JP2611350B2 - 圧縮着火機関用燃料噴射率制御装置 - Google Patents

圧縮着火機関用燃料噴射率制御装置

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JP2611350B2
JP2611350B2 JP63171944A JP17194488A JP2611350B2 JP 2611350 B2 JP2611350 B2 JP 2611350B2 JP 63171944 A JP63171944 A JP 63171944A JP 17194488 A JP17194488 A JP 17194488A JP 2611350 B2 JP2611350 B2 JP 2611350B2
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

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P0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
一点鎖線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〕
本発明では、メイン噴射に先立ってパイロット噴射を
実行するパイロット噴射実行手段と、 機関始動後最初に運転状態が安定している状態におい
て、機関を定回転速度で制御する際の目標回転速度を設
定する目標回転速度設定手段と、 機関の実回転速度を検出する実回転速度検出手段と、 上記機関を定回転速度で制御する状態において、機関
の前記目標回転速度と前記実回転速度との偏差を算出す
る回転速度偏差算出手段と、 この回転速度偏差算出手段にて検出された目標回転速
度と実回転速度との偏差に従って、経時変化パラメータ
を更新記憶する経時変化更新記憶手段と、 この更新記憶された経時変化パラメータに基づき、前
記目標回転速度に対する実回転速度の落ち込みが大きい
時は小さい時に較べて前記パイロット噴射実行手段にて
実行されるパイロット噴射量および、パイロット噴射と
メイン噴射との間隔の少なくとも1つを増加させる制御
手段とを備えたことを特徴とする圧縮着火機関用燃料噴
射率制御装置としている。
〔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ュレー
ティングバルブ8に導かれ、このプレッシャレギュレー
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18に送られる。
また、一部の燃料は、オーバフローバルブ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、プレンジ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12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
い回転だけ往復動する。
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を噴射遅
れの方向に押しており、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56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
筒ディ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,6
0β,…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D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、吸入ポート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。
デリバリパイプ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を含んでブンチュリ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
と共に空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。
マイクロコンピュータ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78、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,AD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ROM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θfinと、パイロ
ット噴射量の指令値(パイロット量θp、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2の回転
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次元マッ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
制御において、その周期が速い場合、回転数は負荷曲線
とガ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ィッチをオンにする
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Nisc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104で求めた回転数差Δ
Nから今回のアイドル回転数制御の補正量ΔNiscを算出
する。なお、この補正量ΔNは回転数差ΔNが大きいほ
ど大きくなる。ステップ106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ΔNisc、パイ
ロット量補正量Δθp、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ΣΔNiscに今回の補正量
ΔNisc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Nisc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Nisc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109において
補正量積算値Nisc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ΔNisc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Δθ
m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ΔNiscの増
加に対して直線的に増加し、パイロット間隔補正量Δθ
m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1
16において補正量積算値dθp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Nisc、アクセル開度α、エンジン水温TH
W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θ
p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θm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110,12
2,123でそれぞれ求めた最終噴射量θfin、最終指令パイ
ロット量θp、最終指令パイロット間隔θmをマイクロ
コンピュ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
よりパイロット噴射が行われる。
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ΔNisc、Δθmは、全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
たがってハッ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θm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Δ
Nisc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M1
パイロット噴射P1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〕
以上述べたように、本発明によれば、燃料噴射弁の開
弁圧等の経時変化が生じた場合、その経時変化を機関始
動後最初の安定運転状態における機関の定回転速度制御
の偏差分から検出して経時変化パラメータを更新記憶し
ているので、経時変化を実際の機関出力のずれから予め
正確に検出できるようになるとともに、その後パイロッ
ト噴射の実行を開始する際に、更新記憶された値を使用
してパイロット噴射初期の段階から経時変化補償分を反
映したパイロット制御が可能となり、燃料噴射弁の経時
変化に関係なく常に最適なパイロット噴射を実行するこ
とができ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
ト制御量のマップ図、 第6図(a),(b),(c),(d),は、パイロッ
ト噴射における噴射率、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
めすグラフである。 68……燃料噴射弁、44……電磁弁、 82……マイクロコンピュータ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メイン噴射に先立ってパイロット噴射を実
    行するパイロット噴射実行手段と、 機関始動後最初に運転状態が安定している状態におい
    て、機関を定回転速度で制御する際の目標回転速度を設
    定する目標回転速度設定手段と、 機関の実回転速度を検出する実回転速度検出手段と、 上記機関を定回転速度で制御する状態において、機関の
    前記目標回転速度と前記実回転速度との偏差を算出する
    回転速度偏差算出手段と、 この回転速度偏差算出手段にて検出された目標回転速度
    と実回転速度との偏差に従って経時変化パラメータを更
    新記憶する経時変化更新記憶手段と、 この更新記憶された経時変化パラメータに基づき、前記
    目標回転速度に対する実回転速度の落ち込みが大きい時
    は小さい時に較べて前記パイロット噴射実行手段にて実
    行されるパイロット噴射量および、パイロット噴射とメ
    イン噴射との間隔の少なくとも1つを増加させる制御手
    段とを備えたことを特徴とする圧縮着火機関用燃料噴射
    率制御装置。
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