JP3682811B2 - 車両用エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用エンジンの制御装置に係り、とくに過給機によって過給を行なうようにした車両用エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダンプトラック、バルクトラック、コンクリートミキサー車、タンクローリ車等の車両は、ディーゼルエンジンを搭載し、このエンジンによって駆動輪を駆動しながら走行を行なうとともに、必要に応じて搭載装置をも駆動するようにしている。そして搭載されたディーゼルエンジンの出力を向上させるために、過給機を備え、過給を行なうようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような車両における加速時のターボブースト特性は車両の積載荷重の空積を問わず一定になっている。すなわち通常は積車に合わせたブースト特性の制御パターンによってエンジンの制御を行なうようにしているために、空車時には出力に余裕を生じる。従って加速感を積車時と同一になるように運転手がアクセルペダルの踏込みを調整することによって、仕事量を抑えて燃料消費を抑制できるようになる。
【０００４】
しかしながら実際には、運転手が加速感を求め、アクセルペダルの踏込みを、積車時と同じようにして空車時も操作するために、余裕馬力を加速トルクに変換して浪費することになり、これによって空車時の燃費を稼ぐことができない。すなわちダンプトラック等の空車時の運行燃費は積車時に対して差が少なかった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、力感をほとんど損うことなく、しかもとくに空車時の燃費の改善を図るようにした車両用エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、過給機を備えるエンジンと、
前記過給機の下流側の給気圧を検出する給気圧検出手段と、
停車時に車両の積載荷重を検出する積載荷重検出手段と、
前記給気圧検出手段の検出に応じて前記エンジンに供給される燃料の供給量を制御する燃料供給量制御手段と、
前記燃料供給量制御手段が制御の際に参照する複数のターボブースト特性噴射量制御パターンと、
をそれぞれ具備し、前記ターボブースト特性噴射量制御パターンはフルブースト指示値を変更することなく空車時に過渡噴射量を絞るようになされ、前記積載荷重検出手段の検出による積車時と空車時に応じて前記複数のターボブースト特性噴射量制御パターンの内の１つが選択されるとともに、これに応じて前記燃料供給量制御手段によって燃料の供給量が制御されることを特徴とする車両用エンジンの制御装置に関するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る車両用エンジンの制御装置を備えるディーゼルエンジンを搭載したダンプトラックを示すものであって、このダンプトラックは車体を構成するフレーム９０を備えるとともに、フレーム９０の前端側にキャブ９１が搭載され、フレーム９０の後端側に荷台９２が搭載されている。そしてフレーム９０の前端側が前輪９３によって、後端側が後輪９４によってそれぞれ支持されるようになっている。なお後輪９４が駆動輪を構成している。
【０００８】
キャブ９１の下側にはディーゼルエンジン７０が搭載されている。ディーゼルエンジン７０の後側にはトランスミッション９７が連結されており、このトランスミッション９７の出力をプロペラシャフトを介して後輪９４に伝達するようにしている。
【０００９】
そしてトランスミッション９７には車速センサ９８が取付けられており、この車速センサ９８がディーゼルエンジン７０の燃料噴射ポンプ１０を制御するコンピュータ３０に接続されている。また駆動輪を構成する後輪９４が両側に取付けられている後軸９９にはロードセンシングスイッチ１００がレバー１０１を介して連結されている。そしてロードセンシングスイッチ１００が同じくコンピュータ３０に接続されるようになっている。
【００１０】
次にキャブ９１の下側に設けられているエンジン７０について説明すると、図２に示すようにこのエンジン７０のシリンダブロックの両側には吸気マニホールド７１と排気マニホールド７２とがそれぞれ取付けられている。吸気マニホールド７１には吸気管７３が接続されるとともに、この吸気管７３の先端側にエアクリーナ７４が接続されている。これに対して排気マニホールド７２には排気管７５が接続され、しかも排気管７５にマフラ７６が接続されるようになっている。
【００１１】
さらにこのエンジン７０は過給を行なうためのターボチャージャ８０を備えている。ターボチャージャ８０は排気タービン８１とコンプレッサ８２とから構成されており、ターボチャージャ８０の排気タービン８１を排気管７５の途中の部分に接続するとともに、コンプレッサ８２を吸気管７３の途中の部分に接続している。なおコンプレッサ８２はエアクリーナ７４の下流側に接続されるとともに、このコンプレッサ８２の下流側にインタクーラ８３が接続されるようになっている。しかもコンプレッサ８２の出力側のブースト圧がブースト圧検出センサ（給気圧検出センサ）８４によって検出されるようになっている。このセンサ８４の出力はコンピュータ３０に供給されるようになっている。このコンピュータ３０がエンジン７０の各シリンダに順次燃料を供給する燃料噴射ポンプ１０を制御するようにしている。
【００１２】
エンジン７０の各シリンダ内における燃焼によって生じた排気ガスが排気マニホールド７２および排気管７５を通して排出される。このときに排気管７５の途中に接続されているターボチャージャ８０の排気タービン８１を駆動する。従ってこの排気タービン８１と直結されているコンプレッサ８２はエアクリーナ７４を通して取込んだ吸気を圧縮するようになる。圧縮された吸気はさらにインタクーラ８３によって冷却されるとともに、吸気管７３を通して吸気マニホールド７１に供給され、この吸気マニホールド７１から対応するシリンダに順次供給される。そしてシリンダに供給された吸気が、燃料噴射ポンプ１０によって供給される燃料の噴霧と混合されて混合気を形成し、この混合気がエンジン７０のシリンダ内において燃焼されるようになる。
【００１３】
