JPS61223249A - デイ−ゼル機関用電気的制御装置 - 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、ディーゼル機関の吸気絞りと吸気加熱を共に
制御する電気的制御装置に関するものである。

（従来の技術） ディーゼル機関は圧縮着火エンジンであるため、圧縮時
の気筒的空気温度が軽油の着火が可能な温度まで上昇し
なければ燃焼できず、エンジントルクを発生しない。

そこで自動車用小型ディーゼル機関では、圧縮比が１４
〜２２程度とガソリン機関に比べ相当高い値に選ばれて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） この様な高い圧縮比によって、機関の圧縮行程１　　　
　　　で高温高圧となった気筒内に燃料が噴射され、自
己着火が行われエンジントルクを発生するのであるが、
着火を確実にするために高い圧縮圧力を発生する従来の
ディーゼル機関では噴射された燃料が着火する際の燃焼
速度が急速であり、燃焼時の気筒内圧力のピーク値も高
い値となる。そのため、ディーゼル機関特有の不快な燃
焼騒音を発生することになり好ましくない。

特に冷間時のアイドル回転時等においては、機関各部の
温度が比較的低いため圧縮行程での気筒的空気温度も低
く、噴射燃料が着火するまでの着火遅れが長くなり、い
わゆるディーゼルノックを起し大きな燃騒音を発生する
ことになる。

そのため、従来、燃焼騒音等を低減すべく吸気絞りを行
なうもの（例えば特開昭５６−８３５３５号公報）、あ
るいは吸気加熱を行なうもの（例えば実開昭５７−８９
８５１号公報）が知られているが、各々単独に制御され
るため十分な効果が期待できない。

そこで本発明は、機関の始動性を確保すると共にアイド
ル回転時等の低負荷低回転域において騒音低減をはかり
、更に高負荷高回転域では十分なエンジン出力を発揮さ
せ、またバッテリ等の電力消費を低減しバッテリ上がり
等を防止することができるディーゼル機関用電気用制御
装置を提案することをと目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、ディーゼル機関の
吸気系に吸気通路を絞る吸気絞り手段と吸気を加熱する
吸気加熱手段とを配設すると共に、機関の回転数を検出
する回転数検出手段及び機関の負荷を検出する負荷検出
手段を含む運転状態検出手段と、 前記回転数検出手段の回転数信号及び前記負荷検出手段
の負荷信号を含む運転状態検出信号に基づいて吸気絞り
手段と吸気加熱手段の両方の作動を制御する電気的制御
手段とを備えている。

（作　用） 本発明では、吸気絞り手段と吸気加熱手段は機関の回転
数と負荷とを含む運転状態を変数とする関数領域（また
は関数値）で制御されるが、その作用について説明する
。

まず、例えば、始動時には、吸気絞りは行わず吸気加熱
のみを行って加熱された空気をそのまま気筒内に吸入さ
せ、圧縮時の気筒内の空気温度を十分高くし、始動性を
向上させる。又アイドル回転時等の低負荷低回転領域で
は、必要とするエンジントルクは比較的少ないため少な
い吸気量で十分である。このとき吸気絞りと吸気加熱を
併用すれば圧縮行程での気筒内空気圧力は低く抑さえら
れ気筒的空気温度は高温とする事ができる。この状態で
燃料を噴射すれば燃料の着火遅れは短縮されると共に燃
焼速度も比較的低くなるため燃焼騒音の低減が実現でき
る。このとき吸気加熱と吸気絞りによる吸気密度の低下
は、エンジ負荷が低いため問題とならず、黒煙、白煙等
の発生も低いレベルとなる。

又、高負荷高回転領域では吸気絞りも吸気加熱も不作動
として密度の高い空気を出来るだけ多く気筒内に取り込
むようにすればエンジントルクを十分に発生し、かつ黒
煙の発生も少なく抑さえることができる。

又、吸気加熱を行う運転状態としては、始動時とかアイ
ドル回転時等の低負荷低回転域に限定すれば、電源とな
る車載バッテリ等の電力消費を極力小さく抑さえる事が
できる。

さらに吸気加熱を行う運転状態が連続して継続する場合
ではそのまま吸気加熱を継続させると・大電流が長時間
消費されるためバッテリ上がりの問題を生じる可能性が
あるが連続して行う吸気加熱時間を一定時間以下に制限
し、それ以上についてはたとえ吸気加熱条件が成立して
も作動を停止させる制御を行うとか、バッテリ電圧が一
定限界を下まわった場合は吸気加熱条件が成立していて
も吸気加熱を停止させるといったきめ細かい制御を付加
すればバッテリ上りの不具合を防ぐことができる。

