JP3594366B2 - エンジンの燃料噴射時期制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプの制御に用いて好適のエンジンの燃料噴射時期制御装置に関し、特に、電磁弁を通じてタイマピストンの位置を調整することで燃料噴射時期を制御しうる、エンジンの燃料噴射時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプには、図４に示すような構成のものがある。この図４に示す燃料噴射ポンプは、いわゆる電子制御式の分配型燃料噴射ポンプであり、図４において、１０はポンプ本体であり、ポンプ本体１０の内部には、ベーン式のフィードポンプ１１がそなえられている。ここでは、フィードポンプ１１については、本来の側面図に並べて９０°だけ図示角度を変えた正面図についても示している。
【０００３】
このフィードポンプ１１は、エンジンの回転で作動するドライブシャフト１２で回転駆動されて、燃料タンクからの燃料を圧送する。このフィードポンプ１１から出力された燃料は、ポンプ本体１０の内部のポンプ室１３に送られて、ポンプ室１３から通路１４を通って燃料圧送用プランジャ１５へと送給される。通路１４には燃料カット用マグネットバルブ１６が介装される。
【０００４】
プランジャ１５は、ポンプ本体１０に形成されたプランジャ室１７内を進退しながら、内部に形成された連通口１７Ａを介して、通路１４からの燃料を通路１８からデリバリバルブ１９へと供給する。このようなプランジャ１５の進退駆動は、プランジャ１５の一端に結合されたカムディスク２０の作用により行なわれる。
【０００５】
つまり、プランジャ１５及びカムディスク２０は、ドライブシャフト１２でエンジン回転に応じて回転駆動される。また、カムディスク２０は、プランジャ１５を介してスプリング２１で付勢されることで、ローラホルダ２２に軸支されたローラ２３に当接している。なお、ローラホルダ２２は、ドライブシャフト１２の軸心線方向へは移動ぜず、また、通常時（後述する回転位相の調整時以外）はドライブシャフト１２の軸心回りに回転することはない。これにより、カムディスク２０は、そのカムプロフィルに応じてローラ２３に排動されながら、軸方向へ移動する。このようにして、プランジャ１５が進退して、所要のタイミングで燃料の供給を行なうのである。
【０００６】
なお、通路１８，デリバリバルブ１９は各気筒毎に設けられている。例えば４気筒エンジンの場合には、通路１８，デリバリバルブ１９も４つ設けられることになる。
また、ローラ２３は、図５に示すように、ローラホルダ２２に複数（ここでは、４つ）設けられており、カムディスク２０のカムプロフィルもこれに応じたものになっている。これにより、カムディスク２０が１回転するとプランジャ１５は４回駆動されることになり、この４回のプランジャ１５の作動に応じて、例えば４つの気筒のそれぞれに順に燃料が供給されるようになる。
【０００７】
なお、燃料の噴射量制御のために、プランジャ１５の外周を進退してプランジャ１５の圧送ストロークを調整するコントロールスリーブ２４と、このコントロールスリーブ２４を駆動するガバナ（ここではエレクトリックガバナ）２５とが設けられている。
さらに、図４中、２６はレギュレータバルブ、２７はドライブシャフト１２の回転速度を検出するセンシングギヤプレート、２８は燃料温度センサであり、２９はポンプ室１３内の過剰な燃料を燃料タンクへ戻すオーバフローバルブであって、チェックバルブをそなえている。
【０００８】
ところで、このような燃料噴射ポンプでは、燃料の噴射タイミングを制御するために、タイマ３０が設けられている。タイマ３０には、ローラ２３の回転方向位置を変更するタイマピストン３１がそなえられれている。なお、このタイマピストン３１についても、便宜上、９０°だけ図示角度を変えた正面図で示している。
【０００９】
このタイマピストン３１は、図４，図５に示すように、ポンプ本体１０に形成されたシリンダ３２内で進退しながら、ピストンピン３３を通じてローラホルダ２２を微小回転させる。
つまり、タイマピストン３１は、中間部にピストンピン３３をピン結合され、その一端にはポンプ室１３内の燃料圧を導かれる第１圧力室３４が設けられ、他端には吸入側燃料圧（フィードポンプ１１の上流側の燃料圧）を導かれる第２圧力室３５が設けられる。
【００１０】
また、タイマピストン３１には、ポンプ室１３と第１圧力室３４とを連通する通路３６が設けられ、この通路３６にはオリフィス３７が介設されている。さらに、第２圧力室３５内には、タイマピストン３１を一端側（第１圧力室３４方向）へ付勢するタイマスプリング３８がそなえられる。
そして、第１圧力室３４内の燃料圧と、第２圧力室３５内の燃料圧及びタイマスプリング３８の付勢力とのバランスによって、タイマピストン３１の位置が決定する。例えば図５の（Ａ）に示す状態よりも第１圧力室３４内の燃料圧が高くなると、図５の（Ｂ）に示すように、タイマピストン３１が図中左方へ移動するが、この時には、燃料噴射タイミングは進角側へ調整される。逆に、第１圧力室３４内の燃料圧が低くなると、タイマピストン３１が図中右方へ移動して、燃料噴射タイミングは遅角側へ調整される。
【００１１】
例えば、エンジンの回転速度が高まると、フィードポンプ１１からの出力圧が高まって、ポンプ室１３内の燃料圧も高まり、第１圧力室３４が高圧になる。したがって、タイマピストン３１が図中左方へ移動して、燃料噴射タイミングが進角側へ調整されることになる。
さらに、このポンプの場合、図４に示すように、第１圧力室３４側と第２圧力室３５側との圧力バランスを調整しうるタイミングコントロールバルブ（ＴＣＶ）３９が設けられており、様々なパラメータに基づいて燃料噴射タイミングを調整しうるようになっている。
【００１２】
つまり、タイミングコントロールバルブ３９は、電子制御式の電磁弁であり、デューティ制御によりその開度（単位時間当たりの開弁時間）を調整される。したがって、タイミングコントロールバルブ３９をデューティ制御することで、バルブ３９の開度に応じて第１圧力室３４側と第２圧力室３５側との圧力差が適宜調整（ここでは減少側へ調整）され、タイマピストン３１の位置が調整されることになり、この結果、燃料噴射タイミングが調整される。
【００１３】
このようなタイミングコントロールバルブ３９の駆動は、図示しないタイミングコントロールバルブドライバ（ＴＣＶドライバ）により行なわれるが、このＴＣＶドライバは、図示しないコントローラにより目標燃料噴射量Ｑやエンジン回転数Ｎｅに応じて作動を制御される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、タイミングコントロールバルブ３９をデューティ制御する場合、一定の周波数で駆動電流パルスを発しながら制御を行なうことになるが、この時の駆動周波数がエンジンの回転数の整数倍に近づくと、燃料噴射時期が変動することがある。この現象は「揺らぎ」と呼ばれ、この「揺らぎ」は、近接した異なる２つの周波数の干渉により生じるいわゆる「うなり」の現象と考えられる。
【００１５】
例えば図６の曲線Ｓは、この揺らぎ現象を示す実験データであり、エンジン回転数Ｎｅを１８００ｒｐｍの近傍とし、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数を６０Ｈｚとした条件下での実験結果を示す。横軸が時間、縦軸がタイマピストン３１の位置（ＴＰＳ）であり、曲線Ｃ１がＴＰＳの変動特性を示しているが、ＴＰＳが比較的長周期（約１秒）で振動していることがわかる。
【００１６】
これは、エンジン回転数Ｎｅが正確に１８００ｒｐｍ（＝３０Ｈｚ）であれば、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数６０Ｈｚは丁度エンジン回転数Ｎｅの２倍になるが、エンジン回転数Ｎｅが１８００ｒｐｍに近いが正確に１８００ｒｐｍではないために、このような「うなり」のような現象が生じるものと考えられる。
【００１７】
そこで、エンジン回転数Ｎｅを１７７０ｒｐｍ（＝２９．５Ｈｚ）としてタイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数を６０Ｈｚとした場合をシミュレーションしてみると、図７に示すように、上述の図６に示す実験結果とほぼ同様の特性が現れる。
このような揺らぎ現象の原因は、オリフィス３７が一定に作用し且つタイミングコントロールバルブ３９の開度が一定のときには、タイマピストン３１の両端の差圧により、各圧力室３４，３５での燃料の流入出即ちタイマピストン３１の位置が支配される。したがって、差圧変動が揺らぎ（即ち、タイマピストン３１の変位）の原因と考えられる。
【００１８】
そこで、さらに、差圧変動の要因を考えると、ポンプ室１３の圧力変動、及び、タイマピストン３１のシリンダ３２内の圧力変動が考えられる。
このうち、ポンプ室１３の圧力変動は、フィードポンプ１１の吐出圧の変動によるものや、プランジャ１５の燃料圧送スピルによるもの等が考えられる。また、タイマピストンシリンダ３２内の圧力変動は、カムディスク２０がローラ２３を乗り越える時の反力がピストンピン３３を通じて伝達されることによるものや、タイマピストン３１の質量とタイマスプリング３８の弾性特性とによる共振によるものなどが考えられる。
【００１９】
これらのなかでも、特に、影響が大きいものが、カムディスクの乗り越え時の反力である。この反力は、カムディスクの乗り越え時にタイマピストン３１の動きにより、タイマピストン３１の両端（即ち、両圧力室３４，３５）の流入圧がともに変動するため、単純に考えると、ポンプ室１３の圧力変動の２倍の影響がある。しかも、タイマピストン３１に作用する強制圧自体も変動が大きいため、最も影響が大きいと言える。なお、このカムディスクの乗り越え時の反力は、４気筒エンジンの場合、エンジン回転数Ｎｅの２倍の周波数をもち、振幅はほぼ一定である。
【００２０】
このような揺らぎ現象を回避するには、以下のような手段が考えられる。
（１）つまり、図８中の直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に示すように、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数をエンジン回転との共振点、即ちエンジン回転数Ｎｅ，又はエンジン回転数Ｎｅの２倍値（＝２Ｎｅ），又はエンジン回転数Ｎｅの４倍値（＝４Ｎｅ）と完全に同期させる。この技術は、例えば特公昭６３−８２９８号公報に開示されている。
【００２１】
（２）図８中の破線Ｌ４に示すように、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数をエンジン回転数Ｎｅに対して鋸刃状に変更しながら、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数がエンジン回転との共振点、即ちエンジン回転数Ｎｅや２Ｎｅや４Ｎｅに接近しないようにする。この技術は、例えば特公平１−１９０５９号公報に開示されている。
【００２２】
これらの手段は、図９に示すように、タイミングコントロールバルブとエンジンとの周波数差が離れるほど、揺らぎ（ピストン振幅）が減少するという特性による。図９中、Ｎｅを付す特性は０．５次共振点の近傍、即ち、タイミングコントロールバルブの駆動周波数をエンジン回転数Ｎｅの近傍にした場合のもので、２＊Ｎｅを付す特性は１次共振点の近傍、即ち、タイミングコントロールバルブの作動周波数をエンジン回転数Ｎｅの２倍の近傍にした場合のもので、４＊Ｎｅを付す特性は２次共振点の近傍、即ち、タイミングコントロールバルブの作動周波数をエンジン回転数Ｎｅの４倍の近傍にした場合のものである。
【００２３】
（１）の解決手段に着目すると、上述の特公昭６３−８２９８号公報は、燃料フィード圧に基づいて、開閉弁（タイミングコントロールバルブ）の作動周波数を機関回転数の整数倍（例えば２倍）となるように制御することで、開閉弁の作動周期を燃料フィード圧の圧力変動周期と同期させて、燃料フィード圧の圧力変動を減少させ、燃料噴射時期を精度よく制御しようとする技術である。
【００２４】
しかしながら、この技術では、燃料フィード圧を検出してこの圧力に基づいて開閉弁の作動を制御するため、以下のような不具合がある。
ます、上述のゆらぎ現象に対しては、燃料フィード圧の影響は比較的小さいので、燃料フィード圧に基づいた制御は必ずしも適切ではない。
また、燃料噴射時期が変化するごとに開閉弁の駆動開始時期も変化するため、開閉弁の駆動終了時期（即ち、デューティ幅）の設定が複雑になる。逆に、開閉弁の駆動終了時期を回転位相に同期させようとすると開閉弁の駆動開始時期を正しく設定できないので開閉弁の開度制御（即ち、デューティ制御）を行なえない。
【００２５】
さらに、機関のクランク角に対して、検出した燃料フィード圧情報に基づく信号を同期させるのに工夫が必要になる。これは、燃料フィード圧の立ち上がりは噴射時期に同期するがクランク角とは関連なく、また、燃料フィード圧の立ち下がりは噴射量に依存するがやはりクランク角とは関連ないためである。
また、（２）の技術は、複数の駆動周波数をエンジン回転数（回転速度）に応じて選択するが、駆動周波数の切替ポイントを適切に設定しないと揺らぎ現象の抑制効果を確実に得ることはできない。
【００２６】
例えば、図８のエリアＡ１内の切替ポイントＰ１では、タイミングコントロールバルブの駆動周期とエンジン回転数とが１次共振領域に接近するので、前述の揺らぎ現象が大きく現れ易い。これは、１次共振の領域では、揺らぎによるピストン振幅が大きくなるためである。
つまり、図９に２＊Ｎｅの特性線で示すように、１次共振付近でのピストン振幅は、０．５次共振（特性線Ｎｅ）の付近でのものに比べるとほぼ２倍以上も大きく、また、２次共振（特性線４＊Ｎｅ）の付近でのものに比べるとほぼ４倍以上も大きくなる。
【００２７】
このようにピストン振幅が大きいと、それだけ燃料噴射時期の制御精度も低下してしまうので、特に、１次共振の領域での揺らぎ現象を回避できるようにすべきであるが、従来の技術では、このように１次共振の領域の揺らぎ対策について特別には考えられておらず、揺らぎ現象の抑制効果を確実に得るまでには至っていない。
【００２８】
なお、特開平１−３０００３７号，特開平４−３４７３４６号，特公平３−２５６２６号の各公報にも、ディーゼルエンジン等のエンジンの燃料噴射時期制御に関する技術が開示されているが、これらの技術は、上述のような揺らぎ現象に関して具体的に着目しておらず、また、かかる揺らぎ現象を適切に回避しうるものではない。
