JPH0665863B2 - デイ−ゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】 本発明は、デイーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置
に係り、特に、着火時期センサを備えた自動車用の電子
制御デイーゼルエンジンに用いるのに好適な、着火時期
センサと基準位置センサを用いて検出した着火時期を燃
料噴射時期の補正に用いるデイーゼルエンジンの燃料噴
射時期制御装置の改良に関する。

【従来の技術】

デイーゼルエンジン、特に自動車用デイーゼルエンジン
の排気ガス浄化性能等を最適化するための燃料噴射時期
制御に際して、燃料噴射ポンプのタイマピストンの位置
（以下タイマ位置と称する）を検出し、この検出タイマ
位置とエンジン運転状態から求められる目標タイマ位置
との差に応じて、前記タイマピストンの位置を制御して
いるタイマ制御弁をフイードバツク制御する、いわゆる
タイマ位置フイードバツク制御が提案されている。 又、このタイマ位置フイードバツク制御における、燃料
噴射ポンプ初期設定時のばらつきによる噴射時期のずれ
や気圧、燃料性状等の変化による噴射時期のずれの問題
を解決するものとして、特開昭57−28842、特開昭58−2
5584、特開昭58−192935、特開昭59−153942等におい
て、燃焼室に火炎センサ等の着火時期センサを設置し、
該着火時期センサによる燃料室内の着火時期（着火によ
り燃焼光が立上る時期又はシリンダ内の圧力が燃焼によ
り急激に立上る時期）の検出結果をフイードバツク制御
することにより、検出着火時期が、例えばエンジン回転
数とアクセル開度により定まる目標着火時期となるよう
にタイマ制御弁をフイードバツク制御する、いわゆる着
火時期フイードバツク制御も提案されている。

【発明が解決しようとする問題点】

しかしながら、この着火時期フイードバツク制御におい
ては、目標着火時期と検出着火時期の差を毎回計算し、
その差によつてタイマ制御弁の開度をフイードバツク制
御しているため、高速高負荷時のように検出される着火
時期のばらつきが大きいときには、ばらつきの影響で噴
射時期が過補正されて必要以上に変化してしまう。又、
着火時期センサの先端が劣化し、ガラス棒を通過する光
量が低下した場合には、同じ噴射時期で燃料が噴射され
ても、検出される着火時期が遅れるため、不要なフイー
ドバツク制御によつて、噴射時期が逆に進角されてしま
うという問題点を有していた。 このような問題点を解決するため、エンジン運転状態に
応じて燃料噴射時期を制御するに際して、着火検出のば
らつきの小さな運転領域では、目標着火時期と検出着火
時期の差に応じて、タイマ制御弁を着火時期フイードバ
ツク制御し、一方、着火検出のばらつきの大きな運転領
域では、目標タイマ位置と検出タイマ位置の差に応じて
タイマ制御弁をタイマ位置フイードバツク制御すること
が考えられる。 しかしながら、このような制御方法においては、特定の
エンジン運転領域（例えば低アクセル開度）で着火遅れ
をフイードバツク制御するため学習し、その学習値を全
運転領域で使うため、学習を行う運転領域では着火遅れ
が正確に補正されるが、学習を行わない運転領域では正
確な補正ができない。又、エンジンの高負荷領域におい
ては、低負荷領域に比べ、気圧低下時、低水温時等の影
響による着火遅れが少なく、従つて、低負荷領域で学習
した着火遅れをそのまま高負荷領域で着火時期の補正に
使うと、過補正で進角し過ぎるため、エンジンの燃焼室
温の上昇やノツク音の増大等の不具合が生ずる場合があ
るという問題点を有していた。

【発明の目的】

本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたものであつ
て、着火時期の補正が必要とされる領域では充分な補正
ができ、補正があまり必要でない領域では過補正するこ
とがないデイ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。

【問題点を解決するための手段】

本発明は、着火時期検出安定領域にて、目標着火時期と
検出着火時期との差により噴射時期をフイードバツク補
正しながら、誤差に従つた学習値により、着火時期検出
不安定領域、即ち着火時期フイードバツク制御領域外で
の噴射時期を補正するようにしたデイーゼルエンジンの
燃料噴射時期制御装置において、その要旨構成を第１図
に示す如く、前記学習値に、ガードを設けるようにする
と共に、エンジン負荷が大となるほどより狭く、又はエ
ンジン回転数が大となるほどより狭くなるように、エン
ジン負荷又はエンジン回転数に応じて前記ガードの幅を
可変設定するようにしたことにより、前記目的を達成し
たものである。

