JP4775592B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は内燃機関の保護制御に係り、特に停車時等の連続運転を可能にした内燃機関において、その後の運転を不都合なく継続できるように内燃機関の機能を保護する制御に関するものである。

内燃機関においては、吸気用の電子制御スロットルを搭載し、この電子制御スロットルを制御するものがある。
つまり、車両停止中にアクセルペダルが踏み込まれた場合に、内燃機関の空吸かしによる排気系の異常過熱や触媒の劣化・溶損、エンジンオーバヒートなどを回避する方策として、エンジン回転数が所定値以上で、かつ所定時間を経過した際には、前記電子制御スロットルを閉じるべく制御している。

特開平１０−１８４３９６号公報 実開平５−３６０４４号公報 実公平６−６２１１号公報

ところで、従来の内燃機関の制御装置において、上述した電子制御スロットルの制御方策の際には、所定回転数の超過の程度に関わらず、所定時間までは電子制御スロットルを閉じないため、高回転状態が維持された場合に、触媒温度の上昇（図５の点ｔ２部分参照）により触媒が大きく劣化し、排気ガス浄化性能が悪化するという不都合がある。
また、所定時間の経過ではなく、触媒温度センサを利用して、触媒温度が所定温度を超えた場合には電子制御スロットルを閉じる方策もあるが、触媒温度センサの追加によりシステムが複雑化し、コスト高となるという不都合がある。

この発明の目的は、内燃機関の排気ガス浄化性能を保持するように停車時等の連続運転を許可すること、連続運転した後の運転を不都合なく継続できるようにすることにある。
また、この発明の目的は、排気温度センサ、触媒温度センサの追加装備をしないで、単位時間当たりの発熱量が多い高回転では短い時間、より低回転になるほど時間を長くとれるようにすることで、メンテナンス性と両立させることにある。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、内燃機関が搭載される車両の走行速度を検知する車速検知手段と、人為操作可能なアクセル手段の操作量を検知するアクセル操作量検知手段と、前記内燃機関の温度を検知する機関温度検知手段と、前記内燃機関の回転数を検知する回転数検知手段と、前記内燃機関に供給する吸気量を制御するスロットル手段の動作量を検知するスロットル量検知手段と、人為操作可能な前記アクセル手段の操作量を反映可能として前記内燃機関に供給する吸気量を最適とするように前記スロットル手段を制御する制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、制御装置は、前記回転数検知手段から得た回転数を積算する回転数積算機能と、前記スロットル手段を閉じ側に制御する出力抑制機能とを有するとともに、予め設定する所定の積算判定値と、予め設定する前記内燃機関のアイドル状態とみなせる所定の回転数判定値と、予め設定する走行中とみなせる車速判定値と、予め設定する前記内燃機関の温度が過熱状態とみなせる機関温度判定値とを有し、前記車速検知手段により検知された車速が車速判定値を超えず前記機関温度検知手段により検知された機関温度が機関温度判定値を超えた状態が継続しており、積算された実際の回転数が所定の積算判定値を超えない場合に、出力抑制機能を動作させ実際の回転数が所定の回転数判定値以下となるように制御する一方、前記車速検知手段により検知された車速が車速判定値を超えた条件と、前記機関温度検知手段により検知された機関温度が機関温度判定値を超えた条件とのいずれかの条件が成立した場合に、出力抑制機能を停止するように制御することを特徴とする。

