JP4966784B2

JP4966784B2 - エンジン

Info

Publication number: JP4966784B2
Application number: JP2007203534A
Authority: JP
Inventors: 茂孝川口; 秀雄塩見; 龍遊木
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-08-03
Also published as: JP2009036178A

Description

本発明は、電子ガバナ機構と、低温始動時進角機構と、エンジンの温度を検出する手段と、前記電子ガバナ機構と前記低温始動時進角機構とを制御するとともに、前記エンジン温度検出手段と接続される制御機構と、を具備するエンジンに関する。より詳細には、前述の如く構成されるエンジンにおける低温始動時の制御技術に関する。

従来、電子ガバナ機構を具備するエンジンにおいて、当該電子ガバナ機構を用いた燃料噴射量の制御手段の一つとして、ドループ制御は周知である。この「ドループ制御」は、エンジンに負荷がかかるとその負荷の大きさに応じてエンジン回転数を減少させながら燃料噴射量を増加させる制御である。また、同じく電子ガバナ機構を具備するエンジンにおいて、低温始動時に燃料噴射タイミングを進角する手段を具備し、低温始動時の青白煙の発生を防止し、かつ、エンジン始動性を確保する技術は公知である。例えば、特許文献１に開示された技術は、エンジン温度及びエンジン負荷に応じて燃料噴射開始タイミングを変更するものである。特にエンジン温度が低くなるのに応じて、燃料噴射開始タイミングを進角させ、エンジン負荷が高くなるのに応じて、燃料噴射開始タイミングを遅角させるものである。

上述した特許文献１に開示された構成では、燃料噴射タイミングをエンジンの状態に基づいて適切に制御することにより、機関冷間時における燃焼性および排気性状の改善を図ることができる。しかし、冷間時は燃料噴射タイミングが進角されるため、騒音が悪化する問題があった。
特開２００７−３２３２６号公報

本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、低温始動時に発生する騒音を低減することが可能なエンジンを提供するものである。

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。

請求項１においては、燃料噴射ノズルからの燃料噴射量を調整する燃料噴射量調整機構（３０）と、低温始動時に燃料噴射タイミングを変更する低温始動時進角機構（４０）と、エンジンの冷却水温（Ｔ）を検出するエンジン温度検出手段（６０）と、前記燃料噴射量調整機構（３０）と前記低温始動時進角機構（４０）とを制御するとともに前記エンジン温度検出手段（６０）が接続されている制御機構（５０）と、を具備するエンジンであって、該エンジンの始動時において、エンジン温度検出手段（６０）にて検出されたエンジンの冷却水温（Ｔ）が予め定められた設定温度（Ｔｓｅｔ）より低く、前記低温始動時進角機構（４０）を作動させる場合は、前記制御機構（５０）にて、エンジンの目標エンジン回転数（Ｎｔ）を、低温始動時進角機構（４０）作動時の始動時エンジン回転数（Ｎｃｓｄ）よりも低く、通常時のエンジンのアイドル回転数（Ｎｉ）よりも高い所定のエンジン回転数（Ｎｒ）に設定するとともに、前記制御機構（５０）を介して、前記低温始動時進角機構（４０）の非作動時は、エンジンに負荷がかかるとその負荷の大きさに応じて、エンジン回転数を減少させながら燃料噴射量を増加させるドループ制御を行い、前記低温始動時進角機構（４０）作動時から所定の冷却水温（Ｔ１）までは、エンジンにかかる負荷が変化しても、一定のエンジン回転数を維持するアイソクロナス制御を行い、前記低温始動時進角機構（４０）作動時で所定の冷却水温（Ｔ１）より低く、エンジンにかかる負荷が大きくなった場合は、エンジン回転数を高くする逆ドループ制御を行うものである。

請求項２においては、請求項１記載のエンジンにおいて、前記制御機構（５０）にて、前記エンジン温度検出手段（６０）が検出するエンジンの冷却水温（Ｔ）に応じて、燃料噴射量調整機構（３０）における燃料噴射量調整の変化割合を変更するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

エンジンの環境温度に最適な制御を実現でき、エンジン出力を適切に維持できる。また、低温時に発生する騒音を低減できる。さらに、低温始動時の青白煙の発生を防止できる。

以下に、本発明に係るエンジンの実施の一形態であるエンジン１０について、図面を参照して説明する。なお、図３、図４、図５、図６、図８及び図９において、横軸はエンジン１０の回転数Ｎを示し、縦軸は燃料噴射ポンプ２０に具備されるコントロールラックのラック位置Ｒを示す。このラック位置Ｒは、燃料噴射量、つまりは、エンジン１０の出力を示すものである。