次にエンジン７０の各シリンダに順次燃料を供給する燃料噴射装置について説明すると、図３は燃料噴射用インジェクタを備える燃料噴射装置の全体の構成を示すものであって、この燃料噴射装置は燃料を加圧するための加圧ポンプ１０を備えている。加圧ポンプ１０はプランジャ１１を備えており、このプランジャ１１をカムシャフトに取付けられているカム１２によって突上げるようにしており、プランジャ１１の上側の空間の加圧室１３の燃料が加圧されるようになる。
【００１４】
燃料タンク１５内の燃料はセジメンタ１６およびフィルタ１７を通してフィードポンプ１８によって吸引されるようになっており、フィードポンプ１８の吐出側に設けられている燃料フィルタ１９を通して上記加圧ポンプ１０のプランジャ１１の上側の加圧室１３に供給されるようになっている。なお加圧室１３は一方向弁２０を介してタンク１５側に燃料をリークさせるようにしている。
【００１５】
上記加圧室１３の吐出側は一方向弁２２を介して蓄圧室を構成するコモンレール２３と接続されている。コモンレール２３には一方向弁２４が取付けられている。この一方向弁２４はプレシッシャリミッタを構成しており、コモンレール２３の圧力が設定圧を越えた場合に開いてタンク１５側に燃料を戻すようにしている。またコモンレール２３はフローリミッタ２５を介してインジェクタ２６と接続されている。フローリミッタ２５はインジェクタ２６に流れる燃料の流量が異常に増大した場合に遮断動作を行ない、異常噴射を阻止するためのものである。
【００１６】
この燃料噴射装置の全体の制御を行なうためにコンピュータを含む電子制御装置３０が設けられている。電子制御装置３０はコモンレール２３内の圧力を検出する圧力センサ３１と接続されている。また加圧ポンプ１０の加圧室１３とリーク側の一方向弁２０との間にはポンプ制御弁３２が接続されており、その電磁コイル３３が上記電子制御装置３０によって制御されるようになっている。
【００１７】
電子制御装置３０にはアクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルセンサ３５、エンジンの回転数を検出するエンジン回転センサ３６、エンジンに設けられている気筒判別センサ３７、ポンプに設けられている気筒判別センサ３８がそれぞれ接続されている。
【００１８】
次に上記コモンレール２３とフローリミッタ２５を介して接続されているインジェクタ２６の構成について説明すると、図４に示すようにこのインジェクタ２６の先端側にはノズル本体４０が取付けられている。ノズル本体４０はノズルニードル４１を摺動可能に保持しており、このノズルニードル４１の先端側の部分がバルブシート４２に圧着されるようになっており、これによって噴口４３からの燃料の噴射の制御を行なうようにしている。またノズル本体４０内には燃料だめ４４が設けられており、この燃料だめ４４へ燃料通路４５を介して燃料圧が常時加えられるようになっている。
【００１９】
ノズルニードル４１はプッシュロッド４８によって下方へ押圧されるようになっている。プッシュロッド４８は押圧ばね４９によって下方へ押圧されるとともに、このプッシュロッド４８の上端をピストン５０が押圧するようになっている。ピストン５０はインジェクタ２６のボディに設けられている液圧シリンダ５１内に摺動可能に支持されるとともに、この液圧シリンダ５１の入口側を閉じるように２枚のオリフィス５２、５３が重ねて配されている。
【００２０】
上記オリフィス５２、５３についてより詳細に説明すると、ピストン５０を摺動可能に保持するようにノズルボディ内に設けられている液圧シリンダ５１の入口部分にはとくに図４に示すように、２枚のオリフィス５２、５３が互いに重合わされるように配されている。これらのオリフィス５２、５３はそれらの中心部にそれぞれ小孔５６、５７を備えるようになっている。
【００２１】
ここで上側のオリフィス５２の小孔５６の方が下側のオリフィス５３の小孔５７よりも大きな寸法を有している。そしてこれらの小孔５６、５７の入口部分がともに面取りされて傾斜面を構成している。これらの傾斜面は上側のオリフィス５２よりも下側のオリフィス５３の方が大きくなっている。このように小孔５６、５７をそれぞれ具備するオリフィス５２、５３を重ねて配するとともに、それらの入口部分にそれぞれ面取りの傾斜面を形成することによって、図３に示す一方向弁５４と絞り５５との等価回路と機能的に同じくなり、燃料の噴射開始時の特性と燃料の噴射停止時との特性に差異をもたせ、燃料噴射率の特性がヒステリシスをもつようにしている。
【００２２】
インジェクタ２６の内部であってその上部には図３および図４に示す三方弁５９が組込まれている。三方弁５９は圧縮コイルばね６０によって下方へ押圧されるとともに、ソレノイドコイル６１によって上方へ付勢されるようになっている。そしてソレノイドコイル６１の非励磁時においては、図４Ａに示すように燃料通路６２が三方弁５９のポート６３と連通されるようになっている。このポート６３と連通されるように三方弁５９の下部には下方に開放されている開口６４が形成されている。
【００２３】
また三方弁５９はソレノイドコイル６１の非励磁時に燃料通路６２と燃料通路６５とを遮断するようにしている。燃料通路６５は燃料を逃がすためのポート６６と連通されている。
【００２４】
次に図３に示すシステムによる燃料噴射の動作を説明する。エンジンの出力の一部によって、フィードポンプ１８と加圧ポンプ１０とが駆動される。フィードポンプ１８はセジメンタ１６およびフィルタ１７を介してタンク１５内の燃料を吸引し、燃料フィルタ１９を通して加圧ポンプ１０の加圧室１３内に燃料を充填する。
【００２５】
加圧室１３内の燃料は、カム１２によって突上げられるプランジャ１１によって加圧されるとともに、一方向弁２２を通してコモンレール２３に供給され、このコモンレール２３によって燃料の蓄圧が行なわれる。ここで加圧ポンプ１０のカム１２よる加圧の際に、ポンプ制御弁３２が電磁コイル３３によって開閉制御されるようになっており、電子制御装置３０のコンピュータが目標圧とコモンレール２３の圧力のずれとに応じてポンプ制御弁３２を閉じている時間を適当に演算し、常に目標圧になるように制御するようにしている。
【００２６】
