JP7211927B2

JP7211927B2 - ディーゼルエンジン

Info

Publication number: JP7211927B2
Application number: JP2019208438A
Authority: JP
Inventors: 亮太木村; 一成辻野
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2039-11-19
Also published as: JP2021080871A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに関し、詳しくは、負荷解除後のエンジン実回転数の整定時間が短くなるディーゼルエンジンに関する。

従来、燃料噴射ポンプと、メカニカルガバナと、電子ガバナを備え、メカニカルガバナは、燃料噴射ポンプの燃料調量ラックのラック位置の増量限界を定め、定格回転数を超える超定格回転領域では、ドループ制御特性に基づいて増量限界を画し、電子ガバナは、増量限界よりも燃料減量側で、アイソクロナス制御特性に基づいて、ラック位置を制御するように構成された、ディーゼルエンジンがある(例えば、特許文献１参照)。

特開２０００－４５７９８号公報(図１(Ａ)，図２参照)

《問題点》負荷解除後のエンジン回転数の整定時間が長くなることがある。
特許文献１のエンジンでは、超定格回転領域で、負荷解除後のエンジン実回転数の整定時間が長くなることがある。

本発明の課題は、負荷解除後のエンジン実回転数の整定時間が短くなるディーゼルエンジンを提供することにある。

本願発明の主要な構成は、次の通りである。
図１に例示するように、電子ガバナ(３)は上限制限マップ(３ｂ)を備え、図２に例示するように、超定格回転領域では、増量限界(２ａ)を超える電流値の上限が、上限制限マップ(３ｂ)(図１参照)に入力された上限制限値(３ｃ)に制限されるように構成されている、ことを特徴とするディーゼルエンジン。

本願発明は、次の効果を奏する。
《効果》負荷解除後のエンジン実回転数の整定時間が短くなる。
図２に例示するように、増量限界(２ａ)を超える電流値の上限が上限制限値(３ｃ)で制限されるため、図３(Ａ)に例示するグラフ(実線)のように、負荷解除(１０)後のエンジン実回転数の整定時間(Ｔ０)が短くなる。

本発明の実施形態に係るエンジンの燃料調量装置の模式図である。図１の装置のエンジン実回転数とラック位置と電流値のグラフである。図３(Ａ)は図１の装置の制御によるエンジン実回転数のタイムチャート、図３(Ｂ)は図１の装置の制御による積分値のタイムチャートである。

図１～図３は、本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンを説明する図で、この実施形態では、立形の多気筒ディーゼルエンジンについて説明する。

図１に示すように、このディーゼルエンジンは、燃料噴射ポンプ(１)と、メカニカルガバナ(２)と、電子ガバナ(３)を備えている。
メカニカルガバナ(２)は、燃料噴射ポンプ(１)の燃料調量ラック(１ａ)のラック位置の増量限界(２ａ)(図２参照)を定め、図２に示すように、定格回転数を超える超定格回転領域では、負荷投入(９)により、ラック位置が増量側に移動するにつれて、エンジン実回転数が低下するドループ制御特性に基づいて増量限界(２ａ)を画する。

図１に示すように、電子ガバナ(３)は、アクチュエータ(３ａ)を備え、図２に示すように、前記増量限界(２ａ)よりも燃料減量側で、負荷変動に拘わらずエンジン実回転数を一定のエンジン目標回転数(ＴＲ)に維持するアイソクロナス制御特性に基づいて、ラック位置を制御し、負荷投入(９)時には、ＰＩＤ制御またはＰＩ制御で、アクチュエータ(３ａ)に印加する電流値を上昇させ、ラック位置を増量側に移動させるように構成されている。

図１に示すように、電子ガバナ(３)は上限制限マップ(３ｂ)を備え、図２に示すように、超定格回転領域では、前記増量限界(２ａ)を超える電流値の上限が、上限制限マップ(３ｂ)(図１参照)に入力された上限制限値(３ｃ)に制限されるように構成されている。

図２に示すように、このエンジンによれば、増量限界(２ａ)を超える電流値の上限が上限制限値(３ｃ)で制限されるため、図３(Ａ)に示すグラフ(実線)のように、負荷解除(１０)後のエンジン実回転数の整定時間(Ｔ０)が短くなる。

その理由は、次のように推定される。
図２に示すように、超定格回転領域で、所定のエンジン目標回転数(ＴＲ)に設定された電子ガバナ(３)による制御中、負荷投入(９)により、エンジン実回転数が低下し、アクチュエータ(３ａ)に印加される電流値が上昇し、矢印のように、ラック位置がアイソクロナス制御特性に基づいて増量側に移動する。さらに、ラック位置が増量側に移動してメカニカルガバナ(２)で定められた増量限界(２ａ)に達すると、メカニカルガバナ(２)による制御が支配的となり、ドループ制御特性に基づいて、エンジン実回転数は低下し、エンジン目標回転数(ＴＲ)とエンジン実回転数との回転数偏差(１１)が生じるため、アクチュエータ(３ａ)に印加される電流値はラック位置の増量限界(２ａ)を越えて、ラック位置の調量とは無関係に上昇する。

