距離ＤＩＳＴＶが目標距離以上になったとき、またはエンジン回転数ＮＥが下限値ＮＥＬＭＴ（例えば９５０ｒｐｍ）を下回ったときに、解除される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ１１〜１３、レーダ２１および車間スイッチ２２からの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、燃料噴射量ＱＩＮＪを含むエンジン３の制御を実行する。また、ＥＣＵ２は、低速走行時を含むアイドル運転時に、燃料噴射量ＱＩＮＪを制御することによって、エンジン回転数ＮＥを目標回転数ＮＥＩＤＬに一致させるように、アイドルフィードバック制御（以下「Ｆ／Ｂ制御」という）を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、回転数検出手段、フィードバック制御手段、制動手段、目標回転数設定手段および目標回転数漸増手段に相当する。

図２は、Ｆ／Ｂ制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、エンジン３がアイドル運転中であるか否かを判別する。この判別では、エンジン回転数ＮＥが所定の第１しきい値ＮＥＪＵＤ１（例えば１７００ｒｐｍ）以下のときに、アイドル運転中であるとされる。この判別結果がＮＯのときには、Ｆ／Ｂ制御を行わず、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳで、アイドル運転中のときには、ステップ２〜１１において、目標回転数ＮＥＩＤＬを設定する。まず、ステップ２において、ブレーキフラグＦ＿ＢＲＫＯＮが「１」であるか否かを判別する。このブレーキフラグＦ＿ＢＲＫＯＮは、ＩＨＣＣ運転中におけるブレーキ１０による車両Ｖの制動（以下、単に「車両Ｖの制動」という）が行われているときに、「１」にセットされる。このステップ２の判別結果がＹＥＳのときには、エンジン回転数ＮＥが、第１しきい値ＮＥＪＵＤ１よりも小さな所定の第２しきい値ＮＥＪＵＤ２（例えば１２５０ｒｐｍ）よりも低いか否かを判別する（ステップ３）。この判別結果がＮＯのときには、目標回転数ＮＥＩＤＬを所定目標回転数ＮＥＲＥＦ（例えば１４００ｒｐｍ）に設定し（ステップ４）、後述するステップ１２に進む。

一方、ステップ３の判別結果がＹＥＳで、車両Ｖの制動中、エンジン回転数ＮＥが第２しきい値ＮＥＪＵＤ２を下回ったときには、目標回転数ＮＥＩＤＬを、通常の所定目標回転数ＮＥＲＥＦに代えて、そのときのエンジン回転数ＮＥに設定する（ステップ５）。また、目標回転数ＮＥＩＤＬの変更中であることを表すために、目標回転数変更フラグＦ＿ＮＩＳＥＴを「１」にセットした（ステップ６）後、ステップ１２に進む。

一方、前記ステップ２の判別結果がＮＯのときには、目標回転数変更フラグＦ＿ＮＩＳＥＴが「１」であるか否かを判別する（ステップ７）。この判別結果がＹＥＳのとき、すなわち、前述した目標回転数ＮＥＩＤＬの変更中に車両Ｖの制動が解除されたときには、前回までの目標回転数ＮＥＩＤＬに所定値ＮＥＡＲを加算した値を、今回の目標回転数ＮＥＩＤＬとして設定する（ステップ８）。次いで、この目標回転数ＮＥＩＤＬが所定目標回転数ＮＥＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ９）。この判別結果がＮＯのときには、ステップ１２に進む。

一方、このステップ９の判別結果がＹＥＳで、目標回転数ＮＥＩＤＬが所定目標回転数ＮＥＲＥＦに達したときには、目標回転数ＮＥＩＤＬを所定目標回転数ＮＥＲＥＦに設定する（ステップ１０）。そして、目標回転数ＮＥＩＤＬの変更中でないことを表すために、目標回転数変更フラグＦ＿ＮＩＳＥＴを「０」にセットした（ステップ１１）後、ステップ１２に進む。

