JPH0447392Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、舶用等の内燃機関の負荷制御装置
に関する。

従来、この種の内燃機関、特に静圧過給方式ま
たはモジラーパルスコンバータ過給方式（MPC
過給方式）を採用している機関においては、増負
荷時の過給機の回転上昇速度がガバナ動作よりも
遅れるため、空気供給量（以下、供給量という）
よりも燃料噴射量の増加が先行し、燃料の完全燃
焼ができないという問題がある。

以下、この問題を具体例に基づいて説明する。

第１図は従来の内燃機関の負荷制御系の構成を
示す概略図である。図において、１はエンジン、
２はガバナであり、ガバナ２はフライウエイト２
ａ、スプリング２ｂ、シフタ２ｃよりなり、歯車
を介してエンジン１に連結されている。このた
め、フライウエイト２ａはエンジン１の回転数に
比例した回転数で回転し、回転によつて生じた遠
心力で拡がりシフタ２ｃを図の左方向に押す。一
方、シフタ２ｃはスプリング２ｂによつて右方向
に付勢されており、フライウエイト２ａの遠心力
とスプリング２ｂの弾性力とがつり合う位置をと
る（実線で図示）、従つて、スプリング２ｂの取
付け荷重が一定の場合、シフタ２ｃの位置はフラ
イウエイト２ａの遠心力によつて定まり、機関の
回転数が増すと図の左方向に移動する（１点鎮線
で図示）。一方、スプリング２ｂの取付け荷重は、
ガバナモータ２ｅによつてコントロールされ、例
えばスプリング２ｂが押圧されるとシフタ２ｃは
右方向に移動する。シフタ２ｃのこれらの移動
は、レバー２ｄを介して燃料加減軸３に伝達さ
れ、燃料噴射量を制御する。即ち、燃料加減軸３
は、燃料噴射ポンプ４のレバー４ａに連結されて
おり、燃料噴射ポンプ４はレバー４ａの位置に基
づいて燃料噴射量をコントロールする。この場
合、燃料加減軸３が図の右方向に移動すると燃料
噴射量が増加するようになつている。一方、過給
機で圧縮された空気は、吸気管５を通つてエンジ
ン１に流入する。

上述の構成において、例えばプロペラの負荷が
増しエンジン１の回転数が減少しフライウエイト
２ａの遠心力が弱まつたり、増負荷操作によりガ
バナモータ２ｅがスプリング２ｂを押圧したりし
て、シフタ２ｃが右方向に移動すると、レバー２
ｄを介して燃料加減軸３、レバー４ａが右方向に
動き燃料噴射量が増加する。このように、ガバナ
動作による燃料噴射量の増加速度は、フライウエ
イト２ａやガバナモータ２ｅの応答速度によつて
定まり比較的速やかである。

一方、過給機で加圧された空気は、吸気管５を
介してエンジン１に供給されるが、この給気量は
排気によつて駆動されると排気タービンの回転速
度によつて定まる。ところで、排気タービンの回
転速度の上昇率は排気温度と圧力の上昇率によつ
て決まるが、排気温度と圧力は燃料噴射量が増加
してから徐々に増加するので、排気タービンの回
転上昇も徐々に行われる。従つて燃料噴射量の増
加が先行し、給気量の増加は遅れ、エンジン１内
では燃料の不完全燃焼が生じ、過剰な燃料が黒煙
を発生させ公害問題を引き起こすとともに過給機
を汚し、その性能劣化を早めている。また、過剰
な燃料投入は燃料の浪費をもたらし、省エネルギ
の観点からも望ましいことではない。

一方、機関の負荷制御動作を遅くすると、上述
の問題は生じないが、船舶の場合操船性が悪くな
り、用途によつては使用に耐えないものとなる。
そこで負荷制御の動作速度を最適にすべく例えば
ガバナモータ２ｅの回転速度を調整し、燃料の噴
射量が徐々に増加するようにしているが、最適調
整が困難であり、また、最適に調整できたとして
も経時変化が起き易く、負荷追従性が再び遅くな
り、操船性の悪化をもたらすという欠点があつ
た。

このため、過給機から供給される給気量を給気
圧力等から予測して、給気量に見合つた燃料を噴
射するように燃料加減軸を制御するものがある
（例えば、特開昭53−57325号公報）。

このものは、エンジンに供給する給気量を給気
圧力等から予測して、その予測給気量に見合つた
燃料（最大許容燃料）を噴射するものであり、そ
の燃料の供給量を正確に検出して、加速時等の不
完全燃焼を完全に防止しようとするものである。
そして、給気圧力と給気量とが比例関係にないこ
とに着目して、該給気圧力を補正することによつ
て不完全燃焼を起こさない的確な燃料噴射量を求
め、さらに、給気量に見合つた燃料噴射量を正確
に得るために、誤差要因となる給気温度や燃料温
度等も考慮して、燃料噴射量を制御するようにな
つている。

