JP3027907B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃料噴射制
御装置に係り、特にディーゼル機関の燃料噴射装置に好
適な内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ディーゼル機関の燃料噴射装
置として、例えば特開平２−３７１５３号公報に開示さ
れるように、プランジャの往復動により燃料の圧送を図
る燃料噴射ポンプと、該燃料噴射ポンプの高圧室と所定
の低圧室との導通状態を制御するスピル弁とを用い、燃
料を噴射する際の送油率を可変とした装置が知られてい
る。

【０００３】すなわち、上記公報に開示される装置にお
けるプランジャは、そのストローク量が大きくなるにつ
れて変位速度が増すようにカム駆動されている。従っ
て、プランジャによって単位時間当たりに圧送される燃
料の量、すなわちプランジャの燃料圧送能力は、プラン
ジャのストローク量が大きいほど多量となる。

【０００４】ところで、燃料噴射ポンプの高圧室に連通
するスピル弁が開弁している場合、高圧室の内圧は低圧
室に開放されることとなり、プランジャの変位に関わら
ずその内圧が昇圧することはなく、従って燃料噴射ポン
プから燃料が噴射されることはない。

【０００５】一方、プランジャの往動過程においてスピ
ル弁が開弁状態から閉弁状態に変化すると、その後高圧
室の内圧は昇圧することになり、従って燃料噴射ポンプ
から、プランジャの燃料圧送能力に応じた送油率で燃料
が噴射されることになる。

【０００６】つまり、上記公報に開示された装置におい
ては、スピル弁が閉弁している場合にのみ燃料噴射が行
われ、その開閉時期を適当に制御することで燃料噴射期
間を精度良く制御することが可能である。

【０００７】更に、上記構成の装置は、プランジャの圧
送能力がそのストロークの増加に伴って変化することか
ら、燃料噴射の開始前にプランジャに与えるストローク
量（以下、プレストローク量と称す）を如何なる量に設
定するかによって、燃料を噴射する際の送油率を変更す
ることができる。

【０００８】ここで、圧縮着火式内燃機関であるディー
ゼル機関においては、高い噴射圧で燃料を噴射すること
が良好な排気特性の確保に有利である。一方、燃料噴射
量の制御は、噴射圧が低いほど容易な場合がある。従っ
て、上記公報記載の装置の如く、燃料噴射期間と燃料の
送油率とを共に制御し得る燃料噴射装置は、内燃機関の
運転状態に応じた適切な燃料噴射条件を実現するうえで
有効である。

【０００９】ところで、上記公報記載の装置の如くスピ
ル弁を開閉弁することで燃料噴射期間を制御する構成に
おいては、所定クランク角毎に発せられるクランク角信
号等のパルス信号を基準に燃料噴射期間を制御する構成
が従来より用いられている。

【００１０】この場合、クランク角信号等のパルス信号
は非連続的な信号であるため、内燃機関の運転状態等に
基づいて演算される燃料噴射開始時期、及び終了時期
は、必ずしもパルス信号のエッジタイミングとは同期し
ない。従って、その開始又は終了時期を精度良く実現す
るためには、パルス信号のエッジタイミングと実現すべ
き開始又は終了時期との差角分を時間に変換し、その推
定時間に基づいてスピル弁の開閉を制御する、いわゆる
余り角制御を行う必要がある。

【００１１】ここで、上記の時間変換の手法としては、
その直前の機関回転数に対するパルス間隔から余り角の
回転に要する時間を推定する手法が考えられるが、この
ような推定を前提とした場合、機関回転数が急変する状
況下では、精度良く時間変換を行うことはできない。

【００１２】このため、上記公報記載の装置において
は、加速時等の高負荷時においては機関回転数が急変し
易いことに鑑み、内燃機関が軽負荷状態である場合に限
りプレストローク制御による送油率の向上を図り、軽負
荷状態でない場合にはプレストローク制御を実行しない
こととしている。

【００１３】この場合、内燃機関が加速中等の高負荷状
態にあれば、燃料噴射が低送油率領域で行われると共
に、燃料噴射の開始時期において余り角制御が実行され
ないことから、燃料噴射制御の制御精度向上に有利な燃
料噴射制御が実現され、一方、内燃機関が軽負荷状態に
あれば、排気特性の向上に有利な燃料噴射が実現される
ことになる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、車載用の内燃
機関においては、例えばシフト位置としてハイギヤが選
択されている際に内燃機関の低回転領域で生ずるいわゆ
るシャクリにより、または内燃機関のトルク変動と車両
の共振周波数とが一致する近傍において車体振動として
生ずるサージ現象により、その負荷が軽負荷であっても
機関回転数に急変が生ずる場合がある。

【００１５】そして、かかる状況下でプレストローク制
御が実行された場合、高送油率の下比較的多量に燃料噴
射量誤差が生じ、更にシャクリやサージが増長され、車
両挙動上好ましくない。また、燃料噴射量が狙いからず
れる為、スモーク等の排出が防止できず排気の悪化をも
招くことになる。この意味で、上記従来の燃料噴射装置
は、プレストローク制御を行うことについての弊害を十
分に解消していないという問題を有していた。

