JP2611357B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は内燃機関に燃料を供給するための燃料噴射
制御装置に関するものである。

［従来技術］ 従来、例えば、特公昭62−61774号公報に示されてい
るように、カム、プランジャ等の加圧手段で昇圧される
ハイプレッシャチェンバー（加圧室）内に、運転状態に
応じた最適の噴射時期及び噴射量を得るために、噴射開
始時期及び終了時期を決定する電磁スピル弁を設けると
ともに、プランジャの圧送開始時期を制御して最適の噴
射率を制御するためのタイマを設け、燃料噴射時期、噴
射量、及び噴射率を制御する燃料噴射装置が知られてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、騒音（特に、冷間アイドル付近）、排
ガス（特に、NOx排出量）を低減するために燃料噴射率
を下げるという対策が一般に考えられているが、簡単に
要求される領域のみ噴射率を下げて他の領域（例えば、
高い噴射率が要求される高速、高負荷時）では通常の噴
射率というように切換えるのは非常に困難であった。

このため、負荷に応じて噴射率を変更する技術とし
て、従来、特開昭61−275542号のごとく、軽負荷時に
は、カムの圧送領域における燃料の供給終了時期のみを
電磁スピル弁の開時期で制御して供給開始は自然圧送と
し、高負荷時には、カムの圧送領域における燃料の供給
開始時期のみを電磁スピル弁の閉時期にて制御し、供給
終了は自然終了としたものが知られている。

このものは、カムの加圧速度がカムの使用領域で異な
ることを前提として、軽負荷時に適したカム速度がカム
の加圧行程前半にあり、高負荷に適したカム速度がカム
の加圧行程後半にあることをうまく利用したことによ
り、軽負荷，高負荷とも供給開始・供給終了のいずれか
一方の制御でも行うようにできるというものであるが、
低負荷と高負荷とで使用領域が大きく離れるため、カム
の位相を制御するタイマ応答性が追いつかなかったり、
また、緻密な制御の要求される軽負荷時に一義的な噴射
率しか決定できなかったり、また高負荷時に燃料圧力に
抗して電磁スピル弁を閉駆動する際の応答精度にも問題
があったりした。

本発明は、軽負荷時には加圧行程の途中で電磁スピル
弁を開閉するそれらの時期を制御して高精度の噴射率制
御を実現するとともに、高負荷時の加圧行程中には、開
駆動のみを行いその時期のみを制御することで、電磁ス
ピル弁の高負荷時の加圧行程での電磁スピル弁の駆動負
担を大いに低減させることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、第１図に示すように、 使用領域に応じて燃料加圧速度の異なるカムM1を有す
る加圧手段M2の加圧作動に従い昇圧される加圧室M3内の
燃料を機関M4へ供給開始あるいは供給停止する所要のタ
イミングを、加圧室内の燃料を溢流させる電磁弁M5の開
閉時期にて制御する燃料噴射制御装置において、 カムM1の加圧行程中において、前記電磁弁M5を閉鎖す
るとともに前記電磁弁M5を開放することにより、加圧室
M3内の燃料を機関へ供給開始する時期、および前記燃料
の供給停止時期の両方を制御する第１の制御手段M6と、 カムM5の加圧行程前の所定時期より前記電磁弁M5を閉
じるとともに、カムM5の加圧行程中において前記電磁弁
M5を開放することにより、前記燃料の供給開始時期を前
記カムM5の自然加圧開始時期とするとともに前記燃料の
供給停止時期を制御する第２の制御手段M7と、 機関M4の負荷状態を検出する負荷状態検出手段M8と、 前記負荷状態検出手段M8にて検出される軽負荷時には
前記第１の制御手段による制御を行わせ、軽負荷時以外
のときには前記第２の制御手段による制御を行わせるべ
く前記電磁弁M5の開閉時期制御を切り換える切換手段M9
と を備えたことを特徴とする燃料噴射制御装置としてい
る。

［作用］ 切換手段M9は、負荷状態検出手段M8により軽負荷時に
は第１の制御手段M6による制御を行なわせ、軽負荷時以
外のときには第２の制御手段M7による制御を行なわせ
る。その結果、軽負荷時には加圧室M3内の燃料の機関M4
への供給開始時期及び供給停止時期の制御が行なわれ、
軽負荷時以外のときには加圧室M3内の燃料の機関M4への
供給停止時期のみの制御が行なわれる。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って
説明する。

