JPS5847130A - 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】 ける噴射時期を制御する装置に関するものである。

自動車用ディーゼル機関のように常用の使用回転域が広
いディーゼル機関において最適の機関性能を得るために
燃料の噴射時期をその運転条件に応じてきめ細かく制御
する必要がある。

そこで、機関の回転数，噴射量等の各種の運転条件を電
気的な運転条件検出器で検出すると共に、該運転条件に
応じて目標噴射時期を電気的に演算し、該目標噴射時期
に従って噴射ポンプの噴射時期調節機構を電気的に制御
する噴射時期制御装置が提案されている。従来この種の
装置では、噴射時期調節手段の操作部材の操作量あるい
は、燃料噴射系の噴射ノズルの弁リフト等を検出すると
とＫよって制御結果を帰還し、演算し丸目標値と比較し
て噴射時期の誤差を修正する構成である。し噴射になっ
た時に噴射時期の信号の検出が不可能に′＆、り、次に
再び運転条件の変化で燃料の噴射が始まった瞬間、目標
噴射時期と実噴射時期が大きくずれる可能性があるとい
う欠点をもっていた。

そこで本発明では電気的演算手段の内部に燃料無噴射時
にはあらかじめ設定された電気的駆動出力を発生する機
能を含む噴射時期制御装置を提案する４のであシ、燃料
無噴射時もオープンμｍプ制御を行なうことＫよシ、次
に再び燃料噴射が始まつ走時に目標噴射時期と実噴射時
期が大きくずれることがないようＫすることを目的とす
る。

また、噴射時期調節手段の操作部材の操作−あるいは、
燃料噴射系の噴射ノズルの弁リフト等を検出することに
よって制御結果を帰還する方法は噴射系のバフツキや経
時変化等に対しては適応能力を持っているが機関の圧縮
化の経時変化や燃料性状の変化による着火時期の変化に
対して適応能力を持たない。

そこで、機関に燃焼時期検出器を配設し剣筒内に噴射さ
れた燃料が着火燃焼する実燃焼時期を電究信号として検
出し制御結果として帰還をすれば、前記問題が解決でき
る。しかしこの場合も前記ノズル弁リフト検出の場合と
同様、燃料無噴射時に信号が検出できなくなる。そこで
、本発明ではこの場合も電気的演算手段の内部に燃料無
噴射時にあらかじめ設定された電気的駆動出力を発生す
る機能を含めることにより前記問題点を解決することを
目的としている。

以下本発明を図に示す一実施例について説明する。第１
図は全体の構成図であ〕ｌは機関の運転条件を検出する
運転条件検出器で、機関の回転数と機関へ噴射される燃
料量が基本的制御パラメタである外に、機関の吸気管の
吸気密度や冷却水温等が補助的制御御パラメタとなる。

８は基準時期検出器で、クランク軸の一定回転角で基準
時期信号を発生する。３は実噴射時期検出器で、機関の
覧筒内に燃料が噴射される時期をあられす実噴射時期信
号を発生する。

番は電気的演算手段で、前記基準時期信号を基準として
前記運転条件検出器ｌの検出信号を制御パフメタとして
機関に対する目標噴射時期を演算すると共に、前記実噴
射時期信号と比較し、目標噴射時期に対する実噴射時期
の誤差に応じ九電気的駆動出力を発生する。６は噴射時
期調節手段で、前記電気的駆動出力にて駆動され前記基
準時期信号に対する噴射ポンプの燃料噴射時期を調節す
る。

６は噴射ポンプ、７紘機関である。

運転条件検出器ｌの、例えば回転数信号は、機関のクラ
ンク軸に停動する歯車状インダクタに電磁ピックアップ
を対向させ、ｌ歯毎に回転パルス信号を発生すると共に
１該バ〜スの周期あるいは周波数を公知の周期あるいは
周波数測定方法によって測定するととＫよシ求めること
ができる。又、噴射量信号は噴射ポンプの燃料調節部材
の位置を位置検出器にて検出した燃料調節部材位置信号
にて代用することができる。噴射時期を決める基本的運
転条件として、この回転数と噴射量が基本的な制御パフ
メタとして使用できるが、その他の運転条件としては吸
気密度、冷却水温等があげられる。

