KR102157011B1

KR102157011B1 - 엔진 회전수 제어 장치

Info

Publication number: KR102157011B1
Application number: KR1020197023227A
Authority: KR
Inventors: 료스케 시모무라; 료타 이와노; 도모아키 모리타
Original assignee: 얀마 파워 테크놀로지 가부시키가이샤
Priority date: 2017-05-23
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2020-09-16
Also published as: JP6752178B2; WO2018216344A1; EP3633170A4; CN110621863A; EP3633170B1; CN110621863B; JP2018197524A; US10968838B2; US20200232396A1; KR20190100397A; EP3633170A1

Abstract

엔진 회전수 제어 장치 (30) 는, 목표 엔진 회전수 Nm 을 산출하고, 목표 엔진 회전수 Nm 과 엔진 회전수 검출 수단 (24) 에 의해서 검출된 엔진 회전수 Nr 의 엔진 회전수 편차 ΔN 에 기초하여 제 1 PID 게인을 산출하는 제 1 PID 게인 산출 스텝과, 제 1 PID 게인을 냉각수 온도 검출 수단 (1a) 에 의해서 검출된 냉각수 온도 Tw 에 기초하여 보정함으로써 연료 분사 펌프 (2) 의 목표 랙 위치 Rset 를 산출하는 목표 랙 위치 산출 스텝과, 목표 랙 위치 Rset 와 랙 위치 검출 수단에 의해서 검출된 랙 위치 Rr 의 랙 위치 편차 ΔR 에 기초하여 제 2 PID 게인을 산출하는 제 2 PID 게인 산출 스텝과, 제 2 PID 게인을 윤활유온 검출 수단에 의해서 검출된 윤활유온 (펌프유온 Tp) 에 기초하여 보정함으로써 랙 제어 신호 Rfset 를 작성하는 랙 제어 신호 작성 스텝을 실행하고, 랙 제어 신호 Rfset 에 기초하여 랙 위치를 제어하여 엔진 회전수를 제어한다.

Description

엔진 회전수 제어 장치

본 발명은 냉태 (冷態) 시에도 엔진 회전수를 적정하게 제어하는 것이 가능한 엔진 회전수 제어 장치에 관한 것이다.

엔진 회전수를 제어하는 엔진 회전수 제어 장치는, 목표 엔진 회전수와 실제의 엔진 회전수의 편차를 산출하고, 그 편차량에 따라서 엔진 회전수를 증감시키는 파라미터, 예를 들어, 연료 분사량을 변화시켜, 실제의 엔진 회전수를 목표 엔진 회전수에 일치시키는 피드백 제어를 실행한다.

상기한 피드백 제어의 대표적인 수법으로서, PID 제어가 널리 알려져 있다. PID 제어는, 목표치와 실제치의 편차에 비례하여 기기에 입력되는 제어 신호를 변화시키는 비례 동작 (P 동작) 과, 그 편차의 시간 적분치에 비례하여 입력 신호를 변화시키는 적분 동작 (I 동작) 과, 그 편차의 시간 미분치에 비례하여 입력 신호를 변화시키는 미분 동작 (D 동작) 으로 구성되고, 이들 각 동작은 PID 게인에 따라서 실행된다.

상기한 PID 제어를 엔진의 회전수 제어 장치에 적용할 경우, 엔진의 동작이 엔진의 냉난태 (冷暖態) 상태에 영향을 받는 점에서, 엔진의 온도에 따라서 보정 계수를 설정하고, 미리 설정된 PID 게인에 그 보정 계수를 곱하여 보정하고, 보정된 PID 게인을 엔진 회전수 제어에 적용함으로써, 엔진의 온도에 따른 제어를 행하여, 엔진 회전수의 안정성을 향상시키는 것이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 을 참조).

또, 엔진의 냉난태 상태를 검출하여, 보다 미세하게 엔진 회전수 제어 장치의 PID 제어에 반영시키기 위해서, 엔진의 윤활유 온도에 더하여, 냉각수 온도도 검출하고, 그 윤활유 온도와 그 냉각수 온도의 온도 편차에 대응하는 보정 계수를 산출하고, 그 보정 계수를 PID 게인에 곱하여 PID 게인을 보정하여, 엔진 회전수 제어에 적용하는 것도 시도되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 를 참조).

일본 공개특허공보 2009-036180호 일본 공개특허공보 2010-222989호

상기한 특허문헌 1, 2 에 기재된 엔진 회전수 제어 장치에 의하면, 엔진의 냉난태 상태를 엔진 회전수의 PID 제어에 반영시킴으로써, 냉태시에 있어서의 엔진 회전수 제어를 어느 정도 안정시키는 것이 가능해진다. 그러나, 냉태시에 있어서의 엔진의 회전수 제어에 있어서는, 상기한 특허문헌 1, 2 에 기재된 기술에 의해서도 엔진 회전수가 안정되지 않아, 상기 대책으로도 반드시 충분하다고는 할 수 없는 경우가 있었다.

출원인이, 냉태시의 엔진 회전수 제어의 안정성을 더욱 도모하기 위해서 예의 연구를 행한 결과, 연료 분사량의 조량 (調量) 을 연료 분사 펌프의 랙의 동작에 의해서 행하는 경우에는, 당해 랙의 동작 응답성이 엔진의 냉난태 상태의 영향을 받아, 엔진 회전수의 안정성을 혼란케 하는 요인으로 되어 있는 것이 판명되었다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 주된 기술 과제는 엔진의 냉난태 상태와 관계없이, 엔진의 회전수를, 목표로 하는 엔진 회전수에 신속하게 수속시킬 수 있는 엔진 회전수 제어 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 주된 기술 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의하면, 엔진의 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출 수단과, 엔진의 냉각수의 온도를 검출하는 냉각수 온도 검출 수단과, 연료 분사 펌프의 랙 위치를 검출하는 랙 위치 검출 수단과, 엔진의 윤활유 온도를 검출하는 윤활유온 검출 수단을 적어도 구비한 엔진의 엔진 회전수 제어 장치에 있어서,

