JPS62203959A - ディ−ゼル機関の燃料制御装置 - 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燃料噴射装置において、特に
パイロット噴射機能を備える燃料噴射装置の制御に関す
るものである。

〔従来の技術〕

ディーゼル機関は圧縮行程で燃焼室の空気温度を高温と
し、その中に燃料を噴射させて自己着火させる圧縮着火
方式をとっている。

このとき噴射燃料が着火するまでの遅れがいわゆる着火
遅れであるが、着火遅れ期間中に噴射された燃料は一旦
着火すると爆発的に燃焼し、大きな燃焼音を発生し、デ
ィーゼル機関時をの燃焼騒音を発生することになる。又
着火遅れが大きい場合はＨＣ等排気の汚染物排出量も増
加する。

ディーゼル機関の燃焼騒音を減らすための有効な方法の
一つとして、例えば特開昭５７−８３６５８号公報に示
される如く、パイロット噴射の導入がある。

これは主噴射に先立ち少量の燃料をパイロット噴射とし
て燃焼室に噴射し、次いで一定期間噴射を停止した後に
主噴射を行なうもので、パイロット噴射された少量の燃
料が着火遅れ期間を経過した後着火し燃焼するためこれ
を種火として主噴射の燃料の着火遅れを極力短縮し燃焼
騒音の低減と排気の清浄化をはからんとするものである
。

〔発明が解決しようとする問題点〕 このバイロフト噴射を有効に作動させるためにはパイロ
ット噴射される燃料の量が主噴射の着火遅れを短縮する
ための必要最小限である事が望ましい。その理由はパイ
ロット噴射量といえども自己着火するに当たって着火遅
れを生じるためこれが燃焼する際に発生する燃焼騒音は
パイロット噴射される噴射量が少ない程小さく噴射量が
多くなると騒音低減効果は減少するためである。

さらに、主噴射の時期即ちパイロット噴射が着火して火
種として燃焼している期間中に主噴射を開始しなければ
騒音低減効果が得られない。即ち、パイロット噴射の着
火より早く主噴射が行われれば着火するまでに噴射され
る燃料量を増加させるため、主噴射燃料の着火遅れを短
縮するための火種として、必要最小限の噴射量を上回る
結果となり、騒音低減効果が低下する。又パイロット噴
射の燃焼が終り火種が消えた状態で主噴射が開始すれば
、主噴射の着火遅れを短縮する効果が発揮できなくなり
、パイロット噴射のない場合に近い着火遅れを経て着火
燃焼するため、パイロット噴射による騒音低減効果は得
られない。

これらの事情により、パイロット噴射と主噴射との時間
間隔が長すぎる場合が特に悪い結果を招くことになる。

即ち、この場合では、パイロット噴射の燃焼が終わった
後で主噴射が開始するため、パイロット噴射は主噴射の
着火遅れを短縮する火種としての役割がはたせず、パイ
ロット噴射、主噴射共それぞれ着火遅れを経過した後爆
発的な燃焼を二度行うため、主噴射だけの単純な燃料噴
射装置による燃焼騒音より大きい騒音を発生する場合も
起こり得る。

更に、このパイロット噴射の着火遅れは温度、圧力等の
種々の運転条件で変化すると共に燃焼時間も短いためこ
の期間中に主噴射を正確に開始させる事は従来では困難
であり、パイロ、ト噴射の実用化をはばむ問題であった
。

