CN102216594B - 电子控制式柴油发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供不测定发动机转速、增压压力、发烟极限燃料喷射量等的相互关系而根据加速前的燃料喷射量抑制燃料喷射量的急增的结构。加速判定部(64)根据目标发动机转速(Nset)和实际发动机转速(Ne)的差判定是否结束加速控制，构成上限喷射量算出部(65)的第三上限喷射量算出部(73)在上述加速判定部(64)判定为低速区域加速条件成立时，将初期上限喷射量(Q0)设定为上述判定时的喷射量或相对于上述判定时的实际发动机转速(Ne)设定的上限喷射量中的任一较大值的喷射量，随着直到上述加速判定部(64)判定为低速区域加速解除条件成立为止的时间的经过，恢复为通常上限值。

Description

电子控制式柴油发动机
技术领域
本发明涉及电子控制式柴油发动机的技术。
背景技术
以往，公知有这样的结构：在带有增压器的发动机急剧加速时，不使用增压补偿装置，而将燃料喷射量限制为与增压压力相对应的喷射量(例如，参照专利文献1)。具体而言，是这样的结构：预先在控制器中存储发动机转速、增压压力、发烟极限齿条上限位置等的相互关系，将喷射量抑制为不到与检测发动机转速相对应的发烟极限齿条上限位置。即，是预先在控制器中设定针对加速时用的发动机转速的燃料喷射量上限值的结构。
现有技术文献
专利文献1：日本特许3060149号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在以往结构中，需要预先测定发动机转速、增压压力、发烟极限燃料喷射量等的相互关系，开发工时变多。另外，根据加速前的燃料喷射量，燃料喷射量急增到上限喷射量，相对于进气量过剩，可能会产生黑烟。
因此，本发明鉴于上述课题，提供不测定发动机转速、增压压力、发烟极限燃料喷射量等的相互关系就根据加速前的燃料喷射量抑制燃料喷射量急增的结构。
用于解决课题的方案
在本发明的电子控制式柴油发动机中，利用控制装置决定燃料喷射量，设有分别与该控制装置相连接的低速区域加速判定部件、低速区域加速解除判定部件和上限喷射量抑制部件，该低速区域加速判定部件根据目标发动机转速和实际发动机转速的差判定是否进行了规定的加速，上述低速区域加速解除判定部件根据目标发动机转速和实际发动机转速的差判定是否结束加速控制，上述上限喷射量抑制部件在上述低速区域加速判定部件判定为低速区域加速条件成立时，将燃料喷射量的初期上限值设定为上述判定时的喷射量或相对于上述判定时的实际发动机转速设定的上限喷射量中的任一较大值的喷射量，随着直到上述低速区域加速解除判定部件判定为低速区域加速解除条件成立为止的时间经过，恢复为通常上限值。
在本发明的电子控制式柴油发动机中，上述上限喷射量抑制部件的上述随着时间经过的燃料喷射量的通常上限值恢复特性，能选择一次函数的特性或恢复比例在恢复初期小、在恢复末期大的特性中的任一个。
发明效果
在本发明的电子控制式柴油发动机中，由于将加速开始时的上限喷射量设定为此时的喷射量，因此，能抑制燃料喷射量的急增而防止产生黑烟。
在本发明的电子控制式柴油发动机中，能根据操作者的喜好选择加速器操作的响应性。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的发动机的整体结构的结构图。
图2是表示本发明的一实施方式的发动机的上限喷射量控制的信号传递的框线图。
图3的(a)是表示加速时的目标发动机转速及实际发动机转速的时间变化的曲线图，图3的(b)是表示加速时的第二上限喷射量的时间变化的曲线图。
图4的(a)是表示加速时的第三上限喷射量的时间变化的曲线图，图4的(b)是表示加速时的第三上限喷射量的时间变化的曲线图。
符号说明
10    发动机主体
20    燃料喷射量控制装置
40    ECU
41    加速器
42    离合器
44    发动机转速传感器
45    进气量传感器
47    双列直插开关
50    运算装置
51    存储装置
61    目标转速算出部
62    实际转速算出部
63    燃料喷射量算出部
64    加速判定部
65    上限喷射量算出部
66    最小值选择部
