JPH0263100B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はデイーゼル機関の燃料噴射装置におけ
る噴射時期を制御する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

自動車用デイーゼル機関のように乗用の使用回
転域が広いデイーゼル機関において最適の機関性
能を得るために燃料の噴射時期をその運転条件に
応じてきめ細かく制御する必要がある。

そこで、機関の回転数、噴射量等の各種の運転
条件を電気的な運転条件検出器で検出すると共
に、該運転条件に応じて目標噴射時期を電気的に
に演算し、該目標噴射時期に従つて噴射ポンプの
噴射時期調節機構を電気的に制御する噴射時期制
御装置が提案されている。従来この種の装置で
は、噴射時期調節手段の操作部材の操作量あるい
は、燃料噴射系の噴射ノズルの弁リフト等を検出
することによつて制御結果を帰還し、演算した目
標値と比較して噴射時期の誤差を修正する構成で
ある。

しかし噴射ノズルの弁リフトを検出する方法に
ついては、運転条件の変化（例えば減速）で、燃
料が無噴射になつた時、あるいは噴射時期センサ
に発生した諸原因により一時的に噴射時期信号が
出力されない時に噴射時期の信号の検出が不可能
になり、次に再び運転条件の変化で燃料の噴射が
始まつた瞬間、タイミング調節部材の位置によつ
ては目標噴射時期と実噴射時期が大きくずれる可
能性があるという欠点を持つていた。

そこで本発明では電気的演算手段の内部に実噴
射時期信号が発生しなくなつた時にはそのときの
運転条件に従つて実噴射時期信号を用いずに設定
された第２の電気的駆動出力を発生する機能を含
む噴射時期制御装置を提案するものであり、実噴
射時期信号が発生しなくなつた時もオープンルー
プ制御を行うことにより、次に再び実噴射時期が
検出された時にタイミング調節部材の応答に時間
がかかつて目標噴射時期と実噴射時期が大きくず
れることがないようにすることを目的とする。

また、噴射時期調節手段の操作部材の操作量あ
るいは、燃料噴射系の噴射ノズルの弁リフト等を
検出することによつて、制御結果を帰還する方法
は、噴射系のバラツキや経時変化等に対しては適
応能力を持つているが機関の圧縮化の経時変化や
燃料性状の変化による着火時期の変化に対して適
応能力を持たない。

そこで、機関に実噴射時期を検出するセンサと
して燃焼時期検出器を配設し、気筒内に噴射され
た燃料が着火燃焼する実燃焼時期を電気信号とし
て検出し、制御結果として帰還をすれば、前記問
題が解決できる。しかし、この場合も前記ノズル
弁リフト検出の場合と同様、燃料無噴射時あるい
は何らかの原因で燃焼時期検出器から一時的に着
火検出信号が発生されない時に、実噴射時期が検
出できなくなる。そこで、本発明ではこの場合も
電気的演算手段の内部に実噴射時期信号が発生し
ない時にその間の運転条件に従つて設定された電
気的駆動出力を発生する機能を含めることによ
り、前記問題点を解決することを目的としてい
る。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す一実施例について説明
する。第１図は全体の構成図であり、１は機関の
運転条件を検出する運転条件検出器で、機関の回
転数と機関へ噴射される燃料量が基本的制御パラ
メータである外に、機関の吸気管の吸気密度や冷
却水温等が補助的制御パラメータとなる。２は基
準時期検出器で、クランク軸の一定回転角で基準
時期信号を発生する。３は実噴射時期検出器で、
機関の気筒内に燃料が噴射される時期をあらわす
実噴射時期信号を発生する。

４は電気的演算手段で、前記基準時期信号を基
準として前記運転条件検出器１の検出信号を制御
パラメータとして機関に対する目標噴射時期を演
算すると共に、前記実噴射時期信号を比較し、目
標噴射時期に対する実噴射時期の誤差に応じた電
気的駆動出力を発生する。５は噴射時期調節手段
で、前記電気的駆動出力にて駆動され、前記基準
時期信号に対する噴射ポンプの燃料噴射時期を調
節する。６は噴射ポンプ、７は機関である。

