JPH0988703A

JPH0988703A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JPH0988703A
Application number: JP8087137A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Nishio; 俊彦西尾
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1997-03-31
Anticipated expiration: 2016-03-15
Also published as: JP2964128B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コントロールスリーブ式の燃料噴射ポンプを
用い、各種の運転条件に応じて噴射時期を適切に制御で
きるようにした制御装置において、空ふかし時の制御を
改善する。【解決手段】始動操作に引き続いてエンジンが自立運
転に入った直後にアクセルが操作されると、タイマ用ア
クチュエータを駆動して加速騒音が低減するとともにト
ルクを増大するような加速時制御を行うことにより、空
ふかし時の騒音の発生やエンストを防止しながら速やか
にしかも円滑に定格運転に移行できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の制御装置
に関するものであり、特にコントロールスリーブ式の燃
料噴射ポンプを備えた内燃機関における噴射時期制御に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、噴射時期の調整は機械式タイマに
よるものが多く、機関の運転状況に応じたきめの細かい
制御は困難であった。また、このような問題点を解決す
る目的で、マイコン等を利用した制御装置によって制御
される電子タイマを用いたものもあるが、駆動用動力と
しては油圧が利用されており、油圧によってカム位相を
変化させるものが一般的であった(例えば特開昭59-1478
35号公報参照)。

【０００３】しかし、油圧を用いてカム位相を調整する
構造の場合には駆動のためにかなり大きなパワーを要
し、しかも応答性が比較的悪いためきめの細かい制御を
行いにくいという問題点があった。

【０００４】一方、コントロールスリーブ式の燃料噴射
ポンプは、例えば本出願人の出願に係る実公昭55-24371
号公報等によって公知であり、駆動に要するパワーが非
常に小さく、またすぐれた応答性が得られるという特長
があり、機関の運転状態に応じたきめ細かい制御が容易
となる。図２はこの種の燃料噴射ポンプの要部の構造と
噴射時期調整に関する動作原理を示すものであり、同図
の(a)は燃料吸入時、(b)は圧送開始時、(c)は圧送終了
時をそれぞれ示している。

【０００５】図において、４１はバレル、４２はプラン
ジャ、４３はプランジャ４２に回動可能且つ軸方向に移
動可能に嵌挿されたコントロールスリーブであり、プラ
ンジャ４２には下部に吸入ポート４５と排出ポート４６
を備えた縦穴４４が設けられ、コントロールスリーブ４
３には、周溝４７が設けられている。この周溝４７には
偏心ピン４８が係合しており、偏心ピン４８は噴射時期
調整用のタイマラック４９に噛み合う扇状の調整板５０
を備え、タイマラック４９はタイマラックアクチュエー
タ(図示せず)に連結されて紙面に垂直な方向に駆動され
るようになっている。従って、タイマラックアクチュエ
ータの作動に応じて偏心ピン４８が偏心回動し、コント
ロールスリーブ４３が軸方向に移動してプランジャ４２
の吸入ポート４５と排出ポート４６に対するコントロー
ルスリーブ４３の位置が変化し、噴射時期が調整される
のである。図中、５１はカム、５２はローラ、５３はタ
ペットを示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明はこのような
特長のあるコントロールスリーブ式の燃料噴射ポンプを
用い、各種の運転条件に応じて噴射時期を適切に制御で
きるようにした制御装置において、空ふかし時や異常時
の制御を改善することを課題としてなされたものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、この出願の第１の発明は、プランジャに回動可能
且つ軸方向に移動可能に嵌挿されたコントロールスリー
ブを有し、このコントロールスリーブを軸方向に移動さ
せて噴射時期を調整するようにしたコントロールスリー
ブ式の燃料噴射ポンプと、上記燃料噴射ポンプのコント
ロールスリーブを駆動する電気式のタイマ用アクチュエ
ータと、機関回転数の実際値を検出する機関回転数検出
手段と、加速時を含む各種の条件下での機関回転数と噴
射時期との望ましい関係を記憶しており、検出された機
関回転数と条件に応じて上記タイマ用アクチュエータを
駆動する制御信号を出力する制御手段、とを備えてお
り、機関始動後、機関回転数がエンジンストールに陥っ
たと判断する基準回転数を超えるとアクセル操作量の増
加を検出し、その増加量があらかじめ設定された加速認
識基準値に達している場合には加速状態であると判定
し、加速騒音を低減するとともにトルクを増大するよう
な機関回転数と噴射時期との望ましい関係から所定の噴
射時期を得るべく上記タイマ用アクチュエータを駆動し
て加速時制御を行うようにしている。

