JPH0299736A - ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置 - 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） 本発明は主として自動車用ディーゼルエンジンの燃料噴
射制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に圧１１審大金行うディーゼルエンジンにおいては
、燃焼室に噴射された燃料が着火遅れにより爆発的に燃
焼して、燃焼騒音や排気ガス中の窒素酸化物（Ｎｏ、）
が増大することがある。

これに対しては、燃料のメイン噴射に先立って少量の燃
料をパイロット噴射し、これをメイン噴射燃料の火種に
利用しようという考え方がある。

従来、このようなパイロット噴射を行う燃料噴射システ
ムとしては、例えば特開昭５９−１６５８５６号公報に
記載されたものが知られている。これは、メイン噴射用
の燃料噴射ポンプとパイロット噴射用の燃料噴射ポンプ
を設けて、両方の燃料噴射ポンプをエンジン運転条件に
応じて制御するようになっている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、一般にディーゼルエンジンの燃焼騒音は、筒
内圧力上昇率の最大値が大きいほど増大する傾向がある
。この筒内圧力上昇率は、第２１図に示されるように、
圧縮行程から膨張行程へ移行する際のピストン上死点（
ＴＤＣ）の手前側で最大値を示すのが通例である。した
がって、この最大値付近く例えば、ＴＤＣ前２０°〜５
°の範囲）でパイロット燃料を噴射すると、それが燃焼
することによって発生する燃焼圧がピストンによる機械
的な空気圧縮圧に重畳し、図の２点鎖線のように筒内圧
力上昇率の最大値が更に大きくなって騒音性能が悪化す
ることが懸念される。

これに対しては、パイロット燃料を上記騒音悪化領域よ
り遅らせて噴射させることが考えられるが、そうすると
冷寒暖機時等で失火しやすくなって白煙を生じたり、最
悪の場合にはエンジンストップを招来するおそれがある
。

本発明は燃料のメイン噴射に先立ってパイロット噴射が
行われるディーゼルエンジンにおける上記の実情に対処
するもので、特にエンジン冷態時における燃焼性能及び
騒音性能の両立を図ることを課題とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、第１図に示すように、燃料のメイン噴射に先
立ってパイロット噴射を行いうる燃料噴射手段ａを有す
るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の構成におい
て、上記パイロット噴射の噴射時期を変更する噴射時期
可変手段すと、エンジン温度が所定値以下の低温時には
上記パイロット噴射の噴射時期を、圧縮行程から膨張行
程へ移行する際のピストン上死点より所定角度以上前の
アドバンス側に設定し、かつエンジン温度が所定値を越
える高温時には該噴射時期を上記ピストン上死点近傍ま
でリタードさせるように上記噴射時期可変手段すを制御
する制御手段Ｃを備えたことを特徴とする。

（作　　　用） 上記の構成によれば、エンジン温度が所定値以下の低温
時には、制御手段Ｃが噴射時期可変手段すを制御して、
パイロット噴射の噴射時期を上記ピストン上死点より所
定角度以上前のアドバンス側に設定する。そして、エン
ジン温度が所定温度を越えた高温時には、制御手段Ｃが
噴射時期可変手段すを制御して、パイロット噴射の噴射
開始時期を上記ピストン上死点の近傍まで一気にリター
ドさせる。これにより、上記燃料噴射手段ａからは騒音
悪化領域の前後でパイロット燃料が噴射されることにな
る。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例について説明する。なお、実施例
は自動車用４気筒デイーゼルエンジンに本発明を適用し
たものである。

第２図に示すように、本発明に係る燃料噴射ポンプ１は
、エンジン出力軸に連動するドライブシャフト２により
回転駆動されるフィードポンプ３と、同じくドライブシ
ャフト２により係合機構４及びカム機Ｐ／４５を介して
回転自在に往復動されるプランジャー６とを有する。こ
のプランジャー６の先端付近には圧送室７に連通する吸
入溝８が設けられているとともに、一端が上記圧送室７
に開口する゛送油路９が軸長手方向に設けられて、この
送油路９の他端側がプランジャー６の側壁面に形成され
た分配溝１０に連通されている、そして、この分配溝１
０が上記ドライブシャフト２の回転に応じて所定のタイ
ミングでデリバリバルブ１１に通じる分配通路１２へ連
通可能となっている。そして、図示しない燃料タンクか
ら吸入室３ａへ流入した燃料が、上記フィードポンプ３
の回転動作によってポンプ室１３に導入され、これによ
りポンプ室１３の内圧が高められるとともに、上記プラ
ンジャー６がドライブシャフト２に連動して回転しなが
ら往復動することにより、上記ポンプ室１３へ通じる燃
料導入通路１４に吸入溝８が、また上記デリバリバルブ
１１へ通じる分配通路１２に分配溝１０がそれぞれ連通
するようになっている。

