JPH01159445A - ディーゼル機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ディーゼル機関の制御装置に関し、特に、軽
負荷時の騒音、白煙等の発生を防止する装置に関する。

「従来の技術」 ディーゼル機関は、軽負荷時、特に冷間アイドル回転時
等にはガソリン機関に比べて騒音が数デシベル高く、ま
た、未燃燃料の排出による白煙を生じ易く、不完全燃焼
による炭化水素、スモーク等の有害物質が排出されるこ
とがあるという問題点があった。

これは次の理由による。冷間時等の軽負荷運転条件では
圧縮１〒程における筒内空気温度が十分に上昇せず、筒
内に噴射された燃料の着火遅れ時間が増大すると共に、
着火が不安定となることから、燃料噴射時期を上死点よ
り相当進める必要があった。このため、着火後の燃焼圧
力の上昇率が急峻になると共に、燃焼圧のピーク値が高
くなり、燃焼騒音を増加する結果をもたらした。また、
着火の不安定は不十分な燃焼をもたらし、未燃焼料が排
気ガス中に排出されて白煙等を生ずる。

従来、これらの問題点を考慮した装置として、アイドル
運転時等に吸入空気量を絞って燃焼圧力の上昇を抑え、
また、燃焼室内のグロープラグの加熱により着火の安定
を得ようとする装置が提案されている（特開昭６０−６
７７７７号）、シがし、吸入空気量の減少と着火の安定
とは相反するため、白煙の発生を検出し、フィードバッ
ク制御するという複雑なシステムが必要であり、また、
そのフィードバックにより白煙は抑制できるとしても、
騒音を＆適な条件で抑制することはできないという問題
点があった。

燃焼騒音を抑制するためには、燃焼圧力の上昇速度及び
、燃焼圧のピーク値を引き下げ、緩慢な燃焼を実現すれ
ばよい、このためには、燃焼時期を気筒の上死点以後に
遅角させることができればよいのであるが、単に燃料噴
射時期を遅角させると、筒内温度の低下により着火遅れ
が増加し、着火後の燃焼圧力の上昇速度やピーク値かが
えって高くなって騒音が増大したり、着火の不安定によ
り白煙が発生したりするという問題点があった。このた
め、従来の装置では、暖機前の冷間時のアイドリング運
転時等には、騒音特性を犠牲にして燃料噴射時期を進角
させ、着火の安定及び白煙の防止を図っているのが実情
であった。

「発明が解決しようとする問題点」 本発明は、上記の問題点を解決するためなされたもので
あり、燃料噴射時期と吸入空気の加熱とを総合的に制御
することにより、燃焼騒音の低下と、白煙防止による排
気ガスの浄化とを併せて実現することができる装置を提
供することを目的とする。

ｒ問題点を解決するための手段ｊ このため本発明では、第１図に示す様に、機関の運転条
件を検出する運転条件検出手段７１と、燃料噴射時期を
制御するＲ楕７２と、その燃料噴射時期を運転条件に基
づいて調節する噴射時期調節手段７３と、吸入空気を加
熱する機構７４と、その吸気加熱量を調節する加熱量調
節手段７５と、運転条件に対応して低負荷低回転時に燃
料噴射時期を各気筒の上死点以降にまでに遅らせること
が＋ｉ（能な遅角手段７６と、その遅角量に対応して吸
気加熱量を増加させる加ｆｔ！、、ｔｌ増加手段７７と
、を備えることを特徴とするディーゼル機関の制御装置
が提供される。

１作用Ｊ 上記の構成によれば、アイドル運転時等軽負荷時の燃料
噴射時期を十分に遅角させることができる。このため燃
焼時期を」二死点以降にまでも遅らせることができ、筒
内の燃焼圧力の上昇を抑制しｕ音を減少させることがで
きる。また、噴射時期の遅角による着火の不安定は、吸
入空気の加熱量を燃料噴射時点の筒内温度が燃料の着火
温度を十分」−まわるように設定調節することにより回
避できる。従って、燃料噴射時期と吸気加熱量とを総合
的に一体として制御することにより、着火遅れの少ない
安定した燃焼を実現することができ、燃焼圧力のピーク
値及び上昇速度を抑制して、燃焼騒音の低減と排気ガス
の浄化とを両立して実現することができる。

「実施例」 本発明の一実施例について図面に従って具体的に説明す
る。

第２図は本発明に係るディーゼル機関の制御装置を示す
概略構成図である。ディーゼル機関１はシリンダボア２
を有し、シリンダボア２内にピストン３を摺動可能に受
入れ、ピストン３の上方に燃焼室４を郭定している。デ
ィーゼル機関１は噴口５を経て燃焼室４に連通した渦流
室６を有しており、渦流室６には燃焼噴射ノズル７より
ディーゼル機関用の液体燃料が噴射供給されるようにな
っている。