【００１６】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、機関回転数の変動を検出し、その変動が大きい
場合にはプレストローク量を小さく設定して燃料噴射の
際の送油率低下を図り、もって機関回転数の変動が燃料
噴射量に与える影響を抑制することにより、上記の課題
を解決する内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目
的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１は、上記の目的を解
決する内燃機関の燃料噴射制御装置の原理構成図を示
す。すなわち上記の目的は、ストロークの増加と共に高
い送油率で燃料を圧送するプランジャＭ１ａを有し、燃
料噴射の開始前に前記プランジャＭ１ａに与えるべきス
トローク量であるプレストローク量を変更することで、
燃料噴射の際の送油率を変更し得る燃料噴射ポンプＭ１
を備える内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機関の
回転数と、変速装置のシフトポジションとに基づいて、
内燃機関の回転変動が生じ得る状況を予想する回転変動
予想手段Ｍ２と、該回転変動予想手段により回転変動が
生じ得る状況が予想される場合は、予想されない場合に
比べて前記プレストローク量を小さく設定するプレスト
ローク量設定手段Ｍ３とを備える内燃機関の燃料噴射装
置により達成される。

【００１８】

【作用】本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置におい
て、内燃機関の回転数が変速機のシフトポジションに応
じて定まる所定回転数を下回ると、いわゆるシャクリ等
の現象が生ずることで内燃機関は不安定となる。従っ
て、回転変動予想手段Ｍ２は、内燃機関の回転数と変速
機のシフトポジションとに基づいて、回転変動が生じ得
る状況を予想できる。前記プレストローク量設定手段Ｍ
３は、前記回転変動予想手段Ｍ２によって内燃機関の回
転変動が生じ得る状況が予想される場合に、予想されな
い場合に比べてプレストローク量を小さく設定する。

【００１９】従って、回転変動が生じ得る状況が予想さ
れない場合には、前記プランジャＭ１ａが比較的大きく
ストロークした後に、すなわち該プランジャＭ１ａが比
較的大きな圧送能力を発揮する領域で、燃料噴射が行わ
れることになり、前記燃料噴射ポンプＭ１において高い
送油率が実現される。この場合、高圧の燃料噴射により
良好な排気特性が実現される。

【００２０】一方、回転変動が生じ得る状況が予想され
る場合には、前記プランジャＭ１ａのストロークが比較
的小さい領域、すなわち該プランジャＭ１ａが比較的小
さな圧送能力を発揮する領域で燃料噴射が行われること
になり、前記燃料噴射ポンプＭ１において低い送油率が
実現される。この場合、燃料噴射期間の誤差が燃料噴射
量に与える影響が抑制されることで、回転変動の増大が
未然に防止される。

【００２１】

【００２２】

【実施例】図２は本実施例における内燃機関の燃料噴射
制御装置を示す概略構成図であり、図３はその分配型燃
料噴射ポンプ（以下、単に燃料噴射ポンプと称す）１を
示す断面図である。燃料噴射ポンプ１はディーゼル機関
２のクランク軸４０にベルト等を介して駆動連結された
ドライブプーリ３を備えている。そして、そのドライブ
プーリ３の回転によって燃料噴射ポンプ１が駆動され、
ディーゼル機関２の各気筒（この場合は４気筒）毎に設
けられた各燃料噴射ノズル４に燃料が圧送されて燃料噴
射を行う。

【００２３】燃料噴射ポンプ１において、ドライブプー
リ３はドライブシャフト５の先端に取付けられている。
又、そのドライブシャフト５の途中には、ベーン式ポン
プよりなる燃料フィードポンプ（この図では９０度展開
されている）６が設けられている。更に、ドライブシャ
フト５の基端側には円板状のパルサ７が取付けられてい
る。

【００２４】パルサ７の外周部には、クランクアングル
にして3.75度毎に突起が等角度間隔で形成され、更にデ
ィーゼル機関２の各気筒に対応して、上記の突起が存在
しない領域、即ち欠歯が、ディーゼル機関２の気筒数と
同じ数だけ（本実施例においては４つ）等角度間隔で形
成されている。

【００２５】ドライブシャフト５の基端部は図示しない
カップリングを介してカムプレート８に接続されてい
る。また、パルサ７とカムプレート８との間には、ロー
ラリング９が設けられ、同ローラリング９の円周に沿っ
てカムプレート８のカムフェイス８ａに対向する複数の
カムローラ１０が取付けられている。カムフェイス８ａ
はディーゼル機関２の気筒数と同数だけ（本実施例では
４個）設けられている。又、カムプレート８はスプリン
グ１１によって常にカムローラ１０に付勢係合されてい
る。

【００２６】カムプレート８には燃料加圧用プランジャ
１２の基端が、一体回転可能に取付けられ、それらカム
プレート８及びプランジャ１２がドライブシャフト５の
回転に連動して回転される。即ち、ドライブシャフト５
の回転力がカップリングを介してカムプレート８に伝達
されることにより、カムプレート８が回転しながらカム
ローラ１０に係合して、気筒数と同数だけ図中左右方向
へ往復駆動される。

【００２７】また、この往復運動に伴ってプランジャ１
２が回転しながら同方向へ往復駆動される。つまり、カ
ムプレート８のカムフェイス８ａがローラリング９のカ
ムローラ１０に乗り上げる過程でプランジャ１２が往動
（リフト）され、その逆にカムフェイス８ａがカムロー
ラ１０を乗り下げる過程でプランジャ１２が復動され
る。

