JPS61164055A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディーゼル機関の噴射時期を位相差及び着火
時期の偏差に基づいて制御する燃料噴射時期制御装置に
関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の燃料噴射時期制御装置として、例えば特
開昭５８−７００２９号公報に示されるように、気筒内
に噴射された燃料が実際に燃焼し始める時期を、光によ
り検出する実燃焼時期検出器を備え、該検出器より得ら
れる実燃焼時期を目標燃焼時期に一致させるべく、フィ
ードバック制御を行なうシステムが考案されている。ま
た、このようなシステムにおいて、燃料無噴射時や実燃
焼時期検出器の不具合等で、実燃焼信号が検出できない
状態では、特開昭５８−２０９３５号公報に示されるよ
うに、燃料噴射時期調節手段の前後の回転位相差により
制御を行なう方法や、特開昭５９−１５３９４２号公報
に示されるように、制御をオープンループ制御に切り換
える方法等が考案されている。

（発明が解決しようとする問題点） 前述した光による実燃焼時期検出器は、燃料無噴射時は
もちろんのこと、噴射量が少なくて着火光が微弱な時や
、すす等で検出窓が汚れてしまった場合等、着火信号が
良好に検出できなくなる状態が頻繁に発生すると考えら
れる。この時、従来の技術では、精度の低いオープンル
ープ制御や、ポンプの機械的誤差やエンジン機差・経年
変化等に対処が困難な回転位相差制御に切り換えられて
しまう。従って、従来からの着火による噴射時期制御装
置は比較的制御精度の低い状態が発生するという問題点
がある。

そこで本発明では、制御の主要な部分を燃料の噴射時期
を示す噴射位相差により行ない、全運転領域で安定した
フィードバック信号を得ると共に、ポンプの機械的誤差
やエンジン機差・経年変化等に対処する為の補正項を設
け、該補正項を着火信号が安定して得られる運転状態に
おいて修正保持（学習）し、この学習した補正項で前記
噴射位相差による制御を補正することにより、全運転領
域で精度の良い噴射時期制御を可能にすることを目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 第１図に本発明の概略構成を示す。まず、実位相差検出
手段１０１は噴射ポンプの実噴射時期を示す実位相差を
検出する。また、運転状態検出手段からの信号から目標
位相差演算手段１０５は目標噴射時期に対する目標位相
差を算出する。次に、後述する補正項演算手段１０８に
より算出された補正項と前記目標位相差と前記実位相差
とから、出力値演算手段１０９は噴射時期調節手段１１
１を制御する為の出力値を演算する。

一方、補正項学習時期演算手段１０４は運転状態検出手
段１０２からの信号に基づき、補正項を学習するべき時
期を検出する。該学習時期は例えば着火光を検出する着
火時期検出手段１０３が安定して着火時期を捕らえるこ
とができる運転領域に設定されている。目標着火時期演
算手段１０６は前記運転状態検出手段１０２からの信号
より目標着火時期を算出し、実着火時期演算手段１０７
は、実着火時期検出手段１０３からの信号と基準位置検
出手段からの信号より、実着火時期を算出する。補正項
演算手段１０８は、前記学習時期が検出されている間は
、前記目標着火時期と実着火時期が一致するべく補正項
の値を増減して、一致した時の値を新たな補正項として
保持する（学習する）。前記学習時期が検出されなくな
ると補正項演算手段は、補正項の値を学習値に固定する
。

（実施例） 以下この発明を図に示す実施例により説明する。

第２図において、１はディーゼル機関であって、分配型
燃料噴射ポンプ２から圧送された燃料は燃料噴射ノズル
７から各気筒内に噴射される。燃料噴射ポンプ２の燃料
噴射時期は電気−油圧式タイマと呼ばれる噴射時期調節
手段３により調整される。

基準位置検出器４は、機関１の基準クランク位置を検出
するもので、機関１のクランク軸と同期して回転する歯
車及びこれに対向している電磁ピンクアンプからなる。

この基準位置検出器４は、機関回転数を測定するものに
も利用される。

着火時期検出器５は、例えば、第４図に示すような構造
のものを用いる。中空筒状の耐熱性物質からなるハウジ
ング５８の中空部に、光透過性物質よりなる棒状体、例
えば石英ガラスのような耐熱ガラス棒５９を貫通設定し
て構成されるもので、このガラス棒５９は適宜接着材４
１を用いてハウジング５８の中空部内に接着固定する。