運転条件検出器１の、例えば回転数信号は、機
関のクランク軸に係動する歯車状インダクタに電
磁ピツクアツプを対向させ、１歯毎に回転パルス
信号を発生すると共に、該パルスの周期あるいは
周波数を公知の周期あるいは周波数測定方法によ
つて測定することにより求めることができる。
又、噴射量信号は噴射ポンプの燃料調節部材の位
置を位置検出器にて検出した燃料調節部材位置信
号にて代用することができる。噴射時期を決める
基本的運転条件として、この回転数と噴射量が基
本的な制御パラメータとして使用できるが、その
他の運転条件としては吸気密度、冷却水温等があ
げられる。

基準時期検出器２は、例えば機関のクランク軸
の上死点において角度パルス信号を発生するよう
にクランク軸に係動して角度検出用インダクタを
配設し、この回転位相角を電磁ピツクアツプにて
検出し基準時期信号を得ることができるが、運転
条件検出器１の回転数信号を兼用することもでき
る。

実噴射時期検出器３としては、例えばノズル弁
リフト検出器を用いることができる。第２図はそ
の構造を示す断面図であり、燃料噴射ノズル内の
ノズル弁３０３上に、磁性材３０２を備え、それ
に対向してコイル３０１を置く。噴射ポンプから
燃料が圧送され、ノズル弁３０３が持ち上がると
磁性材３０２がコイル３０１に近づきコイル３０
１のインダクタンスが変化する。このインダクタ
ンスの変化を公知のインダクタンス変化検出回路
３０４を利用し検出すれば、燃料の噴射された時
期を検出することができる。

電気的演算手段の回路構成の一例は第３図に示
される。運転条件検出器は、本例では噴射量検出
器１１０にて噴射ポンプの噴射量に応じた噴射量
信号を得ると共に、基準時期検出器２が生じるク
ランク軸上死点ごとの基準時期信号を回転数検出
信号に兼用している。３は実噴射時期検出器で燃
料が気筒内に噴射される毎に実噴射時期信号を発
生する。２０１は波形整形回路で、基準時期信号
及び実噴射時期信号を各々波形整形する。

第４図は波形整形回路の一例を示し、基準時期
検出器２の電磁ピツクアツプ２１によつてクラン
ク軸に係動するインダクタ２２の一定回転位相角
通過時期を検出する基準時期信号Vaを得、これ
を整形回路２０１ａにて矩形パルス信号に整形す
る。ここで、第６図の如き基準時期検出器２の
検出信号Vaは同図のVbの如く矩形パルス信号
に波形整形される。又、実噴射時期検出器３の実
噴射信号は、微分回路２０１ｂにて微分された
後、整形回路２０１ｃにて矩形パルス信号に波形
整形される。第６図は実燃焼信号Vc、同図
はこの微分信号Vd、はさらにこれを整形した
矩形パルス信号Vcを示す。

パルス発生器２０２（第３図）は波形整形回路
２０１で波形整形された２つの矩形波信号を入力
し、マイクロコンピユータ２０３が回転数と実噴
射時期を計測できるようなパルス信号に変換する
回路で、第５図に回路例を示す。基準時期検出器
２からの信号を波形整形した信号VbをＡ端子に、
実噴射時期検出器３からの信号を波形整形した信
号VeをＢ端子に印加する。これによつて出力端
子Ｃ，Ｄには第６図のVf、のVgなる信号が
出力される。

これをマイクロコンピユータ２０３に入力し
て、回転数と二組のパルスP₁，P₂の立上り時間
差t₁より実噴射時期を求め、P₁パルス又はP₂パル
スの繰り返し周期Ｔより回転周期を求めることが
できる。機関の回転数と回転周期との関係は逆比
例関係にあるため、回転周期を検出できれば回転
数を直接演算しなくても目標噴射時期の演算が可
能となる。即ち、目標噴射時期を定める制御マツ
プは回転数と噴射量についてプログラムし、コン
ピユータ２０３のROM（読出専用メモリ）に記
憶させることができるが、回転数を回転周期に換
算した制御マツプとしてROMに記憶させれば回
転周期を制御パラメータとする制御が可能である
からである。

