JPS61232356A - 内燃機関の暖機運転制御装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の始動直後に行なわれる暖機運転の
制御装置に関する。

〈従来の技術〉 暖機運転は、始動直後に機関の温度がある程度上昇する
まで行なわれるものであり、アイドル回転数を通常より
高くして無負荷で機関を運転するいわゆるアイドルアッ
プ制御が一般に行なわれている。アイドル回転数を自動
的に高めに設定するには、機械式ガバナの場合にはアイ
ドルスプリングにワックスペレットを併用する例があり
、また電子制御式ガバナの場合には、冷却水温度によっ
て暖機の進み具合を検出して回転数を制御するようにし
たものが知られている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記の機械式ガバナにおいては、動作が不安定で適切な
暖機運転の実施が困難であり、また電子制御式ガバナは
運転全般について適切な制御が可能となる点で機械式よ
りもすぐれているが、水温センサが必要でコストが高く
つくほか、水温センサが故障すると制御が全くできなく
なってしまうという問題があり、また、冷却水の温度が
必ずしも暖機状態に正確には対応しないため、暖機運転
に時間をかけすぎて燃料を無駄にしたり、騒音を必要以
上に発生させたりする可能性があり、改良の余地があっ
た。

本発明はこのような問題点に着目し、電子制御式ガバナ
において冷却水温度のような間接的な指標によらず、機
関の運転状態から暖機の状態を直接検出し、暖機運転制
御をより適切に行なうことを課題としてなされたもので
ある。

く問題点を解決するための手段〉 上記課題の達成のため１本発明の装置は１機関回転数を
検出する回転数検出手段と、機関回転数の実際値と設定
値とを比較してその差をなくすように機関回転数を制御
する調速手段と、暖機運転時における燃料供給量とその
回転数における暖態時の燃料供給量との差から燃料増加
率を算出する増加率検出手段と、燃料増加率と暖機運転
のためのアイドル回転数との望ましい関係を記憶する記
憶手段と、始動後予め設定した基準値にまで燃料増加率
が低下するまで、前記記憶内容に基づいて燃料増加率に
応じたアイドル回転数を設定して調速手段に対する制御
出力を出す演算手段、とを備えている。

〈作用〉 上記のように構成された本発明の装置は１機関の冷態時
には、出力にロスが生じてその分だけ同じ回転数に対し
て暖態時よりも余分に燃料が必要となるという現象を利
用したものであって、燃料増加率によってこのロス馬力
を検出することにより、ロス馬力の低下状焦から直接に
暖機の進み具合が検出され、暖機運転制御が過不足なく
行なわれる。

〈実施例〉 次に１本発明をディーゼルエンジンに実施した図示の一
実施例について説明する。

第１図の概念系統図において、（１）は機関、（２）は
燃料噴射ポンプ、（３）はラック用アクチュエータ、（
４）はタイマ用アクチュエータ、　（５）（６）は各ア
クチュエータ用の位置センサ、（７）は回転数センサ、
（８）はアクセル位置センサ、（９）はアクセルである
。

機関（１）は、燃料噴射ポンプ（２）の噴射量及び噴射
時期ならびに機関回転数によって機関出力とトルクが決
定される。燃料噴射量は、燃料ラック（第１図には図示
せず）を噴射量調整レバー（１０）を介してリニアソレ
ノイド、ステッピングモータ等を用いたアクチュエータ
（３）によって移動させることにより調整される。また
噴射時期は、プリストロークの変更やカム位相の変更に
より調整さＪｚ。

これらの変更は機械的にあるいは油圧を利用し、タイミ
ング調整レバー（１１）を介してリニアソレノイド、ス
テッピングモータ、電磁弁等を用いたアクチュエータ（
４）により行なう。機関回転数の検出は、例えばカム軸
に取付けた磁性回転体（１２）の凹溝（１３）の動きを
電磁ピックアップからなる回転数センサ（７）で検出す
ることにより行われ、また燃料噴射量は、予めラック位
置と機関回転数による噴射量を測定してお・くことによ
り、アクチュエータ（３）の作動位置を差動トランス等
の位置センサ（５）で検出し、同時に機関回転数を検出
することにより知ることができる。（１４）はノズル、
（１５）は暖機状態モニタである。

（２０）は制御部であり、オペレータの指示に従い機関
の運転状態を制御する。この制御部としてはマイクロコ
ンピュータが用いられており、各種入出力信号の＾／Ｄ
及びＤ／Ａ変換、パルスカウント、パルス出力等への変
換を行うＩ１０制御ＲＯＭ（２１）、制御演算及び入出
力指示を与えルＣＰＵ（２２）、　ＣＰＵ（２２）（７
１制御演算に使用されるＲＡＭ（２３）、制御プログラ
ムを記憶しているプログラムＲＯＭ（２４）、各種の制
御演算に必要な諸データを記憶しているデータＲＯＭ（
２５）等で構成されている。

