JPS5949418B2 - 内燃機関の燃料噴射時期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の燃料噴射時期制御装置に関し、特に
燃料噴射時期の目標値と実際値との偏差を積分した信号
によって、油圧を用いた燃料噴射時期制御機構を制御す
るようにした燃料噴射時期制御装置に関する。

ディーゼルエンジンやガソリンエンジンの燃料噴射時期
は、エンジンの回転速度や負荷に応じて変化させる必要
がある。

噴射時期を精密に制御するには、例えば第３図に示すご
ときフィードバック方式が用いられる。

第３図において、偏差検出回路１０１は、噴射時期の目
標値信号Ｓ２と実際値信号Ｓ３との偏差を検出し、偏差
信号Ｓ４を出力する。

制御回路１０２は積分回路であり、偏差信号Ｓ４に積分
特性をもたせた制御信号Ｓ５を出力する。

この制御信号Ｓ５で噴射時期制御機構１０３を駆動して
噴射時期を制御する。

またセンサ１０４は実際の噴射時期を検出して実際値信
号Ｓ３を出りする。

（特公昭５０−５７６９号参照） 上記のごときフィードバック方式の制御装置において、
制御信号に積分特性をもたせることによって、制御の安
定性を保ちながら定常偏差（オフセット）をなくすこと
ができ、良好な制御を行うことができる。

しかしながら、このような従来の制御装置にあっては、
噴射時期制御機構が油圧（燃料圧）式であり、即ち油圧
を制御することにより噴射時期を制御しており、また、
油圧の制御については圧油源からの油の低圧側への洩ら
しの程度を調整することによって行っていたため、油の
流入及び流出速度で応答速度が決められてしまうのに対
し、油の流入及び流出部に設けられるオリフィス（第２
図の５６ａ 、４９ａ 、５３ａに相当する）を流れる
油の速度は油の粘性（例えば油温、粘度、比重等による
）によって大幅に異なるので、油の粘性によって噴射時
期制御の応答性が左右されるという問題点があった。

具体的には、低温はど油の動粘性特性が大きくなる（例
えばＪＩＳＺ号軽油では６０℃のとき２．３センチトー
クスに対し、０℃のとき８．７センチストークス）ので
、寒冷地での始動直後などに、噴射時期制御の応答が遅
くなり、最適な噴射時期制御が達成されず、排気浄化性
能や運転性能が悪化し騒音も増大するという問題点があ
った。

本発明はこのよう々従来の問題点を解決することを目的
としてなされたもので、噴射時期の目標値と実際値との
偏差を積分する回路の積分時定数を油の粘性に応じて変
化させる手段を設けることにより、例えば低温時には積
分時定数を小さくして、噴射時期制御の応答性の向上を
図ることができるようにしたものである。

以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を適用するディーゼルエンジンの制御装
置の一例図である。

第１図において、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は噴射ポンプ（詳細後述）、８は排気管、９は
吸気量を調整する絞り弁、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ュームポンプであり、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。

また１５はバキュームポンプ１４から与えられる負圧か
ら一定負圧をつくる定圧弁、１６はバッテリ、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
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はアクセルペダル位置（踏角）に対応したアク
セル位置信号工Ｓ１を出力するアクセル位置センサ、２
１はクランク角の基準角度（例えば１２０°）ごとに基
準パルス■Ｓ２を、単位角度（例えば１°）ごとに単位
パルス■Ｓ３を出力するクランク角センサ、２２は変速
機がニュートラル（中立）位置にあることを検知してニ
ュートラル信号■Ｓ４を出力するニュートラルスイッチ
、２３は車速に対応した車速信号Ｉ’Ｓ５（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■Ｓ６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■Ｓ７を出力するりフトセンサ
であり、例えば燃料圧力によって作動するスイッチ又は
圧電素子である。