以下では、図１を参照して、本実施例に係るエンジン１０の全体構成について説明する。

図１に示す如く、エンジン１０には、燃料を燃料噴射ノズル（不図示）に圧送する燃料噴射ポンプ２０が設けられ、燃料噴射ポンプ２０には、電子ガバナ機構３０が設けられる。電子ガバナ機構３０は、電子ガバナ、ラックアクチュエータ（不図示）等を具備し、該ラックアクチュエータを作動させて燃料噴射ポンプ２０に具備されるコントロールラック（不図示）のラック位置Ｒを制御し、燃料噴射量を調整するものである。燃料噴射ポンプ２０には、さらに低温始動時進角機構（ＣｏｌｄＳｔａｒｔＤｅｖｉｃｅ、以下単に「ＣＳＤ」という）４０が設けられ、燃料噴射タイミングを変更可能とされる。

図１に示す如く、本発明に係る制御機構であるコントローラ５０には、エンジン１０の温度を検出する手段となる温度センサ６０（本実施例においては、エンジン１０の冷却水温を検出する温度センサ６０）、エンジン１０の回転数検出手段、負荷検出手段、ラック位置Ｒ検出手段、潤滑油温度検出手段等の複数のセンサからなるセンサ群７０や図示しない設定器等が接続される。

また、電子ガバナ機構３０の、及びＣＳＤ４０のアクチュエーター（ソレノイド）は、それぞれコントローラ５０に接続されて制御される。具体的には、温度センサ６０やセンサ群７０により検出される検出信号、及びコントローラ５０内に予め設定されるプログラム等に基づいてエンジン１０の目標回転数Ｎｔを算出するとともに、電子ガバナ機構３０やＣＳＤ４０への制御信号が生成され、この制御信号により電子ガバナ機構３０及びＣＳＤ４０が制御されるものである。なお、制御プログラムやマップ等はコントローラ５０のＲＡＭ等の記憶手段に記憶される。

なお、本実施例においてエンジン１０の温度を検出する手段となる温度センサ６０を、エンジン１０を冷却する冷却水の水温を検出する温度センサとしたが、これに限らず、例えば潤滑油温度、燃料温度、排気温度等を検出する構成としても良く、エンジン１０の温度が適切に検出可能なものであればよい。

以下では、図２及び図３を参照して、上述の如く構成される、電子ガバナ機構３０と、ＣＳＤ４０と、温度センサ６０と、コントローラ５０と、を具備するエンジン１０の始動時における制御構成の一例について説明する。

図２に示す如く、コントローラ５０はまず、温度センサ６０よりエンジン１０の冷却水温Ｔを読み込み（Ｓ１０）、冷却水温Ｔと、コントローラ５０に予め定められた設定温度Ｔｓｅｔと、を比較し（Ｓ２０）、冷却水温Ｔの方が小さい場合は（Ｓ２０：Ｙ）、ＣＳＤ４０を作動させる（Ｓ３０）。コントローラ５０は、さらに、エンジン１０の目標回転数Ｎｔを、ＣＳＤ４０作動時のアイドル回転数（以下、「ハイアイドル回転数」という）Ｎｃｓｄよりも低く、通常（エンジンが設定温度Ｔよりも高い温まった状態）時のアイドル回転数Ｎｉよりも高い、所定の回転数（以下、「制限アイドル回転数」という）Ｎｒに設定する（Ｓ４０）。

なお、このハイアイドル回転数Ｎｃｓｄ、及びアイドル回転数Ｎｉはエンジン１０及びＣＳＤ４０等の性能により決定される値であり、予めコントローラ５０の記憶手段に記憶されるものである。

他方、冷却水温Ｔが設定温度Ｔｓｅｔよりも高い場合は（Ｓ２０：Ｎ）、目標回転数Ｎｔをアイドル回転数Ｎｉに設定して、通常の始動運転を行なう（Ｓ５０）。以上の制御フローは冷却水温Ｔが設定温度Ｔｓｅｔ以上になるまで繰り返される。この制限アイドル回転数Ｎｒは、例えばハイアイドル回転数Ｎｃｓｄより定数Ｘだけ減ずることにより得られるものである。なお、制限アイドル回転数Ｎｒは、冷却水温Ｔに基づいて決定することも可能であり、例えばハイアイドル回転数Ｎｃｓｄからの減数を冷却水温Ｔに比例させて回転数Ｎに対するラック位置Ｒの変化割合を変化させる方法等が考えられ、本実施例のものには限られない。