ディーゼル機関１は、吸気マニホールド９を経て図示さ
れていない吸気ボートより燃焼室４内に空気を吸入し、
燃焼室４より排気ボート１０を経て排気マニホールド１
１へ排気ガスを排出する。

吸気ボート及び排気ボート１０は各々ポペット弁により
開閉されるようになっており、図に於いては排気用のポ
ペット弁１２のみが示されている。

吸気マニホールド９には吸入空気を加熱するバ−ナ１３
が設けられている。該バーナ１３は内部に電気ヒータを
備え、加熱用の燃料を蒸発着火し吸気を加熱する。また
、電気ヒータのみでも加熱可能である。バーナ１３には
燃料噴射ポンプ２０の燃料室２６から燃料調節電磁弁１
４（以下この電磁弁をＦＭＶと称す）を介して供給され
、燃料調節電磁弁１４の開度によりバーナ１３に流入す
る燃料量が調節される。燃Ｆ１１１１節電磁弁１４は電
子制御装置５０に接続され、そのコイルを励磁するデユ
ーティ比により開度が制御される。また、バーナ１３に
内蔵された電気ヒータはリレー１５を介してバッテリ１
６に接続され、電流が供給される。リレー１５は電子制
御装置５０に接続され、開開制御される。

バーナ１３は本発明の吸気加熱！！！１Ｍ７４をなし、
燃料調節電磁弁１４．リレー１５及び電子制御装置５０
は加熱量調節手段７５をなす。

また、ディーゼル機関１の本体にはサーミスタ式の水温
センサ１７が設けられ冷却水温を検出し、吸気マニホー
ルド９には吸気圧センサ１８が設けられ吸気圧を検出す
るようになっている。

燃料噴射ノズル７には燃料噴射ポンプ２０よりアクセル
各ダルの踏込址等に応じて計量された流量の液体燃料が
圧送される。燃料噴射ポンプ２０は該ポンプが内蔵して
いる図示されていないスピルリングの位置に応じて燃料
噴射量を計量する分配型のものであり、スピルリングを
リニヤソレノイドにより駆動し、リニヤソレノイドを励
磁する電流値に応じてスピル位に、即ち燃料噴射量を制
御するようになっている。

エンジン１のクランク軸に同期してその１／２の速度で
回転駆動される駆動軸２２は、ベーン式フィードポンプ
２３を回転させる。ベーン式フィードポンプ２３は燃料
タンク２４内の燃料をフィルタを介して導入し、この燃
料を加圧してレギュレートバルブ２５の設定する圧力に
調圧したのち、燃料噴射ポンプ２０内に形成した燃料室
２６へ供給する。

上記駆動軸２２は図示しないカップリングを介してプラ
ンジャを駆動する。このカップリングはプランジャを回
転方向へは一体的に回転させるが、プランジャが軸方向
へ往復運動する場合にはこの軸方向移動を自由に許す６
上記プランジヤには４つのカム山をもつフェイスカムが
一体的に設けられている。フェイスカムはスプリングに
よりカムローラ２７に押し付けられており、この図示し
ないフェイスカムとカムローラ２７の摺接により、プラ
ンジャが往復動される。１ランジヤは１回転中に、エン
ジン１の気筒数に対応する回数（ここでは４回）だけ往
復動される。

このプランジャの圧縮行程により燃料室２６内の燃料が
高圧に加圧され、分配弁２８及び噴射鋼管２９を経由し
て燃料噴射ノズル７に圧送され噴射される。

前記変換部材としてのカムローラ２７はローラリング３
０に保持されている。このローラリング３０は数１０度
の角度範囲で回動可能に設けられ、タイマピストン３１
によりビン３２を介して回動位置を制御される。ローラ
リング３０の回動位置によりカムローラ２７と図示しな
いフェースカムとの摺動タイミングがずれ、駆動軸２２
の回転角位置に対するプランジャの往復運動の位相角が
変化し、燃料噴射時期が変わるようになっている。

これらローラリング３０．タイマピストン３１等は燃料
噴射時期を制御する油圧タイマ機構をなす。

タイマピストン３１は高圧室３３と低圧室３４との差圧
及びタイマスプリング３５の荷重により位置が決まる。

高圧室３３は絞りを経由してベーン式フィードポンプ２
３の高圧側、すなわち燃料室２６に連通し、低圧室３４
はベーン式フィードポンプ２３の低圧側に連通ずる。そ
して、高圧室３３と低圧室３４はタイミング制御電磁弁
（Ｔｅｙ）３６を介して連通され、タイミング制御電磁
弁３６の開度により高圧室３３の圧力が調整されタイマ
ピストン３１の位置が調整される。タイミング制御電磁
弁３゛６は電子制御装置（ＥＣＵ）５０に接続され、そ
のコイルを励磁するデユーティ比を制御することにより
開度が制御される。

