JP2916271B2 - エンジンの燃料噴射制御方法 - Google Patents

エンジンの燃料噴射制御方法

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JP2916271B2 JP2401136A JP40113690A JP2916271B2 JP 2916271 B2 JP2916271 B2 JP 2916271B2 JP 2401136 A JP2401136 A JP 2401136A JP 40113690 A JP40113690 A JP 40113690A JP 2916271 B2 JP2916271 B2 JP 2916271B2
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の気筒を有す
るディーゼルエンジンあるいは燃料を直接気筒内に噴射
する2燃焼サイクルガソリンエンジンにおいて、特にそ
のアイドリング運転時に、各気筒の爆発圧力を均等化さ
せるための燃料噴射制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ディーゼルエンジンでは、空気のみを燃
焼室に導いてここで圧縮し、この圧縮により高温となっ
た燃焼室内に、燃料噴射弁を介して適量の燃料を噴射す
ることにより自己着火させている。そして、この種のデ
ィーゼルエンジンの出力調整は、燃焼室に噴射される燃
料の噴射量を加減することで行われており、この燃料の
噴射量は、燃料噴射装置によって正確に制御されるよう
になっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、複数の気筒
を有するディーゼルエンジンでは、エンジン各部の寸法
精度を高めても、その寸法公差により各気筒間の圧縮比
や機械的損失にばらつきが生じることがあり得る。
【0004】このため、上記のように各気筒に対する燃
料の噴射量を正確に制御しても、特にアイドリング運転
時において、各気筒間の爆発圧力の変動により爆発が不
安定な状態となることがあり、アイドリング運転時での
エンジン回転が不安定となるといった不具合がある。
【0005】本発明は、このような事情にもとづいてな
されたもので、気筒毎の燃料噴射開始タイミングをエン
ジン回転数に応じて高精度に設定することができ、複数
の気筒に対する燃料の噴射量を正確に制御しつつ、これ
ら気筒間の爆発圧力を均等化することができ、アイドリ
ング運転時のエンジン回転を安定させることができるエ
ンジンの燃料噴射制御方法の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に係る発明は、燃料噴射弁を有する複数の
気筒と;クランク軸に連動して回転するタイミングギヤ
と;このタイミングギヤの外周部に形成され、タイミン
グギヤの回転方向に互いに間隔を存して配置された複数
の検出歯を有するとともに、上記タイミングギヤの回転
方向に間隔を存して配置された上記気筒数に対応する複
数の被センサ部と;上記タイミングギヤの外周部に対向
して配置され、上記被センサ部毎に通過する検出歯の歯
数を検出するとともに、この検出した歯数に対応したパ
ルスを出力するセンサと;を備え、上記複数の気筒に上
記燃料噴射弁を介して順番に燃料を噴射するエンジンに
適用される燃料噴射制御方法であって、上記被センサ部
の検出歯のうち、予め決められた数の検出歯が上記セン
サを通過したことを示す基準パルスを出力する行程と; この基準パルスを出力するための検出歯の数を、アイド
リング運転を含む低回転運転時に高回転運転時よりも大
きく設定する行程と; 上記基準パルスの出力に先行して上記センサが所定数の
パルスを出力するのに要する所要時間を求める行程と; 上記基準パルスが出力されてから燃料噴射開始までのク
ランク角度を予め記憶されているデータから検索すると
ともに、このデータと上記所要時間とに基づいて、上記
クランク角度分だけクランク軸が回転するのに要する噴
射待機時間を求める行程と; 所定数のパルスが出力されてから上記噴射待機時間を経
過した後に上記燃料噴射弁に駆動パルスを出力し、各気
筒毎に燃料噴射を開始する行程と; 正規のアイドリング回転数の時に、上記被センサ部の複
数の検出歯のうち所定数の検出歯が上記センサを通過す
るのに要する通過時間を予め計算し、この通過時間をア
イドリング運転時の基準通過時間として設定する行程
と; 実際のアイドリング運転時に、各気筒に対応する被セン
サ部が上記センサを通過する毎に上記所定数の検出歯の
通過時間を検出し、この通過時間を上記被センサ部が上
記センサを通過している間に燃料噴射を開始する気筒の
単位通過時間として各気筒毎に設定する行程と; 各気筒の上記単位通過時間と上記基準通過時間とを比較
することにより、各気筒が爆発を終了した1燃焼サイク
ルの中で上記単位通過時間が基準通過時間から最も外れ
た制御すべき気筒を決定する行程と; この制御すべき気筒の単位通過時間が基準通過時間より
も短い時に、次の燃焼サイクルにおいて上記制御すべき
気筒の前に爆発する気筒への燃料の噴射量を上記燃料噴
射開始と同期して少なくするとともに、上記制御すべき
気筒の単位通過時間が基準通過時間よりも長い時に、次
の燃焼サイクルにおいて上記制御すべき気筒の前に爆発
する気筒への燃料の噴射量を上記燃料噴射開始と同期し
て多くする行程と;を備えていることを特徴としてい
る。
【0007】
【作用】この方法において、エンジン運転中、ある特定
の気筒の単位通過時間が基準通過時間よりも短いという
ことは、この特定の気筒の前に爆発した気筒の爆発圧力
が高く、クランク軸を回転させようとするトルクが大き
いことを表わしている。
【0008】また、逆に特定の気筒の単位通過時間が基
準通過時間よりも長いということは、前に爆発した気筒
の爆発圧力が低く、クランク軸を回転させようとするト
ルクが小さいことを表わしている。そして、この各気筒
の爆発圧力は、燃料の噴射量と比例関係にあるから、制
