(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイマピストンの一端側の高圧室と他端側の低圧室とを連通する通路に介装される電磁弁をデューティ制御することにより、タイマピストンの位置を制御して燃料の噴射時期を制御するディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置であって、
エンジンの運転条件に基づいて目標噴射時期を設定する目標噴射時期設定手段と、実噴射時期を検出する実噴射時期検出手段と、目標噴射時期と実噴射時期とを比較して前記電磁弁に対するデューティを設定するデューティ設定手段と、を備えるものにおいて、
前記デューティが予め定めた不感帯領域に突入したことを検出する不感帯突入検出手段と、
前記不感帯領域への突入を検出してから、所定の期間遅らせて、リミッタ許可信号を出力するリミッタ許可手段と、
リミッタ許可信号を受けて、前記デューティが不感帯領域から出るように、前記デューティを制限するリミッタ処理手段と、
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置。
【請求項２】
前記リミッタ許可手段は、前記不感帯領域への突入を検出してから、計時を開始して、一定時間経過後に、リミッタ許可信号を出力するものであることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置。
【請求項３】
前記リミッタ許可手段は、前記不感帯領域への突入を検出してから、目標噴射時期と実噴射時期とが略一致したことを検出するまで待って、リミッタ許可信号を出力するものであることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置。
【請求項４】
前記リミッタ許可手段は、前記不感帯領域への突入を検出してから、目標噴射時期と実噴射時期とが略一致したことを検出するまで待って、計時を開始して、一定時間経過後に、リミッタ許可信号を出力するものであることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの燃料噴射期制御装置。
【請求項５】
前記リミッタ処理手段は、リミッタ許可信号を受けて、前記デューティが不感帯領域から出る方向に、リミッタ値を時間と共に徐々に増減するものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置。
【請求項６】
前記不感帯突入検出手段、前記リミッタ許可手段及び前記リミッタ処理手段を、少なくともアイドル運転条件においてのみ作動させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のディーゼルエンジンの分配型燃料噴射ポンプにおいては、燃料噴射時期制御部材としてタイマピストンが備えられ、このタイマピストンの移動位置に応じて燃料噴射時期が制御されるようになっている。
タイマピストンに対しては、その一端側に、フィードポンプの吐出側（ポンプ室）とオリフィスを介して連通する高圧室が形成され、また、他端側に、フィードポンプの吸入側（サクション室）と連通する低圧室が形成されている。
【０００３】
そして、高圧室と低圧室とを連通する通路が設けられて、この通路に電磁弁が介装されている。この電磁弁の開閉はデューティ制御で行い、高圧室から低圧室に流れる燃料量をデューティ（開時間割合）によって制御することで、高圧室の圧力を制御している。
このようにして、高圧室と低圧室との差圧を制御し、予めタイマーピストンに作用させたスプリングとの釣合いによって、タイマピストンの位置を制御して、燃料噴射時期を制御している。
【０００４】
