JPH0295742A - ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は主として自動車用ディーゼルエンジンの燃料噴
射制御装置に関する。

〈従来の技術） −ｉに圧縮着火を行うディーゼルエンジンにおいては、
燃焼室に噴射された燃料が着火遅れにより爆発的に燃焼
して、燃焼騒音や排気ガス中の窒素酸化物＜Ｎｏ、）が
増大することがある。

これに対しては、燃料のメイン噴射に先立って少量の燃
料をパイロット噴射し、これをメイン噴射燃料の火種に
利用しようという考え方がある。

従来、このようなパイロット噴射を行う燃料噴射システ
ムとしては、例えば特開昭５９−１６５８５６号公報に
記載されたものが知られている。これは、メイン噴射用
の燃料噴射ポンプとパイロット噴射用の燃料噴射ポンプ
を設けて、両方の燃料噴射ポンプをエンジン運転条件に
応じて制御するようになっている。これによれば、一方
の燃料噴射ポンプからのメイン噴射に先立って他方の燃
料噴射ポンプによってパイロット噴射が行われることに
なるから、メイン噴射燃料による本燃焼がスムーズに行
われることになって、燃焼騒音やＮ。

、排出量が低減されるものと考えられる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、この種のディーゼルエンジンにおいて高負荷
時にパイロット噴射を行うと、いわゆるスモークが発生
して排気性能が悪化することが知られている。これに対
しては、高負荷時にはパイロット噴射を停止するととも
に、ＮｏＸ対策としてメイン噴射燃料の噴射開始時期を
リタードすることが先ず考えられる。しかしながら、従
来、この種の燃料噴射ポンプでは燃料圧送用のプランジ
ャーを駆動するのに等速度カムが用いられていたため、
いくらカム速度の大きい領域を使用したとしても、単位
クランク角あたりの燃料噴射量、つまり燃料噴射率の最
大値が低く、このため高負荷時における燃料噴霧が速く
ならず貫徹力が不足し、噴射開始時期をリタードするこ
とにより却ってスモークが発生しやすくなる等、排気性
能の点で好ましくない現象が起こりうる。

本発明はディーゼルエンジンの燃料噴射システムにおけ
る上記の実情に対処するもので、低負荷域から高負荷域
に至るエンジン負荷領域全最にわたって排気性能を良好
に維持しうる燃料噴射制御装置を実現することを課題と
する。

（課題を解決するための手段） すなわち、本発明は、第１図に示すように、燃料のメイ
ン噴射に先立ってパイロット噴射を行いうる燃料噴射手
段ａを有するディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の
構成において、燃料噴射率を変更する噴射率可変手段す
が備えられているとともに、低負荷時においてはメイン
噴射とパイロット噴射の双方を行うように上記燃料噴射
手段ａを制御する一方、高負荷時においてはパイロット
噴射を停止し、かつメイン噴射の噴射開始時期を低負荷
時よりもリタードさせるとともに、その際に燃料噴・射
率が同じく低負荷時よりも高率となるように上記噴射率
可変手段すを制御する制御手段Ｃが備えられていること
を特徴とする。

（作　　　用） 上記の構成によれば、低負荷時においては制御手段Ｃが
燃料噴射手段ａを制御し、パイロット燃料をメイン噴射
に先立って噴射させる。これによりメイン噴射燃料の着
火性が向上して燃焼騒音が低減されるとともに、燃焼が
緩慢に進行してＮ。

８発生量が少なくなる。

一方、高負荷時においては制御手段Ｃが燃料噴射手段ａ
を制御してパイロット燃料の噴射を停止させるとともに
、メイン噴射燃料の噴射開始時期を低負荷時よりもリタ
ードさせる。これによりＮＯｘ量の増加が防止される。

