JPH0295751A - 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、デイ−セルエンジンの燃料噴射制御装置に関
し、更に詳細には、燃焼室への燃料のメイン噴射に先立
って、燃料のいわゆるパイロット噴射を行うようにした
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） 従来、この種のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置
としては、たとえば特開昭５９−１６５８５６号公報に
開示されているように、エンジンの各気筒に対して、そ
れぞれプランジャ式の燃料噴射ポンプを複数設け、その
うちの一つの燃料噴射ポンプをパイロット噴射用として
用い、エンジンの低負荷時に、燃料のメイン噴射に先立
って、燃料のパイロット噴射を行うようにしたものが知
られている。

このようなパイロット噴射の目的は、メイン噴射による
燃料の着火遅れ期間を短縮し、初期燃焼割合を減少させ
ることにある。パイロット噴射によりこのような目的が
達成されるのは、バイロフト噴射燃料の着火ｊごよる筒
内温度の上昇、あるいは火種としての火炎伝播等による
効果と考えられている。

上記パイロット噴射の目的を望ましい状態で達成するた
め、従来から、燃料のメイン噴射およびパイロット噴射
のタイミングに関する研究が多数行われており、例えば
、上記の噴射タイミングを、負荷、エンジン回転数、吸
気温度、冷却水温度、過渡時等のファクタにより補正制
御するものが提案されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、メイン噴射とパイロット噴射との相対関
係や、該相対関係をふまえた着火検出フィードバック制
御等、確実で精密な制御に関する研究、提案はほとんど
なされていなかった。また、パイロット噴射による効果
を最大限に活かすだめの具体的な制御手法についても、
その研究、提案がほとんどなされていなかった。

そこで、本発明は、メイン噴射とパイロット噴射の相関
関係をふまえた上で、パイロット噴射燃料の燃焼による
効果を最大限に活かすことができるように、メイン噴射
とバイロフト噴射の相対噴射タイミングを制御すること
のできるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を提供
することを目的とするものである。

（発明の背景） 本発明の発明者の誠意研究によれば、パイロット噴射燃
料の着火前または着火初期に、燃料のメイン噴射を行う
と、このメイン噴射により、燃焼室内の混合気の流動や
乱れが増大し、また気化潜熱により燃焼室内の温度が低
下し、よって、このようなパイロット噴射燃料の不完全
着火状態においては、パイロット噴射による燃料の燃焼
にメイン噴射が悪影響を及ぼし、消炎あるいは半燃え状
態となり、・パイロット噴射による効果が充分に得られ
ないことが判明した。したがって、本発明の上記したよ
うな目的を達成するには、パイロット噴射による微小の
燃料を確実に燃焼させてやればよいことが分かった。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装
置は、パイロシト噴射された燃料の燃焼のピークあるい
はその近傍を検出する燃焼ピーク検出手段、およびメイ
ン噴射の開始時期が、上記燃焼ピーク検出手段によって
検出されたパイロシト噴射による燃料の燃焼のピークあ
るいはその近傍となるように、メイン噴射時期とパイロ
ット噴射時期のいずれか一方または双方を制御する制御
手段を備えていることを特徴とするものである。

（発明の効果） 本発明のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置におい
ては、上記したように、メインノズルによる燃料の噴射
すなわちメイン噴射の開始時期が、パイロット噴射によ
る燃料の燃焼のピークあるいはその近傍となるように制
御しているので、メイン噴射は、常にパイロット噴射に
よる燃料の確実な燃焼の後に行われ、パイロット噴射の
効果を最大限に引き出し、メイン噴射による燃料の燃焼
を適切な状態で行うことができる。

（実施例） 以下、添付図面を参照しつつ、本発駅の好ましい実施例
によるディーゼルエンジンの燃Ｍ　ＩＩＩ　対制御装置
について説明する。なお、以下の実施例においては、デ
ィーゼルエンジンを４気筒のものとして説明する。

第１図は、本発明の実施例による燃料噴射制御装置を組
み込んだディーゼルエンジンの全体概略構成図であり、
第２図は、このディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプの
一部断面を含む側面図である。

これらの図において、符号１はデイ−セルエンジンを示
し、このディーゼルエンジン）は、４つノシリンダ２．
２　　が設けられている。各シリンダ２には、ピストン
３が摺動自在に嵌挿されていて、このピストン３により
、シリンダ２内に燃焼室４が形成されている。各シリン
ダ２の上部には、また、各燃焼室４に新気を供給する吸
気ポート５と、各燃焼室４から燃焼ガスを排出する排気
ボート６とが形成されている。さらに、上記吸気ポート
５の燃焼室４への開口部には、該吸気ポート５を開閉す
る吸気弁７が、また、上記排気ポート６の燃焼室４への
開口部には、咳排気ボート６を開閉する排気弁８がそれ
ぞれ設けられている。