그 엔진 회전수 제어 장치는,

목표 엔진 회전수를 산출하고, 그 목표 엔진 회전수와 엔진 회전수 검출 수단에 의해서 검출된 엔진 회전수의 엔진 회전수 편차에 기초하여 제 1 PID 게인을 산출하는 제 1 PID 게인 산출 스텝과,

그 제 1 PID 게인을 냉각수 온도 검출 수단에 의해서 검출된 냉각수 온도에 기초하여 보정함으로써 연료 분사 펌프의 목표 랙 위치를 산출하는 목표 랙 위치 산출 스텝과,

그 목표 랙 위치와 그 랙 위치 검출 수단에 의해서 검출된 랙 위치의 랙 위치 편차에 기초하여 제 2 PID 게인을 산출하는 제 2 PID 게인 산출 스텝과,

그 제 2 PID 게인을 그 윤활유온 검출 수단에 의해서 검출된 윤활유 온도에 기초하여 보정함으로써 랙 제어 신호를 작성하는 랙 제어 신호 작성 스텝을 실행하고,

그 랙 제어 신호에 기초하여 그 랙 위치를 제어하여 엔진 회전수를 제어하는 엔진 회전수 제어 장치가 제공된다.

보다 바람직하게는, 그 윤활유온 검출 수단은 연료 분사 펌프에 배치 형성되고, 그 연료 분사 펌프의 윤활유 온도를 검출한다.

본 발명에 의한 엔진 회전수 제어 장치에 의하면, 목표 엔진 회전수를 산출하고, 그 목표 엔진 회전수와 엔진 회전수 검출 수단에 의해서 검출된 엔진 회전수의 엔진 회전수 편차에 기초하여 제 1 PID 게인을 산출하는 제 1 PID 게인 산출 스텝과, 그 제 1 PID 게인을 냉각수 온도 검출 수단에 의해서 검출된 냉각수 온도에 기초하여 보정함으로써 연료 분사 펌프의 목표 랙 위치를 산출하는 목표 랙 위치 산출 스텝과, 그 목표 랙 위치와, 그 랙 위치 검출 수단에 의해서 검출된 랙 위치의 랙 위치 편차에 기초하여 제 2 PID 게인을 산출하는 제 2 PID 게인 산출 스텝과, 그 제 2 PID 게인을 그 윤활유온 검출 수단에 의해서 검출된 윤활유 온도에 기초하여 보정함으로써 랙 제어 신호를 작성하는 랙 제어 신호 작성 스텝을 실행하고, 그 랙 제어 신호에 기초하여 그 랙 위치를 제어하여 엔진 회전수를 제어한다. 이로써, 엔진의 윤활유 온도에 기초하여 랙 위치 편차에 기초하는 PID 게인을 보정하여 엔진 회전수의 PID 제어에 사용함으로써, 연료 분사 펌프의 목표 랙 위치에 대한 랙 위치의 추종성을 향상시킬 수 있어, 엔진 회전수의 실회전수를 목표 엔진 회전수에 쉽게 수속시킬 수 있다.

또한, 윤활유온 검출 수단을 연료 분사 펌프에 배치 형성하여, 연료 분사 펌프의 윤활유 온도를 검출하는 구성으로 함으로써, 연료 분사 펌프의 랙의 동작 응답성에 직접적으로 영향을 주는 연료 분사 펌프의 윤활유 온도를, 엔진의 실(實)윤활유 온도로서 PID 제어에 반영시키기 때문에, 보다 엔진 회전수 제어의 안정성이 도모된다.

도 1 은, 본 발명의 엔진 제어 장치가 적용되는 엔진의 개략도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 엔진에 적용되는 연료 분사 펌프의 사시도이다.
도 3 은, 도 2 에 나타내는 연료 분사 펌프에 배치 형성되는 연료 가압 기구의 내부 구성을 나타내는 개략도이다.
도 4 는, 본 발명에 기초하여 구성되는 엔진 제어 장치가 실행하는 엔진 제어의 제어 플로를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 도 4 에 나타내는 제어 플로를 실행할 때에 참조되는 제 1 게인 맵이다.
도 6 은, 도 4 에 나타내는 제어 플로를 실행할 때에 참조되는 수온 보정 맵이다.
도 7 은, 도 4 에 나타내는 제어 플로를 실행할 때에 참조되는 제 2 게인 맵이다.
도 8 은, 도 4 에 나타내는 제어 플로를 실행할 때에 참조되는 윤활유온 보정 맵이다.

이하, 본 발명에 기초하여 구성된 엔진 회전수 제어 장치에 대해서 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1 에는, 본 실시형태의 엔진 회전수 제어 장치가 적용된 4 기통의 디젤 엔진 (100) 의 개략도가 나타내어져 있다. 이 디젤 엔진 (100) 은, 예를 들어, 승용 농기계 (農機), 승용 예초기 등에 사용되어, 주행용의 동력으로서뿐만 아니라, 탑재된 작업기를 구동시키기 위한 동력원으로서도 이용된다.

디젤 엔진 (100) 은, 엔진 본체 (1) 와, 연료 분사 펌프 (2) 를 적어도 포함하고, 엔진 본체 (1) 에는, 엔진의 냉각수를 냉각시키기 위한 라디에이터 (3) 가 냉각수로 (3a, 3b) 를 개재하여 접속되고, 또한, 연료를 저류하는 연료 탱크 (4) 가, 연료 공급로 (4a), 연료 분사 펌프 (2), 연료 복귀 통로 (4b) 등을 개재하여 접속되고, 오버플로된 연료는, 연료 탱크 (4) 로 되돌려지는 구조로 되어 있다. 또한, 연료 공급로 (4a) 에는, 연료 분사 펌프 (2) 에 연료를 압송하기 위한 피드 펌프가 배치 형성되어 있다 (도시는 생략한다).

