JP5185174B2

JP5185174B2 - エンジン回転数制御装置

Info

Publication number: JP5185174B2
Application number: JP2009077259A
Authority: JP
Inventors: 太一富樫; 秀雄塩見
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: WO2010110084A1; EP2412959B1; EP2412959A4; EP2412959A1; JP2010229874A; US20120016570A1; US8660774B2

Description

本発明は、エンジン回転数のＰＩＤ制御を行なうエンジン回転数制御装置の技術に関する。

エンジン回転数のＰＩＤ制御において、Ｉ成分は、目標回転数と実回転数の差分値の積算による積分制御値として用いられている。ここで、実回転数が目標回転数より低下している間は、Ｉ成分の積分制御値は、積算が続けられることで増加され、大きくなり過ぎるという弊害が生じる。特許文献１は、目標回転数の減少率、積分値や回転数偏差に基づいて、積分値を演算値よりも小さい予め記憶された値に設定し、実回転数が高速状態から無負荷を含む低速状態まで減速するまでの応答時間を短縮することができる電子ガバナを開示している。

特開２００６―２７４８８１号公報

しかし、特許文献１に開示される電子ガバナは、例えば、山道でエンジンブレーキを効かせた、下り坂走行が終了した場合、すなわち、外部要因で実回転数が目標回転数を強制的に上回る状態が継続した後に、外部要因が解消し、実回転数が目標回転数に収束する場合には、目標回転数に対する実回転数の低下量を抑制できない点で不利である。

本発明は、外部要因で実回転数が、目標回転数を強制的に上回る状態が継続した後に、外部要因が解消して実回転数が目標回転数に収束する場合には、目標回転数に対する実回転数の低下量を抑制できるエンジン回転数制御装置を提供することを課題とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、目標回転数設定手段と、実回転数検知手段と、前記目標回転数と前記実回転数の偏差に基づくＰＩ演算又はＰＩＤ演算による燃料噴射量演算手段と、前記燃料噴射量の演算値に基づく燃料調量手段と、を有するエンジン回転数制御装置において、目標回転数と前記目標回転数設定手段によって最低速に設定されているときのアイドル回転数との差が第一所定回転数以下であって、実回転数と目標回転数との差が第二所定回転数以上であって、燃料噴射量の演算値が実回転数における設定最小値以下である場合には、Ｐゲインを目標回転数とＰゲインマップから定まる値以上とし、Ｉ成分が負の値である場合には、Ｉ成分を零に設定するものである。

請求項２においては、目標回転数と前記目標回転数設定手段によって最低速に設定されているときのアイドル回転数との差が第一所定回転数を超えた場合、或いは、実回転数が目標回転数に収束した場合には、前記Ｐゲインを目標回転数とＰゲインマップから定まる値とし、Ｉ成分を目標回転数とＩゲインマップから定まるＩゲインと前記回転数偏差の積分値に基づいて算出される値とするものである。

本発明のエンジン回転数制御装置によれば、外部要因で実回転数が目標回転数を強制的に上回る状態が継続した後に、外部要因が解消して実回転数が目標回転数に収束する場合には、目標回転数に対する実回転数の低下量を抑制できる。

本発明のエンジン回転数制御装置の周囲構成を示したブロック図。本発明のエンジン回転数制御部の構成を示したブロック図。本発明の急減速制御の流れを示したフロー図。本発明の急減速制御の効果を示したグラフ図。図４の一部を拡大したグラフ図。本発明の急減速制御の別の効果を示したグラフ図。

図１を用いて、本発明の実施形態に係るエンジン回転数制御装置としてのＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ（以下、ＥＣＵ１０）の周囲構成について説明する。エンジンシステム１は、エンジン３と、エンジン３に燃料を噴射する燃料噴射装置と、燃料噴射装置のラックの目標位置Ｒｓｅｔをソレノイドで電磁駆動する燃料調量手段としての電子ガバナ２と、電子ガバナ２のソレノイドへの駆動電流を制御するＥＣＵ１０と、を備えている。

ＥＣＵ１０は、目標回転数Ｎｓｅｔを設定するエンジン回転数設定手段としてのアクセルレバー８と、実回転数Ｎａｃｔを検出する実回転数検出手段としてのエンジン回転数センサー（図示略）と、電子ガバナ２のラック位置Ｒａｃｔを検出するラック位置センサー（図示略）と、エンジン冷却水の冷却水温度Ｔｗを検出する冷却水温度センサー（図示略）と、目標回転数Ｎｓｅｔを電気的に濾過するフィルタ部４と、燃料噴射量演算手段としての回転数制御部１００と、ラック位置制御部５と、電流制御部６と、を備えている。

