JP2014077357A - 燃料噴射量計測システム - Google Patents

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智士 石川
Takeo Watanabe
剛生 渡邊
Masashi Kawazu
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Junichi Honda
淳一 本田
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Abstract

【課題】
本発明は、複数の燃料噴射気筒を有し1回転の間に該複数の燃料噴射気筒から燃料を順次に噴射する計測対象の燃料噴射ポンプからの燃料噴射量を計測する燃料噴射量計測システムに関し、燃料噴射気筒を特定して各燃料噴射気筒ごとの燃料噴射量を計測する。
【解決手段】
燃料噴射ポンプの複数の燃料噴射気筒のうちの基準となる燃料噴射気筒の指定を受け、さらに噴射量検出器からの噴射量信号を受信して、噴射量信号に基づいて、それら複数の燃料噴射気筒の、指定を受けた基準となる燃料噴射気筒を基準とした燃料噴射順序を判別する噴射順序判別装置と、噴射量検出器からの噴射量信号を受信し、噴射量信号に基づいて複数の燃料噴射気筒それぞれの燃料噴射量を計測する噴射量計測装置とを備えた。
【選択図】 図1

Description

本発明は、燃料噴射ポンプが1回転する間に複数の燃料噴射ノズルを介し順次に噴射する燃料の噴射量を計測する燃料噴射量計測システムに関する。
従来よりディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどのエンジンに噴射される燃料の噴射量の計測が行なわれており、この噴射量計測の精度を上げる提案がなされている(特許文献1〜3)。エンジンへの燃料の噴射には、対象とするエンジンの気筒数(例えば4気筒)に対応した数の燃料噴射気筒を有する燃料噴射ポンプが用いられる。例えば燃料噴射ポンプの製造ライン上で、組立てが終った燃料噴射ポンプの各燃料噴射気筒に噴射ノズルを介して各噴射量センサが取り付けられ、各噴射気筒ごとの噴射量が計測される。
特開昭62−188912号公報 特開昭62−135730号公報 特開昭63−122920号公報
ここで、燃料噴射ポンプの製造ラインでは、様々なタイプの燃料噴射ポンプの製造が行なわれる。燃料噴射ポンプに設けられた複数の燃料噴射気筒からの燃料噴射の順序は、その燃料噴射ポンプのタイプにより異なっている。このため、組立て終了時に燃料噴射ポンプの各燃料噴射気筒に噴射ノズルを介し噴射量センサを取り付けて噴射量計測を行なって、噴射量不良の燃料噴射気筒の存在が分かったとき、その燃料噴射ポンプに噴射不良が生じたことは分かっても、複数の燃料噴射気筒のうちのどの燃料噴射気筒に噴射不良が生じたのか、直ちには分からないことがある。特に再現性に乏しい噴射不良のときは、その特定が更に難しく、後の不良解析にも影響を及ぼすおそれがある。
ここで、例えば電子噴射式のガソリンエンジンなどの場合は、噴射制御用の電気信号に基づいたタイミングで噴射が行なわれるため、そのようなガソリンエンジンに採用される燃料噴射ポンプについて噴射量計測を行なう場合には、噴射量計測に合わせてその電気信号をモニタしておくことにより、比較的容易に噴射不良の燃料噴射気筒を特定することができる。
これに対し、例えば噴射制御を機械的なカム機構で行なうタイプのディーゼルエンジンなどの場合、そのような電気信号を得ることができず、噴射不良があったときにどのようにしてその噴射不良が発生した燃料噴射気筒を特定するかが問題となる。