しかし、単に給気圧力を補正することにより燃
料供給量を求めるにしても、演算回路等が必要に
なり、制御が複雑になるという欠点がある。しか
も、給気温度や燃料温度等を側定して、給気量に
見合う燃料噴射量を完全に測定することは不可能
であり、その場合にはエンジンの加速等がうまく
いかなくなる危険がある。

また、エンジン始動時の燃料噴射量について
は、給気圧力等が零に近くなつているから、例え
ば給気圧力に比例するような制御では燃料噴射量
が少なすぎて起動できず、従つて、加速時等とは
別の手段での燃料噴射量の制御が必要になる。

この考案は、上記事情に鑑み、給気量の増加に
合わせて行う燃料噴射量の増加を、不完全燃焼が
起きない限度で簡単に制御することができ、しか
もエンジンの起動も円滑になされる内燃機関の負
荷制御装置を提供するものである。さらに詳述す
れば、この考案による負荷制御装置はエンジンの
回転速度を負荷に対応して一定に保つように制御
するガバナと、前記ガバナによつて軸方向に移動
駆動される燃料加減軸と、前記燃料加減軸の動き
に基づいて燃料噴射量を加減する燃料噴射ポンプ
と、エンジンに空気を供給する過給機とを具備す
る内燃機関において、前記過給機からエンジンに
供給される給気圧力を検出する検出手段と、前記
検出手段から供給される検出信号を増幅する増幅
器と、前記検出手段の出力があらかじめ設定した
設定値以下の場合には前記増幅器の出力信号を一
定に保持する変位限定手段と、前記増幅器の出力
に比例した流体圧力を出力する変換手段と、この
変換手段によつて出力された流体圧力により軸方
向の位置が設定され、前記燃料加減軸の燃料噴射
量増加方向への移動を規制するプランジヤとによ
り負荷制御装置が構成され、前記燃料加減軸とプ
ランジヤはエンジンの定常状態において給気圧力
に比例して同方向に移動するとともに、互いの間
に一定量の隙間を介して対向して配置されている
ことを特徴とする。

以下図面に基づいて、本考案の実施例を説明す
る。

第２図は、本考案の一実施例であり、図におい
て第１図の各部に対応する部品には同一の符号を
符し、その説明を省略する。この図において、６
は検出器であり、吸気管５を通過する空気の給気
圧Ｐを検出し、給気圧Ｐに比例した検出信号Ｓを
コントロールボツクス７内の増幅器７ａに供給す
る。増幅器７ａの出力はダイオード７ｂのアノー
ドに接続され、ダイオード７ｂのカソードはコン
トロールボツクス７の出力端子７ｃに接続されて
いる。また、アイドル電源７ｄの出力は、ダイオ
ード７ｅのアノードに、ダイオード７ｅのカソー
ドが出力端子７ｅにそれぞれ接続されている。ア
イドル電源７ｄは、後述の電気空気変換弁８にア
イドル電流I_pを供給するものである。出力端子７
ｃは、電気空気変換弁８に接続されている。電気
空気変換弁８は、一次側に供給されている高圧の
制御空気流K_cを減圧し、コントロールボツクス
７から供給される電圧に比例する圧力をもつ空気
流Ｋを二次側に出力する。９はエアサーボ弁であ
り、プランジヤ９ａ、スプリング９ｂを具備して
おり、プランジヤ９ａの位置は、電気空気変換弁
８から供給された空気流Ｋによつて形成される圧
力と、スプリング９ｂの弾性力とのつり合いによ
つて決定される。この場合、空気流Ｋの圧力が高
いときには、プランジヤ９ａは図の右方向に、圧
力が低いときにはプランジヤ９ａは左方向に動
き、その変位は空気流Ｋの圧力に比例する。１０
はレバーであり、その下端部は取付部に回動自在
に連結されている。また、その上端部１０ａはエ
ンジン１の定常運転時において、プランジヤ９ａ
の左端部と僅かなギヤツプを介して配置されてい
る。

なお、上端部１０ａの変位χ₁とプランジヤ９の
左端部の変位χ₂は、エンジン１が停止時に上端部
１０ａが占める位置を原点（χ₁＝０）とし、図の
右方向を正として測ることとする。

