JPH0223252A - 圧縮着火機関用燃料噴射率制御装置 - 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、ディーゼルエンジン等の圧縮着火機関におい
てパイロット噴射の制御を行う噴射率制御装置に関する
。

〔従来の技術および課題〕

従来、ディーゼルエンジンの燃料噴射において、第６図
（ａ）に示すようにメイン噴射Ｍ０に先立っていわゆる
パイロット噴射Ｐ。を行い、これによりエンジンの騒音
および排気ガスエミッションを低減させることが知られ
ている。ところが、ノズル室内の圧力により開弁するよ
うに構成された燃料噴射弁においては、経時変化等によ
り燃料噴射弁の性能が劣化してその開弁圧が低くなると
、第６図（ｂ）から理解されるように燃料噴射弁の開弁
時間が長くなり、この結果、燃料噴射率は第６図（ａ）
の−点鎖線Ｉのように変化し、パイロット噴射が行われ
なくなるとともに燃料噴射量が増加するという問題があ
る。

また従来、ディーゼルエンジンにおいて、アイドル運転
時における燃料噴射量を制御してアイドル回転数を目標
値に制御する構成が知られている（例えば特開昭５７−
１８１９４０号公報）。しかし従来のアイドル回転数制
御装置は、燃料噴射量のみを変化させるもので、例えば
第６図（ａ）の二点鎖線Ｊのように噴射の終了時のみを
制御しているため、燃料噴射弁の性能の劣化の度合いに
よってはパイロット噴射を行うことが不可能になる。

このようにパイロット噴射が適切に行われなくなると、
エンジン騒音が大きくなり、また排気ガスエミッション
が悪化するという問題が生じる。

本発明は、燃料噴射弁の性能変化に拘わらずパイロット
噴射を常に適切に行い、エンジン騒音および排気ガスエ
ミッションを常に抑えることができる燃料噴射率制御装
置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る燃料噴射率制御装置は、所定の運転状態が
予め定められた状態になるように燃料噴射量が変化せし
められるとともに、メイン噴射に先立ってパイロット噴
射が行われ、パイロット噴射が、上記燃料噴射量の変化
量に応じて制御されることを特徴としている。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第２図は、電磁スピル式分配型燃料噴射ポンプを備えた
ディーゼルエンジンの概略図である。電磁スピル式分配
型燃料噴射ポンプは、シリンダ内壁面とプランジャ先端
面とで形成される高圧室とポンプ内の低圧室（ポンプ室
）とを連通させる連通路に、電磁弁を設け、この電磁弁
を制御することにより連通路を遮断させ、燃料噴射量を
制御するものである。

フィルタによりろ過された燃料は、ドライブシャフト２
で駆動されるベーン式フィールドポンプ（９０°展開し
て図示）４によって給油口６からプレッシャレギニレー
ティングバルブ８に導かれ、このプレッシャレギニレー
ティングバルブ８により調整された後、ポンプハウジン
グ１０内の低圧室であるポンプ室１２内に供給される。

ポンプ室１２内に供給された燃料は、ポンプ室１２内に
おいて作動部分の潤滑を行うとともに、吸入ポート１４
を通ってプランジャ１６の先端部に形成される高圧室１
８に送られる。また、一部の燃料は１、ｉ−ハフローバ
ルブ２０から燃料タンクに戻され、これにより過剰燃料
の排出と作動部分の冷却が行われる。

プランジャ１６の先端部には、気筒数と同数の吸入グル
ープ２２が設けられ、プランジャ１６の半径方向には軸
心ポート２４に連通する分配ポート２６が穿設される。

プランジャ１６の基端部には、カムプレート２８が固定
され、このカムプレート２８には、ローラリング３０に
嵌合された気筒数と同数のローラ３２が係合する。この
プランジャ１６は、シリンダ３４内に挿入され、プレッ
シャレギュレーティングバルブ１６の先端面とシリンダ
３４内の内壁面とにより高圧室１８を形成する。シリン
ダ３４には、吸入ポート１４が穿設されると共にシリン
ダ内面からデリバリバルブ３６に連通する気筒数と同数
の分配通路３８が穿設される。ポンプハウジング１０に
は、連通路４０を連通および遮断する電磁弁４４が取り
付けられる。この連通路４０は高圧室１８とポンプ室１
２とを連通させるものである。電磁弁４４は、ソレノイ
ド４６がオフ状態にされると弁体４２がバネに押されて
連通路４０を連通させ、ソレノイド４６がオン状態にさ
れると弁体４２を突出させて連通路４０を遮断するよう
に構成される。

