JPS5968532A - デイ−ゼル機関用燃料噴射時期制御装置 - 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】 本発明は、ディーセル機関及び燃料噴射ポンプの運転条
件を電気信号によって検出し、電気的演算手段によって
前記運転条件から目標とずべき燃料噴射時期を演算し、
燃料噴射時期調節手段を帰還制御する制御装置に関する
ものである。

ディーセル機関は圧縮着火機関であり、吸入外気の圧縮
による温度上昇により自己着火するものである。このた
め燃料噴射時期から着火するまでには着火遅れ期間があ
り、機関の出力を有効に取り出すためには、機関の回転
速度に合わせて燃料噴射時期を制御して最適なりランク
シャフト角度で燃焼による圧力を発生させることが必要
である。

この目的のためにディーゼル機関の燃料噴射ポンプには
噴射時期制御機構が設けられている。

しかしながら、着火遅れ期間は、吸入外気の質量流量に
より変化するため、この着火遅れ期間を見込んだ燃料噴
射時期制御を行なわないと、たとえば高地等の吸入外気
条件の変化した状態では機関の出力低下や白煙の吐出等
を招いてしまう。

従来、燃料噴射ポンプ回転軸に取り付けられたウェイト
に発生ずる遠心力とウェイトに作用するスプリング力の
つり合いによって燃料噴射時期を制御する方式や、燃料
噴射ポンプのカムシャフトによって駆動されるフィード
ポンプから送られる燃料圧力の変化によってピストンを
動かし、燃料噴射時期を制御する方式等が考え出され、
実用化されている。これらの場合機関の回転速度によっ
て燃料噴射時期を制御することは可能であるが、吸入外
気質量流量による着火遅れ期間変化も見込んだ燃料噴射
時期の制御（Ｊ不可能であり、吸入外気質量流量が変化
する状態では機関の出力低下や未燃焼ガスの吐出や排気
温度の過上昇等を引きおこすという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、ディーセ
ル機関の電気的制御システムにおいて、吸入外気質量流
量を正確に検出し、目標とずべき燃料噴射時期を機関回
転数、燃料噴射量、吸入外気質量流量から高精度且つ高
速度で演算し、燃料噴射時期調節手段をきめ細かく帰還
制御することにより、排ガス浄化や、燃費改善等が実現
できるディーセル機関用燃料噴射時期（Ｉｌｌ　？３１
１装置の提供を目的とする。

以下本発明になる装置を図面に示す実施例により説明す
る。第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。■
ａ〜１ｊはディーゼル機関Ｂ及び分配型（ＶＥ型）燃料
噴射ポンプへの運転条件を電気信号として検出する運転
条件検出器（センサ）であり、エンジン回転検出器１ａ
、吸入外気体積流量検出器１ｂ、吸気温度検出器１ｃ、
大気圧検出器１ｃ′、エンジン冷却水温検出器１ｄ、ア
クセル１榮作量検出器１ｅ、燃料調節部材位置検出器ｌ
　ｆ、ＥＧＲバルブリフト検出器１ｇ１タイマピストン
位置検出器１ｈ、スタータスイッチ状態検出器ｌｉ、及
びキースイッチ状態検出器１ｊから成っている。

２は燃料噴射ポンプＡの燃料噴射量、燃料噴射時期、及
びディーゼル機関ＢＯＥＧＲ率を制御する演算処理装置
としてのマイクロコンピュータＣの主要ブロワモーフを
なず中央処理ユニソ）　（ＣＩ）Ｕ）であり、３はその
プログラムメモリ及びデータメモリ　（ＲＯＭ、ＲＡＭ
）である。

