JPH1136963A

JPH1136963A - ディーゼルエンジンの燃料噴射量制御装置

Info

Publication number: JPH1136963A
Application number: JP9188305A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Koi; 良治小井; Tatsushi Nakajima; 樹志中島; Jiro Takagi; 二郎高木; Hiroo Kinuhata; 裕生衣畑; Kanji Kizaki; 幹士木崎; Kunihiro Kawahara; 邦博川原
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1997-07-14
Filing date: 1997-07-14
Publication date: 1999-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料のスピル時期を適正に制御し、高精度な燃
料噴射量制御を実現する。【解決手段】ＥＣＵ７１は、エンジン運転状態に応じて
目標スピル角度を演算すると共に、回転数センサ３５に
よる回転角パルスに基づき目標スピル角度までの回転角
パルスのカウント数とその１パルス分に満たない余り角
度とを演算し、これらの演算データを基に、電磁スピル
弁２３を駆動させ燃料噴射量を制御する。特にＥＣＵ７
１は、目標スピル角度を含む１燃焼前の所定のパターン
近似期間で、連続する複数のパルス時間からパターン近
似期間当初の所定クランク角度に対する経過時間パター
ンを近似する。さらに、該近似した経過時間パターンを
用い、所定クランク角度に対する目標スピル角度の時刻
と、同じく所定クランク角度に対する目標スピル角度直
前の回転角パルスの時刻とを求め、これら時刻の差から
余り角度相当時間を予測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば自動車に
適用されるディーゼルエンジンに係り、詳しくは燃料ス
ピル式の燃料噴射ポンプを備えてその燃料噴射ポンプに
おける燃料のスピル（溢流）を電子制御することにより
噴射量制御を行う燃料噴射量制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子制御ディーゼルエンジンの燃
料噴射ポンプにおいては、例えば電磁スピル弁等を制御
して燃料の圧送終わり、即ち燃料噴射の終了を制御し、
所要の燃料噴射量を得るようにしている。このような電
磁スピル弁では、通常、燃料の加圧タイミングに同期
し、且つ一定のポンプ回転角度毎に入力される信号、例
えばエンジン回転角パルスと平均エンジン回転速度とに
より目標スピル角度を時間換算して目標スピル時期を決
定し、その目標スピル時期に基づいて電磁スピル弁をオ
ン・オフ制御するようにしている。

【０００３】例えば、特開昭６２−２６７５４７号公報
に開示された技術では、その時々の運転状態に応じて決
定される燃料噴射量を得るべく、噴射終了時期に相当す
る目標スピル時期に電磁スピル弁によりスピルポートを
開放させている。ここで、目標スピル時期を決定するに
は、一定のクランク角毎に得られるエンジン回転角パル
スに基づき、そのエンジン回転角パルスのある基準位置
から目標スピル角度までのパルスカウント数と１パルス
分に満たない余り角度とを求める。そして、その余り角
度については、前回のスピル時期を含む１パルス分の所
要時間（スピル時パルス時間）に基づいて時間換算する
ようにしていた。

【０００４】ところが、前記従来公報の技術では、エン
ジンの回転変動が大きい場合に、上記のスピル時パルス
時間の差が大きくなる。例えば、今回の目標スピル時期
周辺の瞬時回転速度が、前回のスピル時期周辺のそれに
比べて落ち込むような場合には、今回のスピル時パルス
時間が前回のスピル時パルス時間に比べて長くなる。従
って、そのような回転変動の大きい状態で求められた前
回のスピル時パルス時間に基づいて余り角度を時間換算
した場合には、その時間換算の誤差が非常に大きくな
り、燃料噴射量制御の精度が悪化するおそれがあった。
燃料噴射量制御の精度悪化に起因して、エンジンの回転
変動がさらに誘発されて出力低下を招来するというおそ
れもあった。またこうした問題は、エンジン始動時に急
加速される場合など、過渡運転時に生じ易く、燃料噴射
量制御の精度悪化に起因して、スモークの発生を招来す
るというおそれもあった。

【０００５】一方、特開平５−３３７１４号公報に開示
された技術では、ディーゼルエンジンの前回の爆発行程
直後に瞬時回転速度が低下する所定期間で、瞬時回転速
度の変化を曲線近似すると共に、該曲線近似した瞬時回
転速度の変化に基づき、今回の目標スピル角度に対応す
る１パルス分の所要時間を予測するようにしていた。同
公報では、余り角度の時間換算に使用するための１パル
ス分の所要時間が精度良く予測でき、回転変動による影
響を受けにくい燃料噴射量制御が実現できる旨が開示さ
れていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以下に、上記特開平５
−３３７１４号公報の装置における問題を説明する。つ
まり、エンジンの瞬時回転速度、並びに単位クランク角
度当たりの経過時間は時々刻々と変化し、連続するパル
ス間の一区間内でも単位クランク角度当たりの経過時間
は変化する。しかし、特開平５−３３７１４号公報の装
置では、目標スピル角度に対応する余り角度の時間換算
を１次補間にて取り扱っている。即ち、単位クランク角
度あたりの経過時間を一定として取り扱っている（特開
昭６２−２６７５４７号公報の装置も同様）。従って、
例えパルス間の所要時間が精度良く予測できたとして
も、余り角度を時間換算する際において実際の経過時間
との間にズレが生じる。その結果、スピル角度の制御誤
差が生じ、燃料噴射量の制御精度が悪化するおそれがあ
った。

【０００７】図８は、従来装置における時間換算のズレ
量を示している。同図から分かるように、１次補間によ
るスピル時期の制御では実経過時間の推移を正確に反映
することができず、目標スピル角度と実際のスピル角度
（実スピル角度）と間に制御誤差が生じてしまう。

