JP2569749B2 - ディーゼル機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明はディーゼル機関の燃料噴射制御装置に関し、
詳しくは吸気系に設けられたターボチャージャによる過
給量が所定量以上となったとき、燃料噴射ポンプの燃料
噴射量調整機構における最大噴射量の規制部材を増量側
に駆動し、全負荷時の燃料噴射量を増量する機能を有す
るディーゼル機関の燃料噴射制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来、ターボチャージャ付きのディーゼル機関では、
燃料噴射量を全負荷時に増量する機構として、燃料噴射
量調整機構の最大噴射量の規制部材を過給圧を用いて増
量側に駆動するもの、例えば分配型燃料噴射ポンプのブ
ーストコンペンセータを設けたものが知られている。一
般的なブーストコンペンセータは、ダイアフラムにより
区分された圧力室と背圧室とを備え、圧力室には吸気管
内圧が導入され、背圧室は大気圧に開放された構成を採
っている。従って、ターボチャージャが作動して吸気管
内の過給圧が所定の圧力以上となると、これを受けたダ
イアフラムは所定距離だけ偏倚し、ストッパーを増量側
に駆動する。このストッパーは、分配型燃料噴射ポンプ
におけるスピルリングを用いた燃料噴射量調整機構の最
大噴射量を規制する部材として働いているから、この結
果、全負荷時の燃料噴射量は増量されることになる。

かかる機構を用いた場合には、ディーゼル機関の回転
数が上昇して過給圧が高くなると、全負荷時の燃料噴射
量は一律に増量補正される。従って、高地のように空気
密度が低下する場合には、燃料噴射量が過剰となる場合
があるので、燃料噴射特性を補償する必要が生じる。こ
うした要請に応えるために、高地ではブーストコンペン
セータによる増量を制限するもの（例えば、特開昭61-2
55226号の「過給機付ディーゼル機関の燃料噴射量制御
装置」）等が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、過給圧を用いて全負荷時の燃料の増量
補正を行なうブーストコンペンセータ等を利用する燃料
噴射制御装置では、発進・加速時においてターボチャー
ジャによる過給圧がブーストコンペンセータを作動させ
る圧力に上昇するまで、燃料の増量は行なわれないか
ら、ディーゼル機関の出力の上昇にタイムラグを生じる
という問題があった。この結果、アクセルを踏み込んで
から加速感が得られるまでに若干の遅れがあり、運転者
にもたつき感を与えることがあった。かかる問題に対し
て燃料噴射特性を全体的に増量補正することによって、
つまり燃料噴射量のベース値を高くすることによって発
進性等を良好にする手法も考えられるが、空気密度の低
い高地では燃料量が過剰となり、スモークの発生が許容
範囲を越えてしまうという新たな問題を招致する。

本発明は上記課題を解決し、高地でのスモークの発生
を生じることなく、ターボチャージャ付きディーゼル機
関を搭載した車両の発進性等を改善することを目的とす
る。

発明の構成 かかる目的を達成する本発明の構成について以下説明
する。

［課題を解決するための手段］ 本発明のディーゼル機関の燃料噴射制御装置は、第１
図に例示するように、ディーゼル機関DEの吸気系に設け
られたターボチャージャTCによる過給圧が所定値以上と
なったとき、燃料噴射ポンプPMの燃料噴射量調整機構SN
における最大噴射量の規制部材GDを増量側に駆動して、
前記ディーゼル機関DEへの燃料噴射量を増量するディー
ゼル機関の燃料噴射制御装置において、 前記ディーゼル機関DEの過給圧を検出する過給圧検出
手段M1と、 前記ディーゼル機関DEの加速状態を検出する機関加速
状態検出手段M4と、 前記ディーゼル機関DEに吸入される空気の密度を検出
する空気密度検出手段M2と、 前記過給圧検出手段M1により検出された過給圧が所定
値以下であっても、前記機関加速状態検出手段M4により
機関加速が検出され、かつ、前記空気密度検出手段M2に
より検出された空気密度が所定値以上の場合、前記燃料
噴射ポンプの前記規制部材を増量側に駆動する増量補正
手段M3と を備えたことを特徴とする。

