(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記制御装置は、前記アクチュエータにより前記ラックに前記所定動作を行わせる工程と、前記スタータにより前記プランジャに前記予備ストローク動作を行わせる工程と、を交互に所定の回数だけ繰り返して行う間に、前記ラックが前記所定動作を前記所定時間内に完了させることができなかったときには、前記スタータによる前記ディーゼルエンジンの始動を牽制する、
請求項2に記載のディーゼルエンジン。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下では、ディーゼルエンジン1について説明する。
【0015】
図1に示すように、ディーゼルエンジン1は、エンジン本体10、燃料噴射ポンプ30、スタータ60、及び制御装置70を具備する。
【0016】
エンジン本体10は、ディーゼルエンジン1の主たる構造体である。
エンジン本体10は、シリンダブロック12、及びシリンダブロック12の上端に配設されたシリンダヘッド13を有する。シリンダブロック12には、複数の気筒11が設けられている。各気筒11内には、ピストン14が往復動可能に嵌挿されている。ピストン14には、コンロッド15を介してクランク軸16が連結されている。ピストン14の上端とシリンダヘッド13の下端の間には、燃焼室17が形成されている。シリンダヘッド13には、給気ポート18及び排気ポート19が形成されている。給気ポート18及び排気ポート19には、燃焼室17側の開口を開閉する吸気弁20及び排気弁21がそれぞれ配置されている。また、シリンダヘッド13には、燃料噴射ノズル22が、その先端部を燃焼室17内に突出するようにして設けられている。
【0017】
ディーゼルエンジン1は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程を順に繰り返すことによって、駆動力を発生する。
吸気行程では、給気ポート18が開いた状態でピストン14が下死点まで下がり、外気が給気ポート18から燃焼室17内に供給される。
圧縮行程では、給気ポート18及び排気ポート19が閉じた状態で、ピストン14が上死点まで上がり、これにより燃焼室17内の空気が圧縮される。この圧縮により燃焼室17内の空気が高温となる。そして、この圧縮行程の終わり近くで燃料噴射ノズル22から燃料が噴射される。この燃料は自然着火して燃焼する。
膨張行程では、燃料の燃焼により急激に温度と圧力が上昇してピストン14が下死点まで下がる。
排気行程では、排気ポート19が開いた状態でピストン14が上死点まで上がり、燃料の燃焼により生じたガス(排気ガス)が燃焼室17内から排気ポート19を介して流出する。
【0018】
燃料噴射ポンプ30は、燃料噴射ノズル22へ燃料を供給するものである。
図2に示すように、燃料噴射ポンプ30は、ハイドロリックヘッド31、及びハイドロリックヘッド31の下部に接合されるポンプハウジング32を有する。ハイドロリックヘッド31にはプランジャバレル33が挿嵌されており、プランジャバレル33内にプランジャ34が上下方向に摺動自在に内装される。プランジャ34の外周側面には、プランジャリード34aが形成されている。プランジャリード34aは、螺旋状の溝である。プランジャ34の下方には、上下方向に摺動自在の下部バネ受け35がバネを介して配置され、下部バネ受け35の下端部にはローラ状のタペット36が回転可能に軸支される。タペット36には、カム37が当接している。カム37は、カム軸38に固定されている。カム軸38は、図示しない歯車を介してエンジン本体10のクランク軸16に接続されている。クランク軸16が回転するときに、これに伴ってカム軸38(カム37)が回転し、その結果、プランジャ34が上下方向にストローク動作する。
【0019】
プランジャバレル33に設けられたメインポート39には、図示せぬ燃料供給部から圧送された燃料が供給される。プランジャ34が上下方向の可動範囲内における最下位置(下死点)に移動したとき、プランジャバレル33内にてプランジャ34の上方に形成される燃料圧室40とメインポート39とが連通して、燃料圧室40に燃料が導入される。
【0020】
一方、プランジャ34がカム37により押し上げられて上昇すると、プランジャ34の外壁によりメインポート39の燃料圧室40への連通口が閉ざされる。
その結果、燃料圧室40内の燃料は、プランジャ34の上昇に伴って、分配ポート41を介して分配軸42に圧送される。そして、分配軸42に圧送された燃料は、分配軸42によってデリベリバルブ43へ分配されて噴射管44を通ってエンジン本体10の燃料噴射ノズル22から噴射される。