ところで、レバー１０の上端部１０ａの変位χ₁
は、ガバナ２のシフタ２ｃの動作によつて定まる
が、エンジン１が定常運転をしており、燃料噴射
量と給気量が平衡状態にあれば、給気圧Ｐと燃料
加減軸３の変位とは比例関係にあるため、上端部
１０ａの変位χ₁と給気圧Ｐは比例し次式が成立す
る。

χ₁＝KP ……(1) ただし、Ｋ：定数 (1)式の関係を示すのが第３図の直線L₁であり、
図において横軸は給気圧Ｐ、たれ軸は変位変位〓，
χ₂である。またP₀はアイドル運転時の給気圧で
ある。

一方、プランジヤ９ａは、負荷運転時すなわち
給気圧Ｐ〉P₀のとき、燃料加減軸３の燃料噴射
量増加方向（右方向）への動きを制限し、燃料噴
射量が徐々に増加するようにコントロールするた
めのものである。この制限は、レバー１０を介し
てなされる。すなわち、増負荷制御の場合、レバ
ー１０の上端部１０ａは、給気圧Ｐに比例して右
方向へ移動するプランジヤ９ａに抑制されつつ連
続的に徐々に右方向に移動する。こうして、エン
ジン１が定常運転に入ると、上端部１０ａは(1)式
で与えられる位置、χ₁＝KPで静止し、プランジ
ヤ９ａは上端部１０ａとギヤツプα（αは定数）
を介した位置 χ₁＝χ₂＋α＝KP＋α（Ｐ〉P₀） ……(2) に静止する。このギヤツプαは、次の増負荷時
に燃料加減軸３が右方向へ動けるようにするため
である。

次に、エンジン始動時、即ちＰ〉P₀のときは、
エンジン１がアイドル運転に入るまで燃料吐出量
の制限は行わないようにしている。これは、始動
時に燃料制限をすると始動不能になるためであ
る。こうして、アイドル運転に入ると上端部１０
ａは(1)式より、変位χ_1I＝KP₀の位置に静止する。
そして、プランジヤ９ａはこの間ずつと変位χ₁Ｉ
ろギヤツプαを介した位置に保たれている。即ち
始動時からアイドル時までのプランジヤ９ａの変
位χ₂は、次式で与えられる。

χ₂＝χ_1I＋α＝KP₀＋α（Ｐ〈P₀） ……(3) (2)，(3)式の関係を図示したのが第３図の直線L₂
である。

プランジヤ９ａの変位を上述の(2)式、(3)式のよ
うにコントロールするのがコントロールボツクス
７である。すなわち増幅器７ａには、検出器６か
ら給気圧Ｐに比例した電圧Ｓ＝a₁Ｐが印加されて
いるので、増幅器７ａの増幅率をＡとすると、増
幅器７ａの出力電圧ＶはＶ＝a₁APとなる。そこ
でアイドル電源の電圧E₁をE₁＝a₁AP₀に設定して
おけば、給気圧Ｐ〈P₀のときＶ〈E_Iとなり、ダイオ
ード７ｂはオフになるので、ソレノイド８ａには
アイドル電源E_Iだけがダイオード７ｅを介して供
給される。一方、Ｐ〉P₀になると出力電圧Ｖ〉E_I
となり、ダイオード７ｅがオフになり、ソレノイ
ド８ａには増幅器７ａからの出力がダイオード７
ｂを介して供給される。ところで電気空気変換弁
８は、コントロールボツクス７から供給された電
圧に比例した空気流Ｋを出力し、エアサーボ弁９
は空気流Ｋの圧力に比例した変位をプランジヤ９
ａに与えるので、結局、プランジヤ９ａの変位
X₂はコントロールボツクス７から供給される電
圧に比例し次のようになる。

X₂＝CE_I＝C_a1AP₀（Ｐ〈P₀） CV＝C_a1AP（Ｐ〉P₀） ……(4) この式を(2)，(3)式と比較してC_a1AP＝KP＋α
となるように増幅率Ａを設定しておけば、コント
ロールボツクス７によつて(2)，(3)式に示すコント
ロールが可能になる。

次に動作の説明をする。

エンジン始動時。

この場合の初期状態は、給気圧Ｐ＝Ｏである
から、(1)式より、レバー１０の上端部１０ａの
変位χ₁＝０、また、(3)式よりプランジヤ９ａの
変位χ₂＝χ_2i＝KP₀＋αである。つまり、上端
部１０ａとプランジヤ９ａの左端部とは、距離
KP₀＋αへたてられており燃料加減軸３は右方
向（燃料増方向）に自由に移動することができ
る。したがつて、エンジン１が始動されアイド
ル状態に入るまで、燃料加減軸３はプランジヤ
９ａによつて制限されることなく燃料噴射量を
増加させることができる。すなわち、始動時に
はプランジヤ９ａは燃料加減軸３に全く影響を
与えず、エンジン１は従来と全く同様に始動さ
れアイドル状態に入る。こうして燃料加減軸３
は、上端部１０ａをアイドル時の給気圧P₀に
対応する位置χ₁＝KP₀の位置に移し、プランジ
ヤ９ａはKP₀＋αの位置をそのまま占めてい
る。