この場合において、上記カム機構５は、第２図及び第３
図に示すように、プランジャー６の一端に固設されたカ
ムディスク１４と、このカムディスク１４と同軸芯上に
対向配置されたローラリング１５と、このローラリング
１５の周方向において上記カムディスク１４の突出部１
４ａ・・・１４ａに対応して配設されたローラ１６・・
・１６とで構成されている。なお、この場合において、
上記の突出部１４ａは、第４図に展開して示すように山
形状に形成されており、このような突出部１４ａがエン
ジンの気筒数に対応して互いに間隔をおいてカムディス
ク１４から突出し、この突出部１４ａが上記のローラ１
６に乗り上げたときにカムディスク１４がリフトされ、
これによりプランジャー６がリフトされて上記圧送室７
の燃料を更に加圧し、この加圧燃料が分配溝１０が分配
通路１２に連通したときにデリバリバルブ１１を開いて
噴射するようになっている。なお、上記の圧送室７とポ
ンプ室１３との間には電磁駆動式の高速スピル弁１７が
配設されており、この高速スピル弁１７を開動作させる
ことにより、圧送室７の燃料が急速スピルされてデリバ
リバルブ１１からの燃料噴射が瞬時に途絶するようにな
っている。

また、上記のローラリング１５は上記カムディスク１４
と同軸芯上で回転自在に保持されるとともに、タイマ装
置１８によって円周方向の任意位置へ移動制御されるよ
うになっている。このタイマ装置１８は、タイマハウジ
ング１９へ摺動自在に内挿されたタイマピストン２０と
、このタイマピストン２０の一端に臨んで形成された高
圧室２１ａと、同じくタイマピストン２０の他端に臨ん
で形成された低圧室２１ｂと、この低圧室２１ｂに配置
されたタイマスプリング２２と、同じく低圧室２１ｂと
高圧室２１ａとの間にまたがって配設された電磁駆動式
のタイマ制御弁２３と、上記タイマピストン２０の位置
を検出するタイマ位置センサ２４とを有する。この場合
において、上記フィードポンプ３の吸入室３ａと低圧室
２１ｂとが、またポンプ室１３と高圧室２１ａとがそれ
ぞれ連通している。上記のタイマピストン２０には上記
ローラリング１５に固設されたタイマピン２５が係合さ
れており、例えば上記タイマ制御弁２３によるドレン量
を増やすとタイマピストン２０がＡ方向に移動し、これ
によりローラリング１５が上記タイマピン２５を介して
上記プランジャー６の回転方向とは反対のＢ方向に回動
して、プランジャー６のリフト時期がクランク角に対し
てリタード方向に変化する。一方、上記タイマ制御弁２
３によってタイマピストン２０を上記とは反対方向に移
動させると、プランジャー６のリフト時期がクランク角
に対してアドバンス方向に変化する。

ところで、本実施例においては、上記カムディスク１４
のカム面を不等速カム形状、例えば等加速度カム形状と
している。このような等加速度カム形状をしたカムディ
スク１４においては、カムリフト及びカム速度が任意の
突出部１４ａの始端を基準とするカム角に対して第５図
に示すように変化する。すなわち、カム速度曲線は当初
カム角が大きくなるに従って上り傾斜状に変化した後、
カムリフト曲線の変曲点を越えたところで反転して今度
は下り傾斜状に変化し、カムリフト曲線の頂点でＯにな
りその後頁の領域へ移行する。この場合において、カム
速度曲線の頂点を含む前後の領域（Ｉ）を使用すると、
プランジャー６のリフ１ル速度が速くなって上記圧送室
７の燃料が高速で加圧されるため、燃料が高噴射率で噴
射されることになる。そして、それよりも低角側の領域
〈■）を使用すると、カム速度が遅い分プランジャー６
のリフト速度が遅く、これにより燃料が低噴射率で噴射
されることになる。

