JPH0968081A - ディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディーゼルエンジンの燃料噴射時期を最適制
御する。 【解決手段】 燃焼圧力センサによりグロープラグ又は
燃料噴射ノズルに作用する燃焼圧力を検出し、これに基
づいて燃焼圧力波形の立上がり点である着火時期θｆを
検出する（Ｓ１）。そして、エンジン運転条件に基づい
て目標時期Ｘを設定する（Ｓ２）。そして、着火時期θ
ｆが目標時期Ｘに一致するように、燃料噴射時期をフィ
ードバック制御する（Ｓ３〜Ｓ６）。又は、燃焼圧力波
形のピーク点である燃焼圧力最大時期を検出し、これが
目標時期に一致するように、燃料噴射時期をフィードバ
ック制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの燃料噴射時期制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のディーゼルエンジン用の分配型燃
料噴射ポンプは、燃料噴射時期調整部材としてタイマピ
ストンを備え、このタイマピストンの移動位置に応じて
燃料噴射時期が調整されるようになっている。タイマピ
ストンに対しては、その一端側に、フィードポンプによ
り圧送されたポンプ室内の高圧燃料が導かれる高圧室が
形成され、また、他端側に、フィードポンプの吸入側の
サクション室と連通する低圧室が形成されている。

【０００３】そして、高圧室と低圧室とを連通する連通
路が設けられていて、この連通路に電磁式の制御弁が介
装されている。この制御弁の開閉はデューティ制御で行
い、高圧室から低圧室に流れる燃料量をデューティ比に
よって制御することで、高圧室の圧力を制御している。
このようにして、高圧室と低圧室との差圧を制御し、予
めタイマピストンに作用させたスプリングとの釣合いに
よって、タイマピストンの位置を制御して、燃料噴射時
期を調整している。

【０００４】ところで、ディーゼルエンジンの燃料噴射
時期をフィードバック制御する場合、従来は、燃料噴射
ノズルの噴射振動を圧電センサ（ピエゾ素子等）で検出
し、この検出時期が予め定められた目標時期となるよう
に、前記制御弁をデューティ制御していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ディー
ゼルエンジンの燃料噴射時期をフィードバック制御する
場合に、燃料噴射ノズルの噴射振動を検出するセンサを
燃料噴射ノズルの適当な位置に装着するのがレイアウト
上難しいという問題点があった。温度との関係でセンサ
を噴口部近傍に設置できないので、センサが噴口部から
離れた位置になり、噴射振動を拾いがたくなるからであ
る。

【０００６】また、センサによって燃料噴射ノズルによ
る実際の噴射時期を検出して、これを目標時期に制御し
得たとしても、実際の着火時期や燃焼状態を見ているわ
けではないので、燃料性状や負荷条件（充填効率）によ
り着火ズレ等を生じたりすると、最適な燃焼状態が得ら
れず、必ずしも最適制御とならないという問題点があっ
た。

【０００７】本発明は、このような従来の問題点に鑑
み、燃料噴射時期の最適制御を可能にすることを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、図１に示すように、ディーゼルエンジンの
シリンダ内の燃焼圧力を検出する燃焼圧力検出手段と、
検出される燃焼圧力に基づいて燃焼圧力波形の特徴点の
時期を検出する燃焼圧力波形特徴時期検出手段と、検出
される燃焼圧力波形の特徴点の時期がその目標時期に一
致するように燃料噴射ポンプによる燃料噴射時期をフィ
ードバック制御する燃料噴射時期フィードバック制御手
段とを設けて、ディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御
装置を構成する。

【０００９】すなわち、シリンダ内の燃焼圧力を検出
し、これに基づいて燃焼圧力波形の特徴点の時期を検出
する。そして、燃焼圧力波形の特徴点の時期が目標時期
に一致するように燃料噴射時期をフィードバック制御す
る。請求項２に係る発明では、燃焼圧力波形の特徴点の
時期として、燃焼圧力波形の立上がり点である着火時期
を検出する。

