JPH0754103B2 - 燃料噴射量の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はディーゼルエンジンに燃料を供給する電磁スピ
ル式燃料噴射ポンプの制御方法に関する。

「従来の技術」 電磁弁による溢流（スピル）調量を行うディーゼルエン
ジンの燃料噴射量制御システムとして特公昭51−34936
号公報が知られている。このシステムは、プランジャに
より加圧された高圧燃料を適当な所望のクランク角位置
のタイミングで電磁弁により溢流させて燃料の噴射を終
了させ、噴射量を制御するものであり、上記電磁弁を作
動させるのにマイクロコンピュータを利用した電子制御
装置を使用している。

所定のクランク角位置で制御信号を出力する上におい
て、任意の瞬間にクランク角位置が検出できるのであれ
ば問題はないのであるが、角度信号を発生する信号発生
器の機械的制約（歯数）とか、マイクロコンピュータの
演算処理時間の制約から任意の瞬間のクランク軸の回転
角位置を検出することは不可能であり、実際には、有限
個の角度信号の間を補間してクランク角位置を求める必
要があり、角度信号の間の回転角はエンジンの回転数に
基いて時間に換算して制御せざるを得ない。この場合、
エンジンの回転数が全く平滑な無変動状態なら何ら問題
はないが、実際には加減速による回転変動や、圧縮、爆
発等の行程に応じた回転変動（脈動）があり、平均回転
数と瞬間回転数との間に差があると誤差を生ずることに
なる。

そこで、エンジンの回転変化率を求め、回転角を時間に
換算する際にこの回転変化率による補正を行う制御方法
が提案されている（特開昭60−17252号）。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、電磁弁を作動させるクランク角位置（ス
ピル角）は各気筒の上死点付近である。エンジンの回転
数が低い場合には上死点付近での回転数の落ち込みは以
外に大きく、誤差を生じやすい。特に、エンジンの冷間
時に、エアコンが投入されるなど急に負荷が増大した場
合に上死点付近での瞬間的な回転数の落ち込みが大きく
なり、時間に換算して求められた回転角と実際の回転角
との誤差が大きくなる。この誤差は、目標位置より早い
回転角位置で燃料の噴射を終了させ、実際の噴射量を低
減する方向に働く。このため、ステップ状に急に負荷が
増大した場合に、かえって燃料噴射量の低減を招き、エ
ンジンの応答に遅れを生じたり、はなはだしい場合には
エンジンストールを引起したりすることがあるという問
題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためなされたもので
あり、回転角を時間に換算する換算精度を高めて噴射量
調量精度を向上させ、ドライバビリティを高めることを
可能とする燃料噴射量の制御方法を提供することを目的
とする。

「問題点を解決するための手段」 このため本発明では、電磁スピル式燃料噴射ポンプの所
望のスピル角でスピル信号を出力し高圧燃料を溢流させ
て燃料噴射を停止するため、 所定の基準角で出力される基準角信号と、所定の回転角
毎に出力される角度信号とを用い、前記基準角信号の発
生時点から前記スピル角直前の角度信号までは前記角度
信号の発生個数で回転角を計数し、残るスピル角までの
残余の角度は時間に換算して回転角を決定し前記スピル
信号を出力するようにした燃料噴射量の制御方法におい
て、 直前の噴射におけるスピル信号が出力された回転角を挟
む２つの角度信号で形成される第１の区間の間隔時間
（Tk）と、この第１の区間に隣接する角度信号で形成さ
れる第２の区間の間隔時間（Tk−１）との、いずれか長
い方の間隔時間に基づいて、前記残余の角度を時間に換
算することを特徴とする燃料噴射量の制御方法としてい
る。

〔作用〕

基準角信号の発生時点からスピル角直前の角度信号まで
は角度信号の発生個数で回転角を計数し、残るスピル角
までの残余の角度は時間に換算して回転角を決定しスピ
ル信号を出力するようにした所謂、角度−時間変換によ
る燃料噴射量の制御方法においては、時間変換をする為
の基準となる角度信号の発生間隔をどの時点で決定する
か、ということが非常に重要である。

