JP4500761B2 - エンジンの出力制御装置 - Google Patents

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本発明は、アクセル操作等に基づいてスロットルバルブをアクチュエータで駆動してスロットル開度を制御するエンジンの出力制御装置の改良に関するものである。
例えばクレーン車や清掃車等にあっては、エンジンの回転を補助装置に伝達可能とするPTOシャフトを備え、補助装置の作動時にアクセルレバーを操作してエンジンの出力を調節するようになっている。
しかし、ディーゼルエンジンのようにエンジン回転速度を制限するガバナ機構を持たない火花点火式エンジンの場合、補助装置の作動時にアクセルレバーを介してスロットルバルブ開度が固定されると、補助装置の負荷変動に応じてエンジンの回転速度が大幅に変動し、PTOシャフトの回転速度が安定しない。
この対策として、特許文献1ではPTOシャフトの回転速度を安定させるエンジンの出力制御装置が提案されている。
これについて説明すると、図4の(a),(b)に示すように、アクセル開度とエンジン回転速度vnnに応じて予め設定されたマップMに基づき基本スロットル開度vtvopto_baseを算出し、基本スロットル開度vtvopto_baseのマップ値を基にスロットルバルブのスロットル開度を制御し、吸入空気量を調節するようになっている。
特開2005−273541号公報
しかしながら、このような従来のエンジンの出力制御装置にあっては、図4の(a)に示すように、補助装置の作動時にPTOスイッチがONになると、作業用アクセル開度vapsptoperがステップ状に増加した後に所定値に保たれ、基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_baseのマップ値が同じくステップ状に増加した後に所定値に保たれ、スロットルバルブ3が開かれる。
この制御によってエンジン回転速度vnnが次第に上昇するが、エンジン回転速度vnnが目標エンジン回転速度を超えて上昇すると、基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_baseが次第に小さくなり、スロットルバルブ3が次第に閉じる。
この制御によってエンジン回転速度vnnが上昇から下降に転じ大きく落ち込むアンダーシュートが発生するという問題点があった。
この対策として、図4の(b)に示すように、基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_baseを積分減衰処理によってゆっくり変化させると、エンジン回転速度の制御応答性が低下し、負荷変動時にエンジン回転速度の変化が大きくなるという問題点があった。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、エンジン回転速度のアンダーシュート、ハンチング等を有効に抑えられるエンジンの出力制御装置を提供することを目的とする。
本発明では、吸入空気量を調節するスロットルバルブと、このスロットルバルブを開閉駆動するアクチュエータとを備え、検出される作業用アクセル開度vapsptoperとエンジン回転速度vnnに応じてスロットルバルブのスロットル開度を制御するエンジンの出力制御装置において、エンジンの出力を調節するための作業用アクセル開度vapsptoperとエンジン回転速度vnnに応じて基本スロットル開度vtvopto_baseを算出する基本スロットル開度算出手段と、アクセル操作量である作業用アクセル開度vapsptoperに応じて下限値処理判定開度vtvoptomin_judgを算出する下限値処理判定開度算出手段と、下限値処理判定開度vtvoptomin_judgに1以上の係数を掛けてPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominを算出するPTO作動時下限スロットル開度算出手段と、算出された基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_baseが下限値処理判定開度vtvoptomin_judgより下がる下限値処理時を判定する下限値処理判定手段と、この下限値処理時にPTO作動時スロットル開度vtvoptoを基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_baseからPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominに切り換える下限値処理手段とを備える。
本発明によると、作業用アクセル開度vapsptoperがステップ状に増加した後に所定値に保たれると、算出される基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_baseに基づいて基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_baseが同じくステップ状に増加した後に所定値に保たれ、スロットルバルブが開かれる。
この制御によってエンジン回転速度vnnが次第に上昇するが、エンジン回転速度vnnが目標エンジン回転速度を超えて上昇すると、基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_baseが次第に小さくなり、スロットルバルブが次第に閉じる。この制御によってエンジン回転速度vnnが上昇から下降に転じる。
基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_baseが下限値処理判定開度vtvoptomin_judgより下がる下限値処理時を判定すると、PTO作動時スロットル開度vtvoptoを基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_baseからPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominに切り換える。