基準時期検出器２は例えば機関のクランク軸の上死点に
おいて角度パルス信号を発生するようにクランク軸に停
動して角度検出用インダクタを配設し、この回転位相角
を電磁ピックアップにて検出し基準時期信号を得ること
が出来るが、運転条件検出器ｌの回転数信号を兼用する
とともできる。

実噴射時期−出器３としては、例えばノズル弁リフト検
出器を用いることができる。第２図はその構造を示す断
面図であり、燃料噴射ノズル内のノズル弁３０８上に、
磁性材ｓｏｇ〜を備え、それに対向してコイ／Ｉ／８０
１を置く。噴射ポンプから燃料が圧送されノズル弁８０
８が持ち上がると磁性材８０ｍがコイ／ｌ／８０１に近
付きコイル８０１のインダクタンスが変化する。このイ
ンダクタンスの変化を公知のインダクタンス変化検出回
路３０４を利用し検出すれば燃料の噴射され走時期を検
出することができる。

電気的演算手段の回路構成の一例社第３図に示される。

運転条件検出器は、本例で社噴射量検出器１１０にて噴
射ボンデの噴射量に応じ九噴射量信号を得ると共に、基
準時期検出器２が生じるクランク軸上死点ごとの基準時
期信号を回転微検出信号に兼用している。８は実噴射時
期検出器で燃料が気筒内に噴射される毎に実噴射時期信
号を発生する。ｌ！０１は波形整形回路で、基準時期信
号及び実噴射時期信号を各々波形整形する。

第４図は波形整形回路の一例を示し、基準時期検出器２
の電磁ピックアップｊｔｌＫよってクランク軸に停動す
るインダクタｓ３の一定回転位相角通過時期を検出する
基準時期信号Ｖａを得、これを整形回路！Ｏ１＆にて矩
形パルス信号に整形する。ここで、第６図（■）の如き
基準時期検出器８の検出信号Ｖａは同図（■）のｖｂの
如く矩形パルス信号に波形整形される。又実噴射時期検
出器♂の実噴射信号は、微分回路ｇｏｔｂＫて微分され
た後、整形回路８０１Ｃにて矩形パルス信号に波形整形
される。第６図（１）は実燃焼信号Ｖｃ。

同図（Ｗ）はこの微分信号Ｖｄ、（マ）はさらにこれを
整形した矩形パルス信号Ｖｅを示す。

バＣス発生器８ｏｚ（第８図）は波形整形回路ｇ０１で
波形整形された２つの矩形波信号を入力し、マイクロコ
ンピュータｇｏａが回転数と実噴射時期を計測できるよ
うなパルス信号に変換する回路で、第６図に回路例を示
す。基準時期検出器８からの信号を波形整形し良信号ｖ
ｂをム端子Ｋ。

実噴射時期検出器８からの信号を波形整形し良信号Ｗｅ
をＢ端子に印加する。これによって出力端子０．ＤＫｔ
［６図（Ｖｌｌ）Ｖｆ、（Ｖｌ）ノＶｇなる信号が出力
される。

コレラマイクロコンピュータ８０３に入力して。

回転数と二組のパルスＰＩｓ’！の立上シ時間差ｔ、よ
シ夷噴射ｗ期を求め、Ｐ１バ〜ス又はＰ、−パルスの繰
返し周期Ｔよ多回転周期を求めることができる。機関の
回転数と回転周期との関係は逆比例関係にあるため、回
転周期を検出できれば回転数を値接演算しなくても目標
噴射時期の演算が可能となる。即ち目標噴射時期を定め
る制御マツプは回転数と噴射量についてプログツムし、
コンピュータｓ０３０ＲＯＭ（続出専用メモリ）に妃′
憶させる事ができるが、回転数を回転周期に換算した制
御マツプとしてＲＯＭに記憶させれば回転周期を制御パ
フメタとする制御が可能であるからである。

