(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシリンダを有すると共に電子制御される電磁弁を使って燃料噴射を行うディーゼル機関において、
前記各シリンダ毎の増圧ピストンを駆動するための増圧ピストンリフトの動作を監視する監視手段と、
この監視手段による前記増圧ピストンリフトの動作に係る信号に応じて前記各シリンダの前記電磁弁の駆動時間を調整する調整手段とを備え、
前記調整手段は、
前記増圧ピストンリフトの動作に係る信号のピーク値を読み込み、
前記全シリンダの前記ピーク値が揃うように、前記ピーク値の平均値を設定値とし且つ前記各シリンダの前記ピーク値を制御量とし、前記設定値と前記制御量との差に基づき比例積分制御演算を行って、前記電磁弁の駆動時間を調整する手段を具備することを特徴とするディーゼル機関。
【請求項２】
複数のシリンダを有すると共に電子制御される電磁弁を使って燃料噴射を行うディーゼル機関において、
前記各シリンダ毎の増圧ピストンを駆動するための増圧ピストンリフトの動作を監視する監視手段と、
この監視手段による前記増圧ピストンリフトの動作に係る信号に応じて前記各シリンダの前記電磁弁の駆動時間を調整する調整手段とを備え、
前記調整手段は、
前記増圧ピストンリフトの動作に係る信号を一定周期でサンプリングすると共にピーク値を読み込み前記電磁弁の駆動期間中の前記増圧ピストンリフトの変化傾向のテンプレートを使ってより早い周期でサンプリングしたサンプリング値の合計推定値を推定し、
前記全シリンダの前記サンプリング値の合計推定値が揃うように、前記サンプリング値の合計推定値の平均値を設定値とし且つ前記各シリンダの前記サンプリング値の合計推定値を制御量とし、前記設定値と前記制御量との差に基づき比例積分制御演算を行って前記電磁弁の駆動時間を調整する手段を具備することを特徴とするディーゼル機関。
【請求項３】
複数のシリンダを有すると共に電子制御される電磁弁を使って燃料噴射を行うディーゼル機関の制御方法において、
前記各シリンダ毎の増圧ピストンを駆動するための増圧ピストンリフトの動作を監視し、
前記増圧ピストンリフトの動作に係る信号のピーク値を読み込み、
前記全シリンダの前記ピーク値が揃うように、当該ピーク値の平均値を設定値とし且つ前記各シリンダの前記ピーク値を制御量とし、前記設定値と前記制御量との差に基づき比例積分制御演算を行って、前記電磁弁の駆動時間を調整することを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関及びその制御方法に係り、特に、電子制御化したディーゼル機関及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関では、各シリンダ間の燃料噴射量のばらつきを抑えることは、信頼性の確保の面から重要な事項となる。
【０００３】
しかし、電子制御化したディーゼル機関においては、カム式のディーゼル機関と異なって電磁弁を使って燃料噴射を行うため電磁弁の応答性変化によって、日替わりで噴射量が変化することがあり得る。また、負荷毎に特性が異なるため、全負荷帯において燃料噴射量のばらつきを人手によって低減することは困難である。
【０００４】
また、電子制御化したディーゼル機関において噴射時期の補正を行う方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２１０１７２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した特許文献１で示された方法は、噴射ノズル等の老朽化等により発生する噴射時期のズレを補償するものであって、日替わり及び／又は負荷に応じた燃料噴射量のばらつきの抑制には対応でき無い場合が想定される。
【０００７】
本発明の目的は、日替わり及び／又は負荷に応じた燃料噴射量のばらつきを抑制し得るディーゼル機関及びその制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため発明者は、先ず、日替わりでまたは負荷に応じて燃料噴射量のばらつきが発生する要因を探求した。
【０００９】
かかる問題は、船舶等の大型ディーゼル機関において散見されることから、この種の船舶等の大型ディーゼル機関に備わり、燃料噴射系及び排気動弁系のうち少なくとも一方を駆動する油圧駆動手段、例えば増圧ピストン方式の燃料噴射システムについて検討を行った。
