JP2008175092A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】大気圧条件に応じて最適に最大燃料噴射量を調量するとともに、負荷等により回転数が変動した場合においても適応可能な電子ガバナを備えるエンジンを提供することを目的とする。
【解決手段】大気圧センサ９をＥＣＵ５と接続し、大気圧Ｐ若しくは大気圧Ｐから算出される推定高度Ｈに応じて最大ラック位置Ｒｍａｘを制御した。また、大気圧Ｐ若しくは推定高度Ｈに比例して自動で最大ラック位置を制御し、大気圧の高低若しくは推定高度の低高に対応して燃料噴射量の多寡を調節した。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンに供給される燃料噴射量を調量する電子ガバナに関する。より詳細には、高度の変化等による大気圧の変化に応じて燃料噴射量の最大値を調節する高地対応型の電子ガバナの技術に関する。

従来、ディーゼルエンジンにより駆動される作業機において高地にて作業を行なう場合には、大気圧が低く酸素濃度が少なくなり、平地における燃料噴射量と同量でエンジンを駆動すると、燃料の空燃比が悪くなってしまい不完全燃焼が促進されて黒鉛等の有害物質を多く排出することがあった。そこで、高地にて作業を行なう作業機に搭載されるエンジンに係る燃料噴射量の調量手段として高度噴射量補償装置を備えるエンジンの技術が公知となっている。
例えば、燃料噴射量を最適に調量するメカニカルガバナを有するエンジンにおいて、黒鉛発生防止のために大気圧（大気中の酸素濃度）の低下する高地において燃料の噴射量を抑制するとともに、それ以外の運転領域ではエンジンの有する性能を十分に発揮させることとしたガバナの技術は公知となっている（特許文献１参照）。
特許文献１に開示された技術は、高度噴射補償装置において大気圧を感知して伸縮するベローズのプッシュロッドに形成されたテーパー面に係合するプレッシャーピンの先端が当接するコントロールアームの当たり面を屈曲面あるいは曲面として、高地噴射量を抑制するものである。
特開平１０−１８８６１号公報

上述した特許文献１に開示された構成では、大気圧の変化によるベローズの伸縮によりコントロールアームの回転方向の位置を変化させて燃料の最大噴射量を制御することができ、さらに大気圧の変化に対する最大噴射量の特性を非線形的に変化させることができる。
しかし、前記技術では、定格回転において気圧に応じて最大噴射量を制限する構成であるため、負荷が大きくなり、回転数が低下した状態においては、噴射量が適正値よりも多くなり、黒煙等が発生してしまうのである。

本発明は係る問題を鑑みてなされたものであり、大気圧条件に応じて最適に最大燃料噴射量を調量するとともに、負荷等により回転数が変動した場合においても適応可能な電子ガバナを備えるエンジンを提供することを目的とする。

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。

即ち、請求項１においては、ラック位置制御式の電子ガバナを有するエンジンであって、大気圧センサをＥＣＵと接続し、大気圧若しくは大気圧から算出される推定高度に応じて最大ラック位置を制御したものである。

請求項２においては、請求項１に記載のエンジンであって、大気圧若しくは推定高度に比例して自動で最大ラック位置を制御し、大気圧の高低若しくは推定高度の低高に対応して燃料噴射量の多寡を調節したものである。

請求項３においては、請求項１若しくは請求項２に記載のエンジンであって、大気圧が設定圧よりも高い範囲若しくは推定高度が設定高度よりも低い範囲では、最大ラック位置を制御しないものである。

請求項４においては、請求項１乃至請求項３に記載のエンジンであって、大気圧若しくは推定高度と、最大ラック位置と、の対応関係に高地補正開始時と低地補正終了時でヒステリシスを設けたものである。

請求項５においては、請求項１乃至請求項４に記載のエンジンであって、大気圧センサに異常がある場合には、最大ラック位置を制御しないものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１の如く構成したので、酸素濃度が低い高地等の低大気圧下において燃料噴射量を抑制することが可能になり、高地等の低大気圧下において不完全燃焼や、黒煙の発生を抑制することができる。また、低地等におけるエンジンの出力低下も防止することができる。

請求項２の如く構成したので、大気圧が高いところでは燃料噴射量を多くしつつ、酸素濃度が低い高地等の低大気圧下では自動的に燃料噴射量を少なくすることが可能になり、高地等の低大気圧下における不完全燃焼及び黒煙の発生を抑制し、低地におけるエンジンの出力低下を防止することができる。

請求項３の如く構成したので、大気圧が高いエリアや推定高度が低いエリアにおいて、最大ラック位置が頻繁に変更されることを防止することができる。例えば、小さな高低差を移動した場合や、気象による大気圧変化等に対して燃料噴射量が頻繁に変更されることを防止することができる。