この動作をより詳細に説明すれば、加圧ポンプ１０に設けられている制御弁３２は電磁コイル３３によって制御されるようになっており、ポンプ制御弁３２が閉じられたときにプランジャ１１が突上げられると、燃料が加圧されるとともに、制御弁３２が開かれたときにプランジャ１１が突上げられた場合には、燃料が制御弁３２および一方向弁２０を通してタンク１５側に戻され、制御弁３２によって圧力が逃がされることになる。加圧ポンプ１０は制御弁３２をＯＮ−ＯＦＦして吐出量を変化させ、コモンレール２３の圧力センサ３１の信号が電子制御装置３０のコンピュータに与えられている目標値となるようにフィードバック制御されるようになっている。
【００２７】
上記のような電子制御装置３０によるコモンレール２３内の圧力のフィードバック制御が何等かの異常によって正しく行なわれず、コモンレール２３内の圧力が一方向弁２４の設定圧を越えた場合には、プレッシャリミッタを構成する一方向弁２４が開かれ、タンク１５側に燃料圧が逃げるようになる。
【００２８】
このようにコモンレール２３には一定の圧力が蓄圧され、この圧力がフローリミッタ２５を介してインジェクタ２６に印加されている。
【００２９】
図４Ａは無噴射時のインジェクタ２６を示しており、ソレノイドコイル６１は非励磁状態にある。従って三方弁５９は圧縮コイルばね６０によって下方に押圧され、その先端部が燃料通路６２、６５を遮断している。従ってポート６６が遮断状態にあり、コモンレール２３の燃料圧は燃料通路６２、三方弁５９のポート６３、開口６４、液圧シリンダ５１のオリフィス５２、５３の小孔５６、５７を通してピストン５０の上面に作用している。
【００３０】
上記コモンレール２３の燃料圧は同時に燃料通路４５および燃料だめ４４を通してノズルニードル４１に作用している。
【００３１】
このときに下方に作用する力は液圧シリンダ５１のピストン５０が燃料圧によって受ける下方への力と押圧ばね４９がプッシュロッド４８を下方へ押圧する力の和である。これに対して上方への力はノズルニードル４１が燃料だめ４４の部分で燃料圧によって上方に作用するように受ける力である。
【００３２】
ここで液圧シリンダ５１のピストン５０の直径の方がノズルニードル４１の摺動シール部の直径よりもはるかに大きく、しかも押圧ばね４９が加勢している下方への力がはるかに大きいために、ノズルニードル４１の先端側の部分がバルブシート４２に圧着され、このバルブシート４２の部分でノズルニードル４１が燃料を遮断しており、無噴射状態になる。
【００３３】
電子制御装置３０はアクセルペダルの踏込み量をアクセルセンサ３５によって検出するとともに、回転検出センサ３６によってエンジンの回転数を検出する。さらに必要に応じて他の情報を基に最適な噴射時間と噴射のタイミングとを演算する。そして所定のタイミングでソレノイドコイル６１を励磁する。
【００３４】
すると三方弁５９がソレノイドコイル６１によって上方へ付勢され、図４Ｂに示すように三方弁５９が上方へリフトする。従ってこの三方弁５９はバルブシートから離間し、液圧シリンダ５１の上側の空間の部分が燃料通路６５を介してポート６６と連通される。従って液圧シリンダ５１のピストン５０を押圧していた燃料圧は液圧シリンダ５１のオリフィス５２、５３の小孔５６、５７、燃料通路６５、ポート６６を介してリークすることになる。このために燃料圧による液圧シリンダ５１のピストン５０を下方へ押圧する力が解除される。
【００３５】
従ってノズルニードル４１を燃料だめ４４に印加される燃料圧によって上方に押圧する力が押圧ばね４９の押圧力に打勝ち、ノズルニードル４１は上方にリフトし、このノズルニードル４１の先端側の部分がバルブシート４２から離間する。従って噴口４３を通して燃料の噴射が行なわれる。
【００３６】
上記液圧シリンダ５１のピストン５０の上部へ作用している燃料圧を解除する際に、液圧シリンダ５１の入口部分に配されている一対のオリフィス５２、５３の小孔５６、５７が絞りとなるために、燃料圧の解除がゆっくりと行なわれることになる。従ってバルブシート４２に対するノズルニードル４１の上昇速度が緩衝されることになる。
【００３７】
この後に再び図４Ａに示すようにソレノイドコイル６１の励磁電流を遮断すると、圧縮コイルばね６０によって三方弁５９が下方へ移動され、この三方弁５９の先端部が燃料通路６２、６５を遮断する。しかも燃料通路６２、ポート６３、開口６４を介し、オリフィス５２、５３の小孔５６、５７を経由して液圧シリンダ５１のピストン５０の上面に燃料圧が作動され、図４Ａに示すようにノズルニードル４１を下方へ強く押圧するようになる。
【００３８】
このようにして燃料の噴射が行なわれる燃料噴射システムを搭載したエンジン７０は、コンピュータ３０によって図５に示すブースト特性の制御が行なわれるようになっている。コンピュータ３０は図１に示すロードセンシングスイッチ１００によって後軸９９とフレーム９０との間の間隔からこの車両が積載状態にあるのか空車状態にあるのかの検出を行なうとともに、積載時においては通常のブースト特性パターンの選択を行なう。この特性パターンは図６に示すようなパターンである。これに対してロードセンシングスイッチ１００が空車であることを検出した場合には、燃料２０％カットのブースト特性パターンの選択を行なう。この特性は図７に示される。
【００３９】
このように本実施の形態に係るダンプトラックにおいては、駆動輪９４の車軸９９とフレーム９０との間の距離を検出するロードセンシングスイッチ１００および車速センサ９８の検出によって、停車中の空車条件を検出し、空車の場合には図７に示すターボブースト特性の噴射量制御パターンを選択するようにしている。
【００４０】
空車時に選択されるターボブースト特性噴射量制御パターンは、図６に示す通常の噴射特性制御パターンに対して１０〜３０％程度、例えば２０％程度噴射量を減らした値に設定されている。積車時は通常のアクセルガバナパターンにブースト特性パターンを噴射量上限とした噴射量特性パターンで燃料の噴射量を制御するようにしているが、ロードセンシングスイッチ１００によって荷降ろし（空車）が検出されると、ブースト特性パターンが空車用の絞り込まれた図７に示すパターンになる。この特性は上限値を制限する特性になっているために、アクセルペダルの踏込みによる無駄な空車加速による燃料浪費を抑え、空車時の運行燃費を改善させることになる。
【００４１】
