JPS6318156A - パイロツト噴射制御装置 - 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例えばアイドル時の騒音や振
動の低下をはかるために、主たる燃料噴射（以下、主噴
射という）に先立ってパイロット噴射を行う機能を有す
るパイロット噴射制御装置に関する。

〔従来の技術〕

燃料噴射率を改善する為のパイロット噴射の主な制御項
目は、パイロット噴射の噴射量（以下、パイロット噴射
量という）と、パイロ、ト噴射と主噴射の間の噴射停止
期間（以下、噴射停止期間という）の二つが挙げられる
が、従来この二つの項目を例えばディーゼル機関暖機前
のアイドル時に限定してアイドル時におけるその両者の
値を固定値とする装置や、パイロット噴射量については
主噴射の火種となる適当な量に固定しておき噴射停止期
間についてはディーゼル機関回転数、機関負荷、機関冷
却水の温度等の関数として定める装置等が例えば特開昭
６０−１３５１号公報に示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のパイロット噴射量及び噴射停止期
間を固定値とする装置においては、ディーゼル機関暖機
後等にパイロット噴射の効果がうすれるという問題があ
り、またディーゼル機関冷却水の温度等の関数として噴
射停止期間を制御する装置においても、パイロット噴射
量はディーゼル機関の例えば冷間時と暖機後といった運
転状態の違いだけでなく、機関の機差、噴射ノズルの開
弁圧の経年変化等によっても変化しており、そのばらつ
きは原理的に補正できないという問題がある。

そこで本発明は、上記の点に鑑みて、機関の機差、経年
変化等に何ら悪影響を受ける事なく、機関の振動や騒音
を低減する適切なパイロット噴射量に制御可能なパイロ
ット噴射制御装置を提供する事を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成する為に本発明のパイロット噴射制御
装置は、ディーゼル機関の燃焼室内への主たる燃料噴射
に先立つ°Ｃパイロット噴射を行うパイロット噴射手段
と、前記燃焼室内へ噴射する燃料の噴射時期を検出する
噴射時期検出手段と、前記燃焼室内へ噴射された燃料が
着火する時期を検出する着火時期検出手段と、前記噴射
時期検出手段及び前記着火時期検出手段からの信号に応
じて前記パイロット噴射によって噴射された燃料の着火
状態を検出する着火状態検出手段と、前記着火状態検出
手段からの信号に応じて前記パイロット噴射の噴射量を
制御する信号を前記パイロット噴射手段に出力するパイ
ロット噴射制御手段とを備えた構成である。

〔実施例〕

以下本発明によるパイロット噴射制御装置を図面に示す
実施例により詳細に説明する。第１図は本発明の一実施
例を示す全体構成図である。１はディーゼル機関の燃焼
室である。２はディーゼル機関の燃焼室１に噴射した燃
料の着火時期を検出する着火時期検出手段であり、燃焼
室１の燃焼光を検出する着火センサ２０と、着火センサ
２０からの信号を波形整形する為の波形整形回路２１と
から成っている。ここで、着火センサ２０としては、例
えば、フォトトランジスタ等を用いて光を電気信号に変
換する公知の着火センサを用いる事が可能である。

３は着火時期検出手段２からの信号及び後述するクラン
ク角度センサ５、カム角度センサ９等からの信号を受け
て、後述するパイロット噴射手段４を制御するパイロッ
ト噴射制御手段としてのマイクロコンピュータであり、
ＣＰＵ３１．ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３．Ａ／Ｄ変換器３
４．タイマ３５、Ｉ／３６等より成っている。４はパイ
ロット噴射手段であり、マイクロコンピュータ３の制？
ｔｉ信号を受けて、ピエゾ駆動回路４１がピエゾ７クヂ
ユエータ４０に充電及び放電を行い、パイロット噴射量
又はパイロット噴射により主噴射までの噴射停止期間を
制御するものである。５はクランク角度センサであり、
これには例えば磁気抵抗素子を応用したバルサ検出器が
適用可能である。このクランク角度センサは、機関の基
準角を検出する為のセンサであり、パイロット噴射手段
４に制御信号を出力するタイミング等の基卓となるもの
である。９はカム角度センサであり、例えば分配型燃料
噴射ポンプのフェースカムの角度を検出するものであり
、このカム角度センサ９も前記クランク角度センサ５と
同様磁気抵抗素子を応用したパルサ検出器が適用可能で
ある。そして、クランク角度センサ５からの信号を基準
とした着火時期検出手段２からの信号の位相によりパイ
ロット噴射の実際の着火時期をマイクロコンピュータ３
にて演算する。又、同様に、クランク角度センサ５から
の信号と、カム角度センサ９からの信号との位相により
、パイロット噴射の実際の噴射時期を演算する。その他
、本実施例においてはアクセル量７や冷却水温８等もＡ
／Ｄ変換器３４を介してマイクロコンピュータ３に取り
込まれる。