【００２９】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、電磁弁を通じてタイマピストンの位置を調整することで燃料噴射時期を制御しうる装置において、揺らぎ現象の抑制効果を確実に得られるようにして燃料噴射時期を適切に制御できるようにした、エンジンの燃料噴射時期制御装置を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置は、供給される油圧に応じてタイマピストンを移動させることで燃料噴射弁から噴射されるエンジンの燃料噴射時期を変更しうるタイマと、所要のデューティ比に制御されながら該タイマへ供給される油圧を調整するタイマ制御用電磁弁と、該エンジンの運転状態に応じて該電磁弁の該デューティ比を決定するデューティ比決定手段と、第１の周波数を有する信号を発生する第１周波数信号発生手段と、該第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する信号を発生する第２周波数信号発生手段と、該エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、該エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数に応じて該第１の周波数信号と該第２の周波数信号とを切り替えて出力する周波数信号切替手段と、上記の周波数信号切替手段から出力された周波数信号に基づく駆動周波数で且つ該デューティ比決定手段で決定したデューティ比によるオン・オフ信号によって該電磁弁を制御する制御手段とをそなえ、該周波数信号切替手段が、該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との間の回転数として予め設定された第１の信号切替用エンジン回転数に基づいて、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも低速回転側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用い、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも高速回転側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用いるように、上記の第１及び第２の周波数信号を切り替えるように構成され、エンジン回転数の変化に伴い該第１の周波数信号及び該第２の周波数信号が共振エンジン回転数に近づくのを防止するために、該第１の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差が、該第１の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されていることを特徴としている。
【００３１】
請求項２記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置は、請求項１記載の構成において、該第１の信号切替用エンジン回転数以外の第２の信号切替用エンジン回転数が、該電磁弁の該エンジン回転との１次共振領域と２次共振領域との間に設けられて、該第２の信号切替用エンジン回転数よりも該１次共振領域側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用い、該第２の信号切替用エンジン回転数よりも該２次共振領域側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用いるように、該周波数信号切替手段による周波数切替が設定され、該第２の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、該第２の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関する２次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されていることを特徴としている。
【００３２】
請求項３記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置は、請求項１又は２記載の構成において、上記の第１及び第２の信号切替用エンジン回転数以外の第３の信号切替用エンジン回転数が、該電磁弁の該エンジン回転との０．５次共振領域と１次共振領域との間に設けられて、該第３の信号切替用エンジン回転数よりも該０．５次共振領域側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用い、該第３の信号切替用エンジン回転数よりも該１次共振領域側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用いるように、該周波数信号切替手段による周波数切替が設定され、該第３の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、該第３の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関する０．５次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されていることを特徴としている。
【００３４】
【作用】
上述の請求項１記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置では、タイマが、供給される油圧に応じてタイマピストンを移動させることで燃料噴射弁から噴射されるエンジンの燃料噴射時期を調整する。
このとき、タイマへ供給される油圧はタイマ制御用電磁弁を通じて調整されるが、タイマ制御用電磁弁は制御手段によって、次のように制御される。
【００３５】
つまり、燃料噴射時期の調整にあたり、デューティ比決定手段が、エンジンの運転状態に応じて電磁弁のデューティ比を決定する。また、第１周波数信号発生手段が、第１の周波数を有する信号を発生し、第２周波数信号発生手段が、第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する信号を発生して、周波数信号切替手段が、エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数に応じて第１の周波数信号と第２の周波数信号とを切り替えて出力する。
【００３６】
そして、制御手段が、周波数信号切替手段から出力された周波数信号に基づく駆動周波数で且つデューティ比決定手段で決定したデューティ比によるオン・オフ信号によって電磁弁を制御する。
周波数信号切替手段による第１の周波数信号と第２の周波数信号との切替は、該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との間の回転数として予め設定された第１の信号切替用エンジン回転数に基づいて、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも低速回転側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用い、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも高速回転側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用いるようにして行なわれる。エンジン回転数の変化に伴い該第１の周波数信号及び該第２の周波数信号が共振エンジン回転数に近づくのを防止するために、この第１の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差が、該第１の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されているので、電磁弁の駆動周波数が、電磁弁とエンジン回転との共振周波数に接近しなくなり、タイマピストンの揺らぎ現象が抑制又は回避される。
つまり、共振領域では、第１の信号切替用エンジン回転数よりも高速回転側では、第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数に接近するが、この領域では第２の周波数が用いられるので、電磁弁の駆動周波数が、電磁弁とエンジン回転とのＮ次共振周波数に接近しなくなり、タイマピストンの揺らぎ現象が抑制又は回避される。
また、第１の信号切替用エンジン回転数よりも低速回転側では、第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数に接近するが、この領域では第１の周波数が用いられるので、電磁弁の駆動周波数が、電磁弁とエンジン回転とのＮ次共振周波数に接近しなくなり、タイマピストンの揺らぎ現象が抑制又は回避される。
さらに、一般に、等しい次数の共振の場合、低周波（低速回転）である第２の周波数の方が高周波（高速回転）である第１の周波数の場合よりも、タイマピストンの揺らぎの振幅が大きく燃料噴射時期制御への影響が大きいが、第１の信号切替用エンジン回転数と第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差が、第１の信号切替用エンジン回転数と第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きく設定されているので、より影響の大きい低周波共振付近での揺らぎが優先的に抑制されるようになる。
【００３７】
上述の請求項２記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置では、電磁弁のエンジン回転との１次共振領域と２次共振領域との間において、該第１の信号切替用エンジン回転数以外の第２の信号切替用エンジン回転数で周波数信号が切り替えられ、第２の信号切替用エンジン回転数よりも１次共振領域側（即ち、低速回転側）のエンジン回転数領域では第２の周波数が用いられて、第２の信号切替用エンジン回転数よりも２次共振領域側（即ち、高速回転側）のエンジン回転数領域では第１の周波数が用いられる。
【００３８】
第２の信号切替用エンジン回転数よりも１次共振領域側（低速回転側）では、第２の周波数よりも高い周波数の第１の周波数に関する１次共振エンジン回転数に接近するが、この領域では第２の周波数が用いられるので、電磁弁の駆動周波数が、電磁弁とエンジン回転との１次共振周波数に接近しなくなり、タイマピストンの揺らぎ現象が抑制又は回避される。
【００３９】
また、一般に、１次共振付近は２次共振付近よりもタイマピストンの揺らぎの振幅が大きく燃料噴射時期制御への影響が大きいが、第２の信号切替用エンジン回転数と第１の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、第２の信号切替用エンジン回転数と第２の周波数に関する２次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きく設定されているので、より影響の大きい１次共振付近での揺らぎの方が、２次共振付近の揺らぎよりも優先的に抑制されるようになる。
【００４０】
上述の請求項３記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置では、電磁弁のエンジン回転との０．５次共振領域と１次共振領域との間において、上記の第１及び第２の信号切替用エンジン回転数以外の第３の信号切替用エンジン回転数で周波数信号が切り替えられ、第３の信号切替用エンジン回転数よりも０．５次共振領域側（即ち、低速回転側）のエンジン回転数領域では第２の周波数が用いられて、第３の信号切替用エンジン回転数よりも１次共振領域側（即ち、高速回転側）のエンジン回転数領域では第１の周波数が用いられる。
【００４１】
第３の信号切替用エンジン回転数よりも１次共振領域側（高速回転側）では、第１の周波数よりも低い周波数の第２の周波数に関する１次共振エンジン回転数に接近するが、この領域では第１の周波数が用いられるので、電磁弁の駆動周波数が、電磁弁とエンジン回転との１次共振周波数に接近しなくなり、タイマピストンの揺らぎ現象が抑制又は回避される。
【００４２】
また、一般に、１次共振付近は０．５次共振付近よりもタイマピストンの揺らぎの振幅が大きく燃料噴射時期制御への影響が大きいが、第３の信号切替用エンジン回転数と第２の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、第３の信号切替用エンジン回転数と第１の周波数に関する０．５次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きく設定されているので、より影響の大きい１次共振付近での揺らぎの方が、０．５次共振付近の揺らぎよりも優先的に抑制されるようになる。
【００４６】
【実施例】
以下、図面により、本発明の実施例について説明する。
図１〜図３は本発明の一実施例としてのエンジンの燃料噴射時期制御装置を示すものであるが、このエンジンの燃料噴射時期制御装置は、従来技術として既に説明したように、図４，図５に示すような電子制御式の分配型燃料噴射ポンプに適用される。そこで、図４，図５を参照して、この分配型燃料噴射ポンプから簡単に説明する。
【００４７】
本エンジンの燃料噴射時期制御装置をそなえる燃料噴射ポンプは、図４に示すように、ポンプ本体１０の内部に、エンジン駆動のドライブシャフト１２で回転駆動されるベーン式フィードポンプ１１をそなえ、このフィードポンプ１１で、燃料タンクからの燃料をポンプ本体１０の内部のポンプ室１３に圧送し、更に、通路１４を経て燃料圧送用プランジャ１５へと送給するようになっている。通路１４には、燃料カット用マグネットバルブ１６が設けられる。
【００４８】
プランジャ１５はプランジャ室１７内を進退するが、このプランジャ１５の位置に応じて、通路１４側の燃料をプランジャ室１７に吸入して、連通口１７Ａを介して通路１８からデリバリバルブ１９へと圧送するようになっている。なお、通路１８，デリバリバルブ１９は各気筒毎に設けられている。また、プランジャ１５は、その一端に結合されたカムディスク２０を通じて進退駆動されるようになっている。
【００４９】
すなわち、カムディスク２０は、プランジャ１５に装着されたスプリング２１でローラホルダ２２に軸支されたローラ２３に付勢されており、プランジャ１５及びカムディスク２０がドライブシャフト１２で回転駆動されると、カムディスク２０は、そのカムプロフィルに応じてローラ２３に排動されながら、軸方向へ移動して、プランジャ１５を進退させて、所要のタイミングで燃料の供給を行なうようになっている。
【００５０】
ローラ２３は、図５に示すように、ローラホルダ２２に複数（ここでは、４つ）設けられており、カムディスク２０のカムプロフィルもこれに応じたものになっている。これにより、カムディスク２０が１回転するとプランジャ１５は４回駆動されることになり、この４回のプランジャ１５の作動に応じて、例えば４つの気筒のそれぞれに順に燃料が供給されるようになっている。
【００５１】
また、燃料の噴射量制御のためのコントロールスリーブ２４，このコントロールスリーブ２４を駆動するガバナ（ここではエレクトリックガバナ）２５のほか、レギュレータバルブ２６，ドライブシャフト１２の回転速度を検出するセンシングギヤプレート２７，燃料温度センサ２８，ポンプ室１３内の過剰な燃料を燃料タンクへ戻すチェックバルブ付きオーバフローバルブ２９も設けられる。
【００５２】
そして、ローラ２３の回転方向位置を変更するために、タイマピストン３１をそなえたタイマ３０が設けられている。タイマピストン３１は、図４，図５に示すように、ポンプ本体１０に形成されたシリンダ３２内で進退しながら、ピストンピン３３を通じてローラホルダ２２を微小回転させる。
タイマピストン３１は、中間部にピストンピン３３をピン結合され、一端にはポンプ室１３内の燃料圧を導かれる第１圧力室３４が設けられ、他端には吸入側燃料圧（フィードポンプ１１の上流側の燃料圧）を導かれる第２圧力室３５が設けられている。また、タイマピストン３１には、ポンプ室１３と第１圧力室３４とを連通する通路３６が設けられ、この通路３６にはオリフィス３７が介設されている。さらに、第２圧力室３５内には、タイマピストン３１を一端側（第１圧力室３４方向）へ付勢するタイマスプリング３８がそなえられる。
【００５３】
これにより、第１圧力室３４内の燃料圧と、第２圧力室３５内の燃料圧及びタイマスプリング３６の付勢力とのバランスによって、タイマピストン３１の位置が決定するが、このポンプの場合、図４に示すように、第１圧力室３４側と第２圧力室３５側との圧力バランスを調整しうるタイマ制御用電磁弁としてのタイミングコントロールバルブ（ＴＣＶ）３９が設けられており、様々なパラメータに基づいて燃料噴射タイミングを調整しうるようになっている。
