JP2002106401A

JP2002106401A - ディーゼルエンジンの燃料調量装置

Info

Publication number: JP2002106401A
Application number: JP2000298583A
Authority: JP
Inventors: Masanori Fujiwara; 正徳藤原; Yasuo Fujii; 保生藤井; Hajime Yama; 一山
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-10
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP3548712B2

Abstract

(57)【要約】【解決手段】ディーゼルエンジンの燃料調量装置におい
て、コントローラは、エンジン負荷の増加につれて目標
回転数を低下させるドループ制御ライン１９をセットで
きるようにし、このドループ制御ライン１９は、アイソ
クロナス制御ライン２６と交差するようにし、電子ガバ
ナ３の目標回転数を所定の高速回転数１５から所定の低
速回転数１６まで低下させた場合に、アイソクロナス制
御を行う前に、ドループ制御を行うようにした。【効果】制御の応答性が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの燃料調量装置に関する。

【０００２】

【発明の前提技術】本発明は、次の技術を前提としてい
る。すなわち、図１に示すように、燃料噴射ポンプ(１)
と電子ガバナ(３)とを備え、燃料噴射ポンプ(１)は燃料
調量部(４)を備え、電子ガバナ(３)は、目標回転数設定
手段(９)と実回転数検出手段(１１)と実調量位置検出手
段(１２)とコントローラ(８)とアクチュエータ(２７)と
を備え、図２に示すように、コントローラ(８)は、エン
ジン負荷に拘らず目標回転数を一定値に維持するアイソ
クロナス制御ライン(２６)をセットし、電子ガバナ(３)
は、目標回転数と実回転数と実調量位置との検出に基づ
いて、アイソクロナス制御ライン(２６)に基づくアイソ
クロナス制御を行うディーゼルエンジンの燃料調量装
置。

【０００３】

【従来の技術】従来、この種の装置では、図５に示すよ
うに、電子ガバナ(３)の目標回転数を所定の高速回転数
(１５)から所定の低速回転数(１６)まで低下させた場合
にも、アイソクロナス制御ライン(２６)に基づくアイソ
クロナス制御を行うようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、次
の問題がある。すなわち、上記の場合には、図５の回転
数−実調量位置曲線(１３５)で示すように、実回転数は
低下しながら、実調量位置は燃料無噴射位置(１７)から
所定の燃料増量位置(１８)までの極少調量エリア(Ａ)内
に至る。そして、実回転数は目標回転数(１)の前後を大
きくハンチングしながら、目標回転数(１６)に収束す
る。このため、回転の整定時間が長く、制御の応答性が
低い。その理由は、次の通りである。すなわち、上記の
場合にも常にアイソクロナス制御を行うと、ＰＩＤ制御
が早期に開始され、積分値が不要に増大する。このた
め、実回転数を目標回転数(１６)に整定するためには、
増大した積分値をキャンセルするために、実回転数を目
標回転数から大きくオーバーシュートさせる必要があ
り、実回転数が目標回転数(１６)に収束するまでに時間
がかかるのである。

【０００５】本発明の課題は、上記問題点を解決できる
ディーゼルエンジンの燃料調量装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の構成は、次の通
りである。前記の前提技術において、図２に示すよう
に、コントローラ(８)は、エンジン負荷の増加につれて
目標回転数を低下させるドループ制御ライン(１９)をセ
ットできるようにし、このドループ制御ライン(１９)
は、アイソクロナス制御ライン(２６)と交差するように
し、

【０００７】電子ガバナ(３)の目標回転数を所定の高速
回転数(１５)から所定の低速回転数(１６)まで低下させ
た場合に、実調量位置が、燃料無噴射位置(１７)から所
定の燃料増量位置(１８)までの極少調量エリア(Ａ)内に
至ると、コントローラ(８)がドループ制御ライン(１９)
をセットし、電子ガバナ(３)が、このドループ制御ライ
ン(１９)に基づくドループ制御を行い、

