JPS6232251A - 燃料噴射量制御装置 - 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電磁弁調量式燃料噴射装置の
噴射量の制御に関するものである。

〔従来技術〕

従来よりディーゼルエンジンの燃料噴射量制御装置とし
て、たとえば特開昭５８−１８７５３７号公報に示され
るように、電磁弁調量式燃料噴射量制御装置が提案され
ており、このような装置では目標噴射量と機関の回転数
とから、燃料噴射ポンプ駆動軸、又は、エンジンクラン
ク軸の所定の回転位置を基準とした電磁弁による溢流時
期を算出し、燃料噴射量を制御するようにしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この場合、電磁弁の温度やバッテリ電圧の変化にともな
う電磁弁の開閉弁応答速度の変化、および個々の電磁弁
間の開閉弁応答速度のばらつきや経年変化によって、同
じ溢流時期に例えば開弁信号を出力しても実際の実噴射
量に誤差を生じることがある。また、開弁信号出力時期
の基準となる圧送プランジャ回転軸の基準角度位置を検
出する基準位置検出器の取付は位置誤差によっても同様
に、実噴射量に誤差を生じ、これらを正確に補正、調整
することは困難である。

本発明は上記従来技術に鑑みなされたもので、電磁弁側
々のばらつきや経年変化、基準位置検出器の取付は位置
誤差等に影響されることなく、常に高精度かつ安定した
燃料噴射が可能な燃料噴射量制御装置を提供することを
目的とする。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 かかる目的を達するための本発明の構成は第１図に示す
如く、ディーゼル機関の少なくとも回転数を検出する回
転数センサ１ａとアクセル操作量を検出するアクセルセ
ンサ１ｂとから成る運転状態検出器群１と、ポンプ圧送
プランジャ回転軸の基準位置を検出する基準位置検出器
２と、機関への燃料の実噴射期間を検出する噴射期間検
出器３と、電子制御手段４と、溢流制御用電磁弁（スピ
ルバルブ）５とを備え、特に電子制御手段４は、回転数
とアクセル操作量とに応じて目標とする燃料噴射量を演
算する目標噴射量演算手段ｓ１と、この目標噴射量と回
転数とから目標噴射期間を演算する目標噴射期間演算手
段ｓ２と、この目標噴射期間と前記実噴射期間との誤差
を求める誤差演算手段Ｓ３と、その噴射期間誤差から誤
差補正項を求める誤差補正項演算手段ｓ４と、回転数と
アクセル操作量とに応じて溢流制御用電磁弁の溢流時期
の基本項を求める基本項演算手段Ｓ５と、この基本項と
誤差補正項とから基準位置信号検出時期を基準とした電
磁弁５の溢流時期を求める溢流時期演算手段Ｓ６とを備
える構成である。

〔実施例〕

以下、本発明になる装置の一実施例を図面を用いて説明
する。

第２図は公知のディーゼル機関３０用フエイスカム式分
配型噴射ポンプ６に本発明を適用した場合の噴射ポンプ
の部分断面図を含む構成を示す。

このポンプ６は、フェイスカム１１により回転往復運動
する圧送プランジャ１２により吸入ポー１１９から吸入
された燃料を、燃料加圧室１５にて加圧し、各気筒への
分配ポート１６より吸い戻し弁１４を経て燃料噴射ノズ
ル２０へと圧送する形式のものである。本発明では上記
の構成に加えて、燃料加圧室１５の圧力が加わり常時連
通している溢流ボート（溢流通路）　１７の一端に電磁
弁５を配置し、この電磁弁を開弁すると前記燃料加圧室
ｌ５内の高圧燃料が、低圧のハウジング内７０へ溢流（
スピル）するようにしである。尚、この電磁弁５の開閉
動作は電子制御ユニット４により制御される。

３は、噴射期間検出器としての、燃料加圧室１５内の圧
力を検出する噴射圧センサである。運転状態検出器１ａ
〜１ｅは、回転数を検出する回転数センサｌａ、アクセ
ル操作量を検出するアクセルセンサｌｂ、吸気圧を検出
する吸気圧センサＩＣ１吸気温を検出する吸気温センサ
ｌｄ、機関の冷却水温を検出する冷却水温センサｌｅか
ら構成される。

