JP2881036B2 - ディーゼルエンジンの電子制御式燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
電子制御式燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子制御技術の進歩に伴ってディ
ーゼルエンジンの燃料噴射装置にも電子制御技術が利用
されるようになっている。電子制御式燃料噴射システム
は、従来のメカニカル制御システムに比べて制御の自由
度が大きい。たとえば燃料噴射量制御の場合、メカニカ
ル制御システムでは基本制御情報であるエンジン回転速
度と、アクセル開度とをそれぞれフライウエイトの遠心
力とスプリング張力とに置き換え、両者の力のつり合い
によりコントロールラック位置を制御している。冷却水
温度や吸気圧力は、サーモワックスおよびダイヤフラム
等を用いて力に変換し、リンク機構を介してスプリング
力を調節して力のつり合い位置を変え、コントロールラ
ック位置を補償制御している。従ってスプリング特性の
範囲内で制御パターンを設定するので、自由度が小さ
い。また情報量が多くなるとリンクが複雑になり、装置
が大型化するため、エンジン搭載上の制約から検出する
情報量が制約を受ける。

【０００３】これに対して電子制御式燃料噴射システム
では、エンジン状態や環境条件を各種センサで検出し、
コントローラはエンジン状態に最も適した制御パターン
に演算補償し、アクチュエータに指令する。また、情報
の検出には機械的なリンクが不要であるから、情報量に
制約がなく、最適情報を最適位置から検出することがで
きる。

【０００４】図４は、前記電子ガバナ付き燃料噴射ポン
プのガバナ部分の概略構造を示す説明図である。電子ガ
バナ２０には、燃料噴射量制御用油圧比例制御弁２０
ａ、燃料噴射時期制御用油圧比例制御弁２０ｂ、ギヤポ
ンプ２０ｃ、燃料噴射ポンプのコントロールラック２１
の後端に連結されたコントロールラック制御用油圧ピス
トン２０ｄが組み込まれ、前記コントロールラック２１
の前端にはラック位置センサ２０ｅが装着されている。

【０００５】コントローラ２はエンジンの冷却水温、潤
滑油温、回転数等を検出するエンジン側センサおよび必
要に応じて接続された各種車体側センサから入力された
信号に基づいて、前記燃料噴射量制御用油圧比例制御弁
２０ａ、燃料噴射時期制御用油圧比例制御弁２０ｂのソ
レノイドに指令電流を送り、燃料噴射量制御用油圧比例
制御弁２０ａ、燃料噴射時期制御用油圧比例制御弁２０
ｂを作動させる。

【０００６】前記ギヤポンプ２０ｃが吐出し、燃料噴射
量制御用油圧比例制御弁２０ａによって調圧されたガバ
ナ作動油は、コントロールラック制御用油圧ピストン２
０ｄに作用する。油圧ピストン２０ｄの位置はセットス
プリング２０ｆと油圧力とのバランスによって決められ
る。燃料噴射ポンプのプランジャ外周には、従来の燃料
噴射ポンプのプランジャと同様に燃料の圧送期間を決め
る斜めの溝が設けられていて、圧送期間の調整は前記コ
ントロールラック２１の位置によって決められる。コン
トロールラック２１の動きはプランジャに取着されたピ
ニオンに伝達され、ピニオンの動きによってプランジャ
が回動し、燃料圧送期間を調整する。またギヤポンプ２
０ｃから吐出され、燃料噴射時期制御用油圧比例制御弁
２０ｂによって調圧されたガバナ作動油は、燃料噴射ポ
ンプ内の通路を通って各シリンダ用プランジャに送られ
る。