【００１０】従って、ディーゼルエンジンのシリンダ内
の燃焼圧力を検出する燃焼圧力検出手段と、検出される
燃焼圧力に基づいて燃焼圧力波形の立上がり点である着
火時期を検出する着火時期検出手段と、検出される着火
時期がその目標時期に一致するように燃料噴射時期をフ
ィードバック制御する燃料噴射時期フィードバック制御
手段とを設けて、ディーゼルエンジンの燃料噴射時期制
御装置を構成する。

【００１１】すなわち、シリンダ内の燃焼圧力を検出
し、これに基づいて燃焼圧力波形の立上がり点である着
火時期を検出する。そして、着火時期が目標時期に一致
するように燃料噴射ポンプによる燃料噴射時期をフィー
ドバック制御する。請求項３に係る発明では、燃焼圧力
波形の特徴点の時期として、燃焼圧力波形のピーク点で
ある燃焼圧力最大時期を検出する。

【００１２】従って、ディーゼルエンジンのシリンダ内
の燃焼圧力を検出する燃焼圧力検出手段と、検出される
燃焼圧力に基づいて燃焼圧力波形のピーク点である燃焼
圧力最大時期を検出する燃焼圧力最大時期検出手段と、
検出される燃焼圧力最大時期がその目標時期に一致する
ように燃料噴射ポンプによる燃料噴射時期をフィードバ
ック制御する燃料噴射時期フィードバック制御手段とを
設けて、ディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置を
構成する。

【００１３】すなわち、シリンダ内の燃焼圧力を検出
し、これに基づいて燃焼圧力波形のピーク点である燃焼
圧力最大時期を検出する。そして、燃焼圧力最大時期が
目標時期に一致するように燃料噴射時期をフィードバッ
ク制御する。請求項４に係る発明では、エンジン運転条
件に基づいて目標時期（目標着火時期、目標燃焼圧力最
大時期）を設定する目標時期設定手段を備えることを特
徴とする。

【００１４】請求項５に係る発明では、前記燃焼圧力検
出手段は、グロープラグに作用する燃焼圧力を受ける位
置に設けた圧電センサであることを特徴とする。請求項
６に係る発明では、前記燃焼圧力検出手段は、燃料噴射
ノズルに作用する燃焼圧力を受ける位置に設けた圧電セ
ンサであることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。先ず第１の実施例について説明する。図２はシス
テム構成を示している。ディーゼルエンジン１は、分配
型燃料噴射ポンプ２を備えている。この分配型燃料噴射
ポンプ２では、燃料噴射時期調整用の制御弁３のデュー
ティ制御により燃料噴射時期が調整され、調整された時
期にて高圧燃料が燃料噴射ノズル４に送出されて、シリ
ンダ内への燃料噴射がなされる。そして、燃料はシリン
ダ内で圧縮着火して、燃焼する。尚、始動時など、必要
により、グロープラグ５により加熱されて、着火が補助
される。

【００１６】本発明に係る構成としては、燃焼圧力検出
手段として、グロープラグ５のねじ込み式の取付部に、
取付座金状に、圧電素子からなる燃焼圧力センサ（圧電
センサ）６を設けて、グロープラグ５に作用する燃焼圧
力Ｐを検出するようにしている。尚、燃焼圧力検出手段
として、燃料噴射ノズル４のねじ込み式の取付部に、取
付座金状に、圧電素子からなる燃焼圧力センサ（圧電セ
ンサ）６’を設けて、燃料噴射ノズル４に作用する燃焼
圧力Ｐを検出するようにしてもよい。

【００１７】また、クランク角に同期してパルス信号を
出力するクランク角センサ７が設けられ、これによりク
ランク角θを検出し得ると共に、エンジン回転数ＮＥを
算出可能である。また、このクランク角センサ７には、
ＴＤＣ位置を検出するＴＤＣセンサが内蔵されている。
更に、ポテンショメータ式のアクセルセンサ８が設けら
れ、アクセル踏込み量ＡＣを検出し得る。

