JP2007023823A - ディーゼルエンジン及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧機器と組み合わせて使用されるディーゼルエンジンにおいて、エンジンが低回転時から無負荷状態で急速に加速しようとした場合でも、油圧機器の実負荷との間にタイムラグを生じることなく、フリーアクセルスモークを減少させるディーゼルエンジン及びその制御方法の提供。
【解決手段】油圧機器（４）と組み合わせて使用されるディーゼルエンジン（１）において、ディーゼルエンジン（１）の燃料ポンプ（１２）と、前記油圧機器（４）の負荷を検出する負荷検出装置（油圧スイッチ６）と、油圧機器（４）の負荷に応答してディーゼルエンジン（１）の燃料ポンプ（１２）から供給される燃料を調節する燃料噴射量調整装置（アクチュエータ７、リミッター、ラック７０）とを有し、該燃料噴射量調整装置（７、７０）は、負荷検出装置（６）で検出された負荷が閾値を下回っている場合には、運転状態がスモーク発生領域から外れる様に燃料ポンプ（１２）の燃料噴射量を減少させる制御を行うことを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧機器と組み合わせて使用されるディーゼルエンジンにおいて、低負荷時のスモーク発生を回避出来るディーゼルエンジン及びその制御方法に関する。

ディーゼルエンジンのトルクは燃料噴射量を増加することにより増大するが、燃料噴射量の増加が過大であれば黒煙の発生を伴う。
即ち、トルクの増加と黒煙の低減とは相反関係にあり、急激な速度変化を伴い、最大噴射量で回転上昇させる運転を行う場合は、ディーゼルエンジンのトルクは黒煙濃度によって制限されてしまう。
燃料噴射量は、機械の通常の使用において、過度の黒煙を発生しないように適切に調整されているが、油圧ポンプ等の油圧機器を作業用に使用する例えば建設機械等の産業機械では、低速回転においても高いエンジントルクを必要とするため、低速回転域での燃料噴射量を高く設定されているものが多い。
その結果、エンジンを低回転時から無負荷状態で急速に加速する、所謂、無負荷急加速（フリーアクセル）の際に黒煙の大量排出という事態が生じてしまう。

近年、自動車の排出ガス規制のみならず、地球環境保全の観点から、建設機械等の産業用エンジンについても排出ガスの低公害化の要請が高まっている。

ここで、上述したような無負荷急加速黒煙（フリーアクセルスモーク）に対処するための技術が開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特許文献１及び特許文献２では、産業用ディーゼルエンジンにおいてフリーアクセル時のスモーク性能の悪化を防止することを意図しているが、双方ともエンジン側の燃料噴射に係わる装備の動きを検知して燃料噴射量を制御する様に構成されたものである。

産業用エンジンでは、例えば、ディーゼルエンジンでエンジンに直結の油圧ポンプを駆動し、その油圧ポンプ駆動で得られた高圧の油圧を例えば油圧シリンダ等に供給して産業機械を操作している場合が多い。
そして、そのような場合、油圧シリンダから油圧ポンプまでを容積の変化しやすい配管によって接続しているため、無負荷時（或いは軽負荷時）状態から負荷のかかっている状態に切換わる際、或いは、その逆の状態においてタイムラグが発生してしまい、適切にフリーアクセルスモークを回避出来ない場合があった。
特開２０００−１０４５４７号公報 特開２０００−１０４５４７号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、油圧機器と組み合わせて使用されるディーゼルエンジンにおいて、エンジンが低回転時から無負荷状態で急速に加速しようとした場合でも、油圧機器の実負荷との間にタイムラグを生じることなく、フリーアクセルスモークを減少させるディーゼルエンジン及びその制御方法の提供を目的としている。

本発明のディーゼルエンジンは、油圧機器（４）と組み合わせて使用されるディーゼルエンジン（１）において、ディーゼルエンジン（１）の燃料ポンプ（１１）と、前記油圧機器（４）の負荷を検出する負荷検出装置（油圧スイッチ６）と、油圧機器（４）の負荷に応答してディーゼルエンジン（１）の燃料ポンプ（１２）から供給される燃料を調節する燃料噴射量調整装置（アクチュエータ７、リミッター、ラック７０）とを有し、該燃料噴射量調整装置（７，７０）は、負荷検出装置（６）で検出された負荷が閾値を下回っている場合には、運転状態がスモーク発生領域から外れる様に燃料ポンプ（１２）の燃料噴射量を減少させる制御を行うことを特徴としている（請求項１）。

