JP2008008208A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンのアクセル操作による過剰な燃料噴射を回避する。
【解決手段】作業車両に搭載するエンジンにおいて、燃料噴射の際の噴射制御モードを、アクセル開度の時間的応答が実操作値に対し速く応答する路上走行等における路上モードと、実操作値に対し補正を行い緩やかに応答させる作業時における作業モードとに切替え可能としたことを特徴とする噴射モード切替装置を備えたエンジンの構成とする。また、アクセル操作に対するエンジン回転数の上昇状態から空吹かし運転と判定したときは、過剰なアクセル操作に対し燃料噴射量を抑える応答を行う構成とする。また、無負荷時において、吸気温度と冷却水温度が設定値以下で、アクセル操作速度が設定値以上のときは低温冷機時における空吹かし運転と判定し、燃料噴射時期を進角させると共にパイロット噴射回数を増加させる構成とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、作業車輌や一般車輌に搭載するエンジンに関する。

従来では、車両の停止中におけるエンジンの空吹かし制御装置として、車両の停止状態の検知手段、アクセル開度状態の検知手段（又は排気温度状態の検知手段）、アクセル開度時間の測定手段等からの信号により、車両が停止中であってアクセル開度が大きく開側状態（又は排気温度が所定値以上）で、所定時間以上経過したときはエンジンの空吹かし状態と判断し、アクセル開度を閉側に作動させることにより、吸入空気量が抑制され燃料噴射量も低減されエンジンの回転数が低下しアイドル状態にすることができるから、エンジンから送り込まれる熱量が低下して排気系の過熱状態が回避され、異常過熱による排気系の劣化や損傷を防止できるもの等か開示されている。（例えば、特許文献１参照）
特開平１０ー１８４３９６号公報

しかし、このように、車両の停止中におけるエンジンの空吹かし制御装置として、エンジンが空吹かし状態にあると判断したときは、アクセル開度を閉側に作動させることにより、エンジン回転数を低下させアイドル状態にすることができるが、作業車両において作業を行う際には、通常では、アクセル開度を全開状態としエンジン回転数を低下させることなく作業を開始するため、このとき、アクセル操作を急激に行うと空吹かしによる過剰な燃料噴射により白煙を排出し易くなると共に燃費の悪化等も発生し、微妙なアクセル操作を必要とするという操作上の難点があった。特に、エンジン駆動部の摩擦が大きい寒冷時や始動直後で勢車の慣性マスが大きい場合等に白煙の排出が顕著となる。

そこで、本発明では、作業時における微妙なアクセル操作を必要とする操作上の難点を解消しようとするものである。

請求項１の発明は、作業車両に搭載するエンジンにおいて、燃料噴射の際の噴射制御モード（１）を、アクセル開度の時間的応答が実操作値に対し速く応答する路上走行等における路上モード（１ａ）と、実操作値に対し補正を行い緩やかに応答させる作業時における作業モード（１ｂ）とに切替え可能としたことを特徴とする噴射モード切替装置を備えたエンジンの構成とする。

このような構成により、作業車両にて路上を走行する際には、噴射制御モード（１）を路上モード（１ａ）に切替えることにより、エンジンのアクセル開度を、オペレータの操作に対し運転操縦に支障が生じないよう速く応答させることができると共に、作業を行う際には（例えば圃場等）、噴射制御モード（１）を作業モード（１ｂ）に切替えることにより、エンジンのアクセル開度を、オペレータの急激な操作に対しても空吹かしを抑えるよう補正によって緩やかに応答させることができる。

請求項２の発明は、アクセル操作に対するエンジン回転数の上昇状態から空吹かし運転と判定したときは、過剰なアクセル操作に対し燃料噴射量を抑える応答を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの構成とする。

このような構成により、アクセル操作に対しエンジン回転数が急激に上昇したときは空吹かし運転と判定し、アクセル開度の応答を急激な特性から緩やかな特性とすることにより、不要な燃料噴射を防止することができる。

請求項３の発明は、無負荷時において、吸気温度と冷却水温度が設定値以下で、アクセル操作速度が設定値以上のときは低温冷機時における空吹かし運転と判定し、燃料噴射時期を進角させると共にパイロット噴射回数を増加させることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの構成とする。