【００１０】
検討により、電磁弁を規定通りに電子制御を行ったとしても上記の油圧駆動手段の動作遅れ等が原因で、電磁弁の応答性変化によって日替わりで噴射量が変化し、また負荷によって燃料噴射量のばらつきが発生していることを突き詰めた。
【００１１】
そこで、本発明においては、複数のシリンダを有すると共に電子制御される電磁弁を使って燃料噴射を行うディーゼル機関において、前記各シリンダ毎の増圧ピストンを駆動するための増圧ピストンリフトの動作を監視する監視手段と、この監視手段による前記増圧ピストンリフトの動作に係る信号に応じて前記各シリンダの前記電磁弁の駆動時間を調整する調整手段とを備え、前記調整手段は、前記増圧ピストンリフトの動作に係る信号のピーク値を読み込み、前記全シリンダの前記ピーク値が揃うように、前記ピーク値の平均値を設定値とし且つ前記各シリンダの前記ピーク値を制御量とし、前記設定値と前記制御量との差に基づき比例積分制御演算を行って、前記電磁弁の駆動時間を調整する手段を具備することによって、燃料噴射量のばらつきを抑えることが可能となる。  
【００１２】
また別の制御形態として、複数のシリンダを有すると共に電子制御される電磁弁を使って燃料噴射を行うディーゼル機関において、前記各シリンダ毎の増圧ピストンを駆動するための増圧ピストンリフトの動作を監視する監視手段と、この監視手段による前記増圧ピストンリフトの動作に係る信号に応じて前記各シリンダの前記電磁弁の駆動時間を調整する調整手段とを備え、前記調整手段は、前記増圧ピストンリフトの動作に係る信号を一定周期でサンプリングすると共にピーク値を読み込み前記電磁弁の駆動期間中の前記増圧ピストンリフトの変化傾向のテンプレートを使ってより早い周期でサンプリングしたサンプリング値の合計推定値を推定し、前記全シリンダの前記サンプリング値の合計推定値が揃うように、前記サンプリング値の合計推定値の平均値を設定値とし且つ前記各シリンダの前記サンプリング値の合計推定値を制御量とし、前記設定値と前記制御量との差に基づき比例積分制御演算を行って前記電磁弁の駆動時間を調整する手段を具備することにより、高速なサンプリング（０．１ｍｓ程度）を用いることなく、燃料噴射量のシリンダ間のばらつきを抑えることが可能となる。  
【００１３】
また、複数のシリンダを有すると共に電子制御される電磁弁を使って燃料噴射を行うディーゼル機関の制御方法において、前記各シリンダ毎の増圧ピストンを駆動するための増圧ピストンリフトの動作を監視し、前記増圧ピストンリフトの動作に係る信号のピーク値を読み込み、前記全シリンダの前記ピーク値が揃うように、当該ピーク値の平均値を設定値とし且つ前記各シリンダの前記ピーク値を制御量とし、前記設定値と前記制御量との差に基づき比例積分制御演算を行って、前記電磁弁の駆動時間を調整する調整することにより、エンジン排気温度のばらつきを抑制可能とした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明によるディーゼル機関の第１実施形態を説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態は、電子制御される電磁弁を使って燃料噴射を行うディーゼル機関に適用されるものであり、複数のシリンダを有するシリンダ部１０に燃料噴射系１１及び排気動弁系１２が設けられると共に、電子制御化された大型機関に特有の油圧駆動手段を有する。この手段は、例えば、共用油圧源１３Ａ及び増圧部１３Ｂを備え、増圧部１３Ｂの図示しない増圧ピストンを共用油圧源１３Ａにより駆動することにより、燃料噴射の効率化及び排気動弁の高信頼性等を達成するようにしている。
【００１６】
本実施形態では、増圧部１３Ｂに備わる増圧ピストンリフトの動作に係る信号を検出する監視部１４を設け、該監視部１４による監視出力に応じて各シリンダの燃料噴射系１１に係る電磁弁の駆動時間を、調整部１５により調整する構成としている。
【００１７】
