JP2016191370A

JP2016191370A - ディーゼルエンジンの噴射制御装置

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Publication number: JP2016191370A
Application number: JP2015072622A
Authority: JP
Inventors: 龍彦堀田; Tatsuhiko Hotta; 成浩松尾; Shigehiro Matsuo
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-11-10
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: US10539091B2; JP6393649B2; EP3075995B1; US20160290275A1; EP3075995A1

Abstract

【課題】開弁用の第１ホールドと開弁状態保持用の第２ホールドとを行い、水温等の種々の条件変化があっても良好にエンジン始動できるディーゼルエンジンの噴射制御装置を提供する。【解決手段】蓄圧された燃料を燃焼室へ噴射するインジェクタ２１と、電磁弁２６用の電磁アクチュエータ２５に電流供給するインジェクタドライバ２７と、エンジン又は周囲環境の状態を検出する状態検出手段ｓとを備え、電磁弁２６を開弁するための第１電流ｅ１を電磁アクチュエータ２５に供給する開弁制御手段２８と、電磁弁２６を引続き開位置に保持するための第２電流ｅ２を電磁アクチュエータ２５に供給する開き保持制御手段２９とを設け、開弁制御手段２８の開始時から開き保持制御手段２９に切換わるまでの時間を、状態検出手段ｓの検出結果によって可変調節するタイミング制御手段３０を設ける。【選択図】図４

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの噴射制御装置に係り、詳しくは、開弁するための第１電流と、開弁状態を維持するための第２電流に関するものである。

産業用や農用などの汎用のＣＲＳ（コモンレールシステム）ディーゼルエンジンにおいては、そのＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）の内部には、メインの制御を行うＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）とハードを駆動するためのドライバがある。エンジン制御の中でも重要なインジェクタを駆動するドライバをインジェクタドライバといい、ＭＰＵは噴射タイミングと噴射時間とを演算し、噴射するに好適なタイミング時間の指令信号を前記インジェクタドライバに出す、という噴射制御装置である。

一般的に、インジェクタドライバへの電流は、第１ホールドの電流と第２ホールドの電流との２段階になっている。第１ホールドの電流は芯弁を開くために大きな電流が必要であり、第２ホールドの電流は開いた芯弁を保持するだけであることから、第１ホールドの電流に比べて小さな電流でよい。このように、最初に強電流を流し、その後は弱電流を流すという２段階の噴射制御を行うようにして、合理的に噴射できるようにされたものとしては、特許文献１において開示されるものが知られている。

従来、噴射制御装置においては、上述したインジェクタ駆動電流の第１ホールドの時間は、最適な値としての所定時間に設定されているのが一般的である。しかしながら、第１ホールドの時間を最適のものに設定してＭＰＵによりインジェクタの駆動を司るようにしていても、温度条件など種々の原因によって実噴射量は変化することがある。
従って、第１ホールドの時間を、設計段階において最適値に決める手段では、環境条件の変化などに追従できず、インジェクタからの実噴射量が指示噴射量に対して増減してしまうことがあり、噴射制御装置としては改善の余地があった。

ＷＯ２０１１／０４６０７４

本発明の目的は、開弁用の第１ホールド、及び開弁状態保持用の第２ホールドとを行うようにしながら、温度条件などのエンジン始動時の種々の条件変化が生じても、良好にエンジン始動できるように、より改善されたディーゼルエンジンの噴射制御装置を提供する点にある。

