JPH0811941B2 - ディ−ゼル機関の燃料制御装置 - Google Patents

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、
ディーゼル機関特有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種
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〕

このパイロッ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、パイロッ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両噴射の時間間
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〕

本発明は、第１図に示すとおり、機関の燃焼室に噴射
するパイロット噴射燃料または主噴射燃料の噴射時期を
制御する噴射時期制御手段400と、前記燃料の実際の噴
射開始時期を検出する噴射開始検出手段200と、機関の
燃焼室に噴射された燃料の実際の着火時期を検出する着
火時期検出手段100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燃
料の着火時期と前記主噴射の開始時期とを一致させるべ
く、前記パイロット噴射と前記主噴射との間の間隔を制
御するための駆動出力を前記噴射時期制御手段400に対
し出力する電気的演算手段300と備えている。

〔作用〕

この構成によれば、燃料の実際の着火時期のみならず
燃料の実際の噴射開始時期が噴射開始検出手段200にて
検出される。この噴射開始時期信号は着火時期検出手段
100からの着火時期信号と共に電気的演算手段300に入力
される。これらの検出信号に従って、電気的演算手段30
0では、パイロット噴射燃料の着火時期と主噴射開始時
期とを判別し、パイロット噴射燃料の着火時期と主噴射
開始時期とを一致させるようにパイロット噴射と前記主
噴射との間の間隔を噴射時期制御手段400を駆動するこ
とにより制御する。

〔実施例〕

以下、図面に示す実施例に従って本発明を詳しく説明
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のクランク軸に係
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
テンショメータを係動させる事によりアクセルペダルの
操作角に応じ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
噴射量、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、これを
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（MCU）93は中央処理
ユニット（CPU）、リードオンリメモリ（ROM）、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ADC、MPX92をへて入力し、同じく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（ａ）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））より検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パイロッ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パイロッ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、光
式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、主噴射燃料の実際の噴射開始時
期を検出して主噴射の開始時期をフィードバックし、主
噴射の開始時期がパイロット噴射燃料の着火時期に一致
するようにパイロット噴射と主噴射との間隔を制御して
いるので、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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 65/00 ３０１ Ｚ (56)参考文献 特開 昭62−55436（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−131735（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−160047（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−99640（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の燃焼室に噴射するパイロット噴射燃
   料または主噴射燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御
   手段と、 前記燃料の実際の噴射開始時期を検出する噴射開始検出
   手段と、 機関の燃焼室に噴射された燃料の実際の着火時期を検出
   する着火時期検出手段と、 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燃料の着火時期と前記主噴
   射の開始時期とを一致させるべく、前記パイロット噴射
   と前記主噴射との間の間隔を制御するための駆動出力を
   前記噴射時期制御手段に対し出力する電気的演算手段と
   を備えることを特徴とするディーゼル機関の燃料制御装
   置。
2. 【請求項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ノズルリフトセンサを用いる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のディーゼ
   ル機関の燃料制御装置。
3. 【請求項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ことを特徴と
   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。