JPS59224426A

JPS59224426A - デイ−ゼルエンジンの燃料制御装置

Info

Publication number: JPS59224426A
Application number: JP9696183A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kawamura; 川村　佳久; Kunihiko Sugihara; 杉原　邦彦
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-06-02
Filing date: 1983-06-02
Publication date: 1984-12-17
Also published as: JPH0510497B2

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】艮権公互この発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射量を制御す
る燃料制御装置に関し、特に急加速時における黒埋の発
生を防止することができる燃料制御装置に関する。

従米艮棗従来のディーゼルエンジンにおいては、燃料噴射ポンプ
の噴射量調節機構のスリーブにアクセルペダルが機械的
に連結されており、アクセルペダルの踏角とスリーブ位
置とが直接対応するようになっていた。

ところが最近、アクセルペダルの踏角、エンジン回転速
度、エンジン冷却水温等の各種運転変数に対応して最適
な燃料噴射量を算出し、スリーブを変位させるアクチュ
エータ（例えばサーボモータ）を、その算出された噴射
量指令値に応じてサーボ制御することによって燃料噴射
量を制御する電子制御方式の燃料制御装置が開発されて
いる。

そのような装置においては、例えば第１図に示すように
、燃料噴射量はエンジン回転速度とアクセルペダル踏角
（図中の度数は９０°を全開としてアクセルペダル踏角
を示したもの）とに応じて設定され、アクセルペダル全
開時の値は黒煙が発生しない限度の値に設定されている
。

しかし、始動時の噴射量Ｑ１は、始動性を向上させるた
めにアクセルペダル全開時の値より大きな値に設定され
ており、したがってスリーブの可動範囲は、全開時の値
よりかなり広くなっている。

そのため、急加速時にサーボモータを制御する指令信号
が急速に増加すると、サーボモータ及びスリーブの慣性
でスリーブ位置が指令信号の値よりオーバシュートし、
噴射量が全開時の値を越えてしまう。

ディーゼルエンジンにおいては、燃料量が過剰になると
黒煙が発生し、排気管から大気中に排出される。

例えば第２図に示すように、アクセルペダル踏角ａがア
イドル位置から４１５負荷まで急激に増加した場合、噴
射量指令値に応じたサーボモータの指令信号すも４１５
負荷まで急激に増加する。

しかし、実際のスリーブ位置は破線Ｃで示すように、多
少の応答遅れをもって変化し、かつオーバシュートして
全開時の値ｄを越えてしまう。この場合、ｄを越えた斜
線部分では燃料が過剰となって黒煙が発生する。なお破
線ｅはスリーブの可動限界を示す。

この問題点を解決するために、本出願人は、先に、急加
速時における黒煙の発生を防止し得るようにしたディー
ゼルエンジンの燃料制御装置を提案した（特開昭５７−
１８４２５号公報参照）。

この燃料制御装置は、急加速時における噴射量指令値の
変化速度に上限値を設けたものであるが、寒冷地におい
ては、エンジン冷間時の加速時に出力が不足して、運転
性能を損なうという問題が発生した。

ＪＬｊη この発明は、上記の問題を解決するためになされたもの
であり、ディーゼルエンジン搭載車の急加速時における
黒煙の発生を防止すると共に、寒冷地におけるエンジン
冷間時の加速時にも運転性能を損なうことがないように
することを目的とする。

菜二コ文そこで、この発明によるディーゼルエンジンの燃料制御
装置は、第３図に示すように、噴射量指令値算出手段Ａ
によってアクセルペダルの踏角及びエンジンの回転数等
に応じて算出される噴射量指令値の変化速度を変化速度
検出手段Ｂによって検出するとともに、上限値算出手段
Ｃによってエンジン回転速度に応じた噴射量指令値の変
化速度の上限値を算出し、その上限値を上限値補正手段
Ｃによってエンジン冷却水温に７芯して補正し、噴射量
指令値算出手段Ａによって算出された噴射量指令値を、
噴射量指令値補正手段Ｅによって、その変化速度が上限
値補正手段りによって補正された上限値を越えないよう
に補正し、その補正した噴射量指令値に応じた指令信号
をアクチュエータ駆動回路に出力して、燃料噴射ポンプ
の噴射量調節機構を駆動するアクチュエータを制御する
ようにしたものである。