ここに、調整部１５は、図１に示すように、増圧ピストンリフトの動作に係る信号を所定周期でサンプリングするサンプリング回路１５Ａと、電磁弁の駆動期間中のサンプリング値の合計を算出する算出回路１５Ｂと、全シリンダのサンプリング値の合計が揃うようにサンプリング値の合計の平均値を設定値とし且つ各シリンダのサンプリング値の合計を制御量とする比例積分制御演算を行うＰＩ（比例積分制御）演算回路１５Ｃと、このＰＩ（比例積分制御）演算回路１５Ｃの出力に基づき電磁弁の駆動時間を調整する調整回路１５Ｄとからなる。この調整回路１５Ｄにより、図２に示す電磁弁駆動信号が与えられる。
【００１８】
以上の構成に先立ち発明者は、日替わりでまたは負荷に応じて燃料噴射量のばらつきが発生する要因は、船舶等の大型ディーゼル機関において散見されることから、この種の船舶等の大型ディーゼル機関に備わり、燃料噴射系及び排気動弁系のうち少なくとも一方を駆動する油圧駆動手段、例えば増圧ピストン方式の燃料噴射システムについて検討を行った。検討によれば、電磁弁を規定通りに電子制御を行ったとしても上記の油圧駆動手段の動作遅れ等が原因で、電磁弁の応答性変化によって日替わりで噴射量が変化し、また負荷によって燃料噴射量のばらつきが発生していることが分かった。
【００１９】
そこで、本実施形態においては、シリンダ毎の増圧ピストンリフトの動作に係る信号を一定周期でサンプリングし、電磁弁の駆動期間中のサンプリング値の合計を算出すると共に全シリンダのサンプリング値の合計が揃うようにサンプリング値の合計の平均値を設定値とし且つ各シリンダのサンプリング値の合計を制御量とする比例積分制御演算を行って前記電磁弁の駆動時間を調整することで、燃料噴射量のシリンダ間のばらつきを抑えることが可能となる。
【００２０】
上記において、調整部１５は、ハードウェアを想定した構成としたが、コンピュータ等により実施されるソフトウェア、プログラム等でも実現可能である。図３は、調整部１５の機能をソフトウェア、プログラム等で実現するフロー図であり、増圧ピストンリフトの動作に係る信号を所定周期でサンプリングするステップＴ１と、電磁弁の駆動期間中のサンプリング値の合計を算出するステップＴ２と、全シリンダのサンプリング値の合計が揃うようにサンプリング値の合計の平均値を設定値とし且つ各シリンダのサンプリング値の合計を制御量とする比例積分制御演算を行うステップＴ３と、このＰＩ出力に基づき電磁弁の駆動時間を調整するステップＴ４とからなる。
【００２１】
（第２実施形態）
次に、図１〜図３と同一部分には同一符号を付した図４〜図６を参照して本発明の第２実施形態のディーゼル機関について説明する。
【００２２】
図４に示すように、本実施形態では、第１実施形態と同様に増圧部１３Ｂに備わる増圧ピストンリフトの動作に係る信号を検出する監視部１４を設け、該監視部１４による監視出力に応じて各シリンダの燃料噴射系１１に係る電磁弁の駆動時間を、調整部１６により調整する構成としている。
【００２３】
ここに、調整部１６は、図５に示すように、増圧ピストンリフトの動作に係る信号を所定周期でサンプリングするサンプリング回路１６Ａと、増圧ピストンリフトの動作に係る信号のピーク値を読み込むピークホールド回路１６Ｂと、電磁弁の駆動期間中の増圧ピストンリフトの変化傾向の複数のテンプレートを保持するテンプレート保持回路１６Ｃと、増圧ピストンリフト信号に基づくサンプリングデータとピーク値とにより、テンプレート保持回路１６Ｃから図５に示すように一のテンプレートを呼び出し、該テンプレートを用いてより早い周期でサンプリングしたサンプリング値の合計を推定する推定回路１６Ｄと、全シリンダのサンプリング値の合計推定値が揃うようにサンプリング値の合計推定値の平均値を設定値とし且つ各シリンダのサンプリング値の合計推定値を制御量とする比例積分制御演算を行うＰＩ（比例積分制御）演算回路１６Ｅと、このＰＩ（比例積分制御）演算回路１６Ｅの出力に基づき電磁弁の駆動時間を調整する調整回路１６Ｆとからなる。
この調整回路１６Ｆにより、図５に示す電磁弁駆動信号が与えられる。
【００２４】
本実施形態においては、シリンダ毎の増圧ピストンリフトの動作に係る信号を一定周期でサンプリングし、電磁弁の駆動期間中のサンプリング値の合計を算出すると共に全シリンダのサンプリング値の合計が揃うようにサンプリング値の合計の平均値を設定値とし且つ各シリンダのサンプリング値の合計を制御量とする比例積分制御演算を行って前記電磁弁の駆動時間を調整することで、燃料噴射量のシリンダ間のばらつきを抑えることが可能となる。この場合、高速なサンプリング（０．１ｍｓ程度）を用いることなく、燃料噴射量のシリンダ間のばらつきを抑えることが可能となる。