67    喷射量上限处理部
71    第一上限喷射量算出部
72    第二上限喷射量算出部
73    第三上限喷射量算出部
100   发动机
Nset  目标发动机转速
Ne    实际发动机转速
Q0    初期上限喷射量
Qset  目标喷射量
Qmax1 第一上限喷射量
Qmax2 第二上限喷射量
Qmax3  第三上限喷射量
Qfinal 最终目标喷射量
具体实施方式
下面，说明发明的实施方式。
图1是表示本发明的一实施方式的发动机的整体结构的结构图，图2是表示本发明的一实施方式的发动机的上限喷射量控制的信号传递的框线图，图3的(a)是表示加速时的目标发动机转速及实际发动机转速的时间变化的曲线图，图3的(b)是表示加速时的第二上限喷射量的时间变化的曲线图。图4的(a)是表示加速时的第三上限喷射量的时间变化的曲线图，图4的(b)是表示加速时的第三上限喷射量的时间变化的曲线图。
使用图1说明本发明的实施方式的发动机100。发动机100是搭载在船舶上、作为船用发动机而驱动推进单元110的直喷式4气缸柴油发动机。另外，发动机100包括发动机主体10和用于控制燃料喷射量的作为控制装置的燃料喷射量控制装置20。
发动机主体10的输出轴11与推进单元110相连接。另外，在发动机主体10的输出轴11上设有未图示的飞轮。推进单元110是利用输出轴11的驱动借助未图示的传递机构驱动螺旋桨111的单元。另外，设有用于进行输出轴与推进单元之间的连接、切断和正转、反转的切换的离合器机构23。
上述发动机主体10具有用于吸入燃料燃烧所需的空气的进气通路15和用于排出燃料燃烧后的排气的排气通路16。在上述排气通路16上设有涡轮部17，通过将排气供给到涡轮部17来驱动涡轮。涡轮部17借助涡轮轴18与供气压缩用的压缩机部19相连结。这样地将增压器设于发动机主体10上。
发动机主体10包括燃料喷射泵21和喷射器22、22、22、22。燃料利用燃料喷射泵21压送并利用喷射器22、22、22、22喷射到各缸体内。另外，燃料喷射泵21由电子调节器机构构成，具有齿条驱动器46。另外，上述发动机不限定于具有电子调节器的发动机，例如也可以是进行共轨式的燃料喷射控制的发动机。
燃料喷射量控制装置20是在发动机低速区域存在加速的情况下决定上限燃料喷射量而实施燃料喷射量的控制的装置。燃料喷射量控制装置20与Engine Control Unit(以下称作ECU)40、加速器41、离合器42、发动机转速传感器44、进气量传感器45、齿条驱动器46和作为选择部件的双列直插开关47相连接。
ECU40具有运算装置50和存储装置51。
加速器41和离合器42设于船舶的驾驶席。另外，加速器41作为发动机转速指令部件具有向ECU40发出目标发动机转速Nset的指令的功能。另外，离合器42作为离合器机构23的连接、切断及正转、反转的切换部件具有向ECU40发出离合器机构23的切换的指令的功能。
发动机转速传感器44设于发动机100的输出轴11附近。另外，发动机转速传感器44作为实际转速检测部件具有检测实际发动机转速Ne并将其发送到ECU40的功能。
进气量传感器45设于进气通路15的比压缩机部19靠发动机主体10侧的位置，具有检测作为进气量相当信号的进气压力并将其发送到ECU40的功能。
齿条驱动器46基于由后述的喷射量上限处理部67算出的最终目标喷射量Qfinal调整燃料喷射量。
双列直插开关47作为选择部件具有进行发动机100的各功能的选择或设定的功能。
接着，使用图2说明燃料喷射量控制的信号传递。运算装置50具有作为目标转速算出部61、实际转速算出部62、燃料喷射量算出部63、加速判定部64、上限喷射量算出部65、最小值选择部66、喷射量上限处理部67的功能。
目标转速算出部61具有算出由上述加速器41指令的目标发动机转速Nset的功能。
实际转速算出部62具有根据由上述发动机转速传感器44检测出的值算出实际发动机转速Ne的功能。
燃料喷射量算出部63具有基于目标发动机转速Nset和实际发动机转速Ne的偏差进行运算的作为燃料喷射量运算部件的功能。更具体而言，上述燃料喷射量算出部63具有算出目标喷射量Qset以使由上述目标转速算出部61算出的目标发动机转速Nset和由上述实际转速算出部62算出的实际发动机转速Ne的偏差为0的功能。