【０００８】本発明は前述した問題点に鑑みてなされた
ものであって、燃料のスピル時期を適正に制御し、高精
度な燃料噴射量制御を実現することができるディーゼル
エンジンの燃料噴射量制御装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、燃料噴射ポンプからディーゼルエンジン
の気筒に対し噴射供給される燃料をスピルさせることで
同燃料量を調量する電磁弁と、前記エンジンの所定のク
ランク角度毎に回転角パルスを検出するエンジン回転検
出手段と、エンジン運転状態に応じて目標スピル角度を
演算すると共に、前記検出される回転角パルスに基づ
き、その回転角パルスのある基準位置から前記目標スピ
ル角度までの回転角パルスのカウント数とその１パルス
分に満たない余り角度とを演算する角度データ演算手段
とを備え、前記目標スピル角度までの回転角パルスのカ
ウント数と余り角度の相当時間とを基に、前記電磁弁を
駆動させ燃料噴射量を制御することを前提としている。

【００１０】そして請求項１に記載の発明ではその特徴
として、経過時間パターン近似手段は、目標スピル角度
を含む１燃焼前の所定のパターン近似期間で、前記検出
される回転角パルスの連続する複数のパルス時間から前
記パターン近似期間当初の所定クランク角度に対する経
過時間パターンを近似する。また、相当時間予測手段
は、近似した１燃焼前の所定クランク角度に対する経過
時間パターンを用い、当該所定クランク角度に対する目
標スピル角度の時刻と、同じく所定クランク角度に対す
る目標スピル角度直前の回転角パルスの時刻とを求め、
これら時刻の差から前記余り角度の相当時間を予測す
る。

【００１１】上記構成によれば、１燃焼前の所定のパタ
ーン近似期間内で近似される経過時間パターンにより、
その時々のクランク角度に対応する経過時間（所定クラ
ンク角度に対する目標スピル角度の時刻や各回転角パル
スの時刻）が正確に把握でき、この経過時間から余り角
度の相当時間が直接的に求められる。従って、時々刻々
と変化する瞬時回転速度に応じたスピル時期の制御が可
能となり、従来装置のような制御誤差が解消できる。つ
まり、燃料噴射の終了時期が常に所望のタイミングにて
制御できるようになる。その結果、燃料のスピル時期を
適正に制御し、高精度な燃料噴射量制御を実現すること
ができる。

【００１２】上記請求項１の発明は、請求項２又は請求
項３のように具体化されるとよい。即ち請求項２に記載
の発明では、前記経過時間パターン近似手段は、２次以
上の補間式を用いて１燃焼前の経過時間パターンを近似
する。この場合、２次補間式や３次補間式など、多次の
補間式により経過時間パターンを近似することで、余り
角度の時間換算時における演算精度が向上する。

【００１３】請求項３に記載の発明では、前記経過時間
パターン近似手段は、前記エンジンの比較的低回転域で
は３次以上の補間式を用いて１燃焼前の経過時間パター
ンを近似し、それ以外の回転域では２次補間式を用いて
１燃焼前の経過時間パターンを近似する。

【００１４】要するに、エンジンの構造上、その瞬時回
転速度はＴＤＣ（ピストン上死点）付近にて落ち込む。
そのため、ＴＤＣ付近での瞬時回転速度の落ち込みをも
考慮して経過時間パターンを近似するには、３次以上の
補間式が必要となる。しかし、このような３次以上の補
間式を要するのは、目標スピル角度を含む所定のパター
ン近似期間内にＴＤＣが入り込む場合だけであって、パ
ターン近似期間内にＴＤＣがなければ２次補間式にてパ
ターン近似が可能となる。つまり、エンジンの中高回転
域では、目標スピル角度がＴＤＣよりも先のタイミング
となりＴＤＣが前記所定のパターン近似期間外に位置す
るため、比較的演算負荷の軽い２次補間式で経過時間パ
ターンが近似できるのに対し、エンジンの低回転域で
は、目標スピル角度がＴＤＣよりも後のタイミングとな
りＴＤＣがパターン近似期間内に位置するため、経過時
間パターンの近似に３次以上の補間式が必要となる。

【００１５】こうした実状下において上記構成によれ
ば、エンジンの回転域に適した補間式が選択的に用いら
れるため、常に燃料スピル時期の制御精度が確保でき、
しかも演算負荷が必要最小限に抑制できる。特にエンジ
ンの高回転域においては必然として演算の時間周期が密
になるため、演算負荷が軽減されることはより有効であ
ると言える。

【００１６】請求項４に記載の発明では、前記目標スピ
ル角度直前のパルス時間について１燃焼前の値と今回値
との比により前記相当時間予測手段にて予測される余り
角度の相当時間を補正すると共に、当該相当時間の補正
結果に応じて今回の燃料スピル時期を制御する。この場
合、加減速時など、過渡運転時にもその際の回転変動に
応じた燃料スピル制御が可能となり、制御精度が向上す
る。

【００１７】また上記構成によれば、エンジン始動時に
急加速される場合などの過渡運転時にも燃料噴射量の制
御精度が維持でき、スモーク（白煙）の発生やエンジン
出力の不用意な低下を抑制することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明におけるディーゼル
エンジンの燃料噴射量制御装置を自動車に具体化した一
実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１９】図１はこの実施の形態における過給機付デ
ィーゼルエンジンの燃料噴射量制御装置を示す概略構成
図である。燃料噴射ポンプ１はディーゼルエンジン２の
クランク軸４０にベルト等を介して駆動連結されたドラ
イブプーリ３を備えている。そして、そのドライブプー
リ３の回転によって燃料噴射ポンプ１が駆動され、ディ
ーゼルエンジン２の各気筒（この場合は４気筒）毎に設
けられた各燃料噴射ノズル４に燃料が圧送されて燃料噴
射を行う。