【００５４】
このタイミングコントロールバルブ３９は、電子制御式電磁弁であり、デューティ制御によりその開度（単位時間当たりの開弁時間）を調整されるようになっており、このタイミングコントロールバルブ３９をデューティ制御することで、バルブ３９の開度に応じて第１圧力室３４側と第２圧力室３５側との圧力差が適宜調整（ここでは減少側へ調整）され、タイマピストン３１の位置が調整されることになり、この結果、燃料噴射タイミングが調整されるようになっている。
【００５５】
このようなタイミングコントロールバルブ３９の駆動は、図１に示すようなタイミングコントロールバルブソレノイド（ＴＣＶソレノイド）４０Ａへの電流制御により行われるが、この電流制御は、制御手段としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）４１により目標燃料噴射量Ｑやエンジン回転数Ｎｅに応じて作動を制御される。本燃料噴射時期制御装置では、このようなタイミングコントロールバルブ３９の駆動制御に特徴があるが、この説明の前に、図２のタイマピストン３１の駆動制御モデルを参照しながら、ＥＣＵ４１を通じて行なうタイマピストン３１の駆動制御を説明する。
【００５６】
タイマピストン３１の位置は、高圧側の第１圧力室３４側に加わる圧力（高圧側の第１圧力室３４と低圧側の第２圧力室３５内との差の圧力〕と、低圧側の第２圧力室側から加わるタイマスプリング３８のバネ力との均衡したところに決まる。タイマピストン３１の駆動制御はこのような観点から行なわれる。
つまり、図２に示すように、高圧側の第１圧力室３４からタイマピストン３１に作用する圧力方向を正とすると、タイマピストン３１には、高圧側の第１圧力室３４内の圧力Ｐ１〔Ｂ１参照〕と、この第１圧力室３４に作用する元圧変動（フィードポンプ吐出圧の変動する圧力影響）Ｐ３〔Ｂ３参照〕とが正方向に加わり、低圧側の第２圧力室３５内の圧力Ｐ２〔Ｂ２参照〕が負方向に加わる。
【００５７】
また、タイミングコントロールバルブ３９による第１圧力室３４から第２圧力室３５への圧力調整分Ｐｃが、正方向圧力を減少させ〔ａ１参照〕、正方向圧力を増加させる〔ａ２参照〕。
第１圧力室３４へ進入する燃料の流量は、ポンプ室１３側とタイマシリンダ３２側（第１圧力室３４側）との圧力差の平方根に比例し〔Ｂ５参照〕、これにオリフィス３７の流量係数（オリフィス係数）を乗算したものである〔Ｂ６参照〕。同様に、タイマシリンダ３２側（第１圧力室３４側）から流出する燃料量は、シリンダ圧と低圧〔Ｂ２参照〕とのさの平方根に比例するが、この流量は、タイミングコントロールバルブ３９のオン・オフ状態〔Ｂ７参照〕に応じて変化する。タイマピストン３１の位置は、これらのシリンダ３２への燃料の流入出量によって決まる。
【００５８】
このため、タイミングコントロールバルブ３９を制御してタイマシリンダ３２への燃料の流入出量を変えれば、ピストン位置は変化する。そして、エンジン回転数Ｎｅと噴射量Ｑとに対応してタイミングコントロールバルブ３９のオン・オフの割合（即ち、デューティ比）を設定すれば、燃料噴射時期を制御することができ、さらに、実際の燃料噴射時期を検出することによって燃料噴射時期をデューティ制御することもできる。
【００５９】
例えば、図２に示すような更なる処理（Ｂ８〜Ｂ１５，ａ３〜ａ５，ｄ１，ｄ２）によってタイマピストンを制御することもできる。
そして、ＥＣＵ４１によるタイミングコントロールバルブ３９自体の駆動制御系は、図１に示すように構成される。
つまり、ＥＣＵ４１には、第１周波数信号発生手段４２と、第２周波数信号発生手段４３と、周波数信号切替手段４４と、デューティ比決定手段４５と、タイミングコントロールバルブ制御手段４６と、駆動回路４７とがそなえられる。
【００６０】
第１周波数信号発生手段４２では、第１の周波数ｆ１ （例えば８０Ｈｚ）を有する信号Ｗ１を発生し、第２周波数信号発生手段４３では、第１の周波数ｆ１ よりも低い第２の周波数ｆ２ （例えば６０Ｈｚ）を有する信号を発生するようになっている。
そして、周波数信号切替手段４４では、エンジン回転数Ｎｅに応じて第１の周波数信号ｆ１ と第２の周波数信号ｆ２ とを切り替えて出力するが、この切替は、図３に示すように、タイミングコントロールバルブ３９とエンジンとの共振領域を回避するようにして行なわれるようになっている。この周波数信号切替手段４４は、選択周波数判定手段４４Ａとこの選択周波数判定手段４４Ａからの選択信号に応じて切り替えるスイッチ４４Ｂとから構成することができる。この周波数信号の切替制御についての詳細な説明は後述する。
【００６１】
また、デューティ比決定手段４５は、エンジンの運転状態に応じてタイミングコントロールバルブ（電磁弁）３９のデューティ比を決定するもので、目標ピストン位設定手段４８で設定されたタイマピストン３１の目標位置（目標ピストン位置）に応じてデューティ比を決定する。なお、目標ピストン位設定手段４７では、燃料噴射量（燃料噴射時間）Ｑ及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて目標ピストン位置を設定する。
【００６２】
そして、本実施例では、デューティ比決定手段４５は、このデューティ比に対応したタイミングコントロールバルブ３９のコイル３９Ａへの励磁時間（オン制御時間）ｔ１を例えばマップに基づいて設定するようになっている。
つまり、デューティ比が決まれば、制御周期にこのデューティ比を乗算することで、励磁時間ｔ１ を算出することができ、ここでは、第１の周波数ｆ１ に応じた第１の制御周期と、第２の周波数ｆ２ に応じた第２の制御周期とが設けられているので、第１の周波数ｆ１ に応じた第１周波数用マップＡと、第２の周波数ｆ２ に応じた第２周波数用マップＢとを用意して、これらのマップを適宜用いることでデューティ比に応じた励磁時間ｔ１ を設定するようになっている。
【００６３】
制御手段４６は、オン・オフ信号に基づいてタイミングコントロールバルブ３９を制御するもので、このオン・オフ信号は、周波数信号切替手段４４を通じて出力された信号に基づく周波数ｆ１ 又はｆ２ を有し、且つ、デューティ比決定手段４５で決定したオン・オフの割合（即ち、デューティ比）を有している。
このため、制御手段４６は、図１に示すように、０クロス検出器４６Ａと、三角波発生器４６Ｂと、コンパレータ４６Ｃと、アンド回路４６Ｄとをそなえている。
【００６４】
このうち、０クロス検出器４６Ａは周波数信号Ｗ１の０クロスを検出するが、周波数信号Ｗ１が入力されていれば三角波発生器４６Ｂ及びアンド回路４６Ｄにオン信号を出力し、また、０クロスを検出時には、三角波発生器４６Ｂに検出信号を出力する。
三角波発生器４６Ｂは、この０クロス検出器４６Ａからのオン信号で三角波信号を派生して出力するが、この三角波信号は０クロス検出信号によってリセットされる。
【００６５】
また、コンパレータ４６Ｃは、三角波発生器４６Ｂからの三角波信号の出力値と、デューティ比決定手段４３で求められたタイミングコントロールバルブ３９の励磁時間信号の出力値とを比較するもので、三角波信号の出力値が励磁時間信号の出力値よりも小さければ、オン信号（励磁信号）を出力し、三角波信号の出力値が励磁時間信号の出力値以上になったら、オフ信号（励磁停止信号）を出力するようらになっている。
【００６６】
さらに、アンド回路４６Ｄは、コンパレータ４６Ｃからのオン信号が出力されたときに、同時に０クロス検出器４６Ａからオン信号が出力されていたら、オン信号（励磁信号）を駆動回路４５に出力するようになっている。
駆動回路４７は、電源４７Ａとトランジスタ４７Ｂとを有しており、トランジスタ４７Ｂはスイッチング回路として機能し、アンド回路４６Ｄからオン信号を受けると、タイミングコントロールバルブ３９のコイルに電源４７Ａからの電力を供給しタイミングコントロールバルブ３９のコイル３９Ａを励磁するようになっている。
【００６７】
ここで、周波数信号切替手段４４による周波数信号の切替制御について説明すると、周波数信号切替手段４４では、前述のように、タイミングコントロールバルブ３９とエンジンとの共振領域を回避するようにして周波数信号の切替制御を行なうが、まず、共振領域について説明する。
つまり、タイミングコントロールバルブ３９とエンジンとの共振領域は、タイミングコントロールバルブの駆動周波数がエンジン回転数Ｎｅの整数倍と一致する近傍に存在し、タイミングコントロールバルブの駆動周波数を数十Ｈｚ以上にすると、通常のエンジン回転領域（上限が５０００〜６０００ｒｐｍ程度）では、０．５次共振点，１次共振点，及び２次共振点が存在する。
【００６８】
すなわち、タイミングコントロールバルブ３９とエンジンとの共振の代表的なものは、前述のように、タイマピストン３１に加わるタイミングコントロールバルブ３９の圧力変動の周波数（即ち、駆動周波数）とカムディスクの乗り越え時の反力の作用する周波数とが完全に一致する場合であり、これが１次共振である。カムディスクの乗り越え時の反力の周波数は、４気筒エンジンの場合、エンジン回転数Ｎｅの２倍であり、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数がエンジン回転数Ｎｅの２倍となったときに、１次共振となる。
【００６９】
また、タイミングコントロールバルブ３９とエンジンとの共振には、この他、タイミングコントロールバルブ３９の圧力変動周波数（駆動周波数）が、カムディスクの乗り越え反力周波数の整数倍と一致する場合があり、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数が、乗り越え反力周波数の２倍となる場合が２次共振である。４気筒エンジンの場合、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数がエンジン回転数Ｎｅの４倍となったときに、２次共振となる。
【００７０】
さらに、タイミングコントロールバルブ３９とエンジンとの共振には、この他、カムディスクの乗り越え反力周波数が、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数の整数倍と一致する場合があり、乗り越え反力周波数が、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数の２倍となる場合（逆に言うと、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数が、乗り越え反力周波数の０．５倍となる場合）が０．５次共振である。４気筒エンジンの場合、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数がエンジン回転数Ｎｅと一致したときに、０．５次共振となる。
【００７１】
タイマピストン３１に生じる「揺らぎ現象」は、これらの０．５次共振点，１次共振点，及び２次共振点において問題になるが、特に、図９を参照して既に説明したように、１次共振領域での「揺らぎ現象」によるピストン振幅は、０．５次共振領域のものに比べるとほぼ２倍以上も大きく、また、２次共振領域のものに比べるとほぼ４倍以上も大きくなる。
【００７２】
そこで、周波数信号切替手段４４では、このような特性に対応するように、１次共振領域での「揺らぎ現象」の回避を、０．５次共振領域や２次共振領域の場合よりも優先するように周波数信号を切り替えるようになっている。
また、同次共振領域では、周波数が低い方がタイマピストンの揺らぎの振幅を大きくするので、周波数信号切替手段４４では、駆動周波数の低い場合（即ち、第２の周波数の場合）の方を、駆動周波数の高い場合（即ち、第１の周波数の場合）よりも優先的に共振領域からの回避を行なうようになっている。
【００７３】
具体的には、周波数信号切替手段４４による周波数信号の切替は、図３に示すように、信号切替用エンジン回転数（以下、切替回転数という）Ｎ１ ，Ｎ２ ，Ｎ３ ，Ｎ４ ，Ｎ５ で行なうようになっている。つまり、選択周波数判定手段４４Ａが、エンジン回転数を検出する回転数センサ（エンジン回転数検出手段）４９からの検出情報を受けて、検出したエンジン回転数Ｎｅを切替回転数Ｎ１ 〜Ｎ５ のいずれかになったら周波数信号の切替を行なうようになっている。
【００７４】
なお、切替回転数Ｎ１ 〜Ｎ５ のうち、切替回転数Ｎ１ は０．５次共振領域に、切替回転数Ｎ２ は０．５次共振領域と１次共振領域との間に、切替回転数Ｎ３ は１次共振領域に、切替回転数Ｎ４ は１次共振領域と２次共振領域との間に、切替回転数Ｎ５ は２次共振領域に設けられている。
そして、エンジン回転数ＮｅがＮ１ 未満なら第１の周波数ｆ１ を用い、エンジン回転数ＮｅがＮ１ 以上でＮ２ 未満なら第２の周波数ｆ２ を用い、エンジン回転数ＮｅがＮ２ 以上でＮ３ 未満なら第１の周波数ｆ１ を用い、エンジン回転数ＮｅがＮ３ 以上でＮ４ 未満なら第２の周波数ｆ２ を用い、エンジン回転数ＮｅがＮ４ 以上でＮ５ 未満なら第１の周波数ｆ１ を用い、エンジン回転数ＮｅがＮ５ 以上なら第２の周波数ｆ２ を用いるようにして、周波数信号の切替を行なうようになっている。
【００７５】
特に、各切替回転数Ｎ１ ，Ｎ２ ，Ｎ３ ，Ｎ４ ，Ｎ５ は以下のように設定されている。
つまり、第１の周波数ｆ１ における０．５次共振点，１次共振点，２次共振点のエンジン回転数をＮ１１，Ｎ１２，Ｎ１３として、第２の周波数ｆ２ における０．５次共振点，１次共振点，２次共振点のエンジン回転数をＮ２１，Ｎ２２，Ｎ２３とすると、各切替回転数Ｎ１ ，Ｎ２ ，Ｎ３ ，Ｎ４ ，Ｎ５ とこれらに隣接する各共振エンジン回転数Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３，Ｎ２１，Ｎ２２，Ｎ２３との間に差Ｌ１ ，Ｌ２ ，Ｌ３ ，Ｌ４ ，Ｌ５ ，Ｕ１ ，Ｕ２ ，Ｕ３ ，Ｕ４ ，Ｕ５ が設けられることになる。なお、これらの差Ｌ１ ，Ｌ２ ，Ｌ３ ，Ｌ４ ，Ｌ５ ，Ｕ１ ，Ｕ２ ，Ｕ３ ，Ｕ４ ，Ｕ５ は次式のように定義できる。
【００７６】
Ｌ１ ＝Ｎ１ −Ｎ２１
Ｌ２ ＝Ｎ２２−Ｎ２
Ｌ３ ＝Ｎ３ −Ｎ２２
Ｌ４ ＝Ｎ２３−Ｎ４
Ｌ５ ＝Ｎ５ −Ｎ２３
Ｕ１ ＝Ｎ１１−Ｎ１
Ｕ２ ＝Ｎ２ −Ｎ１１
Ｕ３ ＝Ｎ１２−Ｎ３
Ｕ４ ＝Ｎ４ −Ｎ１２
Ｕ５ ＝Ｎ１３−Ｎ５
そして、このような差分Ｌ１ ，Ｌ２ ，Ｌ３ ，Ｌ４ ，Ｌ５ ，Ｕ１ ，Ｕ２ ，Ｕ３ ，Ｕ４ ，Ｕ５ が次式を満たすように、各切替回転数Ｎ１ ，Ｎ２ ，Ｎ３ ，Ｎ４ ，Ｎ５ が設定されている。
【００７７】
Ｎ１ ・・・ Ｌ１ ＞Ｕ１ ・・・（１）
Ｎ２ ・・・ Ｌ２ ＞Ｕ２ ・・・（２）
Ｎ３ ・・・ Ｌ３ ＞Ｕ３ ・・・（３）
Ｎ４ ・・・ Ｕ４ ＞Ｌ４ ・・・（４）
Ｎ５ ・・・ Ｌ５ ＞Ｕ５ ・・・（５）
このうち、切替回転数Ｎ１ の設定にかかる条件（１），切替回転数Ｎ３ の設定にかかる条件（３），及び切替回転数Ｎ５ の設定にかかる条件（５）は、同次共振領域の場合に駆動周波数の低い第２の周波数ｆ２ を駆動周波数の高い第１の周波数ｆ１ よりも余裕（回転数差）を大きくとって、より優先的に共振領域から回避させるために設けている。
【００７８】
また、切替回転数Ｎ２ の設定にかかる条件（２）及び切替回転数Ｎ４ の設定にかかる条件（４）は、１次共振領域の場合に、０．５次共振領域や２次共振領域の場合よりも余裕（回転数差）を大きくとって、より優先的に共振領域から回避させるために設けている。
もちろん、このような条件だけでは、各切替回転数Ｎ１ ，Ｎ２ ，Ｎ３ ，Ｎ４ ，Ｎ５ を決定することはできず、実際には、かかる条件を前提に、特に「揺らぎ現象」によるタイマピストン３１の振幅の大きさがほぼ一様に低下するように、Ｌ１ とＵ１ との割合，Ｌ２ とＵ２ との割合，Ｌ３ とＵ３ との割合，Ｌ４ とＵ４ との割合，Ｌ５ とＵ５ との割合を、それぞれ設定する。このような設定は、試験データに基づいて適切に行なうことができる。