【００２８】プランジャ１２はポンプハウジング１３に
形成されたシリンダ１４に嵌挿されており、プランジャ
１２の先端面とシリンダ１４の底面との間が高圧室１５
となっている。又、プランジャ１２の先端側外周には、
ディーゼル機関２の気筒数と同数の吸入溝１６と分配ポ
ート１７が形成されている。又、それら吸入溝１６及び
分配ポート１７に対応して、ポンプハウジング１３には
分配通路１８及び吸入ポート１９が形成されている。

【００２９】そして、ドライブシャフト５が回転されて
燃料フィードポンプ６が駆動されることにより、図示し
ない燃料タンクから燃料供給ポート２０を介して燃料室
２１内へ燃料が供給される。

【００３０】また、プランジャ１２が復動されて高圧室
１５が減圧される吸入工程中に、吸入溝１６の一つが吸
入ポート１９に連通することにより、燃料室２１から高
圧室１５へと燃料が導入される。一方、プランジャ１２
が往動されて高圧室１５が加圧される圧縮工程中に、分
配通路１８から各気筒毎の燃料噴射ノズル４へ燃料が圧
送されて噴射される。

【００３１】ポンプハウジング１３には、高圧室１５と
燃料室２１とを連通させる燃料溢流（スピル）用のスピ
ル通路２２が形成されている。このスピル通路２２の途
中には、高圧室１５からの燃料スピルを調整する溢流調
整弁としての電磁スピル弁２３が設けられている。この
電磁スピル弁２３は常開型の弁であり、コイル２４が無
通電（オフ）の状態では弁体２５が開放されて高圧室１
５内の燃料が燃料室１２へスピルされる。又、コイル２
４が通電（オン）されることにより、弁体２５が閉鎖さ
れて高圧室１５から燃料室２１への燃料のスピルが止め
られる。

【００３２】従って、電磁スピル弁２３の通電時間を制
御することにより、同弁２３が閉弁・開弁制御され、高
圧室１５から燃料室２１への燃料のスピル調量が行われ
る。この場合、プランジャ１２の圧縮工程中に電磁スピ
ル弁２３が開弁していれば、高圧室１５の内圧は昇圧せ
ず、従って燃料噴射ノズル４に高圧燃料が供給されるこ
とはない。

【００３３】つまり、プランジャ１２が往動過程にあっ
ても、電磁スピル弁２３が開弁している間は高圧室１５
内の燃料圧力が上昇せず、燃料噴射ノズル４からの燃料
噴射が行われない。又、プランジャ１２の往動中に、電
磁スピル弁２３の閉弁・開弁の時期を制御することによ
り、燃料噴射ノズル４からの燃料噴射量が制御される。

【００３４】ポンプハウシング１３の下側には、ドライ
ブシャフト５の回転方向に対するローラリング９の位置
を変更するタイマ装置（この図では９０度展開されてい
る）２６が設けられている。

【００３５】このタイマ装置２６は油圧により駆動され
るものであり、タイマハウジング２７と、同ハウジング
２７内に嵌挿されたタイマピストン２８と、同じくタイ
マハジング２７内一側の低圧室２９にてタイマピストン
２８を他側の加圧室３０へ押圧付勢するタイマスプリン
グ３１等とから構成されている。そして、タイマピスト
ン２８はスライドピン３２を介してローラリング９に接
続されている。

【００３６】タイマハウジング２７の加圧室３０には、
燃料フィードポンプ６により加圧された燃料が導入され
るようになっている。そして、その燃料圧力とタイマス
プリング３１の付勢力との釣り合い関係によってタイマ
ピストン２８の位置が決定される。又、タイマピストン
２８の位置が決定されることにより、ローラリング９の
位置が決定され、カムプレート８を介してプランジャ１
２の往復動タイミングが決定される。

【００３７】タイマ装置２６の燃料圧力、即ち制御油圧
を調整するために、タイマ装置２６にはタイミングコン
トロールバルブ３３が設けられている。即ち、タイマハ
ウジング２７の加圧室３０と低圧室２９とは連通路３４
によって連通されており、同連通路３４の途中にタイミ
ングコントロールバルブ３３が設けられている。

【００３８】このタイミングコントロールバルブ３３
は、デューティ制御された通電信号によって開閉制御さ
れる電磁弁であり、同タイミングコントロールバルブ３
３の開閉制御によって加圧室３０内の燃料圧力が調整さ
れる。そして、その燃料圧力調整によって、プランジャ
１２のリフトタイミングが制御され、ドライブシャフト
５の回転角、すなわち内燃機関のクランク角に対する燃
料噴射ポンプ１の噴射特性が変更される。

【００３９】ローラリング９の上部には、電磁ピックア
ップコイルよりなるエンジン回転検出手段としての回転
数センサ３５がパルサ７の外周面に対向して取付けられ
ている。この回転数センサ３５はパルサ７の突起等がそ
の直近部を横切る際に生ずる磁束の変化を検出すること
でそれらの通過を検出してエンジン回転数ＮＥに相当す
るタイミング信号、即ち所定のクランク角度毎（本実施
例の場合は3.75°ＣＡ毎）の回転角度信号としてのエン
ジン回転パルスを出力する。

