JPH0510497B2

JPH0510497B2 -

Info

Publication number: JPH0510497B2
Application number: JP9696183A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kawamura; Kunihiko Sugihara
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-06-02
Filing date: 1983-06-02
Publication date: 1993-02-09
Also published as: JPS59224426A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野この発明は、デイーゼルエンジンの燃料噴射量
を制御する燃料制御装置に関し、特に急加速時に
おける黒煙の発生を防止することができる燃料制
御装置に関する。

従来技術従来のデイーゼルエンジンにおいては、燃料噴
射ポンプの噴射量調節機構のスリーブにアクセル
ペダルが機械的に連結されており、アクセルペダ
ルの踏角とスリーブ位置とが直接対応するように
なつていた。

ところが最近、アクセルペダルの踏角、エンジ
ン回転速度、エンジン冷却水温等の各種運転変数
に対応して最適な燃料噴射量を算出し、スリーブ
を変位させるアクチユエータ（例えばサーボモー
タ）を、その算出された噴射量指令値に応じてサ
ーボ制御することによつて燃料噴射量を制御する
電子制御方式の燃料制御装置が開発されている。

そのような装置においては、例えば第１図に示
すように、燃料噴射量はエンジン回転速度とアク
セルペダル踏角（図中の度数は90°を全開として
アクセルペダル踏角を示したもの）とに応じて設
定され、アクセルペダル全開時の値は黒煙が発生
しない限度の値に設定されている。

しかし、始動時の噴射量Q₁は、始動性を向上
させるためにアクセルペダル全開時の値より大き
な値に設定されており、したがつてスリーブの可
動範囲は、全開時の値よりかなり広くなつてい
る。

そのため、急加速時にサーボモータを制御する
指令信号が急速に増加すると、サーボモータ及び
スリーブの慣性でスリーブ位置が指令信号の値よ
りオーバシユートし、噴射量が全開時の値を越え
てしまう。

デイーゼルエンジンにおいては、燃料量が過剰
になると黒煙が発生し、排気管から大気中に排出
される。

例えば第２図に示すように、アクセルペダル踏
角ａがアイドル位置から4/5負荷まで急激に増加
した場合、噴射量指令値に応じたサーボモータの
指令信号ｂも4/5負荷まで急激に増加する。

しかし、実際のスリーブ位置は破線ｃで示すよ
うに、多少の応答遅れをもつて変化し、かつオー
バシユートして全開時の値ｄを越えてしまう。こ
の場合、ｄを越えた斜線部分では燃料が過剰とな
つて黒煙が発生する。なお破線ｅはスリーブの可
動限界を示す。

この問題点を解決するために、本出願人は、先
に、急加速時における黒煙の発生を防止し得るよ
うにしたデイーゼルエンジンの燃料制御装置を提
案した（特開昭57−18425号公報参照）。

この燃料制御装置は、急加速時における噴射量
指令値の変化速度に上限値を設けたものである
が、寒冷地においては、エンジン冷間時の加速時
に出力が不足して、運転性能を損なうという問題
が発生した。

目的この発明は、上記の問題を解決するためになさ
れたものであり、デイーゼルエンジン搭載車の急
加速時における黒煙の発生を防止すると共に、寒
冷地におけるエンジン冷間時の加速時にも運転性
能を損なうことがないようにすることを目的とす
る。

構成そこで、この発明によるデイーゼルエンジンの
燃料制御装置は、第３図に示すように、噴射量指
令値算出手段Ａによつてアクセルペダルの踏角及
びエンジンの回転数等に応じて算出される噴射量
指令値の変化速度を変化速度検出手段Ｂによつて
検出するとともに、上限値算出手段Ｃによつてエ
ンジン回転速度に応じた噴射量指令値の変化速度
の上限値を算出し、その上限値を上限値補正手段
Ｃによつてエンジン冷却水温に応じて補正し、噴
射量指令値算出手段Ａによつて算出された噴射量
指令値を、噴射量指令値補正手段Ｅによつて、そ
の変化速度が上限値補正手段Ｄによつて補正され
た上限値を越えないように補正し、その補正した
噴射量指令値に応じた指令信号をアクチユエータ
駆動回路に出力して、燃料噴射ポンプの噴射量調
節機構を駆動するアクチユエータを制御するよう
にしたものである。