そして、エンジンの運転条件に基づいて目標噴射時期を設定する一方、例えば特開平７−１２７５５２号公報に示されるようにノズルリフトセンサなどを用いて実噴射時期を検出し、目標噴射時期と実噴射時期とを比較して前記電磁弁に対するデューティを設定することにより、燃料噴射時期をフィードバック制御している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のデューティ制御には、不感帯（デューティ下限値以下、又はデューティ上限値以上の領域で、タイマピストン位置が変化しなくなる領域）が存在する。例えば、デューティ増大側を進角側、デューティ減少側を遅角側とすると、図８の（１）に示すように、減速により、目標噴射時期（目標ＩＴ）が大きく遅角側に設定されると、デューティ（ＤＴＣＶ）が減少されて、不感帯に突入してしまい、その後、加速に転じたときに、不感帯からの復帰が遅くなり、実噴射時期（実ＩＴ）の進角が遅れる。
【０００６】
そこで、デューティに上下限を設けて、不感帯に突入しないように、リミッタ処理を行うことが考えられた。これによれば、図８の（２）に示すように、不感帯への突入は防げるので、加速に転じたときの進角の追従性は向上するものの、デューティが下限値以下になったからといって、必ずしも実際にタイマピストン位置が不感帯に入っているわけではないので、減速時にデューティに対しリミッタ処理をかけることにより、遅角が遅れることがある。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、前記のデューティ制御において、不感帯領域への突入を条件に応じて許可したり不許可としたりして、制御の応答性を確保することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、次の構成とする。
基本的には、タイマピストンの一端側の高圧室と他端側の低圧室とを連通する通路に介装される電磁弁をデューティ制御することにより、タイマピストンの位置を制御して燃料の噴射時期を制御するディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置である。
【０００９】
また、図１に示すように、エンジンの運転条件に基づいて目標噴射時期を設定する目標噴射時期設定手段と、実噴射時期を検出する実噴射時期検出手段と、目標噴射時期と実噴射時期とを比較して前記電磁弁に対するデューティを設定するデューティ設定手段と、を備えるものであることを前提とする。
そして、同じく図１に示すように、前記デューティが予め定めた不感帯領域に突入したことを検出する不感帯突入検出手段と、前記不感帯領域への突入を検出してから、所定の期間遅らせて、リミッタ許可信号を出力するリミッタ許可手段と、リミッタ許可信号を受けて、前記デューティが不感帯領域から出るように、前記デューティを制限するリミッタ処理手段と、を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明では、前記リミッタ許可手段は、前記不感帯領域への突入を検出してから、計時を開始して、一定時間経過後に、リミッタ許可信号を出力するものであることを特徴とする。
請求項３に係る発明では、前記リミッタ許可手段は、前記不感帯領域への突入を検出してから、目標噴射時期と実噴射時期とが略一致したことを検出するまで待って、リミッタ許可信号を出力するものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明では、前記リミッタ許可手段は、前記不感帯領域への突入を検出してから、目標噴射時期と実噴射時期とが略一致したこと検出するまで待って、計時を開始して、一定時間経過後に、リミッタ許可信号を出力するものであることを特徴とする。