このステップ１１の実行により、前記ステップ７の判別結果がＮＯになり、その場合には、前記ステップ４を実行することによって、目標回転数ＮＥＩＤＬを所定目標回転数ＮＥＲＥＦに設定する。

次いで、ステップ１２以降では、前記ステップ４，５，８または１０で設定された目標回転数ＮＥＩＤＬに応じて、燃料噴射量ＱＩＮＪをＰＩフィードバック制御する。まず、ステップ１２では、目標回転数ＮＥＩＤＬとエンジン回転数ＮＥとの回転数偏差ＤＮＥ（＝ＮＥＩＤＬ−ＮＥ）を算出する。次に、回転数偏差ＤＮＥにＰ項ゲインＫＰを乗算することによって、Ｐ項ＩＰを算出するとともに、回転数偏差ＤＮＥにＩ項ゲインＫＩを乗算した値を、前回までに算出されたＩ項ＩＩに加算することによって、Ｉ項ＩＩを算出する（ステップ１３）。なお、上記のゲインＫＰ，ＫＩはそれぞれ所定値に設定されている。

次に、算出したＰ項ＩＰとＩ項ＩＩを加算することによって、燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する（ステップ１４）。さらに、燃料噴射量ＱＩＮＪに基づいて、開弁時間ＴＩＮＪを算出し、それに基づく噴射パルス信号をインジェクタ６に出力した（ステップ１５）後、本処理を終了する。

図３は、図２の処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。この例では、タイミングｔ１以前からＩＨＣＣ運転中に車両Ｖの制動が行われており、ブレーキフラグＦ＿ＢＲＫＯＮは「１」にセットされている。この車両Ｖの制動に伴い、エンジン回転数ＮＥが低下し、第１しきい値ＮＥＪＵＤ１を下回ったときに（ｔ１）、Ｆ／Ｂ制御が開始される。このＦ／Ｂ制御の開始時には、エンジン回転数ＮＥが第２しきい値ＮＥＪＵＤ２を上回っている（ステップ３：ＮＯ）ことで、目標回転数ＮＥＩＤＬは、所定目標回転数ＮＥＲＥＦに設定される（ステップ４）。エンジン回転数ＮＥがさらに低下し、第２しきい値ＮＥＪＵＤ２を下回ると（ｔ２）、ステップ３の判別結果がＹＥＳになることによって、そのときのエンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＩＤＬとして設定されるとともに、目標回転数変更フラグＦ＿ＮＩＳＥＴが「１」にセットされる。このような目標回転数ＮＥＩＤＬの設定によって、回転数偏差ＤＮＥが小さい状態に維持される。

エンジン回転数ＮＥがさらに低下し、下限値ＮＥＬＭＴを下回り（ｔ３）、車両Ｖの制動が解除されると、ブレーキフラグＦ＿ＢＲＫＯＮが「０」にセットされ、ステップ２の判別結果がＮＯになることによって、ステップ８において、前回までの目標回転数ＮＥＩＤＬに所定値ＮＥＡＲを加算した値を今回の目標回転数ＮＥＩＤＬとして設定する。これにより、目標回転数ＮＥＩＤＬが漸増するように設定されるとともに、エンジン回転数ＮＥは、漸増した目標回転数ＮＥＩＤＬに一致するようにＦ／Ｂ制御され、漸増する。そして、目標回転数ＮＥＩＤＬが所定目標回転数ＮＥＲＥＦを上回ったときに（ｔ４）、目標回転数ＮＥＩＤＬを所定目標回転数ＮＥＲＥＦに設定する（ステップ１０）とともに、目標回転数変更フラグＦ＿ＮＩＳＥＴを「０」にセットする。その後は、車両Ｖの制動が行われない限り、目標回転数ＮＥＩＤＬが所定目標回転数ＮＥＲＥＦに維持される（ｔ４以降）。

