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KR20210143163A - 엔진 - Google Patents

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KR20210143163A
KR20210143163A KR1020217024412A KR20217024412A KR20210143163A KR 20210143163 A KR20210143163 A KR 20210143163A KR 1020217024412 A KR1020217024412 A KR 1020217024412A KR 20217024412 A KR20217024412 A KR 20217024412A KR 20210143163 A KR20210143163 A KR 20210143163A
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KR
South Korea
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engine
rotation speed
time
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KR1020217024412A
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유키 사카구치
시게오 고다
마사히로 이타니
Original Assignee
얀마 파워 테크놀로지 가부시키가이샤
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Abstract

엔진은 엔진 본체와 ECU를 구비한다. ECU는 시동시에 있어서, 소정 조건을 만족한 경우, 하이 아이들링 제한을 실행 가능하게 구성된다. 하이 아이들링 제한을 실행할 때, ECU는 시동시에 있어서의 엔진 온도에 의거하여 하이 아이들링 회전수의 상한값인 제 1 상한 회전수와, 하이 아이들링 제한의 계속 시간인 제 1 제한 시간을 구한다. ECU는 환경 온도에 의거하여 하이 아이들링 회전수의 상한값인 제 2 상한 회전수와, 하이 아이들링 제한의 계속 시간인 제 2 제한 시간을 구한다. ECU는 구해진 제 1 상한 회전수 및 제 2 상한 회전수 중 어느 하나와, 제 1 제한 시간 및 제 2 제한 시간 중 어느 하나에 의거하여 하이 아이들링 제한을 실행한다.

Description

엔진
본 발명은 엔진의 시동시에 있어서의 하이 아이들링 제한에 관한 것이다.
종래부터, 엔진의 시동시의 고속 회전에 있어서, 윤활부족에 의한 버닝의 발생을 방지하기 위해서, 하이 아이들링 회전을 제한하는 방법이 알려져 있다. 특허문헌 1은 이 종류의 엔진의 기동시 제어 방법을 개시한다.
특허문헌 1은 엔진의 기동시에는 윤활 오일의 온도가 낮고 점도가 높아서 회전부로 윤활 오일이 넓게 퍼지지 않으므로, 액셀 페달을 밟아서 급격한 엔진 회전 상승을 행하면, 엔진 회전부의 마모가 심해진다라는 과제를 지적한다. 특허문헌 1이 제안하는 엔진의 기동시 제어 방법에서는 엔진 냉각수 또는 엔진 윤활 오일 온도가 소정보다 저온시에 있어서, 엔진의 회전 상승 조작을 행해도 연료 분사 노즐로부터의 연료 분사량의 증량이 제한된다.
일본국 특허 공개 2017-57804호
그러나, 상기 특허문헌 1의 구성은 엔진 윤활 오일 온도를 검출하는 온도 센서를 별도로 설치할 필요가 있어서, 비용이 증가해 버린다. 그리고, 특허문헌 1의 구성은 하이 아이들링 제한의 실행 시간을 설정하고 있지 않다. 따라서, 실행 시간이 짧은 경우에는 엔진 윤활 오일이 충분히 따뜻해지지 않을 가능성이 있다. 한편, 실행 시간이 긴 경우에는 엔진의 시동성이 저하되어 버린다.
본 발명은 이상의 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 시동성을 양호하게 유지하면서, 하이 아이들링 제한을 적절하게 실행할 수 있는 엔진을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상과 같으며, 다음에 이 과제를 해결하기 위한 수단과 그 효과를 설명한다.
본 발명의 관점에 의하면, 이하의 구성의 엔진이 제공된다. 즉 이 엔진은 엔진 본체와, 엔진 본체를 제어하는 제어부를 구비한다. 상기 제어부는 시동시에 있어서, 소정 조건을 만족한 경우에, 하이 아이들링 제한을 실행 가능하게 구성된다. 상기 하이 아이들링 제한을 실행할 때, 상기 제어부는 시동시에 있어서의 엔진 온도에 의거하여 하이 아이들링 회전수의 상한값인 제 1 상한 회전수와, 상기 하이 아이들링 제한의 계속 시간인 제 1 제한 시간을 구한다. 상기 제어부는 환경 온도에 의거하여 하이 아이들링 회전수의 상한값인 제 2 상한 회전수와, 상기 하이 아이들링 제한의 계속 시간인 제 2 제한 시간을 구한다. 상기 제어부는 구해진 상기 제 1 상한 회전수 및 상기 제 2 상한 회전수 중 어느 하나와, 상기 제 1 제한 시간 및 상기 제 2 제한 시간 중 어느 하나에 의거하여 상기 하이 아이들링 제한을 실행한다.
이것에 의해 엔진 온도가 낮을 때에 있어서의 고속 회전을 제한할 수 있다. 따라서, 윤활부족에 의해 과급기 등에서 버닝이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 엔진에 있어서, 상기 제어부는 구해진 상기 제 1 상한 회전수 및 상기 제 2 상한 회전수 중 회전수가 적은 쪽을 상기 하이 아이들링 제한에 있어서의 회전수 제한값으로서 설정하는 것이 바람직하다.
이것에 의해 하이 아이들링 제한시에 있어서의 제한 회전수를 한층 적절하게 설정할 수 있다.
상기 엔진에 있어서, 상기 제어부는 구해진 상기 제 1 제한 시간 및 상기 제 2 제한 시간 중 시간이 긴 쪽을 상기 하이 아이들링 제한의 계속 시간으로서 설정하는 것이 바람직하다.