【００２０】燃料噴射ポンプ１において、ドライブプー
リ３はドライブシャフト５の先端に取り付けられてお
り、そのドライブシャフト５の途中には、ベーン式ポン
プよりなる燃料フィードポンプ（この図では９０度展開
されている）６が設けられている。ドライブシャフト５
の基端側には円板状のパルサ７が取り付けられている。
このパルサ７の外周面には、ディーゼルエンジン２の気
筒数と同数の、即ちこの場合４個の欠歯部が等角度間隔
で形成され、各欠歯部の間には１４個ずつの突起が等角
度間隔で（１１．２５°ＣＡ毎に）形成されている。ド
ライブシャフト５の基端部は図示しないカップリングを
介してカムプレート８に接続されている。

【００２１】パルサ７とカムプレート８との間にはロー
ラリング９が設けられ、このローラリング９にはその円
周に沿ってカムプレート８のカムフェイス８ａに対向す
る複数のカムローラ１０が取り付けられている。カムフ
ェイス８ａはディーゼルエンジン２の気筒数と同数だけ
設けられている。また、カムプレート８はスプリング１
１によって常にカムローラ１０に付勢係合されている。

【００２２】カムプレート８には燃料加圧用プランジャ
１２の基端が一体回転可能に取り付けられ、それらカム
プレート８及びプランジャ１２がドライブシャフト５の
回転に連動して回転される。即ち、ドライブシャフト５
の回転力がカップリングを介してカムプレート８に伝達
されることにより、カムプレート８が回転しながらカム
ローラ１０に係合して気筒数と同数だけ図中左右方向へ
往復駆動される。このカムプレート８の往復運動に伴い
プランジャ１２が回転しながら同方向へ往復駆動され
る。つまり、カムプレート８のカムフェイス８ａがロー
ラリング９のカムローラ１０に乗り上げる過程でプラン
ジャ１２が往動（リフト）され、その逆にカムフェイス
８ａがカムローラ１０から降りる過程でプランジャ１２
が復動される。

【００２３】プランジャ１２はポンプハウジング１３に
形成されたシリンダ１４に嵌挿されており、プランジャ
１２の先端面（図の右端面）とシリンダ１４の底面との
間が高圧室１５となっている。プランジャ１２には、そ
の先端側外周にディーゼルエンジン２の気筒数と同数の
吸入溝１６が形成されると共に、高圧室１５側からプラ
ンジャ１２の軸方向に延びる分配ポート１７が形成され
ている。また、それら吸入溝１６及び分配ポート１７に
対応して、ポンプハウジング１３には分配通路１８及び
吸入ポート１９が形成されている。

【００２４】この場合、ドライブシャフト５が回転され
て燃料フィードポンプ６が駆動されることにより、図示
しない燃料タンクから燃料供給ポート２０を介して燃料
室２１内へ燃料が供給される。また、プランジャ１２が
復動されて高圧室１５が減圧される吸入行程中に、吸入
溝１６の一つが吸入ポート１９に連通することにより、
燃料室２１から高圧室１５へと燃料が導入される。一
方、プランジャ１２が往動されて高圧室１５が加圧され
る圧縮行程中に、分配通路１８から各気筒毎の燃料噴射
ノズル４へ燃料が圧送されて噴射される。

【００２５】ポンプハウジング１３には、高圧室１５と
燃料室２１とを連通させる燃料溢流用のスピル通路２２
が形成されている。このスピル通路２２の途中には、高
圧室１５からの燃料スピルを調整する電磁スピル弁２３
が設けられている。この電磁スピル弁２３はコイル２４
を有する常開型の弁であり、コイル２４が無通電（オ
フ）の状態では弁体２５が開放されて高圧室１５内の燃
料が燃料室２１へスピルされる。また、コイル２４が通
電（オン）されることにより、弁体２５が閉鎖されて高
圧室１５から燃料室２１への燃料のスピルが止められ
る。

【００２６】従って、電磁スピル弁２３の通電時間を変
化させることにより、同弁２３が閉弁・開弁制御され、
高圧室１５から燃料室２１への燃料のスピルが調整され
る。そして、プランジャ１２の圧縮行程中に電磁スピル
弁２３を開弁させることにより、高圧室１５内における
燃料が減圧されて、燃料噴射ノズル４からの燃料噴射が
停止される。つまり、プランジャ１２が往動しても、電
磁スピル弁２３が開弁している間は高圧室１５内の燃料
圧力が上昇せず、燃料噴射ノズル４からの燃料噴射が行
われることはない。プランジャ１２の往動中に、電磁ス
ピル弁２３の閉弁・開弁の時期を制御することにより、
燃料噴射ノズル４からの燃料噴射終了時期が変更されて
燃料噴射量が調整される。

【００２７】ポンプハウジング１３の図の下側には、燃
料噴射時期を調整するための油圧駆動式タイマ装置（こ
の図では９０度展開されている）２６が設けられてい
る。このタイマ装置２６は、ドライブシャフト５の回転
方向に対するローラリング９の位置を変更することによ
り、カムフェイス８ａがカムローラ１０に係合する時
期、即ちカムプレート８及びプランジャ１２の往復駆動
時期を変更するものである。

【００２８】タイマ装置２６は、タイマハウジング２７
と、同ハウジング２７内に嵌装されたタイマピストン２
８と、同じくタイマハウジング２７内一側の低圧室２９
にてタイマピストン２８を他側の加圧室３０へ押圧付勢
するタイマスプリング３１等とから構成されている。タ
イマピストン２８はスライドピン３２を介してローラリ
ング９に接続されている。

【００２９】タイマハウジング２７の加圧室３０には、
燃料フィードポンプ６により加圧された燃料が導入され
るようになっている。そして、その燃料圧力とタイマス
プリング３１の付勢力との釣り合い関係によってタイマ
ピストン２８の位置が決定される。かかる場合、タイマ
ピストン２８の位置に応じてローラリング９の位置が決
定され、それによりカムプレート８を介してプランジャ
１２の往復動タイミングが決定される。