【作用】

発明者らは、各エンジン運転状態毎に、着火遅れ時間
（燃料噴射から着火までの時間）が異なることを見出し
た。このため、着火時期フイードバツク領域にて学習し
た値そのままで着火時期フイードバツク領域外の噴射時
期を補正すると、かえって誤補正となってしまうことが
考えられる。このため、本発明では、着火時期フイード
バツク領域において学習した値で、着火時期フイードバ
ツク領域外の噴射時期を補正するにあたり、その学習値
にエンジン運転状態に応じた着火遅れ時間を考慮した幅
のガードをかけるようにしている。 又、このようなエンジン運転状態に応じたガードの幅に
ついては、具体的には、エンジン負荷又はエンジン回転
数に応じてガード幅を可変設定するというものである。
発明者らは、実験的に、エンジン負荷が大となるほどよ
り狭く、又はエンジン回転数が大となるほどより狭くな
るように、エンジン負荷又はエンジン回転数に応じて前
記ガードの幅を可変設定することが好ましいことを見い
出し、なされたものでる。即ち、エンジン負荷が大とな
る程より着火遅れ時間が小となり、又はエンジン回転数
が大となる程より着火遅れ時間が小となることを見い出
し、このようなガード幅の可変設定を本発明に適用して
いる。 例えば後述する実施例では、第６図に示されるように、
アクセル開度が大となるほど、即ち、エンジン負荷が大
となるほどより狭くなるように、エンジン負荷に応じて
前記ガードの幅を可変設定するようにしてある。あるい
は第７図に示されるように、エンジン回転数が大となる
ほどより狭くなるように、エンジン回転数に応じて前記
ガードの幅を可変設定するようにしている。 従つて、補正が充分必要となる運転領域においては、充
分な補正を行い、補正があまり必要でない運転領域では
過補正することがない。よつて、エンジンの高負荷時に
過補正による過進角させた際の影響、例えばエンジンの
振動、騒音、NOxの増加を防止することができる。