【００１８】これらのセンサ６〜８の信号はコントロー
ルユニット９に入力されている。コントロールユニット
９は、内蔵のマイクロコンピュータにより、所定時間毎
又は所定クランク角毎に、図３の燃料噴射時期制御ルー
チンを実行することにより、燃料噴射時期調整用の制御
弁３をデューティ制御して、燃料噴射時期を制御する。

【００１９】図３の燃料噴射時期制御ルーチンについて
説明する。ステップ１（図にはＳ１と記してある。以下
同様）では、燃焼圧力センサ６からの信号に基づいて検
出される燃焼圧力Ｐに基づいて、燃焼圧力波形の立上が
り点である着火時期θｆを検出する。この部分が燃焼圧
力波形特徴時期（着火時期）検出手段に相当する。

【００２０】但し、実際の検出は別ルーチンにより行
う。すなわち、クランク角センサ７からの信号に基づい
てクランク角を監視しつつ、所定のサンプリングタイミ
ング毎に、燃焼圧力センサ６からの信号をＡ／Ｄ変換し
て、燃焼圧力Ｐを読込むと同時に、前回のサンプリング
タイミングの燃焼圧力Ｐold からの変化量ΔＰ＝Ｐ−Ｐ
old を算出し、この変化量ΔＰを所定値と比較する。そ
して、ΔＰ≧所定値となったとき、その時点のクランク
角を読込んで、これを着火時期θｆとする（図４参
照）。

【００２１】尚、燃焼圧力Ｐの検出に際しては、燃焼圧
力センサ６からの信号には圧縮圧力が含まれるので、予
め各クランク角での圧縮圧力によるベース圧力を計算し
ておいて、これを減算したものを燃焼圧力Ｐとして検出
するとよい。ステップ２では、エンジン運転条件とし
て、クランク角センサ７からの信号に基づいて算出され
るエンジン回転数ＮＥと、アクセルセンサ８からの信号
に基づいて検出されるアクセル踏込み量ＡＣとを読込
み、これらから、マップを参照して、目標時期（目標着
火時期）Ｘを設定する。この部分が目標時期設定手段に
相当する。

【００２２】ステップ３では、実際の着火時期θｆと目
標時期Ｘとを比較する。比較の結果、θｆ＜Ｘのとき
は、ステップ４に進んで、θｆ＝Ｘとなるように、燃料
噴射時期を進角すべく、制御弁３に対するデューティＤ
ＵＴＹ（％）を減少させる。尚、デューティＤＵＴＹの
減少により、制御弁３の開弁時間割合が減少して、タイ
マピストンに作用する高圧室と低圧室との差圧が増大
し、タイマピストンが進角側に移動して、燃料噴射時期
が進角する。

【００２３】逆に、θｆ＞Ｘのときは、ステップ５に進
んで、θｆ＝Ｘとなるように、燃料噴射時期を遅角すべ
く、制御弁３に対するデューティＤＵＴＹ（％）を増大
させる。尚、デューティＤＵＴＹの増大により、制御弁
３の開弁時間割合が増大して、タイマピストンに作用す
る高圧室と低圧室との差圧が減少し、タイマピストンが
遅角側に移動して、燃料噴射時期が遅角する。

【００２４】θｆ＝Ｘのときは、デューティＤＵＴＹ
（％）を現在値に維持する。これらの後、ステップ６で
は、制御弁３に対し、デューティＤＵＴＹを出力する。
ここで、ステップ３〜６の部分が燃料噴射時期フィード
バック制御手段に相当する。

【００２５】このような燃料噴射時期の制御により、着
火時期を目標時期に制御することができる。次に第２の
実施例について説明する。システム構成は図２と同じで
あり、コントロールユニット９内のマイクロコンピュー
タにより、図５の燃料噴射時期制御ルーチンを実行する
点が相違する。