夫」しく社）以下、図面の第４図以降を参照してこの発明の詳細な説
明する。

第４図は、この発明を適用するディーゼルエンジン制御
装置のＬ例を示す図である。

図中、１はエアクリーナ、２は吸気管、′５は主燃焼室
、４は渦流室、５はグロープラグ、６は噴射ノズル、７
は燃料噴射ポンプ、８は排気管、９は吸気量を調節する
絞り弁、１０は絞り弁開度を制御するダイヤフラム弁、
１１は排気管８がら吸気管２へ還流するＥＧＲ量（排気
還流量）を制御するＥＧＲ弁、１２及び１３は電磁弁で
ある。

また、１４は負圧源となるバキュームポンプであり、例
えばブレーキサーボ用のものと共用することが出来る。

１５はバキュームポンプ１４から与えられる負圧から一
定負圧をつくる定圧弁である。

さらに、１６はバッテリ、１７はグロープラグ５への通
電を制御するグローリレー、１８は燃料噴射ポンプ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。

また、２０はアクセルペダルの踏角に対応したアクセル
踏角信号ＩＳ１を出力するアクセル踏角センサ、２１は
クランク角の基準角度（例えば１２０″）ごとに基準パ
ルスＩＳ２を、単位角度（例えば１６）ごとに単位パル
ス■Ｓ３を出力するクランク角センサ、２２は変速機が
ニュートラル（中立）位置にあることを検知してニュー
トラル信号ＩＳＡを出力するニュートラルスイッチ。

２３は車速に対応した車速信号■Ｓ５　（変速機の出力
軸の回転速度から検出）を出力する車速センサ、２４は
エンジンの冷却水温に対応した温度信号ＩＳＧを出力す
る温度センサ、２５は噴射ノズル６が燃料噴射を開始す
るごとに噴射開始信号ＩＳ７を出力するリフトセンサで
あり１例えば燃料圧力によって作動するスイッチ又は圧
電素子である。

さらに、２６は大気の温度と圧力とに対応した大気密度
信号■Ｓ８を出力する大気密度センサである。その他、
燃料噴射ポンプ７の燃料噴射量を制御するスリーブの位
置に対応したスリーブ位置信号■Ｓ９や、バッテリ電圧
信号ＩＳ、ｏ等の信号が用いられる。

そして、２７は演算装置であり、例えば中央処理装置（
ＣＰＵ）２Ｂ、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）２Ｅｌ、
ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３０、入出力インタ
フェース３１等からなるマイクロコンピュータで構成さ
れている。

演算装置２７は、上記の各種センサから与えられる各信
号ＩＳ、〜ｌ５ＩＯ及び図示しないスタータスイッチ（
スタータモータ作動時にオン）から与えられるスタータ
信号ＩＳ、、や、グロースイッチから与えられるグロー
信号Ｉｓ、２、及び後述する燃料温度信号ＩＳ−、３等
の信号を入力し、ディーゼルエンジンを最適制御するた
めの各種の制御信号Ｏ８１〜Ｏ８７を出力する。

まず、絞り弁開度制御信号○Ｓ１とＥＧＲ制御信号ｏＳ
２はパルス信号であり、これらのパルス信号のデユーテ
ィを変えて電磁弁１２．１３をデユーティ制御すること
により、絞り弁Ｓの開度とＥＧＲ弁１゛１の開度を制御
する。

また、燃料遮断指令信号Ｏ８３は、燃料噴射ポンプ７内
の燃料遮断弁７１の開閉を制御する。

また、燃料噴射量制御信号ＯＳ　４と燃料噴射ポンプか
らのスリーブ位置信号ＩＳｓとがサーボ回路１８に与え
られ、両信号を一致させるようにサーボ回路１日がサー
ボ信号Ｓ□を出力し、このサーボ信号Ｓ１によってスリ
ーブ位置を制御することにより、燃料噴射量が制御され
る。