엔진 본체 (1) 에는, 4 개의 실린더 (11) (점선으로 나타낸다) 가 형성되어 있고, 각 실린더 (11) 내에는, 상하로 슬라이딩 가능한 피스톤 (12) 이 배치 형성되어 있다. 실린더 (11) 와, 피스톤 (12) 의 상면과, 도시하지 않은 실린더 헤드에 의해서 연소실이 형성되고, 그 실린더 헤드에는, 연료 분사 노즐 (13) 의 선단부가 그 연소실을 향하도록 배치 형성되어 있고, 연료 펌프 (2) 로부터 공급되는 연료가 적절한 타이밍, 예를 들어, 피스톤 (12) 이 압축 상사점 근방에 도달한 타이밍에서 분사된다. 피스톤 (12) 의 상승에 의해서 압축된 고온, 고압의 연소실 공간에 연료가 공급되면, 연료가 자체 착화되어, 피스톤 (12) 를 밀어 내리고, 피스톤 (12) 이 연결된 도시하지 않은 크랭크 샤프트를 회전 구동시킨다. 엔진 본체 (1) 를 구성하는 실린더 블록에는, 엔진의 냉각수 온도 Tw 를 검출하는 냉각수 온도 검출 수단 (이하,「수온 센서」라고 한다) (1a), 및 엔진 본체 (1) 내의 작동부를 윤활하는 윤활유의 온도를 검출하는 윤활유온 검출 수단 (엔진유온 센서) (1b) 이 배치 형성되고, 각각 제어 수단 (30) 에 접속된다. 또한, 상기 연소실 공간에는 흡기 통로, 배기 통로가 접속되지만, 본 발명에서는 발명의 주요부를 구성하지 않기 때문에 도시는 생략하였다.

디젤 엔진 (100) 을 구성하는 연료 분사 펌프 (2) 의 개략 사시도를 도 2 에 나타낸다. 도면에 나타내는 연료 분사 펌프 (2) 는, 엔진 본체 (1) 의 도시하지 않은 크랭크 샤프트에 의해서 캠축 (213) 이 회전 구동됨으로써, 각 실린더 (11) 에 배치 형성된 연료 분사 노즐 (13) 에 연료를 압송하는 소위 열형 (列型) 의 분사 펌프로 이루어지고, 주로 연료 가압 기구 (21) 와, 거버너 기구 (22) 를 포함하여 구성된다. 연료 가압 기구 (21) 및 거버너 기구 (22) 는, 각각, 펌프 케이스 (2a), 거버너 케이스 (2b) 에 의해서 덮여 있고, 펌프 케이스 (2a) 내에는, 디젤 엔진 (100) 의 실린더수와 동일한 수의 연료 가압 기구 (21) 가 구비되고, 거버너 케이스 (2b) 내에는, 연료 가압 기구 (21) 로부터 토출되는 연료를 조량하기 위한 거버너 기구 (22) 가 배치 형성되어 있다. 또, 연료 분사 펌프 (2) 에는, 연료 분사 펌프 (2) 내의 실윤활유 온도를 검출하기 위한 펌프유온 검출 수단 (이하,「펌프유온 센서」라고 한다) (23) 과, 연료 분사 펌프 (2) 의 캠축의 회전 속도로부터 엔진 회전수를 검출하기 위한 엔진 회전수 검출 수단 (이하,「엔진 회전수 센서」라고 한다) (24) 이 배치 형성되어 있다. 연료 분사 펌프 (2) 내부의 작동부에는, 도시하지 않은 배관에 의해서 엔진 본체 (1) 의 내부를 유통하는 윤활유가 공급되고, 연료 분사 펌프 (2) 내를 윤활한 윤활유는 엔진 본체 (1) 로 되돌려진다. 도 2 에 나타내는 연료 분사 펌프 (2) 에서는, 설명의 편의상, 펌프 케이스 (2a) 와 거버너 케이스 (2b) 의 일부를 절취하여, 연료 분사 펌프 (2) 내의 일부가 보이도록 기재되어 있다. 또한, 엔진 회전수 센서는, 상기한 연료 분사 펌프 (2) 에 배치 형성되는 것에 한정되지 않고, 엔진 본체 (1) 의 도시하지 않은 크랭크 샤프트의 회전을 검출하는 것, 연소에 의해서 발생되는 진동을 검출하는 것 등, 주지의 검출 방법을 적절히 채용할 수 있다.

도 2 에 더하여, 도 3 을 참조하면서, 상기 연료 가압 기구 (21) 에 대해서 설명한다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 그 연료 가압 기구 (21) 는, 플런저 (211), 플런저 배럴 (212), 캠축 (213) 등을 포함하는 압송부와, 컨트롤 슬리브 (214), 컨트롤 랙 (이하,「랙」이라고 한다) (215) 으로 이루어지는 조량부로 구성된다.

그 조량부를 구성하는 랙 (215) 은, 거버너 기구 (22) 에 구비된 전기적으로 작동하는 랙 구동 수단 (이하,「랙 액추에이터」라고 한다) (221) 에 의해서 조작되고, 랙 액추에이터 (221) 의 진퇴 부재 (222) 의 동작이 링크 기구 (223) 를 통해 랙 (215) 의 단부에 전달된다. 링크 기구 (223) 의 하단부 (223a) 는 거버너 케이스 (2b) 측에 형성되는 고정축에 축지지되어 있고, 링크 기구 (223) 의 상단부 (223b) 는, 부 (副) 링크 (224) 를 개재하여 랙 (215) 의 단부에 축지지되어 있다. 랙 액추에이터 (221) 의 진퇴 부재 (222) 의 선단부는 링크 기구 (223) 의 대략 중턱부 (223c) 에 축지지되고, 진퇴 부재 (222) 가 진퇴됨으로써, 랙 (215) 이 도면 중에서 화살표로 나타내는 방향으로 구동된다.

연료 가압 기구 (21) 는, 플런저 배럴 (212) 에 형성된 배럴공 (212a) 에 슬라이딩 가능하게 끼워져 삽입된 대략 원통상의 플런저 (211) 를, 플런저 (211) 의 하방에 배치 형성된 캠축 (213) 의 회전에 의해서 상하로 슬라이딩시킴으로써 연료를 압송한다.