本発明では、何らかの原因で直前の噴射以降に急激な負
荷変動が発生した場合を想定し、直前の噴射におけるス
ピル時期を挟む２つの角度信号で形成される第１の区間
の間隔時間（Tk）を考慮するのみならず、更に第１の区
間に隣接する角度信号で形成される第２の区間の間隔時
間（Tk−１）をも考慮し、これらの２つの間隔時間を比
較して長いほうの時間（つまり、回転が低かった方の
値）を採用することで、エンジン回転が落ち込む傾向に
あった場合でも、一応の保険的な効果を得て次の噴射に
おけるスピル角度を決定できるので、２つの間隔時間を
比較するというだけの、少ない演算用の記憶容量で、次
の噴射において最悪エンジンストールが発生するのを防
ぐことができる。

「実施例」 本発明の実施例について図面に従って具体的に説明す
る。

第１図は本発明が適用された燃料噴射ポンプの断面を示
す構成図、第２図は第１図のII−II線断面図である。

燃料噴射ポンプ１は公知のボッシュタイプ分配型燃料噴
射ポンプをベースとする電磁スピル式のものである。エ
ンジンのクランク軸に同期してその1/2の速度で回転駆
動される駆動軸２は、ベーン式フィードポンプ３を回転
させる。なお、図面中には軸方向から見たベーン式フィ
ードポンプ３も併せて記載している。このベーン式フィ
ードポンプ３は吸入口４から燃料を導入して加圧し、こ
の燃料を燃料調圧弁５を通じて所定の圧力に調圧した後
ポンプハウジング６内に成形した燃料室７へ供給する。
また、駆動軸２はカップリング８を介してプランジャ９
を回転駆動する。カップリング８はプランジャ９を回転
方向へは拘束し一体的に回転駆動するが軸方向への往復
移動は自由に許すものである。プランジャ９にはフェー
スカム10が一体的に設けられている。フェースカム10は
エンジンの気筒数に対応する４つのカム山を有し、スプ
リング11によりカムローラ12に押し付けられている。カ
ムローラ12とフェースカム10との摺接によりプランジャ
９が回転しながら往復動される。これらの摺接によりフ
ェースカム10のカム山がカムローラ12を乗り上げること
によってプランジャ９は１回転中に気筒数に応じた回数
だけ往復動される。

プランジャ９はハウジング６に固定されたヘッド13に摺
動自在にかつ精密に嵌合され、ヘッド13とプランジャ９
の端面とでポンプ室14を構成している。燃料室７から吸
入孔16を通じ吸入された燃料はプランジャ９により加圧
される。ポンプ室14内で加圧された高圧燃料は、プラン
ジャ９の回転位置により選択された分配ポート17を経由
して各気筒毎の圧送弁18に送られ、エンジン本体の各気
筒の噴射ノズルに圧送され燃焼室に噴射される。

また、上記ポンプ室14は高圧通路21を経由して電磁スピ
ル弁22に連通している。電磁スピル弁22は高圧通路21と
燃料室７に連通する溢流路23とを開閉するものであり、
通電されているときに閉じられる弁である。

コイル24に通電されると、パイロットバルブをなすニー
ドル弁25がオリフィス26を閉塞し、スプール室27内の燃
料が流失できなくなり、メインバルブをなすスプール28
が弁を閉じる。コイル24の通電を遮断すると、スプール
室27内の燃料が溢流路23に流失し、スプール28がリフト
されて弁が開かれる。したがって、プランジャ９の圧縮
行程中に電磁スピル弁22への通電を遮断すると、高圧燃
料が溢流路23を経由して燃料室７に逃がされ圧送弁18へ
圧送されなくなり燃料の噴射が停止される。電磁スピル
弁22への通電を遮断するタイミングを制御することによ
り各気筒での燃料噴射量が制御される。

フェースカム10と摺接するカムローラ12はローラリング
31に保持されている。このローラリング31は数10度の角
度範囲で回動可能に設けられ、タイマピストン32により
ピン33を介して回動位置を制御される。ローラリング31
の回動位置によりカムローラ12とフェースカム10との摺
動タイミングがずれ、駆動軸２の回転角位置に対するプ
ランジャ９の往復運動の位相が変化して燃料噴射時期が
変るようになっている。これらローラリング31、タイマ
ピストン32等は燃料噴射時期を制御する油圧タイマ機構
をなす。

タイマピストン32は高圧室34と低圧室35との差圧及びタ
イマスプリング36の荷重により位置が決まる。高圧室34
は図示しない絞りを経由してベーン式フィードポンプ３
の高圧側、すなわち燃料室７に連通し、低圧室35はベー
ン式フィードポンプ３の低圧側に連通する。そして、高
圧室34と低圧室35は電磁調整弁37を介して連通され、電
磁調整弁37の開度により高圧室34の圧力が調整されタイ
マピストン32の位置が調整される。