データＲＯＭ（２５）に記憶されているデータのうちで
本発明に関係するものとしては、各回転数Ｎと最大出力
を規制する最大ラック位置Ｒｍａｘとの関係を定めた付
表１．各回転数Ｎと暖態時の無負荷ラック位ｔｉｆｆｉ
Ｒｉｄｌとの関係を定めた付表２．各回転数における暖
機運転時における燃料噴射量と暖態時の燃料噴射量との
差から求められる噴射量増加率Ｑと、アイドル回転数Ｎ
１ｄｌとの関係を定めた付表３等があり、これらは数表
や演算式の形で記憶されている。

第２図は付表１及び２をグラフ化して示した例であり、
Ａは付表１に対応する最大ラック位置を、Ｂは付表２に
対応する無負荷ラック位置を、Ｃは始動増量制御の場合
のラック位Ｍ（本発明に直接の関係はない）をそれぞれ
示している。また第３図は付表３をグラフ化して示した
例であり、噴射量増加率が大きくなるほどアイドル回転
数が高く設定されている。第４図は、従来の冷却水温度
による暖機運転制御の場合に用いられる冷却水温度とア
イドル回転数との関係を参考のため示したものである。

第５図は本発明の制御における噴射量増加率を説明する
ための図であり、第２図のうち、暖機運転制御が適用さ
れる回転数の領域だけを拡大して示したものに相当する
。ここでＤは暖機運転時の実際のラック位＠Ｒｉｄｌ’
　の線であり、設定されたアイドル回転数を保つために
燃料噴射を増加させようとするガバナ動作によって、暖
機運転時にはＢ線で示す暖態時の無負荷ラック位置より
も自動的に噴射量が大きくなっている。そしてこのＤ線
の位置は１機関の温度が上昇してロス馬力が減少するに
つれて破線で示すようにＢ線に近付いて行くので１次の
０式でその時の回転数Ｎ　ａｃｔごとに噴射量増加率Ｑ
を計算してロス馬力を知ることにより、暖機状態を判断
できるのである。なおこの０式は、第５図のＤ線がＡ線
とＢ線の間のどこに位置しているかを計算していること
になる。

次に、フローチャートにより制御の手順を説明する。第
６図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）は制御全体の概略を示した
もの、第７図（ａ）及び（ｂ）は本発明の暖機運転制御
の詳細を示したものである。

本発明の暖機運転制御は、噴射量増加率に応じて制御部
（２０）から出力される制御出力によりラック用アクチ
ュエータ（３）を駆動することによって行なわれるが、
まず第６図により全体の制御について説明する。

第６図（ａ）のステップ１で機関が始動時増量制御を受
ける状態にあるかどうかが判定される。ステップ２では
始動時に用いられる基準アイドル回転数Ｎ　ｉｄｌｇを
設定する。ステップ３では実際回転数Ｎａｃｔを検出し
、回転数の実際値Ｎａｃｔ、が始動認識回転数Ｎｏｋよ
り小さければ、燃料増量が必要と判断して目標ラック位
置を第２図のＤ線に示す始動増量ラック位置に設定値し
、また別に記憶されている噴射時期数表により噴射時期
を計算する（ステップ４）。始動認識回転数は始動増量
制御を打切る回転数であり、第２図ではａ点に対応する
１１００ｒｐ−がこれに相当する。

ステップ５は始動増量制御を終る状態であるかどうかを
判定するステップで、終った場合及びステップ３で始動
増量が不要と判断された場合にはステップ６に移り、ス
ロットルの状態に応じて通常の制御に移るか本発明の暖
機運転制御（ステップ８）に移るかが判断される。そし
て通常の制御に移った場合には、ステップ７で暖機状態
モニタ（１５）がオフされる。

ステップ９では１回転数の実際値と付表１から求まる最
大ラック位置、及びアクセル（９）やステップ８によっ
て設定された設定回転数Ｎ５ｅｔ：、等から、目標ラッ
ク位置と目標噴射時期を計算する。以上の手順は一定の
クランク角θ６ごとに行なわれる。

次のステップ１０は、上記の手順によって求められた目
標ラック位置と目標噴射時期が実際に得られるようにア
クチュエータ（３）　（４）を駆動するステップであり
、ステップ１１はアクセル位置センサ（８）でアクセル
位置を読込むステップである。

これらはステップ１〜９よりも短い周期ｔ、及びｔ２で
行なわれる。

このような手順が順次繰返されて、暖機運転制御あるい
は通常運転に対する制御がなされるのである。

次に、ステップ８の暖機運転制御（１）について第７図
（ａ）（ｂ）により説明する。

ステップ８１では、クランク角θ０ごとに回転数の実際
値Ｎａｃｔ（ｉ）とラック位置の実際値Ｒａｃｔ（ｉ）
を検出して回転数の実際値と設定値との誤差Ｎ　ｄｅｗ
を求め、ラックの移動量Ｒｄｅｖ＝　Ｆ　（Ｎｄｅｖ）
を計算し、ラック用アクチュエータ（３）を駆動する。