請求項５に係る発明では、前記リミッタ処理手段は、リミッタ許可信号を受けて、前記デューティが不感帯領域から出る方向に、リミッタ値を時間と共に徐々に増減するものであることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明では、前記不感帯突入検出手段、前記リミッタ許可手段及び前記リミッタ処理手段を、少なくともアイドル運転条件においてのみ作動させることを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、電磁弁に対するデューティが予め定めた不感帯領域に突入した場合、これを検出してから、所定の期間遅らせて、リミッタ処理を行うので、減速時にはリミッタ処理がなされず、その後はリミッタ処理がなされた状態から加速でき、このように不感帯領域への突入を条件に応じて許可したり不許可としたりすることにより、制御の応答性を確保できるという効果が得られる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、不感帯領域への突入を検出してから、計時を開始して、一定時間経過後に、リミッタ許可信号を出力するようにすることで、時間管理のみで簡単に実施できる。
請求項３に係る発明によれば、不感帯領域への突入を検出してから、目標噴射時期と実噴射時期とが略一致したことを検出するまで待って、リミッタ許可信号を出力するようにすることで、実際の制御の状態を考慮してリミッタ処理の許可判定を行うことができる。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、不感帯領域への突入を検出してから、目標噴射時期と実噴射時期とが略一致したこと検出するまで待って、計時を開始して、一定時間経過後に、リミッタ許可信号を出力するようにすることで、実際の制御が確実に安定するのを待って、リミッタ処理を行うことができる。
請求項５に係る発明によれば、リミッタ処理に際し、リミッタ値を時間と共に徐々に増減することで、滑らかな制御が可能となる。
【００１６】
請求項６に係る発明によれば、アイドル運転条件においてのみリミッタ処理を行うことで、当該運転条件において要求される制御の応答性を満足させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図２〜図７に基づいて説明する。
図２はディーゼルエンジン用分配型燃料噴射ポンプの要部断面図である。
燃料噴射ポンプ１において、エンジンにより回転駆動される駆動軸２によりポンプケース内のフィードポンプ３が駆動され、このフィードポンプ３により燃料タンク（図示せず）から燃料が吸入されてポンプケース内のポンプ室４に導かれる。
【００１８】
駆動軸２に対してはその軸方向に相対移動できるように連結したカムディスク５を持つプランジャ６が同軸上に配設され、このプランジャ６がシリンダ７の内部で往復動することにより高圧ポンピング作用を行う。
カムディスク５のフランジ面にはタイマピストン８により位置調整可能なローラホルダ９に保持されたローラと当接する気筒数に対応しての複数のカムが等間隔に形成され、カムディスク５の回転によりカムがローラを乗り越える毎にプランジャ６を軸方向に移動させる。従って、プランジャ６は駆動軸２と同軸的に回転しつつ、単位回転当たりにカムの数だけ往復動を行う。
【００１９】
プランジャ６が図で左行する吸入行程にある場合は、ポンプ室４内の燃料がシリンダ７側の吸入ポート１０からプランジャ６の吸入溝１１を介してポンピング室１２に吸入され、プランジャ６が図で右行する圧送行程に移ると、ポンピング室１２の燃料が圧縮されつつプランジャ６の分配溝１３からシリンダ７側の複数の吐出ポート１４の１つに導かれ、送出弁１５から、高圧配管を経て、燃料噴射ノズル１６へ圧送される。
【００２０】
ここにおいて、タイマピストン８の位置調整によってローラホルダ９の回動位置を変化させることで、プランジャ６の往復動の開始タイミングが変化するから、燃料噴射時期（噴射始め）を変化させることができる。従って、後述のようにタイマピストン８を位置調整することで、燃料噴射時期（噴射始め）を制御できる。
【００２１】
また、プランジャ６のシリンダ７外に存する部分にはコントロールスリーブ１７が摺動自在に嵌挿され、プランジャ６のカットオフポート１８がコントロールスリーブ１７の内周面から外れて露出すると、ポンピング室１２の燃料がカットオフポート１８から洩流して噴射終りとなる。従って、電子ガバナ（図示せず）によりコントロールスリーブ１７を位置調整することで、噴射終りすなわち噴射量を制御できる。
