JP2004301048A - 燃料噴射ポンプの噴射時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】速やかなエンジン始動が可能であり、且つ、一般的な油圧タイマを備えた燃料噴射ポンプに広く適用可能な噴射時期の制御技術を提供する。
【解決手段】エンジン停止時には、ピストン室６内に圧油を供給してピストン５を進角側に移動させた上で制御弁９を閉じ、エンジン始動時には、エンジンスタータの作動開始から所定時間が経過するまでは制御弁９は閉じたままとし、所定時間の経過後に制御弁９を開くようにする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンに備えられる燃料噴射ポンプの噴射時期制御装置に関し、特に、油圧式電子タイマを用いて燃料噴射時期を制御する燃料噴射ポンプの噴射時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンに備えられる燃料噴射ポンプの一形態として、燃料噴射時期の制御のために油圧式電子タイマ（以下、油圧タイマという）を用いたものが知られている。油圧タイマの構造は周知（例えば、特許文献１や特許文献２を参照）であるので、ここでは詳しい説明を省略するが、一般的な油圧タイマはタイマシリンダ内に摺動自在にピストンを備え、このピストンにより区画されるピストン室内にオイルポンプからオイル（圧油）が供給されるようになっている。ピストンはスプリングによってピストン室側に付勢されており、オイルポンプから供給されるオイル量に応じて移動する。ピストンの動きは偏芯カムを介して回転体の回転運動に変換されるようになっており、この回転体の回転角度に応じて燃料噴射時期が進角されるようになっている。
【０００３】
燃料噴射ポンプには、油圧タイマのピストンの移動量を制御するために、オイルポンプからピストン室内に供給するオイル量やピストン室内から抜くオイル量を制御するタイミングコントロールバルブ（ＴＣＶ）が設けられている。ＴＣＶを作動させてピストン室にオイルを供給することで、ピストン室は押し広げられてピストンは前進し、燃料噴射時期は進角される。逆に、ピストン室からオイルを抜くことで、スプリングの付勢力によりピストンは後退し、燃料噴射時期は遅角される。ＴＣＶは、目標燃料噴射時期と実燃料噴射時期との差に基づいてフィードバック制御されている。
【０００４】
ところで、エンジン始動時、特に冷態状態からの始動時には、燃料噴射時期を進角させるのがエンジンの始動性を良くする上で望ましい。油圧タイマのピストンはスプリングによりピストン室側に付勢されているため、エンジン停止時の油圧が低下した状態では、ピストン室内からオイルが抜けてピストンは最遅角位置に位置している。したがって、エンジンスタータの作動後は速やかにオイルを油圧タイマに供給し、油圧タイマのピストンを進角側に移動させたい。
【０００５】
ピストンを進角側に移動させるには、目標燃料噴射時期を進角側に設定してＴＣＶをフィードバック制御すればよい。しかしながら、エンジン回転速度が低い場合には、エンジンのクランキングに同期して出力されるパルスの間隔がＣＰＵの演算時間よりも長いため、ＣＰＵの演算がオーバーフローしてしまい、フィードバック制御のための演算を行うことができない。このため、エンジン回転速度が上昇するまではＴＣＶを制御することができず、ＴＣＶは閉じたままになっていた。
【０００６】
このようなエンジン始動時における課題に対し、特許文献２には次のような技術が提案されている。
特許文献２に記載された技術では、タイマピストンの一方の側にオイルポンプから圧油が供給される高圧室（ピストン室）を形成し、タイマピストンの一方の側に大気圧に開放された低圧室を形成するとともに、低圧室に配設したスプリングによりピストンを高圧室側に付勢している。ピストンには高圧室と低圧室とを連通する流路を形成するともにスプール式のサーボ弁を設けており、モータ駆動で一軸方向に移動するプッシュロッドによってスプールを操作することで、高圧室内の油圧を制御するようにしている。さらに、スプールの作動範囲を規制するストッパをピストンに設けており、エンジンの停止時にスプリングの付勢力によりピストンが高圧室側に移動してプッシュロッドとスプールが離れても、ストッパによりサーボ弁を閉弁できるようにしている。