ドライブシャフト２は、ポンプ室１２内へ突出しカップ
リングを介してカムプレート２８に連結される。カムプ
レート２８は、プランジャ１６に固定されると共にスプ
リング５０によりローラ３２に押圧される。したがって
、カムプレート２８がドライブシャフト２によって回転
駆動されることにより、ローラ３２とカムプレート２８
のカム山との係合状態が変化し、プランジャ１６は１回
転中に気筒数と等しい回数だけ往復動する。

燃料噴射ポンプの下部には、油圧式タイマ（９０°展開
して図示）５２が設けられる。この油圧式タイマ５２は
、燃料送油圧力の変化を利用して、ドライブシャフト２
とプランジャ１６を駆動するカムプレート２８との位相
を変化させ、燃料噴射時期を変化させるものである。こ
のタイマ５２によれば、スプリング５４がタイマピスト
ン５６を噴射量れの方向に押してふり、エンジン回転数
が上昇すると、送油圧力が上昇してピストン５６がスプ
リング５４の弾発力に抗して押されるため、ロッド５８
を介してローラリング３０が噴射ポンプの回転方向と逆
方向に回転され、油圧に比例して燃料噴射時期が進めら
れる。燃料噴射時期は、エンジン条件に応じた目標噴射
時期に一致するよう、電磁弁４８によってピストン、５
６に作用する油圧を制御することにより制御される。

ドライブシャフト２には、シグナルロータ６０がこのド
ライブシャフトと同軸的に固定されており、ローラリン
グ３０には、シグナルロータ６０の周面に対向するよう
にピックアップ６２が取り付けられる。シグナルロータ
６０には、所定角（例えば、５．６２５”　）毎に凸状
歯が複数個配置されると共に、これらの凸状歯が気筒数
と同数だけ等間隔に切欠かれて欠歯部が形成される。す
なわち、４気筒デイーゼルエンジンの場合には、第３図
に示すように、５．６２５＠（１１，２５°ＣＡに相当
する）毎に凸状歯６０α、６０β、・・・が複数個配置
されると共に、９０°　（１８０°ＣＡに相当する）毎
に欠歯部６０ａ〜６０ｄが形成されている。したがって
、シグナルロータが回転すると、凸状歯がピックアップ
に対して接近離反するため、電磁誘導によってピックア
ップから第４図に示すようなパルス信号が出力される。

このパルス信号の幅広の谷部りは基準位置信号として作
用し、その他の部分は回転角信号として作用する。また
、ピックアップとシグナルロータとの相対位置は、高圧
室が圧縮される方向にプランジャが往動される前、すな
わちプランジャがリフトする前に、欠歯部の１つがピッ
クアップに接近してピックアップから基準位置信号を出
力させるよう、すなわちパルス信号の谷部の幅が広くな
るように、定められる。

ポンプハウジング１０には、吸入ボート１４を遮断する
ことによって燃料噴射を停止させる燃料噴射カットバル
ブ６４が取り付けられる。

デリバリバイブ６５は、ディーゼルエンジン６６の副燃
焼室に突出するように取り付けられた燃料噴射弁６８に
接続される。この副燃焼室には、グロープラグ７０が取
り付けられる。吸気通路には、スロットル弁８８が配置
され、このスロットル弁８８を含んでブンチニリ９０が
構成される。

なお、７４はアクセル開度を検出するアクセルセンサ、
７６は吸気管圧力を検出する圧力センサ、７８はエンジ
ン冷却水温を検出する水温センサ、８０はグローリレー
、９２は車速センサである。

また、８４はクランク軸に固定されると共に定気筒の上
死点位置に突起を備えたシグナルロータ、８６は突起の
通過に伴って上死点信号を出力する上死点センサ、９４
はシフトポジションスイッチである。

マイクロコンビ二−タ８２には、アクセルセンサ７４の
他、ピックアップ６２、圧力センサ７６、水温センサ７
８、車速センサ９２、シフトポジションスイッチ９４お
よび上死点センサ８６が接続される。マイクロコンピュ
ータ８２の出力ポートは、グローリレー８０を介してグ
ロープラグ７０に接続されると共に、電磁弁４４のソレ
ノイド４６、電磁弁４８のソレノイドおよび燃料噴射カ
ットバルブ６４のソレノイドに接続される。マイクロコ
ンピュータ８２は、周知のようにｃｐｕ　。