ここで、燃料噴射ポンプPMとしては、ディーゼル機関
DEの気筒に燃料噴射を実行できるものであればよく、分
配型、列型等そのタイプを問わず適用することができ
る。また、その燃料噴射量調整機構SNも、スピルリン
グ、コントロールラック等、その構成は何等限定される
ものではない。例えば、溢流時期を電磁弁により調整す
る電磁スピル方式であれば、れが燃料噴射量調整機構SN
に相当する。かかる燃料噴射量調整機構SNの最大噴射量
規制部材GDとは、スピルリングの最大噴射量に対応した
位置を決定するストッパ等の部材をいう。電磁スピル方
式の場合には、その動作時間の最大値を制限するガード
値等がこれに相当する。

過給圧検出手段M1は、ディーゼル機関DEの過給圧を検
出するものであればよく、直接吸気管内圧を検出すセン
サとして構成してもよいし、これに相当する他のパラメ
ータ、例えばターボチャージャTCの回転数などを用いて
検出する構成としてもよい。

空気密度検出手段M2は、空気密度を検出するものであ
り、例えば大気圧を測定する大気圧センサとして、ある
いは体積流量センサと体積流量センサとの組合せとして
など種々の構成で実現することができる。

増量補正手段M3は、所定の条件下で規制部材GDを増量
側に駆動するものである。過給圧検出手段M1,機関加速
状態検出手段M4,空気密度検出手段M2の検出条件を判断
する構成とその結果を利用してアクチュエータにより機
械的に規制部材GDを駆動する構成として簡易に実現する
ことができる。この場合、アクチュエータとしてブース
トコンペンセータをそのまま用い、背圧室側に負圧を導
入することにより、規制部材GDを駆動するものとしても
よいし、ソレノイド等を用いて駆動するよう構成しても
よい。

［作用］ 上記構成を有する本発明のディーゼル機関の燃料噴射
制御装置は、ディーゼル機関DEの吸気系に設けられたタ
ーボチャージャTCによる過給量が所定値以上となったと
き、燃料噴射ポンプPMの燃料噴射量調整機構SNにおける
最大噴射量の規制部材GDを増量側に駆動してディーゼル
機関DEへの燃料噴射量を増量するが、更に、次のように
全負荷時の燃料を増量補正する。即ち、過給圧検出手段
M1により検出されたディーゼル機関DEの過給圧が所定値
以下であっても、機関加速状態検出手段M4により機関加
速が検出され、且つ空気密度検出手段M2により検出され
た吸入空気の密度が所定値以上の場合、燃料噴射ポンプ
PMの規制部材GDを、増量補正手段M3により、増量側に駆
動するのである。この結果、平地のように空気密度が高
く充分な吸入空気量が確保されている場合には、所定過
給圧以下で燃料の最大噴射量を増量補正することによ
り、ディーゼル機関DEの全負荷時の出力トルクを増大し
て、車両の発進特性等を改善し、一方高地のように空気
密度が低く吸入空気量を大きくできない場合には最大噴
射量の増量補正は行なわず、スモークの発生を未然に防
止する。

尚、かかる増量補正を、ディーゼル機関DEに始動時増
量等の増量処理がなされていない場合に限ることも、ス
モーク発生の防止の観点から好適である。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにする
ために、以下本発明のディーゼル機関の燃料噴射制御装
置の好適な実施例について説明する。第２図は、本実施
例のディーゼル機関の燃料噴射制御装置を燃料噴射ポン
プ等と共に示す概略構成図である。

図示するように、車両駆動言としてのディーゼル機関
１はその吸気系にターボチャージャ３を備えたものであ
り、ブーストコンペンセータ５を備えた燃料噴射ポンプ
７により燃料の供給を受けるように構成されている。
尚、ディーゼル機関１の出力は、クランク軸10に直結さ
れた自動変速機12を介して後輪14,15に伝達されるよう
構成されている。

燃料噴射ポンプ７は分配型のものであり、ディーゼル
機関１により駆動されるドライブシャフト20の回転によ
り駆動される。この燃料噴射ポンプ７は、図示しないフ
ィードポンプ，タイマ機構，ガバナ機構を備え周知のも
のなので、燃料噴射ポンプ７の上部に設けられたブース
トコンペンセータ５の構成・作用を中心に、燃料噴射量
の制御機構に関係のある部位のみ簡略に説明する。