なお、実際はタイマピストン32は摺動方向が駆動軸２と
直交する方向に設けられているが、構造を明確に示すた
め作図上第１図の様に示している。

駆動軸２の回転を検出しプランジャ９のリフトタイミン
グを検出するため、外周に突起41が設けられた円盤42が
駆動軸２に固定され、円盤42の突起41を検出する回転角
センサ43がローラリング31に固定されている。第２図に
示す様に、円盤42の突起41は90゜/16（＝5.625゜）間隔
に並び、円盤42の90゜毎に突起２つ分の欠落部44を有す
る。そして噴射ポンプ駆動軸２の90゜回転即ちエンジン
の180゜クランク角毎に欠落部44を検出して基準角信号
とし、エンジンの11.25゜クランク角毎に突起41を検出
して角度信号としている。

マイクロコンピュータを有する電子制御装置（ECU）50
にはエンジンの運転状態信号を与えるアクセル位置セン
サ51、水温センサ52、吸気温センサ53等からの信号が入
力される。電子制御装置50はこれらの運転状態信号、回
転角センサ43からの基準角信号及び角度信号に基いて電
磁調整弁37の開度及び電磁スピル弁22の開閉タイミング
を制御する。

以上の機械構成に基き燃料噴射量の制御方法について説
明する。

第３図は実施例のタイミング図であり、（ａ）はエンジ
ンの回転数、（ｂ）は回転角センサ43からのパルス信
号、（ｃ）は電磁スピル弁22への通電信号、（ｄ）はプ
ランジャ９のリフト量を示している。

回転角センサ43からの信号はクランク軸の180゜回転毎
に、円盤42の欠落部44による信号の欠落期間90に引続い
て14ケのパルス信号が出力される。この最初のパルス信
号の立上りを基準角信号K0とし、以下引続いて出力され
るパルス信号の立上りを角度信号K1,K2,…K13とする。
角度信号の間隔θ_０は11.25゜CAに相当する。電子制御
装置50は、アクセル位置センサ51、水温センサ52、吸気
圧センサ53等からの運転状態信号に基いて、噴射すべき
燃料量ｑを決定し、噴射量ｑに対応するスピル角
θ_spv、即ち基準角信号K0からθ_spvクランク角経過後に
電磁スピル弁22への通電を遮断して噴射を終了させる。
なお電磁スピル弁22はプランジャ９が吸入行程中に次回
の噴射に備えて再び閉弁しておくことが当然必要である
が、該閉弁は吸入行程中に行なわれれば良く、開弁側と
比べてそのタイミング精度の要求は極めて粗いものであ
ってよい。

それに対してスピル電磁弁開弁時期であるスピル角θ
_spvは直接に噴射量と係る重要なパラメータであって、
極めて精度良く制御される必要がある。

本実施例では角度信号の出力間隔角度θ_０は11.25゜CA
であるから、これより小さな角度は補間して求めること
になる。まず要求噴射量ｑに基いて決定されたスピル角
θ_spvを間隔角度θ_０で除算し商ｋ（整数）及び余りの
角度θｈを求める。従ってθ_０×ｋ゜CAに相当する部分
は正しく角度信号で決定できるが、角度信号の最小分解
能θ_０より小さい余りの角度θｈについてはもはや角度
として扱い得ないため、その時々のエンジン回転数に基
いて余りの角度θｈに相当する時間Thに変換する。

本発明方法では、余りの角度θｈを時間Thに換算するの
に、一つ前の気筒におけるスピル角θ_spv付近での瞬間
回転数が基礎として用いられる。瞬間回転数は円盤42の
二つの突起41の間の間隔角度θ_０を通過するのに要す時
間により求められる。具体的には、第３図に示す様に、
一つ前の気筒において、スピル信号が出力され電磁スピ
ル弁22への通電が遮断された瞬間91を間に狭む２つの角
度信号93,94の発生間隔時間（第１の区間の間隔時間）T
kと、その一つ前の角度信号92,93の発生間隔時間（第２
の区間の間隔時間）Tk_-1とが求められ、そのうち回転速
度がより落ち込んだ方、即ち、時間の長い方が基礎とし
て用いられる。換算時間Thは、 Th＝（θh/θ_０）×MAX（Tk,Tk_-1） により与えられる。

