JPS60138247A - Fuel injection timing control device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To precisely detect an actual fuel injection initiation timing to aim at enhancing the economy of fuel consumption, by providing a waveform analyzer which discriminates the timing of peak of a vibration curve that is generated in a fuel injection valve and detected by a vibration sensor. CONSTITUTION:An electrical signal S1 which corresponds to vibration generated upon fuel injection (peak P1) and ignition (peak P2) is delivered from a vibration sensor 5 incorporated to a fuel injection valve in a Diesel-engine 2, and is introduced into a waveform analyzing circuit 6 which issues an actual timing signal TS consisting of a pulse train indicating the generating timing of the peak P2 or the ignition timing. The signal TS is delivered together with a top dead center signal TDC from a top dead center sensor 7 to a first computing circuit 8 which offers an actual combustion timing signal S2. Then this signal S2 is compared with a desired combustion timing signal S3 within an error computing circuit 9 to drive and control a timer 4 for controlling the fuel injection timing in accordance with the deviation between both signals S2, S3.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料噴射時期制御装置に関し、更に詳細に述べ
ると、より正確に燃料噴射時期の制御を行なうことがで
きる内燃機関用の燃料噴射時期制御装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a fuel injection timing control device, and more specifically, to a fuel injection timing control device for an internal combustion engine that can more accurately control fuel injection timing.

従来の電子制御式燃料噴射ポンプにおいては、燃料噴射
弁のノズル部又は燃料噴射弁と噴射ポンプとの間の部分
において生じる燃料の圧送圧力を検知し、この検出結果
に基づいて燃料の噴射時期の制御を行なってきている。In conventional electronically controlled fuel injection pumps, the fuel pressure generated at the nozzle part of the fuel injection valve or the part between the fuel injection valve and the injection pump is detected, and the fuel injection timing is determined based on this detection result. It has been under control.

しかし、燃料の噴射時期とは、元来、噴射された燃料が
着火し燃焼を開始することができるまでの遅れ時間を言
うものでｓｂ、従って、燃料の圧送開始時期成るいは燃
料噴射弁の開弁時期を検出し、この時期を示す信号をフ
ィードバックする閉ループ制御系を構成した従来の制御
では不充分である。これを解渠するためには、燃料が実
際に噴射された後、霧化、混合して着火するまでの着火
遅れを検出する必要があシ、このため、牧気温度、ｅ関
温度、負荷の大きさ等の要素を考慮した着火遅れに関す
る補正が行なわれている。しかし、これらの情報に基づ
いて精度よく補正を行なうことは困難であり、よシ筒精
度で燃料噴射時期の制御を行なう、場合にはこの補正で
は不充分であった。However, the fuel injection timing originally refers to the delay time until the injected fuel can ignite and start combustion. Conventional control configured as a closed-loop control system that detects the valve opening timing and feeds back a signal indicating this timing is insufficient. In order to solve this problem, it is necessary to detect the ignition delay after the fuel is actually injected until it is atomized, mixed, and ignited. Corrections are made for ignition delay, taking into consideration factors such as the size of the ignition delay. However, it is difficult to perform accurate correction based on this information, and this correction is insufficient in cases where the fuel injection timing is controlled with cylinder accuracy.

これらの問題点を解決するため、機関の燃焼室内の圧力
増加を検出して混合気の着火時期を検出し、これによシ
燃料噴射時期の制御を行なうようにした装置が提案され
ている（％開昭５７−１３５２３７号公報参照）０ しかしながら、この提案された装置では、燃焼室内にお
ける燃焼圧力の上昇を面接検出するために、燃焼室内に
生じる極めて大きな圧力及び筒温に耐えることができる
高価な圧力センサを必要とするので、価格が託くなるほ
か、内燃機関本体のハウジングに穴をあける必要があり
、既存の内燃機関に設けることは極めて困難である寺の
問題点を有している。In order to solve these problems, a device has been proposed that detects the pressure increase in the engine's combustion chamber to detect the ignition timing of the air-fuel mixture, and thereby controls the fuel injection timing ( (Refer to Japanese Patent Publication No. 57-135237) 0 However, in order to directly detect the increase in combustion pressure in the combustion chamber, this proposed device uses an expensive device that can withstand the extremely high pressure and cylinder temperature generated in the combustion chamber. This method requires a pressure sensor, which increases the price, and also requires a hole to be drilled into the housing of the internal combustion engine itself, which is extremely difficult to install in an existing internal combustion engine. .