同時に、噴射時期制御信号Ｏ８Ｓによって燃料噴射ポン
プ７内の噴射時期制御機構を制御することにより、燃料
噴射時期を制御する。なお、この燃料噴射時期は、リフ
トセンサ２５からの噴射開始信号ＩＳ７を用いてフィー
ドバック制御する。

また、グロー制御信号○ｓ６によってグローリレー１７
を制御することにより、グロープラグ５への通電を制御
する。これに伴ない、グローランプ制御信号Ｏ８７によ
ってグローランプ１日の点滅を制御することによりグロ
ープラグ５の通電状態を表示する。例えば、通電中はグ
ローランプ１日を点灯させ、通電していない場合は消灯
させる。

次に、第５図によって燃料噴射ポンプ７の詳細を説明す
る。

まず、燃料はポンプ本体の燃料人口３２がら流入し、機
関出力軸に連結したドライブシャフト３乙により駆動さ
れるフィードポンプ３４によって吸引される。

フィードポンプ３４からの吐出燃料は、圧力調整弁３５
により供給圧を制御されて、ポンプハウジング３６内部
のポンプ室１５６ａへ供給される。

ポンプ室！＋６ａ内の燃料は、動作部分の潤滑を行なう
と同時に、吸入ポート３７を通って高圧プランジャポン
プ３８に送られる。

この高圧プランジャポンプ３８のプランジャ３日は、ド
ライブシャツ１−３６に連結したエキセントリックディ
スク４０に固定されており、継手４１を介してドライブ
シャフト乙６により機関回転に同期して駆動される。

また、エキセントリックディスク４０は、機関シリンダ
数と同数のフェイスカム４２をもち、回転しながら、ロ
ーラリング４６に配設されたローラ４４をこのフェイス
カム４２が乗り越えるたびに、所定のカムリフトだけ往
復運動する。

したがって、プランジャ３日は回転しながら往復運動を
し、この往動運動によって、吸入ポート３７から吸入さ
れた燃料が分配ポート４５よりデリバリバルブ４６を通
って、第４図の噴射ノズル６へ圧送される。

その際、燃料の噴射時期は、ローラリング４乙によって
フェイスカム４２とローラ４４との相対位置を変化させ
ることによって自由に調節される。

ローラリング４３は、ドライビングピン４７を介してプ
ランジャ４８と連結している。

なお第５図においては、説明の便宜上からこのプランジ
ャ４８の軸線を９０°回転させ、また、フィードポンプ
６４の軸線も９０°回転させたものが同時に図示しであ
る。

プランジャ４８を収めたシリンダ４日は、ケーシング５
０の内部に摺動自在に収装さｈておｌ）、シリンダ４日
の右端に油室５１．同じく左端番こ油室５２を区画形成
する。なお、シリンダ４９カ〜右方に移動したときの油
室５１と端面高圧室５５とを連絡するための通路４Ｅ］
ａと５０ａと力＜ｔａｃｔられている。

油室５１は、燃料通路５３によって他方の油室５２及び
フィードポンプ１５４の吸入側と連通しており、かつ油
室５１と燃料通路５６との接続部番３は電磁弁５４が設
けられている。

また、シリンダ４Ｓのなかで摺動するプランジャ４８の
端面高圧室５５には、通路５６を介してポンプ室３Ｂの
燃料圧力が導かれ、また反対側の低圧室５７はフィード
ポンプ３４の吸込側に連通して負圧に近い状態になるが
、スプリング５８の弾性力でプランジャ４日を押し戻し
てＵ）る。

ポンプ室３６ａの燃料圧力は、フィードポンプ３４の回
転速度に比例して上昇するので、図示のように通路４９
．が閉じられているときには、プランジャ４８はエンジ
ン回転速度の上昇に伴って図面左方へ押され、これによ
ってエキセントリックディスク４０の回転方向と逆方向
へローラリング４３を回転させるので、噴射時期は回転
速度に応じて早くなる。

また、エキセントリックディスク４０の回転力を受けて
、シリンダ４日が図で右側一杯にに移動（このとき電磁
弁５４は開）すると、通路４９ａと５０ａとを介して油
室５１と端面高圧室５５とが連通ずるので、電磁弁５４
を開閉させてやることによって端面高圧室５５の圧力を
制御することが出来る。