【００７９】
本発明の一実施例としてのエンジンの燃料噴射時期制御装置は、上述のように構成されているので、燃料の噴射にあたっては、ＥＣＵ４１により、噴射時期及び噴射時間（噴射量）を設定しながら、設定された噴射時期及び噴射時間に応じて噴射弁を駆動する。
このとき、噴射時期の制御は、タイマピストン３１の位置調整により行われるが、この位置調整には、タイミングコントロールバルブ３９をデューティ制御しながらタイマピストン３１に加わる油圧（燃料圧）を調整しながら行なう。
【００８０】
このタイミングコントロールバルブ３９の制御は、タイミングコントロールバルブ制御手段４６を通じて以下のように行われる。
つまり、この制御時には、第１周波数信号発生手段４２から第１の周波数ｆ１ を有する信号Ｗ１が発生され、第２周波数信号発生手段４３から第１の周波数ｆ１ よりも低周波の第２の周波数ｆ２ を有する信号Ｗ２が発生される。そして、周波数信号切替手段４４が、第１周波数信号発生手段４２からの周波数信号Ｗ１と第１周波数信号発生手段４３からの周波数信号Ｗ２とをエンジン回転数Ｎｅに応じて図３に示すような特性で切り替えながら出力する。
【００８１】
一方、デューティ比決定手段４５は、タイマピストン３１の目標位置（目標ピストン位置）に応じてデューティ比を決定して、さらに、周波数信号切替手段４４で選択された周波数に応じたマップに基づいて、デューティ比及び駆動周期に対するタイミングコントロールバルブ３９の励磁時間ｔ１ を設定する。
そして、制御手段４６が、デューティ比決定手段４５から励磁時間に応じた励磁信号を受けて、各励磁周期において励磁時間ｔ１ 分だけオン信号を出力して、駆動回路４７を通じてタイミングコントロールバルブ３９のコイル３９Ａを励磁する。
【００８２】
これにより、タイミングコントロールバルブ３９が所要の開度（時間平均開度）に制御され、タイマピストン３１の位置が適切に調整されるため、所要の燃料噴射タイミングに調整される。
そして、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数がエンジン回転数との共振領域に接近すると、前述のようにタイマピストン３１の「揺らぎ」という一種のうなり現象が生じるが、本装置では、図３に示すように、周波数信号Ｗ１がその共振領域に近づくと、比較的共振領域から離れている周波数信号Ｗ２に周波数信号が切り替えられ、逆に、周波数信号Ｗ２がその共振領域に近づくと、比較的共振領域から離れている周波数信号Ｗ１に周波数信号が切り替えられるので、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数がエンジン回転数との共振領域に接近しなくなって、タイマピストン３１の「揺らぎ」が回避又は例え生じたとしても振幅の小さなものに抑制される。
【００８３】
特に、１次共振領域での「揺らぎ」は０．５次共振領域や２次共振領域でのものよりも大きな振幅で発生するが、切替回転数Ｎ２ の設定にかかる条件（２）及び切替回転数Ｎ４ の設定にかかる条件（４）によって、１次共振領域からの回避を、０．５次共振領域や２次共振領域の場合よりも優先させているので、最も必要とする１次共振領域での「揺らぎ」を確実に抑制することができる。
【００８４】
さらに、同次共振領域の場合には、駆動周波数の低い第２の周波数ｆ２ での「揺らぎ」の方が駆動周波数の高い第１の周波数ｆ１ での「揺らぎ」よりも大きな振幅で発生しやすいが、切替回転数Ｎ１ の設定にかかる条件（１），切替回転数Ｎ３ の設定にかかる条件（３），及び切替回転数Ｎ５ の設定にかかる条件（５）によって、同次共振領域の場合に駆動周波数の低い第２の周波数ｆ２ を駆動周波数の高い第１の周波数ｆ１ よりも優先的に共振領域から回避させているので、より要求度の高い駆動周波数の低い場合の「揺らぎ」を確実に抑制することができる。
【００８５】
このように、「揺らぎ」が抑制されると、「揺らぎ」によるタイマピストン３１の振動振幅は小さくなり、燃料噴射時期の制御精度を十分に確保できるようになって、エンジンの性能向上に寄与しうる利点がある。
しかも、２種類のみの少ない駆動周波数による切替制御で確実に「揺らぎ」を抑制することができ、ハードウェア面でもソフトウェア面でも制御系の構成を簡素なものにできる。
【００８６】
また、上述の周波数の切替回転数Ｎ１ 〜Ｎ５ については、試験等により「揺らぎ」の発生特性を検出することで、確実に設定することができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置によれば、供給される油圧に応じてタイマピストンを移動させることで燃料噴射弁から噴射されるエンジンの燃料噴射時期を変更しうるタイマと、所要のデューティ比に制御されながら該タイマへ供給される油圧を調整するタイマ制御用電磁弁と、該エンジンの運転状態に応じて該電磁弁の該デューティ比を決定するデューティ比決定手段と、第１の周波数を有する信号を発生する第１周波数信号発生手段と、該第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する信号を発生する第２周波数信号発生手段と、該エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、該エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数に応じて該第１の周波数信号と該第２の周波数信号とを切り替えて出力する周波数信号切替手段と、上記の周波数信号切替手段から出力された周波数信号に基づく駆動周波数で且つ該デューティ比決定手段で決定したデューティ比によるオン・オフ信号によって該電磁弁を制御する制御手段とをそなえ、該周波数信号切替手段が、該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との間の回転数として予め設定された第１の信号切替用エンジン回転数に基づいて、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも低速回転側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用い、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも高速回転側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用いるように、上記の第１及び第２の周波数信号を切り替えるように構成され、エンジン回転数の変化に伴い該第１の周波数信号及び該第２の周波数信号が共振エンジン回転数に近づくのを防止するために、該第１の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差が、該第１の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されているので、共振領域で生じる「揺らぎ現象」を確実に抑制することができ、燃料噴射時期を適切に制御できるようになり、エンジンの性能向上に寄与しうる利点がある。特に、２種類のみの少ない駆動周波数による切替制御で確実に「揺らぎ」を抑制することができ、制御系の構成を簡素なものにできる。
【００８８】
請求項２記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置によれば、請求項１記載の構成において、該第１の信号切替用エンジン回転数以外の第２の信号切替用エンジン回転数が、該電磁弁の該エンジン回転との１次共振領域と２次共振領域との間に設けられて、該第２の信号切替用エンジン回転数よりも該１次共振領域側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用い、該第２の信号切替用エンジン回転数よりも該２次共振領域側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用いるように、該周波数信号切替手段による周波数切替が設定され、該第２の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、該第２の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関する２次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されるという構成により、２次共振領域の場合よりも大きな振幅で発生する１次共振領域での「揺らぎ現象」を確実に抑制することができ、燃料噴射時期を適切に制御できるようになり、エンジンの性能向上に寄与しうる利点がある。
【００８９】
請求項３記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置によれば、請求項１又は２記載の構成において、上記の第１及び第２の信号切替用エンジン回転数以外の第３の信号切替用エンジン回転数が、該電磁弁の該エンジン回転との０．５次共振領域と１次共振領域との間に設けられて、該第３の信号切替用エンジン回転数よりも該０．５次共振領域側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用い、該第３の信号切替用エンジン回転数よりも該１次共振領域側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用いるように、該周波数信号切替手段による周波数切替が設定され、該第３の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、該第３の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関する０．５次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されるという構成により、０．５次共振領域の場合よりも大きな振幅で発生する１次共振領域での「揺らぎ現象」を確実に抑制することができ、燃料噴射時期を適切に制御できるようになり、エンジンの性能向上に寄与しうる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としてのエンジンの燃料噴射時期制御装置の要部構成を示す制御ブロック図である。
【図２】本発明の第１実施例としてのエンジンの燃料噴射時期制御装置にかかるタイマピストンの駆動制御モデルを示す図である。
【図３】本発明の第１実施例としてのエンジンの燃料噴射時期制御装置の動作を説明するための図である。
【図４】ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプを示す断面図である。
【図５】ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプのタイマを示す断面図であり、（Ａ）は燃料噴射時期の進角制御の開始前の状態を示し、（Ｂ）は燃料噴射時期の進角制御の開始前の状態を示す。
【図６】本発明の課題である揺らぎ現象に関する実験データを示すグラフである。
【図７】本発明の課題である揺らぎ現象に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】タイミングコントロールバルブの駆動周波数とエンジン回転との関係を示すとともに、従来の技術を示す図である。
【図９】タイミングコントロールバルブの駆動周波数とエンジン回転との周波数差と、揺らぎ現象によるタイマピストンの振幅の特性をタイミングコントロールバルブの駆動周波数毎に示す図である。
【符号の説明】
１０ ポンプ本体
１１ フィードポンプ
１２ ドライブシャフト
１３ ポンプ室
１４ 通路
１５ 燃料圧送用プランジャ
１６ 燃料カット用マグネットバルブ
１７ プランジャ室
１７Ａ 連通口
１８ 通路
１９ デリバリバルブ
２０ カムディスク
２１ スプリング
２２ ローラホルダ
２３ ローラ
２４ コントロールスリーブ
２５ ガバナ（エレクトリックガバナ）
２６ レギュレータバルブ
２７ センシングギヤプレート
２８ 燃料温度センサ
２９ チェックバルブ付きのオーバフローバルブ
３０ タイマ
３１ タイマピストン
３２ シリンダ
３３ ピストンピン
３４ 第１圧力室
３５ 第２圧力室
３６ 通路
３７ オリフィス
３８ タイマスプリング
３９ タイマ制御用電磁弁としてのタイミングコントロールバルブ（ＴＣＶ）
３９Ａ タイミングコントロールバルブ３９のコイル
４１ 制御手段としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）
４２ 第１周波数信号発生手段
４３ 第２周波数信号発生手段
４４ 周波数信号切替手段
４４Ａ 選択周波数判定手段
４４Ｂ スイッチ
４５ デューティ比決定手段
４６ タイミングコントロールバルブ制御手段（制御手段）
４６Ａ ０クロス検出器
４６Ｂ 三角波発生器
４６Ｃ コンパレータ
４６Ｄ アンド回路
４７ 駆動回路
４７Ａ 電源
４７Ｂ トランジスタ
４８ 目標ピストン位設定手段
４９ 回転数センサ（エンジン回転数検出手段）
【産業上の利用分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプの制御に用いて好適のエンジンの燃料噴射時期制御装置に関し、特に、電磁弁を通じてタイマピストンの位置を調整することで燃料噴射時期を制御しうる、エンジンの燃料噴射時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプには、図４に示すような構成のものがある。この図４に示す燃料噴射ポンプは、いわゆる電子制御式の分配型燃料噴射ポンプであり、図４において、１０はポンプ本体であり、ポンプ本体１０の内部には、ベーン式のフィードポンプ１１がそなえられている。ここでは、フィードポンプ１１については、本来の側面図に並べて９０°だけ図示角度を変えた正面図についても示している。
【０００３】
このフィードポンプ１１は、エンジンの回転で作動するドライブシャフト１２で回転駆動されて、燃料タンクからの燃料を圧送する。このフィードポンプ１１から出力された燃料は、ポンプ本体１０の内部のポンプ室１３に送られて、ポンプ室１３から通路１４を通って燃料圧送用プランジャ１５へと送給される。通路１４には燃料カット用マグネットバルブ１６が介装される。
【０００４】
プランジャ１５は、ポンプ本体１０に形成されたプランジャ室１７内を進退しながら、内部に形成された連通口１７Ａを介して、通路１４からの燃料を通路１８からデリバリバルブ１９へと供給する。このようなプランジャ１５の進退駆動は、プランジャ１５の一端に結合されたカムディスク２０の作用により行なわれる。
【０００５】
つまり、プランジャ１５及びカムディスク２０は、ドライブシャフト１２でエンジン回転に応じて回転駆動される。また、カムディスク２０は、プランジャ１５を介してスプリング２１で付勢されることで、ローラホルダ２２に軸支されたローラ２３に当接している。なお、ローラホルダ２２は、ドライブシャフト１２の軸心線方向へは移動ぜず、また、通常時（後述する回転位相の調整時以外）はドライブシャフト１２の軸心回りに回転することはない。これにより、カムディスク２０は、そのカムプロフィルに応じてローラ２３に排動されながら、軸方向へ移動する。このようにして、プランジャ１５が進退して、所要のタイミングで燃料の供給を行なうのである。
【０００６】
