JP6158580B2

JP6158580B2 - エンジン

Info

Publication number: JP6158580B2
Application number: JP2013094227A
Authority: JP
Inventors: 茂生合田; 中野　聡; 聡中野
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: JP2014214703A; WO2014175272A1

Description

本発明は、例えば冷凍機に搭載されるエンジンに関する。

従来、エンジンとしては、特開平１０−９０３３号公報（特許文献１）に記載されているものがある。このエンジンは、コモンレールと、このコモンレールに接続されたインジェクタとを備えている。そして、このコモンレール内に高圧で蓄えられた燃料をインジェクタに供給し、インジェクタからの燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射期間（噴射量）を制御して、エンジンから排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減や、エンジンの騒音振動の低減を図るようにしている。

上記従来のエンジンでは、エンジンの回転速度および負荷に応じてコモンレール内のレール圧（燃料圧）は変更される。例えばエンジンを高速高負荷領域で運転したとき、レール圧は高く設定される一方、低速低負荷領域で運転したとき、レール圧は低く設定される。図５に示すように、エンジンをレール圧が高い状態で連続して運転したとき、エンジンから排出される排気ガス中の粉塵濃度（ＦＳＮ：Filter Smoke Number）は、エンジンの運転開始から時間が経過しても略一定で、制限値Ｌ（例えば０．１ＦＳＮ，０．２ＦＳＮ，０．３ＦＳＮ，０．４ＦＳＮ，０．５ＦＳＮ）に対して低い状態が維持される。

しかしながら、エンジンをレール圧が低い状態で長時間連続して運転すると、ＦＳＮは、エンジンの運転開始から時間の経過と共に上昇し、一定時間を経過すると制限値Ｌを越えてしまう。そして、ＦＳＮが大きくなることによって、黒煙の発生や未燃燃料の放出などのＳｄ（スモークディメンジョン）劣化が発生するという問題があった。

特開平１０−９０３３号公報

そこで、本発明の課題は、低速低負荷領域で長時間連続して運転してもＳｄ劣化が発生するのを抑制できるエンジンを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のエンジンは、
燃料ポンプと、
上記燃料ポンプから供給された燃料を蓄えるコモンレールと、
上記コモンレールから供給された燃料を噴射するインジェクタと、
上記燃料ポンプから上記コモンレールへ供給される燃料の供給量を制御するポンプ制御装置と、
上記コモンレール内のレール圧を検出する圧力検出部と
を備え、
上記ポンプ制御装置は、
上記レール圧が予め定められた第１の設定値よりも低い低圧力状態が、予め定められた第１の時間以上継続したか否かを判断する低圧力状態判断部と、
上記低圧力状態が上記第１の時間以上継続したと上記低圧力状態判断部が判断したとき、上記レール圧が上記第１の設定値以上になるように、上記燃料の供給量を制御するレール圧上昇制御部と
を有していることを特徴としている。

本発明によれば、上記低圧力状態判断部が、低圧力状態が第１の時間以上継続したと判断したとき、レール圧上昇制御部は、レール圧が第１の設定値以上になるように、燃料の供給量を制御している。このため、エンジンを低速低負荷領域で長時間連続して運転しても、適切なタイミングでレール圧を第１の設定値以上に上昇させて、エンジンから排出される排気ガス中の粉塵濃度（ＦＳＮ）を制限値以下にできる。したがって、Ｓｄ劣化が発生するのを抑制できる。

また、一実施形態では、
上記ポンプ制御装置は、
上記レール圧が上記設定値以上である高圧力状態が、予め定められた第２の時間以上継続したか否かを判断する高圧力状態判断部と、
上記高圧力状態が上記第２の時間以上継続したと上記高圧力状態判断部が判断したとき、上記レール圧が低下するように、上記燃料の供給量を制御するレール圧低下制御部と
を有している。

上記実施形態によれば、上記高圧力状態判断部が、高圧力状態が第２の時間以上継続したと判断したとき、レール圧低下制御部は、レール圧が低下するように、燃料の供給量を制御する。したがって、高圧力状態を適切な時間だけ継続させることができ、レール圧の上昇に伴うエンジンの騒音振動が生じる時間を短くできる。

また、一実施形態では、
上記エンジンの回転速度を検出する回転速度検出器を備え、
上記レール圧上昇制御部は、上記回転速度検出器が検出したエンジンの回転速度と、上記インジェクタからの燃料の噴射量とに基づいて、上記レール圧がエンジンの回転速度とインジェクタの燃料の噴射量とで予め定められた第２の設定値になるように、上記燃料の供給量を制御する。