【０００８】また第２の発明は、上記第１の発明と同様
にコントロールスリーブ式の燃料噴射ポンプと、上記燃
料噴射ポンプのコントロールスリーブを駆動する電気式
のタイマ用アクチュエータと、機関回転数の実際値を検
出する機関回転数検出手段と、各種の条件下での機関回
転数と噴射時期との望ましい関係を記憶しており、検出
された機関回転数と条件に応じて上記タイマ用アクチュ
エータを駆動する制御信号を出力する制御手段、とを備
えており、始動前には調量ラックアクチュエータの位置
で、始動後は調量ラックアクチュエータの位置とこの調
量ラックアクチュエータへの出力の関係からそれぞれ異
常を判定し、異常であると判定した場合には上記タイマ
用アクチュエータを駆動して、燃噴射ポンプの吸入ポー
トを閉じまたは排出ポートを開くようにコントロールス
リーブを下限または上限の位置に移動させて燃料噴射を
停止するようにしている。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態につ
いて説明する。図１は概念系統図であり、１は図２で述
べたようなコントロールスリーブ式の燃料噴射ポンプ、
２は燃料調量用の調量ラックアクチュエータ、３は噴射
時期調整用のタイマラックアクチュエータ、４，５は各
アクチュエータ用の位置センサ、６は回転数センサ、７
はアクセル位置センサ、８はアクセル、９は冷却水温セ
ンサ、１０は吸気温度センサ、１１は燃料温度センサ、
１２はバッテリ、１３はキースイッチである。なお、機
関の本体は図示してない。

【００１０】調量ラックアクチュエータ２及びタイマラ
ックアクチュエータ３には、リニアソレノイド、ステッ
ピングモータ等を用いた公知の電気式アクチュエータが
用いられており、各アクチュエータ２，３の位置は、例
えば差動トランスからなる位置センサ４，５で検出され
る。また機関回転数の検出は、例えばカム軸１５に取り
付けた磁性回転体１６の凹溝１７の動きを電磁ピックア
ップからなる回転数センサ６で検出することにより行わ
れる。

【００１１】２１はオペレータの指示に従い機関の運転
状態を制御する制御部である。この制御部２１は例えば
マイクロコンピュータを用いて構成され、各種のアナロ
グ信号が入力されるアナログ入力ポート２２、マルチプ
レクサ２３、Ａ／Ｄ変換部２４、ディジタル信号が入力
されるディジタル入力ポート２５、回転数センサ６から
の信号が入力される波形整形回路２６、タイマ回路２
７、カウンタ２８、各種の制御演算に使用されるＲＡＭ
２９、制御プログラムや各種の制御用データを記憶して
いるＲＯＭ３０、調量ラックアクチュエータ駆動回路３
１、タイマラックアクチュエータ駆動回路３２等を備
え、これらの各回路が各種の制御演算及び入出力指示を
与えるＣＰＵ３３に接続されている。

【００１２】なお、噴射時期は位置センサ５(差動トラ
ンスのほか、ポテンショメータ、ギャップセンサ等を用
いることもできる)により検出されるタイマラック位置
と、吸入ポートの閉じる時期との関係から算出できるほ
か、ノズルのリフト始めをピエゾ効果を利用したセンサ
により検出し、あるいは燃焼室内での着火状況をフォト
センサにより検出し、上死点信号との位相関係から算出
することもできる。この場合には、センサの出力は回転
数センサ６と同様に波形整形回路を介して入力すればよ
い。また、上述した以外の各種の状態量も各入力ポート
２２，２５等を介して適宜入力される。