なお、通路１８，デリバリバルブ１９は各気筒毎に設けられている。例えば４気筒エンジンの場合には、通路１８，デリバリバルブ１９も４つ設けられることになる。
また、ローラ２３は、図５に示すように、ローラホルダ２２に複数（ここでは、４つ）設けられており、カムディスク２０のカムプロフィルもこれに応じたものになっている。これにより、カムディスク２０が１回転するとプランジャ１５は４回駆動されることになり、この４回のプランジャ１５の作動に応じて、例えば４つの気筒のそれぞれに順に燃料が供給されるようになる。
【０００７】
なお、燃料の噴射量制御のために、プランジャ１５の外周を進退してプランジャ１５の圧送ストロークを調整するコントロールスリーブ２４と、このコントロールスリーブ２４を駆動するガバナ（ここではエレクトリックガバナ）２５とが設けられている。
さらに、図４中、２６はレギュレータバルブ、２７はドライブシャフト１２の回転速度を検出するセンシングギヤプレート、２８は燃料温度センサであり、２９はポンプ室１３内の過剰な燃料を燃料タンクへ戻すオーバフローバルブであって、チェックバルブをそなえている。
【０００８】
ところで、このような燃料噴射ポンプでは、燃料の噴射タイミングを制御するために、タイマ３０が設けられている。タイマ３０には、ローラ２３の回転方向位置を変更するタイマピストン３１がそなえられれている。なお、このタイマピストン３１についても、便宜上、９０°だけ図示角度を変えた正面図で示している。
【０００９】
このタイマピストン３１は、図４，図５に示すように、ポンプ本体１０に形成されたシリンダ３２内で進退しながら、ピストンピン３３を通じてローラホルダ２２を微小回転させる。
つまり、タイマピストン３１は、中間部にピストンピン３３をピン結合され、その一端にはポンプ室１３内の燃料圧を導かれる第１圧力室３４が設けられ、他端には吸入側燃料圧（フィードポンプ１１の上流側の燃料圧）を導かれる第２圧力室３５が設けられる。
【００１０】
また、タイマピストン３１には、ポンプ室１３と第１圧力室３４とを連通する通路３６が設けられ、この通路３６にはオリフィス３７が介設されている。さらに、第２圧力室３５内には、タイマピストン３１を一端側（第１圧力室３４方向）へ付勢するタイマスプリング３８がそなえられる。
そして、第１圧力室３４内の燃料圧と、第２圧力室３５内の燃料圧及びタイマスプリング３８の付勢力とのバランスによって、タイマピストン３１の位置が決定する。例えば図５の（Ａ）に示す状態よりも第１圧力室３４内の燃料圧が高くなると、図５の（Ｂ）に示すように、タイマピストン３１が図中左方へ移動するが、この時には、燃料噴射タイミングは進角側へ調整される。逆に、第１圧力室３４内の燃料圧が低くなると、タイマピストン３１が図中右方へ移動して、燃料噴射タイミングは遅角側へ調整される。
【００１１】
例えば、エンジンの回転速度が高まると、フィードポンプ１１からの出力圧が高まって、ポンプ室１３内の燃料圧も高まり、第１圧力室３４が高圧になる。したがって、タイマピストン３１が図中左方へ移動して、燃料噴射タイミングが進角側へ調整されることになる。
さらに、このポンプの場合、図４に示すように、第１圧力室３４側と第２圧力室３５側との圧力バランスを調整しうるタイミングコントロールバルブ（ＴＣＶ）３９が設けられており、様々なパラメータに基づいて燃料噴射タイミングを調整しうるようになっている。
【００１２】
つまり、タイミングコントロールバルブ３９は、電子制御式の電磁弁であり、デューティ制御によりその開度（単位時間当たりの開弁時間）を調整される。したがって、タイミングコントロールバルブ３９をデューティ制御することで、バルブ３９の開度に応じて第１圧力室３４側と第２圧力室３５側との圧力差が適宜調整（ここでは減少側へ調整）され、タイマピストン３１の位置が調整されることになり、この結果、燃料噴射タイミングが調整される。
【００１３】
このようなタイミングコントロールバルブ３９の駆動は、図示しないタイミングコントロールバルブドライバ（ＴＣＶドライバ）により行なわれるが、このＴＣＶドライバは、図示しないコントローラにより目標燃料噴射量Ｑやエンジン回転数Ｎｅに応じて作動を制御される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、タイミングコントロールバルブ３９をデューティ制御する場合、一定の周波数で駆動電流パルスを発しながら制御を行なうことになるが、この時の駆動周波数がエンジンの回転数の整数倍に近づくと、燃料噴射時期が変動することがある。この現象は「揺らぎ」と呼ばれ、この「揺らぎ」は、近接した異なる２つの周波数の干渉により生じるいわゆる「うなり」の現象と考えられる。
【００１５】
例えば図６の曲線Ｓは、この揺らぎ現象を示す実験データであり、エンジン回転数Ｎｅを１８００ｒｐｍの近傍とし、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数を６０Ｈｚとした条件下での実験結果を示す。横軸が時間、縦軸がタイマピストン３１の位置（ＴＰＳ）であり、曲線Ｃ１がＴＰＳの変動特性を示しているが、ＴＰＳが比較的長周期（約１秒）で振動していることがわかる。
【００１６】
これは、エンジン回転数Ｎｅが正確に１８００ｒｐｍ（＝３０Ｈｚ）であれば、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数６０Ｈｚは丁度エンジン回転数Ｎｅの２倍になるが、エンジン回転数Ｎｅが１８００ｒｐｍに近いが正確に１８００ｒｐｍではないために、このような「うなり」のような現象が生じるものと考えられる。
【００１７】
そこで、エンジン回転数Ｎｅを１７７０ｒｐｍ（＝２９．５Ｈｚ）としてタイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数を６０Ｈｚとした場合をシミュレーションしてみると、図７に示すように、上述の図６に示す実験結果とほぼ同様の特性が現れる。
このような揺らぎ現象の原因は、オリフィス３７が一定に作用し且つタイミングコントロールバルブ３９の開度が一定のときには、タイマピストン３１の両端の差圧により、各圧力室３４，３５での燃料の流入出即ちタイマピストン３１の位置が支配される。したがって、差圧変動が揺らぎ（即ち、タイマピストン３１の変位）の原因と考えられる。
【００１８】
そこで、さらに、差圧変動の要因を考えると、ポンプ室１３の圧力変動、及び、タイマピストン３１のシリンダ３２内の圧力変動が考えられる。
このうち、ポンプ室１３の圧力変動は、フィードポンプ１１の吐出圧の変動によるものや、プランジャ１５の燃料圧送スピルによるもの等が考えられる。また、タイマピストンシリンダ３２内の圧力変動は、カムディスク２０がローラ２３を乗り越える時の反力がピストンピン３３を通じて伝達されることによるものや、タイマピストン３１の質量とタイマスプリング３８の弾性特性とによる共振によるものなどが考えられる。
【００１９】
これらのなかでも、特に、影響が大きいものが、カムディスクの乗り越え時の反力である。この反力は、カムディスクの乗り越え時にタイマピストン３１の動きにより、タイマピストン３１の両端（即ち、両圧力室３４，３５）の流入圧がともに変動するため、単純に考えると、ポンプ室１３の圧力変動の２倍の影響がある。しかも、タイマピストン３１に作用する強制圧自体も変動が大きいため、最も影響が大きいと言える。なお、このカムディスクの乗り越え時の反力は、４気筒エンジンの場合、エンジン回転数Ｎｅの２倍の周波数をもち、振幅はほぼ一定である。
【００２０】
このような揺らぎ現象を回避するには、以下のような手段が考えられる。
（１）つまり、図８中の直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に示すように、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数をエンジン回転との共振点、即ちエンジン回転数Ｎｅ，又はエンジン回転数Ｎｅの２倍値（＝２Ｎｅ），又はエンジン回転数Ｎｅの４倍値（＝４Ｎｅ）と完全に同期させる。この技術は、例えば特公昭６３−８２９８号公報に開示されている。
【００２１】
（２）図８中の破線Ｌ４に示すように、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数をエンジン回転数Ｎｅに対して鋸刃状に変更しながら、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数がエンジン回転との共振点、即ちエンジン回転数Ｎｅや２Ｎｅや４Ｎｅに接近しないようにする。この技術は、例えば特公平１−１９０５９号公報に開示されている。
【００２２】
これらの手段は、図９に示すように、タイミングコントロールバルブとエンジンとの周波数差が離れるほど、揺らぎ（ピストン振幅）が減少するという特性による。図９中、Ｎｅを付す特性は０．５次共振点の近傍、即ち、タイミングコントロールバルブの駆動周波数をエンジン回転数Ｎｅの近傍にした場合のもので、２＊Ｎｅを付す特性は１次共振点の近傍、即ち、タイミングコントロールバルブの作動周波数をエンジン回転数Ｎｅの２倍の近傍にした場合のもので、４＊Ｎｅを付す特性は２次共振点の近傍、即ち、タイミングコントロールバルブの作動周波数をエンジン回転数Ｎｅの４倍の近傍にした場合のものである。
【００２３】
（１）の解決手段に着目すると、上述の特公昭６３−８２９８号公報は、燃料フィード圧に基づいて、開閉弁（タイミングコントロールバルブ）の作動周波数を機関回転数の整数倍（例えば２倍）となるように制御することで、開閉弁の作動周期を燃料フィード圧の圧力変動周期と同期させて、燃料フィード圧の圧力変動を減少させ、燃料噴射時期を精度よく制御しようとする技術である。
【００２４】
しかしながら、この技術では、燃料フィード圧を検出してこの圧力に基づいて開閉弁の作動を制御するため、以下のような不具合がある。
ます、上述のゆらぎ現象に対しては、燃料フィード圧の影響は比較的小さいので、燃料フィード圧に基づいた制御は必ずしも適切ではない。
また、燃料噴射時期が変化するごとに開閉弁の駆動開始時期も変化するため、開閉弁の駆動終了時期（即ち、デューティ幅）の設定が複雑になる。逆に、開閉弁の駆動終了時期を回転位相に同期させようとすると開閉弁の駆動開始時期を正しく設定できないので開閉弁の開度制御（即ち、デューティ制御）を行なえない。
【００２５】
さらに、機関のクランク角に対して、検出した燃料フィード圧情報に基づく信号を同期させるのに工夫が必要になる。これは、燃料フィード圧の立ち上がりは噴射時期に同期するがクランク角とは関連なく、また、燃料フィード圧の立ち下がりは噴射量に依存するがやはりクランク角とは関連ないためである。
また、（２）の技術は、複数の駆動周波数をエンジン回転数（回転速度）に応じて選択するが、駆動周波数の切替ポイントを適切に設定しないと揺らぎ現象の抑制効果を確実に得ることはできない。
【００２６】
例えば、図８のエリアＡ１内の切替ポイントＰ１では、タイミングコントロールバルブの駆動周期とエンジン回転数とが１次共振領域に接近するので、前述の揺らぎ現象が大きく現れ易い。これは、１次共振の領域では、揺らぎによるピストン振幅が大きくなるためである。
つまり、図９に２＊Ｎｅの特性線で示すように、１次共振付近でのピストン振幅は、０．５次共振（特性線Ｎｅ）の付近でのものに比べるとほぼ２倍以上も大きく、また、２次共振（特性線４＊Ｎｅ）の付近でのものに比べるとほぼ４倍以上も大きくなる。
【００２７】
このようにピストン振幅が大きいと、それだけ燃料噴射時期の制御精度も低下してしまうので、特に、１次共振の領域での揺らぎ現象を回避できるようにすべきであるが、従来の技術では、このように１次共振の領域の揺らぎ対策について特別には考えられておらず、揺らぎ現象の抑制効果を確実に得るまでには至っていない。
【００２８】
なお、特開平１−３０００３７号，特開平４−３４７３４６号，特公平３−２５６２６号の各公報にも、ディーゼルエンジン等のエンジンの燃料噴射時期制御に関する技術が開示されているが、これらの技術は、上述のような揺らぎ現象に関して具体的に着目しておらず、また、かかる揺らぎ現象を適切に回避しうるものではない。
【００２９】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、電磁弁を通じてタイマピストンの位置を調整することで燃料噴射時期を制御しうる装置において、揺らぎ現象の抑制効果を確実に得られるようにして燃料噴射時期を適切に制御できるようにした、エンジンの燃料噴射時期制御装置を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置は、供給される油圧に応じてタイマピストンを移動させることで燃料噴射弁から噴射されるエンジンの燃料噴射時期を変更しうるタイマと、所要のデューティ比に制御されながら該タイマへ供給される油圧を調整するタイマ制御用電磁弁と、該エンジンの運転状態に応じて該電磁弁の該デューティ比を決定するデューティ比決定手段と、第１の周波数を有する信号を発生する第１周波数信号発生手段と、該第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する信号を発生する第２周波数信号発生手段と、該エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、該エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数に応じて該第１の周波数信号と該第２の周波数信号とを切り替えて出力する周波数信号切替手段と、上記の周波数信号切替手段から出力された周波数信号に基づく駆動周波数で且つ該デューティ比決定手段で決定したデューティ比によるオン・オフ信号によって該電磁弁を制御する制御手段とをそなえ、該周波数信号切替手段が、該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との間の回転数として予め設定された第１の信号切替用エンジン回転数に基づいて、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも低速回転側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用い、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも高速回転側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用いるように、上記の第１及び第２の周波数信号を切り替えるように構成され、エンジン回転数の変化に伴い該第１の周波数信号及び該第２の周波数信号が共振エンジン回転数に近づくのを防止するために、該第１の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差が、該第１の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されていることを特徴としている。
【００３１】