이것에 의해 하이 아이들링 제한의 계속 시간을 한층 적절하게 설정할 수 있다.
상기 엔진에 있어서, 상기 제어부는 적어도 냉각수 온도, 연료 온도, 배기 온도 중 가장 낮은 온도를 상기 엔진 온도로서 사용하는 것이 바람직하다.
이것에 의해 엔진 온도에 관한 각 부의 온도 중 가장 엄격한 온도 조건을 이용하여 제 1 상한 회전수 및 제 1 제한 시간을 산출할 수 있다. 따라서, 엔진의 운전 상태에 의해 적합한 하이 아이들링 제한을 실행할 수 있다.
상기 엔진에 있어서는 이하의 구성으로 하는 것이 바람직하다. 즉 상기 엔진은 배기 정화 장치를 구비한다. 상기 배기 정화 장치는 요소수 탱크로부터 공급된 요소수를 배기 가스와 혼합시켜서 배기 가스에 포함되는 질소 산화물을 제거 가능하게 구성된다. 상기 제어부는 신기(新氣) 온도, 연료 온도, 및 요소수 온도 중 가장 낮은 온도를 상기 환경 온도로서 사용한다.
이것에 의해 가장 엄격한 조건을 채용함으로써 엔진의 운전 환경을 적절하게 반영한 제 2 상한 회전수 및 제 2 제한 시간을 구할 수 있다. 따라서, 저온시에 있어서의 고속 회전을 한층 확실하게 회피할 수 있다.
상기 엔진에 있어서, 이하의 구성으로 하는 것이 바람직하다. 즉 시동시에 있어서의 상기 하이 아이들링 제한을 실행하는 상기 소정 조건은 적어도 냉각수 온도, 연료 온도, 배기 온도 전체가 각각의 임계값을 밑도는 것이다.
이것에 의해 불필요한 하이 아이들링 제한의 실행을 회피할 수 있다. 따라서, 엔진의 시동성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 엔진의 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 엔진의 개략 구성을 나타내는 모식도.
도 3은 ECU의 구성을 나타내는 기능 블럭도.
도 4는 시동시에 있어서의 하이 아이들링 제한을 설명하는 블럭도.
도 5는 하이 아이들링 제한 해제시에 있어서의 하이 아이들링 제한 회전수에 관한 제어를 나타내는 그래프.
다음에 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 엔진(100)의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 2는 엔진(100)의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 1에 나타내는 엔진(100)은 디젤엔진이며, 예를 들면 트랙터 등의 농업기계 및 셔블 등의 건설기계 등에 탑재된다. 엔진(100)은 예를 들면 4개의 기통을 갖는 직렬 4기통 엔진으로서 구성된다. 또, 기통의 수는 4개에 한정되지 않는다. 본 실시형태의 엔진(100)은 주로, 엔진 본체(1)와, ATD(배기 정화 장치)(43)와, 제어부인 ECU(90)로 구성된다. ATD는 After Treatment Device의 약칭이다. ECU는 Engine Control Unit의 약칭이다.
처음에, 엔진(100)이 구비하는 엔진 본체(1)의 기본적인 구성에 대해서 간단하게 설명한다. 엔진 본체(1)는 도 1 등에 나타내듯이, 주로, 아래에서부터 순서대로 배치된, 오일 팬(11)과, 실린더 블록(12)과, 실린더 헤드(13)와, 헤드 커버(14)를 구비한다.
오일 팬(11)은 엔진(100)의 하부(하측의 단부)에 설치되어 있다. 오일 팬(11)은 상부가 개방된 용기형상으로 형성되어 있다. 오일 팬(11)의 내부에는 엔진(100)을 윤활하기 위한 엔진 오일이 저류되어 있다.
오일 팬(11)에 저류되는 엔진 오일은 엔진 본체(1)에 설치된 도시가 생략된 엔진 오일 펌프에 의해 흡입된 후에 엔진 본체(1)의 각 부에 공급되고, 상기 엔진 본체(1)를 윤활한 후, 오일 팬(11)으로 되돌려져서 저류된다.
실린더 블록(12)은 오일 팬(11)의 상측에 부착되어 있다. 실린더 블록(12)에는 도시가 생략된 크랭크축 등을 수용하기 위한 오목부, 및 실린더(30)가 복수 형성되어 있다.
실린더 헤드(13)는 실린더 블록(12)의 상측에 설치되어 있다. 실린더 헤드(13) 및 실린더 블록(12)에 의해, 도 2에 나타내는 연소실(31)이 각각의 실린더(30)에 대응해서 형성된다.
각각의 실린더(30)에는 피스톤이 수용되어 있다. 피스톤은 도시가 생략된 커넥팅 로드를 통해 크랭크축과 연결되어 있다. 피스톤이 왕복 운동함으로써, 크랭크축이 회전한다.
실린더 헤드(13)에는 엔진 본체(1)를 냉각하기 위한 도시가 생략된 수냉 재킷이 형성되어 있다. 본 실시형태의 엔진(100)에는 엔진 본체(1)가 연료의 연소에 의해 과열 상태가 되지 않도록 도시가 생략된 냉각수 순환 시스템이 설치되어 있다. 또, 수냉 재킷은 실린더 헤드(13) 대신에, 실린더 블록에 형성되어도 좋다.