第２図は、本実施例の燃料噴射装置の全体を示し、当
該燃料噴射装置には分配型の燃料噴射ポンプ１が設けら
れている。この燃料噴射ポンプ１はディーゼル機関２の
クランク軸にベルト等を介して連結されたドライブプー
リ３の回転により駆動され、各気筒（本実施例では４気
筒）の燃料噴射ノズル４に燃料を圧送する。

前記ドライブプーリ３にはクランク角センサ５が設け
られ、クランク角センサ５はクランク軸の上死点位置
（TDC）毎に、即ち、720℃Ａ毎にパルス信号（以下、TD
C信号という）を発生・出力する。又、ドライブプーリ
３にはベーンポンプ６を介してドライブシャフト７が連
結されている。このドライブシャフト７には外周毎に多
数の突起が形成されたパルサ８が取付けられるととも
に、ドライブシャフト７の先端部には図示しないカップ
リングを介してカムプレート９が配置されている。

又、カムプレート９には燃料圧送用の加圧手段として
のプランジャ10が一体的に連結されるとともに、カムプ
レート９はプランジャスプリング11によりドライブシャ
フト７側に付勢されている。さらに、ドライブシャフト
７とカムプレート９との間にはローラリング12及びカム
ローラ13が介在され、カムプレート９はドライブシャフ
ト７の回転に応じて回転されるとともに、ローラリング
12及びカムローラ13によって図中左右方向に気筒数回数
だけ往復動される。

プランジャ10はポンプハウジングに形成されたシリン
ダ14内に嵌挿されており、その往復動により加圧室15の
燃料を加圧する。加圧室15はプランジャ10の回転に伴い
その吸入ポート10aがポート16を介してベーンポンプ６
から圧送された燃料の満たされた燃料室17と連通状態と
なり、この連通した時に燃料室17から加圧室15に燃料が
吸入される。そして、プランジャ10の回転リフト動作に
よりポート16が閉じられ、第３図の（ｄ）に示すように
カムリフトが開始されると、加圧室15内の燃料の圧縮が
開始される。さらに、プランジャ10が回転リフトを続け
て同プランジャ10に形成された分配ポート10bがポート1
8と連通すると、高圧燃料は前記噴射ノズル４に圧送さ
れる。

一方、加圧室15と燃料室17との間には両室を連通させ
るスピル通路19が形成され、そのスピル通路19には電磁
スピル弁20が設けられている。電磁スピル弁20は前記プ
ランジャ10の圧送行程中で分配ポート10bとポート18が
連通している期間中に開閉されるもので、第３図の
（ｂ）に示すようにスピル通路19を閉じている期間中に
燃料を前記噴射ノズル４から噴射し、スピル通路19を開
いている間は加圧室15内の燃料を低圧側の燃料室17に溢
流させて噴射ノズル４からの噴射を停止させる。即ち、
電磁スピル弁20は供給開始時期としての閉弁時期（噴射
開始カム角度位置）ｃで閉じられ（通電状態はオ
ン）、供給停止時期としての開弁時期（噴射終了カム角
度位置）ｏで開かれる（通電状態はオフ）。

又、前記ローラリング12はタイマ装置22によってドラ
イブシャフト７の回転方向に対する位置決めが行なわ
れ、プランジャ10はドライブシャフト７による回転中に
タイマ装置22にてその往復開始時期が制御される。この
タイマ装置22は、タイマハウジング23内に前記ローラリ
ング12と接続されたタイマピストン24が嵌挿されてい
る。そのタイマピストン24はスプリング25により図中右
方向に付勢され、燃料室17から導入された高圧燃料で満
たされた高圧室26の燃料圧とつり合う位置にタイマピス
トン24の位置を固定してローラリング12の位置を決定す
る。燃料噴射時期はローラリング12の位置により決定さ
れるが、高圧室26から低圧室27への連通通路途中にデュ
ーティ比制御により流量を調整するデューティ制御弁
（以下、TCVという）28が設けられ、このTCV28により高
圧室26の燃料圧、即ち進角方向への付勢力を運転状態に
応じて制御することが可能である。

ローラリング12上には負荷状態検出手段としての回転
数センサ29が取付けられ、同回転数センサ29はパルサ８
外周面の突起が横切るたびに検出信号を発生する。即
ち、パルサ８の外周面には外周面を４等分する４箇所を
切歯とした56個の突起が形成されて、この回転数センサ
29はローラリング12と一体であるので、タイマ装置22の
制御量に関係なく第３図の（ａ）に示すカムリフトに対
応しているカム角度を検出できる。

