JPH03242447A

JPH03242447A - 多気筒ディーゼルエンジンの燃料噴射装置

Info

Publication number: JPH03242447A
Application number: JP2034880A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tagami; 淳田上; Hidetaka Suhara; 須原　秀敬
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1990-02-15
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 1991-10-29
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: US5117793A; JP3071799B2; DE4104742A1

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）この発明は、多気筒ディーゼルエンジンの燃料噴射装置
に関する。

（従来の技術）多気筒ディーゼルエンジンでは、その出力トルクに大き
な変動が生じると、多大な振動や騒音が発生することに
なる。

そこで、従来、機械的手段により、エンジンの作動状態
に従って噴射の時期や噴射量を制御するようにした燃料
噴射装置が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来の噴射の制御は上記したように機械
的手段によってなされているため、エンジンの作動状態
の検出から噴射に至る間の応答性に遅れがあり、よって
、従来のものでは、出力トルクの変動を防止する上で、
未だ十分といえるちのではない。

（発明の目的）この発明は、上記のような事情に注目してなされたもの
で、多気筒ディーゼルエンジンにおいて、出力トルクの
変動を効果的に防止し、振動や騒音の発生を防止するよ
うにした燃料噴射装置の提供を目的とする。

（発明の構成）上記目的を達成するためのこの発明の特徴とするところ
は、各気筒の上死点からそれぞれクランク軸が互いにほ
ぼ同じクランク角だけ回転したときのこのクランク軸の
各回転速度を、それぞれ検出する制御装置を設け、上記
各回転速度に基づく制御装置の出力信号を各燃料噴射弁
に入力させて、これら燃料噴射弁によるその後の各燃料
噴射期間をそれぞれ長短調整するようにした点にある。

（作　用）上記構成による作用は次の如くである。

各気筒５２〜５５の上死点を基準とした互いにほぼ同じ
クランク角におけるクランク軸５７の各回転速度が制御
装置６１により検出され、かつ、これが同上制御装置６
１によって、計算処理され、信号が出力される。

そして、この出力信号は、各気筒５２〜５５に設けられ
た燃料噴射弁ｌに入力され、その後の各燃料噴射期間を
長短調整する。

即ち、上記制御装置６Ｉの出力信号は、上死点を基準と
した所定のクランク角における回転速度が遅いときには
、その後のその気筒における燃料噴射期間を長くさせて
、上記所定のクランク角における回転速度を速めるよう
にする。一方、同上の所定のクランク角における回転速
度が速いときには、その後のその気筒における燃料噴射
期間を短くさせて、そのクランク角における回転速度を
遅らせるようにする。

すると、クランク軸５７の回転速度の変動が少なくなり
、つまり、出力トルクの変動が防止される。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面により説明する。

第１図において、５１は多気筒ディーゼルエンジンで、
このエンジン５１は第１〜第４気筒５２〜５５を並列に
備えている。このエンジン５１のクランク軸５７にはリ
ングギヤ５８が取り付けられており、このリングギヤ５
８に巻き掛けられたタイミングベルト５９を介してエン
ジン５１のカム軸（図示せず）が上記クランク軸５７に
同期して回転させられるようになっている。

上記各気筒５２〜５５にはそれぞれ燃料噴射弁ｌが取り
付けられている。１７は燃料タンクで、この燃料タンク
ｌ子内の燃料Ａが加圧ポンプ１８により加圧されてレギ
ュレータ１９を通り各燃料噴射弁ｌに供給されるように
なっている。そして、燃料噴射弁１への通電で、この燃
料噴射弁Ｉが閉弁し、通電の解除で、燃料噴射弁ｌが開
弁して、その開弁の間、燃料噴射弁ｌに供給された加圧
燃料Ｂが各気筒５２〜５５内に噴射されるようになって
いる。

第２図から第４図により、上記燃料噴射弁ｌにつき、よ
り詳しく説明する。

図において、燃料噴射弁１は、ディーゼルエンジンのシ
リンダヘッド２に対し着脱自在にねじ止めされており、
このシリンダヘッド２内の燃焼室３に対して燃料を噴射
する。