ブーストコンペンセータ５は、図示するように、過給
圧室22と負圧室23とを区分するダイアフラム25、ダイア
フラム25を過給圧室22側に付勢するばね27、ダイアフラ
ム25の移動に応じて摺動するプッシュロッド30、プッシ
ュロッド30先端部に形成されたテーパ部に側面から当接
されるコネクティングピン32等から構成されている。過
給圧室22はディーゼル機関１の吸気ポート33に連通され
ており、ターボチャージャ３が作動して吸気管圧力PSが
高くなると、ブーストコンペンセータ５のダイアフラム
25は、ばね27の付勢力に抗して負圧室23側（同図下方
向）に移動する。これに伴い、プッシュロッド30も下方
に移動するから、そのテーパ部に当接されたコネクティ
ングピン32は、プッシュロッド30側に移動する。

ブーストコンペンセータ５のコネクティングピン32の
他端には、コントロールアーム35の屈曲部35aが当接さ
れている。従って、コネクティングピン32がプッシュロ
ッド30側に移動にすると、コントロールアーム35は、支
点Raを中心に時計回りに回転する。コントロールアーム
35の他端は、コントロールスプリング37によりガバナ方
向に付勢されたテンションレバー40のストッパ部になっ
ている。従って、コントロールアーム35の回転に伴い、
全負荷時のテンションレバー40の最大位置は、ガバナ方
向に偏倚する。この結果、支点Rbを中心に回転可能なテ
ンションレバー40の他端は、全負荷時には矢印Ｂ方向に
移動する。テンションレバー40のこの端部は、燃料圧送
用のプランジャ41に外嵌されたスピルリング45に嵌め合
わされているので、スピルリング45も矢印Ｂ方向に動
き、全負荷時の燃料噴射の終了時期は遅くされ、結果的
に燃料噴射量は増加する。尚、プッシュロッド30が上方
に移動してコネクティングピン32が反対方向に移動すれ
ば、逆に全負荷時の燃料噴射の終了時期は早まり、燃料
噴射量は減少する。スピルリング45による溢流が生じる
までプランジャ41の往復動によって圧送される燃料は、
各気筒に対応して設けられたデリバリバルブ47を経由し
て、各気筒に設けられた燃料噴射ノズル48から各気筒内
に噴射される。

以上説明したように、ブーストコンペンセータ５のプ
ッシュロッド30の動きにより、全負荷時の燃料噴射量は
増量補正されるのである。

ブーストコンペンセータ５の負圧室23は、圧力を一定
に保つコンスタントプレッシャバルブ（以下CPVと呼
ぶ）50の二次側に連通されており、このCPV50の一次側
は、負圧切換弁52を介して大気もしくは車載のバキュー
ムポンプ55に接続される。このCPV50は、車載の電子制
御装置60に接続されており、電子制御装置60により切り
換えられる。

電子制御装置60は、周知のCPU61,ROM62,RAM63等を中
心に算術論理演算回路として構成されており、バス65を
介してこれらと相互に接続された入力ポート67,出力ポ
ート68を備える。

入力ポート67は、車載のセンサ等からの信号を入力す
るためのものであり、本実施例では、吸気ポート33の圧
力、即ち過給圧PSを測定する過給圧センサ71,大気圧PA
を測定する大気圧センサ73,クランク軸10の回転数を検
出する回転数センサ75,アクセル76の開度θを検出する
アクセルセンサ77,出力軸78の回転に基づいて車速Ｖを
検出する車速センサ79等が接続されている。従って、CP
U61は、入力ポート67を介して、これらのセンサから過
給圧PS,大気圧PA,ディーゼル機関１の回転数NE,アンセ
ル開度θ等を随時読み込むことができる。