尚、タイマ制御の制御性を向上させるために着火時期
センサあるいはノズルリフトセンサ等により実噴射時期
を検出して目標のタイマ位置にフィードバックするやり
方もあるが、本実施例ではクランク角センサ５のTDC信
号と、回転数センサ29からのカム角度信号の所定パルス
との位相差が実タイマ位置ACTCAに対応している。従っ
て、まず位相差を検出することにより実際のタイマ位置
ACTCAを演算し、一方、運転状態に応じて目標タイマ位
置TRGCAを演算し、次に目標タイマ位置TRGCAに対応する
目標位置差に実位相差が一致するようにTCV28のデュー
ティ比を制御してタイマ位置22を目標位置にフィードバ
ック制御している。

次に、噴射量、噴射時期、噴射率（送油率）を最適に
制御するためのその他の各センサについて述べる。水温
センサ30はデューゼル機関２の冷却水温を検出する。
又、エアクリーナ下流に設けられた吸気温センサ31は吸
気の温度を検出し、２つの吸気絞り弁の下流に設けられ
る吸気圧センサ32は吸気圧を検出する。負荷状態検出手
段としてのアクセル開度センサ33はアクセルペダルの踏
込みに連動する側の吸気絞り弁の開度からアクセルペダ
ルの踏込み量を検出する。尚、図中、34はEGRバルブ、3
5は前述したセンサ類の信号に応じてEGRバルブ34の開度
を制御する電磁弁、36はバイパス弁であり、二段ダイヤ
フラム37によりアイドル軽負荷時には騒音振動低減のた
め半開に絞り、エンジン停止時には安全のために全閉、
その他の通常運転状態時には全開位置に駆動される。

ここで、噴射量及び噴射率については、電磁スピル弁
20により前述した電磁スピル弁20の開閉弁時期（カム角
度位置）o,ｃを運転状態に応じてそれぞれ決定する
ことにより最適に制御できる。即ち、第３図の（ｂ）に
示すように、カムの加圧開始点Ps以前から閉弁している
場合には、回転数センサ29からのカム角度信号の欠歯部
を基準点として開弁時期ooを定め、その開弁時期oo
を大きくとるほど噴射量を増大でき、さらに、この場合
第３図の（ｅ）に示すようにカム速度の速い加圧力の増
大していく領域（で表示）を使用することになり高い
噴射率を得ることができる。尚、この場合の加圧開始点
Ps以前の閉弁時期coは予め定められている。又、加圧
開始点Ps以後に閉弁する場合には、回転数センサ29から
のカム角度信号の欠歯部を基準点として閉弁時期c1と
開弁時期o1を定め、その開弁時間が長いほど噴射量も
増加でき、さらに、この場合第３図の（ｅ）に示すよう
にカム速度の速い加圧力の減衰していく領域（で表
示）を使用することになり噴射率が低くなる。

又、前述したように、回転数センサ29はローラリング
12と一体であるので、一旦開閉弁時期o,ｃを決定す
れば、タイマ装置22がどの位置に作動しても、実際の噴
射量、噴射率とも不変である。そのため、本実施例のタ
イマ装置22は本来の噴射時期制御のみを専門に行なうも
のであり、TCV28の制御の複雑化を防止でき優れてい
る。なぜなら、タイマ装置22は油圧で駆動されるために
応答性が悪いのでタイマ装置22にあまり負荷をかけない
方が燃料噴射装置全体の制御精度を向上させることがで
きるからである。

燃料噴射ポンプ１には前記電磁スピル弁20の開閉弁時
期o,ｃを補正するための開閉時期補正装置38が設け
られている。この開閉時期補正装置38は第４図に示すよ
うに定電圧端子Vccに対し固定抵抗39と、固定抵抗40と
可変抵抗41との並列回路が直列に接続されている。本実
施例では、可変抵抗41を機種に合わせて最適なる補正が
行なわれるように所定の抵抗値を持つ抵抗を挿入しセッ
トすることができるようになっている。そして、開閉時
期補正装置38は抵抗39と並列回路（抵抗40,41）との間
の接続点ａの電位Ｖ_θを検出して出力する。