加速判定部64具有发动机转速的低速区域加速判定部件和低速区域加速解除判定部件的功能。更具体而言，上述加速判定部64作为低速区域加速判定部件具有根据由上述目标转速算出部61算出的目标发动机转速Nset和由上述实际转速算出部62算出的实际发动机转速Ne的差判定是否进行了急剧加速的功能。即，只有在下述各条件都成立的情况下，才使加速判定特征(日文：フラグ)成立而处于ON，上述各条件为：目标发动机转速Nset和实际发动机转速Ne的差大于加速判定成立阈值K1；离合器处于嵌入状态；实际发动机转速Ne为加速判定成立许可上限转速K2以下；发动机不是处于停止、启动时；实际发动机转速Ne为从加速器位置的最低发动机转速Nmin减去旋转变动量后得到的转速以上。
将目标发动机转速Nset和实际发动机转速Ne的差大于加速判定成立阈值K1作为条件是为了判断实际上是否加速。
将离合器处于嵌入状态作为条件是由于：与离合器42处于脱离状态的情况相比，发动机负荷较大，离合器嵌入时加速时的燃料喷射量较多，因此，产生黑烟的可能性较高。具体而言，根据离合器42的切换信息判断是否发送了离合器中立信号。
将实际发动机转速Ne为加速判定成立许可上限转速K2以下作为条件是由于：若实际发动机转速Ne为加速判定成立许可上限转速K2以下，则增压器不能充分地发挥功能，压缩机部19的供气量较小，因此，产生黑烟的可能性较高。
将发动机不是处于停止、启动时作为条件，是为了防止加速判定部64作出误判定。
将实际发动机转速Ne为从加速器位置的最低发动机转速Nmin减去旋转变动量dN后得到的转速以上作为条件是为了防止上限燃料喷射量抑制导致的发动机停转。例如，在以空转转速停船时等，施加负荷，实际发动机转速Ne从最低发动机转速Nmin进一步下降到低于旋转变动量dN时，若抑制上限燃料喷射量，可能发生发动机停转。
另外，加速判定部64作为低速区域加速解除判定部件，具有根据由上述目标转速算出部61算出的目标发动机转速Nset和由上述实际转速算出部62算出的实际发动机转速Ne的差判定是否结束加速控制的功能。即，只有在下述各条件中的任一条件成立的情况下，才使加速判定特征为OFF，上述各条件为：目标发动机转速Nset和实际发动机转速Ne的差为加速解除判定成立阈值K3以下；离合器处于脱离状态；实际发动机转速Ne大于加速判定强制解除转速K4；发动机处于停止、启动时。
将目标发动机转速Nset和实际发动机转速Ne的差为加速解除判定成立阈值K3以下作为条件是为了判断实际上加速是否已经结束。
将离合器处于脱离状态作为条件是由于：在离合器42处于脱离状态时，发动机负荷较小，燃料喷射量比离合器42处于嵌入状态时少，因此，不需要抑制燃料喷射量的上限。具体而言，根据离合器42的切换信息判断是否发送了离合器中立信号。
将实际发动机转速Ne大于加速判定强制解除转速K4作为条件是由于：在实际发动机转速Ne大于加速判定强制解除转速K4的情况下，增压器充分地发挥功能，不需要抑制燃料喷射量的上限。
将发动机处于停止、启动时作为条件是为了对应于发动机不是处于停止、启动时作为低速区域加速判定条件，即使低速区域加速判定误成立也能够解除地进行双重监视。
接着，在图2中，说明加速时的上限喷射量的处理。
上限喷射量算出部65、最小值选择部66及喷射量上限处理部67具有作为上限喷射量抑制部件的功能。上述上限喷射量算出部65包括：基于实际发动机转速Ne算出第一上限喷射量Qmax1的第一上限喷射量算出部71、基于来自上述进气量传感器(进气压力传感器)45的进气量算出第二上限喷射量Qmax2的第二上限喷射量算出部72、在上述加速判定部64中加速判定特征处于ON的情况下算出第三上限喷射量Qmax3的第三上限喷射量算出部73。在此，关于上限喷射量算出方法后面详述。
上述最小值选择部66将第一上限喷射量Qmax1、第二上限喷射量Qmax2及第三上限喷射量Qmax3中的最小的上限喷射量选择为最小上限喷射量Qmax。
上述喷射量上限处理部67判定在上述燃料喷射量算出部63求出的目标喷射量Qset是否超过在上述最小值选择部66中选择的最小上限喷射量Qmax，在超过的情况下，将上述最小上限喷射量Qmax作为最终目标喷射量Qfinal，在不超过的情况下，将上述目标喷射量Qset作为最终目标喷射量Qfinal，传递到发动机主体10。
