JPS59211730A - デイ−ゼル機関用燃料噴射量制御装置 - 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】 この発明は、ディーゼル機関に対する燃料の噴射ポンプ
の最大噴射量を設定制御する燃料噴射量制御装置に関す
る。

ディーゼル機関においては、例えば機関のスモークや熱
負荷、さらに機械的強度等によって、燃料の最大噴射量
の限界が定められている。そして、この最大噴射量の上
限を越えないように、燃料噴射ポンプを調整して設定し
ているものである。この場合、機関それぞれには種々の
バラツキが存在し、また経年変化等が存在するものであ
るため、これらの変動分を見込んで最大噴射量はや＼少
な目に調整している。

この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、特に
経年変化分等を考慮することなく、機関の状態に合わせ
て燃料の最大噴射量を補正設定し得るようにして、最大
出力を充分に引き出させるようにするディーゼル機関用
の燃料噴射量制御装置を提供しようとするものである。

すなわち、この発明に係る燃料噴射量制御装置は、特に
排気ガス中のスモークを検出するスモーク検出器、およ
び機関の熱負荷を検出する熱負荷検出器を設け、これら
検出器の検出信号に応じて、最大噴射量の設定値を増減
補正させるようにするものである。

以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。第
１図はその構成を示すものであり、ディーゼル機関１ノ
に対して調量された燃料を圧送供給するボッシュ式分配
型の燃料噴射Ｉンゾ１２が設けられる。このポン７’１
２は機関１２のクランク軸と同期的に回転されるドライ
ブシャフト１３を有し、このシャフト１３によって回転
されまたフェースカム１４によって軸方向に移動される
ピストン状の燃料圧送分配機構１５を備えるもので、そ
の外周の燃料調節部材となるスピルリング１６の位置に
よって、ディーゼル機関１１への圧送燃料量の調量され
るものである。上記スピルリング１６は、メカニカルガ
バナ１７によってその位置が調節制御されるもので、圧
力室１８によって、最大噴射量を設定するスピルリング
１６の位置が補正制御されるようになっている。そして
、このメカニカルガバナ１７はボンデレノ４−１９によ
シスピルリング１６の位置を制御する機構が設けられ、
上記レバー１９はワイヤ２０を介してアクセルペダル２
１に連結し、アクセルペダル２１の操作量に応じてポン
ゾレパー１９が駆動されるようにしてなる。このアクセ
ルペダル２ノには、例工ば可変抵抗器によるアクセル操
作位置を検出す、るアクセルセンサ２２が設けられてい
る。

また、噴射ボンデ１２のドライブシャフト１３には、外
周部に歯形を有する磁性体でなる円板２３を設け、この
円板２３の外周に近接して、電磁ピックアップでなる回
転数センサ２４を設ける。すなわち、ドライブシャフト
１３は機関１１と同期的に回転するものであシ、このシ
ャフト１３と同軸的に回転する円板２３の外周の歯型の
通過をセンサ２４で検出することによシ、機関１１の回
転数に対応した検出信号が得られるようになるものであ
る。

ディーゼル機関１１は過給器を備える構造のもので、吸
気管２５には吸気圧センナ２６および吸気温センサ２７
が設けられている。また、排気管２８には機関１１の熱
負荷検出器としての排気温センサ２９、および排気ガス
中のスモーク量を検出するスモークセンサ３０が取り付
けられている。

そして、上記アクセルセンサ２２、回転数センサ２４、
吸気圧センサ２６、吸気温センサ２７、排気温センサ２
９およびスモークセンサ３０からの検出信号は、マイク
ロコンピュータを内蔵するディジタル演算装置３１に供
給する。この場合、スモークセンサ３０は、例えば排気
管２８壁に対向して、発光ダイオード３０ａおよびフォ
トトランジスタｓｏｂを設定し、ダイオード３０ａから
フォトトランジスタ３０ｂへの入射光量によって、排気
ガス中の、スモーク量を検出するもので、その検出回路
は演算装置３１に内蔵される。

