JPH04237845A - ディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
燃料噴射時期制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンはシリンダ内に吸入
した空気を高温・高圧に圧縮し、そこに燃料を噴射して
燃焼させる。このときの燃焼過程は図５に示すように、
上死点の前後にかけてシリンダ内に燃料が噴射され、燃
料噴射期間は、噴射開始Ａから着火Ｂまでの着火遅れ期
間および前記ＢからＣまでの火焔伝播期間および前記Ｃ
から噴射終了Ｄまでの直接燃焼期間に分けることができ
る。なおＤからＥまでは後燃期間である。上死点に対し
て着火時期が早すぎると、噴射した燃料が出力として有
効に働かず、かつ燃焼圧力が異常に上昇してエンジンを
破損させることがある。これとは逆に着火時期が遅いと
、燃料が出力として有効に働かない。

【０００３】また、燃料噴射ポンプが燃料の圧送を開始
しても、実際に噴射ノズルから燃料が噴射されるまでに
は時間的な遅れを生じる。すなわち、燃料圧力を噴射ノ
ズルの開弁圧まで高めるために要する時間と、噴射ポン
プのプランジャから噴射ノズルに燃料圧力波が伝播する
時間とのいずれか大きい方が噴射遅れ期間となる。

【０００４】燃料噴射時期は、燃料噴射量とともに、エ
ンジン出力を所望の状態に維持する上で重要な要素であ
る。近年、電子制御技術の向上に伴い、この技術を利用
して燃料噴射量、燃料噴射時期を制御する燃料噴射装置
が用いられるようになっている。図６はその一例を示し
、燃料噴射ポンプ６の後端には電子ガバナ７が取着され
ている。この電子ガバナには、噴射量制御用油圧比例制
御弁７ａ、噴射時期制御用油圧比例制御弁７ｂ、ギヤポ
ンプ７ｃ、燃料噴射ポンプ６のコントロールラック６ａ
の後端に連結されたコントロールラック制御用油圧ピス
トン７ｄが組み込まれ、前記コントロールラック６ａの
前端にはラック位置センサ７ｅが装着されている。

【０００５】コントローラ５はエンジンの冷却水温、潤
滑油温、回転数等を検出するエンジン側センサおよび必
要に応じて接続された各種車体側センサから入力された
信号に基づいて、前記噴射量制御用油圧比例制御弁７ａ
、噴射時期制御用油圧比例制御弁７ｂのソレノイドに指
令電流を送り、噴射量制御用油圧比例制御弁７ａ、噴射
時期制御用油圧比例制御弁７ｂを作動させる。

【０００６】前記ギヤポンプ７ｃが吐出し、噴射量制御
用油圧比例制御弁７ａによって調圧されたガバナ作動油
は、ラック制御用油圧ピストン７ｄに作用する。油圧ピ
ストン７ｄの位置は、セットスプリング７ｆと油圧力と
のバランスによって決められる。燃料噴射ポンプのプラ
ンジャ外周には、従来の燃料噴射ポンプのプランジャと
同様に燃料の圧送期間を決める斜めの溝が設けられてい
て、圧送期間の調整は前記コントロールラック６ａの位
置によって決められる。コントロールラック６ａの動き
はプランジャに取着されたピニオンに伝達され、ピニオ
ンの動きによってプランジャが回動し、燃料圧送期間を
調整する。またギヤポンプ７ｃから吐出され、噴射時期
制御用油圧比例制御弁７ｂによって調圧されたガバナ作
動油は、燃料噴射ポンプ６内の通路を通って各シリンダ
用プランジャに送られる。

【０００７】燃料噴射ポンプのプランジャは、図６の燃
料噴射ポンプ６の部分に部分拡大図で示したように上下
２分割になっており、上部プランジャ６ｂと下部プラン
ジャ６ｃとの間に前記ガバナ作動油を送り込むことによ
って、プランジャの合計長さが変化し、燃料噴射時期を
可変にすることができる。上下プランジャ間の伸び量は
、プランジャが最も下降したときに燃料噴射ポンプ６内
の作動油通路と上下プランジャの合わせ目とが通じて調
整され、前記伸び量は、上下プランジャ間に作用する油
圧力と下部プランジャ６ｃ内に組み込まれたスプリング
６ｄの張力とのバランスによって決められる。その他の
構造は一般の燃料噴射ポンプと同一である。