【００３０】タイマ装置２６の燃料圧力、即ち制御油圧
を調節するために、タイマ装置２６には電磁式のタイミ
ングコントロールバルブ（以下、ＴＣＶという）３３が
設けられている。詳細には、タイマハウジング２７の加
圧室３０と低圧室２９とは連通路３４によって連通され
ており、同連通路３４の途中にＴＣＶ３３が設けられて
いる。このＴＣＶ３３は、デューティ制御に伴う通電又
は通電の遮断により開閉制御されるようになっており、
同ＴＣＶ３３の開閉制御により加圧室３０内の燃料圧力
が調整される。このとき、その燃料圧力調整によりプラ
ンジャ１２のリフトタイミングが制御され、各燃料噴射
ノズル４からの燃料噴射時期が調整される。

【００３１】ローラリング９の上部には、電磁ピックア
ップコイルよりなるエンジン回転検出手段としての回転
数センサ３５が取り付けられている。この回転数センサ
３５は、パルサ７の外周面に対向して取り付けられてお
り、パルサ７外周に形成された突起が横切る度に、エン
ジン回転数ＮＥに応じた検出信号を出力する。そのた
め、ディーゼルエンジン２が回転すると、回転数センサ
３５は、図５で示すように所定のクランク角度（１１．
２５°ＣＡ）毎に、各突起に対応したポンプ角パルス
（エンジン回転角パルス）を出力すると共に、欠歯部に
対応した、基準となるエンジン回転角パルス（基準位置
信号）を出力する。但し、図５では説明の便宜上、波形
整形後の出力信号を示す。そして、これらのエンジン回
転角パルスから燃料噴射ポンプ１の回転速度、即ちディ
ーゼルエンジン２におけるクランク軸４０の時間当たり
の回転数（エンジン回転速度）が検出可能となってい
る。

【００３２】なおここで、回転数センサ３５は前記ロー
ラリング９と一体であるため、タイマ装置２６の制御動
作に関わりなく、プランジャリフトに対して一定のタイ
ミングで基準となるタイミング信号を出力する。本実施
の形態では、回転数センサ３５の検出信号、即ちエンジ
ン回転角パルスからパルス毎の瞬時回転速度が検出され
るようになっている。

【００３３】次に、ディーゼルエンジン２について説明
する。ディーゼルエンジン２には、シリンダ４１、ピス
トン４２及びシリンダヘッド４３により各気筒毎に対応
する主燃焼室４４がそれぞれ形成されている。それら各
主燃焼室４４は、同じく各気筒毎に対応し、各燃料噴射
ノズル４により燃料が噴射供給される副燃焼室４５に連
設されている。各副燃焼室４５には、始動補助装置とし
ての周知のグロープラグ４６がそれぞれ取り付けられて
いる。

【００３４】ディーゼルエンジン２の吸気管４７には過
給機を構成するターボチャージャ４８のコップレッサ４
９が設けられ、排気管５０にはターボチャージャ４８の
タービン５１が設けられている。排気管５０には、過給
圧力を調節するためのウェイストゲートバルブ５２が設
けられている。周知のようにこのターボチャージャ４８
は、排気ガスのエネルギを利用してタービン５１を回転
させ、その同軸上にあるコンプレッサ４９を回転させて
吸入空気を昇圧させる。これにより、密度の高い混合気
を主燃焼室４４へ送り込んで燃料を多量に燃焼させ、デ
ィーゼルエンジン２の出力を増大させるようになってい
る。

【００３５】また、ディーゼルエンジン２には、排気管
５０内の排気の一部を吸気管４７の吸入ポート５３へ還
流させるための還流管５４が設けられ、還流管５４の途
中には排気の還流量を調節するためのエキゾーストガス
リサキュレイションバルブ（ＥＧＲバルブ）５５が設け
られている。このＥＧＲバルブ５５はバキュームスイッ
チングバルブ（ＶＳＶ）５６の制御によって開閉制御さ
れる。

【００３６】さらに、吸気管４７の途中には、アクセル
ペダル５７の踏込量に連動して開閉されるスロットルバ
ルブ５８が設けられている。スロットルバルブ５８に平
行してバイパス路５９が設けられ、同バイパス路５９に
はバイパス絞り弁６０が設けられている。バイパス絞り
弁６０は、各種運転状態に応じて駆動するアクチュエー
タ６３によって開閉制御される。アクチュエータ６３は
二段のダイヤフラム室を有し、各々のダイヤフラム室内
圧は二つのＶＳＶ６１，６２により制御されるようにな
っている。このバイパス絞り弁６０は、例えばアイドル
運転時には騒音振動等の低減のために半開状態に制御さ
れ、通常運転時には全開状態に制御され、さらに運転停
止時には円滑な停止のために全閉状態に制御される。

【００３７】そして、上記のように燃料噴射ポンプ１及
びディーゼルエンジン２に設けられた電磁スピル弁２
３、ＴＣＶ３３、グロープラグ４６及び各ＶＳＶ５６，
６１，６２は電子制御装置（以下、ＥＣＵという）７１
にそれぞれ電気的に接続され、同ＥＣＵ７１によってそ
れらの駆動タイミングが制御される。

【００３８】運転状態を検出するセンサとしては、前記
回転数センサ３５に加えて以下の各種センサが設けられ
ており、これら各センサはそれぞれＥＣＵ７１に接続さ
れている。即ち、・吸気管４７に配設された吸気温センサ７２は、エアク
リーナ６４の近傍における吸気温度ＴＨＡを検出する。・同じく吸気管４７に配設されたアクセル開度センサ７
３は、スロットルバルブ５８の開閉位置からエンジン負
荷に相当するアクセル開度ＡＣＣＰを検出する。・吸入ポート５３の近傍に配設された吸気圧センサ７４
は、ターボチャージャ４８によって過給された後の吸入
空気圧力（過給圧力ＰｉＭ）を検出する。・ディーゼルエンジン２のシリンダブロック（ウォータ
ジャケット）に配設された水温センサ７５は、ディーゼ
ルエンジン２の冷却水温ＴＨＷを検出する。・同じくシリンダブロックに配設されたクランク角セン
サ７６は、クランク軸４０の回転基準位置、例えば特定
気筒の上死点に対するクランク軸４０の回転位置を検出
する。・図示しないトランスミッションに配設された車速セン
サ７７は、出力軸と共に回転するマグネット７７ａによ
りリードスイッチ７７ｂをオン・オフさせて車両速度
（車速）ＳＰＤを検出する。