この場合、耐熱ガラス棒５９は、ハウジング５８の先端
部より１〜５ｍｍ程突出して設定され、この突出部が着
火光検出部とし゛て作用するようになる。

ハウジング５８の基端部には、ガラス棒５９を伝達して
くる着火を検知するフォトトランジスタのような受光素
子６１が、ガラス棒５９の軸線方向に整合して設けられ
、ガラス棒５９を伝播した着火光を検知して電気信号に
変換するように構成している。

第５図に着火時期検出器を渦流室式ディーゼル機関に取
付けた様子を示す。６２はシリンダヘッド、６３はピス
トン、６４は排気バルブ、６５は渦流室、７は燃料噴射
ノズルを表す。図に示したように着火時期検出器５はシ
リンダヘッドを貫通してシリンダヘッド６２にネジ締め
される。この際着火時期検出器５の着火光検出部は燃料
噴射ノズル７より噴射される燃料噴霧があたり、付着す
る煤などを洗浄できるような位置が好ましい。

なお、着火時期検出器としては光取外に燃焼圧あるいは
イオン電流等を検出するものでもよい。

また、噴射量検出器６Ａは、燃料噴射ポンプ２の実際の
燃料噴射量もしくは目標とする噴射量を検出するもので
、例えばスピルリングの位置を測定する検出器からなる
。温度検出器６Ｂは、機関の燃料温を検出するものであ
り、アクセル位置検出器６Ｃはアクセル踏込量を検出す
るものである。

位相検出器６Ｄは噴射時期調節手段３により変更可能な
噴射時期を示す実噴射位相差を検出するもので、基準位
置検出器４からの信号との位相差により検出する。

電子制御ユニット１０は、Ａ／Ｄ変換器１１、波形整形
回路１２，１３、マイクロコンピュータ１４、及び出力
回路１５からなる。マイクロコンピュータは、８あるい
は１２ビツトのデータを処理するもので、ＣＰＵ、メモ
リ、タイマーなどを有している。

そして、電子制御ユニット１０は、出力回路１５より適
当なデユーティ比を持つパルスを噴射時期調節手段３に
与え、燃料噴射時期を制御する。

噴射時期調節手段３は、例えば第３図に示すような構成
となっている。第３図において、タイマピストン３０は
ピン３１でローラリング３２と接続されており、タイマ
ピストン３０が図中左方へ移動するとローラリング３２
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。

３３ば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３４へ圧送する。圧力室３４内の燃
料は機関へ噴射されると共に絞りを通りタイマーピスト
ン高圧室３５へ導かれる。従って高圧室３５の圧力と低
圧室中のリターンスプリング３６の力のつり合う位置で
タイマピストン３０の位置が定まるためローラリング３
２の位置が定まり、噴射時期が決まる。３７は圧力調整
用の電磁弁であり高圧室３５の圧力を電磁制御ユニット
１０からの駆動信号により開閉時間比率を替えることに
より制御し、タイマピストン位置すなわち噴射時期を決
める。

実噴射量検出器６Ａを示す第６図において、２１は噴射
ポンプのスピルリング、２２はプランジャであり、図示
しないフェースカムによりプランジャ２２は回転しなが
ら左右に移動し、燃料を圧送、分配する。検出器６Ａの
可動コア６１はレバーを介してスピルリング２１に一体
に固定されており、筒状ボビンの外周に二対のコイル６
２が巻かれており、本体は固定ネジ６３にてポンプヘッ
ドに固定されている。コアが二対のコイルの中を摺動す
ることでコイルのインダクタンスが変化することを利用
しており、スピルリング２１は燃料噴射量が少ない場合
は図中左方に位置し、燃料噴射量が多く必要な場合には
右方に位置すべく動く。

従って燃料噴射量が多い場合には出力電圧値は低く、例
えば１ｖであり、又アイドル運転状態の場合の様に噴射
量が少ない場合にはスピルリング２１は左方に移動し、
コア６１のストロークは大きくなり例えば出力電圧は３
ｖとなるように作動する。

電子制御ユニット１０において、Ａ／Ｄ変換器１１はア
ナログ入力端子に応じたディジタル信号を出力するタイ
プのもので、実噴射量に応じた幅のパルス信号を出力す
る。また、冷却水温検出器、アクセル検出器のアナログ
出力を適当なビット数のディジタル信号に変換する。