アイドル状態から稼動状態に移るとき（増負
荷制御） この場合の初期状態は給気圧P₀、上端部１
０ａの変位χ₁＝KP₀、プランジヤ９ａの変位χ₂
＝KP₀＋αである。この状態で、アイドル状態
にあつたエンジン１にプロペラが連結され、エ
ンジン７が稼動状態に移ると、負荷が増し、エ
ンジン１の回転速度が減少する。そのため、ガ
バナ２のフライウエイト２ａの遠心力が弱ま
り、シフタ２ｃは右方向に移動し始める。これ
に連動して、燃料加減軸３、レバー４ａ、レバ
ー１０も右方向へ移動し始めるが、上端部１０
ａはわずかな距離α移動しただけでプランジヤ
９ａの左端に抑えられ、それ以上右方向へ移る
ことができない。そのため、燃料加減軸３、レ
バー４ａの動きも抑えられ、燃料噴射ポンプ４
からの燃料噴射量の増加分ΔVも、微少距離
αP₀に対応した量ΔV（αP₀）に限定され急激に
増加することはない。一方、燃料噴射量の増加
分ΔVは、やがてエンジン１の排気温度と圧力
を高め過給機の排気タービンの回転速度を上昇
させるので、過給機からの給気圧Ｐはアイドル
時の給気圧P₀を超える。このときの増圧分を
ΔPすると、ΔP＝Ｐ−P₀であり、(2)式によつて
プランジヤ９ａは右方向へK.ΔP＋αだけ移動
する。これにつれて、上端部１０ａも右方向に
移動し、燃料加減軸３、レバー４ａを介して燃
料噴射ポンプ４からの燃料噴射量は変位K.ΔP
＋αに対応する増加分ΔV（K.ΔP＋α）だけ増
加する。このようにして順次、燃料噴射ポンプ
４からの燃料噴射量の微増（増加分ΔV）→給
気圧Ｐの微増（増加分ΔP）→プランジヤ９ａ
の右方向への僅かな移動→上端部１０ａ、レバ
ー１０、燃料加減軸３、レバー４ａの右方向へ
の僅かな移動→燃料噴射ポンプ４からの燃料噴
射量の微増、というサイクルが繰返され、燃料
噴射量と給気量とが加不足なく増加して行くた
め、燃料は完全燃焼しながら、エンジン１の回
転速度が増加していく。こうしてガバナ２のフ
ライウエイト２ａの遠心力と、スプリング２ｂ
の弾性力のつり合いがとれる位置にシフタ２ｃ
が移るまで上述のサイクルが続けられ、燃料噴
射量とエンジン１の回転速度とが平衡状態にな
ると、終了する。このときの給気圧P₁とする
と、(1)式から上端部１０ａの変位χ₁＝KP₁であ
り、(2)式からプランジヤ９ａの変位χ₂＝KP₁＋
αである。こうして、上端部１０ａとプランジ
ヤ９ａとは、わずかな距離αを保つている。

ガバナモータ２ｅを介して増負荷制御指令が
された時。

この場合の初期状態はの時の最終状態とす
る。

ガバナモータ２ｅに増負荷制御指令が与えら
れると、ガバナモータ２ｅはスプリング２ｂを
押圧し、シフタ２ｃは右方向に移動し、レバー
２ｄを介して燃料加減軸３、上端部１０ａも右
方向へ移動する。しかし、上端部１０ａは微小
距離αP₁移動するとプランジヤ９ａによつて抑
えられるので、燃料加減軸３、レバー４ａを介
してなされる燃料吐出量の増加も距離αP₁に対
応する増加分ΔV（αP₁）に制限される。こうし
て、で述べたサイクルを繰り返して、エンジ
ン１の回転速度の上昇が行われるが、このとき
も燃料吐出量と給気量とは加不足なく行われる
ので、燃料は常に完全燃焼される。以下と同
様にして、給気圧P₂、上端部１０ａの変位χ₂
＝KP₂、プランジヤ９ａの変位χ₂＝KP₂＋αの
最終状態でエンジン１の回転は整定する。