【００３９】次に、前述したＥＣＵ７１の構成につい
て、図２のブロック図に従って説明する。ＥＣＵ７１は
ＣＰＵ（中央処理装置）８１、所定の制御プログラム及
びマップ等を予め記憶したＲＯＭ（リードオンリメモ
リ）８２、ＣＰＵ８１の演算結果等を一時記憶するＲＡ
Ｍ（ランダムアクセスメモリ）８３、予め記憶されたデ
ータを保存するバックアップＲＡＭ８４等と、これら各
部と入力ポート８５及び出力ポート８６等とをバス８７
によって接続した論理演算回路として構成されている。

【００４０】入力ポート８５には、前述した吸気温セン
サ７２、アクセル開度センサ７３、吸気圧センサ７４及
び水温センサ７５が、各バッファ８８，８９，９０，９
１、マルチプレクサ９３及びＡ／Ｄ変換器９４を介して
接続されている。同じく入力ポート８５には、前述した
回転数センサ３５、クランク角センサ７６及び車速セン
サ７７が波形整形回路９５を介して接続されている。そ
して、ＣＰＵ８１は入力ポート８５を介して入力される
各センサ３５，７２〜７７等の検出信号を入力値として
読み込む。

【００４１】また、出力ポート８６には、電磁スピル弁
２３、ＴＣＶ３３、グロープラグ４６及びＶＳＶ５６，
６１，６２等が各駆動回路９６，９７，９８，９９，１
００，１０１を介して接続されている。そして、ＣＰＵ
８１は各センサ３５，７２〜７７から読み込んだ入力値
に基づき、電磁スピル弁２３、ＴＣＶ３３、グロープラ
グ４６及びＶＳＶ５６，６１，６２等を好適に制御す
る。

【００４２】次に、前述したＥＣＵ７１内のＣＰＵ８１
により実行される燃料噴射量制御の処理動作について図
面に従って説明する。図３及び図４のフローチャート
は、回転数センサ３５のＮＥパルス信号の立ち上がりで
起動される割り込みルーチンを示すものである。

【００４３】処理が開始されると、ＣＰＵ８１は、先ず
図３のステップ１０１で基準位置信号が出力されてから
のパルス数を示すカウンタＣＮＩＲＱ（初期値＝０）を
「１」だけインクリメントする。なおここで、カウンタ
ＣＮＩＲＱは、「０」から「１３」までの値が１回のカ
ウント周期となるよう構成されている（図５参照）。ま
た、ＣＰＵ８１は、ステップ１０２で現在の時刻（今回
の割込時刻）ＮＥＩＮから前回の割込時刻ＺＮＥＩＮを
減算してパルス時間ＴＮＩＮＴを算出する（ＴＮＩＮＴ
＝ＮＥＩＮ−ＺＮＥＩＮ）。

【００４４】続いてＣＰＵ８１は、ステップ１０３で今
回割り込んだパルス信号が基準位置信号であるか否かを
判別する。詳しくは、前記ステップ１０２にて算出した
パルス時間ＴＮＩＮＴの今回値が同じくＴＮＩＮＴの前
回値の１．５倍以上であるか否かを判別し、今回値が前
回値の１．５倍以上であれば基準位置信号と判別する。
基準位置信号であると判別された場合、ＣＰＵ８１は、
ステップ１０４でカウンタＣＮＩＲＱの値を「０」にク
リアし、その後ステップ１０５に進む。一方、基準位置
信号でないと判別された場合、ＣＰＵ８１はそのままス
テップ１０５に進む。

【００４５】ＣＰＵ８１は、ステップ１０５で現在の時
刻（今回の割込時刻）ＮＥＩＮを前回の割込時刻ＺＮＥ
ＩＮとして記憶する。また、ＣＰＵ８１は、ステップ１
０６で前回のカウント周期におけるカウンタＣＮＩＲＱ
でのパルス時間ＴＮ（ｉ）をＴＮＯＬＤ（ｉ）として記
憶すると共に、続くステップ１０７で前記ステップ１０
２にて算出したパルス時間ＴＮＩＮＴを今回のカウント
周期におけるカウンタＣＮＩＲＱでのパルス時間ＴＮ
（ｉ）として記憶する（但し、ｉ＝ＣＮＩＲＱ）。

【００４６】その後、ＣＰＵ８１は、図４のステップ１
０８で今現在のカウンタＣＮＩＲＱの値が「６」である
か、即ち今回の割り込んだパルス信号がＣＮＩＲＱ＝６
に相当する信号であるか否かを判別する。ＣＮＩＲＱ＝
６と判別された場合、ＣＰＵ８１は、ステップ１０９で
最終スピル角度（最終噴射量）ＱＦＩＮに位相補正電圧
ＶＲＰを加算して目標スピル角度ＱＡＮＧＦを算出す
る。ここで、ＣＮＩＲＱ＝６のタイミングで目標スピル
角度ＱＡＮＧＦを算出するのは、実際の目標スピル角度
より早いタイミングで確実にＱＡＮＧＦを算出するため
である。なお因みに、最終噴射量ＱＦＩＮは、図示しな
い別途のメインルーチンによりエンジン回転数ＮＥ、ア
クセル開度ＡＣＣＰ及び冷却水温ＴＨＷ等に基づいて算
出されるようになっている。

