JPS62203958A - 燃料噴射率制御装置 - 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例えばアイドル時の騒音や振
動の低下をはかるために、主たる燃料噴射（以下、主噴
射という）に先立ってパイロ・７）噴射を行なう機構を
有する燃料噴射率制御装置に関する。

〔従来の技術〕

燃料噴射率を改善する為のパイロット噴射の主な制御項
目は、パイロット噴射の噴射量（以下、パイロット噴射
量という）と、パイロット噴射と主噴射の間の噴射停止
期間（以下、噴射停止期間という）の二つが挙げられる
が、従来この二つの項目を例えばディーゼル機関暖機前
のアイドル時に限定してアイドル時におけるその両者の
値を固定値とする装置や、パイロット噴射量については
主噴射の火種となる適当な量に固定しておき噴射停止期
間についてはディーゼル機関回転数、機関負荷、機関冷
却水の温度等の関数として定める装置等が例えば特開昭
６０−１３５１号公報に示されている。

〔発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のパイロット噴射量及び噴射停止期
間を固定値とする装置においては、ディーゼル機関暖機
後等にパイロット噴射の効果がうすれるという問題があ
り、またディーゼル機関冷却水の温度等の関数として噴
射停止期間を制御する装置においては、通常の場合良好
であるが、吸入空気の密度や吸入空気中の水分等の考え
られるすべての環境状態をパラメータとすることはセン
サ類の増加をまねくため装置が？３ｆ雑化するので困難
であるし、また、このような装置においては、ディーゼ
ル機関の機差による最適噴射停止期間のばらつきは原理
的に補正できないという問題があった。もちろん、パイ
ロット噴射量に関しても上述の噴射停止期間と同様な問
題がある。

そこで、本発明は上記の問題点に鑑みて創案されたもの
で、ディーゼル機関負荷や冷却水温等の間接的な情報で
なく、ディーゼル機関の振動及び騒音に直接的に影古を
与える燃焼室内の燃焼強度を燃焼強度検出手段により検
出し、これから得られた燃焼強度に応じてパイロット噴
射量又は゛噴射停止期間を最適値に制御する事により、
ディーゼル機関の機差に依存する事なく、ディーゼル機
関暖機後も最適の噴射率制御を行なえる燃料噴射率制御
装置を提供する事を目的としてる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の目的を達成するために本発明の燃料噴射率制御装
置は、ディーゼル機関の燃焼室内への主噴射に先立って
パイロット噴射を行なうパイロット噴射手段と、前記燃
焼室内における燃料の燃焼強度を検出する燃焼強度検出
手段と、前記燃焼強度検出手段により検出された前記燃
焼強度の値に応じた信号により前記パイロット噴射の噴
射量、又は噴射停止期間を制御する信号を前記パイロッ
ト噴射手段に出力するパイロット噴射制御「手段とから
構成される。

〔実施例〕

以下本発明による燃料噴射率制御装置を図面に示す実施
例により詳細に説明する。第１図は本発明の一実施例を
示す全体構成図である。■はディーゼル機関の燃焼室で
ある。２は燃焼強度検出手段であり、燃焼室１の燃焼光
の光強度を検出する燃焼光センサ２０と、燃焼光センサ
２０からの信号のノイズ的な高周波成分を取り除くため
のローパスフィルタ２１と、その出力の傾斜を求める微
分回路２２と、その傾斜の最大値を求めるためのピーク
ホールド回路２３から成っており、その最大値を燃焼強
度として出力している。ここで、燃焼光センサ２０とし
ては、例えばフォトトランジスタ等を用いて光を電気信
号に変換する公知の着火センサを用いている。また、燃
焼光センサ２０としては低ノイズでかつ燃焼状態に対し
て過敏でないものを用いた場合には、ローパスフィルタ
２１は不要である。

３は燃焼強度検出手段２からの信号を受けて、後述する
パイロット噴射手段４を制御するパイロット噴射制御手
段としてのマイクロコンピュータであり、ＣＰＵ３１、
ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、Ａ／Ｄ変換器３４、タイマ３
５、ｌ１０３６等より成っている。４はパイロット噴射
手段であり、−フイ’）ロコンピュータ３の制御信号を
受けて、ピエゾ駆動回路４１がビエゾアクヂュエータ４
ｏに充電及び放電を行ない、パイロット噴射量又は噴射
停止期間を制御するものである。５はカム角度センサで
あり、例えば分配型燃料噴射ポンプのフェースカムの角
度を検出する。図は４気筒の場合を示しており、１回の
噴射に対して１つのパルスを出力するものである。これ
には例えば磁気抵抗素子を応用したパルサ検出器が適用
可能である。