【０００７】
そして、特許文献２に記載された技術では、エンジン始動時には、まず、オープンループ制御によってプッシュロッドを突出量最少の位置まで動かしてピストンを最進角位置まで移動させるようにしている。そして、エンジン回転速度が所定回転速度に達したら、フィードバック制御に切り換えてプッシュロッドを移動させることで、エンジン始動時における適正な噴射時期制御を実現しようとしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−８２３３９号公報
【特許文献２】
特開平９−２６４１６１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オイルポンプはクランクシャフトの回転により作動するので、エンジンスタータの作動後、オイルポンプが作動して油圧が立ち上がるまでには時間が掛かる。特に低温時はクランキング回転が低いため、油圧が立ち上がるまでの時間が長い。つまり、特許文献２に記載の技術のように、エンジン始動後、オープンループ制御によってピストンを最進角位置まで進角させようとしても、エンジン始動直後は油路内の油圧は低いために、ピストンが最進角位置まで移動するには時間がかかり、速やかなエンジンの始動は難しい。
【００１０】
なお、特許文献２に記載された技術は、スプールの作動範囲を規制するストッパをピストンに設けることで、エンジンの停止時における高圧室内の油圧の低下を防止している。しかしながら、このような対策を施していたとしても、長期間エンジンを作動させていないときにはピストン室内の油圧が抜けてしまう可能性は依然として残っている。また、特許文献２に記載された技術はスプール式のサーボ弁を備えた油圧タイマを前提にしており、さらに、スプールの作動範囲を規制するストッパをピストンに設ける必要がある。つまり、特許文献２に記載された技術は、一般的な油圧タイマの全てに広く適用できる技術ではない。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑みて創案されたものであり、速やかなエンジン始動が可能であり、且つ、一般的な油圧タイマを備えた燃料噴射ポンプに広く適用可能な噴射時期の制御技術を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明が前提とする燃料噴射ポンプは、一般的な油圧タイマを備えた燃料噴射ポンプであり、具体的には、エンジンに駆動されるオイルポンプから圧油が供給されるピストン室と、ピストン室の一側面を形成してオイルポンプから供給される圧油量に応じて移動するピストンと、ピストンをピストン室側に付勢する付勢手段と、オイルポンプからピストン室内に供給される圧油量を制御する制御弁とを備え、ピストンの移動量に応じて燃料噴射時期を進角させるものである。
【００１３】
本発明は、このような燃料噴射ポンプの制御内容を工夫することによって上記課題の解決を図った。詳述すると、上記制御弁を制御する制御手段は、エンジン停止時には、ピストン室内に圧油を供給してピストンを進角側に移動させた上で制御弁を閉じるようにした。また、エンジン始動時には、エンジンスタータの作動開始から所定時間が経過するまでは制御弁は閉じたままとし、所定時間の経過後に制御弁を開くようにした。
【００１４】
このようにピストンを進角側に移動させた状態で制御弁を閉じることで、次回の始動時には、ピストンが進角側にある状態でエンジンを始動することが可能になる。また、エンジン始動時、直ぐに制御弁を開くのではなく、エンジンスタータの作動開始から所定時間が経過するまでは制御弁は閉じたままとすることで、オイルポンプにより供給される圧油の油圧の立ち上がり遅れによってピストン室内の圧油が油圧配管内に逆流し、ピストンが遅角側に戻されてしまうことを防止することができる。つまり、本発明によれば、上記のようなエンジン停止時の制御とエンジン始動時の制御とを行うことにより、エンジン始動直後から燃料噴射時期を進角側に設定することができ、エンジンを速やかに始動させることができる。また、本発明は、制御弁の制御内容に特徴を有するものであり、燃料噴射ポンプや油圧タイマ自体は従来のものを用いることができるので、一般的な油圧タイマを備えた燃料噴射ポンプに広く適用することができる。