請求項４の如く構成したので、ヒステリシスの境界において最大ラック位置が頻繁に変更されることを防止することができる。例えば、小さな高低差を移動した場合や、気象による大気圧変化等に対して燃料噴射量が頻繁に変更されることを防止することができる。

請求項５の如く構成したので、運転者や作業者が大気圧センサの異常に気付かなくても、低地で自動的に燃料噴射量が抑制される虞がなくなり、エンジンの出力低下を防止することができる。

以下に、本発明に係るラック位置制御式の電子ガバナを有するエンジンについて、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例に係るエンジンの制御構成を示すブロック図、図２は推定高度と最大ラック位置との対応関係を示す高地補正マップ、図３はエンジンの回転数とラック位置との対応関係を示すマップである。図４はエンジンの制御フローを示すフローチャートである。

まず、図１を参照して本発明に係るエンジン１とその制御構成について説明する。
エンジン１には、燃料噴射ポンプ２等が付設される。該燃料噴射ポンプ２には、電子ガバナ４、低温始動時進角装置３が備えられている。また、エンジン１には冷却水温度センサ６が設けられ、制御手段としてＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下、単に「ＥＣＵ」と言う）５によって冷却水温度が認識される。該ＥＣＵ５には、図示せぬスタータスイッチが接続されており、オペレータによって操作されるとセルモータ７が駆動されてエンジン１が始動するようになっている。
また、ＥＣＵ５には、該ＥＣＵ５に燃料調量ラックの位置（以下、単に「ラック位置」と言う）を燃料噴射量増量側又は減量側にセットさせる指令を入力するための操作手段８が接続されており、オペレータによって操作手段８が操作されると、ＥＣＵ５は、前記電子ガバナ４を制御してラック位置を燃料噴射量増量側又は減量側にセットする。
さらに、大気圧Ｐを検知する大気圧センサ９がエンジン１近傍に配設され、該ＥＣＵ５には大気圧センサ９、及び図示せぬエンジンの回転数検出手段、ラック位置検出手段等のセンサ類が接続されており、それぞれの検出値がＥＣＵ５へ入力されている。

ここで、前記電子ガバナ４はエンジン１の調速機として燃料噴射ポンプ２と連係して設けられており、アクチュエータとしてのソレノイドを備え、前記ＥＣＵ５でソレノイド駆動電流を制御してソレノイドに所定の電流を流し、燃料噴射量を調節する前記燃料調量ラックを駆動させるようになっている。
つまり、ソレノイドは、ＥＣＵ５からのソレノイド駆動信号に基づいてスイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦして作動され、ラック位置を変更し、エンジンの実回転数Ｎが目標回転数Ｎｍに一致するように、燃料噴射ポンプ２からエンジン１へ供給される燃料供給量を調節するように構成されているのである。

しかし、高地等の低大気圧条件下では酸素濃度が薄くなり、通常時と同量の燃料噴射量では酸素欠乏状態となり不完全燃焼を促進し、黒鉛の発生量が増加してしまう虞がある。
そこで、本発明では上記のような条件下においても不完全燃焼を抑制することを目的とし、ラック位置を調節して燃料噴射量を調量する電子ガバナ４において大気圧に応じて燃料の最大噴射量を抑制する高地補正機能を付加したエンジンを提供するものである。

そこで、図２乃至図４を参照して本実施例におけるＥＣＵ５による制御について説明する。
ＥＣＵ５は前記電子ガバナ４を制御してラック位置を調節し、燃料噴射ポンプ２への供給量を調量する。このラック位置について、燃料の最大噴射量となる最大ラック位置Ｒｍａｘに対して、前記大気圧センサ９により検出される大気圧Ｐ、若しくは大気圧Ｐより算出される推定高度Ｈに応じて適宜の高地補正を行なう。
詳細には、前記推定高度Hより、図２に示す高地補正マップ１０を用いて最大ラック制限量Ｎを求めて、低地運転時の最大ラック位置Ｒｍａｘから最大ラック制限量Ｎを減じて、補正最大ラック位置Ｒｍａｘｈを求める。この最大ラック制限量Ｎは図３に示すように、全回転数の範囲で適用され、定格回転で運転されている状態から負荷が増加して回転数が低下した場合でも最大燃料噴射量が一点鎖線で示す如く制限され、また、低燃費モードや高効率運転モード等において、定格回転数よりも低い回転数で運転した場合でも、最大燃料噴射量が制限される。

