JP3760672B2 - ディーゼルエンジンの燃料噴射タイミング計測装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルからの燃料噴射が規定どおりのタイミングで行われているかどうかを計測する装置に関し、特にエンジン組立ラインのテスト工程において、全てのエンジンについての燃料噴射タイミングの計測をインラインで効率よく行えるようにした燃料噴射タイミング計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射ノズルからの気筒に対する実際の燃料噴射タイミングを定量的に把握することは困難であることから、一般的には、燃料噴射ポンプ側のプランジャのリフトタイミングを検出して燃料噴射ノズル側での噴射タイミングを予測する方法や、ノズルリフトセンサにより燃料噴射ノズルの開弁タイミングを検出してエンジン回転信号との位相差から算出する方法等が採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前者の方法では、燃料噴射ポンプからノズルまでの配管が長く、また、ノズルの開弁特性の個体差のためにポンプ側からの指示に対して実際の噴射までのタイムラグが発生するため、その噴射タイミングの計測精度の向上におのずと限界がある。また、後者の方法では、その都度ノズルをノズルリフトセンサ付きのものに交換しなければならず、タイミング計測のために多大な工数と時間を要することになるため、例えばエンジン組立ラインのテスト工程に適用したとしても全数検査ではなく抜き取り検査とならざるを得ない。その上、計測判定はオシロスコープ等による目視確認となるために例えば燃焼による回転変動の影響を受けやすく、計測結果の信頼性が十分でない。
【0004】
本発明は以上のような課題に着目してなされたもので、実噴射タイミングと計測値とのずれを可及的に小さくするとともに、回転変動や外乱等の計測値への影響をなくして計測精度を高め、さらに計測のための段取り工数を少なくして、特にエンジン組立ラインへの適用にあたりインラインでの全数検査を可能とした計測装置を提供しようとするものである。
【0005】
請求項1に記載の発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルからの噴射タイミングを計測する装置であって、エンジンの回転運動に同期した回転信号を周期信号として出力するエンジン回転センサと、前記燃料噴射ノズルに対応する気筒のピストン行程が上死点に達したことを検出して所定の時間遅れをもってTDC信号を出力する上死点センサと、前記燃料噴射ノズルから燃料が噴射されたときにそのタイミングを検出するべく燃料噴射ポンプと燃料噴射ノズルとを接続しているインジェクションチューブに設けられて、燃料噴射ポンプからの燃料圧送に伴うインジェクションチューブの拡張変位を検出するチューブ拡張センサと、前記各センサの出力を入力として所定の演算を行うことにより燃料噴射ノズルの実噴射タイミングを算出する計測制御手段とを備えている。
【0006】
その上で、前記計測制御手段は、噴射タイミングセンサの出力信号のピーク値位置を、前記回転信号の基本周期を所定幅で細分化したときの分解能をもって該基本周期を基準として特定した上、該ピーク値よりも遅れて発生するTDC信号の発生タイミングから上記ピーク値位置までの位相角を実噴射タイミングとして算出する信号処理手段を有していることを特徴としている。
【0007】
そして、上記信号処理手段での算出結果はそのまま例えばCRTディスプレイ等の表示装置に可視表示したり、あるいは算出結果を予め設定してある設定基準値と比較してその適否判定まで信号処理手段にて行い、適否判定結果を上記表示装置に可視表示する。
【0009】
上記回転センサとしては、エンジンに付帯しているクランク角センサ等をそのまま兼用できることはいうまでもない。
【0010】
したがって、請求項1に記載の発明では、エンジン回転信号の基本周期を所定幅で細分化したときの分解能をもってチューブ拡張センサの出力信号のピーク値位置(角度)を特定した上、TDC信号の発生タイミングからの位相角として実噴射タイミングとして算出するので、少なくとも計測値へのエンジン回転変動の影響が回避される。
【0011】
また、例えばエンジン組立ラインのテスト工程に適用するにあたっては、回転センサや上死点センサについてはエンジンが本来的に有しているものをそのまま使用することができるから、噴射タイミングセンサとしてチューブ拡張センサをエンジンに装着することで直ちに計測を行える。
【0012】
さらに、請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の発明を前提として、エンジンの気筒ごとに独立した燃料噴射ノズルのそれぞれにチューブ拡張センサが設けられていて、各燃料噴射ノズルごとに実噴射タイミングの算出がなされるものであることを特徴としている。
【0013】