以上詳細に説明した如くこの本発明によれば、内燃機関が搭載される車両の走行速度を検知する車速検知手段と、人為操作可能なアクセル手段の操作量を検知するアクセル操作量検知手段と、内燃機関の温度を検知する機関温度検知手段と、内燃機関の回転数を検知する回転数検知手段と、内燃機関に供給する吸気量を制御するスロットル手段の動作量を検知するスロットル量検知手段と、人為操作可能な前記アクセル手段の操作量を反映可能として内燃機関に供給する吸気量を最適とするようにスロットル手段を制御する制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、制御装置は、回転数検知手段から得た回転数を積算する回転数積算機能と、スロットル手段を閉じ側に制御する出力抑制機能とを有するとともに、予め設定する所定の積算判定値と、予め設定する内燃機関のアイドル状態とみなせる所定の回転数判定値と、予め設定する走行中とみなせる車速判定値と、予め設定する内燃機関の温度が過熱状態とみなせる機関温度判定値とを有し、車速検知手段により検知された車速が車速判定値を超えず機関温度検知手段により検知された機関温度が機関温度判定値を超えた状態が継続しており、積算された実際の回転数が所定の積算判定値を超えた場合に、出力抑制機能を動作させ実際の回転数が所定の回転数判定値以下となるように制御する一方、車速検知手段により検知された車速が車速判定値を超えた条件と、機関温度検知手段により検知された機関温度が機関温度判定値を超えない条件とのいずれかの条件が成立した場合に、出力抑制機能を停止するように制御する。
従って、停車中に、高回転を維持することにより実際に熱量を多く発する状態では、早く出力を抑制することができる一方、低・中回転数域のように発熱量が小さい場合には、出力抑制までの時間を長くすることができる。
また、触媒などの排気系の劣化を抑制でき、その後の走行においても高い排気ガス浄化性を発揮できる。

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図４はこの発明の実施例を示すものである。
図３において、１は内燃機関２の制御装置である。
前記内燃機関２の吸気系に吸気通路３を連絡して設けるとともに、排気系には排気通路４を連絡して設ける。

そして、前記内燃機関２の吸気通路３には、図３に示す如く、上流側からエアクリーナ５と、エアフローメータ（「ＡＦＭ」ともいう。）６と、前記内燃機関２に供給する吸気量を制御するスロットル手段であるスロットルバルブ７を内蔵するスロットルボディ８とを順次配設する。
このとき、前記エアフローメータ６に、吸気温度を検出する吸気温センサ（「ＴＨＡ」ともいう。）９を設ける。
また、前記スロットルボディ８には、前記スロットル手段であるスロットルバルブ７の動作量、つまりスロットル開度を検知するスロットル量検知手段であるスロットル開度センサ（「ＴＡ」ともいう。）１０と、アイドルスピードコントロールバルブ（「ＩＳＣ」ともいう。）１１とを夫々設ける。
更に、前記スロットルボディ８よりも下流側の吸気通路３には、インジェクタ１２を設ける。

また、前記内燃機関２には、図３に示す如く、点火コイル１３と、内燃機関２の温度を検知する機関温度検知手段であるエンジン水温センサ（「ＴＨＷ」ともいう。）１４と、内燃機関２の回転数を検知する回転数検知手段として機能させるために、クランク信号を検出するクランク信号検出センサ（「ＣＲＫ」ともいう。）１５と、カム信号を検出するカム信号検出センサ（「ＣＡＭ」ともいう。）１６とを夫々設ける。

更に、前記内燃機関２の排気通路４には、図３に示す如く、上流側から触媒１７とマフラ１８とを順次配設する。
また、前記内燃機関２と触媒１７との間の排気通路４には、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１９を設ける。

そして、前記制御装置１を制御する制御手段（「ＥＣＵ」「制御装置」ともいう。）２０を設け、この制御手段２０の入力部２０−１側に、前記エアフローメータ６と、吸気温センサ９と、スロットル開度センサ１０と、エンジン水温センサ１４と、クランク信号検出センサ１５と、カム信号検出センサ１６と、酸素センサ１９とを夫々接続して設ける。
また、前記制御手段２０の出力部２０−２側には、アイドルスピードコントロールバルブ１１と、インジェクタ１２と、点火コイル１３とを夫々接続して設ける。