より具体的に説明すれば、図６に示すようなガバナパターンによって制御を行なう車両において、空車時においては最大噴射量はそのままであって過渡ブースト圧マップを２０％程度抑えたものを用いるようにしている。このような特性によって、定常性能はそのままで過渡（加速時）の立上りを抑えることが可能になる。
【００４２】
すなわち図８に示すように、２速のフル加速においてはターボチャージャ８０の立上りの遅れのために、ブースト圧が定格値まで達せず、図８において実線で示す過渡部分を辿ってフル回転に至る。そしてこの後３速にシフトアップを行なうと、エンジン７０の回転数が上って速くなるために、フルブーストトルクを辿り、通常時とほぼ同じトルクを発生することになる。すなわち図８において実線で示すような特性をとることによって、空車モードにおいても力感をほとんど損うことなく、しかも図９に示すように燃費の改善が図られる。実際に市街地走行において、３〜５％程度の改善が可能になる。
【００４３】
このように本実施の形態のダンプ車に搭載されている車両用エンジンの制御装置によれば、空車状態を検知してターボブースト噴射パターンを絞るとともに、空車用ターボブースト噴射パターンのフルブースト指示値を変えずにその過渡噴射量を絞ることによって力感との両立を図るようにしている。
【００４４】
このような制御装置を備えるエンジンは、ダンプトラック、バルクトラック、コンクリートミキサー車、タンクローリ車等に用いて好適なものである。このような車両は運行形態上、片道が空車運行となる車両であるが、このような車両において空車発進加速時における過渡のターボブースト特性を抑え込むことによって、運転手の加速トルクに対する無駄な燃料浪費を抑制し、定地燃費に対して７〜８倍の燃料を消費する加速燃費を向上させ、トータルとしての運行燃費の改善を図ることが可能になる。
【００４５】
なお本実施の形態においては、燃料噴射装置として図３に示す蓄圧式の燃料噴射装置を用い、その噴射特性を積車時と空車時とで変更するようにしているが、燃料噴射装置としては従来の列型燃料噴射ポンプ、その他各種の燃料噴射システムが適用可能である。またコンピュータ３０を備える制御装置に代えて、メカニカルガバナによって噴射特性を変更するようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、過給機を備えるエンジンと、過給機の下流側の給気圧を検出する給気圧検出手段と、停車時に車両の積載荷重を検出する積載荷重検出手段と、給気圧検出手段の検出に応じてエンジンに供給される燃料の供給量を制御する燃料供給量制御手段と、燃料供給量制御手段が制御の際に参照する複数のターボブースト特性噴射量制御パターンと、をそれぞれ具備し、ターボブースト特性噴射量制御パターンはフルブースト指示値を変更することなく空車時に過渡噴射量を絞るようになされ、積載荷重検出手段の検出による積車時と空車時に応じて複数のターボブースト特性噴射量制御パターンの内の１つが選択されるとともに、これに応じて燃料供給量制御手段によって燃料の供給量が制御されるようにしたものである。
【００４７】
従って空車時における制御パターンをエンジンの出力馬力に影響するブースト特性を変えずに過渡時の途中のブースト特性を絞り込んで適切な制御パターンとすることによって、過渡のブースト特性を抑え込み、空車時にエンジンが吹上り易い例えば２速あるいは３速のギヤ位置を中心に吹上り途中の噴射量を抑えることにより、出力馬力を変えることなく加速燃費を向上させ、トータルとしての燃費の改善を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態に係る車両用エンジンの制御装置を備えるダンプ車の側面図である。
【図２】同エンジンの平面図である。
【図３】燃料噴射装置の全体の構成を示すブロック図である。
【図４】インジェクタの動作を示す縦断面図である。
【図５】制御パターンの選択の動作を示すフローチャートである。
【図６】積車時のブースト特性の制御パターンのグラフである。
【図７】空車時のブースト特性の制御パターンのグラフである。
【図８】エンジンの回転数の変化を示すグラフである。
【図９】燃費を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 加圧ポンプ
１１ プランジャ
１２ カム
１３ 加圧室
１５ タンク
１６ セジメンタ
１７ フィルタ
１８ フィードポンプ
１９ 燃料フィルタ
２０ 一方向弁
２２ 一方向弁
２３ コモンレール（蓄圧室）
２４ 一方向弁（プレッシャリミッタ）
２５ フローリミッタ
２６ インジェクタ
３０ 電子制御装置（コンピュータ）
３１ 圧力センサ
３２ ポンプ制御弁
３３ 電磁コイル
３５ アクセルセンサ
３６ エンジン回転センサ
３７ 気筒判別センサ（エンジン）
３８ 気筒判別センサ（ポンプ）
４０ ノズル本体
４１ ノズルニードル
４２ バルブシート
４３ 噴口
４４ 燃料だめ
４５ 燃料通路
４８ プッシュロッド
４９ 押圧ばね
５０ ピストン
５１ 液圧シリンダ
５２、５３ オリフィス
５４ 一方向弁
５５ オリフィス
５６、５７ 小孔
５８ 傾斜面（面取り）
５９ 三方弁
６０ 圧縮コイルばね
６１ ソレノイドコイル
６２ 燃料通路
６３ ポート
６４ 開口
６５ 燃料通路
６６ ポート
７０ シリンダブロック（エンジン）
７１ 吸気マニホールド
７２ 排気マニホールド
７３ 吸気管
７４ エアクリーナ
７５ 排気管
７６ マフラ
８０ ターボチャージャ
８１ 排気タービン
８２ コンプレッサ
８３ インタクーラ
８４ ブースト圧検出センサ
９０ フレーム
９１ キャブ
９２ 荷台
９３ 前輪
９４ 後輪（駆動輪）
９７ トランスミッション
９８ 車速センサ
９９ 後軸
１００ ロードセンシングスイッチ
１０１ レバー