第２図はパイロット噴射手段４の構成の一例を示してい
る。６は例えばボッシュ式分配型燃料噴射ポンプであり
、６１はプランジャで、図示せぬフェースカムにより図
の左方向に押され、高圧室６２内の燃料を高圧とし、ノ
ズル６３より図示せぬディーゼル機関の燃焼室に燃料を
噴射するものである。４０は高圧室６２に面して取付け
られたピエゾ電圧効果を応用したピエゾアクチュエータ
であり、例えば特開昭５９−１８２４９号公報にあるよ
うな構成のものである。４１はピエゾ駆動回路であり、
ピエゾアクチュエータ４ｏに電荷を充電したり、また発
生した電荷を放電させる事によりピエゾ素子を伸縮させ
高圧室６２の圧力を変化させることによりパイロット噴
射を行わせるものである。この駆動回路４１は、マイク
ロコンピュータ３からの信号ＶＩＺを受けて、ピエゾア
クチュエータ４０に蓄えられた電荷を放電するためのト
ランジスタ４１１、そのトランジスタ４１１を保護する
ための抵抗４１２、バッテリからのエネルギーを電流の
形で蓄えるためのインダクタ４１３、ピエゾアクチュエ
ータ４０からインダクタ４１３を介してバッテリに電流
が逆流するのを防止するためのダイオード４１４、マイ
クロコンピュータ３からの信号Ｖｌｌを受けて、バッテ
リーインダクタ４１３−ピエゾアクチュエータ４０の経
路でエネルギーを移動させピエゾアクチュエータ４０の
両端子間に高電圧を発生させるためのトランジスタ４１
５から成っている。

次に上記パイロット噴射手段４の動作を第３図に示すタ
イムチャートにより説明する０図において（ａｌはクラ
ンク角度センサ５からの信号であり、噴射が終了し、燃
焼が完了したころに１つのパルスが発生する様なセツテ
ィングがなされている。

同図（ｂ）はプランジャのリフト状態を示している。

同図＋ＩＪはトランジスタ４１５の制御信号であり、本
実施例ではクランク角度センサ５の信号に同期させてト
ランジスタ４１５を“ＯＮ”状態にさせる様にしている
。トランジスタ４１５が“ＯＮ”状態となると同図ｔｅ
ｌの様にインダクタ４１３に電流Ｉ、が流れ始める９そ
して時間１．後にマイクロコンピュータ３からの制御信
号■、がうち切られトランジスタ４１５が“ＯＦＦ”状
態となるとインダクタ４１３に電流の形で蓄えられたエ
ネルギーがピエゾアクチュエータ４０にすべて移される
ため同図ｉｆ）の様にピエゾアクチュエータ４０の両端
子間型圧■２は高電圧■。となる。その後プランジャが
リフトし始めると高圧室６２が上昇し、ピエゾアクチュ
エータ４０は自ら電圧を発生するため電圧■、は上昇し
ていきＶＰ）ｌとなる。この頃には高圧室６２の圧力は
ノズル開弁圧以上となり同図＜ｇ）の様に噴射が開始さ
れている（パイロット噴射）、このとき同図（ｄ＋にあ
る様にトランジスタ４１１がマイクロコンピュータ３が
らの制御信号■ｌｌ□を受けて“ＯＮ”状態となり、ピ
エゾアクチュエータ４０に蓄えられた高電圧■、が放電
されピエゾアクチュエータ４０が縮み、高圧室６２の圧
力が低下し、−旦噴射が停止され、パイロット噴射が形
成される。その後さらにプランジャがリフトし再び高圧
室６２の圧力が上昇し噴射が再開される。そして図示せ
ぬガバナ機構により噴射が停止され、主噴射が形成され
る。