【００２２】
尚、図中の１９は吸入ポート１０を閉止することにより燃料の供給を停止することのできるエンジン停止用の燃料カットバルブを示している。
次にタイマピストン８の位置調整による燃料噴射時期制御装置について詳しく説明する。
タイマピストン８の一端には、ポンプ室４（フィードポンプ３の吐出側）とオリフィス機能を有する通路２０により連通する高圧室２１が形成され、他端には、フィードポンプ３の吸入側と通路２２により連通する低圧室２３が形成される。そして、低圧室２３側にはタイマピストン８を高圧室２１側に付勢するスプリング２４が収納されている。
【００２３】
また、高圧室２１と低圧室２３とを連通する通路２５−１，２５−２を設けて、この通路２５−１，２５−２に電磁弁２６を介装してある。
この電磁弁２６は制御装置としてのマイクロコンピュータ内蔵のコントロールユニット２８からのデューティ信号により開閉制御されるようになっている。
具体的には、前記電磁弁２６に対するデューティ（開時間割合）を減少させることにより、高圧室２１から低圧室２３への洩れ流量を小さくして、高圧室２１の圧力を相対的に上昇させることにより、タイマピストン８をスプリング２４の力に抗して低圧室２３側に移動させて、燃料噴射時期を遅角側に制御する。
【００２４】
逆に、前記電磁弁２６に対するデューティ（開時間割合）を増大させることにより、高圧室２１から低圧室２３への洩れ流量を大きくして、高圧室２１の圧力を相対的に低下させることにより、タイマピストン８をスプリング２４の力によって高圧室２１側に移動させて、燃料噴射時期を進角側に制御する。
この制御のため、コントロールユニット２８には各種のセンサから信号が入力されている。
【００２５】
前記各種のセンサとしては、回転センサ２９が設けられている。この回転センサ２９は、燃料噴射ポンプ１の駆動軸２に取付けられた外周部に信号発生用の歯を有するシグナルディスクプレートに対峙させた電磁ピックアップ式のセンサであり、燃料噴射ポンプ１の駆動軸２が所定角度回転する毎にパルス信号を発生し、このパルス信号よりクランク角度を検出すると共に、パルス信号の周期（又は所定時間内のパルス数）よりエンジン回転数（燃料噴射ポンプ回転数）Ｎｅを検出可能である。
【００２６】
また、エンジン負荷Ｑとしてアクセル開度を検出するアクセルセンサ３０が設けられている。
また、燃料噴射ノズル１６に実噴射時期の検出のために針弁リフトを検出する針弁リフトセンサ３１が取付けられている。
次に制御の具体的内容をフローチャートにより説明する。
【００２７】
図３は基本デューティ（ＤＴＣＶＰ）演算ルーチンのフローチャートである。
ステップ１（図にはＳ１と記してある。以下同様）では、エンジン回転数（燃料噴射ポンプ回転数）Ｎｅ及びエンジン負荷（アクセル開度）Ｑを入力し、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｑとからマップを参照して目標噴射時期（目標ＩＴ）を設定する。
【００２８】
ステップ２では、クランク角度及び針弁リフトに基づき、針弁リフト開始時のクランク角度として、実噴射時期（実ＩＴ）を検出する。
ステップ３では、実噴射時期（実ＩＴ）と目標噴射時期（目標ＩＴ）との差ΔＩＴ＝実ＩＴ−目標ＩＴを演算する。
ステップ４では、前回において後述の図５のルーチンにより最終的に出力したデューティＤＴＣＶを読込んで、これを基本デューティＤＴＣＶＰ＝ＤＴＣＶとする。
【００２９】
ステップ５では、前記差ΔＩＴの正負を判定する。
ΔＩＴ＜０の場合は、進角制御のため、ステップ６へ進んで、電磁弁に対する基本デューテＤＴＣＶＰを次式により増大させた後、本ルーチンを終了する。
ＤＴＣＶＰ＝ＤＴＣＶＰ＋ＰＩ（ΔＩＴ）