이 냉각수 순환 시스템은 냉각수를 엔진 본체(1)의 실린더 헤드(13)에 형성된 상기 수냉 재킷 등에 환류시켜서 엔진 본체(1)와 수냉 재킷 등을 열교환시키도록 구성되어 있다. 이 냉각수 순환 시스템에 있어서의 냉각수 경로의 적당한 위치에는 냉각수 온도를 검출하는 냉각수 온도 센서(91)가 설치되어 있다. 냉각수 온도 센서(91)에 의해 검출된 냉각수 온도는 ECU(90)로 출력된다.
헤드 커버(14)는 실린더 헤드(13)의 상측에 설치된다. 헤드 커버(14)의 내부에는 도시가 생략된 배기 밸브 및 후술의 스로틀 밸브(22)를 동작시키기 위한 도시가 생략된 푸시 로드 및 록커 암 등으로 이루어지는 밸브 장치가 수용되어 있다.
계속해서, 흡기 및 배기의 흐름에 착안하면서, 본 실시형태의 엔진(100)의 구성에 대해서, 도 2 등을 참조해서 간단하게 설명한다.
도 2에 나타내듯이, 엔진(100)은 흡기부(2)와, 동력 발생부(3)와, 배기부(4)를 주요한 구성으로서 구비하고 있다.
흡기부(2)는 외부로부터 공기를 흡입한다. 흡기부(2)는 흡기관(21)과, 스로틀 밸브(22)와, 흡기 매니폴드(23)와, 과급기(24)를 구비한다.
흡기관(21)은 흡기 통로를 구성하고, 외부로부터 흡입된 공기를 내부로 흐르게 할 수 있다. 후술의 EGR관(53)의 출구로부터 상류측의 흡기관(21)에는 외부로부터 흡입된 공기(신기)의 온도를 검출하는 신기 온도 센서(92)가 설치되어 있다. 신기 온도 센서(92)에 의해 검출된 신기 온도는 ECU(90)로 출력된다.
스로틀 밸브(22)는 흡기 통로의 중도부에 배치되어 있다. 스로틀 밸브(22)는 ECU(90)로부터의 제어 지령에 따라서 그 개도를 변경함으로써, 흡기 통로의 단면적을 변화시킨다. 이것에 의해 흡기 매니폴드(23)에 공급하는 공기량(즉 흡기량)을 조정할 수 있다.
흡기 매니폴드(23)는 흡기가 흐르는 방향에 있어서, 흡기관(21)의 하류측 단부에 접속되어 있다. 흡기 매니폴드(23)는 흡기관(21)을 통해 공급된 공기를 실린더(30)의 수에 따라 분배하고, 각각의 실린더(30)에 형성된 연소실(31)에 공급한다.
동력 발생부(3)는 복수(본 실시형태에 있어서는 4개)의 실린더(30)로 구성된다. 동력 발생부(3)는 각 실린더(30)에 형성된 연소실(31)에 있어서, 연료를 연소시킴으로써 피스톤을 왕복 운동시키는 동력을 발생한다.
구체적으로는 각 연소실(31)에서는 흡기 매니폴드(23)로부터 공급된 공기가 압축된 후에, 연료 탱크(71)로부터 공급된 연료가 분사된다. 이것에 의해 연소실(31)에서 연소가 발생하여 피스톤을 상하 왕복 운동시킬 수 있다. 이렇게 해서 얻어진 동력은 크랭크축 등을 통해 동력 하류측의 적당한 장치에 전달된다.
과급기(24)는 도 2에 나타내듯이, 터빈(25)과, 샤프트(26)와, 컴프레서(27)를 구비한다. 컴프레서(27)는 샤프트(26)를 통해 터빈(25)과 연결되어 있다. 이렇게, 연소실(31)로부터 배출된 배기 가스를 이용해서 회전하는 터빈(25)의 회전에 따라, 컴프레서(27)가 회전함으로써, 도시가 생략된 에어 클리너에 의해 정화된 공기가 압축되어 강제적으로 흡입된다. 과급기(24)의 각 부는 오일 팬(11)으로부터 공급된 엔진 오일에 의해 윤활된다.
배기부(4)는 연소실(31) 내에서 발생한 배기 가스를 외부로 배출한다. 배기부(4)는 배기관(41)과, 배기 매니폴드(42)와, ATD(43)를 구비하고 있다.
배기관(41)은 배기 가스 통로를 구성하고, 그 내부에는 연소실(31)로부터 배출된 배기 가스를 흐르게 할 수 있다.
배기 매니폴드(42)는 배기 가스가 흐르는 방향에 있어서, 배기관(41)의 상류측 단부에 접속되어 있다. 배기 매니폴드(42)는 각 연소실(31)에서 발생한 배기 가스를 합쳐서 배기관(41)으로 안내한다.
배기 매니폴드(42)에는 배기 온도를 검출하는 배기 온도 센서(93)가 설치되어 있다. 배기 온도 센서(93)에 의해 검출된 배기 온도는 ECU(90)로 출력된다. 또, 배기 온도 센서(93)는 배기관(41)으로 구성된 배기 가스 통로의 다른 위치에 설치되어도 좋다.
엔진 본체(1)에는 배기 가스의 일부를 흡기측으로 환류시키는 EGR 장치(50)가 설치되어 있다. EGR 장치(50)는 EGR 쿨러(51)와, EGR 밸브(52)와, EGR관(53)을 구비하고 있다.