御すべき気筒の単位通過時間が基準通過時間よりも短い
時に、次の燃焼サイクルでこの気筒の前に爆発する気筒
への燃料噴射量を少なくすれば、この気筒の爆発圧力が
前の燃焼サイクルに比べて低くなる。このため、クラン
ク軸を回転させようとするトルクも小さくなり、前の燃
焼サイクルに比べて噴射量を制御すべき気筒の単位通過
時間が基準通過時間に近づく。
【0009】一方、噴射量を制御すべき気筒の単位通過
時間が基準通過時間よりも長い時に、次の燃焼サイクル
でこの気筒の前に爆発する気筒への燃料噴射量を多くす
れば、この気筒の爆発圧力が前の燃焼サイクルに比べて
高くなる。このため、クランク軸を回転させようとする
トルクも大きくなり、前の燃焼サイクルに比べて噴射量
を制御すべき気筒の単位通過時間が基準通過時間に近づ
く。
【0010】したがって、複数の気筒の爆発が終了する
1燃焼サイクル毎に、噴射量を制御すべき気筒の単位通
過時間が基準通過時間に近づくように制御されるから、
気筒間の爆発圧力が次第に揃うようになり、クランク軸
の回転が安定する。
【0011】また、燃料噴射開始を経て燃焼爆発が行わ
れる時の単位通過時間の検出は、タイミングギヤの外周
部上において隣り合う次の被センサ部がセンサを通過し
ている間に実施されることになる。すなわち、互いに隣
り合う被センサ部は、気筒の爆発間隔に対応するように
タイミングギヤの回転方向に離間して配置されているの
で、各気筒毎の単位通過時間の検出は、燃焼爆発が充分
に行われた状態で実施されることになる。
【0012】しかも、この単位通過時間は、被センサ部
の間隔分に相当する時間を経過した後に、タイミングギ
ヤの回転速度に基づいて判断されるので、この単位通過
時間を検出する時点では、上記時間の経過分だけタイミ
ングギヤの回転速度が低下することになり、その分、単
位通過時間の計測誤差が少なくなる。したがって、より
正確に単位通過時間を検出することができ、気筒毎の燃
料噴射量の制御を精度良く行なうことができる。
【0013】また、各気筒毎の燃料噴射開始タイミング
の制御は、各気筒に対応する被センサ部がセンサを通過
する期間中になされるから、この噴射開始タイミングを
予め記憶されている燃料噴射開始までのデータに基づい
て正確に定めることができる。それとともに、上記方法
にあっては、低回転運転時の基準パルスの出力タイミン
グを高回転運転時よりも遅らせているので、この基準パ
ルスの出力タイミングから燃料噴射開始タイミングまで
の噴射待機時間が短くなる。このため、特に回転変動の
大きいアイドリング運転時に回転変動の影響を少なくし
て、より正確な燃料噴射開始タイミングを設定すること
ができる。そして、この正確な燃料噴射開始タイミング
は、クランク角度に対する爆発圧力と密接な関係を有す
るので、各気筒の単位通過時間の検出をより正確かつ安
定して行なうことができる。
【0014】さらに、上記方法によると、各気筒に対応
する被センサ部の単位通過時間を検出しているので、被
センサ部に対応する気筒の燃料噴射をエンジン回転数に
応じて正しいタイミングで開始することができる。それ
とともに、この被センサ部から得られる単位通過時間を
用いて次の燃焼サイクルの時に上記被センサ部に対応す
る気筒が燃料噴射量を補正する必要があるか否か、補正
必要な時には単位通過時間を利用して補正量を算出でき
るので、各気筒の燃料噴射量および燃料噴射開始タイミ
ングを決定する被センサ部は、気筒毎に一つあれば良
く、構造の簡略化が可能となる。
【0015】
【実施例】以下本発明を、図面に示す一実施例にもとづ
いて説明する。
【0016】まず、本発明方法に用いる燃料噴射装置の
構成について、図9を参照して説明する。
【0017】燃料噴射装置1は、ケーシング2を備えて
いる。ケーシング2内には、駆動軸3が支持されてお
り、この駆動軸3は、ディーゼルエンジン4のクランク
軸5によって回転駆動される。
【0018】本実施例のディーゼルエンジン4は、一番
から四番までの四つの気筒6a〜6dを有する四気筒エ
ンジンであって、これら各気筒6a〜6d内のピストン
がクランク軸5に連結されている。駆動軸3は、ケーシ
ング2内のロータリー式フィードポンプ7を回転駆動し
ている。このフィードポンプ7は、燃料タンク8内の燃
料を吸い上げた後、この燃料をケーシング2内の低圧燃
料室9に供給するようになっている。
【0019】駆動軸3の一端には、カップリング12を
介してカムプレート13が連結されている。カムプレー
ト13の一端面には、エンジン4の気筒数に対応した四
つのフェイスカム14が形成され、これらフェイスカム
14は、複数のローラ15に接している。ローラ15
は、リング状のローラホルダ10を介してケーシング2
に支持されている。
【0020】したがって、駆動軸3が回転すると、カム
プレート13のフェイスカム14がローラ15に順次接
触していくので、カムプレート13は、1回転する間に
駆動軸3の軸方向に4回往復動される。
【0021】ケーシング2には、ポンプハウジング16
が連結されている。このポンプハウジング16には、プ
ランジャ形の燃料噴射ポンプ17が設けられている。燃
料噴射ポンプ17は、低圧燃料室9に開口するシリンダ
18を備えており、このシリンダ18内にプランジャ1
9が収容されている。プランジャ19は、カムプレート
13と一体に回転しつつ軸方向に往復動されるようにな
っており、このプランジャ19とシリンダ18の終端と
の間には、ポンプ室20が形成されている。このポンプ
室20は、プランシャ19がシリンダ18から引き出さ
れた際に、吸入通路21を介して低圧燃料室9に連通
し、この連通により低圧燃料室9内の燃料がポンプ室2
0に吸入される。
【0022】ポンプハウジング16の側面には、チャン
バーケース22が取り付けられている。チャンバーケー
ス22とポンプハウジング16との間には、大容量の蓄
圧室23が形成されており、この蓄圧室23は、吐出弁
24を介してポンプ室20に連なっている。このため、
プランジャ19がシリンダ18内に押し込まれると、ポ
