JP3185935B2 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関の燃料
噴射制御装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの着火遅れを少なく
して円滑な燃焼を実現するために、燃料噴射を段階的に
行う装置がある(例えば実開昭６３-８２０６６号公報、
実開昭６３-１５８５８０号公報、参照)。 燃料噴射ノズルのニードルを閉弁付勢する第一バネと第
二バネを並列に介装し、ニードルが初期リフトの段階で
は第一バネが働き、初期リフトを過ぎるとこれに加えて
第二バネを働かせることにより、燃料噴射圧力に対して
ニードルを段階的にリフトさせ、初期噴射燃料が着火し
た後に大量の主噴射を行い、着火遅れの少ない、したが
って振動や騒音の少ない安定かつ円滑な燃焼を確保して
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
燃料噴射ノズルには、燃料噴射ポンプから機関回転に同
期して燃料が圧送されるのであるが、一般的にはこの燃
料送油率は、燃料噴射ポンプを駆動するカムにより、機
関回転との関係から予め決められた所定の特性に設定さ
れている。

【０００４】しかしながら、例えば冷間時等の運転条件
で、初期噴射された燃料が失火する可能性があり、その
場合に振動や騒音を増加させるため、この点で改善の余
地があった。

【０００５】本発明は上記の問題点を解決することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、機関と同期回
転するカムに駆動されて高圧燃料を圧送する燃料噴射ポ
ンプ１と、この圧送燃料の圧力に応じて段階的にニード
ルがリフトして燃料を多段噴射する燃料噴射ノズル２と
を備えたディーゼル機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射ポンプのカムの回転位相を可変とする位相
調整手段３と、初期噴射の失火を検出する失火検出手段
４と、初期噴射の失火が検出された場合に燃料噴射ポン
プの送油率を高め、主噴射への移行を早めるように前記
カムの回転位相を進角制御する制御手段５とを備えた。

【０００７】

【作用】燃料噴射ポンプによる燃料の送油率は、カムの
リフト特性に依存するが、通常はすべての領域で一定の
リフト特性をとるわけではない。そのため、カムの回転
位相を変化させると送油率も増減する。

【０００８】例えば冷間時等の運転条件で、初期噴射さ
れた燃料が失火する場合、この失火を検出して燃料噴射
ポンプの送油率を高めるようにカムの回転位相を進退さ
せることにより、噴射開始時点での噴射燃料量が増大し
て失火を防止する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１０】図２は燃料噴射ノズル２０の一例を示す
が、ノズルホルダ２１の内部にニードル２２が配置さ
れ、このニードル２２は第一バネ２３と第二バネ２４に
よって閉弁方向に付勢される。

【００１１】燃料圧力室２５に導入される燃料圧力によ
り、ニードル２２にかかる圧力が所定値以上に高まる
と、プッシュロッド２６を介して第一バネ２３を圧縮し
ながらニードル２２は初期リフト量Ｌ₁だけリフトす
る。

【００１２】これが初期噴射であり、燃料圧力が第二バ
ネ２４の初期バネ荷重(２段目開弁圧)を越えるまではこ
の状態を維持する。次いで、バネ座２７を介して第二バ
ネ２４を圧縮しながら、ニードル２２が全リフト量Ｌ₂
までリフトし、大量の燃料を供給する主噴射が始まる。

【００１３】このようにして、初期リフト(初期噴射)期
間に少量の燃料を噴射し、次いでメインリフト(主噴射)
期間に大量の燃料を噴射するという、段階的な燃料噴射
が行われるのである。

【００１４】図３に燃料噴射ポンプ１０の一例を示す
が、これはいわゆる列型の燃料噴射ポンプ(特開昭６１-
２１８７６９号公報参照)であり、カム１１の回転によ
りプランジャ１２が上下し、加圧室１３の燃料を燃料弁
１４を介して、燃料噴射ノズル２０に圧送する。

【００１５】プランジャ１２の周囲には制御スリーブ１
５が装着され、このスリーブ１５の軸方向の位置によ
り、燃料圧送の開始時期が決まる。スリーブ１５は燃料
が送り込まれる燃料室１６と加圧室１３との間を連通す
るプランジャ１２に設けた通路１７の燃料室側開口部分
を開閉し、プランジャ１２が上昇する過程で、スリーブ
１５の下端により通路１７の開口が閉じられると、燃料
室１６との連通が遮断され、加圧室１３の圧力が高まり
始める。そして位置制御機構１８とそのアクチュエータ
によりスリーブ１５の位置を上下させることにより、燃
料の圧送開始時期が変化し、すなわち燃料噴射時期を調
整できる。