【0021】
プランジャ34が更に上昇すると、プランジャ34に形成されたプランジャリード34aとメインポート39とが連通すると共に、プランジャバレル33内とメインポート39とが連通する。
その結果、プランジャバレル33内の燃料がメインポート39の燃料供給部側へ逆流する。すなわち、燃料噴射ポンプ30による燃料の噴射が停止される。
【0022】
プランジャ34の外周面には歯車(不図示)が形成されており、前記歯車にはラック45が噛合している。ラック45は、ポンプハウジング32により往復動可能に支持されている。本実施形態では、ラック45は、一端位置P1と他端位置P2の間で往復動可能に支持されていることとする。ラック45は、コントロールレバー46及びリンクレバー47を介してアクチュエータ(ソレノイド)48の摺動軸48aに接続されている。アクチュエータ48の摺動軸48aと、リンクレバー47との間には、ガバナスプリング49が設けられている。ガバナスプリング49は、リンクレバー47を介してラック45を一端位置P1側へ付勢している。従って、アクチュエータ48が通電されていない状態では、ラック45は、可動範囲P1〜P2内における一端位置P1に存在していることとなる。
【0023】
アクチュエータ48は、その摺動軸48aを往復動させることで、リンクレバー47及びコントロールレバー46を介して、ラック45を往復動させる。そして、アクチュエータ48によりラック45が往復動されるのに伴って、プランジャ34がその軸回りに回動されることとなる。
アクチュエータ48によりプランジャ34の回動位置が変更されることで、プランジャ34の上昇時における、プランジャリード34aとメインポート39との連通するタイミングが変更される。その結果、燃料噴射ポンプ30による燃料噴射量が変更される。
【0024】
ラック45には、ラック45の位置を検出する位置検出装置50が接続されている。
アクチュエータ48には、アクチュエータ48の出力値(アクチュエータ48に流れる電流値)を検出する出力値検出装置51が接続されている。
【0025】
スタータ60は、ディーゼルエンジン1を始動させるためのものである。
図1に示すように、スタータ60は、電動モータを有する。スタータ60は、エンジン本体10のクランク軸16に接続されており、クランク軸16を回転させることが可能である。また、スタータ60は、クランク軸16を回転させるのに伴って、プランジャ34を上下方向にストローク動作させることが可能である。
スタータ60は、クランク軸16を回転させることによって、ディーゼルエンジン1を始動させる。ディーゼルエンジン1が始動するとは、スタータ60を停止させた状態で、前記吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程が連続的に成立するようになった状態をいう。
【0026】
制御装置70は、アクチュエータ48及びスタータ60の動作を制御するものである。
【0027】
図1に示すように、制御装置70にはキースイッチ80が接続されている。
キースイッチ80は、ディーゼルエンジン1の始動及び停止を行うための操作具である。キースイッチ80は、そのキーポジションを、OFF位置、ON位置、及びSTART位置に変更可能に構成されている。キースイッチ80が前記OFF位置に操作されているときには、スタータ60及び制御装置70が通電されておらず、停止している状態となっている。キースイッチ80が前記ON位置に操作されているときには、アクチュエータ48、スタータ60及び制御装置70が通電されており、作動可能な状態となっている。制御装置70は、キースイッチ80が前記ON位置から前記START位置に操作されたときに、スタータ60を作動させると共に、ディーゼルエンジン1を始動させるための各種制御プログラムを実行する。
【0028】
制御装置70は、アクチュエータ48に接続されており、アクチュエータ48を操作して、ラック45の位置を変更することで、プランジャ34の回動位置を変更することが可能である。制御装置70は、プランジャ34の回動位置を変更することで、燃料噴射ポンプ30による燃料噴射量を調整する。
【0029】
制御装置70は、スタータ60に接続されており、スタータ60を操作して、クランク軸16を回転させることによって、プランジャ34にストローク動作を行わせることが可能である。また、制御装置70は、スタータ60を操作して、クランク軸16を回転させることによって、ディーゼルエンジン1を始動させることが可能である。
【0030】
制御装置70は、位置検出装置50に接続されており、位置検出装置50からラック45の位置の検出値の情報を取得することが可能である。