つまり、前記内燃機関２の制御装置１は、内燃機関２が搭載される車両の走行速度を検知する車速検知手段である車速センサ２１と、人為操作可能なアクセル手段であるアクセルペダル（図示せず）の操作量を検知するアクセル操作量検知手段２２と、前記内燃機関２の温度を検知する機関温度検知手段であるエンジン水温センサ１４と、前記内燃機関２の回転数を検知する回転数検知手段、例えばクランク信号検出センサ１５と、前記内燃機関２に供給する吸気量を制御するスロットル手段であるスロットルバルブ７の動作量を検知するスロットル量検知手段であるスロットル開度センサ１０と、人為操作可能な前記アクセル手段であるアクセルペダルの操作量を反映可能として前記内燃機関２に供給する吸気量を最適とするように前記スロットル手段であるスロットルバルブ７を制御する前記制御手段２０とを備えている。

そして、制御装置２０は、前記回転数検知手段、例えばクランク信号検出センサ１５から得た回転数を積算する回転数積算機能と、前記スロットル手段であるスロットルバルブ７を閉じ側に制御する出力抑制機能とを有するとともに、予め設定する所定の積算判定値と、予め設定する前記内燃機関２のアイドル状態とみなせる所定の回転数判定値と、予め設定する走行中とみなせる車速判定値と、予め設定する前記内燃機関２の温度が過熱状態とみなせる機関温度判定値とを有し、前記車速検知手段である車速センサ２１により検知された車速が車速判定値を超えず前記機関温度検知手段であるエンジン水温センサ１４により検知された機関温度が機関温度判定値を超えた状態が継続しており、積算された実際の回転数が所定の積算判定値を超えた場合に、出力抑制機能を動作させ実際の回転数が所定の回転数判定値以下となるように制御する。
一方、前記制御装置２０は、前記車速検知手段である車速センサ２１により検知された車速が車速判定値を超えた条件と、前記機関温度検知手段であるエンジン水温センサ１４により検知された機関温度が機関温度判定値を超えない条件とのいずれかの条件が成立した場合に、出力抑制機能を停止するように制御する。

詳述すれば、前記制御装置２０は、前記車速検知手段である車速センサ２１により検知された車速と車速判定値とを比較する。
また、前記制御装置２０は、前記機関温度検知手段であるエンジン水温センサ１４により検知された機関温度と機関温度判定値とを比較する。
更に、前記制御装置２０は、予め設定するアクセル操作解放中とみなせるアクセル操作量判定値を有し、前記アクセル操作量検知手段２２により検知されたアクセル操作量とアクセル操作量判定値とを比較する。
このとき、前記制御装置２０は、前記アクセル操作量検知手段２２により検知されたアクセル操作量がアクセル操作量判定値を超えない条件が成立した場合に、出力抑制機能を停止するように制御する。
更にまた、前記制御装置２０は、積算された実際のエンジン回転数（「エンジン回転数積算」ともいう。）と所定の積算判定値とを比較する。
そして、前記制御装置２０は、
（１）車速＜車速判定値
（２）機関温度≧機関温度判定値
（３）アクセル操作量＞アクセル操作量判定値
（４）エンジン回転数積算＞積算判定値
の条件が成立した場合に、出力抑制機能を動作させ実際の回転数が所定の回転数判定値以下となるように制御するものである。
一方、前記制御装置２０は、
（１）車速＜車速判定値
（２）機関温度≧機関温度判定値
（３）アクセル操作量＞アクセル操作量判定値
のいずれかの条件が不成立となった場合に、出力抑制機能を停止するように制御する。

追記すれば、ある程度の熱量を発する回転数域に留まっているエンジン回転数は、実際のどのような回転数であろうとも、抑制制御が始まると、実際のエンジン回転数がアイドル状態とみなせる所定の回転数以下の範囲となるまで、スロットル開度を所定量ずつ減少させながら徐々に回転数を下げる。