【０００８】燃料噴射時期の制御精度を向上するために
は、噴射時期を検出してコントローラにフィードバック
し、この情報に基づいてコントローラが発信する指令信
号を補正した上、噴射時期を調整しなければならない。 噴射時期検出の手段として、エンジンの燃焼室に着火時
期センサを取り付け、エンジンの燃焼光をホトトランジ
スタによって電気信号に変換し、制御システムにフィー
ドバックするものや、時間制御システム用噴射時期セン
サとして、噴射ノズルのニードルの上昇を検出してフィ
ードバックするノズルニードルリフトセンサが用いられ
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記センサはディーゼ
ルエンジンの燃料噴射時期の制御に効果があるが、価格
が高く、またサービス性等の問題があって、広く普及す
るまでに至っていない。本発明は上記従来の問題点に着
目し、少なくとも１シリンダ以上の特定のシリンダにお
ける燃料噴射時期を単一シリンダごとに正確に検出して
制御装置にフィードバックすることができ、かつ信頼性
の高いディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御
装置は、燃料噴射時期の制御手段を備えたディーゼルエ
ンジンにおいて、エンジン部材の少なくとも１箇所に、
特定シリンダの燃料着火によるエンジン振動を検出する
振動加速度センサを取着するとともに、前記特定シリン
ダのピストン上死点到達時期を検出するＴＤＣセンサと
、エンジン回転数センサと、これらの各センサの検出情
報を処理し、燃料噴射時期制御指令を補正する手段を有
するコントローラとを設ける構成とした。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、シリンダ内に噴射された燃
料が着火する際に発生する振動加速度のうち特定シリン
ダの振動加速度と、このシリンダのピストン上死点到達
時期と、エンジン回転数とを検出してコントローラに入
力することにしたので、これらの情報から着火時期をク
ランクシャフト回転角として算出することができる。従
って実測着火時期と目標着火時期とをクランクシャフト
回転角で比較し、必要に応じてコントローラの燃料噴射
時期制御指令を補正することにより、噴射時期の制御精
度を向上させることができる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明に係るディーゼルエンジンの燃
料噴射時期制御装置の実施例について、図面を参照して
詳細に説明する。図１において、振動加速度センサ１、
上死点到達時期検出センサ（以下ＴＤＣセンサという）
２、エンジン回転数センサ３など、エンジン４を制御す
るために必要な情報を検出する各種センサが配設され、
これらのセンサの出力信号配線はコントローラ５に接続
されている。またコントローラ５の出力配線は電子制御
式燃料噴射ポンプ６の電子ガバナ７に接続されている。 コントローラ５には上記の他に冷却水温、アクセル開度
等の検出結果も入力されるが、これらについては説明お
よび図示を省略する。

【００１３】前記振動加速度センサ１は、エンジンのク
ランクシャフトメインベアリングキャップに取着され、
ＴＤＣセンサ２は燃料噴射ポンプ駆動ギヤシャフトと燃
料噴射ポンプのカムシャフトとのカップリングに近接し
て取着されている。

【００１４】エンジン運転時、たとえばクランクシャフ
トメインベアリングの第２キャップに取着された振動加
速度センサ１は、第２キャップに近接している第１シリ
ンダにおける着火時の振動を検出して、コントローラ５
にフィードバックする。またＴＤＣセンサ２は、前記カ
ップリングに打刻されたＴＤＣマークを読み取り、第１
シリンダにおけるピストンのＴＤＣ到達時期をコントロ
ーラ５にフィードバックする。図２は６気筒エンジンを
フルロード、２５００ｒｐｍで運転したときの燃料着火
による振動加速度を記録したもので、縦軸に振動加速度
、横軸に時間経過をとり、（　　）内にシリンダＮｏ．
を記入してある。前記振動加速度センサは第１シリンダ
の着火を明確に捉えている。

【００１５】図３は燃料噴射時期制御システムのうち、
本発明に関する部分のみを示したブロック図である。振
動加速度センサ１の出力信号は、コントローラ５の振動
加速度の大きさ判定手段８に入力され、振動加速度のし
きい値記憶手段９にあらかじめ入力されていた振動加速
度しきい値と比較し、しきい値以上であれば第１シリン
ダの着火による振動加速度であると判断する。またＴＤ
Ｃセンサ２の出力信号は時間差演算手段１０に入力され
、ここで前記振動発生時期すなわち着火時期とＴＤＣ到
達時期との時間差を演算する。一方、回転数センサ３の
出力信号は、回転速度演算手段１１に入力され、ここで
回転速度が算出される。次に、前記着火時期とＴＤＣ到
達時期との時間差と、回転速度算出結果とが角度演算手
段１２に入力され、着火時期とＴＤＣ到達時期との時間
差をクランクシャフト回転角度に換算する。つまり着火
時期がＴＤＣ前何度であるかを演算する。

【００１６】着火時期判定手段１３では、前記着火時期
とＴＤＣ到達時期との時間差から算出したクランクシャ
フト回転角度θと、あらかじめ設定、入力され、目標着
火時期記憶手段１４に記憶していた目標着火時期の上限
値θ１　および下限値θ２　とを比較し、可否を判定す
る。 上限値θ１　または下限値θ２　を超える場合は、噴射
時期制御アクチュエータ駆動指示手段１５から噴射時期
制御用油圧比例制御弁７ｂに可変プリストローク制御電
流を流して、噴射時期を調整する。