請求項１に係る発明は、ディーゼルエンジンの噴射制御装置において、
電磁弁２６の開操作により、蓄圧された燃料を燃焼室へ噴射するインジェクタ２１と、前記電磁弁２６の開閉操作を司る電磁アクチュエータ２５に電流を供給するインジェクタドライバ２７と、エンジンの状態又は周囲環境の状態を検出する状態検出手段ｓとを備え、
前記電磁弁２６を開弁するための第１電流ｅ１を前記電磁アクチュエータ２５に供給する開弁制御手段２８と、前記開弁制御手段２８により開操作されている前記電磁弁２６を引続き開位置に保持するための第２電流ｅ２を前記電磁アクチュエータ２５に供給する開き保持制御手段２９とを設けるとともに、
前記開弁制御手段２８の開始時から前記開き保持制御手段２９に切換わるまでの時間を、前記状態検出手段ｓの検出結果によって可変調節するタイミング制御手段３０が装備されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のディーゼルエンジンの噴射制御装置において、前記開弁制御手段２８、前記開き保持制御手段２９、及び前記タイミング制御手段３０はＥＣＵ３１により構成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のディーゼルエンジンの噴射制御装置において、前記状態検出手段ｓが、冷却水の温度を計る水温計３３、コモンレール圧を計る燃料圧力センサ３４、燃料の温度を計る燃料温度検出センサ３５、バッテリの電圧を計る電圧計３６のうちの一つ又は複数により構成されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、開弁制御手段の開始時から開き保持制御手段に切換わるまでの時間を、状態検出手段の検出結果によって可変調節するタイミング制御手段が装備されているから、電磁弁を開弁するための第１電流の通電時間（第１ホールド時間）が、従来の固定式から可変式になったもの、即ち、プルグラマブルにする手段である。
つまり、開弁させるための第１ホールドの電流を流す時間を、状態検出手段の検出結果によって可変設定されるから、エンジンの状態や環境条件などの変化があっても、インジェクタからの実噴射量を、噴射制御装置による指示噴射量に対して一定となるようにすることができる。
その結果、開弁用の第１ホールド、及び開弁状態保持用の第２ホールドとを行うようにしながら、温度条件などのエンジン始動時の種々の条件変化が生じても、良好にエンジン始動できるように、より改善されたディーゼルエンジンの噴射制御装置を提供することができる。

請求項２の発明によれば、開弁制御手段、開き保持制御手段、及びタイミング制御手段はＥＣＵにより構成されている手段であり、請求項３の発明によれば、状態検出手段は、冷却水の温度を計る水温計、コモンレール圧を計る燃料圧力センサ、燃料の温度を計る燃料温度検出センサ、バッテリの電圧を計る電圧計のうちの一つ又は複数により構成することができる。

ＣＲＳディーゼルエンジンの正面図図１に示すディーゼルエンジンの一部切欠きの側面図図１に示すディーゼルエンジンの断面正面図ディーゼルエンジンの噴射制御装置を示すブロック図インジェクタ駆動電流などの波形を示す説明図噴射制御装置による水温と第１ホールド延長時間との関係を示す図表

以下に、本発明によるディーゼルエンジンの噴射制御装置の実施の形態を、トラクタなどに用いられる農用のＣＲＳ（コモンレールシステム）ディーゼルエンジンの場合について、図面を参照しながら説明する。

図１，２に示されるように、シリンダ１、シリンダヘッド２、ヘッドカバー３、オイルパン４、冷却ファン５、ピストン６、クランク軸７、フライホイール８、ラジエータ９、セル・ダイナモ１０、オイルポンプ１１、排気マニホールド１２、レール４０（コモンレール４０）などを有して頭上弁型（ＯＨＶ型）のＣＲＳディーゼルエンジンＡが構成されている。

このディーゼルエンジンＡの動弁機構Ｄは、図３に示すように、図外のギヤ機構を介してクランク軸７により駆動されるカム軸１３、カム軸１３に一体回転状態で装備されるカム１４、カム１４で押し駆動されるプッシュロッド１５、ヘッドカバー３内に配備されるアーム軸１６に揺動可能に枢支されるロッカーアーム１７、燃焼室１８に臨む弁体１９Ａを有する吸気弁（吸気バルブ）１９などを備えて構成されている。
なお、図３において、２０は燃料サプライポンプ、２１はインジェクタ（燃料噴射器）、２３は吸気マニホールドである。

図３に示されるように、上下向きに配されるプッシュロッド１５は、その下端部に、カム１４に摺接するタペット１５Ａが球面嵌合によって相対移動可能に支持されており、そして上端部には押付端１５Ｂが形成されている。
筒軸状のアーム軸１６に枢支されるロッカーアーム１７は、そのプッシュロッド側となる根元側の端部に、ロックナット（符記省略）を伴って軸ピン２４が螺着されており、先端部の下側には吸気弁１９が配されている。

次に、このディーゼエンジンの燃料噴射に関する制御である噴射制御装置について説明する。
図４に示すように、このディーゼルエンジンＡは、制御手段としてのＥＣＵ３１を有しており、種々の状態検出手段ｓ、バッテリ３７、複数のインジェクタ（燃料噴射器）２１などが導通接続されている。
種々の状態検出手段ｓとしては、冷却水の温度を計る水温計３３、コモンレール圧を計る燃料圧力センサ３４、燃料の温度を計る燃料温度検出センサ３５、バッテリ３７の電圧を計る電圧計３６などが装備されている。外気温の温度計３８や、湿度計３９を状態検出手段ｓとして設けても良い。

