JP2010024889A

JP2010024889A - 内燃機関の回転制御装置

Info

Publication number: JP2010024889A
Application number: JP2008185128A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yoshioka; 秀夫好岡; Tomokazu Meguro; 智一目黒
Original assignee: ISUZU MARINE SEIZO KK
Current assignee: ISUZU MARINE SEIZO KK
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】
ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）を具備したコモンレールエンジンのアイドリング回転数を容易に変更可能とし、微調整も可能とすることで、エンジンと他の機器を効率的に稼働させるためのアイドル回転調整方法及びその装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
コモンレールエンジンのアイドリング回転数を調整するアイドル回転調整装置であって、前記エンジンの回転数を制御するスロットルレバーからの入力を電気信号に変換するコントロールボックスと、前記コントロールボックスとエンジンを制御するＥＣＭを電気的に結合するように設置されたアイドル回転調整回路とを具備し、前記ＥＣＭにアイドル回転数に応じた電圧を、前記アイドル回転調整回路を介して印加することで、前記エンジンのアイドル回転数を調整する。
【選択図】図１

Description

内燃機関のアイドリング回転数を調整する方法及びその装置に関するものであって、特に、ＥＣＭを具備したコモンレールエンジンのアイドリング回転数を調整する方法及びその装置に関するものである。

発電機用、産業用、車両用、船舶用の内燃機関として、コモンレールディーゼルエンジンがあり、前記ディーゼルエンジンは、燃料や空気の供給、燃料噴射量、噴射時期等の制御を行うＥＣＭ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＭｏｄｕｌｅ）を具備している。

前述した発電機、産業、車両、船舶用の内燃機関としてコモンレールディーゼルエンジンを使用する場合には、それぞれの装置ごとにエンジンを設計するには莫大なコストがかかるため、同じ型のエンジンを多種の機器に流用することが多く、その際、ＥＣＭもエンジンと共に流用されることが多い。

ここで、前記ＥＣＭはコモンレールディーゼルエンジンを最適に稼動させるための制御を担っており、コンピュータのプログラムによって制御を行っており、各制御対象としている項目が最適のバランスを有するように構成されている。そのため、例えば、アイドリング回転数のみを変更しようとしたとき、前記ＥＣＭのプログラム自体を書き換える必要があり、変更されたアイドリング回転数を中心として、各制御対象項目が最適のバランスを有するようにプログラムを設計しなおす必要がある。

例えば、乗用車等であれば同型の車種が量産されるため、車種ごとにエンジン及びEＣ
Ｍを設計することは可能であるが、例えば、船舶はそれぞれが異なる船型、プロペラを有しており、搭載している補機も異なるため、同サイズの船舶であっても、必要となるエンジン特性が大きく異なるという特徴を持っており、同型のエンジンを搭載する際の大きな問題となっている。

具体的には船型、プロペラの特性が異なると、最適となるエンジンの制御も異なり、例えば、アイドリング状態から前進へスロットルを操作する場合、プロペラとアイドリング回転数の相性によりクラッチが入る瞬間のショックの大きさが決まる。

また、船舶により操舵装置、発電機、水ポンプ、油圧ポンプ等、搭載している補機が異なり、前記補機の動力はエンジンから取出すため、同型の船型及びプロペラであっても、エンジンへの負荷が異なるため、必要となるエンジン特性が異なってしまう。

即ち、異なるエンジン特性が必要である船舶をはじめとする機器に対して、それぞれに対して最適なコモンレールエンジン及びＥＣＭを提供することが困難であるという現状がある。

上記に対して、エンジンやＥＣＭのプログラムを設計することは困難であるが、例えば船舶の過給器やクラッチ機構の構造や制御の変更により、加速性能の向上及びクラッチが入る瞬間のショックを低減する発明が開示されている（例えば特許文献１参照）。
特開平９−１５０７９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置によると、船型、プロペラ等の性能、及び搭載する補機等に合わせて、過給器の稼働するエンジン回転領域を変える必要があり、そのために過給器は船舶ごとに設計や選択をする必要があり、それぞれの船舶に対して最適な過給器等を提供することは困難となっている。