そして、演算装置３１は圧力制御弁３２を駆動制御し、
バキューム４ンゾ３３で発生された負圧が圧力室１８に
作用する状態を制御する。

ノ々キューム？ンｆ３３はディーゼルｍ関１１１１ｃよ
って駆動される。

第２図は上記メカニカルガバナ１フ部およびこれに関連
した部分を取り出して示すもので、この噴射ボンデ１２
の燃料噴射量は前述したようにスピルリング１６の位置
によって決定されるもので、図上で右方向へ移動した時
は噴射量が増大し、左方向へ移動した時は噴射量が減少
するものである。−そして、アクセルペダに２１が踏み
込まれ、レバー１９が回転され、力・々ナスプリング３
４を引くように動作すると、カパナテンションレパ３５
は、支点軸３５＆に対して左回シに引かれ、スピルリン
グ１６は右へ移動して燃料噴射量を増加して、エンジン
回転数が上昇されるようになる。

また、機関１１の回転数が上昇すると、この機関１１と
同期的に回転されるフライウェイト３６が遠心力によシ
外側にひろがシ、ガバナスリーブを介してカバナテンシ
ョンレパ−３５を押す。しだがって、スピルリング１６
は左方向へ移動するようになシ、燃料噴射量が減少する
。

すなわち、フライウェイト３６の遠心力と、カバナスプ
リング３４との力のつシあい点で回転数が安定する。

圧力室１８には、圧力制御弁３２によって制御された負
圧が導入されるもので、その負圧に応じてロッド３７が
上下に動かされ、ピン３８およびリンク３９を介してカ
バナテンションレバ３５およびスピルリング１６の可動
範囲を限定するようになる。したがって、ダイヤプラム
を含む圧力室１８内の圧力を制御することで燃料噴射量
の最大値が制御されるようになる。

第３図の（４）はスモークセンサ３０部の構成を示すも
ので、排気管中につけられ発光ダイオード３０ａの光が
排気通路を交差してフォトトランジスタｓｏｂに届くよ
うになっておシ、その受光量に応じたレベルの信号が出
力にあられれる。すなわち、その出力信号はスモークの
有無によシ第３図の（Ｂ）に示すようになりこの出力が
第１図のディジタル演算装置３１に入力される。

第４図は機関１１の熱負荷検出器となる排気温センサ２
９からの排気温信号を増幅してデジタル演算装置３１が
処理しやすい信号電圧に変換する増幅回路を示す。排気
温センサ２９として熱電対が利用されるもので、排気温
が上がるにつれて発生電圧が大きくなる。２９ａは排気
温信号の変化範囲をデジタル演算装置３１で処理可能な
電圧信号範囲に変換する増幅部であり、排気温信号’ｒ
ｍを出力する。

第５図は圧力制御弁３２を取り出して示すもので、コイ
ル４０を巻装した鉄心４１の中心部には、ダイヤフラム
室４２を設け、このダイヤフラム室４２内にはダイヤフ
ラム４２ａで支持するようにして、磁性材でなるムービ
ングコア４３を設ける。このコア４３はコイル４０の発
生する電磁力によシ図中上下に移動可能な構造になって
いる。ダイヤプラム室４２の一方の室には、／４’イデ
４４を介して大気圧を導入するもので、パイ７６４４の
先端にはエアフィルタ５４が取シ付けられている。

ムービングコア４３は、ダイヤフラム４２ｔＬで分割さ
れる２つの部屋を連通する通路を有し、その通路には弁
室４６が設けられる。そして、この弁室４６には常時は
スプリング４７で上記通路を閉じる弁４８を設けるもの
で、この弁４８０面には圧力源であるバキュームｌタデ
に連通されるノ９イデ４９を開口する。このノ平イデ４
９はダイヤフラム室４２に対して固定設定され、コア４
３が上昇した時には弁４８をスプリング４７に抗して駆
動し、コア４３内の通路を連通形成するもので、その時
にはパイプ４９の開口部は弁４８で閉じられる。／ＩＰ
イデ５０は圧力室１８に連通ずる出力ポートであり、５
１はダイヤフラム室４２内の負圧とのバランスを保つス
プリングである。