前記燃料噴射量調整装置はアクチュエータ（７）であり、該アクチュエータ（７）は負荷検出装置（６）で検出された負荷が閾値を下回っている場合には、運転状態がスモーク発生領域から外れる様に負荷が閾値以上の場合のエンジン回転数に対応する燃料噴射量に対して所定の割合で燃料ポンプ（１２）の燃料噴射量を減少させるように制御を行うことを特徴としている（請求項２）。

前記燃料噴射量調整装置はリミッター或いはラック（７０）であり、負荷検出装置（６）で検出された負荷が閾値を下回っている場合には、該リミッター或いはラック（７０）は、運転状態がスモーク発生領域から外れる様に燃料噴射ポンプ（１２）の燃料噴射量を減少させ且つエンジン回転数の大小に係わらず減少させた噴射量を維持するように制御を行うことを特徴としている（請求項３）。

本発明のディーゼルエンジンの制御方法は、請求項１のディーゼルエンジン（１）の制御方法において、該油圧機器（４）の負荷を検出する負荷検出工程（Ｓ１）と、該負荷検出工程（Ｓ１）で検出された負荷が閾値を下回っている場合に、運転状態がスモーク発生領域から外れる様に燃料ポンプ（１２）の燃料噴射量を減少させる燃料噴射量減少工程（Ｓ３）、とを有することを特徴としている（請求項４）。

または、本発明のディーゼルエンジンの制御方法は、請求項２のディーゼルエンジンの制御方法において、油圧機器（４）の負荷を検出する負荷検出工程（Ｓ１１）と、該負荷検出工程（Ｓ１１）で検出された負荷が閾値を下回っている場合（Ｓ１２のＹＥＳ）に、アクチュエータ（７）に対して運転状態がスモーク発生領域から外れる様に負荷が閾値以上の場合のエンジン回転数に対応する燃料噴射量に応じて所定の割合で燃料ポンプ（１２）の燃料噴射量を減少させる工程（Ｓ１３）、とを有することを特徴としている（請求項５）。

或いは、本発明のディーゼルエンジンの制御方法は、請求項３のディーゼルエンジンの制御方法において、油圧機器（４）の負荷を検出する負荷検出工程（Ｓ２１）と、該負荷検出工程（Ｓ２１）で検出された負荷が閾値を下回っている場合（Ｓ２２のＹＥＳ）に、リミッター或いはラック（７０）に対して運転状態がスモーク発生領域から外れる様に燃料噴射ポンプ（１２）の燃料噴射量を減少させ且つエンジン回転数の大小に係わらず減少させた噴射量を維持する工程（Ｓ２３）、とを有することを特徴としている（請求項６）。

係る構成を具備した本発明のディーゼルエンジン及びその制御方法は、ディーゼルエンジン（１）の燃料ポンプ（１２）と、前記油圧機器（４）の負荷を検出する負荷検出装置（油圧スイッチ６）と、油圧機器（４）の負荷に応答してディーゼルエンジン（１）の燃料ポンプ（１２）から供給される燃料を調節する燃料噴射量調整装置（アクチュエータ７、リミッター、ラック７０）とを有し、該燃料噴射量調整装置（７，７０）は、負荷検出装置（６）で検出された負荷が閾値を下回っている場合には、運転状態がスモーク発生領域から外れる様に燃料ポンプ（１２）の燃料噴射量を減少させる制御を行うので、エンジン（１）が低回転時から無負荷状態で急速に加速しようとした場合でも、油圧機器（４）の実負荷との間にタイムラグを生じることなく、フリーアクセルスモークを減少させることが出来る。

特に、燃料噴射量調整装置がリミッター或いはラック（７０）の場合は、一定値まで燃料噴射量を減少させた後はその燃焼した燃料噴射量を維持するのみであるので、容易に燃料噴射量調整装置を構築できる。