このカム角度センサ５は、マイクロコンピュータ３がピ
ークホールド回路２３からＡ／Ｄ変換器３４を介して燃
焼強度を取り込むタイミングや、マイクロコンピュータ
３がピークホールド回路２３をリセットするタイミング
及び、パイロット噴射手段４に制御信号を出力するタイ
ミング等の基準となるものである。

第２図は燃焼強度検出手段２により傾斜の最大値すなわ
ち燃焼強度が検出され、その信号がマイクロコンピュー
タ３に取り込まれる様子を示したタイムチャートである
。まず第２図（ｂｌにある様なパイロット噴射ｂ１及び
主噴射ｂ２か行われ、これにより同図（Ｃ１にある様に
燃焼時の光強度が燃焼光センサ２０により検出される。

ここで用いている燃焼光センサ２０は過敏であるため信
号に綱がな波が生じている。この細かな波が後の微分回
路２２に対して悪影響を与えない様にローパスフィルタ
２１でこれを取り除いている。このローパスフィルタ２
１の出力波形が同図ｆｄ）である。同図（ｅ）は微分回
路２２の出力波形であり、同図（ｄｌの波形の時々刻々
の傾斜に対応した値となる。また同図（ｅ）の点線はピ
ークホールド回路２３のマイクロコンピュータ３への出
力を示しており、同図（ｄ）の点線の丸で囲った部分の
傾斜が最も大きいことがわかる。カム角度センサ５から
の信号は燃料噴射が終わってしばらくしてから得られる
ような位置にセントされており　（同図（ａｌ）、ピー
クホールド回路２３の出力電圧すなわち燃焼強度は、こ
のカム角度信号に同期して、マイクロコンピュータ３内
に取り込まれる。マイクロコンピュータ３は燃焼強度の
をり込みが完了した時点でピークホールド回路２３に対
してリセット信号を化ツノする。このようにして常に最
新の傾斜の最大値すなわち燃焼強度がマイクロコンピュ
ータ３に取り込まれることになる。

第３図はパイロット噴射手段４の構成を示している。６
は例えばボッシュ式分配型燃料噴射ポンプであり、６１
はプランジャで、図示せぬフェースカムにより図の左方
向に押され、高圧室６２内の燃料を高圧とし、ノズル６
３より図示せぬディーゼル機関の燃焼室に燃料を噴射す
るものである。

４０は高圧室６２に面して取付けられたピエゾ電圧効果
を応用したピエゾアクチュエータであり、例えば特開昭
５９−１８２４９号公報にあるような構成のものである
。４１はピエゾ駆動回路であり、ピエゾアクチュエータ
４０に電荷を充電したり、また発生した電荷を放電させ
る事によりピエゾ素子を伸縮させ高圧室６２の圧力を変
化させることによりパイロット噴射を行わせるものであ
る。

この駆動回路４１は、マイクロコンピュータ３からの信
号■８□を受けて、ピエゾアクチュエータ４０に蓄えら
れた電荷を放電するためのトランジスタ４１１、そのト
ランジスタ４１１を保護するための抵抗４１２、バッテ
リからのエネルギーを電流の形で蓄えるためのインダク
タ４１３、ピエゾアクチュエータ４０からインダクタ４
１３を介してバッテリに電流が逆流するのを防止するた
めのダイオード４１４、マイクロコンピュータ３からの
信号■□を受けて、バッテリーインダクタ４１３→ピエ
ゾアクチユエータ４０の経路でエネルギーを移動させピ
エゾアクチュエータ４０の両６ａ　子間に高電圧を発生
させるためのトランジスタ４１５から成っている。

次に上記パイロット噴射手段４の動作を第４図に示すタ
イムチャートにより説明する。図において（ａｌはカム
角度センサ５からの信号であり、第２図で説明した様に
、噴射が終了し、燃焼が完了したころに１つのパルスが
発生する様なセツティングがなされている。同図（ｂｌ
はプランジャのリフト状態を示している。同図（ｃ）は
トランジスタ４１５の制御信号であり、本実施例ではカ
ム角度センサ５の信号に同期させてトランジスタ４１５
を“ＯＮ″状態にさせる様にしている。トランジスタ４
１５がＯＮ”状態となると同図（ｅ）の様にインダクタ
４１３に電流ＩＬが流れ始める。そして時間１、後にマ
イクロコンピュータ３からの制御信号Ｖ１がうち切られ
トランジスタ４１５が“ＯＦＦ”状態となるとインダク
タ４１３に電流の形で蓄えられたエネルギーがピエゾア
クチュエータ４０にすべて移されるため同図（ｆ）の様
にピエゾアクチュエータ４０の両端子間型圧Ｖ、は高電
圧■。となる。その後プランジャがリフトし始めると高
圧室６２の圧力が上昇し、ピエゾアクチュエータ４゜は
自ら電圧を発生するため電圧ｖ２は上昇してぃきＶＦＭ
となる。この頃には高圧室６２の圧力はノズル開弁圧以
上となり同図（勢の様に噴射が開始されている　（パイ
ロット噴射）。このとき同図（ｄ）にある様にトランジ
スタ４１１がマイクロコンピュータ３からの制御信号Ｖ
ＳＺをうけて“ＯＮ”状態となり、ピエゾアクチュエー
タ４０に蓄えられた高電圧Ｖ工が放電されピエゾアクチ
ュエータ４０が縮み、高圧室６２の圧力が低下し、いっ
たん噴射が停止され、パイロット噴射が形成される。

