(57)【要約】【課題】ガバニング領域においても、ハンチングを抑制しつつ、常にフィードバック制御を可能とする電子燃料噴射制御方法を提供すること。【解決手段】燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥのデータから定まる座標点（ＮＥｉ＋１、Ｑｉ）と、ガバニングラインＢとの間の距離Ｌｉ＋１を偏差としてエンジン２の燃料噴射量Ｑをフィードバック制御する。【選択図】図２
2008298011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最高回転数に隣接するエンジン回転数の領域であるガバニング領域におけるエンジンの電子燃料噴射装置の制御方法において、
エンジンの運転状態がガバニング領域内にあるときに、ガバニングラインと、エンジン回転数と燃料噴射量よりなりエンジンの運転状態を示す座標点と、の間の距離を算出する距離検出工程を備え、
前記距離に基づいて燃料噴射量のフィードバック制御を行うことを特徴とするエンジンの電子燃料噴射装置の制御方法。
【請求項２】
前記距離が予め設定された所定値以上のときに、当該距離に基づいて燃料噴射量のフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの電子燃料噴射装置の制御方法。
【請求項３】
前記ガバニングラインは、エンジン回転数の一次式で表されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの電子燃料噴射装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの回転数を調速するガバニング時の電子燃料噴射装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの回転数制御においては、エンジンの高出力な運転と過回転の防止とを両立するため、エンジンの最高回転数を定めると共に、各アクセル開度における最高回転数に隣接する回転数領域（以下、この回転数領域を「ガバニング領域」と称す）にて、エンジン回転数の増加に対し急激に燃料供給量を減少させる燃料供給制御が行われていた。
この燃料供給制御について、ガバニング領域における目標燃料供給量とエンジン回転数との関係を定義したライン（以下、「ガバニングライン」と称す）の勾配が急になり、例えば、コモンレール式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンの燃料噴射量制御では、燃料噴射量のフィードバック制御を行おうとすると、エンジンの負荷変動によるエンジン回転数の微小な変化に対し、燃料噴射量が大きく増減し、エンジンの回転不安定状態（ハンチング状態）が発生するという問題があった。
【０００３】
そこで、一般に、ハンチング状態の発生を回避するために、ガバニングラインの勾配をエンジンがハンチング状態にならない程度に緩やかにする、あるいはガバニング領域においては、フィードバック制御を行わずエンジンのアクセル開度とエンジン回転数とから算出される燃料噴射量によりオープン制御する方法に切り替える、といった噴射量制御が行われていた。しかしながら、ガバニングラインの勾配を緩やかにすると、エンジンの最高出力点におけるエンジンの高回転数を十分に確保できない。また、オープン制御に切り替える方法では、実際のエンジン回転数がフィードバックされないため、エンジンにかかる負荷により、エンジン回転数が目標値より大きく外れる場合が生じる。
このような背景のもと、例えば、下記の特許文献１に開示されているような技術も提案されている。
【０００４】
エンジン回転数に基づく最大燃料噴射量制御値、ＰＩＤ制御に基づく最高回転数制御値など、燃料噴射量設定のための複数の値を算出して比較し、最終の燃料噴射量制御値を選択するディーゼルエンジンの燃料制御装置に関する技術が提案、開示されている（特許文献１参照）。ＰＩＤ制御は、フィードバック制御の代表的な手法の一つである。このディーゼルエンジンの燃料制御装置は、燃料噴射量設定のためのＰＩＤ制御により求められる値、オープン制御により求められる値などを比較し、その中で最小の値を最終の燃料噴射量制御値として選択することで、エンジンのハンチングを抑制しとするものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−７４６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたディーゼルエンジンの燃料制御装置では、必ずしもＰＩＤ制御に基づく燃料噴射量制御値が選択されるとは限らないため、エンジン回転数が目標値よりも外れる場合もあり得る、という問題が残る。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ガバニング領域においても、ハンチングを抑制しつつ、常にフィードバック制御を可能とする電子燃料噴射制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
