JPH0251065B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関特にデイーゼルエンジン用燃
料噴射装置の故障時における制御方法に関する。

電子制御式の燃料噴射装置がこれ迄広く用いら
れており、これはピストン及びプランジヤからな
る圧送系と、噴射ノズルと、圧送系の作動を主と
して制御する弁機構と、噴射量を調量制御するア
クチユエータから成り、各種検出器の情報に基づ
く制御装置からの制御信号によつて作動するイン
ジエクタ装置を各気筒毎に備えたものである。こ
の種のものでは制御性の良さから、圧送系を制御
する弁機構及び噴射量を調量するアクチユエータ
に電磁弁を用いたものが多く、特に加減速時の調
量精度の点からアクチユエータとして調量専用の
電磁弁を設けている。しかしながら電磁弁は他の
機能部品と比べて故障率が高く、さらに調量用の
電磁弁が開弁したままで停止することはエンジン
のオーバランにつながるため極めて危険度が高
く、この故障の時には機関の運転を停止させるよ
うに構成されている従来の制御方法では、たとえ
ば１気筒が故障しても機関は異常振動をするなど
運転に故障を生ずるために機関を停止してしま
う。しかして、これにより１次の危険はさけられ
るが、この故障が高速道路であつたり、冬の山道
であつたり、地平かなたの畑であれば、２次の危
険、即ち運転できないことで事故を招いたり、帰
還が容易にできないという問題が発生する。そこ
で最近のユーザニーズとして運転性能は悪くなつ
ても可能な限り目的地迄帰れるようにすることが
要求されている。従来の方法ではもちろんこの要
求を満足することはできない。

この発明は、ある気筒のインジエクタ装置の一
部、例えば調量電磁弁（アクチユエータ）が開弁
状態となつたまま故障した場合でも機関に損傷を
与えることなく運転を継続することができる燃料
噴射制御方法を提供することを目的とする。

本発明においては、各気筒毎のインジエクタ装
置における調量制御のための例えばアクチユエー
タが燃料供給可能状態のまま故障したことを検知
した時は、少くとも故障したインジエクタ装置の
作動を停止することなく故障モード運転に切り換
え、プランジヤ下方のポンプ作動油室に故障した
アクチユエータを経て供給される燃料の量を、ピ
ストン及びプランジヤの上昇を可能にする弁機構
の動作を制御することにより調量するようにして
いる。

従つて、ある気筒のインジエクタ装置の一部に
故障が生じても、機関の運転を停止する必要がな
く、多少加減速性は悪くなつても、通常運転に近
い状態が維持でき、また機関のオーバーランある
いは異状振動発生による機関の損傷等も避けるこ
とができる。

以下図面によつて本発明の実施例を説明する
と、第１図において、番号１は各気筒毎に設けた
インジエクタ装置、２は高圧圧力源、３は低圧圧
力源を全体として示す。インジエクタ１は、ボア
４内を油密を保つて図の左右に摺動する例えばス
プール弁などの切替弁５と、ボア６，７内を油密
を保つて実質上一体状態において上下に摺動する
小径のプランジヤ８、大径のピストン９と、プラ
ンジヤ８からの圧送される燃料を受け取る噴射ノ
ズル１０と、三つの電磁弁１１，１２，１３とか
ら成る。切替弁５の一側におけるボア４内は切替
弁作動油室１４を形成し、この室１４は、二路の
開閉弁である電磁弁１１，配管１５を介して低圧
圧力源３と連通すると共に、同じく二別の開閉弁
である電磁弁１２を介して燃料リザーバタンク１
６に接続する。作動油室１４の反対側においてば
ね１７が切替弁５を図の左方に、即ち作動油室１
４を小さくする方向に押圧している。切替弁５の
中間小直径部におけるボア４内と、ピストン９の
上側におけるボア７とによつてピストン作動油室
１８が形成される。このピストン作動油室１８
は、切替弁５が左右の二つの位置のどちらにある
かに応じて二つのポート１９，２０に切替的に連
通する。その一つのポート１９は配管２１によつ
て高圧圧力源２へ、他方のポート２０は絞り２２
を介してタンク１６へ戻される。プランジヤ８の
下側におけるボア６内に形成されるポンプ作動油
室２３はノズル１０と連通すると共に、逆止弁２
４、二路の開閉弁である上述した調量用電磁弁１
３を介して低圧圧力源３に連通する。制御装置３
０の入力ポートは、図示しない各種センサに、電
気的に接続され、かつ、出力ポートは前述の３つ
の電磁弁１１，１２，１３に電気的に接続され、
これらに制御信号を送る。