ΔＩＴ＞０の場合は、遅角制御のため、ステップ７へ進んで、電磁弁に対する基本デューテＤＴＣＶＰを次式により減少させた後、本ルーチンを終了する。
【００３０】
ＤＴＣＶＰ＝ＤＴＣＶＰ−ＰＩ（ΔＩＴ）
ここで、両式におけるＰＩ（ΔＩＴ）は、比例及び積分制御のための変数で、目標ＩＴと実ＩＴに大きな差を生じた場合にΔＩＴに比例して設定される比例分と、ΔＩＴの正負に応じた微小量の積分分とを含んでいる。
ΔＩＴ≒０の場合は、現在の基本デューティＤＴＣＶＰを維持して、本ルーチンを終了する。
【００３１】
尚、フローチャートでは省略したが、燃料噴射時期のフィードバック制御条件（ＩＴクローズド）でない場合は、上記のようなフィードバック制御を行うことなく、基本デューティＤＴＣＶＰは目標ＩＴに応じて設定する。
図４はリミッタ値（ＤＴＣＶＭＩＮ）演算ルーチンのフローチャートである。この実施例では、リミッタ値として、デューティ下限値側の値のみを扱うが、デューティ上限値側について設定することも可能である。
【００３２】
ステップ１１では、エンジン回転中か否かを判定し、エンジン回転中の場合にステップ１２へ進む。
ステップ１２では、燃料噴射時期のフィードバック制御条件（ＩＴクローズド）か否かを判定し、ＩＴクローズドの場合にステップ１３へ進む。
ステップ１３では、アイドル回転数のフィードバック制御条件（ＩＳＣクローズド）か否かを判定し、ＩＳＣクローズドの場合にステップ１４へ進む。ここでいうＩＳＣクローズドとは、アイドル運転条件にてエンジン回転数が目標アイドル回転数に一致するように電子ガバナにより噴射量をフィードバック制御することである。
【００３３】
一方、エンジン回転中でない場合、ＩＴクローズドでない場合、又は、ＩＳＣクローズドでない場合は、ステップ１７へ進んで、タイマＴＭをクリアし（ＴＭ＝０）、また、ステップ２２へ進んで、リミッタ値ＤＴＣＶＭＩＮをクリアして（ＤＴＣＶＭＩＮ＝０；リミッタ処理不許可）、本ルーチンを終了する。
エンジン回転中であり、ＩＴクローズドであり、かつ、ＩＳＣクローズドである場合は、ステップ１４にて、図３のルーチンにより設定された基本デューティＤＴＣＶＰを読込む。
【００３４】
次のステップ１５では、基本デューティＤＴＣＶＰと予め定めた基本リミッタ値ＬＩＭ（例えば３０％）とを比較し、基本デューティＤＴＣＶＰ＜ＬＩＭか否かを判定する。
基本デューティＤＴＣＶＰ＜ＬＩＭでない場合は、ステップ１７へ進んで、タイマＴＭをクリアし（ＴＭ＝０）、また、ステップ２２へ進んで、リミッタ値ＤＴＣＶＭＩＮをクリアして（ＤＴＣＶＭＩＮ＝０；リミッタ処理不許可）、本ルーチンを終了する。
【００３５】
基本デューティＤＴＣＶＰ＜ＬＩＭの場合、すなわち不感帯領域に突入した場合は、ステップ１６へ進んで、タイマＴＭをインクリメントする（ＴＭ＝ＴＭ＋１）。
次のステップ１８では、タイマＴＭ≧所定値か否かを判定する。
タイマＴＭ≧所定値でない場合は、ステップ２２へ進んで、リミッタ値ＤＴＣＶＭＩＮをクリアして（ＤＴＣＶＭＩＮ＝０；リミッタ処理不許可）、本ルーチンを終了する。
【００３６】
タイマＴＭ≧所定値の場合、すなわち不感帯領域に突入後一定時間経過した場合は、ステップ２０へ進んで、リミッタ値ＤＴＣＶＭＩＮをインクリメントする（ＤＴＣＶＭＩＮ＝ＤＴＣＶＭＩＮ＋ΔＤ）。尚、ΔＤは予め定めたデューティの増分（例えば１％）である。
次のステップ２０では、リミッタ値ＤＴＣＶＭＩＮが基本リミッタ値ＬＩＭ（例えば３０％）を超えたか否かを判定し、ＤＴＣＶＭＩＮ＞ＬＩＭの場合のみ、ステップ２１へ進んで、ＤＴＣＶＭＩＮ＝ＬＩＭに設定する。
【００３７】
図５は最終デューティ（ＤＴＣＶ）演算ルーチンのフローチャートである。
ステップ３１では、図３のルーチンにより設定された基本デューティＤＴＣＶＰと、図４のルーチンにより設定されたリミッタ値ＤＴＣＶＭＩＮとを読込む。
そして、ステップ３２では、基本デューティＤＴＣＶＰとリミッタ値ＤＴＣＶＭＩＮとを比較する。
【００３８】