したがって、噴射時期制御信号Ｏ８５によって電磁弁５
４の開閉をデユーティ制御すれば、燃料噴射時期を電気
的に制御することが出来る。

一方、燃料の噴射量は、高圧プランジャポンプ３８のプ
ランジャ３日に形成したスピルポート５９を被覆するス
リーブ６０の位置により決められる。

例えば、スピルポート５日の開口部がプランジャ３日の
右行によりスリーブ６０の右端部を越えると、それまで
高圧室６１内から分配ポー１〜４５へ圧送されていた燃
料が、スピル−ポー１−５９を通ってポンプ室３６ａへ
解放されるので、燃料の圧送が終了する。

すなわち、スリーブ６０をプランジャ３日に対して図で
右方向に相対的に変位させると、燃料噴射終了時期が遅
くなって燃料噴射量が増加し、逆に図で左方向に変位さ
せると、燃料噴射終了時期が早まって燃料噴射量が減少
する。

このような噴射量調節機構におけるスリーブ６０の位置
制御は、サーボモータ６２によって行なう。すなわち、
サーボモータ６２の軸６３にはねじが形成されており、
中心にねし孔を有する滑動子６４が螺合されている。

この滑動子６４には、ピン６６を支点として回動自在に
リンクレバー６５が結合している。このリンクレバー６
５は、支点６７を中心として回動自在に取り付けられ、
先端部のピボットピン７２を介してスリーブ６０を係止
している。

したがって、サーボモータ６２が正逆回転すると、滑動
子６４が左右に移動し、それによってリンクレバー６５
が支点６７を中心として回動し。

スリーブ６０を左右に移動させることになる。

このサーボモータ６２の制御は、前述の燃料噴射量指令
信号Ｏ８４に応じてサーボ回路１８が出力するサーボ信
号Ｓ１によって行なわれる（第４図参照）。

したがって、アクセルペダルと燃料噴射量との間には直
接に対応関係はなくなる。すなわち、アクセルペダルは
、「加速したしｆ」又は「減速したいｊ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、演算装置
２７が、その時の運転状態に応じて最適の、燃料噴射量
を算出し、燃料噴射量指令信号Ｏ８４によって最適制御
を行なうものである。

また、サーボモータ６２の近傍に設けられたポテンショ
メータ６８の軸は、歯車６日及び７０によってサーボモ
ータ６２の軸６３と結合させているので、ポテンショメ
ータ６８からの信号ＩＳ９はスリーブ６０の位置を・示
すことになる。

一方、電磁型の燃料遮断弁７１は、燃料遮断制御信号○
Ｓ３によって開閉制御され、遮断時には吸入ポート３７
を閉鎖して燃料を遮断することにより、エンジンを停止
させるようになっている。

また燃料温度センサ７３は、燃料噴射ポンプ７内の燃料
の温度に対応した燃料温度信号ｌ５１１を出力する。

本発明は、第４図のサーボ回路（アクチュエータ駆動回
路）１８を介して、燃料噴射ポンプ７のスリーブ６０（
第５図）等からなる噴射量調節機構を駆動するアクチュ
エータであるサーボモータ６２を制御する指令信号Ｏ８
４を発生させる演算装置２７の機能に特徴を有するもの
である。

そこで、この演算装置２７による演算動作を第６図のフ
ローチャートによって説明する。

まず、ステップＰ１において、アクセル踏角センサ２０
からのアクセル踏角信号ＩＳ１とクランク角センサ２１
からのパルス信号工Ｓ２．ＩＳ３によって判る、アクセ
ルペダルの踏角とエンジン回転速度とに応じて、テーブ
ルルックアップ等により予め定められている基本噴射量
を算出し、ステップＰ２で各種の補正を演算付加して実
噴射量に相当する噴射量指令値に２を算出する。