このＦ（Ｎｄｅｖ）は誤差Ｎ　ｄｅｗに対してＰＩＤ演
、算により移動量を求める関数である。ステップ８２で
は、以上のｍ回の繰返しから制御に用いる回転数とラッ
ク位置の実際値Ｎ　ａｃｔとＲａｃｔを計算する。平均
値を取るのは変動による誤差を少なくするためである。

次のステップ８３では、こうして求めた回転数及びラッ
ク位置の実際値と、付表１及び２から求まる最大ラック
位ｒＩＩＲｍａｘ（Ｎａｃｔ、）及び暖態時無負荷ラッ
ク位置Ｒｉｄｌ（Ｎａｃｔ）を用い、前述の０式により
噴射量増加率Ｑ　（Ｎａｃｔ）を計算し、更にこれと噴
射量増加率の基準値Ｑ　ｗｉｎとをステップ８４で比較
する。Ｑ　ｗｉｎは、噴射量増加率Ｑ（Ｎａｃｔ）がこ
れを下回ったら暖機運転制御を打切ってよいと判断する
基準値であり、Ｑ　（Ｎａｃｔ）がＱ　ｓｉｎより小さ
くなければ暖機状態モニタ（１５）をオンし、小さけれ
ばオフして、オペレータに暖機状態を知らせる。

この基準値は機関の特性等に応じて予め設定された数値
であって、例えば、付表３の噴射量増加率のうち最も小
さいＱ＋がこの基準値Ｑｍｉｎに相当すると見なすこと
もできる。

最後のステップ８５は１以上の手順によって求められた
噴射量増加率Ｑ　（Ｎａｃ七）に応じて、アイドル回転
数Ｎ１ｄｌ（Ｑ）を付表３を使用して計算し、これを設
定回転数Ｎ５ｅｔとして出力することによりアクチュエ
ータ（３）を駆動するのである（ステップ９及び１０）
。

また暖機運転制御（２）は、変速機がニュートラルでな
かった場合に行なわれる制御であり、この時には、アイ
ドル回転数Ｎ１ｄｌを固定したままで暖機運転が行なわ
れる。

本実施例の装置は上述のように動作し、通常運転よりも
高いアイドル回転数で暖機運転が行なわれ、ロス馬力が
なくなると自動的に通常運転に切替えられる。このため
、アイドル回転数の高い暖機運転は必要最小限の期間で
終り、必要以上に燃料を消費したり、騒音を発生したり
するようなことは防止される。またこの実施例では、暖
機状態モニタ（１５）で暖機運転中であることが表示さ
れるので、オペレータは作業開始の時期を知ることがで
き、暖機が終っていないのに作業を始めて機関の寿命に
悪影響を与えるようなことも防止される。

〈発明の効果〉 上述の実施例の説明からも明らかなように１本発明の装
置は、冷却水温度によらず、機関の暖機状態そのものに
正確に対応しているロス馬力を燃料増加率で検出するこ
とによって、暖機運転を行なう期間を制御するようにし
ているので、暖機時間の短縮、青白煙の減少、始動直後
の回転不安定の防止などの、アイドルアップ制御の利点
を満たしながら、アイドルアップに伴う燃料消費の増加
や騒音発生を最小限に抑えることができ、また水温セン
サが不要となるため、信頼性が高くなるとともに制御装
置のコスト低減が可能となるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は機関
回転数とラック位置との関係をグラフ化して示した図、
第３図は噴射量増加率とアイドル回転数との関係をグラ
フ化して示した図、第４図は従来技術における冷却水温
度とアイドル回転数との関係をグラフ化して示した図、
第５図は噴射量増加率の説明図、第６図（ａ）　（ｂ）
　（ｃ）は制御全体の手順の概略を示したフローチャー
ト、第７図（ａ）及び（ｂ）は本発明による暖機運転制
御の手順の詳細を示したフローチャートである。 （１）・・・機関、（２）・・・燃料噴射ポンプ、（３
）・・・ラック用アクチュエータ、（４）・・・タイマ
用アクチュエータ、（７）・・・回転数センサ、（８）
・・・アクセルセンサ、（９）・・・アクセル、　（１
５）・・・暖機状態モニタ、　（２０）・・・制御部、
（２２）・・・ＣＰＵ、　（２５）・・・データＲＯＭ
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関回転数を検出する回転数検出手段と、機関回
   転数の実際値と設定値とを比較してその差をなくすよう
   に機関回転数を制御する調速手段と、 暖機運転時における燃料供給量とその回転数における暖
   態時の燃料供給量との差から燃料増加率を算出する増加
   率検出手段と、 燃料増加率と暖機運転のためのアイドル回転数との望ま
   しい関係を記憶する記憶手段と、 始動後予め設定した基準値にまで燃料増加率が低下する
   まで、前記記憶内容に基づいて燃料増加率に応じたアイ
   ドル回転数を設定して調速手段に対する制御出力を出す
   演算手段、 とを備えたことを特徴とする内燃機関の暖機運転制御装
   置。