噴射ポンプの噴射量検出器１１０の一例とし
て、噴射ポンプの噴射量調節部材の位置をポテン
シヨメータ１１１にて検出することができる。噴
射調節部材の例として列型ポンプでは燃料制御ラ
ツクがあげられ、VE型分配ポンプではポンププ
ランジヤのスピルポートの開孔時期を調節するス
ピルリングがあげられるが、噴射ポンプのガバナ
調節レバーで代用することも可能である。本例で
はVE型分配ポンプの噴射量調節部材であるスピ
ルリングの位置をポテンシヨメータで検出し、噴
射量に応じたスピル位置信号を発生している。こ
の噴射量検出信号はＡ／Ｄ変換器２０４にてデイ
ジタル信号に変換し、マイクロコンピユータ２０
３に入力される。

マイクロコンピユータ２０３は８ビツトワンチ
ツプ型で本例では米国モトローラ社の型名6801を
使用しており、CPUのほかにROM，RAM、タ
イマ機能を内蔵する。

駆動回路２０５はマイクロコンピユータ２０３
の出力信号を電流増幅して、噴射時期調節手段５
に対して電気的駆動出力を発生する。その一例を
示す電気結線図は第７図に示される。V_BBは電源
バツテリ印加点であり、２５１は噴射時期調節手
段５のアクチユエータ駆動コイルである。

次にコンピユータ２０３の作動を第９図Ａ，Ｂ
のフローチヤートより説明する。いま自動車のキ
ースイツチが投入されると、作動を開始しＡに示
すメインルーチンのステツプ１３０でコンピユー
タのRAM、レジスター、入出力ポートを初期状
態にセツトする。ステツプ１３１でＢに示す割り
込みルーチン１４０〜１４２で得られたデータを
もとにして機関の回転周期を演算する。次に、判
定手段をなすステツプ１３２で噴射時期信号が入
力されているかどうかを確認し、もし燃料無噴射
状態等で入力されていなければ、ステツプ１３８
へ分岐する。今、噴射時期信号が入力されている
とすると、次のステツプ１３３でＡ／Ｄ変換器２
０４を通してスピル位置信号を入力する。次にス
テツプ１３４でステツプ１３１，１３３で得られ
た機関回転周期と、スピル位置のデータより目標
噴射時期を演算する。目標噴射時期は、機関の回
転周期をスピル位置を制御パラメータとした制御
マツプをマイクロコンピユータ２０３内のROM
記憶しておき、４点補間を行い算出する。そのマ
ツプの一例を第１０図に示す。これは、横軸に機
関回転周期TN、縦軸にスピルリング位置Ｓをと
り、機関回転周期がTNnでスピル位置がSmの格
子点には、目標噴射時期データtmmを対応させ
て、このマツプから目標噴射時期t′を求めること
ができる。機関回転周期Ｔ及びスピル位置Ｓが格
子点と一致しない場合は、公知の４点補間法によ
り線型補間を行い、目標噴射時期t′を演算するこ
とができるが、その詳細は本願の目的ではないの
で省略する。

ステツプ１３５では割り込みルーチンステツプ
１４０〜１４２で得られたデータをもとに実噴射
時期t₁の計算をする。ステツプ１３６ではステツ
プ１３４で求めた目標噴射時期とステツプ１３５
で求めた実噴射時期との誤差を演算する。ステツ
プ１３７ではステツプ１３６で得られた実噴射時
期と目標噴射時期との誤差に応じて電磁弁の開弁
時間のデユーテイ比を演算し、駆動回路２０５に
出力パルスを出す。誤差をデユーテイ比に変換す
る方法として、単に誤差Δtに比例したデユーテ
イ比を決めるのでは整定誤差を生じるため、誤差
の時間積分値Δtdtを加味することに制御精度が
向上する。

以上の演算処理を繰り返している際に、第５図
のＣ端子に第６図の如きパルスが出力され、コ
ンピユータ２０３でパルスの立上りを検出すると
プログラムは第９図Ｂの割り込みルーチンに移
る。