その後さらにプランジャがリフトし再び高圧室６２の圧
力が上昇し噴射が再開される。そして図示せぬガバナ機
構により噴射が停止され、主噴射が形成される。

ここで図中点線で示した様に、トランジスタ４１５の“
ＯＮ”状態時間ｔ８を長くするとチャージ電圧■。の値
が大きくなり、高電圧■、の値も大きくなる。この■、
の値が大きい程ピエゾアクチュエータ４０の縮み量が大
きいため噴射停止期間Ｔが長くなる。つまり、トランジ
スタ４１５の“ＯＮ”状態時間１．によって噴射停止期
間Ｔが制御できる。また、トランジスタ４１１の“ＯＮ
”時期ＴＭＧを変えることにより、噴射停止時間の始ま
る時期が変わることから、トランジスタ４１１の“ＯＮ
″時期ＴＭＧによってパイロット噴射量も制御できる。

以上詳述した様なパイロット噴射量と噴射停止期間が制
御可能なパイロット噴射手段４と燃焼光センサ２０から
の信号の傾斜の最大値すなわち燃焼強度を求める燃焼強
度検出手段２とを用いて最適なパイロット噴射を行なわ
せるマイクロコンピュータ３内のアルゴリズムの一例を
第５図乃至第７図のフローチャートを用いて説明する。

第５図はマイクロコンピュータ３のメインプログラムを
示すフローチャートであり、ステップ９１１でディーゼ
ル機関の始動を確認した後、ステップ９１２でパイロッ
ト噴射量の基準値ｑ！ｌと噴射停止期間の基準値Ｔ８に
初期値を入れる。この初期値はたとえば標準的な気候の
ときのディーゼル機関暖機前のアイドル時に最適となる
バイロフト噴射量及び噴射停止期間の値としておくとよ
い。ステップ９１３では基準値ｑｉ及びＴ、をそのまま
実際のパイロット噴射１ｔｑｓ、噴射停止期間Ｔ、とじ
ている。このｑ、４及びＴＨは実験的に求められた変換
式に従って、第４図中の時刻ＴＭＧ及び時間１、に変換
された後マイクロコンピュータ３のタイマ割込み機能を
用いてバイロフト噴射手段４に出力されるものである。

次に、ステップ９１４で燃焼強度検出手段２・から燃焼
強度を入力し、変数ＩＮＴＥＮＳＩに入れる。ここまで
で変数の初期化がすべて完了する。続いてステップ９１
５にてパイロット噴射量の更新が行われ、パイロット噴
射■は初期値から所定の値だけ最適値に近づく。ステ。

プ９１６では同様に噴射停止期間の更新が行われ、噴射
停止期間は初期値から所定の値だけ最適値に近づく。以
後このステップ９１５とステップ９１６が繰り返され、
パイロット噴射量と噴射停止期間は最適値で落ちつく。

ステップ９１５におけるパイロット噴射量更新部分の詳
細を第６図のフローチャートを用いて説明する。ステッ
プ９２１でまず実際のパイロット噴射ｉｔ　ｑ　Ｎを基
準となるパイロット噴射ｆｆｌ　ｑ　ｓより所定の値を
有する微少看Δｑだけ増加させている。次にステップ９
２２でこの時の燃焼強度を入力して変数ＩＮＴＥＮＳ、
に入れる。ステップ９２３で基準となる燃焼強度ＩＮＴ
ＥＮＳｇとΔｑだけ増量した時に検出された燃焼強度Ｉ
ＮＴＥＮＳ、とを比較している。ここで、ＩＮＴＥＮＳ
、の方が大きい場合にはΔｑの増量により燃焼強度が改
善されたことを意味しており、ステップ９２４へ進みΔ
ｑ増量したパイロット噴射’Ｊｋ　ｑ　ｓを新たな基準
ｑ８とし、又、このときの燃焼強度ＩＮＴＥＮＳ、を基
準の燃焼強度ＩＮＴＥＮＳ、としている。ステップ９２
３にてＩＮＴＥＮＳ。