このような構成により、吸気と冷却水の温度が設定値以下の低温で、アクセル操作が設定値以上の急加速のときは、エンジンの低温冷機時における無負荷状態での空吹かし運転と判定し、燃料噴射時期の進角と共にパイロット噴射回数の増加により、空吹かし運転を抑制することができる。

請求項１の発明では、上記作用の如く、作業車両において、路上走行時には路上モード（１ａ）に切替え、エンジンのアクセル開度を、オペレータの操作に対し運転操縦に支障が生じないよう速く応答させることによって、路上運転を的確に行うことができると共に、作業時には（例えば圃場等）作業モード（１ｂ）に切替え、エンジンのアクセル開度を、オペレータの急激な操作に対し補正により空吹かしを抑えるよう緩やかに応答させることができるから、従来の如く、微妙なアクセル操作を必要とすることなく、過剰な燃料噴射を抑制し、白煙の排出と燃費の悪化を低減することができる。

請求項２の発明では、上記作用の如く、アクセル操作に対しエンジン回転数が急激に上昇したときは空吹かし運転と判定し、アクセル開度の応答を急激な特性から緩やかな特性とすることにより、急激なアクセル操作に対しても不要な燃料噴射の防止と共に黒煙の排出を抑えることができる。

請求項３の発明では、上記作用の如く、吸気と冷却水の温度が設定値以下の低温で、アクセル操作が設定値以上の急加速のときは、エンジンの低温冷機時における無負荷状態での空吹かし運転と判定し、燃料噴射時期を進角させことにより空吹かし運転による失火や白煙を抑制できると共に、パイロット噴射回数を増加させることにより進角による燃焼騒音の増大を防止することができる。

作業車両に搭載するエンジンにおいて、燃料噴射の際の噴射制御モード１を、アクセル開度の時間的応答が実操作値に対し速く応答する路上走行等における路上モード１ａと、実操作値に対し補正を行い緩やかに応答させる作業時における作業モード１ｂとに切替え可能とする。また、アクセル操作に対するエンジン回転数の上昇状態から空吹かし運転と判定したときは、過剰なアクセル操作に対し燃料噴射量を抑える応答を行う。また、無負荷時において、吸気温度と冷却水温度が設定値以下で、アクセル操作速度が設定値以上のときはエンジンの低温冷機時における空吹かし運転と判定し、燃料噴射時期を進角させると共にパイロット噴射回数を増加させる。

以下に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
蓄圧式燃料噴射ディーゼルエンジンについて、図４に示す如きシステム図によりその概要を説明する。蓄圧式燃料噴射とは、各気筒へ燃料を噴射する燃料噴射装置への燃料供給を要求された圧力とするコモンレール１０（蓄圧室）を介して行うものである。

燃料タンク１１内の燃料は吸入通路により燃料フィルタ１２を介してエンジンで駆動される高圧ポンプ１３に吸入され、この高圧ポンプ１３によって加圧された高圧燃料は吐出通路１４によりコモンレール１０に導かれ蓄えられる。

該コモンレール１０内の高圧燃料は各高圧燃料供給通路１６により気筒数分の燃料噴射弁１７に供給され、エンジンコントロールユニット１８（以下ＥＣＵという）からの指令に基づき、各気筒毎に燃料噴射弁１７が開弁作動して、高圧燃料がエンジンの各燃焼室内に噴射供給される。

各燃料噴射弁１７での余剰燃料（リターン燃料）は各リターン通路１９により共通のリターン通路２０へ導かれ、このリターン通路２０によって燃料タンク１１へ戻される。
また、コモンレール１０内の燃料圧力（コモンレール圧力）を制御するため高圧ポンプ１３に圧力制御弁２１が設けられている。

この圧力制御弁２１はＥＣＵ１８からのデューティ信号によって、高圧ポンプ１３から燃料タンク１１への余剰燃料のリターン通路２０の流路面積を調整するものであり、これによりコモンレール１０側への燃料吐出量を調整してコモンレール圧力を制御することができる。