【００４０】尚、この回転数センサ３５は、ローラリン
グ９と一体であるため、タイマ装置２６の制御動作に関
わりなく、プランジャのリフト量に対して一対のタイミ
ングで、基準となるタイミング信号を出力する。

【００４１】次に、ディーゼル機関２について説明す
る。このディーゼル機関２ではシリンダ４１、ピストン
４２及びシリンダヘッド４３によって各気筒毎に対応す
る主燃焼室４４がそれぞれ形成されている。又、それら
各主燃焼室４４が、同じく各気筒毎に対応して設けられ
た副燃焼室４５に連設されている。そして、各副燃焼室
４５に各燃料噴射ノズル４から噴射される燃料が供給さ
れる。又、各副燃焼室４５には、始動補助装置としての
周知のグロープラグ４６がそれぞれ取付けられている。

【００４２】ディーゼル機関２には、吸気管４７及び排
気管５０がそれぞれ設けられ、その吸気管４７には過給
機を構成するターボチャージャ４８のコップレッサ４９
が設けられ、排気管５０にはターボチャージャ４８のタ
ービン５１が設けられている。又、排気管５０には、過
給圧力を調節するウェイストゲートバルブ５２が設けら
れている。

【００４３】周知のようにこのターボチャージャ４８
は、排気ガスのエネルギーを利用してタービン５１を回
転させ、その同軸上にあるコンプレッサ４９を回転させ
て吸入空気を昇圧させる。これによって、密度の高い混
合気を主燃焼室４４へ送り込んで燃料を多量に燃焼さ
せ、ディーゼル機関２の出力を増大させるようになって
いる。

【００４４】又、ディーゼル機関２には、排気管５０内
の排気の一部を吸気管４７の吸入ポート５３へ還流させ
る還流管５４が設けられている。そして、その還流管５
４の途中には排気の還流量を調節するエキゾーストガス
リサキュレイションバルブ（ＥＧＲバルブ）５５が設け
られている。このＥＧＲバルブ５５はバキュームスイッ
チングバルブ（ＶＳＶ）５６の制御によって開閉制御さ
れる。

【００４５】更に、吸気管４７の途中には、アクセルペ
ダル５７の踏込量に連動して開閉されるスロットルバル
ブ５８が設けられている。又、そのスロットルバルブ５
８に平行してバイパス路５９が設けられ、同バイパス路
５９にはバイパス絞り弁６０が設けられている。

【００４６】このバイパス絞り弁６０は、二つのＶＳＶ
６１，６２の制御によって駆動される二段のダイヤフラ
ム室を有するアクチュエータ６３によって開閉制御され
る。このバイパス絞り弁６０は各種運転状態に応じて開
閉制御されるものである。例えば、アイドル運転時には
騒音振動等の低減のために半開状態に制御され、通常運
転時には全開状態に制御され、更に運転停止時には円滑
な停止のために全閉状態に制御される。

【００４７】そして、上記のように燃料噴射ポンプ１、
電磁スピル弁２３、タイミングコントロールバルブ３
３、グロープラグ４６及び各ＶＳＶ５６，６１，６２
は、前記した回転数変動検出手段Ｍ２、及びプレストロ
ーク量設定手段Ｍ３を構成する電子制御装置（以下、Ｅ
ＣＵと称す）７１にそれぞれ電気的に接続され、同ＥＣ
Ｕ７１によってそれらの駆動タイミングが制御される。

【００４８】この場合において、本実施例の内燃機関の
燃料噴射制御装置は、内燃機関の運転状態を検出するセ
ンサとして、回転数センサ３５に加えて以下の各種セン
サを備えている。

【００４９】即ち、吸気管４７にはエアクリーナ６４の
近傍における吸気温度ＴＨＡを検出する吸気温センサ７
２が設けられている。又、スロットルバルブ５８の開閉
位置から、ディーゼル機関２の負荷に相当するアクセル
開度を検出するアクセル開度センサ７３が設けられてい
る。

【００５０】吸入ポート５３の近傍には、ターボチャー
ジャ４８によって過給された後の吸入空気圧力、即ち過
給圧力を検出する吸気圧センサ７４が設けられている。
更に、ディーゼル機関２のシリンダブロックには、冷却
水温を検出する水温センサ７５が設けられている。又、
ティーゼルエンジン２のクランク軸４０近傍には、クラ
ンク軸４０の回転基準位置、例えば特定気筒の上死点に
対するクランク軸４０の回転位置を検出するクランク角
センサ７６が設けられている。

【００５１】更に、図示しないトランスミッションに
は、そのギアの回転によって回されるマグネット７７ａ
によりリードスイッチ７７ｂをオン・オフさせて車両速
度（車速）を検出する車速センサ７７が設けられてい
る。

【００５２】そして、ＥＣＵ７１には上述した各センサ
７２〜７８、及び回転数センサ３５が接続され、ＥＣＵ
７１はこれら各センサ３５，７２〜７７の出力信号に基
づいて、電磁スピル弁２３、タイミングコントロールバ
ルブ３３、グロープラグ４６及びＶＳＶ５６，６１，６
２等を好適に制御する。