上記実施形態によれば、上記レール圧上昇制御部が、回転速度検出器が検出したエンジンの回転速度とインジェクタからの燃料の噴射量とに基づいて、レール圧がエンジンの回転速度とインジェクタの燃料の噴射量とで予め定められた第２の設定値になるように、上記燃料の供給量を制御する。したがって、エンジンの運転状況に基づいて、レール圧を適切かつ容易に制御することができる。

本発明のエンジンによれば、低速低負荷領域で長時間連続して運転してもＳｄ劣化が発生するのを抑制できる。

本発明の一実施形態のエンジンの概略構成を示す図である。上記エンジンのコモンレールにおけるレール圧の第１のマップを説明する図である。上記エンジンのコモンレールにおけるレール圧の第２のマップを説明する図である。上記エンジンのポンプ制御装置の制御の流れを示すフローチャートである。上記エンジンの運転時間と上記レール圧との関係を説明するためのグラフである。エンジンの連続運転時間とエンジンから排出される排気ガス中の粉塵濃度（ＦＳＮ）との関係を示す図である。

以下、本発明のエンジンを図示の実施形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るエンジンの概略構成を示す簡略構成図である。

図１に示すように、この実施形態のエンジンは、燃料ポンプ１６と、コモンレール１２０と、４つのインジェクタ１５，１５，１５，１５と、圧力センサ１２と、ポンプ制御装置２１と、エンジン速度センサ１３と、エンジン制御装置１４とを備えている。圧力センサ１２は、圧力検出部の一例であり、エンジン速度センサ１３は、回転速度検出器の一例である。

上記燃料ポンプ１６は、燃料ポンプ１６の吸入側に接続された燃料タンク１８から燃料フィルタ１２１および低圧管１２２を介して燃料を吸入し、高圧管１２３を介してコモンレール１２０に燃料を供給する。

上記コモンレール１２０は、円筒状に形成され、燃料ポンプ１６から供給された燃料をコモンレール１２０内に高圧で蓄える。

上記インジェクタ１５，１５，１５，１５は、コモンレール１２０から供給された高圧の燃料を図示しないエンジンの各気筒に噴射する。

上記燃料タンク１８には、燃料ポンプ１６からポンプ燃料戻り管１２９を介して、また、コモンレール１２０からコモンレール燃料戻り管１３１を介して、それぞれ燃料が戻される。

上記圧力センサ１２は、コモンレール１２０内のレール圧（燃料圧）を検出し、このレール圧を表す信号をポンプ制御装置２１およびエンジン制御装置１４に送る。

上記エンジン速度センサ１３は、エンジンの回転速度を検出し、この回転速度を表す信号をポンプ制御装置２１およびエンジン制御装置１４に送る。

上記エンジン制御装置１４は、圧力センサ１２からの信号と、エンジン速度センサ１３からの信号とに基づいて、インジェクタ１５，１５，１５，１５による燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射期間を制御する。エンジン制御装置１４は、燃料の噴射期間を表す信号をポンプ制御装置２１に送る。

上記ポンプ制御装置２１は、ＣＰＵ（中央処理装置）２１０と、メモリ２１６と、カウンター２１７とを有している。

上記ポンプ制御装置２１は、圧力センサ１２からの信号と、エンジン速度センサ１３からの信号と、メモリ２１６に記憶された時間情報やプログラム、後述する制御マップなどと、カウンター２１７が計測する時間とに基づいて、ＣＰＵ２１０によって、燃料ポンプ１６を制御する。

上記ＣＰＵ２１０は、レール圧制御部２１１と、レール圧上昇制御部２１２と、低圧力状態判断部２１３と、高圧力状態判断部２１４とを有している。

上記低圧力状態判断部２１３は、レール圧が予め定められた第１の設定値である閾値α（例えば、１０ＭＰａ、３０ＭＰａ、５０ＭＰａ、７０ＭＰａ、９０ＭＰａ）よりも低い低圧力状態が、予め定められた第１の時間β（例えば、１０時間、２０時間、３０時間、４０時間、５０時間）以上継続したか否かを判断する。