本発明の目的は、従って、高価な圧力センサを用いるこ
となく、既存の装置にも簡単に適用することができ、極
めて精度の商い燃料噴射時期の制御を行なうことができ
る内燃機関用の燃料噴射時ル」制御装置を提供すること
にある。Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel injection system for an internal combustion engine that can be easily applied to existing equipment without using expensive pressure sensors, and that can control the fuel injection timing with extremely high precision. The purpose of the present invention is to provide a control device that can be used at any time.

本発明の構成は、内燃機関に生じる振動に基づいて該内
燃機関における燃料の実燃焼開始時期を示す第１傷号を
出力する第１検出器と、上記内燃機関のクランク軸が所
定の基準回転位置に到達した基準タイミングを示す第２
４’Ｆ＝号を出力する第２検出器と、上記第１及び第２
佃号に応答してその時々の実燃焼開始時期の上記基準タ
イミングからのずれを元す燃焼時期信号を出力する手段
とを有し、該燃焼時期信号を噴射時期制御ループにフィ
ードバック信号として与えるようにした点に％徴を有す
る。The present invention has a first detector that outputs a first flaw indicating the actual combustion start timing of fuel in the internal combustion engine based on vibrations occurring in the internal combustion engine, and a crankshaft of the internal combustion engine that rotates at a predetermined reference rotation rate. The second mark indicates the reference timing at which the position was reached.
a second detector outputting a 4'F= signal;
and a means for outputting a combustion timing signal based on the deviation of the actual combustion start timing from the reference timing at each time in response to the special number, and providing the combustion timing signal to the injection timing control loop as a feedback signal. It has a percentage mark at the point where it is.

第１検出器は、燃焼によって生じる内燃機関の振動をそ
の振動に応じてレベルの変化する′￥Ｍ、気信号に変換
する変換器と、該変換器から出力される電気信号の波形
から燃料の着火時期に対応したパルス信号を出力する手
段とから構成することがでキル。この変換器は、例えは
）燃料噴射ノズル又はノズルホルダ等に装着することが
できるが、この場合には、′Ｌ４ｉ、気信号は２つのピ
ークを有している。最初に現われるピークが燃料の噴射
タイミングを示すピークであり、次に現われるピークが
燃料の着火による燃焼室内の膚激な圧力上昇を示すピー
クであり、後者のピークは前者のピークよｐレベルが高
くなっている。The first detector includes a converter that converts the vibrations of the internal combustion engine caused by combustion into a signal whose level changes according to the vibrations, and a fuel signal based on the waveform of the electrical signal output from the converter. It can be constructed from a means for outputting a pulse signal corresponding to the ignition timing. This converter can be mounted on a fuel injection nozzle or a nozzle holder, for example, in which case the 'L4i signal has two peaks. The first peak that appears is the peak that indicates the fuel injection timing, and the second peak that appears is the peak that indicates the drastic pressure rise in the combustion chamber due to fuel ignition.The latter peak has a higher p level than the former peak. It has become.

以下、図示の実施例によυ本発明の詳細な説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to illustrated embodiments.