そして、その際には制御手段Ｃが噴射率可変手段すを制
御して燃料噴射率を高率に設定することから、燃料噴霧
の流速が大きくなって微粒化が促進されて貫徹力が高ま
り、これにより燃料噴霧が局部的に過濃となることがな
くなってスモーク発生の危険が回避されるだけでなく、
燃料が効率良く燃焼することから少ない燃料消費率で高
出力化が実現できることになる。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例について説明する。なお、実施例
は自動車用４気筒デイーゼルエンジンに本発明を適用し
たものである。

第２図に示すように、本発明に係る燃料噴射ポンプｌは
、エンジン出力軸に連動するドライブシャフト２により
回転駆動されるフィードポンプ３と、同じくドライブシ
ャフト２により係合機構４及びカム機構５を介して回転
自在に往復動されるプランジャー６とを有する。このプ
ランジャー６の先端付近には圧送室７に連通する吸入溝
８が設けられているとともに、一端が上記圧送室７に開
口する送油路９が軸長手方向に設けられて、この送油路
９の他端側がプランジャー６の側壁面に形成された分配
溝１０に連通されている、そして、この分配溝１０が上
記ドライブシャフト２の回転に応じて所定のタイミング
でデリバリバルブ１１に通じる分配通路１２へ連通可能
となっている。そして、図示しない燃料タンクから吸入
室３ａへ流入した燃料が、上記フィードポンプ３の回転
動作によってポンプ室１３に導入され、これによりポン
プ室１３の内圧が高められるとともに、上記１ランジヤ
ー６がドライブシャフト２に連動して回転しながら往復
動することにより、上記ポンプ室１３へ通じる燃料導入
通路１４に吸入溝８が、また上記デリバリバルブ１１へ
通じる分配通路１２に分配溝１０がそれぞれ連通するよ
うになっている。

この場合において、上記カム機構５は、第２図及び第３
図に示すように、プランジャー６の一端に固設されたカ
ムディスク１４と、このカムディスク１４と同軸芯上に
対向配置されたローラリング１５と、このローラリング
１５の周方向において上記カムディスク１４の突出部１
４ａ・・・１４ａに対応して配設されたローラ１６・・
・１６とで構成されている。なお、この場合において、
上記の突出部１４ａは、第４図に展開して示すように山
形状に形成されており、このような突出部１４ａがエン
ジンの気筒数に対応して互いに間隔をおいてカムディス
ク１４から突出し、この突出部１４ａが上記のローラ１
６に乗り上げたときにカムディスク１４がリフトされ、
これによりプランジャー６がリフトされて上記圧送室７
の燃料を更に加圧し、この加圧燃料が分配溝１０が分配
通路１２に連通したときにデリバリバルブ１１を開いて
噴射するようになっている。なお、上記の圧送室７とポ
ンプ室１３との間には電磁駆動式の高速スピル弁１７が
配設されており、この高速スピル弁１７を開動作させる
ことにより、圧送室７の燃料が急速スピルされてデリバ
リバルブ１１からの燃料噴射が瞬時に途絶するようにな
っている。

また、上記のローラリング１５は上記カムディスク１４
と同軸芯上で回転自在に保持されるとともに、タイマ装
置１８によって円周方向の任意位置へ移動制御されるよ
うになっている。このタイマ装置１８は、タイマハウジ
ング１つへ摺動自在に内挿されたタイマピストン２０と
、このタイマピストン・２０の一端に臨んで形成された
高圧室２１ａと、同じくタイマピストン２０の他端に臨
んで形成された低圧室２１ｂと、この低圧室２１ｂに配
置されたタイマスプリング２２と、同じく低圧室２１ｂ
と高圧室２１ａとの間にまたがって配設された電磁駆動
式のタイマ制御弁２３と、上記タイマピストン２０の位
置を検出するタイマ位置センサ２４とを有する。この場
合において、上記フィードポンプ３の吸入室３ａと低圧
室２１ｂとが、またポンプ室１３と高圧室２１ａとがそ
れぞれ連通している。上記のタイマピストン２０には上
記ローラリング１５に固設されたタイマビン２５が係合
されており、例えば上記タイマ制御弁２３によるドレン
量を増やすとタイマピストン２０がＡ方向に移動し、こ
れによりローラリング１５が上記タイマピン２５を介し
て上記プランジャー６の回転方向とは反対のＢ方向に回
動して、プランジャー６のリフト時期がクランク角に対
してリタード方向に変化する。一方、上記タイマ制御弁
２３によってタイマピストン２０を上記とは反対方向に
移動させると、プランジャー６のリフト時期がクランク
角に対してアドバンス方向に変化する。