具体的には、エンジン運転条件に応じて目標コモンレール圧力を設定し、コモンレール圧センサ２２により検出されるコモンレール圧力が目標コモンレール圧力と一致するよう、圧力制御弁２１を介してコモンレール圧力をフィードバック制御する。

作業車両（農作業機）における蓄圧式燃料噴射ディーゼルエンジンのＥＣＵ１８は、図５に示す如く、回転数と出力トルクの関係において走行モードＭ１と通常作業モードＭ２及び重作業モードＭ３の三種類の制御モードを設けている。

走行モードＭ１は、回転数の変動で出力も変動するドループ制御として、農作業を行わず移動走行する場合に使用するものであり、例えば、ブレーキを掛けて走行速度を減速したり停止したりすると、この走行負荷の増大に伴ってエンジン回転数が低下するため走行速度の減速や停止を安全に行うことができる。

通常作業モードＭ２は、負荷が変動しても回転数が一定で出力を負荷に応じて変更するアイソクロナス制御として、通常の農作業を行う場合に使用するものであり、例えば、トラクターであれば耕耘作業時に耕地が固く耕耘刃に抵抗が掛かるとき、コンバインであれば収穫作業時に収穫物が多く負荷が増大したときでも、出力が変動して回転数を維持するのでオペレータが楽に操縦できる。

重作業モードＭ３は、通常作業モードＭ２と同様に負荷が変動しても回転数一定で出力を負荷に応じて変更するアイソクロナス制御に、負荷限界近くになると回転数を上昇させて出力を上げる重負荷制御を加えた制御で、特に、負荷限界近くで農作業を行う場合に使用するものであり、例えば、トラクターで耕耘作業を行っている際に、特に、固い耕地に遭遇してもエンジン出力が通常の限界を越えて増大するので作業を中断することがない。

これらの作業モードＭ１，Ｍ２，Ｍ３は、作業モード切替スイッチの操作、又は走行変速レバーの変速操作、作業クラッチの入り切り操作等によって切り替わるように構成する。

従来、ディーゼルエンジンでは、メイン噴射に先立って少量の燃料をパルス的に噴射するパイロット噴射を行うことにより、着火遅れを短縮してディーゼルエンジン特有の、所謂ノック音を低減することが知られている。

このパイロット噴射は、メイン噴射の前に１回乃至２回に固定して行われるものであったが、前記コモンレール１０のシステムを用いることで、エンジンの状況に応じてパイロット噴射の状態を変化させ、騒音の低減や不完全燃焼による白煙又は黒煙の発生を抑制できる。

該コモンレール１０のエンジンを搭載した作業車両における燃料噴射時の噴射制御モード１を、図１に示す如く、路上を走行する際には、路上モード１ａに切替えることにより、アクセル開度をオペレータの操作に対し運転操縦に支障が生じないよう素速く応答させることによって、路上運転を的確に行うことができると共に、作業を行う際には（例えば圃場等）、作業モード１ｂに切替えることにより、アクセル開度をオペレータの急激な操作に対し、エンジンの雰囲気温度や勢車の慣性マス等を用いた演算補正により、空吹かしを抑えるよう緩やかに応答させることができるから、過剰な燃料噴射を抑制し、白煙の排出と燃費の悪化を低減することができる。

また、図２に示す如く、急激なアクセル操作２ａに対し、エンジン回転数の上昇が負荷運転２ｂの場合は緩やかであるが、無負荷運転２ｃの場合には空吹かし状態となり急激に回転数が上昇するため、この上昇による時間的な速度変動：△Ｎ／△ｔにしきい値を設け、このしきい値が所定の基準値以上の場合は空吹かし運転と判定し、アクセル操作２ａ後の燃料噴射量の制御を、従来の急激な噴射量特性２ｄから緩やかな噴射量特性２ｅとすることにより、急激なアクセル操作２ａに対し不要な燃料噴射の防止と共に黒煙の排出を抑えることができる
また、従来では、Ｎｏｘ対策のため噴射時期を遅角寄りに設定されることが多いが、無負荷時の急加速による空吹かしにより失火し大量の白煙を排出し易く、この傾向が低温冷機時に多くみられるため、図３に示す如く、クラッチセンサ３ａによる切断の検出又はギヤ変速位置センサ３ｂによる中立位置の検出、水温センサ３ｃによる冷却水温度と吸気温センサ３ｄによる吸気温度が共に設定値以下で、アクセル開度センサ３ｅによりアクセル操作が設定値以上の急加速のときは、前記エンジンＥＣＵ１８により低温冷機時における無負荷状態での空吹かし運転と判定し、燃料噴射時期３ｆを進角させことにより空吹かし運転による失火や白煙を抑制できると共に、パイロット噴射３ｇの回数を増加させることにより進角による燃焼騒音の増大を防止することができる。