また２６は大気の温度と圧力とに対応した大気密度信号
■Ｓ８を出力する大気密度センサである。

その他、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■Ｓ。

（詳細後述）やバッテリ電圧信号■Ｓ１８等の信号が用
いられる。

また２７は演算装置であり、例えば中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）２８、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２９、読み出
し書き込み可能メモリ（ＲＡＭ）３０、入出力インター
エース３１等からなるマイクロコンピュータで構成され
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■Ｓ１〜■Ｓ１ｏ及び図示しないスタータスイッチ（
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■Ｓ１□やグロースイッチから与えられるグロー信
号工Ｓ１□等の信号を入力し、ディーゼルエンジンを最
適制御するための各種の制御信号Ｏ８１〜Ｏ８７を出力
する。

まず絞り弁開度制御信号Ｏ８１とＥＧＲ制御信号Ｏ８２
とはパルス信号であり、これらのパルス信号のデユーテ
ィを変えて電磁弁１２．１３をデユーティ制御すること
により、絞り弁９の開度とＥＧＲ弁１１の開度とを制御
する。

また燃料遮断制御信号Ｏ８３は、噴射ポンプ７内の燃料
遮断弁７１（エンジン停止用）の開閉を制御する。

また燃料噴射量制御信号Ｏ８４と前記のスリーブ位置信
号■Ｓ、とがサーボ回路１８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によっ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。

また噴射時期制御信号Ｏ８５によって噴射ポンプ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。

なお噴射時期はりフトセンサ２５からの噴射開始信号■
Ｓ７を用いてフィードバック制御する。

またグロー制御信号Ｏ８６によってグローリレー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。

またグローランプ制御信号Ｏ８７によってグローランプ
１９の点滅を制御することによってグロープラグ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２図は噴射ポンプ７の一例の断面図である。

第２図において、まず燃料は、ポンプ本体の入口３２か
ら機関出力軸に連結したドライブシャフト３３により駆
動されるフィードポンプ３４によって吸引される。

フィードポンプ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、ポンプハウジングの内部の
ポンプ室３６へと供給される。

ポンプ室３６の燃料は、作動部分の潤滑を行なうと同時
に吸入ポート３７を通って高圧プランジヤポンプ３８に
送られる。

このポンプ３８のプランジャ３９は、ドライブシャフト
３３に連結したエキセントリックディスク４０に固定さ
れており、継手４１を介して、前記ドライブシャフト３
３により機関回転に同期して駆動される。

また、エキセントリックディスク４０は、機関シリンダ
数と同数のフェイスカム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をこのフェイスカ
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。

従って、プランジャ３９は回転しながら往復運動をし、
この往復運動によって吸入ポート３７から吸引された燃
料が分配ポート４５よりデリバリバルブ４６を通って前
記第１図の噴射ノズル６へと圧送される。

その際、燃料の噴射時期は、ローシリンダ４３によって
フェイスカム４２とローラ４４との相対位置を変化させ
ることによって自由に調節される。

ローシリング４３は、ドライビングピン４７を介してプ
ランジャ４８と連結している。

なお第２図においては、説明の便宜上からプランジャ４
８の軸線を９ぽ回転させ、また、フィードポンプ３４の
軸線も９０°回転させたものが同時に図示しである。

プランジャ４８を収めたシリンダ４９は、ケーシング５
０の内部に摺動自在に収液されており、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油室５１と端面
高圧室５５とを連絡するためのオリフィス４９ａと通路
５０ａとが設けられている。

油室５１は、燃料通路５３によって他方の油室５２及び
フィードポンプ３４の吸込側と連通しており、かつ油室
５１と燃料通路５３との接続部にはオリフィス５３ａと
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ャ４８の端
面高圧室５５には、オリフィス５６ａと通路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はフィードポンプ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
ャ４８を押し戻している。

ポンプ室３６の燃料圧力は、フィードポンプ３４の回転
速度に比例して上昇するので、図のようにオリフィス４
９ａが閉じられているときにはプランジャ４８はエンジ
ン回転速度の上昇に伴って図面左方へと押され、これに
よってエキセントリックディスク４００回転方向と逆方
向へローシリング４３を回動させるので、噴射時期は回
転速度に対応して早くなる。