ンプ室20で加圧された燃料が吐出弁24を介して蓄圧
室23に吐出されるようになっている。
【0023】蓄圧室23には、燃料分配管25を介して
燃料噴射弁26が接続されている。燃料噴射弁26は、
エンジン4の各気筒6a〜6dに設けられており、これ
ら気筒6a〜6dの燃焼室に順番に燃料を噴射するよう
になっている。
【0024】図10に示すように、燃料噴射弁26は、
エンジン4のシリンダヘッドに装着されるバルブボデー
27を備えている。バルブボデー27の先端には、ノズ
ル本体28がねじ込まれており、このノズル本体28に
は、燃料を噴射するノズル口29が開口されている。
【0025】バルブボデー27のノズル口29とは反対
側の開口端部には、電磁石収容箱30が嵌合されてい
る。電磁石収容箱30の先端とバルブボデー27の内面
との間には、バルブボデー27の内部を上下二室に仕切
る仕切り部材31が挾持されている。仕切り部材31の
中央部には、ノズル本体28側に向けて開口するシリン
ダ部32が形成されている。
【0026】このシリンダ部32とノズル本体28との
間には、ノズル口29を開閉するニードル33が支持さ
れている。ニードル33は、その上下端部にシリンダ部
32およびノズル本体28に摺動可能に保持される一対
のガイド部34a,34bを備えており、これらガイド
部34a,34bの間には、フランジ状の係止部35が
形成されている。
【0027】図6ないし図8に示すように、ニードル3
3の先端部は、先細り状に傾斜されたシール部36をな
している。シール部36の先端部には、ノスル口29内
に入り込む凸部36aが形成されている。凸部36aの
外径R1は、ノズル口29の内径R2よりも僅かに小さく
定められており、これら凸部36aとノズル口29との
間には、数μの隙間S1が形成されている。
【0028】ノズル口29のノズル本体28への開口部
分には、テーパ状の弁座面37が形成されている。弁座
面37は、上記シール部36に着脱可能に接触してお
り、この弁座面37とシール部36との接触により、上
記ノズル口29が閉じられる。
【0029】図10に示すように、バルブボデー27の
先端側の内部には、容量の大きな燃料蓄圧室38が形成
されている。燃料蓄圧室38は、ノズル本体28と仕切
り部材31との間に位置し、この燃料蓄圧室38内をニ
ードル33が貫通している。そして、燃料蓄圧室38
は、ノズル本体28とニードル33との間の隙間を介し
てノズル口29に連なっている。
【0030】バルブボデー27の内部には、仕切り部材
31と燃料蓄圧室38との間に位置して、第1の電磁石
39が配置されている。第1の電磁石39は、コイル4
0が巻回された円筒状のコア41を備えている。コア4
1は、ニードル33が貫通する貫通孔42を有してお
り、この貫通孔42の内側に上記係止部35が位置され
ている。
【0031】コア41と仕切り部材31との間には、リ
ング状のアーマチュア43が配置されている。アーマチ
ュア43の中央部には、ニードル33が貫通する円筒状
のストッパ44が取り付けられている。ストッパ44
は、コア41の貫通孔42に摺動可能に嵌合されてお
り、その先端がニードル33の係止部35に近接してい
る。そして、このニードル33は、圧縮コイルばね45
によって常時ノズル口29を閉じる方向に付勢されてい
る。
【0032】仕切り部材31と第1の電磁石39との間
には、燃料導入通路46が形成されている。燃料導入通
路46は、燃料供給路47を介して燃料噴射装置1の燃
料分配管25に連なるとともに、ストッパ44やコア4
1の内側を通じて燃料蓄圧室38に連なっている。
【0033】ニードル33の上側のガイド部34aとシ
リンダ部32の終端との間には、小容量の圧力室48が
形成されている。圧力室48のニードル33の径方向に
沿う断面積は、燃料蓄圧室38の断面積よりも格段に小
さく形成されており、この圧力室48は、ガイド部34
a内の燃料通路49を介して燃料導入通路46に連なっ
ている。したがって、燃料噴射装置1から供給される高
圧な燃料は、燃料導入通路46ばかりでなく圧力室48
にも供給される。
【0034】この際、圧力室48に臨むニードル33の
ガイド部34aは、このニードル33の燃料蓄圧室38
を貫通する部分よりも大径であるので、ニードル33に
は、これをノズル口29に向けて押圧する力が作用す
る。この結果、ニードル33は、図6に示すように、圧
縮コイルばね45による付勢力と合わせてノズル口29
を閉じる方向に押圧され、常時そのシール部36が弁座
面37に押し付けられている。
【0035】仕切り部材31の中央部上面には、圧力室
48に連なる圧抜き孔51が形成されている。この圧抜
き孔51は、第2の電磁石52によって開閉される。第
2の電磁石52は、コイル53が巻回されたコア54
と、このコア54を覆うヨーク55とを備えている。こ
の第2の電磁石52は、上記電磁石収容箱30内に収め
られている。
【0036】ヨーク55は、仕切り部材31とコア54
との間に介在される支持壁56を備えている。支持壁5
6には、プランジャ形のアーマチュア57が摺動可能に
支持されている。アーマチュア57の上面は、コア54
の下面に近接しているとともに、このアーマチュア57
の下面には、圧抜き孔51を開閉する突部58が形成さ
れている。
【0037】コア54の中央部には、アーマチュア57
の上面に連なる通孔60が形成されている。この通孔6
0の上端を閉じる端部材61とアーマチュア57との間
には、常時圧抜き孔51を閉じる方向にアーマチュア5
7を付勢する圧縮コイルばね62が設けられている。そ
して、圧抜き孔51は、アーマチュア57および支持壁
56に開けた連通孔63や端部材61の排出孔64を介
して電磁石収容箱30の上部空間に連なっており、この
上部空間は、燃料戻し管65を介して燃料タンク8に接
続されている。
【0038】ところで、この種の燃料噴射弁26は、バ
ルブボデー27内の第1および第2の電磁石39,52
を励磁させることで、燃料噴射量の制御がなされる。