の方が小さい場合にはΔｑの増量により燃焼強度が悪化
したことを意味しており、ステップ９２５に進み今度は
基準値ｑａからΔｑだけ減量させる。

ステップ９２６にてこの時の燃焼強度をＩＮＴＥＮＳＨ
に人力し、ステップ９２７にてΔｑだけ減量したときの
燃焼強度ＩＮＴＥＮＳＨ（！：基準の燃焼強度ＩＮＴＥ
ＮＳ。

とを比較している。ここで、ＩＮＴＥＭＳ、の方が大き
い場合にはΔｑのｉｔにより燃焼強度が改善されたこと
を意味しており、ステップ９２４へ進みΔｑだけ減量し
た時のパイロット噴射量ｑＮを新たな基準ｑ、とし、こ
の時の燃焼強度ＩＮＴＥＮＳＮを基準の燃焼強度ＴＮＴ
ＥＮＳ＠としている。また、ステップ９２７にてＩＮＴ
ＥＮＳＢの方が小さい場合にはΔｑの増量によってもあ
るいはΔｑのＭｆｆｉによっても燃焼強度が悪化したこ
とを意味するので、基準ｑＢの更新は行わない。このよ
うにしてパイロ・ノド噴射量は微少量Δｑだけ最適値（
すなわち燃焼強度を最も小さくする値）に近づく。尚、
ここでは燃焼強度は１回だけ入力して判断しているが、
燃焼強度のばらつきが大きくなる様な燃焼光センサ°２
０を用いた時には、複数回の平均値を用いた方がよい。

第７図は第５図中のステップ９１６すなわち噴射停止期
間更新部分を詳細に説明する為のフローチャートである
が、アルゴリズム的には第６図と同じであり、パイロッ
ト噴射量ｑが噴射停止期間Ｔに置き換わっただけである
のでその説明は省略する。このように第５図乃至第７図
のアルゴリズムによれば、燃焼強度が最小となるような
、パイロット噴射量と噴射停止期間の組、すなわち、最
適な値の両者の組に制御することができる。

以上詳述した本実施例の効果を第８図と第９図を用いて
説明する。第８図（ａｌはパイロット噴射量が少なすぎ
る場合の噴射率及びローパスフィルタ２１の出力波形を
示しており、この時はパイロット噴射は主噴射の火種と
はなり得ず、主噴射に大きな着火遅れが生じ、主噴射の
燃焼が爆発的に起こり、大きな振動及び騒音が発生する
と同時に点線で囲った部分に大きな値の傾斜の最大値が
あられれ、燃焼強度が大きいことがわかる。この時パイ
ロット噴射量を増量するとパイロット噴射が種噴射の火
種となりうるため燃焼強度が減少し、同図（ｂ）に示す
噴射停止期間が適度な値に近づく様に制御される。また
、同図（Ｃ）はバイロフト噴射量が多すぎる場合で、こ
の時は主噴射の着火遅れは無いが、パイロット噴射自体
の燃焼が爆発的に起こり、大きな振動及び騒音を発する
と同時に点線で囲った様に燃焼強度の大きい部分が発生
する。この場合も燃焼強度を小さくすべく、すなわち同
図（ｂｌに近づく様に制御される。

第９図は噴射停止期間が制？Ｉ［ｌされる様子を示して
いる。同時ｆａｔは噴射停止期間が短か過ぎる場合の噴
射率及びローパスフィルタ２１の出力波形を示しており
、パイロット噴射の着火遅れ期間中に主噴射が多量に噴
射されてしまうため燃焼が爆発的に起こった場合を示し
、同図（Ｃ１は噴射停止期間が長過ぎた場合で、パイロ
ット噴射の燃焼が終了した後に主噴射が始まったため、
パイロット噴射の効果が無く、主噴射の燃焼が爆発的に
起こっている。同図（ａ）、　（Ｃ）共に騒音及び振動
が大きい（すなわち、噴射停止期間が適度でない）と同
時に燃焼強度が大きくなっており、この燃焼強度を小さ
くすべく制御されるため同図（ｂ）に示す適度な噴射停
止期間に落ちつき、先に述べたパイロット噴射量も最適
値に制御できる事から、本実施例によるとディーゼル機
関の機差に依存する事なく、ディーゼル機関暖機後も最
適の噴射率制御が行われた事になり、ディーゼル機関に
よる騒音及び振動を低減できるという効果がある。又、
同時に燃焼強度を小さくする事は燃焼を緩慢にする事を
意味しており、排ガスの浄化にも役立つという効果もあ
る。