接着，说明上述第一上限喷射量Qmax1、第二上限喷射量Qmax2和第三上限喷射量Qmax3的算出方法。
在上述第一上限喷射量算出部71中算出的第一上限喷射量Qmax1是基于实际发动机转速Ne的最大转矩产生喷射量，根据实际发动机转速Ne和存储在存储装置51中的增压映射求出。
在上述第二上限喷射量算出部72中算出的第二上限喷射量Qmax2是基于来自进气量传感器45的进气量的上限喷射量，根据进气量和存储在存储装置51中的增压映射求出。上述第二上限喷射量Qmax2与进气量相应地决定，加速初期，增压器不动作，进气量几乎不发生变化，因此，如图3的(b)所示，加速初期增加率较小，增压器动作的加速中期以后，增加率变大。因此，加速初期，将第二上限喷射量Qmax2作为上限值而限定燃料喷射时，成为过剩喷射，会产生黑烟。在本发明中，为了防止该加速初期产生黑烟，在加速初期设定上限值小于第二上限喷射量Qmax2的第三上限喷射量Qmax3。利用本结构，在增压器不动作的加速初期，也能利用第三上限喷射量Qmax3限定与进气量相应的上限燃料喷射量，因此，能避免过剩喷射而防止产生黑烟。
在上述第三上限喷射量算出部73中算出的第三上限喷射量Qmax3是仅在上述加速判定部64中加速判定特征为ON的情况下算出的上限喷射量。在此，具体说明上述第三上限喷射量Qmax3的算出方法。首先，在上述加速判定特征成为ON的时刻，将当前的燃料喷射量或相对于此时的实际发动机转速Ne设定的空转喷射量中的任一较大一方的值设定为喷射量的初期上限值即初期上限喷射量Q0。即，若当前的燃料喷射量大于空转喷射量，则直接将当前的燃料喷射量设定为初期上限喷射量Q0，若当前的燃料喷射量小于空转喷射量，则判断为燃料喷射量暂时减少，将空转喷射量设定为初期上限喷射量Q0。
通过这样的结构，由于将加速开始时的初期上限喷射量Q0设定为此时的喷射量，因此，能抑制燃料喷射量的急增而防止产生黑烟。
并且，在加速判定特征为ON的期间、即在加速判定成立中，利用规定的方法使上述第三上限喷射量Qmax3从初期上限喷射量Q0增加。
在此，说明第三上述喷射量Qmax3的增加方法。
使用第三上限喷射量Qmax3、初期上限喷射量Q0，由Qmax3＝Q0+(dQ1+dQ2×t)×t表达。在此，dQ1为第一系数，dQ2为第二系数。
例如，在dQ1大于0、dQ2为0的情况下，如图4的(a)所示，上述第三上限喷射量Qmax3以一次函数的特性增加。另外，在dQ1大于0、dQ2大于0的情况下，如图4的(b)所示，上述第三上限喷射量Qmax3以在恢复初期增加比例较小，在恢复后期增加比例较大的方式以二次函数的特性增加。
通过这样的结构，能根据操作者的喜好选择加速器操作的响应性。
工业实用性
本发明的电子控制式柴油发动机，不预先测定发动机转速、增压压力、发烟极限燃料喷射量等的相互关系，就能根据加速前的燃料喷射量抑制燃料喷射量的急增，因此，在工业上有用。

Claims (2)

1.一种电子控制式柴油发动机，其利用控制装置决定燃料喷射量，其特征在于，
该电子控制式柴油发动机设有分别与该控制装置相连接的低速区域加速判定部件、低速区域加速解除判定部件和上限喷射量抑制部件，
该低速区域加速判定部件根据目标发动机转速和实际发动机转速的差判定是否进行了规定的加速，
上述低速区域加速解除判定部件根据目标发动机转速和实际发动机转速的差判定是否结束加速控制，
上述上限喷射量抑制部件在上述低速区域加速判定部件判定为低速区域加速条件成立时，将燃料喷射量的初期上限值设定为上述低速区域加速判定部件判定为低速区域加速条件成立时的喷射量或相对于上述低速区域加速判定部件判定为低速区域加速条件成立时的实际发动机转速设定的上限喷射量中的任一较大值的喷射量，随着直到上述低速区域加速解除判定部件判定为低速区域加速解除条件成立为止的时间经过，恢复为通常上限值。
2.根据权利要求1所述的电子控制式柴油发动机，其特征在于，
上述上限喷射量抑制部件的上述随着时间经过的燃料喷射量的通常上限值恢复特性，能选择一次函数的特性或恢复比例在恢复初期小、在恢复末期大的特性中的任一个。
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