また吸気加熱手段として、例えばチタン酸バリ０　　　
　　　ラムを基材としてランタン等の添加剤を加えて焼
結したいわゆるＰＴＣ素子（温度に対し、正の抵抗変化
特性を有する素子）を使用してヒーターを構成し、例え
ばハニカム状通路に吸気を通過させ熱交換させるべ（機
関吸気系に配設し、電気的制御手段にて通電条件を判定
し、ヒーターの電源回路を制御すれば、吸気加熱の状態
を迅速に制御する事ができる。

また、吸気絞り手段の吸気絞り量は回転数と負荷とを変
数とする吸気絞り制御マツプに記憶された目標値にフィ
ードバック制御するようにすれば、よりきめ細かな吸気
絞り効果を得る事ができる。

（実施例） 以下本発明を図面に示す実施例によって説明する。第１
図は本発明の一実施例を示す概略構成図で、１は機関の
負荷を検出する負荷検出手段、２は機関の回転数を検出
する回転数検出手段、３は吸気通路を絞る吸気絞り手段
４及び吸気を加熱する吸気加熱手段５の作動を制御する
電気的制御手段、１０はバッテリ電圧、始動状態等を検
出する他の検出手段である。

負荷検出手段１の例としては、車両のアクセルペダルに
ポテンショメータを連動させて、アクセル開度に応じた
アナログ電圧のアクセル信号を得るものがある。

また、回転数検出手段２の例としては、機関のクランク
軸に回転数検出用歯車を連動させ、この歯車の回転を電
磁ピックア゛ツブで検出する事により前記クランク軸の
回転数に比例したパルス数の回転信号を得るものがある
。

゛　　　　　　　電気的制御手段３の例は第２図に示さ
れる。ここでＡＤＣ３１はアナログ電圧の信号をデジタ
ルデータに変換するための公知のアナログデジタル変換
器であり、この例では負荷（アクセル）検出手段１及び
車載用バッテリ６の電圧を入力信号として、それぞれデ
ジタルのアクセル値及びバッテリ電圧値に変換し、定期
的にデータを出力する。

また、始動検出手段８は機関が始動中か否かを検出し、
その信号をバッファ３８を介してＭＰＵ３２に出力する
。ＭＰＵ３２はマイクロプロセッサユニットであり、Ｒ
ＯＭ　（読み出し専用メモリ）３３にプログラムされた
演算手順に従って運転状態を判定し、駆動回路１３５及
び駆動回路［３６の出力レベルを決定する。

回転数検出手段２より送られるパルス信号は波形整形回
路３７によって波形整形□され、ＭＰＵ３２に入力され
る。そして、ＭＰＵ３２は回転検出パルスの発生する周
期を時間計測する事によって機関の回転数を演算する。

これによって機関の運転状態のうち回転数と負荷、及び
バッテリ電圧といったデータは一時記憶メモリめＲＡＭ
３４に記憶されている。

文ＲＯＭ３３にはあらかじめ第３図に例示す葛如く、回
転数と負荷のデータをパラメータとして、吸気絞りと吸
気加熱を行なう領域を決める吸気絞り領域マツプ（ａ′
）及び吸気加熱領域マツプ（ｂ）を記憶している。第３
図でハツチを施こした作動領域である。又、このＲＯＭ
３３にはバッテリ電圧に対して作動判定を行う電圧判定
手段の設定電圧を記憶している。

本電気的制御装置の電源は車両の補機電源である車載バ
ッテリより得ているが、吸気加熱を長時間継続する場合
は吸気加熱手段で消費される電流が大きいためバッテリ
あがりを起こｔ恐れがある。

そこで第３図の例では、Ｍ　Ｐ、Ｕ　３２の機能として
バッテリ電圧をλ／Ｄ変換し、一定限界以上あるか否か
を判定し、一定限界を下まわった場合は吸気加熱を不作
動とするためのバッテリ電圧判定手段を備えている。こ
のバフテリ電圧判定手段は、例えばキースイッチのスタ
ータ接点より得た始動検出手段としての始動信号をバッ
ファ３８をへてＭＰＵ３２に入力する事で吸気加熱動作
を停止可能とする構成としている。即ち始動時にスター
タ負荷によりバッテリ電圧が設定値以下となって、吸気
加熱が不作動となり始動性を損なう不具合を回避するた
めの機能を、ソフトウェアのプログラムにて実現してい
る。

駆動回路１３５及び駆動回路１１３６は、ＭＰＵ３２の
発生する吸気絞り作動信号ｔ°と吸気加熱・　　　　　
　　作動信号ｈ°とをオンオフ増幅し、吸気絞り手段４
を制御するための出力ｔと吸気加熱手段を制御するため
のリレーの制御出力りを発生する。