第１図には、本発明による燃料噴射時期制御装置の一実
施例が示されている。燃料噴射時期制御装置１は、ディ
ーゼル機関２に燃料を噴射供給する燃料噴射ポンプ３に
連結されているタイマ４を制御し、燃料噴射ポンプ３の
噴射時期の制御を電子的に行なうための装置である。デ
ィーゼル機関２の着目したシリンダにおける燃料の着火
時期を検出するため、そのシリンダに装着された燃料噴
射弁（図示せず）には振動センサ５が設けられており、
燃料の噴射及び着火によって生じる振動を電気信号Ｓ１
に賀換する。FIG. 1 shows an embodiment of a fuel injection timing control device according to the present invention. The fuel injection timing control device 1 is a device for electronically controlling the injection timing of the fuel injection pump 3 by controlling a timer 4 connected to the fuel injection pump 3 that injects and supplies fuel to the diesel engine 2. be. In order to detect the ignition timing of fuel in a target cylinder of the diesel engine 2, a vibration sensor 5 is provided on a fuel injection valve (not shown) attached to the cylinder.
Vibration caused by fuel injection and ignition is transmitted as an electric signal S1
to exchange money.

燃料の噴射及び着火によって噴射弁に生じる振動の波形
は、第２図に示されるように、燃料の噴射時にノドさな
第１のピークＰＩが生じ、所要時間経過後に着火し、こ
れによシ大きな第２のピーク（５） Ｐ２が生じるパターンであり、第２図に示す如き・母タ
ーンの振動が燃料の噴射毎に生じることになる。As shown in Figure 2, the waveform of the vibration generated in the injection valve due to fuel injection and ignition is such that a sharp first peak PI occurs when fuel is injected, ignition occurs after the required time elapses, and this causes the engine to ignite. This is a pattern in which a large second peak (5) P2 occurs, and vibrations of the main turn as shown in FIG. 2 occur every time fuel is injected.

振動センサ５は圧電素子を含んで成り、噴射弁に生じる
上述の振動に相応してレベルの変化する４ｇ号が電気信
号Ｓｌとして出力される（第３図（ａ）参照）。電気信
号Ｓ１は波形分析回路６に入力され、蜜、気信号Ｓｌに
生じる各第２のピークの発生タイミング、即ち着火タイ
ミングを示すノ臂ルスがら成るノｆルス列信号である実
タイミング信号ＴＳが出力される（第３図（ｂ）参照）
。波形分析回路６は、例えば第２のピークを検出する電
圧弁別回路として構成することができる。The vibration sensor 5 includes a piezoelectric element, and outputs a signal No. 4g whose level changes in accordance with the above-mentioned vibration occurring in the injection valve as an electric signal Sl (see FIG. 3(a)). The electrical signal S1 is input to the waveform analysis circuit 6, and the actual timing signal TS, which is a pulse train signal consisting of pulses indicating the occurrence timing of each second peak occurring in the electrical signal Sl, that is, the ignition timing, is generated. Output (see Figure 3(b))
. The waveform analysis circuit 6 can be configured, for example, as a voltage discrimination circuit that detects the second peak.

符号７で示されるのは、ディーゼル機関２のピストンが
上死点に達するタイミングを検出するため、ディーゼル
機関２のクランク軸（図示せず）に設けられた上死点セ
ンサであシ、上死点センサ７からは、ピストンの上死点
到達タイミングを示す上死点ノ４ルスから成る上死点信
号ＴＤＣが出力される（第３図（Ｃ））。尚、図示の実
施例では、ディ（６） −ゼル機関２は、４ザイクル４気筒であり、従って、上
死点信号ＴＤＣを構成する上死点パルスは、実タイミン
グ信号ＴＳを構成するパルス１つに対して８つ出力され
るが、第３図（Ｃ）においては、簡単のため、実タイミ
ング信号ＴＳを構成する各パルスに対応した上死点ノ４
ルスのみが示されている。Reference numeral 7 indicates a top dead center sensor installed on the crankshaft (not shown) of the diesel engine 2 in order to detect the timing at which the piston of the diesel engine 2 reaches the top dead center. The point sensor 7 outputs a top dead center signal TDC consisting of a top dead center minus four pulses indicating the timing at which the piston reaches the top dead center (FIG. 3(C)). In the illustrated embodiment, the diesel engine 2 is a 4-cycle, 4-cylinder engine, and therefore, the top dead center pulse that makes up the top dead center signal TDC is the same as the pulse 1 that makes up the actual timing signal TS. However, for the sake of simplicity, in FIG. 3(C), 4 pulses are output at the top dead center corresponding to each pulse constituting the actual timing signal TS.
Only Luz is shown.