また、電子制御ユニット１０において、入力回路１２は
第７図に示すようであり、着火時期検出器５のフォトト
ランジスタ６１には入力された光の強さに応じた電圧が
発生し、これを増幅回路５４により増幅し、波形整形回
路５５により矩形波に変換する。しかして、Ｂ点に発生
する出力電圧Ｖｃは第９図（ｃ）のようになる。

入力回路１３および１３゛の例を第８図に示す。

第８図において、４１は基準位置検出器４のクランク軸
に同期して回転する歯車、４２は検出器４の電磁ピック
アップで、電磁ピックアップ４２からは上死点後の所定
の基準クランク位置で第９図（ａ）に示すような交流信
号を出力する。

そして、この交流信号が入力回路１３に入力されると波
形整形されて第９図（ｂ）に示すような周期Ｔ、のパル
ス信号ｖｂが出力される。なお、位置検出器４の検出信
号を入力回路１３を通してマイクロコンピュータ１４へ
入力し、マイクロコンピュータ１４でパルス間隔Ｔ、を
カウントすることにより機関回転数が算出する。また、
着火時期検出器５の検出信号を入力回路１２を通してマ
イクロコンピュータ１４に入力して位置検出器４の検出
信号のパルスとの差ＴＴＦをカウントし、かつ回転数を
考慮に入れれば基準クランク位置から実際の燃料の着火
までにかかったクランク角度、即ち基準クランク位置に
対する実燃料着火時期が求まる。

一方、位相検出器６Ｄと、入力回路１３゛は第８図で示
した基準位置検出器４の場合と構成は同じである。ただ
し、第１８図に示すように、歯車６Ｄ１はポンプの駆動
軸に取り付けられており、電磁ピンクアップ６Ｄ２は、
ローラリング３２に取り付けられており、噴射時期を変
更するとローラリング３２と共に電磁ピックアップ６Ｄ
２もポンプ駆動軸まわりに回動し、発生する信号の位相
が変わるようにセットされている。出力信号Ｖｄは第９
図（ｄ）に示すような波形となり、基準位置検出器の信
号である第９図（ｂ）の波形との位相差’ｒｐから実噴
射位相差を検出する。

第１０図〜第１６図にマイクロコンピュータが行なう処
理をフローチャートで示し、このフロー゛　　にそって
説明する。第１ｄ図はメインルーチン、第１１図〜第１
６図は各種割込みルーチンを示している。

第１０図において電源投入時に必要な初期化をＰｌで行
なう。（例えば後述するΔＴをクリアする等。）次にス
テップＰ２では位置検出器４の出力パルス周期Ｔ、の逆
数をとり、定数をかけることにより回転数Ｎｅを求める
。この際第９図（ｂ）で示す位置検出器４の出力パルス
の立ち上がりで割込みがかかるようにしてあり、第１１
図で示す基準位置割込みルーチンに従ってパルス周期Ｔ
Ｎが決まっている。即ち、基準位置割込みルーチンでは
第９図（ｂ）に示すパルスの立ち上がり時点でのタイマ
ーの値ｔｉをＲ１で読込み、前サイクルでのタイマー値
ｔｉ−１と差をＲ２で演算して周期ＴＮ（＝ｔ　ｉ−ｔ
　ｉ　−、）を求め、Ｒ３で基準クランク位置に対する
実位相差７’、　　（＝ｔｉ　−ｔｘ）を求める。

なお、第９図（ｄ）に示す位相検出器６Ｄからのパルス
信号の立ち上がり時点での第１２図に示す位相信号割込
みルーチンが起動される。このルーチンで第９図（ｄ）
に示すパルスの立ち上がり時点でのタイマー値１をＲ４
で読込んでおき、Ｒ３における計算にこの値ｔいを使用
する。

ステップＰ２の次に実際の燃料噴射量ＱをＲ３で算出す
る。この際第１４図で示す定時割込ルーチン１で行なう
Ａ／Ｄ変換スタート後のＡ／Ｄ変換器の変換終了時にプ
ログラム割込みがかかるようにしてあり、第１５図で示
すプログラム割込みルーチンで求めた時差Ｔ、から実噴
射量Ｑを求める。即ち第１４図の定時割込みルーチン１
は一定時間毎に割込みがかかって起動され、起動時のタ
イマーの値ＴｓＴをＲ７で読込む。Ａ／Ｄ変換器１１は
この時点でＡ／Ｄ変換を開始する（Ｒ８）。

