(57)【要約】【課題】メインコントローラとサブコントローラとを切り換えても通常のエンジン回転数制御を続行できる燃料噴射制御を備える電子制御式エンジンを提供する。【解決手段】メインコントローラ２０及びサブコントローラ３０を備え、いずれか一方のコントローラで燃料噴射量を決定する電子制御式エンジン１において、一方から他方へのコントローラ切換時は、切換後のコントローラの初期燃料噴射量を切換前の燃料噴射量、又は切換時のエンジン回転数に対応して、予め記憶されているエンジン回転数と負荷との相関から定まる燃料噴射量に基づき算出する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインコントローラ及びサブコントローラを備え、いずれか一方のコントローラで燃料噴射量を決定する電子制御式エンジンにおいて、一方から他方へのコントローラ切換時は、切換後のコントローラの初期燃料噴射量を切換前の燃料噴射量、又は切換時のエンジン回転数に対応して、予め記憶されているエンジン回転数と負荷との相関から定まる燃料噴射量に基づき算出することを特徴とする電子制御式エンジン。
【請求項２】
コントローラ切換後の所定期間は燃料噴射量の上限値を増量側へオフセットすることを特徴とする請求項１に記載の電子制御式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子制御式エンジンであって、メインコントローラ及びサブコントローラを備え、いずれか一方のコントローラで燃料噴射量を決定する電子制御式エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、メインコントローラとしてのＣＰＵとサブコントローラとしてのバックアップ回路とを備えて、基準位置信号及び角度検出信号を双方に入力する構成であって、ＣＰＵ故障時にバックアップ回路がバックアップをしている際の燃料噴射信号又は燃料噴射停止信号を出力する構成が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−７９３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＣＰＵからバックアップ回路に切り換わったときには、バックアップ時の燃料噴射又は燃料噴射停止を行う構成に留まり、通常のエンジン回転数制御を続行できない。また、メインコントローラ及びサブコントローラとして独立した2台のコントローラを備えたシステムであれば、サブコントローラのバックアップにより燃料噴射を停止することなくエンジンの運転継続が可能である。しかし、この場合もサブコントローラに初期噴射量を指示しない場合、初期噴射量がゼロの状態から、噴射量制御が始まることとなるため、サブコントローラ運転開始直後の燃料噴射量が少なくなり回転数が大きく下がることとなる。
また、従来、バックアップ時の噴射量は一定値に抑えられていたので、メインコントローラからサブコントローラへの切換時において、目標回転数へ復帰するために多量の噴射量を必要とする場合であっても、上限噴射量以上の噴射量を燃料噴射弁から噴射させることができず、目標回転数への復帰に時間がかかる、或いは、目標回転数に復帰することができなかった。
【０００５】
そこで、本発明はかかる課題に鑑み、メインコントローラとサブコントローラとを切り換えても通常のエンジン回転数制御を続行できる燃料噴射制御を備える電子制御式エンジンを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、メインコントローラ及びサブコントローラを備え、いずれか一方のコントローラで燃料噴射量を決定する電子制御式エンジンにおいて、一方から他方へのコントローラ切換時は、切換後のコントローラの初期燃料噴射量を切換前の燃料噴射量、又は切換時のエンジン回転数に対応して、予め記憶されているエンジン回転数と負荷との相関から定まる燃料噴射量に基づき算出するものである。
【０００８】
請求項２においては、コントローラ切換後の所定期間は燃料噴射量の上限値を増量側へオフセットするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
請求項１においては、エンジンを制御するコントローラの切換にあたって、それまでの燃料噴射量を継承することができる。また、予めエンジン回転数と負荷とのそう館が判明している場合には、コントローラ切換時のエンジン回転数及び該エンジン回転数から定まる負荷に応じた燃料噴射量を初期噴射量にできるため、コントローラ切換初期のエンジン回転数の低下を抑制することができる。