回転数制御部１００は、ＰＩＤ制御によって、目標回転数Ｎｓｅｔと実回転数Ｎａｃｔとの回転数偏差である偏差Ｎｅｒｒから、電子ガバナ２のラックの目標位置Ｒｓｅｔを算出するＰＩＤ制御を行なう。回転数制御部１００の構成については、更に詳しく後述する。

ラック位置制御部５は、ＰＩ制御によって、実位置Ｒａｃｔと目標位置Ｒｓｅｔとの位置偏差である偏差Ｒｅｒｒから、ソレノイドを駆動する目標電流値Ｉｓｅｔを算出するＰＩ制御を行なう。

電流制御部６は、ソレノイド駆動電流の実際の電流値である実電流値Ｉａｃｔと目標電流値Ｉｓｅｔとの偏差から、スイッチング素子の開閉を行なうＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ信号（以下、ＰＷＭ信号）を算出して、スイッチング素子の開閉を行なうＰＩ制御を行なう。

図２を用いて、回転数制御部１００の構成について説明する。回転数制御部１００は、Ｐ成分（図２におけるＰに相当）を算出するブロック系統と、Ｉ成分（図２におけるＩに相当）を算出するブロック系統と、Ｄ成分（図２におけるＤに相当）を算出するブロック系統と、Ｐ成分、Ｉ成分及びＤ成分を合算しラックの目標位置Ｒｓｅｔを算出する合算部５１と、目標位置Ｒｓｅｔをそのときの実回転数Ｎａｃｔにおける最小ラック位置Ｒｍｉｎから最大ラック位置Ｒｍａｘに制限するリミット処理部５２と、目標回転数Ｎｓｅｔと実回転数Ｎａｃｔとの偏差Ｎｅｒｒを算出する偏差算出部５３と、を備えている。

Ｐ成分を算出するブロック系統は、目標回転数Ｎｓｅｔに対応するＰゲインを算出するＰゲインマップ１１と、冷却水Ｔｗに対応するＰゲインの補正係数を算出するＰゲイン水温補正係数マップ１２と、Ｐゲインに補正係数を乗じて補正するＰゲイン算出部１３と、補正後のＰゲインと偏差ＮｅｒｒとからＰ成分を算出するＰ成分算出部１４と、を備えている。

Ｉ成分を算出するブロック系統は、目標回転数Ｎｓｅｔに対応するＩゲインを算出するＩゲインマップ２１と、冷却水Ｔｗに対応するＩゲインの補正係数を算出するＩゲイン水温補正係数マップ２２と、Ｉゲインに補正係数を乗じて補正するＩゲイン算出部２３と、補正後のＩゲインと偏差Ｎｅｒｒの積算による積分値とからＩ成分を算出するＩ成分算出部２４と、を備えている。なお、Ｉ成分算出部２４において、目標位置Ｒｓｅｔが最小ラック位置Ｒｍｉｎ又は最大ラック位置Ｒｍａｘに達していれば、Ｉ成分更新を停止するワインドアップ処理が実施される。

Ｄ成分を算出するブロック系統は、目標回転数Ｎｓｅｔに対応するＤゲインを算出するＤゲインマップ３１と、冷却水Ｔｗに対応するＤゲインの補正係数を算出するＤゲイン水温補正係数マップ３２と、Ｄゲインに補正係数を乗じて補正するＤゲイン算出部３３と、補正後のＤゲインと実回転数ＮａｃｔとからＤ成分を算出するＤ成分算出部３４と、を備えている。

このような構成とすることで、回転数制御部１００は、目標回転数Ｎｓｅｔ及び冷却水Ｔｗに対応する各ゲインと、偏差Ｎｅｒｒと、に基づいて、目標位置Ｒｓｅｔを算出するＰＩＤ制御を行なう。

図３を用いて、本発明の実施形態に係る急減速制御について説明する。Ｓ１１０において、ＥＣＵ１０は、急減速制御開始条件として、目標回転数Ｎｓｅｔとローアイドル回転数Ｎｌｏｗとの差が第一所定回転数に相当する２００ｒｐｍ以下であって、かつ、実回転数Ｎａｃｔと目標回転数Ｎｓｅｔとの差が第二所定回転数に相当する１００ｒｐｍ以上であって、かつ、ラックの目標位置Ｒｓｅｔがそのときの実回転数Ｎａｃｔにおける最小ラック位置Ｒｍｉｎ以下であるか否かを判定し、急減速制御開始条件が成立すればＳ１２０へ移行し、成立しなければＳ１３０へ移行する。