上記燃料噴射弁１は弁ケーシング５を有している。また
、この弁ケーシング５は軸心縦向きで円筒状のケーシン
グ本体６を有し、このケーシング本体６はその下部が上
記シリンダヘッド２に着脱自在にねじ止めされている。

そして、このケーシング本体６内の下部が燃料収容室７
となっている。また、上記ケーシング本体６内の上部に
は、第１〜第４ケーシング部材９〜１２が積層されて取
り外し可能に収納され、これらはナツト１３により同上
ケーシング本体６に一体的に着脱自在に締結されている
。

上記第４ケーシング部材１２の上端には、上記ケーシン
グ本体６の軸心上に燃料人口１５が形成され、この燃料
人口１５は、ケーシング本体６上部の側部に形成された
供給路１６を介して前記燃料収容室７に連通している。

そして、燃料タンク１７内の燃料Ａは加圧ポンプＩ８に
より加圧されてレギュレータ１９を通り、上記燃料人口
１５に供給され、その加圧燃料Ｂが上記供給路１６を通
り燃料収容室７に供給される。

上記ケーシング本体６の下端部には、このケーシング本
体６の軸心上に下部ガイド孔２１が形成され、この下部
ガイド孔２１の上端は前記燃料収容室７に開口している
。また、上記下部ガイド孔２１の下端には、この下部ガ
イド孔２１と同軸上で、前記燃焼室３に向って開口する
噴射ノズル２２が形成されている。そして、この噴射ノ
ズル２２は、燃料収容室７の加圧燃料Ｂを下部ガイド孔
２１を介し前記燃焼室３に噴射させる。

前記第１ケーシング部材９には上記ケーシング本体６の
軸心上に上部ガイド孔２４が形成され、この上部ガイド
孔２４の下端は燃料収容室７に開口している。そして、
上記下部ガイド孔２１と上部ガイド孔２４とに噴射弁体
２５の上、下部がそれぞれ上下摺動自在に嵌入され、こ
の噴射弁体２５の下端は、その上下動で上記噴射ノズル
２２を開閉するようになっている。

上記上部ガイド孔２４の上端に連なる背圧室２６が第１
ケーシング部材９に形成され、この背圧室２６に上部ガ
イド孔２４の上端から抜は出た噴射弁体２５の上端が収
容されている。また、上記燃料収容室７を背圧室２６に
連通させる連通路２７が噴射弁体２５に形成され、この
連通路２７の上端には断面積が小さく、つまり、加圧燃
料Ｂの通過を規制する細孔２７ａが形成されている。そ
して、上記背圧室２６の加圧燃料Ｂは噴射弁体２５の上
端に背圧を与えてこれを下降させ、この噴射弁体２５が
前記噴射ノズル２２を閉じるようになっている。

上記背圧室２６の加圧燃料Ｂを排出させる排出孔２９が
、噴射弁体２５と同軸上で、第１ケーシング部材９の上
部に形成されている。一方、上記第１ケーシング部材９
の上方には第１〜第４ケシング部材９〜１２で囲まれた
弁室３０が形成されている。この弁室３０には排出弁体
３１が上下摺動自在に嵌入され、この排出弁体３１は、
その上下動で上記排出孔２９を開閉するようになってい
る。

そして、上記排出弁体３１が第２図と第４図とで示すよ
うに下降したときには、この排出弁体３１により排出孔
２９が閉じられて、背圧室２６に加圧燃料Ｂが閉じ込め
られる。一方、排出弁体３１は背圧室２６の加圧燃料Ｂ
によって排出孔２９を開く方向に付勢されており、この
付勢で、排出弁体３１が上昇したときには、排出孔２９
が開けられて、背圧室２６の加圧燃料Ｂが排出弁体３１
に形成されている貫通孔３２を通り、排出弁体３１の上
方の弁室３０上部に達する。