これら油圧タイマ機構３０〜３５は本発明の噴射時期制
御機構７２をなし、タイミング制＋［磁弁３６及び電子
制御装置５０は噴射時期調節手段７３をなす。

また、燃料噴射ポンプ内には、駆動軸２２の所定回転角
毎に回転パルス信号を発生する回転センサ３７と、プラ
ンジャの圧送開始時期を検出し噴射時期パルス信号を発
生する噴射時期センサ３８とが設けられ、これらのセン
サは電子制御装置５０に接続される。

第３図に示す様に、電子制御装置５０はマイクロプロセ
ッサユニット５１（ＭＰＵ）を有している。

ＭＰＵ５１はＲＯＭ５２（ｍ出専用メモリ）、ＲＡＭ５
３（随時読出書込みメモリ）等を備える一般的なもので
あり、回転センサ３７及び噴射時期センサ３８からのパ
ルス信号がそれぞれ波形整形回路５４．５５を介して入
力され、アクセルセンサ６１、水温センサ１７．吸気圧
センサ１８からのアナログ信号がマルチプレクサを内蔵
しなＡ／Ｄ変換器５６を介して入力される。

これら各種センサ１７．３７，３８．６１は本発明の運
転条件検出手段７１を構成する。’　Ｍ　Ｐ　Ｕ５１で
はこれらの情報に基づいて最適な噴射時期及び吸気加熱
量を演算し、その演算値を実現すべく、リレー駆動回路
５７を介してバーナ１３内のヒータを加熱するリレー１
５をｖ制御し、電磁弁駆動回路５８．５９を介して燃料
調節電磁弁１４及びタイミング制ｍ電磁弁３６を制御す
る。

以上のハード構成に基づき、電子制御装置５０の制御動
作について説明する。

ＭＰＵ５１では、回転センサ３７からの回転パルス信号
の発生時間間隔から機関の回転数Ｎを算出する６次にア
クセルセンサ６１からのアクセル開度αの情報を読み込
む、そして、算出された回転数Ｎとアクセル開度αの２
つの運転条件を引数としてＲＯＭ５２内に格納記憶され
た２次元マツプを検索し補間することにより基本噴射時
期を演算する。

第４図は本実施例の基本噴射時期を与える２次元マツプ
を概念的に示す斜視図である。これを第８図に示す従来
の装置における２次元マツプと比較対照して説明する。

従来の装置における基本噴射時期は、各運転条件におい
て出力トルクを高めると共に燃費を良くする値が計画さ
れており、低負荷時のもつとも噴射時期が遅くなる条件
でも、上死点（’ｒＤＣ）よりは遅角しないように計画
されていた。これに対して、本実施例では、中高負荷域
（たとえば図中のＰ、点の条件）では従来の装置と同じ
基本噴射時期を与えるが、回転数が小さくアクセル開度
も小さい低負荷域（たとえば図中の２２点の条件）では
、基本噴射時期を大きく遅角させ、上死点（ＴＤＣ）よ
りさらに遅い時期に計画している。これは燃焼騒音を低
く抑制する時期に設定するためである。

Ｒ，ＯＭ　５２に格納された基本噴射時期の２次元マツ
プは本発明の遅角手段７６を構成する。

ＭＰＴＪ５１は、第４図に示す２次元マツプから算出さ
れた基本噴射時期を水温センサ１７からの冷却水温によ
り補正し、目標噴射時期を算出する。

そして、噴射時期センサ３８からの信号により検出され
る実際に燃料噴射が開始される実噴射時期が、算出され
た目標噴射時と一致するように、タイミング制御電磁弁
３６の駆動電流のデユーティ比を増減し制御する。

また、Ｍ　ｌ”　Ｕ　５１では吸入空気の加熱量を制御
する。加熱量の調節はバーナ１３へ供給される燃料流量
により調節される。ＭＰＵ５１は、回転数Ｎとアクセル
開度αを引数としてＲＯＭ５２内の２次５ｃマツプを検
索補間し、吸気加熱燃料流量Ｑを演算する。吸気加熱燃
料流ＪｉＩＱを与える２次元マツプは、第５図に示す様
に、回転数Ｎ及びアクセル開度αの小さい低負荷域での
み立上がり、中高負荷域では０となる値が計画されてい
る。この低負荷域は基本噴射時期を大きく遅角させる運
転域に対応し、その吸気加熱燃料流景Ｑは基本噴射時期
の遅角量に大略対応している。