さらに、上記各シリンダ２には、燃焼室４内に燃料を噴
射供給するパイロットノズル１１と、メインノズル１２
とが、それぞれその先端部を燃焼室４内に臨ませて設け
られている。このパイロットノズル１１およびメインノ
ズル１２は、それぞれ高圧管２６を介して燃料噴射ポン
プ２０に接続されている。

上記燃料噴射ポンプ２０は、第２図に示されているよう
に、パイロットノズル１１およびメインノズル１２の数
に応じた数のプランジャ２１．２１　　を備えている。

該燃料噴射ポンプ２０には、エンジン１によりドライブ
ギヤ１ａを介して駆動されるカムシャフト２２が軸支さ
れ、該カムシャフト２２には、燃料のパイロット噴射用
カム２３と、燃料のメイン噴射用カム２４が設けられて
いる。

この構成：こおいて、燃料噴射ポンプ２０は、上記パイ
ロット噴射用カム２３により、対応するパイロットノズ
ル１１のプランジャ２】を駆動して、該パイロットノズ
ル１１に燃料を圧送するとともに、メイン噴射用カム２
４により、対応するメインノズル１２のプランジャ２１
を駆動して、該メインノズル１２に燃料を圧送するよう
にしている。

各メイン噴射用カム２４は、そのカムリフト特性が第３
図に示すように設定されている。すなわち、このカムリ
フト特性は、リフト始めおよび最大リフト時近傍を除く
カム角度で等速でリフトする等透型である。また、各パ
イロット噴射用カム２３のカムリフト特性は、第４図に
示すように、リフト始めからカムの角度の増大に応じて
、リフト速度が漸次大きくなる不等速型に設定されてい
る。よって、上記パイロット噴射用カム２３のリフト速
度の小さいカム角度でパイロットノズル１１を開動作さ
せることにより、メインノズル１２とは独自に、該パイ
ロットノズル１１からの噴射率を小さく変更するととも
に、リフト速度の太き）カム角度で、パイロットノズル
１１を開動作させることにより、そのｌ燃料の噴射率を
大きく変更するようにした噴射率変更装置４０を構成し
ている。

また、第２図に示したように、各パイロットノズル１１
の高圧管２６には、高速電磁弁２７がそれぞれ設けられ
ており、この電磁弁２７の開弁期間のみに、パイロット
ノズル１１への燃料の供給を可能にしている。すなわち
、この電磁弁２７により、その間作動でもって、パイロ
ットノズル１１からの燃料の噴射時期を、メインノズル
１２とは独自に変更するようにした噴射時期変更装置４
１を構成している。

上記カムシャフト２２と、そのドライブギヤ１ａとの間
には、この両者の回転方向の相対位置を変更して、燃料
噴射時期を調整するタイマ２５が介設されている。なお
、メイン噴射用のプランジャ２１には、図示していない
が、エンジンの運転状態に応じて作動するコントロール
レバーが設けられていて、該コントロールレバーの動作
（作動角度）ｊ二、より、該メイン噴射用のプランジ、
−２１からの燃す斗噴射量を機械的に調整するようにし
てしする。

上記燃料噴射ポンプ２０は、例えば、マイクロコンピュ
ータで構成されるコントロールユニット３０によりその
作動が制御されるようになっている。コノコントロール
ユニット３０にハ、パイロットノズル１１に設けられ、
該ノズルの針弁のリフトを検出するパイロット針弁リフ
トセンサ３１、メインノズル１２に設けられ、該ノズル
の針弁のリフトを検出するメイン針弁リフトセンサ３２
、エンジン１の回転数を検出する回転数検出手段として
の回転数センサ３３、アクセル開度によりエンジン１の
負荷を検出する負荷検出手段としてのアクセル開度セン
サ３４、エンジン１のウォータジャケットに設けられ、
冷却水温度を検出する水温センサ３５、各ピストン３の
上死点位置を検出するクランク角センサ３６、燃焼室４
内での燃料の燃焼状態を検出する燃焼センサ３７、吸気
通路に設けられ、吸気温度を検出する吸気センサ３８、
および大気圧を検出する大気圧センサ３９が、それぞれ
接続されている。上記燃焼センサ３７としては、燃焼室
４内の温度を検出するタイプのもの、燃焼室４内の炎の
色を検知するタイプのもの、燃焼室４内の圧力を検知す
るタイプのもの等を用いることができる。上記コントロ
ールユニット３０は、これらのセンサ３１〜３９からの
出力信号を受け、これらの出力信号に応じて、各プラン
ジャ２１、タイプ２５および電磁弁２７を制御して、エ
ンジン１の運転状襟に応じて、燃料のパイロット噴射お
よびメイン噴射における、各燃料の噴射型、噴射率およ
び噴射時期を調整制御するようになっている。