【実施例】 以下、本発明に係るデイ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詳細に説明する。 この実施例には、第２図に示す如く、エアクリーナ（図
示省略）の下流に配設された、吸入空気の温度を検出す
るための吸気温センサ12が備えられている。該吸気温セ
ンサ12の下流には、排気ガスの熱エネルギにより回転さ
れるタービン14Aと、該タービン14Aと連動して回転され
るコンプレツサ14Bからなるターボチヤージヤ14が備え
られている。該ターボチヤージヤ14のタービン14Aの上
流側とコンプレツサ14Bの下流側は、吸気圧の過上昇を
防止するためのウエストゲート弁15を介して連通されて
いる。 前記コンプレツサ14B下流側のベンチユリ16には、アイ
ドル時等に吸入空気の流量を制限するための、運転席に
配設されたアクセルペダル17と連動して非線形に回動す
るようにされた主吸気絞り弁18が備えられている。前記
アクセルペダル17の開度（以下、アクセル開度と称す
る）Accpは、アクセル位置センサ20によつて検出されて
いる。 前記主吸気絞り弁18と並列に幅吸気絞り弁22が備えられ
ており、該幅吸気絞り弁22の開度は、ダイヤフラム装置
24によつて制御されている。該ダイヤフラム装置24に
は、負圧ポンプ26で発生した負圧が、負圧切換弁（以
下、VSVと称する）28又は30を介して供給される。 前記吸気絞り弁18、22の下流側には吸入空気の圧力を検
出するための吸気圧センサ32が備えられている。 デイーゼルエンジン10のシリンダヘツド10Aには、エン
ジン燃焼室10Bに先端が臨むようにされた噴射ノズル3
4、グロープラグ36及び着火時期センサ38が備えられて
いる。又、デイーゼルエンジン10のシリンダブロツク10
Cには、エンジン冷却水温を検出するための水温センサ4
0が備えられている。 前記噴射ノズル34には、噴射ポンプ42から燃料が圧送さ
れてくる。該噴射ポンプ42には、デイーゼルエンジン10
のクランク軸の回転と連動して回転されるポンプ駆動軸
42Aと、該ポンプ駆動軸42Aに固着された、燃料を加圧す
るためのフイードポンプ42B（第２図は90゜展開した状
態を示す）と、燃料供給圧を調整するための燃圧調整弁
42Cと、前記ポンプ駆動軸42Aに固着されたポンプ駆動プ
ーリ42Dの回転変位からクランク角基準位置、例えば上
死点（TDC）を検出するための、例えば電磁ピツクアツ
プからなる基準位置センサ44と、同じくポンプ駆動軸42
Aに固着された、気筒数に対応する欠歯を有するギヤ42E
の回転変位からエンジン回転数及び欠歯装置を検出する
ための、ローラリング42H上に設けられた、例えば電磁
ピツクアツプからなるエンジン回転センサ46と、フエイ
スカム42Fとプランジヤ42Gを往復動させ、又、そのタイ
ミングを変化させるためのローラリング42Hと、該ロー
ラリング42Hの回動位置を変化させるためのタイマピス
トン42J（第２図は90゜展開した状態を示す）と、該タ
イマピストン42Jの位置を制御することによつて噴射時
期を制御するためのタイミング制御弁（以下、TCVと称
する）48と、スピルポート42Kを介してのプランジヤ42G
からの燃料逃し時期を変化させることによつて燃料噴射
量を制御するための電磁スピル弁50と、燃料をカツトす
るための燃料カツト弁52と、燃料の逆流や後垂れを防止
するためのデリバリバルブ42Lと、が備えられている。 前記グロープラグ36には、グローリレー37を介してグロ
ー電流が供給されている。 前記着火時期センサ38には、第３図に詳細に示す如く、
デイーゼルエンジン10のシリンダヘツド10Aに挿入固定
される筒状のケース38Aと、該ケース38Aの中央部に挿入
された、燃焼光を伝送するための、例えば石英ガラス製
の光導体38Bと、該光導体38Bによつて伝送されてきた光
を検出して電気信号に変換するための、例えばシリコン
フオトダイオードからなる受光素子38Cと、が備えられ
ている。 前記吸気温センサ12、アクセル位置センサ20、吸気圧セ
ンサ32、着火時期センサ38、水温センサ40、基準位置セ
ンサ44、エンジン回転センサ46、前記グロープラグ36に
流れるグロー電流を検出するグロー電流センサ54、キイ
スイツチ、エアコンスイツチ、ニユートラルセーフテイ
スイツチ出力、車速信号等は、電子制御ユニツト（以
下、ECUと称する）56に入力されて処理され、該ECU56の
出力によつて、前記VSV28、30、グローリレー37、TCV4
8、電磁スピル弁50、燃料カツト弁52等が制御される。 前記ECU56は、第４図に詳細に示す如く、各種演算処理
を行うための中央処理ユニツト（以下、CPUと称する）5
6Aと、制御プログラムや各種データ等を記憶するための
リードオンリーメモリ（以下、ROMと称する）56Bと、前
記CPU56Aにおける演算データ等を一時的に記憶するため
のランダムアクセスメモリ（以下、RAMと称する）56C
と、クロツク信号を発生するクロツク56Dと、バツフア5
6Eを介して入力される前記水温センサ40出力、バツフア
56Fを介して入力される前記吸気温センサ12出力、バツ
フア56Gを介して入力される前記吸気圧センサ32出力、
バツフア56Hを介して入力される前記アクセル位置セン
サ20出力等を順次取込むためのマルチプレクサ（以下、
MPXと称する）56Kと、該MPX56K出力のアナログ信号をデ
ジタル信号に変換するためのアナログ−デジタル変換器