【００４７】続いて、ＣＰＵ８１は、ステップ１１０で
前記算出した目標スピル角度ＱＡＮＧＦより、当該ＱＡ
ＮＧＦまでのエンジン回転角パルスのパルス数（以下、
スピル時期パルス数ＣＡＮＧという）と、１パルス分に
満たない余り角度ＱＡＮＧＭとを算出する。かかる場
合、図５からも分かるように、目標スピル角度ＱＡＮＧ
Ｆは、ＱＡＮＧＦ＝１１．２５・ＣＡＮＧ＋ＱＡＮＧＭ …（１）で表され、この（１）式に従いスピル時期パルス数ＣＡ
ＮＧ及び余り角度ＱＡＮＧＭが算出される。

【００４８】その後、ＣＰＵ８１は、ステップ１１１で
その時のエンジン回転数ＮＥが所定の低回転域（本実施
の形態では、２０００ｒｐｍ以下）にあるか否かを判別
し、エンジン回転数ＮＥが低回転域にあればステップ１
１２に進み、エンジン回転数ＮＥが中高回転域にあれば
ステップ１１４に進む。

【００４９】エンジン回転数ＮＥが低回転域にあると判
別された場合、ＣＰＵ８１は、ステップ１１２で１燃焼
前（前回）のカウント周期におけるクランク角度に対す
る経過時間パターンを差分法による３次補間式で近似す
る。詳しくは、以下の（２）〜（４）式に従い３次式係
数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を算出する。

【００５０】

【数１】上記（２）〜（４）式によれば、パルス時間ＴＮ（ＣＡ
ＮＧ−１），ＴＮ（ＣＡＮＧ），ＴＮ（ＣＡＮＧ＋１）
が経過時間パターンを近似するためのパラメータとな
り、これらのパラメータを求めるためのパルス番号「Ｃ
ＡＮＧ−２」〜「ＣＡＮＧ＋１」の期間がパターン近似
期間に相当する（図６，７参照、但し同図では、ＣＡＮ
Ｇ＝１０）。この場合、目標スピル角度ＱＡＮＧＦを含
む１燃焼前の所定のパターン近似期間で、所定クランク
角度に対する経過時間パターンが近似されることにな
る。

【００５１】また、ＣＰＵ８１は、続くステップ１１３
で以下の（５）〜（７）式に従い余り角度相当時間ＴＳ
ＰＢを算出する。つまり、パルス番号「ＣＡＮＧ−２」
から目標スピル角度ＱＡＮＧＦまでの積算時間ＳＩＧＳ
Ｐと、同じくパルス番号「ＣＡＮＧ−２」からスピル時
期パルス数ＣＡＮＧまでの積算時間ＳＩＧＣＡＮとを算
出し、その差から余り角度相当時間ＴＳＰＢを算出する
（図６，７参照）。

【００５２】

【数２】余り角度相当時間ＴＳＰＢの算出後、ＣＰＵ８１はステ
ップ１１６に進む。一方、エンジン回転数ＮＥが中高回
転域にあると判別された場合、ＣＰＵ８１は、ステップ
１１４で１燃焼前（前回）のカウント周期における所定
クランク角度に対する経過時間パターンを差分法による
２次補間式で近似する。詳しくは、以下の（２’），
（３’）式に従い２次式係数Ｃ１，Ｃ２を算出する。

【００５３】

【数３】この場合、パルス時間ＴＮ（ＣＡＮＧ），ＴＮ（ＣＡＮ
Ｇ＋１）が経過時間パターンを近似するためのパラメー
タとなり、これらのパラメータを求めるためのパルス番
号「ＣＡＮＧ−１」〜「ＣＡＮＧ＋１」の期間がパター
ン近似期間に相当する（図６参照、但し同図では、ＣＡ
ＮＧ＝１０）。

【００５４】また、ＣＰＵ８１は、続くステップ１１５
で余り角度相当時間ＴＳＰＢを算出する。つまり、以下
の（５’）〜（７’）式に従って積算時間ＳＩＧＳＰ，
ＳＩＧＣＡＮを算出し、その差から余り角度相当時間Ｔ
ＳＰＢを算出する。

【００５５】

【数４】余り角度相当時間ＴＳＰＢの算出後、ＣＰＵ８１はステ
ップ１１６に進む。前記ステップ１０８でＣＮＩＲＱ≠
６と判別された場合には、ＣＰＵ８１は、ステップ１０
９〜１１５の処理を読み飛ばし、そのままステップ１１
６に進む。

【００５６】ＣＰＵ８１は、ステップ１１６で今現在の
カウンタＣＮＩＲＱの値が「ＣＡＮＧ−１」であるか、
即ち今回の割り込んだパルス信号がＣＮＩＲＱ＝ＣＡＮ
Ｇ−１に相当する信号であるか否かを判別する。

【００５７】この場合、ＣＮＩＲＱ＝ＣＡＮＧ−１と判
別されれば、ＣＰＵ８１は、ステップ１１７で以下の
（８）式を用い、車両の加減速状態に応じて余り角度相
当時間ＴＳＰＢを補正し、最終の余り角度相当時間ＴＳ
Ｐを算出する。

【００５８】

【数５】つまり、上記（８）式では、パルス時間ＴＮ（ＣＡＮＧ
−１）の今回値「ＴＮ」と前回値「ＴＮＯＬＤ」との比
により前記算出した余り角度相当時間ＴＳＰＢが補正さ
れ、その補正結果が最終の余り角度相当時間ＴＳＰとし
て求められる。

【００５９】一方、前記ステップ１１６でＣＮＩＲＱ≠
ＣＡＮＧ−１と判別されれば、ＣＰＵ８１は、ステップ
１１７の処理を読み飛ばし、本ルーチンを一旦終了す
る。図６及び図７は、上記ＣＰＵ８１の演算処理をより
具体的に示すタイムチャートである。図６では、車両の
加速に伴いエンジン回転数が低回転域から上昇する過程
を示しており、目標スピル角度ＱＡＮＧＦはパルス番号
「１０」と「１１」との間に位置する（スピル時期パル
ス数ＣＡＮＧは「１０」）。またこのとき、目標スピル
角度ＱＡＮＧＦはＴＤＣよりも遅角側に設定され、ＴＤ
Ｃは図の８番パルスから１１番パルスまでの期間、即ち
パターン近似期間内に位置する。