プログラムはメインルーチンにもどりステップをすすめ
ている途中で、Ａ／Ｄ変換が終了すると第１５図に示す
プログラム割込みルーチンヘジャンプする。そして、Ａ
／Ｄ変換の終了時点のタイマーの値ＴアをＲ９で読込み
、時間Ｔ、から時間Ｔ、Ｔを引き算して時間Ｔ９を求め
る。この時間Ｔ。

はＡ／Ｄ変換器１１の出力パルス幅を示す値であり、実
燃料噴射量に応じた値となっている。しかして、Ｒ３で
は時間Ｔ０から実噴射量Ｑを算出する。

ステップＰ４では、回転数ＮＥと実噴射量Ｑとからマツ
プあるいは計算式により基本目標位相差Ｔ、を算出する
。

Ｒ５では、現在の運転状態が補正項ΔＴを学習するべき
時期かどうかを判断する。学習時期は着火時期検出器５
からの信号が確実にかつ安定に得られる時期に設定しな
ければならない０本例では第１７図のＷに示すように、
エンジン回転数ＮＥと噴射量Ｑが共にある範囲（本例で
は中回転、中負荷）に入った時としている。Ｒ５で、学
習時期であると判定されたら、プログラムはＲ６に進み
、目標着火時期Ｔ’ｔｓを算出する。Ｔア、はＴ、と同
様にＮ、とＱとからマツプあるいは計算式により求める
。

次に、ステップＰ７で実着火時期Ｔア、を算出する。こ
れは、第９図（Ｃ）に示される。着火時期検出器５から
の信号が立ち上がると、第１３図に示す実時期信号割込
みルーチンが起動されるように設定してあり、Ｒ５で信
号が立ち上がった時の時刻ｔｊを読み取り、Ｒ６で直前
に取込まれたｔｉの値との差をＴＴＰとして算出する。

次にステップＰ８で目標着火時期Ｔ’ｔｓと実着時期Ｔ
ＴＰとの誤差に応じてＴＴＳとＴＴＦとを一致させるべ
く補正項ΔＴの値を増減する。次にステップＰ９へとす
すむ。

一方、ステップＰ５で学習時期でないと判断された場合
は、ΔＴの値は前回の値そのままにしてＲ９へとジャン
プする。

Ｒ９では、基本目標位相差ＴＩｌと補正項ΔＴとを加算
して、補正後目標位相差ＴｓをＴ　ｓ　−Ｔ　＊＋ΔＴ
として算出する。次にＰｌｏで実位相差Ｔ２を算出する
。これは前述したステップＲ３で求めたＴ、を用いれば
よい。次に、目標位相差Ｔｓと実位相差Ｔ、との誤差に
応じて該誤差を零にするべく、第３図の電磁弁３７に出
力する駆動信号のデユーティ比を算出する。

以上ステップｐＨまで進んだらプログラムはＲ２へ戻り
、再び出力デユーティ比りの算出を行なうため同様なこ
とを繰り返す。このようにプログラムがループを描きつ
つ計算を進めている内に、ある一定時間毎に、第１６図
の定時割込みルーチン２が発生し、Ｒ１１で定時間割込
処理をし、Ｒ１２で出力回路ｌＯへ計算されたデユーテ
ィ比は、駆動出力周期に同期して発生する。

以上説明したフローチャートの説明では、基本目標位相
差Ｔ８．目標着火時期ＴＴＳや学習時期の算出に、実噴
射量Ｑをパラメータとして使用したが、このかわりにア
クセル位置αにそのまま置き換えても実施可能である。

また、上記実施例では分配型の噴射ポンプに本発明を適
用したが、ポンプ被駆動軸とクランク軸との回転位相を
変化させて噴射時期を制御する列壁の噴射ポンプにも同
様に適用できる。