請求項２記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置は、請求項１記載の構成において、該第１の信号切替用エンジン回転数以外の第２の信号切替用エンジン回転数が、該電磁弁の該エンジン回転との１次共振領域と２次共振領域との間に設けられて、該第２の信号切替用エンジン回転数よりも該１次共振領域側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用い、該第２の信号切替用エンジン回転数よりも該２次共振領域側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用いるように、該周波数信号切替手段による周波数切替が設定され、該第２の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、該第２の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関する２次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されていることを特徴としている。
【００３２】
請求項３記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置は、請求項１又は２記載の構成において、上記の第１及び第２の信号切替用エンジン回転数以外の第３の信号切替用エンジン回転数が、該電磁弁の該エンジン回転との０．５次共振領域と１次共振領域との間に設けられて、該第３の信号切替用エンジン回転数よりも該０．５次共振領域側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用い、該第３の信号切替用エンジン回転数よりも該１次共振領域側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用いるように、該周波数信号切替手段による周波数切替が設定され、該第３の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、該第３の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関する０．５次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されていることを特徴としている。
【００３４】
【作用】
上述の請求項１記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置では、タイマが、供給される油圧に応じてタイマピストンを移動させることで燃料噴射弁から噴射されるエンジンの燃料噴射時期を調整する。
このとき、タイマへ供給される油圧はタイマ制御用電磁弁を通じて調整されるが、タイマ制御用電磁弁は制御手段によって、次のように制御される。
【００３５】
つまり、燃料噴射時期の調整にあたり、デューティ比決定手段が、エンジンの運転状態に応じて電磁弁のデューティ比を決定する。また、第１周波数信号発生手段が、第１の周波数を有する信号を発生し、第２周波数信号発生手段が、第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する信号を発生して、周波数信号切替手段が、エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数に応じて第１の周波数信号と第２の周波数信号とを切り替えて出力する。
【００３６】
そして、制御手段が、周波数信号切替手段から出力された周波数信号に基づく駆動周波数で且つデューティ比決定手段で決定したデューティ比によるオン・オフ信号によって電磁弁を制御する。
周波数信号切替手段による第１の周波数信号と第２の周波数信号との切替は、該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との間の回転数として予め設定された第１の信号切替用エンジン回転数に基づいて、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも低速回転側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用い、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも高速回転側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用いるようにして行なわれる。エンジン回転数の変化に伴い該第１の周波数信号及び該第２の周波数信号が共振エンジン回転数に近づくのを防止するために、この第１の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差が、該第１の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されているので、電磁弁の駆動周波数が、電磁弁とエンジン回転との共振周波数に接近しなくなり、タイマピストンの揺らぎ現象が抑制又は回避される。
つまり、共振領域では、第１の信号切替用エンジン回転数よりも高速回転側では、第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数に接近するが、この領域では第２の周波数が用いられるので、電磁弁の駆動周波数が、電磁弁とエンジン回転とのＮ次共振周波数に接近しなくなり、タイマピストンの揺らぎ現象が抑制又は回避される。
また、第１の信号切替用エンジン回転数よりも低速回転側では、第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数に接近するが、この領域では第１の周波数が用いられるので、電磁弁の駆動周波数が、電磁弁とエンジン回転とのＮ次共振周波数に接近しなくなり、タイマピストンの揺らぎ現象が抑制又は回避される。
さらに、一般に、等しい次数の共振の場合、低周波（低速回転）である第２の周波数の方が高周波（高速回転）である第１の周波数の場合よりも、タイマピストンの揺らぎの振幅が大きく燃料噴射時期制御への影響が大きいが、第１の信号切替用エンジン回転数と第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差が、第１の信号切替用エンジン回転数と第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きく設定されているので、より影響の大きい低周波共振付近での揺らぎが優先的に抑制されるようになる。
【００３７】
上述の請求項２記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置では、電磁弁のエンジン回転との１次共振領域と２次共振領域との間において、該第１の信号切替用エンジン回転数以外の第２の信号切替用エンジン回転数で周波数信号が切り替えられ、第２の信号切替用エンジン回転数よりも１次共振領域側（即ち、低速回転側）のエンジン回転数領域では第２の周波数が用いられて、第２の信号切替用エンジン回転数よりも２次共振領域側（即ち、高速回転側）のエンジン回転数領域では第１の周波数が用いられる。
【００３８】
第２の信号切替用エンジン回転数よりも１次共振領域側（低速回転側）では、第２の周波数よりも高い周波数の第１の周波数に関する１次共振エンジン回転数に接近するが、この領域では第２の周波数が用いられるので、電磁弁の駆動周波数が、電磁弁とエンジン回転との１次共振周波数に接近しなくなり、タイマピストンの揺らぎ現象が抑制又は回避される。
【００３９】
また、一般に、１次共振付近は２次共振付近よりもタイマピストンの揺らぎの振幅が大きく燃料噴射時期制御への影響が大きいが、第２の信号切替用エンジン回転数と第１の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、第２の信号切替用エンジン回転数と第２の周波数に関する２次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きく設定されているので、より影響の大きい１次共振付近での揺らぎの方が、２次共振付近の揺らぎよりも優先的に抑制されるようになる。
【００４０】
上述の請求項３記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置では、電磁弁のエンジン回転との０．５次共振領域と１次共振領域との間において、上記の第１及び第２の信号切替用エンジン回転数以外の第３の信号切替用エンジン回転数で周波数信号が切り替えられ、第３の信号切替用エンジン回転数よりも０．５次共振領域側（即ち、低速回転側）のエンジン回転数領域では第２の周波数が用いられて、第３の信号切替用エンジン回転数よりも１次共振領域側（即ち、高速回転側）のエンジン回転数領域では第１の周波数が用いられる。
【００４１】
第３の信号切替用エンジン回転数よりも１次共振領域側（高速回転側）では、第１の周波数よりも低い周波数の第２の周波数に関する１次共振エンジン回転数に接近するが、この領域では第１の周波数が用いられるので、電磁弁の駆動周波数が、電磁弁とエンジン回転との１次共振周波数に接近しなくなり、タイマピストンの揺らぎ現象が抑制又は回避される。
【００４２】
また、一般に、１次共振付近は０．５次共振付近よりもタイマピストンの揺らぎの振幅が大きく燃料噴射時期制御への影響が大きいが、第３の信号切替用エンジン回転数と第２の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、第３の信号切替用エンジン回転数と第１の周波数に関する０．５次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きく設定されているので、より影響の大きい１次共振付近での揺らぎの方が、０．５次共振付近の揺らぎよりも優先的に抑制されるようになる。
【００４６】
【実施例】
以下、図面により、本発明の実施例について説明する。
図１〜図３は本発明の一実施例としてのエンジンの燃料噴射時期制御装置を示すものであるが、このエンジンの燃料噴射時期制御装置は、従来技術として既に説明したように、図４，図５に示すような電子制御式の分配型燃料噴射ポンプに適用される。そこで、図４，図５を参照して、この分配型燃料噴射ポンプから簡単に説明する。
【００４７】
本エンジンの燃料噴射時期制御装置をそなえる燃料噴射ポンプは、図４に示すように、ポンプ本体１０の内部に、エンジン駆動のドライブシャフト１２で回転駆動されるベーン式フィードポンプ１１をそなえ、このフィードポンプ１１で、燃料タンクからの燃料をポンプ本体１０の内部のポンプ室１３に圧送し、更に、通路１４を経て燃料圧送用プランジャ１５へと送給するようになっている。通路１４には、燃料カット用マグネットバルブ１６が設けられる。
【００４８】
プランジャ１５はプランジャ室１７内を進退するが、このプランジャ１５の位置に応じて、通路１４側の燃料をプランジャ室１７に吸入して、連通口１７Ａを介して通路１８からデリバリバルブ１９へと圧送するようになっている。なお、通路１８，デリバリバルブ１９は各気筒毎に設けられている。また、プランジャ１５は、その一端に結合されたカムディスク２０を通じて進退駆動されるようになっている。
【００４９】
すなわち、カムディスク２０は、プランジャ１５に装着されたスプリング２１でローラホルダ２２に軸支されたローラ２３に付勢されており、プランジャ１５及びカムディスク２０がドライブシャフト１２で回転駆動されると、カムディスク２０は、そのカムプロフィルに応じてローラ２３に排動されながら、軸方向へ移動して、プランジャ１５を進退させて、所要のタイミングで燃料の供給を行なうようになっている。
【００５０】
ローラ２３は、図５に示すように、ローラホルダ２２に複数（ここでは、４つ）設けられており、カムディスク２０のカムプロフィルもこれに応じたものになっている。これにより、カムディスク２０が１回転するとプランジャ１５は４回駆動されることになり、この４回のプランジャ１５の作動に応じて、例えば４つの気筒のそれぞれに順に燃料が供給されるようになっている。
【００５１】
また、燃料の噴射量制御のためのコントロールスリーブ２４，このコントロールスリーブ２４を駆動するガバナ（ここではエレクトリックガバナ）２５のほか、レギュレータバルブ２６，ドライブシャフト１２の回転速度を検出するセンシングギヤプレート２７，燃料温度センサ２８，ポンプ室１３内の過剰な燃料を燃料タンクへ戻すチェックバルブ付きオーバフローバルブ２９も設けられる。
【００５２】
そして、ローラ２３の回転方向位置を変更するために、タイマピストン３１をそなえたタイマ３０が設けられている。タイマピストン３１は、図４，図５に示すように、ポンプ本体１０に形成されたシリンダ３２内で進退しながら、ピストンピン３３を通じてローラホルダ２２を微小回転させる。
タイマピストン３１は、中間部にピストンピン３３をピン結合され、一端にはポンプ室１３内の燃料圧を導かれる第１圧力室３４が設けられ、他端には吸入側燃料圧（フィードポンプ１１の上流側の燃料圧）を導かれる第２圧力室３５が設けられている。また、タイマピストン３１には、ポンプ室１３と第１圧力室３４とを連通する通路３６が設けられ、この通路３６にはオリフィス３７が介設されている。さらに、第２圧力室３５内には、タイマピストン３１を一端側（第１圧力室３４方向）へ付勢するタイマスプリング３８がそなえられる。
【００５３】
これにより、第１圧力室３４内の燃料圧と、第２圧力室３５内の燃料圧及びタイマスプリング３６の付勢力とのバランスによって、タイマピストン３１の位置が決定するが、このポンプの場合、図４に示すように、第１圧力室３４側と第２圧力室３５側との圧力バランスを調整しうるタイマ制御用電磁弁としてのタイミングコントロールバルブ（ＴＣＶ）３９が設けられており、様々なパラメータに基づいて燃料噴射タイミングを調整しうるようになっている。
【００５４】
このタイミングコントロールバルブ３９は、電子制御式電磁弁であり、デューティ制御によりその開度（単位時間当たりの開弁時間）を調整されるようになっており、このタイミングコントロールバルブ３９をデューティ制御することで、バルブ３９の開度に応じて第１圧力室３４側と第２圧力室３５側との圧力差が適宜調整（ここでは減少側へ調整）され、タイマピストン３１の位置が調整されることになり、この結果、燃料噴射タイミングが調整されるようになっている。
【００５５】
このようなタイミングコントロールバルブ３９の駆動は、図１に示すようなタイミングコントロールバルブソレノイド（ＴＣＶソレノイド）４０Ａへの電流制御により行われるが、この電流制御は、制御手段としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）４１により目標燃料噴射量Ｑやエンジン回転数Ｎｅに応じて作動を制御される。本燃料噴射時期制御装置では、このようなタイミングコントロールバルブ３９の駆動制御に特徴があるが、この説明の前に、図２のタイマピストン３１の駆動制御モデルを参照しながら、ＥＣＵ４１を通じて行なうタイマピストン３１の駆動制御を説明する。
【００５６】
タイマピストン３１の位置は、高圧側の第１圧力室３４側に加わる圧力（高圧側の第１圧力室３４と低圧側の第２圧力室３５内との差の圧力〕と、低圧側の第２圧力室側から加わるタイマスプリング３８のバネ力との均衡したところに決まる。タイマピストン３１の駆動制御はこのような観点から行なわれる。
つまり、図２に示すように、高圧側の第１圧力室３４からタイマピストン３１に作用する圧力方向を正とすると、タイマピストン３１には、高圧側の第１圧力室３４内の圧力Ｐ１〔Ｂ１参照〕と、この第１圧力室３４に作用する元圧変動（フィードポンプ吐出圧の変動する圧力影響）Ｐ３〔Ｂ３参照〕とが正方向に加わり、低圧側の第２圧力室３５内の圧力Ｐ２〔Ｂ２参照〕が負方向に加わる。
【００５７】
また、タイミングコントロールバルブ３９による第１圧力室３４から第２圧力室３５への圧力調整分Ｐｃが、正方向圧力を減少させ〔ａ１参照〕、正方向圧力を増加させる〔ａ２参照〕。