【００１６】図４にも示すように、、プランジャ１２の
外周面には通路１７から分岐するポート１７ｄが開口
し、同じくプランジャ１２の外周面にはこのポート１７
ｄに連通してプランジャ１２と同軸方向に延びる縦溝１
７ｃと、プランジャ１２の軸方向に対して傾斜して延び
る傾斜溝１７ａと、プランジャ１２の軸方向に対して直
交して延びる横溝１７ｂとが形成される。一方、図５に
も示すように、スリーブ１５には第一通孔１５ｂと第二
通孔１５ａとがそれぞれ形成される。プランジャ１２の
上昇により、横溝１７ｂがスリーブ１５の第一通孔１５
ｂに連通すると、加圧室１３が燃料室１６と連通して、
燃料の圧送が休止し、燃料噴射ノズル２０からの初期噴
射が終了する。続くプランジャ１２の上昇により、傾斜
溝１７ａがスリーブ１５の第二通孔１５ａに連通する
と、加圧室１３が燃料室１６と連通して、燃料の圧送が
終了し、燃料噴射ノズル２０からの主噴射が終了する。

【００１７】また、傾斜溝１７aはプランジャ１２の軸
方向に対して傾斜して開口しているので、プランジャ１
２の軸線まわりの回転位置を回転制御機構１９とそのア
クチュエータによって変化させることにより、通孔１５
aに対する連通時期が変化し、燃料の圧送終了時期、す
なわち燃料噴射量を調整することができる。

【００１８】次に図６，図７には、燃料噴射ポンプ１０
のカム位相を進角、遅角させる位相調整機構３０の一例
(特開昭５８−４８７１９号公報参照)を示す。

【００１９】これは、燃料噴射ポンプ１０のポンプ軸
（カム軸）１０ａと、機関回転が伝達される回転体３１
との連結部分に介装され、機関回転のポンプ軸１０ａに
対する伝達位相を可変的に調整する。

【００２０】ポンプ軸１０ａに同軸結合される回転盤３
３の軸部３２には、これと回転自由に回転体３１が支持
される。

【００２１】そして、回転体３１から回転盤３３に伝達
される回転に必要に応じて位相差を付与するため、回転
盤３３と回転体３１とを回転（円周）方向に相対変位可
能に連結する機構として、まず回転盤３３にはその回転
中心から等距離位置に一対の円形穴３３ａが形成され、
これに第１の偏心カム３５が挿入される。また、この偏
心カム３５に設けた円形穴３５ａには第２の偏心カム３
６が挿入される。

【００２２】第２の偏心カム３６の偏心ピン３６ｂは、
前記回転体３１の側面から貫入し、また、第１の偏心カ
ム３５の偏心ピン３５ｂは、シリンダ３７に収装したピ
ストン３７ａに連結する。

【００２３】シリンダ３７は軸部３２の半径方向に回転
盤３３に一体に取付けられ、その油室３７ｂには、軸部
３２の内周通路３２ａを介して供給される圧油が導かれ
る。ピストン３７ａはこの供給圧力と、リターンスプリ
ング３７ｃとがバランスする位置へと移動する。

【００２４】したがって、ピストン３７ａの位置に応じ
て偏心ピン３５ｂにより第１の偏心カム３５が回動し、
これにより第２の偏心カム３６が回転盤３３に対して円
周方向に変位し、その偏心ピン３６ｂを介して連結する
回転体３１と回転盤３３との回転方向の位相を変化させ
る。

【００２５】これにより、機関回転に対して、燃料噴射
ポンプ１０のポンプ軸１０ａ、つまりカム１１の回転位
相が変化し、燃料の送油率が変わる。

【００２６】シリンダ３７の油室３７ｂへ導かれるオイ
ルポンプ３９からの油圧は、制御弁３８の開度に応じて
変化し、制御弁開度が増加すると油圧は低下する。

【００２７】そして本発明では、初期噴射時の失火を検
出し、初期噴射時の失火が検出された場合に燃料噴射ポ
ンプ１０の送油率を高めるようにカム１１の回転位相を
制御することに要点があり、これは図８に示すコントロ
ーラ５０によって制御される。

【００２８】例えば冷間時等の運転条件で、初期噴射さ
れた燃料が失火する場合、この失火を検出して燃料噴射
ポンプの送油率を高めることにより、噴射開始時点での
噴射燃料量が増大し、着火遅れの少ない安定した燃焼が
実現し、失火を防止する。

【００２９】そこで、燃料噴射ポンプ１０の送油率を調
整するため、コントローラ５０により位相制御機構３０
を介してカム１１の回転位相を制御する。

【００３０】コントローラ５０は演算部分のＣＰＵ、記
憶部分のＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力部分のＩ／Ｏ等からな
るマイコンで構成される。