この場合、弁室３０の上面から弁ケーシング５の外部に
通じる戻り路３３が設けられており、この弁室３０上部
に達した加圧燃料Ｂは、上記戻り路３３、および、この
戻り路３３の上端にねじ付けられたニップル３４を通っ
て、前記燃料タンク１７に戻される。

上記第１ケーシング部材９にはケーシング本体６の軸心
上でソレノイド３６が外嵌して取り付けられている。こ
のソレノイド３６は前記排出弁体３１よりも下方に設け
られ、このソレノイド３６から弁ケーシング５の外部に
向って二本のリード１ｉａ　３６　ａが延びている。上
記噴射弁体２５が噴射ノズル２２を閉じるようこの噴射
弁体２５を付勢するばね３７が設けられ、このばね３７
は燃料収容室７に配設されている。

そして、ソレノイド３６に通電がなされていない状態で
は、背圧室２６の加圧燃料Ｂの圧力が排出弁体３１を押
して、排出孔２９が開かれる。このため、背圧室２６の
加圧燃料Ｂは排出孔２９を通って排出され、噴射弁体２
５に与えられていた背圧が低下する。すると、この噴射
弁体２５が噴射ノズル２２を開き、燃料収容室７の加圧
燃料Ｂが燃焼室３に向って噴射される。

次に、ソレノイド３６に対し通電がなされると、このソ
レノイド３６が排出弁体３１を電磁的に吸引して、この
排出弁体３１が排出孔２９を閉じる。すると、背圧室２
６に加圧燃料Ｂが閉じ込められて、この加圧燃料Ｂによ
る圧力が噴射弁体２５に対し背圧を与え、この噴射弁体
２５は噴射ノズル２２を閉、じて、上記噴射を停止させ
る。

以下、上記動作がエンジンの爆発行程に対応して繰り返
され、エンジンの作動が続けられる。

なお、エンジンの停止時など、ソレノイド３６に通電を
しない状態に長く保ったときには、燃料収容室７と背圧
室２６の加圧燃料Ｂの圧力が等圧となって、噴射弁体２
５に対するばね３７の付勢により噴射ノズル２２が閉じ
られた状態に保たれる。

第５図は、従来のエンジン５１におけるクランク軸５７
の回転速度（Ｎ）の変動を経時的に示したグラフ図を示
している。

上記の図を参明すれば、各気筒５２〜５５の各上死点の
近傍で、回転速度（Ｎ）は−旦最低の回転速度（Ｎ、〜
４ｍ１ｎｌ　となる。そして、この各上死点付近から燃
料噴射弁ｌによる燃料噴射が行われで、爆発行程となる
。このため、各回転速度は速くなり、最高の回転速度（
Ｎ、〜、ｍａｘ）に達する。

そして、上記爆発行程の終了に伴い再び最低の回転速度
（Ｎ、〜４ｍ１ｎ）に戻り、以下、これが繰り返される
。

上記第５図で示したものは、燃料噴射弁１の燃料噴射の
調整はなされていないものである。そして、これによれ
ば、最低の回転速度（Ｎ、〜４　ｍ　１ｎ　）同士や、
最高の回転速度（Ｎ、〜、ｍａｘｌ　同士はそれぞれ不
均一となっており、このため、このままでは、出力トル
クが大きく変動することとなる。

そこで、上記変動を抑制するため、各燃料噴射弁１は次
のように制御される。

即ち、第１図において、上記各気筒５２〜５５の上死点
からそれぞれクランク軸５７が互いにほぼ同じクランク
角だけ回転したときのこのクランク軸５７の各回転速度
を、それぞれ検出する制御装置６１が設けられている。

そして、上記回転速度に基づく制御装置６１の出力信号
が各燃料噴射弁ｌに入力されるようになっており、これ
により、その後の各燃料噴射弁ｌによる燃料噴射期間が
長短調整されるようになっている。