ところで、本実施例においては、上記カムディスク１４
のカム面を不等速カム形状、例えば等加速度カム形状と
している。このような等加速度カム形状をしたカムディ
スク１４においては、カムリフト及びカム速度が任意の
突出部１４ａの始端を基準とするカム角に対して第５図
に示すように変化する。すなわち、カム速度曲線は当初
カム角が大きくなるに従って上り傾斜状に変化した後、
カムリフト曲線の変曲点を越えたところで反転して今度
は下り傾斜状に変化し、カムリフト曲線の頂点でＯにな
りその後置の領域へ移行する。この場合において、カム
速度曲線の頂点を含む前後の領域（Ｉ）を使用すると、
プランジャー６のリフト速度が速くなって上記圧送室７
の燃料が高速で加圧されるため、燃料が高噴射率で噴射
されることになる。そして、それよりも低角側の領域（
■）を使用すると、カム速度が遅い分プランジャー６の
リフト速度が遅く、これにより燃料が低噴射率で噴射さ
れることになる。

参考のために、従来の等速度カム形状を採用した場合の
カム線図を２点鎖線で示す。このように、等速度カム形
状では本実施例のものと比べてカムリフト量の最大値に
差が殆どなくても、それによって得られるカム速度の最
大値が小さいために、燃料を高噴射率で噴射させること
が難しかったのである。

なお、燃料を低噴射率で噴射させる場合には、上記領域
（ｎ）よりも高角側の領域（Ｉ［［＞を使用してもよい
。

次に、このような構造をした燃料噴射ポンプ１を用いた
ディーゼルエンジンの燃料噴射システムを第６図を用い
て説明すると、この燃料噴射ポンプ１には高圧管２６を
介して燃料噴射弁２７が接続されているとともに、上記
タイマ装置１８のタイマ位置センサ２４からのタイマピ
ストン位置信号がコントロールユニット２８に入力され
る。また、このコントロールユニット２８には、アクセ
ル開度センサ２９からのアクセル開度信号、エンジン回
転数センサ３０からのエンジン回転数信号、クランク角
センサ３１からのクランク角信号、１示しない過給機の
下流側における吸気通路に配備された吸気圧センサ３２
からの吸気圧信号、吸気温センサ３３からの吸気温信号
、エンジン水温を検出する水温センサ３４からの水温信
号、大気圧を検出する大気圧センサ３５からの大気圧信
号及び車速センサ３６からの車速信号がそれぞれ入力さ
れる。一方、コントロールユニット２８からは、タイマ
制御弁２３及び高速スピル弁１７に制御信号がそれぞれ
出力されることになる。

