JPS6315464B2 - - Google Patents

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JPS6315464B2
JPS6315464B2 JP56045649A JP4564981A JPS6315464B2 JP S6315464 B2 JPS6315464 B2 JP S6315464B2 JP 56045649 A JP56045649 A JP 56045649A JP 4564981 A JP4564981 A JP 4564981A JP S6315464 B2 JPS6315464 B2 JP S6315464B2
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JP
Japan
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fuel injection
injection amount
valve
pressure
signal
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JP56045649A
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Shigefumi Yasuhara
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Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6315464B2 publication Critical patent/JPS6315464B2/ja
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M65/00—Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
    • F02M65/005—Measuring or detecting injection-valve lift, e.g. to determine injection timing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
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    • F02M41/10—Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor the distributor and pumping elements being combined pump pistons acting as the distributor
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    • F02M41/123—Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor the distributor and pumping elements being combined pump pistons acting as the distributor the pistons rotating to act as the distributor characterised by means for varying fuel delivery or injection timing
    • F02M41/125—Variably-timed valves controlling fuel passages
    • F02M41/126—Variably-timed valves controlling fuel passages valves being mechanically or electrically adjustable sleeves slidably mounted on rotary piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D2200/70—Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle exterior
    • F02D2200/703—Atmospheric pressure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料噴射式内燃機関特にデイーゼル
機関の電子燃料噴射量制御装置に関する。
デイーゼル機関の燃料噴射量をその時の運転条
件に応じて最適制御する装置として、本願出願人
は第１図に示すようなマイクロコンピユータによ
る制御装置を先に提案した。この第１図に示す制
御装置は、機関の出力に関連する燃料噴射量と、
騒音、燃費、エミツシヨンに関与する噴射時期
と、排気エミツシヨンに関連するEGR率などを
各種センサからの入力信号に基づいて予め定めら
れた計算手順に従つてそれぞれ最適値に制御しよ
うとするものである。
即ち、第１図に示された制御装置のうちの本発
明に関連する部分を説明すると、１はエアクリー
ナ、２は吸気管、３は主燃焼室、４は渦流室、５
はグロープラグ、６は噴射弁、７は噴射ポンプで
ある。８は排気管、９は吸入吸気量を制御する絞
り弁、１０は絞り弁９をコントロールするダイア
フラム、１１は排気管８から前記吸気管２に還流
させる排気の流量を制御するEGR弁、１２，１
３は電磁弁である。１４は負圧源を構成するバキ
ユームポンプ、１５は該ポンプ１４から与えられ
る負圧から一定負圧をつくり出す定圧弁、１６は
バツテリである。１７は前記グロープラグ５への
通電を制御するグローリレー、１８は噴射ポンプ
７の燃料噴射量を制御するサーボ回路、１９はグ
ロープラグ５への通電状態を表示するグローラン
プである。２０はアクセルペダルの踏み込み量に
対応したアクセル開度信号IS1を出力するアクセ
ルセンサ、２１は特定のクランク角度（例えば
120度）ごとに基準パルスIS2を出力すると共に、
単位角度（例えば１度）ごとに単位パルスIS3を
出力するクランク角センサ、２２は変速機が中立
であることを検知してニユートラル信号IS4を出
力するニユートラルスイツチ、２３は変速機の出
力軸の回転速度を介して車速に応じた車速信号
IS5を出力する車速センサ、２４は機関の冷却水
温度（機関温度）に対応した温度信号IS6を出力
する温度センサである。２５は噴射弁６が燃料の
噴射を開始するたびごとに噴射開始信号IS7を出
力するリフトセンサであり、燃料圧力に応働する
圧力スイツチ又は針弁スプリングの反力を感知す
る圧電素子等で構成される。２６は大気の温度と
圧力とを検知して大気密度信号IS8を出力する大
気密度センサである。噴射ポンプ７の燃料噴射量
をコントロールするスリーブ位置（後述）信号
IS9及びバツテリ電圧信号IS10、スタータスイツ
チの閉成時に出力されるスタータ信号IS11及びグ
ロースイツチ（グローリレー）の閉成時に出力さ
れるグロー信号IS12等が演算装置２７に制御信号
として入力される。
演算装置２７は、中央処理装置２８、リードオ
ンリメモリ（ROM）２９、ランダムアクセスメ
モリ（RAM）３０及び入出力インタフエース３
１等を備えたマイクロコンピユータで構成され、
前記した各種の信号IS1〜IS12に基づいてその時
の運転条件に応じてデイーゼル機関を最適制御す
るための各種信号OS1〜OS7を出力する。ちなみ
に、OS1は絞り弁開度信号、OS2はEGR制御信
号、OS3は燃料遮断制御信号、OS4は燃料噴射量
制御信号、OS5は噴射時期制御信号、OS6はグロ
ー制御信号、OS7はグローランプ制御信号であ
り、前記燃料噴射量制御信号OS4と前記スリーブ
位置信号IS9とがサーボ回路１８に供給され、両
信号を一致させるようにサーボ回路１８がサーボ
信号S1を出力してスリーブ位置を制御し、以つ
て、燃料噴射量をフイードバツク制御するように
している。
又、燃料噴射ポンプ７は第２図に示すように構
成されており、燃料はポンプ本体３１の入口３２
から機関駆動されるドライブシヤフト３３で駆動
されるフイードポンプ３４によつて吸引される。