これを第１図、第５図、第６図から第９図により、具体
的に説明する。

第１図で示した前記リングギヤ５８の歯数は３６０ケで
ある。また、前記制御装置６１は上記ノングギャ５８が
クランク軸５７に伴って回転するとき、一つの歯数毎に
一つのパルスを発生するセンサー６２を有し、同上制御
装置６１は、第１図中符号６３で示すように上記パルス
数の検出を行うようになっている。

ある気筒５２〜５５の上死点から、その前のクランク角
３０°に至るまでの範囲を想定すると、この範囲のリン
グギヤ５８の歯数は３６０ケ×１が上死点前のクランク
角３０”から３０のパルスをカウウトしたとすると、そ
の気筒が上死点に達したことを意味する。そして、同上
制御装置６１は第１図中符号６４で示すように、上記し
た上死点前のクランク角３０°から上死点に達する間で
の所要時間Ｔ、−Ｔ、を、各気筒５２〜５５毎に測定す
るようになっている。

第５図で示すように、各気筒５２〜５５が上死点となる
順序は、第１気筒５２、第３気筒５４、第４気筒５５、
および第２気筒５３の順序である。そして、この順序で
上記各所要時間Ｔ、〜Ｔ４が測定される。

これを第６図と第７図とによって、より具体的に説明す
る。これらの図は、上記制御装置６１のフローチャート
を示し、図中（Ｐ−１）〜（Ｐ−１９）はプログラムの
各ステップを示している。

図において、ステップ（Ｐ−１）では、第１気筒５２へ
の噴射信号期間Ｐ、がセットされる。ここで、この噴射
信号期間とは、前記ソレノイド３６への通電を解除する
期間であって、つまり、噴射ノズル２２を開弁させてお
くための期間を意味している。

そして、上記噴射信号期間Ｐ１の間、噴射ノズル２２が
開弁させられて第１気筒５２での燃料噴射が行われ（Ｐ
−２，）、第５図で示すように第１気筒５２が爆発行程
へと移行する。次に、第３気筒５４の上死点前のクラン
ク角３０°から上死点に達するまでの所要時間（以下、
これを単に所要時間という）Ｔ１が測定される（Ｐ−３
）。

以下、上記と同じような繰り返しによって、（Ｐ−４）
〜（Ｐ−６）では所要時間Ｔ３が測定され、（Ｐ−７）
〜（Ｐ−９）では所要時間Ｔ４が測定され、更に（Ｐ−
１０）〜（Ｐ−１２）では所要時間Ｔ２が測定される。

そして、ステップが（Ｐ−１）から（Ｐ−１２）まで進
むときは、第５図で示すようにクランク軸５７は二回転
し、このとき、第６図の（Ｐ−１３）において、−旦、
上記所要時間Ｔ、〜Ｔ４の平均値Ｔａが計算される。

そして、上記平均値Ｔａと、第１図で示す入力手段たる
入力用パソコン６５から入力された噴射の基本条件のセ
ット（第１図中符号６６図示）とにより、第１図中符号
６７で示すように比例積分要素計算がなされ、第６図中
の各プログラムによって、噴射信号期間Ｐ１〜Ｐ４が新
たに定められる。そして、この噴射信号期間Ｐ１〜Ｐ４
の期間だけ、第１図中符号６８で示すように各気筒５２
〜５５の各燃料噴射弁１に対し噴射信号が出力され、つ
まり、各ソレノイド３６に対する通電の解除が行われ、
これに見合う燃料噴射が行われる。

上記噴射信号期間Ｐ、のセットにつき、第７図における
フローチャートによって、より具体的に説明する。

第７図において、ステップ（Ｐ−１４）では噴射信号期
間Ｐ、は予めセットされたものであり、所要時間Ｔ、と
第６図中（Ｐ−１３）で計算された平均値Ｔａとの差Δ
Ｔ１が計算される（ＰＩ３）、そして、エンジン５１の
作動に伴い上記差△Ｔ１が累積される（Ｐ−１６）。

