JPS6055695B2 - 燃料噴射時期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はディーゼル機関の燃料噴射時期制御装置に関す
るものである。

近年、ディーゼル機関においても排気ガスの浄化及び燃
費の改善に対する社会的要求が高まつて来ており、それ
には機関の運転状態に応じてきめ細かくかつ精度良く燃
料噴射時期を制御する事が一つの有効な手段であり、そ
れを実現する燃料噴射時期制御装置が望まれている。

そこで機関の回転数、噴射量等の運転状態を電気的な運
転状態検出器で検出すると共に、その運転状態に応じて
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
時期制御装置が例えば特開昭５３−６５５２８号公報に
示されるように提案されているが、この種の装置では噴
射時期調節機構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ことにより、制
御結果、を帰還し、演算した目標値と比較し噴射時期の
誤差を修正する構成であり、噴射系のバラツキ及び経時
変化等に対しては適応能力を持つているが、機関の圧縮
比のバラツキ及び経時変化あるいは燃料性状の違いによ
る着火時期の変化に対して適応フ能力を持たないという
問題があつた。

また、従来特開昭５０−１５３１３７号公報に示される
ように、火花点火機関において燃焼工程の第２段階の時
期（即ち、燃焼圧力が最大となる時期）を圧力、光検出
器等で検出し、この燃焼圧力が最大となる時期を一定の
クランク軸角度と比較し、その誤差に応じて燃焼圧力が
最大となる時期を常に一定のクランク軸角度に保つよう
に制御するものが提案されており、燃費の向上を目ざし
たものである。

しかしながら、この従来技術では、ディーゼル機関特有
の問題である例えば燃焼騒音、振動の低減を実現すべく
、燃焼の開始時期をディーゼル機関の要求特性に合わせ
て任意にかつきめ細かく変更することは困難てある。

そこで本発明においては、ディーゼル機関の気筒内に噴
射された燃料が実際に燃焼し始める燃焼開始時期を燃焼
の際発生する光により検出すると共に、回転数と負荷（
例えば燃料噴射量）とをパラメータとする二次元マップ
の記憶値に応じて演算された目標燃焼開始時期に対して
実燃焼開始時期の誤差検出を行い、その誤差に応じて噴
射時期調節手段の電磁弁の開閉状態を制御して誤差を修
正する噴射時期制御装置を提案するものであり、ディー
ゼル機関のバラツキ、噴射系の経時変化あるいは圧縮比
のバラツキ、燃料性状の違いの影響を受ける事なく、設
定された燃焼開始時期を常に精度良く実現すると共に、
燃焼の開始時期を機関効率だけでなくディーゼル機関特
有の問題である、例えは騒音、振動低減等の狙いに合わ
せて任意に設定できるようにすることを目的とする。

以下、本発明を図に示す一実施例について説明．する。
第１図は全体の構成図てあり、１は運転状態検出器てあ
り、機関の回転数、機関へ噴射される燃料量、吸気密度
を求めるための吸気圧及び吸気温度、及ひ機関の冷却水
温度等を検出し電気信号を発生するものである。２は機
関のクランクシ５ヤフト位置を検出する検出器であり、
クランクシャフトの一定回転角で基準位置信号すなわち
基準燃焼時期信号を発生する。

３は光検出器てあり、機関の気筒内に噴射された燃料が
実際に燃焼し始める時期を燃焼の際発生する光により検
出するも１のであり、クランクシャフト位置検出器２と
共に実燃焼時期検出器を構成する。

４は電気的制御手段であり、前記基準燃焼時期信号とし
てのクランクシャフト位置信号を基準とし前記運転状態
検出器１からの検出信号を制御パラメータとして機関に
対する最適の噴射時期目標値すなわち燃焼時期目標値を
算出すると共に、前記光検出器３からの検出信号と比較
し、前記目標燃焼時期に対する実燃焼時期の誤差に応じ
て、その誤差を修正する電気的出力を発生する。

５は噴射時期調節手段てあり、電気的制御手段からの電
気的出力にて駆動され前記基準燃焼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は燃料噴射ポンプであ１り、７はディーゼル機関であ
る。

運転状態検出器１において、機関の回転数は機関のクラ
ンク軸に係動する歯車状インダクタに電磁ピックアップ
を対向させ回転数に比例したパルス数として検出できる
が、本実施例では基準燃焼・時期信号の周期より算出す
るようにしている。