また、低温時は、雰囲気温度の低下と共に着火不良により白煙の発生と始動性も悪化し、着火不良によるディーゼルノックの発生も著しいため、図６に示す如く、前記コモンレール１０のシステムを用いるエンジンにおいて、燃料タンク１１，高圧ポンプ１３，燃料噴射弁１７，ＥＣＵ１８及び水温センサ３ｃ，吸気温センサ３ｄ等を各々接続配置すると共に、ＥＣＵ１８に二種類の通常用レール圧マップ４ａと低温用レール圧マップ４ｂとを切替え可能に設けて構成させる。

このような構成により、図７のフローチャートに示す如く、冷却水温度と吸気温度により雰囲気温度を算出し、低温時には、失火による白煙の改善と始動時の着火性の改善を図るためレール圧が大きくなる低温用レール圧マップ４ｂに切替えると共に、エンジンが暖気されると騒音優先でレール圧を通常用レール圧マップ４ａに切替えるよう制御を行わせる。

また、前記の如きコモンレール１０のシステムを用いるエンジンにおいて、図８に示す如く、ＥＣＵ１８に二種類ではなく単一のレール圧マップ４を設けることにより、冷却水温度と吸気温度により雰囲気温度を算出し、低温時には失火による白煙の改善と始動時の着火性の改善を図るため、レール圧が大きくなるよう補正値を算出して増加補正を行うと共に、エンジンが暖気されると騒音優先で補正によりレール圧を低減するよう制御を行わせる。

また、コンバインのエンジンにおいて、従来のメカ式ガバナでは速度変動率によってエンジン回転数が定常回転時でも回転数の低下が発生しており、旋回時には負荷の増大によって大きく回転数が低下するため、図９に示す如く、コンバインの作業形態を判別し、コモンレール１０を用いたエンジンの回転数を自動的に切替え制御を行うものとして、刈取，脱穀及び籾排出時には前記アイソクロナス制御を選択し、旋回時には回転数の低下を防止して出力を確保するため前記重負荷制御を選択すると共に、ブレーキ作動時は安全確保のため前記ドループ制御を選択することにより、作業形態毎の適切な回転数制御を自動的に選択設定することができる。

また、コモンレール１０を用いたトラクターのエンジンにおいて、エンジン回転数を、作業機の下降により作業を実施すると判断し自動的にアイソクロナス制御に切替え、逆に、作業機の上昇により作業が終了したと判断し自動的にドループ制御に切替えると共に、旋回時に作業機が上昇したときもドループ制御に切替えることにより、作業前，作業時，旋回時に応じてエンジン回転数の制御が自動的に切替えられるため、円滑に作業を行うことができる。

また、コモンレール１０を用いたトラクターのエンジンにおいて、前記図５に示す如く、回転数と出力トルクの関係にて走行モードＭ１と通常作業モードＭ２及び重作業モードＭ３の三種類の制御モードを設けているが、このうち作業用モードとしての通常作業モードＭ２と重作業モードＭ３を、図１０に示す如く、作業時の耕深状態に応じて自動的に切替える耕深調整ダイヤル５を設けることにより、例えば、該調整ダイヤル５のレベル数値＝６までは通常作業モードＭ２に設定し、レベル数値＝７以上は重作業モードＭ３に設定することにより、耕深大で負荷増大時のエンジン回転数の低下を抑制することができる。