第１圧力室３４へ進入する燃料の流量は、ポンプ室１３側とタイマシリンダ３２側（第１圧力室３４側）との圧力差の平方根に比例し〔Ｂ５参照〕、これにオリフィス３７の流量係数（オリフィス係数）を乗算したものである〔Ｂ６参照〕。同様に、タイマシリンダ３２側（第１圧力室３４側）から流出する燃料量は、シリンダ圧と低圧〔Ｂ２参照〕とのさの平方根に比例するが、この流量は、タイミングコントロールバルブ３９のオン・オフ状態〔Ｂ７参照〕に応じて変化する。タイマピストン３１の位置は、これらのシリンダ３２への燃料の流入出量によって決まる。
【００５８】
このため、タイミングコントロールバルブ３９を制御してタイマシリンダ３２への燃料の流入出量を変えれば、ピストン位置は変化する。そして、エンジン回転数Ｎｅと噴射量Ｑとに対応してタイミングコントロールバルブ３９のオン・オフの割合（即ち、デューティ比）を設定すれば、燃料噴射時期を制御することができ、さらに、実際の燃料噴射時期を検出することによって燃料噴射時期をデューティ制御することもできる。
【００５９】
例えば、図２に示すような更なる処理（Ｂ８〜Ｂ１５，ａ３〜ａ５，ｄ１，ｄ２）によってタイマピストンを制御することもできる。
そして、ＥＣＵ４１によるタイミングコントロールバルブ３９自体の駆動制御系は、図１に示すように構成される。
つまり、ＥＣＵ４１には、第１周波数信号発生手段４２と、第２周波数信号発生手段４３と、周波数信号切替手段４４と、デューティ比決定手段４５と、タイミングコントロールバルブ制御手段４６と、駆動回路４７とがそなえられる。
【００６０】
第１周波数信号発生手段４２では、第１の周波数ｆ１ （例えば８０Ｈｚ）を有する信号Ｗ１を発生し、第２周波数信号発生手段４３では、第１の周波数ｆ１ よりも低い第２の周波数ｆ２ （例えば６０Ｈｚ）を有する信号を発生するようになっている。
そして、周波数信号切替手段４４では、エンジン回転数Ｎｅに応じて第１の周波数信号ｆ１ と第２の周波数信号ｆ２ とを切り替えて出力するが、この切替は、図３に示すように、タイミングコントロールバルブ３９とエンジンとの共振領域を回避するようにして行なわれるようになっている。この周波数信号切替手段４４は、選択周波数判定手段４４Ａとこの選択周波数判定手段４４Ａからの選択信号に応じて切り替えるスイッチ４４Ｂとから構成することができる。この周波数信号の切替制御についての詳細な説明は後述する。
【００６１】
また、デューティ比決定手段４５は、エンジンの運転状態に応じてタイミングコントロールバルブ（電磁弁）３９のデューティ比を決定するもので、目標ピストン位設定手段４８で設定されたタイマピストン３１の目標位置（目標ピストン位置）に応じてデューティ比を決定する。なお、目標ピストン位設定手段４７では、燃料噴射量（燃料噴射時間）Ｑ及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて目標ピストン位置を設定する。
【００６２】
そして、本実施例では、デューティ比決定手段４５は、このデューティ比に対応したタイミングコントロールバルブ３９のコイル３９Ａへの励磁時間（オン制御時間）ｔ１を例えばマップに基づいて設定するようになっている。
つまり、デューティ比が決まれば、制御周期にこのデューティ比を乗算することで、励磁時間ｔ１ を算出することができ、ここでは、第１の周波数ｆ１ に応じた第１の制御周期と、第２の周波数ｆ２ に応じた第２の制御周期とが設けられているので、第１の周波数ｆ１ に応じた第１周波数用マップＡと、第２の周波数ｆ２ に応じた第２周波数用マップＢとを用意して、これらのマップを適宜用いることでデューティ比に応じた励磁時間ｔ１ を設定するようになっている。
【００６３】
制御手段４６は、オン・オフ信号に基づいてタイミングコントロールバルブ３９を制御するもので、このオン・オフ信号は、周波数信号切替手段４４を通じて出力された信号に基づく周波数ｆ１ 又はｆ２ を有し、且つ、デューティ比決定手段４５で決定したオン・オフの割合（即ち、デューティ比）を有している。
このため、制御手段４６は、図１に示すように、０クロス検出器４６Ａと、三角波発生器４６Ｂと、コンパレータ４６Ｃと、アンド回路４６Ｄとをそなえている。
【００６４】
このうち、０クロス検出器４６Ａは周波数信号Ｗ１の０クロスを検出するが、周波数信号Ｗ１が入力されていれば三角波発生器４６Ｂ及びアンド回路４６Ｄにオン信号を出力し、また、０クロスを検出時には、三角波発生器４６Ｂに検出信号を出力する。
三角波発生器４６Ｂは、この０クロス検出器４６Ａからのオン信号で三角波信号を派生して出力するが、この三角波信号は０クロス検出信号によってリセットされる。
【００６５】
また、コンパレータ４６Ｃは、三角波発生器４６Ｂからの三角波信号の出力値と、デューティ比決定手段４３で求められたタイミングコントロールバルブ３９の励磁時間信号の出力値とを比較するもので、三角波信号の出力値が励磁時間信号の出力値よりも小さければ、オン信号（励磁信号）を出力し、三角波信号の出力値が励磁時間信号の出力値以上になったら、オフ信号（励磁停止信号）を出力するようらになっている。
【００６６】
さらに、アンド回路４６Ｄは、コンパレータ４６Ｃからのオン信号が出力されたときに、同時に０クロス検出器４６Ａからオン信号が出力されていたら、オン信号（励磁信号）を駆動回路４５に出力するようになっている。
駆動回路４７は、電源４７Ａとトランジスタ４７Ｂとを有しており、トランジスタ４７Ｂはスイッチング回路として機能し、アンド回路４６Ｄからオン信号を受けると、タイミングコントロールバルブ３９のコイルに電源４７Ａからの電力を供給しタイミングコントロールバルブ３９のコイル３９Ａを励磁するようになっている。
【００６７】
ここで、周波数信号切替手段４４による周波数信号の切替制御について説明すると、周波数信号切替手段４４では、前述のように、タイミングコントロールバルブ３９とエンジンとの共振領域を回避するようにして周波数信号の切替制御を行なうが、まず、共振領域について説明する。
つまり、タイミングコントロールバルブ３９とエンジンとの共振領域は、タイミングコントロールバルブの駆動周波数がエンジン回転数Ｎｅの整数倍と一致する近傍に存在し、タイミングコントロールバルブの駆動周波数を数十Ｈｚ以上にすると、通常のエンジン回転領域（上限が５０００〜６０００ｒｐｍ程度）では、０．５次共振点，１次共振点，及び２次共振点が存在する。
【００６８】
すなわち、タイミングコントロールバルブ３９とエンジンとの共振の代表的なものは、前述のように、タイマピストン３１に加わるタイミングコントロールバルブ３９の圧力変動の周波数（即ち、駆動周波数）とカムディスクの乗り越え時の反力の作用する周波数とが完全に一致する場合であり、これが１次共振である。カムディスクの乗り越え時の反力の周波数は、４気筒エンジンの場合、エンジン回転数Ｎｅの２倍であり、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数がエンジン回転数Ｎｅの２倍となったときに、１次共振となる。
【００６９】
また、タイミングコントロールバルブ３９とエンジンとの共振には、この他、タイミングコントロールバルブ３９の圧力変動周波数（駆動周波数）が、カムディスクの乗り越え反力周波数の整数倍と一致する場合があり、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数が、乗り越え反力周波数の２倍となる場合が２次共振である。４気筒エンジンの場合、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数がエンジン回転数Ｎｅの４倍となったときに、２次共振となる。
【００７０】
さらに、タイミングコントロールバルブ３９とエンジンとの共振には、この他、カムディスクの乗り越え反力周波数が、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数の整数倍と一致する場合があり、乗り越え反力周波数が、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数の２倍となる場合（逆に言うと、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数が、乗り越え反力周波数の０．５倍となる場合）が０．５次共振である。４気筒エンジンの場合、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数がエンジン回転数Ｎｅと一致したときに、０．５次共振となる。
【００７１】
タイマピストン３１に生じる「揺らぎ現象」は、これらの０．５次共振点，１次共振点，及び２次共振点において問題になるが、特に、図９を参照して既に説明したように、１次共振領域での「揺らぎ現象」によるピストン振幅は、０．５次共振領域のものに比べるとほぼ２倍以上も大きく、また、２次共振領域のものに比べるとほぼ４倍以上も大きくなる。
【００７２】
そこで、周波数信号切替手段４４では、このような特性に対応するように、１次共振領域での「揺らぎ現象」の回避を、０．５次共振領域や２次共振領域の場合よりも優先するように周波数信号を切り替えるようになっている。
また、同次共振領域では、周波数が低い方がタイマピストンの揺らぎの振幅を大きくするので、周波数信号切替手段４４では、駆動周波数の低い場合（即ち、第２の周波数の場合）の方を、駆動周波数の高い場合（即ち、第１の周波数の場合）よりも優先的に共振領域からの回避を行なうようになっている。
【００７３】
具体的には、周波数信号切替手段４４による周波数信号の切替は、図３に示すように、信号切替用エンジン回転数（以下、切替回転数という）Ｎ１ ，Ｎ２ ，Ｎ３ ，Ｎ４ ，Ｎ５ で行なうようになっている。つまり、選択周波数判定手段４４Ａが、エンジン回転数を検出する回転数センサ（エンジン回転数検出手段）４９からの検出情報を受けて、検出したエンジン回転数Ｎｅを切替回転数Ｎ１ 〜Ｎ５ のいずれかになったら周波数信号の切替を行なうようになっている。
【００７４】
なお、切替回転数Ｎ１ 〜Ｎ５ のうち、切替回転数Ｎ１ は０．５次共振領域に、切替回転数Ｎ２ は０．５次共振領域と１次共振領域との間に、切替回転数Ｎ３ は１次共振領域に、切替回転数Ｎ４ は１次共振領域と２次共振領域との間に、切替回転数Ｎ５ は２次共振領域に設けられている。
そして、エンジン回転数ＮｅがＮ１ 未満なら第１の周波数ｆ１ を用い、エンジン回転数ＮｅがＮ１ 以上でＮ２ 未満なら第２の周波数ｆ２ を用い、エンジン回転数ＮｅがＮ２ 以上でＮ３ 未満なら第１の周波数ｆ１ を用い、エンジン回転数ＮｅがＮ３ 以上でＮ４ 未満なら第２の周波数ｆ２ を用い、エンジン回転数ＮｅがＮ４ 以上でＮ５ 未満なら第１の周波数ｆ１ を用い、エンジン回転数ＮｅがＮ５ 以上なら第２の周波数ｆ２ を用いるようにして、周波数信号の切替を行なうようになっている。
【００７５】
特に、各切替回転数Ｎ１ ，Ｎ２ ，Ｎ３ ，Ｎ４ ，Ｎ５ は以下のように設定されている。
つまり、第１の周波数ｆ１ における０．５次共振点，１次共振点，２次共振点のエンジン回転数をＮ１１，Ｎ１２，Ｎ１３として、第２の周波数ｆ２ における０．５次共振点，１次共振点，２次共振点のエンジン回転数をＮ２１，Ｎ２２，Ｎ２３とすると、各切替回転数Ｎ１ ，Ｎ２ ，Ｎ３ ，Ｎ４ ，Ｎ５ とこれらに隣接する各共振エンジン回転数Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３，Ｎ２１，Ｎ２２，Ｎ２３との間に差Ｌ１ ，Ｌ２ ，Ｌ３ ，Ｌ４ ，Ｌ５ ，Ｕ１ ，Ｕ２ ，Ｕ３ ，Ｕ４ ，Ｕ５ が設けられることになる。なお、これらの差Ｌ１ ，Ｌ２ ，Ｌ３ ，Ｌ４ ，Ｌ５ ，Ｕ１ ，Ｕ２ ，Ｕ３ ，Ｕ４ ，Ｕ５ は次式のように定義できる。
【００７６】
Ｌ１ ＝Ｎ１ −Ｎ２１
Ｌ２ ＝Ｎ２２−Ｎ２
Ｌ３ ＝Ｎ３ −Ｎ２２
Ｌ４ ＝Ｎ２３−Ｎ４
Ｌ５ ＝Ｎ５ −Ｎ２３
Ｕ１ ＝Ｎ１１−Ｎ１
Ｕ２ ＝Ｎ２ −Ｎ１１
Ｕ３ ＝Ｎ１２−Ｎ３
Ｕ４ ＝Ｎ４ −Ｎ１２
Ｕ５ ＝Ｎ１３−Ｎ５
そして、このような差分Ｌ１ ，Ｌ２ ，Ｌ３ ，Ｌ４ ，Ｌ５ ，Ｕ１ ，Ｕ２ ，Ｕ３ ，Ｕ４ ，Ｕ５ が次式を満たすように、各切替回転数Ｎ１ ，Ｎ２ ，Ｎ３ ，Ｎ４ ，Ｎ５ が設定されている。
【００７７】
Ｎ１ ・・・ Ｌ１ ＞Ｕ１ ・・・（１）
Ｎ２ ・・・ Ｌ２ ＞Ｕ２ ・・・（２）
Ｎ３ ・・・ Ｌ３ ＞Ｕ３ ・・・（３）
Ｎ４ ・・・ Ｕ４ ＞Ｌ４ ・・・（４）
Ｎ５ ・・・ Ｌ５ ＞Ｕ５ ・・・（５）
このうち、切替回転数Ｎ１ の設定にかかる条件（１），切替回転数Ｎ３ の設定にかかる条件（３），及び切替回転数Ｎ５ の設定にかかる条件（５）は、同次共振領域の場合に駆動周波数の低い第２の周波数ｆ２ を駆動周波数の高い第１の周波数ｆ１ よりも余裕（回転数差）を大きくとって、より優先的に共振領域から回避させるために設けている。
【００７８】
また、切替回転数Ｎ２ の設定にかかる条件（２）及び切替回転数Ｎ４ の設定にかかる条件（４）は、１次共振領域の場合に、０．５次共振領域や２次共振領域の場合よりも余裕（回転数差）を大きくとって、より優先的に共振領域から回避させるために設けている。
もちろん、このような条件だけでは、各切替回転数Ｎ１ ，Ｎ２ ，Ｎ３ ，Ｎ４ ，Ｎ５ を決定することはできず、実際には、かかる条件を前提に、特に「揺らぎ現象」によるタイマピストン３１の振幅の大きさがほぼ一様に低下するように、Ｌ１ とＵ１ との割合，Ｌ２ とＵ２ との割合，Ｌ３ とＵ３ との割合，Ｌ４ とＵ４ との割合，Ｌ５ とＵ５ との割合を、それぞれ設定する。このような設定は、試験データに基づいて適切に行なうことができる。
【００７９】
本発明の一実施例としてのエンジンの燃料噴射時期制御装置は、上述のように構成されているので、燃料の噴射にあたっては、ＥＣＵ４１により、噴射時期及び噴射時間（噴射量）を設定しながら、設定された噴射時期及び噴射時間に応じて噴射弁を駆動する。
このとき、噴射時期の制御は、タイマピストン３１の位置調整により行われるが、この位置調整には、タイミングコントロールバルブ３９をデューティ制御しながらタイマピストン３１に加わる油圧（燃料圧）を調整しながら行なう。
【００８０】
このタイミングコントロールバルブ３９の制御は、タイミングコントロールバルブ制御手段４６を通じて以下のように行われる。
つまり、この制御時には、第１周波数信号発生手段４２から第１の周波数ｆ１ を有する信号Ｗ１が発生され、第２周波数信号発生手段４３から第１の周波数ｆ１ よりも低周波の第２の周波数ｆ２ を有する信号Ｗ２が発生される。そして、周波数信号切替手段４４が、第１周波数信号発生手段４２からの周波数信号Ｗ１と第１周波数信号発生手段４３からの周波数信号Ｗ２とをエンジン回転数Ｎｅに応じて図３に示すような特性で切り替えながら出力する。
【００８１】
一方、デューティ比決定手段４５は、タイマピストン３１の目標位置（目標ピストン位置）に応じてデューティ比を決定して、さらに、周波数信号切替手段４４で選択された周波数に応じたマップに基づいて、デューティ比及び駆動周期に対するタイミングコントロールバルブ３９の励磁時間ｔ１ を設定する。
そして、制御手段４６が、デューティ比決定手段４５から励磁時間に応じた励磁信号を受けて、各励磁周期において励磁時間ｔ１ 分だけオン信号を出力して、駆動回路４７を通じてタイミングコントロールバルブ３９のコイル３９Ａを励磁する。
【００８２】
これにより、タイミングコントロールバルブ３９が所要の開度（時間平均開度）に制御され、タイマピストン３１の位置が適切に調整されるため、所要の燃料噴射タイミングに調整される。