実施例以下、図面の第４図以降を参照してこの発明の
実施例を説明する。

第４図は、この発明を適用するデイーゼルエン
ジン制御装置の一例を示す図である。

図中、１はエアクリーナ、２は吸気管、３は主
燃焼室、４は渦流室、５はグロープラグ、６は噴
射ノズル、７は燃料噴射ポンプ、８は排気管、９
は吸気量を調節する絞り弁、１０は絞り弁開度を
制御するダイヤフラム弁、１１は排気管８から吸
気管２へ還流するEGR量（排気還流量）を制御
するEGR弁、１２及び１３は電磁弁である。

また、１４は負圧源となるバキユームポンプで
あり、例えばブレーキサーボ用のものと共用する
ことが出来る。１５はバキユームポンプ１４から
与えられる負圧から一定負圧をつくる定圧弁であ
る。

さらに、１６はバツテリ、１７はグロープラグ
５への通電を制御するグローリレー、１８は燃料
噴射ポンプ７の燃料噴射量を制御するサーボ回
路、１９はグロープラグ５への通電状態を表示す
るグローランプである。

また、２０はアクセルペダルの踏角に対応した
アクセル踏角信号IS₁を出力するアクセル踏角セ
ンサ、２１はクランク角の基準角度（例えば
120°）ごとに基準パルスIS₂を、単位角度（例え
ば1°）ごとに単位パルスIS₃を出力するクランク
角センサ、２２は変速機がニユートラル（中立）
位置にあることを検知してニユートラル信号IS₄
を出力するニユートラルスイツチ、２３は車速に
対応した車速信号IS₅（変速機の出力軸の回転速度
から検出）を出力する車速センサ、２４はエンジ
ンの冷却水温に対応した温度信号IS₆を出力する
温度センサ、２５は噴射ノズル６が燃料噴射を開
始するごとに噴射開始信号IS₇を出力するリフト
センサであり、例えば燃料圧力によつて作動する
スイツチ又は圧電素子である。

さらに、２６は大気の温度と圧力とに対応した
大気密度信号IS₈を出力する大気密度センサであ
る。その他、燃料噴射ポンプ７の燃料噴射量を制
御するスリーブの位置に対応したスリーブ位置信
号IS₉や、バツテリ電圧信号IS₁₀等の信号が用い
られる。

そして、２７は演算装置であり、例えば中央処
理装置（CPU）２８、リードオンリメモリ
（ROM）２９、ランダムアクセスメモリ
（RAM）３０、入出力インタフエース３１等か
らなるマイクロコンピユータで構成されている。

演算装置２７は、上記の各種センサから与えら
れる各信号IS₁〜IS₁₀及び図示しないスタータス
イツチ（スタータモータ作動時にオン）から与え
られるスタータ信号IS₁₁や、グロースイツチから
与えられるグロー信号IS₁₂、及び後述する燃料温
度信号IS₁₃等の信号を入力し、デイーゼルエンジ
ンを最適制御するための各種の制御信号OS₁〜
OS₇を出力する。

まず、絞り弁開度制御信号OS₁とEGR制御信号
OS₂はパルス信号であり、これらのパルス信号の
デユーテイを変えて電磁弁１２，１３をデユーテ
イ制御することにより、絞り弁９の開度とEGR
弁１１の開度を制御する。

また、燃料遮断指令信号OS₃は、燃料噴射ポン
プ７の燃料遮断弁７１の開閉を制御する。

また、燃料噴射量制御信号OS₄と燃料噴射ポン
プからのスリーブ位置信号IS₉とがサーボ回路１
８に与えられ、両信号を一致させるようにサーボ
回路１８がサーボ信号S₁を出力し、このサーボ信
号S₁によつてスリーブ位置を制御することによ
り、燃料噴射量が制御される。