そして、フイードポンプ３４から吐出された燃料
は圧力調整弁３５で機関回転速度に対応した圧力
に調圧された後にポンプハウジング内部のポンプ
室３６へと供給される。
ポンプ室３６の燃料は、摺動各部の潤滑作用を
行なうと同時に吸入ポート３７を通つてプランジ
ヤポンプ３８に送り込まれる。このポンプ３８の
プランジヤ３９は、ドライブシヤフト３３で回転
駆動されるカムデイスク４０に固定されており、
機関に同期して回転駆動される。４１はドライブ
シヤフト３３とカムデイスク４０とを軸方向摺動
自在に連結するジヨイントである。
上記カムデイスク４０には機関の気筒数と同数
のフエイスカム４２を形成しており、ローラリン
グ４３に保持されたローラ４４をフエイスカム４
２が乗り越えるたびごとに所定のカムリフトだけ
カムデイスク４０がプランジヤ３９とともに往復
運動する。従つて、プランジヤ３９は回転しなが
ら軸方向に往復運動し、この往復運動にともなつ
て吸入ポート３７から吸入された燃料が分配ポー
ト４５及びデリバリバルブ４６を介して噴射弁６
へと圧送され、プランジヤ３９の回転にともなつ
て各気筒へと所定の順序で燃料が分配供給され
る。
ここに、燃料噴射量はプランジヤ３９に形成し
たカツトオフポート４７を被覆するスリーブ４８
の位置に応じて決定される。つまり、プランジヤ
３９の右行によつてカツトオフポート４７の開口
部がスリーブ４８の右端部を過ぎると、プランジ
ヤポンプ室４９から分配ポート４５へと圧送され
ていた燃料がカツトオフポート４７を介してポン
プ室３６に戻されるので圧送を終了する。従つ
て、スリーブ４８をプランジヤ３９に対して図中
右方向へと相対移動させると、噴射終了時期が遅
くなつて燃料噴射量が増加し、スリーブ４８を図
中左方向へ相対移動させると噴射終了時期が早く
なつて燃料の噴射量が減少する。
又、上記のように噴射量を制御するスリーブ４
８の位置は、サーボモータ５０によつて制御され
る。即ち、サーボモータ５０の出力軸５１には滑
動子５２を螺挿しており、この滑動子５２にはピ
ン５３を介してリンクレバー５４の先端を枢着す
る。リンクレバー５４はピン５５を中心として回
動自在に支持されており、このレバー５４の基端
に突設したピボツト５６を前記スリーブ４８に係
合させることにより、ピン５５を中心とするリン
クレバー５４の揺動にともなつてスリーブ４８が
図中左右方向へと変位するように構成されてい
る。
従つて、サーボ回路１８から出力されたサーボ
信号S1に応じてサーボモータ５０が正逆回転して
滑動子５２が軸５１に沿つて左右方向に移動する
と、リンクレバー５４を介してスリーブ４８が左
右方向に移動する。このために、アクセルペダル
と燃料噴射量（スリーブの位置）との間には直接
の対応関係がなくなり、アクセルペダルは単に
“加速”、“減速”又は“現状維持”等の運転者の
意志を演算装置２７に伝えるだけの手段となり、
その時の運転条件に応じて演算装置２７が予め定
められた計算手順若しくはテーブル値のルツクア
ツプ従つて最適の目標燃料噴射量を算出し、燃料
噴射量制御信号OS4をサーボ回路１８に出力す
る。尚、燃料噴射量制御信号OS4とともにサーボ
回路１８に供給されるスリーブ位置信号IS9は、
サーボモータ５０の回転位相を検出するポテンシ
ヨメータ５７から出力され燃料噴射量が目標値に
フイードバツク制御される。５９，６０はサーボ
モータ５０の出力軸５１とポテンシヨメータ５７
の入力軸５８とを連動させる歯車である。
また、この様に、電子制御によつて、燃料噴射
量を制御する制御装置として、SAEペーパー
800167号に示される様なものも提案されている。
ところが、上記のように構成された電子制御式
燃料噴射量制御装置では、各種入力信号を基に演
算処理して得た最適噴射量をコントロールスリー
ブ位置に相当するポテンシヨメータの出力信号
IS9におきかえて制御するようにしているので、
ポンプ個々におけるカツトオフポートの形状、高
圧部の油密度等の製作誤差あるいはコントロール
スリーブとプランジヤ間の油密度の経時変化等に
よつてポテンシヨメータの出力値（スリーブの位
置）と燃料噴射量との相関関係が狂うおそれがあ
る。このために、同一の指令値に対して必ずしも