EGR관(53)은 흡기측으로 환류시키는 배기 가스인 EGR 가스를 흡기관(21)으로 안내하기 위한 경로로서, 배기관(41)(또는 배기 매니폴드(42))과 흡기관(21)을 연통하도록 설치되어 있다.
EGR 쿨러(51)는 EGR관(53)의 도중부에 설치되고, 흡기측으로 환류되는 EGR 가스를 냉각한다.
EGR 밸브(52)는, EGR관(53)의 도중부이며 EGR 가스의 환류 방향에 있어서의 EGR 쿨러(51)의 하류측에 설치되고, EGR 가스의 환류량을 조정할 수 있도록 구성되어 있다.
ATD(43)는 배기 가스의 후처리를 행하는 장치이다. ATD(43)는 배기 가스 내에 포함되는 NOx(질소 산화물), CO(일산화탄소), HC(탄화수소) 등의 유해성분 및 입자상 물질(Particulate Matter, PM)을 제거함으로써, 배기 가스를 정화한다. ATD(43)는 배기관(41)의 중도부에 배치된다. ATD(43)는 엔진 본체(1)의 상방에 배치되어도 좋고, 엔진 본체(1)와는 별도로 배치되어도 좋다.
ATD(43)는 DPF 장치(44)와, SCR 장치(45)를 구비한다. DPF는 Diesel Particulate Filter의 약칭이다. SCR은 Selective Catalytic Reduction의 약칭이다.
DPF 장치(44)는 도시가 생략된 산화 촉매, 필터를 통해 배기 가스에 포함되는 일산화탄소, 일산화질소, 입자상 물질 등을 제거한다. 산화 촉매는 백금 등으로 구성되고, 배기 가스에 포함되는 미연 연료, 일산화탄소, 일산화질소 등을 산화(연소)하기 위한 촉매이다. 필터는 산화 촉매보다 배기 가스의 하류측에 배치되고, 예를 들면 폴플로우형의 필터로서 구성된다. 필터는 산화 촉매로 처리된 배기 가스에 포함되는 입자상 물질을 포집한다.
DPF 장치(44)를 통과한 배기 가스는 DPF 장치(44)의 출구관과, SCR 장치(45)의 입구관을 연결하는 요소 혼합관(46)을 경유해서 SCR 장치(45)로 보내어진다.
요소 혼합관(46)의 상류측의 단부 근방에는 요소수 분사부(47)가 부착되어 있다. 요소수 분사부(47)는 요소수 탱크(48)로부터 공급된 요소수를 요소 혼합관(46)에 분사한다. 이것에 의해 요소 혼합관(46) 내에 있어서, 배기 가스는 요소수와 혼합되어 SCR 장치(45)로 안내된다.
요소수 탱크(48)는 엔진 본체(1)와는 별도로 설치되어 있다. 요소수 탱크(48)에는 요소수 온도를 검출하는 요소수 온도 센서(94)가 설치되어 있다. 요소수 온도 센서(94)에 의해 검출된 요소수 온도는 ECU(90)로 출력된다. 또, 요소수 온도 센서(94) 대신에, 요소수 탱크 온도 센서를 설치하여 요소수 온도를 간접적으로 검출해도 좋다.
SCR 장치(45)는 SCR 촉매, 슬립 촉매를 통해 배기 가스에 포함되는 NOx를 제거한다. SCR 촉매는 암모니아를 흡착하는 세라믹 등의 소재로 구성된다. 배기 가스에 포함되는 NOx는 암모니아를 흡착한 SCR 촉매에 접촉함으로써 환원되고, 질소와 물로 변화된다. 슬립 촉매는 암모니아가 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해서 사용된다. 슬립 촉매는 암모니아를 산화시키는 백금 등의 촉매이며, 암모니아를 산화시켜서 질소와 물로 변화시킨다.
SCR 장치(45)를 통과한 배기 가스는 SCR 장치(45)의 배기 가스의 출구에 접속된 배출관을 통해 외부로 배출된다.
다음에 본 실시형태의 엔진(100)에 있어서의 연료의 공급 및 분사를 행하는 구성에 대해서 간단하게 설명한다.
도 2에 나타내듯이, 엔진(100)은 연료 필터(72)와, 연료 펌프(73)와, 커먼 레일(74)과, 인젝터(75)를 구비하고 있다.
엔진(100)은 연료 펌프(73)를 통해 연료를 저류하기 위한 연료 탱크(71)로부터 연료를 빨아들인다. 연료 탱크(71)는 엔진 본체(1)와는 별도로 설치되어 있다.
연료 펌프(73)에 의해 빨아들여진 연료는 연료 필터(72)를 통과하고, 이것에 의해 연료에 혼입되어 있는 먼지 및 오물이 제거된다. 그 후, 연료는 커먼 레일(74)에 공급된다. 커먼 레일(74)은 고압으로 연료를 축적하고, 복수(본 실시형태에 있어서는 4개)의 인젝터(75)에 분배해서 공급한다.
인젝터(75)는 연소실(31)에 연료를 분사한다. 인젝터(75)는 도 3에 나타내는 인젝터 전자 밸브(76)를 구비한다. 인젝터 전자 밸브(76)에는 ECU(90)가 전기적으로 접속되어 있다. 인젝터 전자 밸브(76)는 ECU(90)로부터의 신호에 따른 타이밍에서 개폐한다. 이것에 의해 인젝터(75)가 연소실(31)에 연료를 분사한다.