次に、本実施例における作用を第７図に示した燃料噴射
制御のフローチャートを参照して更に具体的に説明する
。

すなわち、コントロールユニット２８は起動後に先ずス
テップＳ１を実行してシステムイニシャライズを行い、
その後ステップＳ２で各種のセンサ信号を入力する。次
いで、コン１−ロールユニット２８は、・ステップＳ、
において例えばアクセル開度とエンジン回転数に基づい
て高速スピル弁１７及びタイマ制御弁２３に対する基本
制御演算を行う。この場合において、コントロールユニ
ット２８のメモリには、！（イロット噴射の噴射開始時
期、燃料噴射率及び噴射持続時間並びにメイン噴射の噴
射開始時期、燃料噴射率及び噴射持続時間がエンジン負
荷状態に対応して予め記憶されており、コントロールユ
ニット２８はそれをルックアップすることにより、低負
荷時にはパイロット及びメイン噴射を低噴射率とし、高
負荷時にはパイロット噴射を停止してメイン噴射を高噴
射率とするような高速スピル弁１７及びタイマ制御弁２
３に対する制御目標値を演算することになる。なお、本
実施例においては高負荷になるほどパイロット噴射の噴
射開始時期がメイン噴射の噴射開始時期に接近するよう
な制御構成とされている。

次いで、コントロールユニット２８は、ステップＳ４〜
Ｓ８の判断処理を行い、必要ならば該当する補正演算を
行った後、ステップＳ９を実行して高速スピル弁１７及
びタイマ制御弁２３に制御信号を出力する。

以下、ステップ８４〜Ｓ８の各判定処理と、それに基づ
いた補正制御について説明する。

１番目のステップＳ４においては高地補正制御のための
判定処理が行われる。つまり、高地では平地と比べて空
気密度が低く、平地使用時の同様な噴射量で燃料を噴射
すると空燃比が小さくなり、スモークが発生しやすくな
る。このため、コントロールユニット２８は、第８図の
ように大気圧が第１設定大気圧２１以下になるとステッ
プＳ１ｏを実行して所定の高地補正を行う。本実施例で
は、大気圧が上記第１設定大気圧ｐ１より低下すると、
燃料噴射率が第２設定大気圧ｐ２に達するまでリニアに
上昇するとともに、第２設定大気圧ｐ２に達した時点か
ら燃料噴射率が一定となるような制御が行われる。これ
により大気圧低下によるスモーク発生が防止されるとと
もに、平地における出力性能が確保されることになる。

２番目のステップＳ５においては冷寒始動補正制御のた
めの判定処理が行われる。つまり、コントロールユニッ
ト２８は、第９図に示したように、水温センサ３４によ
って検出した水温が第１設定水温ｔ１よりも低下したと
判定すると、ステップＳ目を実行して所定の冷寒始動補
正を行う、この場合、コントロールユニット２８はタイ
マ装置１８が進角するような補正演算を行うとともに、
カムディスク１４の有効カム領域内でパイロット噴射と
メイン噴射の時間間隔を大きくして、パイロット噴射の
噴射開始時期を低噴射率とし、かつメイン噴射の噴射開
始時期を高噴射率とするような高速スピル弁１７に対す
る補正演算を行う。これにより、第１０図に示されるよ
うに、パイロット噴射が低噴射率で早期に行われること
になって、リーンな混合気が燃焼室内に形成され、これ
により圧縮行程において雰囲気温度が上昇してパイロッ
ト燃料の気化が促進されるとともに前炎反応も発生する
ことになるから、ラジカル化した雰囲気が燃焼室内に生
じる。そこへ高噴射率で微粒化したメイン噴射燃料が噴
射されることになるから、メイン噴射燃料が確実に燃焼
し、良好な始動性能が得られることになる。

３番目のステップＳ６においては暖機運転補正制御のた
めの判定処理が行われる。つまり、ディーゼルエンジン
においてはパイロット噴射を行うと燃焼騒音を悪化させ
る領域が上死点（ＴＤＣ）の手前にある。そこで、コン
トロールユニット２８は、第１１図に示すように、水温
が第２設定水温ｔ２　（例えば５０°Ｃ）以下であると
判定した。ときに、ステップＳＩ２を実行してパイロッ
ト噴射の噴射開始時期をクランク角における燃焼悪化領
域に対応する禁止時期よりアドバンス側に設定するよう
な補正演算を行う。これにより、暖機運転中には、第１
２図に示すように、上死点（ＴＤＣ）の手前の筒内圧力
最大値付近の騒音悪化領域よりもアドバンス側でパイロ
ット噴射が行われることから、失火を防ぎながら燃焼騒
音も低減することができることになる。そして、コント
ロールユニット２８は水温が第２設定水温ｔ２に達した
と判定すると、パイロット噴射の噴射開始時期を禁止時
期を通り越して進角させる。その結果、第１３図に示す
ように、騒音悪化領域を避けてパイロット燃料が噴射さ
れることになる。なお、本実施例では水温が上記第２設
定水温ｔ２よりも低い第３設定水温ｔ、になるまで、水
温低下とともに燃料噴射率をリニアに低下させるように
なっている。