【００５３】次に、前述したＥＣＵ７１の構成につい
て、図５のブロック図に従って説明する。ＥＣＵ７１は
中央処理装置（ＣＰＵ）８１、所定の制御プログラム及
びマップ等を予め記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）８２、ＣＰＵ８１の演算結果等を一時記憶するラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３、予め記憶されたデ
ータを保存するバックアップＲＡＭ８４等と、これら各
部と入力ポート８５及び出力ポート８６、基準となるク
ロックパルスを発生するクロック回路９２等とをバス８
７によって接続した論理演算回路として構成されてい
る。

【００５４】入力ポート８５には、前述した吸気温セン
サ７２、アクセル開度センサ７３、吸気圧センサ７４、
及び水温センサ７５が、各バッファ８８，８９，９０，
９１、マルチプレクサ９３及びＡ／Ｄ変換機９４を介し
て接続されている。

【００５５】同じく、入力ポート８５には、前述した回
転数センサ３５、クランク角センサ７６及び車速センサ
７７が、波形整形回路９５を介して接続されている。そ
して、ＣＰＵ８１は入力ポート８５を介して入力される
各センサ３５，７２〜７７等の検出信号を入力値として
読み込む。又、出力ポート８６には各駆動回路９６，９
７，９８，９９，１００，１０１を介して電磁スピル弁
２３、タイミングコントロールバルブ３３、グロープラ
グ４６及びＶＳＶ５６，６１，６２等が接続されてい
る。

【００５６】そして、ＣＰＵ８１は各センサ３５，７２
〜７７から読み込んだ入力値に基づき、電磁スピル弁２
３、タイミングコントロールバルブ３３、グロープラグ
４６及びＶＳＶ５６，６１，６２等を好適に制御する。

【００５７】ところで、本実施例の燃料噴射装置は、燃
料噴射ポンプ１のプランジャ１２が往動方向に変位して
いる際に電磁スピル弁２３を開閉させて燃料噴射期間を
制御する構成である。

【００５８】すなわち、図５（Ａ）は回転数センサ３５
から発せられるパルス信号を分周した回転角信号、図５
（Ｂ）はＥＣＵ７１から電磁スピル弁２３に向けて発せ
られる開閉弁信号、図５（Ｃ）は、プランジャ１２のリ
フト変化をそれぞれ表したものであるが、回転角信号に
基づいて図５（Ｂ）中実線で示す如く電磁スピル弁２３
を開閉弁すれば、図５（Ｃ）中に示す期間が燃料噴射
期間となり、図５（Ｂ）中破線で示す如く電磁スピル弁
２３を開閉弁すれば、図５（Ｃ）中に示す期間が燃料
噴射期間となる。

【００５９】この際、圧縮着火式内燃機関であるディー
ゼル機関２においては、各気筒が圧縮工程過程で適当な
着火温度に到達する時点で適当な着火が行われるように
燃料噴射を行う必要があることから、基本的にはクラン
ク角センサ７６の検出するクランク角を基準に電磁スピ
ル弁２３の開閉弁を制御する必要があるが、本実施例の
燃料噴射装置においては、上述の如くタイマ装置２６の
機能によりプランジャ１２の往復動と内燃機関のクラン
ク角との関係を変更することが可能である。

【００６０】従って、本実施例の燃料噴射装置において
は、クランク角に対して適当なタイミングを維持しつ
つ、図５（Ｃ）中に又はで示すように、プランジャ
１２の異なるリフト領域を燃料噴射期間に設定すること
が可能である。

【００６１】ところで、ディーゼル機関２において良好
な排気特性を得るためには、燃焼室４４に供給する燃料
の微粒化を促進して燃焼性を高める意味で、高い圧力で
燃料噴射を行うことが望ましく、この意味では図５
（Ｃ）中に示す如くプランジャ１２のストロークが所
定のプレストロークに到達した後の領域を燃料噴射期間
に設定することが有利である。

【００６２】しかしながら、かかる高送油率領域を燃料
噴射期間に設定した場合、燃料噴射期間に僅かな制御誤
差が生じただけでも、燃料噴射量に大きな誤差を生じさ
せる。一方、図５（Ｃ）中に示す如く低送油率の領域
を燃料噴射期間とすれば、燃料噴射期間の制御精度が多
少悪化してもその影響が燃料噴射量に影響し難く、安定
した燃料噴射期間制御を実現するうえでは有利である。

【００６３】ここで、電磁スピル弁２３の開閉弁制御
は、上記の如く図５（Ａ）に示す回転角信号に基づいて
行うが、この回転角信号は所定回転角毎に発生する非連
続的なパルス信号である。これに対して内燃機関の運転
状態に応じた最適な燃料噴射期間は、必ずしも回転角信
号のアップエッジ又はダウンエッジの時期に整合せず、
ＥＣＵ７１は、回転角信号のエッジ間において電磁スピ
ル弁２３に開閉弁信号を発することが必要である。

【００６４】この場合、具体的には、先ず電磁スピル弁
２３が開弁又は閉弁すべき回転角（以下、開閉弁回転角
と称す）を演算し、次に回転角信号が発せられる所定回
転角に対する開閉弁回転角の余り角を演算し、更にその
余り角の回転に要する時間（以下、余り角時間と称す）
を推定し、所定回転角における回転角信号のエッジを検
出後、推定した余り角時間の経過時に開閉弁信号を発す
ることが必要となる。

