JPH0778375B2 - ディーゼル機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はディーゼル機関の燃料噴射制御装置に関す
る。

（従来の技術） 従来、自動車用ディーゼル機関等にあっては、アイドル
時等の振動を抑制するために、燃料噴射量等を気筒別に
電子制御するものがある。

このような制御装置として、アイドル回転数が予め定め
た目標回転数となるように、各気筒について検出したア
イドル回転数と目標回転数との偏差に基づいて開弁機関
のフィードバック補正量を求め、気筒毎にアイドル回転
数制御を行うとともに、このフィードバック補正量を学
習し、アイドル時以外の無負荷運転条件でも気筒別燃料
噴射量のばらつきを補正するものがあった（例えば特開
昭62−32254号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題） このような気筒別燃料噴射量を制御するディーゼル機関
において、燃焼室に臨む噴射ノズルの開弁圧が経時変化
等を来して変化すると、失火を招いて白煙が増加したり
ノック音（燃焼音）が増加することがある。

噴射ノズルの開弁圧（スプリング設定荷重等）が低下す
ると、正規の状態よりも燃料の噴射開始は早くなり、ま
た、開弁圧が高くなると、逆に燃料の噴射時期は遅くな
る傾向がある。ところが、従来の燃料噴射量の補正は、
噴射開始時期はそのままにして噴射終了時期を調整する
ことにより制御している。

例えば、アイドル時にある気筒の回転数が目標よりも高
く、その気筒の燃料噴射量を減量補正する場合は、噴射
終了時期を早くする。もし、このとき噴射ノズルの開弁
圧が劣化により低くなっていたとすると、その気筒の燃
料噴射の開始時期は他の気筒よりも早くなっているが、
終了時期を早くしても、この点は是正されず、このため
依然として燃焼騒音は大きくなりがちとなる。

また、回転数が目標よりも低く、燃料の噴射量を増量補
正する場合、もし、開弁圧が高いときは、噴射開始時期
は他の気筒よりも遅れたまま、終了時期も遅くなる。そ
の気筒の回転数が低いということは燃焼の不安定さを反
映しており、いくら噴射量を増やしても、噴射時期を早
めないと、燃焼の改善効果は低くい。また、このように
開弁圧の高い気筒では、いつも噴射時期が遅れることか
ら、機関の低温時など燃焼の悪化や失火を起こしやす
い。

他方では、従来はアイドル時の気筒別補正量を無負荷運
転時にしか反映していないため、気筒別燃料噴射量のば
らつきにより最大噴射量時にトルク低下をきたしたり、
スモークが増大することもあった。

本発明はこのような問題を解決するために提案されたも
ので、アイドル運転時に気筒毎に燃焼噴射開始時期と噴
射期間をフィードバック制御することにより、燃焼の改
善や騒音低減を図り、また、アイドル時に学習した結果
をアイドル運転以外にも反映させることにより、スモー
クの発生等を確実に防止することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、第１図示するように、燃料の噴射開始時期
と噴射終了時期が可変制御される燃料噴射ポンプと、エ
ンジンの作動状態量を検出するセンサ（例えばエンジン
の負荷に相当するアクセルペダル開度を検出するセンサ
21と、エンジン回転数を検出するセンサ22）と、このセ
ンサ検出値に応じて燃料噴射ポンプからの全気筒に共通
な燃料の基本噴射開始時期および基本噴射期間をそれぞ
れ算出する手段24,23と、アイドル時であるかどうかを
判定する手段25と、アイドル時には各々の気筒につい
て、エンジン回転数が予め定めた目標回転数より高いと
きはその気筒の燃料噴射開始時期を基本噴射開始時期よ
りも遅らせると共に噴射期間を基本噴射期間より短く、
同じく低いときは噴射開始時期を基本噴射開始時期より
も早めると共に噴射期間を基本噴射期間より長くするよ
うにそれぞれ補正するフィードバック制御手段28と、こ
れら基本噴射開始時期と噴射期間に対するフィードバッ
ク補正量を学習する手段26と、アイドル時以外の運転条
件でもこの学習補正量に基づいて対応する気筒の基本噴
射開始時期と基本噴射期間をそれぞれ補正する手段27と
を設けた。

（作用） 本願発明では、アイドル時の気筒ごとのフィードバック
制御は、燃料噴射期間と同時に噴射開始時期を調整する
ことにより行っている。

フィードバックされた回転数が目標よりも高いときは、
燃料噴射量を減らすが、同時に燃料噴射ノズルの針弁の
開弁圧が低く、噴射開始時期が早過ぎるものと判断し、
噴射開始時期を遅らせる共に燃料噴射期間を短くするこ
とにより噴射量を減らす。これにより、回転数が目標値
と一致するように制御されると共に、その気筒の燃料噴
射開始時期も適正となり、燃焼騒音の増大も防げる。