同時に、噴射時期制御信号OS₅によつて燃料噴
射ポンプ７内の噴射時期制御機構を制御すること
により、燃料噴射時期を制御する。なお、この燃
料噴射時期は、リフトセンサ２５からの噴射開始
信号IS₇を用いてフイードバツク制御する。

また、グロー制御信号OS₆によつてグローリレ
ー１７を制御することにより、グロープラグ５へ
の通電を制御する。これに伴ない、グローランプ
制御信号OS₇によつてグローランプ１９の点滅を
制御することによりグロープラグ５の通電状態を
表示する。例えば、通電中はグローランプ１９を
点灯させ、通電していない場合は消灯させる。

次に、第５図によつて燃料噴射ポンプ７の詳細
を説明する。

まず、燃料はポンプ本体の燃料入口３２から流
入し、機関出力軸に連結したドライブシヤフト３
３より駆動されるフイードポンプ３４によつて吸
引される。

フイードポンプ３４からの吐出燃料は、圧力調
整弁３５により供給圧を制御されて、ポンプハウ
ジング３６内部のポンプ室３６ａへ供給される。

ポンプ室３６ａ内の燃料は、動作部分の潤滑を
行なうと同時に、吸入ポート３７を通つて高圧プ
ランジヤポンプ３８に送られる。

この高圧プランジヤポンプ３８のプランジヤ３
９は、ドライブシヤフト３３に連結したエキセン
トリツクデイスク４０に固定されており、継手４
１を介してドライブシヤフト３３により機関回転
に同期して駆動される。

また、エキセントリツクデイスク４０は、機関
シリンダ数と同数のフエイスカム４２をもち、回
転しながら、ローラリング４３に配設されたロー
ラ４４をこのフエイスカム４２が乗り越えるたび
に、所定のカムリフトだけ往復運動する。

したがつて、プランジヤ３９は回転しながら往
復運動をし、この往復運動によつて、吸入ポート
３７から吸入された燃料が分配ポート４５よりデ
リバリバルブ４６を通つて、第４図の噴射ノズル
６へ圧送される。

その際、燃料の噴射時期は、ローラリング４３
によつてフエイスカム４２とローラ４４との相対
位置を変化させることによつて自由に調節され
る。

ローラリング４３は、ドライビングピン４７を
介してプランジヤ４８と連結している。

なお第５図においては、説明の便宜上からこの
プランジヤ４８の軸線を90°回転させ、また、フ
イードポンプ３４の軸線も90°回転させたものが
同時に図示してある。

プランジヤ４８を収めたシリンダ４９は、ケー
シング５０の内部に摺動自在に収装されており、
シリンダ４９の右端に油室５１、同じく左端に油
室５２を区画形成する。なお、シリンダ４９が右
方に移動したときの油室５１と端面高圧室５５と
を連絡するための通路４９ａと５０ａとが設けら
れている。

油室５１は、燃料通路５３によつて他方の油室
５２及びフイードポンプ３４の吸入側と連通して
おり、かつ油室５１と燃料通路５３との接続部に
は電磁弁５４が設けられている。

また、シリンダ４９のなかで摺動するプランジ
ヤ４８の端面高圧室５５には、通路５６を介して
ポンプ室３６の燃料圧力が導かれ、また反対側の
低圧室５７はフイードポンプ３４の吸込側に連通
して負圧に近い状態になるが、スプリング５８の
弾性力でプランジヤ４８を押し戻している。

ポンプ室３６ａの燃料圧力は、フイードポンプ
３４の回転速度に比例して上昇するので、図示の
ように通路４９ａが閉じられているときには、プ
ランジヤ４８はエンジン回転速度の上昇に伴つて
図面左方へ押され、これによつてエキセントリツ
クデイスク４０の回転方向と逆方向へローラリン
グ４３を回転させるので、噴射時期は回転速度に
応じて早くなる。