次に、上記コントロールユニット３０による燃料のパイ
ロ７）噴射およびメイン噴射の制御を、第５図のフロー
チャートを参照しつつ説明する。

この制御は、先ず、上記各センサ３１〜３９からのバイ
ロフト針弁リフト時期（パイロット噴射時期）、メイン
針弁リフト時期（メイン噴射時期）、エンジン回転数、
エンジン負荷、エンジン冷却水温度、ピストン上死点位
置、燃料の燃焼状態、吸気温度、および大気圧（吸気圧
力）に関する各検出信号の読み込み、およびメイン噴射
用プランジャ２１の近傍に設けた燃料量調整用のコント
ロールレバーの開度に関する検出信号を読み込むことか
ら開始される（ステップＳｌ）。次に、ステップＳ２で
、エンジンＩの運転条件を、上記読み込んだ検出信号に
基づき判断する。

この後、ステップＳ３で、上記のように判断したエンジ
ン運転条件に応じて、パイロット噴射ての燃料の噴射量
、噴射率、および噴射時期（噴射開始時期および噴射終
了時期）と、メイン噴射での燃料の噴射開始時期とを決
定する。メイン噴射での燃料の噴射開始時期は、燃料の
着火時期が適切なものとなるように、エンジン回転数お
よびエンジン負荷に応じて予め設定したメイン噴射の噴
射開始時期マツプに、現在のエンジン回転数およびエン
ジン負荷を照らし決定される。

次いで、ステップＳ４で、噴射開始時期、噴射型および
噴射率がそれぞれ設定値となるように、メイン噴射ての
噴射開始時期を］１記タイマ２５で変更制御するととも
に、パイロ−／　）噴射ての上記設定噴射率に対応する
パイロ！）噴射用カム２３のリフト１時に燃料噴射時期
（開始および終了）を設定値にすべく、電磁弁２７を作
動制御する。

この後、ステップＳ５において、燃焼センサ３７からの
出力信号に基づき、パイロット噴射による燃料の着火状
態すなわち燃焼状態を検出する。

このとき、燃焼センサ３７として、燃焼室４内の燃焼圧
力波形を検出するものを用いて、その圧力波形を熱発生
率に冒き換え、燃焼室４内の燃焼状態を検出すると、燃
焼室４内の熱発生パターンは、大別して、第６図から第
８図にＬｌ、Ｌ２、Ｌ３で示したものとなる。すなわち
、パイロット噴射とメイン噴射の噴射時期が適切なもの
は、第６図に示したように、パイロット噴射燃料の完全
な着火、すなわち燃焼ピークＰ１が確認でき、第７図、
第８図に示されているものにつれて、条件が悪くなって
おり、第７図の熱発生パターンすなわち燃焼パターンで
は、わずかな燃焼ピークＰ２により、不完全ながろもパ
イロ、ノド噴射燃料の着火が確３Ｐできるが、第８図の
熱発生パターンでは、燃焼ピークを検出することができ
ないものとなっているう上記したように、第６図に示さ
れているように、パイロット噴射燃料が完全に着火して
いる場合１、すなわち燃焼ピークＰ１が存在する場合に
は、メイン噴射燃料の着火遅れが小さくなり、初期燃焼
を抑えることができ、望ましい着火９９となる。

そこで、本実施例においては、この後、次のような制御
を行う。先ず、ステップＳ６において、パイロット噴射
燃料の燃焼ピークが存在するかを判定する。この判定が
ＹＥＳのときには、ステップＳ７で、パイロ・ノド噴射
燃料の燃焼ピーク位置を検出し、次いで、ステップＳ８
で、メイン噴射の開始時期を検出する。これらの検出に
続いて、ステップ゛Ｓ９で、パイロット噴射燃料の燃焼
ピークがメイン噴射の開始時期と合致しているか、ある
いは近傍にあるかを判定する。

