JP3071799B2

JP3071799B2 - 多気筒ディーゼルエンジンの燃料噴射装置

Info

Publication number: JP3071799B2
Application number: JP2034880A
Authority: JP
Inventors: 淳田上; 秀敬須原
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1990-02-15
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 2000-07-31
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: DE4104742A1; JPH03242447A; US5117793A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、多気筒ディーゼルエンジンの燃料噴射装
置に関する。

（従来の技術）多気筒ディーゼルエンジンでは、その製造において、
寸法誤差が生じるものであり、また、仮に、エンジン作
動の当初において、上記寸法誤差がないとしても作動時
間の経過に伴い寸法誤差が生じてくるものである。そし
て、この寸法誤差が生じると、各気筒に同量の燃料を噴
射したとしても、これら各気筒における燃料状態にばら
つきが生じることとなって、エンジンの回転速度が変動
し、もって、出力クルトが変動して、エンジンに大きな
振動や騒音が発生するおそれがある。

そこで、従来、所定クランク角における各気筒の回転
速度を順次検出して、その検出値の平均値を算出し、そ
の後、上記各気筒の回転速度と、上記平均値との差に基
づいて、各気筒における燃料の噴射期間をそれぞれ長短
調整するようにし、もって、上記所定クランク角におけ
るクランク軸の各回転速度を互いにより近づけることに
より、回転速度の変動を少なくさせ、もって、出力トル
クの変動を抑制させるようにしたものが提案されている
（特開昭59−85432号公報、および特開昭62−186038号
公報）。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、上記従来の技術によれば、エンジンの回転
速度の変動は少なくなるが、例えば、エンジンの低負
荷、低回転時に、各気筒の一行程におけるほぼ最低の回
転速度が、上記変動によって特に低い値をとったときに
は、エンジンが不意に停止してしまうおそれがあり、よ
って、上記従来の技術だけでは、エンジンの安定した作
動が確保できないおそれがある。

（発明の構成）この発明は、上記のような事情に注目してなされたも
ので、多気筒ディーゼルエンジンの作動時に、その出力
トルクの変動を抑制させるようにすると共に、この出力
トルクが多少変動するとしても、低負荷、低回転時に、
エンジンが不意に停止することを防止して安定した作動
が確保できるようにすることを目的とする。

（発明の効果）上記目的を達成するためのこの発明の特徴とするとこ
ろは、各気筒52〜55に対しそれぞれ燃料を噴射する燃料
噴射弁１を設け、この燃料の噴射による爆発行程が断続
的に続けられるようにした多気筒ディーゼルエンジンの
燃料噴射装置において、上記断続的に続けられる爆発行程の合間で、各爆発行
程の開始直前での所定クランク角分について、クランク
軸57が回転するに要した所要時間を順次検出して、これ
ら検出された所要時間T₁〜T₄の平均値Taを算出し、ある
爆発行程の終了に続いて検出された上記所要時間T₁〜T₄
と、上記平均値Taとの差△T₁〜T₄の大きさに応じて上記
爆発行程に対応する気筒52〜55への燃料噴射期間θを長
短調整するようにした点にある。

（作用）上記構成による作用は次の如くである。

断続的に続けられる爆発行程の合間で、各爆発行程の
開始直前での所定クランク角分について、クランク軸57
が回転するに要した所要時間を順次検出して、これら検
出された所要時間T₁〜T₄の平均値Taを算出し、ある爆発
行程の終了に続いて検出された上記所要時間T₁〜T₄と、
上記平均値Taとの差△T₁〜T₄の大きさに応じて上記爆発
行程に対応する気筒52〜55への燃料噴射期間θを長短調
整するようにしてあり、次の作用が生じる。

即ち、上記平均値Taからみて、検出された所要時間T₁
〜T₄が長時間（もしくは短時間）であれば、つまり、ク
ランク軸57の速度が遅い（もしくは速い）ときには、爆
発行程に対応する気筒52〜55への燃料噴射期間θ_１〜θ
_４が長く（もしくは短く）され、もって、上記した気筒
52〜55の爆発行程の開始直前のクランク軸57の回転速度
が速められる（もしくは遅くされる）。