【０００７】燃料噴射ポンプのプランジャは、図４の燃
料噴射ポンプ１９の部分に部分拡大図で示したように上
下２分割になっており、上部プランジャ２２と下部プラ
ンジャ２３との間に前記ガバナ作動油を送り込むことに
よって、プランジャの合計長さが変化し、燃料噴射時期
を可変にすることができる。上下プランジャ間の伸び量
は、プランジャが最も下降したときに、燃料噴射ポンプ
内の作動油通路と上下プランジャの合わせ目とが通じて
調整され、前記伸び量は、上下プランジャ間に作用する
油圧力と下部プランジャ２３内に組み込まれたスプリン
グ２４の張力とのバランスによって決められる。その他
の構造は一般の燃料噴射ポンプと同一である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記電子制御燃料噴射
ポンプのコントローラに組み込まれている制御回路は、
エンジンを製造工場から出荷する際に標準燃料たとえば
軽油を用いてエンジンを運転し、出力設定を行ったもの
である。一方、このエンジンを搭載した各種機械・車両
等を使用するユーザは、必ずしもメーカの推奨する標準
燃料を用いるとは限らず、国または地域ごとの燃料供給
事情、価格等によって灯油、Ａ重油等各種の燃料が用い
られている。

【０００９】ディーゼルエンジンは各種の燃料が使用可
能であるが、燃料の発熱量や比重、粘度等の違いにより
エンジン出力に差異を生じ、機械・車両としての性能が
変わってしまう。従って、使用する燃料の性状によるエ
ンジン出力の変化を最小限に抑え、機械・車両等の性能
を標準燃料使用時とほぼ同一水準に維持する必要があ
る。

【００１０】軽油を標準燃料として出力設定を行ったデ
ィーゼルエンジンを、灯油あるいはＡ重油を用いて駆動
すると、エンジン出力が約２０％低下する。この出力低
下をカバーするために従来から用いられている方法とし
て、 （１）燃料噴射量が増大するように、エンジンメーカ側
が調整した別の燃料噴射ポンプを装着する。すなわち燃
料噴射ポンプを交換する。 （２）ユーザ側で燃料噴射ポンプを調整し、燃料噴射量
を増大する。すなわちユーザが勝手に燃料噴射ポンプの
噴射量セットを変更してしまう。等が挙げられる。いず
れの場合も、機械・車両等の本来の性能を発揮させるに
は時間、手間、コストがかかり、特に（２）のケースは
必ずしも適正な調整でないことがあり、稼動時間の経過
に伴って性能劣化、耐用寿命の低下を招くこともある。

【００１１】本発明は上記従来の問題点に着目し、電子
制御式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンにおい
て、標準燃料以外の燃料を使用する場合に、簡単な操作
を行うだけで容易に標準燃料使用時と同等の出力を得る
ことができるような、電子制御式燃料噴射装置を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るディーゼルエンジンの電子制御式燃料
噴射装置は、エンジン回転速度、燃料噴射ポンプのコン
トロールラック位置、アクセル開度等を検出してコント
ローラに入力し、コントローラの制御指令に基づいて燃
料噴射を制御するディーゼルエンジンの電子制御式燃料
噴射装置において、標準燃料を使用したときの一定の出
力設定回転速度におけるコントロールラック位置Ｒｓ、
定格出力点におけるコントロールラック位置ＲR・ｓを記
憶する手段と、標準以外の燃料を使用したときの前記一
定の出力設定回転速度におけるコントロールラック位置
Ｒａを検出し、Ｒａ／Ｒｓの比率を用いて標準以外の燃
料を使用したときの定格出力点におけるコントロールラ
ック位置ＲR・ａを演算し、記憶する手段とを備え、前記
コントロールラック位置ＲR・ａを制御基準として標準以
外の燃料使用時の噴射量を制御する制御システムをコン
トローラに内蔵するとともに、標準以外の燃料を使用す
る際に前記制御システムを作動させるための切り換えス
イッチを設ける構成とし、このような構成において、前
記コントロールラック位置Ｒｓ，ＲR・ｓ，Ｒａに代え
て、標準燃料を使用したときの一定の出力設定回転速度
における燃料噴射量Ｆｓ、定格出力点における燃料噴射
量ＦR・ｓを記憶する手段と、標準以外の燃料を使用した
ときの前記一定の出力設定回転速度における燃料噴射量
Ｆａを検出し、Ｆａ／Ｆｓの比率を用いて標準以外の燃
料を使用したときの定格出力点における燃料噴射量ＦR・
ａを演算し、記憶する手段とを備え、前記燃料噴射量Ｆ
R・ａを制御基準として用いてもよく、または、前記コン
トロールラック位置Ｒｓ，ＲR・ｓ，Ｒａに代えて、標準
燃料を使用したときの一定の出力設定回転速度における
コントロールラック駆動電流値Ｉｓ定格出力点における
コントロールラック駆動電流値ＩR・ｓを記憶する手段
と、標準以外の燃料を使用したときの前記一定の出力設
定回転速度におけるコントロールラック駆動電流値Ｉａ
を検出し、Ｉａ／Ｉｓの比率を用いて標準以外の燃料を
使用したときの定格出力点におけるコントロールラック
駆動電流値ＩR・ａを演算し、記憶する手段とを備え、前
記コントロールラック駆動電流値ＩR・ａを制御基準とし
て用いてもよい。

