JP5554502B2

JP5554502B2 - エンジン

Info

Publication number: JP5554502B2
Application number: JP2009033206A
Authority: JP
Inventors: 圭一辻本; 功高川
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2029-02-16
Also published as: JP2010190067A; TW201043775A; WO2010092732A1

Description

本発明は、エンジンの技術に関し、特にエンジン冷態始動時に、エンジン回転数制御を行う制御装置を具備するエンジンの技術に関する。

従来、エンジン冷態始動時においては、エンジン内の燃焼室の温度が低いため、燃料の蒸発が促進されない。そこで、エンジン冷態始動直後においての黒煙を改善するために、燃料噴射弁の噴口面積を縮小したり、噴口の角度を大きく取ったりする技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−４２０３７号公報

しかし、燃料噴射弁の噴口面積を縮小したり、噴口の角度を大きく取ったりする場合、燃費を悪化させ、高いエンジン負荷がかかったときの燃料噴射圧力上昇により、ＮＯｘ排出量も増加するため、エンジン性能が低下する。また、エンジン始動補助のためにヒーターなどの付加装置を設けた場合はコストがかかる。

そこで、本発明は係る課題に鑑み、エンジン冷態始動時において、燃料の燃焼効率を向上させて黒煙発生量を減少させることができるエンジンを提供する。

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。

請求項１においては、舶用エンジンとして推進ユニット（１１０）を駆動するエンジンにおいて、該エンジンの冷却を行う冷却水の水温を検出する冷却水温センサー（４８）と、実エンジン回転数（Ｎｅ）を検出する回転数センサー（４４）と、該エンジンの設定エンジン回転数（Ｎｓｅｔ）を検知するアクセル操作検知手段（４１）と、該エンジンの回転数を最終目標エンジン回転数（Ｎｓｅｔｆ）に自動制御できる制御装置（２０）と、エンジン出力の「入」「切」を行うクラッチ機構（２３）を具備し、前記制御装置（２０）は、エンジン始動時の冷却水温（Ｔ）が所定の温度（Ｔ１）以下の場合、最終目標エンジン回転数（Ｎｓｅｔｆ）を、前記設定エンジン回転数（Ｎｓｅｔ）よりも高い補正目標エンジン回転数（Ｎｓｅｔ´）に設定して、エンジン始動直後の黒煙の排出量を低減し、黒煙の消失を早める回転数補正制御を行い、前記制御装置（２０）は、回転数補正制御を行う際、回転数補正制御開始時のエンジンの回転数と、制御装置（２０）に設けられている記憶装置（５１）に記憶された回転数補正マップとに基づいて回転数補正制御を行い、前記制御装置（２０）は、エンジン始動時の冷却水温（Ｔ）が所定の温度（Ｔ２）に達した場合、前記回転数補正制御を解除すると共に、前記制御装置（２０）は、回転数補正制御が有効となっている間に、前記クラッチ機構（２３）を「入」に切り換えた場合、該クラッチ機構（２３）を「入」に切り換えた時点（ｔ３）から後は回転数補正制御を解除して、最終目標エンジン回転数（Ｎｓｅｔｆ）を設定エンジン回転数（Ｎｓｅｔ）として制御するものである。

請求項２においては、請求項１記載のエンジンにおいて、前記制御装置（２０）は、回転数補正制御の解除を行った場合、その後エンジンを一度停止して再び始動させなければ、前記回転数補正制御を行わないものである。