よって、エンジン51の作動時における爆発行程の開始
直前のクランク軸57の各回転速度が互いに近づけられる
ことから、上記クランク軸57の回転速度の変動が少なく
され、このため、出力トルクの変動が抑制される。

しかも、上記したように、検出される所要時間T₁〜T₄
は、各爆発行程の開始直前に検出されるものであって、
つまり、各気筒52〜55の一行程におけるほぼ最低の回転
速度が検出されるのであり、このため、このほぼ最低の
回転速度がより直接的に制御されてその変動がより確実
に抑制されることとなる。

よって、上記回転速度がその変動によってあまりに低
くなるということが防止される。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面により説明する。

第１図において、51は多気筒ディーゼルエンジンで、
このエンジン51は第１〜第４気筒52〜55を並列に備えて
いる。このエンジン51のクランク軸57にはリングギヤ58
が取り付けられており、このリングギヤ58に巻き掛けら
れたタイミングベルト59を介してエンジン51のカム軸
（図示せず）が上記クランク軸57に同期して回転させら
れるようになっている。

上記各気筒52〜55にはそれぞれ燃料噴射弁１が取り付
けられている。17は燃料タンクで、この燃料タンク17内
の燃料Ａが加圧ポンプ18により加圧されてレギュレータ
19を通り各燃料噴射弁１に供給されるようになってい
る。そして、燃料噴射弁１への通電で、この燃料噴射弁
１が閉弁し、通電の解除で、燃料噴射弁１が開弁して、
その開弁の間、燃料噴射弁１に供給された加圧燃料Ｂが
各気筒52〜55内に噴射されるようになっている。

第２図から第４図により、上記燃料噴射弁１につき、
より詳しく説明する。

図において、燃料噴射弁１は、ディーゼルエンジンの
シリンダヘッド２に対し着脱自在にねじ止めされてお
り、このシリンダヘッド２内の燃料室３に対して燃料を
噴射する。

上記燃料噴射弁１は弁ケーシング５を有している。ま
た、この弁ケーシング５は軸心縦向きで円筒状のケーシ
ング本体６を有し、このケーシング本体６はその下部が
上記シリンダヘッド２に着脱自在にねじ止めされてい
る。そして、このケーシング本体６内の下部が燃料収容
室７となっている。また、上記ケーシング本体６内の上
部には、第１〜第４ケーシング部材９〜12が積層されて
取り外し可能に収納され、これらはナット13により同上
ケーシング本体６に一体的に着脱自在に締結されてい
る。

上記第４ケーシング部材12の上端には、上記ケーシン
グ本体６の軸心上に燃料入口15が形成され、この燃料入
口15は、ケーシング本体６上部の即側に形成された供給
路16を介して前記燃料収容室７に連通している。そし
て、燃料タンク17内の燃料Ａは加圧ポンプ18により加圧
されてレギュレータ19を通り、上記燃料入口15に供給さ
れ、その加圧燃料Ｂが上記供給路16を通り燃料収納室７
に供給される。

上記ケーシング本体６の下端部には、このケーシング
本体６の軸心上に下部ガイド孔21が形成され、この下部
ガイド孔21の上端は前記燃料収容室７に開口している。
また、上記下部ガイト孔21の下端には、この下部ガイド
孔21と同軸上で、前記燃料室３に向って開口する噴射ノ
ズル22が形成されている。そして、この噴射ノズル22
は、燃料収容室７の加圧燃料Ｂを下部ガイド孔21を介し
前記燃料室３に噴射させる。

前記第１ケーシング部材９には上記ケーシング本体の
軸心上に上部ガイド孔24が形成され、この上部ガド孔24
の下端は燃料収容室７に開口している。そして、上記下
部ガイド孔21と上部ガイド孔24とに噴射弁体25の上、下
部がそれぞれ上下摺動自在に嵌入され、この噴射弁体25
の下端は、その上下動で上記噴射ノズル22を開閉するよ
うになっている。

