JPS6259236B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は燃料中の空気を検知する方法及び装置
に関する。更に詳細には、本発明はエンジンに供
給される燃料の量を燃料注入器セツトに対する供
給圧力を調節することによつて制御するようにし
た方式の内燃機関の燃料供給システム中の空気の
検知に関する。

（発明の概要） 圧力感知機を燃料供給システムに連結し、エン
ジン速度感知器をエンジンに連結する。エンジン
を起動し、安定した中間の無負荷速度まで上げ、
絞り弁を全開位置までひねり、そして経時による
燃料圧力の変化率を、無負荷圧力から全負荷圧力
になるまでの当初の圧力上昇中に探知する。この
測定した率を、燃料システム中に空気が存在しな
いエンジンから得た参考率と比較し、そして空気
の圧力を、測定した率と参考率との比較によつて
表示するようにしたものである。

（従来の技術・問題点） 通常の多気筒デイーゼル機関においては、エン
ジン燃焼室へ燃料を投入するため燃料注入器が設
けられている。燃料注入器をユニツトとして有し
ているエンジンの場合は、燃料供給レールが燃料
を燃料注入器に導いて、燃料注入器に連結された
カム駆動機構が各エンジンサイクルにおいて適当
な回数で燃料注入器を作動させる。エンジンのク
ランク軸から駆動された燃料ポンプは燃料を燃料
タンクから引き出してこれを燃料供給レールへ送
り出す。

この型のシステムの場合に遭遇する問題は燃料
供給システム中の空気から生じる。空気は例えば
不良のポンプシール又は緩んだ燃料ライン取付具
などからシステムに入りこむことがあり、そして
空気はエンジンが空転している場合一定の場所に
溜まり易い。空気は燃料ポンプの吸入側のシステ
ムに引込まれることがあり、また燃料ポンプ出口
の近辺に溜まることがある。

空気が溜まることは好ましくない。なぜならば
空気は燃料中に捕捉されて、各燃料注入器充填物
中でより小さい燃料の塊となり、エンジンの性能
を害うことになる。更に重要なことには、米国特
許3159152に記載されている型式の燃料供給シス
テムにおいては、燃料の投入、即ちこれによる動
力の出力は、供給レール内の燃料の圧力を調節す
ることによつて制御されるので、燃料中に空気が
あることは特に不利である。空気は勿論圧縮可能
なので、そのためエンジンの応答を「鈍く」す
る。

米国特許4061025、4061026及び4055995は空気
の存在如何について燃料システムをテストする先
行技術の方式について記載している。米国特許
4055995に記載された方法では、エンジンを無負
荷の遊動状態に調節し、それから絞りを全開に調
節し、そしてエンジンが最高制御速度に達するま
での加速時間を測定する。この方法を短時間のう
ちに反復して、測定した各加速時間を比較する。

システム中に空気が入つていれば、最初の加速
作動中に燃料を大量投入することによつて大部分
又は全部の空気を取除かなければならないので、
エンジンは次の作動の場合に一層速く加速する。
他の二つの特許のシステムにおいては、圧力測定
を多数の予め設定したエンジン速度で行う。

前記の方法は、多数の加速作動を必要とするた
めに不利である。更に、燃料系内の空気以外の要
素がテストの結果に影響することがある。

で、試験が信頼できない。

（目 的） それゆえ、本発明の全般的な目的は、前記のよ
うな不利を蒙らないような、燃料系内の空気が混
入しているか否かを検出するための改良された方
法及び装置を提供することにある。

（構 成） 本発明による方法は、複数個の燃料注入器、エ
ンジンにより駆動される燃料ポンプ、該燃料ポン
プと燃料注入器とを連結する燃料供給レールを備
え、燃料ポンプは燃料供給レール中の燃料圧力を
制御する絞りを有し、プロセツサによつてエンジ
ンの供給燃料をテストする方法であつて、参考燃
料供給システムの経時的な燃料圧力の変化を示す
参考率を上記プロセツサに供給し、上記絞りを急
速に開放する前の安定な参考速度で上記エンジン
を駆動し、燃料供給レール中の燃料圧力を感知
し、その後該燃料供給レール中の燃料圧力を増加
するように上記絞りを開放し、上記燃料圧力の増
加する経過を測定し、エンジンの経時的な燃料圧
力増加の変化率と上記参考率を比較し、所定の範
囲内にあるか否かを計算することを特徴とする燃
料中の空気を検知する方法である。