また、船舶では補機の動力をエンジンから取るため、補機が増えたりすることでエンジン負荷が増加し、アイドリング回転数が低下するという問題を解決することはできない。このアイドリング回転数の低下により、過給器の作動するポイントが遅れてしまう。即ち、アイドリング回転数の低下及びエンジン負荷の増加により、過給器の作動する回転数までエンジン回転数を上昇させるために時間がかかるようになってしまう問題がある。

さらに、船舶は使用経過年数により船体の抵抗やプロペラの推進力が、貝類の付着等によって著しく変化してしまい、引用文献１に記載の装置では、この変化に対応することができない。即ち、微調整が困難な装置であるため、例え、前記装置を船舶ごとに設計して設置した場合であっても、経過年数により最適であったエンジンとのバランスが崩れてしまう問題がある。

本願発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＥＣＭを具備したコモンレールエンジンのアイドリング回転数を容易に変更可能とし、微調整も可能とすることで、エンジンと他の機器を効率的に稼働させるためのアイドル回転調整方法及びその装置を提供するものである。

特に、船舶においては船型やプロペラ、及び搭載している補機により異なるエンジンの最適なアイドリング回転数の調整を可能とし、船舶ごとに専用エンジンを設計した様なエンジン特性を提供するものである。

上記の目的を達成するための本願発明に係るアイドル回転調整方法は、コモンレールエンジンのアイドリング回転数を調整するアイドル回転調整方法であって、エンジン始動時に前記エンジンの回転数を制御するスロットルレバーからの入力を電気信号に変換するコントロールボックスで予め調整された電圧を、アイドル回転調整回路を介して、エンジンを制御するＥＣＭに印加することで、予め調整されたアイドル回転数で前記エンジンを回転させるように制御することを特徴とする。

上記の方法により、コモンレールエンジンのアイドリング回転数を変更する必要があった際に、ＥＣＭの制御プログラムをその度設計し、変更する従来の方法を用いずに、前記コントロールボックス及びアイドル回転調整回路を介して、ＥＣＭへ電圧を印加することで、容易にアイドリング回転数を変更、調整することが可能となった。

上記の目的を達成するための本願発明に係るアイドル回転調整装置は、コモンレールエンジンのアイドリング回転数を調整するアイドル回転調整装置であって、前記エンジンの回転数を制御するスロットルレバーからの入力を電気信号に変換するコントロールボックスと、前記コントロールボックスとエンジンを制御するＥＣＭを電気的に結合するように設置されたアイドル回転調整回路とを具備し、前記ＥＣＭにアイドル回転数に応じた電圧を、前記アイドル回転調整回路を介して印加することで、前記エンジンのアイドル回転数を調整することを特徴とする。

上記の構成により、コモンレールエンジンのアイドリング回転数を任意の値に調整することが容易となった。即ち、コモンレールエンジンを搭載している機器のアイドリング回転数を変更、調整する場合には、機器に設置されているＥＣＭとコントロールヘッドの間
に、本願発明のアイドル回転調整装置（コントロールボックスとアイドル回転調整回路からなるアイドル回転調整装置）を設置することで可能となる。

上記のアイドル回転調整装置において、前記コントロールボックスが、前記スロットルレバーと接続されたワイヤーと、前記ワイヤーを回転自在に支持された回転板の一端に接続し、前記回転板の他端から可変抵抗部材にワイヤーを接続することで、物理的変位を電気信号に変換するよう構成されており、前記回転板の回転量を可動ストッパー部材により制御するように構成していることを特徴とする。

上記の構成により、スロットルレバーの物理的変位がワイヤーを介してコントロールボックスに伝達され、コントロールボックス内では、前記ワイヤーの移動が回転板を介して可変抵抗部材に伝達されることで、前記可変抵抗部材が生じる抵抗値が変わり、電気信号として出力することが可能となった。

物理的変位を伝達する前記回転板の回転量を、前記可動ストッパー部材（アイドル回転調整ビス）により制御しているため、前記可変抵抗部材が生じる抵抗値が制御され、前記コントロールボックスから出力される電気信号の値を制御することが可能となる。