一方、人力用パソコン６５においては、（ｐ−１７）で
示すように、噴射期間θと、クランク軸５７の回転数に
より、基準となる噴射信号期間Ｐが計算され、この基準
噴射信号期間Ｐと、上記した差△Ｔ１、および差△Ｔ、
の累積Σ△丁、により、（Ｐ−１８）において、新たに
セットするための噴射信号期間Ｐ１が計算される。

この場合の式は、Ｐ、＝Ｋｐ・△Ｔ　＋　＋　Ｋ　ｌΣ△Ｔ、＋Ｐであっ
て、Ｋｐは比例の係数、Ｋ、は積分の係数であり、これ
らの各係数を小さく設定すれば、噴射信号期間Ｐ１に対
するセットの変化が徐々に行われ、大きく設定すれば、
噴射信号期間Ｐ１に対するセットの変化が急に行われる
こととなる。上記係数は、例えば、外気が暖かいときは
小さくし、寒いときには大きくするというように設定さ
れる。

そして、ステップ（Ｐ−１９）において、上記噴射信号
期間Ｐ、が新たにセットされ、この噴射信号期間Ｐ、は
前記ステップ（Ｐ−１）に新たに組み込まれる。

第８図と第９図は、上記（Ｐ−１９）により噴射信号期
間Ｐ、をセットする際の内容を具体的に示している。即
ち、所要時間Ｔ、が長時間であれば、つまり、第３気筒
５４が上死点の近くに達する際のクランク軸５７の速度
が遅いときには、その後の噴射信号期間Ｐ１の終期が第
８図中△Ｐだけ長くされる。この結果、噴射信号期間Ｐ
１に対応する第９図中の燃料噴射期間θ１が△θだけ長
くなって、その分、燃料噴射量が増加し、上記した第３
気筒５４が上死点の近くに達する際のクランク軸５７の
回転速度が速められる。

一方、上記とは逆に、所要時間Ｔ１が短時間であれば、
つまり、第３気筒５４が上死点に達する際のクランク軸
５７の速度が速いときには、その後の噴射信号期間Ｐ、
の終期が第８図中ΔＰ′だけ短くされる。この結果：噴
射信号期間Ｐ、に対応する第９図中の燃料噴射期間θ、
が△θ′だけ短くなって、その分、燃料噴射量が減少し
、上記した第３気筒５４が上死点に達する際のクランク
軸５７の回転速度が遅くされる。

なお、上記実施例では、噴射信号期間Ｐ１の長短調整は
、上死点を基準にしたある一定の時期を始期として、そ
の終期が早く、もしくは遅くなるようにして行ったが、
これとは逆に、上死点からみて終期を一定にし、始期が
早く、もしくは遅くなるよう調整してもよい。また、同
上の上死点を基準にして始期と終期を共に調整するよう
にしてもよい。

以下、噴射信号期間Ｐ２〜Ｐ４についても上記と同様で
ある。

しかして、上記した制御装置６１による制御によれば、
最低の回転速度Ｎ　ｌｌｌ１ｎが互いに同値に近づくた
め、クランク軸５７の回転速度の変動は第１０図中（ａ
）で示す如くとなり、つまり、クランク軸５７の回転速
度の変動は、第５図で示した従来のものと比べて少なく
なる。

第１Ｏ図中（ｂ）は、所要時間Ｔ１〜Ｔ４を各気筒５２
〜５５の各上死点の付近で測定し、これに基づいて制御
した場合の結果を示している。そして、この場合には、
最高の回転速度Ｎ　ｗａｘが互いに同値に近づくことと
なり、この場合にち、クランク軸５？の回転速度の変動
は少なくなる。

第１Ｏ図中（ｃ）は、最低と、最高の各回転速度がそれ
ぞれ同値に近づくよう制御した場合を示している。

なお、以上は図示の例によるが、エンジン５１の気筒数
は４以外の多気筒であってちよい。また、所要時間Ｔ、
〜Ｔ４の測定は、クランク軸５７やリングギヤ５８によ
り直接的に行うことが好ましいが、これ以外に、このク
ランク軸５７に連動するカム軸やポンプ軸により行って
もよい。