本発明による装置は前述の方法を実施する手段
から成る。

本発明の前述の及びその他の目的ならびに利点
は添付の図面を参照して以下に詳細に記述すると
こから更に良く理解されよう。

（実施例） 第１図において、エンジン１０は、カミンス・
エンジン・カンパニー・イソコーポレーテツドに
より製造されたNHシリーズ６気筒式ライン内往
復ピストン式デイーゼルエンジンのような標準型
内燃機関である。かようなエンジンにはヘツド１
１、ブロツク１２、油皿１３及びヘツド１１の上
側に固着されたロツカ外被１４が含まれる。エン
ジンのピストン（図示せず）はシリンダ（これも
図示せず）内を往復運動し、クランク軸６６を回
転させるように連結されてい２が取付けてあり、
リングギヤ上の歯６３はエンジン起動用の起動モ
ータ（図示せず）と選択的に係合するようになつ
ている。

複数の燃料注入器１６は、シリンダ内の入口空
気が充分に圧縮された後に計量した量の燃料をシ
リンダ内に注入して生起する可燃性の混合物を圧
縮点火させる。燃料注入器１６は、米国特許
3351288に示す燃料注入器の特徴を具備したユニ
ツト型のものであつてよい。通常の燃料供給レー
ル１７は燃料注入器１６を米国特許3139875に示
す型式の燃料ポンプ１８を含む燃料供給システム
に連結する。燃料ポンプ１８は燃料１９を容器又
は燃料タンク２１から引き出して、燃料供給レー
ル１７へ供給される燃料の調節された燃料源とな
る。燃料ポンプ１８には絞りが取付けてあり、こ
れによつて動力及び速度を制御するためエンジン
の運転者が燃料注入器に送られた燃料の圧力を調
節することができるようになつている。また燃料
注入器１６の各々には、燃料を燃料注入器１６か
ら燃料タンク２１へ運ぶ燃料戻しレール２４が連
結されている。

エンジン１０には更に在来型のものであつてよ
いターボチヤージヤーユニツト３１がついてい
る。ターボチヤージヤーユニツト３１は排気マニ
ホルド３２からエンジン排気を受けるタービンを
含み、更にダクト３３によつてエンジンの空気取
入れマニホルドに連結される圧縮機を含む。

エンジン１０には更に油のような潤滑剤をエン
ジンの種々の作動部を通つて循環させる潤滑シス
テムがついている。潤滑システムには潤滑剤をク
ランクケース内の容易および油皿１３から引き出
して潤滑剤を加圧してブロツク内の潤滑剤のライ
フル通路４２に汲上げるポンプ４１を含む。ライ
フル４２内の圧力は、ポンプ４１を横切つて連結
れている分岐ライン４４に連結さた圧力調節弁４
３によつて調節される。

第１図中鎖線で示して参照番号６７及び６９で
示した多数の機械継手は、クランク軸６６を燃料
ポンプ１８及び潤滑剤用のポンプ４１にそれぞれ
連結する。

本発明による診断的システムが設けられてお
り、これは好ましくはロツカー外被に取付けられ
てエンジンの作動部の動きに応答するサイクル・
インヴエント・マーカー（以下、CEMという）
感知器５１を含む。例えば、CEM感知器５１は
第１番シリンダの燃料注入器１６を動作させるロ
ツカーアームに近接して取付けられた磁気コイル
近似型感知器であつてよい。このロツカーアーム
は第１番シリンダのピストンの圧縮ストロークの
終末近くに生じる燃料注入の間軸施（pivot）
し、この連動によつて第１番シリンダのピストン
の圧縮ストロークの終末近くにCEM感知器５１
に、CEM信号を発生させる。CEM信号は後記す
るようにエンジンのパラメータをテストするのに
利用される。