上記のアイドル回転調整装置において、前記可動ストッパー部材によりコントロールボックスに設置された可変抵抗部材の抵抗を変化させることで、前記ＥＣＭに印加する電圧を調整し、アイドリング回転数を制御することを特徴とする。

上記の構成により、この電圧（電気信号）がＥＣＭに入力されることで、アイドリング回転数を変更、調整することが可能となった。

即ち、前記可動ストッパー部材である例えばアイドル回転調整ビスの締め込み量が、アイドリング回転数に影響するため、アイドリング回転数の変更、調整が容易に行なうことが可能となった。

上記のアイドル回転調整装置において、前記コントロールボックスの出力（Vｏｕｔ）
とＥＣＭの入力（Ｖｏｕｔ）の間にサイリスタを接続し、前記エンジンのキースイッチのエンジン始動ポジション（Ｃ）と前記サイリスタのゲートを接続したアイドル回転調整回路を具備したアイドル回転調整装置であって、前記キースイッチが電源入力ポジション（Ａｃｃ）の際に、前記ＥＣＭに初期設定のアイドル回転数に相当する電圧を印加し、前記キースイッチがエンジン始動ポジション（Ｃ）の際に、コントロールボックスで調整された変更後のアイドル回転数に相当する電圧を前記ＥＣＭに印加するように構成したことを特徴とする。

上記の構成により、予め前記アイドル回転調整ビス（可動ストッパー部材）により調整された前記コントロールボックスからの出力信号（電圧）を、キースイッチによりエンジンを起動する際に、自動的にＥＣＭに読み込み、予め設定されたアイドリング回転数を反映させることが可能となった。

即ち、前記キースイッチとアイドル回転調整装置を連動させるように接続したことで、アイドル回転調整ビスが調整されていれば、通常のエンジン始動と同様の操作で、予め設定された任意のアイドリング回転数で自動的にエンジンを始動させることが可能となった。

また、アイドル回転調整回路にサイリスタを利用することで、回路自体を単純な構造とすることが可能となった。

上記の目的を達成するための本願発明に係るアイドル回転調整装置は、前記コントロールボックスの出力とＥＣＭの入力の間にリレーを接続し、前記電源入力ポジションと前記リレーのスイッチの間にサイリスタを接続し、前記サイリスタのゲートとエンジン始動ポジションを接続したアイドル回転調整回路を具備したアイドル回転調整装置であって、前記キースイッチが電源入力ポジションの際に、前記ＥＣＭに初期設定のアイドル回転数に相当する電圧を印加し、前記キースイッチがエンジン始動ポジションの際に、コントロールボックスで調整された変更後のアイドル回転数に相当する電圧を前記ＥＣＭに印加するように構成したことを特徴とする。

上記の目的を達成するための本願発明に係るアイドル回転調整装置は、前記コントロールボックスの出力とＥＣＭの入力の間にリレーを接続し、前記電源入力ポジション及びエンジン始動ポジションを前記リレーのスイッチを接続したアイドル回転調整回路を具備したアイドル回転調整装置であって、前記キースイッチが電源入力ポジションの際に、前記ＥＣＭに初期設定のアイドル回転数に相当する電圧を印加し、前記キースイッチがエンジン始動ポジションの際に、コントロールボックスで調整された変更後のアイドル回転数に相当する電圧を前記ＥＣＭに印加するように構成したことを特徴とする。

上記の構成により、リレーを利用することで電圧のドロップが微小となり、制御可能となる電圧の領域が広がるため、ＥＣＭに入力される電圧の微調整が可能となり、そのため前記電圧により制御されるアイドリング回転数の微調整が可能となった。

本願発明のアイドル回転調整方法及びその装置によれば、ＥＣＭを具備したコモンレールエンジンのアイドリング回転数を容易に変更可能とし、微調整も可能とすることで、エンジンと他の機器を効率的に稼働させるためのアイドル回転調整方法及びその装置を提供することが可能となった。

特に、船舶においては船型やプロペラ、及び搭載している補機により異なるエンジンの最適なアイドリング回転数の調整を可能とし、船舶ごとに専用エンジンを設計した様なエンジン特性を提供することを可能とした。