上記高圧力状態判断部２１４は、閾値α以上の高圧力状態が、予め定められた第２の時間δ（例えば、１分、５分、１０分、１５分、２０分）以上継続したか否かを判断する。

上記レール圧制御部２１１およびレール圧上昇制御部２１２は、エンジン速度センサ１３によって検出されたエンジンの回転速度と、インジェクタ１５，１５，１５，１５からの燃料の噴射量とに基づいて、燃料ポンプ１６のコモンレール１２０への燃料の供給量を制御する。ここで、燃料噴射量は、インジェクタ１５，１５，１５，１５の噴射期間から算出する。レール圧制御部２１１およびレール圧上昇制御部２１２は、具体的には、エンジンの回転速度と燃料噴射量とから、予め定められた制御マップに基づいて設定したレール圧の設定値になるように、燃料ポンプ１６に指令する。

図２Ａは、上記制御マップの第１のマップ９１を示している。図２Ｂは、上記制御マップの第２のマップ９２を示している。

図２Ａおよび図２Ｂに示すように、これら第１，第２のマップ９１，９２は、それぞれ、横方向をエンジン回転数Ｒ、縦方向を燃料噴射量Ｑにして、エンジン回転数Ｒと燃料噴射量Ｑとの関係からレール圧の設定値を表したマップである。第１，第２のマップ９１，９２の各セルは、エンジン回転数Ｒおよび燃料噴射量Ｑから設定されるレール圧の設定値Ｐｒ１_１１，Ｐｒ１_１２，…，Ｐｒ１_ｍｎ、Ｐｒ２_１１，Ｐｒ２_１２，…，Ｐｒ２_ｍｎを示している。

上記設定値Ｐｒ１_１１，Ｐｒ１_１２…，Ｐｒ１_ｍｎ、Ｐｒ２_１１，Ｐｒ２_１２…，Ｐｒ２_ｍｎは、例えば、マスターエンジンなどでキャリブレーションされた適正値に基づいている。第２のマップ９２で設定されているレール圧の各設定値Ｐｒ２_１１，Ｐｒ２_１２…，Ｐｒ２_ｍｎは、第１のマップ９１で設定されている対応するレール圧の各設定値Ｐｒ１_１１，Ｐｒ１_１２…，Ｐｒ１_ｍｎよりもそれぞれ大きい値であって、全て閾値αよりも大きい。

次に、図３および図４を参照して、上記構成のエンジンの動作を説明する。

図３は、エンジンの動作を示すフローチャートである。図４は、エンジンの運転時間とレール圧との関係を説明する図である。

図３に示すように、まず、レール圧制御部２１１は、メモリ２１６から第１のマップ９１を読み出し、この第１のマップ９１に基づいて、エンジン回転速度および燃料噴射量からレール圧の設定値Ｐｒ１を設定する（ステップＳ１）。レール圧制御部２１１は、レール圧Ｐｒが設定値Ｐｒ１になるように、燃料ポンプ１６に指令する。この指令に基づいて、燃料ポンプ１６は、コモンレール１２０に燃料を供給する。

次に、ステップＳ２に進んで、低圧力状態判断部２１３は、レール圧Ｐｒが閾値αより低い低圧力状態であるか否か判断する。低圧力状態判断部２１３が低圧力状態であると判断すると、ステップＳ３に進む。ステップ３では、低圧力状態判断部２１３は、カウンター２１７に経過時間Ｔ１の計測を開始させる。

次に、ステップＳ４に進んで、低圧力状態判断部２１３は、ステップＳ２と同様に低圧力状態であるか否か判断する。低圧力状態判断部２１３が低圧力状態でないと判断すると、ステップＳ２に戻る一方、低圧力状態であると判断すると、ステップＳ５に進む。具体的には、図４に示すように、レール圧Ｐｒが閾値αより低くなったとき（時間ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７）、経過時間Ｔ１の計測を開始する。一方、レール圧Ｐｒが閾値α以上となったとき（時間ｔ２，ｔ４，ｔ６）、経過時間Ｔ１の計測を終了する。なお、経過時間Ｔ１の計測中にエンジンを停止したとき、経過時間Ｔ１の計測を一旦停止する。そしてエンジンを再度始動したとき、経過時間Ｔ１の計測をその停止した時間から再開する。