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においては、舶用エンジンとして推進ユニット（１１０）を駆動するエンジンにおいて、該エンジンの冷却を行う冷却水の水温を検出する冷却水温センサー（４８）と、実エンジン回転数（Ｎｅ）を検出する回転数センサー（４４）と、該エンジンの設定エンジン回転数（Ｎｓｅｔ）を検知するアクセル操作検知手段（４１）と、該エンジンの回転数を最終目標エンジン回転数（Ｎｓｅｔｆ）に自動制御できる制御装置（２０）と、エンジン出力の「入」「切」を行うクラッチ機構（２３）を具備し、前記制御装置（２０）は、エンジン始動時の冷却水温（Ｔ）が所定の温度（Ｔ１）以下の場合、最終目標エンジン回転数（Ｎｓｅｔｆ）を、前記設定エンジン回転数（Ｎｓｅｔ）よりも高い補正目標エンジン回転数（Ｎｓｅｔ´）に設定して、エンジン始動直後の黒煙の排出量を低減し、黒煙の消失を早めるする回転数補正制御を行い、前記制御装置（２０）は、回転数補正制御を行う際、回転数補正制御開始時のエンジンの回転数と、制御装置（２０）に設けられている記憶装置（５１）に記憶された回転数補正マップとに基づいて回転数補正制御を行い、前記制御装置（２０）は、エンジン始動時の冷却水温（Ｔ）が所定の温度（Ｔ２）に達した場合、前記回転数補正制御を解除するので、エンジンの回転数を高くすることにより、燃料の燃焼効率が向上し、冷態始動直後の黒煙排出量を低減することができる。また、エンジンの温度上昇を促進でき、黒煙の消失を早めることができる。

また、エンジン出力の「入」「切」を行うクラッチ機構（２３）を備え、前記制御装置（２０）は、回転数補正制御が有効となっている間に、前記クラッチ機構（２３）を「入」に切り換えた場合、該クラッチ機構（２３）を「入」に切り換えた時点（ｔ３）から後は回転数補正制御を解除して、最終目標エンジン回転数（Ｎｓｅｔｆ）を設定エンジン回転数（Ｎｓｅｔ）として制御するので、クラッチ機構を「入」に切り換えた後、エンジンの回転数の変化量を制御することにより緩やかにエンジンの回転数を減少させて設定エンジン回転数へ移行することができる。

このため、例えば舶用エンジンとして推進ユニットを駆動するエンジンである場合、操船性の悪化を防止することができる。

請求項２においては、請求項１記載のエンジンにおいて、前記クラッチ機構（２３）は、回転数補正解除制御を行った場合には、その後エンジンを一度停止して再び始動させなければ、前記の回転数補正制御を行わないので、例えば舶用エンジンの場合、操船動作に入った状態で何度も回転数補正制御を行うの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全体的な構成を示す略式の平面図。エンジン回転数及び冷却水温度と時間との関係を示すグラフ図。エンジン回転数及び冷却水温度と時間との関係を示すグラフ図。エンジン回転数及び冷却水温度と時間との関係を示すグラフ図。エンジン回転数及び冷却水温度と時間との関係を示すグラフ図。エンジン回転数及び冷却水温度と時間との関係を示すグラフ図。

まず、図１を用いて、本発明の実施形態であるエンジン１００について説明する。

エンジン１００は、船舶に搭載され、舶用エンジンとして推進ユニット１１０を駆動するエンジンである。また、エンジン１００は、エンジン本体１０と、燃料噴射時期の進角制御を行う制御装置２０と、を備えている。

エンジン本体１０は、ディーゼルエンジンである。エンジン本体１０の出力軸１１は、推進ユニット１１０に接続されている。また、エンジン本体１０の出力軸１１には、フライホイール１２が設けられている。推進ユニット１１０は、出力軸１１の駆動によって図示せぬ伝達機構を介して、プロペラ１１１を駆動するユニットである。また、出力軸と推進ユニットとの間の接続・切断、及び正転・逆転の切換を行うためのクラッチ機構２３が設けられている。該クラッチ機構２３は油圧クラッチ等で構成して制御装置２０と接続され、入切される。

エンジン本体１０は、燃料噴射装置である燃料噴射ポンプ２１と、インジェクタ２２・２２・２２・２２と、を備えている。燃料は、燃料噴射ポンプ２１によって圧送されてインジェクタ２２・２２・２２・２２によって各シリンダー内に噴射される。