【００１５】
上記の所定時間は、好ましくは、エンジンスタータが作動してから、オイルポンプが回転してピストン室内に供給される圧油の油圧が立ち上がるまでの時間に設定する。具体的には、エンジンの大きさやオイルポンプの能力にもよるが、５秒前後に設定すればよい。
【００１６】
また、所定時間が経過するまでに、エンジンが初爆を迎えてエンジンが始動する場合も考えられる。そこで、制御手段は、所定時間が経過する前にエンジン回転速度が所定回転速度を超えた場合には、所定時間の経過に拘わらず、実燃料噴射時期が目標燃料噴射時期に近づくように制御弁のフィードバック制御を開始できるようにもした。
ここでいう所定回転速度とは、ＣＰＵによる制御弁のフィードバック制御のための演算が開始される回転速度（解除回転速度という）以上であればよく、好ましくは、この解除回転速度に設定する。このように、エンジン回転速度が所定回転速度を超えたら直ぐにフィードバック制御に切り替えることで、エンジンの運転状態に応じた適正な噴射時期制御が早期に可能になり、燃費や排気ガス性能の悪化を防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の燃料噴射ポンプの噴射時期制御装置が適用されるエンジン制御システムの構成を示すブロック図である。この図に示すように、本制御システムは、油圧タイマ３を有する燃料噴射ポンプ２を備えたディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１をその制御対象としている。燃料噴射ポンプ２や油圧タイマ３の構成は周知であり、本発明ではこれらの構成には特徴がないので詳細な説明は省略するが、本発明に関係する部位として、油圧タイマ３には、シリンダ４内に配置されたピストン５と、このピストン５によって区画されたピストン室６と、ピストン５をピストン室６側に不勢するスプリング７が備えられている。
【００１８】
油圧タイマ３のピストン室６はエンジン１により駆動されるオイルポンプ８と油圧配管１０によって接続されている。この油圧配管１０の途中には、タイミングコントロールバルブ（制御弁：以下、ＴＣＶと略記する）９が設けられている。ＴＣＶ９はＩＮ側弁９ａとＯＵＴ側弁９ｂからなり、ＩＮ側弁９ａはオイルポンプ８からピストン室６に供給するオイル量を制御し、ＯＵＴ側弁９ｂはピストン室６からオイルポンプ８に戻されるオイル量を制御している。ピストン５の動きは偏芯カム（図示略）を介して回転体（図示略）の回転運動に変換され、この回転体の回転角度に応じて燃料噴射ポンプ２の燃料噴射時期が進角されるが、ピストン５はピストン室６に供給されるオイル量に応じて進角側に移動し、ピストン室６から抜かれるオイル量に応じて遅角側に移動する。したがって、燃料噴射ポンプ２の燃料噴射時期は、ＴＣＶ９を制御することによって進角側にも遅角側にも制御することができる。
【００１９】
本制御システムでは、ＴＣＶ９をコントロールユニット１２が制御する。コントロールユニット１２には、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ１３からの検出信号と、キースイッチ１４からのＯＮ／ＯＦＦ信号と、タイマ１５からのクロック信号が入力される。図ではタイマ１５をコントロールユニット１２外に設けているが、コントロールユニット１２の内部タイマを用いることもできる。
【００２０】
本制御システムはこのコントロールユニット１２によるＴＣＶ９の制御内容に特徴がある。コントロールユニット１２の制御内容は、図２、図３のフローチャートと、図４〜図６のグラフを用いて説明することができる。なお、図４には、エンジン停止時におけるエンジン回転速度、燃料噴射時期、ＴＣＶ用電源の電圧、並びにＴＣＶの制御状態の各時間変化を併せて示している。図５、図６には、エンジン始動時におけるエンジン回転速度、オイルポンプの供給油圧、ＴＣＶ用電源の電圧、並びにＴＣＶの制御状態の各時間変化を併せて示している。