機関へ噴射される燃料量すなわち噴射量は噴射量センサ
１５により検出され、具体的には燃料噴射ポンプの燃料
調節部材の位置を位置検出器にて電気信号として求め検
出する。位置検出器としてはポテンシヨンメータあるい
は差動トランス等適用可能であり噴射量に比例した信号
が得られる。吸入空気量を求めるための吸気圧センサ１
８としては半導体圧力センサ及び吸気温度センサ１７と
してはサーミスタ等適用可能であり、さらに機関の冷却
水温度センサ１６としてはサーミスタが適用可能である
。また機関のクランクシャフト位置検出器２はクランク
シャフトに係動するインダクタを配設し、電磁ピックア
ップにて基準位置を検出し基準燃焼時期信号を得る。

この基準燃焼時期信号は回転数信号として兼用している
。光検出器３としてその一実施例を第２図に示す。

本実施例においては、光検出素子としてフォトトランジ
スタを用いている。１０は機関のシリンダヘッドであり
、光検出器３が取付可能なネジ穴が設けてある。

１１はハウジング、１２は燃焼光が透過可能なサファイ
アであり、振動及び熱に充分耐えるもので、ハウジング
１１に固定されている。

１３は光検出素子としてのフォトトランジスタ１４が取
付けられている電気的絶縁板であり、１４ａ，１４ｂは
その電極である。

今燃焼室に燃料が噴射され、燃焼が始まると、その燃焼
光はサファイア１２を透過し、フォトトランジスタ１４
に達し、電極１４ａ，１４ｂ間に燃焼の電気信号が得ら
れる。

この燃焼信号が実燃焼時期信号である。次に電気的制御
手段４について、そのブロック構成の一例を第３図に示
す。

電気的制御手段４は中央処理ユニット（ＣＰＵ）４１、
メモリ（ＲＯＭ）４４及びメモリ（ＲＡＭ）４５を主要
素とするマイクロコンピュータを内蔵し、クランクシャ
フト位置センサ２の出力信号及び光検出器３の出力信号
を波形整形する波形整形回路４２、運転状態検出器１か
らの各種アナログ入力信号Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器
４３、及びＣＰＵ４ｌからのパルス出力信号を増巾し、
噴射時期調節手段５を駆動可能とする電気信号を得るた
めの駆動回路４６を備える。

次に噴射時期調節手段５について、本発明をボツシユ分
配型燃料噴射ポンプに適用した場合について説明する。

第４図はボツシユ分配型燃料噴射ポンプの要部断面構成
図である。タイマピストン５１はレバー５４でローラー
リング５３と接続されており、タイマピストン５１が図
中左方へ移動するとローラリング５３は右回転方向に回
動し、燃料噴射時期は進角側に変わるものである。５５
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Ａへ圧送する。

５６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Ａの圧力の過上昇を防ぐものである。

ポンプ内圧力室Ａ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Ｂへ導かれる。従つてタ
イマピストン高圧室Ｂの圧力と低圧室Ｃ中のタイマピス
トンリターンスプリング５２の力のつり合う位置でタイ
マピストン５１の位置が定まるためローラリング５３の
位置が定まり噴射時期が決まる。５７は圧力調整弁であ
りタイマピストン高圧室Ｂの圧力を電気的制御手段４か
らの駆動パルスの０Ｎ−ＯＦＦの時間比率を変える事に
より開閉時間比率を変えて制御し、タイマピストン位置
すなわち噴射時期を決める。