回転数センサ１ａは、燃料噴射ポンプ６のプランジャ１
２の回転数を検出するものであり、その構成は第３図に
図示する如きものである。即ち、回転数センサ１ａは、
ドライブシャフトと同一回転数のプランジャ１２に直結
された歯車１０２と、この歯車１０２の回転に伴う磁束
変化に応じて第４図ｆｌｌに図示する如き交流電圧信号
を発生する電磁ピックアップ１０１とから成り、第２図
中公知の波形整形回路４ａにより第４図（２）に示すパ
ルス電圧信号に変換されて中央処理ユニット（ＣＰＵ）
４Ｃに人力される。

ここで回転数センサ１ａを構成する歯車１０２は第３図
に示す如く、プランジャ回転角度で５．６２５度毎に６
４個の歯を有するものから、９０度毎に２歯を削除した
（欠歯）構造のものを用いである。９０度毎に２欠歯と
した理由は、本実施例におけるディーゼル機関３０は４
気筒エンジンであり、２欠歯後の第１歯を各気毎の燃料
溢流時期すなわち電磁弁５による開弁時期を算出する際
の基準とするためである。すなわち第４図（２）に示す
パルス電圧信号において、欠歯を挟む部分の周期はその
他の部分の周期の３倍であり、このパルス電圧信号の周
期Ｔｉを前回の周期Ｔｉ−１と毎回比較することによっ
て、例えばＴｉ　＞２ＸＴｉ−１ならば欠歯後最初の第
１歯が検出されたものとして、この時のパルス信号電圧
をカウンタ値ｃ、＝０とし、このパルス検出時期を各気
筒毎の電磁弁開弁時期算出のため基準位置として検出す
ることを可能とするものであり、この基準パルスが各気
筒の圧縮工程ＴＤＣに対してＢＴＤＣ（上死点前）５０
°〜７０°ＣＡで検出されるようなプランジャ回転軸の
角度位置に第３図中の歯車１０２は取付けられている。

すなわち、回転数センサ１ａは基準位置検出器２を兼用
した構成としている。

アクセルセンサ１ｂは、公知のポテンショメーターを用
いてアクセル操作量に比例したアナログ電圧信号を出力
する。そして、この出力信号はアナログ／デジタル変換
器４ｂによりデジタル信号に変換された上でＣＰＵ４Ｃ
に入力される。

噴射圧センサ３は、燃料加圧室１５内の圧力を検出する
ものであり、その構成は第５図の左側に図示する如きも
のである。即ち、ハウジング２１１のネジ部２１１ｂに
よりポンプ１にねじ締めされており、受圧部２１１ａは
燃料加圧室１５の噴射圧力がかかる様に設置しである。

２１２は、ピストンであり、受圧部２１１ａにかかった
圧力を圧電素子２１３に伝達する。２１４ａは、銅ワッ
シャであり、圧電素子２１３の発生電圧をリードワイヤ
２１４に引き出す。２１５はスペーサであり、絶縁体よ
りなる。２１６は、ホルダであり、噴射圧力による力を
受は止め圧電素子２１３が動かない様固定するものであ
る。燃料噴射時にポンプ室５内に発生する噴射圧信号は
、第５図に示す波形整形回路４ｄのＢ点に第６図図示の
Ｂの如き波形を発生し、噴射ノズル３０の開弁圧に対応
する設定値（０点の電圧）に達したとき第６図（ｂ）の
如きパルス電圧信号をＡ点に発生し、ＣＰＵ４Ｃに入力
される。

電磁弁５は、第７図に図示する如き構成をとる。

コイル８１を保持し磁気回路を形成するコア８２゜可動
部分であるムービングコア８３．このムービングコア８
３と直結されるニードル６４．溢流ボート１７に通じる
ボート１７ａ、及びポンプ低圧室への通路７０ａを有す
るノズルボディ８５．並びにリターンバネ８６から成り
立っている。ムービングコア８３及びニードル８４はコ
イル８１に通電されるとリターンバネ８６にうちかって
矢印Ｍの方向に動きボート１７ａ及び通路７０ａがしゃ
断する（第７図の状態）。電流を切ればポート１７ａと
通路７０ａは連通された状態となる。