回転数積算値は、抑制制御のトリガとなるが、抑制制御の目標値ではない。
また、回転数は、抑制制御の目標値となるが、抑制制御のトリガではない。

このように、エンジン回転数とスロットル開度とを監視しながら出力抑制を行う一方、出力抑制制御から通常制御への復帰に際しては、これらのいずれも復帰要件とはしない。
回転数が下がった瞬間に出力抑制制御から脱するわけではなく、また、回転数の積算もこの時点で終了するわけではなく継続され、復帰条件、すなわち、車両速度が上がり実際に走行風による冷却効果が得られる程度の速度に達するか、内燃機関本体（あるいはその冷却系）の温度が十分に下がるか、いずれかに達した場合に脱することになる。
そして、これらの復帰条件により積算はリセットされ、触媒温度センサを装備しないため排気系（特に触媒）の実際の温度を検知しないままで、排気系の温度が上昇した可能性のある状況を判別できる。

復帰条件として、あるいは、運転者がアクセル操作量を変更して、実質的にスロットル開度（動作量）が小さくなる場合もある。
積算はリセットされるので、この場合は、意図的な操作によって、高温とならない状態にも高温となる状態にもいずれにもできる。

また、値のより大きな第２の回転数積算値を用意し、積算中のスロットル開度が、常時、中間開度となる所定の開度より小さい場合には、この第２の回転数積算値を用いて、連続運転の可能な時間を長くしても良い。
これにより、アクターサービス等でメンテナンスする際に、しばらく運転状態を必要とするケースなどでは、上述した意図的なスロットル操作を不要とでき、作業性を確保できるものである。

次に、図１の前記内燃機関２の制御装置１の制御用フローチャートに沿って作用を説明する。

制御用プログラムがスタート（１０１）すると、前記車速検知手段である車速センサ２１により検知された車速が車速判定値未満であるか否かの判断（１０２）に移行する。
この判断（１０２）において、判断（１０２）がＹＥＳの場合には、前記機関温度検知手段であるエンジン水温センサ１４により検知された機関温度が機関温度判定値以上であるか否かの判断（１０３）に移行する。
また、判断（１０２）がＮＯの場合には、エンジン回転数積算を「０」とする処理（１０４）に移行し、その後に出力抑制機能を停止するように制御して通常制御の処理（１０５）に移行し、後述する制御用プログラムのリターン（１１０）に移行する。

また、前記機関温度検知手段であるエンジン水温センサ１４により検知された機関温度が機関温度判定値以上であるか否かの判断（１０３）において、この判断（１０３）がＹＥＳの場合には、予め設定するアクセル操作解放中とみなせるアクセル操作量判定値を有し、前記アクセル操作量検知手段２２により検知されたアクセル操作量が予め設定するアクセル操作解放中とみなせるアクセル操作量判定値を超えているか否かの判断（１０６）に移行する。
そして、判断（１０３）がＮＯの場合には、上述したエンジン回転数積算を「０」とする処理（１０４）に移行する。

更に、前記アクセル操作量検知手段２２により検知されたアクセル操作量が予め設定するアクセル操作解放中とみなせるアクセル操作量判定値を超えているか否かの判断（１０６）において、この判断（１０６）がＹＥＳの場合には、エンジン回転数積算を以下の式により求める処理（１０７）に移行する。
エンジン回転数積算＝エンジン回転数積算＋エンジン回転数
そして、エンジン回転数積算を求める処理（１０７）の後には、積算された実際のエンジン回転数（「エンジン回転数積算」ともいう。）が所定の積算判定値を超えているか否かの判断（１０８）に移行する。
また、判断（１０６）がＮＯの場合には、上述したエンジン回転数積算を「０」とする処理（１０４）に移行する。