【００２６】図５の燃料噴射時期制御ルーチンについて
説明する。ステップ11では、燃焼圧力センサ６からの信
号に基づいて検出される燃焼圧力Ｐに基づいて、燃焼圧
力波形のピーク点である燃焼圧力最大時期θpmaxを検出
する。この部分が燃焼圧力波形特徴時期（燃焼圧力最大
時期）検出手段に相当する。

【００２７】但し、実際の検出は別ルーチンにより行
う。すなわち、クランク角センサ７からの信号に基づい
てクランク角を監視しつつ、所定のサンプリングタイミ
ング毎に、燃焼圧力センサ６からの信号をＡ／Ｄ変換し
て、燃焼圧力Ｐを読込みつつ、１燃焼行程における燃焼
圧力Ｐの最大値を見出して、そのときのクランク角を記
憶保持し、これを燃焼圧力最大時期θpmaxとする（図６
参照）。

【００２８】ステップ12では、目標時期（目標燃焼圧力
最大時期）Ｙをエンジンにより定まるＭＢＴ点（通常Ａ
ＴＤＣ15°位）に設定する。尚、このように一定値とす
る他、図３のステップ２と同様に、エンジン回転数ＮＥ
とアクセル踏込み量ＡＣとを読込み、これらから、マッ
プを参照して、目標時期（目標燃焼圧力最大時期）Ｙを
設定してもよい。

【００２９】ステップ13では、実際の燃焼圧力最大時期
θpmaxと目標時期Ｙとを比較する。比較の結果、θpmax
＜Ｙのときは、ステップ14に進んで、θpmax＝Ｙとなる
ように、燃料噴射時期を進角すべく、制御弁３に対する
デューティＤＵＴＹ（％）を減少させる。逆に、θpmax
＞Ｙのときは、ステップ15に進んで、θpmax＝Ｙとなる
ように、燃料噴射時期を遅角すべく、制御弁３に対する
デューティＤＵＴＹ（％）を増大させる。

【００３０】θpmax＝Ｙのときは、デューティＤＵＴＹ
（％）を現在値に維持する。これらの後、ステップ16で
は、制御弁３に対し、デューティＤＵＴＹを出力する。
ここで、ステップ13〜16の部分が燃料噴射時期フィード
バック制御手段に相当する。

【００３１】このような燃料噴射時期の制御により、燃
焼圧力最大時期を目標時期に制御することができる。特
に目標時期をＭＢＴ点とすることにより、常に最高効率
で運転でき、また、ＭＢＴ点はエンジンにより定まるの
で、目標時期設定用のマップも不要で、メモリを節約で
き、更に適合も不要で、恒久的に各燃料噴射ノズルのバ
ラツキ等も自動補正することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、シリンダ内の燃焼圧力を検出するので、従
来のように燃料噴射ノズルの噴射振動を検出する場合に
比べ、センサ配置の自由度が増すという効果が得られ
る。また、燃焼圧力から、燃焼圧力波形の特徴点の時期
を検出して、これが目標時期に一致するように燃料噴射
時期をフィードバック制御するので、燃料性状等により
燃焼状態が変化しても、常に最適制御となり、燃費等が
向上するという効果が得られる。

【００３３】請求項２に係る発明によれば、燃焼圧力波
形の特徴点の時期として、燃焼圧力波形の立上がり点で
ある着火時期を検出して、これが目標時期に一致するよ
うに燃料噴射時期をフィードバック制御するので、着火
ズレを生じても、常に最適制御となり、燃費等が向上す
るという効果が得られる。請求項３に係る発明によれ
ば、燃焼圧力波形の特徴点の時期として、燃焼圧力波形
のピーク点である燃焼圧力最大時期を検出して、これが
目標時期に一致するように燃料噴射時期をフィードバッ
ク制御するので、常に最適制御となり、また目標時期を
ＭＢＴ点に設定することで最高効率で運転できるなどの
効果が得られる。