【００３１】コントローラ５０にはエンジン回転数セン
サ５１、アクセル開度センサ５２、吸気温センサ５３、
排気温センサ５４、吸気圧センサ５５、水温センサ５
６、燃温センサ５７、着火時期センサ５８、スリーブ位
置センサＡ５９、スリーブ位相センサＢ６０の検出信号
を入力し、これら基づいて燃料噴射時期、燃料噴射量、
排気還流量、カム位相を適正に制御するように、それぞ
れ前記プランジャ１２の回転制御機構１９を駆動する噴
射量制御用アクチュエータ６１、スリーブ１５の位置制
御機構１８を駆動する噴射時期制御用アクチュエータ６
２、カム位相調整機構３０（制御弁３８）に出力する。

【００３２】ここでコントローラ５０における制御動作
を図９のフローチャートを参照しながら説明する。まず
ステップ７１でエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃ
ｃ、冷却水温Ｔｗ、着火時期センサ出力Ｖｃ等の運転条
件の諸データを読込み、次いで基本燃料噴射量ＱＮ、基
本燃料噴射時期ＩＴＮ、基本カム位相ＤＱＮ、基本初期
着火時期ＣＴＰをそれぞれテーブルルックアップにより
求める（ステップ７２）。基本噴射量ＱＮは図１０に示
すようにエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃとに
基づいて、また基本燃料噴射時期ＩＴＮは図１１に示す
ようにエンジン回転数Ｎｅに基づいて、最適な特性に予
め決めてある。

【００３３】基本カム位相ＤＱＮはエンジン回転数Ｎe
と燃料噴射量Ｑに基づいて図１２の特性に設定してある
が、これは燃料の送油率（噴射率）を制御するもので、
燃料噴射ポンプ１０のカム１１の位相によってカム速度
（リフト速度）が異なるため、このカム位相を変えるこ
とにより燃料送油率を変化させることができる。この場
合カム位相が進角させると、カム速度域の速い領域での
燃料圧送により燃料送油率が高まり、遅角すると逆に燃
料送油率は低くなる。

【００３４】基本的な燃料送油率は、アクセル開度Ａｃ
ｃが小さいほど大きくなるように設定してあり、したが
って低アクセル開度域でカム位相の進角値を大きくして
いる。

【００３５】次に基本初期着火時期ＣＴＰは、ニードル
２２が初期リフトする期間に噴射された燃料が着火する
時期であり、最適な特性を図１３に示すように予め決め
てある。

【００３６】このような基本値をテーブルルックアップ
により読込んだら、次にステップ７３において、着火時
期センサ５８の出力Ｖｃと基本初期着火時期ＣＴＰを比
較し、その差すなわち着火遅れ期間が所定値以下である
かどうかを判断する。

【００３７】もしステップ７３で着火遅れ期間が所定値
以下すなわち初期噴射燃料が着火している場合には、ス
テップ７５でカム位相補正量ΔＤＱ＝０としてステップ
７６に進む。

【００３８】もしステップ７３で着火遅れ期間が所定値
より大きい、すなわち初期噴射燃料が着火していない場
合には、ステップ７４でカム位相補正量ΔＤＱをテーブ
ルルックアップにより算出してステップ７６に進む。

【００３９】図１４はカム位相補正特性を示すもので、
エンジン回転数に応じて最適な特性に設定してある。

【００４０】したがってステップ７６にあるように、カ
ム位相ＤＱ＝ＤＱＮ＋ΔＤＱは、初期噴射燃料の失火時
は基本カム位相ＤＱより進角される補正が行われ、カム
速度の速い領域での燃料圧送により燃料送油率が高ま
り、単位時間当たりの燃料の圧送量を増加し、ニードル
２２の主噴射への移行を早めることができる。すなわ
ち、初期噴射時の送油率を上げるということは、このと
きの単位時間当たりの燃料の噴射量が増大するというこ
とであり、図２のニードル２２の初期リフト分のストロ
ークの移動に要する時間が実質的に短縮されることに相
当し、この結果、燃料の主噴射への移行時間が早められ
るのである。

【００４１】このようにして、実際の初期着火時期を検
出しながら、これが目標値と一致するように、カム位相
を制御することにより補正するので、冷間時等を含めて
常に安定した燃焼性が得られる。

【００４２】なお、ステップ７６では、このカム位相Ｄ
Ｑと共に、既に算出した基本噴射量Ｑ、基本噴射時期Ｉ
Ｔをメモリの所定のアドレスに格納して、一連の制御ル
ーチンを完了する。

【００４３】もちろん、この制御動作は機関回転に同期
して繰り返し行われ、その都度新しいデータに更新され
ていくのであり、これに基づいて、コントローラ５０は
前記したスリーブ１５の位置制御機構１８、プランジャ
１２の回転制御機構１９並びにカム位相調整機構３０の
作動を制御する。