【００６０】ＣＮＩＲＱ＝６となる図６の時刻ｔ１で
は、目標スピル角度ＱＡＮＧＦ，スピル時期パルス数Ｃ
ＡＮＧ，余り角度ＱＡＮＧＭが算出されると共に、経過
時間パターンの近似により余り角度相当時間ＴＳＰＢが
算出される（前記図４のステップ１０９〜１１５）。図
６では比較的低回転域での回転数変化を示すため、経過
時間パターンの近似に前記（２）〜（４）式の３次補間
式が用いられる。かかる場合、１燃焼前（前回）のパタ
ーン近似期間における複数のパルス時間ＴＮ（９），Ｔ
Ｎ（１０），ＴＮ（１１）からパターン近似期間当初の
クランク角度（図では、８番パルスでのクランク角度）
に対する経過時間パターンが近似される。

【００６１】図７（ａ）は、上記の如く近似された経過
時間パターン（但し、前回燃焼時の経過時間パターン）
を示しており、この経過時間パターンに基づき、８番パ
ルスでのクランク角度に対する目標スピル角度ＱＡＮＧ
Ｆの時刻（積算時間ＳＩＧＳＰ）と、同じく８番パルス
でのクランク角度に対するＱＡＮＧＦ直前の回転角パル
スの時刻（積算時間ＳＩＧＣＡＮ）とが求められ、これ
ら積算時間ＳＩＧＳＰ，ＳＩＧＣＡＮの差から余り角度
相当時間ＴＳＰＢが予測される（前記（５）〜（７）
式）。

【００６２】また、ＣＮＩＲＱ＝９（＝ＣＡＮＧ−１）
となる図６の時刻ｔ２では、前記余り角度相当時間ＴＳ
ＰＢが前記（８）式により補正され、その補正結果であ
る最終の余り角度相当時間ＴＳＰにより燃料スピル時期
が実際に制御されるようになる。図７（ｂ）によれば、
車両の加速状態に応じて経過時間パターンが更新され、
加速状態を反映した余り角度相当時間ＴＳＰが求められ
ていることが分かる。

【００６３】なお本実施の形態の装置では、前記図３，
４のルーチンのステップ１０９，１１０により請求項記
載の角度データ演算手段が構成されている。また、同ス
テップ１１２，１１４により経過時間パターン近似手段
が構成され、同ステップ１１３，１１５により相当時間
予測手段が構成されている。

【００６４】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。（ａ）本実施の形態では、１燃焼前の所定のパターン近
似期間で、エンジン回転角パルスの連続する複数のパル
ス時間からパターン近似期間当初の所定クランク角度に
対する経過時間パターンを近似した。そして、該近似し
た経過時間パターンを用い、当該所定クランク角度に対
する目標スピル角度ＱＡＮＧＦの時刻（図７（ａ）の積
算時間ＳＩＧＳＰ）と、同じく所定クランク角度に対す
るＱＡＮＧＦ直前の回転角パルスの時刻（図７（ｂ）の
積算時間ＳＩＧＣＡＮ）とを求め、これら時刻の差から
余り角度相当時間ＴＳＰＢを予測するようにした。

【００６５】上記構成によれば、その時々のクランク角
度に対応する経過時間（所定クランク角度に対するＱＡ
ＮＧＦの時刻や各回転角パルスの時刻）が正確に把握で
き、この経過時間から余り角度相当時間ＴＳＰＢが直接
的に求められる。従って、時々刻々と変化する瞬時回転
速度に応じたスピル時期の制御が可能となり、従来装置
のような制御誤差が解消できる。つまり、前記図８のよ
うにスピル時期の実際値と目標値とがずれてしまうとい
った不具合が解消できる。かかる場合、燃料噴射の終了
時期が常に所望のタイミングにて制御できるようにな
る。その結果、燃料のスピル時期を適正に制御し、高精
度な燃料噴射量制御を実現することができる。

【００６６】（ｂ）ディーゼルエンジン２の比較的低回
転域では３次以上の補間式を用いて１燃焼前の経過時間
パターンを近似し、それ以外の回転域では２次補間式を
用いて１燃焼前の経過時間パターンを近似するようにし
た。つまり、エンジン中高回転域では、目標スピル角度
ＱＡＮＧＦがＴＤＣよりも先のタイミングとなりＴＤＣ
が前記所定のパターン近似期間外に位置するため、比較
的演算負荷の軽い２次補間式で経過時間パターンが近似
できるのに対し、エンジン低回転域では、目標スピル角
度ＱＡＮＧＦがＴＤＣよりも後のタイミングとなりＴＤ
Ｃがパターン近似期間内に位置するため、経過時間パタ
ーンの近似に３次以上の補間式が必要となる。

【００６７】こうした実状下において上記構成によれ
ば、エンジン回転域に適した補間式が選択的に用いられ
るため、常に燃料スピル時期の制御精度が確保でき、し
かも演算負荷が必要最小限に抑制できる。特にエンジン
高回転域においては必然として演算の時間周期が密にな
るため、演算負荷が軽減されることはより有効であると
言える。

【００６８】（ｃ）ＱＡＮＧＦ直前のパルス時間につい
て１燃焼前の値と今回値との比により余り角度相当時間
ＴＳＰＢを補正すると共に、当該ＴＳＰＢの補正結果に
応じて今回の燃料スピル時期を制御するようにした（前
記（８）式）。この場合、加減速時など、過渡運転時に
もその際の回転変動に応じた燃料スピル制御が可能とな
り、制御精度が向上する。

【００６９】また上記構成によれば、エンジン始動時に
急加速される場合などの過渡運転時にも燃料噴射量の制
御精度が維持でき、スモーク（白煙）の発生やエンジン
出力の不用意な低下を抑制することができる。