負荷状態検出手段、第１の制御手段、第２の制御手
段、及び切換手段としての制御装置42は前記クランク角
センサ５、回転数センサ29、水温センサ30、吸気温セン
サ31、吸気圧センサ32及びアクセル開度センサ33からそ
れぞれ検出信号を入力し、クランク角、回転数、水温、
吸気温、吸気圧、アクセル開度を検知する。又、制御装
置42は電磁スピル弁20、TCV28、電磁弁35にそれぞれ制
御信号を出力し、各弁を開閉制御するようになってい
る。さらに、制御装置42には開閉時期補正装置38から開
閉時期補正のための信号が送られてくる。

又、制御装置42にはメモリ42aが配設され、同メモリ4
2aには第５図に示すにように開閉時期補正装置38の接続
点ａの電位Ｖ_θに対応する開閉時期補正値△をマップ
にして記憶している。又、制御装置42のメモリ42aはエ
ンジン回転数及びアクセル開度にて決まる燃料噴射量及
び燃料噴射率の関係を示すマップを予め記憶している。
さらに、制御装置42のメモリ42aはエンジン回転数及び
アクセル開度を基本パラメータして閉弁時期ｃ及び開
弁時期ｏを求めるマップを予め記憶している。

次に、制御装置42の電磁スピル弁20の開閉制御のため
の処理動作を第６図に基づいて説明する。尚、この処理
動作（ルーチン）は制御装置42内のCPUの時間割込み周
期毎に実行される。

まず、制御装置42はステップ100で各センサからの信
号により運転状態を検出する。そして、制御装置42はス
テップ101にてメモリ42aに記憶したマップ、即ち、エン
ジン回転数とアクセル開度とを要素とするマップに従
い、燃料噴射量及び燃料噴射率を演算する。

次に、制御装置42はステップ102にてその噴射率が高
いか低いかを判断したのち、噴射率が低い場合にはステ
ップ103でメモリ42aに記憶したマップに基づき第３図の
（ｂ）で破線で示す閉弁時期c1を決定する。即ち、閉
弁がカムの加圧開始点Ps後に行なわれるように設定す
る。さらに、制御装置42はステップ104にてメモリ42aに
記憶したマップに基づき開弁時期o1を演算する。引続
き、制御装置42はステップ105で開閉時期補正装置38か
ら電圧値Ｖ_θを読み出し、第５図に示すマップに基づい
て開閉時期補正値△を求める。尚、このとき既に開閉
時期補正装置38には機種ごとの最適なる補正を行なうこ
とができる抵抗値がセットされている。そして、ステッ
プ106において前記ステップ103で求めた閉弁時期c1及
びステップ104で求めた開弁時期o1に開閉時期補正値
△を加算して新たなる開閉弁時期c1,o1を決定す
る。制御装置42はステップ107で補正したその閉弁時期
c1及び開弁時期o1をセットする（第１の制御手
段）。

一方、制御装置42は、前記ステップ102にて噴射率が
高い場合にはステップ108でメモリ42aに記憶したマップ
に基づき第３図の（ｂ）で実線で示す開弁時期ooのみ
を求める。即ち、カムリフトの加圧開始点Psより前の時
点coで閉じられる電磁スピル弁20に対し開弁時期oo
を設定する。引続き、制御装置42はステップ109で開閉
時期補正装置38から電圧値Ｖ_θを読み出し、第５図に示
すマップに基づいて開閉時期補正値△を求める。そし
て、ステップ110において前記ステップ108で求めた開弁
時期ooに開閉時期補正値△を加算して新たなる開弁
時期ooを決定する。そして、制御装置42はステップ10
7にて補正したその開弁時期ooをセットする（第２の
制御手段）。

このようにステップ107にて設定された閉弁時期c1
及び開弁時期o1,ooに基づいて第３図の（ｂ）に示
す電磁スピル弁20の開閉制御が行なわれる。

このような制御により第３図に示すように、通常運転
で特に出力性能が重要な中・高速の高負荷領域はポンプ
のカムリフトの初期でのカム速度の速い領域を利用して
高噴射率の要求に答えている（第３図の（ｅ）でで表
示）。又、ディーゼル特有のノック音を低減するために
は、噴射率を下げるほど良く、ポンプのカムの特性上、
カムリフトの後ろのカム速度の遅い領域ほどその効果が
得られる（第３図の（ｅ）でで表示）。

