JPS5923041A - デイ−ゼル機関の筒内最高圧自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ディーゼルエンジンにおける燃料噴射開始時
期を燃料性状や負荷売件１機関室湿度等の運転条件の変
化に応じて最適な時期に自動的に制御するととＫより、
筒内最高圧を最良の値に調整する、［うにし／こ）′イ
ーゼル機関のｆ？１］内〕゛１４高圧自動ｆｌｔｌ抹１
１装置に関１″るものである。

ディーゼルエンジンにおいテノ、子の使用燃料の性状あ
るいは負荷条件等の運転条件の変化ｌ／ｃ応じて燃料の
噴射開始時期を変更し、でｆｇ＋内最内圧高圧良の値に
調整する必要性が多々生じる。例えば、燃料をへ重油か
ら＋１・状の悪いｃ　１２油に変えた場合には筒内最高
圧が低下して燃第１消費率が増加するだめ、燃料噴射開
始時期をへ重油の場合に比べて卯月にして筒内ＩＣ↓高
圧を高くする必要がある。まだ、機関室の温度が上昇し
で吸気温度が上昇するど、筒内最高圧が低下して燃料消
費率が増加するため、燃料噴射開始時期を早くして筒内
最高圧を高くする必要がある。

そこで、従来において第１図に示すような構造により、
燃料噴射開始時期を所望の時期ＫＭ周整し得るようにし
た燃料噴射時期変更装置が本願と同一出願人によって提
案されている。すなわち、スピルボート１から吸込んだ
燃料がプランジ−ｖ２によって圧縮されてＩ（射弁３に
送り出される通路４に分岐通路５を設け、この分岐通路
５を副シリンダ６のシリンダ頭に接続し、かつ副シリン
ダ６内のピストン７にはシリンダ頭に向けてバネ８を課
し、さらにピストンＩの後部にはストッパネジ９を前部
し、このストッパネジ９の位［６，をラックとピニオン
の機構を利用したＥ整しバー１０によって図の左右方向
に変化させるようにしだものである。

この装置によれば、プランジャ２が燃料カム（図示せず
）の動きに従って圧縮行程に入ると、ンリンダ室１１内
の燃料の圧力が上昇し始めるため、ピストンＩはその圧
力を受けてバネ８を押えつけながら図の左方向へストッ
パネジ９に当るまで移動１′る。そしｒ１　この状態か
らプランジャ２による溶料のＩＦ力がさらに」−列して
噴射ポンプ３の開弁圧を越えると燃１［・１噴射が行な
われるようになる。従つ゛〔、ピストン７が第２図に詳
しく示すように行程（ｌだり動く間、燃料噴射開始時期
が遅れ７ｏこノニになる。ｉｌＹ゛１）て、ピストンＩ
の行程をストッパネジ９のｒ１ｙ置の調整によって変え
ることにより、燃料の噴射開始時期をｔ９ｉ望の時間に
変えることができる。

しかし２、この従来装［トイにおいては副シリンダ内の
ピストンの行イｌｊｌ容積を手！ｉ！Ｊｌ／Ｌｃ、１：
つてｖ１１整し、こＪ［にＪ、つて燃料１負躬聞始時期
を変えるものであＺ）だめ、燃料性７１にの変化、負荷
条件の変化などに応じて副シリンダ内のピストンの行程
容積をぞの都度手動調整１２なりＪ’１．　ｋｌ’　′
Ａ：らず、調整に時間がかかるど同時に面則であり、」
だ個人差によるばらつきが生じて信頼性が悪いという欠
点があ２）。

本発明シー１このような欠点に鑑、グなされ／こもので
、その目的は燃料１′：１状や機関室温＋Ｗなどの運軌
条１’ｌ：の変化に応じて筒内最高圧を迅速に、しかも
高精度で自動的に最適な値に調整できるようにしたディ
ーゼル機関の筒内最高圧自動制御装置１６′を提供する
ことにある。