ＣＰＵ２は噴射量制御機能としζ、運転条件検出器１ａ
〜１ｅより回転数信号、吸入外気体積流量信号、曝気温
度信号、大気圧信号、エンジン冷却水温信号、アクセル
（築作量新香を波形整形回路、あるいはＡ／Ｄコンバー
クを介して人力し、目標噴射量Ｑｆを算出し、Ｄ／Ａコ
ンバータに出力している。位置決めサーボ回路４は、Ｃ
ＰＵ２からＤ／Ａコンバータを通して出力された目標噴
射量指令電圧■８と燃料調節部材（スピルリング）５の
実位置を検出する実位置検出器１ｆからの出力を比較し
て誤差を検出し、誤差信号を処理しζ、誤差を修正する
ように電気的サー　ボ手段としての電磁アクチュエータ
７を駆動する。電磁アクチク４エータ７は位置決めサー
ボ回路４からの信号に応じて燃料調節部材５を動かずも
のであり、リニアソレノイドを使用している。

またＣＰＵ２は燃料噴射時期制御機能として、運転条件
検出器より回転数信号、エンジン冷却水−温信号、吸入
外気体ａｔ流量信号、吸気温信号、大気圧信号を人力し
、前記目標噴射１１Ｑｆとにより目標燃料噴射時期Ｔｆ
　ｉ　ｎを算出する。本実施例においては、ＣＰＵ２は
燃料噴射量についても制御しているため、前記目標噴射
量Ｑｆを燃料噴射量として目標燃料噴射時期Ｔ　ｆ　ｉ
　ｎを算出しているが、実位置検出器１ｆにより実際の
燃料噴射量を検出し、目標燃料噴射時期Ｔｆｉｎを算出
する方式も同様に実現できる。

このタイマピストンによる燃料噴射時期制御機構は第２
図に示す通りである。タイマピストン２１はピンチによ
りローラリング２３と接続されており、タイマピストン
２１が図中左方へ移動するとローラリング２３は右回転
方向に回転し、燃料噴射時期は進角側に変わるものであ
る。２５はベーン型燃料ポンプであり、噴射ポンプの図
示しないドライブシャフトにより回転し、燃料タンクか
ら燃料をポンプ内圧力室２９へ圧送する。２６はオーバ
ーフローチェックバルブであり、ポンプ内圧力室２８の
圧力の過上昇を防ぐためのものである。

ポンプ内圧力室２９内の燃料は機関へ噴射されると共に
、絞りを通りタイマピストン高圧室２０へ導びかれる。

従って、タイマピストン高圧室２０の圧力と、低圧室２
７中のクィマピストンリター／スプリングの力がつり合
う圧力でタイマピストンの位置が決まるためローラリン
グ２３の位置が定まり、噴射時期が決まる。２２はタイ
マピストン位置調節手段としての電磁バルブであり、２
４は実噴射時期検出器としてのタイマピストンの実位置
検出器である。

ＣＰＵ２はこのタイマピストン実位置検出器２４からタ
イマピストン実位置Ｔｐｐを入力する。

さらに前記目標燃料噴射時期Ｔｆｉｎより決定される目
標タイマピストン高圧室Ｔｐｐとタイマピストン実位置
ＴＰＰを比較してその誤差を算出する。

次に誤差を修正するようにタイマピストン位置調整用電
磁バルブ２２を制御する。

ＥＧｆ≧率制御も同様に、運転条件検出器より回転数信
号、吸入外気体積流量信号、吸気温度信号、大気圧信号
、エンジン冷却水信号を入力し、前記目標噴射量Ｑｆと
により目標ＥＧＲ率１ｇｆｉｎを算出する。

ＥＧＲバルブ８は体１図に示す通り、ディーゼル機関Ｂ
の吸、排気管を連通ずる通路に取り付けられており、Ｅ
ＧＲ率はそのバルブリフトにより調節される。Ｂ　Ｇ　
ＲバルブリフトはＥＧＲバルブケースとダイヤフラムに
よって形成される負正室８Ｃ内の圧力と負正室８ｃ内の
スプリング８ａのバネ力のつり合いにより決定され、そ
の圧力を負圧源９と大気に接続された負圧制御弁ＶＳＶ
　１、ＶＳＶ２により制御する。１ｇは実ＥＧＲ率検出
器としてのＥＧＲバルブリフト検出器であり、ＣＰＵ２
はこのＥＧＲバルブリフト検出器からＥＧＲバルブ実リ
フすＥＶｐを入力する。さらに前記目標ＥＧＲ率より決
定される目標ＥＧＲバルブリフトとＥＧＲバルブ実リフ
トを比較してその誤差を算出する。次に誤差を処理して
、誤差を修正するようにＥＧＲバルブ調整用のＶＳＶＩ
を制御する。またＶＳＶ２は急加速時に開き、ＥＧＲを
一時的に停止する。