【００１７】燃料噴射時期制御については、アクセル開
度の調節、負荷変動等によるエンジン回転速度の変動を
検出して、エンジン運転中常時制御指令電流がコントロ
ーラから噴射時期制御用油圧比例制御弁に出力されてい
るが、本発明による実測着火時期と、目標着火時期との
差に比例した補正値を前記制御指令電流に付加すること
により、燃料噴射時期制御精度が一段と向上する。

【００１８】図４は燃料噴射時期補正制御のフローチャ
ートで、同図における番号はステップを示す。ステップ
１であらかじめ設定、入力しておいた振動加速度の大き
さのしきい値ａＯ　を読み込み、ステップ２では検出さ
れた振動加速度の大きさａと、この振動加速度の発生時
刻ｔ１　とを読み込む。次にステップ３でａがａＯ　以
上であるかどうかを判定し、ａＯ　未満であれば特定シ
リンダ以外の着火と判断してステップ２に戻る。ａがａ
Ｏ　以上であればステップ４でＴＤＣ到達時刻ｔ２　を
読み込み、ステップ５で　ｔ２−ｔ１　を演算する。

【００１９】次にステップ６でエンジン回転数を読み込
み、ステップ７で前記回転数からエンジン回転速度Ｎ（
ｒｐｓ）を演算する。ステップ８では着火時期がＴＤＣ
前何度であるかを、θ＝（ｔ２−ｔ１）×Ｎ×３６０°
の演算式により算出する。そしてステップ９で、クラン
クシャフトの回転角で設定した目標着火時期の上限値θ
１　および下限値θ２　を読み込み、ステップ１０でθ
が前記上限値θ１　と下限値θ２　の間にあるかどうか
を判定する。上限値または下限値を外れている場合は、
ステップ１１で噴射時期制御アクチュエータに駆動指示
を出力し、噴射時期制御が補正される。また着火時期が
目標着火時期の範囲内にある場合は、ステップ２に戻り
、着火時期の検出が続行される。

【００２０】本実施例では、クランクシャフトメインベ
アリングの第２キャップに振動加速度センサを取着して
、第１シリンダの着火時期を検出する場合について説明
したが、これに限るものではなく、その他のメインベア
リングキャップあるいはシリンダ間隔壁等、単一シリン
ダの着火を独立に検出でき、かつ他の振動源たとえばピ
ストンスラップ、ギヤ打撃、吸排気弁の着座衝撃等の影
響を受けにくい位置を選んで振動加速度センサを取着し
てもよい。また、ＴＤＣセンサが検出するシリンダと着
火シリンダとが異なる場合は、ＴＤＣセンサの入力信号
を着火シリンダのＴＤＣ到達時期に換算する演算装置を
設けることにより、解決することができる。なお、燃料
噴射時期の制御手段として電子制御式回転軸位相差制御
方式を用いるエンジンに対しても本発明を適用すること
ができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、振
動加速度センサを用いてエンジンのシリンダ別燃料着火
時期を検出し、噴射時期制御装置にフィードバックし、
噴射時期制御指令を補正することにしたので、燃料噴射
時期精度を一段と向上させることができる。

【００２２】また、光学式着火時期センサやニードルリ
フトセンサ等、高価なセンサの代わりに、安価でサービ
ス性が良く、また高圧の噴射系統あるいは高温、高圧の
燃焼室から離れた位置でセンシングする振動加速度セン
サを用いることにしたので、センサの耐用寿命が長く、
着火時期検出精度の信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジンの燃料着火時期検出に必要な各種セン
サの配置を示す説明図である。

【図２】燃料着火による各シリンダごとの振動加速度発
生状況を記録した図である。

【図３】燃料着火時期を検出して噴射時期を補正する燃
料噴射時期制御システムの構成を示すブロック図である
。

【図４】燃料着火時期を検出して噴射時期を補正するフ
ローチャートである。

【図５】エンジンのシリンダ内圧力と、クランクシャフ
ト回転角との関係を示す図である。

【図６】電子制御式燃料噴射ポンプのガバナの概略構成
を示す説明図である。

【符号の説明】

１　　振動加速度センサ ２　　ＴＤＣセンサ ３　　エンジン回転数センサ ５　　コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　燃料噴射時期の制御手段を備えたディ
   ーゼルエンジンにおいて、エンジン部材の少なくとも１
   箇所に、特定シリンダの燃料着火によるエンジン振動を
   検出する振動加速度センサを取着するとともに、前記特
   定シリンダのピストン上死点到達時期を検出するＴＤＣ
   センサと、エンジン回転数センサと、これらの各センサ
   の検出情報を処理し、燃料噴射時期制御指令を補正する
   手段を有するコントローラとを設けことを特徴とするデ
   ィーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置。