【0039】すなわち、第1の電磁石39が励磁される
と、アーマチュア43がコア41に吸引されるので、ス
トッパ44の先端がニードル33の係止部35に近づ
く。この状態で第2の電磁石52が励磁されると、アー
マチュア57がコア54に吸引され、その突部58が圧
抜き孔51から離脱する。すると、圧力室48内の高圧
燃料が圧抜き孔51を介して電磁石収容箱30の上部空
間に排出されるので、ニードル33を閉じ方向に押圧す
る力が減少し、このニードル33は、シール部36がノ
ズル口29の弁座面37から離脱する方向にリフトす
る。
【0040】この際、第1の電磁石39の励磁によって
アーマチュア43のストッパ44がニードル33の係止
部35に近接しているので、ニードル33のリフトは、
係止部35がストッパ44に当接することで制限され、
図5の(a)に示すように、ニードル33のリフト量L
Hが小さくなる。この結果、ニードル33とノズル口2
9との間の隙間S1が狭く保たれ、このノズル口29か
ら噴射される燃料が絞られる。
【0041】一方、第1の電磁石39の励磁を解除する
と、ストッパ44は自由に動き得る状態となるので、ス
トッパ44によるニードル33のリフト制限が解除され
る。この状態で第2の電磁石52を励磁すると、ニード
ル33のシール部36は、弁座面37から大きく離間
し、図5の(b)に示すように、ニードル33のリフト
量LHが大きくなる。したがって、ニードル33とノズ
ル口29との間の隙間S1が数十μに拡大し、このノズ
ル口29から噴射される燃料の噴射量が増大する。
【0042】このような燃料噴射量の制御は、第1の電
磁石39の通電時間を燃料噴射期間内で変化させること
により行われる。
【0043】つまり、図4の(a)ないし(c)は、第
1の電磁石39の駆動パルスAと、第2の電磁石52の
駆動パルスBとのON・OFFタイミングを示すもの
で、図中Tは燃料噴射期間を示している。この燃料噴射
期間Tは、クランク角度(クランク軸5の回転角度)で
20゜〜24゜の範囲内に設定されるが、例えば15゜
〜30゜の範囲内に設定しても良い。
【0044】図4の(a)は、アイドリング運転を含む
低負荷・低回転運転時での第1および第2の電磁石3
9,52の駆動パルスを示している。低負荷・低回転運
転時は、燃料噴射期間Tが20゜に固定され、この燃料
噴射期間中、両方の電磁石39,52が励磁される。こ
のため、図5の(a)に示すように、ニードル33のリ
フト量LHが小さくなる。
【0045】図4の(b)は、高負荷・高回転運転時で
の第1および第2の電磁石39,52の駆動パルスを示
している。高負荷・高回転運転時は、燃料噴射期間Tが
20゜〜24゜の範囲内で変化し、この燃料噴射期間
中、第2の電磁石52のみが励磁される。このため、図
5の(b)に示すように、ニードル33のリフト量LH
が逆に大きくなる。
【0046】図4の(c)は、中負荷・中回転運転時で
の第1および第2の電磁石39,52の駆動パルスを示
している。中負荷・中回転運転時は、燃料噴射期間Tが
20゜に固定され、この燃料噴射期間中、エンジン4の
運転状況に応じて第1の電磁石39の励磁期間が制御さ
れる。このため、図5の(c)に示すように、ニードル
33のリフト量LHは、第1の電磁石39がOFFとな
っている期間Eにおいて長くなり、ノズル口35の開口
面積が変化する。
【0047】そして、これら第1および第2の電磁石3
9,52は、エンジン運転中、マイクロコンピュータ7
0から出力される信号により、励磁期間の制御がなされ
る。すなわち、マイクロコンピュータ70には、エンジ
ン運転中、エンジン4の運転状況を示すデータとして、
エンジン回転数およびアクセル開度に対応したエンジン
負荷が入力され、このマイクロコンピュータ70では、
これらデータにもとづいてニードル33のリフト量L
H、ひいては燃料噴射量を決定するようになっている。
【0048】ところで、上記燃料噴射装置1の駆動軸3
には、この駆動軸3と一体に回転するタイミングギヤ8
0が取り付けられている。図11に示すように、タイミ
ングギヤ80の外周面には、クランク軸5の回転変動を
検出するための四つの被センサ部81a〜81dが設け
られている。被センサ部81a〜81dは、エンジン4
の各気筒6a〜6dに対応しており、上記タイミングギ
ヤ80の回転方向に互いに間隔を存して配置されてい
る。
【0049】図12に示すように、被センサ部81a〜
81dは、12枚の検出歯82をタイミングギヤ80の
回転方向に10゜刻みのピッチPで並設した構成となっ
ており、一つの被センサ部81aは、気筒6a〜6dを
判別できるように検出歯82の歯数が一枚多くなってい
る。そして、タイミングギヤ80は、ローラホルダ10
の内側に位置されており、このローラホルダ10の上面
には、被センサ部81a〜81dの検出歯82と向かい
合う速度センサ83が取り付けられている。
【0050】この速度センサ83は、タイミングギヤ8
0が回転している時に、各被センサ部81a〜81dの
検出歯82が通過するのに要する通過時間を検出するた
めのものであり、この速度センサ83で検出された通過
時間を示すデータがマイクロコンピュータ70に送ら
れ、ここで処理される。
【0051】マイクロコンピュータ70は、タイミング
ギヤ80の回転状態から四つの気筒6a〜6dの爆発が
完了する1燃焼サイクル毎に、各気筒6a〜6dの爆発
状態を判断し、この判断にもとづいて次の燃焼サイクル
での燃料噴射量を制御するようになっている。
【0052】この制御方法について、図3を加えて説明
する。
【0053】まず、マイクロコンピュータ70は、予め
クランク軸5が正規のアイドリング回転数R1で安定し
て回転している時を想定し、この回転数R1の時に、上
記被センサ部81a〜81dの検出歯82のうち、所定
数の検出歯82が通過するのに要する時間を計算する。
そして、マイクロコンピュータ70は、この時間をクラ
ンク軸5が正規のアイドリング回転数R1で回転するア
イドリング運転時の基準通過時間として記憶している。