ＲＡＭ、　ＲＯＭ、＾Ｄ変換器、入力ポート、出力ポー
トなどから構成される。マイクロコンピュータ８２のＲ
ＯＭには、後述する制御ルーチンのプログラムが格納さ
れ、またアクセル開度α、エンジン回転数Ｎｅ、水温、
およびエンジン負荷によって補正された最終噴射量θｆ
ｉｎと、パイロット噴射量の指令値（パイロット量θｐ
１パイロット間隔θｍ）が予め記憶されている。

上記構成を有する燃料噴射ポンプは、次のようにして燃
料噴射を行う。すなわち、ドライブシャフト２０回転に
よりカムプレート２８が回転駆動され、これに応動して
プランジャ１６が軸まわりに回転するとともに軸方向に
そって往復動する。

ポンプ室１２内の燃料は、プランジャ１６の後退により
、吸入ポート１４を通って高圧室１８内に吸入され、こ
の高圧室１８に吸入された燃料は、プランジャ１６の前
進にともない圧縮されて、分配ポート２６および分配通
路３８を通り、デリバリバルブ３６を押し開けて吐出さ
れる。燃料噴射率の制御は、電磁弁４４を開閉させ、連
通路４０を介して高圧室１８の燃料をポンプ室へ解放す
ることにより行われる。また、減速運転時等において、
エンジンへの燃料供給の遮断は、燃料噴射カットバルブ
６４を閉塞することにより行われる。

一般にディーゼルエンジンへの燃料噴射量を制御する場
合、例えばエンジンまたは噴射ポンプに取り付けられた
回転数検出センサによりエンジン回転数を検出し、また
アクセルに取り付けられたアクセル位置センサによりア
クセル開度を検出し、この回転数とアクセル開度に基づ
いてを２次元マツプまたは計算式から基本燃料噴射量が
算出される。なお、この噴射量パターンはディーゼル噴
射ポンプ特有のガバナパターンであり、このパターンの
特徴は、アイドル時（アクセル開度０％）について言え
ば第５図に示すように回転数の増加に伴い噴射量が急激
に減少するパターンである。ディーゼルエンジンのアイ
ドル回転数は、このパターンとエンジンの負荷曲線（負
荷一定で、それぞれの回転数で必要な噴射量を結んだ曲
線）との交点付近で定まる。すなわち、ガバナパターン
上で回転数が上がると、噴射量が減ることにより回転数
が下がり、逆に回転数が下がると、噴射量が増えること
により回転数が上がる。このようなフィードバック制御
にふいて、その周期が速い場合、回転数は負荷曲線とが
バナパターンとの交点で安定する。第５図において回転
数の安定点は、ガバナパターン１ではＮ１、パターン２
ではＮ２、パターン３ではＮ２である。初期においてパ
ターン２に従って燃料噴射量が変化するとすると、開弁
圧が大の時噴射量が少ないパターン１となり、開弁圧が
小の時噴射量が多いパターン３となる。また燃料噴射弁
の特性が劣化して開弁圧が小となると、燃料噴射量はパ
ターン３のようになる。本実施例では、このようなガバ
ナパターンを、エンジン運転状態に応じて定めた目標回
転数と実際の回転数との誤差に応じて平行移動させるこ
とにより、負荷曲線とガバナパターンの交点を、目標ア
イドル回転数上に制御し、また、この誤差を修正するた
めの平行移動補正量を基準にパイロット噴射終了時期お
よびメイン噴射開始時期をも制御するものである。

第１図は、アイドル回転数およびパイロット噴射の制御
を行うルーチンのフローチャートを示す。

この制御ルーチンは、機関始動のためのキースイッチを
オンにすることにより起動され、その後所定時間毎に割
り込み処理される。

まずステップ１００〜１１０において、アイドル回転数
制御の補正を行う。

ステップ１００では、エンジンの運転パラメータとして
、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度α、エンジン水温
ＴＨＷ、エンジン負荷信号、車速ＳＰＤを取り込む。ス
テップ１０１では、アクセル開度が全閉でありかつ車速
が所定値以下であるか否かを判別することにより、現在
の運転状態がアイドル安定状態であるか否かを判別する
。現在アイドル安定状態のとき、ステップ１０２へ進み
、アイドル安定状態でないとき、ステップ１０６を実行
する。ステップ１０２ではアイドル安定状態になってか
ら所定時間経過したか否かを判別し、所定時間経過した
場合、ステップ１０３〜１０５においてアイドル回転数
の目標値と実回転数との差Ｎ１５ｃを求める。