噴射ダンプの噴射量検出器１１Ｏの一例として、噴射ポ
ンプの噴射量調節部材の位置をゼ≠ンＶヨメータＩＩＩ
Ｋて検出することができる。噴射調節部材の例とじて何
型ポンプでは燃料制御フックがあげられ、Ｖｌ１１分配
ポンプではボンプデヲンジャのスピμｌ−トの開孔時期
を調節するスビμリングがあげられるが、噴射ｌンプの
ガバナ調節レバーで代用することも可能である０本例で
ｄＶＥ型分配ポンプの噴射量調節部材であるスピルリン
グの位置をボテンシミメータで検出し、噴射量に応じ九
スピル位置信号を発生している。この噴射量検出信号は
ム／Ｄ変換器１０４にてディνりμ信号に変換し、マイ
クロコンピュータｚ０８に入力、される。

マイクロコンピュータＢ　Ｏ８１ｊ８ビツトワンチツプ
型で本例では米国モトローラ社の型名６８０１を使用し
ており、ＣＰＵのは力＝にＲＯＭ　、ＲＡＭ　。

タイマ機能を内蔵する。

駆動回路ｇ０６はマイクロコンピュータ３０３の出力信
号を電流増幅して、噴射時期調節手段すに対して電気的
駆動出力を発生する。その１例を示す電気結線図は第７
図に示される。ＶｌｌＢは電源バッテリ印加点であり、
ｇ＋ｓ’ｔは噴射時期調節手段５のアクチュエータ駆動
コイルである。

次にコンピュータ２０３の作動を第９図（ム）。

（Ｂ）のフローチャートより説明する。いま自動車のキ
ースイッチが投入されると、作動を開始しくム）”Ｋ示
ｔメインルーチンのステップ１８０でコンピュータの８
ＡＭ、レジスター、入出力ポートを初期状態にセットす
る。ステップ１３１で（Ｂ）に示す割込ｙ−チン１４０
〜１４１１で得られたデータをもとにして機関の回転周
期を演算する。次にステップ１８ｆｆｉで噴射時期信号
が入力されているかどうかを確認しもし燃料無噴射状態
等で入力されていなければ、ステップ口８へ分岐する。

今噴射時期信号が入力されているとすると、次のステッ
プ１８３でム／Ｄ変換器ｇ０４を通してスピル位置信号
を入力する。次にステップ１８４でステップ１２１１．
１２１８で得られた機関回転周期と、スピル位置のデー
タよシ目標噴射時期を演算する。目標噴射時期は機関の
回転周期をスピル位置を制御パフメータとした制御マツ
プをマイクロコンピュータｇｏＢ内のＲＯＭＫ記載して
おき、鳴点線回を行い算出する。そのマツプの一例を第
１０図に示す。これは横軸に機関回転周期ＴＮ、縦軸に
スピルリング位置８をとシ１機関回転周期がＴ　Ｎ　ｎ
でスピル位置が８ｍの格子点には、目標噴射時期データ
ｔｍｍを対応させて、このマツプから目標噴射時期ｔ′
を求めることができる。機関回転周期Ｔ及びスピル位装
置Ｓが格子点と一致しない場合は公知の４点線間法によ
り線型補間を行い、目標噴射時期ｔ′を演算することが
できるがその詳細は本願の目的ではないので省略する。

ステップ１８５では割込〜−チンステップ１４０〜１４
２で得られたデータをもとに実噴射時期ｔ１の計算をす
る。ステップ１８６ではステップ１３４で求めた目標噴
射時期とステップ１８５で求めた実噴射時期との誤差を
演算する。ステップ１Ｂ？ではステップ１８６で得られ
た実噴射時期と目標噴射時期との誤差に応じて電磁弁の
開弁時間のデユーティ比を演算し、駆動回路ＢＯ５に出
カバ〜スを出す。誤差をデユーティ比に変換する方法と
して拳に誤差ΔｔＫ比例したデユーティ比を決めるので
は整定誤差を生じるため、誤差の時間積分値　Δｔｄｔ
を加味するととく制御精度が向上する。

以上の演算処理をく）がえしている際に、第６図ｃ？Ｃ
端子に第６図（１１）の如きパルスが出方され、コンピ
ュータ２０８がパルスの立上夛を検出するとプリグラム
は第９図（Ｂ）の割込！−チンに移る。