同一の噴射量が得られなくなる可能性が大きく、
出力不足に陥り、あるいはスモークが生じるおそ
れがあると同時に、燃料の噴射量と噴射時期、
EGR率等との相関が崩れてエミツシヨン値及び
騒音にバラツキが生じる等の問題がある。
本発明は上記問題点に着目してなされたもので
あつて、運転条件から予め目標燃料噴射量を把握
し、これを演算部に記憶して目標値として用いる
と共に、噴射弁の開弁時期を検出する手段と機関
の回転速度を検出する手段との各検出信号から実
際の燃料噴射量を知つて、前記目標値と比較しそ
の差異を前記開弁期間にフイードバツク制御する
ことで高圧部の油密度の経時変化及び各部の製作
誤差に関係なく燃料噴射量を安定よく最適制御さ
せることを目的とする。
以下に本発明を図示された実施例について説明
する。
まず、燃料噴射弁の開弁期間と噴射量との関係
について説明すると、第３図はクランク角に対す
る噴射管内圧Ａ、筒内圧Ｂ、噴射圧Ｃ及び開弁圧
Ｄの変化を示し、噴射管内圧Ａが開弁圧Ｄ以上に
達した時に燃料の噴射が開始する。そして、この
噴射時の差圧が斜線部に相当することを示す。
第４図ａはクランク角に対する針弁のリフトカ
ーブであつて、噴射量に応じて若干変化はするも
のの、同図ｂに示す三角形状として近似して表わ
すことができる。
第４図Ｃは針弁リフトに対する針弁開口面積の
相関グラフで、このグラフではノズル部がスロツ
トルノズルの場合を示している。このように、ス
ロツトルノズルの開口面積はS1，S2と、この両者
を結ぶS3との３段に分れており、これを第４図ｂ
のリフトカーブと複合させると同図ｄ，ｅに示す
ような立体グラフを模型的に描くことができる。
従つて、大筋では開口面積を開弁期間の関数とし
て把握しても良いことが明らかである。
つまり、一回当りの燃料噴射量をＱ、この噴射
期間（時間）をｔ、噴射期間中の平均開口面積を
Ｓ、噴射期間中の平均噴射圧をＰとすると、一般
には噴射量Ｑを次式で求めることができる。
Ｑ＝Ｓ×√×ｔ ここに、平均開口面積Ｓを前述のように噴射期
間ｔの関数と見なすことができ、かつ平均噴射圧
ｐは機関の回転速度ｎ及び噴射量Ｑで表わされる
ので、上記から噴射量Ｑを次式で表わすこともで
きる。
Ｑ∝ｆ（ｔ）×√（.）×ｔ 従つて、大まかには式をQ.n.tで表わすことが
できるので、噴射量Ｑと機関回転速度ｎと噴射期
間ｔとの関係を予め把握して第５図のようにテー
ブル化しておけば、以後は回転速度ｎと噴射期間
ｔとを検知することで噴射量Ｑを知ることができ
る。
ここで、機関の回転速度ｎは従来周知の機関回
転速度検出手段で高精度に検知できるのでその説
明を省略し、噴射期間（開弁期間）ｔの検出手段
について詳述する。
噴射期間ｔを検知するには、例えば第６図に示
すように針弁６１の端面と対向する接点６２をピ
ン６３で端子６４に摺動自在に装着し、この接点
６２をスプリング６５で針弁６１に向つて突出付
勢させることで針弁６１が開き方向にリフトした
時にこの針弁６１と接点６２とを接触させて接点
６２を接地させ、第１０図に示すような矩形状の
信号波形を出力する接点式の針弁リフト検知装置
を構成すれば良い。６６は端子６４を噴射弁本体
６７に固定する碍子である。
第７図は誘導式の針弁リフト検知装置を示した
ものであり、針弁６１の動きを中心棒６８の先端
に設けた誘導コイル６９の抵抗変化として検知し
てその出力信号を増巾及び波形成形して第９図に
示すようなリフトカーブを得るようにしたもので
ある。そして、このリフトカーブ（電圧の変化）
を基準電圧V0でスライスして第１０図に示すよ
うな矩形状の信号波形を得ることができる。
又、第８図は圧電式の針弁リフト検知装置を示
し、針弁の動きにともなう針弁スプリング７０の
荷重変化を圧電素子７１でとらえて第９図に示す
ような電気信号を出力するようにしたものであ
り、この場合も同様にして期間のみを表わす矩形
波形を取り出せば良い。尚、第８図中７２はシ
ム、７３，７４は接地板、７５はオイルシール、
７６は接地端子である。
第１１図は第８図に示された圧電式針弁リフト
検知装置（以下、リフトセンサと称する）を採用
した場合の信号の流れを示す図であり、リフトセ
ンサ２５から出力された針弁リフト信号は波形成