（以下、Ａ／Ｄ変換器と称する）56Lと、該Ａ／Ｄ変換
器56L出力をCPU56Aに取込むための入出力ポート56Mと、
バツフア56Nを介して入力されるスタータ信号、バツフ
ア56Pを介して入力されるエアコン信号、バツフア56Qを
介して入力されるトルコン信号、波形整形回路56Rを介
して入力される前記着火時期センサ38出力等をCPU56Aに
取込むための入出力ポート56Sと、前記着火時期センサ3
8出力を波形整形して前記CPU56Aの入力割込みポートICA
P2に直接取込むための前記波形整形回路56Rと、前記基
準位置センサ44出力を波形整形して前記CPU56Aの同じ入
力割込みポートICAP2に直接取込むための波形整形回路5
6Tと、前記エンジン回転センサ46出力を波形整形して前
記CPU56Aの入力割込みポートICAP1に直接取込むための
波形整形回路56Uと、前記CPU56Aの演算結果に応じて前
記電磁スピル弁50を駆動するための駆動回路56Vと、前
記CPU56Aの演算結果に応じて前記TCV48を駆動するため
の駆動回路56Wと、前記CPU56Aの演算結果に応じて前記
燃料カツト弁52を駆動するための駆動回路56Xと、前記
各構成機器間を接続してデータや命令の転送を行うため
のコモンバス56Yと、から構成されている。なお、前記R
AM56Cには、エンジン停止中も電源のバツクアツプを受
け、記憶内容が消却されないバツクアツプRAMが備えら
れる。 ここで、前記波形整形回路56R出力の着火信号を、CPU56
Aの入力割込みポートICAP2だけでなく、入出力ポート56
Sにも入力しているのは、同し入力割込みポートICAP2に
入力される波形整形回路56T出力の基準位置信号と識別
するためである。 以下、実施例における燃料噴射時期の制御について、説
明する。この実施例は、第５図に示すような流れ図に従
つて実行される。 即ち、クランク角に対する噴射時期のフイードバツクを
算出するため、同図（Ａ）に示される50msecルーチンが
実行される。この50msecルーチンにおいては、まずステ
ツプ110に入り、例えばエンジン回転数NEとアクセル開
度Accpのマツプをサーチすることにより、燃料噴射の基
本目標時期CAbaseを求める。次いで、ステツプ120で第
６図に示されるようなアクセル開度Accpと着火時期補正
項の上、下限値GIGmの関係のマツプをアクセル開度Accp
によりサーチする。次いで、ステツプ130でサーチされ
て求められた着火時期補正項の上、下限値GIGmと、着火
時期補正項の制御値GIGと比較し、前記上、下限値GIGm
を越えない値を着火時期補正項の学習値GIGaとして記憶
する。このようにして着火時期補正項GIGの上、下限ガ
ードをかける。着火時期補正項の上限値のみも同様に設
定可能である。 次いでステツプ140に進み、前記基本目標時期CAbaseと
算出された着火時期補正項の学習値GIGaの和を、次式
（１）に示すように算出してクランク角に対する目標噴
射時期TRGcaに代入し、補正を加える。 TRGca←CAbase＋GIGa ……（１） 次いで、ステツプ150で、次式に示されるように、算出
された目標噴射時期TRGcaから検出される燃料噴射時期
（実噴射時期）ACTcaを引いて、両者の差ΔCAを計算す
る。 ΔCA←TRGca−ACTca ……（２） 次いで、ステツプ160で、算出された噴射時期の差ΔCA
からTCV48をデユーテイ制御するための積分項ΔDi及び
比例項Dpを計算する。次いでステツプ170で、次式に示
すように、その時の制御デユーテイ比Diに、前記積分項
ΔDi及び比例項Dpを加減算し、最終デユーテイ比Ｄを算
出して、このルーチンを終了する。 Ｄ＝Di±ΔDi±Dp ……（３） 次に、第５図（Ｂ）に示す、前記着火時期補正項の制御
値GIGを算出するルーチンについて説明する。このルー
チンにおいては、１秒毎にステツプ180に進み、エンジ
ンがスタートしているか否かを判定する。判定結果が否
のときはステツプ190に進み、アクセル開度Accpが16％
以下かどうかを判定する。判定結果が正のときはステツ
プ200に進み、エンジンへの燃料噴射量Ｑが5mm³／stで
あるか否かを判定する。以上のステツプ180〜200では、
着火時期補正項GIGの算出条件となつたか否かを判定し
ている。 ステツプ200の判定結果が正のときは、ステツプ210へ進
み、エンジン回転数NEとアクセル開度Accpのマツプをサ
ーチすることにより、目標着火時期TRGigを算出する。
次いで、ステツプ220で、着火時期センサ38で検出され
た実着火時期ACTigと算出された目標着火時期TRGigの差
ΔGIGを次式（４）で算出する。 ΔGIG←ACTig−TRGig ……（４） 次いで、ステツプ230で、（４）式で算出された着火時
期の差ΔGIGを、記憶されている着火時期補正項GIGに次
式（５）に示す如く足して、着火時期補正項GIGを算出
する。 GIG←GIG＋（１／８）ΔGIG ……（５） 次いで、ステツプ240で算出された着火時期補正項GIG
を、RAM56C中のバツクアツプRAMで記憶する。これによ
り、エンジンがオフとされたときにも、記憶された着火
時期補正項GIGは消去されず、エンゼン停止直前の着火
遅れの補正値を再始動時以降における燃料噴射時期に確
実に反映させることができる。この場合、始動時の噴射
時期を適正として排気ガス中の白煙の発生やエンジン振