この下限値処理を行うことによってエンジン回転速度vnnが上昇から下降に転じても、エンジン回転速度vnnが大きく落ち込むアンダーシュートを抑えられる。これにより、エンジン回転速度vnnの制御応答性を高めて、エンジンの負荷変動に対するエンジン回転速度vnnのハンチングを抑えることが可能となる。
本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように、エンジン1は各シリンダの吸気弁が開かれるのに伴って吸気通路2から各シリンダに混合気を吸入し、この混合気をピストン7で圧縮して、点火プラグ6で着火燃焼させ、排気弁が開かれるのに伴って排気が排気通路9に排出され、これらの各行程が連続して繰り返される。
燃料ボンベに貯蔵されるCNG、LPG等のガス燃料は、燃料供給通路21を通って燃料噴射ノズル22から吸気通路2に供給される。コントロールユニット2は各種運転条件の検出信号を入力し、混合気が目標空燃比となるようにガス制御バルブ23を駆動して燃料噴射ノズル22から噴射される燃料量を調節する。
吸気通路2の途中には吸入空気量を調節するスロットルバルブ3が介装される。このスロットルバルブ3はアクチュエータ4によって開閉駆動される。このスロットルバルブ3の開度であるスロットル開度が図示しないスロットル開度センサによって検出される。コントロールユニット10は、アクチュエータ4の駆動力によってスロットル開度を目標スロットル開度に一致させるように制御する。
スロットルバルブ3を迂回して吸気を導くバイパス通路8と、このバイパス通路8を流れる吸入空気量を調節する補助吸気弁5を備える。コントロールユニット10は、補助吸気弁5の開度を調節してエンジン回転速度を目標アイドル回転速度に近づけるようにフィードバック制御する。
エンジン1の回転は図示しないトランスミッション、プロペラシャフト、デファレンシャルギア、ドライブシャフト等を介して車輪に伝えられるとともに、トランスミッションからPTOシャフトを介して例えば清掃車等に搭載される補助装置に伝えられる。
エンジン1の出力を調節するため、図示しないアクセルペダルと作業用アクセルレバーがそれぞれ設けられる。このアクセルペダルと作業用アクセルレバーのアクセル操作量である作業用アクセル開度vapsptoperは図示しないアクセル開度センサによってそれぞれ検出される。
補助装置の作動をコントロールユニット10に指令するPTOスイッチが設けられる。PTOスイッチがONになると補助装置が作動し、PTOスイッチがOFFになると補助装置の作動が停止される。
本実施形態では、PTOスイッチがONになると、作業用アクセルレバーのアクセル操作量が所定値にセットされる。
コントロールユニット10には、クランク角センサ11から出力されるエンジン回転速度信号、作業用アクセル開度センサから出力される作業用アクセルレバーの作業用アクセル開度信号、PTOスイッチから出力される信号等を入力し、スロットルバルブ3を開閉駆動するアクチュエータ4に駆動信号を出力する。
コントロールユニット10は、作業用アクセル開度vapsptoperとエンジン回転速度vnnに応じて予め設定されたマップM1に基づき基本スロットル開度vtvopto_base(A)を算出する基本スロットル開度算出手段13と、作業用アクセル開度vapsptoperに応じて予め設定されたマップに基づき下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)を算出する下限値処理判定開度算出手段15と、下限値処理判定開度vtvoptomin_judgに1以上の係数を掛けてPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominを算出するPTO作動時下限スロットル開度算出手段14と、基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_base(A)が下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)より下がり、かつPTOスイッチがONとなる下限値処理時を判定する下限値処理判定手段16と、下限値処理時にPTO作動時スロットル開度vtvoptoを基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_base(A)からPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominに切り換える下限値処理手段19とを備える。
次に、コントロールユニット10で実行されるこの制御動作を図2のフローチャートにしたがって説明する。このルーチンは一定周期毎に実行される。
まず、ステップ1にて、PTOスイッチのONであることを判定し、ステップ2にてエンジン回転速度の検出値vnnを読み込み、ステップ3にて作業用アクセル開度vapsptoperの検出値を読み込む。
続くステップ4に進んで、作業用アクセル開度vapsptoperとエンジン回転速度vnnに応じて予め設定されたマップM1に基づき基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_base(A)を算出する。このステップ4で行われる処理が基本PTO作動時スロットル開度算出手段13に相当する。
続くステップ5に進んで、作業用アクセル開度vapsptoperに応じて予め設定されたマップM2に基づき下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)を算出する。このステップ5で行われる処理がPTO作動時下限スロットル開度算出手段14に相当する。