形回路７７を介してカウンタ７８に入力する。こ
のカウンタ７８にはクランク角センサ２１の出力
も入力され、これらの各入力信号によつて開弁期
間が測定され、この測定結果が演算装置２７に入
力されることを示している。即ち、第１２図に示
すようにしてクランク基準信号IS2と針弁開弁信
号IS7とがカウンタ７８に入力されると、両信号
の開始時期の差ａが噴射時期信号として演算装置
２７に入力されると共に、針弁開弁信号IS7の期
間ｂが噴射期間信号として演算装置２７に入力さ
れるのである。尚、これらの各期間はクランク角
センサ２１からカウンタ７８に供給される単位パ
ルスIS3のカウント値で表わされる。
第１３図は演算装置２７の指令の流れを示した
ものであつて、運転者の意志はアクセルペダル踏
角θとして演算装置２７に入力される。又、演算
装置２７には、アクセルペダル踏角の他に、機関
の回転速度ｎ、現状の開弁期間ｔ、現状のスリー
ブ位置Ｓがそれぞれ入力されており、機関回転速
度ｎとアクセルペダル踏角θとで開弁期間の制御
目標値toを算出する。次に、この目標値toと現状
値ｔとを比較してその差Δtの符号に応じて燃料
の増減又は現状維持を指令する。この時Δtの絶
対値の大きさに応じて噴射量の増減度合を調整す
ることで機関の運転性を良好にできる。即ち、第
１４図に示すフローチヤートのように目標toと現
状値ｔとの差Δtの絶対値Ｔを実験的に求めた複
数の定数Ａ、Ｂ、Ｃ…と比較し、その比較結果に
応じてスリーブ位置Ｓの変化量ａ、ｂ、ｃ…を変
えることで運転性、つまりアクセルペダルの踏角
に対する機関の追従応答性を向上できる。尚、増
方向と減方向への変化量は必ずしも同一である必
要はなく、かつ、Ａ、Ｂ、Ｃ…を等間隔にした場
合はａ、ｂ、ｃ…を不等間隔とし、逆にＡ、Ｂ、
Ｃ…を不等間隔にした時はａ、ｂ、ｃを等間隔に
すれば良いことは詳述するまでもない。又、噴射
時期及びEGRの制御は機関回転速度と燃料噴射
量とを基に行なわれるが、この場合の噴射量値と
して目標値t0又は現状値ｔのいずれか一方を使用
できる。この時いずれを用いるかはアクチユエー
タの応答性によつて定められ、例えば応答性の良
いアクチユエータを採用した時は現状値ｔを、応
答性の悪いアクチユエータの場合は現状値ｔより
も常に先行する目標値t0を用いて制御の実際値と
噴射量の実際値とを対応させることができる。
更に、噴射期間ｔは機関の回転速度ｎが上昇す
ると、クランク角値は一定ではあるが開弁時間が
短かくなる。従つて、同一のカウンタでは桁数が
下るだけ精度が低下する傾向にあるので、第１図
及び第２図に示したようにスリーブ位置で検知し
た場合との精度を比較し、第１５図に示すように
して特定回転速度Ｎ以下でのみ開弁期間（時間）
によるフイードバツク制御を行なわせ、特定速度
Ｎ以上ではスリーブ位置によるオープン制御ある
いはフイードバツク制御を行なわせれば噴射量の
制御精度をより向上できる。
尚、上記のようにして求めた現在量の値をテイ
ジタル表示又はアナログ表示するようにすれば、
高精度の噴射量測定装置を構成できる。
一方、針弁６１のリフトについて検討してみる
と、第１６図に示すように実際には跳躍がある。
従つて、単にリフトセンサ２５の出力値を基準
値V0でスライスしたのみでは、いわゆる後だれ
の期間もカウントすることになる。ところが、後
だれは極めて微量であり、かつ前述の定量概念に
そぐわないので、例えば第１７図に示したような
論理回路をカウンタ７８に組み込むことにより、
針弁６１の跳躍にともなう後だれの期間をカウン
ト値から除外すれば良い。
更に、開弁期間ｔは必ずしも針弁リフトのみで
検出されるものではなく、例えば第１８図に示す
ように噴射弁６に至る高圧管、つまり噴射管７９
の歪を歪計８０で測定し、この歪計８０の出力を
リフトセンサ２５の出力に置換して同様に開弁期
間を測定することもできるが、噴射管７９の内圧
ピツクアツプで測定しても同効である。尚、この
ように噴射管７９の内圧を介して開弁期間を得る
場合は圧力ピツクアツプの出力波形を針弁の開弁
圧でスライスして開弁期間を得ることは詳述する
までもない。
尚、上記実施例においては、目標値として噴射
