(57)【要約】【課題】  従来においては、燃料噴射時期とクランク軸との位相差に関し、目標位相差と実位相差とが応答遅れ等の原因によって、目標位相差に実位相差が追従していない。  このような応答遅れにより、実位相差がエンジンの状態に対して適切な位相差になっていないといえるため、最終的な制御対象である実エンジン回転数の制御精度、応答性、加速性等が低下する原因となる。  特に加速時においては、実位相差は目標位相差よりも常に遅角側となってしまう問題がある。【解決手段】  ＥＣＭ２１は、主スロットル１２からスロットル指示値の変化を読み取ることによって、エンジン２０の回転を加速している状態であるか否かを判断する（Ｓ１０）。この判断で、加速している状態であると判断された場合に、ＥＣＭ２１は、従来の目標位相差曲線Ｆ１を加速時用に補正した補正目標位相差曲線に従って目標位相差を制御する補正制御モードとなる（Ｓ１２）。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射ポンプの燃料噴射時期と、エンジンのクランク軸との位相差を変化できる燃料噴射システムにおいて、
スロットルの指示値の変化に基づいて、エンジンが加速状態にあるか否かを判断する加速判断手段と、
前記加速判断手段によってエンジンが加速状態にあると判断された場合に、目標位相差を予め定められた補正値で補正する目標位相差補正手段と、
を具備することを特徴とする燃料噴射システム。
【請求項２】
前記目標位相差を前記補正値で補正した結果である補正目標位相差を、マップとして予め記憶する補正目標位相差記憶手段を具備してなる請求項１記載の燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射ポンプの燃料噴射時期と、エンジンのクランク軸との位相差を変化できる燃料噴射システム
燃料噴射システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のディーゼルエンジンにおいては、燃料噴射ポンプにおける燃料噴射の駆動源であって燃料噴射時期を決定するカム軸の位相と、エンジンのクランク軸の位相とは、ある位相差をもって運転されている。
この位相差をエンジンの状態に合わせて進角側又は遅角側となるように変化させることによって、効率良くエンジンを運転することが可能となる。
この燃料噴射ポンプのカム軸の位相を変化させる装置としては、油圧式タイマユニットが知られており、例えば下記特許文献１に示すようなものがある。
該油圧式タイマユニットには、燃料噴射ポンプのカム軸に固設されるカム軸カップリングと、クランク軸の回転が伝達されるポンプ駆動歯車との間に、両軸の位相角を変化するためのタイマピストン（「シャトルピストン」とも称される場合がある）が設けられている。
これらは、カム軸カップリングの外周面にストレートでスプライン嵌合するようにタイマピストンが設けられ、更に該タイマピストンの外周面にヘリカルでスプライン嵌合するようにポンプ駆動歯車が設けられている。
この構成により、タイマピストンをカム軸カップリングのスプライン方向に摺動させることで、カム軸カップリングとポンプ駆動歯車との位相差を変化させることが可能となる。
また、このタイマピストンの摺動は油圧で行われており、該油圧の制御はエンジンを制御するＥＣＭが行っている。
したがって、ＥＣＭが、エンジンの状況に応じてタイマピストンを進角側又は遅角側に制御することによって、燃料の噴射時期を適切にすることができる。
【特許文献１】特開２００４−２１８６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、ＥＣＭが指令値として算出する燃料噴射ポンプの燃料噴射時期とエンジンのクランク軸との位相差を「目標位相差」と称し、他方、燃料噴射ポンプの燃料噴射時期とエンジンのクランク軸との実際の位相差を「実位相差」と称する。
これら目標位相差と実位相差の時間的変化について図４を用いて説明する。
この図４は、例えば、時刻Ｕ１にスロットル指示値が変更されることによって目標エンジン回転数がＭ１からＭ２に上昇する場合を示している。
尚、図４（ａ）は、目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数である実エンジン回転数との関係の時間的変化を示したグラフである。