また、コモンレール１０を用いたトラクターのエンジンにおいて、前記作業用モードとしての通常作業モードＭ２と重作業モードＭ３を、図１１に示す如く、ＰＴＯレバー位置（回転速度）６に応じて自動的に切替える設定を行うことにより、例えば、１速位置６ａと２速位置６ｂでは通常作業モードＭ２に設定し、３速位置６ｃと４速位置６ｄでは重作業モードＭ３に設定すると共に、逆転位置６ｅでは重作業モードＭ３に回転上昇制御を加える設定とすることにより、負荷増大時のエンジン回転数の低下を抑制することができる。

また、コモンレール１０を用いたトラクターのエンジンにおいて、前記走行モードＭ１と通常作業モードＭ２及び重作業モードＭ３の三種類の制御モードに回転低下制御を加えたものを、図１２に示す如く、作業形態に応じた適切なモードに切替えることができる作業切替ダイヤル７を設けることにより、例えば、路上走行時７ａは走行モードＭ１に、耕耘時７ｂは通常作業モードＭ２に、４ＷＤ時７ｃは重作業モードＭ３に、オートリフト時７ｄは通常作業モードＭ２＋回転低下させる制御に、スーパーフルターン時７ｅは重作業モードＭ３（通常作業時）＋回転低下させる制御（旋回時）に設定することにより、効率の良い作業を実施することができる。

また、トラクターにおける耕耘作業時に、従来では、作業機の上下作用を圃場端で車体の切り返しを行う際に手動レバーの操作にて行うものや、ハンドルの切れ角を検出して自動で上下作用を行うもの等があったが、手動レバーの操作を行うものでは、車体の切り返しを行うハンドル操作と同時に操作が必要となるためオペレータの腕への負担が大きくなるという不都合や、ハンドルの切れ角検出による自動上下を行うものでは、オペレータの意志通りに作業機が上下できないという不具合を生じることと、トラクターの運転時にはオペレータの脚で操作を行うものが少なく脚の負担が小さいことから、ブレーキペダルのキック（一瞬踏む操作）によって作業機を上下させることにより、オペレータの負担を軽減することができる。なお、通常のブレーキ操作ではブレーキペダルを踏む時間が長く、踏む時間の長さでオペレータの意志を判断することができる。

また、コモンレール１０を用いたエンジンにおいて、図１３に示す如く、吸気ポート８に設けている吸気制御用のスワール制御板９に付勢力を与えるスプリング等を取り付け、ブースト圧とスプリング力との釣合いによって該制御板９の向きを機械的に制御することにより、例えば、ブースト圧が高い状態では該制御板９が全開ａとなり、ブースト圧が低くなるに従いスプリング力によって該制御板９を徐々に閉鎖ｂしてスワールを発生させることができる。このようにスプリング等を用いた簡単な構成によりスワールを制御することができるから、従来のモーター等の電気制御によるコスト高を改良して安価に制御を行うことができる。

また、コモンレール１０を用いたエンジンにおいて、図１４に示す如く、前記ＥＣＵ１８によるレール圧，噴射回数，噴射時間等の信号から燃料消費量を算出すると共に、前記燃料タンク１１に設けた燃料センサ２３によって検出した燃料レベルとを連動させることにより、燃料消費率や燃料残量及び推定燃料補給時刻等を燃料モニタシステム２４に表示させることができる。従来は燃料残量のみの表示であった。

また、電子制御式エンジンでの定速運転の設定に係わる操作について、従来では、一定速度での運転を設定するスイッチは、押された場合に現在の運転条件（エンジン回転数）に関係なく設定された回転速度にて運転されるものであったが、このように現在の運転条件に関係なく回転速度が設定されるものでは、オペレータの意志が反映され難いという不都合があった。

このため、図１５（ａ）に示す如く、アクセル操作２５ａによりエンジン回転数２５ｂを設定し、アクセル操作２５ａが終了した後で、任意の一定速度でエンジンを運転させる一定運転モードスイッチ２６のＯＮまでの経過時間Ｔが、所定の一定時間Ｔｓより大きいときは、従来の設定された運転速度による一定運転とし、図１５（ｂ）に示す如く、経過時間Ｔが一定時間Ｔｓより小さいときは、その時点でアクセル操作２５ａにより設定された回転速度を新たな運転速度とするものであり、アクセル操作２５ａと該モードスイッチ２６との時間的間隔により、オペレータの意志を判断して一定回転運転モードの速度を設定することができる。