このだめに本発明は、燃料性状や負荷条件が変わると、
機関回転数、平均有効圧、圧縮終り時の筒内圧、筒内最
高圧が変化することｖｃＨ目し、これらｉを全て逐次検
出し、検出した機関回転数、平均有効１ト、圧縮終り時
の筒内圧のそれぞれに対して機関の熱効率が最良となる
ような筒内最高用の目標値を発生させ、このうち機関回
転数および平均有効圧に対する筒内最高圧の目標値を機
関室温度に応じて補ｉ１Ｅした後、この補正された２つ
の目標値と圧縮終り時の筒内圧に対する筒内最高用−の
目（４月面とのうち最小の目標値と筒内最高ＩＴ−の検
出値との偏差に応じて燃料噴射開始時１υ１を制御し１
、これによって筒内最高圧が最良の熱効率の状態に対応
するようにしたものである。

以下、図示する実施例に基づき本発明を８１′＝細Ｖこ
Ｈｌ）、明する。

ディジタル演算処理装置１イを利用して（１・ｖ成した
１４６合の一実ＭＮ例を示すブロック図である。同図に
おいて、３１１（Ｉ：ＪニブログジノＮメモリ３１に予
め記憶されたプログラムに従って最適な燃料噴射開始時
期を決定するだめの演算処理を行なう演算処理装置、３
２は酸１処理装置３０における演３？°途中の演算結果
等を一時記憶するランダムアクセスメモリ、３３は燃料
噴射開始時期の制御に必要な各種の命令「ｔトセ数値デ
ータ等を入力するギーボード、３４は平均有効圧を算出
するだめの連接棒長さやクランク平径などの定数データ
を予め記憶すると共に、機関の現在の運転条件における
回転数、平均有効圧および圧縮終り時の筒内圧のそれぞ
れに対し熱効率が最良どなる筒内最高圧の目標値等のデ
ータを予め記憶している定数メモリ、３５は筒内圧など
の名ｆｊＪｉ−ヒジザの出力信号を演算処理装置３０に
転送する入力回路である。この鴨合、入力回路３５は各
種センサの出力信号がアナログ信号の場合にｔ；ｔ：　
該アナログ信号をディジタルデータに変換しての出力信
号を演算処理装置３０に転送ずべきかは装＃３０によっ
て指示される。

３６は機関の回転数を検出するだめの回転マークセンサ
であって、第４図の外観図に示すように、機関の回転軸
に結合された回転体４７に設けられプこ回転マーク４８
を電磁的あるいし、ｌ、光学的に検出するセンサによっ
て構成され、ここでは回転マーク４８をピストンの」二
死点に対応する位置に設け、ピストンが上死点に達する
たびに所定パルス幅の回転マーク信号ＲＭを取り出し、
この信号１’ｔＭを信号ライン４９を介して本体部４５
の入力回路３５に供給するように構成されている。従っ
て、演算処理装置３０はこの回転マーク信号ＲＭをサン
プリングし、所定時間内における該信号ＲＭの発生回数
あるいは発生周期を計測することにより、機関の現在の
回転波Ｎを知ることができる。また、回転マーク信号Ｒ
Ｍの周期を計測し、その計測値を３６０等分することに
より、クランク角度を１度幣位で知ることができる。

３７は機関の筒内圧を検出する筒内圧センサであって、
シリンダ内に設けられ、その出力信号Ｐｃｏｉｌｉ信号
ライン５０を介して本体部４５０入力回路３５に入力さ
れる。従って、演１′）処１１１１装ｆｆｉ？３０は、
この筒内圧検１ハイパＩ−ｉｉ）ｃｏを高速で−リング
リングＩ／、クランク角度を表わすデータど夕・Ｊ比す
ることにより、圧縮長り時の筒内圧Ｐｃを知ることがで
きる。掴：だ、行程容積の変化に１゛１６つで変化する
ｆｉ’ｊ）内圧検出信号ＰＣＯを下死点から次の下死点
に到る−までの間積分することにより、平均有効圧Ｐｌ
を知ることができる。さらに、筒内圧検出信弓Ｐｃｏを
微分することＫより、現在の′￥？ｊ内最高内命高圧こ
とができる。