【００２１】
まず、図４のグラフを参照しながら、図２のフローチャートによりエンジン停止時のＴＣＶ９の制御方法について説明する。エンジン１はキースイッチ１４がオフにされて燃料噴射が停止されることにより停止するので、エンジン停止時制御では、まず、ステップＳ１においてキースイッチ１４からのＯＦＦ信号の入力の有無を判定する。キースイッチ１４からＯＦＦ信号が入力されるまでの間は、ステップＳ５において、目標燃料噴射時期と実燃料噴射時期との差に基づいたＴＣＶ９のフィードバック制御（通常制御）を行う。
【００２２】
キースイッチ１４からＯＦＦ信号が入力された場合には（図４の時点ｔ１１）、ステップＳ２に進み、フィードバック制御のマップ内の目標値を油圧タイマ３が進角できる最大値に設定した上で、ＴＣＶ９の制御を続行する。或いは、オープンループ制御により油圧タイマ３を最進角させるようにしてもよい。なお、一般的なＴＣＶでは、キースイッチのオフと同時にＴＣＶ用の供給電源も遮断されるが、本実施形態ではＴＣＶ用供給電源の配策を変更し、エンジン回転速度が所定回転速度以下になるまでＴＣＶ９に電源を供給できるようにしている。所定回転速度は、コントロールユニット１２内のＣＰＵが演算を開始できるエンジン１の回転速度（解除回転速度）以上であればよく、好ましくはアイドル回転速度以下に設定する。通常、解除回転速度は１６０ｒｐｍ程度である。図４では所定回転速度を解除回転速度に設定している。
【００２３】
ステップＳ３では、クランク角センサ１３からのクランク角信号を用いてエンジン回転速度を算出し、エンジン回転速度が解除回転速度以下になったか判定する。エンジン回転速度が解除回転速度よりも大きい間はＴＣＶ９の制御を続行する。そして、エンジン回転速度が解除回転速度以下になった時点（図４の時点ｔ１２）でステップＳ４に進み、ＴＣＶ９の制御を停止する。ＴＣＶ９は制御の停止によりＩＮ側弁９ａもＯＵＴ側弁９ｂも閉じた状態になる。
【００２４】
これにより、油圧タイマ３のピストン室６内にはオイルが略最大限に溜められ、ピストン５は最も前進した状態で停止することになる。つまり、油圧タイマ３は、最も進角した状態で停止することになる。そして、ＴＣＶ９が閉じられていることから、ピストン室６内からオイルが抜け出ることなく、次回のエンジン始動時には、この油圧タイマ３が最も進角した状態からエンジン１を始動することが可能になる。
【００２５】
次に。図５、図６のグラフを参照しながら、図３のフローチャートによりエンジン始動時のＴＣＶ９の制御方法について説明する。エンジン１はキースイッチ１４がオンにされエンジンスタータ（図示略）が作動することにより始動するので、エンジン始動時制御では、まず、ステップＳ１１においてキースイッチ１４からのＯＮ信号の入力の有無を判定する。
【００２６】
ステップＳ１１でキースイッチ１４からＯＮ信号が入力されることにより（図５の時点ｔ２１，図６の時点ｔ３１）、ＴＣＶ用供給電源が入りＴＣＶ９は制御可能状態になるが、ステップＳ１２ではＴＣＶ９は閉じたままとする。次に、ステップＳ１３に進み、エンジン回転速度が所定回転速度を超えたか判定する。ここでいう所定回転速度も、エンジン停止時制御における所定回転速度と同様、解除回転速度以上であればよく、好ましくはアイドル回転速度以下に設定する。図５，図６では所定回転速度を解除回転速度に設定している。
【００２７】
エンジン回転速度が解除回転速度よりも小さい間はステップＳ１４に進み、タイマ１４からのクロック信号をカウントして、エンジンスタータの作動時点（図５の時点ｔ２２，図６の時点ｔ３２）からの経過時間が所定のディレイ時間を超えたか判定する。キースイッチ１４がオンにされエンジンスタータが作動するまでには、若干のタイムラグがある。ディレイ時間は、エンジンスタータが作動してから、オイルポンプ８が回転して油圧タイマ３に供給される油圧が立ち上がるまでの時間に設定する。エンジン１の大きさやオイルポンプ８の能力にもよるが、ディレイ時間は５秒前後に設定すればよい。エンジン回転速度が解除回転速度を超えるまで、或いは、経過時間がディレイ時間を超えるまではステップＳ１２に戻り、ＴＣＶ９は閉じたままとする。