まだエキセントリックディスク４０の回転力をうけてシ
リンダ４９が図面の右側一杯に移動（このとき電磁弁５
４は開）すると、オリフィス４９ａと通路５０ａとを介
して油室５１と端面高圧室５５とが連通ずるので、電磁
弁５４を開閉させてやることによって端面高圧室５５の
圧力を制御することが出来る。

したがって、噴射時期制御信号Ｏ８５によって電磁弁５
４の開閉をデユーティ制御すれば、噴射時期を電気的に
制御することが出来る。

次に電磁弁５４がオン又はオフすることによってプラン
ジャ４８がどのように応答するかを詳細に説明する。

まず進角側への応答について説明する。

電磁弁５４が開いている場合には、油はオリフィス５６
ａ、オリフィス４９ａ及び通路５０ａを介して端面高圧
室５５と油室５１とに入り、オリフィス５３ａと燃料通
路５３とを介して低圧側に流れている。

この状態で電磁弁５４が閉じると、油室５１の油がオリ
フィス５０ｂを介して低圧側に逃げることが出来々く々
る。

このとき端面高圧室５５と油室５１とはオリフィス４９
ａと通路５０ａとを介して連通しているので、両室の油
圧は等しく々る。

そのためシリンダ４９に加えられる油圧は釣合った状態
になるので、シリンダ４９はスプリング５１ａの力で図
面左方（進角側）に移動する。

またスプリング５８の力に抗してプランジャ４８が釣り
合いの状態になるまで、オリフィス５６ａを介して油が
端面高圧室５５に流入し、プランジャ４８が図面左方に
移動して進角する。

次に遅角側への応答について説明する。

電磁弁５４が開くと、油室５１の油がオリフィス５３ａ
を介して低圧側に逃げるのでシリンダ４９が図面右方に
移動する。

そのためオリフィス４９ａと通路５０ａとによって端面
高圧室５５と油室５１とが連通し、端面高圧室５５の油
が低圧側に逃げるのでプランジャ４８が図面右方に移動
して遅角する。

上記のように電磁弁５４の開閉時のプランジャ４８の応
答は、進角時にはオリフィス５６ａで律速され、遅角時
にはオリフィス４９ａと５３ａとで律速される。

すなわち油の流入及び流出速度で応答速度が決められて
しまう。

一方、燃料の噴射量は、プランジャ３９に形成したスピ
ルポート５９を被覆するスリーブ６０の位置により決め
られるのである。

例えば、スピルポート５９の開口部がプランジャ３９の
右行により、スリーブ６０の右端部を越えると、それま
でプランジャポンプ室６１内から分配ポート４５へと圧
送されていた燃料が、スピルポート５９を通ってポンプ
室３６へと解放されるので圧送を終了する。

すなわち、スリーブ６０をプランジャ３９に対して右方
向に相対的に変位させると、燃料噴射終了時期が遅くな
って燃料噴射量が増加し、逆に左方向に変位させると燃
料噴射終了時期が早まって燃料噴射量が減少するのであ
る。

上記のスリーブ６０の位置制御は、サーボモータ６２に
よって行なう。

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。

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、かつリンクレバー６５の先端部のピボッ
トピン７２を介してスリーブ６０を係止している。

したがってサーボモータ６２が正逆回転すると、滑動子
６４は左右に移動し、そのためリンクレバー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。

サーボモータ６２の制御は、燃料噴射量制御信号Ｏ８４
に応じてサーボ回路１８が出力するサーボ信号Ｓ１によ
って行なわれる。

したがってアクセルペダルと燃料噴射量との間には直接
の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、燃料噴射量制御信号Ｏ
８４によっ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ョメ
ータ６８の軸は、歯車６９及び７０によってサーボモー
タ６２の軸６３と結合されているので、ポテンショメー
タ６８の信号はスリーブ６０の位置を示すことになる。