割込ルーチンではまず最初にステップ１４０で、その時
点のコンピュータ内蔵のフリーランカウンタの値を読む
。次にステップ１４１で端子りが＠１ｗ″（へイＶペル
）か＠″Ｏ′″（ローレペ〃）であるカラ確認し、もし
１０ｗ″であればステップ１４３でステップ１４Ｇで読
んだフリーフンカウンタの値を回転周期書込み用メモリ
番地に記憶する。もし端子りが＠　１　ｍであれば、ス
テップ１４．１でステップ１４０で読んだフリーランカ
ウンタの値を噴射時期データ書込み用のメモリ番地に記
憶する。以上の処理をした後メインμｍチンへ戻シ通常
の演算を再開する。

次にステップ１２Ｍ１で噴射時期信号が入力されていな
いと判定された場合を考える。プリグラムはステップ１
８ｇへ分岐されステップ１８１で得られた回転周期デー
タをもとに、計算式あるいはマツプにより出力パルスデ
ューティを演算する。

ここで演算される出力パルスデューティの値は、次に燃
料の噴射が始まった時に、実噴射時期と目標噴射時期が
大きくずれないようにあらかじめ設定された計算式ある
いはマツプから計算される。

例えばマツプの１例を第１３図に示す。回転周期をパラ
メータとするデユーティ値の一次元マツブである。次に
ステップ１８Ｇで求められたデユーティ比のパルスを駆
動回路８０６に出力する。次に再びステップ１８１へ戻
る。

噴射ボンデ６として本例では西独国ボッシュ社のＶＥ型
分配ポンプを使用している。このＶＥ型分配ポンプにお
ける噴射時期調節手段６０例は第８図に示される。ｖＥ
型分配ポンプでは油圧タイマを備えているが、この油圧
タイマに作用する油圧を電磁弁にてバイパスさせること
によって調節する構成である。即゛ち１５１は噴射ポン
プのへウジング、１！＄１はローラリングで図示されて
いないフェイスカムと対向し、シャフト１６８′を介し
てローフ１５Ｂを支持する。ローラ１５８とフェイスカ
ムは同じく図示されていないカムスプリングによって接
触しておシ、機関のクランク軸に停動するポンプ駆動軸
１６Ｂによってフェイスカムに回転運動が与えられると
、フェイスカムはローラ１６８に密接して回転し、回転
運動と往復運動が１Ｌ燃料の加圧と分配が行われる。１
６４は油圧シリンダで内蔵されたタイマピストン１５５
はビン１１Ｓ７にてローラーリング１６！と連結され、
タイマピストン１５ｇの位置は油圧シリンダ１５４の油
圧によって生じる力と戻）バネ１５６とのつり合いでき
まる。１’５１は電磁弁で油圧シリンダ１５４内の燃料
を管路１１５０．１６１をへて燃料戻り側（燃料タンク
）ｌａｇへバイパスさせる。１６３はオリフィスで駆動
軸にてポンプ駆動軸１５’８にて駆動されるベーン型燃
料フィードポンプの吐出油圧をここを通して油圧シリン
ダ１５４に導入される。

しかして、電磁弁１５１１は電剣的演算手段の電気的駆
動出力によって駆動される。電磁弁１５９は電気的駆動
出力が加わると開弁し、油圧シリンダ１５４よ）管路１
６０．電磁弁１６１１．管路１６１をへて燃料戻シ例１
６１１へ戻るバイパス流路が開通するため、シリンダ内
の油圧が低下し、この結果タイマピストンは戻シパネ１
５６０力によって右方向へ移動し、噴射時期は遅角する
。又電磁弁１５９１Ｃ電究的駆動出力が加わらないと閉
弁するため、オリフィス１６３をへてポンプハウジング
１５１の油が流入し、この結果油圧シリンダ１５４の油
圧が上）、タイマピストンは戻）バネ１５６０力にうち
勝って左１１１に移動し、噴射時期は進角する。従って
電磁弁１５９の電磁的駆動出力として一定周期の駆動パ
ルス電圧で駆動した場合タイマピストンの位置を駆動パ
ルス電圧のデーニーティ比に応じて制御する事ができる
。駆動パルスのデユー比が増加すると噴射時期は進角し
、デユーティ比を減少すると噴射時期は進角する。