又、エンジン（１）により駆動される油圧機器（２，４）側の負荷を検出することにより、油圧機器（２，４）側の実負荷に対するエンジン（１）側の応答遅れを生じさせることが無く、確実にフリースモークを減少させることが出来る。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図１〜図５を参照して第１実施形態を説明する。

産業用ディーゼルエンジン1の図示しない出力軸には、油圧ポンプ２の図示しない回転軸が直結されている。その油圧ポンプ２は油圧配管３により油圧機器４に油圧を供給している。

前記油圧配管３には、油圧ポンプ２側から順に、油圧コントローラ５と油圧機器４の負荷を検出するための油圧センサ６が介装されている。
前記油圧コントローラ５は、油圧機器４への油圧の接・断を行っている。

また、産業用ディーゼルエンジン1のシリンダブロック側面１１には燃料噴射ポンプ１２が装備されている。
その燃料噴射ポンプ１２の噴射量調整レバー１３の先端にはシリンダブロック側面１１の後端近傍に取り付けられた燃料噴射量調整装置である燃料噴射量調整用アクチュエータ７の操作ロッド７１の先端が接続されている。

前記油圧センサ６とアクチュエータ７の図示しない制御部とは制御信号ライン８によって接続されている。

前記油圧センサ６は油圧配管中の油圧の大きさ、即ち、油圧機器４の負荷の大小を検出しており、その検出した検出信号を制御信号ライン８によってアクチュエータ７の図示しない制御部に送信している。
そして、アクチュエータ７の図示しない制御部は、前記検出された負荷が閾値を下回っている場合には、運転状態がスモーク発生領域から外れる様に燃料噴射量を減少させるべく、アクチュエータ７の操作ロッド７１で燃料噴射ポンプ１２の噴射量調整レバー１３を操作する様に構成されている。

次に、図４に基づいて、図２、図３をも参照して、第１実施形態及び第２実施形態に係る基本の制御方法について説明する。

図２（第１実施形態の制御方法）及び図３（第２実施形態の制御方法）の違いは、検出した油圧機器４の負荷、即ち、油圧が閾値以下となった場合に、
図２では、運転状態がスモーク発生領域（図中のハッチングを施した領域）から外れる様に、負荷が閾値以上の場合のエンジン回転数（燃料噴射ポンプ１１の回転数）に対応する燃料噴射量に応じて所定の割合で燃料ポンプ１１の燃料噴射量を減少させる（ｂｃ間の実線をｂ´ｃ´間の破線に変更させる）ように制御を行い、
図３の破線では、負荷検出装置６で検出された負荷が閾値を下回っている場合には、該リミッター或いはラック７０は、運転状態がスモーク発生領域から外れる様に、燃料噴射量を一定量減少させ且つエンジン回転数の大小に係わらず減少させた噴射量を維持する（ｂｃ間の実線をｂ´ｃ´間の破線に変更させる）ように制御を行う、点である。
尚、図２と図３における実線のガバナ特性（燃料噴射ポンプの回転数と燃料噴射量（ラック位置）との関係）は、共通である。

図４の制御フローに従って、先ず、ステップＳ１では油圧機器４の負荷を油圧センサ６によって検出する。

仮に本実施形態を実施しない場合、例えば、図２においてエンジンをアイドリング状態（点ａ）から図示しないスピードコントロールレバーによって急加速すると燃料噴射ポンプ１２の図示しないラックは点ａから点ｂ、点ｂから点ｃ、点ｃから点ｄの実線最大ラック位置に沿って移動し、無負荷際高回転位置（点ｄ）で再び安定する。即ち、エンジンが無負荷状態であっても急加速時（フリーアクセル）は最大燃料を噴射し、（図中、ハッチングを施した領域で）黒煙を発生し易い。

そこで、ステップＳ２では、検出した負荷が閾値未満であるか否かを判断して、閾値未満であれば（ステップＳ２のＹＥＳ）、ステップＳ３に進み、閾値以上であれば（ステップＳ２のＮＯ），ステップＳ４に進む。