割込ルーチンでは、まず最初にステツプ１４０
でその時点のコンピユータ内蔵のフリーランカウ
ンタの値を読む。次に、ステツプ１４１で端子Ｄ
が“１”（ハイレベル）か“０”（ローレベル）で
あるかを確認し、もし“０”であればステツプ１
４２でステツプ１４０で読んだフリーランカウン
タの値を回転周期書込み用メモリ番地に記憶す
る。もし端子Ｄが“１”であれば、ステツプ１４
２でステツプ１４０で読んだフリーランカウンタ
の値を噴射時期データ書込み用のメモリ番地に記
憶する。以上の処理をした後、メインルーチンへ
戻り、通常の演算を再開する。

次に、ステツプ１３２で噴射時期信号が入力さ
れていないと判定された場合を考える。プログラ
ムはステツプ１３８へ分岐され、ステツプ１３１
で得られた回転周期データをもとに、計算式ある
いはマツプにより出力パルスデユーテイを演算す
る。ここで演算される出力パルスデユーテイの値
は、次に燃料の噴射が始まつた時、実噴射時期と
目標噴射時期が大きくずれないようにあらかじめ
設定された計算式、あるいはマツプから計算され
る。例えばマツプの一例を第１３図に示す。回転
周期をパラメータとするデユーテイ値の一次元マ
ツプである。次に、ステツプ１３９で求められた
デユーテイ比のパルスを駆動回路２０５に出力す
る。次に、再びステツプ１３１へ戻る。

噴射ポンプ６として本例では西独国ボツシユ社
のVE型分配ポンプを使用している。このVE型分
配ポンプにおける噴射時期調節手段５の例は、第
８図に示される。VE型分配ポンプでは油圧タイ
マを備えているが、この油圧タイマに作用する油
圧を電磁弁にてバイパスさせることによつて調節
する構成である。即ち、１５１は噴射ポンプのハ
ウジング、１５２はローラリングで図示されてい
ないフエイスカムと対向し、シヤフト１５３′を
介してローラ１５３を支持する。ローラ１５３と
フエイスカムは同じく図示されていないカムスプ
リングによつて接触しており、機関のクランク軸
に係動するポンプ駆動軸１５８によつてフエイス
カム回転運動が与えられると、フエイスカムロー
ラ１５８に密接して回転し、回転運動と往復運動
が起こり、燃料の加圧と分配が行われる。１５４
は油圧シリンダで内蔵されたタイマピストン１５
５（タイミング調節部材）はピン１５７にてロー
ラーリング１５２と連結され、タイマピストン１
５５の位置は油圧シリンダ１５４の油圧によつて
生じる力と戻りバネ１５６とのつり合いで決ま
る。１５９は電磁弁で油圧シリンダ１５４内の燃
料を管路１６０，１６１を経て燃料戻り側（燃料
タンク）１６２へバイパスさせる。１６３はオリ
フイスで駆動軸にてポンプ駆動軸１５８にて駆動
されるベーン型燃料フイードポンプの吐出油圧を
ここを通して油圧シリンダ１５４に導入される。

しかして、電磁弁１５９は電気的演算手段の電
気的駆動出力によつて駆動される。電磁弁１５９
は電気的駆動出力が加わると開弁し、油圧シリン
ダ１５４より管路１６０、電磁弁１５９、管路１
６１を経て燃料戻り例１６２へ戻るバイパス流路
が開通するためシリンダ内の油圧が低下し、この
結果、タイマピストンは戻りバネ１５６の力によ
つて右方向へ移動し、噴射時期は遅角する。又、
電磁弁１５９に電気的駆動出力が加わらないと閉
弁するため、オリフイス１６３を経てポンプハウ
ジング１５１の油が流入し、この結果、油圧シリ
ンダ１５４の油圧が上り、タイマピストンは戻り
バネ１５８の力に打ち勝つて左側に移動し、噴射
時期は進角する。従つて、電磁弁１５９の電磁的
駆動出力として一定周期の駆動パルス電圧で駆動
した場合、タイマピストンの位置を駆動パルス電
圧のデユーテイ比に応じて制御することができ
る。駆動パルスのデユーテイ比が増加すると噴射
時期は遅角し、デユーテイ比を減少すると噴射時
期は進角する。