【００１１】
請求項２においては、通常上限値での燃料噴射量の抑制を解除できるので、コントローラ切換によるエンジン回転数低下から早期に目標回転数へと復帰することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例に係る電子制御式エンジンの全体的な構成を示したブロック図。
【図２】電子制御式エンジンを示すブロック図。
【図３】ＰＩＤ制御の流れを示すブロック図。
【図４】エンジン回転数及び燃料噴射量の経時変化を示すグラフ図。
【図５】エンジン回転数及び燃料噴射量の経時変化を示すグラフ図。
【図６】エンジン回転数及び燃料噴射量の経時変化を示すグラフ図。
【図７】エンジン回転数及び燃料噴射量の経時変化を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
まず、本発明に係る電子制御式エンジン１について図１を用いて説明する。
前記電子制御式エンジン１は、図示せぬ燃焼室内へ燃料を噴射するための複数の燃料噴射弁１０を具備している。前記燃料噴射弁１０は、電磁弁で構成されており、ソレノイド１１、スプリング１２、及びニードル１３などにより構成されている。各燃料噴射弁１０のソレノイド１１は通常時においてはメインコントローラ２０に接続されている。このように構成することにより、ソレノイド１１に電流を流せばニードル１３が移動して弁を開け燃焼室内へ燃料を送り込むことができる。一方、メインコントローラ２０が故障した際には、各燃料制御弁１０はバックアップコントローラとしてのサブコントローラ３０と接続され、該サブコントローラ３０により開閉が制御される。但し、電子制御式エンジン１はラック位置をソレノイドで変更する構成であってもよく、電子制御により燃料噴射量を変更できるエンジンであれば限定するものではない。
【００１４】
前記メインコントローラ２０はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＲＡＭやＲＯＭ等で構成されており、各燃料噴射弁１０の開弁時間を制御することにより噴射量を調節するものである。前記メインコントローラ２０は各燃料噴射弁１０とメイン側切換スイッチ４５を介して接続されており、また、メインコントローラ２０及びサブコントローラ３０の運転切換を行う制御盤４０に接続されている。そして、通常時には前記メインコントローラ２０が各燃料噴射弁１０の開閉制御を行うものである。
【００１５】
前記サブコントローラ３０はＣＰＵやＲＡＭやＲＯＭ等で構成されており、各燃料噴射弁１０とサブ側切換スイッチ４６を介して接続されている。また、メインコントローラ２０及びサブコントローラ３０の運転切換を行う制御盤４０に接続されている。そして、メインコントローラ２０が故障した際には、前記サブコントローラ３０が各燃料噴射弁１０の開閉制御を行うものである。なお、サブコントローラ３０はメインコントローラ２０と同様の構成であり、その役割を交換することも可能である。すなわち、通常使うコントローラがメインコントローラ２０であり、バックアップさせておいたコントローラがサブコントローラ３０となる。また、メインコントローラ２０とサブコントローラ３０にはそれぞれ回転数検知手段や温度検知手段等の検知手段が接続され、それぞれの値を同様の方法で演算し、所定の値はＲＡＭ等に記憶している。
【００１６】
前記制御盤４０は、前記メインコントローラ２０及びサブコントローラ３０の運転切換を行うものである。前記制御盤４０はメインコントローラ２０及びサブコントローラ３０に接続されており、また、メインコントローラ２０と各燃料噴射弁１０とを接続するための電気回路の中途部に設けられたメイン側切換スイッチ４５と接続されている。また、サブコントローラ３０と各燃料噴射弁１０とを接続するための電気回路の中途部に設けられたサブ側切換スイッチ４６と接続されている。通常時には、前記メイン側切換スイッチ４５がＯＮとなっており、前記サブ側切換スイッチ４６がＯＦＦとなっている。
前記メイン側切換スイッチ４５及びサブ側切換スイッチ４６はＯＮ／ＯＦＦの切換が可能なスイッチ回路若しくはリレー回路で構成されている。
【００１７】
次に、メインコントローラ２０に異常が発生した時の前記燃料噴射弁１０の制御について図１を用いて説明する。
前記メインコントローラ２０に異常が生じた場合には、メインコントローラ２０よりメイン側異常検出信号が制御盤４０に入力される。その場合、制御盤４０は前記メインコントローラ２０に対し動作を停止するように動作停止信号を出力し、前記サブコントローラ３０に対し動作開始信号を出力する。また同時に、前記メイン側切換スイッチ４５をＯＮからＯＦＦに切り換え、サブ側切換スイッチ４６をＯＦＦからＯＮに切り換えるものである。