上記上部ガイド孔24の上端に連なる背圧室26が第１ケ
ーシング部材９に形成され、この背圧室26に上部ガイド
孔24の上端から抜け出た噴射弁体25の上端が収容されて
いる。また、上記燃料収容室７を背圧室26に連通させる
連通路27が噴射弁体25に形成され、この連通路27の上端
には断面積が小さく、つまり、加圧燃料Ｂの通過を規制
する細孔27aが形成されている。そして、上記背圧室26
の加圧燃料Ｂは噴射弁体25の上端に背圧を与えてこれを
下降させ、この噴射弁体25が前記噴射ノズル22を閉じる
ようになっている。

上記背圧室26の加圧燃料Ｂを排出させる排出孔29が、
噴射弁体25と同軸上で、第１ケーシング部材９の上部に
形成されている。一方、上記第１ケーシング部材９の上
方には第１〜第４ケーシング部材９〜12で囲まれた弁室
30が形成されている。この弁室30には排出弁体31が上下
摺動自在に嵌入され、この排出弁体31は、その上下動で
上記排出孔29を開閉するようになっている。

そして、上記排出弁体31が第２図と第４図とで示すよ
うに下降したときには、この排出弁体31により排出孔29
が閉じられて、背圧室26に加圧燃料Ｂが閉じ込められ
る。一方、排出弁体31は背圧室26の加圧燃料Ｂによって
排出孔29を開く方向に付勢されており、この付勢で、排
出弁体31が上昇したときには、排出孔29が開けられて、
背圧室26の加圧燃料Ｂが排出弁体31に形成されている貫
通孔32を通り、排出弁体31の上方の弁室30上部に達す
る。

この場合、弁室30の上面から弁ケーシング５の外部に
通じる戻り路33が設けられており、この弁室30上部に達
した加圧燃料Ｂは、上記戻り路33、および、この戻り路
33の上端にねじ付けられたニップル34を通って、前記燃
料タンク17に戻される。

上記第１ケーシング部材９にはケーシング本体６の軸
心上でソレノイド36が外嵌して取り付けられている。こ
のソレノイド36は前記排出弁体31よりも下方に設けら
れ、このソレノイド36から弁ケーシング５の外部に向っ
て二本のリード線36aが延びている。上記噴射弁体25が
噴射ノズル22を閉じるようにこの噴射弁体25を付勢する
ばね37が設けられ、このばね37は燃料収容室７に配設さ
れている。

そして、ソレノイド36に通電がなされていない状態で
は、背圧室26の加圧燃料Ｂの圧力が排出弁体31を押し
て、排出孔29が開かれる。このため、背圧室26の加圧燃
料Ｂは排出孔29を通って排出され、噴射弁体25に与えら
れていた背圧が低下する。すると、この噴射弁体25が噴
射ノズル22を開き、燃料収容室７の加圧燃料Ｂが燃焼室
３に向って噴射される。

次に、ソレノイド36に対し通電がなされると、このソ
レノイド36が排出弁体31を電磁的に吸引して、この排出
弁体31が排出孔29を閉じる。すると、背圧室26に加圧燃
料Ｂが閉じ込められて、この加圧燃料Ｂによる圧力が噴
射弁体25に対し背圧を与え、この噴射弁体25は噴射ノズ
ル22を閉じて、上記噴射を停止させる。

以下、上記加熱燃料Ｂの噴射動作の繰り返しで、エン
ジンの爆発行程が断続的に続けられ、もって、エンジン
の作動が続けられる。

なお、エンジンの停止時など、ソレノイド36に通電を
しない状態に長く保ったときには、燃料収容室７と背圧
室26の加圧燃料Ｂの圧力が等圧となって、噴射弁体25に
対するばね37の付勢により噴射ノズル22が閉じられた状
態に保たれる。

第５図は、従来のエンジン51におけるクランク軸57の
回転速度（Ｎ）の変動を経時的に示したグラフ図を示し
ている。

上記の図を参照すれば、各気筒52〜55の各上死点の近
傍で、回転速度（Ｎ）は一旦最低の回転速度（N₁ _〜 ₄mi
n）となる。そして、この各上死点から燃料噴射弁１に
よる燃料噴射が行われて、爆発行程となる。このため、
各回転速度は速くなり、最高の回転速度（N₁ _〜 ₄max）に
達する。そして、上記爆発行程の終了に伴い再び最低の
回転速度（N₁ _〜 ₄min）に戻り、以下、これが繰り返され
る。