【００２５】
上記において、調整部１６は、ハードウェアを想定した構成としたが、コンピュータ等により実施されるソフトウェア、プログラム等でも実現可能である。図６は、調整部１６の機能をソフトウェア、プログラム等で実現するフロー図であり、増圧ピストンリフトの動作に係る信号を所定周期でサンプリングすると共にピーク値を読み込むステップＴ１と、このサンプリング値とピーク値とにより電磁弁の駆動期間中の増圧ピストンリフトの変化傾向のテンプレートを使ってより早い周期でサンプリングしたサンプリング値の合計を推定するステップＴ２と、全シリンダのサンプリング値の合計推定値が揃うように、サンプリング値の合計推定値の平均値を設定値とし且つ各シリンダのサンプリング値の合計推定値を制御量とする比例積分制御演算を行うステップＴ３と、このＰＩ出力に基づき電磁弁の駆動時間を調整するステップＴ４とからなる。
【００２６】
（第３実施形態）
次に、図１〜図６と同一部分には同一符号を付した図７〜図９を参照して本発明の第３実施形態のディーゼル機関について説明する。
【００２７】
図７に示すように、本実施形態では、第１，２実施形態と同様に増圧部１３Ｂに備わる増圧ピストンリフトの動作に係る信号を検出する監視部１４を設け、該監視部１４による監視出力に応じて各シリンダの燃料噴射系１１に係る電磁弁の駆動時間を、調整部１６により調整する構成としている。
【００２８】
ここに、調整部１７は、図７に示すように、増圧ピストンリフトの動作に係る信号のピーク値を得るピークホールド回路１７Ａと、ピークホールド回路１７Ａからピーク値を読み込み全シリンダのピーク値が揃うように、ピーク値の平均値を設定値とし且つ各シリンダのピーク値を制御量とする比例積分制御演算を行うＰＩ（比例積分制御）演算回路１７Ｂと、このＰＩ（比例積分制御）演算回路１７Ｂの出力に基づき電磁弁の駆動時間を調整する調整回路１７Ｃとからなる。この調整回路１７Ｃにより、図８に示す電磁弁駆動信号が与えられる。
【００２９】
本実施形態においては、シリンダ毎の増圧ピストンリフトの動作に係る信号のピーク値を読み込み全シリンダのピーク値が揃うように、ピーク値の平均値を設定値とし且つ各シリンダのピーク値を制御量とする比例積分制御演算を行って前記電磁弁の駆動時間を調整することで、燃料噴射量のシリンダ間のばらつきを抑えることが可能となる。この場合、高速なサンプリング（０．１ｍｓ程度）を用いることなく、先の例よりも更に遅いサンプリングしかできない場合であっても、ピークホールド回路を追加することによって燃料噴射量のばらつきを抑えることが可能となる。
【００３０】
上記において、調整部１７は、ハードウェアを想定した構成としたが、コンピュータ等により実施されるソフトウェア、プログラム等でも実現可能である。図９は、調整部１７の機能をソフトウェア、プログラム等で実現するフロー図であり、シリンダ毎の増圧ピストンリフトの動作に係る信号のピーク値を読み込むステップＵ１と、このピーク値により全シリンダのピーク値が揃うように、ピーク値の平均値を設定値とし且つ各シリンダのピーク値を制御量とする比例積分制御演算を行うステップＵ２と、このＰＩ出力に基づき電磁弁の駆動時間を調整するステップＵ３とからなる。  
【００３１】
（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されない。
【００３２】
例えば、第１乃至第３実施形態の調整部を組み合わせて比例積分制御演算を行って電磁弁の駆動時間を調整する構成も可能である。
【００３３】
また、上述の制御により燃料噴射量のばらつきを揃えた場合でも、エンジン排気温度のばらつきが発生する場合があり得る。かかる場合に、本発明では次のような制御態様を採用することができる。
【００３４】
すなちわ、ディーゼル機関が複数のシリンダを有すると共に燃料噴射系を駆動するための油圧駆動手段を有するものである場合、前記油圧駆動手段におけるシリンダ毎の前記燃料噴射系の動作を監視し、この監視出力を一定周期でサンプリングし、前記燃料噴射系に係る電磁弁の駆動期間中のサンプリング値の合計を算出し、シリンダ毎の特性に応じて決定した目標値を設定値とし且つ各シリンダのサンプリング値の合計を制御量とする比例積分制御演算を行って、前記電磁弁の駆動時間を調整する。