연료 탱크(71)로부터 인젝터(75)까지의 연료경로의 적당한 위치에는 연료 온도를 검출하는 연료 온도 센서(95)가 설치되어 있다. 연료 온도 센서(95)에 의해 검출된 연료 온도는 ECU(90)로 출력된다. 또, 엔진(100)이 운전하는 환경의 온도를 연료 온도에 양호하게 반영시키는 관점에서 말하면, 연료 온도 센서(95)를 연료 탱크(71)에 설치하는 것이 바람직하다.
ECU(90)는 각종 연산 처리나 제어를 실행하는 CPU와, 기억부로서의 ROM 및 RAM 등으로 구성되고, 엔진 본체(1) 또는 그 근방에 배치되어 있다.
ECU(90)에는 각종 프로그램과, 엔진 본체(1)의 제어에 관해서 미리 설정된 복수의 제어 정보(예를 들면 제어 맵, 온도 임계값)가 기억되어 있다. ECU(90)에 기억되어 있는 제어 맵으로서는 예를 들면 각 부의 온도에 대응하는 회전 상한수, 및, 하이 아이들링 제한의 계속 시간 등을 나타내는 맵을 들 수 있다. ECU(90)에 기억되어 있는 온도 임계값으로서는 예를 들면 하이 아이들링 제한을 실행할지의 여부를 판정하기 위해서 사용되는 냉각수 하한 온도, 연료 하한 온도, 및 배기 하한 온도 등을 들 수 있다.
도 3을 참조해서 ECU(90)에 대해서 상세하게 설명한다. 도 3은 ECU(90)의 구성을 나타내는 기능 블럭도이다.
ECU(90)는 도 3에 나타내듯이, 여러가지 센서로부터 출력되는 검출 결과에 의거하여 요소수 온도, 엔진 본체(1)의 회전수, 흡기 온도(신기 온도), 연료 온도, 냉각수 온도, 및 배기 온도 등의 정보를 얻을 수 있다. 그리고, ECU(90)는 여러가지 센서로부터 취득한 엔진 본체(1)의 상태를 반영하는 상기 정보에 의거하여 엔진 본체(1)의 운전에 관한 제어를 행한다.
상기 여러가지 센서로서는 상기에서 설명한 냉각수 온도 센서(91), 신기 온도 센서(92), 배기 온도 센서(93), 요소수 온도 센서(94), 및 연료 온도 센서(95)를 들 수 있다. 이것 이외에도, 예를 들면 회전수 센서(96) 등을 사용할 수 있다.
회전수 센서(96)는 예를 들면 크랭크축의 회전을 검출하는 크랭크 센서로서 구성되고, 엔진(100)의 회전수를 검출한다. 회전수 센서(96)에 의해 검출된 회전수는 ECU(90)로 출력된다.
다음에 도 4를 참조해서, 시동시에 있어서 ECU(90)가 엔진(100)의 회전수에 관한 제어인 하이 아이들링 제한에 대해서 설명한다. 도 4는 시동시에 있어서의 하이 아이들링 제한을 설명하는 블럭도이다.
본 실시형태의 엔진(100)에 있어서, ECU(90)는 엔진(100)의 시동시에 있어서, 소정 조건을 만족시킨 경우, 엔진(100)에 대해서 하이 아이들링 제한을 실행한다. 하이 아이들링 제한이란 엔진(100)의 회전수가 설정된 제한 회전수를 초과하지 않도록 하는 제어이다. 하이 아이들링 제한이 실행되고 있을 때에는 액셀이 밟혀져도 엔진(100)의 회전수가 설정된 제한 회전수에 도달한 후에는 그것보다 상승하지 않는다.
이 하이 아이들링 제한은 특히 엔진(100)의 운전 환경에 있어서의 온도가 매우 낮고, 시동시에 있어서의 엔진(100)의 운전 상태가 고속 회전에 적합하지 않은 경우, 고속 회전을 회피해서 엔진 본체(1)의 각 부(예를 들면 과급기(24) 등)를 보호하기 위해서 행해진다.
고속 회전에 적합하지 않은 운전 상태에 대해서 구체예를 들면, 이하와 같다. 즉 시동시에 있어서, 엔진 본체(1)의 온도인 엔진 온도가 충분히 상승하지 않는 경우에는 엔진 오일이 충분히 따뜻해지지 않아 유동성이 불량하다. 따라서, 곧바로는 엔진 오일이 엔진 본체(1)의 각 부에 충분히 넓게 퍼지지 않는다. 이 결과, 엔진 본체(1)의 각 부가 충분히 윤활되어 있지 않으므로, 고속 회전이 되면 버닝이 발생할 우려가 있다.
본 실시형태의 엔진(100)에 있어서, 도 4에 나타내듯이, ECU(90)는 엔진(100)이 시동한 후, 냉각수 온도 센서(91), 연료 온도 센서(95), 및 배기 온도 센서(93)의 각각으로부터 냉각수 온도, 연료 온도, 및 배기 온도를 취득하고, 취득한 냉각수 온도, 연료 온도, 및 배기 온도에 의거하여 하이 아이들링 제한을 실행할지의 여부를 판단한다.