【００６５】ところで、上述した余り角時間の推定は、
前の気筒の同じ位相における回転角信号の発生周期と、
パルサ７の突起間隔とに基づいて行うことができるが、
かかる手法による推定結果には、回転角信号の発生周期
の変化、すなわち機関回転数の変化割合に応じた誤差が
重畳される。

【００６６】つまり、非連続信号である回転角信号に基
づいて燃料噴射期間を設定する燃料噴射装置において
は、機関回転数が安定していれば精度良く燃料噴射期間
を制御することができるが、その回転数が不安定な場合
は、燃料噴射期間の制御精度がその影響で悪化すること
になる。

【００６７】そこで、本実施例の燃料噴射装置において
は、機関回転数の変動状態を検出し、その変動が小さい
場合には燃料噴射開始前にプランジャ１２に与えるプレ
ストロークを大きく設定して高送油率による燃料噴射を
実現し、一方機関回転数の変動が大きい場合には、プラ
ンジャ１２に与えるプレストロークを小さく、すなわち
燃料噴射ポンプ１の送油率を低下させて、制御誤差の影
響を小さくすることとした。

【００６８】以下、ＥＣＵ７１が上記の機能を実現すべ
く処理の内容について説明する。

【００６９】図６は、回転数センサ３５又はクランク角
センサ７６から発せられるパルス信号に基づいて機関回
転数の変動状態を検出すべくＥＣＵ７１が実行するＮＥ
割り込みルーチンの一例のフローチャートを示す。尚、
本実施例においては、ＥＣＵ７１が本ルーチンを実行す
ることにより、前記した回転数変動検出手段Ｍ４が実現
される。

【００７０】図６に示すルーチンが起動すると、先ずス
テップ１００において所定クランク角を表す回転角信号
が検出されたかを見る。内燃機関の回転負荷は、圧縮工
程にある気筒が上死点近傍に到達する時点で最も大き
く、機関回転数は図７に示す如く周期的に変動してい
る。このため、機関回転数の変動状態を把握するために
は、同一位相のクランク角における瞬時回転数同士を比
較する必要がある。

【００７１】従って、上記ステップ１００において所定
回転角を表す回転角信号が検出されていないと判別され
た場合には、何らの処理を行うことなく今回のルーチン
を終了する。尚、本ルーチンにおいては、図７に示す如
く機関回転数が最大となる時点で発生される信号をＮＥ
０信号とし、この信号を所定回転角を表す信号としてい
る。

【００７２】上記ステップ１００においてＮＥ０が検出
されたと判別された場合は、ステップ１０２へ進んで機
関回転数変動率ＴＮＲＡの演算を行う。ここで、ＥＣＵ
７１は、図７に示すようにＮＥ０の所定回転角前に発せ
られるＮＥｎ信号が検出されてから、ＮＥ０が検出され
るまでの時間をＴＮ（ｉ）として計測しており、本ステ
ップ１０２では、今回処理時における計測時間ＴＮ
（ｉ）と前回処理時における計測時間ＴＮ（ｉ−１）と
を用いて次式の如くＴＮＲＡを演算する。

【００７３】 ＴＮＲＡ＝ＴＮ（ｉ）／ＴＮ（ｉ−１） ・・・（１） かかる演算を終えたら、ステップ１０４へ進んで演算さ
れたＴＮＲＡが所定の範囲内に維持されているかを見
る。上述の如くＴＮＲＡは今回処理時におけるＴＮ
（ｉ）と前回処理時におけるＴＮ（ｉ−１）との比、す
なわち前回処理時における機関回転数と今回処理時にお
ける機関回転数との比であり、その値は機関回転数の変
動状態の代用特性値として扱うことができるからであ
る。

【００７４】尚、本ルーチンにおいては、０．８＜ＴＮ
ＲＡ＜１．２５が成立するか否かにより機関回転数が急
変したか否かを判別することとしており、上記条件が成
立する場合には機関回転数は安定していると判断してス
テップ１０６で安定フラグに“１”をセットし、一方上
記条件が不成立の場合には、機関回転数が急変したと判
断してステップ１０８で安定フラグに“０”をセットし
て今回の処理を終了する。

【００７５】図８は、上記したＮＥ割り込みルーチンの
判別結果に基づいて、燃料噴射ポンプ１に与えるべきプ
レストロークを設定する噴射演算ルーチンの一例のフロ
ーチャートであり、本実施例においては、ＥＣＵ７１が
本ルーチンを実行することにより前記したプレストロー
ク設定手段Ｍ５が実現される。

【００７６】すなわち、本実施例においては、機関回転
数が安定している場合には上記図５（Ｂ）中に実線で示
す如く所定のプレストローク制御に基づいた燃料噴射期
間制御を実行し、一方機関回転数が急変している場合に
は、上記図５（Ｂ）中に破線で示す如くプレストローク
のない燃料噴射期間制御を実行することとしている。

【００７７】このため、本ルーチンにおいては、先ずス
テップ２００において上記した安定フラグが“０”であ
るかを判別し、“０”でない場合にはステップ２０２へ
進んでプレストローク有りモードを選択し、一方安定フ
ラグが“０”である場合にはステップ２０４へ進んでプ
レストローク無しモードを選択して今回の処理を終了す
る。