なお、燃料を低噴射率で噴射させる場合には、上記領域
（ＩＩ）よりも高角側の領域（Ｉ［［）を使用してもよ
い。

次に、このような構造をした燃料噴射ポンプ１を用いた
ディーゼルエンジンの燃料噴射システムを第６図を用い
て説明すると、この燃料噴射ポンプ１には高圧管２６を
介して燃料噴射弁２７が接続されているとともに、上記
タイマ装置１８のタイマ位置センサ２４からのタイマピ
ストン位置信号がコントロールユニット２８に入力され
る。また、このコントロールユニット２８には、アクセ
ル開度センサ２９からのアクセル開度信号、エンジン回
転数センサ３０からのエンジン回転数信号、クランク角
センサ３１からのクランク角信号、図示しない過給機の
下流側における吸気通路に配備された吸気圧センサ３２
からの吸気圧信号、吸気温センサ３３からの吸気温信号
、エンジン水温を検出する水温センサ３４からの水温信
号、大気圧を検出する大気圧センサ３５からの大気圧信
号及び車速センサ３６からの車速信号がそれぞれ入力さ
れる。一方、コントロールユニット２８からは、タイマ
制御弁２３及び高速スピル弁１７に制御信号がそれ・ぞ
れ出力されることになる。

次に、本実施例における作用を第７図に示した燃料噴射
制御のフローチャートを参照して更に具体的に説明する
。

すなわち、コントロールユニット２８は起動後に先ずス
テップＳ１を実行してシステムイニシャライズを行い、
その後ステップＳ２で各種のセンナ信号を入力する０次
いで、コントロールユニット２８は、ステップＳ３にお
いて例えばアクセル開度とエンジン回転数に基づいて高
速スピル弁１７及びタイマ制御弁２３に対する基本制御
演算を行う、この場合において、コントロールユニット
２８のメモリには、パイロット噴射の噴射開始時期、燃
料噴射率及び噴射持続時間並びにメイン噴射の噴射開始
時期、燃料噴射率及び噴射持続時間がエンジン負荷状態
に対応して予め記憶されており、コントロールユニット
２８はそれをルックアップすることにより、低負荷時に
はパイロット及びメイン噴射を低噴射率とし、高負荷時
にはパイロット噴射を停止してメイン噴射を高噴射率と
するような高速スピル弁１７及びタイマ制御弁２３に対
する制御目標値を演算することになる。なお、本実施例
においては高負荷になるほどパイロット噴射の噴射開始
時期がメイン噴射の噴射開始時期に接近するような制御
構成とされている。

次いで、コントロールユニット２８は、ステップ８４〜
Ｓ８の判断処理を行い、必要ならば該当する補正演算を
行った後、ステップＳ９を実行して高速スピル弁１７及
びタイマ制御弁２３に制御信号を出力する。

以下、ステップ８４〜Ｓ８の各判定処理と、それに基づ
いた補正制御について説明する。

１番目のステップＳ４においては高地補正制御のための
判定処理が行われる。つまり、高地では平地と比べて空
気密度が低く、平地使用時の同様な噴射量で燃料を噴射
すると空燃比が小さくなり、スモークが発生しやすくな
る。このため、コントロールユニット２８は、第８図の
ように大気圧が第１設定大気圧２１以下になるとステッ
プＳ１０を実行して所定の高地補正を行う０本実施例で
は、大気圧が上記第１設定大気圧ｐ１より低下すると、
燃料噴射率が第２設定大気圧ｐ２に達するまでリニアに
増加するとともに、第２設定大気圧ｐ２に達しな時点か
ら燃料噴射率が一定となるような制御が行われる。これ
により大気圧低下によるスモーク発生が防止されるとと
もに、平地における出力性能が確保されることになる。

２番目のステップＳ５においては冷寒始動補正制御のた
めの判定処理が行われる。つまり、コントロールユニッ
ト２８は、第９図に示したように、水温センサ３４によ
って検出し、た水温が第１設定水温１．よりも低下した
と判定すると、ステップＳ目を実行して所定の冷寒始動
補正を行う、この場合、コントロールユニット２８はタ
イマ装置１８が進角するような補正演算を行うとともに
、カムディスク１４の有効カム領域内でパイロット噴射
とメイン噴射の時間間隔を大きくして、パイロット噴射
の噴射開始時期を低噴射率とし、かつメイン噴射の噴射
開始時期を高噴射率とするような高速スピル弁１７に対
する補正演算を行う、これにより、第１０図に示される
ように、パイロット噴射が低噴射率で早期に行われるこ
とになって、リーンな混合気が燃焼室内に形成され、こ
れにより圧縮行程において雰囲気温度が上昇してパイロ
ット燃料の気化が促進されるとともに前炎反応も発生す
ることになるから、ラジカル化した雰囲気が燃焼室内に
生じる。そこへ高噴射率で微粒化したメイン噴射燃料が
噴射されることになるから、メイン噴射燃料が確実に燃
焼し、良好な始動性能が得られることになる。