一方、出力ポート68は、外部のアクチュエータに駆動
信号を出力するためのものであり、本実施例では、アク
チュエータとして負圧切換弁52が接続されている。従っ
て、CPU61は、この出力ポート68を介して、負圧切換弁5
2を切り換え、大気圧もしくはバキュームポンプ55の生
成する負圧を、ブーストコンペンセータ５の負圧室23に
導入することができる。尚、ここでは便宜上、負圧切換
弁52の制御についてのみ説明するが、この電子制御装置
60により、他の制御、例えば排気循環制御（EGR制御）
等を合わせ行うものとすることも現実的である。

以上のように構成されてディーゼル機関の燃料噴射制
御装置の働きについて説明する。第３図は、電子制御装
置60が実行する燃料の増量制御ルーチンを示すフローチ
ャートである。この制御ルーチンが実行すると、まず、
入力ポート67を介してアクセルセンサ77により検出され
るアクセル開度θや車速センサ79により検出される車速
Ｖを読み込む処理を行ない（ステップ100）、アクセル
開度θや車速Ｖ等に基づいて車両が発進加速の状態にあ
るか否かの判断を行なう（ステップ110）。アイドル状
態からアクセル76が急激に踏み込まれたような場合に
は、ステップ110で判断は「YES」となって、次に入力ポ
ート67を介して、回転数NE,過給圧PS,大気圧PAを読み込
む処理を行なう（ステップ120）。

その後、読み込まれた各値を用いて、大気圧PAが680
［mmHg］以上であるか否か（ステップ130）、回転数NE
が1000［rpm］以上であるか否か（ステップ140）、過給
圧PSが200［mmHg］未満であるか否か（ステップ150）の
判断を順次行なう。三条件が満たされている場合には、
高地でなく始動時増量等が行なわれておらず過給圧がま
だ充分でないことから、燃料を増量するとして、出力ポ
ート68を介して負圧制御弁52をオン状態に切り換える
（ステップ160）。負圧制御弁52がオンとすると、ブー
ストコンペンセータ５の負圧室23には、CPV50により調
圧された負圧が導入されるから、ダイアフラム25が受け
る力のバランスが崩れ、CPV50の調圧された圧力により
定まる距離だけプッシュロッド30は下方向に駆動され
る。この結果、全負荷時の最大燃料噴射量を規制するコ
ントロールアーム35のストッパ部は、ガバナ方向に移動
する。従って、全負荷時においてスピルリング45は矢印
Ｂ方向へ大きく移動されることになり、燃料噴射量は増
加補正されることになる。

一方、上述した何れかひとつの条件でも成立していな
い場合には、負圧制御弁52をオフ状態にする処理を行な
う（ステップ170）。この結果、CPV50には大気が導入さ
れ、ブーストコンペンセータ５の負圧室23は大気圧に復
帰し、プッシュロッド30も上方に戻る。この結果、スピ
ルリング45の最大位置は矢印Ａ方向に変更され、全負荷
時の燃料は減少補正されることになる。ステップ160,17
0の処理の後、「NEXT」に抜けて本制御ルーチンを終了
する。

以上説明した処理により、第４図に一点鎖線DLとして
示すように、発進加速時でターボチャージャ３による過
給が充分に行なわれ、過給圧PSが上昇してブーストコン
ペンセータ５による増量が行なわれるまでの間（本実施
例では、過給圧が200［mmHg］以下の間）、燃料の増量
が行なわれることになる。この結果、ブーストコンペン
セータ５による増量（第５図実線Ｇに示す特性）とは別
に、過給圧PSが比較的低い低回転領域で、ディーゼル機
関１の軸トルクを高くする。尚、ブーストコンペンセー
タ５が働いていない状態で、負圧制御弁52がオフ状態の
場合（負圧室23が大気圧の場合）の特性を第５図破線Ｂ
として、一方、負圧制御弁52がオン状態の場合（負圧室
23が負圧の場合）の特性を第５図破線TLとして、各々示
した。両特性線の差ΔＴが、ブーストコンペンセータ５
の負圧室23にCPV50の負圧を導入することによる軸トル
クの増加分に相当する。

以上説明した増量制御により、ターボチャージャ３に
よる過給によってディーゼル機関１の出力が増加するま
での間、全負荷時の軸トルクを増大されるので、発進加
速時のレスポンスが高まり、ターボチャージャ３を搭載
した車両の運転性能を格段に向上する。しかも、かかる
増量は、他の増量補正、例えば始動時増量等が行なわれ
ていないときであって高地でなくしかも過給圧PSが充分
に高まる以前に限定して行なわれるので、燃料供給が過
多となって黒煙が発生するといった不具合を生じること
はない。