上記第５図で示したものは、燃料噴射弁１の燃料噴射
の調整はなされていないものである。そして、これによ
れば、最低の回転速度（N₁ _〜 ₄min）同士や、最高の回転
速度（N₁ _〜 ₄max）同士それぞれ不均一となっており、こ
のため、このままでは、主力トルクが大きく変動するこ
ととなる。

そこで、上記変動を抑制するため、各燃料噴射弁１は
次のように制御される。

即ち、第１図において、上記各気筒52〜55により断続
的に続けられる爆発行程の合間で、各爆発行程の開始直
前での所定のクランク角分について、クランク軸57が回
転するように要した所要時間、つまり、このクランク軸
57の各回転速度を、それぞれ検出する制御装置61が設け
られている。そして、上記回転速度に基づく制御装置61
の出力信号が各燃料噴射弁１に入力されるようになって
おり、これにより、その後の各燃料噴射弁１による燃料
噴射期間が長短調整されるようになっている。

これを第１図、第５図、第６図から第９図により、具
体的に説明する。

第１図で示した前記リングギヤ58の歯数は360ヶであ
る。また、前記制御装置61は上記リングギヤ58がクラン
ク軸57に伴って回転するとき、一つの歯数毎に一つのパ
ルスを発生するセンサー62を有し、同上制御装置61は、
第１図中符号63で示すように上記パルス数の検出を行う
ようになっている。

ある気筒52〜55の上死点から、その前のクランク角30
゜に至るまでの範囲を想定すると、この範囲のリングギ
ヤ58の歯数はである。このため、制御装置61が上死点前のクランク角
30゜から30のパルスをカウントしたとすると、その気筒
が上死点に達したことを意味する。そして、同上制御装
置61は第１図中符号64で示すように、上記した上死点直
前のクランク角30゜から上死点に達する間、つまり、所
定クランク角分についての所要時間T₁〜T₄を、各気筒52
〜55毎に測定するようになっている。

第５図で示すように、各気筒52〜55が上死点となる順
序は、第１気筒52、第３気筒54、第４気筒55、および第
２気筒53の順序である。そして、この順序で上記各所要
時間T₁〜T₄が測定される。

これを第６図と第７図とによって、より具体的に説明
する。これらの図は、上記制御装置61のフローチャート
を示し、図中（Ｐ−１）〜（Ｐ−19）はプログラムの各
ステップを示している。

図において、ステップ（Ｐ−１）では、第１気筒52へ
の噴射信号期間P₁がセットされる。ここで、この噴射信
号期間とは、前記ソレノイド36への通電を解除する期間
であって、つまり、噴射ノズル22を開弁させておくため
の期間を意味している。

そして、上記噴射信号期間P₁の間、噴射ノズル22が開
弁させられて第１気筒52での燃料噴射が行われ（Ｐ−
２）、第５図で示すように第１気筒52が爆発行程へと移
行する。次に、第３気筒54の上死点前のクランク角30゜
から上死点に達するまでの所要時間（以下、これを単に
所要時間という）T₁が測定される（Ｐ−３）。

以下、上記と同じような繰り返しによって、（Ｐ−
４）〜（Ｐ−６）では所要時間T₃が測定され、（Ｐ−
７）〜（Ｐ−９）では所要時間T₄が測定され、更に（Ｐ
−10）〜（Ｐ−12）では所要時間T₂が測定される。

そして、ステップが（Ｐ−１）から（Ｐ−12）まで進
むときは、第５図で示すようにクランク軸57は二回転
し、このとき、第６図の（Ｐ−12）において、一旦、上
記所要時間T₁〜T₄の平均値Taが計算される。