ここで図中点線で示した様に、トランジスタ４１５の“
ＯＮ”状態時間ｔ１．ｉを長くするとチャージ電圧ＶＣ
１１の値が大きくなり、高電圧ＶＰＭＯ値も大きくなる
。この■Ｐ、４の値が大きい程ビニ゛ハアクチュエータ
４０の縮み量が大きいため噴射停止期間Ｔが長くなる。

つまり、トランジスタ４１５の“ＯＮ”状態時間ｔ。に
よって噴射停止期間′Ｆが制御できる。また、トランジ
スタ４１１の“ＯＮ”時期ＴＭＧを変えることにより、
噴射停止時期の始まる時期が変わることから、トランジ
スタ４１１（７）”ＯＮ”時期ＴＭＧによってパイロッ
ト噴射量も制御できる。

又、同図（ｈｌは着火センサ２０から出力される燃焼波
形を表す着火信号を示したもので、パイロット噴射が開
始された後、ＴＬなる着火遅れ期間後、パイロット噴射
燃料が着火し、この着火現象が後に噴射される主噴射燃
料の火種としての役目を果しており、次に供給される主
噴射燃料が前記パイロット噴射燃料による火種を基にし
て、拡散的に燃焼する様子を示したものである。

同図（＋１は、前記着火信号を波形整形回路２１により
整形した後の信号を示す。ここで、パイロット噴射燃料
が着火する立ち上がりタイミングと、同図（ａｌのクラ
ンク角度センサ信号の立ち上がりタイミングとの位相差
より、パイロット噴射燃料の着火時期ＴｉＧを検出して
いる。

以上説明した様なパイロット噴射量と噴射停止期間が制
御可能なパイロット噴射手段４と、着火センサ２０から
の信号により噴射された燃料の着火時期を検出する着火
時期検出手段２、クランク角度センサ５、カム角度セン
サ９等を用いて最適なパイロット噴射を行わせるマイク
ロコンピュータ３内のアルゴリズムの一例を第４図及び
第５図のフローチャート及び第６図の着火信号を示す図
を用いて説明する。

第４図はマイクロコンピュータ３のメインプログラムを
示すフローチャートであり、ステップ１００でディーゼ
ル機関の始動をＴＩ！認した後、ステップ１０１でパイ
ロット噴射量の基準値ｑ８と噴射停止期間の基準値Ｔ３
に初期値を入れる。この基準値Ｔ３は例えば標準的な気
候のときのディーゼル機関暖機前のアイドル時に最適と
なる噴射停止期間の値としておくとよい。

又、基準値ｑ、は、機関のいかなる運転状態においても
パイロット噴射燃料が着火するのに充分なパイロット噴
射量として比較的大きな値としてお（と良い０次に、ス
テップ１０２では基準値ｑ。

及びＴ３をそのまま実際のパイロット噴射！　ｑ　ｓ、
噴射停止期間Ｔ２としている。このｑＮ及びＴＮは実験
的に求められた変換式に従って、第３図中の時刻ＴＭＧ
及び時間ｔ、、４に変換された後マイクロコンピュータ
３のタイマ割込み機能を用いてパイロット噴射手段４に
出力されるものである。次に、ステップ１０３でカム角
度センサ９とクランク角度センサ５からの信号位相差に
より、燃料の噴射時期に相応するポンプフェースカム角
度θ、を取り込み、更に、着火時期検出手段２からパイ
ロット噴射燃料の着火時！’Ｊ］Ｔｌｃｒを算出する。

ここで、本実施例ではパイロット噴射量の初期値ｑ、と
して比較的大きな値を用いているため、その着火信号は
第６図ｆｃ）の如くパイロット噴射が確実に着火した波
形となっている。そして、パイロット噴射燃料の着火時
期Ｔ、０．をＲＡＭ３３に記憶してお（。続いて、ステ
ップ１０４にてパイロット噴射量の更新が行われるが、
ここでは、今回の若人時期Ｔ’＝ｃがパイロット噴射燃
料によるもの（第６図（ｂ）や（Ｃ）の時）であるのか
、パイロット噴射量が少量過ぎてパイロット噴射燃料が
着火ミスを起こし、その後で発生する主噴射の着火時期
であるのかを判定して、パイロ７）噴射量を所定の値だ
け増減補正（パイロット噴射燃料が着火ミスを起こした
時はパイロット噴射量を増加させる）する。この様なパ
イロット噴射燃料の着火ミスは、例えば、ポンプフェー
スカム角度（噴射時期）θ、が変化しないにもかかわら
ず、今回の着火時期ＴｉＧ（ｉ）が前回の着火時期Ｔｉ
Ｇ（ｉ−１）　　と比較して、今回の着火時期が後に説
明する噴射停止期間相当遅角した事（第６図（ａ）の場
合）を判定する事により実現される。この様な手法によ
り、パイロット噴射量が初期値ｑ、から所定の値だけ、
最低着火に必要な最適値に近づく。そして、ステップ１
０５では、運転状態に応じて予め定められたマンプデー
タ、例えば回転数とアクセル量との２次元マツプデータ
や、それに冷却水温の補正を施したもの等により、最適
な噴射停止期間の制御が行われる。以後このステップ１
０３からステップ１０５が繰り返され、パイロット噴射
量と噴射停止期間は最適値近辺に制御される。