そこで、本発明は、パイロット噴射燃料の燃焼期間に主
噴射の噴射開始時期を合わせるように再噴射の時間間隔
を正確に制御し、これによって主噴射燃料の着火遅れを
短縮させるためにパイロット噴射を有効に利用可能とし
、騒音低減や排気浄化等の効果を安定して十分に発揮で
きるようにすることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の構成を示す図であり、１００は着火時
期検出手段で機関の燃焼室に噴射された燃料の着火時期
を検出するものであり、２００は噴射開始検出手段で燃
焼装置より機関に噴射される燃料の噴射開始時期を検出
するものである。３００は電気的演算手段であり着火時
期検出信号よりパイロット噴射した燃料の着火時期を判
別すると共に、噴射開始検出手段２００の検出信号より
主噴射の開始時期を判別し、パイロット噴射された燃料
の着火期間中に主噴射を開始させるためにパイロット噴
射と主噴射の間隔を制御する電気的駆動出力を発生する
。４００は噴射時期制御手段で電気的演算手段の発生す
る駆動出力を受けて噴射弁よりのパイロット噴射と主噴
射との時間間隔を調節する。

〔実施例〕

以下、図面に示す実施例に従って本発明の詳細な説明す
る。

第２図は本発明の一実施例を説明する図であり、本例で
は燃料装置としてボッシュ式分配型噴射ポンプを基本メ
カニズムとして、噴射量、噴射時期を電子制御する構成
とし、本発明のパイロット噴射の制御を実施するように
した燃料制御装置を示す。

１は噴射ポンプでディーゼル機関６のクランク軸に停動
して駆動されるカム軸の回転によりポンププランジャに
回転運動と往復運動を発生し燃料の分配と圧送を行う。

２はカム角センサで噴射ポンプ１のカム軸に結合された
パルサ３の回転を電磁ピックアップで検出する事により
、噴射ポンプ１の作動行程の基準角度毎にカム角信号を
発生する。

４は電磁スピル弁で噴射ポンプ１の吐出行程でプランジ
ャ室の高圧燃料を弁の開閉により適宜溢流させてパイロ
ット噴射と主噴射の噴射量と噴射時期を調節するもので
ある。５は噴射ノズルで噴射ポンプ１のプランジャ室よ
り分配、圧送された噴射燃料を自動弁式のノズルを経て
機関６の燃焼室へ噴射すると共に、ノズルから噴射の始
まる時期を検出するための噴射開始センサ７を内蔵する
。

８は着火時期センサで、燃焼室に噴射された燃料の着火
時期を着火光により検出して着火時期信号を発生する。

１０はアクセルセンサで、例えばアクセルペダルにポテ
ンショメータを停動させる事によりアクセルペダルの操
作角に応したアクセル信号を発生する。１１は機関の吸
気条件や冷却水温を検出する各種運転条件センサである
。

９は電気的演算手段で機関の運転条件を各種のセンサで
検出し、機関に対する予め計画された噴射量と噴射時期
を演算すると共に、この演算値に応じて電磁スピル弁４
を開閉させる駆動出力を発生しパイロット噴射量、主噴
射危、パイロット噴射時期を制御すると共に、本発明の
要点であるパイロット噴射と主噴射の時間間隔を制御す
る。

第３図は噴射開始センサ７の一例を示す構成図であり、
ピエゾ素子を応用してノズルの開弁時期に電気信号を発
生するノズルリフトセンサを用いるものである。この第
３図で、ノズル７１の噴射開始と同時にニードルのリフ
トが発生しノズルスプリング７２が圧縮されるため、ピ
エゾ素子７３の圧縮荷重が増加し起電力を発生し、リー
ド線７４をへて噴射開始信号が検出される。

第４図は着火時期センサ８の一例を示す構成図であり、
ハウジング８１の下部は機関の燃焼室に装着され、噴射
燃料の着火光を矢印方向から石英ガラス８２をへて採光
し、ホトトランジスタ８３に照射させて光電変換を行い
着火時期信号を発生する。

第５図は電気的演算手段９の一例を示す構成図であり、
ここではマイクロコンピュータを用いてデジタル計算す
る例を示す。

第５図でカム角度センサ２、着火時期センサ８、噴射開
始センサ７の検出信号はいずれも信号の発生時期がパル
スの立上り時期に対応するパルス信号であり、ごれを波
形整形回路９１で整形してカム角度パルス、着火パルス
、噴射開始パルスを得る。