【０００８】実調量位置が、両制御ライン(１９)(２６)
の交差点(３４)に対応する所定の調量位置(３３)よりも
燃料減量側の少量調量エリア(Ｂ)内にあり、かつ、実回
転数が電子ガバナ(３)の目標回転数(１６)以上の中高速
回転数エリア(Ｃ)内にある間は、電子ガバナ(３)がドル
ープ制御を維持し、実調量位置が少調量エリア(Ｂ)を超
えた場合、或いは、実回転数が中高速回転数エリア(Ｃ)
を下回った場合には、コントローラ(８)がドループ制御
ライン(１９)を解除し、電子ガバナ(３)がアイソクロナ
ス制御ライン(２６)に基づくアイソクロナス制御を行
う、ことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料調量装
置。

【０００９】

【発明の作用及び効果】本発明は、次の作用効果を奏す
る。図２に示すように、電子ガバナ(３)の目標回転数を
所定の高速回転数(１５)から所定の低速回転数(１６)ま
で低下させた場合には、回転数−実調量位置曲線(３５)
で示すように、実回転数は低下しながら、実調量位置は
燃料無噴射位置(１７)から所定の燃料増量位置(１８)ま
での極少調量エリア(Ａ)内に至るが、アイソクロナス制
御を行う前にドループ制御を行うため、実回転数のハン
チングが起こりにくく、短時間で目標回転数(１６)に収
束する。このため、回転の整定時間が短く、制御の応答
性が高くなる。その理由は次の通りである。すなわち、
アイソクロナス制御の前にドループ制御を行うと、ドル
ープ制御の間は比例値に基づいてＰ制御が行われ、その
後アイソクロナス制御に切り替わった時点からＰＩＤ制
御が開始されるため、積分値の不要な増大を避けること
ができる。このため、実回転数を目標回転数(１６)に整
定するに当たり、不要に増大した積分値をキャンセルす
る必要がなくなり、実回転数を目標回転数(１６)から大
きくオーバーシュートさせる必要がなくなるため、実回
転数が目標回転数(１６)に収束するまでに時間がかから
ないのである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１から図４は本発明の実施形態に係る
ディーゼルエンジンの燃料調量装置を説明する図で、こ
の実施形態では、列型燃料噴射ポンプを備えた多気筒デ
ィーゼルエンジンに適用した例を示す。図１に示すよう
に、このエンジンの燃料供給装置は、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)とを備え
ている。燃料噴射ポンプ(１)は、燃料増減方向にスライ
ドする燃料調量部(４)を備え、この燃料調量部(４)は、
付勢手段(５)で燃料増量方向に付勢している。

【００１１】メカニカルガバナ(２)の構成は、次の通り
である。メカニカルガバナ(２)は、ガバナレバー(２０)
とガバナスプリング(２１)とガバナ力発生手段(２２)と
を備えている。ガバナレバー(２０)は、揺動自在に設け
られ、ガバナスプリング(２１)を介して調速レバー(２
３)に連動連結してある。ガバナスプリング(２１)は、
調速レバー(２３)の調速設定に応じて、ガバナレバー
(２０)にガバナスプリング力(２４)を付与する。ガバナ
力発生手段(２２)は、ガバナレバー(２０)に臨み、回転
数に応じたガバナ力(２５)をガバナレバー(２０)に付与
する。ガバナレバー(２０)の揺動端部は、メカ出力部
(６)となっており、このメカ出力部(６)は、燃料調量部
(４)のメカ入力部(７)に、その燃料増量側から臨んでい
る。メカ出力部(６)は、付勢手段(５)で付勢された燃料
調量部(４)のメカ入力部(７)を受け止め、ガバナスプリ
ング力(２４)とガバナ力(２５)との不釣合い力による作
動で、燃料調量部(４)を調量移動させる。