圧力源２，３は、ポンプ２０１，３０１、リリ
ーフ弁２０２，３０２、フイルタ２０３，３０
３、アキユムレータ２０４，３０４から成る通常
の定油圧源を構成する。

以上述べた本発明に係るシステムの作動を述べ
ると、図の位置では電磁弁１１は閉、１２は開で
あるから、低圧圧力源３は切替弁作動油室１４か
ら切離され、かつ、この室１４はリザーバタンク
１６と通じている。それ故に、ばね１７によつて
切替弁５は左側の位置をとり、ポート２０がピス
トン作動油室１８と導通し、この室１８内の燃料
がリザーバタンク１６に解放され得る状態にな
る。この状態で、電磁弁１３に噴射量に対応した
長さの開弁時間を与える信号が制御装置３０から
入ると、この時間だけ図示の如く開弁し低圧源３
からの燃料は逆止弁２４を介してポンプ作動油室
２３に導入され所定量充填され、その後調量用電
磁弁１３は閉とされる。このとき、ピストン９、
プランジヤ８は上昇する。

電磁弁１１が開に、１２が閉に切替えられる
と、低圧圧力源３からの油圧が管路１５を介し切
替弁作動油室１４に作用すると同時に、この室１
４はリザーバタンク１６から切離される。その結
果、切替弁５はばね１７に抗し図の右方に動き、
ポート２０を閉としポート１９を開とする。かく
して、高圧圧力源２からの油圧が配管２１を介し
ピストン作動油室１８へ導びかれ、この油圧によ
つて、ピストン９、プランジヤ８は下方へ移動す
る。このとき、ポンプ作動油室２３の圧力を理論
的には圧力源２の油圧のピストン―プランジヤの
断面積比倍に増圧した超高圧がポンプ作動油室２
３に生ずる。この超高圧燃料は逆止弁２４によつ
て逆流を妨げられ、ノズル１０に供給され図示し
ない内燃機関の燃焼室に噴射される。

以上が通常運転時の作動であるが、さらにこれ
を第２図のタイミング図にそつて説明する。第２
の電磁弁１２が閉であり、タイミングＡで第１の
電磁弁１１が開になると、切替弁５は油圧によつ
て右方へ移動し、つづいてピストン・プランジヤ
が押下げられるので燃料を噴射する。つぎにタイ
ミングＢで第１の電磁弁１１が閉となつており、
第２の電磁弁１２を開とすると、切替弁５は左方
へ押しもどされる。そして第２の電磁弁１２は閉
とされる。この状態でタイミングＣより第３の電
磁弁を開とし、タイミングＤまで開弁しておく。
この間にプランジヤ及びピストンが押し上げら
れ、噴射燃料が導入される。第１図に示されるの
はこの間の状態である。タイミングＤで第３の電
磁弁を閉とすると、その状態で再び次のサイクル
のタイミングＡとなるわけである。この時、噴射
量の制御はCDの時間で行なわれることがわかる。
部分負荷の場合には、第２図の破線のように第３
の電磁弁の開弁時間を短くする。例えば、図の
CD′となるようにすれば、プランジヤとピストン
の上昇はD′の時点で止まり、それまでに導入さ
れた噴射燃料が次の噴射の噴射量となるわけであ
る。第３の電磁弁の開弁時間をさらに短くすれば
噴射量は減少し、長くすれば増加することにな
る。すなわち、制御装置３０は、入力された冷却
水温、吸入空気温度等の各種センサ情報に基づ
き、要求される負荷（始動、アイドリング、走行
等）の大きさに応じて、第３の電磁弁１３に対し
て燃料噴射量に対応した長さの開弁時間を与える
信号を供給する。通常は、負荷が大きくなれば第
３の電磁弁の開弁時間は長くなる。また、上述の
ように、部分負荷の場合には第２図に図示の破線
のようになり、制御開弁時間はCD′となる。

次に同様のタイミング図第３図を使用して故障
モードの制御方法を説明する。ここで注意すべき
は、第３の電磁弁１３が開弁したまま作動しない
点である。従つて第３の電磁弁に対しては通電せ
ず図にも示していない。