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用エンジンの制御装置に係り、とくに過給機によって過給を行なうようにした車両用エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダンプトラック、バルクトラック、コンクリートミキサー車、タンクローリ車等の車両は、ディーゼルエンジンを搭載し、このエンジンによって駆動輪を駆動しながら走行を行なうとともに、必要に応じて搭載装置をも駆動するようにしている。そして搭載されたディーゼルエンジンの出力を向上させるために、過給機を備え、過給を行なうようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような車両における加速時のターボブースト特性は車両の積載荷重の空積を問わず一定になっている。すなわち通常は積車に合わせたブースト特性の制御パターンによってエンジンの制御を行なうようにしているために、空車時には出力に余裕を生じる。従って加速感を積車時と同一になるように運転手がアクセルペダルの踏込みを調整することによって、仕事量を抑えて燃料消費を抑制できるようになる。
【０００４】
しかしながら実際には、運転手が加速感を求め、アクセルペダルの踏込みを、積車時と同じようにして空車時も操作するために、余裕馬力を加速トルクに変換して浪費することになり、これによって空車時の燃費を稼ぐことができない。すなわちダンプトラック等の空車時の運行燃費は積車時に対して差が少なかった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、力感をほとんど損うことなく、しかもとくに空車時の燃費の改善を図るようにした車両用エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、過給機を備えるエンジンと、
前記過給機の下流側の給気圧を検出する給気圧検出手段と、
停車時に車両の積載荷重を検出する積載荷重検出手段と、
前記給気圧検出手段の検出に応じて前記エンジンに供給される燃料の供給量を制御する燃料供給量制御手段と、
前記燃料供給量制御手段が制御の際に参照する複数のターボブースト特性噴射量制御パターンと、
をそれぞれ具備し、前記ターボブースト特性噴射量制御パターンはフルブースト指示値を変更することなく空車時に過渡噴射量を絞るようになされ、前記積載荷重検出手段の検出による積車時と空車時に応じて前記複数のターボブースト特性噴射量制御パターンの内の１つが選択されるとともに、これに応じて前記燃料供給量制御手段によって燃料の供給量が制御されることを特徴とする車両用エンジンの制御装置に関するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る車両用エンジンの制御装置を備えるディーゼルエンジンを搭載したダンプトラックを示すものであって、このダンプトラックは車体を構成するフレーム９０を備えるとともに、フレーム９０の前端側にキャブ９１が搭載され、フレーム９０の後端側に荷台９２が搭載されている。そしてフレーム９０の前端側が前輪９３によって、後端側が後輪９４によってそれぞれ支持されるようになっている。なお後輪９４が駆動輪を構成している。
【０００８】
キャブ９１の下側にはディーゼルエンジン７０が搭載されている。ディーゼルエンジン７０の後側にはトランスミッション９７が連結されており、このトランスミッション９７の出力をプロペラシャフトを介して後輪９４に伝達するようにしている。
【０００９】
そしてトランスミッション９７には車速センサ９８が取付けられており、この車速センサ９８がディーゼルエンジン７０の燃料噴射ポンプ１０を制御するコンピュータ３０に接続されている。また駆動輪を構成する後輪９４が両側に取付けられている後軸９９にはロードセンシングスイッチ１００がレバー１０１を介して連結されている。そしてロードセンシングスイッチ１００が同じくコンピュータ３０に接続されるようになっている。
【００１０】
次にキャブ９１の下側に設けられているエンジン７０について説明すると、図２に示すようにこのエンジン７０のシリンダブロックの両側には吸気マニホールド７１と排気マニホールド７２とがそれぞれ取付けられている。吸気マニホールド７１には吸気管７３が接続されるとともに、この吸気管７３の先端側にエアクリーナ７４が接続されている。これに対して排気マニホールド７２には排気管７５が接続され、しかも排気管７５にマフラ７６が接続されるようになっている。
【００１１】
さらにこのエンジン７０は過給を行なうためのターボチャージャ８０を備えている。ターボチャージャ８０は排気タービン８１とコンプレッサ８２とから構成されており、ターボチャージャ８０の排気タービン８１を排気管７５の途中の部分に接続するとともに、コンプレッサ８２を吸気管７３の途中の部分に接続している。なおコンプレッサ８２はエアクリーナ７４の下流側に接続されるとともに、このコンプレッサ８２の下流側にインタクーラ８３が接続されるようになっている。しかもコンプレッサ８２の出力側のブースト圧がブースト圧検出センサ（給気圧検出センサ）８４によって検出されるようになっている。このセンサ８４の出力はコンピュータ３０に供給されるようになっている。このコンピュータ３０がエンジン７０の各シリンダに順次燃料を供給する燃料噴射ポンプ１０を制御するようにしている。
【００１２】
エンジン７０の各シリンダ内における燃焼によって生じた排気ガスが排気マニホールド７２および排気管７５を通して排出される。このときに排気管７５の途中に接続されているターボチャージャ８０の排気タービン８１を駆動する。従ってこの排気タービン８１と直結されているコンプレッサ８２はエアクリーナ７４を通して取込んだ吸気を圧縮するようになる。圧縮された吸気はさらにインタクーラ８３によって冷却されるとともに、吸気管７３を通して吸気マニホールド７１に供給され、この吸気マニホールド７１から対応するシリンダに順次供給される。そしてシリンダに供給された吸気が、燃料噴射ポンプ１０によって供給される燃料の噴霧と混合されて混合気を形成し、この混合気がエンジン７０のシリンダ内において燃焼されるようになる。
【００１３】
次にエンジン７０の各シリンダに順次燃料を供給する燃料噴射装置について説明すると、図３は燃料噴射用インジェクタを備える燃料噴射装置の全体の構成を示すものであって、この燃料噴射装置は燃料を加圧するための加圧ポンプ１０を備えている。加圧ポンプ１０はプランジャ１１を備えており、このプランジャ１１をカムシャフトに取付けられているカム１２によって突上げるようにしており、プランジャ１１の上側の空間の加圧室１３の燃料が加圧されるようになる。
【００１４】