【００７０】（ｄ）また、本実施の形態では、上記のよ
うにエンジン回転変動の影響を受けることなく燃料噴射
量制御が実施できる。そのため、ノーマルフライホイー
ルやフライホイールダンパ等のように回転変動に差のあ
る機構を採用した異なるディーゼルエンジンの間でも、
制御される燃料噴射量に差が生じることはなく、噴射量
制御のために同一の噴射量指令値を用いても差し支えが
ない。

【００７１】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて実現できる。上記実施の形態では、エンジ
ン回転数ＮＥが比較的低回転域にあるか否かに応じて経
過時間パターンを近似するための補間式を選択的に用い
るようにしたが（３次補間式或いは２次補間式のいずれ
かを用いた）、この構成を変更してもよい。例えば常に
３次補間式を用いて経過時間パターンを近似したり、４
次以上の補間式を用いて経過時間パターンを近似したり
してもよい。また、経過時間パターンを近似する一手法
として、最小二乗法を用いてもよい。これらいずれの場
合でも、余り角度の時間換算時における演算精度が確保
できる。

【００７２】経過時間パターンを近似するためのパター
ン近似期間は任意に変更して設定でき、要は、目標スピ
ル角度ＱＡＮＧＦを含む１燃焼前の所定期間に設定され
ればよい。

【００７３】上記実施の形態では、ＱＡＮＧＦ直前のパ
ルス時間について１燃焼前の値と今回値との比により余
り角度相当時間ＴＳＰＢを補正していたが、この補正の
手法を変更してもよい。例えば複数のパルス時間から前
回燃焼時の瞬時回転速度の平均値を求めると共に、同じ
く複数のパルス時間から今回燃焼時の瞬時回転速度の平
均値を求め、これら瞬時回転速度の平均値の比により余
り角度相当時間ＴＳＰＢを補正する。かかる構成におい
ても、加減速時など、過渡運転時の回転変動に応じた燃
料スピル制御が可能となる。要は、前回燃焼時と今回燃
焼時との回転数変動を反映した補正ができる構成であれ
ばよい。

【００７４】上記実施の形態では、本発明を過給機付の
４気筒ディーゼルエンジンに具体化したが、過給機を持
たないディーゼルエンジンに具体化するなど、他の態様
のディーゼルエンジンに本発明を適用することも可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態におけるディーゼルエンジン
の燃料噴射制御装置の概要を示す構成図。

【図２】ＥＣＵの構成を示すブロック図。

【図３】ＮＥ割り込みルーチンを示すフローチャート。

【図４】図３に続き、ＮＥ割り込みルーチンを示すフロ
ーチャート。

【図５】エンジン回転角パルスと電磁スピル弁のＯＮ／
ＯＦＦ動作との関係を示すタイムチャート。

【図６】実施の形態の装置について、その作用を説明す
るためのタイムチャート。

【図７】実施の形態の装置について、その作用を説明す
るためのタイムチャート。

【図８】従来技術における問題点を説明するためのタイ
ムチャート。

【符号の説明】

１…燃料噴射ポンプ、２…エンジン（ディーゼルエンジ
ン）、２３…電磁スピル弁、３５…エンジン回転検出手
段を構成する回転数センサ、７１…ＥＣＵ（電子制御装
置）、８１…角度データ演算手段，経過時間パターン近
似手段，相当時間予測手段を構成するＣＰＵ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高木二郎愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者衣畑裕生愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者木崎幹士愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者川原邦博愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料噴射ポンプからディーゼルエンジンの
気筒に対し噴射供給される燃料をスピルさせることで同
燃料量を調量する電磁弁と、前記エンジンの所定のクランク角度毎に回転角パルスを
検出するエンジン回転検出手段と、エンジン運転状態に応じて目標スピル角度を演算すると
共に、前記検出される回転角パルスに基づき、その回転
角パルスのある基準位置から前記目標スピル角度までの
回転角パルスのカウント数とその１パルス分に満たない
余り角度とを演算する角度データ演算手段とを備え、前記目標スピル角度までの回転角パルスのカウント数と
余り角度の相当時間とを基に、前記電磁弁を駆動させ燃
料噴射量を制御するようにしたディーゼルエンジンの燃
料噴射量制御装置において、目標スピル角度を含む１燃焼前の所定のパターン近似期
間で、前記検出される回転角パルスの連続する複数のパ
ルス時間から前記パターン近似期間当初の所定クランク
角度に対する経過時間パターンを近似する経過時間パタ
ーン近似手段と、前記経過時間パターン近似手段により近似した１燃焼前
の所定クランク角度に対する経過時間パターンを用い、
当該所定クランク角度に対する目標スピル角度の時刻
と、同じく所定クランク角度に対する目標スピル角度直
前の回転角パルスの時刻とを求め、これら時刻の差から
前記余り角度の相当時間を予測する相当時間予測手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴
射量制御装置。
【請求項２】前記経過時間パターン近似手段は、２次以
上の補間式を用いて１燃焼前の経過時間パターンを近似
するものである請求項１に記載のディーゼルエンジンの
燃料噴射量制御装置。
【請求項３】前記経過時間パターン近似手段は、前記エ
ンジンの比較的低回転域では３次以上の補間式を用いて
１燃焼前の経過時間パターンを近似し、それ以外の回転
域では２次補間式を用いて１燃焼前の経過時間パターン
を近似するものである請求項１に記載のディーゼルエン
ジンの燃料噴射制御装置。
【請求項４】前記目標スピル角度直前のパルス時間につ
いて１燃焼前の値と今回値との比により前記相当時間予
測手段にて予測される余り角度の相当時間を補正すると
共に、当該相当時間の補正結果に応じて今回の燃料スピ
ル時期を制御する請求項１〜請求項３のいずれかに記載
のディーゼルエンジンの燃料噴射量制御装置。