診断的システムには更にエンジン１０のリング
ギヤ６２の外縁部に近接して取付けられたエンジ
ン速度感知器６１がついている。

第２図はエンジン速度感知器６１及びこれに連
結された回路の一例を示す。エンジン速度感知器
６１は２つの間隔をおいた部材９１及び９２を有
し、これらは本特定例にいては可変磁気抵抗感知
器である。時計方向に動く歯６３は最初に部材９
１に信号を発生させ、次いで部材９２に信号を発
生させる。発振器９３は部材からの歯型パルスに
よつて制御されるカウンタ９４に連結されてい
る。部材９１からのパルス回路９６及び９７を通
つて作用してカウンタ９４を働かせ又は始動さ
せ、そして部材９２からのパルスは回路９８及び
９７を通つて作用してカウンタが働かないように
し又は停止させる。各歯に関連する計数はプロセ
ツサ２９によつて読まれる。各計数は歯が一つの
部材９１から他の部材９２へ移動する時間間隔Δ
ｔに直接比例し、リング・ギヤの瞬間的速度に逆
比例する。読取られた計数をエンジン回転数に変
換する係数は部材９１と９２との間の間隔×及び
部材９１と９２との半径Ｒのような物理的測定に
もとづいてプロセツサ２９に対する入力として与
えられるか又はCEM感知器からの信号に基づい
てプロセツサ内で計算される。

診断的システムは更に燃料供給レール１７に連
結された燃料圧力感知器２７、ライフル通路４２
に連結さた潤滑剤圧力感知器４６、及び取り入れ
マニホルドに連結された取入空気圧力感知器３４
を含む多数のエンジン感知器を含む。CEM感知
器５１及びエンジン速度感知器６１はカウンタ・
タイマー・モジユール２２に連結され、各感知器
２７，３４及び４６はＡ／Ｄ変化器２３に連結さ
れ、構成部材２２及び２３はプロセツサ２９に連
結されている。プロセツサ２９は出力を読取り装
置（リーダー）７０に与え、それは例えば視覚表
示及び永久記録をすることができる。

第３図は診断的システムをより詳細に示したも
のである。プロセツサ２９は処理ユニツトCPU
７１と記憶ユニツト（マス ストレイジ）７２を
含む。

オペレーターインターフエイス７３が処理ユニ
ツト７１に連結されて、演算器が情報及び指令を
挿入する手段を形成しかつ読取り装置７０を含
む。診断的システムは、注入器プランジヤ７６の
ロツカーアーム７４の動きを感知する位置に取り
付けて示してある前述のCEM感知器５１を利用
する。カム７７は圧縮ストロークの終りの方で注
入ストロークにおいて注入器プランジヤ７６を動
かす。構成部品２２，２３，２９及び７３は、例
えば、テキサス・インストルメンツ・カンパニー
の標準製品で構成することができる。

前段で述べたように、本試験装置はエンジン動
力出力を制御するように燃料圧力を調節するよう
にした米国特許3139875に記載した性格の燃料供
給システムと共に用いるのに特に適している。供
給レール中の燃料圧力が増大するにつれて、各エ
ンジンサイクルに注入された燃料の量が増大し、
そしてエンジン速度は無負荷状態下で増加する。

第５図について説明すれば、鎖線曲線７８はス
ナツプ絞り開放中、内部にかなりの量の空気が入
つているかのような燃料システムの経時燃料圧力
変化を表す。時間Ｔのとき、燃料ポンプ１８内の
絞りは全開に設定されている。絞りを全開に設定
すると、燃料供給レール内の燃料圧力は無負荷の
場合必要とする圧力からテストを始めた時点に合
つた特定のエンジン速度で得られる最大圧力まで
急傾斜で増大する。この圧力の傾斜を上げるため
に、通常の遊動速度、普通1500RPMよりも速い
エンジン速度のときにテストを開始した。更に、
低くした取入れマニホルド圧力に応じて燃料供給
を制限するように装置をエンジンに装着すると、
不良となつた。

以下に記述するように、真直ぐな部分８０の傾
斜８３を定めて傾斜８３を燃料系内に空気が入つ
ていないエンジンによつて作られる別の曲線８５
の傾斜８４と比較する。かように、傾斜８４と曲
線８５とを参考又は比較値として用いる。傾斜８
４と比較して曲線８３が傾斜が低いのは、燃料圧
力の上昇の増加率が少ないために燃料系内に空気
があることを示す。

燃料圧力感知器２７は、圧力の関数で或る値を
有する直流電圧のようなアナログ信号を生成する
型のものであつてよい。Ａ／Ｄ変換器２３はアナ
ログ信号をプロセツサ２９へ通じたデジタル信号
に変換する。