플런저 (211) 의 축심 방향의 중도부에는, 플런저 (211) 와 일체로 되어 플런저 (211) 의 축심을 중심으로 회전하는 컨트롤 슬리브 (214) 가 외부에 끼워져 있고, 컨트롤 슬리브 (214) 의 외주에 형성된 피니언 (214a) 과, 플런저 (211) 의 축심 방향에 대해서 직교하도록 배치되는 랙 (215) 이 서로 맞물려 있다. 그리고, 랙 (215) 은, 상기한 바와 같이, 랙 액추에이터 (221) 와 링크 기구 (223) 등을 개재하여 연결되어 있고, 후술하는 엔진 회전수 제어 장치 (30) 로부터의 랙 제어 신호가 구동 디바이스 (25) 에 공급됨으로써 랙 액추에이터 (221) 가 제어된다.

상기한 바와 같이, 랙 (215) 을 조작함으로써 컨트롤 슬리브 (214) 가 회전되고, 플런저 (211) 에 의해서 토출이 개시되는 타이밍과, 토출이 완료되는 타이밍을 변화시킴으로써, 목표로 하는 연료 분사를 가능하게 한다. 랙 액추에이터 (221) 에는, 도면에 나타내는 바와 같이, 거버너 케이스 (2b) 를 개재하여 구동 디바이스 (25) 가 연결되어 있고, 구동 디바이스 (25) 에는 랙 (215) 의 작동 위치를 검출하기 위한 도시하지 않은 랙 위치 검출 수단 (이하,「랙 센서」라고 한다) 및 랙 액추에이터 (221) 에 원하는 구동 전류를 공급하는 드라이버 회로 등이 포함된다. 그 구동 디바이스 (25) 를 작동시켜 랙 액추에이터 (221) 의 작동량이 제어되고, 랙 (215) 을 원하는 위치에 제어하는 것이 가능하다. 또한, 랙 (215) 에 의해서 컨트롤 슬리브 (214) 가 회전됨으로써, 플런저 (211) 에 의해서 연료의 토출이 개시되는 타이밍, 및 토출이 완료되는 타이밍이 변화하는 점에 대해서는, 열형 연료 분사 펌프의 구성으로서 당업자에게 많이 주지된 기술 사항이기 때문에, 그 상세한 것에 대해서는 생략한다.

라디에이터 (3) 는, 디젤 엔진 (100) 에 의해서 데워진 냉각수를 냉각시키는 이른바 열교환기로서, 엔진 본체 (1) 에 배치 형성되고, 도시하지 않은 크랭크 샤프트로부터 나온 회전 구동력에 의해서 회전되는 공랭 팬 (16) 의 송풍에 의해서 내부를 통과하는 냉각수의 열교환이 실시된다. 그 냉각수는, 엔진 본체 (1) 에 배치 형성된 냉각수 펌프 (17) 에 의해서 순환되는 것이고, 라디에이터 (3) 에 의해서 냉각된 후, 엔진 본체 (1) 로 유도하는 냉각수 입구 호스 (3a) 를 통과하고, 냉각수 펌프 (17) 를 통해 엔진 본체 (1) 내부의 도시하지 않은 냉각수 통로로 보내진다. 또, 엔진 본체 (1) 내의 그 냉각수 통로를 통과하여 데워진 냉각수는, 냉각수 펌프 (17) 를 통해 냉각수 출구 호스 (3b) 를 통과하여, 라디에이터 (3) 로 되돌려진다.

냉각수 펌프 (17) 에는, 도시하지 않은 서모스탯이 배치 형성되고, 엔진 본체 (1) 가 냉난태 상태인지 아닌지를 판단하기 위한 임계값이 되는 소정 온도 이하인 경우에는, 냉각수를 라디에이터 (3) 측으로 흘리지 않고 그대로 엔진 본체 (1) 의 냉각수 통로로 되돌리도록 구성되어 있다. 이런 구성에 의해서, 디젤 엔진 (100) 이 냉태 상태인 경우에는, 냉각수가 즉시 데워져 난태 상태로 신속하게 이행되고, 난태 상태로 이행한 후에는, 냉각수 온도는 일정한 온도로 유지된다.

본 실시형태의 디젤 엔진 (100) 은, 대체로 이상과 같이 구성되어 있고, 디젤 엔진 (100) 에 배치 형성되는 엔진 회전수 제어 장치 (30) 가, 디젤 엔진 (100) 의 냉난태 상태에 따른 엔진 회전수의 제어를 실시하는 구성에 대해서, 더욱 상세하게 설명한다.

엔진 회전수 제어 장치 (30) 는, 컴퓨터에 의해서 구성되고, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 연산 처리 장치 (CPU) 와, 제어 프로그램이나 후술하는 맵 등을 격납하는 리드 온리 메모리 (ROM) 와, 각 검출 수단에 의해서 검출한 검출치, 연산 결과 등을 일시적으로 격납하기 위한 읽고 쓰기가 가능한 랜덤 액서스 메모리 (RAM) 와, 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 구비하고 있다 (상세한 것에 대한 도시는 생략한다). 또, 엔진 회전수 제어 장치 (30) 에는, 상기한 수온 센서 (1a), 엔진유온 센서 (1b), 펌프유온 센서 (23), 엔진 회전수 센서 (24), 구동 디바이스 (25), 액셀 페달 (6) 등이 전기적으로 접속되어 있다.

디젤 엔진 (100) 의 엔진 회전수 제어는, 엔진 정지 상태로부터 오퍼레이터에게 키온되어 스타터 모터가 기동되고, 시동 판정 엔진 회전수 (예를 들어, 900 rpm) 에 도달할 때까지의 상태에 적용되는 시동 모드와, 그 시동 판정 엔진 회전수에 도달한 후의 통상 운전에 적용되는 운전 모드로 나누어진다. 또한, 시동 판정 엔진 회전수는, 일반적으로, 운전 모드에 있어서의 목표 아이들 회전수보다 높은 값으로 설정되고, 시동 모드에 있어서는 엔진 회전수의 피드백 제어는 실시하지 않는다.