マイクロコンピュータユニット（ＭＣＬＪ）９３は中央
処理ユニット（ＣＰＵ）、リードオンリメモリ　（ＲＯ
，Ｍ）　、ランダムアクセスメモリ　（ＲＡＭ）、及び
パルス信号の入力時期を計測したり演算結果に基づいて
定められたパルス巾のパルスを定められた時期に発生す
るプログラマブルタイマ（ＰＴＭ）等を内蔵している。

また、アクセルセンサ１０や吸入空気温度、冷却水温等
の各種運転条件を検出するセンサ１０のアナログ信号は
アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）とマルチプレク
サ（ＭＰＸ）で順次選択してデジタルデータに変換する
。

ＭＣＵ９３は波形整形回路９１を経たカム角度パルス、
着火パルス、噴射時期パルスを割込入力端子で受け、内
蔵する計時機能ＰＴＭで計測しそれらのパルスの発生時
期をデータとしてＲＡＭに記憶すると共に、アナログ信
号についてはＡＤＣ１ＭＰＸ９２をへて入力し、同じ＜
ＲＡＭに記憶する。そして、運転条件に対して予め計画
された演算アルゴリズムに従って噴射量、噴射時期の演
算を行うと共に、カム角度センサ２の角度検出パルスの
発生時期を基準として電磁スピル弁４を駆動するための
駆動パルスの発生時期と時間巾を演算し、出力バッファ
９４をへて駆動出力を発生する。

第６図は各種のパルス信号と噴射ポンプのカムリフト、
噴射燃料の噴射率即ち単位時間当りの噴射量の位相関係
を示す。横軸はカム角度θであり、機関が定速回転中で
あるとすると時間ｔでもある。

ＭＣＵ９３はカム角度パルスの周期から機関の回転数を
計算すると共にアクセルセンサ１０より検出したアクセ
ル値を基本的な運転パラメータとして、噴射量、着火時
期を算出し、さらに各種の運転条件センサ１１のデータ
に基づいてこれを補正し機関に対する最終的な噴射量、
噴射時期を演算し、さらにカム角度パルスを基準として
、電磁スピル弁４の駆動パルスを発生する。

カム角度信号波形（ａｌの立上り時期よりカムリフト波
形（ｂ）のカムリフトが開始し噴射時期の演算結果より
駆動パルス波形（Ｃ）はパイロット噴射用駆動パルスＰ
を発生する。電磁スピル弁４はこの駆動パルスが発生し
ている期間だけ閉弁しプランジャ室の燃料の溢流を停止
させるため、この間の吐出燃料は噴射ノズル５へ圧送さ
れ機関の燃焼室に噴射される。この場合、駆動パルスと
電磁スピル弁４の開閉及び噴射ノズル５からの燃料の噴
射に若干の遅れが生じるが、これは特にパイロット噴射
が騒音低減に有効に作用する低回転域では比較的小さく
なると共に、本発明の作動説明に対して本質的な問題を
生じないので省略する。

さて、噴射率波形（ｄ）において、パイロット噴射ＲＰ
の開始時期と噴射量は駆動パルスＰの立上り時期とパル
ス巾で決まり、次に生じる主噴射ＲＭとの時間間隔Ｔの
決定が重要である。

本発明ではパイロット噴射した燃料ＲＰの燃焼室におけ
る着火を着火時期センサ８によって着火パルスＦ（波形
図（ｆ））より検出し電気的演算手段９にフィードバッ
クすると共に、主噴射の時期を噴射開始センサ７の噴射
開始パルス（波形図（ｅ））より険出しパイロット噴射
パルスＩＰの後の主噴射パルスＩＭの立上りが着火パル
スＦの立上りと一致するように主噴射に対する駆動パル
スＭを発生する。かくして、パイロット噴射燃料の着火
遅れが種々の要因によって変化した場合でも確実、に主
噴射の開始をパイロット噴射の燃焼期間に正確に入れる
事が可能となり、パイロット噴射による騒音低減を効果
的に実現可能となる。