本発明は、上記事情に鑑み、燃料噴射ポンプの燃料噴射量の計測にあたり、上記のような電気信号をモニタすることなく、燃料噴射気筒を特定して各燃料噴射気筒ごとの燃料噴射量を計測することができる燃料噴射量計測システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の燃料噴射量計測システムは、複数の燃料噴射気筒を有し1回転する間に複数の燃料噴射気筒から燃料を順次に噴射する燃料噴射ポンプからの燃料噴射量を計測する燃料噴射量計測システムであって、
燃料噴射気筒から送出された燃料の噴射を受け燃料噴射量を表わす噴射量信号を出力する複数の噴射量検出器と、
燃料噴射ポンプの基準となる燃料噴射気筒の指定を受け、さらに噴射量検出器からの噴射量信号を受信して、噴射量信号に基づいて、複数の燃料噴射気筒の、指定を受けた基準となる燃料噴射気筒を基準とした燃料噴射順序を判別する噴射順序判別装置と、
噴射量検出器からの噴射量信号を受信し、噴射量信号に基づいて複数の燃料噴射気筒それぞれの燃料噴射量を計測する噴射量計測装置とを備えたことを特徴とする。
本発明の燃料噴射システムは、上記の噴射順序判別装置により、複数の燃料噴射気筒の、基準の燃料噴射気筒を基準とした噴射順序が判別される。このため、その判別された噴射順序と噴射量計測値とを対応づけることにより、各噴射量計測値が、どの燃料噴射気筒から噴射された燃料の噴射量計測値であるかが分かり、噴射不良があったときは、その噴射不良の燃料噴射気筒を直ちに特定することができる。
ここで、本発明の燃料噴射量計測システムにおいて、噴射順序判別装置は、噴射量信号の時間微分波形を求め、その時間微分波形としきい値とを比較することにより、燃料噴射ポンプの1回転中の、燃料噴射気筒からの燃料噴射のタイミングを求め、複数の燃料噴射気筒それぞれについての燃料噴射のタイミングに基づいて、複数の燃料噴射気筒の、基準となる燃料噴射気筒を基準とした燃料噴射順序を判別するものであることが好ましい。
噴射順序判別装置では、このような演算を採用することにより、容易かつ確実に噴射順序を判別することができる。
また、本発明の燃料噴射量計測システムにおいて、噴射量計測装置は、噴射量信号のうちの燃料噴射前のタイミングにおける噴射量信号の値と燃料噴射後のタイミングにおける噴射量信号の値とに基づいて燃料噴射量を計測するものであることが好ましい。
このような噴射量計測装置を採用すると、高精度の噴射量計測が行なわれる。
以上の本発明によれば、燃料噴射気筒を特定して各燃料噴射気筒ごとの燃料噴射量を計測することができる。
本発明の一実施形態としての燃料噴射計測システムを示した図である。 噴射量検出器の構造を示した模式図である。 1P/Rのパルスと、燃料噴出ポンプの基準の燃料噴射気筒の噴射タイミング角度との関係を示した模式図である。 基準の燃料噴射気筒の噴射タイミング角度を表わす基準パルスの求め方を示した図である。 複数の燃料噴射気筒の、噴射順序検出方法の説明図である。 噴射量計測計における噴射量計測方法の説明図である。 噴射順序が正しく求められたときの各噴射量検出器への燃料噴射/燃料排出のタイミングチャートである。 噴射順序が予想と異なるにも拘らず予想通りの噴射順序であると仮定して制御を行なったときの燃料噴射/燃料排出のタイミングチャートである。
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態としての燃料噴射計測システムを示した図である。
この図1には、計測対象の燃料噴射ポンプ10と、燃料噴射量計測システム20が示されている。ここでは、燃料噴射ポンプ10とこの燃料噴射量計測システム20の概要を説明し、燃料噴射量計測システム20の詳細説明は後に譲る。
図1に示す燃料噴射ポンプ10は、複数(ここでは4つ)の燃料噴射気筒11を有する。これらの燃料噴射気筒11からは、この燃料噴射ポンプ10の回転軸10aが1回転する間に各気筒1回ずつ燃料が噴射される。ただし、燃料噴射順序は、この燃料噴射ポンプの型式ごとに異なる。