電子制御ユニット４は、第２図に図示する如く上記波形
整形回路４ａ、４ｄと、上記Ａ／Ｄ変換器４ｂと、これ
ら波形整形回路及びＡ／Ｄ変換器よりの検出信号に応じ
て各種演算・処理を行う上記ＣＰＵ４Ｃと、ＣＰＵ４Ｃ
からの信号をパワー増幅して電磁弁５を駆動する駆動回
路４ｅとから構成されている。なお、上記ＣＰＵ４Ｃと
して演算・処理を実行するためのプログラムや各種マツ
プデータが予め格納されているメモリ　（ＲＯＭ）と、
随時書き込み読み出し可能なメモリ　（ＲＡＭ）と、所
定周期のクロックを計数し、プログラムの演算した時刻
にｒＯＮＪ　　ｒＯＦＦＪ信号を出力するプログラムタ
イマとを内蔵する都のを用いている。

次に本発明の作動を第８図（Ａ）ないしくＥ）に示すフ
ローチャートに従って第９図のタイムチャートを用いな
がら詳しく説明する。

第８図（Ａ）はメインルーチンを表し、イグニッション
スインチＯＮと同時に電源が投入されプログラムの実行
が開始される。まずＭＩＯステップにて各種演算・処理
を行うために必要なプログラムの初期化を行う。Ｍｌｌ
ステップでは第８図（Ｂ）のＮＥパルス割込ルーチン内
の１１８にて算出される１８０°　ＣＡ　（エンジンク
ランク軸回転角度）間のＮＥパルス周期Ｔｌ１１０の逆
数によりエンジン回転数ＮＥを算出する。Ｍ１２．及び
Ｍ１３ステップでは第８図（Ｅ）のＡ／Ｄ割込ルーチン
にて取り込まれた各種Ａ／Ｄ変換データよりアクセル操
作量α及びその他各種の運転状態を算出する。

続くＭ１４ステップは第１図における目標噴射量演算手
段Ｓ１に該当し、エンジン回転数ＮＥとアクセル操作量
αとから基本噴射量ＱＩ！を算出するとともに、その他
運転状態信号に応じてＱ、を補正し、最終的な目標噴射
量Ｑ、を算出する。Ｍ１５ステップは溢流時期の基本項
演算手段Ｓ５に該当し、ＮＥとＱＦとの２次元マツプ補
間計算により電磁弁の開弁時期基本項Ｔ、を算出する。

−この基本項Ｔ、は第９図のタイムチャートに示すよう
にＣＧ＝０なる基準ＮＥパルスの立上がり検出時期を基
準とした電磁弁を開弁するためのＯＦＦ信号出力時期を
決定する上で基本となる時間である。

次にＭ１６ステツプではその時のエンジン回転数ＮＥと
目標噴射量Ｑ、Ｂに応じた目標噴射期間ＴＡをＮＥと０
８との２次元マツプの補間計算により算出し、このステ
ップは目標噴射期間演算手段Ｓ２に該当する。Ｍ１７ス
テツプでは目標噴射期間τ１と第８図（Ｃ）に示す噴射
圧パルス（Ｐパルス）割込ルーチンにて算出される実噴
射期間Ｔｌｌとの誤差△τを算出し、このステップは誤
差演算手段Ｓ３に該当する。ここで第８図（Ｃ）に示す
Ｐパルス割込ルーチンは第９図に示される噴射圧パルス
（５）の立上がり検出時及び立下がり検出時毎に起動さ
れ、立上がり検出時刻ｔｐｒ及び立下がり検出時刻ｔ０
を読み取り、実噴射期間τｐ＝ｊｐｆ　　ｔｐｒを算出
するものである。

さらに、Ｍ１８ステップは誤差補正項演算手段Ｓ４に該
当するもので、誤差△ての関数として誤差補正項Ｔ、が
求められる。ここで関数ｇ（△て）は積分、微分等の演
算を含むことも可能で、この場合ＰＩＤ補償演算と同等
のものである。Ｍ１９ステップでは基本項Ｔ、と誤差補
正項Ｔ、の和として基準ＮＥパルスの立上がり検出時期
を基準とした最終的な開弁時期ＴＦを算出し、これは溢
流時期演算手段Ｓ６に該当する。以下メインルーチンは
ＭｌｌないしＭ１９ステップを繰返し実行する。