以下では、図３を参照して、従来の始動時におけるエンジン回転数制御と、本発明に係る低温始動時におけるエンジン回転数制御について説明する。従来、図３に示す如く、エンジン１０は通常始動時において、アイドル回転数Ｎｉよりドループ制御のマップＡ１に従って制御され、さらに低温始動時においては、ＣＳＤが作動されて燃料噴射タイミングが進角され、ハイアイドル回転数ＮｃｓｄよりマップＡ２に従って制御されていた。しかしながら、ＣＳＤ作動時には、燃料噴射タイミングが進角されて騒音が悪化するという問題があった。そこで、本発明においては、図２に示す如き制御フローに従って制限アイドル回転数Ｎｒを設定して、制限アイドル回転数ＮｒよりマップＡ３（図３参照）に従って制御する。即ち、低温始動時のエンジンのアイドル回転数に制限を設けることにより、騒音の悪化する回転数域までエンジン回転数が上がることを防ぐものである。

以上の如く構成されるエンジン１０により、低温始動時のエンジン回転数を下げることが可能となり、騒音を低減でき、さらに始動時においてエンジン高回転数域にて排出されやすい青白煙の排出量を低減することも可能となる。

以下では、図４を参照して、本発明に係るエンジンの別実施例となるエンジン１０について説明する。

図４に示す如く、本実施例において、エンジン１０は、アイソクロナス制御のマップＢに従って制御される。この「アイソクロナス制御」は、エンジンにかかる負荷が変化しても、一定のエンジン回転数を維持する制御である。なお、図４における破線は従来のドループ制御のマップを示す。

即ち、低温始動時であって、ＣＳＤ４０作動時における制限アイドル回転数Ｎｒを定格点Ｐにおける回転数に設定するものである。これにより、エンジン回転数Ｎは、定格出力に対応する回転数より高くなることがなく、ＣＳＤ４０の作動時においても騒音を低減することができる。さらに、エンジンに負荷がかかった場合にも一定回転数を維持する制御構成であるので、出力低下を防止して、所望の出力を得ることができる。

以下では、図５を参照して、本発明に係るエンジンの別実施例となるエンジン１０について説明する。

図５に示す如く、本実施例において、エンジン１０は、逆ドループ制御のマップＣに従って制御される。この「逆ドループ制御」は、エンジンにかかる負荷が大きくなった場合に、エンジン回転数を高くする制御である。なお、図５における破線は従来のドループ制御のマップを示す。

即ち、低温始動時であって、ＣＳＤ４０作動時における制限アイドル回転数Ｎｒを定格点Ｐにおける回転数より低く設定するものである。これにより、エンジン回転数Ｎは、定格出力に対応する回転数より高くなることがなく、ＣＳＤ４０作動時においても騒音を低減することができる。さらに、負荷が大きくなるにつれて回転数を高くする制御構成であるので、出力低下を防止して、粘りのあるエンジンとなり所望の出力を得ることができる。

また、図６に示す如く、エンジン１０の温度（冷却水温Ｔ）に応じて、ラック位置Ｒの変化割合を変更する、つまり、制限アイドル回転数Ｎｒを変更する構成とすることが好ましい。例えば、冷却水温Ｔが低くなればなるほど制限アイドル回転数Ｎｒを高く設定する構成とするものである。これにより、エンジン１０の環境温度に最適な制御を実現できる。さらに、制限アイドル回転数Ｎｒを高く設定することによりエンジン１０の環境温度からの影響を受けずに始動性を確保することが可能であり、エンジン出力を適切に維持することが可能となる。

以下では、図７を参照して、本発明に係るエンジンの別実施例となるエンジン１０について説明する。

図７に示す如く、本実施例において、エンジン１０には、上述までの構成に加えて、操作装置（切り替え手段）８０がコントローラ５０に接続される。この操作装置８０は、ボタンやダイヤル等からなる操作手段であり、エンジン１０の回転数制御方法（マップ）を選択するものである。操作者は操作装置８０を操作することによって、回転数制御を、上述の如きドループ制御、アイソクロナス制御、逆ドループ制御から選択可能である。これにより、例えば作業機の種類や負荷に応じて最適の制御を選択することが可能となりエンジンの出力を最大限に生かすことができる。例えば、車両等にエンジンを搭載する場合にはマップＡを選択し、発電機等を駆動する場合にはマップＢを選択し、揚水ポンプに使用する場合にはマップＣを選択するのである。こうして、作業に合わせて最適な回転が得られ、騒音も低下できるのである。なお、操作者が操作装置８０を操作して選択する構成の代わりに、温度センサ６０やセンサ群７０よりコントローラ５０に入力して、コントローラ５０に切り替え手段を設けて、冷却水温Ｔ、エンジン１０の負荷、回転数Ｎ等に基づいて、最適の回転が得られるように上述の三つの制御を自動的に選択する構成としてもよい。例えば、図８に示す如く、ＣＳＤ４０非作動時はドループ制御、ＣＳＤ４０作動時から所定の冷却水温Ｔ１まではアイソクロナス制御、前記冷却水温Ｔ１より低い場合は逆ドループ制御とすることができる。これにより、エンジン１０の環境温度に最適な制御を実現できる。