なお、噴射開始検出手段として噴射ポンプのプランジャ
室に圧力センサを配置し燃料圧力信号を検出する事によ
り噴射開始時期に相当する信号を得る事も出来る。又、
圧力センサで検出した噴射開始信号と実際の噴射ノズル
の開弁時期に遅れがある場合は先に説明した如く運転条
件を変数として補正演算し遅れ時間を算出し、その分、
駆動パルスを進める事も可能である。

なお、機関の燃焼室において、噴射ノズルの噴口から出
た主噴射の燃料がバイロフト噴射による火種に達するま
でにわずかの時間差が生じるため、この時間差だけ主噴
射の開始信号を進ませてバイロフト噴射の着火期間に合
わせることにより、より良好なパイロット噴射の効果を
得ることができる。

又、上記実施例では電磁スピル弁のアクチュエータとし
て電磁ソレノイドを使用し、駆動電流の断続で弁の開閉
を行う場合を説明したが、これ以外のスピル弁のアクチ
ュエータとしてピエゾ素子を使用し、その印加電圧を断
続する事により素子のピエゾ効果により素子歪を発生し
、弁の開閉を行う事も可能である。

さらに、上記実施例では着火時期検出手段として、先代
のセンサを用いたが、ピエゾ素子等による燃焼圧（指圧
）を検出する方式や振動を検出する方式等のセンサを用
いることも可能である。

〔発明の効果〕

以上より本発明では、パイロット噴射した燃料の着火を
着火時期検出手段にて検出すると共に噴射ノズルからの
燃料の噴射開始を噴射開始検出手段にて検出し、両信号
を電気的演算手段に入力して主噴射時期を制御する事に
より、パイロット噴射した燃料の燃焼期間に主噴射の開
始時期を合わせることができ、種々の状態変化に対して
、パイロット噴射を効果的に実現する事が出来る特徴を
有し、ディーゼル機関の騒音低減、排気浄化に対し有効
なものである。

【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ブロック図、 第２図は本発明の一実施例を説明する全体構成図、 第３図は第２図中の噴射開始センサの一例を示す構成図
、 第４図は第２図中の着火時期センサの一例を示す構成図
、 第５図は電気的演算手段の一例を示す構成図、第６図は
本発明の作動説明に供する各部信号、噴射率、カムリフ
トの波形を示す図である。 １・・・噴射ポンプ、２・・・カム角度センサ、３・・
・パルサ、４・・・電磁スピル弁、５・・・噴射ノズル
、６・・・機関、７・・・噴射開始センサ、８・・・着
火時期センサ。 ９・・・電気的演算手段、１０・・・アクセルセンサ、
９３・・・ＭＣＵ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　機関の燃焼室に噴射した燃料の着火時期を検出
   するための着火時期検出手段と、 燃料の噴射開始時期を検出するための噴射開始検出手段
   と、 前記着火時期検出手段の検出信号により機関へのパイロ
   ット噴射燃料の着火時期を判別すると共に前記噴射開始
   検出手段の検出信号により機関への主噴射の開始時期を
   判別し前記パイロット噴射と主噴射の時間間隔を制御す
   るめの駆動出力を発生する電気的演算手段と、 前記駆動出力にて前記時間間隔を調節する噴射時期制御
   装置とを備える事を特徴とするディーゼル機関の燃料制
   御装置。
2. （２）　前記噴射開始検出手段として、噴射ノズルのノ
   ズルリフトを検出するためのノズルリフトセンサを用い
   る事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のディー
   ゼル機関の燃料制御装置。
3. （３）　前記噴射開始検出手段として、噴射ポンプの吐
   出圧力を検出するための吐出圧センサを用い、前記電気
   的演算手段は該吐出圧センサの検出信号と前記噴射ノズ
   ルからの燃料噴射開始時期との遅れに対して前記駆動出
   力を補正するための補正演算手段を備える事を特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のディーゼル機関の燃料
   制御装置。