【００１２】電子ガバナ(３)の構成は、次の通りであ
る。電子ガバナ(２)は、電子アクチュエータ(２７)とコ
ントローラ(８)と目標回転数設定手段(９)と目標回転数
検出手段(１０)と実回転数検出手段(１１)と実調量位置
検出手段(１２)とを備えている。電子アクチュエータ
(２７)はリニアソレノイドで、その出力ロッドが電子出
力部(１３)となっている。電子出力部(１３)は、燃料調
量部(４)の電子入力部(１４)にその燃料増量側から臨ま
せている。電子出力部(１３)は、付勢手段(５)で付勢さ
れた燃料調量部(４)の電子入力部(１４)を受け止め、コ
ントローラ(８)による制御作動で、燃料調量部(４)を調
量移動させる。コントローラ(８)の構成は、次の通りで
ある。コントローラ(８)は、回転数ＰＩＤ制御部(２８)
と調量位置ＰＩＤ制御部(２９)とを備えている。回転数
ＰＩＤ制御部(２８)は、目標回転数検出手段(９)からの
目標回転数検出信号と実回転数検出手段(１１)からの実
回転数検出信号とに基づいて回転数偏差を演算し、調量
位置ＰＩＤ制御部(２９)に目標調量位置設定信号を発信
する。調量位置ＰＩＤ制御部(２９)では、目標調量位置
設定信号と実調量位置検出手段(１２)からの実調量位置
検出信号とに基づいて調量位置偏差を演算し、電子アク
チュエータ(２７)に制御出力信号を発信し、電子出力部
(１３)の作動を制御する。なお、目標回転数設定手段
(９)は、調速レバー(２３)で兼用している。実調量位置
検出手段(１２)は、付勢手段(５)に付設し、燃料調量部
(４)の移動に追従する付勢手段(５)の出力ロッド(５ａ)
の位置を検出することにより、燃料調量部(４)の実調量
位置を間接的に検出している。図１中の符号(３０)はブ
ーストコンペンセータ、(３１)は位相補償部、(３２)は
エマージェンシ回路である。

【００１３】電子ガバナ(３)の制御特性とメカニカルガ
バナ(２)の調量特性は、次の通りである。図２に電子ガ
バナとメカニカルガバナの特性線図を示す。横軸は回転
数、縦軸は調量位置を示す。メカニカルガバナ(２)によ
るメカ調量特性線図(３３)は実線で、電子ガバナ(３)に
よる電子制御特性線図は鎖線で示す。メカ調量特性線図
(３３)は、水平な上限調量線(３３ａ)と傾斜する全負荷
調量線(３３ｂ)とを備え、上限調量線(３３ａ)の高回転
側端部から全負荷調量線(３３ｂ)が高回転側に向けて下
り傾斜している。電子制御特性線図は、アイソクロナス
制御ライン(２６)とドループ制御ライン(１９)とからな
る。アイソクロナス制御ライン(２６)は、垂直で、その
上端は、メカ調量特性線図(３３)の上限調量線(３３ａ)
の高速側端部まで延びている。ドループ制御ライン(１
９)は、後述するように、電子ガバナ(３)の目標回転数
を所定の高速回転数(１５)から所定の低速回転数(１６)
まで低下させた場合にセットされる。アイソクロナス制
御ライン(２６)に基づくアイソクロナス制御は、ＰＩＤ
制御によって行われ、ドループ制御ライン(１９)に基づ
くドループ制御は、Ｐ制御によって行われる。

【００１４】上記特性に基づく電子ガバナ(３)とメカニ
カルガバナ(２)の機能は、次の通りである。電子ガバナ
(３)の目標回転数が比較的高い場合、電子ガバナ(３)に
よる電子制御運転中は、アイソクロナス制御ライン(２
６)に沿った制御が行われ、電子出力部(１３)で電子入
力部(１４)を受け止めることにより、メカ出力部(６)を
メカ入力部(７)から離間させ、メカニカルガバナ(２)が
燃料調量部(９)に作用しないようにして、電子ガバナ
(３)で回転数を一定値に維持する。負荷が全負荷を超え
ると、上限調量線(３３ａ)に沿った調量が行われ、メカ
出力部(６)でメカ入力部(７)を受け止めることにより、
電子制御運転での燃料噴射量の上限を規定するととも
に、電子出力部(１３)を電子入力部(１４)から離間さ
せ、電子ガバナ(３)が燃料調量部(４)に作用しないよう
にして、メカニカルガバナ(２)によるメカ調量運転によ
り、燃料増量を制限する。電子ガバナ(３)の目標回転数
を所定の高速回転数(１５)から所定の低速回転数(１６)
まで低下させた場合には、コントローラ(８)がドループ
制御ライン(１９)をセットする。