【００７８】この結果、本実施例の燃料噴射装置によれ
ば、機関回転数が安定しており、精度良く余り角制御を
実行できる場合に限り、燃料噴射ポンプ１のプランジャ
１２に所定のプレストロークが与えられ、高送油率、高
噴射圧による排気特性に優れた燃料噴射期間制御が実行
される。そして、機関回転数が比較的変動し易い状況下
では、低送油率の下安定した燃料噴射量の確保を優先し
た燃料噴射期間制御が実現され、広い運転領域に渡って
良好な排気特性と良好な運動特性とを両立することがで
きる。

【００７９】尚、上記ステップ２０２においてプレスト
ローク有りのモードが選択された際にプランジャ１２に
与えるべきプレストロークＱＰＳは、例えば図９に示す
如くパラメータｔＱＰＳＭについて設定した機関回転数
ＮＥの一次元マップに基づいて以下の如く設定すること
ができ、この場合、ディーゼル機関２の運転状態に応じ
た適切な燃料噴射期間制御を実現することができる。

【００８０】 ＱＰＳ＝ｔＱＰＳＭ＋ｔＫＱＰＯＦ−ＱＮＣＭ４ ・・・（２） 但し ＱＮＣＭ４＝ＮＥ１×ｔＫＭＱＮＣＭ４／４００ ｔＫＱＰＯＦ＝８２．５°ＣＡ ｔＫＭＱＮＣＭ４＝１．８７５°ＣＡ また、上記図８に示すルーチンにおいては、安定フラグ
＝“０”、すなわち機関回転数が急変していると判別さ
れた場合、プレストローク無しとすることとしていが、
これに限るものではなく、例えば上記図９のマップを参
照して演算されるＱＰＳに比べて小さなＱＰＳ′を演算
し、そのＱＰＳ′をもってプレストローク制御を実行す
る構成としてもよい。

【００８１】この場合、燃料噴射ポンプ１の送油率低下
を実現しつつ比較的高圧の燃料噴射圧を維持することが
でき、安定した燃料噴射量の確保と、良好な排気特性の
確保とを高い次元で両立することが可能である。

【００８２】尚、上記の如くプレストロークの異なる２
つもモードで燃料噴射期間制御を行う構成では、各モー
ドにおいて送油率が異なることに起因して、最適燃料噴
射量が異なる場合があるが、かかる場合には、アクセル
開度、機関回転数、吸気圧等から燃料噴射量を演算する
際に参照すべき燃料噴射量マップを、個々のモードに対
応して予め設定し、選択されたモードに応じて適切なマ
ップを選択することにより、理想的な燃料噴射期間制御
を実現することができる。

【００８３】ところで、上記実施例において機関回転数
が急変する場合にプレストロークを小さくしたのは、か
かる状況下では余り角制御の時間的誤差が増大し易いこ
とに着目したためである。

【００８４】これに対して、図１０に示す噴射演算ルー
チンは、機関回転数が急変する場合には、プレストロー
クを回転角信号のパルスエッジ時期に固定し、これによ
り余り角制御による時間的誤差を抑制して安定した燃料
噴射量を確保すべくＥＣＵ７１が実行するルーチンであ
る。尚、この意味で、本ルーチンは前記したプレストロ
ーク設定手段Ｍ５の第２の例に相当する。

【００８５】すなわち、図１０に示すルーチンが起動す
ると、先ずステップ３００において安定フラグが“０”
であるかを見る。そして、フラグば“０”でない場合、
すなわち機関回転数が安定している場合は、ステップ３
０２へ進んで通常のプレストローク制御を実行するモー
ドを選択して今回の処理を終了する。

【００８６】一方、上記ステップ３００において安定フ
ラグが“０”であると判別された場合は、ステップ３０
４へ進んで回転角信号ＮＥｉ検出時にプレストロークの
割り込みを実行するモードを選択して今回の処理を終了
する。

【００８７】この場合、通常のプレストローク制御を実
行する場合と異なり、燃料噴射終了時期においてのみ余
り角制御を行えば足り、機関回転数の変動に伴う余り角
制御の時間的誤差の影響を小さく抑制することができ、
高精度な燃料噴射期間制御を実現することができる。

【００８８】図１１は、本実施例の燃料噴射装置におい
て、ＥＣＵ７１が機関回転数の変動状態を検出すべく実
行する第２の実施例のフローチャートを示す。すなわち
上記図６に示すＮＥ割り込みルーチンは、所定クランク
角における機関回転数変化に基づいて直接的にその変動
状態を検出するルーチンであるが、本ルーチンは、機関
回転数ＮＥとシフトポジションより機関回転数に大きな
変動が生じる状況を予測するルーチンである。

【００８９】つまり、本ルーチンが起動すると、先ずス
テップ４００において機関回転数ＮＥと車速との比“Ａ
＝ＮＥ／車速”を演算し、次にステップ４０２におい
て、使用されているシフトポジションを推定する。すな
わち、各シフトに対するＡは、そのギヤ比により決まる
ため図１２に如く車両毎に既知であり、上記ステップ４
０２では、ＥＣＵ７１が記憶しているかかるマップを検
索することによりシフトポジションを判定する。