燃料噴射ポンプの製造ラインでは様々な型式の燃料噴射ポンプが製造される場合もあるため、燃料噴射順序をあらかじめ一律に決めておくことはできない。また、製造ラインでは4気筒エンジン向けの燃料噴射ポンプだけでなく、例えば3気筒、2気筒など様々な気筒数のエンジン向けの様々な燃料噴射ポンプが製造される。図1では一例として、4気筒エンジン向けの燃料噴射ポンプ10が示されている。また、この燃料噴射ポンプ10の回転軸10aには、エンコーダ12が取り付けられている。このエンコーダ12からは回転軸10aの1回転ごとに1つのパルスからなるパルス信号(1P/R)が出力される。この1P/Rは、後述する噴射量計測計23に入力されて、回転軸10aの基準回転位置(回転角度0°)として用いられる。
また、この図1に示す燃料噴射量計測システム20は、複数の噴射量検出器21、複数の噴射量検出器アンプ22、噴射量計測計23、噴射判別ユニット24、および燃料排出弁駆動ユニット25を備えている。
噴射量検出器21は、燃料噴射ポンプ10の各燃料噴射気筒11に取り付けられ、取り付けられた燃料噴射気筒から燃料噴射ノズル13を介して噴射された燃料の噴射を受けて噴射量信号(図4(d)を参照)を出力するセンサである。この図1には、燃料噴射ポンプ10の4つの燃料噴射気筒11に対応する4つの噴射量検出器21が示されている。
これらの噴射量検出器21から出力された噴射量信号は噴射量検出器アンプ22でそれぞれ増幅されて、噴射量計測計23および噴射判別ユニット24の双方に入力される。
また、上記4つの噴射量検出器21のうちの、最上部に示されている1つの噴射量検出器21aは、噴射量検出器アンプ22を経由して噴射量計測計23の第1チャンネル23a、および噴射判別ユニット24の第1チャンネル24aに接続されている。噴射量計測計23では、燃料噴射ポンプの複数の燃料噴射気筒11のうちの、この第1チャンネル23a,24aに入力される噴射量信号が、基準の燃料噴射気筒11aから噴射されて基準の噴射量検出器21aで検出された噴射量信号であるとして認識される。換言すると、本実施形態では、オペレータが、基準の噴射量検出器21aに基準の燃料噴射気筒11aを接続することをもって、この噴射計測システムに対し基準の燃料噴射気筒11aを指定したことになる。
噴射量計測計23では、各チャンネルごとの燃料噴射量が計測される。また、この噴射量計測計23では、エンコーダ12から受け取った、燃料噴射ポンプ10の回転軸10aの基準回転位置(回転角度0°の位置)を示す1P/Rのパルス信号を逓倍して、1パルスあたり回転角度1°を表わす、1回転につき360パルスの信号(360P/R)を生成する。この360P/Rの信号は、逓倍ではなく、燃料噴射ポンプ10の回転軸10aに1回転につき360パルスを出力するエンコーダを取付け、その信号を用いてもよい。
これら1P/Rおよび360P/Rは噴射量計測計23から噴射判別ユニット24に送られる。
噴射判別ユニット24では、噴射量検出器アンプ21を経由して受け取った噴射量信号、および噴射量計測計23から受け取った1P/R,360P/Rに基づいて、燃料噴射ポンプ10の複数の燃料噴射気筒11の、基準の燃料噴射気筒(第1チャンネル24aから入力される噴射量信号生成の基になる燃料噴射気筒11a)を基準とした噴射順序および基準となる燃料噴射気筒11aの噴射タイミング(基準噴射タイミング角度)が生成される。これら噴射順序および基準噴射タイミング角度を表わす噴射情報は、噴射量計測計23に入力される。
噴射量計測計23では、噴射判別ユニット24から受け取った噴射情報に基づいて、燃料排出弁駆動ユニット25に向けて、4台の噴射量検出器21それぞれにおける燃料排出タイミングを算出し、燃料排出タイミングを表わす燃料排出タイミング信号を出力する。
燃料排出弁駆動ユニット25は、噴射量計測計23から受け取った燃料排出タイミング信号に基づいて燃料排出駆動信号を各噴出量検出器21に向けて出力する。
噴射量検出器21には、燃料排出弁211が備えられている。この燃料排出弁211は、燃料排出駆動信号を受けて開放され、噴射量検出器21に噴射された燃料が排出される。