【００１３】

【作用】標準燃料使用時のエンジン回転速度と燃料噴射
量、最大トルクとの関係について一例を示すと図５の通
りで、最大トルクと最大噴射量とはほぼ比例する関係に
あることが分かる。また、燃料の違いによるエンジン回
転速度と、燃料噴射量、最大トルクとの関係について一
例を示すと図６の通りである。本発明では、エンジンの
負荷条件を一定に維持しやすい無負荷、最高回転速度を
出力設定回転速度（図６のＮｓ）に選定し、電子制御式
燃料噴射装置に出力修正回路を組み込み、標準燃料以外
の各種燃料を用いたときの噴射量の差異（図６において
ＦｓとＦａとの差）を検出した上、定格出力点における
燃料噴射量を演算し、この値を使用燃料ごとの噴射量制
御基準値として稼動時の燃料噴射量を制御することにし
たので、切り換えスイッチを操作するだけで使用燃料の
種類にかかわらず、標準燃料使用時と同等の出力を得る
ことができる。

【００１４】

【実施例】以下に本発明に係るディーゼルエンジンの電
子制御式燃料噴射装置の実施例について、図面を参照し
て詳細に説明する。建設機械・各種車両等の運転席近傍
にモードスイッチが設けられ、このスイッチを操作する
と通常運転モードと燃料調整モードとの切り換えができ
るようになっている。 図１は標準燃料以外の燃料（以
下ユーザ燃料という）を用いる場合の、燃料噴射装置の
出力調整に関する制御システムの構成を示すブロック図
である。ユーザ燃料を使用する場合、標準燃料使用時と
同等の出力を得るため、機械・車両等の稼動に先だって
出力調整作業を行う必要がある。図１に点線で経路を示
してあるが、まずモードスイッチ１を燃料調整モードに
切り換えると、その信号がコントローラ２に入力され
る。コントローラ２内では、前記入力信号をモードスイ
ッチ切り換え位置判定手段３によって判定した上、制御
パターン記憶・指令手段４に入力し、ユーザ燃料使用時
の制御プロセスに切り換える。

【００１５】次にオペレータがエンジンを無負荷、最高
回転速度で運転すると、このときのエンジン回転速度は
エンジン回転速度検出手段５により、また燃料噴射ポン
プのコントロールラック位置はコントロールラック位置
検出手段６によってそれぞれコントローラ２に入力され
る。

【００１６】標準燃料使用時の無負荷最高回転速度Ｎｓ
と、このときのコントロールラック位置Ｒｓ、および定
格出力点におけるコントロールラック位置ＲR・ｓは、工
場出荷時にメーカの手によってコントローラ２内の回転
速度記憶手段７、コントロールラック基準位置記憶手段
８、定格コントロールラック位置記憶手段９にそれぞれ
記憶させている。そこで、回転速度演算手段１０で算出
したユーザ燃料使用時の無負荷、最高回転速度Ｎａと、
メーカが記憶させておいた前記Ｎｓとを回転速度判定手
段１１で比較、判定し、同一回転速度となったときのコ
ントロールラック位置をコントロールラック位置演算手
段１２で算出した上、コントロールラック基準位置記憶
手段１３にＲａとして記憶させる。

【００１７】次に前記標準燃料使用時の無負荷、最高回
転速度におけるコントロールラック位置Ｒｓ、定格出力
点におけるコントロールラック位置ＲR・ｓおよびユーザ
燃料使用時の無負荷、最高回転速度におけるコントロー
ルラック位置Ｒａとを用いてコントロールラック位置演
算手段１４により、ユーザ燃料使用時の定格出力点にお
けるコントロールラック位置ＲR・ａを演算する。演算式
は下記の通りである。 ＲR・ａ＝Ｒａ／Ｒｓ×ＲR・ｓ 演算結果ＲR・ａは定格コントロールラック位置記憶手段
１５に記憶され、また制御パターン記憶・指令手段４に
も信号が入力される。これにより、ユーザ燃料使用時の
制御パターンが確立される。