図のタイミングＡで第１の電磁弁１１を開と
し、噴射に至るのは通常運転と同じである。しか
して、第２の電磁弁１２の開弁は、通常運転では
第２図のＢのようにタイミングＡの直後であり、
第３の電磁弁１３による調整を可能にして待機す
るが、故障の条件下ではこれより遅くなる様に
し、この開弁時刻を用いて噴射量の制御を行な
う。即ち次サイクルのタイミングＡ（第１の電磁
弁１１の開弁時刻）から第２図の通常運転の制御
開弁時間CDと同じ長さだけ逆のぼつてタイミン
グＢを決め、そこで第２の電磁弁１２を開弁す
る。ここで次サイクルのタイミングＡはエンジン
回転速度から算出し、いつになるか推定したもの
を用いることになる。従つて具体的には計算され
た噴射間隔から必要な調量時間（CD相当）をさ
し引いた時間がタイミングＡより経過した後第２
の電磁弁１２を開弁させることになる。第３の電
磁弁１３はすでに故障により開弁した状態になつ
ているのでこの状態で第２の電磁弁１２を開弁
し、切替弁作動油室１４の油圧をリザーバタンク
１６へ解放することにより、ばね１７の力により
切替弁５が左方へ移動するとともにポート１９が
閉じ、ポート２０が開くのでピストン作動油室１
８の油圧がリザーバタンク１６へ解放され、従つ
てピストン９とプランジヤ８とは押し上げられ、
圧力源３からの噴射燃料が開弁状態の第３の電磁
弁１３を通つてポンプ作動油室２３へ導入され
る。そして切替弁５の左方への移動完了後、第２
の電磁弁１２は閉となるが燃料の導入は継続され
ている。次に次サイクルのタイミングＡ、即ち噴
射タイミングにおいて再び第11の電磁弁１１が開
となつて切替弁５が右方へ移動し、ポート２０を
閉とすることによつて導入が終了すると同時にポ
ート１９が開となるので再び噴射が開始する。従
つて噴射量の制御は、次サイクルのタイミングＡ
に対するBAの時間によつて行なわれる。具体的
には、次サイクルのタイミングＡを推定計算し、
それからBAさかのぼつた時刻をタイミングＡか
らの時間によつて計量してABの時間によつて行
なわれるわけである。なお第２図と同様に部分負
荷の場合には図の破線のようになり、タイミング
Ｂを例えばB′のように遅らせれば、制御時間BA
がB′Aと短くなりその間にプランジヤ、ピストン
の上昇できるストロークが小さくなつて噴射量が
減る。さらに次サイクルのタイミングＡに近づけ
れば噴射量は減り、遠ざければ増える。このモー
ドでは前にも述べたように加・減速時の調量精度
が悪い。それは制御時間BAのＡが次サイクルの
噴射タイミングであり、それを予想してＢのタイ
ミングを決めている為で、加・減速時には次サイ
クルのＡのタイミングが、タイミングＢの時点で
想定していたものと変わつてしまうためである。

しかしながらエンジンを何とか運転継続すると
いう目的に対しては十分である。

次に第４図のフローチヤートに従つて全体の制
御の流れを説明する。初期条件をセツト後、各種
センサ情報を入力する。例えばTDCマーク、エ
ンジン回転数、アクセル位置、冷却水温、潤滑油
温、吸入空気温、吸入空気圧、排気温、圧力源圧
力などである。後述するように、これらのセンサ
情報により調量電磁弁１３の異常を検出し、故障
していなければ通常モードの調量・タイミングの
演算を制御装置３０で行い、第２図のような制御
をする。そして再びセンサ情報を入力し、このル
ープによつて時々刻々演算を行なう。故障が発見
されると故障モードとなり、調量・タイミングの
演算を行い、第３図のような制御をする。これ
は、故障気筒のわかるようなシステムでは故障気
筒のみ、そうでなければ全気筒としてかまわな
い。ここで故障の検出方法は、例をあげると、回
転数センサは例えば一定回転毎にパルスの出るも
のなど瞬時の回転数がわかるものを用いる。制御
装置３０はこれを監視し、爆発毎の回転変動が所
定の基準変動幅を越えた時には異常とみなす。あ
るいはピストン位置センサを設けて吸入量をフイ
ードバツクするなどの方法がある。

本発明においては、調量のアクチユエータが燃
料供給可能状態のまま故障した場合には、電磁弁
１１，１２に２ポジシヨン３ポート電磁弁を適用
しても上記と同様な制御により故障モード運転が
可能になる。この場合の２ポジシヨン３ポート電
磁弁の制御については、例えば切替弁作動油室１
４側を共通流路として、燃料の切替弁作動油室１
４への流出入が、タイミングＡ及びタイミングＢ
に対応するように行なわれる。また、本発明にお
いては、調量と圧送駆動の制御が別々のアクチユ
エータで行なわれていればすべて適用できる。例
えば、切替弁５自体を油圧電磁弁で作動させない
で電磁力で直接動かすようなソレノイド直動型の
ものでももちろん適用できる。また圧力源の構
成・数・作動油の種類を問わないことはいうまで
もなく、ノズルの型を問わないし、例えばプラン
ジヤにスピル回路を設けるなどの機構改良をした
ものにも本発明を適用できることは明白である。
また実施例ではデイジタル制御回路を用いている
が、もちろんアナログ回路でこれを実施すること
も可能である。また、調量用電磁弁１３は別の形
式のものでもよいし、その配置は、第１図に示し
たように、低圧圧力源３と逆止弁２４との間では
なく、ポート２０と燃料リザーバタンク１６との
間であつてもよい。ただし、この場合には、調量
燃料そのものではなく、ピストン作動油室１８の
作動油の流出量を調整することによつて燃料導入
量を調整することになる。そして、その場合の調
量用電磁弁１３の配置は、絞り２２の上流側又は
下流側のいずれでもかまわない。また、この場
合、調量時のプランジヤ８及びピストン９の上昇
速度を設定するための絞り２２は、第１図に示し
た実施例の配置としないで、調量燃料のポンプ作
動油室２３への入口側、例えば、逆止弁２４の上
流側に移してもかまわない。