なお、前記高地補正マップ１０において最大ラック制限量Ｎは二つのマップを持つ、すなわち、図３に示す前記回転数とラック位置との関係のマップに加え、図２に示す推定高度とラック制限量との関係のマップを有する。そして、この推定高度とラック制限量との関係のマップでは最大ラック制限量Ｎは、高地補正を行っている最中と高地補正を行っていない時とでは、所定の高さの範囲（平地と高地の間）で異なる値が得られるようにしている。

つまり、最初に推定高度Ｈを演算したときに、高地補正開始高度Ｈ１より低い位置で運転している時は酸素量が十分にあり黒鉛の発生量が少ないので、高地補正を行なわず、最大ラック制限量Ｎを０とする。つまり、図２におけるＭ１線より最大ラック制限量Ｎを求めその値は０となっている。推定高度Ｈが高地補正開始高度Ｈ１より高い位置で運転した時は高地補正を行い、最大ラック制限量ＮはＡ×Ｈより求める（Ａは定数）。つまり、図２におけるＭ２線より推定高度Ｈに対応する最大ラック制限量Ｎを求める。
一方、高地補正を行っている運転時には、推定高度Ｈが高地補正終了高度Ｈ２より高い位置では、最大ラック制限量ＮはＡ×Ｈより求め、高地補正終了高度Ｈ２よりも低い位置に達した場合には、酸素量が十分にあり通常運転に戻しても黒鉛の発生量も少なく支障がないと判断できるため、最大ラック制限量Ｎを０とする。

あるいは次のように考えることもできる。山地等で運転している時に、高度上昇時と下降時において最大ラック制限量Ｎを求める式が異なるようにしている。つまり、低地から推定高度Ｈが徐々に高くなっていき、高地補正開始高度Ｈ１より高くなれば、高地補正を開始し（図２中、Ｍ１）、逆に推定高度Ｈが高地補正開始高度Ｈ１より高い状態から徐々に低くなっていき、高地補正終了高度Ｈ２より低くなれば、高地補正を終了する（図２中、Ｍ２）。

図２において、前記高地補正開始高度Ｈ１は、高地補正終了高度Ｈ２より高く設定され（Ｈ１＞Ｈ２）、高地補正開始時期と高地補正終了時期とをずらすことでヒステリシスを設けている。このようなマップとすることにより、補正最大ラック位置Ｒｍａｘｈがヒステリシス境界付近で頻繁に変更されることを防止している。つまり、高地補正を行なう高さを限定すると、その高さ近辺でエンジンを運転した場合に、上下動や気圧の変化などで高地補正を行ったり解除したりし、エンジン回転が不安定になることがある。そこで、低地と高地の間において、高度上昇時と下降時でヒステリシスを設けることで、補正と補正解除が頻繁に行われることがなく、黒煙の発生が減少した安定した運転が可能となる。
さらに、高地補正開始高度Ｈ１、及び高地補正終了高度Ｈ２の設定手段（ダイヤルやテンキー等で構成する、図示せず）をＥＣＵ５に接続することにより、気象条件（例えば低気圧が通過する場合など）の影響や山の中腹での作業高度等を考慮してオペレータにより設定し、最適な高地補正制御が可能となる。

続いて、図４に示すフローチャート図を参照して、本発明に係る制御フローについて説明する。
まず、大気圧センサ９が正常に作動しているかどうかを判断し（Ｓ１）、ＥＣＵ５が異常を認識すれば（Ｓ１：Ｎ）、最大ラック位置Ｒｍａｘを制御しない、つまり、最大ラック制限量Ｎを０とする（Ｓ７）。大気圧センサ９が正常ならば（Ｓ１：Ｙ）、続いてＥＣＵ５は大気圧センサ９により検出される大気圧Ｐを読み込む（Ｓ２）。次に、大気圧Ｐより推定高度Ｈを算出する（Ｓ３）。
そして、高地補正をしているかどうかを判断し、高地補正中ならば（Ｓ４：Ｙ）、推定高度Ｈと高地補正終了高度Ｈ２とを比較し、推定高度Ｈが高地補正終了高度Ｈ２以下ならば（Ｓ５：Ｙ）、最大ラック制限量Ｎを０とする（Ｓ８）。推定高度Ｈが高地補正終了高度Ｈ２より高ければ（Ｓ５：Ｎ）、図２のマップにおいて推定高度Ｈに対応する最大ラック制限量ＮをＭ２より算出する（Ｓ９）。
一方、高地補正中でないときはＮ＝０の状態であり（Ｓ４：Ｎ）、推定高度Ｈと高地補正開始高度Ｈ１とを比較し、推定高度Ｈが高地補正開始高度Ｈ２以上ならば（Ｓ６：Ｙ）、図２のマップにおいて推定高度Ｈに対応する最大ラック制限量Ｎを算出する（Ｓ９）。推定高度Ｈが高地補正開始高度Ｈ１より低ければ（Ｓ６：Ｎ）、最大ラック制限量Ｎを０とし高地補正は行なわない（Ｓ１０）。
最後に、以上のように求められた最大ラック制限量Ｎを用いて、補正最大ラック位置Ｒｍａｘｈを算出し（Ｓ１１）、ＥＣＵ５にその指令を返す。