第４図に例示する信号フローチャートにより電気的制御
手段３の制御アルゴリズムを説明する。

ＭＰＵ３２は読み込まれた回転数と負荷に関する信号を
パラメータとして第３図に示す吸気絞り領域マツプ及び
吸気加熱領域マツプを検索する事により、吸気絞り領域
判定及び吸気加熱領域判定を行い、吸気絞り又は吸気加
熱を行うべきか否かを判定する。吸気加熱を行うべきと
判定した場合についてはさらに始動信号の有無とバッテ
リ電圧が設定値を越えているか否かを判定す−る。この
バッテリ電圧判定と吸気加熱領域判定の結果は論理積（
ＡＮＤ）をとってｉとし、ｌと始動信号との論理和（Ｏ
Ｒ）をとって吸気絞りについて吸気絞り領域判定を行っ
て前述の演算出力ｔ°を発生する。

次に吸気絞り手段及び吸気加熱手段の一例を第５図に示
す。

この図において、機関の吸気管４１の左側はエアクリー
ナーに通じる側であり、吸気絞り手段４の吸気絞り弁４
２を内蔵する。吸気絞り弁４２はダイアフラム４４を含
むエアサーボ式のアクチュエータ４３によって操作され
る。４７は電磁駆動式三方切換弁で駆動電流がない状態
では流路Ｐは大気開放通路Ｒに通じており、アクチュエ
ータ４３の作用室４６は大気圧となっているためスプリ
ング４５は伸びて作用端４８を外部に押し出す。

従って作用端４８にリンク結合された吸気絞り弁４２は
開放し、吸気は全く絞られない状態で機関に吸入される
。

電気的制御手段３からの駆動出力ｔがハイレベルとなり
、駆動電流が加えられると三方切換弁は流路Ｐと流路Ｑ
が通じる。そして流路Ｑは負圧源に通じているためアク
チュエータ４３の作用室４６の気圧が低下し、ダイヤフ
ラム４４に働く負圧の力によりスプリング・４５は縮め
られ作用端４８は短縮する。そこで作用９４Ｂにリンク
した絞り弁４２がアジャストスクリュー４８の先端にあ
たるまで閉じ吸気管４１の通気通路を絞る。

従って機関の吸入管が絞られて吸入空気量が減少する。

吸気管５１の右側は機関の吸気マニホルドへ通じる側で
吸気加熱手段のＰＴＣヒーター５２を内蔵している。Ｐ
ＴＣヒーターはチタン酸バリウムに少量のランタン等を
添加した焼結体でハニカム状の空気通路を持っており、
電極５２と５３°、５３″に電圧を加えジュール熱を発
生する事により、焼結体をキューリ一温度近くまで昇温
させることができる。そこで電気的制御手段３の駆動出
力りがハイレベルとなるとリレー５４の接点が閉成する
ため、バッテリ５５よりＰＴＣヒーター５２に電流が流
れ発熱する。これにより吸気管５１に通る吸気を加熱す
る事ができる。

以上の構成の作用をまず吸気加熱について説明する０機
関の回転数と負荷が第３図（ｂ）に示す領域判定マツプ
のハツチ部内、即ち吸気加熱領域にある場合には吸気加
熱を実行する判定となる。又、バッテリ電圧が設定値以
上であれば吸気加熱は行うべきと判定されるため、これ
と吸気加熱領域判定の論理積ｉは成立し、吸気加熱制御
信号ｈ°は吸気加熱を行うべき判定結果となりハイレベ
ルとなる。なお、バッテリ電圧が設定値以下の場合は吸
気加熱は行うべきでないと判定される。但し、この場合
でも始動時であれば吸気加熱領域判定あるいはバッテリ
電圧判定の結果如何にかかわりなく、常に論理和が成立
するため、吸気加熱を行うべき判定結果となりｈ”はハ
イレベルとなる。

吸気絞りについては、回転数と負荷の運転状態が第３図
（ａｌのハツチ部の領域にあれば吸気絞り条件が成立す
るため、判定結果ｔ°はハイレベルとなり吸気絞りは行
うべきと判定される。

以上より吸気絞り及び吸気加熱を行なうか否かを判定す
る基本運転状態として機関の回転数と負荷について述べ
、その他の補助的運転状態として始動信号とバッテリ電
圧を例として説明したが、補助的運転状態は省略する事
も可能であり、又別の補助的運転状態として吸気圧、冷
却水温等を用いることも可能であるが、これらはいずれ
も本発明の応用例に過ぎないので詳細な説明は省略する
。

０　　　　　　　又、゛上述の実施例では機関の負荷を
検出する信号としてアクセル操作量を用いる場合を示し
たが、これ以外では噴射ポンプの噴射量を表わす信号例
えば列型ポンプのラック位置信号を用いる事も出来る。