更に、自動変速機12を搭載した本実施例では、全負荷
時の軸トルクを増大することにより、ターボラグは低減
され、自動変速機12を搭載した車両でありながら、その
発進性は著しく改善される。即ち、第６図に示すよう
に、低回転数領域での軸トルクを特性Ｇから特性DLに高
く変更することにより、自動変速機12内のトルクコンバ
ータとの釣合点（いわゆるストール回転数）を点SLから
点SHに移動して高い点で安定させ、かつストール点の達
成時間も短縮させるのである。

尚、本実施例では、発進加速時の判断（ステップ11
0）を行なっているが、発進加速時にはステップ130ない
し150の三条件は満たされるので、発進加速時の判断を
行なわない構成とすることも差し支えない。その場合に
は、例えば走行中に一旦アイドル寸前まで減速した状態
から再加速するような場合にも、ブーストコンペンセー
タ５により全負荷時の燃料噴射量が増大され、好適であ
る。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこ
うした実施例に何等限定されるものではなく、例えば列
型燃料噴射ポンプにおけるコントロールラックを同様に
駆動する構成や、負圧制御弁をディーティ制御可能なバ
ルブとし機関回転数等に応じてブーストコンペンセータ
の負圧室の圧力を多段階もしくは無段階に調整する構成
等、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々ある
態様で実施し得ることは勿論である。

発明の効果 以上詳述したように、本発明のディーゼル機関の燃料
噴射制御装置によれば、機関加速時には、ディーゼル機
関の過給圧と吸入空気の密度とに基づいて、機関に供給
する燃料の最大噴射量を増量するから、ターボチャージ
ャによる過給とこれに伴うブーストコンペンセータによ
る燃料の増量補正とが充分なものとなるまでの間、全負
荷時のディーゼル機関の軸トルクを増大することができ
る。この結果、吸入空気の絶対量が不足するような高地
で黒煙の発生等の問題を生じることなく、平地等での発
進加速時のレスポンスを格段に向上させることができる
という優れた効果を奏する。従って、ターボチャージャ
搭載車両の発進加速時のドライブフィーリングおよび運
転性能は、著しく改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示するブロック図、第
２図は本発明第１実施例のディーゼル機関の燃料噴射制
御装置の概略構成図、第３図は電子制御装置において実
行される増量制御ルーチンを示すフローチャート、第４
図は過給圧と定常全負荷噴射量との関係を示すグラフ、
第５図は機関回転数と軸トルクとの関係を示すグラフ、
第６図は本実施例におけるストール回転数を示すグラ
フ、である。 １……ディーゼル機関、３……ターボチャージャ ５……ブーストコンペンセータ ７……燃料噴射ポンプ、12……自動変速機 22……過給圧室、23……負圧室 30……プッシュロッド、45……スピルリング 50……コンスタントプレッシャバルブ（CPV） 52……負圧切換弁、60……電子制御装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼル機関の吸気系に設けられたター
   ボチャージャによる過給圧が所定値以上となったとき、
   燃料噴射ポンプの燃料噴射量調整機構における最大噴射
   量の規制部材を増量側に駆動して、前記ディーゼル機関
   への燃料噴射量を増量するディーゼル機関の燃料噴射制
   御装置において、 前記ディーゼル機関の過給圧を検出する過給圧検出手段
   と、 前記ディーゼル機関の加速状態を検出する機関加速状態
   検出手段と、 前記ディーゼル機関に吸入される空気の密度を検出する
   空気密度検出手段と、 前記過給圧検出手段により検出された過給圧が所定値以
   下であっても、前記機関加速状態検出手段により機関加
   速が検出され、かつ、前記空気密度検出手段により検出
   された空気密度が所定値以上の場合、前記燃料噴射ポン
   プの前記規制部材を増量側に駆動する増量補正手段と を備えたことを特徴とするディーゼル機関の燃料噴射制
   御装置。