このような場合、図２に示すグラフ(二点鎖線)のように、増量限界(２ａ)を越える電流値の上限に特別な制限が無い従来品では、アアクチュエータ(３ａ)の増量作動限界値まで電流値が上昇し、その電流上昇時間が長くなるため、図３(Ｂ)に示すグラフ(二点鎖線)のように、積分上昇値(Ｒ１)が高くなり、図３(Ａ)に示すグラフ(二点鎖線)のように、負荷解除(１０)後の積分値のキャンセルに時間がかかり、エンジン実回転数が大きくオーバーシュートし、負荷解除(１０)後のエンジン実回転数の整定時間(Ｔ１)が長びく。

これに対し、本実施形態では、図２に示すように、増量限界(２ａ)を超える電流値の上限を上限制限値(３ｃ)で制限したため、電流上昇値が低くなり、その電流上昇時間が短くなるため、図３(Ｂ)に示すグラフ(実線)のように、積分上昇値(Ｒ０)が低くなり、図３(Ａ)に示すグラフ(実線)のように、負荷解除(１０)後の積分値のキャンセルに時間がかからず、実回転数のオーバーシュートが小さく、負荷解除(１０)後のエンジン実回転数の整定時間(Ｔ０)が短くなる。

図１に示すように、メカニカルガバナ(２)は、ガバナレバー(４)と、最高回転数設定位置で固定されたアクセル操作手段(５)と、ガバナレバー(４)とアクセル操作手段(５)の間に架設されたガバナスプリング(６)と、ガバナレバー(４)に連携されたガバナ力発生手段(７)を備えている。
電子ガバナ(３)は、アクチュエータ(３ａ)と、アクチュエータ(３ａ)を制御する電子制御装置(８)を備えている。
このエンジンは、ガバナレバー(４)とアクチュエータ(３ａ)で燃料調量ラック(１ａ)を燃料増量側でそれぞれ受け止めるように構成され、図２に示す超定格回転領域では、上限制限マップ(３ｂ)に入力された上限制限値(３ｃ)に基づいて、図１に示すガバナレバー(４)で受け止められた燃料調量ラック(１ａ)からのアクチュエータ(３ａ)の出力部(３ｅ)の離間距離(３ｄ)が制限されるように構成されている。

このエンジンによれば、図２に示す超定格回転領域では、図１に示すガバナレバー(４)で受け止められた燃料調量ラック(１ａ)からのアクチュエータ(３ａ)の出力部(３ｅ)の離間距離(３ｄ)が短くなり、負荷解除(１０)後の出力部(３ｅ)の戻りが早く、ラック位置を速やかに燃料減量側に戻すことができ、図３(Ａ)に示すグラフ(実線)のように、負荷解除(１０)後のエンジン実回転数の整定時間(Ｔ０)が短くなる。

図１に示すように、燃料噴射ポンプ(１)は、列形のプランジャ式燃料噴射ポンプで、燃料調量ラック(１ａ)の燃料増減方向のラック位置の移動で、プランジャ(１２)の斜め溝(１２ａ)とバレル(１３)の逃げ孔(１３ａ)の周方向の相対位置を調節し、燃料噴射量を調節する。
プランジャ(１２)はタペット(１４)を介して燃料噴射カム(１５)で昇降駆動される。

図１に示すように、メカニカルガバナ(２)のアクセル操作手段(５)は、アクセルレバーである。ガバナレバー(４)には、ガバナスプリング(６)から燃料増量側に向かうバネ力(６ａ)が作用する。ガバナ力発生手段(７)は、クランク軸(１６)で回転駆動される遠心式ガバナウェイト(７ａ)とガバナスリーブ(７ｂ)を備え、エンジン実回転数が上昇すると、遠心式ガバナウェイト(７ａ)が拡角し、ガバナスリーブ(７ｂ)のスライドを介してガバナレバー(４)に燃料減量方向に向かうガバナ力(７ｃ)が作用する。ガバナレバー(４)は、付勢バネ(１７)の付勢力(１７ａ)で燃料増量方向に付勢された燃料調量ラック(１ａ)を燃料増量側から受け止め、ガバナスプリング(６)からのバネ力(６ａ)と、ガバナ力(７ｃ)との不釣り合い力で揺動するガバナレバー(４)でラック位置を制御し、ラック位置の増量限界(２ａ)(図２参照)を定める。

図１に示す電子ガバナ(３)の電子制御装置(８)は、エンジンＥＣＵである。ＥＣＵは、電子制御ユニットの略称で、マイコンが用いられている。
アクチュエータ(３ａ)には、リニアソレノイドが用いられている。リニアソレノイドは、アクチュエータ本体(３ｆ)から出力部(３ｅ)を突出させたもので、印加される電流値が増加するにつれて、出力部(３ｅ)はアクチュエータ本体(３ｆ)に大きく引き込まれる。出力部(３ｅ)には出力ロッドが用いられている。
上限制限マップ(３ｂ)は、電子制御装置(８)に内蔵された記憶部に記憶されている。記憶部には、フラッシュメモリ、Ｐ－ＲＯＭ、ＥＰ－ＲＯＭ、Ｅ２Ｐ－ＲＯＭ等の不揮発性メモリが用いられる。