また、フィードバックされた回転数が目標よりも低いと
きは、燃料噴射量を増やすが、同時に噴射ノズルの開弁
圧が高く、噴射開始時期が遅れているものと判断し、噴
射開始時期を早めると共に燃料噴射量を増やす。したが
って、これにより、回転数が目標値と一致するように制
御されるだけでなく、機関低温時など噴射時期の遅れに
起因しての失火を確実に防止できる。

一方で、アイドル時のフィードバック補正量の学習値に
基づいて、アイドル以外の運転時にも、気筒ごとに燃料
の噴射開始時期、噴射量を補正することにより、気筒毎
の燃料噴射のばらつきを無くし、気筒全体として、最大
噴射時などでのスモークの発生量を精度よく抑制するこ
とができる。

（実施例） 以下添付図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

第２図において、１はポンプハウジング、２と３は駆動
軸４により駆動される低温側フィードポンプと高圧側プ
ランジャポンプで、図示しない燃料入口からフィードポ
ンプ２により吸引された燃料はハウジング１内のフィー
ドポンプ室５に供給され、フィードポンプ室５に開口す
る吸込通路６を介してプランジャポンプ３に送られる。

プランジャポンプ３のプランジャ７は、先端に機関のシ
リンダと同数の吸込溝８が形成されると共に、他端に同
じく同数のカム山をもつフェイスカム９が形成され、フ
ェイスカム９は駆動軸４と共に回転しながらローラリン
グ10に配設されたローラ11を乗り越えて所定のカムリフ
トだけ往復運動する。

したがって、プランジャ７は回転しながら往復運動する
ことになり、この回転往復運動に伴い吸込溝８からプラ
ンジャ室12に吸引された燃料が、プランジャ室12に通じ
る図示しない各気筒毎の分配ポートからデリバリバルブ
を通って燃焼室に臨む噴射ノズルへと圧送される。

そして、燃料の噴射時期や噴射量を制御するために、フ
ィードポンプ室５とプランジャ室12とを連通する燃料戻
し通路13を形成し、この燃料戻し通路13の途中に高速応
動型の電磁弁14を介装している。

この電磁弁14は、開弁時にプランジャ室12を開放するも
ので、駆動パルスにより機関の運転条件に応じてプラン
ジャポンプ３の吐出行程で所定の周期閉じられる。

プランジャ７の圧縮行程中に電磁弁14を閉じることで燃
料の噴射が開始され、電磁弁14を開くことで噴射が終了
し、したがって電磁弁14の開弁時期により燃料の噴射開
始時期が、またその閉弁期間に応じて噴射量が制御され
るのである。プランジャ７の圧縮行程の途中で電磁弁14
が一たん開くようにすると、燃料の主噴射に先立ってパ
イロット噴射することも可能となる。

一方、電磁弁14を制御対象とする装置は、機関の運転パ
ラメータを検出するセンサ17と、これら検出信号を信号
処理するコントロールユニット19と、電磁弁駆動回路16
とから構成される。

第３図はコントロールユニット19の詳細を示し、これは
入出力回路（I/O）41,ROM42,RAM43,CPU44からなるマイ
クロコンピュータから構成され、第１図に示す各手段23
〜28の機能を備える。

入出力回路41には、エンジンの作動状態量の基本値を検
出するため、噴射ポンプの１回転当たり１個のリファレ
ンスパルス31と１回転当たり36個のスケールパルス32、
エンジン負荷相当量としてのアクセルペダル開度を検出
するセンサ33だけでなく、その他の運転条件を検出する
センサ（燃料温度センサ34,水温センサ35,アイドルスイ
ッチ36,電磁弁14の実際の閉弁開始時期と閉弁期間を検
出するセンサ37および実際の噴射開始時期を検出するセ
ンサ38）からの信号がそれぞれ入力される。

CPU44ではROM42に記憶されたプログラムにしたがって入
出力回路41からの情報を採り込んで各種の演算処理を行
い、電磁弁14を制御するためのデータ（閉弁時期と閉弁
期間）を入出力回路41にセットする。なお、RAM43はCPU
44の演算処理に関連したデータを一時的に退避するため
に使われる。入出力回路41ではCPU44から出力されたデ
ータに基づき電磁弁14の駆動パルスを出力する。