엔진 본체 (1) 의 연소실 공간에는, 상기한 연료 분사 노즐 (13) 의 근방을 향하도록 도시하지 않은 글로 플러그가 배치 형성되어 있고, 그 오퍼레이터에 의해서 키온되었을 경우, 엔진 본체 (1) 의 수온 센서 (1a) 의 검출치에 따라서, 냉난태 상태를 판정하고, 스타터 모터에 의해서 크랭크 샤프트가 회전되기 전 및 시동 개시 후의 그 글로 플러그의 통전 시간이 제어된다. 또한, 그 글로 플러그에 대해서 전력이 공급되면, 그 표면은 800 ~ 900 ℃ 정도까지 상승된다.

또, 그 시동 모드에 있어서는, 수온 센서 (1a) 의 검출치에 따라서, 연료 분사 시기를 피스톤 (12) 이 상사점에 도달하는 것보다도 소정량 빠른 타이밍으로 설정함과 함께, 연료 분사량의 증량도 도모된다. 그 글로 플러그의 통전 시간, 연료의 분사 개시 시기 및 연료 분사량의 증량치는, 미리 실험에 의해서 냉각수온, 연료 분사 개시 시기, 연료 분사량을 파라미터로 하는 시동 제어 맵에 규정되고 (도시는 생략한다), 엔진 제어 수단 (30) 에 기억된 그 시동 제어 맵을 적절히 참조함으로써 시동 모드에 있어서의 시동성의 최적화가 도모된다. 그 시동 판정 엔진 회전수는, 냉각수 온도에 따라서 변경될 수 있고, 냉각수 온도가 낮을수록, 그 시동 판정 엔진 회전수가 높아지도록 설정해도 된다. 또한, 시동 모드에 있어서의 연료 분사 시기의 변경, 연료 분사량의 증량은, 상기한 랙 (215) 에 의해서 컨트롤 슬리브 (214) 를 회전시킴으로써 실현된다.

오퍼레이터 키온 동작에 의해서 시동 모드가 개시되고, 엔진 회전수 센서 (24) 로부터 검출되는 실엔진 회전수 Nr 이 상기한 시동 판정 엔진 회전수에 도달하면, 그 시동 모드가 완료되고, 운전 모드로 이행한다. 그리고, 운전 모드로 이행한 후에는, 실엔진 회전수 Nr 을 목표 엔진 회전수 Nm 에 일치시키도록 본 발명에 기초하여 구성된 PID 제어를 적용한 피드백 제어가 실시된다.

도 4 에는, 운전 모드에 있어서의 엔진 회전수 제어의 제어 플로가 나타내어져 있다. 시동 모드로부터 운전 모드로 이행하면, 운전 상태에 따라서 산출되는 목표 엔진 회전수 Nm 과, 엔진 회전수 센서 (24) 에 의해서 검출되는 실엔진 회전수 Nr 의 회전수 편차 ΔN 을 산출한다 (스텝 S1). 목표 엔진 회전수 Nm 은, 오퍼레이터가 조작하는 액셀 (6) 의 개도, 및 작업기의 부하 등에 따라서 산출되어 설정된다. 또한, 본 발명에 있어서의 목표 엔진 회전수 Nm 은, 예를 들어, 오퍼레이터가 조작하여 엔진 회전수를 설정하기 위한 액셀 레버나 다이얼 등에 의해서 설정되어도 되고, 상기한 설정 방법에는 한정되지 않는다.

상기한 스텝 S1 을 실행함으로써 회전수 편차 ΔN 이 산출되었다면, 도 5 에 나타내는 바와 같은 목표 엔진 회전수 Nm 과 회전수 편차 ΔN 을 파라미터로 하는 제 1 게인 맵 (map1) 을 참조한다. 그 제 1 게인 맵 (map1) 은, 미리 실험 등에 의해서 설정되는 것으로, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 목표 엔진 회전수 Nm 이 Nm(0) 부터 Nm(max) 까지 구분되고, 이것에 대한 회전수 편차 ΔN 이 ΔN(min) 부터 ΔN(max) 까지 구분되어 있고, 예를 들어 목표 엔진 회전수 Nm(x) 과 회전수 편차 ΔN(x) 에 대응한 제 1 PID 게인 (K1p(x), K1i(x), K1d(x)) 이 설정되어 있다. 즉, 목표 엔진 회전수 Nm 이 설정되고, 회전수 편차 ΔN 이 산출되면, 제 1 게인 맵 (map1) 을 참조하여, 목표 회전수 Nm 및 회전수 편차 ΔN 에 대응하는 제 1 PID 게인 (K1p, K1i, K1d) 이 산출된다 (제 1 PID 게인 산출 스텝 : 스텝 S2). 또한, ΔN(min) 는 목표 엔진 회전수 Nm 에 대해서 실엔진 회전수 Nr 이 대폭 상회하고 있을 경우 (부의 값), ΔN(max) 은, 목표 엔진 회전수 Nm 에 대해서 실엔진 회전수가 대폭 하회하고 있는 경우 (정의 값) 를 상정하여 설정된다. 상기한 제 1 PID 게인 중, 제 1 비례 게인 K1p 는, 회전수 편차 ΔN 에 비례하여 설정되는 제어 정수이고, 제 1 적분 게인 K1i 는, 회전수 편차 ΔN 의 시간 적분치에 비례하여 설정되는 제어 정수이며, 제 1 미분 게인 K1d 는, 회전수 편차 ΔN 의 시간 미분치에 비례하여 설정되는 제어 정수이다.