制御装置70は、出力値検出装置51に接続されており、出力値検出装置51からアクチュエータ48の出力値の検出値の情報を取得することが可能である。
【0031】
図3に示すように、制御装置70には、マップαが記憶されている。前記マップαは、アクチュエータ48の駆動に伴って、ラック45が正常に動作した場合の、アクチュエータ48の出力値Aと、ラック45の位置Pと、の相関関係を求め、マップとしたものである。前記マップαに示すように、ラック45が一端位置P1から他端位置P2へ移動するにつれて、アクチュエータ48の出力値Aが増大しており、他端位置P2から一端位置P1へ移動するにつれて、アクチュエータ48の出力値Aが減少している。これは、ラック45が、ガバナスプリング49によって一端位置P1側へ付勢されており、これにより、ラック45が他端位置P2側へ移動するにつれて、ガバナスプリング49の付勢力が増大していくからである。
【0032】
以下では、制御装置70が、キースイッチ80の操作に応じて、アクチュエータ48及びスタータ60の動作を制御するときの手順について、
図4〜
図11を参照して説明する。
【0033】
ステップS1において、キースイッチ80が前記OFF位置から前記ON位置に操作される。これにより、アクチュエータ48、スタータ60及び制御装置70が通電される。
【0034】
ステップS2において、
図5〜
図11に示すように、キースイッチ80が前記OFF位置から前記ON位置に操作されると、制御装置70は、スタータ60によるディーゼルエンジン1の始動を牽制する(仮牽制)。すなわち、制御装置70は、キースイッチ80が前記START位置に操作されても、スタータ60を作動させないようにする。
【0035】
ステップS3において、
図5〜
図11に示すように、制御装置70は、ラック45の動作検査を行う。
ラック45の動作検査とは、ラック45に所定動作Xを行わせて、ラック45が所定動作Xを所定時間Ta内に完了させることができたか否かを判定することである。
所定動作Xは、ラック45を、その可動範囲P1〜P2の全域に亘って移動させることである。本実施形態では、制御装置70は、ラック45を、一端位置P1→他端位置P2→一端位置P1の順に移動させることとする。
所定時間Taは、アクチュエータ48の駆動に伴って、ラック45が正常に動作した場合において、ラック45が所定動作Xを完了させるのに通常要する時間である。所定時間Taの情報は、予め制御装置70に記憶されている。
図5に示すように、制御装置70は、ラック45が所定動作Xを所定時間Ta内に完了させることができたときには、ラック45の動作が正常であると判定する。
図6〜
図11に示すように、制御装置70は、ラック45が所定動作Xを所定時間Ta内に完了させることができなかったときには、ラック45の動作が異常であると判定する。
【0036】
制御装置70により、ラック45の動作が正常であると判定された場合には、(ステップS3、正常)、ステップS4に移行する。
制御装置70により、ラック45の動作が異常であると判定された場合には、(ステップS3、異常)、ステップS7に移行する。
【0037】
ステップS4において、制御装置70は、仮牽制を解除する。
【0038】
ステップS5において、制御装置70は、キースイッチ80が前記START位置に操作されているか否かを判断する。
キースイッチ80が前記START位置に操作されておらず、前記ON位置にある場合、制御装置70は、キースイッチ80が前記START位置に操作されるまで待機する。
キースイッチ80が前記START位置に操作されている場合、ステップS6に移行する。
【0039】
ステップS6において、
図5に示すように、制御装置70は、スタータ60を作動させることによって、ディーゼルエンジン1を始動させる。
【0040】
ステップS7において、制御装置70は、キースイッチ80が前記START位置に操作されているか否かを判断する。
キースイッチ80が前記START位置に操作されておらず、前記ON位置にある場合、制御装置70は、キースイッチ80が前記START位置に操作されるまで待機する。
キースイッチ80が前記START位置に操作されている場合、ステップS8に移行する。
【0041】
ステップS8において、
図6〜