したがって、この請求項2に記載の発明では、気筒ごとの燃料噴射タイミング異常や圧力異常すなわちノズルやポンプの噴射圧異常を特定できる。
【0014】
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の発明を前提とした上で、前記信号処理手段での処理として、チューブ拡張センサの出力信号のピーク値検出についてしきい値を予め設定しておき、このしきい値を越えた場合のみピーク値として認識するものであることを特徴としている。
【0015】
この請求項3に記載の発明では、特定のしきい値をもってピーク値を識別することにより、少なくとも計測値への外部ノイズ等の外乱の影響が回避される。
【0016】
請求項4に記載の発明では、請求項1〜3のいずれかに記載の発明を前提とした上で、前記信号処理手段での処理として、噴射タイミングセンサの出力信号のピーク値検出について時間的な有効範囲を予め設定しておき、この有効範囲内にある場合のみピーク値として認識するものであることを特徴としている。
【0017】
この請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の発明と同様に、少なくとも計測値への外部ノイズ等の外乱の影響が回避される。
【0018】
請求項5に記載の発明では、請求項1〜4のいずれかに記載の発明を前提とした上で、前記信号処理手段は、予め設定された計測時間内での複数回の噴射タイミングについてその都度実噴射タイミングを算出するとともに、その複数回の実噴射タイミングの平均値を算出するものであることを特徴としている。
【0019】
この請求項5に記載の発明では、複数回の実噴射タイミングの平均値の算出によってその噴射タイミングの特性が一層明瞭となる。
【0020】
請求項6に記載の発明では、請求項1〜5のいずれかに記載の発明を前提とした上で、前記計測制御手段は、エンジンに付帯するエンジンコントロールユニットとの間で通信を行いながらエンジンの運転条件を変化させるようになっていて、その運転条件に応じた実噴射タイミングもしくはその平均値を算出するものであることを特徴としている。
【0021】
したがって、この請求項6に記載の発明では、燃料噴射タイミングもしくはエンジン回転数を積極的に可変制御し、そのエンジン過渡状態での燃料噴射タイミングを計測することで、燃料噴射ポンプ側のタイマの機能が正常かどうか確認できる。
【0022】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、噴射タイミング信号のピーク値の位置を、周期信号である回転信号の基本周期を所定幅で細分化したときの分解能をもって特定した上で、TDC信号の発生タイミングを基準にそのピーク値までの位相角を実噴射タイミングとして算出するようにしているために、その計測精度が高く、計測値そのものの信頼性が高いものとなる。また、回転センサや上死点センサ等はエンジンそのものが本来的に有しているものを流用できることから、計測にあたっての段取り工数が少なくて済み、特にエンジン組立ラインのテスト工程に適用した場合にインラインでの全数検査が可能となる。
【0023】
また、噴射タイミングセンサとして燃料噴射ポンプからの燃料圧送に伴うインジェクションチューブの拡張変位を検出するチューブ拡張センサを用いているので、一段と正確に噴射タイミングを計測できる効果がある。
【0024】
請求項2に記載の発明によれば、各気筒に対応した燃料噴射ノズルごとに個別に実噴射タイミングの算出が行われるので、請求項1に記載の発明と同様の効果のほかに、各気筒ごとの燃料噴射タイミング異常や噴射圧異常を容易に特定できる利点がある。
【0025】
請求項3に記載の発明によれば、チューブ拡張センサの出力信号のピーク値を特定のしきい値をもって識別するようにしているので、請求項1または2に記載の発明と同様の効果のほかに、計測値への外部ノイズ等の外乱の影響が回避され、計測精度が一段と向上する効果がある。
【0026】
請求項4に記載の発明によれば、上記ピーク値検出にあたっていわゆるウインドウ処理により特定の時間的な有効範囲内にあるもののみをピーク値として認識するようにしているので、請求項3に記載の発明と同様に、計測値への外部ノイズ等の外乱の影響が回避され、計測精度が一段と向上する効果がある。
【0027】
請求項5に記載の発明によれば、予め設定された計測時間内での複数回の噴射タイミングについてその都度実噴射タイミングを算出した上でその平均値を算出するようにしているので、請求項1〜4のいずれかに記載の発明と同様の効果のほかに、計測値そのものの信頼性が一段と高くなる利点がある。
【0028】
請求項6に記載の発明によれば、エンジンコントロールユニットとの間で通信を行いながらエンジンの運転状態を積極的に変化させて、その運転条件に応じた実噴射タイミングもしくはその平均値を算出するようにしているので、請求項1〜5のいずれかに記載の発明と同様の効果のほかに、特に燃料噴射ポンプに内蔵されたタイマの機能確認までも行える利点がある。
【0029】
【発明の実施の形態】