【００９０】シフトポジションの推定を終えたら、ステ
ップ４０４へ進んで内燃機関が所定の不安定状態で運転
中かを判別する。ここで、本ルーチンにおいては、車両
にいわゆるシャクリ等の現象が生じる状況を不安定状態
として設定しており、シフトポジションが５速であれば
ＮＥ＜１２００rpm の領域、シフトポジションが４速で
あればＮＥ＜９００rpm の領域をそれぞれ不安定領域と
している。

【００９１】そして、上記条件が不成立である場合に
は、内燃機関は安定状態にあると判断し、ステップ４０
６へ進んで安定フラグに“１”をセットして今回の処理
を終了し、一方上記の条件が成立する場合には、機関回
転数に変動が生じ得ると判断してステップ４０８で安定
フラグに“０”をセットして今回の処理を終了する。

【００９２】この場合、車両にシャクリ現象が生じると
予測される領域においては、燃料噴射量の安定化を優先
したプレストロークが設定され、シャクリが増大される
ことがない。また、本ルーチンにおいては、現実にシャ
クリによる機関回転数の変動が生ずる以前にプレストロ
ークの適正化が行われることから、かかる現象の未然防
止が図れ、内燃機関において優れた運動特性を実現する
ことができるという効果をも有している。

【００９３】尚、上記実施例においては、内燃機関の回
転数の変動を直接監視することで前記した回転数変動検
出手段を実現しているが、これに限るものではなく、例
えば車載のスピードセンサ、Ｇセンサ、サスペンション
用ストロークセンサ、プロペラシャフトの捩じり測定セ
ンサ等により、車両挙動の変化を検出し、その検出結果
より機関回転数の変動の有無を検出する構成としてもよ
い。

【００９４】また、燃料噴射期間を制御する機構とし
て、電磁スピル弁２３を用いているが、これに限るもの
ではなく、例えば燃料加圧用プランジャにスピルリング
を設ける構成等としてもよい。

【００９５】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、機関回転
数が比較的安定している状況下では、高い送油率の下、
高圧の燃料噴射により良好な排気特性を実現することが
できる。また、機関回転数が変動し、スピル弁の開閉弁
時期に誤差が生じやすい状況下では、低い送油率で燃料
噴射を行うことにより、スピル弁の開閉弁時期の誤差が
燃料噴射量に与える影響を小さく抑えることができる。

【００９６】このため、本発明に係る内燃機関の燃料噴
射装置によれば、従来の装置の如く、特定の運転状況下
において、車両のいわゆるシャクリやサージングを増大
させることがなく、車両振動を有効に抑制して良好な乗
り心地を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置の原理図
である。

【図２】本発明の一実施例である内燃機関の燃料噴射装
置の概略構成図である。

【図３】本実施例における燃料噴射ポンプを拡大して示
す断面図である。

【図４】本実施例におけるＥＣＵの構成を示すブロック
図である。

【図５】本実施例において電磁スピル弁及びタイマ装置
により燃料噴射期間を設定する手法を説明するためのタ
イムチャートである。

【図６】ＥＣＵにより実行されるＮＥ割り込みルーチン
の一例のフローチャートである

【図７】機関回転数の変動状態を表す図である。

【図８】ＥＣＵにより実行される噴射量演算ルーチンの
一例のフローチャートである。

【図９】噴射量演算ルーチンにおいて用いるマップの一
例である。

【図１０】ＥＣＵにより実行される噴射量演算ルーチン
の他の例のフローチャートである。

【図１１】ＥＣＵにより実行される判定ルーチンの一例
のフローチャートである。

【図１２】判定ルーチンにおいて用いる他のマップの一
例である。

【符号の説明】

Ｍ１，１ 燃料噴射ポンプ Ｍ１ａ プランジャ Ｍ２ 回転数変動検出手段 Ｍ３ プレストローク量設定手段 ２ ディーゼル機関 ４ 燃料噴射ノズル ６ 燃料フィードポンプ ７ パルサ ８ カムプレート ９ ローラリング １０ カムローラ １２ 燃料加圧用プランジャ ２１ 燃焼室 ２２ スピル通路 ２３ 電磁スピル弁 ２６ タイマ装置 ３５ 回転数センサ ４０ クランク軸 ４１ シリンダ ４２ ピストン ４８ ターボチャージャ ５７ アクセルペダル ５８ スロットルバルブ ７１ ＥＣＵ ７３ アクセル開度センサ ７６ クランク角センサ ８１ ＣＰＵ ８２ ＲＯＭ ８３ ＲＡＭ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ストロークの増加と共に高い送油率で燃
   料を圧送するプランジャを有し、燃料噴射の開始前に前
   記プランジャに与えるべきストローク量であるプレスト
   ローク量を変更することで、燃料噴射の際の送油率を変
   更し得る燃料噴射ポンプを備える内燃機関の燃料噴射装
   置において、内燃機関の回転数と、変速装置のシフトポジションとに
   基づいて、内燃機関の回転変動が生じ得る状況を予想す
   る回転変動予想手段と 、該回転変動予想手段により回転変動が生じ得る状況が予
   想される場合は、予想されない場合に比べて 前記プレス
   トローク量を小さく設定するプレストローク量設定手段
   とを備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。