구체적으로는 ECU(90)는 취득한 냉각수 온도, 연료 온도, 및 배기 온도와, 각각의 임계값의 냉각수 하한 온도, 연료 하한 온도, 배기 하한 온도를 비교한다. 냉각수 온도, 연료 온도, 배기 온도 중 어느 하나가 대응하는 임계값 이상인 경우, ECU(90)는 엔진(100)을 통상 운전시킨다. 즉 하이 아이들링 제한을 실행하지 않는 엔진(100)의 회전수를 운전자가 조작된 액셀 개도에 따른 회전수인 액셀 지시값에 추종시킨다. 이것에 의해 엔진(100)의 운전 상태가 정상인 경우에 있어서의 하이 아이들링 제한의 실행을 회피할 수 있으므로, 엔진(100)의 시동성을 양호하게 유지할 수 있다.
한편, 냉각수 온도가 냉각수 하한 온도를 밑돌고 있고, 또한, 연료 온도가 연료 하한 온도를 밑돌고 있고, 또한, 배기 온도가 배기 하한 온도를 밑돌고 있는 경우, ECU(90)는 하이 아이들링 제한을 실행한다. 즉 ECU(90)는 엔진(100)의 회전수가 설정된 제한 회전수를 초과하지 않도록, 예를 들면 연료 분사량, 흡기량 등을 제어함으로써 엔진(100)의 회전을 제어한다.
또, 이 하이 아이들링 제한의 실행은 서비스 맨의 특별한 조작 등에 의해, 실행하지 않도록 설정할 수도 있다. 예를 들면 도 4에 나타내듯이, 하이 아이들링 제한의 상기 실행 판단에 있어서는 특별한 조작에 의해 설정되는 실행 플래그(예를 들면 0/1)를 조건으로서 사용한다.
즉 운전자의 조작 등에 의해 실행 플래그를 「1」로 설정한 경우, 상기 실행 판단이 유효로 되고, 상기 소정 조건(즉 냉각수 온도, 연료 온도, 및 배기 온도 어느 것이나 그 임계값을 밑돌 경우)을 만족했을 때, 하이 아이들링 제한을 실행한다.
한편, 운전자의 조작 등에 의해 실행 플래그를 「0」으로 설정한 경우, 상기 실행 판단이 무효로 되고, 상기 소정 조건을 만족한 경우에 있어서도, 하이 아이들링 제한을 강제적으로 실행하지 않도록 설정한다.
상기 소정 조건을 만족했다고 판정되어서, 하이 아이들링 제한이 실행될 경우, ECU(90)는 제 1 상한 회전수, 제 1 제한 시간, 제 2 상한 회전수, 및 제 2 제한 시간을 각각 구한다.
제 1 상한 회전수 및 제 2 상한 회전수는 하이 아이들링 제한에서 사용하는 제한 회전수이다. 제 1 제한 시간 및 제 2 제한 시간은 하이 아이들링 제한의 계속 시간이다.
제 1 상한 회전수 및 제 1 제한 시간은 엔진(100) 현재의 운전 상태(나아가서는 엔진 본체(1)의 온도인 엔진 온도)에 따라 구해진다. 제 2 상한 회전수 및 제 2 제한 시간은 엔진(100)의 운전 환경에 있어서의 환경 온도에 따라 구해진다.
ECU(90)는 제 1 상한 회전수 및 제 1 제한 시간을 구할 경우에, 엔진 본체(1)의 온도상태를 반영할 수 있는 냉각수 온도, 연료 온도, 배기 온도 중 가장 낮은 온도를 엔진 온도로서 사용한다. 이것에 의해 가장 엄격한 온도 조건을 이용하여 상기 제 1 상한 회전수 및 제 1 제한 시간을 구할 수 있으므로, 엔진 본체(1)를 한층 확실하게 보호할 수 있다.
ECU(90)에서는 냉각수 온도, 연료 온도, 배기 온도 중 적어도 어느 하나를 제 1 상한 회전수 및 제 1 제한 시간을 구하는 경우에 사용하지 않도록 설정할 수 있다. 이 구성은 도 4의 스위칭 스위치로 나타내어져 있다. 계산을 위해서 사용하지 않는다라는 취지가 설정된 온도에 관해서는 도 4에 나타내듯이, 상기 온도가 취할 수 있는 범위의 상한값이 더미 온도로서 출력된다. 상술하는 바와 같이 온도의 최소값이 채용되므로, 이 더미 온도는 계산을 위해서 실질적으로 사용되는 일은 없다.
ECU(90)는 상기와 같이 구한 엔진 온도에 의거하여 미리 기억되어 있는 제 1 제한 회전수 맵, 및 제 1 제한 시간 맵을 이용하여 제 1 상한 회전수 및 제 1 제한 시간을 구한다. 이 제 1 제한 회전수 맵 및 제 1 제한 시간 맵은 예를 들면 엔진 온도에 제한 회전수 또는 제한 시간을 대응시킨 2차원의 테이블로서 표현할 수 있다.
ECU(90)는 엔진(100)이 운전하는 외부 환경인 운전 환경의 온도(환경 온도)로서 신기 온도, 연료 온도, 요소수 온도를 사용한다.
신기는 과급기(24)를 통해 외부로부터 새롭게 흡입된 공기이기 때문에, 신기 온도는 외부 공기의 온도가 적어도 어느 정도 반영된 것이다.
그리고, 연료 탱크(71) 및 요소수 탱크(48)는 상기에서 설명한 바와 같이, 엔진 본체(1)로부터 떨어져서 배치되어 있으므로, 엔진(100)의 운전시의 발열에 영향을 받기 어렵다. 따라서, 연료 탱크(71) 및 요소수 탱크(48)에서 검출된 연료 온도 및 요소수 온도는 엔진(100)의 외부 환경의 온도가 적어도 어느 정도 반영된 것이다.