【００１３】ＲＯＭ３０には、定常運転状態における機
関回転数と噴射時期との望ましい関係のほか、始動時に
おける冷却水温のような始動性に影響のある環境条件に
対応した両者の関係、加速時における加速騒音及びトル
ク優先の条件下での両者の関係など、各種の運転条件に
おける機関回転数と噴射時期との望ましい関係をそれぞ
れ記憶させてある。以下数表(マップ)の場合の例につい
て説明する。

【００１４】図１０の(a)は、始動時に適用される始動
制御時タイマラック位置(Ｔss)のマップの例であり、機
関回転数(始動時、すなわち回転数０の場合も含む)の実
際値Ｎactsとタイマラック位置Ｔssとの関係が代表的な
環境条件の一つである冷却水温Ｔwに応じて定められて
いる。なお、環境条件としては、上記の冷却水温のほ
か、吸気温度、燃料温度、バッテリ電圧等も必要に応じ
て利用することができる。

【００１５】図１０の(b)は、定常運転時タイマラック
位置(Ｔset)のマップの例である。このマップは、噴射
量(負荷)に対応する調量ラックの実際位置Ｒactに応じ
て定められており、騒音、ＮＯx等の排ガス成分、燃
費、トルク等の諸特性に対して、それぞれの運転域での
目標特性を総合的に最も満足するように設定されてい
る。

【００１６】また、調量ラックについても、始動に適し
た始動制御時目標調量ラック位置Ｒssと、負荷に応じて
所定の速度変動率で機関が運転されるような定常運転時
目標調量ラック位置Ｒsetが、図１０の(a)(b)と同様な
マップの形でＲＯＭ３０に記憶させてある。

【００１７】次に、図３及び図４に示す一連のフローチ
ャートを参照しながら説明する。制御はキースイッチ１
３のオン信号が入力ポート２５に入力されてスタートす
る。

【００１８】まず古いデータをクリヤし、冷却水温Ｔ
w、燃料温度Ｔf、吸気温度Ｔi等を認識し、更にバッテ
リ１２の電圧係数ＭＶＢを認識し、上述した各マップか
ら始動制御時目標調量ラック位置Ｒssと始動制御時目標
タイマラック位置Ｔssが決定される。スタータが駆動さ
れるまでは運転状態フラグＤriveとエンスト状態フラグ
Ｓtoolはいずれも０であり、そのままステップＳ１及び
Ｓ２に進み、調量ラックの位置をＲss、タイマラック位
置をＴssとするように、ＣＰＵ３３から調量ラックアク
チュエータ駆動回路３１及びタイマラックアクチュエー
タ駆動回路３２に制御信号Ｑout及びＴoutが出力され
る。こうして調量ラックアクチュエータ２とタイマラッ
クアクチュエータ３が所定量駆動され、機関の始動に備
える。

【００１９】この始動準備状態で始動前タイマＰtimeが
カウントされ、始動前タイマ終了時間Ｐendまでにスタ
ータが駆動されないと、ステップＳ３に進んでエンスト
状態フラグＳtoolが１となり、調量ラックアクチュエー
タ２への出力Ｑoutとタイマラックアクチュエータ３へ
の出力Ｔoutはオフとなって、始動準備は打ち切られ
る。上記の始動前タイマ終了時間Ｐendは、例えば４〜
１０秒程度に選定される。一方、始動前タイマ終了時間
Ｐendまでにスタータが駆動されると運転状態フラグＤr
iveが１となり、図４に進む。

【００２０】まず、機関回転数の実際値Ｎactが認識さ
れるとともに、冷却水温Ｔw、燃料温度Ｔf、吸気温度Ｔ
i、バッテリ１２の電圧係数ＭＶＢ等の環境条件が再度
認識される。始動認識フラグＳtOKは、回転数Ｎactが始
動認識回転数Ｎst以上になると１となるものであり、始
動初期の回転数が低い間はステップＳ６からＳ７に進
み、調量ラック位置とタイマラック位置として始動制御
時の目標値ＲssとＴｓｓがそれぞれ用いられ、回転数の
上昇に伴って逐次数値が更新されながらスタータによる
駆動が継続される。上記の始動認識回転数Ｎstは、機関
が完爆状態となって機関が始動したと判断する基準回転
数であり、この回転数に達するとステップＳ８で始動認
識フラグＳtOKが１となり、始動制御は終了してステッ
プＳ９に進む。