また、エキセントリツクデイスク４０の回転力
を受けて、シリンダ４９が図で右側一杯にに移動
（このとき電磁弁５４は開）すると、通路４９ａ
と５０ａとを介して油室５１と端面高圧室５５と
が連通するので、電磁弁５４を開閉させてやるこ
とによつて端面高圧室５５の圧力を制御すること
が出来る。

したがつて、噴射時期制御信号OS₅によつて電
磁弁５４の開閉をデユーテイ制御すれば、燃料噴
射時期を電気的に制御することが出来る。

一方、燃料の噴射量は、高圧プランジヤポンプ
３８のプランジヤ３９に形成したスピルポート５
９を被覆するスリーブ６０の位置により決められ
る。

例えば、スピルポート５９の開口部がプランジ
ヤ３９の右行によりスリーブ６０の右端部を越え
ると、それまで高圧室６１内から分配ポート４５
へ圧送されていた燃料が、スピルーポート５９を
通つてポンプ室３６ａへ解放されるので、燃料の
圧送が終了する。

すなわち、スリーブ６０をプランジヤ３９に対
して図で右方向に相対的に変位させると、燃料噴
射終了時期が遅くなつて燃料噴射量が増加し、逆
に図で左方向に変位させると、燃料噴射終了時期
が早まつて燃料噴射量が減少する。

このような噴射量調節機構におけるスリーブ６
０の位置制御は、サーボモータ６２によつて行な
う。すなわち、サーボモータ６２の軸６３にはね
じが形成されており、中心にねじ孔を有する滑動
子６４が螺合されている。

この滑動子６４には、ピン６６を支点として回
動自在にリンクレバー６５が結合している。この
リンクレバー６５は、支点６７を中心として回動
自在に取り付けられ、先端部のピボツトピン７２
を介してスリーブ６０を係止している。

したがつて、サーボモータ６２が正逆回転する
と、滑動子６４が左右に移動し、それによつてリ
ンクレバー６５が支点６７を中心として回動し、
スリーブ６０を左右に移動させることになる。

このサーボモータ６２の制御は、前述の燃料噴
射量指令信号OS₄に応じてサーボ回路１８が出力
するサーボ信号S₁によつて行なわれる（第４図参
照）。

したがつて、アクセルペダルと燃料噴射量との
間には直接に対応関係はなくなる。すなわち、ア
クセルペダルは、「加速したい」又は「減速した
い」等の運転者の意志を演算装置２７に伝えるだ
けの手段となり、演算装置２７が、その時の運転
状態に応じて最適の燃料噴射量を算出し、燃料噴
射量指令信号OS₄によつて最適制御を行なうもの
である。

また、サーボモータ６２の近傍に設けられたポ
テンシヨメータ６８の軸は、歯車６９及び７０に
よつてサーボモータ６２の軸６３と結合させてい
るので、ポテンシヨメータ６８からの信号IS₉は
スリーブ６０の位置を示すことになる。

一方、電磁型の燃料遮断弁７１は、燃料遮断制
御信号OS₃によつて開閉制御され、遮断時には吸
入ポート３７を閉鎖して燃料を遮断することによ
り、エンジンを停止させるようになつている。

また燃料温度センサ７３は、燃料噴射ポンプ７
内の燃料の温度に対応した燃料温度信号IS₁₃を出
力する。

本発明は、第４図のサーボ回路（アクチユエー
タ駆動回路）１８を介して、燃料噴射ポンプ７の
スリーブ６０（第５図）等からなる噴射量調節機
構を駆動するアクチユエータであるサーボモータ
６２を制御する指令信号OS₄を発生させる演算装
置２７の機能に特徴を有するものである。

そこで、この演算装置２７による演算動作を第
６図のフローチヤートによつて説明する。

まず、ステツプP₁において、アクセル踏角セ
ンサ２０からのアクセル踏角信号IS₁とクランク
角センサ２１からのパルス信号IS₂，IS₃によつて
判る、アクセルペダルの踏角とエンジン回転速度
とに応じて、テーブルルツクアツプ等により予め
定められている基本噴射量を算出し、ステツプ
P₂で各種の補正を演算付加して実噴射量に相当
する噴射量指令値K₂を算出する。