この信号が前記のスリーブ位置信号■Ｓ９となる。

一方、電磁型の燃料遮断弁７１は、前記の燃料遮断制御
信号Ｏ８３によって開閉制御され、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っている。

本発明は噴射時期の制御に関するものであり、ディーゼ
ルエンジンに適用する場合には、第２図の電磁弁５４の
制御に係るものである。

なお本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエ
ンジンにも適用することが出来る。

以下詳細に説明する。

第４図は本発明の一実施例のブロック図である。

第４図において、カウンタ１０５は、クランク角センサ
２１からの基準パルス■Ｓ２が与えられた時点でセット
され、その時点以後に入力する単位パルス■Ｓ３を計数
し、リフトセンサ２５からの噴射開始信号■Ｓ７が与え
られるとリセットされる。

したがってカウンタ１０５の出力は基準位置から実際に
燃料噴射が行なわれた位置までのクランク角度に対応し
た値、すなわち噴射時期の実際値に対応した値となる。

この値をＤＡ変換器１０６でアナログ信号に変換し噴射
時期の実際値を示す実際値信号ＩＴｍとして差動増巾器
１０８へ送る。

一方、目標値演算回路１０７は、例えば関数発生回路で
あり、単位パルス■Ｓ３から算出したエンジンの回転速
度と、ポテンショメータ６８（第２図の同符号に相当）
からのスリーブ位置信号工Ｓ。

で与えられるスリーブ（第２図の６０）の実際位置（噴
射量に対応する値）とから噴射時期の最適な目標値を算
出し、それに対応した目標値信号ＩＴｓを出力する。

なお、回転速度及びスリーブ位置と目標値との関係は、
例えば第５図に示すようになる。

第５図の曲線は等目標値曲線であり、矢印方向に向って
大きな値となる。

次に差動増巾器１０８は、目標値信号ＩＴ、と実際値信
号■Ｔｍとの偏差△ＩＴ（△ＩＴ＝Ｉ ＴＳ−ＩＴｍ）
を出力する。

次に可変時定数積分器１０９は、偏差△ＩＴを積分した
積分信号Ｓ６を出力するが、その際、粘性、例えば油温
（燃温）に応じて積分時定数を自動的に変化させる。

このため、燃温センサ２００からの燃温信号■Ｓ１３が
可変時定数積分器１０９に入力されている。

この燃温センサ２００はサーミスタからなり、第１図及
び第２図に同符号で示しであるように噴射ポンプ７のポ
ンプハウジングに取付けられていて、ポンプ室３６内の
燃料の温度に対応した燃温信号■Ｓ１３を出力する。

なお可変時定数積分器１０９の詳細については後述する
。

次に比較器１１１は、ディザ発振器１１０から与えられ
るディザ信号（三角波）Ｓ７と上記の積分信号Ｓ６とを
比較することにより、積分信号Ｓ６の値に比例したデユ
ーティ比をもつパルス信号を出力する。

このパルス信号を噴射時期制御信号Ｏ８５として出力し
、トランジスタロ１等で構成された駆動回路を開閉制御
すれば、噴射時期を制御する電磁弁５４（第２図の同符
号に相当）をデユーティ制御することが出来、したがっ
て実際の噴射時期を目標値に一致させるようにフィード
バック制御することが出来る。

次に、可変時定数積分器１０９について詳細に説明する
。

第６図は可変時定数積分器１０９の実施例図である。

第６図において、比較器１１３と１１４は、そレソレノ
基準電圧ｖ１ 、■２（Ｖｌ＜Ｖ２ ）と■Ｓ１３と比
較し、■Ｓ１３の方が大きいとき高レベルになる信号Ｓ
８．Ｓ９を出力する。

ここで、ＩＳ、５は燃温センサ２００からの燃温信号（
電圧信号）で、燃温センサ２００はサーミスタで低温は
ど高抵抗となるから、低温はど高電圧となる。

またスイッチング回路１１５，１１６は、それぞれ信号
ＳスはＳ９が高レベルになるとオンになる。

一方、演算増巾器１１７、コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１
−Ｒ３は積分回路を構成しており、その積分時定数はＲ
Ｃｌに比例する（ただしＲは川〜Ｒ３の合成抵抗）。