次に、以上述べた噴射時期制御装置の作動を説
明する。今、機関の回転周期TN、スピル位置が
S₁で運転中とする。そのときの基準時期検出器２
の基準時期信号が波形整形回路２０１では波形整
形され、パルス発生回路２０２に入力される。一
方、実噴射時期検出器３の実噴射時期信号が波形
整形回路２０１で同じく波形整形され、パルス発
生回路２０２に入力される。そこでパルス発生回
路２０２のＢ端子にはＡ端子よりt₁だけ早く印加
されるため、Ｃ点では第６図の如くt₁だけ時間
差を有する二つのパルス列P₁，P₁′……とP₂，
P₂′……が生じる。

従つて、マイクロコンピユータ２０３はP₂，
P₁，P₂′，P₁′の４個のパルスの割り込み時点でフ
リーランカウンタの値T₁，T₂，T₃，T₄を読み取
る。これにより、基準時期に対する実噴射時期t₁
＝T₂−T₁、又、回転周期T_N1＝T₄−T₂にて、回
転周期T_N1及び実噴射時期t₁を算出する。さらに、
スピル位置のデータS₁と今回求めた回転周期信号
T_N1を第１０図の目標噴射時期を与える制御マツ
プをひき、二次元マツプ補間演算を行つて、目標
噴射時期t′を求める。

そして、ステツプ１３６でt₁とt′を比較し、Δt
＝t₁−t′でΔt＞０であれば遅角するように電気的
駆動出力のデユーテイ比を増加させると共に、
Δt＜０であれば進角させるようにデユーテイ比
を減少させる。これによつて実噴射時期の目標噴
射時期に対する誤差は修正することができ、運転
条件が変化し場合も常に実噴射時期を目標噴射時
期に従つて制御可能である。

次に、運転条件の変化で燃料が無噴射になつた
とする。ステツプ１３２で噴射時期信号が入力さ
れないことを判定すると、プログラムはステツプ
１３８へ移り、ステツプ１３１で求めた回転周期
をもとに第１３図のマツプを一次元補間して出力
デユーテイ比を演算し、ステツプ１３９で駆動回
路２０５へ出力する。この制御により、次に噴射
が始まつた時に実噴射時期を目標噴射時期が大き
くずれるのを防ぐことができる。

また、本例は、実噴射時期検出器としてノズル
弁リフトセンサを利用したが、噴射タイミングを
気筒内の燃焼時期を直接検出して同様に制御する
ことも可能である。この時の実燃焼時期検出器の
例を第１４図に示す。この検出器は、機関のシリ
ンダヘツド１００とグロープラグ１０２との間に
圧電式圧力検出器１０１を挿入して構成され、締
めつけ装着される。この圧電式圧力検出器１０１
はチタン酸バリウム等のセラミツク材よりなる圧
電素子に応力が加えられると、分極して電圧を誘
起するピエゾ効果に基づくもので、リング状をな
す圧電素子１０３とその両端に出来１０４，１０
５が密着し、さらにその外側に絶縁板１０６，１
０７で電気的に絶縁し、かつモールド材１０８に
てモールドされており、グロープラグ１０２のね
じ部が貫通し、シリンダブロツク１００に所定の
初期荷重で取り付けられる。又、１０９，１０
９′は出来１０４，１０５より信号を取り出すた
めのリード線である。

しかして、機関の圧縮行程の終わりに燃料が噴
射されると爆発的に燃焼が起こるため、シリンダ
内の燃焼ガスの圧力が急激に上昇するため、グロ
ープラグ１０２のネジ部は内部から外部へ押され
る。従つて、圧電素子１０３の受ける荷重が減少
するため、燃焼圧力に応じた電位差を電極１０
４，１０５の間に発生する。このように、この圧
力検出器１０１は機関内に噴射された燃料が実際
に燃焼を開始するのに対応した実燃焼時期信号を
発生する。この実燃焼時期信号は実噴射時期信号
の代わりに用いられ、上記実施例と同様の演算処
理が行われる。