Ｌ１は、目標エンジン回転数の時間的変化を示した目標エンジン回転数曲線である。この目標エンジン回転数曲線Ｌ１は、図４（ａ）に示すとおり時刻Ｕ１直後に若干のスルーレートが認められる。
他方、Ｌ２は、実エンジン回転数の時間的変化を示した実エンジン回転数曲線である。
図４（ｂ）は、目標位相差と実位相差との関係の時間的変化を示したグラフであり、
Ｆ１は、目標位相差の時間的変化を示した目標位相差曲線であり、時刻Ｕ１以降目標位相差は進角側に遷移させていることが分かる。
他方、Ｇ１は、目標位相差曲線Ｆ１に従って制御が行われた場合における実位相差の時間的変化を示した実位相差曲線である。
尚、時刻Ｕ１以前においては、目標位相差曲線Ｆ１及び実位相差曲線Ｇ１はともにＤ１であるとする。
この場合に、図４（ａ）に示しように、時刻Ｕ１以降においては、目標エンジン回転数曲線Ｌ１と実エンジン回転数曲線Ｌ２とは乖離し、目標エンジン回転数曲線Ｌ１に実エンジン回転数曲線Ｌ２が追従していない。これは実エンジン回転数が直接的に負荷の影響を受けるため不可避な問題である。
他方、図４（ｂ）に示すように、目標位相差曲線Ｆ１と実位相差曲線Ｇ１も乖離し、目標位相差曲線Ｆ１に実位相差曲線Ｇ１が追従していない。
これは油圧式タイマユニットの油圧制御における応答遅れ等が原因であり、この応答遅れ等も不可避な問題である。
また、このような応答遅れによって実位相差と目標位相差とが乖離することは、実位相差がエンジンの状態に対して適切な位相差になっていないといえるため、最終的な制御対象である実エンジン回転数の制御精度、応答性、加速性等が低下する原因となる。
特に加速時においては、図４に示すように、実位相差が目標位相差よりも常に遅角側となってしまう問題がある。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、実位相差をエンジンの状態に対して適切な位相差とすることができる燃料噴射システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００５】
請求項１においては、燃料噴射ポンプの燃料噴射時期と、エンジンのクランク軸との位相差を変化できる燃料噴射システムにおいて、スロットルの指示値の変化に基づいて、エンジンが加速状態にあるか否かを判断する加速判断手段と、前記加速判断手段によってエンジンが加速状態にあると判断された場合に、目標位相差を予め定められた補正値で補正する目標位相差補正手段と、を具備するものである。
【０００６】
請求項２においては、前記目標位相差を前記補正値で補正した結果である補正目標位相差を、マップとして予め記憶する補正目標位相差記憶手段を具備するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【０００８】
請求項１の構成により、実位相差を元々の目標位相差に一致させることが可能となって、実位相差を適切に制御することが可能となるので、エンジン回転数の制御精度、応答性、加速性等の制御性能を従来と比較して向上させることが可能となる。
【０００９】
請求項２の構成により、エンジンが加速状態となる度に目標位相差と補正値とから補正目標位相差を算出する処理が必要なくなるので、位相制御全体の処理の高速化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の本発明を実施するための最良の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
図１は燃料噴射システムの概略構成を示したブロック図、図２は燃料噴射ポンプとそれに関連する装置等の概略構成図、図３はクランク軸パルス、カム軸パルス、及び燃料噴射時期の関係を示した図、図４は従来の目標位相差と実位相差の時間的変化の一例を示したグラフ、図５は実位相差をエンジンの状態に対して適切となるように補正する処理の一例を示したフローチャート、図６は補正処理後の目標位相差と実位相差の時間的変化の一例を示したグラフ、である。
【００１１】
＜概略構成＞
先ず、図１を用いて本発明の燃料噴射システム１の概略構成について説明する。
尚、ここで説明する燃料噴射システム１は、例えば船舶が具備するエンジンの燃料噴射ポンプの制御システムとして採用する場合について説明するが、本システムを利用することで同様の効果が得られるものであれば如何なるものに採用しても良い。
