JPH06612Y2

JPH06612Y2 - ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JPH06612Y2
Application number: JP11315788U
Authority: JP
Inventors: 英二相吉澤; 俊一青山; 省五三枝
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-08-29
Filing date: 1988-08-29
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2003-08-29
Also published as: JPH0234737U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）この考案はディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の改
良に関する。

（従来の技術）ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、燃料の噴射
時期や燃料の噴射量等を電子制御するようにした分配型
の燃料噴射ポンプがある（参考文献…１９８６年２月発
行のＳＡＥペーパー８６０１４５）。

これを第９図により説明すると、１はポンプハウンジン
グ、２と３は駆動軸４により駆動される低圧側フィード
ポンプと高圧側プランジャポンプで、図示しない燃料入
口からフィードポンプ２により吸引された燃料はハウジ
ング１内のポンプ室５に供給され、ポンプ室５に開口す
る吸込通路６を介してプランジャポンプ３に送られる。

プランジャポンプ３のプランジャ７には、その先端にエ
ンジンのシリンダと同数の吸込溝８が形成されると共
に、他端に同じく同数のカム山をもつフェイスカム９が
形成され、フェイスカム９は駆動軸４と共に回転しなが
らローラリング１０には配設されたローラ１１を乗り越
えて所定のカムリフトだけ往復運動する。このプランジ
ャ７の回転往復運動にて、吸込溝８からプランジャ室１
２に吸引された燃料が、プランジャ室１２に通じる図示
しない各気筒毎の分配ポートからデリバリバルブを通っ
て噴射ノズルへと圧送される。

１３は、プランジャ室１２と低圧のポンプ室５とを連通
する燃料戻し通路で、この燃料戻し通路１３には駆動回
路からの信号（駆動パルス）によりエンジンの運転条件
に応じて駆動される高速応動型の電磁弁１４が介装され
る。この電磁弁１４は燃料制御のために設けられるもの
で、プランジャ７の圧縮行程中に電磁弁１４を閉じる
と、燃料の噴射が開始され、電磁弁１４を開くと噴射が
終了する。つまり、電磁弁１４の閉弁時期にて燃料の噴
射開始時期が、その閉弁期間に応じて噴射期間（噴射
量）が制御される。

電磁弁１４を制御するのは、各種の運転条件信号を入力
するコントロールユニット（図示せず）で、コントロー
ルユニットにはマイクロコンピュータが使用される。た
とえば、エンジン回転数等のエンジンが諸条件に対応す
る最適な噴射開始時期と噴射期間（噴射パルス幅でもあ
る）を予め実験等により得て、その値をコントロールユ
ニット内のＲＯＭ等の記憶素子に記憶させておく。そし
て、実際の運転時には、噴射ポンプの１回転当たり１個
のパルス（リファレンスパルス）と１回転当たり３６個
のパルス（スケールパルス）とを入力してエンジン回転
数(N)を計算し、その回転数とアクセルペダル開度に対
応して噴射開始時期と噴射期間を読み出し、読み出した
情報から駆動パルスを作って電磁弁１４に出力するので
ある。

（発明が解決しようとする課題）ところで、このような分配型の燃料噴射ポンプを用いた
噴射制御に、実際の空気過剰率を測定し、この測定値を
用いて、スモーク限界や失火限界等を越えないように、
最大噴射量をフィードバック制御するものが知られてい
る（たとえば、特開昭６０−０５０号公報参照）。

これを多気筒エンジンに適用することを考えた場合、最
大噴射量が供給される高負荷域では、気筒間に空燃比の
バラツキがあると、それに伴ってスモークが悪化する。
これは、第８図上段に示すスモーク特性によれば、最大
噴射量の付近で急激にスモーク量が増すので、いまスモ
ーク限界(L)を定めると、このスモーク限界に対応する
所定の空気過剰率（λ_LIM）を下回って、１つの気筒で
もその気筒の混合気がリッチ化すると、全体としてのス
モーク量を増やすことになるからである。このため、高
負荷域ではいずれの気筒の空気過剰率についてもスモー
ク限界に対応する所定値を下回らないようにする必要が
ある。

しかしながら、その一方で、部分負荷域にも全気筒につ
いて空気過剰率を同じ値にするとすれば、却ってエンジ
ン振動に悪影響を及ぼす。これは、管路抵抗の違い等に
より吸入空気流量に気筒間バラツキがあるため、全気筒
の空気過剰率を同じ値にすると、噴射量に気筒間バラツ
キが生じることに起因する。つまり、第８図下段に示す
トルク特性によれば、噴射量の気筒間バラツキがある
と、トルク変動を生じることになるからである。このた
め、アイドル域や部分負荷域では各気筒に対し同じ量の
燃料を供給することのほうが好ましい。