【００３５】
また、油圧駆動手段におけるシリンダ毎の燃料噴射系の動作を監視し、この監視出力を一定周期でサンプリングすると共にピーク値を読み込み前記燃料噴射系に係る電磁弁の駆動期間中の増圧ピストンリフトの変化傾向のテンプレートを使ってより早い周期でサンプリングしたサンプリング値の合計を推定し、シリンダ毎の特性に応じて決定した目標値を設定値とし且つ各シリンダのサンプリング値の合計推定値を制御量とする比例積分制御演算を行って、前記電磁弁の駆動時間を調整する。
【００３６】
さらに、油圧駆動手段におけるシリンダ毎の燃料噴射系の動作を監視し、この監視出力のピーク値を読み込み、シリンダ毎の特性に応じて決定した目標値を設定値とし且つ各シリンダのピーク値を制御量とする比例積分制御演算を行って前記燃料噴射系に係る電磁弁の駆動時間を調整する。
【００３７】
これらの比例積分制御により、エンジン排気温度のばらつきの発生を抑制することが可能となる。
【００３８】
また上述した実施形態では、サンプリング値又はピーク値による比例積分制御演算を行って電磁弁の駆動時間を調整するようにしたが、他のフィードバック制御を採用することができる。
【００３９】
さらに、比例積分制御演算に代えて、電磁弁の駆動時間を調整した補正データを保持したテーブルを用意し、監視出力に応じてテーブルから補正データを呼び出して電磁弁の駆動時間を調整する手法も採用することができる。なお、負荷変動に関しては、低負荷時と高負荷時とで、燃料噴射量の変化の程度が増減することが発明者により検証されており、かかる場合は、低負荷時と高負荷時とで補正データを異ならせることで、最適な燃料噴射量を確保することが可能となる。
【００４０】
また、油圧駆動手段として、共用油圧源１３Ａにより燃料噴射系１１及び排気動弁系１２の双方を駆動する例を説明したが、燃料噴射系１１又は排気動弁系１２のいずれかを駆動する油圧源を備えた油圧駆動手段を有するディーゼル機関にも本発明は適用される。  
【００４１】
上述した制御態様は、リアルタイム制御、特定時例えば始動時のみの制御等、時間時期を限定するものではない。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、シリンダ毎の燃料噴射系の動作を監視し、該監視出力に応じて各シリンダの燃料噴射系に係る電磁弁の駆動時間を調整することで、電磁弁の応答性変化及び負荷によって燃料噴射量のばらつきをうち消すことが可能なディーゼル機関及びその制御方法を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるディーゼル機関の第１実施形態の構成を示す図。
【図２】同実施形態の作用を説明する図。
【図３】同実施形態に対応するディーゼル機関の制御方法を示すフロー図。
【図４】本発明によるディーゼル機関の第２実施形態の構成を示す図。
【図５】同実施形態の作用を説明する図。
【図６】同実施形態に対応するディーゼル機関の制御方法を示すフロー図。
【図７】本発明によるディーゼル機関の第３実施形態の構成を示す図。
【図８】同実施形態の作用を説明する図。
【図９】同実施形態に対応するディーゼル機関の制御方法を示すフロー図。  
【符号の説明】
１０…シリンダ部、１１…燃料噴射系、１２…排気動弁系、１３Ａ…共用油圧源、１３Ｂ…増圧部、１４，１８，２０…監視部、１５…調整部、１５Ａ…サンプリング回路、１５Ｂ…算出回路、１５Ｃ…ＰＩ演算回路、１５Ｄ…調整回路、１６…調整部、１６Ａ…サンプリング回路、１６Ｂ…ピークホールド回路、１６Ｃ…テンプレート保持回路、１６Ｄ…推定回路、１６Ｅ…ＰＩ演算回路、１６Ｆ…調整回路、１７…調整部、１７Ａ…ピークホールド回路、１７Ｂ…ＰＩ演算回路、１７Ｃ…調整回路、１８，２０…監視部、１９，２１…調整部。
【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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【図８】
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【図９】
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