図2は、噴射量検出器の構造を示した模式図である。
この噴射量検出器21は、図1でも説明した燃料排出弁211のほか、検出器本体212および安全弁213を有する。
検出器本体212には、図1に示す燃料噴射ポンプ10の燃料噴射気筒11から送出された燃料が燃料噴射ノズル13を介して噴射される燃料入口212aを有する。その燃料入口212aから噴射された燃料は、燃料流路212bを通ってベローズ212cに達し、ベローズ212cを加圧する。ベローズ212cの裏側は窒素で一定圧力に加圧されている。ベローズ212cは、燃料が吹き込まれるとその吹き込まれた燃料による圧力を受けて変位する。この検出器本体212にはベローズ212cの変位を検出する変位センサ212dが備えられており、その変位センサ212dの出力がこの噴出量検出器21からの噴出量信号として、図1に示す噴出量検出アンプ22に伝えられる。
また燃料排出弁211には、図1に示す燃料排出弁駆動ユニット25から燃料排出駆動信号が入力される。燃料排出弁211は、燃料排出駆動信号の入力を受けて弁を開き、検出器本体212の燃料流路212b内の燃料を排出する。
また、安全弁213は、燃料排出弁211が開かないまま燃料噴射が行われるなど、何らかの理由で燃料流路213b内の圧力が異常に高まったときに弁が開き、燃料流路212b内の燃料を排出するためのものである。
図3は、1P/Rのパルスと、燃料噴射ポンプ10の、基準の燃料噴射気筒11aの噴射タイミング角度との関係を示した模式図である。
図1に示す燃料噴射ポンプ10の回転軸10aの回転基準位置(回転角度0°)を示す1P/R(図3(a))から見たときの、基準の燃料噴射気筒11aの噴射タイミング角度は、燃料噴射ポンプ10の機種ごとに様々に異なっている。したがって、基準の燃料噴射気筒11aだけでなく、全ての燃料噴射気筒11の噴射タイミング角度も機種ごとに異なっている。
また、上述の通り、複数の燃料噴射気筒11における燃料噴射順序も機種によって異なっている。
そこで、本実施形態では、噴射判別ユニット24において、以下のようにして、基準の燃料噴射気筒11aの噴射タイミングと、基準の燃料噴射気筒11aを基準とした、全ての燃料噴射気筒11の噴射順序が求めらる。
図4は、基準の燃料噴射気筒の噴射タイミング角度を表わす基準パルスの求め方を示した図である。
図4(a)は燃料噴射ポンプ10の回転軸10aの回転角度0°を表わす1P/R、図4(b)は、回転角度1°ごとに1パルスを出力する360P/Rである。
図4(c)は、ここでの演算で求めるべき(破線)あるいは求められた(実線)基準パルスを表わしている。
図4(d)は、噴射量信号を表わしている。
ここでは、この図4(d)に示す噴射量信号を微分して噴射量信号の微分波形を表わす微分信号(図4(e))を生成して、その微分信号を所定のしきい値と比較し、コンパレート信号(図4(f))を得る。基準パルス(図4(c))を、このコンパレート信号のエッジから、噴射開始直前であって、かつ確実に噴射開始前に設定する見地から定めた角度、例えば20°遡った角度に設定し、この基準パルスが1P/R(図4(c))から何度後になるか求め、以後の基準パルスを得る。つまり、この基準パルス(図4(c))は1P/R(図4(a))を回転角度0°としたときの、基準となる燃料噴射口11aからの噴射の基準となる回転角度を表わしている。
図5は、複数の燃料噴射気筒の、噴射順序検出方法の説明図である。
図5(a),(b)は、図4(a),(b)と同じく、それぞれ1P/R,360P/Rを表わしている。
図5(c)〜(f)は、4つの燃料噴射気筒11それぞれについての、図4(e)と同様の微分信号を示している。
ここでは、図4(d)〜(f)を参照して説明した演算を各燃料噴射気筒それぞれに適用し、基準の燃料噴射気筒を基準とした各燃料噴射気筒の噴射タイミング角度の大小関係から、噴射の順序が求められる。すなわち、基準の燃料噴射気筒11aが図4(c)に対応しA<B<Cとするときは、噴射順序は、(c)CH1→(e)CH3→(d)CH2→(f)CH4となる。