マップM2において、設定された下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)は作業用アクセル開度vapsptoperが0から100%へと増大するのに伴って0から34%へと次第に増加し、その増加率は実験に基づいて作業用アクセル開度vapsptoper毎に任意に設定される。
続くステップ6に進んで、基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_base(A)が下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)以下となる下限値処理時か否かを判定する。このステップ6で行われる処理が下限値処理判定手段16に相当する。
上記ステップ6で下限値処理時ではないと判定された場合、ステップ7に進んで、PTO作動時下限スロットル開度vtvoptominを算出しない。
一方、上記ステップ6で下限値処理時であると判定された場合、ステップ8に進んで、下限値処理判定開度vtvoptomin_judgに1以上の係数を掛けてPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominを算出する。このステップ8で行われる処理がPTO作動時下限スロットル開度算出手段14に相当する。
本実施形態では、PTO作動時下限スロットル開度vtvoptominを下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)に1以上の係数Kを掛ける次式で計算される。
vtvoptomin=vtvoptomin_judg×K …(1)
続くステップ9に進んで、PTO作動時スロットル開度vtvoptoを基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_base(A)からPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominに切り換えて保持時間vtptominに渡って保持する。
この保持時間vtptominは下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)に応じて算出される。保持時間vtptominは下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)が大きくなるのにしたがって長くなるように実験に基づいて設定される。
続くステップ10に進んで、PTO作動時スロットル開度vtvoptoをPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominから減衰量vdiptomin[%/10ms]に応じて漸次減らす。
この減衰量vdiptominは下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)に応じて算出される。保持時間vtptominは下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)が大きくなるのにしたがって大きくなるように実験に基づいて設定される。
続くステップ11に進んで、PTO作動時下限スロットル開度C(vtvoptomin)を決定する。
続くステップ12に進んで、基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_base(A)がPTO作動時下限スロットル開度C(vtvoptomin)以下となるか否かを判定する。
上記ステップ12でA>Cと判定された場合はステップ13に進んで、基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_base(A)を選択する一方、上記ステップ12でA≦Cと判定された場合はステップ14に進んで、PTO作動時下限スロットル開度C(vtvoptomin)を選択し、続くステップ15にて選択されたAまたはCをPTO作動時スロットル開度として出力する。
上記のステップ8〜15で行われる処理が下限値処理手段19に相当する。
図3はコントロールユニット10で実行される制御動作の一例を示すタイミングチャートである。これはPTOスイッチがONになって補助装置が作動を始めるときに、本制御が行われることによって、エンジン回転速度vnnが上昇した後に一旦落ち込むアンダーシュートを防止する状況を示している。
これについて説明すると、補助装置の作動時にPTOスイッチがONになると、作業用アクセル開度vapsptoperがステップ状に増加した後に所定値に保たれ、算出される基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_base(A)に基づいてPTO作動時スロットル開度vtvoptoが同じくステップ状に増加した後に所定値に保たれ、スロットルバルブ3が開かれる。
この制御によってエンジン回転速度vnnが次第に上昇するが、エンジン回転速度vnnが目標エンジン回転速度を超えて上昇すると、基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_base(A)とPTO作動時スロットル開度vtvoptoが次第に小さくなり、スロットルバルブ3が次第に閉じる。
この制御によってエンジン回転速度vnnが上昇から下降に転じ、従来装置の場合に破線で示すように大きく落ち込むアンダーシュートが発生するという問題点があった。
これに対処して、本発明は、基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_base(A)が下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)より下がる下限値処理時を判定し、この下限値処理時が判定されると、PTO作動時スロットル開度vtvoptoを基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_base(A)からPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominに切り換える制御を行う。