ＲＯＭ５２に格納された吸気加熱燃料流ＩＱの２次元マ
ツプは本発明の加熱量増加手段７７を構成する。

ＭＦ’Ｕ５１は、第５図に示す２次元マツプから算出さ
れた吸気加熱燃料流ＩＱを水温センサ１７からの冷却水
温により補正し最終吸気加熱燃料流量Ｑ　ＦＩＩＩＡＬ
を算出する。この補正は、第６図に示す様に、冷却水温
に対応した補正係数Ｋを吸気加熱燃料流１ｉＱに乗する
ことにより行われる。そして、第７図に示す様に、最終
吸気加熱燃料流量Ｑ　ＦＩＩＩＡＬに対応したデユーテ
ィ比でもって燃料調節電磁弁１４を駆動し、所定流量Ｑ
Ｆ２ＩＩＡＬ、の燃料をバーナに供給する。また、ＣＰ
Ｕ５１はリレー１５をオンオフ制御し、バーナ１３に内
蔵された電気ヒータが過大な温度にならないように、一
方、加熱用燃料の着火には十分なように、温度調節を行
う。

このように機関１の吸気行程で気筒内４に吸入される空
気はバーナ１３により加熱され、圧縮行程で圧縮加熱さ
れさらに高温になる。吸入空気は運転条件に従って大略
遅角量に対応した加熱量でもって加熱されるため、燃料
噴射時期が機関の上死点（Ｔ　Ｄ　Ｃ）から相当遅角さ
れた時期であっても、なお気筒内４の空気温度は燃料の
着火温度を十分に上まわる温度が確保される。従って、
着火遅れもなく安定な燃焼が可能であり、排気中に白煙
や炭化水素等の有害物質が排出されることを抑制するこ
とができる。また、アイドル運転時等軽負荷時には上死
点より遅れた燃焼時期に燃焼が行われるが、着火遅れが
なく燃焼が安定しているため燃焼圧力の上昇速度も緩く
、燃焼圧のピーク値も比牧的小さくなり燃焼騒音が低減
され、静粛な運転が実現される。

一方、運転条件の中高負荷域では、吸気加熱燃料流量が
抑制され、バーナ１３の発熱量が減少されると共に、燃
料噴射時期が進角され、燃費の改善と出力トルクの向上
が実現される。

以上述べた実施例では、燃料噴射時期と吸気加熱燃料流
量とをそれぞれ独立に運転条件（Ｎ、α）から演算する
こととし、各々２次元マツプのデータにより遅角量と吸
気加熱量とを対応ずけることとしたが、２次元マツプに
より求められた噴射時期をパラメータとして計算式等に
より吸気加熱燃料流量を算出し、温度補正を行うように
してもよい。

「発明の効果」 以上述べたように本発明は上記の構成を有し、運転条件
に従って燃料噴射時期と吸気加熱量を総合的に制御しな
がら、低負荷運転域には燃料噴射時期を大きく遅角させ
るものであるから、アイドル運転時など低負荷運転域に
おける騒音の低減と排気ガスの浄化とを併せて実現する
ことができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を明示する図、第２図乃至第７図
は一実施例を示し、第２図は制御装置の概略構成図、第
３図は電子制御装置のブロック図、第４図は噴射時期を
与える２次元マツプを示す斜視図、第５図は吸気加熱燃
料流量を与える２次元マツプを示す斜視図、第６図は水
温補正を示すグラフ図、第７図は燃料調節電磁弁のデユ
ーティ比を示すグラフ図であり、第８図は従来の装置に
おける噴射時期を与える２次元マツプを示す斜視図であ
る。 １１１．ディーゼル機関、　３０１．ピストン、７１１
．燃料噴射ノズル、　９１．、吸気マニホールド、１３
、、、バーナ、　１４　、、、燃料調節電磁弁（ＦＭ■
）、　　１５．、、リレー、　　１７　、、、水温セン
サ、２０　、、、燃料噴射ポンプ、　３０　、、、ロー
ラリング、３１　、、、タイマピストン、　３６．、、
タイミング制御電磁弁（ＴＣＶ）、　３７．、、回転セ
ンサ、３８、、、噴射時期センサ、　５０．、、電子制
御装置、６１　、、、アクセルセンサ。 第４図 第５図 第６図 ８０　　　℃ −〉　水温 第７図 ＦＩＮＡＬ 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、燃料
   噴射時期を制御する機構と、その燃料噴射時期を運転条
   件に基づいて調節する噴射時期調節手段と、吸入空気を
   加熱する機構と、その吸気加熱量を調節する加熱量調節
   手段とを備えたディーゼル機関の制御装置において、 運転条件に対応して低負荷低回転時に燃料噴射時期を各
   気筒の上死点以降にまでに遅らせることが可能な遅角手
   段と、 その遅角量に対応して吸気加熱量を増加させる加熱量増
   加手段と、 を備えることを特徴とするディーゼル機関の制御装置。