さらに、上記実施例では、位相検出器６Ｄの歯車６Ｄ１
は第１８図に示すように、ポンプ１回転（エンシフ２回
転）に２つの信号を発生する突起を設けた。これにより
クランク角基準位置検出器４と歯数が合う。しかし、噴
射時期制御と同時に噴射量制御を行なう場合、この状態
ではエンジン回転に１歯の信号しか入力されず、この信
号により回転数情報を得て該回転数情報にて噴射量制御
を行なおうとすると、回転情報の入力頻度が粗く安定な
制御が困難となる。そこで他の実施例として、第１９図
に示すような歯車を利用することができる。この歯車の
外周には多くの歯がきざまれている（例えば図示の場合
６４歯）。エンジン４気筒の場合、各気筒の噴射時期に
対応する位置に４ケ所欠歯６Ｄａ〜６Ｄｄを設ける。こ
の歯車により得られる信号は波形整形後に第２０図のよ
うな波形になる。この信号をマイクロコンピュータ１４
に入力し、波形の立ち上がりから次の立ち上がりまでの
時間を毎回計測し、その時間の大きさを見て欠歯を判定
し、その欠歯の次の立ち上がり（Ｇ）を検出する。この
Ｇ点を前記実施例の位相信号のかわりに利用することも
できる。この場合回転情報の入力頻度も多くなり、噴射
量制御を安定して行なうことが可能となる。

（発明の効果） 本発明では、燃料の噴射時期制御において、主たるフィ
ードバックを噴射時期を示す噴射位相差で行なうことに
より全運転領域でフィードバンク信号を確実に得ること
ができ安定な制御を行なうことができ、一方、ポンプの
機械的誤差や、エンジンの機差、経年変化により生じた
実燃焼時期の目標からのずれを補正する為に、着火信号
が安定して得られる運転状態において着火信号の偏差に
応じて噴射位相差の補正量を学習しているので、常に精
度よく燃料時期を制御することができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図、第
２図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第３図は噴
射時期調節手段の構成図、第４図は着火時期検出器の構
成図、第５図は着火時期検出器の取付状態を示す断面図
、第６図は実噴射量検出器の取付状態を示す部分断面図
、第７図は着火時期検出器の入力回路を示す電気回路図
、第８図は基準位置検出器または位相検出器の入力回路
を示す電気回路図、第９図は第７図および第８回答部の
信号波形図、第１０図乃至第１６図は本実施例の制御手
順を示すフローチャート、第１７図は補正項の学習時期
を示す図、第１８図は位相検出器の取付状態を示す断面
図、第１９図は位相検出器の他の例を示す図、第２０図
は第１９図の検出器の発生信号を整形した信号の波形図
である。 １・・・ディーゼルエンジン、２・・・噴射ポンプ、３
・・・噴射時期調節手段、４・・・基準位置検出器、５
・・・着火時期検出器、６Ａ・・・噴射量検出器、６Ｃ
・・・アクセル位置検出器、６Ｄ・・・位相検出器、７
・・・噴射ノズル、１０・・・電子制御ユニット、１４
・・・マイクロコンピュータ、３７・・・ｔｉｆｆ弁、
４１．６Ｄ１・・・歯車、４２．６Ｄ２・・・電磁ピッ
クアップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ディーゼル機関の運転状態を検出する運転状態検出手
   段と、 機関の基準クランク角位置を検出する基準位置検出手段
   と、 機関の気筒内の燃料が燃焼する時の着火信号を検出する
   着火時期検出手段と、 燃料噴射ポンプの噴射時期を調節する噴射時期調節手段
   と、 前記運転状態検出手段と基準位置検出手段と着火時期検
   出手段からの信号に基づき前記噴射時期調節手段を作動
   させる電子制御手段とを備えるディーゼル機関用燃料噴
   射時期制御装置において、前記噴射時期調節手段により
   変化する噴射ポンプの実噴射位相差を検出する実位相差
   検出手段と、前記基準位置検出手段と着火時期検出手段
   からの信号より実着火時期を演算する実着火時期演算手
   段と、 前記運転状態検出手段からの信号に応じて目標噴射位相
   差を演算する目標位相差演算手段と、前記運転状態検出
   手段からの信号に応じて目標着火時期を演算する目標着
   火時期演算手段と、前記目標着火時期と実着火時期より
   、これらの偏差に応じた補正項を演算する補正項演算手
   段と、前記運転状態検出手段からの信号に応じて前記補
   正項を演算する運転状態であるかどうかを判定する補正
   項学習時期検出手段と、 前記目標位相差、実噴射位相差、補正項から前記噴射時
   期調節手段に出力する信号を演算する出力値演算手段と
   を 備え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。