JP3994465B2 - 燃料噴射時期制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンに用いて好適の、燃料噴射時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、加圧された空気の熱により燃料を自然着火させるようなディーゼルエンジンにおいては、燃料の燃焼状態は、周囲の大気条件、特に大気圧力（吸気圧力）と大気温度（吸気温度）とに大きく影響される。具体的には、燃焼室内に噴射された燃料は、所定時間τだけ遅れて燃焼を開始するが、この所定時間（着火遅れ時間）τは、圧力と温度とに大きく影響されるのである。
【０００３】
そして、上述の着火遅れ時間τが大きくなると、出力トルクの低下を招いたり、白煙を排出したりすることが考えられる。また、着火遅れ時間τがさらに大きくなると、エンジンが失火することも考えられる。
このため、従来より大気条件の変化によるディーゼルエンジンの失火を防止するための種々の技術が提案，開発されている。
【０００４】
例えば、燃料噴射時期を変更可能な燃料噴射装置において、圧力センサと、大気圧力に応じた燃料噴射時期補正量が記憶された燃料噴射時期補正マップとを設け、上記燃料噴射時期補正マップから圧力センサにより得られる大気圧力に応じて燃料噴射時期を変更するような技術が知られている。
また、上述と同様に、温度センサと、温度に応じて燃料噴射時期の補正量を設定する燃料噴射時期補正マップとを設け、気温が低い場合やエンジン冷却水温度が低い場合に、燃料噴射時期補正マップにより燃料噴射時期を変更するような技術も知られている。
【０００５】
なお、特公平３−２５６２６号公報には、エンジンの吸気圧力に応じて燃料噴射時期を補正するようにした技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術では、圧力補正と温度補正とを同時に行なうためには、圧力補正用のマップ及び温度補正用のマップとの両方のマップをそなえなければならず、燃料噴射時期制御が複雑になり、燃料噴射時期が常に最適となるように制御するのが困難であるという課題があった。特に、高地（即ち、気圧の低い場所）であって、且つ冷間時のエンジン運転時には、最適な燃料噴射時期に制御するのが困難であった。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、圧力及び温度に応じて、ディーゼルエンジンの燃料噴射時期を簡単且つ確実に補正できるようにして、常に最適な燃料噴射時期に制御できるようにした、燃料噴射時期制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の燃料噴射時期制御装置は、エンジンの吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、吸気温度を検出する吸気温度検出手段と、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、該吸気圧力検出手段と該吸気温度検出手段と該エンジン回転数検出手段とからの検出情報に基づいて燃料噴射時期を進角させる制御手段と、をそなえている。
【０００９】
また、該制御手段が、該吸気圧力検出手段及び該吸気温度検出手段により検出された吸気圧力及び吸気温度に基づいて燃料が噴射されてから着火するまでの着火遅れ時間を算出する着火遅れ時間算出手段と、該エンジンの燃料噴射ポンプから燃料噴射弁までの圧力伝播時間を算出する圧力伝播時間算出手段と、該エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数と該着火遅れ時間算出手段により算出された該着火遅れ時間と該圧力伝播時間算出手段により算出された該圧力伝播時間とから着火遅れクランク角を算出する着火遅れクランク角算出手段と、該エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数とエンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷とに基づいて燃料噴射時期を設定する燃料噴射時期設定手段と、該燃料噴射時期設定手段により設定された燃料噴射時期と該着火遅れクランク角算出手段により算出された着火遅れクランク角との和が所定値よりも大きい場合には、該燃料噴射時期と該着火遅れクランク角との和から、該所定値を減じた分だけ上記燃料噴射時期を進角させる補正手段と、をそなえていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の本発明の燃料噴射時期制御装置は、上記請求項１記載の構成に加えて、該所定値が、該エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数と、エンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷とに基づいて設定されることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態としての燃料噴射時期制御装置について説明すると、図１は本装置が適用されるエンジンの模式的な全体構成図であって、１は圧縮空気により燃料を自然着火させるディーゼルエンジン、２は吸気通路、３は排気通路である。