ステップ１０３では、エンジン水温ＴＨＷおよびエンジ
ン負荷からアイドル回転数制御における目標回転数Ｎｆ
を算出し、ステップ１０４では、目標回転数Ｎｆとステ
ップ１００で取り込んだエンジンの実際の回転数Ｎｅと
の差ΔＮを算出する。ステップ１０５では、ステップ１
０４で求めた回転数差ΔＮから今回のアイドル回転数制
御の補正量ΔＮ１５ｃを算出する。なお、この補正量Δ
Ｎは回転数差ΔＮが大きいほど大きくなる。ステップ１
０６では、アイドル回転数制御における補正量を更新し
ないよう、補正量ΔＮ１５ｃ、パイロット量補正量Δθ
ｐ１パイロット間隔補正量Δθｍをゼロにリセットする
。ステップ１０７では、今までのアイドル回転数制御の
補正量積算値ΣΔＮ１５ｃに今回の補正量ΔＮ１５ｃを
加算することにより、アイドル回転数制御の補正量積算
値Ｎ１５ｃを求める。

ステップ１０８では、アイドル回転数制御の補正量積算
値Ｎ１５ｃが所定の範囲内にあるか否か、すなわち正常
か否かを判定し、所定の範囲内にあるときそのままステ
ップ１１０へ進み、所定の範囲にないときステップ１０
９において補正量積算値Ｎ１５ｃをＡにリセットする。

ステップ１１０では、ステップ１００で取り込んだエン
ジンの運転パラメータ、すなわちエンジン回転数Ｎｅ、
アクセル開度α、エンジン水温ＴＨＷと、これまでのス
テップにおいて求めたアイドル回転数制御の補正量とか
ら、最終噴射量の指令値θｆｉｎを算出する。

次にステップ１１１〜１２４において、パイロット噴射
の制御を行う。

ステップ１１１．１１２では、ステップ１０５において
算出したアイドル回転数制御の補正量ΔＮ１５ｃに基づ
いて、今回のパイロット量補正量Δθｐとパイロット間
隔補正量Δθｍとを算出する。これらの補正量Δθｐ、
Δθｍは、第７図に示すようにアイドル回転数制御の補
正量ΔＮ１５ｃの増加に対して直線的に増加し、パイロ
ット間隔補正量Δθｍの増加率のほうがパイロット量補
正量Δθｐのそれよりも大きい。ステップ１１３では、
今までのパイロット量の補正量積算値ΣΔθｐに今回の
補正量Δθｐを加算することにより、パイロット量の補
正量積算値ｄθｐを求める。同様にステップ１１４では
、今までのパイロット間隔の補正量積算値ΣΔθｍに今
回の補正量Δθｍを加算することにより、パイロット間
隔の補正量積算値ｄθｍを求める。ステップ１１５では
、補正量積算値ｄθｐが所定の範囲内か否か、すなわち
正常か否かを判断し、正常であればステップ１１７へ進
み、正常でなければステップ１１６において補正量積算
値ｄ０ｐに所定値Ｂをセットする。ステップ１１７では
、補正量積算値ｄθｍが所定の範囲内か否か、すなわち
正常か否かを判断し、正常であればステップ１２１へ進
み、正常でなければステップ１１８において補正量積算
値ｄθｍに所定値Ｃをセットする。

ステップ１２１では、エンジン回転数Ｎｅ、アイドル回
転数制御の補正量Ｎ１５ｃ、アクセル開度α、エンジン
水温ＴＨＷに基づいて、パイロット量およびパイロット
間隔の基本指令値θｐ、θｍをそれぞれ求める。ステッ
プ１２２では、ステップ１２１で求めたパイロット量の
基本指令値θｐにステップ１１３で求めた積算値ｄθｐ
を加算し、最終指令パイロット量θｐを算出する。同様
にステップ１２３では、パイロット間隔の基本指令値θ
ｍにステップ１１４で求めた積算値ｄθｍを加算し、最
終指令パイロット間隔θｍを算出する。ステップ１２４
では、ステップ１１０．１２２．１２３でそれぞれ求め
た最終噴射量θｆｉｎ、最終指令パイロット量θｐ１最
終指令パイロット間隔θｍをマイクロコンピユータの出
力段にセットする。これらの指令値は、所定のタイミン
グで、電磁弁４４に出力され、これによりパイロット間
隔が行われる。

なお、上述した第１図のルーチンにおいて求められる補
正量ΔＮ１５ｃ、Δθｍは、金気筒にわたる噴射の１サ
イクル全体の補正値としてもよいし、また各気筒それぞ
れ固有の気筒毎の補正値として求めてもよいことは、も
ちろんである。