第８図（Ｂ）は、ＮＥパルスの立上がり検出時毎に起動
されるＮＥパルス割込みルーチンである。

まずステップ１１０ではＮＥパルスの立上がり検出時刻
１１を読み取り、１１１ステツプでパルス計数カウンタ
Ｃ６を１増加させる。１１２ステツプで前回のパルス周
期Ｔ　ｉ−１と今回のパルス周−期Ｔｉ　とを比較し、
Ｔｉ　＞２Ｔｉ−１ならば欠歯後のｉ準ＮＥパルスを検
出したものと判定しパルス計数カウンタＣ０をＯにしく
ステップ１１４）、ステップ１１５にて基準パルス入力
時刻ｔｉ（０）に開弁時期ＴＦを加えた開弁信号出力時
刻ｔ０を検出するとともに、この間弁信号出力時刻ｔ０
と開弁信号レベル（ＯＦＦ）をプログラムタイマにセッ
トし＋１６ステツプに進むが、１１２ステツプでＴｉ　
≦２Ｔｉ−１ならば以上の演算は実行せず１１６ステソ
ブに進む。１１６ステツプでは基準ＮＥパルス検出後１
３番目のパルスか否かを判定し、Ｎｏの場合はＮＥパル
ス割込みルーチンを終了するが、ＹＥＳの場合はステッ
プ１１７及び１１８を実行する。まずステップ１１７で
は次の気筒の燃料噴射を開始させるために予め電磁弁を
閉弁すべくＯＮレベル信号が回出力される時刻（Ｃｃ＝
１３のＮＥパルス人力時刻ｔｉ（１：１１にＮＥパルス
割込ルーチンの処理に要する時間を加えた時刻）とＯＮ
レベルをプログラムタイマにセットする。また１１８ス
テツプでポンプカム軸回転で９０度（エンジンクランク
軸回転で１８０°ＣＡ）周期Ｔ１８゜を算出し、ＮＥパ
ルス割込ルーチンを終了する。なお、第８図（Ｄ）に示
す定時割込ルーチンは所定の周期毎に起動され、Ａ／Ｄ
変換器を起動するための処理を行うものである。

すなわち、第９図のタイムチャートに示すように、当初
目標とする開弁時期Ｔ、に電磁弁を開弁すべく電磁弁駆
動信号＋１１を出力することによって電磁弁は（２）の
ａのように応答し、噴射圧信号（４）はａに示す波形を
発生するとともに、斜線で示した部分の実噴射量ｑを得
る。また、噴射圧パルス（５）より実噴射期間Ｔ、が検
出されている。ここで、電磁弁の応答速度が電源電圧の
影響やばらつきによって（２）の点線すのように変化し
た場合、噴射圧信号（４）は点線すのように変化し、実
噴射量は△ｑ分変化しようとするが、この変化分は実噴
射期間Ｔ、の変化として（目標噴射期間ＴＡとの差に応
じた）誤差補正項ＴＥに反映され、電磁弁駆動信号出力
時期Ｔ、は例えば点線で示した位置に修正されることか
ら、目標噴射量Ｑ、に対応した実噴射量ｑを精度良く得
ることが可能となるものである。また、ＮＥセンサの回
転角度上の取付は誤差によりＮＥパルス（３）が括弧的
矢印方向にわずかに時間的にずれて発生した場合も実噴
射量ｑに誤差を生ずるか、同様に実噴射期間Ｔ、のフィ
ードバック演算にて電磁弁開弁信号出力時期Ｔ、が補正
されることから、目標噴射量Ｑ　Ｆに対応した実噴射量
ｑを精度良く得ることが可能となるものである。

次に、本発明になる装置の第２の実施例を第１Ｏ図に示
す。第１０図においては、第２図に示した噴射期間検出
器としての噴射圧センサの代わりに噴射ノズル２０の針
弁リフトを公知の電磁ピックアップにて検出するノズル
リフトセンサ２３を用いたものを示している。このノズ
ルリフトセンサの検出信号は第１１図（１１に示されて
おり、これを第５図に示した噴射圧センサ入力信号の波
形整形回路４ｄと同様な波形整形回路４ｄ’にて波形整
形することによって、第１１図（２）のようなノズルリ
フトパルスを得、これより実噴射期間Ｔ、を検出するも
のである。なお、その他の構成は第２図に示した第１の
実施例と同じであるのでその詳細な説明は省略する。