스텝 S2 를 실행함으로써 제 1 PID 게인 (K1p, K1i, K1d) 을 산출하는 한편, 목표 랙 위치 Rset 를 산출하기 위해서 필요한 수온 보정 계수를 산출한다. 보다 구체적으로는, 냉각수 온도 Tw 를 소정 시간마다 (예를 들어, 수 ms 마다) 검출하고 (스텝 S100), 도 6 에 나타내는 바와 같은 미리 실험 등에 의해서 설정되는 수온 보정 맵 (map2) 을 참조한다. 수온 보정 맵 (map2) 은, 냉각수온 Tw 가 Tw(0) 부터 Tw(max) 까지 구분되고, 예를 들어 냉각수온 Tw(x) 에 대응한 수온 보정 계수 (ε1p(x), ε1i(x), ε1d(x)) 가 설정되어 있다. 따라서, 그 수온 보정 맵 (map2) 을 참조함으로써, 냉각수온 Tw 에 대응하는 수온 보정 계수 (ε1p, ε1i, ε1d) 가 산출된다 (스텝 S101).

수온 보정 계수 (ε1p, ε1i, ε1d) 는, 냉각수온 Tw 가 검출되는 소정 시간마다 갱신되고, 냉각수 온도 Tw 의 변화에 따라서 엔진 회전수 제어 장치 (30) 에 기억된다. 이 수온 보정 계수 (ε1p, ε1i, ε1d) 는, 엔진의 냉각수 온도 Tw 가 낮을수록, 엔진 회전수 제어에 있어서의 피드백 제어의 추종성이 악화되는 것을 고려하여 설정된다.

제 1 PID 게인 (K1p, K1i, K1d) 이 산출되었다면, PID 합성을 실시한다. 보다 구체적으로는, 엔진 회전수 편차 ΔN 을 컨트롤 랙 (215) 의 위치 편차로 하는 위치 편차량 e 로 하면, 비례 동작에 대응하는 랙 제어량은 u1(p) ＝ K1p·e 로 나타내어지고, 적분 동작에 대응하는 랙 제어량은 u1(i) ＝ K1i∫edt 로 나타내어지며, 미분 동작에 대응하는 랙 제어량은 u1(d) ＝ K1d·de/dt 로 나타내어진다. 그리고, 각 랙 제어량에 수온 보정 계수 (ε1p, ε1i, ε1d) 를 곱함으로써, 목표 랙 위치 Rset 를 산출하기 위한 PID 합성이, 아래의 식 (1) 과 같이 실시된다 (스텝 S3).

PID 합성 ＝ε1p·u1(p)＋ε1i·u1(i)－ε1d·u1(d) … (1)

상기한 식 (1) 에 의해서, PID 합성을 실시했다면, 상기한 엔진 회전수 편차 ΔN 을 해소하기 위한 랙 (215) 의 목표 위치가 되는 목표 랙 위치 Rset 가, 아래의 식 (2) 에 기초하여 산출된다 (목표 랙 위치 산출 스텝 : 스텝 S4).

Rset ＝ α·［식 (1)］＋ Ridl … (2)

상기한 식 (2) 중, α 는, PID 합성 (식 (1)) 에 의해서 구해진 PID 게인을, 랙 (215) 이 목표로 해야 할 목표 랙 위치 Rset 로 치환하기 위한 계수로서, 사용하는 연료 분사 펌프 (2) 의 특성 등에 의해서 적절히 설정되는 수치이다. 또, Ridl 은, 아이들 운전시를 상정한 기준이 되는 아이들 랙 기준 위치이다. 그 목표 랙 위치 Rset 의 산출에 아이들 랙 기준 위치 Ridl 이 도입되어 있음으로써, 시동 모드에서 운전 모드로 이행했을 경우의 연결이 좋아져, 큰 회전 변동을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 상기한 식 (2) 에 의해서 목표 랙 위치 Rset 를 산출할 때, 아이들 랙 기준 위치 Ridl 을 사용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 제어성을 고려하여 적절히 별도의 값을 사용하는 것도 제외하지 않는다. 예를 들어 엔진 온도가 낮은 경우나, 시동 모드에서 운전 모드로 이행했을 경우에 회전수 편차가 큰 경우에는, 아이들 랙 기준 위치 Ridl 보다 큰 값이 설정되도록 해도 된다.

스텝 S4 에서 목표 랙 위치 Rset 가 산출되었다면, 다음으로, 연료 분사 펌프 (2) 의 구동 디바이스 (25) 에 구비된 랙 센서 (도시는 생략한다) 에 의해서 현재의 실제 랙 위치 Rr 을 검출하고, 목표 랙 위치 Rset 와 실제 랙 위치 Rr 의 랙 편차 ΔR 을 산출한다 (스텝 S5).

스텝 S5 를 실행함으로써 랙 편차 ΔR 을 산출했다면, 제 2 게인 맵 (map3) 을 참조한다. 그 제 2 게인 맵 (map3) 은, 미리 실험 등에 의해서 설정되는 것으로서, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 목표 랙 위치 Rset 가 Rset(0) 부터 Rset(max) 까지 구분되고, 이것에 대한 랙 위치 편차 ΔR 이 ΔR(min) 부터 ΔR(max) 까지 구분되어 있으며, 예를 들어 목표 랙 위치 Rset(x) 와 랙 위치 편차 ΔR(x) 에 대응한 제 2 PID 게인 (K2p(x), K2i(x), K2d(x)) 이 설정되어 있다. 즉, 목표 랙 위치 Rset 가 설정되고, 랙 위치 편차 ΔR 이 산출되면, 제 2 게인 맵 (map3) 을 참조하여, 목표 랙 위치 Rset, 및 랙 위치 편차 ΔR 에 대응하는 제 2 PID 게인 (K2p, K2i, K2d) 이 산출된다 (제 2 PID 게인 산출 스텝 : 스텝 S6). 또한, 상기한 제 2 PID 게인 중, 제 2 비례 게인 K2p 는, 랙 위치 편차 ΔR 에 비례하여 설정되는 제어 정수이고, 제 2 적분 게인 K2i 는, 랙 위치 편차 ΔR 의 시간 적분치에 비례하여 설정되는 제어 정수이며, 제 2 미분 게인 K2d 는, 랙 위치 편차 ΔN 의 시간 미분치에 비례하여 설정되는 제어 정수이다.