本発明に係る電子燃料噴射装置の制御方法は、エンジンの回転数を調速するガバニング時の電子燃料噴射装置の制御方法に関する。そして、本発明に係る電子燃料噴射装置の制御方法は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明の電子燃料噴射装置の制御方法は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る電子燃料噴射装置の制御方法における第１の特徴は、最高回転数に隣接するエンジン回転数の領域であるガバニング領域におけるエンジンの電子燃料噴射装置の制御方法において、エンジンの運転状態がガバニング領域内にあるときに、ガバニングラインと、エンジン回転数と燃料噴射量よりなりエンジンの運転状態を示す座標点と、の間の距離を算出する距離検出工程を備え、前記距離に基づいて燃料噴射量のフィードバック制御を行うことである。
【００１０】
この構成によると、ガバニングラインと、エンジンの運転状態を示す上記座標点との間の距離に基づいて燃料噴射量のフィードバック制御を行うことにより、燃料噴射量およびエンジン回転数を、ガバニングライン上に迅速に収束させることができる。燃料噴射量およびエンジン回転数を迅速に収束させることにより、エンジンのハンチング状態を抑制しつつガバニング領域において常にフィードバック制御が可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る電子燃料噴射装置の制御方法における第２の特徴は、前記距離が予め設定された所定値以上のときに、当該距離に基づいて燃料噴射量のフィードバック制御を行うことである。
【００１２】
この構成によると、燃料噴射量およびエンジン回転数が、ガバニングライン上にほぼ収束している状態、すなわち、エンジン回転数が十分に調速されている状態になれば、フィードバック制御は行われない状態となる。つまり、これ以上の調速が特に不要なエンジン状態における燃料噴射量制御をキャンセルできる。
【００１３】
また、本発明に係る電子燃料噴射装置の制御方法における第３の特徴は、前記ガバニングラインは、エンジン回転数の一次式で表されることである。
【００１４】
この構成によると、エンジン回転数の一次式で表されるガバニングラインを用いるので燃料噴射量の算出が簡易となり、エンジンの負荷変動により変動したエンジン回転数および燃料噴射量を、所定のガバニングライン上により迅速に収束させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、図１〜３に基づき、本発明の一実施形態に係る、ディーゼルエンジンに搭載されるコモンレール式燃料噴射装置の電子燃料噴射制御方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電子燃料噴射制御方法を使用するための電子燃料噴射制御装置１のブロック図である。図２は、本発明の一実施形態に係る電子燃料噴射制御方法を説明するための模式図であり、回転数ＮＥを横軸に、燃料噴射量Ｑを縦軸にとった、エンジン２における燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥとの関係を示す図である。図３は、エンジン２の燃料噴射量Ｑの算出フローを示す図である。
【００１６】
図１に示すように、電子燃料噴射制御装置１は、アクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）を検知するためのアクセルセンサー３と、エンジン２の回転数を検知するためのエンジン回転数センサー４と、エンジン２へ燃料を供給するための燃料噴射装置６と、これら各種センサーからの信号を取り込んでエンジン２を制御するためのエンジン制御コントローラー７とを備えている。
【００１７】