・従つて電気的制御手段４は噴射量を間接的に検出する
噴射量センサとしてのスピルリング位置センサ１５、エ
ンジンの暖機状態を検出する冷却水温センサ１６、エン
ジンに吸入される空気量を検出するための吸気温センサ
１７及び吸気圧センサ１８からの運転状態を示す各検出
信号を入力し、エンジンの運転状態に最も適した目標燃
焼時期を算出すると共に、実燃焼時期と前記目標燃焼時
期との誤差を求め、この誤差値に応じて圧力調整弁５７
の開弁時間を変化させ、タイマピストン高圧室Ｂの圧力
を制御する事により、タイマピストン５１を移動させ、
噴射時期をフィードバック制御する。次に実燃焼時期の
算出方法について第５図に示すタイミングチャートにそ
つて説明する。ａはクランクシャフト位置をクランクシ
ャフト位置センサ２としての電磁ピックアップにて検出
した出力波形であり、本実施例においては４気筒エンジ
ンの場合について図示している。この信号ａはエンジン
クランクシャフトが１８００回転する毎にＴＤＣ（上死
点）位置で発生する。ｂはクランクシャフト位置センサ
２の出力信号ａが波形整形回路４２にて波形整形された
信号である。ｃは実燃焼時期を検出する光検出器３のフ
ォトトランジスタの出力信号であり、シリンダ内に燃料
が噴射され燃焼しはじめる時期を検出する。ｄは光検出
器３の出力信号を波形整形回路４２にて波形整形した出
力波形である。前記ｂ及びｄの信号がＣＰＵ４ｌの入力
ボートに印加され燃焼時期が算出される。今マイクロコ
ンピュータとしてワンチップマイクロコンピュータを用
いた場合には、第３図の回路ブロック図においてＣＰＵ
４ｌ、メモリＲＯＭ４４及びメモリＲＡＭ４５はワンチ
ップで構成される。例えば富士通（株）社製の回路番号
ＭＢＬ６８ＯｌＷ２等が適用可能であり、その場合には
クランクシャフト位置センサ２の波形整形された出力信
号をイｌンプツトキヤプチヤレジスタ＃１へ、又光検出
器３の波形整形された出力信号をインプツトキヤプチヤ
レジスタ＃２へ印加する様に構成すれば実現可能である
。すなわちｄ信号の立上りがｂ信号の立上りによりＴ１
時間だけ早いと、ＴＡ＝（１８０×・Ｔ１）／ＴＮ度に
て求められるＴＡ度進角している。ここでＴＡは実際の
燃焼時期であり、ＴＮはエンジンクランクシャフトが１
１２回転、すなわち１ａ度回転する時間である。又ｄ信
号の立上りがｂ信号の立上りよりＴ２時間だけ遅いとす
るとＴＡ＝（１８０フ×Ｔ２）／ＴＮ度遅角として実際
の燃焼時期が求められる。ここで遅角の場合の実際の燃
焼時期の算出方法は、ｄ信号はｂ信号に対して時間的に
遅く発生するため、進角の場合と同様にｄ信号とｂ信号
の時間差を測定するとＴ２″を計測する事となる。従つ
て実際のエンジンの進角量よりも極端に大きな値を算出
した場合にはＴ２＝ＴＮ−Ｔ２″の演算を行い、Ｔ２を
遅角値としてＴＡを求める。すなわちエンジンの進角量
が最大１０度クランクアングル及び進角量が最大３度ク
ランクアングルとすると、遅角の場合にはＴ２″より求
めたＴＡは１８０度に近い値となり実際に取り得る値で
ないため、ある設定値をたとえばＴＳ＝１０値としＴ２
″〉Ｔｓの場合にはＴ２＝ＴＮ−Ｔ２″の演算を行い遅
角として実際の燃焼時期を算出する。以上述べた方法は
クランクシャフト位置信号がエンジンのＴＤＣにて検出
されている場合である。次に実際の燃焼時期の算出の他
の方法として、クランクシャフト位置信号をエンジンの
ＴＤＣより実際取り得る値より大き目の遅角側にて発生
させる方法について説明する。

すなわち実用上最大遅角量が３度とすると余裕を取つて
遅角側１０度にて発生させる様に構成すると常にＴ１の
計測のみ行う事となりＴＡ＝（（１８０×Ｔ１）／ＴＮ
）−１０度にて実際の燃焼時期が求められる。ここでＴ
１の値が実用上取り得る値に余裕をもつて定められた設
定値の範囲外の値を読み込んだ場合には、制御系に何ら
かの異常が発生したかあるいは外系ノイズによる誤動作
と見なしその値を無視して１回前の値にて制御を行うか
、又は連続して発生する様な場合にはダイアグノーシス
（自己診断）及びフエールセーフ処理として、ある固定
値をＴＡに入れて計算する。次に上記構成による装置の
作動を第６図に示すフローチャートに添つて説明する。

ステップ１０．１では、エンジン回転数ＮＯを算出する
ためにクランクシャフト位置センサ２からの信号の周期
ＴＮよりＮＥ＝６０／（ＴＮ×２）Ｒｐｍを求める。ス
テップ１０２ではエンジン運転状態信号の読み込みを行
う。すなわち噴射量センサ１５としてのスピ．ル位置セ
ンサからの噴射量信号Ｑ，、エンジン冷却水温センサ１
６からの水温信号、吸気温センサ１７からの吸気温信号
及び吸気圧センサ１８からの吸気圧信号をＡ／Ｄ変換器
４３にてＡ／Ｄ変換し、各々対応するＲＡＭ４５上に記
憶する。ステ・ノブ１０３ではエンジン回転数Ｎεと噴
射量ＱＴとから基本燃焼時期の２次元マップより公知の
４点の線形補間計算を行つて基本燃焼時期ＴＢを求める
。第７図に基本燃焼時期マップの例を示す。Ｔｍｎが格
子点における基本燃焼時期のデータである。次に吸気圧
、吸気温により吸気密度補正を行うと共に、エンジン冷
却水温により、水温補正を行つて目標燃焼時期ＴＮを算
出する。ステップ１０４ではクランクシャフト位置信号
と実燃焼信号とから実燃焼時期ＴＡを前述した方法にて
算出する。