ステップＰ３で、前回の演算で出力された噴射量指令の
記憶値に１と今回のステップＰ２で算出された噴射量指
令値に２との差Δに＝に２−Ｋ。

を演算して、噴射量指令値の変化量（単位時間ごとの変
化量は変化速度に相当する）を検出する。

ステップＰ４で、回転速度に応じて予め定められている
変化量（変化速度）の上限値へＫｏを算出する。

次に、ステップＰ５で温度センサ２４からの温度信号Ｉ
Ｓ６によるエンジン冷却水温Ｔが所定の値Ｔ２　（０〜
２０℃位に定める）よりも低いか否かを判定し、Ｎｏの
場合はステップＰ９に進み、ＹＥＳの場合は、ステップ
Ｐ６で所定の温度Ｔ１（−２０〜−１０℃位に定める）
と比較する。

ステップＰ６のＴ　＜　Ｔ　Ｉの判断がＹＥＳであれば
、非常に低温であるので上限値を設けずに（あるいは上
限値を無限大にして）、ステップＰｌ＋に進んでに＝に
２とする。

ステップＰ６の判断がＮｏであれば、温度ＴはＴ１≦Ｔ
くＴ２の関係を満すので、ステップＰ７でこの水温及び
エンジン回転速度に応じて補正定数ｄを算出する（水温
が低い径補正定数を大きくする）。

そして、ステップＰ８で八Ｋｏ＋ｄを計算して補正した
値を新たな上限値ΔＫｏとし、ステップＰ９に進む。

ステップＰ９では、ΔＫがへＫｏ以上か否かを判定し、
ＹＥＳの場合はステップＰＩＯでＫ　＝　Ｋ　。

十ΔＫｏとして噴射量指令値の変化量を上限値に制限す
る補正をし、ＮＯの場合はステップｐＨでに＝に２とし
て、ステップＰ２で算出した噴射量指令値をそのまま使
用する。

そして、ステップＰＩ２でステップＰＩＯ又はステツブ
Ｐｌ＋で算出したＫを次回の演算のためのに１として記
憶したのち、ステップＰ１３でそのＫを指令信号○Ｓ４
とし出力する。

この第６図の演算動作は、極めて短かい一定時間ごとに
繰返し行なわれる。

なお、この第６図のフローチャートに示した各ステップ
の動作を第３図の機能ブロック図と対応させると、ステ
ップＰ、とＰ２が噴射量指令値算出手段Ａに、ステップ
Ｐ３が変化速度検出手段Ｂに、ステップＰ４が上限値算
出手段Ｃに、ステップＰ５〜Ｐ８が上限値補正手段りに
、ステップＰ９〜ＰＩ３が噴射量指令値補正手段Ｅにそ
れぞれ対応している。

そして、上限値補正手段りでは、エンジン冷却水温Ｔに
応じて噴射量指令値の上限値を補正するが、Ｔ≧Ｔ２（
０〜２０°Ｃの所定の値）のときには補正を行なわず、
上限値算出手段Ｃ（ステップＰ４）で算出された値をそ
のまま上限値とし、Ｔ＜Ｔ。

（−２０〜−１０℃の所定値）のときには、上限を設け
ず（あるいは上限値を無限大とし）、Ｔ１≦Ｔ　＜　Ｔ
　２のときには水温が低い捏上限値を大きくするように
補正する。

したがって、噴射量指令値補正手段Ｅ（ステップＰ９〜
Ｐ１３）で補正された噴射量指令値Ｋによる指令信号○
Ｓ４は、例えば第７図に示すように、アクセルペダル踏
角ａがアイドル位置から４１５負荷まで急激に増加した
急加速時でも、Ｔ≧Ｔ２であれば、実線すで示すように
変化速度が制限される。

したがって、スリーブ位置が第１図に砿線ＣＩ又は１点
鎖線ｃ２で示すように変化してオーバシュートとしても
、全開時の値ｄを越えないように制限され、燃料が過剰
になって黒煙が発生することを防止する。

Ｔ　＜　Ｔ　２であると、指令信号Ｏ３４の変化速度の
上限が水温の低下に応じて高くなるので、急加速時の変
化速度が大きくなり、例えば第７図に、２点鎖線ｃ３で
示すようにスリーブ位置が変化して全開時の値ｄを越え
ることがあるが、エンジン°冷間加速時に出力不足によ
り運転性能を損なうことがなくなる。