本実施例では、吸入される外気質量流量を検出するため
に、吸入外気体積流量を計測するエアフローメータ及び
大気状態のずれを検出するための吸気温センサ、大気圧
センサを使用した場合の構成を示している。エアフロー
メータは吸気体ちり流量によってメジャーリングプレー
Ｉ開度が変化し、その開度を可変抵抗器により検出する
方式のものを使用（２ている。

吸気温センサは、エアフロルメータの内部に配置させ′
ζあり、吸入外気体積流量検出器を通過する吸気温を検
出している。また吸入り）気の圧力を検出するために、
大気圧センサを利用しているのはエア：クローメータの
圧力損失が極めて小さいためであ杓、圧力損失が大きい
場合には、吸入外気体積流量検出器を通過する時の吸気
圧力を検出しなければならない。

また第３図に示す様に、吸気管中に熱線ＩＢＩを配置し
２、加熱した熱線からの熱の放散が、吸入空気質量流量
に関係があることを利用して吸入空気質’Ｊ−ｂ！Ｌ量
を検出する熱線式エアフローメータＩＢを使用した場合
も同様に実現できる。なお、ＩＢ２は熱線からの熱の放
散に応した信号を検出、増幅する回路である。

以下第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すフローチャー
１・に従って燃料噴射量、燃料噴射時期、ＥＧＲ率の制
御手順を詳細に記述する。第４図（Ａ）、（Ｂ）はメイ
ンルーチンであり、３０２〜３３１Ａまたは３３１Ｂの
ステップを繰り返し実行している。３０１ステツプは以
後の処理に必要なイニシャルセット等種々の準備をする
。３０２ステツプでは、前記運転条件検出器からの出力
を取り込む。３０３ステツプでは、３０２ステツプで取
り込まれた吸入外気体積流量及び吸気温度及び大気圧よ
り吸入外気質量流ＷｋＧＡｉＲを算出する。

３０４ステツプは、機関の回転数により機関の始動時か
どうかを判定し、目標燃料噴射量演算方法を変えるステ
ップで、機関始動時には３０５ステツプで始動時基本噴
射量ＱＳＴＡを、３０６ステソプでエンジン冷却水温か
らエンジン冷却水温補正量Ｑｗを求め、始動時燃料噴射
量を算出する。

機関始動後は３０８ステツプに進み、回転数とアクセル
操作量により基本燃料噴射量ＱＢＡｓＥを算出する。こ
の求め方は第１図のメモリ３　　（ＲＯＭ）に回転数と
アクセル操作量をパラメータとする２次元マツプを記憶
させておき、そのマツプを検索補間することにより求め
る。

３０９ステツプでは回転数をパラメータとする１次元マ
ツプを検索補間して算出された基本最大制限噴射量を、
３０３ステツプで求めた吸入り１気質量流量Ｇ　Ａｉ　
Ｒで補正し、最大制限噴射量Ｑ　Ｉ。