【００１５】コントローラ(８)の処理機能は、次の通り
である。図３にコントローラ(８)の処理のフローチャー
トを示す。ステップＳ１では、実調量位置が、燃料無噴
射位置(１７)から所定の増量位置(１８)までの極少調量
エリア(Ａ)内か否かを判断する。図２に示すように、電
子ガバナ(３)の目標回転数を定格回転数(１５)からアイ
ドル回転数(１６)まで低下させた場合、実調量位置が極
少調量エリア(Ａ)内に至るため、ステップＳ１での判断
は肯定され、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、
ドループ制御ライン(１９)をセットし、ステップＳ３で
は、ドループ制御ライン(１９)に基づくドループ制御を
行う。図２に示すように、ドループ制御ライン(１９)
は、アイソクロナス制御ライン(２６)と交差させる。ス
テップＳ３の処理が終わると、ステップＳ１に戻る。

【００１６】その後、実調量位置が、極少調量エリア
(Ａ)を超えると、ステップＳ１での判断は否定され、ス
テップＳ４に進む。ステップＳ４では、ドループ制御ラ
イン(１９)がセットされているか否かが判断される。こ
の場合、ドループ制御ライン(１９)がセットされている
ため、判断は肯定され、ステップＳ５に進む。ステップ
Ｓ５では、実調量位置が、両制御ライン(１９)(２６)の
交差点(３４)に対応する所定の調量位置(３３)よりも燃
料減量側の少量調量エリア(Ｂ)内にあるか否かを判断
し、ステップＳ６では、実回転数が電子ガバナ(３)の目
標回転数(１６)以上の中高速回転数エリア(Ｃ)内にある
か否かを判断する。実調量位置が、両制御ライン(１９)
(２６)の交差点(３４)に対応する所定の調量位置(３３)
よりも燃料減量側の少量調量エリア(Ｂ)内にあり、か
つ、実回転数が電子ガバナ(３)の目標回転数(１６)以上
の中高速回転数エリア(Ｃ)内にある間は、ステップＳ５
・Ｓ６での判断は肯定され、ステップＳ１→Ｓ４→Ｓ５
→Ｓ６→Ｓ３のサイクルが繰り返され、ステップＳ３で
のドループ制御を維持する。

【００１７】実調量位置が少調量エリア(Ｂ)を超えた場
合、或いは、実回転数が中高速回転数エリア(Ｃ)を下回
った場合には、ステップＳ５・Ｓ６の少なくとも一方で
の判断が否定され、ステップＳ７に進む。ステップＳ７
では、ドループ制御ライン(１９)を解除し、ステップＳ
８で、アイソクロナス制御ライン(２６)に基づくアイソ
クロナス制御を行う。ステップＳ８での処理の後は、ス
テップＳ１に戻る。

【００１８】なお、電子ガバナ(３)の目標回転数が低速
回転数に設定されていない場合には、ドループ制御ライ
ン(１９)が設定されないため、実調量位置が、極少調量
エリア(Ａ)内に位置し、ステップＳ１での判断が否定さ
れても、ステップＳ４での判断が否定され、ステップＳ
７では実質的処理はなされないまま、ステップＳ８に至
るサイクルが繰り返され、アイソクロナス制御が継続的
に行われる。