各気筒ごとに設けられるインジェクタ２１は、燃料サプライポンプ２０からレール４０を介して送られてくる高圧の燃料を噴射させる電磁弁２６、及びその開閉を司るソレノイド（電磁アクチュエータの一例）２５を有している。インジェクタ２１は、閉じ付勢されている電磁弁２６をソレノイド２５への通電により開き位置に切換える開弁操作により、高圧の燃料を燃焼室１８に向けて噴射することができる。

このディーゼルエンジンＡには、ＥＣＵ３１を用いた噴射制御装置Ｈが設けられている。即ち、閉じ位置にある電磁弁２６の開操作により、蓄圧された燃料を燃焼室１８へ噴射するインジェクタ２１と、電磁弁２６の開閉操作を司るソレノイド２５に電流を供給するインジェクタドライバ２７と、エンジンの状態又は周囲環境の状態を検出する複数の状態検出手段ｓとを備えている。

そして、閉じ位置にある電磁弁２６を開弁するための第１電流ｅ１をソレノイド２５に供給する開弁制御手段２８と、開弁制御手段２８により開操作されている電磁弁２６を引続き開位置に保持するための第２電流ｅ２をソレノイド２５に供給する開き保持制御手段２９とをＥＣＵ３１に設け、開弁制御手段２８の開始時から開き保持制御手段２９に切換わるまでの時間、即ち、第１時間ｔ１を、各種の状態検出手段ｓの検出結果によって可変調節するタイミング制御手段３０がＥＣＵ３１に装備されている。
タイミング制御手段３０は、図５に示されるように、第１電流ｅ１を流す時間である第１時間ｔ１を、状態検出手段ｓの検出結果に基づいて可変設定する手段である。

ここで、第１電流ｅ１を通電する状態を第１ホールドと言い、第２電流ｅ２を通電する状態を第２ホールドと言う。そして、第１電流ｅ１の通電時間（第１ホールド時間）を第１時間ｔ１、第２電流ｅ２の通電時間（第２ホールド時間）を第２時間ｔ２と呼ぶものとする。なお、開弁制御手段２８、開き保持制御手段２９、タイミング制御手段３０を有する回路によりＣＰＵ４１が形成されている。なお、第１電流ｅ１に比べて、第２電流ｅ２は小さい値で済む。

インジェクタ２１による第１ホールド時間ｔ１の標準時間（標準時間の例）は５００μｓが挙げられる。
第１ホールド時間ｔ１を可変設定できるようにすることの目的は、周囲環境やインジェクタの状態に拘わらずに一定の通電時間においては芯弁（電磁弁２６の芯弁）のリフト量を一定に制御し、その結果、インジェクタ２１に起因する噴射量の変動をなくすことにある。
従って、インジェクタ２１がある環境状態において、基準状態よりも芯弁が動き難いと判断できる場合には、第１ホールド時間ｔ１が標準よりも長くなるように噴射制御装置Ｈにより制御される。

噴射制御装置Ｈにおいて、第１ホールド時間ｔ１を標準より長くする場合について説明する。冷却水の温度である水温と第１ホールド時間ｔ１の延長時間との関係を図６に示す。この図６から分かるように、水温が−４０度のときの延長時間は２００μｓであり、水温が−２０度では延長時間は５０μｓ、水温が２０〜１００度では延長時間は０。但し、水温が１１０度では、第１ホールド時間ｔ１が標準よりも５０μｓ短縮される。

図５において、ａは噴射指示信号、ｂは第１ホールド指示信号、ｃはインジェクタドライバ２７を操作するためのインジェクタドライブ電流を示す。噴射制御装置Ｈにおける指示方法としては次のような手段がある。ＣＰＵ４１は、インジェクタ２１によるインジェクションの指示ポートとは別のポートより第１ホールド時間ｔ１の時間指示の信号をインジェクタドライバ２７へ出力するとか、一つのポートで全気筒、全インジェクタ２１をサポートさせることが可能である。また、指令信号を、第１ホールド終了指令のタイミングでトグルさせて、両エッジ検出でインジェクタドライバ２７に指示を送る、という制御も可能である。

噴射制御装置Ｈによるその他の制御例としては、次の１．〜３．がある。
１．コモンレール圧力が低いことを燃料圧力センサ３４が検出すると、第１ホールド時間ｔ１（第１電流ｅ１の通電時間）を長くし、高いと短くする。
２．燃料タンク内の燃料温度が低いことを燃料温度検出センサ３５が検出すると、第１ホールドの時間を長くし、高いと短くする。
３．バッテリ３７の電圧が低いことを電圧計３６が検出すると、と第１ホールドの時間を長くし、高いと短くする。