制御装置２０は、エンジン低速域で加速があった場合に、燃料噴射時期の進角制御を実施する装置である。制御装置２０は、ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）４０と、アクセル操作検知手段４１と、切換手段であるクラッチ操作検知手段４２と、エンジン回転数センサー４４と、ラックアクチュエータ４６と、選択手段としての接点入力装置４７と、水温センサー４８と、を接続して構成されている。ＥＣＵ４０は、演算装置５０と、記憶装置５１とを備えている。アクセル操作検知手段４１及びクラッチ操作検知手段４２は、船舶の操舵席に設けられている。また、アクセル操作検知手段４１は、エンジン回転数を設定するアクセルレバーの回動基部に設けられ、ＥＣＵ４０に対して設定エンジン回転数Ｎｓｅｔを入力する機能を有する。また、クラッチ操作検知手段４２は、クラッチ機構２３の接続・切断及び正転・逆転の切換操作を行うクラッチレバーの回動基部に設けられ、ＥＣＵ４０に回動操作の検知信号を入力してクラッチ機構２３を切り換える。

エンジン回転数センサー４４は、エンジン１００の出力軸１１近傍に設けられている。また、エンジン回転数センサー４４は、実エンジン回転数検知手段として、実エンジン回転数Ｎｅを検出し、ＥＣＵ４０に送信する機能を有する。ラックアクチュエータ４６は、目標噴射量に基づいて、燃料噴射量を調整する装置である。接点入力装置４７は、選択手段として、エンジン１００の諸機能についての選択又は設定を行う機能を有する。水温センサー４８は、エンジン１００の冷却に用いられる冷却水の水温Ｔを検出し、ＥＣＵに送信する機能を有する。前記水温センサー４８は、例えば図示せぬ冷却水通路に設けられており、外気やエンジンの運転状態によって変動する冷却水の水温Ｔを検出するものである。

次に、エンジン冷態始動時のエンジン回転数制御について説明する。制御装置２０は、エンジン始動時において冷却水の水温Ｔが所定の温度以下の場合（冷態始動時）、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆをアクセル操作検知手段４１によって入力される設定エンジン回転数Ｎｓｅｔよりも高い補正目標エンジン回転数Ｎｓｅｔ´に設定する回転数補正制御を行うものである。

前記回転数補正制御においては、図２に示すように、エンジン始動を開始した時点ｔ０の後、エンジン始動を認識した時点ｔ１において前記水温センサー４８によって検出された冷却水の水温Ｔが下限水温Ｔ１以下である場合には、前記制御装置２０のＥＣＵ４０は、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆを設定エンジン回転数Ｎｓｅｔより高い補正目標エンジン回転数Ｎｓｅｔ´へ上昇させるものである。また、図３に示すように、前記水温センサー４８によって検出されたエンジン始動を認識した時点ｔ１における冷却水温の水温Ｔが下限水温Ｔ１より高い場合には、前記制御装置２０のＥＣＵ４０は回転数補正制御を行わないものである。

このように構成することにより、冷態始動時にエンジン回転数を高くすることで、噴射された燃料の燃焼効率が向上し、冷態始動直後の黒煙排出量を低減することができる。また、エンジン１００の温度上昇を促進でき、黒煙の消失を早めることができる。また、前記回転数補正制御中に、前記クラッチ操作検知手段４２を操作することによりクラッチ機構２３が接続され「入」に切り換えられた場合には、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆを補正目標エンジン回転数Ｎｓｅｔ´へ上昇させているので、切換時のエンジン回転数の低下量を低減でき、操船性の向上を図ることができる。