燃料噴射システム１は、図１に示すように、操作部１０とエンジン２０とに大別される。
操作部１０は、船舶の運転室に設けられるものであって、例えば表示部１１、主スロットル１２、副スロットル１３等が設けられるものである。
表示部１１は、本システムを採用する船舶の状態や警告等を表示するものであり、スピーカ等を内蔵することによって音声による警告を発することも可能なものである。
主スロットル１２は、例えばエンジン２０のスロットルバルブ２９を操作するものであって船舶が正常運転状態である場合に操作されるものであり、例えばレバー式のものである。
副スロットル１３は、主スロットル１２と同様にスロットルバルブ２９を操作するものであるが、船舶が正常運転状態でない場合に操作されるものである点で主スロットル１２とは使用態様が異なる。また、この副スロットル１３の形状は、例えばつまみ式（ボリューム式）のスイッチである。
また、表示部１１及び主スロットル１２は各々独自の制御部を具備しており、エンジン２０側の制御部であるＥＣＭ２１（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｏｄｕｌｅ）と通信することによって、操作部１０とエンジン２０との全体制御を行っている。
尚、操作部１０とエンジン２０とでプロトコル等の通信方式が異なる場合には、図１に示すように通信方式の整合を図るための通信中継器１５を設ける。
また、副スロットル１３は、エンジン２０側のＥＣＭ２１に直接接続される構成となっており、通信方式はエンジン２０側と同じである。
エンジン２０は、例えばディーゼルエンジンであり、ＥＣＭ２１、クランク軸回転数センサ２２、カム軸回転数センサ２３、遅角用電磁弁２４、進角用電磁弁２５、ラック２８等が設けられるものである。
ＥＣＭ２１は、エンジン２０に関するセンサや上述した操作部１０等の操作系の状態に基づいて、エンジン２０に関するアクチュエータ等を制御するものである。
クランク軸回転数センサ２２は、エンジン２０のクランク軸の回転数を検出するものであって、その検出結果をクランク軸パルスとしてＥＣＭ２１に出力している。
即ち、エンジン２０の回転数は、クランク軸回転数センサ２２を用いて検出することは可能である。
カム軸回転数センサ２３は、エンジン２０のカム軸の回転数を検出するものであって、その検出結果をカム軸パルスとしてＥＣＭ２１に出力している。
また、クランク軸回転数センサ２２及びカム軸回転数センサ２３は光学センサで構成することが可能であり、例えばクランク軸やカム軸の軸自体又はギヤ等に予め製造時に所定間隔で所定数のマークを記しておくことで、このマークを上記光学センサ検出することによって、ＥＣＭ２１はクランク軸とカム軸４１の回転数を算出することができる。
遅角用電磁弁２４及び進角用電磁弁２５は、図２に示すような燃料噴射ポンプ４０のカム軸の位相を変化させるための油圧式タイマユニットのタイマピストンを、進角側又は遅角側に摺動させる油圧を制御するための油圧制御弁である。
ラック２８は、燃料噴射ポンプ４０から噴射する燃料の量を調節するものである。
【００１２】
＜燃料噴射ポンプ＞
次に、図２を用いて燃料噴射ポンプ４０とそれに関連する装置等の概略構成について説明する。
尚、この図２における油圧式タイマユニット５０に関しては断面を示している。
特に、タイマピストン５２に関しては便宜的に一点鎖線で上下に２分割した状態で示しており、遅角側位置に移動した状態をタイマピストン５２ａで示し、他方、進角側位置に移動した状態をタイマピストン５２ｂで示している。
勿論、実際のタイマピストン５２は、上述のように一点鎖線で２分割されるものではなく一体的に形成されるものであって、図２においてはあくまでもタイマピストン５２の移動状態を説明するために一点鎖線で２分割しているのである。
燃料噴射ポンプ４０は、燃料タンクに貯蔵される燃料をエンジン２０のシリンダに設けた噴射ノズルへ圧送するためのものであり、カム軸４１により駆動され、該カム軸４１の先端部分にはカム軸カップリング５１をカム軸４１に固定するためのカップリング固定部材４２が固設されている。
また、燃料噴射ポンプ４０には、エンジン２０のシリンダへ燃料を供給するための供給口４３が気筒分設けられており、図２に示す例においては６気筒ある場合を示している。