ステップＳ３では、図２又は図３の特性図において、破線の特性となる制御信号を燃料噴射量調整装置（第１実施形態ではアクチュエータ７、第２実施形態ではリミッター又はラック７０）へ発信した後、ステップＳ５に進む。
即ち、例えば図２であれば、ガバナ特性は、アイドリング状態（点ａ）から点ｂ´、点ｂ´から点ｃ´、点ｃ´から点ｄと推移する。
従って、黒煙を排出し易いハッチングの領域を回避しており、黒煙は生じない。

ステップＳ４では、図２又は図３の特性図において、実線の特性（燃料噴射量調整装置を操作しない）となる制御信号を燃料噴射量調整装置（第１実施形態ではアクチュエータ７、第２実施形態ではリミッター又はラック７０）へ発信した後、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、制御を終了するか否かを判断して、終了するのであれば（ステップＳ５のＹＥＳ）、そのまま制御を終了する。一方、未だ制御を続行する、即ち、運転を続けるのであれば（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ１に戻り再びステップＳ１以降を繰り返す。

次に、第１実施形態（燃料噴射量調整装置がアクチュエータ７）の制御方法について図５に基づき、図２をも参照して説明する。

先ず、ステップＳ１１では油圧機器４の負荷を油圧センサ６によって検出する。

次のステップＳ１２では、検出した負荷が閾値未満であるか否かを判断して、閾値未満であれば（ステップＳ１２のＹＥＳ）、ステップＳ１３に進み、閾値以上であれば（ステップＳ１２のＮＯ），ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１３では、図２の特性図において、破線の特性となる制御信号をアクチュエータ７へ発信した後、ステップＳ１５に進む。
即ち、ガバナ特性は、図２において、アイドリング状態（点ａ）から点ｂ´、点ｂ´から点ｃ´、点ｃ´から点ｄと推移する。
従って、黒煙を排出しやすいハッチングの領域を回避しており、黒煙は生じない。

ステップＳ１４では、図２の特性図において、実線の特性（アクチュエータ７を操作しない）となる制御信号をアクチュエータ７へ発信した後、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、制御を終了するか否かを判断して、終了するのであれば（ステップＳ１５のＹＥＳ）、そのまま制御を終了する。一方、未だ制御を続行する、即ち、運転を続けるのであれば（ステップＳ１５のＮＯ）、ステップＳ１１に戻り再びステップＳ１１以降を繰り返す。

次に、第２実施形態（燃料噴射量調整装置がリミッター、又はラック７０（特に装置としては図示しない））の制御方法について図６に基づき、図３をも参照して説明する。

先ず、ステップＳ２１では油圧機器４の負荷を油圧センサ６によって検出する。

次のステップＳ２２では、検出した負荷が閾値未満であるか否かを判断して、閾値未満であれば（ステップＳ２２のＹＥＳ）、ステップＳ２３に進み、閾値以上であれば（ステップＳ２２のＮＯ），ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２３では、図３の特性図において、破線の特性となる制御信号をリミッター或いはラック７０へ発進した後、ステップＳ２５に進む。
即ち、ガバナ特性は、図３において、アイドリング状態（点ａ）から点ｂ´、点ｂ´から点ｃ´、点ｃ´から点ｄと推移する。
従って、黒煙を排出しやすいハッチングの領域を回避しており、黒煙は生じない。ここで、ｂ´ｃ´間は燃料噴射量を一定量に減じたままを維持している。

ステップＳ２４では、図３の特性図において、実線の特性（リミッター或いはラック７０を操作しない）となる制御信号をリミッター或いはラック７０へ発進した後、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２５では、制御を終了するか否かを判断して、終了するのであれば（ステップＳ２５のＹＥＳ）、そのまま制御を終了する。一方、未だ制御を続行する、即ち、運転を続けるのであれば（ステップＳ２５のＮＯ）、ステップＳ２１に戻り再びステップＳ２１以降を繰り返す。

係る構成及び制御方法の第１実施形態及び第２実施形態では、油圧センサ６で検出された負荷が閾値を下回っている場合には、運転状態がスモーク発生領域から外れる様に燃料ポンプ１２の燃料噴射量を減少させる制御を行うので、エンジン１が低回転時から無負荷状態で急速に加速しようとした場合でも、油圧機器４の実負荷とエンジンの運転状態の間にタイムラグを生じることなく、フリーアクセルスモークを減少させることが出来る。