また、前記回転数補正制御を開始したあと、冷却水の水温Ｔが上昇した場合には、前記制御装置２０のＥＣＵ４０は、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆをアクセル操作検知手段４１によって入力される設定エンジン回転数Ｎｓｅｔと同じ値に設定する回転数補正解除制御を行うものである。前記回転数補正制御においては、図２に示すように、前記水温センサー４８によって検出された冷却水の水温Ｔが解除水温Ｔ２以上に上昇した場合、前記制御装置２０のＥＣＵ４０は、その時点ｔ２から最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆをアクセル操作検知手段４１によって入力される設定エンジン回転数Ｎｓｅｔと同じ値に設定するものである。

また、前記回転数補正制御を行っている間に、前記クラッチ操作検知手段４２を操作することによりクラッチ機構２３が接続され「入」に切り換えられた場合には、前記制御装置２０のＥＣＵ４０は、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆをアクセル操作検知手段４１によって入力される設定エンジン回転数Ｎｓｅｔと同じ値に設定する回転数補正解除制御を行うものである。前記回転数補正解除制御においては、図４に示すように、クラッチ機構２３が接続され「入」に切り換えられた場合、その時点ｔ３から最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆを操縦者が入力した設定エンジン回転数Ｎｓｅｔ以上のエンジン回転数としないものである。これにより、操縦者が予想するエンジン回転数で船舶を操行させることが可能となる。

また、クラッチ機構２３が接続され「入」に切り換えられ、前記回転数補正解除制御を行った場合には、前記制御装置２０のＥＣＵ４０は、その後エンジンを一度停止して再び始動させなければ回転数補正制御を行わないものである。

例えば、図４に示すように、一度、クラッチ機構２３が接続され「入」に切り換えられ、前記回転数補正解除制御を行った後、クラッチ機構２３が切断され「切」に切り換えられた場合、その時点ｔ４における冷却水の水温Ｔが下限水温Ｔ１以下であるときでも、前記制御装置２０のＥＣＵ４０は、前記回転数補正制御を行わないものである。そして、その後、エンジン１００を一度停止して再び始動させた場合に冷却水の水温Ｔが下限水温Ｔ１以下であれば、前記制御装置２０のＥＣＵ４０は回転数補正制御を行うものである。これにより、操縦者が予想するエンジン回転数で船舶を操行させることが可能となる。

また、水温センサー４８が故障している場合には、図５に示すように、前記制御装置２０のＥＣＵ４０は、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆを上昇させる制御を行わないものである。このように構成することにより、誤って冷態始動時以外で前記制御装置２０のＥＣＵ４０が回転数補正制御を行うことを防止することができる。

以上のように、エンジン１００は、エンジン１００の冷却を行う冷却水の水温センサー４８と、エンジン回転数センサー４４と、クラッチ機構２３を切り換えるためのクラッチ操作検知手段４２と、設定エンジン回転数Ｎｓｅｔを決定するアクセル操作検知手段４１と、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆを自動制御できる制御装置２０と、を具備し、前記制御装置２０は、エンジン始動時の冷却水の水温Ｔが所定の温度Ｔ１以下の場合、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆを、アクセル操作検知手段４１により設定される設定エンジン回転数Ｎｓｅｔよりも高い補正目標エンジン回転数Ｎｓｅｔ´に設定する回転数補正制御を行うものである。このように構成することにより、エンジン回転数を高くすることにより、燃料の燃焼効率が向上し、冷態始動直後の黒煙排出量を低減することができる。また、エンジン１００の温度上昇を促進でき、黒煙の消失を早めることができる。

また、前記制御装置２０は、エンジン始動時の冷却水の水温Ｔが所定の温度Ｔ２に達した場合、回転数補正制御を解除するものである。このように構成することにより、エンジン回転数を高くした結果、エンジンの温度が一定上昇した場合において、作業者が設定した設定エンジン回転数Ｎｓｅｔで運転することが可能となる。

また、前記制御装置２０は、回転数補正制御を行う際、回転数補正制御開始時のエンジン回転数と前記制御装置２０に設けられた記憶装置５１に記憶された回転数補正マップｆ（Ｎ）に基づいて回転数補正制御を行うものである。このように構成することにより、冷態始動時におけるエンジン回転数の変化量を制御することにより、エンジン回転数をスムーズに移行させることが出来る。