ＡＸを算出する。次に３１０ステツプで前記基本噴射量
ＱＢＡＳＥと最大制限噴射量ＱＭＡＸを比較して、量の
少ない方を選択し、目標噴射量Ｑｆｉｎとする。ずなわ
ち最大制限噴射量は基本噴射量の上限となる。３１１，
３１２ステツプでは目標噴射量Ｑｆｉｎを目標噴射量指
令電圧ＶＳに対応するテシタル値に変換しＤ／Ａコンバ
ータへ出力している。３１３〜３２３ステツプは燃料噴
射時期を制御するステップである。３１３ステツプは機
関の回転数により、機関の始動時かどうかを判定し、目
標燃料噴射時期演算方法を変えるステップで、機関始動
時には、３１４ステツプで始動時燃料噴射時期ＴＳＴＡ
を算出する。機関始動後は、３１５ステツプに進み、回
転数と目標燃料噴射量Ｑ　ｆ　ｉ　ｎ　Ｃ，：去り、基
本燃料噴射時期Ｔ８ＡｓＥを算出する。３１６ステソブ
ではエンジン冷却水温からエンジン冷却水温補正（Ｉ　
Ｔ　ｗを求め、３１７ステソプでは吸入外気質量流１Ｇ
ＡｉＲがら吸入から吸入外気質量流量補正係数ρを求め
る。

３１８ステツプでは算出された基本燃料噴射時期”ＦＢ
　Ａ　ｓ　Ｅ　ｑエンジン冷却水温補正量Ｔｗ、吸入外
気質量流量補正係数ρから目標燃料噴射時期Ｔｆｉｎを
算出する。３１９ステツプでは、演算された目標燃料噴
射時期Ｔｆｉｎまたは、始動時燃料噴射時期ＴＳＴＡを
目標タイマピストン位置Ｔｒｐに変換する。３２０，３
２１ステツプでは前記タイマビスＩ・ン位置検出器から
データを入力し、タイマピストン実位置ＴＰＰを算出す
る。３２２ステツプでは前記目標タイマピストン位置Ｔ
ＴＰと前記タイマピストン実位ｆＴｐｐとの差を取り、
タイマピストン位置誤差ＴＥＲＲを算出する。そして、
３２３ステツプではこの誤差を処理して、その誤差を修
正するようなタイマピストン位置調整用電磁開弁パルス
幅Ｐ　Ｗ　Ｔを算出する。

３２４〜３３１Ａまたは３３１ＢステツプではＥＧＲ率
制御ステップであり、３２４ステツプでは回転数と目標
燃料噴射量Ｑｆｉｎにより、基本ＥＧＲ率ＥＢＡＳεを
算出する。３２５ステツプでは吸入外気質量流量ＧＡｉ
Ｒから吸入外気質量流量補正係数εを求める。次に３２
６ステソプでは算出された基本Ｆ、　Ｇ　Ｒ率巳ＢＡＳ
ｉＥと吸入外気質量流量補正係数εから目標Ｅ　Ｇ　Ｒ
率Ｅｆ　ｉｎを算出する。３２７ステソプでは演算され
た目標ＥＧＲ率Ｅｆｉｎを目標ＥＧＲバルブリフトＥＴ
Ｐに変換する。３２８，３２９ステツプではは前記ＥＧ
Ｒバルブリフト検出器からデータを入力しＥＧＲバルブ
実リフ）Ｅｐｐを算出する。３３０ステップでは前記目
４票Ｅ　Ｇ　Ｒバルブリフ）Ｅ丁Ｐと前記Ｅ　Ｇ　Ｒバ
ルブ実すフトＥＰＰとの差を取り、ＥＧＲバルブリフト
誤差ＥＥＲＲを算出する。３３１ステ、プではアクセル
操作量の変化等から急加速時か否かを判定し、急加速時
であれば３３１ＢステップでＩＥ　Ｇ　Ｒバルブリフト
調整用ＶＳＶ２開弁パルスを出力する。急加速時でなけ
れば３３１ステツプでこの誤差を処理して、その誤差を
修正するようなＥＧＲバルブリフト調整用ＶＳＶＩの駆
動パルス幅ＰＷｃ＋を算出する。

またメインルーチンの外に定時割込みルーチンを持ち、
第４図（Ｃ）にそのフローチャートを示す。この定時割
込みルーチンは一定時間毎の／＜ルス信号によりその処
理を開始する。まず３３２ステツプでは一定時間毎の機
関エンスト検出処理等の定時割込み処理を行なう。３３
３ステ・ノブでは３２３ステツプで演算されたパルス幅
Ｐ　Ｗ　Ｔをカウンタに出力し、そのパルス幅の制御信
号をタイマピストン位置調節用電磁バルブに出力する。