【００１２】
また、このエンジン１には、ターボチャージャ４及びインタクーラ５が設けられており、エンジン１から排出された排気圧力により吸入空気が加圧されて、吸気通路に取り込まれるようになっている。そして、このターボチャージャ４により加圧された吸入空気は、インタクーラ５により冷却されるようになっており、これにより吸入空気の充填効率が高められるようになっている。
【００１３】
また、エンジン１には、図２に示す燃料噴射ポンプ１０が付設されるとともに、各シリンダにはそれぞれ燃料噴射ノズル（図示省略）が設けられている。そして、この燃料噴射ポンプ１０により燃料が高圧に加圧されて、燃料噴射ノズルから各シリンダ内に噴射されるようになっている。
また、図１，図２に示すように、燃料噴射ポンプ１０には、コントローラ（制御手段）１２が接続されており、このコントローラ１２からの制御信号に基づいて燃料噴射ポンプ１０のラックやタイマが制御されて、燃料噴射ノズルから噴射される燃料噴射量や燃料噴射タイミングが制御されるようになっている。
【００１４】
次に、本装置の要部について説明すると、図２はその要部機能に着目した模式的なブロック図であり、図２に示すように、コントローラ（制御手段）１２には、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ（吸気圧力検出手段）１４、吸気温度を検出する吸気温度センサ（吸気温度検出手段）１６、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサ（エンジン回転数検出手段）１８、エンジンの負荷を検出するエンジン負荷センサ（エンジン負荷検出手段）２０が接続されている。なお、エンジン負荷センサ２０は、例えば、アクセルペダルの踏み込み量を検出することでエンジン負荷を検出するようになっている。
【００１５】
また、コントローラ１２内には、着火遅れ時間算出手段２２，圧力伝播時間算出手段２４，着火遅れクランク角算出手段２６，燃料噴射時期設定手段２８及び補正手段３０が設けられている。
ここで、着火遅れ時間算出手段２２は、吸気圧力センサ１４及び吸気温度センサ１６により検出された吸気圧力Ｐ及び吸気温度Ｔに基づいて、燃料が燃焼室内に噴射されてから着火するまでの着火遅れ時間τ1 を算出するものであり、この着火遅れ時間τ1 は、下式（１）により算出される。
【００１６】
τ1 ＝Ａ・Ｐa ・（Ｐｏ2 ／０．２１Ｐ）b ・ｅｘｐ（Ｅ／ＲＴ） ・・・・・・（１）
Ａ，ａ，ｂ：定数
Ｐｏ2 ：Ｏ2 分圧
Ｅ：活性化エネルギ
Ｒ：気体定数
ここで、吸気中のＯ2 割合が略一定であると仮定すると、
Ｐｏ2 ／Ｐ＝Ｂ（定数）・・・・・・・・・（２）
となり、式（２）を式（１）に代入して、定数を改めてＸ，Ｙとすると、着火遅れ時間τ1 は、下式（３）のように表すことができる。
【００１７】
τ1 ＝Ｘ・Ｐa ・ｅｘｐ（Ｙ／Ｔ）・・・・・・（３）
また、圧力伝播時間算出手段２４は、燃料噴射ポンプ１０から燃料噴射弁までの圧力伝播時間（即ち、燃料噴射ポンプ１０が燃料の圧送を開始してから実際に燃料噴射弁で燃料が噴射されるまでの燃料噴射遅れ時間）τ2 を算出するものであり、この圧力伝播時間τ2 は、下式（４）により算出される。
【００１８】
τ2 ＝ｌ／ａ ・・・・・・・・・・（４）
ｌ：燃料噴射経路長（燃料噴射管路長）
ａ：燃料噴射管内音速
ここで、燃料噴射管内音速ａは、燃料噴射管内において圧力波が伝達される速度であり、燃料噴射経路長ｌを燃料噴射管内音速ａで除算することにより、燃料が燃料噴射ポンプ１０で加圧されてから実際に燃料噴射ノズルで噴射されるまでの燃料噴射遅れ時間τ2 を算出しているのである。また、この圧力伝播時間（燃料噴射遅れ時間）τ2 は、エンジン１の運転状態には依存しないので、コントローラ１２内の圧力伝播時間算出手段２４に予め記憶されている。
【００１９】
なお、式（４）は、燃料噴射ポンプ１０が列型燃料噴射ポンプの場合の燃料噴射遅れ時間算出式であるが、電子制御式ユニットインジェクタの場合には、電磁弁の応答遅れと、この電磁弁応答時から実際の燃料噴射時までの時間遅れとを合計して燃料噴射遅れ時間τ2 としてもよい。
また、着火遅れクランク角算出手段２６は、エンジン回転数センサ１８により検出されたエンジン回転数Ｎｅと、上記着火遅れ時間算出手段２２により算出された着火遅れ時間τ1 と、上記圧力伝播時間算出手段２４により算出された圧力伝播時間τ2 とに基づいて着火遅れクランク角θ′を算出するものである。
【００２０】
着火遅れクランク角θ′とは、上述の着火遅れ時間τ1 と圧力伝播時間（燃料噴射遅れ時間）τ2 との期間中にエンジン１のクランクシャフトが実際に回転する角度であり、この着火遅れクランク角θ′だけ、本来の着火タイミングよりも実際の着火が遅れるのである。なお、この着火遅れクランク角θ′は下式（５）により算出される。
【００２１】
θ′＝（Ｎｅ・３６０／６０）×（τ1 ＋τ2 ）・・・（５）
また、燃料噴射時期設定手段２８は、エンジン回転数センサ１８及びエンジン負荷センサ２０からの検出情報に基づいて、基準となる燃料噴射時期θを設定するものである。ここで、燃料噴射時期設定手段２８で設定される燃料噴射時期θは、上記の着火遅れ時間τ1 や圧力伝播時間τ2 を加味しない場合の最適な燃料噴射時期である。したがって、実際の燃焼開始時期（着火時期）は、この燃料噴射時期θよりも上記の着火遅れクランク角θ′分だけ遅れることになる。