【0054】一方、実際にエンジン4がアイドリング運
転している時、速度センサ83は、タイミングギヤ80
の回転にもとづいて各気筒6a〜6dの被センサ部81
a〜81d毎に、予め定められた数の検出歯82が通過
するのに要する時間を検出する。この検出された時間を
示すデータは、各気筒6a〜6dの単位通過時間を示す
データとしてマイクロコンピュータ70に送られる。マ
イクロコンピュータ70では、各気筒6a〜6d毎の単
位通過時間を上記基準通過時間と比較し、全ての気筒6
a〜6dの爆発が終了した1燃焼サイクルの中で、単位
通過時間が基準通過時間から最も外れた単一の気筒6a
〜6dを決定する。
【0055】すなわち、図1に示す例では、四番気筒6
dの単位通過時間が基準通過時間から最も外れているの
で、マイクロコンピュータ70は、この四番気筒6dを
制御すべき気筒として決定する。そして、引き続いてマ
イクロコンピュータ70は、四番気筒6dの単位通過時
間が基準通過時間よりも短いか否かについてを判断す
る。ここで、単位通過時間が短いということは、タイミ
ングギヤ80の回転速度が早いことを意味するから、そ
の前の燃焼サイクルで四番気筒6dの前に爆発した三番
気筒6cの爆発圧力が高く、クランク軸5を回転させよ
うとするトルクが大き過ぎることを表わしている。
【0056】逆に単位通過時間が長いということは、タ
イミングギヤ80の回転速度が遅いことを意味するか
ら、その前の燃焼サイクルで四番気筒6dの前に爆発し
た三番気筒6cの爆発圧力が低く、クランク軸5を回転
させようとするトルクが小さすぎることを表わしてい
る。
【0057】上記図1に示す例の場合、最初の燃焼サイ
クルでは、四番気筒6dの単位通過時間が基準通過時間
よりも長いので、マイクロコンピュータ70は、その前
の燃焼サイクルで四番気筒6dの前に爆発した三番気筒
6cの爆発圧力が低いと判断し、次の燃焼サイクルにお
いて三番気筒6cへの燃料噴射量が多くなるように燃料
噴射弁26を制御する。
【0058】具体的には、燃料噴射弁26の第1および
第2の電磁石39,52への通電時間を補正することに
より、図2に示すように燃料噴射弁26の噴射終了のタ
イミングを遅らせ、燃料噴射期間Tを2%長くしてい
る。
【0059】三番気筒6cへの燃料噴射量を多くして
も、なお次の燃焼サイクルで四番気筒6dの単位通過時
間が基準通過時間よりも長いと、マイクロコンピュータ
70は、まだ三番気筒6cの爆発圧力が低いと判断し、
上記と同様に次の燃焼サイクルにおいて三番気筒6cへ
の燃料噴射期間Tを長くする。
【0060】三番気筒6cへの燃料噴射量を多くするこ
とにより、次の燃焼サイクルで四番気筒6dの単位通過
時間が基準通過時間に近づき、今度は三番気筒6cの単
位通過時間が基準通過時間から最も外れた場合、マイク
ロコンピュータ70は、この三番気筒6cを制御すべき
気筒として決定する。そして、マイクロコンピュータ7
0は、三番気筒6cの単位通過時間が基準通過時間より
も短いか否かについて判断する。
【0061】図1の例では、三番気筒6cの単位通過時
間が基準通過時間よりも短いので、マイクロコンピュー
タ70は、その前の燃焼サイクルで三番気筒6cの前に
爆発した二番気筒6bの爆発圧力が高いと判断し、次の
燃焼サイクルにおいて二番気筒6bへの燃料噴射量が少
なくなるように燃料噴射弁26を制御する。この場合
も、燃料噴射弁26の第1および第2の電磁石39,5
2の通電時間を補正することにより、図2に示すよう
に、燃料噴射弁26の噴射終了のタイミングを逆に早
め、燃料噴射期間Tを2%短くしている。
【0062】このような手順を各気筒6a〜6dの爆発
が終了する1燃焼サイクル毎に繰り返すことにより、こ
れら気筒6a〜6dの爆発圧力によって決定される単位
通過時間を基準通過時間に近づけ、クランク軸5の回転
変動を少なくしている。
【0063】なお、燃料噴射期間Tの増減割合は、2%
に特定されるものではなく、この値自体は必要に応じて
自由に変えることができるけれども、単位通過時間と基
準通過時間との時間差の大小に拘りなく、常に一定とな
っている。つまり、単位通過時間が基準通過時間から大
幅に外れた気筒が存在した場合でも、1回の燃料噴射量
の増減により単位通過時間を基準通過時間に合わせこむ
のではなく、数回の燃焼サイクルを経ることにより、通
過時間の時間差を少なくするようになっている。
【0064】一方、ディーゼルエンジン4では、気筒6
a〜6dへの燃料噴射量を加減することで出力を制御し
ているため、吸入空気量はエンジン負荷に対して変化せ
ず、不均一混合気燃焼となる。このため、エンジン負荷
の増大に応じて燃料噴射量を増加させていくと、燃料に
対し空気中の酸素が不足する領域があり、排気煙濃度が
過大となることがある。
【0065】そこで、本実施例のディーゼルエンジン4
にあっては、アイドリング運転域を除く全運転域におい
て、排気煙濃度(黒煙)を規制するため、クランク軸5
の回転速度から各気筒6a〜6dへの燃料噴射量を補正
している。
【0066】この方法について図13および図16を参
照して説明する。
【0067】まず、マイクロコンピュータ70は、四つ
の気筒6a〜6dの中から燃料噴射量(燃料噴射期間
T)を補正しない特定の気筒、本実施例の場合は四番気
筒6dを任意に決定する。また、エンジン4がアイドリ
ング運転域を外れた運転域に達した場合でも、速度セン
サ83は、タイミングギヤ80の回転にもとづいて各気
筒6a〜6dの被センサ部81a〜81d毎に、所定数
の検出歯82が通過するのに要する時間を検出している
ので、この検出された時間を示すデータは、各気筒6a
〜6dの単位通過時間を示すデータとしてマイクロコン
ピュータ70に送られる。そして、このマイクロコンピ
ュータ70では、全ての気筒6a〜6dの爆発が完了し
た1燃焼サイクルの中で単位通過時間が最も短い単一の
気筒6a〜6dを決定する。
【0068】すなわち、図13に示す例では、四番気筒
6dの単位通過時間が最も短いことから、マイクロコン