上述の積算された実際のエンジン回転数（「エンジン回転数積算」ともいう。）が所定の積算判定値を超えているか否かの判断（１０８）において、この判断（１０８）がＹＥＳの場合には、到達後の積算中の処理であるため、アイドル回転付近になるように閉弁する処理（１０９）に移行し、この処理（１０９）の後に、制御用プログラムのリターン（１１０）に移行する。
なお、積算された実際のエンジン回転数（「エンジン回転数積算」ともいう。）が所定の積算判定値を超えているか否かの判断（１０８）において、判断（１０８）がＹＥＳ、つまり、図４に示す如く、エンジン回転数積算が所定の積算判定値を超えると、前記スロットルバルブ７を閉じ側に移行させてアイドル回転付近となるように制御するため、従来と比較して触媒温度（図４の「提案」参照。）を低下させるとともに、エンジン回転数（図４の「提案」参照。）をアイドル回転数領域まで早く低下させる。
また、上述のアイドル回転付近になるように閉弁する処理（１０９）は、出力抑制機能を動作させ、実際の回転数が所定の回転数判定値以下となるように制御するものである。
そして、上述の判断（１０８）がＮＯの場合には、未達の積算中の処理であるため、上述した通常制御の処理（１０５）に移行する。

また、図２のアイドル回転付近になるように閉弁する処理（１０９）におけるサブルーチン用フローチャートに沿って説明する。

サブルーチン用プログラムがスタート（２０１）すると、エンジン回転数が回転数判定値を超えているか否かの判断（２０２）に移行する。
この判断（２０２）において、判断（２０２）がＹＥＳの場合には、スロットル開度をを以下の式により求める処理（２０３）に移行する。
スロットル開度＝スロットル開度−所定開度
また、判断（２０２）がＮＯの場合には、
スロットル開度＝スロットル開度
とする処理（２０４）に移行する。
そして、処理（２０３）及び処理（２０４）の後には、サブルーチン用プログラムのリターン（２０５）に移行する。

これにより、前記内燃機関２が搭載される車両の走行速度を検知する車速検知手段である車速センサ２１と、人為操作可能なアクセル手段であるアクセルペダル（図示せず）の操作量を検知するアクセル操作量検知手段２２と、前記内燃機関２の温度を検知する機関温度検知手段であるエンジン水温センサ１４と、前記内燃機関２の回転数を検知する回転数検知手段、例えばクランク信号検出センサ１５と、前記内燃機関２に供給する吸気量を制御するスロットル手段であるスロットルバルブ７の動作量を検知するスロットル量検知手段であるスロットル開度センサ１０と、人為操作可能な前記アクセル手段であるアクセルペダルの操作量を反映可能として前記内燃機関２に供給する吸気量を最適とするように前記スロットル手段であるスロットルバルブ７を制御する制御手段２０とを備えた内燃機関２の制御装置１において、制御装置２０は、前記回転数検知手段、例えばクランク信号検出センサ１５から得た回転数を積算する回転数積算機能と、前記スロットル手段であるスロットルバルブ７を閉じ側に制御する出力抑制機能とを有するとともに、予め設定する所定の積算判定値と、予め設定する前記内燃機関２のアイドル状態とみなせる所定の回転数判定値と、予め設定する走行中とみなせる車速判定値と、予め設定する前記内燃機関２の温度が過熱状態とみなせる機関温度判定値とを有し、前記車速検知手段である車速センサ２１により検知された車速が車速判定値を超えず前記機関温度検知手段であるエンジン水温センサ１４により検知された機関温度が機関温度判定値を超えた状態が継続しており、積算された実際の回転数が所定の積算判定値を超えた場合に、出力抑制機能を動作させ実際の回転数が所定の回転数判定値以下となるように制御する一方、前記車速検知手段である車速センサ２１により検知された車速が車速判定値を超えた条件と、前記機関温度検知手段であるエンジン水温センサ１４により検知された機関温度が機関温度判定値を超えない条件とのいずれかの条件が成立した場合に、出力抑制機能を停止するように制御する。
従って、停車中に、高回転を維持することにより実際に熱量を多く発する状態では、早く出力を抑制することができる一方、低・中回転数域のように発熱量が小さい場合には、出力抑制までの時間を長くすることができる。
また、触媒などの排気系の劣化を抑制でき、その後の走行においても高い排気ガス浄化性を発揮できる。