時間Thへの換算の基礎に、スピル角θ_spvを含む区間時
間Tkとその一つ前の区間時間Tk_-1との長い方を用いるの
は、エンジンの回転数が遅い場合、燃料噴射終了時のク
ランク角が上死点（TDC）を超えている場合が多く、よ
り正確に今回の余りの角度θｈに相当する部分での瞬間
速度を予測できるからである。

以上により、基準角信号96から角度信号がＫ個発生した
後、さらに余りの角度θｈに相当する時間Thが経過した
時点97に、スピル信号が出力され電磁スピル弁22への通
電が遮断されて燃料噴射が終了する。この時点97での角
度信号の発生間隔時間は、次の気筒での余りの角度の時
間換算の基礎とされる。

このようにして、エンジンの瞬間回転数Nxは圧縮、爆発
等の工程による脈動を生じ、平均回転数Ｎとの間に比較
的大きな偏差を生じているにもかかわらず、スピル時期
を正確に制御することができる。

以上述べた制御方法を実行する電子制御装置50内でのマ
イクロコンピュータでの実際の処理について、第４図の
フローチャートを参照し説明する。

この処理100は、回転角センサ43からの基準角信号K₀毎
に実行される。ステップ101では、アクセル位置センサ5
1、水温センサ52、吸気圧センサ53等から運転状態信号
が読込まれる。また、基準角信号の発生周期からエンジ
ンの平均回転数Ｎが計算される。次に、ステップ102で
は、上記のエンジン状態及び負荷の情報からエンジンが
要求する目標噴射量ｑが算出される。ステップ103で
は、その目標噴射量ｑを実現する指令スピル角θ_spvが
算出される。ステップ104では、前気筒におけるスピル
角を含む二つの突起41の区間時間Tk及びその一つ前の区
間時間Tk_-1がメモリから読出される。次に、ステップ10
5では、指令スピル角θ_spvを間隔角度θ_０で除算した商
ｋ及び余りの角度θｈを求め、その余りの角度θｈを前
記区間時間Tk又はTk_-1を用いて時間Thに変換し記憶す
る。

そして、角度信号の発生毎に開始される図示しない割込
処理により、角度信号の発生間隔時間（区間時間）が記
憶され、ｋ番目の角度信号で開始される割込処理によ
り、前記ステップ105で計算された残余の時間Thを所定
のアウトプットレジスタに出力し、時間Th経過時点に電
磁スピル弁22への通電を遮断する。

「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば、前回の噴射におけ
るスピル角度と同じ位相の角度信号の間隔時間とその隣
の角度信号との間隔時間とを比較して大きい時間のほう
に基づいて今回のスピル角度を演算しているので、回転
角を時間に換算する精度を高めるとともに急な負荷変動
があった際の回転落ち込みを防止してドライバビリティ
を高めることができるという優れた効果をもたらすもの
である。

【図面の簡単な説明】

図面は一実施例を示し、第１図は本発明が適用される燃
料噴射ポンプの断面を示す構成図、第２図は第１図のII
−II線断面図、第３図は実施例のタイミング図、第４図
は実際の処理を示すフローチャートである。 １……燃料噴射ポンプ、２……駆動軸、７……燃料室、
９……プランジャ、10……フェースカム、22……電磁ス
ピル弁、23……溢流路、31……ローラリング、32……タ
イマピストン、41……突起、42……円盤、43……回転角
センサ、44……欠落部、50……電子制御装置（ECU）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁スピル式燃料噴射ポンプの所望のスピ
   ル角でスピル信号を出力し高圧燃料を溢流させて燃料噴
   射を停止するため、 所定の基準角で出力される基準角信号と、所定の回転角
   毎に出力される角度信号とを用い、前記基準角信号の発
   生時点から前記スピル角直前の角度信号までは前記角度
   信号の発生個数で回転角を計数し、残るスピル角までの
   残余の角度は時間に換算して回転角を決定し前記スピル
   信号を出力するようにした燃料噴射量の制御方法におい
   て、 直前の噴射におけるスピル信号が出力された回転角を挟
   む２つの角度信号で形成される第１の区間の間隔時間
   （Tk）と、この第１の区間に隣接する角度信号で形成さ
   れる第２の区間の間隔時間（Tk−１）との、いずれか長
   い方の間隔時間に基づいて、前記残余の角度を時間に換
   算することを特徴とする燃料噴射量の制御方法。