以下、本願発明を図に示す実施形態を参照して具体的に説明する。

（アイドル回転調整装置）
図２は本願発明のアイドル回転調整装置とエンジン等との関係を示した概略図であり、アイドル回転調整装置１は、アイドル回転調整回路１０とコントロールボックス２０を具備し、前記コントロールボックス２０はスロットルレバー３５を有したコントロールヘッド３６とワイヤーで物理的に接続されており、前記コントロールボックス２０によりワイヤーの物理的変位量を電気信号に変換してアイドル回転調整回路１０に信号線４０を介して送るよう構成している。

前記アイドル回転調整回路１０はＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）と信号線４０で接続されており、前記ＥＣＭはリレー３２と合わせてジャンクションボックス３３に設置されている。

前記ＥＣＭ３１はさらにコモンレールエンジン３０と接続されており、前記ＥＣＭから空気、燃料等の供給量や燃料噴射用バルブの開閉タイミング等、コモンレールエンジン３０を最適に稼働させるための制御をしている。

また、前記ＥＣＭはメーターボード３４に接続されており、コモンレールエンジン３０の回転数やアラーム等を示すよう構成されており、コントロールヘッド３６はマリンギア３８とワイヤー３７で接続されている。

（第１のアイドル回転調整回路）
図１はアイドル回転調整回路１０の第１の実施例であるアイドル回転調整回路１０Ａを示しており、コントロールボックス２０の出力（Ｖｏｕｔ）とＥＣＭ３１の入力（Ｖｏｕｔ）の間にサイリスタ１１を接続し、前記エンジン３０のキースイッチ４１のエンジン始動ポジション（Ｃ）と前記サイリスタ１１のゲートを接続したアイドル回転調整回路１０Ａであって、前記キースイッチ４１が電源入力ポジション（Ａｃｃ）の際に、前記ＥＣＭ３１に初期設定のアイドル回転数に相当する電圧を印加し、前記キースイッチ４１がエンジン始動ポジション（Ｃ）の際に、コントロールボックス２０で調整された変更後のアイドル回転数に相当する電圧を前記ＥＣＭ３１に印加するように構成している。

以下にアイドル回転調整装置が作動する際の原理を説明する。

図１に示したキースイッチ４１をＯＮ（電源入力ポジション、Ａｃｃ）にすることでＢ−Ａｃｃが導通し、ＥＣＭにはバッテリー４２により電気が流れ、Ｖｏｕｔ−ＧＮＤ間に設定されたアイドル回転数に相当する印加電圧（例えば１．０Ｖ）が印加される。これは従来のコモンレールエンジン始動前に、ＥＣＭに印加される電圧である。ここで、ＥＣＭはスロットルレバー３５が中立の位置にあること（異常のないこと）を確認する。

次にキースイッチ４１をエンジン始動ポジション（Ｃ）にすることで、Ｂ−Ｃが導通する。ここで、従来のコモンレールエンジンであれば、コントロールボックス２０の出力（Ｖｏｕｔ）からＥＣＭ３１の入力（Ｖｏｕｔ）に、電源入力時と同等の電圧（例えば１．０Ｖ）が印加されエンジンが始動し、予めＥＣＭにより設定されているアイドリング回転数で前記エンジンが回転する。

しかし、本願発明のアイドル回転調整回路１０Ａを設置している場合は、エンジン始動時に、Ｂ−Ｃが導通し、抵抗１３（例えば２ｋΩ）を経由してサイリスタ１１のゲートに電圧を印加し、これによりサイリスタ１１が導通するようになり、コントロールボックス２０の出力（Ｖｏｕｔ）からＥＣＭ３１の入力（Ｖｏｕｔ）に、アイドル回転調整ビスにより調整された電圧（例えば１．２Ｖ）が印加される。

その結果、ＥＣＭ３１のＶｏｕｔ−ＧＮＤ間にアイドルアップの電圧（例えば１．２Ｖ）が印加され、始動後のエンジンはこのアイドルアップされた回転数を基準に回転数が変化するようになる。