４番目のステップＳ７においては加速補正制御のための
判定処理が行われる。

すなわち、第１４図に示すように、単位時間あたりのア
クセル開度の変化、すなわちアクセル開度変化率が設定
値α以上の値を示すと、コントロールユニット２８は加
速中と判定し、パイロット噴射を停止させると同時にメ
イン噴射をカムディスク１４の高噴射率のところに設定
する（ステップ５Ｉ３）。したがって、第１５図に示す
ように、メイン噴射燃料が高速度で単発噴射されること
から、スモーク発生量が低減されるばかりでなく、加速
性能も向上することになる。

第５番目のステップＳ８においてはブースト圧補正制御
のための判定処理が行われる。すなわち、過給機によっ
て発生する過給圧が成る程度上昇すると、それによって
発生する強い渦流によりパイロット噴霧が流され、これ
により混合気がオーバーリーン状態となって排気ガス中
の炭化水素（ＨＣ）の濃度が大きくなることが懸念され
る。この場合、過給圧の増加により燃料への着火性が良
好に維持されるので、パイロット噴射とメイン噴射の時
間間隔を短縮しても燃焼騒音及びＮＯＸへの影響が少な
いと考えられる。そこで、コントロールユニット２８は
、第１６図に示すように、吸気圧が予め設定した第１設
定ブースト圧ｐ、（例えば３００　ｍｍ　Ｈｇ　）より
大きくなるとパイロット噴射の噴射開始時期がメイン噴
射の噴射開始時期に近づくように両者の時間間隔をリニ
アに変化させ、吸気圧が第２設定ブースト圧ｐ４に達す
るとパイロット噴射を停止するよう制御する（ステップ
５１４）。したがって、例えば任意の吸気圧ｐｘのとき
には、パイロット噴射の位置が、第１７図に示すように
、上記第設定１ブースト圧ｐ３に対応する２点鎖線の状
態から実線の状態へ変化することになる。なお、この場
合において上記の第１、第２設定ブースト圧ｐ３　、Ｐ
４はエンジン回転数に応じて変更しても良い。

更に、上記補正に加えてパイロット噴射量を過給圧の増
加に応じて減少させても良く、また噴射率を過給圧の増
加に応じて増加させ、更に噴射時期をリタードするよう
にしても良い。

また、上記補正条件を予めマツプ化しておいて、これに
基づいてブースト圧の補正制御を行うようにしてもよい
。

そして、コントロールユニット２８は、上記の各補正制
御を行わない場合には、タイマ装置１８及び高速スピル
弁１７をエンジン負荷に応じて次のように制御する。

先ず、低負荷時においては、第１８図に示すように、タ
イマ装置１８がリタード側に設定されるとともに、カム
速度の小さい領域（■）、特に低噴射率側において少量
のパイロット燃料が噴射され、それよりも所定量クラン
ク角がリタードした領域（ＩＩ）でメイン噴射燃料が噴
射される。したがって、パイロット燃料を火種としてメ
イン噴射燃料の着火性が良好に維持され、これにより燃
焼騒音及び排気ガス中のＮｏ８量が少なくなるばかりで
なく、メイン噴射燃料も低噴射率で噴射されることから
、燃料噴霧が過度に拡散することがな（ＨＣ量の増加が
抑制されることになる。