この考案はこのような従来の課題に着目してなされたも
ので、高負荷域ではいずれの気筒についても所定の空気
過剰率を下回らないように気筒別に噴射量制御を行い、
かつアイドル域や部分負荷域には各気筒に同一の燃料量
を供給するようにした装置を提供することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段）この考案は、プランジャ高圧室を低圧側に連通する通路
の途中に電磁弁を介装し、この電磁弁の開閉制御に基づ
いて燃料の噴射開始時期と噴射終了時期の少なくともい
ずれか一方を可変制御する燃料噴射ポンプ（第９図参
照）を備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に
おいて、第１図に示すように、エンジンの作動状態量を
検出するセンサ（たとえばエンジン負荷相当量としての
アクセルペダル開度(Acc)を検出するセンサ２１とエン
ジン回転数（Ｎ）を検出するセンサ２２）と、このセン
サ検出値（AccとＮ）に応じて燃料の基本噴射期間（Ａ
_VM）を算出する手段２３と、気筒別に空気過剰率を測定
するセンサ（たとえば空燃比センサ）２４と、空気過剰
率が所定値（たとえばスモーク限界）を下回るかどうか
を気筒別に判定する手段２５と、所定値を下回る気筒に
ついてそのときの空気過剰率に応じて空気過剰率が所定
値以上となる噴射期間の減量補正量（たとえばｉ番気筒
についてΔＡｖｉ）を算出する手段２６と、所定値を下
回っていない残りの気筒の平均の空気過剰率が一定値と
なるように当該残りの気筒に共通の噴射期間の補正量
（ΔＡｖ）を算出する手段２７と、前記各補正量（ΔＡ
viとΔＡｖ））にて前記基本噴射期間Ａ_VMを補正して前
記燃料噴射ポンプからの燃料の噴射期間（ＡviとＡｖ）
を気筒別に決定し前記電磁弁への駆動信号を出力する手
段２８とを設けた。

（作用）減量補正量によれば、たとえばスモーク限界を越えた気
筒について個別にスモーク限界に引き戻されるので、多
気筒エンジンであっても、一部気筒の最大噴射量のバラ
ツキに伴って、気筒全体としてのスモーク量が増大する
ことが抑制される。

これに対して、いずれの気筒もスモーク限界を越えるこ
とがないアイドル域やこれに近い部分負荷域になると、
共通の補正量が算出され、この補正量にて総ての気筒に
同量の燃料が供給されるので、気筒間でトルクが均一と
なり、エンジン振動が抑制される。

（実施例）第９図に示した燃料噴射ポンプの具体的な構造は従来と
同じである。第２図はコントロールユニットの詳細を示
し、これは入出力回路(I/O)４１，ＲＯＭ４２，ＲＡＭ
４３，ＣＰＵ４４からなるマイクロコンピュータから構
成され、第１図に示す各手段２３，２５〜２８の機能を
備える。

入出力回路４１には、エンジンの作動状態量の基本値を
検出するセンサ（リファレンスパルス，スケールパルス
を発生する各センサ３１，３２、エンジン負荷相当量と
してのアクセルペダル開度を検出するセンサ３３）だけ
でなく、その他の運転条件を検出するセンサ（燃料温度
センサ３４，水温センサ３５，アイドルスイッチ３６，
電磁弁１４の実際の閉弁開始時期と閉弁期間を検出する
センサ３７，実際の噴射開始時期を検出するセンサ３
８）からの信号が入力される。

３９は各気筒に配設した空燃比センサ（同図には１つだ
けを示し、これで全気筒分を代表させている）で、セン
サ３９からの信号も入出力回路４１に入力される。セン
サ３９には、空燃比の広い範囲で応答する広域空燃比セ
ンサ（以下単に「空燃比センサ」と称す）が採用され
る。これは、ポンピングセルとセンシングセルの間のギ
ャップに排出ガスを導いて、その排出ガス中の酸素分圧
をセンシングセルにより測定し、ギャップ内のガスが常
に理論空燃比相当（酸素分圧がほぼ零）になるように、
ポンピングセルに流し込む電流を増減制御すると、この
流し込み電流（ポンピング電流ともいう）が空燃比と一
定の関係を有するものである。ここに、供給空燃比λ_T
と理論空燃比λth（ほぼ１４．８）の比が空気過剰率
(n)であるから、λ_Tはｎに比例つまりλ_Tは空気過剰率
相当量である。なお、空燃比センサには、検出部にジル
コニアを使用するリーンセンサを採用することもでき
る。