【００１８】
次にサブコントローラ３０に異常が発生した時の前記燃料噴射弁１０の制御について図２を用いて説明する。
前記サブコントローラ３０に異常が生じた場合には、サブコントローラ３０よりサブ側異常検出信号が制御盤４０に入力される。その場合、前記制御盤４０は前記サブコントローラ３０に対し動作を停止するように動作停止信号を出力する。また、前記メイン側切換スイッチ４５はＯＮの状態を維持し、前記サブ側切換スイッチ４６はＯＦＦの状態を維持するものである。
【００１９】
次にエンジン回転数制御について説明する。
エンジン回転数制御の一例であるＰＩＤ制御について図３を参照して説明する。ＰＩＤ制御は、燃料噴射量操作によるエンジン回転数制御手段として公知である。ＰＩＤ制御は、フィードバック制御の一種であり、実際の値と目標値との偏差から、その比例、その積分、及びその微分の３つの要素を算出することによって、入力値の制御を行うものである。
エンジン回転数制御においては、実エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差からＰＩＤ演算で燃料噴射量を演算するものである。
【００２０】
このような構成の場合、通常はメインコントローラ２０により実エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差を演算し、その偏差と比例ゲインとの積を演算し、またその偏差を積分器により積分して積分ゲインの積を演算し、その偏差を微分器により微分した微分ゲインとの積を演算して、これらを加算して噴射量上限リミット値以内で燃料噴射量を演算して制御する。
従来、メインコントローラ２０に異常が発生したりメインコントローラ２０が故障したりした場合には、そのままサブコントローラ３０に切り換えて制御していたので、図４に示すように、サブコントローラ３０は燃料噴射量の制御値が０の値から制御を再開することとなり、サブコントローラ３０による動作開始時点の燃料噴射量は０となる。このため、メインコントローラ２０の動作停止時より実回転数は急激に減速し、目標回転数に対する実回転数の偏差は大きくなっていた。その後、実回転数は変動しながら目標回転数に収束するものの、回転数偏差が大きくなることが原因となり、メインコントローラ２０が故障したときの回転数変動が大きくなっていた。
【００２１】
これに対し、本発明においては、一方のメインコントローラ２０から他方のサブコントローラ３０へのコントローラ切換時は、切換後のサブコントローラ３０の初期燃料噴射量を切換前の燃料噴射量、又は切換時のエンジン回転数に対応して、予め記憶されているエンジン回転数と負荷との相関から定まる燃料噴射量に基づき算出している。
すなわち、図３に示すように、メインコントローラ２０に異常が発生したりメインコントローラ２０が故障したりした場合に、メインコントローラ２０からサブコントローラ３０へ切り換えた時点から微少時間において、サブコントローラ３０は、故障直前（又はサブコントローラ３０による動作開始時）の燃料噴射量を初期燃料噴射量として算出し、該初期燃料噴射量の制御値（操作量）の中間値を微分器及び積分器に入力してそれぞれ微分及び積分を行い、マップにより定められる微分ゲインと積分ゲインとそれぞれ積を求める。言い換えれば、サブコントローラ３０は制御値の中間値を逆算して微分器及び積分器に入力する。このように構成することにより、メインコントローラ２０からサブコントローラ３０へ切り換えた場合、サブコントローラ３０による初回から２回目以後の燃料噴射量が大きく変動することを回避できる。
【００２２】
つまり、図５に示すように、メインコントローラ２０が故障すると動作停止信号が制御盤４０より送信されるため燃料噴射量の制御値は０となり、実回転数が減少する。メインコントローラ２０の異常信号を受けてサブコントローラ３０に切り換えられると、サブコントローラ３０は、切換前のメインコントローラ２０の燃料噴射量を初期噴射量とし、該初期噴射量と実回転数との偏差を演算して、前述の中間値を微分器及び積分器に入力してＰＩＤ制御を行う。これにより、引継ぎ直後の燃料噴射量は０からではなく、初期値と実回転数に応じた燃料噴射量からとなり、エンジンを引き続き作動させることができる。そして、引継ぎ時点からは燃料噴射量は減少した回転数分を目標回転数に近づけるように増量して燃料噴射が行われる。このときの回転数変動は、従来よりも小さくなるので、緩やかな変動となり、メインコントローラ２０が故障したときの回転数変動のショックは従来よりも小さいものとなる。