この下限値処理を行うことによってエンジン回転速度vnnが上昇から下降に転じても、実線で示すようにエンジン回転速度vnnの落ち込が抑えられ、補助装置の作動が安定する。
PTO作動時下限スロットル開度vtvoptominを下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)に1以上の係数Kを掛けて算出されるため、運転条件によってはPTO作動時スロットル開度vtvoptoが下降から上昇に転じてPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominに切り換える。これにより、エンジン回転速度vnnのハンチングを有効に抑えられ、補助装置の作動が安定する。
この下限値処理制御は、PTO作動時スロットル開度vtvoptoを基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_base(A)からPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominに切り換えて保持時間vtptominに渡って保持され、この保持時間vtptominは下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)が大きくなるのにしたがって長くなることにより、エンジン回転速度vnnの落ち込が有効に抑えられる。
PTO作動時スロットル開度vtvoptoをPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominから減衰量vdiptomin[%/10ms]に応じて漸次減らされ、この減衰量vdiptominが下限値処理判定開度vtvoptomin_judg(B)が大きくなるのにしたがって大きくなることにより、エンジン回転速度vnnの変動を有効に抑えられ、エンジン回転速度vnnを目標値に速やかに近づけられる。
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
本発明のエンジンの出力制御装置は、例えばクレーン車や清掃車等のようにエンジンの回転を補助装置に伝達可能とするPTOシャフトを備える車両や他の機械等に適用できる。
本発明の実施形態を示すエンジンの出力制御装置のシステム図。 同じく制御動作を示すフローチャート。 同じく制御動作を示すタイミングチャート。 同じく従来例の制御特性図。
符号の説明
1 エンジン
2 吸気通路
3 スロットルバルブ
4 アクチュエータ
10 コントロールユニット
13 基本PTO作動時スロットル開度算出手段
14 PTO作動時下限スロットル開度算出手段
15 下限値処理判定開度算出手段
16 下限値処理判定手段
19 下限値処理手段

Claims (3)

  1. 吸入空気量を調節するスロットルバルブと、
    このスロットルバルブを開閉駆動するアクチュエータとを備え、
    検出される作業用アクセル開度vapsptoperとエンジン回転速度vnnに応じてスロットルバルブのスロットル開度を制御するエンジンの出力制御装置において、
    エンジンの出力を調節するための作業用アクセル開度vapsptoperとエンジン回転速度vnnに応じて基本スロットル開度vtvopto_baseを算出する基本スロットル開度算出手段と、
    アクセル操作量である作業用アクセル開度vapsptoperに応じて下限値処理判定開度vtvoptomin_judgを算出する下限値処理判定開度算出手段と、
    下限値処理判定開度vtvoptomin_judgに1以上の係数を掛けてPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominを算出するPTO作動時下限スロットル開度算出手段と、
    算出された基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_baseが下限値処理判定開度vtvoptomin_judgより下がる下限値処理時を判定する下限値処理判定手段と、
    この下限値処理時にPTO作動時スロットル開度vtvoptoを基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_baseからPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominに切り換える下限値処理手段とを備えたことを特徴とするエンジンの出力制御装置。
  2. 前記下限値処理手段は、PTO作動時スロットル開度vtvoptoを基本PTO作動時スロットル開度vtvopto_baseからPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominに切り換えて保持時間vtptominに渡って保持し、
    この保持時間vtptominを下限値処理判定開度vtvoptomin_judgが大きくなるのにしたがって長くなる設定としたことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの出力制御装置。
  3. 前記下限値処理手段は、PTO作動時スロットル開度vtvoptoをPTO作動時下限スロットル開度vtvoptominから減衰量vdiptominに応じて漸次減らし、
    この減衰量vdiptominを下限値処理判定開度vtvoptomin_judgが大きくなるのにしたがって大きくなる設定としたことを特徴とする請求項1または2に記載のエンジンの出力制御装置。
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