次に、ステップ１０４におけるパイロット噴射量更新部
分の詳細を第５図のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップ２００で噴射ポンプのフェースカム角度
θＰが変化したか否かを判定する。即ち、今回のポンプ
フェースカム角度θ１．）と前回のポンプフェースカム
角度θＰ（ｉ−１）と比較する事により燃料の噴射時期
が変化したか否かを判定する。このステップ２００で噴
射時期が変化したと判定した時には、パイロット噴射燃
料の着火の有無を誤判定する可能性があるため、以下に
示す一連の処理を実行せずに第４図におけるステップ１
０５へ進む。

ステップ２００にて噴射時期が変化していないと判定さ
れた時には、ステップ２０１へ進みパイロット噴射燃料
の着火の有無を判定する。これは前回の着火時期Ｔｉｅ
（ｉ−１３と今回の着火時期Ｔ＝Ｇ＋＝＞とを比較する
事により実現される。即ち、パイロット噴射量が充分あ
る時（第６図（Ｃ））には、今回の着火時期Ｔ　ｉｓ　
、、、はパイロット噴射燃料が着火する時期Ｔ　ｉＧＰ
であるのに対し、パイロット噴射量を徐々に減少させて
いき、パイロット噴射量が過少となった時（第６図（ａ
））には、今回の着火時ＭＴ＝ｃ、ｍ　は、パイロット
噴射燃料が着火ミスを起こし、後の主噴射燃料の着火時
期Ｔ、。まで噴射停止期間相当遅角しているので、それ
を判定すればよい。以上の事より、パイロット噴射量を
増加又は、減少させるのかを判定する。

ステップ２０１で今回の着火時期ＴｉＧ（１）が前回と
比較して噴射停止期間に相応する期間遅角していない、
即ち、パイロット噴射が着火ミスをしていないと判定さ
れた時には、パイロット噴射量を減量すべくステップ２
０２へ進む。ここでは、前回のパイロット噴射量ｑｓ＋
＝−ｕより所定の量ΔｑＤだけ減量させ今回のパイロッ
ト噴射量ｑＮ（ｉ）とする、尚、ΔｑＤは一定量であっ
ても運転状態（例えば、回転数、負荷、冷却水温等）に
よって任意に決定しても良い。

又、ステップ２０１で、今回の着火時期ＴｉＧ（ｉ）が
前回よりも噴射停止期間に相応する期間だけ遅角したと
判定した時には、パイロ−／　ト噴射量が過少のためパ
イロット噴射燃料が着火ミスを起こしていると判断し、
ステップ２０３へ進みパイロット噴射量を増加させる。

ステップ２０３では、前回のパイロット噴射量ｑ８（ｉ
−１）に所定の量Δｑｕだけ増加させて今回のパイロッ
ト噴射量Ｑ　Ｎ　＜＝、とする。ここで、Δｑ、は前記
ΔＱＤと同じ値であっても良いし、Δｑｕ〉ΔｑＤの関
係であっても良く、この両者を適当な量にする事で着火
ミスの回数を減少する事が出来る。