また、中負荷時においては、第１９図に示すように、タ
イマ装置１８が低負荷時よりもやや進角されるとともに
、カム速度の小さい領域（Ｉｆ）における中間部分にお
いて、メイン噴射に近接したところでパイロット噴射が
行われる。

そして、高負荷時においては、第２０図に示すように、
タイマ装置１８が更に進角されるとともに、カム速度の
大きい領域（Ｉ）においてメイン噴射のみが行われるこ
とになる。このように、高負荷時にはメイン噴射燃料が
高噴射率で噴射されることにより、燃料噴霧の微粒化が
良好になって貫徹力が高まり、これにより燃料噴霧が局
部的に過濃となることがないから、メイン噴射の噴射開
始クラン・り角を低負荷時より２θだけリタードさせて
も、スモークの発生が防止されるとともに、燃焼が効率
よく行われて燃費性能が向上することにもなる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、低負荷時においてはパイ
ロット燃料がメイン噴射に先立って噴射さｎることから
、メイン噴射燃料の着火性が向上して燃焼騒音が低減さ
れるとともに、燃焼が緩慢に進行してＮＯＸ発生量が少
なくなって排気性能が良好に維持されることになる。

一方、高負荷時においてはパイロット燃料の噴射を停止
して、代わりにメイン噴射燃料の噴射開始時期を低負荷
時よりもリタードさせるようになっていることからＮＯ
ｘ量の増加が防止される。そして、その際には燃料噴射
率が低負荷時よりら高率に設定されることから、メイン
噴射の噴射持続時間を短くしても充分な燃料噴射量が得
られて出力低下を防止できるだけでなく、メイン噴射燃
料の噴射開始時期をリタードさせることによるスモーク
発生の危険が回避されて、排気性能の悪化が防止される
ことになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の機能ブロック図である。第２図〜第２
０図は本発明の実施例を示すもので、第２図は本実施例
における燃料噴射ポンプの内部構造を一部展開して示す
一部切欠全体側面図、第３図は第２図のｌｌ１−１［Ｉ
矢視による要部拡大図、第４図はカムディスクの一部展
開図、第５図は同じくカムディスクのカム速度線図、第
６図は燃料噴射システム図、第７図はコントロールユニ
ットが実行する燃料噴射制御のフローチャー１・図、第
８図は高地補正に用いるマツプの説明図、第９図は冷寒
始動補正に用いるマツプの説明図、第１０図は冷寒始動
補正時の噴射率特性図、第１１図は暖機補正に用いるマ
ツプの説明図、第１２図は暖機補正時における筒内圧力
上昇率と噴射率の特性図、第１３図は暖機完了後の筒内
圧力上昇率と噴射率の特性図、第１４図は加速補正に用
いるマツプの説明図、第１５図は加速補正時における噴
射率特性図、第１，６図はブースト圧補正に用いるマツ
プの説明図、第１７図はブースト圧補正時における噴射
率特性図、第１８図は低負荷時における噴射率特性図、
第１９図は中負荷時における噴射率特性図、第２０図は
高負荷時における噴射率特性図である。 １７・・・燃料噴射手段（高速スピル弁）、１８・・・
噴射率可変手段（タイマ制御弁）、２８・・・制御手段
（コントロールユニット）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　燃料のメイン噴射に先立ってパイロット噴射を
   行いうる燃料噴射手段を有するディーゼルエンジンの燃
   料噴射制御装置であって、燃料噴射率を変更する噴射率
   可変手段が備えられているとともに、低負荷時において
   はメイン噴射とパイロット噴射の双方を行うように上記
   燃料噴射手段を制御する一方、高負荷時においてはパイ
   ロット噴射を停止し、かつメイン噴射の噴射開始時期を
   低負荷時よりもリタードさせるとともに、その際に燃料
   噴射率が同じく低負荷時よりも高率となるように上記噴
   射率可変手段を制御する制御手段が備えられていること
   を特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。