この場合、ピストンが上死点に達しだ後の燃焼によるｆ
）５内圧のｊ・ｊ１シ気時の筒内圧とＶ、ｊ、非？にに
大きな差があり、単一・の圧カセンザによってこの、し
うな大きな圧力範囲に亘る筒内圧を所定の分８ｇ１′能
で精度良く検出することは困難である／ζめ、実際には
ピストンの上死点および下死点近傍の２箇所に圧カセン
ザを設け、所定のクランク角度を境界にして２つの圧力
センサを使い分け、これによって筒内圧を精度良く検出
できるように構成されている。

３８は掃気圧を検出する掃気圧センサであって、掃気［
」の内部に設けられ、その出力信号Ｐ８は信号ライン５
１を介して本体部４５の入力回１＋ｌｌ８ｉ３５に入力
される。

３９し１、機関室の温度を検出する機関室温センサであ
って、その検出温度信号りは入力回路３５に入力される
。

次に４０は第１図に示したような機構により、燃料の噴
射開始時期を副シリンダ内のピストンの行程容積の可変
によって制御する噴射時期制御アクチュエータでＪ〉る
。なお、このアクチニ１．エータ４０における副シリン
ダは燃料ポンプ５２．！ニ一体に組込まれるものである
が、ここで（／ｊ副シリンダお」：びピストン、ストッ
パネジ、ピニオンとラック機構など燃料噴射開始時期の
変更に積極的に関与する部分を噴射開始時期制御アクチ
ュコーーータと定義する。

４１けアクチュエータ４０におけるラツクノく−５４を
第４図の矢印Ａに示す方向に移動させてストッパネジ５
５の位置を移動さぜるモータ、４２はこのモータ４１を
燃料噴射開始時期の変更ｆｔ１ｔｊＩ応じて回転さぜる
モータ制能１ロ路、４３に１、ラツクノ仁−５４の現在
位１１りを検出する位１１イヒン′す′であり、その出
力信号は４１１号ライン５６を介し−ご本体部４５の入
力回路３５に入力される。。

なお、第４図において、５７　ｋｌ油圧管制によって排
気弁の開弁ｆｌｌｌｌｉｌｌを行なうだめの油圧管であ
り、５８は排気管、５１１アキユムレークである。

第５図目〜以上の構成においで実行される筒内最高圧の
制御のかめの名オｊロ演１７処：Ｉ’！ｌの流ＪＬを示
す図である。以−ト、この第５図Ｗ従って第３図の構成
による筒内最高圧自即１制御免心゛の動作を説明する。

１ず、演算処理装置３０はステップ１０００回転数検出
処理におい−〔回転マークセンサ３６の出力信号Ｔ’ｔ
Ｍに基づき（・（！ヲ関の〕ｎ在の回転数１４を検出す
る。！／こ、ステップ１旧のクランク角度」Ｆ出処理に
おいてＩｊｊ１転マークセンザ３ｆｉの出力（ｉｉ　ｌ
＋１１Ｍに基づきクランク角Ｉνを順次）’？’ｌｌ四
−る。この後、演↓９処理装（θ３０　）；ｉステップ
１０２の１「細路り筒内圧検出処理において、クランク
角度算出処ｐｆ１によって１ツ１１胃＼れたクランク角
度が圧縮線りのクランク角度になった時、筒内圧センサ
３７によつ°て検出された筒内圧Ｐｃｏによって圧縮線
り１１！Ｊの筒内ｒＪ：、Ｐｃを検出する。次に、演算
処理装置ρ３０はステップ１０３の筒内最高１Ｆ算出処
理しこおいで、筒内圧−にンーリ゛３７によって検出さ
れた筒内圧Ｐｃｏを微分して拓）内圧Ｐｃｏの増加率が
正から負の値へ変化する圧を筒内最高圧Ｐ＋ｎｘｂどし
て検出する。

このようにして圧縮線り時の筒内圧Ｐｃおよび筒内最高
圧Ｐｍｘｂが検出されるが、演算処理装置３０はステッ
プ１０４においてクランク角度が１゜進む毎に平均有効
圧Ｐｉのη゛出処理を行なう。すなわち、）寅ｑ処理装
僅３０はピストンが下死点から次の下死点に紋るまでの
１′す゛イクルの間、クランク角度算出処理においてｌ
１ｌｔ’ｉ次算出されるクランク角度１°進む毎に筒内
圧センサ３Ｔに１１：り検出した筒内圧Ｐｃｏと、定数
メモリ３４に予め記憶された連接棒長さ等の定数とに基
づき、 ・・・・・（２） で示される演算式の演初処理を実行して平均有効圧ｐｔ
をη出する。