以上の処理を繰り返すことにより、パイロット噴射燃料
が着火するのに必要な最少の噴射量に、常にパイロット
噴射量が近（以するように制御Ｂできる。

尚、本発明は上記実施例に限定される事なく、その主旨
から逸脱しない限り以下に示す如く種々変形可能である
。

（１）上記実施例では燃焼室内の燃焼光を着火センサ２
０を用いて検出しているが、振動センサを使用し、振動
センサからの信号をバンドパスフィルタ回路により、着
火により発生する振動成分から着火時期を検出しても良
い。又、上記実施例では着火センサ２０により着火の有
無のみを判定しているが、着火光の光強度を判定し、そ
れに応じてパイロット噴射量を制御してもよい。この場
合、パイロット噴射燃料が着火するのに必要な最小な噴
射量にパイロット噴射量が近づく程その光強度は弱くな
るので、そのような光強度を検出し、その時のパイロッ
ト噴射量は所定期間は更新せず使用するというようにす
ればパイロット噴射燃料の着火ミスの発生回数を減少す
る事が出来る。

（２）又、着火時期検出手段２として、燃焼室１内の圧
力を検出して、着火時に生ずる急激な圧力上昇を検出し
て、その値に応じてパイロット噴射量を制御しても良い
。

（３）マイクロコンピュータ３内のアルゴリズムにおい
て、パイロット噴射燃料の着火ミスの判定がｎ回中ｉ回
（ｉｓｎ）以上着火時期の遅角を検出した場合にパイロ
ット噴射量を増加するように制御しても良い。このよう
にすると、ディーゼル機関が自己着火方式のために着火
時期がある程度ばらついた際にも、それによって誤判定
をするといった不具合を防止する事が出来る。

（４）上記実施例では、着火ミスの判定基準となる着火
時期をパイロット噴射量が充分な時の着火時期としてい
るが、公知の噴射時期制御装置、例えば特公昭６０−５
５６９５号公報等に示される様な、着火時期フィードバ
ンク装置を備え、回転数、負荷、冷却水温等から決定さ
れる目標パイロット噴射着火時期を判定の基＄着火時期
としても良い。

（５）マイクロコンピュータ３において、例えば機関の
回転数、負荷等がほぼ一定の時のような、パイロット噴
射燃料が着火するのに必要最低限なパイロット噴射量に
それ程変動がないと判断されるような時は、パイロット
噴射の着火ミスを検出した際に、例えばその前回におけ
るパイロット噴射量を所定期間は更新せず使用するとい
うように制御してもよい。

〔発明の効果〕

以上述べた如く本発明のパイロット噴射制御装置によれ
ば、パイロット噴射燃料が着火するために必要最低限な
噴射量にパイロット噴射量が近似するように制御可能で
あるので、着火遅れ期間中に噴射された燃料が急激に燃
焼する事による大きな初期熱発生率を最小の初期熱発生
率にする事ができ、且つ、ディーゼル機関の機差、経年
変化等に依存する事なく、又、ディーゼル機関暖機後も
最適のパイロット噴射制御が行え、振動及び騒音を低減
する事が出来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図における実施例のパイロット噴射手段の構成図、
第３図は第１図における実施例の動作を説明するための
タイムチャート、第４図は第１図における実施例のマイ
クロコンピュータのメインプログラムを示すフローチャ
ート、第５図は第４図におけるパイロット噴射量更新部
分を説明するフローチャート、第６図はパイロット噴射
量に応じた着火信号波形を示す図である。 １・・・燃焼室、２・・・着火時期検出手段、２０・・
・着火センサ、３・・・マイクロコンピュータ、４・・
・パイロット噴射手段、５・・・クランク角度センサ、
９・・・カム角度センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ディーゼル機関の燃焼室内への主たる燃料噴射に
   先立ってパイロット噴射を行うパイロット噴射手段と、 前記燃焼室内へ噴射する燃料の噴射時期を検出する噴射
   時期検出手段と、 前記燃焼室内へ噴射された燃料が着火する時期を検出す
   る着火時期検出手段と、 前記噴射時期検出手段及び前記着火時期検出手段からの
   信号に応じて前記パイロット噴射によって噴射された燃
   料の着火状態を検出する着火状態検出手段と、 前記着火状態検出手段からの信号に応じて前記パイロッ
   ト噴射の噴射量を制御する信号を前記パイロット噴射手
   段に出力するパイロット噴射制御手段とを備える事を特
   徴とするパイロット噴射制御装置。
2. （２）上記パイロット噴射制御手段は、上記着火状態検
   出手段が着火状態として着火ミスを検出するまでは上記
   パイロット噴射の噴射量を減少させ、該着火ミスを検出
   した時には該噴射量を増加させる信号を上記パイロット
   噴射手段に出力するものである特許請求の範囲第１項記
   載のパイロット噴射制御装置。