【００４４】次に、他の実施例として初期噴射時の失火
を検出し、失火が検出された場合に燃料噴射ポンプ１０
の噴射時期を進角して着火性の改善をはかることも可能
である。

【００４５】ここでコントローラ５０における制御動作
を図１５のフローチャートを参照しながら説明する。 まずステップ８１でエンジン回転数Ｎe、アクセル開度
Ａcc、冷却水温Ｔｗ、着火時期センサ出力Ｖｃ等の運転
条件の諸データを読込み、次いで基本燃料噴射量ＱＮ、
基本燃料噴射時期ＩＴＮ、基本カム位相ＤＱＮ、基本２
段目開弁圧ＤＱＮ、基本初期着火時期ＣＴＰをそれぞれ
テーブルルックアップにより求める(ステップ８２)。 このような基本値をテーブルルックアップにより読込ん
だら、次にステップ８３において、着火時期センサ５８
の出力Ｖｃと基本初期着火時期ＣＴＰを比較し、その差
すなわち着火遅れ期間が所定値以下であるかどうかを判
断する。

【００４６】もしステップ８３で着火遅れ期間が所定値
以下すなわち初期噴射燃料が着火している場合には、ス
テップ８５で噴射時期補正量ΔＩＴ＝０としてステップ
８６に進む。

【００４７】もしステップ８３で着火遅れ期間が所定値
より大きい、すなわち初期噴射燃料が着火していない場
合には、ステップ８４でカム位相補正量ΔＩＴをテーブ
ルルックアップにより算出してステップ８６に進む。

【００４８】図１６は噴射時期補正特性を示すもので、
エンジン回転数に応じて最適な特性に設定してある。

【００４９】したがってステップ８６にあるように、噴
射時期ＩＴ＝ＩＴＮ＋ΔＩＴは、初期噴射燃料の失火時
は基本噴射時期ＩＴより進角される補正が行われる。

【００５０】このようにして、実際の初期着火時期を検
出しながら、これが目標値と一致するように、噴射時期
を制御することにより、冷間時等を含めて常に安定した
燃焼性が得られる。

【００５１】なお、ステップ８６では、この噴射時期Ｉ
Ｔと共に、既に算出した基本噴射量Ｑ、カム位相ＤＱを
メモリの所定のアドレスに格納して、一連の制御ルーチ
ンを完了する。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ディーゼ
ル機関の燃料噴射制御装置において、初期噴射時の失火
を検出し、初期噴射時の失火が検出された場合に燃料噴
射ポンプの送油率を高め、主噴射への移行を早めるよう
にカムの回転位相を制御することにより、冷間時等の運
転条件で初期噴射された燃料が失火することを防止し、
着火遅れのない安定した燃焼により振動や騒音を低減す
るとともに、燃費や排気組成等を良好に維持することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図である。

【図２】同じく本発明の実施例を示す燃料噴射ノズルの
断面図である。

【図３】同じく燃料噴射ポンプの断面図である。

【図４】同じくプランジャの正面図である。

【図５】同じくスリーブの断面図である。

【図６】同じくカム位相調整機構の要部断面図である。

【図７】同じくカム位相調整機構の要部正面図である。

【図８】同じくコントローラのブロック図である。

【図９】同じく制御動作のフローチャートである。

【図１０】同じく基本燃料噴射量の制御特性図である。

【図１１】同じく基本燃料噴射時期の制御特性図であ
る。

【図１２】同じく基本カム位相の制御特性図である。

【図１３】同じく基本初期着火時期の特性図である。

【図１４】同じくカム位相補正値の制御特性図である。

【図１５】他の実施例を示す制御動作のフローチャート
である。

【図１６】同じく噴射時期補正値の制御特性図である。

【符号の説明】

１０ 燃料噴射ポンプ ２０ 燃料噴射ノズル ２２ ニードル ２３ スプリング ２４ スプリング ３０ カム位相制御機構 ５０ コントローラ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関と同期回転するカムに駆動されて高
   圧燃料を圧送する燃料噴射ポンプと、この圧送燃料の圧
   力に応じて段階的にニードルがリフトして燃料を多段噴
   射する燃料噴射ノズルとを備えたディーゼル機関の燃料
   噴射制御装置において、前記燃料噴射ポンプのカムの回
   転位相を可変とする位相調整手段と、初期噴射の失火を
   検出する失火検出手段と、初期噴射の失火が検出された
   場合に燃料噴射ポンプの送油率を高め、主噴射への移行
   を早めるように前記カムの回転位相を進角制御する制御
   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。