そして、上記平均値Taと、第１図で示す入力手段たる
入力用パソコン65から入力された噴射の基本条件のセッ
ト（第１図中符号66図示）とにより、第１図中符号67で
示すように比例積分要素計算がなされ、第６図中の各プ
ログラムによって、噴射信号期間P₁〜P₄が新たに定めら
れる。そして、この噴射信号期間P₁〜P₄の期間だけ、第
１図中符号68で示すように各気筒52〜55の各燃料噴射弁
１に対し噴射信号が出力され、つまり、各ソレノイド36
に対する通電の解除が行われ、これに見合う燃料噴射が
行われる。

上記噴射信号期間P₁のセットにつき、第７図における
フローチャートによって、より具体的に説明する。

第７図において、ステップ（Ｐ−14）では噴射信号期
間P₁は予めセットされたものであり、所要時間T₁と第６
図中（Ｐ−13）で計算された平均値Taとの差△T₁が計算
される（Ｐ−15）。そして、エンジン51の作動に伴い上
記差△T₁が累積される（Ｐ−16）。

一方、入力用パソコン65においては、（Ｐ−17）で示
すように、噴射期間θと、クランク軸57の回転数によ
り、基準となる噴射信号期間Ｐが計算され、この基準噴
射信号期間Ｐと、上記した差△T₁、および差△T₁の累積
Σ△T₁により、（Ｐ−18）において、新たにセットする
ための噴射信号期間P₁が計算される。

この場合の式は、 P₁＝K_p・△T₁＋K_iΣ△T₁＋Ｐであって、K_pは比例の係数、K_iは積分の係数であり、こ
れらの各係数を小さく設定すれば、噴射信号期間P₁に対
するセットの変化が徐々に行われ、大きく設定すれば、
噴射信号期間P₁に対するセットの変化が急に行われるこ
ととなる。上記係数は、例えば、外気が暖かいときは小
さくし、寒いときには大きくするというように設定され
る。

そして、ステップ（Ｐ−19）において、上記噴射信号
期間P₁が新たにセットされ、この噴射信号期間P₁は前記
ステップ（Ｐ−１）に新たに組み込まれる。

第８図と第９図は、上記（Ｐ−19）により噴射信号期
間P₁をセットする際の内容を具体的に示している。即
ち、所要時間T₁が長時間であれば、つまり、第３気筒54
が上死点の近くに達する際のクランク軸57の速度が遅い
ときには、その後の噴射信号期間P₁の終期が第８図中△
Ｐだけ長くされる。この結果、噴射信号期間P₁に対応す
る第９図中の燃料噴射時間θ_１が△θだけ長くなって、
その分、燃料噴射量が増加し、上記した第３気筒54が上
死点の近くに達する際のクランク軸57の回転速度が速め
られる。

一方、上記とは逆に、所要時間T₁が短時間であれば、
つまり、第３気筒54が上死点に達する際のクランク軸57
の速度が速いときには、その後の噴射信号期間P₁の終期
が第８図中△Ｐ′だけ短くされる。この結果、噴射信号
期間P₁に対応する第９図中の燃料噴射期間θ_１が△θ′
だけ短くなって、その分、燃料噴射量が減少し、上記し
た第３気筒54が上死点に達する際のクランク軸57の回転
速度が遅くされる。

なお、上記実施例では、噴射信号期間P₁の長短調整
は、上死点を基準にしたある一定の時期を始期として、
その終期が早く、もしくは遅くなるようにして行った
が、これとは逆に上死点からみて終期を一定にし、始期
が早く、もしくは遅くなるように調整してもよい。

また、同上の上死点を基準にして始期と終期を共に調
整するようにしてもよい。以下、噴射信号期間P₂〜P₄に
ついても上記と同様である。

しかして、上記した制御装置61による制御によれば、
最低の回転速度Nminが互いに同値に近づくため、クラン
ク軸57の回転速度の変動は第10図中（ａ）で示す如くと
なり、つまり、クランク軸57の回転速度の変動は、第５
図で示した従来のものと比べて少なくなる。