図３のステップＳ５では、低圧力状態判断部２１３は、経過時間Ｔ１が第１の時間β以上であるか否か判断する。経過時間Ｔ１が第１の時間β以上ではないと低圧力状態判断部２１３が判断すると、ステップＳ４に戻る一方、経過時間Ｔ１が第１の時間β以上であると判断すると、フラグを１にしてステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、フラグが１になったことにより、レール圧上昇制御部２１２が、メモリ２１６から第２のマップ９２を読み出す。この第２のマップ９２に基づいて、レール圧上昇制御部２１２は、エンジン回転速度および燃料噴射量からレール圧の設定値Ｐｒ２を設定する。この設定値Ｐｒ２は、いずれも閾値αよりも大きい値（例えばαの１．０１倍〜１．５倍の範囲）である。レール圧上昇制御部２１２は、レール圧Ｐｒが設定値Ｐｒ２になるように燃料ポンプ１６に指令する。この指令に基づいて、燃料ポンプ１６は、コモンレール１２０に燃料を供給する。

次に、ステップＳ７に進んで、高圧力状態判断部２１４は、フラグが１になったことにより、カウンター２１７に経過時間Ｔ２の計測を開始させる。なお、このとき、経過時間Ｔ１の計測は終了する。

次に、ステップＳ８に進んで、高圧力状態判断部２１４は、経過時間Ｔ２が第２の時間δ以上であるか否か判断する。経過時間Ｔ２が第２の時間δ以上であると高圧力状態判断部２１４が判断すると、フラグを０にしてステップＳ１に戻る。つまり、フラグが０になると、レール圧制御部２１１が、メモリ２１６から第１のマップ９１を読み出し、この第１のマップ９１に基づいて、エンジン回転速度および燃料噴射量からレール圧の設定値Ｐｒ１を設定する。そして、レール圧制御部２１１は、レール圧低下制御部として働いて、レール圧が設定値Ｐｒ２から設定値Ｐｒ１に低下するように燃料ポンプ１６に指令する。この指令に基づいて、燃料ポンプ１６は、コモンレール１２０に燃料を供給する。

具体的には、図４に示すように、レール圧Ｐｒが閾値αより小さいＰｒ１であり、かつ、経過時間Ｔ１が第１の時間βになったとき（時間ｔ４）、フラグが１になり、レール圧Ｐｒが閾値αより大きいＰｒ２になる。フラグが１になると、経過時間Ｔ２の計測が開始されると共に、経過時間Ｔ１の計測が終了する。経過時間Ｔ２がδになったとき（時間ｔ５）、フラグが０になり、レール圧Ｐｒが閾値αより小さいＰｒ１になる。フラグが０になると、経過時間Ｔ２の計測が終了すると共に、経過時間Ｔ１の計測が開始される。

上記構成のエンジンによれば、低圧力状態判断部２１３が、低圧力状態が第１の時間β以上継続したと判断したとき、レール圧上昇制御部２１２は、レール圧が設定値Ｐｒ２になるように、燃料ポンプ１６に指令する。このため、エンジンを低速低負荷領域で長時間連続して運転しても、適切なタイミングでレール圧を閾値αより大きくなるように上昇させて、エンジンから排出される排気ガス中の粉塵濃度（ＦＳＮ）を、制限値（例えば０．１ＦＳＮ，０．２ＦＳＮ，０．３ＦＳＮ，０．４ＦＳＮ，０．５ＦＳＮ）以下にできる。したがって、Ｓｄ劣化が発生するのを抑制できる。

また、高圧力状態判断部２１４が、高圧力状態が第２の時間δ以上継続したと判断したとき、レール圧制御部２１１は、第１のマップ９１に基づいて、エンジン回転速度および燃料噴射量からレール圧の設定値Ｐｒ１を設定する。そして、レール圧制御部２１１は、レール圧が設定値Ｐｒ１になるように、つまりレール圧が設定値Ｐｒ２から設定値Ｐｒ１に低下するように、燃料ポンプ１６に指令する。したがって、高圧力状態を適切な時間だけ継続させることができ、レール圧の上昇に伴うエンジンの騒音振動が生じる時間を短くできる。

また、レール圧上昇制御部２１２は、エンジン速度センサ１３が検出したエンジンの回転速度と、インジェクタ１５，１５，１５，１５からの燃料の噴射量とから、予め定められた第２のマップに基づいて設定したレール圧の設定値Ｐｒ２になるように、燃料ポンプ１６に指令する。したがって、エンジンの運転状況に基づいて、レール圧を適切かつ容易に制御することができる。

なお、上記実施形態では、レール圧の設定値Ｐｒ２を第１の設定値である閾値αよりも大きい値に設定した。しかしながら、この発明では、レール圧の設定値を第１の設定値と同じ値に設定してもよい。