【００２１】エンスト認識回転数Ｎstoolは、回転数Ｎa
ctがこれ以下になるとエンジンストールに陥ったと判断
する基準回転数であり、その場合には運転状態フラグＤ
riveを０、エンスト状態フラグＳtoolを１として図３に
戻り、ステップＳ４及びＳ５により各アクチュエータへ
の出力はオフとなる。

【００２２】一方、回転数ＮactがＮstoolより大きい場
合はステップＳ１０に進み、アクセル８の位置から回転
数の設定値Ｎsetが認識され、定常運転時目標調量ラッ
ク位置Ｒsetと定常運転時タイマラック位置Ｔsetを用い
た定常運転となる。このように、タイマラックアクチュ
エータ２が環境条件に応じた適切な位置にスタータを駆
動する前にセットされるため、始動性が低下する低温時
でも初爆が早く始まって完爆までの所要時間を短縮する
ことが可能となり、バッテリの過放電による再始動不
能、未燃焼ガスや臭いガスの発生等の不都合を防止でき
るのである。

【００２３】さて、第１の発明は加速時制御に関するも
のであり、上記のマップのほかに、図１０の(c)のよう
な加速運転時タイマラック位置Ｔset′のマップが用意
される。このＴset′は、アクセルを操作して加速が試
みられている時に用いられるもので、加速時の騒音を低
減するとともに大きなトルクを得られるようなマップと
なっており、例えば実験等によってあらかじめ確認され
た値に設定されている。

【００２４】図５及び図６は加速運転時の制御手順を示
したものである。図５は加速状態を検出する手順であ
り、図４のステップＳ１０のＮset認識のステップが図
５の手順に置き換えられる。ここでは、まず機関回転数
の設定値Ｎsetについて３回前の値まで遡って比較を行
う。そして、設定値が増加している時にはその差が加速
認識基準値Ｎup以上であれば加速認識フラグＮupcを１
とし、設定値が減少している時にはその差が減速認識基
準値Ｎdown以上であれば減速認識フラグＮdncを１と
し、設定値に差が無いか差が基準値より小さければアク
セルは操作されていないと判断されるので、加速認識フ
ラグＮupcと減速認識フラグＮdncはいずれも０のままと
なる。

【００２５】以上の手順で加速認識フラグＮupcが１と
なった場合には、図６に示すように図１０(c)の加速運
転時タイマラック位置Ｔset′による制御が行われる。
すなわち、図４のステップＳ１０とステップＳ７のＴse
tに代えてＴset′が用いられるのであり、加速時の騒音
が少なく、しかも加速に適した大きなトルクが得られ
る。

【００２６】一般に、始動制御が終了してステップＳ９
からステップＳ１０に進んで定常運転となった直後は、
自立運転に入ったばかりで機関の暖機が不十分である。
このため、暖機を促進する目的でしばしばクラッチを切
ったままでアクセルを操作するいわゆる空ふかしが行わ
れるが、この時には上述のように加速運転時タイマラッ
ク位置Ｔset′による制御が行われるので、空ふかし時
の騒音を低減しながら十分なトルクを得ることが可能と
なる。従って、騒音の発生やエンジンストールを招くこ
となく暖機を行い、実際に負荷が投入される定格運転に
速やかにしかも円滑に移行することができるのである。

【００２７】次に、第２の発明に係る異常時の制御につ
いて説明する。この発明は、コントロールスリーブ式の
燃料噴射ポンプではコントロールスリーブによってプラ
ンジャの燃料吸入ポートを閉じるタイミングを変えて噴
射時期を調整しており、カムのベース上の位相で吸入ポ
ートが開かない位置までコントロールスリーブを下げれ
ば、容易に燃料供給を停止できることに着目してなされ
たものであり、噴射制御系の故障の際の安全性が向上さ
れる。なお、この燃料カットは排出ポートが開く位置ま
でコントロールスリーブを上げても同様に行うことがで
きる。