第６図のに）〜（Ｃ）は、圧力制御弁３２が圧力を調整
する状態を現わしたものである。ダイヤスラム４２ｍに
支えられたコア４３の位置は出力負圧とスプリング５１
と４７の「荷重十電磁吸引力」の関係によシ決定される
。これらが釣シ合っている時には（４）図のように弁４
８が閉じて大気側もまたバキュームポンプ側のパイプ４
９も閉じて、出力圧力を一定に保つ。また、コイル４０
に供給する電流を大きくしたシ、あるいは出力負圧が足
シない状態となると、（Ｂ）図のようにコア４３が下方
に吸引され、バキュームポンプ側・臂イデ４９が開口さ
れて出力負圧を増すようになる。逆に、コイル４ｏに供
給する電流を小さくしたシ、あるいは出力負圧が大きす
ぎる時には、（Ｃ）図のようにコア４３が上方に駆動さ
れ、弁４８がノクイデ４９で開かれ大気側を開放して、
出力負圧を減少させるようになる。すなわち、コイル４
０に与えられる励磁電流を制御することによって、圧力
室４８に導入される負圧を制御することができる。

第７図はデジタル演算装置３１の構成を示すもので、５
５は演算装置の主体となるワンチップマイクロコンピュ
ータで、このマイクロコンぎユータ５５は、入力された
・母ルスの時間間隔の計測に都合の良いインジットキャ
ブチャと呼ばれる機能と、デユーティ波形を出力するの
に都合のよいアウトプットコン（アと呼ばれる機能とを
備える。

回転数センサ２４よシ入力された信号は波形整形回路５
６で矩形波に変換して、マイクロコンピュータ５５に回
転数信号として供給するもので、この波形整形回路５６
部は例えば第８図に示すように構成すればよい。すなわ
ち、円板２３０回転に伴ないセンサ２４からは正弦波状
の信号が得られるもので、この正弦波信号を波形整形回
路５６で矩形波）Ｊ？ルス信号に変換するものである。

また、アクセルセンサ２２、吸気圧センサ２６、吸気温
センサ２７、熱負荷センサとなる排気温センサ２９、ス
モークセンサ３０からの信号はすべてアナログ信号であ
るので、υ変換器５７でマイクロコンピュータ５５に入
力できるデジタル信号に変換する。そして、マイクロコ
ンピュータ５５からの信号は、圧力制御弁３２を駆動す
る駆動回路５８に供給する。

ここで、駆動回路５８としてはマイクロコンピュータ５
５が出力したデジタル信号はＤ／Ａ変換器でアナログ信
号に変換し、次に電圧−電流変換器で所望の電流を圧力
制御弁３２に供給する手段、さらにマイクロコンピュー
タ５５が出力したデユーティ波を平滑してアナログ信号
に変換し、次に電圧−電流交換器で所望の電流を圧力制
御弁３２に供給する手段等が考えられる。

この実施例では、マイクロコンピュータ５５のアウトプ
ットコンベア機能を利用し、後者の手段で圧力制御弁３
２を駆動するようにする。

第９図はマイクロコンピュータ５５の動作を説明するフ
ローチャートを示すもので、プログラムがスタートする
と、まずステップ１０１で初期化を行う、この時後で説
明する補正係数ｒＫ＝１１ｃしておく。次にステツｆ１
０２で機関回転数Ｎを算出する。これは前述の回転数信
号の波形整形された信号が、マイクロコンピュータ５５
に入力される毎に、第１０図の囚に示す回転数割込を発
生させて、入力矩形波の信号間隔ＴＮを計算させ、その
逆数をとシ定数をかけることによシ算出される。次にス
テツｆ１０３にて、吸気密度ρを算出する。吸気密度ρ
は、吸気圧信号と吸気温信号とから求めることができる
もので、吸気圧信号と吸気温信号は、前述したようにＡ
／Ｄ変換してマイクロコンピュータ内に取込まれる。Ａ
／Ｄ変換は第１０図（Ｃ’）に示す定時割込２を、ある
時間毎に発生させてＡ／Ｄ変換器を起動させ、変換の終
了信号により第１０図の）に示す、Ａ／Ｄ割込を発生さ
せて行なう。次にステラｆ１０４にて目標最大噴射量Ｖ
ＩＩＰを、前記回転数Ｎと吸気密度ρから、マッシある
いは計算式により求める。