【００２２】
ところで、燃料噴射時期設定手段２８には、図３に示すようなマップが記憶されており、燃料噴射時期設定手段２８では、このようなマップに基づいて基準となる燃料噴射時期θを設定するようになっている。すなわち、このマップには、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷λとに応じて、最適な燃料噴射時期θが、例えばθ1 〜θ6 のいずれかに設定されるようになっている。なお、添字の数字が大きいほど、最適な燃料噴射時期θは小さくなるように設定される。
【００２３】
また、補正手段３０は、燃料噴射時期設定手段２８により設定された燃料噴射時期θと、着火遅れクランク角算出手段２６により算出された着火遅れクランク角θ′との和が所定値Ｓよりも大きい場合には、燃料噴射時期θと着火遅れクランク角θ′との和θ＋θ′から所定値Ｓを減じた分を限度として実際の燃料噴射時期を進角させるものである。なお、上記所定値Ｓは、燃料噴射時期θを進角させるか否かの判断の基準となる値であり、燃料を失火させることなく確実に着火させることのできる時期である。
【００２４】
このため、補正手段３０は、この所定値（又は、基準値）Ｓを設定するための基準値設定マップ３０ａ及び燃料噴射時期を進角させる制御信号を設定する進角制御部３０ｂとを備えている。
基準値設定マップ３０ａは、図４に示すように、エンジン回転数センサ１８により検出されたエンジン回転数Ｎｅと、エンジン負荷センサ２０により検出されたエンジン負荷λとに基づいて基準値Ｓを設定するものであり、図３に示す燃料噴射時期θの設定マップと略同様の傾向に設定されている。すなわち、この基準値設定マップ３０ａでは、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷λとに応じて、基準値Ｓが、例えばＳ1 〜Ｓ6 のいずれかに設定されるようになっているのである。ただし、この基準値設定マップ３０ａの場合には、添字の数字が大きいほど、基準値Ｓは小さくなるように設定される。
【００２５】
一方、進角制御部３０ｂは、燃料噴射時期設定手段２８により設定された燃料噴射時期θと着火遅れクランク角算出手段２６により算出された着火遅れクランク角θ′との和θ＋θ′を算出してθ＋θ′が上記の基準値Ｓよりも大きいか否かを判定し、θ＋θ′が基準値Ｓよりも大きい場合には、エンジン１の失火を防止すべく、θ＋θ′と基準値Ｓとの差の分だけ、燃料噴射時期を進角させるようになっている。
【００２６】
したがって、この場合には、実際の燃料噴射時期θR は、下式（６）により算出される。
そして、進角制御部３０ｂでは、このようなθR をあらためて実際の燃料噴射時期θと設定して、燃料噴射ポンプ１０に制御信号を設定するようになっている。また、燃料噴射ポンプ１０では、この制御信号に基づいて、クランクシャフト回転角度がθ（＝Ｓ−θ′）のときに燃料噴射を開始するようになっている。
【００２７】
これにより、吸気温度や吸気圧力等の大気条件が変化した場合であっても、最適な燃料噴射時期に設定することができるのである。
本発明の一実施形態として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、例えば図５に示すようなフローチャートにしたがってその作動が制御される。まず、ステップＳ１において吸気温度Ｔが読み込まれ、ステップＳ２で吸気圧力Ｐが読み込まれる。そして、ステップＳ３において、ステップＳ１，ステップＳ２で読み込まれた吸気温度Ｔ，吸気圧力Ｐに基づいて着火遅れ時間τ1 が算出される。なお、この着火遅れ時間τ1 は、着火遅れ時間算出手段２２により上述の式（１）〜（３）にしたがって算出される。
【００２８】
次に、ステップＳ４において、圧力伝播時間算出手段２４により圧力伝播時間（燃料噴射遅れ時間）τ2 が式（４）にしたがって算出される。また、ステップＳ５でエンジン回転数Ｎｅが読み込まれると、次にステップＳ６において、着火遅れクランク角θ′が算出される。この着火遅れクランク角θ′は、着火遅れクランク角算出手段２６により、ステップＳ３で算出された着火遅れ時間τ1 とステップＳ４で設定された着火遅れ時間τ1 とステップＳ５で読み込まれたエンジン回転数Ｎｅとに基づいて、式（５）にしたがって算出される。
【００２９】
そして、ステップＳ７においてエンジン負荷λが読み込まれると、ステップＳ８では、ステップＳ５で読み込まれたエンジン回転数ＮｅとステップＳ７で読み込まれたエンジン負荷λとに基づいて、燃料噴射時期設定手段２８により基準となる燃料噴射時期θが設定される。
また、ステップＳ９では、やはりエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷λとに基づいて、補正手段３０の基準値設定マップ３０ａにより燃料噴射時期θを進角させるか否かの判断基準値Ｓが設定される。
【００３０】
そして、ステップＳ１０では、ステップＳ８で設定された燃料噴射時期θと、ステップＳ６で算出された着火遅れクランク角θ′との和が、ステップＳ９で設定された基準値Ｓよりも大きいか否かが判定される。ここで、燃料噴射時期θと着火遅れクランク角θ′との和が基準値Ｓよりも小さければ燃料噴射時期θは初期設定値のままリターンする。