【００２８】図７と図８は故障診断の手順であり、図７
は図３に破線で示したステップＳ１１の始動前診断、図
８は図４に破線で示したステップＳ１２の始動後診断の
手順をそれぞれ示す。

【００２９】ステップＳ１１では、調量ラック位置の実
際値Ｒactを認識し、故障認識ラック位置Ｒfail1より大
きければ異常と判断して故障フラグＦailを１とする。

【００３０】ステップＳ１２は運転中に所定の間隔で割
り込み処理されるものであり、調量ラックアクチュエー
タ２への出力Ｑoutが故障認識出力Ｑfail1より小さけれ
ば、アクチュエータの所要動作時間ｔ3後に再度比較
し、やはり小さければラック位置ＲactをＲfail1と比較
し、Ｑoutが小さいにもかかわらずＲactが大きければ異
常と判断して故障フラグＦailを１とする。一方、出力
Ｑoutが故障認識出力Ｑfail1より小さくなければ、Ｑou
tをＱfail1より大きい第２の故障認識出力Ｑfail2と比
較する。そして大きければアクチュエータの所要動作時
間ｔ3後に再度比較し、やはり大きければラック位置Ｒa
ctをＲfail1より大きい故障認識ラック位置Ｒfail2と比
較し、Ｑoutが大きいにもかかわらずＲactが小さければ
異常と判断して故障フラグＦailを１とする。

【００３１】図９は図４のステップＳ７における出力Ｑ
outの演算手順を示したものであり、正常時にはラック
の目標位置Ｒsetと実際位置Ｒactの差からＰＩ演算によ
り計算出力Ｑout′を求め、これをバッテリ１２の電圧
係数ＭＶＢで補正して出力Ｑoutを求めるのである。電
圧係数ＭＶＢは基準電圧と実際電圧の比であり、電圧が
低い時にアクチュエータの動作が遅くなるのを補償する
ために用いられる。なお、タイマラックアクチュエータ
３に対する出力Ｔoutについても全く同様な演算処理が
行われる。

【００３２】一方、故障フラグＦailが１の場合には、
タイマラックアクチュエータ３に対する出力Ｔoutをオ
フとする。これによって燃料噴射ポンプ１のコントロー
ルスリーブは下限位置まで下がり、燃料がカットされて
機関が停止する。また同時に警報が発せられ、運転状態
フラグＤriveが０となり、エンスト状態フラグＳtoolが
１となる。

【００３３】このように、タイマラックアクチュエータ
３によってコントロールスリーブの位置を制御するの
で、例えば、回転数センサ６の劣化や断線が発生したり
噴射時期が大きく狂うなど、燃料噴射量を調整する手段
が故障して機関の制御不能が検出された場合には、確実
に機関を停止することができるのであり、再度キーでス
タータが駆動されるまで機関は停止したままとなる。こ
の場合、燃料噴射カット弁による噴射停止と併用すれば
異常時の安全性を一層向上することができる。

【００３４】なお機関停止は、調量ラックアクチュエー
タ２に対する出力Ｑoutをオフとすることによって行う
こともできる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この出
願の発明は、駆動に要するパワーが小さく応答性が良好
なコントロールスリーブ式の燃料噴射ポンプの特長を利
用しており、第１の発明では、始動操作に引き続いて自
立運転に入った直後にアクセルが操作されると、加速騒
音を低減するとともにトルクを増大するような噴射時期
を得るべくタイマ用アクチュエータを駆動し、低騒音、
大トルクによる加速時制御を行うようにしたものであ
る。

【００３６】従って、機関を始動した後に暖機を促進す
る目的でいわゆる空ふかしが行われた場合でも、オペレ
ータの意思に迅速に反応して騒音を低減しながら十分な
トルクを得ることができるのであり、騒音の発生やエン
ジンストールを招くことなく暖機を行い、実際に負荷が
投入される定格運転に速やかにしかも円滑に移行するこ
とが可能となる。