ステツプP₃で、前回の演算で出力された噴射
量指令の記憶値K₁と今回のステツプP₂で算出さ
れた噴射量指令値K₂との差ΔK＝K₂−K₁を演算
して、噴射量指令値の変化量（単位時間ごとの変
化量は変化速度に相当する）を検出する。

ステツプP₄で、回転速度に応じて予め定めら
れている変化量（変化速度）の上限値ΔK₀を算出
する。

次に、ステツプP₅で温度センサ２４からの温
度信号IS₆によるエンジン冷却水温Ｔが所定の値
T₂（０〜20℃位に定める）よりも低いか否かを判
定し、NOの場合はステツプP₉に進み、YESの場
合は、ステツプP₆で所定の温度T₁（−20〜−10℃
位に定める）と比較する。

ステツプP₆のＴ＜T₁の判断がYESであれば、
非常に低温であるので上限値を設けずに（あるい
は上限値を無限大にして）、ステツプP₁₁に進んで
Ｋ＝K₂とする。

ステツプP₆の判断がNOであれば、温度ＴはT₁
≦Ｔ＜T₂の関係を満すので、ステツプP₇でこの
水温及びエンジン回転速度に応じて補正定数ｄを
算出する（水温が低い程補正定数を大きくする）。

そして、ステツプP₈でΔK₀＋ｄを計算して補
正した値を新たな上限値ΔK₀とし、ステツプP₉
に進む。

ステツプP₉では、ΔKがΔK₀以上か否かを判定
し、YESの場合はステツプP₁₀でＫ＝K₁＋ΔK₀と
して噴射量指令値の変化量を上限値に制限する補
正をし、NOの場合はステツプP₁₁でＫ＝K₂とし
て、ステツプP₂で算出した噴射量指令値をその
まま使用する。

そして、ステツプP₁₂でステツプP₁₀又はステツ
プP₁₁で算出したＫを次回の演算のためのK₁とし
て記憶したのち、ステツプP₁₃でそのＫを指令信
号OS₄とし出力する。

この第６図の演算動作は、極めて短かい一定時
間ごとに繰返し行なわれる。

なお、この第６図のフローチヤートに示した各
ステツプの動作を第３図の機能ブロツク図と対応
させると、ステツプP₁とP₂が噴射量指令値算出
手段Ａに、ステツプP₃が変化速度検出手段Ｂに、
ステツプP₄が上限値算出手段Ｃに、ステツプP₅
〜P₈が上限値補正手段Ｄに、ステツプP₉〜P₁₃が
噴射量指令値補正手段Ｅにそれぞれ対応してい
る。

そして、上限値補正手段Ｄでは、エンジン冷却
水温Ｔに応じて噴射量指令値の上限値を補正する
が、Ｔ≧T₂（０〜20℃の所定の値）のときには補
正を行なわず、上限値算出手段Ｃ（ステツプP₄）
で算出された値をそのまま上限値とし、Ｔ＜T₁
（−20℃〜−10℃の所定値）のときには、上限を
設けず（あるいは上限値を無限大とし）、T₁≦Ｔ
＜T₂のときには水温が低い程上限値を大きくす
るように補正する。

したがつて、噴射量指令値補正手段Ｅ（ステツ
プP₉〜P₁₃）で補正された噴射量指令値Ｋによる
指令信号OS₄は、例えば第７図に示すように、ア
クセルペダル踏角ａがアイドル位置から4/5負荷
まで急激に増加した急加速時でも、Ｔ≧T₂であ
れば、実線ｂで示すように変化速度が制限され
る。

したがつて、スリーブ位置が第７図に破線c₁又
は１点鎖線c₂で示すように変化してオーバシユー
トとしても、全開時の値ｄを越えないように制限
され、燃料が過剰になつて黒煙が発生することを
防止する。

Ｔ＜T₂であると、指令信号OS₄の変化速度の上
限が水温の低下に応じて高くなるので、急加速時
の変化速度が大きくなり、例えば第７図に２点鎖
線c₃で示すようにスリーブ位置が変化して全開時
の値ｄを越えることがあるが、エンジン冷間加速
時に出力不足により運転性能を損なうことがなく
なる。