〔発明の効果〕

以上、詳述した如く本発明においては、目標噴射量に対
応した目標噴射期間を回転数と目標噴射量とにより算出
し、この目標噴射期間と噴射期間検出器により検出され
る実噴射期間との誤差に応じたフィードバック演算、制
御にて最終的な溢流時期すなわち電磁弁開弁のための駆
動信号出力時期を決定するようにしたことから、基準位
置検出器の取付は位置誤差や電磁弁価々の応答性のばら
つき、電源電圧の変動による応答性変化、経年変化に影
響されることなく常に安定した高精度の燃料噴射量制御
が可能になるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を表すブロック図、第一２図ない
し第９図は本発明の第１の実施例を表しており、第２図
は全体構成図、第３図は回転数検出器を示す図、第４図
はこの回転数検出器よりの検出信号を示す図、第５図は
噴射期間検出器としての噴射圧センサの断面図と波形整
形回路図、第６図は第５図の噴射圧センサよりの検出信
号を示す図、第７図はスピル電磁弁の断面図、第８図（
Ａ）ないしくＥ）は電子制御ユニットにおける制御手順
を示すフローチャート、第９図は電子制御ユニットによ
る制御タイミングを示すタイムチャート、第１０図は噴
射期間検出器としてノズルリフトセンサを用いた本発明
の第２の実施例を示す全体構成図、第１１図は第１０図
のノズルリフトセンサよりの検出信号を示す図である。 ■・・・運転状態検出器群、２・・・基準位置検出器。 ３・・・噴射圧センサ、４・・・電子制御ユニット、５
・・・電磁弁、６・・・燃料噴射ポンプ、２０・・・燃
料噴射ノズル、２３・・・ノズルリフトセンサ、１０・
・・ディーゼル機関、Ｓｌ・・・目標噴射量演算手段、
Ｓ２・・・目標噴射期間演算手段、Ｓ３・・・誤差演算
手段、　　３４・・・誤差補正項演算手段、Ｓ５・・・
基本項演算手段。 Ｓ６・・・溢流時期演算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ディーゼル機関の運転状態を検出する運転状態検
   出器群よりの信号と前記機関に燃料を圧送する燃料噴射
   ポンプの圧送プランジャー回転軸の基準となる回転位置
   を検出する基準位置検出器よりの信号とに基づいて電子
   制御手段により溢流制御用電磁弁の開閉を制御し燃料噴
   射量の調量を行う燃料噴射量制御装置において、 前記機関への燃料の噴射期間を検出する噴射期間検出器
   と、 前記運転状態検出器群として少なくとも機関の回転数を
   検出する回転数センサ及びアクセル操作量を検出するア
   クセルセンサとを備え、 前記電子制御手段に、前記回転数及びアクセル操作量の
   検出信号に応じて機関への目標噴射量を演算する目標噴
   射量演算手段と、 該目標噴射量と前記回転数とにより燃料の目標噴射期間
   を演算する目標噴射期間演算手段と、該目標噴射期間と
   前記噴射期間検出器より得られる実噴射期間との誤差を
   求める誤差演算手段と、該噴射期間誤差より誤差補正項
   を求める誤差補正項演算手段と、 機関の前記回転数と目標噴射量とに応じて前記電磁弁に
   よる溢流時期の基本項を求める基本項演算手段と、 該基本項と前記誤差補正項とに応じて、前記基準位置検
   出器よりの信号検出時期を基準とした前記電磁弁による
   最終溢流時期を求める溢流時期演算手段とを 備えることを特徴とする燃料噴射量制御装置。（２）前
   記噴射期間検出器として、圧送燃料の圧力が設定値を越
   えている期間を電気的に検出する噴射圧センサを備える
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料噴射
   量制御装置。 （３）前記噴射期間検出器として、燃料噴射ノズルのリ
   フト期間を電気的に検出するノズルリフトセンサを備え
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料噴
   射量制御装置。 （４）　前記目標噴射期間演算手段は、前記機関の回転
   数と目標噴射量の２つのパラメータによる２次元マップ
   補間により目標噴射期間を算出することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項、第２項、第３項のいずれかに記載
   の燃料噴射量制御装置。