스텝 S6 를 실행함으로써 제 2 PID 게인 (K2p, K2i, K2d) 이 산출되는 한편으로, 최종적인 랙 제어 신호 Rfset 를 산출하기 위해서 필요한 윤활유온 보정 계수를 산출한다. 본 실시형태에서는, 엔진의 윤활유온으로서 연료 분사 펌프 (2) 에 배치 형성된 펌프유온 센서 (23) 에 의해서 검출되는 펌프유온 Tp 를 사용한다. 펌프유온 Tp 를 소정 시간마다 (예를 들어, 수 ms 마다) 검출하고 (스텝 S200), 도 8 에 나타내는 바와 같은 미리 실험 등에 의해서 설정되는 윤활유온 보정 맵 (map4) 을 참조한다. 윤활유온 보정 맵 (map4) 은, 펌프유온 Tp (0) 부터 Tp (max) 까지 구분되고, 펌프유온 Tp(x) 에 대응하는 윤활유온 보정 계수 (ε2p(x), ε2i(x), ε2d(x)) 가 설정되어 있다. 따라서, 그 윤활유온 보정 맵 (map4) 을 참조함으로써, 검출된 펌프유온 Tp 에 대응하는, 제 2 PID 게인의 각각 (K2p, K2i, K2d) 을 보정하기 위한 윤활유온 보정 계수 (ε2p, ε2i, ε2d) 가 산출된다 (스텝 S201).

본 실시형태에서는, 윤활유온 보정 계수를 산출하기 위한 윤활유 온도로서, 연료 분사 펌프 (2) 의 펌프유온 센서 (23) 에서 검출되는 값을 사용했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 엔진 본체 (1) 에 배치 형성되는 엔진유온 센서 (1b) 에 의해서 검출되는 윤활유의 온도를 사용할 수도 있다. 단, 연료 분사 펌프 (2) 의 랙 (215) 의 작동 상태를 엔진 회전수 제어에 의해서 정확히 반영시키기 위해서는, 랙 (215) 에 가까운 온도를 검출하는 펌프유온 Tp 를 사용하는 것이 바람직하다.

윤활유온 보정 계수 (ε2p, ε2i, ε2d) 는, 펌프유온 Tp 가 검출되는 소정 시간마다 수시로 갱신되고, 펌프유온 Tp 의 변화에 따라서 엔진 회전수 제어 장치 (30) 에 기억된다. 이 윤활유온 보정 계수 (ε2p, ε2i, ε2d) 는, 연료 분사 펌프 (2) 의 윤활유 온도가 낮을수록, 윤활유의 점도가 높은 점에서, 랙 (215) 의 작동 저항이 커져, 피드백 제어의 추종성이 악화되는 것을 고려하여 설정된다.

상기한 제 2 PID 게인 (K2p, K2i, K2d) 이 산출됨으로써, 랙 (215) 의 목표 랙 위치 Rset 와 실제 랙 위치 Rr 의 위치 편차량을 e' 로 하면, 비례 동작에 대응하는 랙 제어량은 u2(p) ＝ K2p·e' 로 나타내어지고, 적분 동작에 대응하는 랙 제어량 u2(i) ＝ K2i∫e'dt 로 나타내어지며, 미분 동작에 대응하는 랙 제어량은 u2(d) ＝ K2d·de'/dt 로 나타내어진다. 그리고, 각 랙 제어량에, 상기한 윤활유온 보정 계수 (ε2p, ε2i, ε2d) 를 곱하여 보정하는 PID 합성을, 아래의 식 (3) 과 같이 실시한다 (스텝 S7).

PID 합성 ＝ε2p·u2(p)＋ε2i·u2(i)－ε2d·u2(d) … (3)

상기한 식 (3) 에 의해서, PID 합성을 실시했다면, 상기한 랙 위치 편차 ΔR 을 해소하기 위한 랙 (215) 의 최종적인 목표 위치가 되는 랙 제어 신호 Rfset 가, 아래의 식 (4) 에 기초하여 작성된다 (랙 제어 신호 작성 스텝 : 스텝 S8).

Rfset ＝ β·［식 (3)］＋ Ridl … (4)

상기한 식 (4) 중, β 는, 상기한 식 (3) 의 PID 합성에 의해서 구해진 게인을, 랙 (215) 의 최종적인 랙 제어 신호 Rfset 로 치환하기 위한 계수로서, 사용하는 연료 분사 펌프 (2) 의 특성 등에 의해서 적절히 설정되는 계수이다. 또, Ridl 은, 아이들 운전시에 적용되는 기준이 되는 랙 (215) 의 아이들 랙 기준 위치이다.

상기한 식 (4) 에 의해서 랙 제어 신호 Rfset 가 산출되었다면, 엔진 회전수 제어 장치 (30) 로부터 랙 제어 신호 Rfset 가 구동 디바이스 (25) 에 공급되고, 랙 제어 신호 Rfset 에 따른 구동 전류가 랙 액추에이터 (221) 에 공급되어 랙 (215) 위치가 제어된다.

운전 모드가 실행되고 있는 동안에는, 도 4 에 나타내는 제어 플로를 반복하여 실행한다. 이로써, 제 1 PID 게인 산출 스텝, 목표 랙 위치 산출 스텝, 제 2 PID 게인 산출 스텝, 랙 제어 신호 작성 스텝을 순서대로 실행하여, 작성된 랙 제어 신호에 기초하여 그 랙 위치를 제어하고, 엔진 회전수가 목표 엔진 회전수에 수속하도록 피드백 제어된다.