次に線上述べた噴射時期制御装置の作動を説明する。今
、機関の回転周期ＴＮ、スビ〜位置が８１で運転中とす
る。そのときの基準時期検出器２０基準時期信号が波型
整形回路８０１では波形整形され、パルス発生回路２０
２に入力される。一方実噴射時期検出器８の実噴射時期
信号が波形整形回路８０１で同じく波形整形され、パル
ス発生回路２０２に入力される。そこでパルス発生回路
２０２のＢ端子にはム端子よりｔｘだけ早く印加される
ため、０点では第６図（Ｗ）の如＜１．だけ時間差を有
する二つのパルス列Ｐｌ　　ｅ　’１’　””とＰｌ　
　ｍ　’　２’　”’が生じる。又り点ではｔｌなる時
間幅を有するパルス列’３ｓＰＪ’・−が生じる。

従ってマイクロコンピユーＰ　１！　０８ハＰ鵞ｙＰ１
　＃’　Ｒ’　ｅ　Ｐ１’の４個のパルスの割り込み時
点でフリーフンカウンタの値Ｔ１　　ｅ　Ｔ１　　＠　
Ｔ２　　ｍ　ｌ１１４を読みとる。これＫより基準時期
に対する実噴射時期’１　＝Ｔ２　　”１　ｓ又回転周
期Ｔ　Ｎ　ｌ　＝Ｔ４−”！にて、回転周期ＴＮＩ及び
実噴射時期ｔ１を算出する。さらにスピμ位置のデータ
Ｓ１と今求め九回転周期信号’ｌｒｌを第１０図の目標
噴射時期を与える制御マツプをひき、二次元マツプ補間
演算を行って目標噴射時期ｔ・を求める。

そして、ステップ１３６でｔｌとｔ’を比較し、Δ１＝
：１．−１ＦでΔ１００であれば進角するように電気的
駆動出力のデユーティ比を増加させると共に１Δｔ（Ｏ
であれば進角させるようにデユーティ比を減少させる。

これによって実噴射時期の目標噴射時期に対する誤差は
修正することができ運転条件が変化した場合も常に実噴
射時期を目標噴射時期に従って制御可能である。

次に運転条件の変化で燃料が無噴射になったとする。ス
テップ１８！１で噴射時期信号が入力されないことを判
定するとプログツムはステップ１８８へ移り、ステップ
１１Ｓ’ｌで求めた回転周期をもとに第１３図のマツプ
を一次元補関して、出力デユーティ比を演算し、ステッ
プ１８９で駆動回路ｆ０６へ出力する。この制御により
次に噴射が始まった時に実噴射時期を目標噴射時期が大
きくずれるのを防ぐことができる。

また本例は、実噴射時期検出器としてノズル弁リフトセ
ンサを利用したが、噴射タイミングを気筒内の燃焼時期
を直接検出して同様に制御するととも可能である。この
時の実燃焼時期検出器の例を第１４図に示す。この検出
器は、機関のｙｙンダヘッド１’ＯＯとグロープラグ１
０＄１との間に圧電式圧力検出器１０１を挿入して構成
され、締めつけ装着される。この圧電式圧力検出器１０
１はチタン拳パリュム等のセラミック材よりなる圧電素
子に応力が加えられると分極して電圧を誘起するビニ、
ゾ効果にもとすくもので、リング状をなす圧電素子１０
３とその両端に電極１０４，１０５が密着し、さらにそ
の外側に絶縁板１０６，１０７で電気的に絶縁し、かつ
モールド材ｌｏ８にてモールドされておシ、グローブフ
グ１０１のねじ部が貫通し、シリンダブロック１００に
所定の初期荷重で取）つけられる。又１０９，１０９’
は電極１０４’、１０５よシ信号をとり出すためのリー
ド線である。

しかして、機関の圧縮行程の終シに燃料が噴射されると
爆発的に燃焼が起るため、シリンダ内の燃焼ガスの圧力
が急激に上昇するため、グローブフグ１０２のネジ部は
内部から外部へ押される。