なお、第（２）式においてθはクランク角度（０“−〜
３６０°）、１は連接棒長さ、ｒはクランク半径を表わ
す。この場合、筒内圧センサ３７によって検出された筒
内圧Ｐｃｏは相対圧を表わすものであるだめ、掃気圧Ｐ
８が加算されて絶対圧を示す値に変換され、この絶対圧
化された筒内圧の検出値圧よって平均有効圧Ｐｉが算出
される。

次に、演算処理装置＃、３０はステップ１００において
検出した現在の回転数Ｎに対しエンジンの熱効率が最良
となるような筒内最高圧の目標値Ｐｍｘ　（Ｎ）をステ
ップ１０５の第１の目標値発生処理により定数メモリ３
４から発生させる。同様にして、ステップ１０４におい
て算出した現在の平均有効圧ｐｉに対しエンジンの熱効
率が最良となるような筒内最高圧の目標値Ｐｍｘ（Ｐｉ
）　　をステップ１０６の第２の目標値発生処理によυ
定数メモリ３４から発生させる。また、ステップ１０２
において検出し７た現在の圧縮線り筒内圧Ｐｃに対しエ
ンジンの熱効率が最良となるような筒内最高圧の目標値
Ｐｍｘ（Ｐｃ）をステップ１０７の第３の目標値発生処
理により定数メモリ３４から発生させる。

次に演算処理装置３０はステップ１０８の補正係数発生
処理において、機関室温センサ３９によって検出された
機関室温ｔに応じて前記目標値Ｐｍｘ（ハ）およびＰｍ
ｘ　（Ｐｉ　）を補正するだめの補正係数Ｋｔを定数メ
モリ３４から発生され、ステップ１０９および１１００
乗算処理において目標値Ｔ’ｍｘ　（Ｎ）およびＰｍｘ
　（、円）に対して補正係数Ｋｔを乗算することＫよっ
て補正する。

この後、演算処理装置３０はステップ１１１の最小値選
択処理において、補正された目標値Ｋｔ・Ｐｍｘ　（ｔ
Ｊ）およびＫｔ−Ｐｒｎｘ（円）と第３の目標値Ｐｍｘ
（Ｐｃ）との３つの目標値のうち最小値を選択し、この
最小値を現在の；１（軌条件（負荷１機関室温度および
燃料性状）において熱効率を最良とするだめの筒内最高
圧の目標値Ｒｎｘａとして決定する。

すなわら、一般にディーゼルエンジンにおいては、機関
室温度が所定温度であり、かつ全負荷時および規定の性
状の燃料を使用し”Ｃいる時のみ、イぢ１内最高圧を許
容限界まで高くして熱効率が最大となるように燃料噴射
時期を設定しているため、部分負荷時や性状の悪い燃料
を使用した場合、あるいＶｌ、機関窄温度が」二荷しだ
」わ合には筒内最高圧。

平均有効圧が低下し、熱効率も低下するようになる。そ
こで、ここでし、１回転数Ｎ、平均有効圧Ｐｌを現在の
運軌条ｆ’ｌ：を表わす因子としで検出し、これらの囚
イにより筒内最高圧がエンジンの股引上許容される範囲
内で、熱効率が最良となる圧まで高＜カ２）ように燃旧
噴４」開始時期を制御するため、回転数Ｎおよび平均有
効ＩＥ　Ｐ　ｉをそれぞれパラメータとする筒内最高圧
の目標値ＰＩＴＩＸ　（ｊＪ）　＋　Ｐｍｘ（円）を発
生させる。同時に、現在の機関室温度を検出し、機関市
温度が上列するに従って前記目標値Ｐｍｘ　（Ｎ）およ
びＰｍｘ（Ｐｉ）　　を大きな値どするように補正する
。一方、現状のディーゼルエンジンにおい−Ｃ筒内最高
圧の限界は機械的強度等の理由により、圧細路り時の筒
内圧のほぼ１．６倍程度以下に抑える必をがあるだめ、
圧細路り時の筒内圧Ｐｃを検出し、この筒内圧Ｐｃにお
いて許容される筒内最高圧の目標値（限界値）　Ｉ、：
ｍｘ（Ｐｃ）　　を発生させる。