【００２８】
エンジン１は初爆の後は瞬時に回転速度が上昇するので、ディレイ時間内に初爆があったときには、図５に示すようにディレイ時間を経過する前にエンジン回転速度が解除回転速度を超える場合がある。ステップＳ１３でエンジン回転速度が解除回転速度を超えた場合（図５の時点ｔ２３）には、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、ＴＣＶ９の制御をオープン制御（閉制御）から通常の制御に切り替える。すなわち、コントロールユニット１２は、実燃料噴射時期がエンジン水温に従い設定された目標燃料噴射時期になるようにＴＣＶ９をフィードバック制御する。
【００２９】
一方、長期間使用されることなく放置されていたエンジン１では、前述のエンジン停止時制御によってピストン室６内にオイルを溜めた状態でＴＣＶ９を閉じていたとしても、スプリング７によりピストン５が押され続けることでピストン室６からオイルが次第に抜け出てしまう可能性がある。このような場合には、ピストン６の後退に応じて燃料噴射時期は遅角されてしまうので、エンジン１は始動しにくく、図６に示すようにエンジン回転速度が解除回転速度を超えることなくディレイ時間を経過する場合がある。ステップＳ１４で経過時間がディレイ時間を超えた場合（図６の時点ｔ３３）には、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、ＴＣＶ９の制御をオープン制御のまま閉状態への制御から開状態への制御に切り替える。すなわち、ＴＣＶ９を開いてピストン室６とオイルポンプ８とを連通させる。これにより、仮にピストン室６内のオイルが抜けてしまっていた場合でも、オイルポンプ８からピストン室６にオイルが供給されることでピストン５は前進し、油圧タイマ３による燃料噴射時期は進角される。
【００３０】
ステップＳ１５の処理の後はステップＳ１３に戻り、エンジン回転速度が解除回転速度を超えたか判定する。エンジン回転速度が解除回転速度を超えるまでは、ＴＣＶ９のオープン制御（開制御）を続行する。そして、エンジン回転速度が解除回転速度を超えた場合（図６の時点ｔ３４）にはステップＳ１６に進み。ＴＣＶ９の制御をオープン制御（開制御）から通常のフィードバック制御に切り替える。
【００３１】
このように、キースイッチ１４がオン後、直ぐにＴＣＶ９を開くのではなく、エンジンスタータの作動開始からディレイ時間が経過するまではＴＣＶ９は閉じたままとすることで、オイルポンプ８により供給されるオイルの油圧の立ち上がり遅れによってピストン室６内の圧油が油圧配管１０内に逆流し、ピストン５が遅角側に戻されてしまうことを防止することができる。また、エンジン回転速度が解除回転速度を超えたら、ディレイ時間が経過に拘わらず直ぐにＴＣＶ９の制御をフィードバック制御に切り替えることで、エンジン１の運転状態に応じた適正な噴射時期制御が早期に可能になり、燃費や排気ガス性能の悪化を防止することができる。
【００３２】
つまり、本制御システム（本発明の燃料噴射ポンプの噴射時期制御装置が適用されるエンジン制御システム）によれば、上述のようなエンジン停止時の制御とエンジン始動時の制御とを行うことにより、エンジン始動直後から燃料噴射時期を進角側に設定することができ、エンジン１を速やかに始動させることができる。この効果は、クランキング回転が遅く油圧の立ち上がりの遅い低温時に特に顕著になる。また、上述のように本制御システムはＴＣＶ９の制御内容に特徴を有するものであり、燃料噴射ポンプ２や油圧タイマ３自体は従来のものを用いることができるので、一般的な油圧タイマを備えた燃料噴射ポンプに広く適用することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施しうるものである。