以下では、図９を参照して、本発明に係るエンジンの別実施例となるエンジン１０について説明する。

従来、エンジンを搭載するトラクタ等の作業車両には、作業機（例えば、バックホー、ローダー等）を装着可能に構成され、油圧シリンダ等の油圧機器を介して当該作業機を操作可能にする技術が広く知られている。そして、このような油圧機器に対しては、前記エンジンにより駆動される油圧ポンプによって圧油を送油する技術が広く用いられている。しかし、低温時かつ無負荷時において、前記油圧ポンプによるエンジンへの負荷のばらつき（図９中矢印Ｄに示される範囲）が大きくなり、油圧負荷が大きくなれば回転数が低下してしまうなど、エンジンの回転数にばらつき（図９中矢印Ｅに示される範囲）が起きていた（図９（ａ）参照）。

そこで、低温時（例えば、ＣＳＤ作動時）において、コントローラ５０によるエンジン１０の回転数制御をアイソクロナス制御とする。これにより、油圧負荷に変動があった場合にも回転数を一定に維持することができ、油圧ポンプによる負荷のばらつきを吸収し、エンジン回転数の低下を防ぐことが可能となる（図９（ｂ）参照）。また、以上の如く構成することにより、低温時のエンジン回転数を低くすることができ、低温始動時の騒音を低減することも可能であり、青白煙の発生を低減することができる。

本発明の実施の一形態に係るエンジンの全体構成を示す概略図。本発明の実施の一形態に係るエンジンの始動時の制御フローを示すフローチャート。本発明の実施の一形態に係るエンジンの回転数制御を示すマップ。本発明の実施の一形態に係るエンジンの回転数制御を示すマップ。本発明の実施の一形態に係るエンジンの回転数制御を示すマップ。本発明の実施の一形態に係るエンジンの回転数制御を示すマップ。本発明の実施の一形態に係るエンジンの全体構成を示す概略図。本発明の実施の一形態に係るエンジンの回転数制御を示すマップ。（ａ）従来のエンジンの回転数制御を示すマップ（ｂ）本発明の実施の一形態に係るエンジンの回転数制御を示すマップ。

１０エンジン
２０燃料噴射ポンプ
３０電子ガバナ機構
４０低温始動時進角機構（ＣＳＤ）
５０コントローラ（制御機構）
６０温度センサ（エンジン温度検出手段）
Ｎ回転数
Ｎｒ制限アイドル回転数
Ｒラック位置
Ｔ冷却水温
Ｔｓｅｔ設定温度

Claims

燃料噴射ノズルからの燃料噴射量を調整する燃料噴射量調整機構（３０）と、低温始動時に燃料噴射タイミングを変更する低温始動時進角機構（４０）と、エンジンの冷却水温（Ｔ）を検出するエンジン温度検出手段（６０）と、前記燃料噴射量調整機構（３０）と前記低温始動時進角機構（４０）とを制御するとともに前記エンジン温度検出手段（６０）が接続されている制御機構（５０）と、を具備するエンジンであって、該エンジンの始動時において、エンジン温度検出手段（６０）にて検出されたエンジンの冷却水温（Ｔ）が予め定められた設定温度（Ｔｓｅｔ）より低く、前記低温始動時進角機構（４０）を作動させる場合は、前記制御機構（５０）にて、エンジンの目標エンジン回転数（Ｎｔ）を、低温始動時進角機構（４０）作動時の始動時エンジン回転数（Ｎｃｓｄ）よりも低く、通常時のエンジンのアイドル回転数（Ｎｉ）よりも高い所定のエンジン回転数（Ｎｒ）に設定するとともに、前記制御機構（５０）を介して、前記低温始動時進角機構（４０）の非作動時は、エンジンに負荷がかかるとその負荷の大きさに応じて、エンジン回転数を減少させながら燃料噴射量を増加させるドループ制御を行い、前記低温始動時進角機構（４０）作動時から所定の冷却水温（Ｔ１）までは、エンジンにかかる負荷が変化しても、一定のエンジン回転数を維持するアイソクロナス制御を行い、前記低温始動時進角機構（４０）作動時で所定の冷却水温（Ｔ１）より低く、エンジンにかかる負荷が大きくなった場合は、エンジン回転数を高くする逆ドループ制御を行うことを特徴とするエンジン。
請求項１記載のエンジンにおいて、前記制御機構（５０）にて、前記エンジン温度検出手段（６０）が検出するエンジンの冷却水温（Ｔ）に応じて、燃料噴射量調整機構（３０）における燃料噴射量調整の変化割合を変更することを特徴とするエンジン。