第１図及び第３図に示すプロセツサ２９は本発
明に従つて感知器から及び操作員から受け取つた
情報を処理する。プロセツサは本方法を自動的に
実行するようにプログラムされた一般的目的用コ
ンピユーターであつてよく、第４Ａ図及び第４Ｂ
図は本方法及び操作の特定例を説明するフローチ
ヤートを示す。本発明は単に発明の記述を容易に
するために揚げたこの特定例に限定されるもので
はないことを理解するべきである。

フローチヤートの121段において、下記のシス
テム変数を設定する：即ち、REFSPD―これは
1500乃至1600RPMのような、試験が始まる時の
圧力レベル７９に該当するエンジン速度である。
THRSRAIL―これはデータ取得が始まるレール
圧力（燃料供給レール中の燃料圧力：以下レール
圧力という）の限界値であつて、REFSPD―に
おける無負荷レール圧力の1.1倍に等しい。
REFSLOPE―これは燃料中に空気が入つていな
いと想定した各目的又は参考の傾斜値である。
NUMPTS―これは採取する試料の数である。そ
してXSEC―これは空気が溜まることができる遅
延時間である。

上記の各変数を挿入した後に、方式は122段へ
進むが、ここでは演算器は「AFCへ空気」を入
れるように刺戟される。刺戟は演算器インターフ
エイス７３を形成する手持ちのユニツトについて
であつてよい。ある燃料ポンプには空気燃料制御
（AFC）蛇腹が含まれており、これは取入れマニ
ホルド圧力に呼応する燃料圧力を制限する装置で
ある。空気を入れることは、AFCを調節しない
ように設定してこれが大きく開口した絞りのよう
に働くことを意味する。この刺戟に対して演算器
は肯定か否定かを返答し、これは123段及び124段
で読取られかつ処理される。126段において、演
算器はエンジン速度を上げるように刺戟され、こ
れは127段で読取られて128段でREFSPDと比較
される。エンジンがREFSPDに達すると、演算
器は刺戟されてエンジン速度を129段で一定に保
持し、それから131段において空気を溜まらせる
ようにXSECの遅れが生じる。遅延時の終に132
段でレール圧力の読み取りをし、133段で
THRSRAILを測定したレール圧力の1.1倍と定め
る。次の段134において、演算器はエンジンを加
速するように刺戟され、これは第５図の時間Ｔの
ところで行われる。136段ではＩ（以後の段で用
いる）を１に設定する。137段及び138段ではレー
ル圧力を読み取つてTHRSRAILと比較して、絞
りが開放されたかどうかを測定する。レール圧力
がTHRSRAILを越えると、システムは１から始
まつてＩがNUMPTSまで増大するまでループ１
４０，１４１，１４２及び１４３を循環する。
143段では、読取りの間に短い時間の遅れがあ
る。第５図における傾斜８５を定めるために充分
なデータ試料があるようにNUMPTSの値を選定
する。継続的な圧力の読取りを逐次RILBUFに貯
蔵する。

144段において、読取り結果を処理して最大圧
力値（MAXRAIL）を定め、そして最初と、．
9MAXRAILとの間の読取り値を最小平方適応の
ような数的常法によつて処理して測定したデータ
に最もよく適合する曲線を定める。そこで、読取
りをした間の時間は既知の読取り数及び読取り間
の既知の時間遅れ143から知られているので、傾
斜、即ち圧力増加率が定められる。146段では測
定した傾斜をREFSLOPEと比較する。これは勿
論第５図の傾斜８４である。測定した傾斜が
REFSLOPEの．９より小さい場合には148段で
不良を報じる。しかし測定した傾斜がこの限度よ
り上の場合は、149段で不良なしの状態を示す。

本文中に記述した方式及び方法には、第１図に
関連して記述した感知器を利用して各種のエンジ
ンのパラメータについて実施した多数の他の検知
を含めることが好ましい。

前記の内容からして、新規かつ有用な検知方法
が提供されたことが明らかであろう。このシステ
ムは制御されたかつ反復可能の状態中の燃料供給
をテストするものであり、また僅かに一回のエン
ジンの加速作動で正確な検知が実施されるもので
ある。