ここで注目すべきは、調量回路の電磁弁以外の
部分の故障たとえば絞りが脱落するなどの場合、
異常検出手段の構成によつては、噴射量が変わる
ために電磁弁の故障と誤つて検出されてしまう可
能性がある。このようなシステムでは、その気筒
のみ前記故障モードの運転をすれば第３の電磁弁
には通電しなくなり、調量用の電磁弁が閉じたま
まとなるのでその気筒はインジエクタの噴射が停
止される。つまり異常気筒の作動を停止した故障
モード運転となる。さらに、作動停止をさけた高
級な故障モード運転とする場合には、その後同様
の方法で作動停止していることを検知すれば、こ
の故障が電磁弁の故障でなかつたことが判明する
（電磁弁の故障ならば前に述べた様に精度は劣る
が、作動する。）ので、例えば第５図の制御タイ
ミングで制御し、調量電磁弁の開弁時間を正常時
のCDよりCD″に変更し短くするような第２の故
障モードに移るようにすればよい。ここでD″は
絞りの脱落によりプランジヤ、ピストンの上昇速
度が大きくなり、燃料の導入時間が短くなつてい
るものに合わせ、比例補正したタイミングを示
す。図中の一点鎖線が通常時の作動である。

上述ように本発明においては、圧送駆動系と、
その作動を制御する弁機構と、調量を行なうため
の別個のアクチユエータをもつインジエクタ装置
を各気筒毎に備え、各種センサ情報を入力して、
制御装置から弁機構及びアクチユエータを制御す
る信号を出力する燃料噴射装置において、インジ
エクタ装置の一部が燃料供給可能状態、即ち噴射
量増側で故障した時、調量を行なうアクチユエー
タあるいは圧送駆動系の作動を制御する弁機構を
故障モードで作動させることによつて調量を可能
にし、機関の運転を止めることなく、かつ、故障
によつて発生するオーバランなどの危険を回避で
きる。しかも、デイジタル回路を用いた場合に
は、この方法によれば、基本的には構成を追加、
変更することなく、制御プログラムの変更だけで
実施可能となるという効果を合わせもつ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の模式構成図、第２図
は通常モードでの制御・作動タイミング図、第３
図は故障モードでの制御・作動タイミング図、第
４図は全体の制御の流れを示すフローチヤート、
第５図は本発明の他の実施例における故障モード
での制御作動タイミング図である。 １……インジエクタ装置、２，３……圧力源、
５……切換弁、８……プランジヤ、９……ピスト
ン、１０……噴射ノズル、１１，１２……第１、
第２電磁弁、１３……調量用アクチユエータ（第
３電磁弁）、３０……制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ピストンとそれに連結されたプランジヤを有
   しピストンの圧下によりプランジヤ下方のポンプ
   作動油室内の燃料を圧送する圧送系と、 圧送された燃料を噴射する噴射ノズルと、 ピストン上方のピストン作動油室内の油圧を変
   えてピストン及びプランジヤの上下運動を制御す
   る弁機構と、 プランジヤ下方のポンプ作動油室に供給される
   燃料の量、即ち燃料噴射量を調量するアクチユエ
   ータからなり、機関の運転状態を検出する検出器
   からの情報に基づく制御装置からの制御信号によ
   り作動するインジエクタ装置を各気筒毎に備えた
   内燃機関の燃料噴射制御方法において、 上記インジエクタ装置の一部が燃料供給可能な
   状態のまま故障したとき、 少くとも故障したインジエクタ装置の作動を故
   障モードで運転できるように、上記調量するアク
   チユエータもしくは、上記弁機構の動作を制御す
   ることにより燃料噴射量を制御する燃料噴射制御
   方法であつて、 上記故障モード運転における上記弁機構の動作
   の制御は、ピストン上方のピストン作動油室内の
   油圧を減少させることにより、前記プランジヤの
   上昇可能となる時期を正規の燃料噴射時期より所
   定時間前に開始するようにし、プランジヤ下方の
   ポンプ作動油室に故障した調量アクチユエータを
   通つて供給される燃料の量を制御することを特徴
   とする内燃機関の燃料噴射制御方法。 ２ 特許請求の範囲第１項の燃料噴射制御方法で
   あつて、 上記アクチユエータを電磁弁で構成したことを
   特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。