なお、以上の例は回転数に関する運転条件を基
準時期検出器の生じる基準時期信号の周期測定に
より回転周期として演算する方法について説明し
たが、こうして求めた回転周期データの逆数を演
算することにより、回転数データとして扱うこと
も可能であり、この場合、目標噴射（燃焼）時期
を定める制御マツプは回転数データとスピル位置
データとして設定しておけばよい。又、噴射量の
運転条件としてスピル位置を使用する例を示した
が、スピル位置Ｓと機関の回転数Ｎに関して第１
１図の如き二次元マツプを備え、噴射量Ｑを求め
ると共に回転数Ｎと噴射量Ｑに関して第１２図に
示す如き二次元マツプを備えて目標噴射（燃焼）
時期を演算することもできる。

また、上記実施例では分配型燃料噴射ポンプを
制御する例を示したが、列型燃料噴射ポンプにお
いても同様に制御できる。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明では、機関の気筒内に燃料が
噴射される時期、あるいは、気筒内で燃焼が起こ
る時期を帰還して噴射時期を制御するシステムに
おいて、電気的演算装置の内部に、実噴射時期が
検出されない条件を判定し、この判定結果に応答
して、実噴射時期が検出されない時のオープンル
ープの出力値を、その時の運転条件に従つて設定
し、この出力を用いて噴射時期調節手段を駆動し
ているので、次に噴射時期が検出された時にタイ
ミング調節部材の応答が遅れて目標噴射（燃焼）
時期と実噴射（燃焼）時期が大きくずれるのをあ
らかじめ防ぐことができる噴射時期制御装置とな
り得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、
第２図は第１図中の実噴射時期検出器の断面構成
図、第３図は第１図中の電気的演算手段の詳細構
成図、第４図は第３図中の波形整形回路の電気回
路図、第５図は第３図中のパルス発生回路の電気
回路図、第６図は本発明作動説明に供するタイミ
ング図、第７図は第３図中の駆動回路の電気回路
図、第８図は噴射時期調節手段の要部断面構成
図、第９図Ａ，Ｂは電気的演算手段における処理
手順を示すフローチヤート、第１０図、第１１
図、第１２図、第１３図は本発明の作動説明に供
するマツプ模式図、第１４図は本発明の他の実施
例において用いる実燃焼時期検出器の断面構成図
である。 １……運転条件検出器、２……基準時期検出
器、３……実噴射（燃焼）時期検出器、４……電
気的演算手段、５……噴射時期調節手段、６……
噴射ポンプ、７……機関。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気的駆動出力を受けて噴射ポンプのタイミ
   ング調節部材の位置を制御することで噴射時期を
   調節可能な噴射時期調節手段と、 機関に噴射される燃料の実噴射時期を検出する
   ための実噴射時期検出手段と、 前記機関の運転条件を検出し電気的運転条件信
   号を発生する運転条件検出手段と、 該運転条件信号に応じて目標噴射時期を演算す
   る目標噴射時期演算手段と、 燃料が噴射され前記実噴射時期検出手段による
   実噴射時期検出が可能である条件が成立している
   か否かを判定する判定手段と、 該判定手段の判定信号に応答し、前記条件成立
   時は前記実噴射時期の前記目標噴射時期に対する
   誤差を検出し、該誤差を修正するための第１の電
   気的駆動出力を発生し前記噴射時期調節手段を制
   御すると共に、前記条件非成立時は前記運転条件
   信号に従つて第２の電気的駆動出力を発生し、前
   記件が再び成立した時の該実噴射時期と目標噴射
   時期とが大きくずれないよう前記噴射時期調節手
   段を制御する電気的演算手段とを備えることを特
   徴とする噴射時期制御装置。 ２ 前記実噴射時期検出手段として、燃料が実際
   に燃焼する実燃焼時期を検出する実燃焼時期検出
   器を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の噴射時期制御装置。