次にステツｆ１０５で、基本目標デユーティ比ＤＦを算
出する。これは、目標最大噴射量から、マツプあるいは
計算式によって求めることも可能であるが、前記回転数
Ｎと吸気密度ρから、マツプあるいは計算式によシ求め
ることも可能である。ステラｆ１０６では、補正係数に
と基本目標デユーティ比ＤＢを掛けることＫより、補正
目標デユーティ比ＤＦを算出する。

次にステップ１０７と１０８は、機関の燃料噴射量が最
大噴射量領域にあるかどうかを判定するもので、まずス
テップ１０７で前記回転数Ｎとアクセル位置センサ２２
からの信号（アクセル位置信号も前記υ変換手順にした
がってマイクロコンピュータ５５に入力される）とから
、メカニカルガノ々ナパターンに対応した第１１図に示
すような特性を持たせたマッシ、あるいは計算式から基
本噴射量を求めて、その値をＶＢとする。ここで、Ｖ、
の上限値ＶＩＭＡＪ（は常に目標最大噴射量ＶＦＰよシ
大きくなるように設定されている。次にステップ１０８
でＶＦＰ　（！：　Ｖｌｌの大きさを比較してｖＢが大
きかったら、機関は最大噴射量領域にあるので最大噴射
量のフィードバックを行なうためにステツｆｘｏｓへ進
む。また、小さかったらステップ１１０に進む。ステッ
プ１１０では計算スピル位置Ｖ、が目標最大噴射量ＶＦ
Ｐの半分ＶＦＰ以下かどうかを判定し、半分以下ならば
ステンｆ１ノーへ進み、スモークセンサ３ｏのく、スモ
ークが発生しないと考えられる少噴射量ならばどんな値
でもよい。ステップ１１０の判定が「ＮＯ」ならばステ
ラ７″１１２へ進み、補正デユーティ比ΔＤの項を「０
」とする。ステップ１０９では排気スモーク値Ｅｓを演
算する。

このスモーク値はステップ１１１で算出した初期値Ｅ８
０をさし引いたものである。ステップ１１３ではスモー
ク値が許容値以下かどうかを判定し、許容値をこえてい
ればステラｆ１１４へ進み最大噴射量を減少させるべく
補正デユーティ八りを算出する。補正デユーティΔＤＦ
ｉ、Ｅｓの値からマツプあるいは計算式により求める。

ステツｆｌ１３でスモーク値が許容値以内と判定された
ならばステツｆ１１５へ進み、機関の熱負荷度となる排
気温’ｒｚを算出する。ステップ１１６では排気温か許
容値以下かどうかを判定し、許容値をこえていればステ
ップ１１７へ進み、最大噴射量を減少させるべく補正デ
ユーティΔＤを算出するもので、この補正デユーティΔ
ＤはＴＥの値からマツプあるいは計算式によシ求める。

ステップ１１６で排気温が許容値以内ならばステップ１
１８へ進み、最大噴射量を増加させるべく補正デユーテ
ィΔＤを算出するもので、この補正デユーティΔＤはＥ
ｓおよびＴＥの値からマツｆあるいは計算式によシ求め
る。ステツｆ１１９では前記目標デユーティ比ＤＦと補
正デユーティ比へ〇との和を出力デユーティ比りとして
いる。ステップ１２０では、現在の出力デユーティ比を
今後に反映すべく学習する。

まず現在出力中の出力デユーティ比りと、基本目標デユ
ーティ比ＤＢとの比率Ｄ／ＤＢを補正係数にとする。こ
れによシ次回の計算からステップ１０６で使用される補
正係数が変更される。次に補正デユーティ比ΔＤを零と
する。

ステツｆ１２０を終えるとグロダラムは再びステップ１
０２へと戻シ、以下同様の動作をくシ返す。以上をくり
返している時に、ある一定時間ごとに第１０図に示した
ような定時割込み１が発生する。ここでは、計算された
出力デユーティ比りの）ぐルスをマイクロコンピュータ
から出力するだめのルーチンが行なわれている。