ＣＰＵ４４ではＲＯＭ４２に記憶されたプログラムにし
たがって入出力回路４１からの情報を採り込んで各種の
演算処理を行い、電磁弁１４を制御するためのデータ
（噴射開始時期と噴射期間）を入出力回路６５にセット
する。なお、ＲＡＭ４３はＣＰＵ４４の演算処理に関連
したデータを一時的に退避するために使われる。入出力
回路４１ではＣＰＵ４４から出力されたデータに基づき
電磁弁１４に駆動パルスを出力する。

第３図はＣＰＵ４４の動作を説明するためのフローチャ
ートで、ステップ５１ではエンジン回転数(N)，アクセ
ルペダル開度（Ａ_cc），冷却水温（Ｔ_W）および燃料温
度（Ｔ_F）を取り込み、これらの値に応じて全気筒に共
通な燃料の基本噴射期間(A_VM)を算出する。第４図はＮ
とＡ_CCをパラメータとするＡ_VMの基本特性を示し、こう
して定まる値がさらにＴ_WとＴ_Fの補正を受け、補正後の
値が改めてＡ_VMとされる。

ステップ５２では各気筒に設けた空燃比センサ３９から
の出力電圧(V_AF)を取り込み、ステップ５３でＶ_AFに応
じて実空燃比（λ_T）を気筒毎に順次算出する。第５図
にＶ_AFに対するλ_Tの特性を示す。なお、ｉ（６気筒エ
ンジンであれば、ｉは１〜６の整数）番気筒の出力電
圧、実空燃比を「Ｖ_AFｉ」，「λ_Tｉ」にて表記するも
のとする。

さて、最大噴射量の供給される高負荷域では、いずれの
気筒の空燃比もスモーク限界に対応する所定の値（λ
_LIM）を下回らないようにしなければならない。そのた
め、ステップ５４では各気筒の空燃比（λ_T1〜λ_T6）と
λ_LIMをそれぞれ比較させる。たとえばλ_Ti＜λ_LIMであ
れば、ｉ番気筒についてスモーク限界を越えるほど混合
気が濃くなっていることを意味するので、ｉ番気筒につ
いては即座に供給燃料の減量を行わなければならない。
そこで、λ_Tｉ＜λ_LIMの場合はステップ５５，５６に進
み、スモーク限界を大きく越えているほど多くの燃料が
減量されるように、空燃比偏差（λ_LIM−λ_Tｉ）に応じ
てｉ番気筒についての噴射期間の減量補正量（ΔＡ
_Vｉ）を算出し、Ａ_VM＋ΔＡ_Vｉ（ただし、ΔＡ_Vｉは負
の値を採る）をｉ番気筒についての最終的な噴射期間(A
_Vi)として決定する。第６図にλ_LIM−λ_Tｉに対するΔ
Ａ_Vｉの特性を示す。

つまり、ステップ５４〜５６では、スモーク限界を越え
ているかどうかを気筒毎に判定し、スモーク限界を越え
た気筒について、Ａ_Vｉの値を個別に決定する。

これに対して、ステップ５４でλ_Ti≧λ_LIMである場合
には、ステップ５７，５８に進む。ここでは、スモーク
限界を越えていない気筒について、これら気筒の平均空
燃比（λ_AV）が一定値（λ_O）となるように最終的な燃
料の噴射期間を決定する。なお、λ_OはＮとＡ_CCに応じ
て変化させるものであっても構わない。

たとえば、いずれの気筒についてもスモーク限界を越え
ていない場合については、λ_AV＝(1/6)（λ_T1＋…＋λ
_T6）にてλ_AVを算出し、λ_Oからの偏差（λ_AV−λ_O）に
応じてスモーク限界を越えていない気筒に共通の噴射期
間補正量（ΔA_V）を算出し、Ａ_VM＋ΔＡ_Vをスモーク限
界を越えていない気筒の最終的な噴射期間(A_V)とする。
第７図にλ_AV−λ_Oに対するΔＡ_Vの特性を示すと、ΔＡ
_Vは正負いずれの値も採る。つまり、λ_AV＞λ_Oの場合は
混合気がリーン化しているのであるから、Ａ_VMをΔＡ_V
だけ増量することで混合気の空燃比を目標値としてのλ
_Oに戻し、この逆にλ_AV＜λ_OならＡ_VMをΔＡ_Vだけ減量
するのである。

なお、全気筒のうち一部気筒についてだけスモーク限界
を越えた場合は、スモーク限界を越えなかった残りの気
筒について、残りの気筒の平均空燃比がλ_Oとなるよう
に残りの気筒に共通なＡ_Vが決定される。たとえば、ｉ
番気筒だけλ_Tｉ＜λ_Oであり、他の５つの気筒について
λ_Tｊ≧λ_O（ただしｊ≠ｉ）である場合には、他の５つ
の気筒につき、の値がλ_AVとされ、λ_AV−λ_Oに応じた噴射期間の補正
量がΔＡ_Vとして算出される。