【００３４】請求項４に係る発明によれば、エンジン運
転条件に基づいて目標時期を設定することで、エンジン
運転条件に適合した最適制御が可能になるという効果が
得られる。請求項５に係る発明によれば、燃焼圧力検出
手段として、グロープラグに作用する燃焼圧力を受ける
位置に設けた圧電センサを用いることにより、燃焼圧力
を比較的簡単に精度よく検出できるという効果が得られ
る。

【００３５】請求項６に係る発明によれば、燃焼圧力検
出手段として、燃料噴射ノズルに作用する燃焼圧力を受
ける位置に設けた圧電センサを用いることにより、燃焼
圧力を比較的簡単に精度よく検出できるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成を示す機能ブロック図

【図２】 本発明の第１の実施例を示すシステム構成図

【図３】 燃料噴射時期制御ルーチンのフローチャート

【図４】 着火時期θｆ検出方法を示す図

【図５】 第２の実施例を示す燃料噴射時期制御ルーチ
ンのフローチャート

【図６】 燃焼圧力最大時期θpmax検出方法を示す図

【符号の説明】

１ ディーゼルエンジン ２ 燃料噴射ポンプ ３ 燃料噴射時期調整用の制御弁 ４ 燃料噴射ノズル ５ グロープラグ ６ 燃焼圧力センサ（圧電センサ） ６’燃焼圧力センサ（圧電センサ） ７ クランク角センサ ８ アクセルセンサ ９ コントロールユニット

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼルエンジンのシリンダ内の燃焼圧
   力を検出する燃焼圧力検出手段と、 検出される燃焼圧力に基づいて燃焼圧力波形の特徴点の
   時期を検出する燃焼圧力波形特徴時期検出手段と、 検出される燃焼圧力波形の特徴点の時期がその目標時期
   に一致するように燃料噴射ポンプによる燃料噴射時期を
   フィードバック制御する燃料噴射時期フィードバック制
   御手段と、 を含んで構成されるディーゼルエンジンの燃料噴射時期
   制御装置。
2. 【請求項２】ディーゼルエンジンのシリンダ内の燃焼圧
   力を検出する燃焼圧力検出手段と、 検出される燃焼圧力に基づいて燃焼圧力波形の立上がり
   点である着火時期を検出する着火時期検出手段と、 検出される着火時期がその目標時期に一致するように燃
   料噴射ポンプによる燃料噴射時期をフィードバック制御
   する燃料噴射時期フィードバック制御手段と、 を含んで構成されるディーゼルエンジンの燃料噴射時期
   制御装置。
3. 【請求項３】ディーゼルエンジンのシリンダ内の燃焼圧
   力を検出する燃焼圧力検出手段と、 検出される燃焼圧力に基づいて燃焼圧力波形のピーク点
   である燃焼圧力最大時期を検出する燃焼圧力最大時期検
   出手段と、 検出される燃焼圧力最大時期がその目標時期に一致する
   ように燃料噴射ポンプによる燃料噴射時期をフィードバ
   ック制御する燃料噴射時期フィードバック制御手段と、 を含んで構成されるディーゼルエンジンの燃料噴射時期
   制御装置。
4. 【請求項４】エンジン運転条件に基づいて目標時期を設
   定する目標時期設定手段を備えることを特徴とする請求
   項１〜請求項３のいずれか１つに記載のディーゼルエン
   ジンの燃料噴射時期制御装置。
5. 【請求項５】前記燃焼圧力検出手段は、グロープラグに
   作用する燃焼圧力を受ける位置に設けた圧電センサであ
   ることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つ
   に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置。
6. 【請求項６】前記燃焼圧力検出手段は、燃料噴射ノズル
   に作用する燃焼圧力を受ける位置に設けた圧電センサで
   あることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１
   つに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装
   置。