第６図（ａ）に示すように、燃料噴射弁の開弁圧が正常
の時、メイン噴射Ｍ０とパイロット噴射Ｐ０が実線で示
すように行われるとすると、この時燃料噴射は、第６図
（Ｃ）に示すようにプランジャ１６のリフト量の増加に
したがってハツチングで示した部分において行われ、ま
た電磁弁４４は、第６図（ｄ）に実線で示すように開閉
制御される。ここで、開弁圧が小さくなり、燃料噴射量
が変化してアイドル回転数が変化すると、これにともな
いアイドル回転数が所定値になるように補正され（ステ
ップ１００〜１１０）、これと同時にパイロット噴射の
指令値も制御される（ステップ１１１〜１２４）。この
パイロット噴射の指令値の制御では、パイロット間隔θ
ｍとパイロット量θｐとがつねに第７図に示すような関
係にあることを利用している。すなわち、アイドル回転
数制御の補正量ΔＮ１５ｃを、検出し、この補正量に応
じてパイロット間隔θｍとパイロット量θｐとを求め、
安定したパイロット噴射を得ている。この結果、電磁弁
４４の開閉は第６図（ｄ）に破線で示すように変化し、
これにより燃料噴射は第６図（Ｃ）に破線で示す時期に
行われるようになる。すなわち、第６図（ａ）に破線で
示すように、メイン噴射Ｍ＋パイロット噴射Ｐ＋が確保
される。

以上のように本実施例によれば、パイロット噴射制御シ
ステムにおいて、燃料噴射弁の開弁圧が経時変化等によ
り変わっても、パイロット噴射は常に確保されることと
なる。したがって、エンジン騒音および排気ガスエミッ
ションは、燃料噴射弁の性能変化にかかわらず常に低減
される、という効果が得られる。

なお上記実施例においては、アイドル運転時における実
回転数と目標値との差によって、アイドル運転時の燃料
噴射量の変化を検出し、これにより燃料噴射弁の開弁特
性の経時変化を検出しているが、その他の運転状態にお
ける回転数変化を検出することによりこの経時変化を検
出してもよい。

また、燃料噴射弁の開弁特性の経時変化は、燃料噴射弁
のニードル弁の開弁期間を検出することによっても得る
ことができる。スピルリングを有する分配型燃料噴射ポ
ンプの場合には、アイドル回転数制御のためのスピルリ
ングの位置変化によって、列形燃料噴射ポンプの場合に
は、調量用のラックの位置変化によって燃料噴射弁の開
弁特性の経時変化を検出することができる。

さらに、上記実施例は１個の電磁弁４４によりパイロッ
ト噴射の制御を行うよう構成されたものであったが、本
発明は、パイロット噴射制御用アクチュエータとメイン
噴射のための調量用アクチュエータとを別に設けた構成
の場合にも、同様に適用できる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、燃料噴射弁の性能変化に
拘わらずパイロット噴射を常に適切に行い、エンジン騒
音および排気ガスエミッションを常に抑えることができ
る、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるアイドル回転数制御
およびパイロット噴射制御のルーチンを示すフローチャ
ート、 第２図は本発明の一実施例を適用したディーゼルエンジ
ンと燃料噴射ポンプを示す断面図、第３図はシグナルロ
ータの詳細を示す平面図、第４図はピックアップから出
力されるパルス信号の波形を示す線図、 第５図はアイドル回転数制御の補正量に対するパイロッ
ト制御量のマツプ図、 第６図（ａ＞、　（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）、や呻は
、パイロット噴射に詔ける噴射率、ノズル室圧力、プラ
ンジャのリフト量、および電磁弁に対する指令信号をそ
れぞれ示すグラフ、 第７図はアイドル回転数とパイロット補正量の関係をし
めずグラフである。 ６８・・・燃料噴射弁、　　４４・・・電磁弁、８２・
・・マイクロコンビ二一夕。 第３図 り 第４図 第Ｓ図 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．所定の運転状態が予め定められた状態になるように
   燃料噴射量が変化せしめられるとともに、メイン噴射に
   先立ってパイロット噴射が行われ、該パイロット噴射が
   、上記燃料噴射量の変化量に応じて制御されることを特
   徴とす圧縮着火機関用燃料噴射率制御装置。
2. ２．上記所定の運転状態がアイドル運転状態であること
   を特徴とする請求項１記載の圧縮着火機関用燃料噴射率
   制御装置。
3. ３．上記所定の運転状態における燃料噴射量の変化量が
   、実回転数と目標値との偏差に応じて検出されることを
   特徴とする請求項１記載の圧縮着火機関用燃料噴射率制
   御装置。