なお、ΔＡ_Vの求めかたはこれに限るものでなく、たと
えば、スモーク限界を越えてない気筒分を一度に求め、
これをスモーク限界を越えていない気筒の数で割ったも
のをΔＡ_Vとすることもできる。

ステップ５９ではスモーク限界を越えた気筒についてＡ
_Vｉを、スモーク限界を越えていない気筒についてＡ_Vを
ＲＡＭ４３の所定のアドレスに格納することで制御を終
了する。

なお、第４図から第７図に示した特性については、これ
らの値を計算式により、あるいはＲＯＭ４２に予め記憶
させてあるマップを参照したり基本特性のマップ参照と
補間計算を組み合わせることにより求めることが考えら
れる。

次に、この例の作用を説明する。高負荷域で最大噴射量
のバラツキによりスモーク限界を越えるほどの濃い混合
気がいずれか１の気筒について供給されても、全体のス
モーク量が増加する。しかしながら、この例によれば、
スモーク限界を越えた気筒について個別にスモーク限界
に引き戻すように供給燃料が減量されるので、多気筒エ
ンジンであっても、気筒全体としてのスモーク量が抑制
される。

一方、アイドル時や部分負荷域のようにスモークが問題
とならない領域にまで、総ての気筒の空燃比を同じ値に
すると、噴射量のバラツキに伴ってエンジン振動を生じ
る。しかしながら、こうした運転域では、気筒間の平均
の空燃比が一定値となるようにされる、つまり総ての気
筒に同量の燃料が供給されるため、気筒間でトルクが均
一となり、エンジン振動が抑制される。また、前述した
ように平均空燃比の算出はスモーク限界を越えない気筒
群のみについて行われるので、スモーク限界を越えた気
筒の空燃比の影響で残りの気筒の燃料噴射量が過度に安
全側に設定されて出力的な不利を生じるようなおそれが
なく、適正空燃比への収束も速い。

（考案の効果）この考案によれば、高負荷域ではいずれの気筒について
も所定の空気過剰率を下回らないように気筒別に噴射量
制御を行うようにしたので、スモーク排出領域で一部気
筒に生じる最大噴射量のバラツキをなくしてスモーク量
を確実に抑制することができる。また、空気過剰率が所
定値を下回らない気筒についてはその平均の空気過剰率
が一定値となるように噴射量を制御するものとしたの
で、高負荷域にて各気筒の空気過剰率を速やかに適正値
に制御することができると共に、アイドル域や部分負荷
域でのエンジン振動の発生を回避できるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のクレーム対応図、第２図は一実施例の
コントロールユニットのブロック図、第３図はこの実施
例のＣＰＵの制御動作を説明するための流れ図、第４図
ないし第７図は第３図の制御動作において使用される各
値の内容を示す特性図である。第８図は噴射量あるいは空燃比に対するスモーク及びト
ルクの特性図、第９図は従来例の噴射ポンプの断面図で
ある。１…ポンプハウジング、３…プランジャポンプ、５…ポ
ンプ室、７…プランジャ、９…フェイスカム、１２…プ
ランジャ室、１３…燃料戻し通路、１４…電磁弁、２１
…アクセルペダル開度センサ、２２…回転数センサ、２
３…基本噴射期間算出手段、２４…空気過剰率センサ、
２５…判定手段、２６…減量補正量算出手段、２７…補
正量算出手段、２８…気筒別噴射期間決定手段、３１…
リファレンスパルス発生センサ、３２…スケールパルス
発生センサ、３９…空燃比センサ、４１…入出力回路、
４２…ＲＯＭ、４３…ＲＡＭ、４４…ＣＰＵ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】プランジャ高圧室を低圧側に連通する通路
の途中に電磁弁を介装し、この電磁弁の開閉制御に基づ
いて燃料の噴射開始時期と噴射終了時期の少なくともい
ずれか一方を可変制御する燃料噴射ポンプを備えたディ
ーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、エンジン
の作動状態量を検出するセンサと、このセンサ検出値に
応じて燃料の基本噴射期間を算出する手段と、気筒別に
空気過剰率を測定するセンサと、空気過剰率が所定値を
下回るかどうかを気筒別に判定する手段と、所定値を下
回る気筒についてそのときの空気過剰率に応じて空気過
剰率が所定値以上となる噴射期間の減量補正量を算出す
る手段と、所定値を下回っていない残りの気筒の平均の
空気過剰率が一定値となるように当該残りの気筒に共通
の噴射期間の補正量を算出する手段と、前記各補正量に
て前記基本噴射期間を補正して前記燃料噴射ポンプから
の燃料の噴射期間を気筒別に決定し前記電磁弁への駆動
信号を出力する手段とを設けた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。