JP3548712B2 - ディーゼルエンジンの燃料調量装置 - Google Patents
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Description
【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PID制御によ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( 16 )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P制御によ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(23)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(19)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(26)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S8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S7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。
Claims (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PID制御によ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P制御によ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(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。
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