また、コントロールボックス２０側のＶｏｕｔの電圧を低下させることにより、アイドリング回転数を下げること（アイドルダウン）も可能である。

つまり、電源入力時には異常なしの情報として、通常時と同様の電圧（例えば１．０Ｖ）をＥＣＭ３１に印加し、エンジン始動時には異なる電圧（例えば１．２Ｖ）を印加することで、基準となるアイドリング回転数をＥＣＭにあたかも誤認させるようにすることで、アイドリング回転数を調整することを可能としている。

（第２のアイドル回転調整回路）
図３は、エンジン始動ポジション（Ｃ）が抵抗１３を介してサイリスタ１１のゲートに接続され、電源入力ポジション（Ａｃｃ）は前記サイリスタ１１を介してリレー１５に接
続されている第２の実施例であるアイドル回転調整回路１０Ｂを示している。リレー１５が印加されるとコントロールボックス２０とＥＣＭ３１が導通し、コントロールボックス２０で設定されたアイドリング回転数に応じた電圧をＥＣＭに印加するように構成されている。

（第３のアイドル回転調整回路）
図４は、電源入力ポジション（Ａｃｃ）が抵抗１３を介してリレー１５に接続され、エンジン始動ポジション（Ｃ）が前記リレー１５に接続されている第３の実施例であるアイドル回転調整回路１０Ｃを示している。

上記のアイドル回転調整回路の３つの実施例は、アイドリング回転数を調整するために同様の働きをする。

（コントロールボックス）
図５はコントロールボックス２０の機構の概略を示しており、前記コントロールボックス２０の役割は、スロットルレバー３５の物理的な動きを、電気信号に変換してＥＣＭへ出力すること、また、アイドリング回転数を調整することである。

例えば、スロットルレバー３５の操作によってワイヤー３７が引かれた場合、前記ワイヤー３７の先端に接続された回転板２２が、固定軸２３を中心に時計回りに回転し、前記回転板２２の他端及び可変抵抗２５に固定されたワイヤー３７が左方向に引かれ、前記可変抵抗２５が回転することで抵抗値が変わるため、信号線４０を介してＥＣＭ３１へ信号（電気）が送られるよう構成されている。

ここで、ばね２４により回転板２２は初期位置に戻るよう構成されており、例えばスロットルレバー３５から操縦者が手を離した場合には、回転板２２の位置は中立となり、ＥＣＭはエンジンの回転をアイドリング回転数まで下げるよう制御される。

ここで、回転板２２の初期位置を変更するための可動ストッパー部材２１（アイドル回転調整ビス）が設けられており、例えば、ねじ等で構成することが可能である。このねじにより回転板２２の初期位置を変更することで、前記アイドル回転調整回路１０を介してＥＣＭに送られる信号（電圧）を調整することが可能となっている。

（まとめ）
本願発明におけるアイドル回転調整方法及びその装置により、ＥＣＭを具備したコモンレールエンジンのアイドリング回転数を容易に変更可能とし、微調整も可能とすることで、エンジンと他の機器を効率的に稼働させるためのアイドル回転調整方法及びその装置を提供することが可能となった。

例えば、船舶において補機を大量に搭載することによって、アイドリング回転数が低下してしまい、船舶のスロットルレバー操作時に、エンジン回転数及び船速の上昇がもたついたり、あるサイズのエンジンを搭載するには小さい船体である場合、アイドリング回転数が高すぎて、クラッチがつながる際のショックが大きく、クラッチを破損してしまったり等の問題を、アイドル回転調整装置を機器（例えば船舶）に搭載し、アイドル回転調整ビスを調節することで、容易に解決することが可能となった。

また、船舶においては船型やプロペラ、及び搭載している補機により異なるエンジンの最適なアイドリング回転数の調整を可能とし、船舶ごとに専用エンジンを設計した様なエンジン特性を提供することを実現した。

さらに、エンジンや付属の機器の経年劣化等による性能の変化に対しても、最適となるアイドリング回転数に容易に調整することが可能となった。

本願発明のアイドル回転調整回路の第１の実施例の回路図である。本願発明のアイドル回転調整装置とエンジン等との関係を示した概略図である。本願発明のアイドル回転調整回路の第２の実施例の回路図である。本願発明のアイドル回転調整回路の第３の実施例の回路図である。本願発明のコントロールボックスの実施例を示した概略図である。