この判定がＮＯのときには、パイロット噴射燃料の燃焼
ピークとメイン噴射の開始時期とを合致させるべく、次
の制御を行う。すなわち、ステップＳ１０で、パイロッ
ト噴射燃料の燃焼ピークがメイン噴射の開始時期より前
かを判定し、この判定がＹＥＳのときには、パイロット
噴射時期の一定所定中の遅角制御を行い（ステップ５ｌ
ｌ）、一方、この判定がＮｏのときには、ステップＳ１
２で、パイロット噴射時期の一定所定量の進角制御を行
った後、スタートに戻る。

一方、ステップＳ６による判定がＮｏのとき、すなわち
パイロット噴射燃料の燃焼ピークが無いときには、ステ
ップＳ１３で、パイロット噴射時期の一定所定量の進角
制御を行い、また、ステップＳ９の判定がＹＥＳのとき
、すなわちパイロット噴射燃料の燃焼ピークがメイン噴
射の開始時期と合致しているか、あるいは近傍にあると
きには、同様に制御のスタートに戻る。

以上のように、上記した実施例によれば、パイロット噴
射燃料の燃焼ピークを、メイン噴射の開始時期と合致さ
せるか、あるいは近傍に位置させることができ、メイン
噴射燃料を望ましい状態で燃焼させる二とができる− なお、パイロ７）噴射燃料の完全着火以降も、燃料のパ
イロ７）噴射を続けている場合には、この燃料は、メイ
ン噴射燃料の予混合燃料割合を増大し、メイン噴射燃料
の燃焼ピーク上げてしまい、すなわち燃焼温度を上げて
しまい、窒素酸化物の発生等を増大させ、パイロフト噴
射が、かえってメイン噴射燃料の燃焼状態を望ましくな
いものとしてしまう。そこで、パイロット噴射燃料の完
全着火以降は、該パイロット噴射の燃料をカットしてし
まうことが望ましい。上記実施例においては、パイロッ
ト噴射燃料の燃焼ピークを検出して、この燃焼ピークに
メイン噴射の開始時期を合わせるように、噴射時期の制
御を行ったが、例えば、第６図に点Ｐ３で示したように
、パイロット噴射燃料の燃焼ピークＰＩＯ後の燃焼立ち
あがりを検出し、すなわちメイン噴射の燃焼時期と判断
し、この検出に基づき、パイロット噴射の時期やその量
等を制御するようにしてもよい。

また、上記実施例では、パイロット噴射時期のみを制御
しているが、メイン噴射時期、もしく；まメイン噴射時
期とパイロット噴射時期の双方を制御しても１よい。

さらにまた、上記実施例では、パイロット噴射とメイン
噴射に、それぞれ専用ノズルを用いているが、噴射ノズ
ルを１本として、燃料噴射ポンプをパイロット噴射とメ
イン噴射を行う構造としてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例による燃料噴射制御装置を組
み込んだデイ−セルエンジンの全体概略構成図、 第２図は、上記ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプの
一部断面を含む側面図、 第３図は、メイン噴射用のカムの特性図、第４図は、パ
イロット噴射用のカムの特性図、１５図は、コントロー
ルユニットによるパイロットノズルとメインノズルから
の燃料噴射制御を示すフローチャート図、 第６図、第７図および第８図は、それぞれ、パイロット
噴射とメイン噴射の噴射時期のｔ目対的相違による燃焼
室内の燃焼状態の違いを示す図である。 １　　デイ−セルエンジン、４　　　燃焼室、１１　　
パイロットノズル、１２　　メインノズル、２０　　燃
料噴射ポンプ、２３　　パイロット噴射用カム、２７　
　高速電磁弁、３０　　コントロールユニッ）　、３７
燃焼センサ、４１噴射時期変更装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　燃焼室に対して、１行程におけるほとんどの供給燃料
   を噴射するメイン噴射と、前記メイン噴射に先立って、
   微小の供給燃料を噴射するパイロット噴射とを行うよう
   にしたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において
   、パイロット噴射された燃料の燃焼のピークあるいはそ
   の近傍を検出する燃焼ピーク検出手段と、前記メイン噴
   射の開始時期が、前記燃焼ピーク検出手段によって検出
   されたパイロット噴射による燃料の燃焼のピークあるい
   はその近傍となるように、メイン噴射時期とパイロット
   噴射時期のいずれか一方または双方を制御する制御手段
   とを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。