燃料タンク１５内の燃料はセジメンタ１６およびフィルタ１７を通してフィードポンプ１８によって吸引されるようになっており、フィードポンプ１８の吐出側に設けられている燃料フィルタ１９を通して上記加圧ポンプ１０のプランジャ１１の上側の加圧室１３に供給されるようになっている。なお加圧室１３は一方向弁２０を介してタンク１５側に燃料をリークさせるようにしている。
【００１５】
上記加圧室１３の吐出側は一方向弁２２を介して蓄圧室を構成するコモンレール２３と接続されている。コモンレール２３には一方向弁２４が取付けられている。この一方向弁２４はプレシッシャリミッタを構成しており、コモンレール２３の圧力が設定圧を越えた場合に開いてタンク１５側に燃料を戻すようにしている。またコモンレール２３はフローリミッタ２５を介してインジェクタ２６と接続されている。フローリミッタ２５はインジェクタ２６に流れる燃料の流量が異常に増大した場合に遮断動作を行ない、異常噴射を阻止するためのものである。
【００１６】
この燃料噴射装置の全体の制御を行なうためにコンピュータを含む電子制御装置３０が設けられている。電子制御装置３０はコモンレール２３内の圧力を検出する圧力センサ３１と接続されている。また加圧ポンプ１０の加圧室１３とリーク側の一方向弁２０との間にはポンプ制御弁３２が接続されており、その電磁コイル３３が上記電子制御装置３０によって制御されるようになっている。
【００１７】
電子制御装置３０にはアクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルセンサ３５、エンジンの回転数を検出するエンジン回転センサ３６、エンジンに設けられている気筒判別センサ３７、ポンプに設けられている気筒判別センサ３８がそれぞれ接続されている。
【００１８】
次に上記コモンレール２３とフローリミッタ２５を介して接続されているインジェクタ２６の構成について説明すると、図４に示すようにこのインジェクタ２６の先端側にはノズル本体４０が取付けられている。ノズル本体４０はノズルニードル４１を摺動可能に保持しており、このノズルニードル４１の先端側の部分がバルブシート４２に圧着されるようになっており、これによって噴口４３からの燃料の噴射の制御を行なうようにしている。またノズル本体４０内には燃料だめ４４が設けられており、この燃料だめ４４へ燃料通路４５を介して燃料圧が常時加えられるようになっている。
【００１９】
ノズルニードル４１はプッシュロッド４８によって下方へ押圧されるようになっている。プッシュロッド４８は押圧ばね４９によって下方へ押圧されるとともに、このプッシュロッド４８の上端をピストン５０が押圧するようになっている。ピストン５０はインジェクタ２６のボディに設けられている液圧シリンダ５１内に摺動可能に支持されるとともに、この液圧シリンダ５１の入口側を閉じるように２枚のオリフィス５２、５３が重ねて配されている。
【００２０】
上記オリフィス５２、５３についてより詳細に説明すると、ピストン５０を摺動可能に保持するようにノズルボディ内に設けられている液圧シリンダ５１の入口部分にはとくに図４に示すように、２枚のオリフィス５２、５３が互いに重合わされるように配されている。これらのオリフィス５２、５３はそれらの中心部にそれぞれ小孔５６、５７を備えるようになっている。
【００２１】
ここで上側のオリフィス５２の小孔５６の方が下側のオリフィス５３の小孔５７よりも大きな寸法を有している。そしてこれらの小孔５６、５７の入口部分がともに面取りされて傾斜面を構成している。これらの傾斜面は上側のオリフィス５２よりも下側のオリフィス５３の方が大きくなっている。このように小孔５６、５７をそれぞれ具備するオリフィス５２、５３を重ねて配するとともに、それらの入口部分にそれぞれ面取りの傾斜面を形成することによって、図３に示す一方向弁５４と絞り５５との等価回路と機能的に同じくなり、燃料の噴射開始時の特性と燃料の噴射停止時との特性に差異をもたせ、燃料噴射率の特性がヒステリシスをもつようにしている。
【００２２】
インジェクタ２６の内部であってその上部には図３および図４に示す三方弁５９が組込まれている。三方弁５９は圧縮コイルばね６０によって下方へ押圧されるとともに、ソレノイドコイル６１によって上方へ付勢されるようになっている。そしてソレノイドコイル６１の非励磁時においては、図４Ａに示すように燃料通路６２が三方弁５９のポート６３と連通されるようになっている。このポート６３と連通されるように三方弁５９の下部には下方に開放されている開口６４が形成されている。
【００２３】
また三方弁５９はソレノイドコイル６１の非励磁時に燃料通路６２と燃料通路６５とを遮断するようにしている。燃料通路６５は燃料を逃がすためのポート６６と連通されている。
【００２４】
次に図３に示すシステムによる燃料噴射の動作を説明する。エンジンの出力の一部によって、フィードポンプ１８と加圧ポンプ１０とが駆動される。フィードポンプ１８はセジメンタ１６およびフィルタ１７を介してタンク１５内の燃料を吸引し、燃料フィルタ１９を通して加圧ポンプ１０の加圧室１３内に燃料を充填する。
【００２５】
加圧室１３内の燃料は、カム１２によって突上げられるプランジャ１１によって加圧されるとともに、一方向弁２２を通してコモンレール２３に供給され、このコモンレール２３によって燃料の蓄圧が行なわれる。ここで加圧ポンプ１０のカム１２よる加圧の際に、ポンプ制御弁３２が電磁コイル３３によって開閉制御されるようになっており、電子制御装置３０のコンピュータが目標圧とコモンレール２３の圧力のずれとに応じてポンプ制御弁３２を閉じている時間を適当に演算し、常に目標圧になるように制御するようにしている。
【００２６】
この動作をより詳細に説明すれば、加圧ポンプ１０に設けられている制御弁３２は電磁コイル３３によって制御されるようになっており、ポンプ制御弁３２が閉じられたときにプランジャ１１が突上げられると、燃料が加圧されるとともに、制御弁３２が開かれたときにプランジャ１１が突上げられた場合には、燃料が制御弁３２および一方向弁２０を通してタンク１５側に戻され、制御弁３２によって圧力が逃がされることになる。加圧ポンプ１０は制御弁３２をＯＮ−ＯＦＦして吐出量を変化させ、コモンレール２３の圧力センサ３１の信号が電子制御装置３０のコンピュータに与えられている目標値となるようにフィードバック制御されるようになっている。