ここで、エンジン制御コントローラー７には、図示しない内部のＲＯＭ内に、エンジン２の最高回転数に隣接するガバニング領域Ａ（図２参照）を含め、アクセル開度ＡＣＣＰ及びエンジン回転数ＮＥにより定まる燃料噴射量Ｑの目標値が、マップ化されて保存されている。例えば、エンジン２を搭載した車両が定常状態にて運転されていたとすると、エンジン制御コントローラー７は、燃料噴射装置６を介して燃料噴射量Ｑを制御し、エンジン２の運転状態が図２に示されるライン上となるように制御している。ここで、エアコン又は他ＰＴＯ機器のＯＮ／ＯＦＦの変更を行うと、エンジンの負荷が増減すると共に、エンジン回転数ＮＥが増減し、エンジン回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑで示される運転状態がライン上より外れた状態となる。その場合、エンジン制御コントローラー７は、燃料噴射量Ｑを制御し、エンジン２の運転状態が、ライン上に戻るように制御を行う。尚、図２に示したガバニング領域Ａにおける目標燃料噴射量を示すラインＢ（以下、ガバニングラインＢ）は、アクセル開度ＡＣＣＰが１００％のときの燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥとの関係であるガバニングラインであるが、アクセル開度ＡＣＣＰが９０％、８０％、・・・等、任意のアクセル開度のときの目標燃料噴射量のデータもエンジン制御コントローラー７には保存されている。一例として、アクセル開度ＡＣＣＰが８０％の時のラインを、図２に一点鎖線で示す。また、ガバニング領域Ａは、エンジン回転数ＮＥの増加に対応して燃料噴射量Ｑを減少させる領域、すなわち、ガバニングラインＢ全体を包含する領域であり、アクセル開度ＡＣＣＰが８０％となると、そのときのガバニング領域は、アクセル開度ＡＣＣＰが８０％の時のラインと同様、図２中左に移動する。
【００１８】
ここで、図２に示すガバニングラインＢは、エンジン回転数ＮＥが増加するのに伴い燃料噴射量Ｑが減少する勾配θを持ったラインであり、勾配θは、燃料噴射量Ｑ軸に対するガバニングラインＢの傾きである。勾配θを小さくとると、エンジン回転数ＮＥが変動したとしても、対応する目標燃料噴射量との差は小さく、勾配θを大きくとると、エンジン回転数ＮＥが変動した場合に、変動後のエンジン回転数ＮＥに対応する目標燃料噴射量との差が、勾配θが小さい場合に比して大きくなる。
【００１９】
例えば、エンジン２がフォークリフト用エンジンであった場合、走行中、フォークリフトに荷役操作を行なった際（エンジンの負荷が大きくなった際）に、エンジン回転数ＮＥの低下を抑制するために、勾配θはできるだけ小さいほうがよい。一方、アクセルペダルを踏み込んだときの走行時の車速の伸びを運転者が適度に感じるためには、勾配θはある程度、確保しておく必要がある。また、複数台の発電機で同調制御を行う場合にも、所定の勾配θが必要である。つまり、ガバニングラインの選択においては、エンジン２の各種使用目的において適切な勾配θとなるよう、所望のガバニングラインが選択される。
【００２０】
エンジン制御コントローラー７は、エンジン回転数センサー４、およびアクセルセンサー３からの信号を連続的に取り込み（データ取込工程）、そして、これら信号をＡ／Ｄ変換し、エンジン回転数ＮＥ、およびアクセル開度ＡＣＣＰを求めている。エンジン回転数ＮＥのデータは、エンジン回転数センサー４により実測されたエンジン２の回転数の実測データである。これら各種信号の取り込みは、数１０ｍｍｓｅｃのサンプリング間隔で行われ、フィードバック制御に用いるデータは、取り込まれた信号を適宜平均化した値が用いられる。
【００２１】
次に、図２および図３に基づき、エンジン２の燃料噴射量Ｑをフィードバック制御する制御工程について説明する。
【００２２】
まず、エンジン制御コントローラー７は、アクセル開度ＡＣＣＰに基づき、ガバニングラインＢを含めたエンジン回転数に対応する目標燃料噴射量を定めたラインを、適宜選択する（ステップ１、以下Ｓ１と記載する。他のステップも同様）。尚、この説明においては、アクセル開度ＡＣＣＰは１００％とし、エンジン制御コントローラー７は、アクセル開度ＡＣＣＰが１００％のときのガバニングラインＢを含めたラインを選択している。
次に、エンジン回転数センサーよりエンジン回転数ＮＥ、アクセル開度ＡＣＣＰ及びエンジン回転数ＮＥより燃料噴射量Ｑの値を求める。アクセル開度ＡＣＣＰ・エンジン回転数ＮＥ・燃料噴射量Ｑにより示されるエンジン運転状態がガバニング領域Ａにある場合は、以下の制御を実行する。
ここで、説明の都合上、任意時間ｉにおけるエンジン２のエンジン回転数をＮＥｉ、燃料噴射量をＱｉとする。このときのエンジン回転数ＮＥを横軸に燃料噴射量Ｑを縦軸にとった座標平面上における、ＮＥｉおよびＱｉから定まる座標点（ＮＥｉ、Ｑｉ）は、ガバニングラインＢ上に乗っていると仮定する。
【００２３】
エンジン２に負荷が入ったとすると、エンジン回転数ＮＥｉは落ちＮＥｉ+1となる。このとき、フィードバック制御を行う一演算前の燃料噴射量Ｑｉはそのままであるので、座標点（ＮＥｉ、Ｑｉ）は、エンジン回転数ＮＥ軸に対して平行に移動し、エンジン２の状態は、座標点（ＮＥｉ＋１、Ｑｉ）に移る。