このように、本実施例においては、回転数センサ29と
アクセル開度センサ33により算出される燃料噴射率の高
低により負荷状態を検出し、低噴射率（軽負荷）時には
加圧室15内の燃料の機関への供給開始時期（閉弁時期
c1）及び供給停止時期（開弁時期o1）を制御し、軽負
荷時以外のときには加圧室15内の燃料の機関への供給停
止時期（開弁時期oo）のみを制御すべく切換えるよう
にしたので、低負荷時のノック防止と中・高速の高負荷
領域の高噴射率の要求の両方を満足することができ、容
易にかつ確実に負荷状態に応じた最適の噴射率とするこ
とができることとなる。

又、開閉時期補正装置38を設けたことにより、電気抵
抗値（補正電圧値Ｖ_θ）をセットできその機種によるバ
ラツキを補正して簡単、かつ確実に負荷状態に応じた最
適の噴射率とすることができる。即ち、噴射始めと噴射
終りに対応する電磁弁の閉弁と開弁時期の指令信号に補
正を加味することにより噴射始め、噴射量及び噴射期間
中のカムの使用域のバラツキを精度良く抑制することが
できる。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、例えば、上記実施例では燃料噴射率が低いときには
閉弁時期c1及び開弁時期o1をそれぞれ演算にて求め
たが、いずれか一方を固定しておいて他方のc1若しく
はo1を演算にて求めるようにしてもよい。

又、上記実施例ではエンジン回転数とアクセル開度に
て求めた燃料噴射率の高低によりエンジンの負荷状態を
判断したが、これに限ることなく、 （１）水温センサ30によるエンジンの水温、 （２）回転数センサ29によるエンジン回転数、 （３）アクセル開度センサ33によるアクセル開度、
（４）それらの組合せにより、エンジンの負荷状態を判
断するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、軽負荷時には、
カムの圧送領域における燃料と供給開始と終了の双方を
カムの圧送領域での溢流電磁弁を開閉するそれらの時期
によって制御するとともに、軽負荷時以外では、加圧行
程の始まる前の低圧状況下で予め電磁弁を閉じておくこ
とで、加圧行程での電磁弁閉駆動をなくして自然圧送に
より燃料供給を開始して燃料の供給終了のみを電磁弁の
開時期で制御することになるので、加圧行程下で困難な
電磁弁閉駆動の回数を減少させ、特に高回転、高圧力に
よる高負荷時での電磁弁の負担を軽減できる。またさら
に、特にアイドル時など繊細な運転精度の要求が高い軽
負荷時には、加圧行程下でカムの使用領域の開始と終了
を制御して高精度の噴射率制御を実現できる。このよう
に、負荷によって加圧行程下での電磁弁閉制御回数を変
更することで、高負荷時の電磁弁の負担低減による高寿
命化を図りつつ軽負荷での制御精度向上の両立を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示すブロック図、第２図はこ
の発明を具体化した燃料噴射制御装置の断面図、第３図
（ａ）〜（ｅ）は各種動作を示すタイムチャート、第４
図は開閉時期補正装置を示す電気回路図、第５図は電圧
と補正値との関係を示す図、第６図は制御装置のフロー
チャートである。 M1はカム、M2は加圧手段、M3は加圧室、M4は機関、M5は
電磁弁、M6は第１の制御手段、M7は第２の制御手段、M8
は負荷状態検出手段、M9は切換手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−128428（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−275542（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−294141（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】使用領域に応じて燃料加圧速度の異なるカ
   ムを有する加圧手段の加圧作動に従い昇圧される加圧室
   内の燃料を機関へ供給開始あるいは供給停止する所要の
   タイミングを、加圧室内の燃料を溢流させる電磁弁の開
   閉時期にて制御する燃料噴射制御装置において、 カムの加圧行程中において、前記電磁弁を閉鎖するとと
   もに前記電磁弁を開放することにより、加圧室内の燃料
   を機関へ供給開始する時期、前記燃料の供給終了時期の
   両方を制御する第１の制御手段と、 カムの加圧行程前の所定時期より前記電磁弁を閉じると
   ともにカムの加圧行程中において前記電磁弁を開放する
   ことにより、前記燃料の供給開始時期を前記カムの自然
   加圧開始時期とするとともに前記燃料の供給停止時期を
   制御する第２の制御手段と、 機関の負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、 前記負荷状態検出手段にて検出される軽負荷時には前記
   第１の制御手段による制御を行わせ、軽負荷時以外のと
   きには前記第２の制御手段による制御を行わせるべく前
   記電磁弁の開閉時期制御を切り換える切換手段と を備えたことを特徴とする燃料噴射制御装置。