図1に示す噴射判別ユニット24では、図4,図5を参照して説明した、基準の燃料噴射気筒からの噴射タイミング角度の基準となる基準パルスの角度情報、および全ての燃料噴射気筒についての噴射順序を表わす噴射情報が求められ、この噴射情報が噴射量計測計23に伝えられる。
本実施形態では、このようにして噴射量信号から燃料噴射のタイミング角度および噴射順序を求めており、噴射タイミングがカム機構により制御されるタイプのディーゼルエンジン向けの燃料噴射ポンプであっても、噴射情報や噴射順序が求められる。
図6は、噴射量計測計23における噴射量計測方法の説明図である。
ここでは、燃料噴射気筒2つ分について示されているが、これと同様にして4つの燃料噴射気筒それぞれについて噴射量の計測が行なわれる。
図6(a),(b)は、図4(a),(b)、および図5(a),(b)と同様、1P/R,360P/Rである。
図6(c1)および図6(c2)は各燃料噴射気筒ごとの基準パルスを表わしている。
上述の通り、噴射判別ユニット24では、基準の燃料噴射気筒からの燃料噴射の基準角度を表わす基準パルスの角度情報が生成されて噴射量計測計23に入力される。ここでは4気筒エンジン向けの燃料噴射ポンプ10を計測対象としており、したがって、噴射量計測計23では、その基準の燃料噴射気筒に対応した基準パルスからさらに90°,180°,270°それぞれ遅れた3つの基準パルスが生成されて、それらの基準パルスを、図5を参照して説明したようにして求めた噴射順序に従う、2番目、3番目、4番目に噴射する燃料噴射気筒にそれぞれ対応づけられる。
図6(c1)に示す基準パルスは、基準の燃料噴射気筒に対応する基準パルスであり、図6(c2)に示す基準パルスは、基準の燃料噴射気筒の次に噴射する燃料噴射気筒に対応づけられた基準パルスである。
図6(d1),(d2)は対応する基準パルスで立ち上がり、その基準パルスから180°経過した時点で立ち下がる計測タイミング信号である。
図6(e1),(e2)は、対応する計測タイミング信号の立ち下がりを受けて形成される燃料排出タイミング信号である。この燃料排出タイミング信号は、図1を参照して説明した通り、噴射量計測計23から燃料排出弁駆動ユニット25に向けて出力され、対応する噴射量検出器21内に噴射された燃料が排出される。
図6(f1),(f2)は、対応する噴射量検出器22から出力された噴射量信号を示している。
ここでは、各燃料噴射気筒に関し、先ずはその燃料噴射気筒に対応する基準パルス(図6(c1),(c2))の時点A1,A2で、対応する噴射量信号(図6(f1),(f2))の値が読み取られ、さらに、その基準パルスから180°進んだ、燃料排出タイミング信号のパルスの時点B1,B2で、対応する噴射量信号(図6(f1),(f2))の値が再度読み取られ、それらの差分ΔV1,ΔV2が算出される。これらの差分ΔV1,ΔV2は、それぞれ対応する燃料噴射気筒からの燃料の噴射量に対応した値である。
本実施形態ではこのように、噴射量信号の立ち上がり前の時点A1,A2と立ち上がった後の十分に安定した時点B1,B2との双方で噴射量信号の値を読み取って差分ΔV1,ΔV2を求めているため、高精度な噴射量計測が行なわれる。
図7は、噴射順序が正しく求められたときの各噴射量検出器への燃料噴射/燃料排出のタイミングチャートである。
図7(a)は、1P/R、図7(b)は、基準パルスを示している。図7(b)に示す基準パルスのうちの実線で示す基準パルスは基準の燃料噴射気筒に対応した基準パルスであり、点線の基準パルスはそれ以外の燃料噴射気筒に対応する基準パルスである。
図7(d1)〜(d4)に示すように、各噴射量信号は、タイミングを90°ずつ順次ずらしながら、燃料噴射ポンプ10の回転軸10aの回転の約半周期(約180°)で立ち上がり(燃料噴射)、立ち下がり(燃料排出)を繰り返す波形となっている。