弁の開弁期間を定め実例開弁期間との比較を行な
つたが、これは燃料噴射量の関連要素の例示であ
つて、目標値を燃料噴射量に求め、機関回転速度
と噴射弁開弁期間とに基づいて実測した燃料噴射
量と前記目標値を比較するようにしても良い。そ
して、これら実測値と目標値との差異を縮少すべ
く噴射弁開弁期間にフイードバツク制御すること
により最適燃料噴射量を得るのである。
また、上記実施例においては運転条件の一つと
してアクセル踏角を選択しているためアクセルペ
ダルとスロツトルバルブ等機関制御部との連繁を
独立させることができる利点を有するが、これに
限らずその他の運転条件を入力して目標燃料噴射
量を演算するようにしてもよいことはいうまでも
ない。
以上説明したように本発明によれば、機関運転
条件に応じた目標燃料噴射量若しくはその関連要
素を予め知り、これを実測値即ち機関の回転速度
と噴射弁の開弁期間に基づいて得られた燃料噴射
量若しくはその関連要素とを比較しその差異をな
くすよう噴射弁開弁期間にフイードバツク制御す
るようにしたものであるから、噴射指令量に対す
る現状噴射量のズレから噴射ポンプの製作誤差及
び噴射効率の経時変化に起因するものが回避され
るため、噴射量を高精度に最適制御できると同時
に噴射時期及びEGR制御等の精度をも向上でき
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を適用するデイーゼル機関の電
気制御システム図、第２図は同上燃料噴射ポンプ
の断面図、第３図及び第４図は燃料噴射量に関連
する各種特性図、第５図は燃料噴射量に対する機
関回転速度と開弁期間との関係図、第６図乃至第
８図は針弁リフト検知装置（リフトセンサ）の各
具体例を示す断面図、第９図及び第１０図はリフ
トセンサの出力信号の説明図、第１１図は本発明
による信号処理ブロツクダイアグラム、第１２図
は同上カウンタに入力される信号の説明図、第１
３図は本発明の指令の流れを示すフローチヤー
ト、第１４図は同上指令量の算出過程を示すフロ
ーチヤート、第１５図は制御方式の切換過程を示
すフローチヤート、第１６図は針弁のリフト曲
線、第１７図はカウンタに組み込まれる信号処理
装置の論理回路図、第１８図はリフトセンサに代
わる開弁検出装置（圧力ピツクアツプ）の一例の
正面図である。 ６……噴射弁、７……噴射ポンプ、１８……サ
ーボ回路、２０……アクセルセンサ、２１……ク
ランク角センサ、２５……リフトセンサ、２７…
…演算装置、４８……スリーブ、５０……サーボ
モータ、５７……ポテンシヨメータ、６１……針
弁、７７……波形成形回路、７８……カウンタ、
７９……噴射管、８０……歪計。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 運転条件に応じて目標燃料噴射量若しくはこ
    の関連要素を算出する手段と、機関の回転速度を
    検出する回転速度検出手段と噴射弁の開弁期間を
    検出する開弁期間検出手段との検出信号に基づい
    て実際の燃料噴射量若しくはこの関連要素を算出
    する手段と、前記実際の燃料噴射量と目標燃料噴
    射量との差異若しくは前記２つの関連要素の差異
    を減少すべく前記開弁期間をフイードバツク制御
    する手段とを設けてなる燃料噴射式内燃機関の電
    子燃料噴射量制御装置。 ２ 噴射弁の開弁期間が、噴射弁に設けた針弁リ
    フト、高圧噴射系の圧力又はこの圧力にともなう
    高圧管の歪の少なくとも１つを介して検知される
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃
    料噴射式内燃機関の電子燃料噴射量制御装置。
JP56045649A 1981-03-30 1981-03-30 Electronic controller of fuel injection amount in fuel injection internal combustion engine Granted JPS57159939A (en)

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