図11に示すように、制御装置70は、前記START位置に保持されていることを条件に、プランジャ34に予備ストローク動作を行わせる。プランジャ34に予備ストローク動作を行わせるとは、スタータ60によりプランジャ34にストローク動作を行わせ、ディーゼルエンジン1が始動する前にプランジャ34のストローク動作を停止させることである。本実施形態では、制御装置70はスタータ60に所定通電時間Tbだけ通電することによって、プランジャ34に予備ストローク動作を行わせることとする。所定通電時間Tbは、ディーゼルエンジン1が始動しない長さに設定されており、実験等により予め求められている。所定通電時間Tbの情報は、予め制御装置70に記憶されている。本実施形態では、スタータ60が所定通電時間Tbだけ通電される際には、すなわち、プランジャ34が予備ストローク動作を行う際には、プランジャ34は1ストロークだけ動くこととする。なお、制御装置70は、プランジャ34に予備ストローク動作を行わせている間、仮牽制を一時的に解除する。
なお、
図9に示すように、ラック45の動作検査の終了時に、キースイッチ80が前記ON位置に操作されていた場合には、制御装置70は、キースイッチ80が前記ON位置から前記START位置に操作されるのを待ち、そして、キースイッチ80が前記START位置に操作されてから、プランジャ34に予備ストローク動作を行わせる。
なお、
図8に示すように、所定通電時間Tbが経過するまでにキースイッチ80が前記START位置から前記ON位置に操作された場合、制御装置70はスタータ60を停止させて、プランジャ34の予備ストローク動作を中断させる。この場合、制御装置70は、スタータ60を時間Tb’(Tb’<Tb)だけしか作動させなかったとしても、プランジャ34の予備ストローク動作が完了したものとみなして、ステップS9に移行する。
【0042】
ステップS9において、
図6〜
図11に示すように、制御装置70は、所定待機時間Tcだけ待機する。所定待機時間Tcは、ステップS8において、予備ストローク動作を行ったプランジャ34が、惰性で動いている状態から完全に停止するのに通常必要な時間である。所定待機時間Tcの情報は、予め制御装置70に記憶されている。所定待機時間Tcだけ待機することによって、ステップS10にて行われるラック45の動作検査の検査精度を高めることが可能である。
【0043】
ステップS10において、
図6〜
図11に示すように、制御装置70は、所定待機時間Tc経過後、再度、ラック45の動作検査を行う。
なお、キースイッチ80が、前記ON位置又は前記START位置に保持されていることを条件に、制御装置70は、ラック45の動作検査を実施することが可能である。従って、
図11に示すように、ラック45の動作検査中に、キースイッチ80が前記OFF位置に操作されると、ラック45の動作検査が中断される。
【0044】
図6に示すように、制御装置70により、ラック45の動作が正常であると判定された場合には、(ステップS10、正常)、ステップS4に移行する。
制御装置70により、ラック45の動作が異常であると判定された場合には、(ステップS10、異常)、ステップS11に移行する。
【0045】
ステップS11において、
図7〜
図10に示すように、制御装置70は、エラー判定をして、スタータ60によるディーゼルエンジン1の始動を牽制する(本牽制)。すなわち、制御装置70は、キースイッチ80が前記START位置に操作されても、スタータ60を作動させないようにする。
【0046】
ステップS12において、制御装置70が本牽制をした後に、キースイッチ80が前記OFF位置に操作された場合には、(ステップS12、Yes)、ステップS13に移行する。
ステップS12において、制御装置70が本牽制をした後に、キースイッチ80が前記ON位置又は前記START位置に保持されている場合には、(ステップS12、No)、エラー判定、及び本牽制の状態が保持される。
【0047】
ステップS13において、
図10に示すように、キースイッチ80が前記OFF位置に操作されると、本牽制及びエラー判定が解除される。従って、その後、キースイッチ80が前記OFF位置から前記ON位置に操作された場合には、前記ステップS1からスタートすることとなる。
【0048】
なお、
図11に示すように、前記ステップS1〜ステップS11に示す工程が行われている最中に、キースイッチ80が前記OFF位置に操作された場合には、当該工程が中断される。その後、キースイッチ80が前記OFF位置から前記ON位置に操作された場合には、前記ステップS1からスタートすることとなる。
【0049】
図5〜
図11は、キースイッチ80の操作に対するディーゼルエンジン1の動作を示すタイムチャートである。
【0050】
図5に示すように、制御装置70は、一回目のラック動作検査で正常と判定して、ディーゼルエンジン1を始動させている。
図5には、フローチャート(
図4参照)において、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS6の順に移行したときの、ディーゼルエンジン1の動作を示すタイムチャートが表示されている。