また、前記制御装置２０が、さらに、予め設定するアクセル操作解放中とみなせるアクセル操作量判定値を有し、前記アクセル操作量検知手段２２により検知されたアクセル操作量がアクセル操作量判定値を超えない条件が成立した場合に、出力抑制機能を停止するように制御する。
従って、アクセルを意図的に人為操作することにより、地域環境やメンテナンス等で必要な場合には、長い時間にわたり運転を継続することが可能である。

この発明の実施例を示す内燃機関の制御装置の制御用フローチャートである。 内燃機関の制御装置のサブルーチンを示す制御用サブフローチャートである。 内燃機関の制御装置のシステム図である。 内燃機関の制御装置のタイムチャートを示し、（ａ）は触媒温度を示す図、（ｂ）はスロットル開度を示す図、（ｃ）はカウンタ（エンジン回転数の積算）を示す図、（ｄ）はエンジン回転数図、（ｅ）はアクセル開度を示す図である。 この発明の従来技術の内燃機関の制御装置のタイムチャートを示し、（ａ）は触媒温度を示す図、（ｂ）はスロットル開度を示す図、（ｃ）はカウンタ（時間）を示す図、（ｄ）はエンジン回転数図、（ｅ）はアクセル開度を示す図である。

符号の説明

１ 制御装置
２ 内燃機関
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ エアクリーナ
６ エアフローメータ（「ＡＦＭ」ともいう。）
７ スロットルバルブ
９ 吸気温センサ（「ＴＨＡ」ともいう。）
１０ スロットル開度センサ（「ＴＡ」ともいう。）
１１ アイドルスピードコントロールバルブ（「ＩＳＣ」ともいう。）
１２ インジェクタ
１４ エンジン水温センサ（「ＴＨＷ」ともいう。）
１５ クランク信号検出センサ（「ＣＲＫ」ともいう。）
１６ カム信号検出センサ（「ＣＡＭ」ともいう。）
１７ 触媒
１９ 酸素センサ
２０ 制御手段（「ＥＣＵ」ともいう。）
２０−１ 入力部
２０−２ 出力部
２１ 車速センサ
２２ アクセル操作量検知手段

Claims (2)

1. 内燃機関が搭載される車両の走行速度を検知する車速検知手段と、人為操作可能なアクセル手段の操作量を検知するアクセル操作量検知手段と、前記内燃機関の温度を検知する機関温度検知手段と、前記内燃機関の回転数を検知する回転数検知手段と、前記内燃機関に供給する吸気量を制御するスロットル手段の動作量を検知するスロットル量検知手段と、人為操作可能な前記アクセル手段の操作量を反映可能として前記内燃機関に供給する吸気量を最適とするように前記スロットル手段を制御する制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、制御装置は、前記回転数検知手段から得た回転数を積算する回転数積算機能と、前記スロットル手段を閉じ側に制御する出力抑制機能とを有するとともに、予め設定する所定の積算判定値と、予め設定する前記内燃機関のアイドル状態とみなせる所定の回転数判定値と、予め設定する走行中とみなせる車速判定値と、予め設定する前記内燃機関の温度が過熱状態とみなせる機関温度判定値とを有し、前記車速検知手段により検知された車速が車速判定値を超えず前記機関温度検知手段により検知された機関温度が機関温度判定値を超えた状態が継続しており、積算された実際の回転数が所定の積算判定値を超えた場合に、出力抑制機能を動作させ実際の回転数が所定の回転数判定値以下となるように制御する一方、前記車速検知手段により検知された車速が車速判定値を超えた条件と、前記機関温度検知手段により検知された機関温度が機関温度判定値を超えない条件とのいずれかの条件が成立した場合に、出力抑制機能を停止するように制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御装置が、さらに、予め設定するアクセル操作解放中とみなせるアクセル操作量判定値を有し、前記アクセル操作量検知手段により検知されたアクセル操作量がアクセル操作量判定値を超えない条件が成立した場合に、出力抑制機能を停止するように制御す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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