なお、図１６（ａ）に示す如く、アクセル操作２５ａによりエンジン回転数２５ｂを設定し、アクセル操作２５ａが終了した後の操作を行っていないときに、一定運転モードスイッチ２６をＯＮした場合は、従来の設定された運転速度による一定運転とし、図１６（ｂ）に示す如く、アクセル操作２５ａの途中で該モードスイッチ２６をＯＮしたときは、その時点でのエンジン回転数２５ｂが新たな設定回転数となり一定運転されるものであり、該モードスイッチ２６のＯＮとアクセル操作２５ａとの関連により、一定回転運転モードの速度を設定することができる。

また、空調を装備したキャビンを搭載しているトラクターやコンバイン等において、従来では、低温の場合には燃料中のＷＡＸ分が析出して燃料が詰まったり、高温の場合には燃料密度の低下によりエンジン出力が低下するという不具合が発生しているため、図１７に示す如く、空調ダクト２７を、前記燃料タンク１１に接続している燃料フィルタ１２の周りに導くよう配設すると共に、燃料温度センサ２８の検出により電磁バルブ２９をＯＮ，ＯＦＦして温度の制御を行うことにより、燃料温度を適正に制御することができるから、低温時の燃料詰まりによるエンジンの停止や、高温時の出力低下を防止することができる。なお、燃料フィルタ１２前の燃料配管を空調ダクト２７の中を通過させるようにしても、前記と同様の効果が得られるものである。

トラクタやコンバイン等の作業車両を始め一般車両にも利用可能である。

アクセル開度を路上モードと作業モードとに切替え可能な状態を示す線図。 アクセル操作に対するエンジン回転数と燃料噴射量の変化状態を示す線図。 ＥＣＵによる低温冷機時の無負荷状態での空吹かし対応を示すブロック図。 コモンレールによる蓄圧式燃料噴射ディーゼルエンジンを示すシステム図。 三種類の制御モードによるエンジン回転数と出力トルクの関係を示す線図。 ＥＣＵに通常用と低温用のレール圧マップを設けた状態を示すシステム図。 雰囲気温度によりレール圧マップを切替える手順を示すフローチャート図。 ＥＣＵに増加補正が可能なレール圧マップを設けた状態を示すシステム図。 コンバインの作業形態を判別して制御モードの自動切替え状態を示す線図。 耕深調整ダイヤルでの耕深状態に応じた制御モード切替えを示す平面図。 ＰＴＯレバー位置に応じて自動的に制御モードの切替え状態を示す線図。 作業切替ダイヤルでの作業形態に応じた制御モード切替えを示す平面図。 エンジンの吸気ポートに設けたスワール制御板の作用状態を示す平面図。 ＥＣＵで算出する燃料関係情報のモニタへの表示状態を示す概略回路図。 （ａ）アクセル操作後のモードスイッチＯＮでのエンジン運転速度を示す線図。 （ｂ）アクセル操作後のモードスイッチＯＮでのエンジン運転速度を示す線図。 （ａ）アクセル操作後のモードスイッチＯＮでのエンジン運転速度を示す線図。 （ｂ）アクセル操作後のモードスイッチＯＮでのエンジン運転速度を示す線図。 エンジンの燃料フィルタを空調ダクトの途中に配設した状態を示す略図。

符号の説明

１． 噴射制御モード
１ａ．路上モード
１ｂ．作業モード

Claims (3)

1. 作業車両に搭載するエンジンにおいて、燃料噴射の際の噴射制御モード（１）を、アクセル開度の時間的応答が実操作値に対し速く応答する路上走行等における路上モード（１ａ）と、実操作値に対し補正を行い緩やかに応答させる作業時における作業モード（１ｂ）とに切替え可能としたことを特徴とする噴射モード切替装置を備えたエンジン。
2. アクセル操作に対するエンジン回転数の上昇状態から空吹かし運転と判定したときは、過剰なアクセル操作に対し燃料噴射量を抑える応答を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 無負荷時において、吸気温度と冷却水温度が設定値以下で、アクセル操作速度が設定値以上のときは低温冷機時における空吹かし運転と判定し、燃料噴射時期を進角させると共にパイロット噴射回数を増加させることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。

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