３３４ステツプでは、同様に３３１ステツプで演算され
たパルス幅ＰＷＥＩをカウンタに出力し、そのパルス幅
の制御信号をＥＧＲバルブリフト調整用ｖｓｖ　ｉに出
力する。すなわち定時割込み毎にあるパルス幅のパルス
を出力するため、定時割込み周期毎のパルスデューティ
−を制御することになる。

以上詳細に説明したように本発明は、ディーセル機関用
の燃料噴射ポンプの燃料噴射時期を制御するシステムに
おいて、機関回転速度と燃料噴射量によって算出される
基本燃料噴射時期を、大気圧等を考慮して正確に検出さ
れた吸入外気質量流量により補正して目標燃料噴射時期
を演算し、燃料噴射時期調節手段を帰還制御しているの
で、吸入外気質量流量の変化に応じて、適確な燃料噴射
時期に燃料を噴射でき、その結果従来の燃料噴射ポンプ
では防ぐことのできなかった機関の出力低下や白煙吐出
等の問題点を解決できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
第１図中の噴射時期制御機構の断面構成図、第３図は第
１図中の役人外気質量流量検出手段の他の例を示す構成
図、第４図（Ａ）２、（Ｂ）、（Ｃ）は第１図に示す装
置の制御手順を示すフローチャートである。 １ａ・・・回転速度検出器、１ｂ・・・吸気流量検出器
。 １ｃ・・・岐気温度検出器、１０′・・・大気圧検出器
。 １ｄ・・・冷却水温検出器＋１’３・・・アクセル操作
量検出器、１ｆ・・・燃料調節部材位置検出器、ｌｈ・
・・タイマピノ、トン位置検出器、ＩＢ・・・熱線式エ
アフローメータ、２・・・中央処理ユニット、３甲メモ
１ハ　４・・・位置決めサーボ回路、５・・・燃料調節
部材、７・・・電磁アクチュエータ、２２川タイマピス
トン位置調整用電磁バルブ、Ａ・・・燃料噴射ポンプ、
Ｂ・・・ディービル機関、Ｃ・・・演算処理装置。 代理人弁理士　岡　部　　　隆

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ディーゼル機関用燃料噴射ポンプによる機関への
   燃料噴射時期を調節する噴射時期調節手段と、機関の運
   転条件を電気信号として検出する運転条件検出器と、前
   記燃料噴射ポンプの燃料噴射時期に応じた実噴射時期信
   号を発生する実噴射時期検出器と、前記運転条件検出器
   からの電気的信号に応じて記憶手段に記憶された演算プ
   ログラムに従って目標噴射時期を算出すると共に前記実
   噴射時期の前記目標噴射時期に対する誤差を修正するよ
   うに前記燃料噴射時期調節手段を操作する演算処理装置
   とを備え、前記運転条件検出器は、機関に吸入される外
   気の質量流量を検出する吸入外気質量流量検出手段及び
   機関回転速度を検出する回転速度検出器及び機関の燃料
   噴射量を検出する燃料噴射量検出手段を有すると共に、
   前記演算処理装置は機関の回転速度と燃料噴射量とに応
   じて算出される基本目標噴射時期を少なくとも前記吸入
   外気質量流量に応して算出される吸入外気質量流量補正
   係数で補正して前記目標噴射時期を算出することを特徴
   とするディーゼル機関用燃料噴射時期制御装置。
2. （２）前記吸入外気質量流量検出手段として、機関に吸
   入される外気の体積流量を検出する吸入外気体積流量検
   出器及び機関に吸入される外気の温度を検出する吸気温
   度検出器及び機関に吸入される外気の圧力を検出する大
   気圧検出器を備えることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の燃料噴射時期制御装置。
3. （３）前記吸入外気質量流量検出手段として、吸気管内
   に熱線を配置し、加熱された熱線からの熱の放散に応じ
   て吸入外気質量流量を検出する熱線式吸入外気質量流量
   検出器を備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の燃料噴射時期制御装置。