図1〜5は本発明に係る計測装置の好ましい実施の形態を示す図であって、特に図1はその全体の概略構成を示している。
【0030】
図1において、1は計測対象となるディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)、2はエンジン1に付帯するエンジンコントロールユニット、3はコンピュータを主体として構成された計測制御装置、4は計測指示用コンソールボックス(操作盤)、5はCRTディスプレイである。
【0031】
エンジン1には燃料噴射ポンプ(以下、単にポンプという)6が装着されていて、図2にも示すように、各気筒ごとに独立している燃料噴射ノズル(以下、単にノズルという)7とポンプ6とがそれぞれにインジェクションチューブ8にて接続されていて、周知のようにこのインジェクションチューブ8を介してポンプ6から各ノズル7に計量された燃料が圧送されるようになっている。
【0032】
また、エンジン1には、リングギヤ9の各歯を被検出体として周期信号であるエンジン回転信号aを出力するエンジン回転センサ10が設けられているほか、同じく上死点検出用プレート11を被検出体として各気筒でのピストン行程が上死点位置なったことを検出してその都度TDC信号bを出力するするためのTDCセンサ(上死点センサ)12が設けられている。さらに、エンジン1での燃焼に伴うシリンダブロック等の振動を検出するための振動センサ13が設けられている。
【0033】
一方、上記各インジェクションチューブ8には、図2に示すように、ノズル7に可及的に近い位置に噴射タイミングセンサとしてのチューブ拡張センサ14が個別に装着されている。このチューブ拡張センサ14は、ポンプ6からの燃料圧送に伴うインジェクションチューブ8の微小な拡張変位をピエゾ効果を利用した素子により検出するもので、この拡張変位信号cの検出タイミングをもってノズル7での実際の噴射開始タイミングとみなし得ることは既に確認されている。
【0034】
そして、上記回転センサ10、TDCセンサ12、振動センサ13およびチューブ拡張センサ14の各出力a,b,c,dは計測制御装置3の信号処理回路15に入出力インターフェース16を介してに取り込まれて、後述するように実噴射タイミング算出のための所定の処理がなされるようになっている。
【0035】
図3は上記各センサ10,12,13,14からの出力信号a〜dのタイミングチャートを、図4はそのタイミングチャートのA部拡大図をそれぞれ示しており、エンジン1がアイドリング状態にあるとき、エンジン回転信号aは矩形波または正弦波の周期信号としてエンジン1の回転に同期して連続的に出力され、またTDCセンサ12の出力であるTDC信号bは各気筒でのピストン行程が上死点に達する度に90°ごとに1周期の正弦波または孤立波として発生する。なお、本実施の形態では、エンジン固有の通常の制御上の必要性から、図4に示すように、TDC信号bは実際の(理論上の)上死点位置よりもθ5(例えば位相角にして10°)だけ遅れて立ち上がるように、すなわちオフセット量θ5をもって発生するように設定してある。
【0036】
一方、インジェクションチューブ8のチューブ拡張信号cは、先に述べたようにノズル7での実際の燃料噴射タイミングとみなし得ることから、各ノズル7からの燃料噴射の度にそのピークが孤立波として発生する。同様に、燃焼に伴う振動信号dは上記燃料噴射タイミングに同期してパルス状に発生する。
【0037】
ここで、上記信号処理回路15での処理手順について説明すると、該信号処理回路15にはチューブ拡張信号cのうちそのピーク部分を切り出すべきウインドウWとスライスレベル(しきい値)Sとが予め設定されており、スライスレベルSを越えたピーク部分についてウインドウWをもって切り出す。なお、上記ウインドウWはノイズや出力レベルの変動の影響を抑制することを目的として、TDC信号bのゼロクロス点を基準に予め設定されており、このウインドウWは例えば上記ゼロクロス点の手前3°(θ2=3°)から15°(θ3=15°)までのθ1の範囲に設定されている。もちろん、上記スライスレベルSとウインドウWの大きさは任意に調整可能である。
【0038】
一方、エンジン回転信号aについては、図1に示したリングギヤ9の歯数が例えば100歯とすると、図4に示すようにその周期信号の1周期は3.6°(半周期で1.8°)となることから、その半周期を20等分した分解能(最小分解能は0.9°)をもって、上記チューブ拡張信号cのピーク値Pの角度位置を周期信号自体もしくはその位相を基準に検出する。その上で、前記ピーク値Pよりも遅れて発生するTDC信号bのゼロクロス点を基準に該TDC信号からピーク値Pまでの位相角θ4を実噴射タイミングとして算出する。なお、図4において、θ5は実際の(理論上の)上死点位置からのTDC信号の発生タイミングを遅らせているオフセット量であり、またθ6は上記実際の上死点位置を基準としたときの噴射タイミングの位相角である。
【0039】