図１に示すように、電子制御装置(８)には、アクセルペダル(１８)の踏み込み位置からアクセル開度を検出するアクセルセンサ(１８ａ)と、クランク軸(１６)のフライホイール(１９)に設けられた回転検出ディスク(２０)の全周に設けられた鋸歯状突起の通過を検出する回転検出センサ(２０ａ)が連携され、アクセル開度の検出に基づくエンジン目標回転数(ＲＴ)(図２参照)と、回転検出センサ(２０ａ)の検出に基づくエンジン実回転数の回転数偏差(１１)(図２参照)を小さくするように、アクチュエータ(３ａ)でラック位置を制御する。

図１に示すアクチュエータ(３ａ)は、負荷投入(９)によりラック位置がメカニカルガバナ(２)で定められた増量限界(２ａ)(図２参照)に達するまでは、付勢バネ(１７)で燃料増量方向に付勢された燃料調量ラック(１ａ)を燃料増量側から出力部(３ｅ)で受け止め、ラック位置を制御するが、図２に示すラック位置が増量限界(２ａ)に達した後もエンジン実回転数が低下すると、アクチュエータ(３ａ)(図１参照)に印加される電流値はラック位置の増量限界(２ａ)を越えて上昇し、図１に示す出力部(３ｅ)はアクチュエータ本体(３ｆ)側に引き込まれ、出力部(３ｅ)はガバナレバー(４)で受け止められている燃料調量ラック(１ａ)から離間する。
図２に示すように、上昇する電流値は、上限制限マップ(３ｂ)(図１参照)に入力された上限制限値(３ｃ)に制限される。上限制限値(３ｃ)は、エンジン目標回転数が定格回転数側から無負荷最高回転数側に増加するにつれて、次第に小さくなる。

(１)…燃料噴射ポンプ、(１ａ)…燃料調量ラック、(２)…メカニカルガバナ、(２ａ)…増量限界、(３)…電子ガバナ、(３ａ)…アクチュエータ、(３ｂ)…上限制限マップ、(３ｃ)…上限制限値、(３ｄ)…離間距離、(３ｅ)…出力部、(４)…ガバナレバー、(５)…アクセル操作手段、(６)…ガバナスプリング、(７)…ガバナ力発生手段、(８)…電子制御装置、(ＴＲ)…エンジン目標回転数。

Claims

燃料噴射ポンプ(１)と、メカニカルガバナ(２)と、電子ガバナ(３)を備え、
メカニカルガバナ(２)は、燃料噴射ポンプ(１)の燃料調量ラック(１ａ)のラック位置の増量限界(２ａ)を定め、定格回転数を超える超定格回転領域では、負荷投入(９)により、ラック位置が増量側に移動するにつれて、エンジン実回転数が低下するドループ制御特性に基づいて増量限界(２ａ)を画し、
電子ガバナ(３)は、アクチュエータ(３ａ)を備え、前記増量限界(２ａ)よりも燃料減量側で、負荷変動に拘わらずエンジン実回転数を一定のエンジン目標回転数(ＴＲ)に維持するアイソクロナス制御特性に基づいて、ラック位置を制御し、負荷投入(９)時には、ＰＩＤ制御またはＰＩ制御で、アクチュエータ(３ａ)に印加する電流値を上昇させ、ラック位置を増量側に移動させるように構成され、
電子ガバナ(３)は上限制限マップ(３ｂ)を備え、超定格回転領域では、前記増量限界(２ａ)を超える電流値の上限が、上限制限マップ(３ｂ)に入力された上限制限値(３ｃ)に制限されるように構成されている、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
請求項１に記載されたディーゼルエンジンにおいて、
メカニカルガバナ(２)は、ガバナレバー(４)と、最高回転数設定位置で固定されたアクセル操作手段(５)と、ガバナレバー(４)とアクセル操作手段(５)の間に架設されたガバナスプリング(６)と、ガバナレバー(４)に連携されたガバナ力発生手段(７)を備え、
電子ガバナ(３)は、アクチュエータ(３ａ)と、アクチュエータ(３ａ)を制御する電子制御装置(８)を備え、
ガバナレバー(４)とアクチュエータ(３ａ)で燃料調量ラック(１ａ)を燃料増量側でそれぞれ受け止めるように構成され、超定格回転領域では、上限制限マップ(３ｂ)に入力された上限制限値(３ｃ)に基づいて、ガバナレバー(４)で受け止められた燃料調量ラック(１ａ)からのアクチュエータ(３ａ)の出力部(３ｅ)の離間距離(３ｄ)が制限されるように構成されている、ことを特徴とするディーゼルエンジン。