効果以上説明してきたように、この発明は、アクセ
ルペダルの踏角及びエンジン回転数等に応じて噴
射量指令値を算出して、その指令信号により燃料
噴射ポンプの噴射量調節機構を駆動するアクチユ
エータを制御することにより燃料噴射量を制御す
るデイーゼルエンジンの燃料制御装置において、
上記噴射量指令値の変化速度に上限値を設けて、
急加速時に噴射量調節機構のスリーブ位置がスロ
ツトル全開時の位置を過えてオーバシユートする
ことにより、燃料が過剰になつて黒煙を発生する
ことを防止する。

また、上記上限値をエンジン冷却水温によつて
補正し、低温時には上限を高くするようにして、
寒冷地でのエンジン冷間加速時のような場合に
は、多少燃料が過剰になつても、出力不足により
運転性能を損なうことをなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、エンジン回転速度とアクセルペダル
の踏角と燃料噴射量との関係を示す線図、第２図
は、従来の燃料制御装置を用いたデイーゼルエン
ジンにおける急加速時のアクセルペダル踏角と指
令信号とスリーブ位置の変化の関係を示す線図、
第３図は、この発明によるデイーゼルエンジンの
燃料制御装置の機構を示す機能ブロツク図、第４
図は、この発明を適用したデイーゼルエンジン制
御装置のブロツク構成図、第５図は、同じくその
燃料噴射ポンプの詳細を示す断面図、第６図は、
第４図における演算装置が実施するこの発明に係
る噴射量指令値の演算動作を示すフローチヤート
図、第７図は、この発明による燃料制御装置を適
用したデイーゼルエンジンにおける第１図と同様
な線図である。１……エアクリーナ、２……吸気管、３……主
燃焼室、４……渦流室、６……噴射ノズル、７…
…噴射ポンプ、８……排気管、９……絞り弁、２
０……アクセル位置センサ、２１……クランク角
センサ、２２……ニユートラルスイツチ、２３…
…車速センサ、２４……温度センサ、２５……リ
フトセンサ、２６……大気密度センサ、２７……
演算装置、２８……CPU、２９……ROM、３０
……RAM、３１……入出力インタフエース、３
３……ドライブシヤフト、３４……フイードポン
プ、３８……高圧プランジヤポンプ、３９……プ
ランジヤ、４０……エキセントリツクデイスク、
５９……スピルポート、６０……スリーブ、６２
……サーボモータ、６５……リンクレバー、６８
……ポテンシヨメータ、７１……燃料遮断弁、７
２……ピボツトピン、７３……燃料温度センサ、
IS₁……アクセル踏角信号、IS₂……基準パルス、
IS₃……単位パルス、IS₆……温度信号、IS₇……
噴射開始信号、IS₉……スリーブ位置信号、OS₄
……燃料噴射量指令信号、OS₅……噴射時期制御
信号、S₁……サーボ信号。

Claims

【特許請求の範囲】１アクセルペダルの踏角及びエンジン回転数等
に応じて噴射量指令値算出手段によつて算出され
る噴射量指令値によつて、燃料噴射ホンプの噴射
量調節機構を駆動するアクチユエータを制御する
ことにより燃料噴射量を制御するデイーゼルエン
ジンの燃料制御装置において、前記噴射量指令値算出手段によつて算出される
噴射量指令値の変化速度を検出する変化速度検出
手段と、エンジン回転速度に応じて噴射量指令値の変化
速度の上限値を算出する上限値算出手段と、該上限値算出手段によつて算出された上限値を
エンジン冷却水温に応じて補正する上限値補正手
段と、前記噴射量指令値算出手段によつて算出された
噴射量指令値を、その変化速度が前記上限値補正
手段によつて補正された上限値を越えないように
補正する噴射量指令値補正手段とを設けたことを
特徴とするデイーゼルエンジンの燃料制御装置。