また、上記実施形態では、レール圧が閾値α以上となったとき（フラグが１になったとき）、低圧力状態判断部２１３は、経過時間Ｔ１の計測を終了させる一方、高圧力状態判断部２１４は、経過時間Ｔ２の計測を開始させ、経過時間Ｔ２が第２の時間δ以上であるか否か判断した。しかしながら、この発明では、経過時間Ｔ２の計測を開始せず、経過時間Ｔ１の計測を継続し、高圧力状態判断部は、この経過時間Ｔ１が所定の時間以上であるか否か判断するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、レール圧の設定値Ｐｒ１またはＰｒ２は、第１のマップ９１または第２のマップ９２に基づいて、エンジン回転速度および燃料噴射量から設定されたが、エンジン回転速度または燃料噴射量から設定されてもよい。また、レール圧の設定値は、予め定められた値であってもよい。

また、上記実施形態では、レール圧の設定値Ｐｒ１またはＰｒ２は、第１のマップ９１または第２のマップ９２に基づいて設定された。しかしながら、この発明では、レール圧の設定値は、３つ以上の複数の予め定められたマップのうちから選択されたマップに基づいて設定されてもよい。

また、上記実施形態では、フラグが１になると、レール圧上昇制御部２１２が、第２のマップ９２に基づいて、レール圧の設定値Ｐｒ２を設定した。しかしながら、この発明では、レール圧上昇制御部は、第１のマップに基づいて設定されたレール圧の設定値に、ある一定値（例えば、５ＭＰａ、１０ＭＰａ、１５ＭＰａ、２０ＭＰａ等）を加算した値をレール圧の設定値としてもよい。

また、上記実施形態では、レール圧上昇制御部２１２は、フラグが１である間、第２のマップ９２に基づいて、レール圧の設定値Ｐｒ２を設定した。しかしながら、この発明では、フラグが１になると、レール圧の設定値をある一定値（例えば、１０ＭＰａ、３０ＭＰａ、５０ＭＰａ、７０ＭＰａ等）分大きくした後、時間の経過とともに徐々に低下させてもよい。

また、上記実施形態では、経過時間Ｔ２が第２の時間δになったとき、レール圧を閾値αより小さい設定値Ｐｒ１になるように低下させたが、レール圧を閾値と同じ、または閾値より少し大きい設定値になるようにレール圧を低下させてもよい。

１２圧力センサ
１３エンジン速度センサ
１５，１５，１５，１５インジェクタ
１６燃料ポンプ
２１ポンプ制御装置
１２０コモンレール
２１１レール圧制御部
２１２レール圧上昇制御部
２１３低圧力状態判断部
２１４高圧力状態判断部

Claims

燃料ポンプと、
上記燃料ポンプから供給された燃料を蓄えるコモンレールと、
上記コモンレールから供給された燃料を噴射するインジェクタと、
上記燃料ポンプから上記コモンレールへ供給される燃料の供給量を制御するポンプ制御装置と、
上記コモンレール内のレール圧を検出する圧力検出部と
を備え、
上記ポンプ制御装置は、
上記レール圧が予め定められた第１の設定値よりも低い低圧力状態が、予め定められた第１の時間以上継続したか否かを判断する低圧力状態判断部と、
上記低圧力状態が上記第１の時間以上継続したと上記低圧力状態判断部が判断したとき、上記レール圧が上記第１の設定値以上になるように、上記燃料の供給量を制御するレール圧上昇制御部と、
上記レール圧が上記第１の設定値以上である高圧力状態が、予め定められた第２の時間以上継続したか否かを判断する高圧力状態判断部と、
上記高圧力状態が上記第２の時間以上継続したと上記高圧力状態判断部が判断したとき、上記レール圧が上記第１の設定値以下となるように、上記燃料の供給量を制御するレール圧低下制御部とを有しており、
前記第２の時間は前記第１の時間よりも短く設定されることを特徴とするエンジン。
請求項１に記載のエンジンにおいて、
上記エンジンの回転速度を検出する回転速度検出器を備え、
上記レール圧上昇制御部は、上記回転速度検出器が検出したエンジンの回転速度と、上記インジェクタからの燃料の噴射量とに基づいて、上記レール圧がエンジンの回転速度とインジェクタの燃料の噴射量とで予め定められた第２の設定値になるように、上記燃料の供給量を制御することを特徴とするエンジン。