【００２４】
本実施形態において、ガバニングラインＢは、エンジン回転数ＮＥの一次式で表される直線である。エンジン回転数ＮＥの一次式で表されるガバニングラインＢを用いることにより、燃料噴射量の演算が簡易となり、エンジン２の負荷変動により変動したエンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量Ｑを、ガバニングラインＢ上により迅速に収束させることができる。
【００２５】
次に、エンジン制御コントローラー７は、座標点（ＮＥｉ＋１、Ｑｉ）からガバニングラインＢへの垂線の距離Ｌｉ＋１を算出する（Ｓ２）。Ｌｉ＋１は、例えば下記の式（Ａ）に基づき算出される。
（数１）
Ｌｉ＋１＝｜ＮＥｉ−ＮＥｉ＋１｜×ｃｏｓθ    ・・・・・・・・・・・・（Ａ）
Ｌｉ：任意時間ｉにおける座標点からガバニングラインへの距離
【００２６】
そして、算出されたＬｉ＋１が不感帯距離Ｌｓよりも大きいか否かが判断される（Ｓ３）。ここで、Ｌｉ＋１が不感帯距離Ｌｓ以下である場合、座標点（ＮＥｉ、Ｑｉ）は、ガバニングラインＢ上にほぼ位置していると判断し、燃料噴射量Ｑにフィードバックするフィードバック噴射量Ｑfbをゼロとする（Ｓ４）。この場合、フィードバック制御は、実質的に行われない。一方、Ｌｉ＋１が不感帯距離Ｌｓよりも大きい場合、例えば下記の式（Ｂ）に基づき、エンジン制御コントローラー７のフィードバック制御器により、Ｌｉ＋１を偏差としてフィードバック噴射量Ｑｆｂが算出される（Ｓ５）。
（数２）
Ｑｆｂ＝Ｋｐ×Ｌｉ＋１＋Ｋｉ×（Ｌｉ＋１−Ｌｉ）＋Ｋｄ×（Ｌｉ＋１−２Ｌｉ＋Ｌｉ−１）
・・・・・（Ｂ）
Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン、Ｋｄ：微分ゲイン
【００２７】
フィードバック噴射量Ｑfbが算出されると、次にＱfbの符号を判定する（Ｓ６）。Ｑfbの符号判定では、Ｑfbの値と、エンジン回転数がＮＥｉ＋１の場合のガバニングラインＢ上の燃料噴射量の値Ｑgov（座標点（ＮＥｉ＋１、Ｑｉ）からの燃料噴射量Ｑ軸に平行な直線とガバニングラインＢとの交点における燃料噴射量の値Ｑgov）との大小関係で、Ｑfbの符号を判定する。Ｑfb＜Ｑgovの場合、Ｑfbの符号は、「＋」、Ｑfb＞Ｑgovの場合、Ｑfbの符号は、「−」となる。エンジン２に負荷が入った場合の本例においては、Ｑfbの符号は、「＋」となる。
【００２８】
次に、符号が付されたＱfbとＱｉとを加算し、加算したＱｉ＋Ｑfbの値が、エンジン２の上限燃料噴射量Ｑmax以下か否かが判断される（Ｓ７）。加算したＱｉ＋Ｑfbの値≦Ｑmaxの場合、燃料噴射量Ｑｉ＋１は、Ｑｉ＋Ｑfbで決定し（Ｓ８）、加算したＱｉ＋Ｑfbの値＞Ｑmaxの場合、燃料噴射量Ｑｉ＋１は、Ｑmaxで決定する（Ｓ９）。そして、エンジン制御コントローラー７は、決定した燃料噴射量Ｑｉ＋１に基づき、燃料噴射装置６に指令を出し、指令を受けた燃料噴射装置６からエンジン２にＱｉ＋１の燃料が供給される。
【００２９】
燃料噴射量Ｑが、ＱｉからＱｉ＋１に変化することで、エンジン２の発生トルクが変化し（図２に示す場合は、燃料噴射量Ｑが増加しトルクアップする）、エンジン回転数ＮＥがＮＥｉ＋１からＮＥｉ＋２へ上昇することで、エンジン２の状態は、座標点（ＮＥｉ＋２、Ｑｉ＋１）に移行する。図３にフローを示した本制御工程を繰り返すことにより、ガバニングラインＢ上にエンジン回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑとがいずれも一致していく（座標点（ＮＥｍ＋１、Ｑｍ））。
【００３０】
上述したフィードバック制御は、エンジン２の負荷が増加した場合の例である。次に、エンジン２への負荷が減少した場合の例について説明する。図４は、エンジンへ２への負荷が減少した場合の本発明の一実施形態に係る電子燃料噴射制御方法を説明するための模式図である。尚、エンジン２の燃料噴射量Ｑの算出フローは、図３に示すフローと同じである。
【００３１】
図４に示すように、エンジンへ２への負荷が減少した場合、エンジン回転数ＮＥｉは上昇しＮＥｉ+1となる。このとき、フィードバック制御を行う一演算前の燃料噴射量Ｑｉはそのままであるので、座標点（ＮＥｉ、Ｑｉ）は、エンジン回転数ＮＥ軸に対して平行に移動し、エンジン２の状態は、座標点（ＮＥｉ＋１、Ｑｉ）に移る。
【００３２】