又、各種運転状態を電気信号で検出し、噴射量を電気的
に演算して噴射ポンプに指令する方式の電子制御噴射ポ
ンプ（例えば特開昭５７−２０５２５号公報）を搭載す
る機関では、電気的に演算される噴射量指令値を負荷信
号として使用する事が可能である。

又、吸気熱手段としてＰＴＣヒーターを用いる例を示し
たが、これはＰＴＣ素子がキュリ一温度前後で電気抵抗
が小から大へ急変する特性により通電から一定温度に達
するまでの温度上昇が急速で、かつキュリ一温度付近の
一定温度に飽和する特性により、迅速かつ安定な吸気加
熱が実現できる点で有利である。

この他の吸気加熱手段として従来のニクロム線による電
気ヒーターを用いる事も当然可能である。

又、吸気絞り手段４として第２図の実施例では吸気絞り
弁４２を回転数と負荷によって定まる吸気絞り領域マツ
プで全開又は全開に切換えるオーブンループ制御の場合
を示したが、第６図の構成図の如く半導体式吸気圧検出
手段としての吸気圧センサ７にて機関の吸気マニホール
ド圧力を検出し、電気的制御手段３に入力すると共に、
Ａ／Ｄコンバータ３１にてデジタル信号に変換し実吸気
圧データとしてＭＰＵ３２に読み込み、そして回転数と
負荷をパラメータとして吸気圧の目標値を与える吸気絞
り制御マツプを検索して目標吸気圧データを求め、さら
に実吸気圧データと目標吸気圧データの誤差に応じて吸
気絞り手段４に含まれ−る三方弁４７の駆動パルス電圧
をデユーティ変調′する事により、アクチュエータ４３
の作用室４６の圧力を連続的に変化させ、吸気絞り弁４
２を連続的にフィードバック制御する事も可能である。

これによって吸気絞り効果を機関の運゛転状態に応じて
よりきめ細かく制御可能である。

（発明の効果） 以上の如く本発明では、機関の回転数と負荷を基本的な
運転状態として、吸気絞り及び吸気加熱を行う領域判定
をし前制御を有機的に結合させているため、例えば始動
時から低負荷低回転域で始動性と騒音低減を実現するこ
とができると共に、高負荷高回転域ではエンジントルク
を十分に発生する事が可能であり、又バッテリ電源を有
効に利用した吸気加熱及び吸気絞り制御が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す図、第２図は第
１図中の電気的制御手段の一実施例を示す回路ブロック
図、 第３図は吸気絞り及び吸気加熱の領域マツプの一例を示
す図、 第４図は本実施例の信号フローチャートの一例を示す図
、□ 第５図は吸気絞り手段及び吸気加熱手段の具体的構成を
示す図、 第６図は本発明の他の実施例を示す電気的制御手段の回
路ブロック図である。 １・・・負荷検出手段、２・・・回転数検出手段、３・
・・電気的制御手段、４・・・吸気絞り手段、５・・・
吸気加熱手段、６・・・バッテリ電圧検出手段、７・・
・吸気圧検出手段、８・・・始動検出手段、３２・・・
マイクロプロセッサユニット、４２・・・吸気絞り弁、
５１・・・吸気管、５２・・・ＰＴＣヒーター。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ディーゼル機関の吸気系に吸気通路を絞る吸気
   絞り手段と吸気を加熱する吸気加熱手段とを配設すると
   共に、該機関の回転数を検出する回転数検出手段及び前
   記機関の負荷を検出する負荷検出手段を含む運転状態検
   出手段と、前記回転数検出手段の回転数信号及び前記負
   荷検出手段の負荷信号を含む運転状態検出信号を制御信
   号として前記吸気絞り手段と前記吸気加熱手段の作動を
   制御するための電気的制御手段を備える事を特徴とする
   ディーゼル機関用電気的制御装置。
2. （２）　前記運転状態検出手段として機関の吸気圧力を
   検出する圧力検出手段を備えると共に、前記電気的制御
   手段は前記回転数と負荷に応じた吸気絞り制御マップよ
   り吸気圧力の目標値を求め、前記吸気圧力の検出値及び
   この目標値に応じて吸気圧力をフィードバック制御する
   事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のディーゼ
   ル機関用電気的制御装置。
3. （３）　前記運転状態検出手段として機関のバッテリ電
   圧を検出するバッテリ電圧検出手段及び機関の始動状態
   を検出する始動検出手段とを有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項に記載のディーゼル機
   関用電気的制御装置。
4. （４）　前記吸気加熱手段としてＰＴＣヒーターを含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のい
   ずれかに記載のディーゼル機関用電気的制御装置。