Ｓ１２０において、ＥＣＵ１０は、エンジンブレーキタイマーＴを加算し、カウントアップ条件として、エンジンブレーキタイマーＴがＴ１以上であるか否かを判定し、
カウントアップ条件が成立すればＳ１４０へ移行し、成立しなければＳ１１０へ移行する。

Ｓ１３０において、ＥＣＵ１０は、エンジンブレーキタイマーＴをリセットして、Ｓ１１０へ移行する。Ｓ１４０において、ＥＣＵ１０は、エンジンブレーキフラグｆｌａｇを１とする。

Ｓ１５０において、ＥＣＵ１０は、急減速制御解除条件として、目標回転数Ｎｓｅｔとローアイドル回転数Ｎｌｏｗとの差が第一所定回転数に相当する２００ｒｐｍより大きいか否か、或いは、実回転数Ｎａｃｔが目標回転数Ｎｓｅｔに収束した場合に相当する実回転数Ｎａｃｔと目標回転数Ｎｓｅｔとの差が５０ｒｐｍより小さいか否かを判定し、急減速制御解除条件のどちらかが成立すればＳ１６０へ移行し、成立しなければＳ１７０へ移行する。Ｓ１６０において、ＥＣＵ１０は、エンジンブレーキフラグｆｌａｇを０とする。

Ｓ１７０において、ＥＣＵ１０は、急減速制御処理条件として、エンジンブレーキフラグｆｌａｇが１か否かを判定し、急減速制御処理条件が成立すればＳ１８０へ移行し、成立しなければＳ１９０へ移行する。

Ｓ１８０において、ＥＣＵ１０は、Ｐゲイン（図中のＰｇに相当）が通常値ｎｏｒｍａｌであれば、通常値ｎｏｒｍａｌ以上の所定値に相当するゲイン値として、Ｐゲインを２倍としてＰ成分を算出し、かつ、Ｉ成分（図中のＩに相当）が０より小さい値であればＩ成分を０とし、Ｓ１５０へ移行し急減速制御解除条件の判定を繰り返す。ここで、通常値ｎｏｒｍａｌとは、Ｐゲイン算出部１３によって算出されたＰゲインである。

Ｓ１９０において、ＥＣＵ１０は、Ｐゲインを通常値ｎｏｒｍａｌとし、Ｉ成分をＩ成分算出部２４によって算出される通常の演算値とし（図示略）、急減速制御を繰り返す必要があるか否かをＳ１１０から改めて判断する。

このような構成とすることで、外部要因で実回転数Ｎａｃｔが目標回転数Ｎｓｅｔを強制的に上回る状態が継続した後に、外部要因が解消し実回転数Ｎａｃｔが目標回転数Ｎｓｅｔに収束する場合に、目標回転数Ｎｓｅｔに対する実回転数Ｎａｃｔの低下量を抑制できる。例えば、走行車両が山道でエンジンブレーキを効かせて下り坂走行を終了した場合にも、速やかに目標回転数Ｎｓｅｔに収束できる。また、Ｉ成分の演算の影響を抑制する必要が無くなった場合には、ＰＩＤ制御を復帰することができる。

図４乃至６を用いて、急減速制御の効果について説明する。図４乃至６は、グラフの上段から下段に向かってエンジン回転数Ｎ（図中の実線で表される実回転数Ｎａｃｔ、破線で表される目標回転数Ｎｓｅｔ）、ラック位置Ｒ（図中の実線で表される実位置Ｒａｃｔ、破線で表される目標位置Ｒｓｅｔ、一点鎖線で表される最小ラック位置Ｒｍｉｎ）、ＰＩ成分（図中の実線で表されるＰ成分、破線で表されるＩ成分）について、急減速制御を実施する前（図中のＢＥＦＯＲＥ）と、実施した後（図中のＡＦＴＥＲ）との対比を表した時系列のグラフ図である。

図４は、外部要因で実回転数Ｎａｃｔが目標回転数Ｎｓｅｔを強制的に上回る状態が継続した後に、外部要因が解消し、実回転数Ｎａｃｔが目標回転数Ｎｓｅｔに収束する状況におけるグラフ図であって、図５は、同状況の外部要因が解消し、実回転数Ｎａｃｔが目標回転数Ｎｓｅｔに収束するときを拡大したグラフ図である。図６は、目標回転数Ｎｓｅｔを最高回転数から最低回転数に急激に変化させた状況におけるグラフ図である。