ピュータ70は、この四番気筒6dを制御すべき特定の
気筒として決定する。そして、既にアイドリング運転時
の制御のところでも述べたように、単位通過時間が短い
ということは、その前の燃焼サイクルで四番気筒6dの
前に爆発した三番気筒6cの爆発圧力が高く、この三番
気筒6cへの燃料噴射量が多いことを意味し、続く燃焼
サイクルにおいて三番気筒6cへの燃料噴射量を減少す
るように補正する制御が必要となる。
【0069】このため、マイクロコンピュータ70は、
まず、この四番気筒6dの前に爆発する三番気筒6cが
燃料噴射量を補正しない特定気筒に該当するか否かにつ
いて判断する。図13に示す例では、四番気筒6dが特
定気筒であるから、マイクロコンピュータ70は、次の
燃焼サイクルにおいて三番気筒6cの燃料噴射期間Tを
短くして、燃料噴射量を少なくする必要があると判断す
る。
【0070】次に、マイクロコンピュータ70は、この
三番気筒6cの燃料噴射期間Tを短くした場合、三番気
筒6cへの燃料噴射量が、予め定められている基準噴射
量の80%を下回るか否かについて判断する。燃料噴射
期間Tを短くしても、三番気筒6cへの燃料噴射量が基
準噴射量の80%以上を確保できる状態であれば、マイ
クロコンピュータ70は、次の燃焼サイクルにおいて三
番気筒6cへの燃料噴射量が少なくなるように燃料噴射
弁26を制御する。
【0071】具体的には図16の(a)および(b)に
示すように、燃料噴射弁26の第2の電磁石52への通
電時間を補正することにより、燃料噴射弁26の噴射終
了タイミングを早め、燃料噴射期間Tを2%短くしてい
る。
【0072】三番気筒6cの燃料噴射期間Tを短くした
場合に、この三番気筒6cへの燃料噴射量が基準噴射量
の80%を下回ると判断されると、三番気筒6cの燃料
噴射期間Tの補正制御が解除され、マイクロコンピュー
タ70は、エンジン4の運転条件を見るために、アクセ
ル開度が変化したか否かについて判断する。
【0073】アクセル開度が変わっていなければ、マイ
クロコンピュータ70は、再び気筒6a〜6dの中から
単位通過時間が最も短い気筒6a〜6dを決定し、上述
の如き処理を繰り返す。また、アクセル開度が大きく変
動した場合には、再び燃料噴射量を制御しない特定気筒
を設定する最初のステップにまで戻り、再び上記と同様
の処理を繰り返すことになる。
【0074】さらに、上記燃料噴射量を制御すべき気筒
が特定気筒に該当した場合、つまり、図13の五つ目の
燃焼サイクルに示すように、一番気筒6aの単位通過時
間が最も短い場合には、次の燃焼サイクルでその一つの
前の四番気筒6dの燃料噴射量を減少させる必要がある
が、この四番気筒6dは燃料噴射量を補正しない特定気
筒に該当する。
【0075】このため、マイクロコンピュータ70は、
その1燃焼サイクルの中で最も単位通過時間が長い気筒
を決定する。図13に示す例では、六つ目の燃焼サイク
ルの中で最も単位通過時間が長い三番気筒6cの前に爆
発した二番気筒6bの爆発圧力が低いと判断し、七つ目
の燃焼サイクルにおいて二番気筒6bへの燃料噴射量が
増大するように、燃料噴射弁26の第2の電磁石52へ
の通電時間を補正し、噴射終了タイミングを遅らせる。
【0076】二番気筒6bの燃料噴射量の制御が終了す
ると、マイクロコンピュータ70は、エンジン4の運転
条件を見るために、アクセル開度が変化したか否かにつ
いて判断する。アクセル開度が変わっていなければ、マ
イクロコンピュータ70は、再び気筒6a〜6dの中か
ら単位通過時間が最も短い気筒6a〜6dを決定し、上
述の如き処理を繰り返す。また、アクセル開度が大きく
変動した場合には、再び燃料噴射量を補正しない特定気
筒を設定する最初のステップまで戻り、上記と同様の処
理を繰り返すことになる。
【0077】なお、本実施例では、単位通過時間が最も
短い気筒が特定気筒に該当した場合に、その1燃焼サイ
クルの中で最も単位通過時間が長い気筒を決定し、次の
燃焼サイクルで特定気筒の前に爆発した気筒の燃料噴射
期間を長くするようにしたが、例えば図15に示すよう
に、この燃料噴射期間を長くするための処理行程を省略
して、直接エンジン4の運転条件が変わったか否かを判
断するようにしても良い。
【0078】したがって、この場合には、1燃焼サイク
ル中、燃料の噴射量制御は行われないことになる。
【0079】また、エンジン4の運転条件は、アクセル
開度から検出することに限らないとともに、このエンジ
ン4の運転条件を判断するステップは必須要件ではな
く、これを省略することもできる。
【0080】さらに、このディーゼルエンジン4では、
タイミングギヤ80の被センサ部81a〜81dからク
ランク軸5の回転を検出し、各気筒6a〜6dの燃料噴
射開始タイミング、換言すれば、マイクロコンピュータ
70が燃料噴射弁26に駆動パルスを印加するタイミン
グを決定している。この方法について図17および図1
8を加えて説明する。
【0081】すなわち、エンジン運転中、速度センサ8
3は、各気筒6a〜6d毎に被センサ部81a〜81d
の検出歯82が通過したことを示すパルスを出力する。
このため、マイクロコンピュータ70には、速度センサ
83を介して各気筒6a〜6d毎に検出歯82の歯数に
対応したパルスが入力される。
【0082】そして、図12に示すように、燃料の噴射
時期(クランク角度)は、アイドリング運転を含む低回
転運転時と高回転運転時とでは互いに異なるので、マイ
クロコンピュータ70は、まず、エンジン4の回転数や
エンジン負荷等からエンジン4の運転状態を検出する。
【0083】図18に示す低回転運転時においては、マ
イクロコンピュータ70は10個目のパルスが入力され
た時点、つまり、速度センサ83が基準パルスとしての
10個目のパルスを出力した時点で、それよりも所定数
だけ前に出力されたパルスまでの所用時間T0を測定す
る。
【0084】次に、マイクロコンピュータ70は、上記
基準パルスが入力された時点から燃料噴射開始タイミン
グ(実際に燃料噴射弁26に駆動パルスを印加するタイ