また、前記制御装置２０は、回転数補正制御が有効となっている間に前記クラッチ操作検知手段４２によってクラッチ機構２３を「入」に切り換えた場合、クラッチ機構２３を「入」に切り換えた後、回転数補正制御を解除して、クラッチ機構２３を「入」に切り換えた時点でのエンジン回転数と前記制御装置２０に設けられた記憶装置５１に記憶された回転数補正マップｆ´（Ｎ）に基づいて回転数補正解除制御を行うものである。このように構成することにより、クラッチ機構２３を「入」に切り換えた後、エンジン回転数の変化量を制御することにより緩やかにエンジン回転数を減少させて設定エンジン回転数Ｎｓｅｔへ移行することができる。このため、エンジン１００が例えば舶用エンジンとして推進ユニット１１０を駆動するエンジンである場合、操船性の悪化を防止することができる。

また、前記制御装置２０は、回転数補正解除制御を行った場合には、エンジン１００を一端停止して再び始動させなければ回転数補正制御を行わないものである。このように構成することにより、操船動作に入った状態で何度も回転数補正制御を行うのを防止することができる。

また、エンジン始動前に水温センサー４８が故障していると判定された場合には、回転数補正制御を行わないものである。このように構成することにより、誤って冷態始動時以外で回転数補正制御を行うのを防止することができる。

１０エンジン本体
２０制御装置
２３クラッチ機構
４０ＥＣＵ
４１アクセル操作検知手段
４２クラッチ操作検知手段
４４エンジン回転数センサー
４７接点入力装置
４８水温センサー
５０演算装置
５１記憶装置
１００エンジン
Ｎｓｅｔ設定エンジン回転数
Ｎｅ実エンジン回転数

Claims

舶用エンジンとして推進ユニット（１１０）を駆動するエンジンにおいて、
該エンジンの冷却を行う冷却水の水温を検出する冷却水温センサー（４８）と、実エンジン回転数（Ｎｅ）を検出する回転数センサー（４４）と、該エンジンの設定エンジン回転数（Ｎｓｅｔ）を検知するアクセル操作検知手段（４１）と、該エンジンの回転数を最終目標エンジン回転数（Ｎｓｅｔｆ）に自動制御できる制御装置（２０）と、エンジン出力の「入」「切」を行うクラッチ機構（２３）を具備し、
前記制御装置（２０）は、エンジン始動時の冷却水温（Ｔ）が所定の温度（Ｔ１）以下の場合、最終目標エンジン回転数（Ｎｓｅｔｆ）を、前記設定エンジン回転数（Ｎｓｅｔ）よりも高い補正目標エンジン回転数（Ｎｓｅｔ´）に設定して、エンジン始動直後の黒煙の排出量を低減し、黒煙の消失を早める回転数補正制御を行い、
前記制御装置（２０）は、回転数補正制御を行う際、回転数補正制御開始時のエンジンの回転数と、制御装置（２０）に設けられている記憶装置（５１）に記憶された回転数補正マップとに基づいて回転数補正制御を行い、
前記制御装置（２０）は、エンジン始動時の冷却水温（Ｔ）が所定の温度（Ｔ２）に達した場合、前記回転数補正制御を解除すると共に、
前記制御装置（２０）は、回転数補正制御が有効となっている間に、前記クラッチ機構（２３）を「入」に切り換えた場合、該クラッチ機構（２３）を「入」に切り換えた時点（ｔ３）から後は回転数補正制御を解除して、最終目標エンジン回転数（Ｎｓｅｔｆ）を設定エンジン回転数（Ｎｓｅｔ）として制御する
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、
前記制御装置（２０）は、回転数補正制御の解除を行った場合、その後エンジンを一度停止して再び始動させなければ、前記回転数補正制御を行わない
ことを特徴とするエンジン。