【００３７】また第２の発明は、始動前には調量ラック
アクチュエータの位置で、始動後は調量ラックアクチュ
エータの位置とこの調量ラックアクチュエータへの出力
の関係からそれぞれ異常を判定し、異常であると判定し
た場合には、タイマ用アクチュエータを駆動して燃料噴
射ポンプの吸入ポートを閉じまたは排出ポートを開くよ
うにコントロールスリーブを下限または上限の位置に移
動させ、燃料噴射を停止するようにしたものである。

【００３８】従って、機関が始動する以前でも異常を検
出して運転不能にすることができ、また運転中は速やか
に燃料をカットして機関を確実に停止することができる
のであり、噴射制御系の故障時の安全性を容易に向上す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態の装置の概念系統図で
ある。

【図２】同装置に用いられるコントロールスリーブ式燃
料噴射ポンプの要部の構造と動作を示した図であり、
(a)は燃料吸入時、(b)は圧送開始時、(c)は圧送終了時
をそれぞれ示している。

【図３】同装置の制御手順の一部を示すフローチャート
である。

【図４】同じく制御手順の一部を示すフローチャートで
ある。

【図５】同じく制御手順の一部を示すフローチャートで
ある。

【図６】同じく制御手順の一部を示すフローチャートで
ある。

【図７】同じく制御手順の一部を示すフローチャートで
ある。

【図８】同じく制御手順の一部を示すフローチャートで
ある。

【図９】同じく制御手順の一部を示すフローチャートで
ある。

【図１０】同装置における制御用のマップを例示する図
であり、(a)は始動時制御用、(b)は定常運転時制御用、
(c)は加速時制御用をそれぞれ示している。

【符号の説明】

１燃料噴射ポンプ３タイマラックアクチュエータ６回転数センサ７アクセル位置センサ２１制御部３０ＲＯＭ３３ＣＰＵ４２プランジャ４３コントロールスリーブ４５吸入ポート４６排出ポート４９タイマラック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プランジャに回動可能且つ軸方向に移動
可能に嵌挿されたコントロールスリーブを有し、このコ
ントロールスリーブを軸方向に移動させて噴射時期を調
整するようにしたコントロールスリーブ式の燃料噴射ポ
ンプと、上記燃料噴射ポンプのコントロールスリーブを駆動する
電気式のタイマ用アクチュエータと、機関回転数の実際値を検出する機関回転数検出手段と、加速時を含む各種の条件下での機関回転数と噴射時期と
の望ましい関係を記憶しており、検出された機関回転数
と条件に応じて上記タイマ用アクチュエータを駆動する
制御信号を出力する制御手段、とを備えており、機関始動後、機関回転数がエンジンストールに陥ったと
判断する基準回転数を超えるとアクセル操作量の増加を
検出し、その増加量があらかじめ設定された加速認識基
準値に達している場合には加速状態であると判定し、加
速騒音を低減するとともにトルクを増大するような機関
回転数と噴射時期との望ましい関係から所定の噴射時期
を得るべく上記タイマ用アクチュエータを駆動して加速
時制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】プランジャに回動可能且つ軸方向に移動
可能に嵌挿されたコントロールスリーブを有し、このコ
ントロールスリーブを軸方向に移動させて噴射時期を調
整するようにしたコントロールスリーブ式の燃料噴射ポ
ンプと、上記燃料噴射ポンプのコントロールスリーブを駆動する
電気式のタイマ用アクチュエータと、機関回転数の実際値を検出する機関回転数検出手段と、各種の条件下での機関回転数と噴射時期との望ましい関
係を記憶しており、検出された機関回転数と条件に応じ
て上記タイマ用アクチュエータを駆動する制御信号を出
力する制御手段、とを備えており、始動前には調量ラックアクチュエータの位置で、始動後
は調量ラックアクチュエータの位置とこの調量ラックア
クチュエータへの出力の関係からそれぞれ異常を判定
し、異常であると判定した場合には上記タイマ用アクチ
ュエータを駆動して、燃料噴射ポンプの吸入ポートを閉
じまたは排出ポートを開くようにコントロールスリーブ
を下限または上限の位置に移動させて燃料噴射を停止す
ることを特徴とする内燃機関の制御装置。