符号の説明

１アイドル回転調整装置
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃアイドル回転調整回路
１１サイリスタ
１２ダイオード
１３抵抗
１４可変抵抗
１５リレー
２０コントロールボックス
２１アイドル回転調整ビス
２２回転板
２３固定軸
２４ばね
２５可変抵抗
３０コモンレールエンジン
３１ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）
３２リレー
３３ジャンクションボックス
３４メーターボード
３５スロットルレバー
３６コントロールヘッド
４０信号線
４１キースイッチ

Claims

コモンレールエンジンのアイドリング回転数を調整するアイドル回転調整方法であって、エンジン始動時に前記エンジンの回転数を制御するスロットルレバーからの入力を電気信号に変換するコントロールボックスで予め調整された電圧を、アイドル回転調整回路を介して、エンジンを制御するＥＣＭに印加することで、予め調整されたアイドル回転数で前記エンジンを回転させるように制御することを特徴とするアイドル回転調整方法。
コモンレールエンジンのアイドリング回転数を調整するアイドル回転調整装置であって、
前記エンジンの回転数を制御するスロットルレバーからの入力を電気信号に変換するコントロールボックスと、前記コントロールボックスとエンジンを制御するＥＣＭを電気的に結合するように設置されたアイドル回転調整回路とを具備し、前記ＥＣＭにアイドル回転数に応じた電圧を、前記アイドル回転調整回路を介して印加することで、前記エンジンのアイドル回転数を調整することを特徴とするアイドル回転調整装置。
前記コントロールボックスが、前記スロットルレバーと接続されたワイヤーと、前記ワイヤーを回転自在に支持された回転板の一端に接続し、前記回転板の他端から可変抵抗部材にワイヤーを接続することで、物理的変位を電気信号に変換するよう構成されており、前記回転板の回転量を可動ストッパー部材により制御するように構成していることを特徴とする請求項２に記載のアイドル回転調整装置。
前記可動ストッパー部材によりコントロールボックスに設置された可変抵抗部材の抵抗を変化させることで、前記ＥＣＭに印加する電圧を調整し、アイドリング回転数を制御することを特徴とする請求項３に記載のアイドル回転調整装置。
前記コントロールボックスの出力とＥＣＭの入力の間にサイリスタを接続し、前記エンジンのキースイッチのエンジン始動ポジションと前記サイリスタのゲートを接続したアイドル回転調整回路を具備したアイドル回転調整装置であって、
前記キースイッチが電源入力ポジションの際に、前記ＥＣＭに初期設定のアイドル回転数に相当する電圧を印加し、前記キースイッチがエンジン始動ポジションの際に、コントロールボックスで調整された変更後のアイドル回転数に相当する電圧を前記ＥＣＭに印加するように構成したことを特徴とする請求項４に記載のアイドル回転調整装置。
前記コントロールボックスの出力とＥＣＭの入力の間にリレーを接続し、前記電源入力ポジションと前記リレーのスイッチの間にサイリスタを接続し、前記サイリスタのゲートとエンジン始動ポジションを接続したアイドル回転調整回路を具備したアイドル回転調整装置であって、
前記キースイッチが電源入力ポジションの際に、前記ＥＣＭに初期設定のアイドル回転数に相当する電圧を印加し、前記キースイッチがエンジン始動ポジションの際に、コントロールボックスで調整された変更後のアイドル回転数に相当する電圧を前記ＥＣＭに印加するように構成したことを特徴とする請求項４に記載のアイドル回転調整装置。
前記コントロールボックスの出力とＥＣＭの入力の間にリレーを接続し、前記電源入力ポジション及びエンジン始動ポジションを前記リレーのスイッチを接続したアイドル回転調整回路を具備したアイドル回転調整装置であって、
前記キースイッチが電源入力ポジションの際に、前記ＥＣＭに初期設定のアイドル回転数に相当する電圧を印加し、前記キースイッチがエンジン始動ポジションの際に、コントロールボックスで調整された変更後のアイドル回転数に相当する電圧を前記ＥＣＭに印加するように構成したことを特徴とする請求項４に記載のアイドル回転調整装置。