したがって積分時定数はＲの変化に応じて下記のように
変化する。

まず■Ｓ１３＜Ｖｌ＜ｖ２の場合には、スイチング回路
１１５と１１６とが共にオフであるからＲ＝ Ｒ１とな
り、積分時定数はＲＩＣＩとなる。

次にＶ１≦■Ｓ１３＜Ｖ２の場合には、スイチング回路
１１５のみがオンになるので、 更にＶ２≦−ＩＳ１３（７）場合には、両方のスイチン
グ回路１１５，１１６がオンになるので、 すなわち■Ｓ１３が大きくなるほど積分時定数は小さく
なる。

そして■Ｓ１３の電圧は低温はど高電圧となるので、低
温はど積分時定数が小さくなる。

このため、低温時の噴射時期制御の応答性を向上させる
ことが可能となる。

なお上記の実施例においては、積分時定数を３段階に変
化させる場合を例示したが、更に細分化することも容易
である。

。以上説明したごとく本発明によれば、噴射時期制御
機構の油の粘性が大きいとき（例えば油温か低いとき）
には、積分時定数を小さくするので、噴射時期制御の応
答性を向上させることができる。

そのため低温時においても噴射時期を最適値に制御する
ことができるので、排気浄化性能や運転性能を向上させ
ることができ、また騒音を低下させることができる等の
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するディーゼルエンジンの制御装
置の一例図、第２図は噴射ポンプの一例の断面図、第３
図は噴射時期制御系の一例のブロック図、第４図は本発
明の一実施例のブロック図、第５図は噴射時期目標値の
特性側図、第６図は本発明の可変時定数積分器の実施例
図である。 ７００．噴射ポンプ、２１・・・クランク角センサ、２
５、・・リフトセンサ、２７・・・演算装置、３４・・
・フィードポンプ、３５．・・圧力調整弁、３６．−、
ポンプ室、３８・・・高圧プランジャポンプ、３９・・
・プランジャ、４２０．・フェイスカム、４３・・・ロ
ーラリング、４４、・・ローラ、４８・・・プランジャ
、４９・・・シリンダ、４９ａ０．・オリフィス、５０
・・・ケーシング、５１．５２．、・油圧、５１ａ、・
・スプリング、５３・・・燃料通路、５３ａ・・・オリ
フィス、５４・・・電磁弁、５５−、、端面高圧室、５
６０．・通路、５７．・・低圧室、５８・・・スプリン
グ、１０１ ＋＋＋偏差検出回路、１０２・・・制御回
路（積分回路）、１０３・・・噴射時期制御機構、１０
４・・・センサ、１０５．・・カウンタ、１０６６・・
ＤＡ変換器、１０７．、、目標値演算回路、１０８・・
・差動増巾器、１０９・・、可変時定数積分器、１１０
・・・ディザ発振器、１１１，１１３，１１４．、、比
較器、１１５，１１６．、・スイッチング回路、１１７
・・・演算増巾器、２００．・、燃温センサ、Ｉ Ｓ２
．、、基準パルス、ＩＳ３・・・単位パルス、ＩＳ７・
・・噴射開始信号、Ｉ Ｓ１３＋＋＋燃温信号、ＩＳ、
・・・目標値信号、１１ｍ・・・実際値信号、△ＩＴ、
、・偏差、Ｓ６０．・積分信号、Ｏ８５・・・噴射時期
制御信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃料噴射時期の目標値と実際値との偏差を積分した
   信号によって、油圧を用いた燃料噴射時期制御機構を制
   御する内燃機関の燃料噴射時期制御装置において、前記
   偏差を積分する回路の積分時定数を前記燃料噴射時期制
   御機構の油の粘性に応じて変化させる手段を備えたこと
   を特徴とする内燃機関の燃料噴射時期制御装置。