【００２７】
上記のような電子制御装置３０によるコモンレール２３内の圧力のフィードバック制御が何等かの異常によって正しく行なわれず、コモンレール２３内の圧力が一方向弁２４の設定圧を越えた場合には、プレッシャリミッタを構成する一方向弁２４が開かれ、タンク１５側に燃料圧が逃げるようになる。
【００２８】
このようにコモンレール２３には一定の圧力が蓄圧され、この圧力がフローリミッタ２５を介してインジェクタ２６に印加されている。
【００２９】
図４Ａは無噴射時のインジェクタ２６を示しており、ソレノイドコイル６１は非励磁状態にある。従って三方弁５９は圧縮コイルばね６０によって下方に押圧され、その先端部が燃料通路６２、６５を遮断している。従ってポート６６が遮断状態にあり、コモンレール２３の燃料圧は燃料通路６２、三方弁５９のポート６３、開口６４、液圧シリンダ５１のオリフィス５２、５３の小孔５６、５７を通してピストン５０の上面に作用している。
【００３０】
上記コモンレール２３の燃料圧は同時に燃料通路４５および燃料だめ４４を通してノズルニードル４１に作用している。
【００３１】
このときに下方に作用する力は液圧シリンダ５１のピストン５０が燃料圧によって受ける下方への力と押圧ばね４９がプッシュロッド４８を下方へ押圧する力の和である。これに対して上方への力はノズルニードル４１が燃料だめ４４の部分で燃料圧によって上方に作用するように受ける力である。
【００３２】
ここで液圧シリンダ５１のピストン５０の直径の方がノズルニードル４１の摺動シール部の直径よりもはるかに大きく、しかも押圧ばね４９が加勢している下方への力がはるかに大きいために、ノズルニードル４１の先端側の部分がバルブシート４２に圧着され、このバルブシート４２の部分でノズルニードル４１が燃料を遮断しており、無噴射状態になる。
【００３３】
電子制御装置３０はアクセルペダルの踏込み量をアクセルセンサ３５によって検出するとともに、回転検出センサ３６によってエンジンの回転数を検出する。さらに必要に応じて他の情報を基に最適な噴射時間と噴射のタイミングとを演算する。そして所定のタイミングでソレノイドコイル６１を励磁する。
【００３４】
すると三方弁５９がソレノイドコイル６１によって上方へ付勢され、図４Ｂに示すように三方弁５９が上方へリフトする。従ってこの三方弁５９はバルブシートから離間し、液圧シリンダ５１の上側の空間の部分が燃料通路６５を介してポート６６と連通される。従って液圧シリンダ５１のピストン５０を押圧していた燃料圧は液圧シリンダ５１のオリフィス５２、５３の小孔５６、５７、燃料通路６５、ポート６６を介してリークすることになる。このために燃料圧による液圧シリンダ５１のピストン５０を下方へ押圧する力が解除される。
【００３５】
従ってノズルニードル４１を燃料だめ４４に印加される燃料圧によって上方に押圧する力が押圧ばね４９の押圧力に打勝ち、ノズルニードル４１は上方にリフトし、このノズルニードル４１の先端側の部分がバルブシート４２から離間する。従って噴口４３を通して燃料の噴射が行なわれる。
【００３６】
上記液圧シリンダ５１のピストン５０の上部へ作用している燃料圧を解除する際に、液圧シリンダ５１の入口部分に配されている一対のオリフィス５２、５３の小孔５６、５７が絞りとなるために、燃料圧の解除がゆっくりと行なわれることになる。従ってバルブシート４２に対するノズルニードル４１の上昇速度が緩衝されることになる。
【００３７】
この後に再び図４Ａに示すようにソレノイドコイル６１の励磁電流を遮断すると、圧縮コイルばね６０によって三方弁５９が下方へ移動され、この三方弁５９の先端部が燃料通路６２、６５を遮断する。しかも燃料通路６２、ポート６３、開口６４を介し、オリフィス５２、５３の小孔５６、５７を経由して液圧シリンダ５１のピストン５０の上面に燃料圧が作動され、図４Ａに示すようにノズルニードル４１を下方へ強く押圧するようになる。
【００３８】
このようにして燃料の噴射が行なわれる燃料噴射システムを搭載したエンジン７０は、コンピュータ３０によって図５に示すブースト特性の制御が行なわれるようになっている。コンピュータ３０は図１に示すロードセンシングスイッチ１００によって後軸９９とフレーム９０との間の間隔からこの車両が積載状態にあるのか空車状態にあるのかの検出を行なうとともに、積載時においては通常のブースト特性パターンの選択を行なう。この特性パターンは図６に示すようなパターンである。これに対してロードセンシングスイッチ１００が空車であることを検出した場合には、燃料２０％カットのブースト特性パターンの選択を行なう。この特性は図７に示される。
【００３９】
このように本実施の形態に係るダンプトラックにおいては、駆動輪９４の車軸９９とフレーム９０との間の距離を検出するロードセンシングスイッチ１００および車速センサ９８の検出によって、停車中の空車条件を検出し、空車の場合には図７に示すターボブースト特性の噴射量制御パターンを選択するようにしている。
【００４０】
空車時に選択されるターボブースト特性噴射量制御パターンは、図６に示す通常の噴射特性制御パターンに対して１０〜３０％程度、例えば２０％程度噴射量を減らした値に設定されている。積車時は通常のアクセルガバナパターンにブースト特性パターンを噴射量上限とした噴射量特性パターンで燃料の噴射量を制御するようにしているが、ロードセンシングスイッチ１００によって荷降ろし（空車）が検出されると、ブースト特性パターンが空車用の絞り込まれた図７に示すパターンになる。この特性は上限値を制限する特性になっているために、アクセルペダルの踏込みによる無駄な空車加速による燃料浪費を抑え、空車時の運行燃費を改善させることになる。
【００４１】
より具体的に説明すれば、図６に示すようなガバナパターンによって制御を行なう車両において、空車時においては最大噴射量はそのままであって過渡ブースト圧マップを２０％程度抑えたものを用いるようにしている。このような特性によって、定常性能はそのままで過渡（加速時）の立上りを抑えることが可能になる。
【００４２】