これらの処理は、エンジンアイドリング状態での所定の計測時間が経過するまで各ノズル7ごとに連続して複数回繰り返され、それらのデータは上記計測時間が経過するまで信号処理回路15内に蓄積される。
【0040】
そして、計測時間が経過すると、信号処理回路15では、各ノズル7ごとの実噴射タイミングθ4の平均値を算出した上、予め設定されている基準設定値と比較し、その適否判定結果とともに上記平均値と最大値および最小値のそれぞれをCRTディスプレイ5に出力して可視表示する。なお、上記平均値、最大値および最小値は、図4に示したオフセット量θ5を減じた値を表示するのが望ましい。
【0041】
さらに、必要に応じて図1に示す計測指示用コンソールボックス4の操作によりエンジンコントロールユニット2に指令を与え、予め設定された条件のもとでエンジン回転数や燃料噴射タイミングを積極的に可変制御して、上記と同様に実噴射タイミングもしくはその平均値を算出する。そして、このデータに基づいてポンプ6に内蔵されている図示外のタイマの機能の適否判定を行う。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る計測装置の好ましい実施の形態を示す構成説明図。
【図2】図1におけるチューブ拡張センサ(噴射タイミングセンサ)の取付状態を示す要部拡大図。
【図3】図1に示す各センサの出力の相互関係を示すタイミングチャート。
【図4】図3のA部拡大説明図。
【符号の説明】
1…ディーゼルエンジン
2…エンジンコントロールユニット
3…計測制御装置
6…燃料噴射ポンプ
7…燃料噴射ノズル
8…インジェクションチューブ
10…エンジン回転センサ
12…TDCセンサ
13…振動センサ
14…チューブ拡張センサ
15…信号処理回路(信号処理手段)
Claims (6)
- ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルからの噴射タイミングを計測する装置であって、
エンジンの回転運動に同期した回転信号を周期信号として出力するエンジン回転センサと、
前記燃料噴射ノズルに対応する気筒のピストン行程が上死点に達したことを検出して所定の時間遅れをもってTDC信号を出力する上死点センサと、
前記燃料噴射ノズルから燃料が噴射されたときにそのタイミングを検出するべく燃料噴射ポンプと燃料噴射ノズルとを接続しているインジェクションチューブに設けられて、燃料噴射ポンプからの燃料圧送に伴うインジェクションチューブの拡張変位を検出するチューブ拡張センサと、
前記各センサの出力を入力として所定の演算を行うことにより燃料噴射ノズルの実噴射タイミングを算出する計測制御手段と、
を備えてなり、
前記計測制御手段は、チューブ拡張センサの出力信号のピーク値位置を、前記回転信号の基本周期を所定幅で細分化したときの分解能をもって該基本周期を基準として特定した上、該ピーク値よりも遅れて発生するTDC信号の発生タイミングから上記ピーク値位置までの位相角を実噴射タイミングとして算出する信号処理手段を有していることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射タイミング計測装置。 - エンジンの気筒ごとに独立した燃料噴射ノズルのそれぞれにチューブ拡張センサが設けられていて、各燃料噴射ノズルごとに実噴射タイミングの算出がなされるものであることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射タイミング計測装置。
- 前記信号処理手段での処理として、チューブ拡張センサの出力信号のピーク値検出についてしきい値を予め設定しておき、このしきい値を越えた場合のみピーク値として認識するものであることを特徴とする請求項1または2に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射タイミング計測装置。
- 前記信号処理手段での処理として、チューブ拡張センサの出力信号のピーク値検出について時間的な有効範囲を予め設定しておき、この有効範囲内にある場合のみピーク値として認識するものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射タイミング計測装置。
- 前記信号処理手段は、予め設定された計測時間内での複数回の噴射タイミングについてその都度実噴射タイミングを算出するとともに、その複数回の実噴射タイミングの平均値を算出するものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射タイミング計測装置。
- 前記計測制御手段は、エンジンに付帯するエンジンコントロールユニットとの間で通信を行いながらエンジンの運転条件を変化させるようになっていて、その運転条件に応じた実噴射タイミングもしくはその平均値を算出するものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射タイミング計測装置。
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