【００１９】図４に実回転数と実調量位置の制御結果を
示す。実線は、本発明の実施形態によるもの、破線は、
常にアイソクロナス制御を行う従来技術によるものを示
す。電子ガバナ(３)の目標回転数を定格回転数(１５)か
らアイドル回転数(１６)に低下させた場合、本発明の実
施形態では、実調量位置曲線(３５)で示すように、従来
技術の実調量位置曲線(１３５)と異なり、殆どハンチン
グが発生しておらず、目標調量位置への収束時間も短
い。また、本発明の実施形態では、実回転数曲線(３６)
で示すように、従来技術の実回転数曲線(１３６)に比
べ、殆どハンチングが発生しておらず、目標回転数への
収束時間も短い。具体的には、従来技術の場合には、収
束に３.２秒かかっていたものが、本発明の実施形態の
ものでは０.５秒に短縮された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの
燃料供給装置の模式図である。

【図２】図１の装置の電子ガバナの制御特性と、メカニ
カルガバナの調量特性を示す特性線図である。

【図３】図１の装置のコントローラによる処理を示すフ
ローチャートである。

【図４】図１の装置と従来技術との制御結果を比較する
グラフである。

【図５】従来技術の図２相当図である。

【符号の説明】

(Ａ)…極少調量エリア、(Ｂ)…少調量エリア、(Ｃ)…中
高速回転数エリア、(１) …燃料噴射ポンプ、(３)…電
子ガバナ、(４)…燃料調量部、(８)…コントローラ、
(９)…目標回転数設定手段、(１０)…目標回転数検出手
段、(１１)…実回転数検出手段、(１２)…実調量位置検
出手段、(１５)…所定の高速回転数、(１６)…所定の低
速回転数、(１７)…燃料無噴射位置、(１８)…所定の燃
料増量位置、(１９)…ドループ制御ライン、(２６)…ア
イソクロナス制御ライン、(３３)…所定の調量位置、
(３４)…交差点。

フロントページの続き (72)発明者山一大阪府堺市築港新町３丁８番株式会社クボタ堺臨海工場内Ｆターム(参考） 3G301 HA02 JA03 JA06 JA07 KA24 KA25 LB14 MA16 ND00 ND01 PB04Z PE01A PE01Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料噴射ポンプ(１)と電子ガバナ(３)と
を備え、燃料噴射ポンプ(１)は燃料調量部(４)を備え、
電子ガバナ(３)は、目標回転数設定手段(９)と実回転数
検出手段(１１)と実調量位置検出手段(１２)とコントロ
ーラ(８)とアクチュエータ(２７)とを備え、コントロー
ラ(８)は、エンジン負荷に拘らず目標回転数を一定値に
維持するアイソクロナス制御ライン(２６)をセットし、
電子ガバナ(３)は、目標回転数と実回転数と実調量位置
との検出に基づいて、アイソクロナス制御ライン(２６)
に基づくアイソクロナス制御を行うディーゼルエンジン
の燃料調量装置において、コントローラ(８)は、エンジン負荷の増加につれて目標
回転数を低下させるドループ制御ライン(１９)をセット
できるようにし、このドループ制御ライン(１９)は、ア
イソクロナス制御ライン(２６)と交差するようにし、電子ガバナ(３)の目標回転数を所定の高速回転数(１５)
から所定の低速回転数(１６)まで低下させた場合に、実
調量位置が、燃料無噴射位置(１７)から所定の燃料増量
位置(１８)までの極少調量エリア(Ａ)内に至ると、コン
トローラ(８)がドループ制御ライン(１９)をセットし、
電子ガバナ(３)が、このドループ制御ライン(１９)に基
づくドループ制御を行い、実調量位置が、両制御ライン(１９)(２６)の交差点(３
４)に対応する所定の調量位置(３３)よりも燃料減量側
の少量調量エリア(Ｂ)内にあり、かつ、実回転数が電子
ガバナ(３)の目標回転数(１６)以上の中高速回転数エリ
ア(Ｃ)内にある間は、電子ガバナ(３)がドループ制御を
維持し、実調量位置が少調量エリア(Ｂ)を超えた場合、或いは、
実回転数が中高速回転数エリア(Ｃ)を下回った場合に
は、コントローラ(８)がドループ制御ライン(１９)を解
除し、電子ガバナ(３)がアイソクロナス制御ライン(２
６)に基づくアイソクロナス制御を行う、ことを特徴と
するディーゼルエンジンの燃料調量装置。