動をなくすことが可能となる。 なお、ステツプ180の判定結果が正、ステツプ190及びス
テツプ200の判定結果が否のときは、前記着火時期補正
項GIGは計算しない。 以上のようにして、この実施例は、エンジン負荷が大な
るほど、第６図に示すようなマツプを用いて着火時期補
正項GIGの上、下限値GIGmを小さくできるので、燃料噴
射時期が過補正されることがなくなり、エンジンの振動
や騒音、排気ガス中のNOxを防止できる。 又、着火時期センサ38が極端に劣化あるいはその先端の
ガラスが折れる等によつてエンジン出力が低下し、検出
着火時期が遅れた場合にも、補正項の上限値を設けてい
るので、高負荷時に燃料噴射時期が進角側に制御されな
いため、燃焼室温の異常な上昇を生ずることがない。 なお、この実施例においては、負荷に応じて変る上限値
及び下限値を設けて着火時期補正項の値を算出していた
が、上限値あるいは下限値のみを設けて算出することも
できる。この場合、設定が簡易である。又、前記着火時
期補正項の最大値GIGmの設定値は、第６図に示す如き曲
線で表わされる関係のものに限定されず、他の関係の設
定値により、補正範囲を設定できる。更に、前記着火時
期補正項の上限値（あるいは下限値）の設定は第６図に
示されるアクセル開度Accpに基づく補正範囲に限定され
るものではなく、この他、第７図に示す如くエンジン回
転数NEに基づき、あるいは、燃料噴射量Ｑ、又はそれら
の組み合わせ等によつて着火時期補正項の補正値GIGの
範囲を設定してもよい。なお、第７図に示す補正項の値
GIGの最大範囲は、その値GIGを直接設定するものではな
く、該値GIGからクランク角で30℃CA引いた値の絶対値|
GIG−30|に基づき、前記最大範囲を設定するものであ
る。 又、この実施例においては、本発明が、電磁スピル弁50
によつて燃料噴射量を制御するようにされた過給機付き
デイーゼルエンジンに適用されていたが、本発明の適用
範囲はこれに限定されるものではなく、電磁スピル弁以
外の燃料噴射量制御アクチユエータを備えた一般のデイ
ーゼルエンジンにも同様に適用できることは明らかであ
る。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、燃料噴射時期の補
正が必要とされる領域では十分補正でき必要な領域では
過補正することがない。従つて、例えば低負荷時の補正
項を高負荷時にそのまま使用して、不必要に燃料噴射時
期を進角させて燃焼室温を上昇させたり、ノツク音が大
きくなる等の不具合の発生をなくすことができるという
優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の要旨構成を示すブロツク線図、第２
図は、本発明が採用される自動車用電子制御用デイーゼ
ルエンジンの実施例の全体構成を示す、一部ブロツク線
図を含む断面図、第３図は前記実施例で用いられる着火
時期センサの構成を示す縦断面図、第４図は、同じく、
電子制御ユニツトの構成を示すブロツク線図、第５図
は、前記実施例における燃料噴射時期を制御するための
ルーチンを示す流れ図、第６図は、前記ルーチンで用い
られる、アクセル開度に対する着火時期補正値の関係の
例を示す線図、第７図は、同じく、エンジン回転数に対
する着火時期補正値の関係の例を示す線図である。 10……デイーゼルエンジン、 20……アクセル位置センサ、 Accp……アクセル開度、 38……着火時期センサ、 42……噴射ポンプ、 42J……タイマピストン、 44……基準位置センサ、 46……エンジン回転センサ、 NE……エンジン回転数、 48……タイミング制御弁（TCV）、 56……電子制御ユニツト（ECU）、 Ｑ……燃料噴射量、 TRGig……目標着火時期、 ACTig……検出（実）着火時期、 ΔIG……着火時期の差、 ΔIGm……学習値、 TRGca……目標噴射時期、 GIG……着火時期補正項、 GIGm……着火時期補正項の上、下限値、 GIGa……着火時期補正項の学習値、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 啓介 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−56947（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−32247（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−198358（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−170839（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】着火時期検出安定領域にて、目標着火時期
   と検出着火時期との差により噴射時期をフイードバツク
   補正しながら、誤差に従つた学習値により、着火時期検
   出不安定領域、即ち着火時期フイードバツク制御領域外
   での噴射時期を補正するようにしたデイーゼルエンジン
   の燃料噴射時期制御装置において、 前記学習値に、ガードを設けるようにすると共に、 エンジン負荷が大となるほどより狭く、又はエンジン回
   転数が大となるほどより狭くなるように、エンジン負荷
   又はエンジン回転数に応じて前記ガードの幅を可変設定
   するようにしたことを特徴とするデイーゼルエンジンの
   燃料噴射時期制御装置。