ECU(90)는 엔진(100)이 운전하는 외부 환경의 환경 온도를 반영할 수 있는 신기 온도, 연료 온도, 요소수 온도 중 가장 낮은 온도를 환경 온도로서 사용한다. 이것에 의해 가장 엄격한 환경 온도 조건을 이용하여 상기 제 2 상한 회전수 및 제 2 제한 시간을 구할 수 있으므로, 엔진 본체(1)의 각 부를 한층 확실하게 보호할 수 있다.
ECU(90)에서는 신기 온도, 연료 온도, 요소수 온도 중 적어도 어느 하나를 제 2 상한 회전수 및 제 2 제한 시간을 구하는 경우에 사용하지 않도록 설정할 수 있다. 이 구성은 도 4의 스위칭 스위치로 나타내어져 있다. 계산을 위해서 사용하지 않는다라는 취지가 설정된 온도에 관해서는 도 4에 나타내듯이, 상기 온도가 취할 수 있는 범위의 상한값이 더미 온도로서 출력된다. 상술하는 바와 같이 온도의 최소값이 채용되므로, 이 더미 온도는 계산을 위해서 실질적으로 사용되는 일은 없다.
ECU(90)는 상기와 같이 구한 엔진 온도에 의거하여 미리 기억되어 있는 제 2 제한 회전수 맵, 및 제 2 제한 시간 맵을 이용하여, 제 2 상한 회전수 및 제 2 제한 시간을 구한다. 이 제 2 제한 회전수 맵 및 제 2 제한 시간 맵은 예를 들면 환경 온도에 제한 회전수 또는 제한 시간을 대응시킨 2차원의 테이블로서 표현할 수 있다.
상기와 같이, 제 1 상한 회전수 및 제 1 제한 시간과, 제 2 상한 회전수 및 제 2 제한 시간을 구한 후, ECU(90)는 구해진 제 1 상한 회전수 및 제 2 상한 회전수 중 값이 작은 쪽(즉 회전수가 적은 쪽)을 하이 아이들링 제한에 있어서의 제한 회전수로서 설정하고, 엔진 본체(1)의 회전을 제어한다.
ECU(90)는 구해진 제 1 제한 시간 및 제 2 제한 시간 중 값이 큰 쪽(시간이 긴 쪽)을 하이 아이들링 제한의 계속 시간(실행 시간)으로서 설정한다.
하이 아이들링 제한의 계속 시간이 달성한 후, 상기 하이 아이들링 제한이 자동적으로 해제되어도 좋고, 도 5에 나타내듯이, 운전자의 액셀 지시에 의해 해제되어도 좋다.
운전자의 액셀 지시에 의해 해제될 경우, 예를 들면 도 5에 나타내듯이, ECU(90)는 하이 아이들링 제한의 계속 시간이 종료된 후, 도시가 생략된 액셀 개도 검출부로부터 취득된 액셀 개도에 대응하는 엔진 회전수인 액셀 지시값과, 하이 아이들링 제한의 제한 회전수를 비교한다. ECU(90)는 액셀 지시값이 제한 회전수 이하로 판정된 경우, 제한 회전수를 소정 시간 내에 있어서 서서히 상승시키도록 설정한다. 소정 시간이 지난 후, 제한 회전수를 액셀 지시값에 추종시킨다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 엔진(100)은 엔진 본체(1)와 ECU(90)를 구비한다. ECU(90)는 엔진 본체(1)를 제어한다. ECU(90)는 시동시에 있어서, 소정 조건을 만족한 경우, 하이 아이들링 제한을 실행 가능하게 구성된다. 하이 아이들링 제한을 실행할 때, ECU(90)는 시동시에 있어서의 엔진 온도에 의거하여 하이 아이들링 회전수의 상한값인 제 1 상한 회전수와, 하이 아이들링 제한의 계속 시간인 제 1 제한 시간을 구한다. ECU(90)는 환경 온도에 의거하여 하이 아이들링 회전수의 상한값인 제 2 상한 회전수와, 하이 아이들링 제한의 계속 시간인 제 2 제한 시간을 구한다. ECU(90)는 구해진 제 1 상한 회전수 및 제 2 상한 회전수 중 어느 하나와, 제 1 제한 시간 및 제 2 제한 시간 중 어느 하나에 의거하여 하이 아이들링 제한을 실행한다.
이것에 의해 엔진 온도가 낮을 때에 있어서의 고속 회전을 제한할 수 있다. 따라서, 윤활부족에 의해 과급기 등에서 버닝이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 실시형태의 엔진(100)에 있어서, ECU(90)는 구해진 제 1 상한 회전수 및 제 2 상한 회전수 중 회전수가 적은 쪽을 하이 아이들링 제한에 있어서의 회전수 제한값으로서 설정한다.
이것에 의해 하이 아이들링 제한시에 있어서의 제한 회전수를 한층 적절하게 설정할 수 있다.
또한 본 실시형태의 엔진(100)에 있어서, ECU(90)는 산출된 제 1 제한 시간 및 제 2 제한 시간 중 시간이 긴 쪽을 하이 아이들링 제한의 계속 시간으로서 설정한다.
이것에 의해 하이 아이들링 제한의 계속 시간을 한층 적절하게 설정할 수 있다.