ステップ１０５では、ステップ１０３で求めた目標燃焼
時期ＴＭとステップ１０４で求めた実燃焼時期ＴＡより
誤差ＴＥＲＲ＝ＴＭ−７ＴＡを算出する。ステップ１０
６では、ステップ１０５にて算出した誤差の正負の判定
を行う。Ｔ９〉ＴＡの場合Ｔｒ：ＲＲ〉０となり、ステ
ップ１０９へ飛びデューティ（Ｄｕｔｙ）比を増加させ
圧力調整弁５７の０ＦＦ時間を増加させてタイマピスト
・ン５１の位置を進角側に移動させる。又ＴＭ＜ＴＡの
場合ＴＩＥｌＲＲ＜Ｏとなり、ステップ１０８へ飛びデ
ューティ比を減少させ、圧力調整弁５７のＯＦＦ時間を
減少させて、タイマピストン５１の位置を遅角側に移動
させる。ＴＭ＝ＴＡの場合ＴＥＲＲ＝０となりデューテ
ィ比は前回と同じ値を出力する。すなわち目標値ＴＭに
対して実測値ＴＡが遅れている場合は調整弁５７は０Ｆ
Ｆ時間を長くしてタイマピストン高圧室Ｂの圧力を上け
、タイマピストン５１を進角側へ移動させ燃焼時期すな
わち噴射時期を進め目標値に一致させる。以下圧力調整
弁制御周期毎にステップ１０１から１０９の処理を繰返
す。なお、光検出器３としては上述した構造のもの以外
に種々の構造のものが適用可能てあり、一例えば燃焼室
の光を光ファイバ等により所定位置まで導き、その後光
一電気光換を行なうようにしてもよい。

以上述べた如く本発明は、ディーゼル機関の気筒内に噴
射された燃料が燃焼し始める燃焼開始時期を光検出器に
より電気信号として検出すると共に、回転数と負荷とを
パラメータとする二次元マップの記憶値に応じて演算さ
れた目標燃焼開始時期に対して実燃焼開始時期の誤差検
出を行い、その誤差に応じて噴射時期調節手段の電磁弁
の開閉状態を制御した燃焼時期の実測値を目標値に一致
させる様に制御するため、ディーゼル機関及び燃料噴射
系のバラツキ、経時変化及び圧縮比のバラツキ、燃料性
状の違いの影響を受ける事なく設定された燃焼開始時期
すなわち噴射時期を常に精度良く実現する事ができ、ま
た、例えば排気浄化、燃費の低減、騒音、振動低減等の
運転状態に応じた要求特性に合わせて燃焼開始時期を任
意に設定し制御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の全体構成を示すブロック図
、第２図は第１図中の光検出器の例を示す構造説明図、
第３図は第１図中の電気的演算手段の例を示す構成図、
第４図は本発明を分配型燃料噴射ポンプに適用した楊合
の噴射時期調節手段の構造説明図、第５図は実燃焼時期
の算出方法を説明するタイミングチャート、第６図は電
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７図は基本燃焼時期の２次元マップを示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ディーゼル機関の回転数と負荷を含む運転状態を検
   出する運転状態検出手段と、燃料噴射ポンプによる機関
   への燃料の噴射時期を電磁弁の開閉状態を制御して調節
   する噴射時期調節手段と、機関の気筒内に噴射された燃
   料が実際に燃焼し始める燃焼開始時期を燃焼の際発生す
   る光により検出する実燃焼開始時期検出手段と、前記運
   転状態検出手段により検出された回転数と負荷とをパラ
   メータとする二次元マップの記憶値に応じて目標とする
   前記燃焼開始時期を算出し、この目標とする燃焼開始時
   期と前記実際の燃焼開始時期との誤差に応じてこの誤差
   を修正するように前記噴射時期調節手段の電磁弁の開閉
   状態を制御する電気的制御手段とを備えることを特徴と
   する燃料噴射時期制御装置。