例えば、エンジン始動時の制御において、ディレイ時間が経過するまではＴＣＶ９は閉じておき、ディレイ時間が経過した時点で、そのときのエンジン回転速度に応じてＴＣＶ９をオープンループ制御（開制御）したりフィードバック制御したりするようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の燃料噴射ポンプの噴射時期制御装置によれば、ピストンを進角側に移動させた状態で制御弁を閉じるというエンジン停止時の制御と、エンジン始動時に直ぐに制御弁を開くのではなく、エンジンスタータの作動開始から所定時間が経過するまでは制御弁は閉じたままにするというエンジン始動時の制御とを行うことにより、エンジン始動直後から燃料噴射時期を進角側に設定することができ、エンジンを速やかに始動させることができる。また、本発明の燃料噴射ポンプの噴射時期制御装置によれば、燃料噴射ポンプや油圧タイマ自体は従来のものを用いることができるので、一般的な油圧タイマを備えた燃料噴射ポンプに広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射ポンプの噴射時期制御装置が適用されるエンジン制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】エンジン停止時のＴＣＶの制御内容を示すフローチャートである。
【図３】エンジン始動時のＴＣＶの制御内容を示すフローチャートである。
【図４】エンジン停止時におけるエンジン回転速度、燃料噴射時期、ＴＣＶ用電源の電圧、並びにＴＣＶの制御状態の各時間変化を併せて示すグラフである。
【図５】エンジン始動時におけるエンジン回転速度、オイルポンプの供給油圧、ＴＣＶ用電源の電圧、並びにＴＣＶの制御状態の各時間変化を併せて示している。
【図６】エンジン始動時におけるエンジン回転速度、オイルポンプの供給油圧、ＴＣＶ用電源の電圧、並びにＴＣＶの制御状態の各時間変化を併せて示している。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
２ 燃料噴射制御装置
３ 油圧タイマ
４ シリンダ
５ ピストン
６ ピストン室
７ スプリング
８ オイルポンプ
９ タイミングコントロールバルブ（ＴＣＶ）
９ａ ＩＮ側弁
９ｂ ＯＵＴ側弁
１０ 油圧配管
１２ コントロールユニット
１３ クランク角センサ
１４ キースイッチ
１５ タイマ

Claims (3)

1. エンジンに駆動されるオイルポンプから圧油が供給されるピストン室と、上記ピストン室の一側面を形成して上記オイルポンプから供給される圧油量に応じて移動するピストンと、上記ピストンを上記ピストン室側に付勢する付勢手段と、上記オイルポンプから上記ピストン室内に供給される圧油量を制御する制御弁とを備え、上記ピストンの移動量に応じて燃料噴射時期を進角させる燃料噴射ポンプの噴射時期制御装置において、
   上記制御弁を制御する制御手段を備え、
   上記制御手段は、エンジン停止時には、上記ピストン室内に圧油を供給して上記ピストンを進角側に移動させた上で上記制御弁を閉じ、
   エンジン始動時には、エンジンスタータの作動開始から所定時間が経過するまでは上記制御弁は閉じたままとし、上記所定時間の経過後に上記制御弁を開くことを特徴とする、燃料噴射ポンプの噴射時期制御装置。
2. 上記制御手段は、上記所定時間が経過する前にエンジン回転速度が所定回転速度を超えた場合には、上記所定時間の経過に拘わらず、実燃料噴射時期が目標燃料噴射時期に近づくように上記制御弁のフィードバック制御を開始することを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射ポンプの噴射時期制御装置。
3. 上記所定時間として、上記エンジンスタータが作動してから、上記オイルポンプが回転して上記ピストン室内に供給される圧油の油圧が立ち上がるまでの時間が設定されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の燃料噴射ポンプの噴射時期制御装置。

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