上記実施例では、大気圧センサ９により検出された大気圧Ｐより、推定高度Ｈを算出し、図２に示す高地補正マップを用いて推定高度Ｈに応じた補正最大ラック位置Ｒｍａｘｈを決定したが、高度を推定することなく、直接大気圧よりマップを用いて最大ラック制限量Ｎを求めることも可能である。また、大気圧の代わりに直接酸素量よりマップを用いて最大ラック制限量Ｎを求めることも可能である。前記マップは図２と同様となり、図４の制御フローと同様に行われる。

以上のように、大気圧センサ９をＥＣＵ５と接続し、大気圧Ｐ若しくは大気圧Ｐから算出される推定高度Ｈに応じて最大ラック位置Ｒｍａｘを制御したので、酸素濃度が低い高地等の低大気圧下において燃料噴射量を抑制することが可能になり、高地等の低大気圧下において不完全燃焼や、黒煙の発生を抑制することができる。また、低地等におけるエンジンの出力低下も防止することができる。

また、ＥＣＵ５の制御により高地補正マップ１０を用いて大気圧Ｐ若しくは推定高度Ｈに比例して自動で最大ラック位置Ｒｍａｘを制御し、大気圧の高低若しくは推定高度の低高に対応して燃料噴射量の多寡を調節したので、大気圧が高いところでは燃料噴射量を多くしつつ、酸素濃度が低い高地等の低大気圧下では自動的に燃料噴射量を少なくすることが可能になり、高地等の低大気圧下における不完全燃焼及び黒煙の発生を抑制し、低地におけるエンジンの出力低下を防止することができる。

また、大気圧Ｐが設定大気圧Ｐ１よりも高い範囲若しくは推定高度Ｈが高地補正開始高度Ｈ１よりも低い範囲では、最大ラック位置Ｒｍａｘを制御しない構成としたので、大気圧が高いエリアや推定高度が低いエリアにおいて、最大ラック位置が頻繁に変更されることを防止することができる。例えば、小さな高低差を移動した場合や、気象による大気圧変化等に対して燃料噴射量が頻繁に変更されることを防止することができる。

また、大気圧Ｐ若しくは推定高度Ｈと、最大ラック位置Ｒｍａｘと、の対応関係に高地補正開始時と低地補正終了時でヒステリシスを設けたので、ヒステリシスの境界において最大ラック位置が頻繁に変更されることを防止することができる。

さらに、前記制御フローの初期段階において、大気圧センサ９に異常がある場合には、最大ラック位置Ｒｍａｘを制御しない構成としたので、運転者や作業者が大気圧センサの異常に気付かなくても、低地で自動的に燃料噴射量が抑制される虞がなくなり、エンジンの出力低下を防止することができる。

本発明の一実施例に係るエンジンの制御構成を示すブロック図。 推定高度と最大ラック位置との対応関係を示す高地補正マップ。 エンジンの回転数とラック位置との対応関係を示すマップ。 エンジンの制御フローを示すフローチャート。

符号の説明

１ エンジン
４ 電子ガバナ
５ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（ＥＣＵ）
９ 大気圧センサ
１０ 高地補正マップ

Claims (5)

1. ラック位置制御式の電子ガバナを有するエンジンであって、
   大気圧センサをＥＣＵと接続し、
   大気圧若しくは大気圧から算出される推定高度に応じて最大ラック位置を制御することを特徴とするエンジン。
2. 請求項１に記載のエンジンであって、
   大気圧若しくは推定高度に比例して自動で最大ラック位置を制御し、大気圧の高低若しくは推定高度の低高に対応して燃料噴射量の多寡を調節することを特徴とするエンジン。
3. 請求項１又は請求項２に記載のエンジンであって、
   大気圧が設定圧よりも高い範囲若しくは推定高度が設定高度よりも低い範囲では、最大ラック位置を制御しないことを特徴とするエンジン。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のエンジンであって、
   大気圧若しくは推定高度と、最大ラック位置と、の対応関係に高地補正開始時と低地補正終了時でヒステリシスを設けたことを特徴とするエンジン。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のエンジンであって、
   大気圧センサに異常がある場合には、最大ラック位置を制御しないことを特徴とするエンジン。

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