そして、このよりにして発生させた３つの目標値Ｋｔ　
令ＰｍｘＯ１）　、　Ｋｔ　争Ｐｒｎｘ（ＰＩ　）　、
　Ｐｒｎｘ（Ｐｃ）のうち最小値を現在の運転条件にお
いて熱効率を最良とするだめの筒内最高圧の目標値Ｐｍ
ｘ　ａとして決定する。

この場合、回転数Ｎ、平均有効圧Ｐｉ、圧縮細路筒内圧
Ｐｃのそれぞれに対する筒内最高圧の目標値Ｐｍｘ（Ｎ
）　＋　Ｐｍｘ（Ｐｉ）　＋　Ｐｍｘ（Ｐｃ）の関係は
、例えば第６図〜第８図に示すような関係に設定され、
この関係に対応した数値データが定数メモリ３４に予め
記憶されている。なお、第６（２１〜第８図において縦
１１１１および（１１！軸１−、、ｌ全負荷時全１（１
０％として各値を表わしている。

士だ、機関室温度ｔに対する補正係数Ｋｔの関係は、例
えば第９！ゾＩに示すような関係に設定され、この関係
に対応して補正係数Ｋｔが数値データとして定数メモリ
３４に予め記憶されている。

このようにして筒内最高１４３の目標値ＰｍＸａが決定
すると、演算処理装置〃３０はステップ１１２の偏差処
理において筒内最高圧の目標値Ｐｍｘａと現在値Ｐｍｘ
ｂとの偏差を求める。ず寿わぢ、最小値選択処理ＶＣお
いて決定した目標（ｉＩｆ　Ｐｍｘａと、筒内最高圧３
′ψ出処理において１γ出した筒内最高圧の現在値Ｐｍ
ｘｂとの偏差Ｐｄｅｙを求める。これＫより、現在の筒
内最高圧Ｐｍｘｂを変化式ぜるべき増減値がわかる。そ
こで、演算処理装置３０はステップ１１３の噴射開始時
期修正址初−出処理において、第１．０図に示すような
関係に設定され、定数メモリ３４に数値データとして記
憶されている偏差Ｐｄｅｖに対する噴射開始時期修正用
のアクチュエータ位置修正剤データＤＡＰａｄｊに基づ
き、偏差ｐｄｅｖに対応したアクチュエータ位置修正量
ＡＰａｄ　ｊ　を算出する。この後、ラックバ−位置セ
ンサ４３からラックバー５４の現在位置を検出し、この
現在位置が前記修正量ＡＰａｄｊに対応する距断ｔだけ
移動するまでモータ４１を回転させる。これにより、ラ
ックバー５４が移動してアクチュエータ４０内のストッ
パネジ（第１図参照）の位置が移動し、副シリンダ内の
ピストンの行程容積が変更される。

この結果燃料噴射開始時期が変更され、筒内最高圧は目
標値Ｐｍｘａ　Ｋ高められる。すなわち、燃料噴射開始
時期し１１、現在の運転条件における筒内最高圧の目標
値Ｐｍｘ　ａに基づき機関の熱効率が最良となる時期圧
制御される。

この場合、モータ４１の１回転に対する２ツクバーの移
動車１あるいはストツパオ・ジの位置移動量は予め言１
測しておくことができるため、ステップ１１３において
算出しだアクチュエータ位置修正量データＤＡＰａｄｊ
　ｌ／Ｃ対スするモータ４１の回転回数データを定敬メ
モリ３４に予め記憶させておけば、このデータＤＡＰａ
ｄｊに対する回転回数データを読出してモータ４１の回
転回数を割部１することにより、燃料噴射開始時期を目
標とする時期に割体１１できる。このよう産した場合に
はシックバー（ｉ’ｌｌｔセンザ４セン省くことができ
る。