【００１８】請求項２の場合はコントロールラック位置
Ｒｓ，ＲR・ｓ，Ｒａに代えて、標準燃料を使用したとき
の無負荷、最高回転速度における燃料噴射量Ｆｓ、定格
出力点における燃料噴射量 ＦR・ｓ 、ユーザ燃料を使用
したときの前記特定の出力設定回転速度（無負荷、最高
回転速度）における燃料噴射量Ｆａを用いるので、演算
式は下記の通りとなる。 ＦR・ａ＝Ｆａ／Ｆｓ×ＦR・
ｓ

【００１９】また請求項３の場合は、コントロールラッ
ク位置 Ｒｓ，ＲR・ｓ，Ｒａ に代えて、標準燃料を使用
したときの無負荷、最高回転速度におけるコントロール
ラック電流値Ｉｓ、定格出力点におけるコントロールラ
ック電流値ＩR・ｓ、ユーザ燃料を使用したときの前記無
負荷、最高回転速度におけるコントロールラック電流値
Ｉａを用いるので、演算式は下記の通りとなる。 ＩR・ａ＝Ｉａ／Ｉｓ×ＩR・ｓ

【００２０】上記ユーザ燃料を用いて機械・車両等を稼
動させる場合、コントロールラック位置検出手段６から
の信号に基づいて、コントロールラック位置が演算手段
１２によって演算され、前記定格出力点のコントロール
ラック位置記憶手段１５から入力されるＲR・ａと対比し
て、コントロールラック位置判定手段１６により現在の
コントロールラック位置の可否が判定され、必要に応じ
てコントロールラック駆動用アクチュエータ駆動指示手
段１７に出力される。この指示手段１７は、コントロー
ルラック駆動用アクチュエータ１８（図４の噴射量制御
用油圧比例制御弁９ａ）を駆動し、燃料噴射ポンプ１９
のコントロールラックは標準燃料使用時と同等の出力を
維持するように作動する。

【００２１】図２は、ユーザ燃料使用開始時における基
準値設定の際の制御フローチャートで、同図において１
〜８はフローチャートのステップを示す。オペレータが
モードスイッチを燃料調整モードに切り換えたかどうか
をステップ１で判断し、切り換えてない場合はステップ
２で標準燃料による通常運転を行う。切り換えられてい
る場合はステップ３で標準燃料使用時の無負荷、最高回
転速度Ｎｓを読み込み、ステップ４でエンジン回転速度
が前記Ｎｓと同じ回転速度になっているかどうかを判断
する。ステップ４でＮＯと判断された場合は、アクセル
開度を調整する。

【００２２】次にステップ５でコントロールラック位置
Ｒａの読み込みと記憶を行い、ステップ６では記憶済み
の標準燃料使用時の無負荷、最高回転速度におけるコン
トロールラック位置Ｒｓを読み込む。更に、ステップ７
で標準燃料使用時の定格出力点コントロールラック位置
ＲR・ｓを読み込む。これらの値を用いてステップ８でユ
ーザ燃料使用時の定格出力点コントロールラック位置Ｒ
R・ａを演算し、記憶する。

【００２３】図３は、ユーザ燃料を用いて実際に稼動す
る場合の制御フローチャートで、１〜５はフローチャー
トのステップを示す。ステップ１で、モードスイッチが
燃料調整モードに切り換えられているかどうかを判断
し、切り換えられていない場合は、ステップ２で標準燃
料による通常運転を行う。切り換えられている場合はス
テップ３でコントロールラック位置を読み込む。