（発明の効果） エンジンに供給する燃料に空気が入つている
と、エンジンの加速に時間遅れが発生し好ましく
ないばかりか、エンジンの速度制御が燃料の応力
調整によつてなされるので、供給燃料に空気が入
つているとエンジンの制御に不都合を生じること
になる。本発明はエンジンの供給燃料の燃料圧力
の増加率を検出し、空気の入つていない燃料供給
システムの経時的な燃料圧力の変化を示す変化率
と比較するようにしたので、空気が供給燃料に入
つているか否かが直ちに検出され、燃料圧力の増
加率と空気が入つていないときの燃料圧力の変化
率との違いを計算して空気混入の割合をも検出す
ることが出来、更に燃料圧力の増加率が所定の範
囲内にあるか否かをコンピユーターによつて判断
させることも出来るので、エンジンの操作に関し
て工業的価値は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるシステムを含むエンジン
の図、第２図はシステムの一部を示す構成図、第
３図はシステムの構成図、第４Ａ図及び第４Ｂ図
はシステムの作動のフローチヤートを示し、そし
て第５図はシステムの作用を示す曲線である。 １０…エンジン、１１…ヘツド、１２…ブロツ
ク、１３…油皿、１４…ロツカ外被、１６…燃料
注入器、１７…燃料供給レール、１８…燃料ポン
プ、１９…燃料、２１…燃料タンク、２２…カウ
ンタ・タイマー・モジユール、２３…Ａ／Ｄ変換
器、２４…燃料戻しレール、２７…燃料圧力感知
器、２９…プロセツサ、３１…ターボチヤージヤ
ーユニツト、３２…排気マニホルド、３３…ダク
ト、３４…取入空気圧力感知器、４１…（潤滑剤
用）ポンプ、４２…ライフル通路、４３…圧力調
節弁、４４…分岐ライン、４６…潤滑剤圧力感知
器、５１…CEM感知器、６１…エンジン速度感
知器、６２…リングギヤ、６３…歯、６６…クラ
ンク軸、７０…読取り装置、７１…処理ユニツ
ト、７２…記憶ユニツト、７３…オペレーターイ
ンターフエイス、７４…ロツカーアーム、７６…
注入器プランジヤ、７７…カム、７８…鎖線曲
線、７９…圧力レベル、８０…真直ぐな部分、８
３，８４…傾斜、８５…曲線、９１，９２…部材
（可変磁気抵抗感知器）、９３…発振器、９４…カ
ウンタ、９６，９７…回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個の燃料注入器１６、エンジンにより駆
   動される燃料ポンプ１８、該燃料ポンプ１８と燃
   料注入器１６とを連結する燃料供給レール１７を
   備え、燃料ポンプは燃料供給レール中の燃料圧力
   を制御する絞りを有し、プロセツサ２９によつて
   エンジンの供給燃料をテストする方法であつて、
   あらかじめ、燃料系内に空気が入つていない燃料
   供給システムの経時的な燃料圧力の変化率を上記
   プロセツサ２９に供給しておき、上記絞りを急速
   に開放する前の安定な速度で上記エンジンを駆動
   し、燃料供給レール１７中の燃料圧力を感知し、
   その後該燃料供給レール中の燃料圧力を増加する
   ように上記絞りを開放し、上記燃料圧力の増加す
   る経過を測定し、エンジンの経時的な燃料圧力の
   増加率と上記変化率を比較することを特徴とする
   燃料中の空気を検知する方法。 ２ 複数個の燃料注入器１６、エンジンにより駆
   動される燃料ポンプ１８、該燃料ポンプ１８と燃
   料注入器１６とを連結する燃料供給レール１７を
   備え、上記燃料ポンプは燃料供給レール中の燃料
   圧力を制御する絞りを有し、かつ該燃料供給レー
   ルに燃料圧力感知器２７を備えてなる装置であつ
   て、上記燃料供給レール中の燃料圧力を経時的に
   記録する記憶ユニツト７２と上記絞りの開放以後
   の経時的な圧力の増加率を判定する処理ユニツト
   ７１を備え、該処理ユニツトは上記増加率を、燃
   料系に空気が入つていない燃料供給システムの経
   時的な燃料圧力の変化率と比較するようにしたこ
   とを特徴とする燃料中の空気を検知する装置。