そして、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数がエンジン回転数との共振領域に接近すると、前述のようにタイマピストン３１の「揺らぎ」という一種のうなり現象が生じるが、本装置では、図３に示すように、周波数信号Ｗ１がその共振領域に近づくと、比較的共振領域から離れている周波数信号Ｗ２に周波数信号が切り替えられ、逆に、周波数信号Ｗ２がその共振領域に近づくと、比較的共振領域から離れている周波数信号Ｗ１に周波数信号が切り替えられるので、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数がエンジン回転数との共振領域に接近しなくなって、タイマピストン３１の「揺らぎ」が回避又は例え生じたとしても振幅の小さなものに抑制される。
【００８３】
特に、１次共振領域での「揺らぎ」は０．５次共振領域や２次共振領域でのものよりも大きな振幅で発生するが、切替回転数Ｎ２ の設定にかかる条件（２）及び切替回転数Ｎ４ の設定にかかる条件（４）によって、１次共振領域からの回避を、０．５次共振領域や２次共振領域の場合よりも優先させているので、最も必要とする１次共振領域での「揺らぎ」を確実に抑制することができる。
【００８４】
さらに、同次共振領域の場合には、駆動周波数の低い第２の周波数ｆ２ での「揺らぎ」の方が駆動周波数の高い第１の周波数ｆ１ での「揺らぎ」よりも大きな振幅で発生しやすいが、切替回転数Ｎ１ の設定にかかる条件（１），切替回転数Ｎ３ の設定にかかる条件（３），及び切替回転数Ｎ５ の設定にかかる条件（５）によって、同次共振領域の場合に駆動周波数の低い第２の周波数ｆ２ を駆動周波数の高い第１の周波数ｆ１ よりも優先的に共振領域から回避させているので、より要求度の高い駆動周波数の低い場合の「揺らぎ」を確実に抑制することができる。
【００８５】
このように、「揺らぎ」が抑制されると、「揺らぎ」によるタイマピストン３１の振動振幅は小さくなり、燃料噴射時期の制御精度を十分に確保できるようになって、エンジンの性能向上に寄与しうる利点がある。
しかも、２種類のみの少ない駆動周波数による切替制御で確実に「揺らぎ」を抑制することができ、ハードウェア面でもソフトウェア面でも制御系の構成を簡素なものにできる。
【００８６】
また、上述の周波数の切替回転数Ｎ１ 〜Ｎ５ については、試験等により「揺らぎ」の発生特性を検出することで、確実に設定することができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置によれば、供給される油圧に応じてタイマピストンを移動させることで燃料噴射弁から噴射されるエンジンの燃料噴射時期を変更しうるタイマと、所要のデューティ比に制御されながら該タイマへ供給される油圧を調整するタイマ制御用電磁弁と、該エンジンの運転状態に応じて該電磁弁の該デューティ比を決定するデューティ比決定手段と、第１の周波数を有する信号を発生する第１周波数信号発生手段と、該第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する信号を発生する第２周波数信号発生手段と、該エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、該エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数に応じて該第１の周波数信号と該第２の周波数信号とを切り替えて出力する周波数信号切替手段と、上記の周波数信号切替手段から出力された周波数信号に基づく駆動周波数で且つ該デューティ比決定手段で決定したデューティ比によるオン・オフ信号によって該電磁弁を制御する制御手段とをそなえ、該周波数信号切替手段が、該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との間の回転数として予め設定された第１の信号切替用エンジン回転数に基づいて、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも低速回転側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用い、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも高速回転側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用いるように、上記の第１及び第２の周波数信号を切り替えるように構成され、エンジン回転数の変化に伴い該第１の周波数信号及び該第２の周波数信号が共振エンジン回転数に近づくのを防止するために、該第１の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差が、該第１の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されているので、共振領域で生じる「揺らぎ現象」を確実に抑制することができ、燃料噴射時期を適切に制御できるようになり、エンジンの性能向上に寄与しうる利点がある。特に、２種類のみの少ない駆動周波数による切替制御で確実に「揺らぎ」を抑制することができ、制御系の構成を簡素なものにできる。
【００８８】
請求項２記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置によれば、請求項１記載の構成において、該第１の信号切替用エンジン回転数以外の第２の信号切替用エンジン回転数が、該電磁弁の該エンジン回転との１次共振領域と２次共振領域との間に設けられて、該第２の信号切替用エンジン回転数よりも該１次共振領域側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用い、該第２の信号切替用エンジン回転数よりも該２次共振領域側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用いるように、該周波数信号切替手段による周波数切替が設定され、該第２の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、該第２の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関する２次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されるという構成により、２次共振領域の場合よりも大きな振幅で発生する１次共振領域での「揺らぎ現象」を確実に抑制することができ、燃料噴射時期を適切に制御できるようになり、エンジンの性能向上に寄与しうる利点がある。
【００８９】
請求項３記載の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置によれば、請求項１又は２記載の構成において、上記の第１及び第２の信号切替用エンジン回転数以外の第３の信号切替用エンジン回転数が、該電磁弁の該エンジン回転との０．５次共振領域と１次共振領域との間に設けられて、該第３の信号切替用エンジン回転数よりも該０．５次共振領域側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用い、該第３の信号切替用エンジン回転数よりも該１次共振領域側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用いるように、該周波数信号切替手段による周波数切替が設定され、該第３の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、該第３の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関する０．５次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されるという構成により、０．５次共振領域の場合よりも大きな振幅で発生する１次共振領域での「揺らぎ現象」を確実に抑制することができ、燃料噴射時期を適切に制御できるようになり、エンジンの性能向上に寄与しうる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としてのエンジンの燃料噴射時期制御装置の要部構成を示す制御ブロック図である。
【図２】本発明の第１実施例としてのエンジンの燃料噴射時期制御装置にかかるタイマピストンの駆動制御モデルを示す図である。
【図３】本発明の第１実施例としてのエンジンの燃料噴射時期制御装置の動作を説明するための図である。
【図４】ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプを示す断面図である。
【図５】ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプのタイマを示す断面図であり、（Ａ）は燃料噴射時期の進角制御の開始前の状態を示し、（Ｂ）は燃料噴射時期の進角制御の開始前の状態を示す。
【図６】本発明の課題である揺らぎ現象に関する実験データを示すグラフである。
【図７】本発明の課題である揺らぎ現象に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】タイミングコントロールバルブの駆動周波数とエンジン回転との関係を示すとともに、従来の技術を示す図である。
【図９】タイミングコントロールバルブの駆動周波数とエンジン回転との周波数差と、揺らぎ現象によるタイマピストンの振幅の特性をタイミングコントロールバルブの駆動周波数毎に示す図である。
【符号の説明】
１０ ポンプ本体
１１ フィードポンプ
１２ ドライブシャフト
１３ ポンプ室
１４ 通路
１５ 燃料圧送用プランジャ
１６ 燃料カット用マグネットバルブ
１７ プランジャ室
１７Ａ 連通口
１８ 通路
１９ デリバリバルブ
２０ カムディスク
２１ スプリング
２２ ローラホルダ
２３ ローラ
２４ コントロールスリーブ
２５ ガバナ（エレクトリックガバナ）
２６ レギュレータバルブ
２７ センシングギヤプレート
２８ 燃料温度センサ
２９ チェックバルブ付きのオーバフローバルブ
３０ タイマ
３１ タイマピストン
３２ シリンダ
３３ ピストンピン
３４ 第１圧力室
３５ 第２圧力室
３６ 通路
３７ オリフィス
３８ タイマスプリング
３９ タイマ制御用電磁弁としてのタイミングコントロールバルブ（ＴＣＶ）
３９Ａ タイミングコントロールバルブ３９のコイル
４１ 制御手段としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）
４２ 第１周波数信号発生手段
４３ 第２周波数信号発生手段
４４ 周波数信号切替手段
４４Ａ 選択周波数判定手段
４４Ｂ スイッチ
４５ デューティ比決定手段
４６ タイミングコントロールバルブ制御手段（制御手段）
４６Ａ ０クロス検出器
４６Ｂ 三角波発生器
４６Ｃ コンパレータ
４６Ｄ アンド回路
４７ 駆動回路
４７Ａ 電源
４７Ｂ トランジスタ
４８ 目標ピストン位設定手段
４９ 回転数センサ（エンジン回転数検出手段）
Claims (3)
- 供給される油圧に応じてタイマピストンを移動させることで燃料噴射弁から噴射されるエンジンの燃料噴射時期を変更しうるタイマと、
所要のデューティ比に制御されながら該タイマへ供給される油圧を調整するタイマ制御用電磁弁と、
該エンジンの運転状態に応じて該電磁弁の該デューティ比を決定するデューティ比決定手段と、
第１の周波数を有する信号を発生する第１周波数信号発生手段と、
該第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する信号を発生する第２周波数信号発生手段と、
該エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
該エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数に応じて該第１の周波数信号と該第２の周波数信号とを切り替えて出力する周波数信号切替手段と、
上記の周波数信号切替手段から出力された周波数信号に基づく駆動周波数で且つ該デューティ比決定手段で決定したデューティ比によるオン・オフ信号によって該電磁弁を制御する制御手段とをそなえ、
該周波数信号切替手段が、該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との間の回転数として予め設定された第１の信号切替用エンジン回転数に基づいて、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも低速回転側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用い、該第１の信号切替用エンジン回転数よりも高速回転側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用いるように、上記の第１及び第２の周波数信号を切り替えるように構成され、
エンジン回転数の変化に伴い該第１の周波数信号及び該第２の周波数信号が共振エンジン回転数に近づくのを防止するために、該第１の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差が、該第１の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関するＮ次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されている
ることを特徴とする、エンジンの燃料噴射時期制御装置。 - 該第１の信号切替用エンジン回転数以外の第２の信号切替用エンジン回転数が、該電磁弁の該エンジン回転との１次共振領域と２次共振領域との間に設けられて、
該第２の信号切替用エンジン回転数よりも該１次共振領域側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用い、該第２の信号切替用エンジン回転数よりも該２次共振領域側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用いるように、該周波数信号切替手段による周波数切替が設定され、
該第２の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、該第２の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関する２次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されている
ことを特徴とする、請求項１記載のエンジンの燃料噴射時期制御装置。 - 上記の第１及び第２の信号切替用エンジン回転数以外の第３の信号切替用エンジン回転数が、該電磁弁の該エンジン回転との０．５次共振領域と１次共振領域との間に設けられて、
該第３の信号切替用エンジン回転数よりも該０．５次共振領域側のエンジン回転数領域では該第２の周波数を用い、該第３の信号切替用エンジン回転数よりも該１次共振領域側のエンジン回転数領域では該第１の周波数を用いるように、該周波数信号切替手段による周波数切替が設定され、
該第３の信号切替用エンジン回転数と該第２の周波数に関する１次共振エンジン回転数との回転数差が、該第３の信号切替用エンジン回転数と該第１の周波数に関する０．５次共振エンジン回転数との回転数差よりも大きくなるように設定されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のエンジンの燃料噴射時期制御装置。
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