ミング)までのクランク角度TANGを、予め記憶されて
いるマップから読み出し、このクランク角度TANGを上
記所用時間T0に基づいて噴射待機時間T1に換算する。
この噴射待機時間T1は、下記式によって求めることが
できる。 T1=T0×[TANG/(4×10゜)] そして、マイクロコンピュータ70は、上記基準パルス
が入力された時点から噴射待機時間T1 が経過した後
に、燃料噴射弁26に駆動パルスを印加し、このことに
より燃料噴射開始タイミングが決定される。
【0085】なお、高回転運転時では、マイクロコンピ
ュータ70は、8個目のパルスが入力された時点で上記
と同様の処理を行い、燃料噴射タイミングを決定する。
すなわち、高回転運転時では、8個目のパルスを基準パ
ルスとして定めている。
【0086】したがって、速度センサ83によって検出
されるパルスが、検出歯82のピッチに対応した10゜
刻みであるにも拘らず、燃料噴射弁26の駆動パルスを
速度センサ83によって検出されるパルスの間で立ち上
げることができ、燃料噴射開始タイミングを1゜単位の
細かい精度で設定することができる。
【0087】このような本発明の一実施例によれば、各
気筒6a〜6dが爆発を終了する1燃焼サイクル毎に、
タイミングギヤ80からクランク軸5の回転変動を検出
し、次の燃焼サイクルにおいて爆発圧力が最もずれてい
る気筒6a〜6dの前に爆発した気筒6a〜6dへの燃
料噴射量を増減制御するようにしたので、エンジン運転
中に、四つの気筒6a〜6dの爆発圧力を均等化するこ
とができる。
【0088】このため、アイドリング運転時のクランク
軸5の回転変動を少なく抑えることができ、エンジン回
転を安定させることができる。
【0089】また、正規のアイドリング回転数での検出
歯通過時間を基準通過時間として設定し、この基準通過
時間と各気筒6a〜6dの単位通過時間との比較結果に
基づいて燃料噴射量を制御しているので、エンジン運転
中の実際のアイドリング回転数を目標とする正規のアイ
ドリング回転数に近づけることができる。
【0090】加えて、タイミングギヤ80の被センサ部
81a〜81dは、各気筒6a〜6dの爆発間隔に対応
するようにタイミングギヤ80の周方向に間隔を存して
配置されているので、各気筒6a〜6dにおける単位通
過時間の検出は、隣り合う被センサ部81a〜81dが
速度センサ83を通過している間、すなわち、燃焼爆発
が充分になされた状態で実施される。
【0091】しかも、この単位通過時間は、被センサ部
81a〜81dの間隔分に相当する時間を経過した後、
タイミングギヤ80の回転速度に基づいて検出されるの
で、この単位通過時間を検出する時点では、上記時間の
経過分だけタイミングギヤ80の回転速度が低下するこ
とになる。このため、計測誤差が少なくなって、気筒6
a〜6d毎の単位通過時間をより正確に検出することが
でき、燃料噴射量の制御を精度良く行うことができる。
【0092】さらに、燃料噴射を制御すべき気筒6a〜
6dの燃料噴射開始タイミングは、その気筒6a〜6d
に対応する被センサ部81a〜81dが速度センサ83
を通過する期間中になされるから、この燃料の噴射開始
タイミングを予め記憶されている燃料噴射開始までのデ
ータに基づいて正確に定めることができる。それととも
に、上記方法では、低回転運転時の基準パルスの出力タ
イミングを高回転運転時よりも遅らせているので、この
基準パルスの出力タイミングから燃料噴射開始タイミン
グまでの噴射待機時間が短くなる。このため、特に回転
変動の大きいアイドリング運転時に回転変動の影響を小
さくして、より正確な燃料噴射開始タイミングを設定す
ることができる。
【0093】そして、この正確な噴射開始タイミング
は、クランク角度に対する爆発圧力と密接な関係を有す
るので、クランク角度と爆発圧力との関係を全ての気筒
6a〜6dにおいて均一化することができ、この点でも
クランク軸5の回転を安定化させる上で有効に寄与す
る。
【0094】さらに、上記方法によると、個々の被セン
サ部81a〜81dの単位通過時間を検出しているの
で、これら被センサ部81a〜81dに対応する気筒6
a〜6dへの燃料噴射を、エンジン回転数に応じた正し
いタイミングで開始することができる。そして、この被
センサ部81a〜81dから得られた単位通過時間を用
いて次の燃焼サイクルの時に被センサ部81a〜81d
に対応する気筒6a〜6dが燃料噴射量を補正する必要
があるか否か、および補正が必要な時には単位通過時間
を利用して補正量を算出できるので、各気筒6a〜6d
の燃料噴射量および燃料噴射開始タイミングを決定する
上で必要な被センサ部81a〜81dは、気筒6a〜6
d毎に一つあれば良いことになり、その分、燃料噴射装
置1の構成を簡略化することができる。
【0095】なお、本発明に係るエンジンは、ディーゼ
ルエンジンに特定されるものではなく、アイドリング運
転時、排気口が閉じてから点火プラグの近傍に霧化され
た燃料と空気の混合気を供給することにより、この混合
気を局所燃焼させる、いわゆる筒内噴射式の2燃焼サイ
クルガソリンエンジンでも同様に実施可能である。
【0096】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、アイドリ
ング運転域において、複数の気筒の爆発圧力を均等に揃
えることができるとともに、この爆発圧力と密接な関係
を有する燃料噴射開始タイミングを予め記憶されている
データに基づいて精度良く定めることができる。このた
め、アイドリング運転域でのクランク軸の回転変動を少
なく抑えて、エンジン回転を安定させ、かつ、目標とす
る正規のアイドリング回転数に近づけることができる。
【0097】また、各気筒の燃料噴射量および燃料噴射
開始タイミングを決定する上で必要な被センサ部は気筒
毎に一つあれば良いことになり、その分、構成を簡略化
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】アイドリング運転時における各気筒の単位通過