【0051】
図6に示すように、制御装置70は、一回目のラック動作検査で異常と判定したが、二回目のラック動作検査で正常と判定して、ディーゼルエンジン1を始動させている。
図6には、フローチャート(
図4参照)において、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS7→ステップS8→ステップS9→ステップS10→ステップS4→ステップS5→ステップS6の順に移行したときの、ディーゼルエンジン1の動作を示すタイムチャートが表示されている。
【0052】
図7に示すように、制御装置70は、ラック動作検査を二回行い、両方の検査で異常と判定して、本牽制をしている。
図7には、フローチャート(
図4参照)において、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS7→ステップS8→ステップS9→ステップS10→ステップS11の順に移行したときの、ディーゼルエンジン1の動作を示すタイムチャートが表示されている。
【0053】
図8に示すように、制御装置70は、ラック動作検査を二回行い、両方の検査で異常と判定して、本牽制をしている。
図8には、フローチャート(
図4参照)において、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS7→ステップS8→ステップS9→ステップS10→ステップS11の順に移行したときの、ディーゼルエンジン1の動作を示すタイムチャートが表示されている。
【0054】
図9に示すように、制御装置70は、ラック動作検査を二回行い、両方の検査で異常と判定して、本牽制をしている。
図9には、フローチャート(
図4参照)において、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS7→ステップS8→ステップS9→ステップS10→ステップS11の順に移行したときの、ディーゼルエンジン1の動作を示すタイムチャートが表示されている。
【0055】
図10に示すように、制御装置70は、ラック動作検査を二回行い、両方の検査で異常と判定して、本牽制をしている。そして、キースイッチ80が前記OFF位置に操作されたため、制御装置70は、本牽制を解除している。その後、キースイッチ80が前記ON位置に操作されたため、制御装置70は、ステップS1からやり直している。
図10には、フローチャート(
図4参照)において、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS7→ステップS8→ステップS9→ステップS10→ステップS11→ステップS12→ステップS13→ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS7→ステップS8の順に移行したときの、ディーゼルエンジン1の動作を示すタイムチャートが表示されている。
【0056】
図11に示すように、制御装置70は、一回目のラック動作検査で異常と判定している。そして、二回目のラック動作検査の最中にキースイッチ80が前記OFF位置に操作されたために、制御装置70は、二回目のラック動作検査を中断している。その後、キースイッチ80が前記ON位置に操作されたために、制御装置70は、ステップS1からやり直している。
図11には、フローチャート(
図4参照)において、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS7→ステップS8→ステップS9→ステップS10→ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS7→ステップS8→ステップS9→ステップS10の順に移行したときの、ディーゼルエンジン1の動作を示すタイムチャートが表示されている。
【0057】
以上のように構成することで、プランジャ34の外周にできた燃料の膜等により、プランジャ34が固着して回動しにくい状態になっており、その結果、前記ステップS3において、制御装置70により、ラック45の動作が異常であると判定された場合であっても、前記ステップS8に示すように、制御装置70が、スタータ60によってプランジャ34に予備ストローク動作を行わせることによって、燃料の膜等を除去することが可能となる。従って、ディーゼルエンジン1を円滑に始動させることが可能となる。
【0058】
なお、
図7〜
図10に示すように、本実施形態では、制御装置70は、本牽制(エラー判定)をするまでに、ラック45の動作検査を二回までしか実施できないが、本発明はこれに限定されず、制御装置70が、本牽制をするまでに、ラック45の動作検査を二回以上実施できるように構成してもよい。