実タイミング信号ＴＳ及び上死点４８号ＴＤＣは第１演
算回路８に入力され、クランク軸の回転角度によって示
される上死点タイミングと着火タイミングとの差θ１　
、θ２　、θ３　、・・・が演算され、その演算結果を
示す実燃焼時期信号Ｓ２が出力され、誤差演算回路９に
入力されている。The actual timing signal TS and top dead center No. 48 TDC are input to the first calculation circuit 8, and the difference θ1 between the top dead center timing and the ignition timing indicated by the rotation angle of the crankshaft is calculated.
, θ2, θ3, .

第２演算回路１０には、ディーゼル機関２０回転速度を
示す速度信号Ｎ、アクセルペダル（図示せず）の操作量
を示すアクセル信号Ａ１機関の冷却水温を示す水温信号
Ｗが入力されており、これらの入力信号に基づいて、そ
の時々のディーゼル機関２の運転状態に応じた最適な目
標燃焼時期が演算され、この演算結果を示す目標信号Ｓ
３が誤差演算回路９に入力される。A speed signal N indicating the rotational speed of the diesel engine 20, an accelerator signal A indicating the operating amount of the accelerator pedal (not shown), a water temperature signal W indicating the engine cooling water temperature are input to the second arithmetic circuit 10. Based on the input signal of
3 is input to the error calculation circuit 9.

誤差演算回路９では、実燃焼時期信号Ｓ２と目標Ｇｆ号
Ｓ３とに応答して、実燃焼時期と目標燃焼時期との差が
演算され、この差分を示す誤差信号Ｓ４として出力され
る。誤差信号Ｓ４はＰＩＤ演算回路１０を介してタイマ
４に駆動信号として供船される。The error calculation circuit 9 calculates the difference between the actual combustion timing and the target combustion timing in response to the actual combustion timing signal S2 and the target Gf number S3, and outputs the difference as an error signal S4 indicating this difference. The error signal S4 is provided to the timer 4 as a drive signal via the PID calculation circuit 10.

上述の構成によると、振動センサ５によって検出される
噴射弁の振動波形のうち、燃料の着火によって生じる振
動のピークのタイミングを波形分析回路６にて弁別し、
これによシ実際の燃焼開始時期を確実に検出することが
できる。そして、実際の燃焼開始時期を示す信号がフィ
ードバック信号として噴射時期制御系に入力され、これ
により閉ループ制御が行なわれるので、極めて精度よく
燃焼開始時期を制御することができる。従って、燃費の
向上を期待することができると共に排気ガス中の有害成
分の成牛を低く抑えることができ、排気ガス公害防止に
著しく役立つものである。According to the above configuration, among the vibration waveforms of the injection valve detected by the vibration sensor 5, the waveform analysis circuit 6 discriminates the timing of the vibration peak caused by the ignition of the fuel,
This makes it possible to reliably detect the actual combustion start time. Then, a signal indicating the actual combustion start timing is input as a feedback signal to the injection timing control system, thereby performing closed loop control, so that the combustion start timing can be controlled with extremely high accuracy. Therefore, an improvement in fuel efficiency can be expected, and the amount of harmful components in the exhaust gas can be kept low, which is extremely useful for preventing exhaust gas pollution.