上記実施例では、吸気密度ρを吸気圧と吸隼温よシ求め
、目標最大噴射量の算出を行なったが、簡素化のために
吸気密度を検出せずに回転数のみから目標最大噴射量を
算出する方式としても可能である。

また、実施例では圧力制御弁３２に電流駆動型の弁を使
用したが公知のバキュームスイッチ７　ｙ　ハ／ｌ／　
ｆ　ｔ”　使用してオンーオフノテューティ制御をして
□も良い。また、スモークセンサ３ｏ　　・としては空
気過剰率を検出するラムダセンサを使用しオン−オフ信
号としてとシこむことも可能である。さらに、熱負荷セ
ンサとしては排気温に限らず、シリンダヘッドあるいは
シリンダブロック壁温を検出するセンサを使用したり、
さらには燃焼室内温を直接に検出する白金−白金ロジウ
ム等の高温熱電対を利用しても良い。

その他噴射ポンｆｚｚとして、？ラフュ式分配型ポンプ
の場合の例を示したが、判型ボンデについても、メカニ
カルカパナの構造を判型ボンデに対応したものとするこ
とによシ同様に実現可能である。

以上述べたようにこの発明によれば、排気ガス中のスモ
ーク濃度および熱負荷を検出し、これらの検出信号によ
ってディーゼル機関への最大噴射量の上限を増減補正す
るようになる。したがって、スモーク限界を越えない範
囲で、機関の最大出力を充分に引き出すことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る燃料噴射量制御装置
を説明する構成図、第２図は上記実施例のメカニカルガ
バナ部を取り出して示す図、第３図の（４）および（Ｂ
）は上記装置のスモーク検出部の回路および検出信号の
状態を示す図、第４図は同じく熱負荷検出部を説明する
回路図、第５図は同じく圧力制御弁の構成を示す図、第
６図の（４）〜（Ｃ）はそれぞれ上記制御弁の動作状態
を説明する図、第７図は同じくディジタル演算装置を説
明する構成図、第８図は上記演算装置に供給される回転
数検出部の具体例を示す図、第９図は上記演算装置の動
作を説明するフローチャート、第１０図の（４）〜の）
はそれぞれ上記動作の流れにおける割込みを説明するフ
ローチャート、第１１図は上記実施例の動作を説明する
だめの特性図である。 １１・・・ディーゼル機関、１２・・・噴射ポンプ、１
６・・・スピルリング、１７・・・メカニカルガバナ、
１８・・・圧力室、２１・・・アクセルペダル、２２・
・・回転数センサ、２６・・・吸気圧センサ、２７・・
・吸気温センサ、２９・・・排気温センサ、３０・・・
スモークセンサ、３ノ・・・ディジタル演算装置、３２
・・・圧力制御弁、３３・・・バキュームポンプ。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１０図 （Ａ）　　　　　　　（Ｂ） （（）　　　　　　　　　　ＣＤ） 第１１図 ｓ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　機関の運転状態に応じた噴射燃料量の設定さ
   れる燃料噴射ポンプと、この噴射ポンプの燃料調節部材
   の最大噴射量に対応する最大位置を設定する機構と、上
   記機関の排気ガス中のスモークを検出するスモークセン
   サ、および機関の熱負荷を検出する熱負荷センサを含む
   上記機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、こ
   の検出手段からの検出信号にもとすき上記最大噴射量に
   対応する最大位置を演算する演算装置とを具備し、上記
   スモークセンサおよび熱負荷センサからの検出信号で、
   上記最大噴射量の設定値を増減補正するようにしたこと
   を特徴とするディーゼル機関用燃料噴射量制御装置。
2. （２）上記スモークセンサとして排気管内に対向設定さ
   れる発光ダイオードと７オトトランジスタとを備え、上
   記フォトトランジスタの少燃料噴射時の出力を初期値に
   して差し引き、スモーク値を得るようにした特許請求の
   範囲第１項記載の装置。
3. （３）前記熱負荷センサとして、排気温を検出するセン
   サを用いるようにしたＩＰ！ｊ￥Ｆ請求の範囲第１項記
   載の装置。