すなわち、制御装置70が、ラック45の動作検査(アクチュエータ48によりラック45に所定動作Xを行わせる工程)と、スタータ60によりプランジャ34に予備ストローク動作を行わせる工程(ステップS8参照)と、を交互に所定の回数Nだけ繰り返して行う間に、ラック45が所定動作Xを所定時間Ta内に完了させることができなかったときには、スタータ60によるディーゼルエンジン1の始動を牽制(本牽制)するように構成する。前記所定の回数Nは、作業者等により自由に決定される。
例えば、制御装置70が、本牽制をするまでに、ラック45の動作検査を三回実施できるように構成する場合において、本牽制をするときには、制御装置70は、ラック45の動作検査(一回目)→異常判定→プランジャ34の予備ストローク動作→ラック45の動作検査(二回目)→異常判定→プランジャ34の予備ストローク動作→ラック45の動作検査(三回目)→異常判定→本牽制、の順に各工程を実施することとなる。
【0059】
また、ディーゼルエンジン1は、制御装置70がスタータ60によるディーゼルエンジン1の始動を牽制(本牽制)したことをオペレータに通知するための通知手段90を具備するように構成してもよい。
通知手段90は、例えば、音声発生手段、又は画像表示手段で構成される。
図1に示すように、通知手段90は、制御装置70に接続されている。
以下では、通知手段90の動作について説明する。
前記ステップS11において、制御装置70は、本牽制をしたときに、通知手段90にエラー信号を送信する。そして、通知手段90は、前記エラー信号を受信すると、本牽制がなされたことを、音声、画像表示等を用いて、オペレータに通知する。
これにより、オペレータは、プランジャ34、ラック45等にメカ的故障が存在している可能性があることを認識することが可能となる。
【0060】
また、制御装置70は、前記ステップS3及びステップS10において、ラック45の動作検査を実施するときに、以下に示す方法を用いて異常判定をしてもよい。
図12に示すように、制御装置70は、ラック45の動作検査を実施するときに、位置検出装置50からラック45の位置の検出値P
Xaの情報を取得すると共に、出力値検出装置51からアクチュエータ48の出力値の検出値A
Xの情報を取得する。そして、制御装置70は、前記マップαに基づいて、アクチュエータ48の出力値の検出値A
Xに対応するラック45の目標位置P
Xbを算出する。そして、制御装置70は、ラック45の位置の検出値P
Xaと、ラック45の目標位置P
Xbと、の差D(=P
Xb−P
Xa)を算出する。
そして、制御装置70は、差Dが所定値D
α以上になったときに、ラック45の動作が異常である、すなわち、ラック45が所定動作Xを所定時間Ta内に完了させることができないと判定する。これは、差Dが大きくなるにつれて、ラック45の動作が鈍化して、その結果、ラック45が所定動作Xを所定時間Ta内に完了させることができなくなる可能性が高くなるからである。所定値D
αは、制御装置70がラック45の動作検査を実施する際に、ラック45が所定動作Xを所定時間Ta内に完了させることができなくなる可能性が高くなる値であり、実験等により予め求められる。所定値D
αの情報は、予め制御装置70に記憶されている。
以上のように構成することで、制御装置70は、早期に、ラック45の動作が異常であると判定することが可能である。また、アクチュエータ48に過大な負荷がかかることを抑制することが可能となる。
【0061】
なお、制御装置70は、キースイッチ80が前記OFF位置からON位置に操作される際に、ディーゼルエンジン1の冷却水の温度が0℃以下の場合には、前記ステップS3に示すラック45の動作検査を実施しないように構成してもよい。これは、ディーゼルエンジン1の冷却水の温度が0℃以下になる場合には、作動油、潤滑油等の粘度が上がってしまい、その結果、プランジャ34が円滑に動ける状態にあるにもかかわらず、ラック45の動作が鈍化して、ラック45の動作検査の精度が低下してしまうおそれがあるからである。
しかし、過去(例えば、前回起動時)に、制御装置70によってラック45の動作検査が実施されて、ラック45の動作が異常であると判定されたことがある場合には、制御装置70は、ディーゼルエンジン1の冷却水の温度が0℃以下の場合であっても、ラック45の動作検査を実施するように構成する。これは、このような場合には、ディーゼルエンジン1のメンテナンスに備えて、制御装置70が、ディーゼルエンジン1の作動状態のデータをより多く取得することができるようにするためである。