以上のように、本実施形態によれば、ＩＨＣＣ運転中に車両Ｖが制動された場合、エンジン回転数ＮＥが第２しきい値ＮＥＪＵＤ２よりも小さいときには、そのときのエンジン回転数ＮＥを随時、目標回転数ＮＥＩＤＬとして設定するので、車両Ｖの制動に伴って、エンジン回転数ＮＥが低下しても、回転数偏差ＤＮＥを小さい状態に維持し、Ｆ／Ｂ制御のＰ項ＩＰおよびＩ項ＩＩを小さい状態に維持することができる。このため、車両Ｖの解除直後における、運転者が予期しないエンジン回転数ＮＥの急激な上昇を防止でき、それにより、良好なドライバビリティを確保できるとともに、車両Ｖの急激な加速を確実に防止でき、他の車両との車間距離ＤＩＳＴＶを適正に保つことができる。

さらに、制動の解除後には、目標回転数ＮＥＩＤＬを漸増させるので、回転数偏差ＤＮＥを小さい状態に維持し、エンジン回転数ＮＥの急激な上昇を防止しながら、所定目標回転数ＮＥＲＥＦを目標とする本来のＦ／Ｂ制御に円滑に復帰することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、車両Ｖの制動は、ＩＨＣＣ運転中に自動的に行われるものであるが、これに代えて、またはこれとともに、運転者によるフットブレーキの操作によって行うものでもよい。また、実施形態では、フィードバック制御手段として、燃料噴射量ＱＩＮＪを用いているが、これに限らず、他の適当な手段を用いてもよい。例えば、ＥＧＲ装置７のＥＧＲ制御弁７ｂによってＥＧＲ量を制御してもよく、または吸気絞り弁８のアクチュエータ８ａによって吸気量を制御してもよい。

さらに、実施形態では、車両Ｖの制動に伴い、目標回転数ＮＥＩＤＬを変更するか否かを判別するための第２しきい値ＮＥＪＵＤ２を、所定目標回転数ＮＥＲＥＦと異なる値に設定しているが、所定目標回転数ＮＥＲＥＦ、すなわちアイドルフィードバック制御中の本来の所定の目標回転数に設定してもよい。これにより、エンジン回転数ＮＥが、アイドルフィードバック制御中の本来の目標回転数を下回ったときに、エンジン回転数ＮＥへの目標回転数ＮＥＩＤＬの変更をすぐに行うことができる。

また、実施形態は、エンジンが搭載される駆動対象が車両の例であるが、他の駆動対象、例えば飛行機や船舶の場合にも、本発明を適用することが可能である。さらに、実施形態は、本発明をディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外の各種エンジン、例えば、ガソリンエンジンやクランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本実施形態による制御装置を内燃機関とともに概略的に示す図である。 アイドルフィードバック制御処理を示すフローチャートである。 図２の処理によって得られる動作例の一例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（回転数検出手段、フィードバック制御手段、制動手段、
目標回転数設定手段および目標回転数漸増手段）
３ エンジン
１１ クランク角センサ（回転数検出手段）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の回転数）
ＮＥＲＥＦ 所定目標回転数（所定の目標回転数）
ＮＥＩＤＬ 目標回転数
ＮＥＪＵＤ２ 第２しきい値（しきい値）
ＤＩＳＴＶ 車間距離
Ｖ 車両（駆動対象）
Ｂ ブレーキ装置（制動手段）

Claims (2)

1. 駆動対象に駆動源として搭載された内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記内燃機関のアイドル運転中、前記検出された内燃機関の回転数を所定の目標回転数に一致するようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
   前記駆動対象を制動する制動手段と、
   前記フィードバック制御中、前記制動手段による制動が実行されるとともに、前記内燃機関の回転数が所定のしきい値よりも低いときに、前記検出された内燃機関の回転数を随時、前記目標回転数として設定する目標回転数設定手段と、
   前記制動手段による制動が解除された後、前記目標回転数を、前記所定の目標回転数に達するまで漸増させる目標回転数漸増手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記駆動対象は車両であり、
   前記制動手段は、当該車両と他の車両との間の車間距離を制御するために、前記車両の制動を自動的に実行する自動制動手段であ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。

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