次に、第１ホールド時間ｔ１を標準より短くする場合について説明する。長くする場合について述べた場合と同様に、インジェクタがある環境状態において、基準状態よりも芯弁が動き易いと判断できる場合には、第１ホールド時間ｔ１が標準よりも短くなるように制御される。例としては、図６における水温が１１０度の場合が挙げられる。

コモンレール圧、エンジン冷却水の水温、燃料温度、バッテリ電圧などをＣＰＵ４１がセンシングして、取得したデータ（値）より第１ホールドの時間を演算し、その結果をＣＰＵ４１からインジェクタドライバ２７に指令を出す。一般的にＣＰＵ４１からインジェクタドライバ２７へ噴射指示を出す場合、１気筒につき最低１本のラインを用いて０Ｖ（Ｌｏｗ）〜５Ｖ（Ｈｉｇｈ）で指示を出す。４気筒であれば最低４本必要になる。そこで、第１ホールド時間ｔ１を可変設定させようとする場合には、次の４．〜５．が考えられる。

４．インジェクタドライバ２７を高性能化し、第１ホールド時間ｔ１の可変時間をロジックに組み込む。
５．ＣＰＵ４１からインジェクタドライバ２７へのラインを気筒につき最低１本増やし、第１ホールド中の時にＨｉｇｈシグナルを送る。

本発明による噴射制御装置Ｈにおいては、気筒数の如何や多段噴射の如何などに拘わらず、１本のラインのＬｏｗ−Ｈｉｇｈシグナルで指令を出すように構成されている。簡素的なインジェクタドライバ２７により第１ホールド時間ｔ１を可変設定させることが可能であり、コストダウンにもつながる。ラインを１本のみ用いるので、多数のラインを用いる手段に比べてノイズ耐久性の点でも好ましい。

〔別実施形態〕
第１ホールド時間ｔ１の、第１ホールド時間ｔ１と第２ホールド時間ｔ２との和に対する比率を、状態検出手段ｓの検出結果によって可変調節する噴射制御装置Ｈでも良い。この場合は、開弁制御手段２８の開始時から開き保持制御手段２９に切換わるまでの時間、又は開弁制御手段２８に要する時間ｔ１と開き保持制御手段２９に要する時間ｔ２との和（ｔ１＋ｔ２）に対する開弁制御手段２８に要する時間ｔ１の比率（ｔ１／ｔ１＋ｔ２）を、状態検出手段ｓの検出結果によって可変調節するタイミング制御手段３０が装備されているディーゼルエンジンの噴射制御装置である。

２１インジェクタ
２５電磁アクチュエータ
２６電磁弁
２７インジェクタドライバ
２８開弁制御手段
２９開き保持制御手段
３０タイミング制御手段
３１ＥＣＵ
３３水温計
３４燃料圧力センサ
３５燃料温度検出センサ
３６電圧計
ｅ１第１電流
ｅ２第２電流

Claims

電磁弁の開操作により、蓄圧された燃料を燃焼室へ噴射するインジェクタと、前記電磁弁の開閉操作を司る電磁アクチュエータに電流を供給するインジェクタドライバと、エンジンの状態又は周囲環境の状態を検出する状態検出手段とを備え、
前記電磁弁を開弁するための第１電流を前記電磁アクチュエータに供給する開弁制御手段と、前記開弁制御手段により開操作されている前記電磁弁を引続き開位置に保持するための第２電流を前記電磁アクチュエータに供給する開き保持制御手段とを設けるとともに、
前記開弁制御手段の開始時から前記開き保持制御手段に切換わるまでの時間を、前記状態検出手段の検出結果によって可変調節するタイミング制御手段が装備されているディーゼルエンジンの噴射制御装置。
前記開弁制御手段、前記開き保持制御手段、及び前記タイミング制御手段はＥＣＵにより構成されている請求項１に記載のディーゼルエンジンの噴射制御装置。
前記状態検出手段が、冷却水の温度を計る水温計、コモンレール圧を計る燃料圧力センサ、燃料の温度を計る燃料温度検出センサ、バッテリの電圧を計る電圧計のうちの一つ又は複数により構成されている請求項１又は２に記載のディーゼルエンジンの噴射制御装置。