또한 본 실시형태의 엔진(100)에 있어서, ECU(90)는 적어도 냉각수 온도, 연료 온도, 배기 온도 중 가장 낮은 온도를 엔진 온도로서 사용한다.
이것에 의해 엔진 온도에 관한 각 부의 온도 중 가장 엄격한 온도 조건을 이용하여 제 1 상한 회전수 및 제 1 제한 시간을 산출할 수 있다. 따라서, 엔진의 운전 상태에 보다 적합한 하이 아이들링 제한을 실행할 수 있다.
또한 본 실시형태의 엔진(100)은 ATD(43)를 구비한다. ATD(43)는 요소수 탱크(48)로부터 공급된 요소수를 배기 가스와 혼합시켜서 배기 가스에 포함되는 질소 산화물을 제거 가능하게 구성된다. ECU(90)는 신기 온도, 연료 온도, 및 요소수 온도 중 가장 낮은 온도를 상기 환경 온도로서 사용한다.
이것에 의해 가장 엄격한 조건을 사용함으로써 엔진(100)의 운전 환경을 적절하게 반영한 제 2 상한 회전수 및 제 2 제한 시간을 구할 수 있다. 따라서, 저온시에 있어서의 고속 회전을 한층 확실하게 회피할 수 있다.
또한 본 실시형태의 엔진(100)에 있어서, 시동시에 있어서의 하이 아이들링 제한을 실행하는 소정 조건은 적어도 냉각수 온도, 상기 연료 온도, 배기 온도 모두가 각각의 임계값을 밑도는 것이다.
이것에 의해 불필요한 하이 아이들링 제한의 실행을 회피할 수 있어 엔진(100)의 시동성을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명의 적합한 실시형태를 설명했지만, 상기 구성은 예를 들면 이하와 같이 변경할 수 있다.
엔진(100)은 EGR 장치(50)를 구비하지 않아도 좋다. 이 경우, 냉각수 온도 센서(91)는 흡기관(21)으로 구성된 흡기 통로의 어느 위치에 배치되어도 좋고, 흡기 매니폴드(23)에 배치되어도 좋다.
배기 온도 센서(93)를 설치하지 않아도 좋다. 이 경우, 예를 들면 EGR 장치(50)에 설치된 도시가 생략된 EGR 가스 온도 센서에 의해 검출된 EGR 가스 온도를 배기 온도로서 사용할 수 있다.
제 1 상한 회전수를 구할 때에 사용하는 연료 온도와, 제 2 상한 회전수를 구할 때에 사용하는 연료 온도의 각각은 상이한 온도 센서로부터 검출되어도 좋다. 예를 들면 제 1 상한 회전수를 구할 때에 사용하는 연료 온도는 인젝터(75)에 가까운 위치에 설치된 연료 온도 센서에 의해 검출되고, 제 2 상한 회전수를 구할 때에 사용하는 연료 온도는 연료 탱크(71)에 설치된 연료 온도 센서에 의해 검출된다.
엔진 온도로서 엔진 오일의 온도를 사용할 수도 있다. 이 구성에서는 냉각수 온도, 연료 온도, 배기 온도, 엔진 오일의 온도 중 가장 낮은 온도가 엔진 온도로서 사용된다.
1: 엔진 본체
90: ECU(제어부)
100: 엔진

Claims (6)

  1. 엔진 본체와 엔진 본체를 제어하는 제어부를 구비하는 엔진으로서,
    상기 제어부는 시동시에 있어서, 소정 조건을 만족한 경우에 하이 아이들링 제한을 실행 가능하게 구성되고,
    상기 하이 아이들링 제한을 실행할 때, 상기 제어부는,
    시동시에 있어서의 엔진 온도에 의거하여 하이 아이들링 회전수의 상한값인 제 1 상한 회전수와, 상기 하이 아이들링 제한의 계속 시간인 제 1 제한 시간을 구하고,
    환경 온도에 의거하여 하이 아이들링 회전수의 상한값인 제 2 상한 회전수와, 상기 하이 아이들링 제한의 계속 시간인 제 2 제한 시간을 구하고,
    구해진 상기 제 1 상한 회전수 및 상기 제 2 상한 회전수 중 어느 하나와, 상기 제 1 제한 시간 및 상기 제 2 제한 시간 중 어느 하나에 의거하여 상기 하이 아이들링 제한을 실행하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 구해진 상기 제 1 상한 회전수 및 상기 제 2 상한 회전수 중 회전수가 적은 쪽을 상기 하이 아이들링 제한에 있어서의 회전수 제한값으로서 설정하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 구해진 상기 제 1 제한 시간 및 상기 제 2 제한 시간 중 시간이 긴 쪽을 상기 하이 아이들링 제한의 계속 시간으로서 설정하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는 적어도 냉각수 온도, 연료 온도, 배기 온도 중 가장 낮은 온도를 상기 엔진 온도로서 사용하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    요소수 탱크로부터 공급된 요소수를 배기 가스와 혼합시켜서 배기 가스에 포함되는 질소 산화물을 제거 가능하게 구성되는 배기 정화 장치를 구비하고,
    상기 제어부는 신기 온도, 연료 온도, 및 요소수 온도 중 가장 낮은 온도를 상기 환경 온도로서 사용하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시동시에 있어서의 상기 하이 아이들링 제한을 실행하는 상기 소정 조건은 적어도 냉각수 온도, 연료 온도, 배기 온도 모두가 각각의 임계값을 밑도는 것을 특징으로 하는 엔진.
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