この状態において、エンジン制御コントローラー７によりフィードバック制御が行われる。フィードバック制御は、図４に示すように、エンジンへ２への負荷が抜けた本例の場合も、図２に示したエンジン２に負荷が入った場合と同様、座標点（ＮＥｉ＋１、Ｑｉ）からガバニングラインＢへの垂線の距離Ｌｉ＋１を算出し（Ｓ２）、算出したＬｉ＋１を偏差として燃料噴射量Ｑをフィードバック制御するのである。図２に示したエンジン２に負荷が入った場合と異なるのは、フィードバック噴射量Ｑfbの符号判定（Ｓ６）において、「−」の符号となることである。
【００３３】
燃料噴射量Ｑが、ＱｉからＱｉ＋１に変化することで、エンジン２の発生トルクが変化し（図４に示す場合は、燃料噴射量Ｑが減少しトルクダウンする）、エンジン回転数ＮＥがＮＥｉ＋１からＮＥｉ＋２へ落ちることで、エンジン２の状態は、座標点（ＮＥｉ＋２、Ｑｉ＋１）に移行する。図３にフローを示した本制御工程を繰り返すことにより、ガバニングラインＢ上にエンジン回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑとがいずれも一致していく。
【００３４】
なお、先に説明を省略したが、アクセル開度ＡＣＣＰ・エンジン回転数ＮＥ・燃料噴射量Ｑにより示されるエンジン運転状態がガバニング領域にない場合は、公知の燃料噴射量制御により燃料噴射量は決定される。
【００３５】
図２〜図４に基づいて説明したように、ガバニングラインＢと、燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥのデータから定まる座標点との間の距離Ｌを偏差として燃料噴射量Ｑをフィードバック制御することにより、燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥを、ガバニングラインＢ上の最短距離の目標値に向かって、フィードバック制御することになる。これにより、応答がはじまると急激に変化する制御対象には一般に不向きであると考えられているフィードバック制御を用いても制御可能となり、フィードバック制御を用いて燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥをガバニングラインＢ上に迅速に収束させることができる。燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥを迅速に収束させることにより、エンジン２のハンチング状態を防止して所定の勾配をもったガバニングラインＢを実現することができ、ガバニング領域Ａにおいても常にフィードバック制御が可能となる。
【００３６】
尚、本発明に係る電子燃料噴射制御方法と、エンジン２のアクセル開度ＡＣＣＰとエンジン回転数ＮＥとからフィードバック制御を行わない演算により算出される燃料噴射量Ｑに基づいて制御するオープン制御と、を組み合わせて、例えば本発明に係る電子燃料噴射制御方法による制御は、燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥのガバニングライン上への収束手段に主として用いるなどの方法でエンジン回転数ＮＥを調速してもよい。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
例えば、前述の実施形態では、エンジン回転数ＮＥの一次式で表されるガバニングラインＢを用いていたが、曲線のガバニングラインを有するエンジンに本発明を適用することも可能である。この場合は、座標点（ＮＥｉ＋１、Ｑｉ）よりガバニングラインＢに延ばす垂線について、エンジン回転数を示す横軸に対し一定角度を有する近似的な垂線を用いることになる。近似的な垂線を用いたとしても、一回の制御にて燃料噴射量が大きく増減することを回避し、ハンチングの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子燃料噴射制御方法を使用するための電子燃料噴射制御装置のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電子燃料噴射制御方法を説明するための模式図である。
【図３】エンジンの燃料噴射量の算出フローを示す図である。
【図４】エンジンへの負荷が抜けた場合の本発明の一実施形態に係る電子燃料噴射制御方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：電子燃料噴射制御装置
２：エンジン
Ａ：ガバニング領域
Ｂ：ガバニングライン
ＮＥ：エンジン回転数
Ｑ：燃料噴射量
Ｌ：距離（偏差）
【図１】
2008298011.tif 000003
【図２】
2008298011.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008298011.tif 000006