時間を示す図。
【図2】アイドリング運転時の燃料噴射期間を示す図。
【図3】アイドリング運転時の燃料噴射量を制御するた
めのフローチャート。
【図4】(a)は、低負荷・低回転運転時の燃料噴射弁
の駆動パルスと燃料噴射期間を示す図。 (b)は、高負荷・高回転運転時の燃料噴射弁の駆動パ
ルスと燃料噴射期間を示す図。 (c)は、中負荷・中回転運転時の燃料噴射弁の駆動パ
ルスと燃料噴射期間を示す図。
【図5】(a)は、低負荷・低回転運転時での燃料噴射
弁のリフト量を示す図。 (b)は、高負荷・高回転運転時での燃料噴射弁のリフ
ト量を示す図。 (c)は、中負荷・中回転運転時での燃料噴射弁のリフ
ト量を示す図。
【図6】燃料噴射弁のノズル口が閉じられた状態の断面
図。
【図7】低負荷・低回転運転時のノズル口の開口状態を
示す断面図。
【図8】高負荷・高回転運転時のノズル口の開口状態を
示す断面図。
【図9】燃料噴射装置全体の断面図。
【図10】燃料噴射弁の断面図。
【図11】燃料噴射装置のタイミングギヤと速度センサ
を示す側面図。
【図12】タイミングギヤの検出歯の配置を、クランク
角度に変換して示す図。
【図13】アイドリング以外の運転域における各気筒の
単位通過時間を示す図。
【図14】アイドリング除く運転時の燃料噴射量を制御
するためのフローチャート。
【図15】アイドリング除く運転時の燃料噴射量を制御
するための他のフローチャート。
【図16】(a)は、中負荷・中回転運転時の燃料噴射
期間を示す図。 (b)は、高負荷・高回転運転時の燃料噴射期間を示す
図。
【図17】燃料噴射開始タイミングを決定するためのフ
ローチャート。
【図18】速度センサで検出されるパルスと燃料噴射弁
を駆動する駆動パルスとの関係を示す図。
【符号の説明】
4…ディーゼルエンジン、5…クランク軸、6a〜6d
…気筒、26…燃料噴射弁、80…タイミングギヤ、8
1a〜81d…被センサ部、82…検出歯、83…セン
サ(速度センサ)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02D 45/00 362 F02D 45/00 362B (56)参考文献 特開 平2−55857(JP,A) 特開 昭61−46444(JP,A) 特開 昭60−256537(JP,A) 実開 昭63−202751(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02D 41/00 - 41/40 F02D 45/00 362

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料噴射弁を有する複数の気筒と;クラ
    ンク軸に連動して回転するタイミングギヤと;このタイ
    ミングギヤの外周部に形成され、タイミングギヤの回転
    方向に互いに間隔を存して配置された複数の検出歯を有
    するとともに、上記タイミングギヤの回転方向に間隔を
    存して配置された上記気筒数に対応する複数の被センサ
    部と;上記タイミングギヤの外周部に対向して配置さ
    れ、上記被センサ部毎に通過する検出歯の歯数を検出す
    るとともに、この検出した歯数に対応したパルスを出力
    するセンサと;を備え、上記複数の気筒に上記燃料噴射
    弁を介して順番に燃料を噴射するエンジンに適用される
    燃料噴射制御方法であって、 上記被センサ部の検出歯のうち、予め決められた数の検
    出歯が上記センサを通過したことを示す基準パルスを出
    力する行程と; この基準パルスを出力するための検出歯の数を、アイド
    リング運転を含む低回転運転時に高回転運転時よりも大
    きく設定する行程と; 上記基準パルスの出力に先行して上記センサが所定数の
    パルスを出力するのに要する所要時間を求める行程と; 上記基準パルスが出力されてから燃料噴射開始までのク
    ランク角度を予め記憶されているデータから検索すると
    ともに、このデータと上記所要時間とに基づいて、上記
    クランク角度分だけクランク軸が回転するのに要する噴
    射待機時間を求める行程と; 所定数のパルスが出力されてから上記噴射待機時間を経
    過した後に上記燃料噴射弁に駆動パルスを出力し、各気
    筒毎に燃料噴射を開始する行程と; 正規のアイドリング回転数の時に、上記被センサ部の複
    数の検出歯のうち所定数の検出歯が上記センサを通過す
    るのに要する通過時間を予め計算し、この通過時間をア
    イドリング運転時の基準通過時間として設定する行程
    と; 実際のアイドリング運転時に、各気筒に対応する被セン
    サ部が上記センサを通過する毎に上記所定数の検出歯の
    通過時間を検出し、この通過時間を上記被センサ部が上
    記センサを通過している間に燃料噴射を開始する気筒の
    単位通過時間として各気筒毎に設定する行程と; 各気筒の上記単位通過時間と上記基準通過時間とを比較
    することにより、各気筒が爆発を終了した1燃焼サイク
    ルの中で上記単位通過時間が基準通過時間から最も外れ
    た制御すべき気筒を決定する行程と; この制御すべき気筒の単位通過時間が基準通過時間より
    も短い時に、次の燃焼サイクルにおいて上記制御すべき
    気筒の前に爆発する気筒への燃料の噴射量を上記燃料噴
    射開始と同期して少なくするとともに、上記制御すべき
    気筒の単位通過時間が基準通過時間よりも長い時に、次
    の燃焼サイクルにおいて上記制御すべき気筒の前に爆発
    する気筒への燃料の噴射量を上記燃料噴射開始と同期し
    て多くする行程と; を備えていることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御
    方法。
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