更に、噴射圧タイミングを検出して温度補正及び負荷補
正を行なっていた従来の装置に比べると、各種補正は不
要となるので、回路が著しく簡単になるという利点を有
している。また、振動センサとして、例えはノックセン
サの如き検出素子を用いることができ、しかも外付けで
よいので、機関のケーシングにセンサ取付用の孔をあけ
る８袈がなく、既存の装置に簡単に取付けることが可能
である。Furthermore, compared to conventional devices that detect injection pressure timing and perform temperature correction and load correction, there is no need for various corrections, so the circuit has the advantage of being significantly simpler. In addition, a detection element such as a knock sensor can be used as a vibration sensor, and it can be attached externally, so there is no need to drill holes in the engine casing for installing the sensor, and it can be easily installed in existing equipment. Is possible.

本発明によれば、上述の如く、従来の装置に比べて回路
構成が簡単で済む上に、極めて精度の高い噴射時期制御
を行なうことができ、この結果、燃費の向上及び排気ガ
スの浄化性の向上を期待することができる。更に、既存
のエンジンシステムにも大巾な改造を８賛とせずに適用
することができるという別の利点も備えている。According to the present invention, as described above, the circuit configuration is simpler than that of conventional devices, and injection timing control can be performed with extremely high precision.As a result, fuel efficiency is improved and exhaust gas purification performance is achieved. can be expected to improve. Another advantage is that it can be applied to existing engine systems without extensive modification.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明による燃料噴射時期制御装置の一実施例
を示すブロック図、第２図は燃焼時に生じる機関の振動
波形図、第３図（＆）乃至第３図（、）は第１図に示し
た装置の各部の信号の波形図である０１・・・燃料噴射
時期制御装置、２・・・ディーゼル機（９） 関、３１３．燃料噴射ポンプ、４・・・タイマ、５・・
・振動センサ、６・・・波形分析回路、７・・・上死点
センサ、８・・・第１演算回路、Ｓｌ・・・電気信号、
Ｓ２・・・実燃焼時期信号、ＴＳ・・・実タイミング信
号、ＴＤＣ・・・上死点信号。 特許出願人　ヂーゼル機器株式会社 代理人　弁理士　高　野　昌　俊 （１０） 手続補正沓（自発） 昭和５９年１月３０日 特許庁長官　若杉和夫殿 ■、　事件の表示 特願昭５８−２４４８２４号 ２、発明の名称 燃料噴射時期制御装置 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都渋谷区渋谷３丁目６番７号名　称　（３
３３）　ヂーゼル機器株式会社代表者　望　月　−成 ４、代理人 住　所　〒１０５東京都港区芝３丁目４番１６号友和ビ
ル２階 電話（０３）４５６−２７４８ 氏　名　（７７５４）弁理士　高　野　昌　俊５、補正
の対象 （１）明細書の［特許請求の範囲 （２）明ａｌ’ｌＦの［発明の詳細な説明ＪのａＩ。 ６、補正の内容 （１）特許請求の範囲の記載を別紙の通り補正する。 （２）明細書筒２頁７行目から同第１０行目にかけて「
しかし、燃料の噴射●拳●従って、」とあるのを下記の
通り補正する。 「しかし、噴射された燃料が着火しｅｓを開始するまで
は遅れ時間を有し、またこの遅れ時間は、機関の運転状
輯により種々変化するため、」（以　上） ２、特許請求の範囲 内燃機関の燃焼開始時期を最・適にすべく燃料噴射装置
の燃料噴射時期を閉ループ制御にて制御するように構成
された燃料噴射時期制御装置において、内燃機関に生じ
る振動に基づいて該内燃機関における燃料の実燃焼開始
時期を示す第１信号を出力する第１検出手段と、前記内
燃機関のクランク軸が所定の基準回転位置に到達した基
準タイミングを示す第２信号を出力する第２検出手段と
、前記第１及び第２信号に応答してその時々の実際の燃
焼開始時期の前記基準タイミングからのずれを示す・燃
焼時期信号を出力する手段とを備え、前記燃焼時期信号
が前記閉ループ制御の７イードバ、り信号として供給さ
れることを特徴とする燃料噴射時期制御装置。Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of the fuel injection timing control device according to the present invention, Fig. 2 is a vibration waveform diagram of the engine generated during combustion, and Figs. 01... Fuel injection timing control device, 2... Diesel engine (9), 313. It is a waveform chart of signals of each part of the device shown in the figure. Fuel injection pump, 4... timer, 5...
- Vibration sensor, 6... Waveform analysis circuit, 7... Top dead center sensor, 8... First calculation circuit, Sl... Electric signal,
S2...Actual combustion timing signal, TS...Actual timing signal, TDC...Top dead center signal. Patent applicant: Diesel Kiki Co., Ltd. Agent Patent attorney: Masatoshi Takano (10) Procedural amendment (voluntary) January 30, 1980 Commissioner of the Japan Patent Office Mr. Kazuo Wakasugi■, Case indication patent application No. 244824/1982 , Name of the invention Fuel injection timing control device 3 Relationship with the case of the person making the amendment Patent applicant address 3-6-7 Shibuya, Shibuya-ku, Tokyo Name (3