従って圧電素子１０８の受ける荷重が減少するため燃焼
圧力に応じた電位差を電［１０４，１０５の間に発生す
る。このように、との圧力検出器１０１は機関内に噴射
された燃料が実際に燃焼を開始するのに対応し九実−焼
時期信号を発生する。

この実燃焼時期信号は実噴射時期信号の代わＤＫ用いら
れ、上記実施例と同様の演算処理が行なわれる。

なお以上の例は回転数に関する運転条件を基準時期検出
器の生じる基準時期信号の周期測定により回転周期とし
て演算する方法について説明したが、こうして求めた回
転周期データの逆数を演算することによシ回転数データ
として扱う事も可能であシ、この場合目標噴射（燃焼）
時期を定める制御マツプは回転数データとスビμ位置デ
ータとして設定しておけばよい。又噴射量の運転条件と
してスピル位置を使用する例を示したが、スピル位置８
と機関の回転数Ｎに関して第１１図の如き二次元マツプ
を備え、噴射量Ｑを求めると共に回転数Ｎと噴射量Ｑに
関して第１２図に示す如き二次元マツプを備えて目標噴
射（燃焼）時琴を演算する事もできる。

また、上記実施例では分配型燃料噴射ポンプを制御する
例を示したが、何型燃料噴射ポンプにおい゛ても同様に
制御できる。

以上の如く本発明では、機関の剣筒内に燃料が噴射され
る時期、あるいは、気筒内で燃焼が起こる時期を帰還し
て噴射時期を制御するシステムにおいて、電気的演算装
置の内部に燃料が無噴射になった時のオープンμｍ１の
出力値をあらかじめ設定しているので、次に噴射が始ま
った時に目標噴射（燃焼）時期を実噴射（燃焼）時期が
大きくずれるのを防ぐことができる噴射時期制御装置と
なりうるものである。

【図面の簡単な説明】

９１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第３図は
第１図中の実噴射時期検出器の断面構成図、第３図は第
１図中の電気的演算手段の詳細構成図、第４図は第８図
中の波形整形回路の電気回路図、第６図は第８図中やパ
ルス発生回路の電気回路図、第６図は本発明作動説明に
供するタイミング図、第７図は第３図中の駆動回路の電
気回路図、第８図は噴射時期調節手段の要部断面構成図
、第９図（ム）ｔ（Ｂ）は電気的演算手段における処理
手順を示すフローチャート、第１Ｏ図、第１１図、第１
２図、ｇＸＳ図は本発明の作動説明に供するマツプ模式
図、第１４図は本発明の他の実施例において用いる実燃
焼時期検出器の断面構成図である。 ｌ・・・運転条件検出器、ト・・基準時期検出器、８−
実噴射（燃焼）時期検出器、４・・・電気的演算手段、
６・−噴射時期調節手段、６・・・噴射ポンプ、？・・
・機関。 代理人弁理士　岡　部　　隆

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気的駆動出力を受けて噴射ボンデの噴射時期を
   調節可能な噴射時期調節手段と、前記クランク軸が基準
   位相角に至る毎に基準時期信号を発生する基準時期信号
   期と、前記機関の気筒内に噴射された燃料の実噴射時期
   を検出するための実噴射時期検出器と、前記機関の運転
   条件を検出し電気的運転条件信号を発生する運転条件検
   出器と、該運転条件信号に応じて目標噴射時期を演算し
   燃料が噴射され燃焼が行なわれている時には前記実噴射
   時期の目標噴射時期に対する誤差を検出し、該誤差を修
   正するための電気的駆動出方を発生し前記噴射時期調節
   手段を制御すると共に、運転条件の愛化によ）燃料が噴
   射されなくなプ噴射時期信号が発生しなくなり走時には
   運転条件に応じてあらかじめ定められている電気的駆動
   出方を発生し前記噴射時期調節手段を制御する電究的演
   算手段とを備えることを特徴とする噴射時期制御装置。
2. （２）前記実噴射時期検出器として、燃料が実際に燃焼
   する実燃焼時期を検出する実燃焼時期検出器を用いると
   共に、前記目標噴射時期として目標燃焼時期を用いるよ
   うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   噴射時期制御装置。