図４のエンジン回転数Ｎのグラフ図が示すように、実回転数Ｎａｃｔが目標回転数Ｎｓｅｔを上回る状態が継続した後に、外部要因が解消し実回転数Ｎａｃｔが目標回転数Ｎｓｅｔに収束している。ここで、図４のＰＩ成分のグラフ図が示すように、急減速制御によって、Ｐ成分が２倍となって（図４中のＢ１、Ｂ２）、Ｉ成分が０より小さい値であるため、Ｉ成分は０とされる（図４中のＡ１、Ａ２）。

このようにＰ成分を２倍にすることで、ラックの目標位置Ｒｓｅｔが従来よりも長く最小ラック位置Ｒｍｉｎに設定されるため、Ｉ成分の演算を停止するワインドアップ処理が従来よりも長く有効になり、Ｉ成分の積算停止期間が延びる。さらに、Ｉ成分が負の値の場合、Ｉ成分をリセットするため（図５中のＣ１、Ｃ２）、図５のラック位置Ｒのグラフ図が示すように、ラックの目標位置Ｒｓｅｔが適正値まで早く到達することで、ラックの実位置Ｒａｃｔが適正値まで早く到達し（図５中のＤ１、Ｄ２）、図５のエンジン回転数Ｎのグラフ図が示すように、実回転数Ｎａｃｔが速やかに目標回転数Ｎｓｅｔに収束する（図５中のＥ１、Ｅ２）。

図６のエンジン回転数Ｎのグラフ図が示すように、目標回転数Ｎｓｅｔが最高回転数から最低回転数に急激に変化している。ここで、図６のＰＩ成分のグラフ図が示すように、急減速制御によって、Ｐ成分が２倍となって（図６中のＪ１、Ｊ２）、ラックの目標位置Ｒｓｅｔが従来よりも長く最小ラック位置Ｒｍｉｎに設定されるため、Ｉ成分の演算を停止するワインドアップ処理が従来よりも長く有効になり、Ｉ成分の積算停止期間が延び（図６中のＫ１、Ｋ２の変化）、Ｉ成分の減少量も小さくなり、Ｉ成分が負となる状況が回避されている（図６中のＬ１、Ｌ２の変化）。そのため、図６のラック位置Ｒのグラフ図が示すように、ラックの目標位置Ｒｓｅｔが適正値まで早く到達することで、ラックの実位置Ｒａｃｔが適正値まで早く到達し（図６中のＭ１、Ｍ２）、図６のエンジン回転数Ｎのグラフが示すように、実回転数Ｎａｃｔが速やかに目標回転数Ｎｓｅｔに収束する（図６中のＮ１、Ｎ２）。

このように、目標回転数Ｎｓｅｔを最高回転数から最低回転数に急激に変化させたような場合であっても、目標回転数Ｎｓｅｔに対する実回転数Ｎａｃｔの低下量を抑制できる。例えば、アクセルレバー８が急激に減速された場合にも、速やかに目標回転数Ｎｓｅｔに収束できる。

１エンジンシステム
２電子ガバナ
３エンジン
８アクセルレバー
１０ＥＣＵ
１００回転数制御部

Claims

目標回転数設定手段と、実回転数検知手段と、前記目標回転数と前記実回転数の偏差に基づくＰＩ演算又はＰＩＤ演算による燃料噴射量演算手段と、前記燃料噴射量の演算値に基づく燃料調量手段と、を有するエンジン回転数制御装置において、目標回転数と前記目標回転数設定手段によって最低速に設定されているときのアイドル回転数との差が第一所定回転数以下であって、実回転数と目標回転数との差が第二所定回転数以上であって、燃料噴射量の演算値が実回転数における設定最小値以下である場合には、Ｐゲインを目標回転数とＰゲインマップから定まる値以上とし、Ｉ成分が負の値である場合には、Ｉ成分を零に設定することを特徴とするエンジン回転数制御装置。
目標回転数と前記目標回転数設定手段によって最低速に設定されているときのアイドル回転数との差が第一所定回転数を超えた場合、或いは、実回転数が目標回転数に収束した場合には、前記Ｐゲインを、目標回転数とＰゲインマップから定まる値とし、Ｉ成分を、目標回転数とＩゲインマップから定まるＩゲインと前記回転数偏差の積分値に基づいて算出される値とすることを特徴とする請求項１に記載のエンジン回転数制御装置。