33) Diesel Kiki Co., Ltd. Representative: Mochizuki-Sei 4, Agent Address: 2nd Floor, Tomowa Building, 3-4-16 Shiba, Minato-ku, Tokyo 105 Telephone: (03) 456-2748 Name: (7754) Patent Attorney Takashi No Masatoshi 5, Subject of amendment (1) Description [Claims (2) Clear al'lF [Detailed Description of the Invention J] aI. 6. Contents of amendment (1) The description of the claims shall be amended as shown in the attached sheet. (2) From line 7 to line 10 on page 2 of the specification tube, “
However, the phrase "fuel injection●fist●therefore," should be corrected as follows. “However, there is a delay time until the injected fuel ignites and starts ES, and this delay time varies depending on the operating conditions of the engine.” (above) 2. Scope of Claims In a fuel injection timing control device configured to control the fuel injection timing of a fuel injection device by closed loop control in order to optimize the combustion start timing of an internal combustion engine, the internal combustion engine a first detection means for outputting a first signal indicating the actual combustion start timing of the fuel; and a second detection means for outputting a second signal indicating the reference timing at which the crankshaft of the internal combustion engine reaches a predetermined reference rotational position. and means for outputting a combustion timing signal indicating a deviation of the actual combustion start timing from the reference timing in response to the first and second signals, the combustion timing signal being controlled by the closed loop control. 7. A fuel injection timing control device, characterized in that the fuel injection timing control device is supplied as a signal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 内燃機関用燃斬噴射装置の燃料噴射時期を閉ループ制御
にて制御するように構成された燃料噴射時期制御装置に
おいて、内燃機関に生じる振動に基づいて該内燃機関に
おける燃料の実燃焼開始時期を示す第１信号を出力する
第１検出手段と、前記内燃機関のクランク軸が所定の基
準回転位置に到達した基準タイミングを示す第２信号を
出力する第２検出手段と、前記第１及び第２信号に応答
してその時々の実際の燃焼開始時期の前記基準タイミン
グからのずれを示す燃焼時期信号を出力する手段とを備
え、前記燃焼時期信号が前記閉ループ制御のフィードバ
ック信号として供給されることを特徴とする燃料噴射時
期側１１１装置。In a fuel injection timing control device configured to control the fuel injection timing of a combustion injection device for an internal combustion engine by closed-loop control, the actual combustion start timing of fuel in the internal combustion engine is indicated based on vibrations occurring in the internal combustion engine. a first detection means for outputting a first signal; a second detection means for outputting a second signal indicating a reference timing at which the crankshaft of the internal combustion engine reaches a predetermined reference rotational position; and the first and second signals. means for outputting a combustion timing signal indicating a deviation of the actual combustion start timing from the reference timing in response to the combustion timing, and the combustion timing signal is supplied as a feedback signal for the closed-loop control. 111 device on the fuel injection timing side.