そして、３番目のステップＳ６において、本実施例に係
る暖機運転補正制御のための判定処理が行われる。つま
り、ディーゼルエンジンにおいては、上記したようにパ
イロット噴射を行うと燃焼騒音を悪化させる領域が、圧
縮行程から膨張行程へ移行するピストン上死点の手前に
ある。そこで、コントロールユニット２８は、第１１図
に示すように、水温が第２設定水温ｔｚ　　（例えば５
０°Ｃ）以下であると判定したときに、パイロット噴射
の噴射開始時期をクランク角における燃焼悪化領域に対
応する禁止時期よりアドバンス側に設定するような補正
演算を行う（ステップＳ＋ｚ）。

これにより、暖機運転中には、第１２図に示すように、
上死点（ＴＤＣ）の手前の筒内圧力最大値付近の騒音悪
化領域よりもアドバンス側でパイロット噴射が行われる
ことから、失火を防ぎながら燃焼騒音も低減することが
できることになる。

そして、コントロールユニット２８は水温が第２設定水
温ｔ２に達したと判定すると、パイロット噴射の噴射開
始時期を禁止時期を通り越してピストン上死点近傍まで
一気に進角させる。その結果、第１３図に示すように、
騒音悪化領域を避けてパイロット燃料が噴射されること
になる。なお、本実施例では水温が上記第２設定水温ｔ
２よりも低い第３設定水温ｔ３になるまで、水温低下と
ともに燃料噴射率をリニアに低下させるようになってい
る。

４番目のステップＳ？においては加速補正制御のための
判定処理が行われる。

すなわち、第１４図に示すように、単位時間あたりのア
クセル開度の変化、すなわちアクセル開度変化率が設定
値α以上の値を示すと、コントロールユニット２８は加
速中と判定し、パイロット噴射を停止させると同時にメ
イン噴射をカムディスク１４の高噴射率のところに設定
する（ステップ５ｔｓ）、したがって、第１５図に示す
ように、メイン噴射燃料が高速度で単発噴射されること
から、スモーク発生量が低減されるばかりでなく、加速
性能も向上することになる。

第５番目のステップＳ８においてはブースト圧補正制御
のための判定処理が行われる。すなわち、過給機によっ
て発生する過給圧が成る程度上昇すると、それによって
発生する強い渦流によりパイロット噴霧が流され、これ
により混合気がオーバーリーン状態となって排気ガス中
の炭化水素（ＨＣ）の濃度が大きくなることが懸念され
る。この場合、過給圧の増加により燃料への着火性が良
好に維持されるので、パイロット噴射とメイン噴射の時
間間隔を短縮しても燃焼騒音及びＮＯＸへの影響が少な
いと考えられる。そこで、コントロールユニット２８は
、第１６図に示すように、吸気圧が予め設定した第１設
定ブースト圧ｐ３　（例えば３００＋ａｍＨｇ）より大
きくなるとパイロット噴射の噴射開始時期がメイン噴射
の噴射開始時期に近づくように両者の時間間隔をリニア
に変化させ、吸気圧が第２設定ブースト圧ｐ４に達する
とパイロット噴射を停止するよう制御する（ステップ５
１４）＊したかって、例えば任意の吸気圧ｐ、のときに
は、パイロット噴射の位置が、第１７図に示すように、
上記第設定１ブースト圧ｐ、に対応する２点鎖線の状態
から実線の状態へ変化することになる。なお、この場合
において上記の第１、第２設定ブースト圧Ｐ３　＋　２
４はエンジン回転数に応じて変更しても良い。

更に、上記補正に加えてパイロット噴射量を過給圧の増
加に応じて減少させても良く、また噴射率を過給圧の増
加に応じて増加させ、更に噴射時期をリタードするよう
にしても良い。