負荷減少時。

この場合、燃料加減軸３は左方向へ移動する
ため、プランジヤ９ａの制限を受けることはな
く、従来と全く同じようにコントロールされ
る。

なお、上述の説明においては、検出器６は給
気量を調べるために、吸気管５を流れる空気の
給気圧Ｐを検出していたが、過給機の回転速度
も給気量と比例関係にあるので過給機の回転速
度を検出してもよく、また、固定ピツチプロペ
ラ付の場合は、エンジンの回転速度も給気量と
比例するので、エンジンの回転速度を検出して
もよい。

また、上記の実施例では、増幅器７ａの出力
に比例した変位を、電気空気変換弁８とエアサ
ーボ弁９とによつて発生させていたが、電動モ
ータによつても前記変位を生み出すことができ
る。

上述したように、本考案は、エンジンの回転速
度を負荷に対応して一定に保つように制御するガ
バナと、前記ガバナによつて軸方向に移動駆動さ
れる燃料加減軸と、前記燃料加減軸の動きに基づ
いて燃料噴射量を加減する燃料噴射ポンプと、エ
ンジンに空気を供給する過給機とを具備する内燃
機関において、前記過給機からエンジンに供給さ
れる給気圧力を検出する検出手段と、前記検出手
段から供給される検出信号を増幅する増幅器と、
前記検出手段の出力があらかじめ設定した設定値
以下の場合には前記増幅器の出力信号を一定に保
持する変位限定手段と、前記増幅器の出力に比例
した流体圧力を出力する変換手段と、この変換手
段によつて出力された流体圧力により軸方向の位
置が設定され、前記燃料加減軸の燃料噴射量増加
方向への移動を規制するプランジヤとにより負荷
制御装置が構成され、前記燃料加減軸とプランジ
ヤは、エンジンの定常状態において給気圧力に比
例して同方向に移動するとともに、互いの間に一
定量の隙間を介して対向して配置されているの
で、次の効果が得られた。

時々刻々給気量に見合つた燃料が噴射され、
過剰な燃料投入が解消されたので、黒煙が発生
せず公害防止に役立つ。また、燃料の浪費も避
けることができ、省エネルギーの効果がある。
さらに、黒煙による機関各部の汚染、劣化を避
けることができる。

と逆に、給気量に対し、燃料の噴射量が少
な過ぎるということもないので、過度に遅い増
負荷制御を避けることができる。

プランジヤの位置を給気圧力又は過給機の回
転速度に比例するように制御するだけで加速時
等の給気量に見合つた燃料噴射量を調整するこ
とができるから、制御が簡単である。

一定量の隙間があるから、加速等のための燃
料を確実に増加することができ、エンジンの加
速等に的確に対応することができる。

検出手段からの出力が小さい場合には変位限
定手段によつて、増幅器の信号を一定の値に保
持できるので、給気圧力の低いエンジン始動時
においても、過不足のない燃料を供給すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の内燃機関の負荷制御系の構成を
示す概略構成図、第２図は本考案の一実施例の構
成を示す概略構成図、第３図は給気圧Ｐと第２図
に示す変位χ₁，χ₂との関係を示す図である。 １……エンジン、２……ガバナ、３……燃料加
減軸、４……燃料噴射ポンプ、６……検出器（検
出手段）、７ａ……増幅器、７ｄ……アイドル電
源（変位限定手段）、８……電気空気変換弁（変
換手段）、９……エアサーボ弁（変換手段）。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 エンジンの回転速度を負荷に対応して一定に保
   つように制御するガバナと、 前記ガバナによつて軸方向に移動駆動される燃
   料加減軸と、 前記燃料加減軸の動きに基づいて燃料噴射量を
   加減する燃料噴射ポンプと、 エンジンに空気を供給する過給機とを具備する
   内燃機関において、 前記過給機からエンジンに供給される給気圧力
   を検出する検出手段と、 前記検出手段から供給される検出信号を増幅す
   る増幅器と、 前記検出手段の出力があらかじめ設定した設定
   値以下の場合には前記増幅器の出力信号を一定に
   保持する変位限定手段と、 前記増幅器の出力に比例した流体圧力を出力す
   る変換手段と、 この変換手段によつて出力された流体圧力によ
   り軸方向の位置が設定され、前記燃料加減軸の燃
   料噴射量増加方向への移動を規制するプランジヤ
   とにより負荷制御装置が構成され、 前記燃料加減軸とプランジヤは、エンジンの定
   常状態において給気圧力に比例して同方向に移動
   するとともに、互いの間に一定量の隙間を介して
   対向して配置されていることを特徴とする内燃機
   関の負荷制御装置。