【００３１】
また、燃料噴射時期θと着火遅れクランク角θ′との和が基準値Ｓよりも大きければ、ステップＳ１１に進んで、実際の燃料噴射時期θをＳ−θ′として設定する。すなわち、この場合には、着火遅れ時間τ1 と圧力伝播時間（燃料噴射遅れ時間）τ2 とを加味して、実際の着火時期が基準値Ｓよりも遅れないように、燃料噴射時期θをＳ−θ′として設定するのである。したがって、この場合には、燃料の燃焼開始時期はＳとなる。
【００３２】
そして、上述のような燃料噴射時期制御装置によれば、吸気温度や吸気圧力等の大気条件が変化した場合であっても、最適な燃料噴射時期に設定することができ、失火を防止することができる。例えば大気圧の低い高地であって、且つ気温が低い（又はエンジン冷却水温度が低い）条件でエンジン１を運転する場合であっても、吸気圧の補正と吸気温度の補正を反映させて燃料噴射時期を制御することができるので、あらゆる条件のもとにおいて最適な時期に燃料噴射を行なうことができるのである。また、燃料噴射時期の過進角によるＮＯｘの増大を抑制することができる利点も有している。
【００３３】
さらには、本装置では、従来のエンジンに対して、新たな部品等を設ける必要がなく制御ロジックを変更するだけでよいので、コスト増や重量増を招くこともないという利点も有している。さらには、本装置では、従来のディーゼルエンジンに対して新たな部品等を設ける必要がなく制御ロジックを変更するだけでよいので、コスト増や重量増を招くこともないという利点も有している。
【００３４】
なお、本発明の燃料噴射時期制御装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、ターボチャージャ４やインタクーラ５は必ずしもそなえる必要はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の燃料噴射時期制御装置によれば、圧力及び温度に応じて、ディーゼルエンジンの燃料噴射時期を簡単且つ確実に補正できるようにして、常に最適な燃料噴射時期に制御することができるという利点がある。
【００３６】
すなわち、吸気温度や吸気圧力等の大気条件が変化した場合であっても、最適な燃料噴射時期に設定することができ、失火を防止することができるのである。吸気圧の補正と吸気温度の補正を反映させて燃料噴射時期を制御することができるので、あらゆる条件のもとにおいて最適な時期に燃料噴射を行なうことができるのである。また、これにより燃料噴射時期の過進角によるＮＯｘの増大を抑制することができる利点も有している。さらには、本装置では、従来のエンジンに対して、新たな部品等を設ける必要がなく制御ロジックを変更するだけでよいので、コスト増や重量増を招くこともないという利点も有している。
【００３７】
また、請求項２記載の本発明の燃料噴射時期制御装置によれば、エンジンの運転状態に基づいて、きめ細かな燃料噴射時期制御を実行することができる利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての燃料噴射時期制御装置が適用されるエンジンの模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態としての燃料噴射時期制御装置における要部機能に着目して示す模式的なブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態としての燃料噴射時期制御装置における基本的な燃料噴射時期を設定するためのマップである。
【図４】本発明の一実施形態としての燃料噴射時期制御装置における燃料噴射時期の基準値を設定するためのマップである。
【図５】本発明の一実施形態としての燃料噴射時期制御装置における動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ ターボチャージャ
５ インタクーラ
１０ 燃料噴射ポンプ
１２ コントローラ（制御手段）
１４ 吸気圧力センサ（吸気圧力検出手段）
１６ 吸気温度センサ（吸気温度検出手段）
１８ エンジン回転数センサ（エンジン回転数検出手段）
２０ エンジン負荷センサ（エンジン負荷検出手段）
２２ 着火遅れ時間算出手段
２４ 圧力伝播時間算出手段
２６ 着火遅れクランク角算出手段
２８ 燃料噴射時期設定手段
３０ 補正手段
３０ａ 基準値設定マップ
３０ｂ 進角制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンに用いて好適の、燃料噴射時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、加圧された空気の熱により燃料を自然着火させるようなディーゼルエンジンにおいては、燃料の燃焼状態は、周囲の大気条件、特に大気圧力（吸気圧力）と大気温度（吸気温度）とに大きく影響される。具体的には、燃焼室内に噴射された燃料は、所定時間τだけ遅れて燃焼を開始するが、この所定時間（着火遅れ時間）τは、圧力と温度とに大きく影響されるのである。
【０００３】
そして、上述の着火遅れ時間τが大きくなると、出力トルクの低下を招いたり、白煙を排出したりすることが考えられる。また、着火遅れ時間τがさらに大きくなると、エンジンが失火することも考えられる。