【００２４】次にステップ４で、定格出力点におけるコ
ントロールラック位置ＲR・ａを基準として、現在のコン
トロールラック位置の可否を判断し、適正と判断した場
合はステップ３に戻る。不適正と判断した場合はステッ
プ５でコントロールラック駆動用アクチュエータを駆動
し、コントロールラック位置が修正される。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、一
定の条件たとえば無負荷最高回転でエンジンを運転した
ときの、燃料による噴射量の違いを検出し、この噴射量
の比率からユーザが選択した燃料を使用する際の定格回
転燃料噴射量を算出し、燃料噴射量を過不足なく適正に
設定するようにしたので、簡単な操作のみで機械・車両
等の性能を標準燃料使用時と同等に発揮させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディーゼルエンジンの電子制御式燃料噴射装置
において、出力調整に関する制御システムの構成を示す
ブロック図である。

【図２】ユーザ燃料使用開始時における基準値設定の際
の制御フローチャートである。

【図３】ユーザ燃料を用いて実際に稼動する場合の制御
フローチャートである。

【図４】電子制御式燃料噴射装置に用いられる燃料噴射
ポンプのガバナ部分の概略構成を示す説明図である。

【図５】標準燃料使用時のエンジン回転速度と燃料噴射
量、トルクとの関係を示す図である。

【図６】標準燃料とユーザ燃料とにおける燃料噴射量、
トルクの差異を示す図である。

【符号の説明】

１ モードスイッチ（切り換えスイッチ） ２ コントローラ ８ コントロールラック基準位置記憶手段 ９，１５ 定格コントロールラック位置記憶手段 １４ 定格コントロールラック位置演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 395 F02D 1/00 - 1/18 F02D 19/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン回転速度、燃料噴射ポンプのコ
   ントロールラック位置、アクセル開度等を検出してコン
   トローラに入力し、コントローラの制御指令に基づいて
   燃料噴射を制御するディーゼルエンジンの電子制御式燃
   料噴射装置において、標準燃料を使用したときの一定の
   出力設定回転速度におけるコントロールラック位置Ｒ
   ｓ、定格出力点におけるコントロールラック位置ＲR・ｓ
   を記憶する手段と、標準以外の燃料を使用したときの前
   記一定の出力設定回転速度におけるコントロールラック
   位置Ｒａを検出し、Ｒａ／Ｒｓの比率を用いて標準以外
   の燃料を使用したときの定格出力点におけるコントロー
   ルラック位置ＲR・ａを演算し、記憶する手段とを備え、
   前記コントロールラック位置ＲR・ａを制御基準として標
   準以外の燃料使用時の噴射量を制御する制御システムを
   コントローラに内蔵するとともに、標準以外の燃料を使
   用する際に前記制御システムを作動させるための切り換
   えスイッチを設けたことを特徴とするディーゼルエンジ
   ンの電子制御式燃料噴射装置。
2. 【請求項２】前記コントロールラック位置Ｒｓ，ＲR・
   ｓ，Ｒａに代えて、標準燃料を使用したときの一定の出
   力設定回転速度における燃料噴射量Ｆｓ、定格出力点に
   おける燃料噴射量ＦR・ｓを記憶する手段と、標準以外の
   燃料を使用したときの前記一定の出力設定回転速度にお
   ける燃料噴射量Ｆａを検出し、Ｆａ／Ｆｓの比率を用い
   て標準以外の燃料を使用したときの定格出力点における
   燃料噴射量ＦR・ａを演算し、記憶する手段とを備え、前
   記燃料噴射量ＦR・ａを制御基準として用いることを特徴
   とする請求項１のディーゼルエンジンの電子制御式燃料
   噴射装置。
3. 【請求項３】前記コントロールラック位置Ｒｓ，ＲR・
   ｓ，Ｒａに代えて、標準燃料を使用したときの一定の出
   力設定回転速度におけるコントロールラック駆動電流値
   Ｉｓ、定格出力点におけるコントロールラック駆動電流
   値ＩR・ｓを記憶する手段と、標準以外の燃料を使用した
   ときの前記一定の出力設定回転速度におけるコントロー
   ルラック駆動電流値Ｉａを検出し、Ｉａ／Ｉｓの比率を
   用いて標準以外の燃料を使用したときの定格出力点にお
   けるコントロールラック駆動電流値ＩR・ａを演算し、記
   憶する手段とを備え、前記コントロールラック駆動電流
   値ＩR・ａを制御基準として用いることを特徴とする請求
   項１のディーゼルエンジンの電子制御式燃料噴射装置。