尚、本発明は上記実施例に限定される事なく、その主旨
から逸脱しない限り以下に示す如く種々変形可能である
。

（１）上記実施例では燃焼室内の燃焼光の光強度の傾斜
の最大値を燃焼強度としているが、燃焼光の光強度自体
が、パイロット噴射量又は噴射停止期間が適度な値でな
い時には、適度な値における光強度より大きくなる事か
ら、光強度の最大値を燃焼強度としてその値が最小にな
るように制御してもよい。又、光強度は熱発生率と相関
関係がある事から、熱発生率と相関関係にある燃焼室内
の圧力の時間微分を利用して、例えば、燃焼室内の圧力
を指圧センサ等により検出し、この信号の一階微分、又
は二階微分をもってして燃焼強度とし、この値が最小に
なるように制御してもよい。

（２）マイクロコンピュータ３内のアルゴリズムにおい
て基準値を増減する微少量Δｑは、上記実施例のように
適当な値をあらかじめ設定しておいてもよいし、ディー
ゼル機関の運転状態に応じて任意に制御可能としてもよ
い。

〔発明の効果〕

以上述べた如く本発明の燃料噴射率制御装置によれば、
ディーゼル機関負荷や冷却水温等の間接的な情報でなく
、ディーゼル機関の振動及び騒音に直接的に影響を与え
る燃焼室内の燃焼強度を燃焼強度検出手段により検出し
、これから得られた燃焼強度に応じてパイロット噴射量
、又は噴射停止期間を最適値に制御する事により、燃焼
の初期での熱発生率を小さくし、ディーゼル機関の機差
に依存する事なく、ディーゼル機関暖機後も最適の噴射
率制御が行なえ、振動及び騒音を低減する事が出来ると
いう優れた効果かあ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料噴射率制御装置の一実施例を示す
全体構成図、第２図は燃焼強度検出手段により燃焼強度
が検出され、その信号がマイクロコンピュータに取り込
まれる様子を示したタイムチャート、第３図はパイロッ
ト噴射手段の構成を示した図、第４図はパイロット噴射
手段の動作を説明するタイムチャート、第５図はマイク
「Ｊコンピュータ内のアルゴリズムの一例を示すフロと
チャート、第６図は第５図中のパイロット噴射量更新部
分を説明するフローチャート、第７図は第５図中の噴射
停止期間更新部分を説明するフローチャート、第８図は
パイロ・７ト噴射量に対する第１図における実施例の効
果を説明する為の波形図、第９図は噴射停止期間に対す
る第１図における実施例の効果を説明する為の波形図で
ある。 １・・・燃焼室、２・・・燃焼強度検出手段、３・・・
マイクロコンピュータ、４・・・パイロット噴射手段、
５・・・カム角度センサ、２０・・・燃焼光センサ、２
１・・・ローパスフィルタ、２２・・・微分回路、２３
・・・ピークホールド回路、４０・・・ピエゾアクチュ
エータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ディーゼル機関の燃焼室内への主たる燃料噴射
   に先立ってパイロット噴射を行なうパイロット噴射手段
   と、 前記燃焼室内における燃料の燃焼強度を検出する燃焼強
   度検出手段と、 前記燃焼強度検出手段により検出された前記燃焼強度の
   値に応じた信号により前記パイロット噴射の噴射量、又
   は該パイロット噴射と前記主たる燃料噴射との間の噴射
   停止期間を制御する信号を前記パイロット噴射手段に出
   力するパイロット噴射制御手段とを備えることを特徴と
   する燃料噴射率制御装置。
2. （２）　前記パイロット噴射制御手段が、前記燃焼強度
   の値が最小値となる様に前記パイロット噴射の噴射量、
   又は該パイロット噴射と前記主たる燃料噴射との間の噴
   射停止期間を制御する信号を前記パイロット噴射手段に
   出力するものである特許請求の範囲第１項記載の燃料噴
   射率制御装置。
3. （３）　前記燃焼強度検出手段が、前記燃焼室内の燃焼
   光の光強度を検出する燃焼光検出器と、該燃焼光検出器
   からの信号の傾斜を求める傾斜検出器と、該傾斜検出器
   からの信号の最大値を検出する最大値検出器とを有し、
   燃焼光の光強度の傾斜の最大値を燃焼強度とするもので
   ある特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の燃料噴射
   率制御装置。