このため、従来より大気条件の変化によるディーゼルエンジンの失火を防止するための種々の技術が提案，開発されている。
【０００４】
例えば、燃料噴射時期を変更可能な燃料噴射装置において、圧力センサと、大気圧力に応じた燃料噴射時期補正量が記憶された燃料噴射時期補正マップとを設け、上記燃料噴射時期補正マップから圧力センサにより得られる大気圧力に応じて燃料噴射時期を変更するような技術が知られている。
また、上述と同様に、温度センサと、温度に応じて燃料噴射時期の補正量を設定する燃料噴射時期補正マップとを設け、気温が低い場合やエンジン冷却水温度が低い場合に、燃料噴射時期補正マップにより燃料噴射時期を変更するような技術も知られている。
【０００５】
なお、特公平３−２５６２６号公報には、エンジンの吸気圧力に応じて燃料噴射時期を補正するようにした技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術では、圧力補正と温度補正とを同時に行なうためには、圧力補正用のマップ及び温度補正用のマップとの両方のマップをそなえなければならず、燃料噴射時期制御が複雑になり、燃料噴射時期が常に最適となるように制御するのが困難であるという課題があった。特に、高地（即ち、気圧の低い場所）であって、且つ冷間時のエンジン運転時には、最適な燃料噴射時期に制御するのが困難であった。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、圧力及び温度に応じて、ディーゼルエンジンの燃料噴射時期を簡単且つ確実に補正できるようにして、常に最適な燃料噴射時期に制御できるようにした、燃料噴射時期制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の燃料噴射時期制御装置は、エンジンの吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、吸気温度を検出する吸気温度検出手段と、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、該吸気圧力検出手段と該吸気温度検出手段と該エンジン回転数検出手段とからの検出情報に基づいて燃料噴射時期を進角させる制御手段と、をそなえている。
【０００９】
また、該制御手段が、該吸気圧力検出手段及び該吸気温度検出手段により検出された吸気圧力及び吸気温度に基づいて燃料が噴射されてから着火するまでの着火遅れ時間を算出する着火遅れ時間算出手段と、該エンジンの燃料噴射ポンプから燃料噴射弁までの圧力伝播時間を算出する圧力伝播時間算出手段と、該エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数と該着火遅れ時間算出手段により算出された該着火遅れ時間と該圧力伝播時間算出手段により算出された該圧力伝播時間とから着火遅れクランク角を算出する着火遅れクランク角算出手段と、該エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数とエンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷とに基づいて燃料噴射時期を設定する燃料噴射時期設定手段と、該燃料噴射時期設定手段により設定された燃料噴射時期と該着火遅れクランク角算出手段により算出された着火遅れクランク角との和が所定値よりも大きい場合には、該燃料噴射時期と該着火遅れクランク角との和から、該所定値を減じた分だけ上記燃料噴射時期を進角させる補正手段と、をそなえていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の本発明の燃料噴射時期制御装置は、上記請求項１記載の構成に加えて、該所定値が、該エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数と、エンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷とに基づいて設定されることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態としての燃料噴射時期制御装置について説明すると、図１は本装置が適用されるエンジンの模式的な全体構成図であって、１は圧縮空気により燃料を自然着火させるディーゼルエンジン、２は吸気通路、３は排気通路である。
【００１２】
また、このエンジン１には、ターボチャージャ４及びインタクーラ５が設けられており、エンジン１から排出された排気圧力により吸入空気が加圧されて、吸気通路に取り込まれるようになっている。そして、このターボチャージャ４により加圧された吸入空気は、インタクーラ５により冷却されるようになっており、これにより吸入空気の充填効率が高められるようになっている。
【００１３】
また、エンジン１には、図２に示す燃料噴射ポンプ１０が付設されるとともに、各シリンダにはそれぞれ燃料噴射ノズル（図示省略）が設けられている。そして、この燃料噴射ポンプ１０により燃料が高圧に加圧されて、燃料噴射ノズルから各シリンダ内に噴射されるようになっている。