【００２３】
また、前記燃料噴射弁１０による噴射量の制御では、燃料噴射量の上限値である上限噴射量が設定されており、過剰な回転数とならないように燃料噴射量を抑制している。従来では前記上限噴射量は、図６に示すように、コントローラ異常等関係なく常に一定の値であったため、メインコントローラ２０からサブコントローラ３０へ切り換える時に、回転数が急激に低下すると、目標回転数へ復帰するためには上限噴射量以上の燃料噴射量が演算されても、上限噴射量に抑えられる。従って、上限噴射量以上の噴射量を燃料噴射弁１０から噴射させることができないため、目標回転数への復帰に時間がかかっていた。
【００２４】
そこで、本発明ではコントローラ切換後の所定期間は燃料噴射量の上限値を増量側へオフセットするように制御している。言い換えれば、前記上限噴射量は、燃料噴射切換時から所定の時間に限り一定量だけ増加させている。すなわち、図７に示すように、サブコントローラ３０による動作開始時点より一定の期間一定噴射量ΔＱだけ上限噴射量を増加させるものである。
このように構成することにより、上限噴射量が高められるので、メインコントローラ２０からサブコントローラ３０への切換によってエンジン回転数が急激に低下しても、従来よりも多く燃料を噴射できるため、早期に目標エンジン回転数へ復帰することが可能となる。
【００２５】
また、前述のように、メインコントローラ２０及びサブコントローラ３０を有する所謂バックアップシステムにおいては、検知手段の値や制御値等の情報をメインコントローラ２０とサブコントローラ３０との間で共有しているので、メインコントローラ２０からサブコントローラ３０に切り換える際に、切換前のメインコントローラ２０の燃料噴射量に関する情報はサブコントローラ３０に送信され、サブコントローラ３０はこの燃料噴射量に関する情報を認識する。
すなわち、切換前の燃料噴射量をサブコントローラ３０による動作開始時の燃料噴射量として認識するものである。この場合、通信線などの信号線を経由してメインコントローラ２０から各燃料噴射時の噴射量信号を受信するものである。なお、サブコントローラ３０の噴射量の認識に際しては移動平均値を算出して定常的な回転変動による大小差を緩和している。
このように構成することにより、エンジンを制御するメインコントローラ２０及びサブコントローラ３０の切換にあたって、それまでの燃料噴射量を継承することができる。ここで切換前とは、図５に示すメインコントローラ２０故障時点より微少時間前の時点を意味する。
【００２６】
また、メインコントローラ２０及びサブコントローラ３０の切換時のエンジン回転数に対応して、予め記憶されているエンジン回転数と負荷との相関を表すマップによって定まる燃料噴射量をサブコントローラ３０による動作開始時の燃料噴射量として認識することも可能である。ここで切換時とは、メインコントローラ２０の故障時点を意味する。
この場合、前記電子制御式エンジン１による被駆動機の出力結果からエンジン負荷を逆算することができる。例えば、エンジン発電機等では発電電量から切換時のエンジン負荷を逆算するものである。また、電子制御式エンジン１を舶用主機用エンジンとして使用する場合では、エンジン負荷がエンジン回転数の三乗に比例するため、エンジン回転数を認識するだけでエンジン負荷も算出できる。
このように構成することにより、予めエンジン回転数と負荷との相関が判明している場合には、メインコントローラ２０及びサブコントローラ３０の切換時のエンジン回転数及び該エンジン回転数から定まる負荷に応じた燃料噴射量を初期噴射量にできるため、切換初期のエンジン回転数の低下を抑制することができる。
なお、メインコントローラ２０及びサブコントローラ３０の切換時にクラッチ等を切ることによってエンジン１から負荷を離脱する場合は、燃料噴射量の上限値を設定して無負荷状態の許容上限回転数以下となるようにする。
【符号の説明】
【００２７】
１    電子制御式エンジン
１０    燃料噴射弁
１１    ソレノイド
１２    スプリング
１３    ニードル
２０    メインコントローラ
３０    サブコントローラ
４０    制御盤
４５    メイン側切換スイッチ
４６    サブ側切換スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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