肱−釆以上説明してきたように、この発明は、アクセルペダル
の踏角及びエンジン回転数等に応じて噴射量指令値を算
出して、その指令信号により燃料噴射ポンプの噴射量調
節機構を駆動するアクチュエータを制御することにより
燃料噴射量を制御するディーゼルエンジンの燃料制御装
置において、上記噴射量指令値の変化速度に上限値を設
けて、急加速時に噴射量調節機構のスリーブ位置がスロ
ットル全開時の位置を過えてオーバシュートすることに
より、燃料が過剰になって黒煙を発生することを防止す
る。

また、上記上限値をエンジン冷却水温によって補正し、
低温時には上限を高くするようにして、寒冷地でのエン
ジン冷間加速時のような場合には。

多少燃料が過剰になっても、出力不足により運転性能を
損なうことをなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、エンジン回転速度とアクセルペダルの踏角と
燃料噴射量との関係を示す線図、第２図は、従来の燃料
制御装置を用いたディーゼルエンジンにおける急加速時
のアクセルペダル踏角と指令信号とスリーブ位置の変化
の関係を示す線図、第３図は、この発明によるディーゼルエンジンの燃料制
御装置の機構を示す機能ブロック図、第４図は、この発
明を適用したディーゼルエンジン制御装置のブロック構
成図、第５図は、同じくその燃料噴射ポンプの詳細を示す断面
図、第６図は、第４図における演算装置が実施するこの発明
に係る噴射量指令値の演算動作を示すフローチャート図
、第７図は、この発明による燃料制御装置を適用したディ
ーゼルエンジンにおける第１図と同様な線図である。１・・・エアクリーナ　　２・・・吸気管６・主燃焼室
　　　　４・渦流室６・・噴射ノズル　　　７・・噴射ポンプ８・・排気管
　　　　　９・・・絞り弁２０・・・アクセル位置セン
サ２１・・・クランク角センサ２２・・・ニュートラルスイッチ２３・・・車速センサ　　２４・・・温度センサ２５・
・・リフトセンサ２６・・・大気密度センサ２７・・・演算装置　　　２８・・・ｃｐｕ２Ｓ・・Ｒ
ＯＭ　　　　　３０・・・ＲＡＭ６１・・・入出力イン
タフェース乙６・・・ドライブシャフト３４・・・フィードポンプ３８・・・高圧プランジャポンプ３Ｓ・・・プランジャ４０・・エキセントリックディスク５Ｓ・・・スピルポーｉ〜　　６０・・・スリーブ６２
・・サーボモータ　　６．５・・・リンクレバー６８・
・・ポテンショメータ　　７１・・・燃料遮断弁７２・
・・ピボットピン　　７６・・燃料温度センサＩＳ１・
・・アクセル踏角信号ＩＳ２・・基準パルス　　ＩＳ３・・単位パルスＩＳ６
・・・温度信号　　　工Ｓ？・・・噴射開始信号ＩＳ９
・・・スリーブ位置信号ＯＳイ・・・燃料噴射量指令信号 ○Ｓ５・・・噴射時期制御信号Ｓ、・・・サーボ信号

Claims

【特許請求の範囲】１　アクセルペダルの錯角及びエンジン回転数等に応じ
て噴射量指令値算出手段によって算出される噴射量指令
値によって、燃料噴射ポンプの噴射量調節機構を駆動す
るアクチュエータを制御することにより燃料噴射量を制
御するディーゼルエンジンの燃料制御装置において、前記噴射量指令値算出手段によって算出される噴射量指
令値の変化速度を検出する変化速度検出手段と、エンジン回転速度に応じて噴射量指令値の変化速度の上
限値を算出する上限値算出手段と、該上限値算出手段に
よって算出された上限値をエンジン冷却水温に応じて補
正する上限値補正手段と、前記噴射量指令値算出手段によって算出された噴射量指
令値を、その変化速度が前記上限値補正手段によって補
正された上限値を越えないように補正する噴射量指令値
補正手段とを設けたことを特徴とするディーゼルエンジ
ンの燃料制御装置。