すなわち図８に示すように、２速のフル加速においてはターボチャージャ８０の立上りの遅れのために、ブースト圧が定格値まで達せず、図８において実線で示す過渡部分を辿ってフル回転に至る。そしてこの後３速にシフトアップを行なうと、エンジン７０の回転数が上って速くなるために、フルブーストトルクを辿り、通常時とほぼ同じトルクを発生することになる。すなわち図８において実線で示すような特性をとることによって、空車モードにおいても力感をほとんど損うことなく、しかも図９に示すように燃費の改善が図られる。実際に市街地走行において、３〜５％程度の改善が可能になる。
【００４３】
このように本実施の形態のダンプ車に搭載されている車両用エンジンの制御装置によれば、空車状態を検知してターボブースト噴射パターンを絞るとともに、空車用ターボブースト噴射パターンのフルブースト指示値を変えずにその過渡噴射量を絞ることによって力感との両立を図るようにしている。
【００４４】
このような制御装置を備えるエンジンは、ダンプトラック、バルクトラック、コンクリートミキサー車、タンクローリ車等に用いて好適なものである。このような車両は運行形態上、片道が空車運行となる車両であるが、このような車両において空車発進加速時における過渡のターボブースト特性を抑え込むことによって、運転手の加速トルクに対する無駄な燃料浪費を抑制し、定地燃費に対して７〜８倍の燃料を消費する加速燃費を向上させ、トータルとしての運行燃費の改善を図ることが可能になる。
【００４５】
なお本実施の形態においては、燃料噴射装置として図３に示す蓄圧式の燃料噴射装置を用い、その噴射特性を積車時と空車時とで変更するようにしているが、燃料噴射装置としては従来の列型燃料噴射ポンプ、その他各種の燃料噴射システムが適用可能である。またコンピュータ３０を備える制御装置に代えて、メカニカルガバナによって噴射特性を変更するようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、過給機を備えるエンジンと、過給機の下流側の給気圧を検出する給気圧検出手段と、停車時に車両の積載荷重を検出する積載荷重検出手段と、給気圧検出手段の検出に応じてエンジンに供給される燃料の供給量を制御する燃料供給量制御手段と、燃料供給量制御手段が制御の際に参照する複数のターボブースト特性噴射量制御パターンと、をそれぞれ具備し、ターボブースト特性噴射量制御パターンはフルブースト指示値を変更することなく空車時に過渡噴射量を絞るようになされ、積載荷重検出手段の検出による積車時と空車時に応じて複数のターボブースト特性噴射量制御パターンの内の１つが選択されるとともに、これに応じて燃料供給量制御手段によって燃料の供給量が制御されるようにしたものである。
【００４７】
従って空車時における制御パターンをエンジンの出力馬力に影響するブースト特性を変えずに過渡時の途中のブースト特性を絞り込んで適切な制御パターンとすることによって、過渡のブースト特性を抑え込み、空車時にエンジンが吹上り易い例えば２速あるいは３速のギヤ位置を中心に吹上り途中の噴射量を抑えることにより、出力馬力を変えることなく加速燃費を向上させ、トータルとしての燃費の改善を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態に係る車両用エンジンの制御装置を備えるダンプ車の側面図である。
【図２】同エンジンの平面図である。
【図３】燃料噴射装置の全体の構成を示すブロック図である。
【図４】インジェクタの動作を示す縦断面図である。
【図５】制御パターンの選択の動作を示すフローチャートである。
【図６】積車時のブースト特性の制御パターンのグラフである。
【図７】空車時のブースト特性の制御パターンのグラフである。
【図８】エンジンの回転数の変化を示すグラフである。
【図９】燃費を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 加圧ポンプ
１１ プランジャ
１２ カム
１３ 加圧室
１５ タンク
１６ セジメンタ
１７ フィルタ
１８ フィードポンプ
１９ 燃料フィルタ
２０ 一方向弁
２２ 一方向弁
２３ コモンレール（蓄圧室）
２４ 一方向弁（プレッシャリミッタ）
２５ フローリミッタ
２６ インジェクタ
３０ 電子制御装置（コンピュータ）
３１ 圧力センサ
３２ ポンプ制御弁
３３ 電磁コイル
３５ アクセルセンサ
３６ エンジン回転センサ
３７ 気筒判別センサ（エンジン）
３８ 気筒判別センサ（ポンプ）
４０ ノズル本体
４１ ノズルニードル
４２ バルブシート
４３ 噴口
４４ 燃料だめ
４５ 燃料通路
４８ プッシュロッド
４９ 押圧ばね
５０ ピストン
５１ 液圧シリンダ
５２、５３ オリフィス
５４ 一方向弁
５５ オリフィス
５６、５７ 小孔
５８ 傾斜面（面取り）
５９ 三方弁
６０ 圧縮コイルばね
６１ ソレノイドコイル
６２ 燃料通路
６３ ポート
６４ 開口
６５ 燃料通路
６６ ポート
７０ シリンダブロック（エンジン）
７１ 吸気マニホールド
７２ 排気マニホールド
７３ 吸気管
７４ エアクリーナ
７５ 排気管
７６ マフラ
８０ ターボチャージャ
８１ 排気タービン
８２ コンプレッサ
８３ インタクーラ
８４ ブースト圧検出センサ
９０ フレーム
９１ キャブ
９２ 荷台
９３ 前輪
９４ 後輪（駆動輪）
９７ トランスミッション
９８ 車速センサ
９９ 後軸
１００ ロードセンシングスイッチ
１０１ レバー
Claims (1)
- 過給機を備えるエンジンと、
前記過給機の下流側の給気圧を検出する給気圧検出手段と、
停車時に車両の積載荷重を検出する積載荷重検出手段と、
前記給気圧検出手段の検出に応じて前記エンジンに供給される燃料の供給量を制御する燃料供給量制御手段と、
前記燃料供給量制御手段が制御の際に参照する複数のターボブースト特性噴射量制御パターンと、
をそれぞれ具備し、前記ターボブースト特性噴射量制御パターンはフルブースト指示値を変更することなく空車時に過渡噴射量を絞るようになされ、前記積載荷重検出手段の検出による積車時と空車時に応じて前記複数のターボブースト特性噴射量制御パターンの内の１つが選択されるとともに、これに応じて前記燃料供給量制御手段によって燃料の供給量が制御されることを特徴とする車両用エンジンの制御装置。
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