次に、CPU44の動作を第４図のフローチャートに基づい
て説明する。

ステップ50ではアイドル安定状態かどうかを判定する。
これは、アイドル回転数および気筒毎のアイドル回転数
の差が設定値以下であるか否かで判断される。もし、ス
テップ50でアイドル安定状態であると判断された場合に
は、ステップ57でその時の気筒毎の基本噴射量のフィー
ドバック補正量ΔAviを学習し、ステップ58でΔAviの値
をメモリに入れる。

ステップ50でアイドル安定状態でないと判断された場合
には、ステップ51で機関回転数Ｎとアクセル開度Accを
読込み、ステップ52でアイドル噴射量よりも多いか否か
を判定し、例えば第５図に示すような特性をROM42に記
憶させておき、計算式あるいはマップにより補正係数Ｋ
を算出する。

ステップ53では例えば第６図，第７図の特性をROM42に
記憶させておき、基本噴射期間Avm、基本噴射時期Itmを
決定する。

ステップ54では、ステップ58でメモリされた気筒毎学習
補正量ΔAviを読出し、ステップ55では、基本噴射量Av_M
と気筒毎学習補正量ΔAviに補正係数Ｋを乗じたものを
加算して決定噴射期間Aviを求めるとともに、基本噴射
開始時期Itmと気筒毎学習補正量ΔAviに補正係数Ｋを乗
じたものを加算して決定噴射開始時期Itiを求め、ステ
ップ56で決定噴射期間Avおよび決定噴射開始時期ItをRA
M41の所定のアドレスに格納し終了する。

これを第８図で説明すると、電磁弁14を開弁する駆動パ
ルスは、機関の諸条件に対応する基本噴射期間および基
本噴射開始時期に対して、例えばノズル開弁圧が高い場
合は気筒別学習補正量ΔAviが正となって駆動パルスの
立ち上がりを早めて、ノズルの針弁リフトの開始が遅れ
ないように補正する一方、ノズル開弁圧が低下した場合
は気筒別学習補正量ΔAviが負となって駆動パルスの立
ち上がりを遅らし、ノズルの針弁リフトの開始が早すぎ
ないように補正する。

フィードバックされたアイドル回転数が目標よりも高い
ときは、その気筒の燃料噴射量を減らすが、同時に燃料
噴射ノズルの針弁の開弁圧力が低く、噴射開始時期が早
過ぎるものと判断し、基本燃料噴射開始時期よりも噴射
開始時期を遅らせると共に基本燃料噴射期間よりも燃料
噴射期間を短くするように補正する。これにより、その
気筒のアイドル回転数が目標値と一致するように制御さ
れると共に、燃料噴射開始時期も適正となり、燃焼騒音
の増大も防げる。

また、アイドル回転数が目標よりも低いときは、燃料噴
射量を増やすが、同時に噴射ノズルの開弁圧力が高く、
噴射開始時期が遅れているものと判断し、基本燃料噴射
開始時期よりも噴射開始時期を早めると共に基本燃料噴
射期間よりも燃料噴射期間を長くする。したがって、こ
れにより、回転数が目標値と一致するように制御される
だけでなく、機関低温時など噴射時期の遅れに起因して
の失火を確実に防止できる。

ノズル開弁圧が変化すると、針弁リフトの開始が影響を
受けて開弁圧変化分だけ早くなったり遅くなったりする
が、針弁のリフトが終了する時期については、ノズル開
弁圧の変化によっては影響を受けることがない。この結
果、すべての気筒に同量の燃料が供給され、気筒間でト
ルクが均一になり、機関振動が抑制される。

高負荷域で最大噴射量のばらつきによりスモーク限界を
越えるほど濃い混合気がいずれか一つの気筒について供
給されても、全体のスモーク量が増加する。しかしなが
ら、このアイドル時におけるフィードバック補正量を学
習して、気筒別の噴射開始時期を最大噴射量時まで学習
補正することにより、スモーク排出領域で一部気筒に生
じる最大噴射量のばらつきを無くして気筒全体としての
スモーク量を抑制する。尚、フェイスカム９の形状を常
に等送油率となるように形成すれば、ステップ55で基本
噴射量の補正を行なわなくてもよい。

第９図は他の実施例を示すコントロールユニット19の詳
細を示し、排気マニホールド集合部に取付けられた空燃
比センサ39を設け、気筒別の空気過剰率を検出して燃料
噴射開始時期を変えるものである。