なお、第５図忙おいては目標値Ｐｍｘ（Ｎ）およびＰｍ
ｘ　（Ｐ　ｉ　）　　を乗算処理によって補正している
が、定数メモリ３４に対し所定温度間隔で目標値Ｋｔ・
Ｒｎｘ（Ｎ）　、　Ｋｔ−Ｐｒｎｘ（Ｐｉ）を記憶させ
ておくことＶＣより、第１お、ｌ：び第２の目標値発生
処理１ｏ５゜ＩＯ６にオイテＩ’Ｊ第１１図に示す」：
うに回転数Ｎおよび機関室温度りの両方に応じた目標値
を直接発生することができる。

ところで、以上においてはシリンダが単一のエンジンを
想定して説明したが、実数のシリンダを有するエンジン
においても同様に実施できるものである。また、燃第１
噴射開始時期を制御するアクチュエータには、ビニオン
とラックの機構を用いているが、ストッパネジをモータ
によって直接動かすよう圧しても良い。さらに、マイク
ロコンピュータ等のディジモル演算処Ｊｌｉ装ｆＭ’に
よって各種の演η処理および制御を行なっているが、演
舞：内容に応じた専用の回路を組合せて構成するように
しても良い。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、燃料
性状や負荷条件１機関室温度などの運転条件の変化に応
じて筒内最高圧を最適な時期に迅速に、しかも高精度で
自動的Ｋｌｔ周整することができる。これにより、燃料
消費率の低下を図れるなど優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の燃料噴射開始時ｊυ１変更
装置Ｋｔの一例を示す図、第３図は本発明の一実施例を
示すブロック図、第４図はその外観図、第５図は制御に
用いる各種演算処理の流れを示すフロー図、第６図〜第
１０図は制御に用いる各種定数と変数との関係の一例を
示す図、第１１図は第３図のフロー図の部分的変形例を
示す図である。 ３０・・Ｏ・演算処理装置、３１拳・ｍ−プログラムメ
モリ、３３争・・・キーボード、３４・・・・定数メモ
リ、３５・・・・入力回路、３６・・・・回転マークセ
ンーリ°、３７・・・・筒内圧センソ゛、３Ｂ・・・・
掃気圧センサ、４０・・・・噴射時期制御アクチュエー
タ、４１・・・・モータ、４２・・・・モータ制御回路
、４３・・・・ラックパー位［ＩＸ、センサ、４５・・
・・装置本体部、４７・・・・回転体、５２・１・燃料
ポンプ、５４・會・・ラックバ−１５５・・・・ストッ
パネジ。 （ｉＭ　））１；出願人　三井造船株式会社代Ｊ！［人
　１１１川政何（はが１名）第６図　　　第７図 第８図　　　第９図 第１０図 一一一、偽九Ｐｄｅｖ 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関の回転数を検出する回転数検出手段と、１機関ザイ
   クルにおける平均有効圧を検出する平均有効圧検出手段
   と、圧縮行程終了時の筒内圧を検出する第１の圧力検出
   手段と、１機関ザイクルにおける筒内最高圧を検出する
   第２の圧力検出手段と、機関室温度を検出する温度検出
   手段と、前記回転数および機関室温度の検出値に対する
   尚内圧高圧の目標値を発生する第１の目標値発生手段ど
   、前記平均有効圧および機関室温度の検出値に対する筒
   内最高圧の目標値を発生する第２の［］欅値発生手段と
   、前記圧縮行程終了時の筒内圧の検出値に対する筒内」
   慢高圧の目標値を発生する第３の目標値発生手段と、前
   記３つの目標値のうち最小値と前記筒内最高圧の検出値
   との（θ差を演ｐ、する演３７手段と、この演算手段の
   演η値に応じて燃ネー１１ゾ（射時期を制御する制御手
   段とを備え、運転条件おＪ、び機関室温に応じて筒内最
   高圧を制御するようにしたディーゼル機関の筒内？ＡＩ
   ：高圧自ｍ〕＋制御装置Ｎ。