また、図１，図２に示すように、燃料噴射ポンプ１０には、コントローラ（制御手段）１２が接続されており、このコントローラ１２からの制御信号に基づいて燃料噴射ポンプ１０のラックやタイマが制御されて、燃料噴射ノズルから噴射される燃料噴射量や燃料噴射タイミングが制御されるようになっている。
【００１４】
次に、本装置の要部について説明すると、図２はその要部機能に着目した模式的なブロック図であり、図２に示すように、コントローラ（制御手段）１２には、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ（吸気圧力検出手段）１４、吸気温度を検出する吸気温度センサ（吸気温度検出手段）１６、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサ（エンジン回転数検出手段）１８、エンジンの負荷を検出するエンジン負荷センサ（エンジン負荷検出手段）２０が接続されている。なお、エンジン負荷センサ２０は、例えば、アクセルペダルの踏み込み量を検出することでエンジン負荷を検出するようになっている。
【００１５】
また、コントローラ１２内には、着火遅れ時間算出手段２２，圧力伝播時間算出手段２４，着火遅れクランク角算出手段２６，燃料噴射時期設定手段２８及び補正手段３０が設けられている。
ここで、着火遅れ時間算出手段２２は、吸気圧力センサ１４及び吸気温度センサ１６により検出された吸気圧力Ｐ及び吸気温度Ｔに基づいて、燃料が燃焼室内に噴射されてから着火するまでの着火遅れ時間τ1 を算出するものであり、この着火遅れ時間τ1 は、下式（１）により算出される。
【００１６】
τ1 ＝Ａ・Ｐa ・（Ｐｏ2 ／０．２１Ｐ）b ・ｅｘｐ（Ｅ／ＲＴ） ・・・・・・（１）
Ａ，ａ，ｂ：定数
Ｐｏ2 ：Ｏ2 分圧
Ｅ：活性化エネルギ
Ｒ：気体定数
ここで、吸気中のＯ2 割合が略一定であると仮定すると、
Ｐｏ2 ／Ｐ＝Ｂ（定数）・・・・・・・・・（２）
となり、式（２）を式（１）に代入して、定数を改めてＸ，Ｙとすると、着火遅れ時間τ1 は、下式（３）のように表すことができる。
【００１７】
τ1 ＝Ｘ・Ｐa ・ｅｘｐ（Ｙ／Ｔ）・・・・・・（３）
また、圧力伝播時間算出手段２４は、燃料噴射ポンプ１０から燃料噴射弁までの圧力伝播時間（即ち、燃料噴射ポンプ１０が燃料の圧送を開始してから実際に燃料噴射弁で燃料が噴射されるまでの燃料噴射遅れ時間）τ2 を算出するものであり、この圧力伝播時間τ2 は、下式（４）により算出される。
【００１８】
τ2 ＝ｌ／ａ ・・・・・・・・・・（４）
ｌ：燃料噴射経路長（燃料噴射管路長）
ａ：燃料噴射管内音速
ここで、燃料噴射管内音速ａは、燃料噴射管内において圧力波が伝達される速度であり、燃料噴射経路長ｌを燃料噴射管内音速ａで除算することにより、燃料が燃料噴射ポンプ１０で加圧されてから実際に燃料噴射ノズルで噴射されるまでの燃料噴射遅れ時間τ2 を算出しているのである。また、この圧力伝播時間（燃料噴射遅れ時間）τ2 は、エンジン１の運転状態には依存しないので、コントローラ１２内の圧力伝播時間算出手段２４に予め記憶されている。
【００１９】
なお、式（４）は、燃料噴射ポンプ１０が列型燃料噴射ポンプの場合の燃料噴射遅れ時間算出式であるが、電子制御式ユニットインジェクタの場合には、電磁弁の応答遅れと、この電磁弁応答時から実際の燃料噴射時までの時間遅れとを合計して燃料噴射遅れ時間τ2 としてもよい。
また、着火遅れクランク角算出手段２６は、エンジン回転数センサ１８により検出されたエンジン回転数Ｎｅと、上記着火遅れ時間算出手段２２により算出された着火遅れ時間τ1 と、上記圧力伝播時間算出手段２４により算出された圧力伝播時間τ2 とに基づいて着火遅れクランク角θ′を算出するものである。
【００２０】
着火遅れクランク角θ′とは、上述の着火遅れ時間τ1 と圧力伝播時間（燃料噴射遅れ時間）τ2 との期間中にエンジン１のクランクシャフトが実際に回転する角度であり、この着火遅れクランク角θ′だけ、本来の着火タイミングよりも実際の着火が遅れるのである。なお、この着火遅れクランク角θ′は下式（５）により算出される。
【００２１】
θ′＝（Ｎｅ・３６０／６０）×（τ1 ＋τ2 ）・・・（５）
また、燃料噴射時期設定手段２８は、エンジン回転数センサ１８及びエンジン負荷センサ２０からの検出情報に基づいて、基準となる燃料噴射時期θを設定するものである。ここで、燃料噴射時期設定手段２８で設定される燃料噴射時期θは、上記の着火遅れ時間τ1 や圧力伝播時間τ2 を加味しない場合の最適な燃料噴射時期である。したがって、実際の燃焼開始時期（着火時期）は、この燃料噴射時期θよりも上記の着火遅れクランク角θ′分だけ遅れることになる。
【００２２】
ところで、燃料噴射時期設定手段２８には、図３に示すようなマップが記憶されており、燃料噴射時期設定手段２８では、このようなマップに基づいて基準となる燃料噴射時期θを設定するようになっている。すなわち、このマップには、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷λとに応じて、最適な燃料噴射時期θが、例えばθ1 〜θ6 のいずれかに設定されるようになっている。なお、添字の数字が大きいほど、最適な燃料噴射時期θは小さくなるように設定される。
【００２３】
