コンピュータ搭載の電子制御エンジンはどのようになっているか1)電子制御の種類とその特長エンジンの電子制御には、ガバナのみを電子制御する段階から、各種噴射系メカニズムと組み合わせて電子制御をするさまざまな段階があり、電子制御の可能性を最大限に利用し、出来るだけ高圧のもとで、燃料噴射のタイミングや噴射のパターンを、理想的な形に近ずける努力が盛んになっている。補・82図は、エンジン電子制御の段階を、燃料噴射系のハード面に注目し、代表的なケースを例として分類したものである。キャタピラー社の例では、補・82図のNo.4、No.5の電子制御が主力となっており、いずれも電磁制御弁組込式ユニットインジェクタを使用している。これには、インジェクタのプランジャをカムで駆動して高圧燃料を得るEUI方式と蓄圧室の油圧で駆動するHEUI方式がある。いずれも、ほとんど同じ構成の電子制御システムを使用するが、今回は主としてEUI方式の電子制御エンジンを例として説明する。低NOx、低燃費率を実現するためには、燃料を出来るだけ高圧で、短時間に、しかも、最適の噴射タイミング、パターンでに噴射することによって得られる。補・83図に示すように、最適噴射時期は、エンジン速度と負荷(燃料噴射量)の組み合わせによって変わり、更にアフタークーラ空気温度によっても変わる。補・83図の中で、一枚一枚の曲面が、特定のアフタークーラ空気温度に対応しており、実際には多数の曲面で構成された、立体的データとなる。この図でも分かるとおり、運転条件の変化により、最適噴射時期にはクランク角で20度を越える差が生じ、これを機械式進角メカニズムで調整するには、その能力をはるかに越えるレベルとなるため、自由に進角を変えられる電子制御式が必要になる。必要な進角、高圧、望ましい噴射パターンを得るには、同じ電子制御でも、ユニットインジェクタ式が高圧化に有利で、なおかつ、電磁制御弁組込ユニットインジェクタは、噴射制御の可動部の慣性が少なく、追従性に優れているため、噴射ポンプのラック、スリーブを電磁ソレノイドで操作する方式よりも有利となる。油圧駆動ユニットインジェクタは、カムリフトの制約もなく、より自由度がひろがる。補・84図は電子制御システム構成の要点を示す。ECM(エンジンコントロールモジュール)がシステムの心臓部であり、制御コンピュータと、制御プログラム、データ用のメモリを内蔵している。これらの、情報、信号のやり取りは、すべて堅牢な特殊防水防油ソケットを使用したワイヤハーネスにより行われる。制御プログラムには、通常の電子ガバナの機能が組み込まれているので、ドループ特性など、従来のガバナと同じ使い勝手が得られる。エンジン電子制御システム(拡大画面:34KB)4)燃料噴射のメカニズムこの電子制御システムで、ECMよりの制御指令に即応し、高圧燃料噴射を実現するハードウエアの中心が、補・85図に示すメカニズムである。パターンが自由にコントロール出来る。(HEUI式の場合は、蓄圧室に保有する高圧作動油で、このプランジャを、油圧駆動することにより高圧噴射を得ており、より自由に噴射時期を制御できる。)ユニットインジェクタ部全体は、ヘッドカバー内部に密閉されており、ECMよりの制御信号は、シリンダヘッド部に設けられた、特殊防水ソケットを介して送り込まれる。これで分かるように、ここで扱っている電子制御エンジンでは、従来のガバナハンドルに相当するスロットルはあるが、噴射量コントロールの燃料ラックやリンク類はなく、これに相当するコントロールは、すべてECMよりの制御指令信号により、電磁制御弁が直接行う。エンジン回転速度や、燃料噴射量の制限は、制御プログラム内に設定されるため、機械的な方法でこの制限を変更する事は出来ない。EUI燃料噴射部5)制御信号と燃料噴射コンピュータ搭載のECMが受け取る信号は、ホール効果スピード/タイミングセンサ信号、スロットルセンサよりのPWM(パルス幅変調)信号、およびその他のセンサよりの、アナログ信号である。アナログ信号はすべて、0−5VレベルでECMに取り入れ、ここで10ビットのデジタル信号に変換して演算処理する。ECMより発信される制御信号は、ユニットインジェクタに組み込まれた、150−200MPa(機種により多少異なる)の燃料制御弁を100V程度の電磁ソレノイドで操作し、最適燃料噴射パターンと噴射時期を実現する。噴射時期については、クランク位置の上死点に対し、どの進角で噴射させるかを、実クランク位置に対し精密に制御する必要があり、このため、エンジンの各サイクル毎に、機械的クランク位置を基準にして、コンピュータ演算とのタイミング合わせを行う。このため、カム軸には、特殊歯形パターンを持つタイミング車が装着されており、この歯形パターンに対応する電磁ピックアップ信号を基準にして、補・86図に示すように、サイクル毎にタイミングを合わせる。このタイミング信号に基ずき、燃料制御弁の作動、燃料加圧の遅れ等を考慮し、しかも必要な噴射パターンになるようなタイミングで弁リフト信号を送り、燃料噴射をコントロールする。燃料噴射タイミング燃料噴射の具体的なステップは、およそ次のようになる。カム山の回転により、ロッド、ロッカを介して、ユニットインジェクタのプランジャが押下げられ、燃料加圧が始まる。ECM搭載のコンピュータは、回転速度その他、エンジン状態を示す各センサと、ユーザの要求信号(スロットル位置など)をもとに、内蔵の最適噴射データ、ガバナ特性等のデータに従って噴射時期、噴射パターンを計算する。ECMは、燃料噴射開始をするため、約100Vの電圧を、ユニットインジェクタ内蔵の燃料電磁弁に送る。この電圧で、燃料電磁弁が作動し、燃料逃がし孔を閉める。燃料はプランジャバレル内にとじ込まれ、この状態でプランジャによる加圧が続き、この圧力がノズルの開弁圧に達すると燃料噴射が始まる。ECMが、燃料噴射を終了させるため、燃料電磁弁への約100Vの電圧発信を止めるまで噴射が続く。御願いしますこの成果物はお役に立ちましたか?とても役に立ったまあまあ普通いまいち全く役に立たなかったこの成果物をどのような目的でご覧になりましたか?レポート等の作成の参考資料として研究の一助として関係者として参照した興味があったので間違って辿り着いただけご意見・ご感想ここで入力されたご質問・資料請求には、ご回答できません。