比較の結果、基本デューティＤＴＣＶＰ≧リミッタ値ＤＴＣＶＭＩＮの場合は、ステップ３３へ進んで、最終デューティＤＴＣＶ＝基本デューティＤＴＣＶＰとする。
逆に、基本デューティＤＴＣＶＰ＜リミッタ値ＤＴＣＶＭＩＮの場合は、ステップ３４へ進んで、最終デューティＤＴＣＶ＝リミッタ値ＤＴＣＶＭＩＮとする。
【００３９】
すなわち、基本デューティＤＴＣＶＰとリミッタ値ＤＴＣＶＭＩＮとのうち、大きい方を選択して、最終デューティＤＴＣＶとすることにより、リミッタ処理を行う。
最後に、ステップ３５では、最終デューティＤＴＣＶに対応する信号を電磁弁に対して出力する。
【００４０】
このような制御により、図７に示すように、減速により、目標噴射時期（目標ＩＴ）が大きく遅角側に設定されたときは、リミッタ処理が禁止されて、デューティ（ＤＴＣＶ）が不感帯に突入することが許容されるので、遅角が遅れるのを防止でき、その後、一定時間経過すると、リミッタ処理がかかり、デューティ（ＤＴＣＶ）が基本リミッタ値まで戻されて待機するので、加速に際して進角が遅れることも防止でき、追従性が良好となる。
【００４１】
尚、ステップ１の部分が目標噴射時期設定手段に相当し、ステップ２の部分が実噴射時期検出手段に相当し、ステップ３〜７の部分がフィードバック制御によるデューティ設定手段に相当する。また、ステップ１５の部分が不感帯突入検出手段に相当し、ステップ１６，１８の部分がリミッタ許可手段に相当し、ステップ１９〜２１，３２，３４の部分がリミッタ処理手段に相当する。
【００４２】
図６には他の実施例を示す。
この図６のフローチャートは、リミッタ値（ＤＴＣＶＭＩＮ）演算ルーチンの他の実施例を示すものであり、図４と異なる部分のみ説明する。
ステップ１５にて、基本デューティＤＴＣＶＰと予め定めた基本リミッタ値ＬＩＭ（例えば３０％）とを比較した結果、ＤＴＣＶＰ＜ＬＩＭの場合、ステップ１５’へ進む。
【００４３】
ステップ１５’では、実噴射時期と目標噴射時期とが略一致した（実ＩＴ≒目標ＩＴ）か否かを判定する。
実ＩＴ≒目標ＩＴでない場合は、ステップ１７へ進んで、タイマＴＭをクリアし（ＴＭ＝０）、また、ステップ２２へ進んで、リミッタ値ＤＴＣＶＭＩＮをクリアして（ＤＴＣＶＭＩＮ＝０；リミッタ処理不許可）、本ルーチンを終了する。
【００４４】
実ＩＴ≒目標ＩＴの場合は、ステップ１６へ進んで、タイマＴＭをインクリメントする（ＴＭ＝ＴＭ＋１）。
このようにして、不感帯領域への突入を検出してから、目標噴射時期と実噴射時期とが略一致したことを検出するまで待って、計時を開始して、一定時間後にリミッタ処理を許可するのである。
【００４５】
尚、ステップ１６〜１８を無くし、不感帯領域への突入を検出してから、目標噴射時期と実噴射時期とが略一致したことを検出するまで待ち、この検出により直ちに、リミッタ処理を許可するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の実施の一形態を示す燃料噴射ポンプの要部断面図
【図３】基本デューティ演算ルーチンのフローチャート
【図４】リミッタ値演算ルーチンのフローチャート
【図５】最終デューティ演算ルーチンのフローチャート
【図６】リミッタ値演算ルーチンの他の実施例を示すフローチャート
【図７】本発明の制御特性を示すタイムチャート
【図８】従来例の制御特性を示すタイムチャート
【符号の説明】
１  燃料噴射ポンプ
２  駆動軸
３  フィードポンプ
４  ポンプ室
５  カムディスク
６  プランジャ
８  タイマピストン
９  ローラホルダ
１６  燃料噴射ノズル
２０  通路
２１  高圧室
２２  通路
２３  低圧室
２４  スプリング
２５−１，２５−２  通路
２６  電磁弁
２８  コントロールユニット
２９  回転センサ
３０  アクセルセンサ
３１  針弁リフトセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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