また、補正手段３０は、燃料噴射時期設定手段２８により設定された燃料噴射時期θと、着火遅れクランク角算出手段２６により算出された着火遅れクランク角θ′との和が所定値Ｓよりも大きい場合には、燃料噴射時期θと着火遅れクランク角θ′との和θ＋θ′から所定値Ｓを減じた分を限度として実際の燃料噴射時期を進角させるものである。なお、上記所定値Ｓは、燃料噴射時期θを進角させるか否かの判断の基準となる値であり、燃料を失火させることなく確実に着火させることのできる時期である。
【００２４】
このため、補正手段３０は、この所定値（又は、基準値）Ｓを設定するための基準値設定マップ３０ａ及び燃料噴射時期を進角させる制御信号を設定する進角制御部３０ｂとを備えている。
基準値設定マップ３０ａは、図４に示すように、エンジン回転数センサ１８により検出されたエンジン回転数Ｎｅと、エンジン負荷センサ２０により検出されたエンジン負荷λとに基づいて基準値Ｓを設定するものであり、図３に示す燃料噴射時期θの設定マップと略同様の傾向に設定されている。すなわち、この基準値設定マップ３０ａでは、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷λとに応じて、基準値Ｓが、例えばＳ1 〜Ｓ6 のいずれかに設定されるようになっているのである。ただし、この基準値設定マップ３０ａの場合には、添字の数字が大きいほど、基準値Ｓは小さくなるように設定される。
【００２５】
一方、進角制御部３０ｂは、燃料噴射時期設定手段２８により設定された燃料噴射時期θと着火遅れクランク角算出手段２６により算出された着火遅れクランク角θ′との和θ＋θ′を算出してθ＋θ′が上記の基準値Ｓよりも大きいか否かを判定し、θ＋θ′が基準値Ｓよりも大きい場合には、エンジン１の失火を防止すべく、θ＋θ′と基準値Ｓとの差の分だけ、燃料噴射時期を進角させるようになっている。
【００２６】
したがって、この場合には、実際の燃料噴射時期θR は、下式（６）により算出される。
【００２７】
これにより、吸気温度や吸気圧力等の大気条件が変化した場合であっても、最適な燃料噴射時期に設定することができるのである。
本発明の一実施形態として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、例えば図５に示すようなフローチャートにしたがってその作動が制御される。まず、ステップＳ１において吸気温度Ｔが読み込まれ、ステップＳ２で吸気圧力Ｐが読み込まれる。そして、ステップＳ３において、ステップＳ１，ステップＳ２で読み込まれた吸気温度Ｔ，吸気圧力Ｐに基づいて着火遅れ時間τ1 が算出される。なお、この着火遅れ時間τ1 は、着火遅れ時間算出手段２２により上述の式（１）〜（３）にしたがって算出される。
【００２８】
次に、ステップＳ４において、圧力伝播時間算出手段２４により圧力伝播時間（燃料噴射遅れ時間）τ2 が式（４）にしたがって算出される。また、ステップＳ５でエンジン回転数Ｎｅが読み込まれると、次にステップＳ６において、着火遅れクランク角θ′が算出される。この着火遅れクランク角θ′は、着火遅れクランク角算出手段２６により、ステップＳ３で算出された着火遅れ時間τ1 とステップＳ４で設定された着火遅れ時間τ1 とステップＳ５で読み込まれたエンジン回転数Ｎｅとに基づいて、式（５）にしたがって算出される。
【００２９】
そして、ステップＳ７においてエンジン負荷λが読み込まれると、ステップＳ８では、ステップＳ５で読み込まれたエンジン回転数ＮｅとステップＳ７で読み込まれたエンジン負荷λとに基づいて、燃料噴射時期設定手段２８により基準となる燃料噴射時期θが設定される。
また、ステップＳ９では、やはりエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷λとに基づいて、補正手段３０の基準値設定マップ３０ａにより燃料噴射時期θを進角させるか否かの判断基準値Ｓが設定される。
【００３０】
そして、ステップＳ１０では、ステップＳ８で設定された燃料噴射時期θと、ステップＳ６で算出された着火遅れクランク角θ′との和が、ステップＳ９で設定された基準値Ｓよりも大きいか否かが判定される。ここで、燃料噴射時期θと着火遅れクランク角θ′との和が基準値Ｓよりも小さければ燃料噴射時期θは初期設定値のままリターンする。
【００３１】
また、燃料噴射時期θと着火遅れクランク角θ′との和が基準値Ｓよりも大きければ、ステップＳ１１に進んで、実際の燃料噴射時期θをＳ−θ′として設定する。すなわち、この場合には、着火遅れ時間τ1 と圧力伝播時間（燃料噴射遅れ時間）τ2 とを加味して、実際の着火時期が基準値Ｓよりも遅れないように、燃料噴射時期θをＳ−θ′として設定するのである。したがって、この場合には、燃料の燃焼開始時期はＳとなる。
【００３２】
そして、上述のような燃料噴射時期制御装置によれば、吸気温度や吸気圧力等の大気条件が変化した場合であっても、最適な燃料噴射時期に設定することができ、失火を防止することができる。例えば大気圧の低い高地であって、且つ気温が低い（又はエンジン冷却水温度が低い）条件でエンジン１を運転する場合であっても、吸気圧の補正と吸気温度の補正を反映させて燃料噴射時期を制御することができるので、あらゆる条件のもとにおいて最適な時期に燃料噴射を行なうことができるのである。また、燃料噴射時期の過進角によるＮＯｘの増大を抑制することができる利点も有している。