また、上記実施例では、燃料噴射弁ｌはそのソレノイド
３６への通電により閉弁し、通電解除で開弁して燃料噴
射を行うものであるが、これを逆にして、通電により開
弁じて燃料噴射が可能となるようにしてもよい。

（発明の効果）この発明によれば、各気筒の上死点からそれぞれクラン
ク軸が互いにほぼ同じクランク角だけ回転したときのこ
のクランク軸の各回転速度を、それぞれ検出する制御装
置を設け、上記各回転速度に基つく制御装置の出力信号
を各燃料噴射弁に入力させて、これら燃料噴射弁による
その後の各燃料噴射期間をそれぞれ長短調整するように
したため、上記出力信号によって、上死点を基準とした
所定のクランク角における回転速度が遅いときには、そ
の後のその気筒における燃料噴射期間を長くさせて、上
記所定のクランク角における回転速度を速めるようにす
る一方、同上所定のクランク角における回転速度が速い
ときには、その後のその気筒における燃料噴射期間を短
くさせて、そのクランク角における回転速度を遅らせる
ようにすれば、次の効果が発揮される。

即ち、第１に、クランク軸の回転速度の変動が少なくな
って、出力トルクの変動が防止され、振動や騒音の発生
が抑制される。

第２に、例えば、各気筒には、圧縮比や摩擦損失などそ
の特性にはばらつきがある。このため、クランク軸の回
転速度が大きく変動するおそれがある。また、各気筒に
対する供給燃料の圧力や、各燃料噴射弁をある期間開弁
させるための噴射信号期間が同じであっても、各燃料噴
射弁の燃料噴射量が異なるなど、燃料噴射弁の特性には
ばらつきがある。しかし、この発明によれば、燃料噴射
期間が自動的に長短調整されるため、上記気筒や燃料噴
射弁に特性上のばらつきがあっても、出力トルクの変動
が抑えられる。

第３に、エンジンが長期使用されると、各燃料噴射弁の
特性が劣化等により変化するが、この場合も、上記と同
じようにして、出力トルク−の変動が防止される。この
ため、燃料噴射弁の寿命を長くできるという利点がある
。

第４に、燃料噴射期間が長短いずれかに過大となったと
きには、エンジンや燃料噴射弁が故障であると考えられ
る。そこで、これを検出すると共に、運転者に警告する
ようにすれば、上記故障に迅速に対応することができる
のであり、つまり、この発明の燃料噴射装置は、故障の
早期発見にも利用できるという利点がある。

（以下余白）

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例を示し、第１図は全体線図、第２
図は燃料噴射弁の縦断面図、第３図は同上燃料噴射弁の
平面図、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図、第
５図は回転速度の変動を示す原理図、第６図と第７図は
フローチャート図、第８図は噴射パ・ルスと時間の関係
を示すグラフ図、第９図は噴射率と時間の関係を示すグ
ラフ図、第１Ｏ図は各実施例を適用した場合における回
転速度の変動を示すグラフ図である。１・・燃料噴射弁、５１・・エンジン、５２・・第１気
筒、５３・・第２気筒、５４・・第３気筒、５５・・第
４気筒、５７−・クランク軸、６１・・制御装置、θ１
・・燃料噴射期間。第７図茎導４和劇細閏１洛軒晴相期間第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

１、各気筒に対しそれぞれ燃料噴射弁を設けた多気筒デ
ィーゼルエンジンにおいて、上記各気筒の上死点からそ
れぞれクランク軸が互いにほぼ同じクランク角だけ回転
したときのこのクランク軸の各回転速度を、それぞれ検
出する制御装置を設け、上記各回転速度に基づく制御装
置の出力信号を各燃料噴射弁に入力させて、これら燃料
噴射弁によるその後の各燃料噴射期間をそれぞれ長短調
整するようにした多気筒ディーゼルエンジンの燃料噴射
装置。