特に第２実施形態のように、燃料噴射量調整装置がリミッター或いはラック７０の場合は、一定値まで燃料噴射量を減少させた後はその燃焼した燃料噴射量を維持するのみであるので、容易に燃料噴射量調整装置を構築することが出来る。

又、エンジン１により駆動される油圧機器４側の負荷を検出することにより、油圧機器４側の実負荷に対するエンジン１側の応答遅れを生じさせることが無く、確実にフリースモークを減少させることが出来る。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。

本発明の第１実施形態の概略構成を説明するブロック図。 本発明の第１実施形態に係る制御を説明するためのガバナ特性図。 本発明の第２実施形態に係る制御を説明するためのガバナ特性図。 本発明の実施形態に係る制御方法を示した制御フローチャート。 本発明の第１実施形態に係る制御方法を示した制御フローチャート。 本発明の第２実施形態に係る制御方法を示した制御フローチャート。

符号の説明

１・・・ディーゼルエンジン
２・・・油圧ポンプ
３・・・油圧配管
４・・・油圧機器
５・・・油圧コントローラ
６・・・油圧センサ
７・・・アクチュエータ

Claims (6)

1. 油圧機器と組み合わせて使用されるディーゼルエンジンにおいて、ディーゼルエンジンの燃料ポンプと、前記油圧機器の負荷を検出する負荷検出装置と、油圧機器の負荷に応答してディーゼルエンジンの燃料ポンプから供給される燃料を調節する燃料噴射量調整装置とを有し、該燃料噴射量調整装置は、負荷検出装置で検出された負荷が閾値を下回っている場合には、運転状態がスモーク発生領域から外れる様に燃料ポンプの燃料噴射量を減少させる制御を行うことを特徴とするディーゼルエンジン。
2. 前記燃料噴射量調整装置はアクチュエータであり、該アクチュエータは負荷検出装置で検出された負荷が閾値を下回っている場合には、運転状態がスモーク発生領域から外れる様に負荷が閾値以上の場合のエンジン回転数に対応する燃料噴射量に対して所定の割合で燃料ポンプの燃料噴射量を減少させるように制御を行うことを特徴とする請求項1のディーゼルエンジン。
3. 前記燃料噴射量調整装置はリミッター或いはラックであり、負荷検出装置で検出された負荷が閾値を下回っている場合には、該リミッター或いはラックは、運転状態がスモーク発生領域から外れる様に燃料噴射ポンプの燃料噴射量を減少させ且つエンジン回転数の大小に係わらず減少させた噴射量を維持するように制御を行うことを特徴とする請求項1のディーゼルエンジン。
4. 請求項１のディーゼルエンジンの制御方法において、該油圧機器の負荷を検出する負荷検出工程と、該負荷検出工程で検出された負荷が閾値を下回っている場合に、運転状態がスモーク発生領域から外れる様に燃料ポンプの燃料噴射量を減少させる燃料噴射量減少工程、とを有することを特徴とするディーゼルエンジンの制御方法。
5. 請求項２のディーゼルエンジンの制御方法において、油圧機器の負荷を検出する負荷検出工程と、該負荷検出工程で検出された負荷が閾値を下回っている場合に、アクチュエータに対して運転状態がスモーク発生領域から外れる様に負荷が閾値以上の場合のエンジン回転数に対応する燃料噴射量に応じて所定の割合で燃料ポンプの燃料噴射量を減少させる工程、とを有することを特徴とするディーゼルエンジンの制御方法。
6. 請求項３のディーゼルエンジンの制御方法において、油圧機器の負荷を検出する負荷検出工程と、該負荷検出工程で検出された負荷が閾値を下回っている場合に、リミッター或いはラックに対して運転状態がスモーク発生領域から外れる様に燃料ポンプの燃料噴射量を減少させ且つエンジン回転数の大小に係わらず減少させた噴射量を維持する工程、とを有することを特徴とするディーゼルエンジンの制御方法。

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