【００３３】
さらには、本装置では、従来のエンジンに対して、新たな部品等を設ける必要がなく制御ロジックを変更するだけでよいので、コスト増や重量増を招くこともないという利点も有している。さらには、本装置では、従来のディーゼルエンジンに対して新たな部品等を設ける必要がなく制御ロジックを変更するだけでよいので、コスト増や重量増を招くこともないという利点も有している。
【００３４】
なお、本発明の燃料噴射時期制御装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、ターボチャージャ４やインタクーラ５は必ずしもそなえる必要はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の燃料噴射時期制御装置によれば、圧力及び温度に応じて、ディーゼルエンジンの燃料噴射時期を簡単且つ確実に補正できるようにして、常に最適な燃料噴射時期に制御することができるという利点がある。
【００３６】
すなわち、吸気温度や吸気圧力等の大気条件が変化した場合であっても、最適な燃料噴射時期に設定することができ、失火を防止することができるのである。吸気圧の補正と吸気温度の補正を反映させて燃料噴射時期を制御することができるので、あらゆる条件のもとにおいて最適な時期に燃料噴射を行なうことができるのである。また、これにより燃料噴射時期の過進角によるＮＯｘの増大を抑制することができる利点も有している。さらには、本装置では、従来のエンジンに対して、新たな部品等を設ける必要がなく制御ロジックを変更するだけでよいので、コスト増や重量増を招くこともないという利点も有している。
【００３７】
また、請求項２記載の本発明の燃料噴射時期制御装置によれば、エンジンの運転状態に基づいて、きめ細かな燃料噴射時期制御を実行することができる利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての燃料噴射時期制御装置が適用されるエンジンの模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態としての燃料噴射時期制御装置における要部機能に着目して示す模式的なブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態としての燃料噴射時期制御装置における基本的な燃料噴射時期を設定するためのマップである。
【図４】本発明の一実施形態としての燃料噴射時期制御装置における燃料噴射時期の基準値を設定するためのマップである。
【図５】本発明の一実施形態としての燃料噴射時期制御装置における動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ ターボチャージャ
５ インタクーラ
１０ 燃料噴射ポンプ
１２ コントローラ（制御手段）
１４ 吸気圧力センサ（吸気圧力検出手段）
１６ 吸気温度センサ（吸気温度検出手段）
１８ エンジン回転数センサ（エンジン回転数検出手段）
２０ エンジン負荷センサ（エンジン負荷検出手段）
２２ 着火遅れ時間算出手段
２４ 圧力伝播時間算出手段
２６ 着火遅れクランク角算出手段
２８ 燃料噴射時期設定手段
３０ 補正手段
３０ａ 基準値設定マップ
３０ｂ 進角制御部
Claims (1)
- エンジンの吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、
吸気温度を検出する吸気温度検出手段と、
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、
該吸気圧力検出手段と該吸気温度検出手段と該エンジン回転数検出手段とからの検出情報に基づいて燃料噴射時期を進角させる制御手段と、
をそなえ、
該制御手段が、
該吸気圧力検出手段及び該吸気温度検出手段により検出された吸気圧力及び吸気温度に基づいて燃料が噴射されてから着火するまでの着火遅れ時間を算出する着火遅れ時間算出手段と、
該エンジンの燃料噴射ポンプから燃料噴射弁までの圧力伝播時間を算出する圧力伝播時間算出手段と、
該エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数と該着火遅れ時間算出手段により算出された該着火遅れ時間と該圧力伝播時間算出手段により算出された該圧力伝播時間とから着火遅れクランク角を算出する着火遅れクランク角算出手段と、
該エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数とエンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷とに基づいて燃料噴射時期を設定する燃料噴射時期設定手段と、
該燃料噴射時期設定手段により設定された燃料噴射時期と該着火遅れクランク角算出手段により算出された着火遅れクランク角との和が所定値よりも大きい場合には、該燃料噴射時期と該着火遅れクランク角との和から該所定値を減じた分だけ上記燃料噴射時期を進角させる補正手段と、
をそなえている
ことを特徴とする、燃料噴射時期制御装置。
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