第10図中（ｂ）は、第10図中（ｂ）は、最低と、最高
の各回転速度がそれぞれにおいて、互いに同値に近づく
よう制御した場合を示している。

なお、以上は図示の例によるが、エンジン51の気筒数
は４以外の多気筒であってもよい。また、所要時間T₁〜
T₄の測定は、クランク軸57により直接的に行うことが好
ましいが、これ以外に、このクランク軸57に連動するリ
ングギヤ58やカム軸やポンプ軸により間接的に行っても
よい。

また、上記実施例では、燃料噴射弁１はそのソレノイ
ド36への通電により閉弁し、通電解除で開弁して燃料噴
射を行うものであるが、これを逆にして、通電により開
弁して燃料噴射が可能となるようにしてもよい。

（発明の効果）この発明によれば、各気筒に対しそれぞれ燃料を噴射
する燃料噴射分を設け、この燃料の噴射による爆発行程
が断続的に続けられるようにした多気筒ディーゼルエン
ジンの燃料噴射装置において、上記断続的に続けられる爆発行程の合間で、各爆発行
程の開始直前での所定クランク角分について、クランク
軸が回転するに要した所要時間を順次検出して、これら
検出された所要時間の平均値を算出し、ある爆発行程の
終了に続いて検出された上記所要時間と、上記平均値と
の差の大きさに応じて上記爆発行程に対応する気筒への
燃料噴射期間を長短調整するようにしてあり、次の効果
が生じる。

即ち、上記平均値からみて、検出された所要時間が長
時間（もしくは短時間）であれば、つまり、クランク軸
の速度が遅い（もしくな速い）ときには、爆発行程に対
応する気筒への燃料噴射期間が長く（もしくは短く）さ
れ、もって、上記した気筒の爆発行程の開始直前のクラ
ンク軸の回転速度が速められる（もしくは遅くされ
る）。

よって、エンジンの作動時における爆発行程の開始直
前のクランク軸の各回転速度が互いに近づけられること
から、上記クランク軸の回転速度の変動が少なくされ、
このため、出力トルクの変動が抑制されて、エンジンに
振動が発生したり、騒音が発生したりすることが抑制さ
れる。

しかも、上記したように、検出される所要時間は、各
爆発行程の開始直前に検出されるものであって、つま
り、各気筒の一行程におけるほぼ最低の回転速度が検出
されるのであり、このため、このほぼ最低の回転速度が
直接的に制御されてその変動がより確実に抑制されるこ
ととなる。

よって、上記回転速度がその変動によってあまり低く
なるということが防止されるため、特に、エンジンがそ
の低負荷、低回転時に、不意に停止してしまうというこ
とが防止されて、安定した作動が確保されることとな
る。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例を示し、第１図は全体線図、第２
図は燃料噴射弁の縦断面図、第３図は同上燃料噴射弁の
平面図、第４図は第３図のIV−IV線矢視断面図、第５図
は回転速度の変動を示す原理図、第６図と第７図はフロ
ーチャート図、第８図は噴射パルスと時間の関係を示す
グラフ図、第９図は噴射率と時間の関係を示すグラフ
図、第10図は各実施例を適用した場合における回転速度
の変動を示すグラフ図である。１……燃料噴射弁、51……エンジン、52……第１気筒、
53……第２気筒、54……第３気筒、55……第４気筒、57
……クランク軸、61……制御装置、T₁〜T₄……所要時
間、T_a……平均値、θ……燃料噴射期間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−85432（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−186038（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−221434（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−184947（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−76736（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】各気筒に対しそれぞれ燃料を噴射する燃料
噴射弁を設け、この燃料の噴射による爆発行程が断続的
に続けられるようにした多気筒ディーゼルエンジンの燃
料噴射装置において、上記断続的に続けられる爆発行程の合間で、各爆発行程
の開始直前までの所定クランク角分について、クランク
軸が回転するに要した所要時間を順次検出して、これら
検出された所要時間の平均値を算出し、ある爆発行程の
終了に続いて検出された上記所要時間と、上記平均値と
の差の大きさに応じて上記爆発行程に対応する気筒への
燃料噴射期間を長短調整するようにした多気筒ディーゼ
ルエンジンの燃料噴射装置。