図8は、噴射順序が予想と異なるにも拘らず予想通りの噴射順序であると仮定して制御を行なったときの燃料噴射/燃料排出のタイミングチャートである。
ここでは、噴射順序を噴射量計測計23のチャンネル番号で1→2→3→4と予想したにも拘らず、実際の噴射順序が1→4→2→3だったときのタイミングチャートをあらわしている。
この場合、(c1)〜(c4)に示すタイミング信号は、この順に90°ずつ位相がずれているが(d1)〜(d4)に示す噴射量信号は、(d2)〜(d4)に関し、破線で示す正規の燃料排出タイミングよりも早いタイミングで燃料排出が行なわれる。この場合、噴射量信号の立ち上がり前の時点(図6に示す時点A1,A2)と立ち上がりから一定角度回転した時点(図6に示す時点B1,B2)との2回の計測の差分をとろうとしても失敗し、正しい噴射量計測を行なうことができない。
ここで、噴射量計測の点のみから言えば、各チャンネルごとに独立に、噴射量信号の立ち上がりから180°回転した時点で燃料排出タイミング信号を生成し、その時点で値を読み取るように工夫することも可能である。ただし、基準の燃料噴射気筒が定まっていないと、仮に噴射量計測自体は高精度に行なわれても、異常の噴射量が計測されたときにどの燃料噴射気筒からの噴射量が異常だったのか判別できないおそれがある。
本実施形態では、上記のようにして基準の燃料噴射気筒を定め、その基準の燃料噴射気筒を基準とした噴射順序を求めているため、噴射量に異常があったときは噴射量が異常であった燃料噴射気筒を容易に特定でき、その後の不良解析等にスムーズに反映させることができる。
10 燃料噴射ポンプ
10a 回転軸
11,11a 燃料噴射気筒
12 エンコーダ
13 燃料噴射ノズル
20 燃料噴射量計測システム
20a 噴射量検出器
21,21a 噴射量検出器
22 噴射量検出器アンプ
23 噴射量計測計
23a,24a 第1チャンネル
24 噴射判別ユニット
25 燃料排出弁駆動ユニット
211 燃料排出弁
212 検出器本体
212a 燃料入口
212b 燃料流路
212c ベローズ
212d 変位センサ
213 安全弁

Claims (3)

  1. 複数の燃料噴射気筒を有し1回転する間に該複数の燃料噴射気筒から燃料を順次に噴射する燃料噴射ポンプからの燃料噴射量を計測する燃料噴射量計測システムであって、
    前記燃料噴射気筒から噴射された燃料の噴射を受け燃料噴射量を表わす噴射量信号を出力する複数の噴射量検出器と、
    前記燃料噴射ポンプの基準となる燃料噴射気筒の指定を受け、さらに前記噴射量検出器からの噴射量信号を受信して、該噴射量信号に基づいて、前記複数の燃料噴射気筒の、指定を受けた基準となる燃料噴射気筒を基準とした燃料噴射順序を判別する噴射順序判別装置と、
    前記噴射量検出器からの噴射量信号を受信し、該噴射量信号に基づいて前記複数の燃料噴射気筒それぞれの燃料噴射量を計測する噴射量計測装置とを備えたことを特徴とする燃料噴射量計測システム。
  2. 前記噴射順序判別装置は、前記噴射量信号の時間微分波形を求め、該時間微分波形としきい値とを比較することにより、前記燃料噴射ポンプの1回転中の、前記燃料噴射気筒からの燃料噴射のタイミングを求め、前記複数の燃料噴射気筒それぞれについての燃料噴射のタイミングに基づいて、該複数の燃料噴射気筒の、基準となる燃料噴射気筒を基準とした燃料噴射順序を判別するものであることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射量計測システム。
  3. 前記噴射量計測装置は、前記噴射量信号のうちの燃料噴射前のタイミングにおける噴射量信号の値と燃料噴射後のタイミングにおける噴射量信号の値とに基づいて燃料噴射量を計測するものであることを特徴とする請求項1又は2記載の燃料噴射量計測システム。
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