第10図にフローチャートを示すように、ステップ55で
は、基本噴射期間Av_Mに気筒毎補正量ΔAviに補正係数Ｋ
を乗じたもの加算し、さらに気筒別空燃比に応じた補正
量ΔAv_Fを加算して決定噴射期間Aviを求めるとともに、
基本噴射開始時期Itmと気筒毎補正量ΔAviに補正係数Ｋ
を乗じたものを加算し、さらに気筒別空燃比に応じた補
正量ΔIt_AFを加算して決定噴射開始時期Itiを求める。

第11図は回転数とアクセル開度をパラメータとして目標
空燃比λmapを求めるためのマップを示し、こうして定
まる値λmapと実空燃比λｔの差に基づいて第12図，第1
3図のマップから噴射量補正量ΔAv_Fと噴射時期補正量Δ
Aviをそれぞれ求めるようになっている。

この例によれば、所定の空気過剰率を越えないように気
筒別に噴射期間および噴射開始時期の制御をアイドル時
の学習補正と共に行うので、高負荷域で最大噴射量のば
らつきをさらに精度良く抑制し、気筒全体としてのスモ
ーク量が抑えられる。

（発明の効果） 以上のように本発明は、アイドル時の気筒ごとのフィー
ドバック制御は、燃料噴射期間と同時に噴射開始時期を
調整することにより行い、回転数が目標よりも高いとき
は、燃料噴射量を減らすが、同時に燃料噴射ノズルの針
弁の開弁圧力が低く、噴射開始時期が早過ぎるものと判
断し、噴射開始時期を遅らせると共に燃料噴射期間を短
くすることにより噴射量を減らし、これにより、回転数
が目標値と一致するように制御されると共に、その気筒
の燃料噴射開始時期も適正となり、アイドル時の燃焼騒
音の増大も防げる一方、回転数が目標よりも低いとき
は、燃料噴射量を増やすが、同時に噴射ノズルの開弁圧
力が高く、噴射開始時期が遅れているものと判断し、噴
射開始時期を早めると共に燃料噴射期間を長くし、これ
により、回転数が目標値と一致するように制御されるだ
けでなく、機関低温時など噴射時期の遅れに起因しての
失火を確実に防止できる。また、アイドル時のフィード
バック補正量の学習値に基づいて、アイドル以外の運転
時にも、気筒ごとに燃料の噴射開始時期、噴射量を補正
することにより、気筒毎の燃料噴射のばらつきを無く
し、気筒全体として、燃料の最大噴射時などにおけるス
モークの発生量を精度よく抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は一実施例の
噴射ポンプの断面図、第３図はコントロールユニットの
ブロック図、第４図は制御動作を説明するフローチャー
ト、第５図ないし第８図は制御動作において使用される
各値の内容を示す特性図である。第９図は他の実施例を
示すコントロールユニットのブロック図、第10図は制御
動作を説明するフローチャート、第11図ないし第13図は
制御動作において使用される各値の内容を示す特性図で
ある。 １……ポンプハウジング、３……プランジャポンプ、７
……プランジャ、９……フェイスカム、12……プランジ
ャ室、13……燃料戻し通路、14……電磁弁、16……電磁
弁駆動回路、19……コントロールユニット、21……アク
セル開度センサ、22……回転数センサ、23……基本噴射
期間算出手段、24……基本噴射開始時期算出手段、25…
…アイドル時判定手段、26……気筒別補正量学習手段、
27……噴射期間補正手段、31……リファレンスパルス発
生手段、32……スケールパルス発生手段、41……入出力
回路、42……ROM、43……RAM、44……CPU。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料の噴射開始時期と噴射終了時期が可変
   制御される燃料噴射ポンプと、エンジンの作動状態量を
   検出するセンサと、このセンサ検出値に応じて燃料噴射
   ポンプからの全気筒に共通な燃料の基本噴射開始時期お
   よび基本噴射機関をそれぞれ算出する手段と、アイドル
   時であるかどうかを判定する手段と、アイドル時には各
   々の気筒について、エンジン回転数が予め定めた目標回
   転数より高いときはその気筒の燃料噴射開始時期を基本
   噴射開始時期よりも遅らせると共に噴射期間を基本噴射
   期間より短く、同じく低いときは噴射開始時期を基本噴
   射開始時期よりも早めると共に噴射期間を基本噴射期間
   より長くするようにそれぞれ補正するフィードバック制
   御手段と、これら基本噴射開始時期と噴射期間に対する
   フィードバック補正量を学習する手段と、アイドル時以
   外の運転条件でもこの学習補正量に基づいて対応する気
   筒の基本噴射開始時期と基本噴射期間をそれぞれ補正す
   る手段とを設けたことを特徴とするディーゼル機関の燃
   料噴射制御装置。