また、上記補正条件を予めマツプ化しておいて、これに
基づいてブースト圧の補正制御を行うようにしてもよい
。

そして、コントロールユニット２８は、上記の各補正制
御を行わない場合には、タイマ装置１８及び高速スピル
弁１７をエンジン負荷に応じて次のように制御する。

先ず、低負荷時においては、第１８図に示すように、タ
イマ装２１８がリタード側に設定されるとともに、カム
速度の小さい領域（■）、特に低噴射率側において少量
のパイロット燃料が噴射され、それよりも所定量クラン
ク角がリタードした領域（■′）でメイン噴射燃料が噴
射される。したがって、パイロット燃料を火種としてメ
イン噴射燃料の着火性が良好に維持され、これにより燃
焼騒音及び排気ガス中のＮｏ、量が少なくなるばかりで
なく、メイン噴射燃料も低噴射率で噴射されることから
、燃料噴霧が過度に拡散することがなく　ＨＣ量の増加
が抑制されることになる。

また、中負荷時においては、第１９図に示すように、タ
イマ装置１８が低負荷時よりもやや進角されるとともに
、カム速度の小さい領域（ｎ）における中間部分におい
て、メイン噴射に近接したところでパイロット噴射が行
われる。

そして、高負荷時においては、第２０図に示すように、
タイマ装置１８が更に進角されるとともに、カム速度の
大きい領域（Ｉ）においてメイン噴射のみが行われるこ
とになる。このように、高負荷時にはメイン噴射燃料が
高噴射率で噴射されることにより、燃料噴霧の微粒化が
良好になって貫徹力が高まり゛、これにより燃料噴霧が
局部的に過濃となることがないから、メイン噴射の噴射
開始クランク角を低負荷時よりΔθだけリタードさせて
も、スモークの発生が防止されるとともに、燃焼が効率
よく行われて燃費性能が向上することにもなる２ （発明の効果） 以上のように本発明によれば、この種のディーゼルエン
ジンにおける圧縮行程から膨張行程へ移行する過程にお
いて、ピストン上死点の手前にできる機械的な騒音悪化
領域を避けてパイロット噴射を行うようになっているか
ら、失火による燃焼性能の悪化を防止しつつ、低騒音性
を実現することができるという効果が得られたものであ
る。特に、本発明を圧縮比の低い副室式エンジンに適用
することにより、優れた静粛性が得られるという利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の機能ブロック図である。第２図〜第２
０図は本発明の実施例を示すもので、第２図は本実施例
における燃料噴射ポンプの内部構造を一部展開して示す
一部切欠全体側面図、第３図は第２図の■−■矢視によ
る要部拡大図、第４図はカムディスクの一部展開図、第
５図は同じくカムディスクのカム速度線図、第６図は燃
料噴射システム図、第７図はコントロールユニットが実
行する燃料噴射制御のフローチャート図、第８図は高地
補正に用いるマツプの説明図、第９図は冷寒始動補正に
用いるマツプの説明図、第１０図は冷寒始動補正時の噴
射率特性図、第１１図は暖機補正に用いるマツプの説明
図、第１２図は暖機補正時における筒内圧力上昇率と噴
射率の特性図、第１３図は暖機完了後の筒内圧力上昇率
と噴射率の特性図、第１４図は加速補正に用いるマツプ
の説明図、第１５図は加速補正時における噴射率特性図
、第１６図はブースト圧補正に用いるマツプの説明図、
第１７図はブースｉ・圧補正時における噴射率特性図、
第１８図は低負荷時における噴射率特性図、第１９図は
中負荷時における噴射率特性図、第２０図は高負荷時に
おける噴射率特性図である。また、第２１図は従来の問
題点を示すクランク角に対する筒内圧力上昇率の変化を
示す特性図である。 １７・・・燃料噴射手段、噴射時期可変手段（高速スピ
ル弁）、２８・・・制御手段（コントロールユニット）
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　燃料のメイン噴射に先立ってパイロット噴射を
   行いうる燃料噴射手段を有するディーゼルエンジンの燃
   料噴射制御装置であって、上記パイロット噴射の噴射時
   期を変更する噴射時期可変手段と、エンジン温度が所定
   値以下の低温時には上記パイロット噴射の噴射時期を、
   圧縮行程から膨張行程へ移行する際のピストン上死点よ
   り所定角度以上前のアドバンス側に設定し、かつエンジ
   ン温度が所定値を越える高温時には該噴射時期を上記ピ
   ストン上死点近傍までリタードさせるように上記噴射時
   期可変手段を制御する制御手段が備えられていることを
   特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。