본 발명은 상기한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 한, 여러 가지 실시형태를 상정할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 제 1 게인 맵 (map1), 제 2 게인 맵 (map3), 수온 보정 맵 (map3), 윤활유온 보정 맵 (map4) 에 대해서는, 각각 하나의 맵을 사용하도록 설명했지만, 반드시 하나의 맵으로 엔진 회전수 제어를 실행하는 것에 한정되지 않고, 각각의 맵에 관하여, 냉태시용의 맵, 난태시용의 맵을 작성하고, 운전 상태에 따라서 구별하여 사용하도록 해도 된다. 그렇게 함으로써, 엔진의 냉난태 상태에 대응하여 보다 미세하게 엔진 회전수 제어를 실행하는 것이 가능해지고, 엔진 회전수를 보다 신속하게 목표 엔진 회전수에 수속시키는 것이 가능해진다.

또, 상기한 실시형태에서는, 제 1 PID 게인, 제 2 PID 게인, 수온 보정 계수, 윤활유온 보정 계수를 산출할 때, 미리 각각의 값을 산출하기 위한 맵을 작성해 두고, 각 맵을 참조함으로써 각 수치를 산출하도록 하였지만, 반드시 미리 맵을 작성하고, 각 맵을 참조하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 각 맵을 구분하는 파라미터를 변수로 하는 연산식을 작성해 두고, 그 연산식에 기초하여 각 수치를 산출하도록 해도 된다. 특히, 수온 보정 계수, 윤활유온 보정 계수는 보정 계수를 산출하기 위한 파라미터가 하나인 점에서, 그 보정 계수를 산출하기 위한 연산식을 설정하기 쉽고, 연산식에 의해서 보정 계수를 설정할 수 있으면, 엔진 회전수 제어 장치의 메모리 용량을 절약할 수 있다.

상기한 실시형태에서는, 제 1 PID 게인을 냉각수 온도 Tw 에 기초하여 보정함으로써 연료 분사 펌프 (2) 의 목표 랙 위치 Rset 를 산출하도록 했지만, 본 발명은, 반드시, 냉각수 온도 Tw 에만 기초하여 제 1 PID 게인을 보정하는 것에 한정되지 않는다. 엔진 회전수를 제어할 때에 참조되는 파라미터로는, 여러 가지의 파라미터가 알려져 있고, 그 냉각수 온도에 더하여, 예를 들어, 엔진 본체의 윤활유 온도, 실린더 내로 흡입되는 흡기의 온도, 대기압, 연료 탱크 내의 연료 온도 등에 기초하여 보정하는 것을 포함해도 된다.

상기한 제 1 PID 게인과 마찬가지로, 제 2 PID 게인에 대해서도, 그 윤활유온 검출 수단에 의해서 검출된 실윤활유온에만 기초하여 보정하는 것에 한정되지 않고, 윤활유온에 기초하여 보정하는 것에 더하여, 엔진 본체의 냉각수 온도, 실린더 내에 흡입되는 흡기의 온도, 대기압, 연료 탱크 내의 연료 온도 등에 기초하여 추가로 보정하는 것을 포함해도 된다.

1 : 엔진 본체
1a : 냉각수 온도 검출 수단 (수온 센서)
1b : 윤활유온 검출 수단 (엔진유온 센서)
2 : 연료 분사 펌프
2a : 펌프 케이스
2b : 거버너 케이스
3 : 라디에이터
3a : 냉각수 입구 호스
3b : 냉각수 출구 호스
4 : 연료 탱크
4a : 연료 공급로
4b : 연료 복귀 통로
6 : 액셀
11 : 실린더
12 : 피스톤
13 : 연료 분사 노즐
21 : 연료 가압 기구
211 : 플런저
212 : 플런저 배럴
213 : 캠축
214 : 컨트롤 슬리브
215 : 컨트롤 랙 (랙)
22 : 거버너 기구
221 : 랙 구동 수단 (랙 액추에이터)
222 : 로드
223 : 링크 기구
224 : 부링크
23 : 윤활유온 검출 수단 (펌프유온 센서)
24 : 엔진 회전수 검출 수단 (엔진 회전수 센서)
25 : 구동 디바이스
30 : 엔진 회전수 제어 장치
100 : 디젤 엔진

Claims

엔진의 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출 수단과, 엔진의 냉각수의 온도를 검출하는 냉각수 온도 검출 수단과, 연료 분사 펌프의 랙 위치를 검출하는 랙 위치 검출 수단과, 엔진의 윤활유 온도를 검출하는 윤활유온 검출 수단을 적어도 구비한 엔진의 엔진 회전수 제어 장치에 있어서,
상기 엔진 회전수 제어 장치는,
목표 엔진 회전수를 산출하고, 상기 목표 엔진 회전수와 엔진 회전수 검출 수단에 의해서 검출된 엔진 회전수의 엔진 회전수 편차에 기초하여 제 1 PID 게인을 산출하는 제 1 PID 게인 산출 스텝과,
상기 제 1 PID 게인을 냉각수 온도 검출 수단에 의해서 검출된 냉각수 온도에 기초하는 냉각수온 보정 계수에 의해서 보정함으로써 연료 분사 펌프의 목표 랙 위치를 산출하는 목표 랙 위치 산출 스텝과,
상기 목표 랙 위치와 상기 랙 위치 검출 수단에 의해서 검출된 랙 위치의 랙 위치 편차에 기초하여 제 2 PID 게인을 산출하는 제 2 PID 게인 산출 스텝과,
상기 제 2 PID 게인을 상기 윤활유온 검출 수단에 의해서 검출된 윤활유 온도에 기초하는 윤활유온 보정 계수에 의해서 보정함으로써 랙 제어 신호를 작성하는 랙 제어 신호 작성 스텝을 실행하고,
상기 랙 제어 신호에 기초하여 상기 랙 위치를 제어하여 엔진 회전수를 제어하는 것으로서,
상기 제 1 PID 게인의 보정에 적용한 상기 냉각수온 보정 계수를 제 2 PID 게인의 보정에 적용하지 않고, 상기 제 2 PID 게인의 보정에 적용한 상기 윤활유온 보정 계수를 제 1 PID 게인의 보정에 적용하지 않는 엔진 회전수 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 윤활유온 검출 수단은 연료 분사 펌프에 배치 형성되고, 상기 연료 분사 펌프의 윤활유 온도를 검출하는, 엔진 회전수 제어 장치.