更に、燃料噴射ポンプ４０には、ガバナ３０及び油圧式タイマユニット５０が一体的に設けられている。
ガバナ３０は、上記ラック２８を具備し、該ラック２８はＥＣＭ２１によって駆動制御される比例ソレノイドによって駆動される構造となっている。
油圧式タイマユニット５０は、カム軸カップリング５１の外周面にストレートでスプライン嵌合するタイマピストン５２が設けられており、更に該タイマピストン５２の外周面にヘリカルでスプライン嵌合するポンプ駆動歯車５３が設けられている。
このポンプ駆動歯車５３は、エンジン２０のクランク軸からの回転力を受ける受歯車５５とボルト５６によって固設されている。
このように構成されているので、クランク軸の回転によってカム軸４１を回転させることが可能となると共に、タイマピストン５２をカム軸カップリング５１のスプライン方向（図２に向って左右方向）に摺動させることによって、カム軸カップリング５１とポンプ駆動歯車５３との位相差を変化させることが可能となる。
尚、ここでは既に上述したとおり、タイマピストン５２を５２ａ側へ摺動させることでカム軸は遅角し、５２ｂ側へ摺動させることで進角するようにスプライン嵌合のヘリカル形状を構成している。
また、ポンプ駆動歯車５３と嵌合するタイマピストン５２の外周側にできる空間を遅角室５７ａ、他方、カム軸カップリング５１と嵌合するタイマピストン５２の内周側の空間を進角室５７ｂと各々称する。
この場合に、遅角室５７ａに圧油を圧送することでタイマピストン５２を遅角側（５２ａ側）へ摺動させることができ、他方、進角室５７ｂに圧油を圧送することでタイマピストン５２を進角側（５２ｂ側）へ摺動させることができる。
また、遅角室５７ａへ通じる遅角用圧油経路５８ａと、進角室５７ｂへ通じる進角用圧油経路５８ｂにはそれぞれ上述した遅角用電磁弁２４及び進角用電磁弁２５が配設されて、該遅角用電磁弁２４と進角用電磁弁２５をＥＣＭ２１で制御して作動し、圧油を送油してタイマピストン５２を摺動させるのである。
このように構成されているので、ＥＣＭ２１は、エンジン２０の状況に応じてタイマピストン５２を油圧で制御する制御手段として機能し、エンジン２０のクランク軸とカム軸４１との位相差を自在に遅角又は進角させることが可能となる。
【００１３】
＜実位相差＞
既に上述したように、クランク軸及びカム軸４１の軸自体又はギヤ等には予めマークが記されており、このマークをクランク軸回転数センサ２２及びカム軸回転数センサ２３で検出し、その検出結果であるクランク軸パルス及びカム軸パルスに基づいてＥＣＭ２１はクランク軸及びカム軸４１の回転数を算出している。
したがって、ＥＣＭ２１は、クランク軸パルス及びカム軸パルスの検出時間の差に基づいて、クランク軸とカム軸との位相差を算出することもできる。
そこで、図３を用いて、クランク軸パルス、カム軸パルス、及び実際の燃料噴射時期の関係について図３を用いて説明する。
この図３は、クランク軸パルスＪ１・Ｊ２・Ｊ３と、ある一つの供給口４３から噴射される実際の燃料噴射時期（以下、「ＦＩＣ」と表記する）と、そのＦＩＣに対応するカム軸パルスＴ２との関係を示したものである。
尚、図３（ａ）はカム軸４１がクランク軸に対して進角している状態におけるパルスの検出時間の関係（位相差）を示しており、図３（ｂ）はカム軸４１がクランク軸に対して近くしている状態におけるパルスの検出時間の関係（位相差）を示している。
図３に示すように、例えばクランク軸パルスＪ１・Ｊ２・Ｊ３は、角度にして３０［ｄｅｇ］毎に検出されるようにクランク軸に予め記されるマークに対応している。
また、カム軸パルスＴ２の位相に関しては、該カム軸パルスＴ２に対応するクランク軸パルスＪ２からの位相差である角度Ｂを算出することで求まるものである。
ところで、カム軸パルスＴ２の位相で燃料噴射が実際に行われれば、この角度Ｂが燃料噴射時期とクランク軸との位相差となるが、図３に示す例は、油圧式タイマユニット５０や燃料噴射ポンプ４０等の設計上の都合で、カム軸パルスＴ２とＦＩＣとは一致せず、ＦＩＣはカム軸パルスＴ２よりも角度にして１０［ｄｅｇ］ずれている。
つまり、実際の燃料噴射時期の位相は、カム軸パルスＴ２の検出時期よりも角度にして１０［ｄｅｇ］相当分早い時期に行われることになる。
そこで、ＥＣＭ２１は、上記１０［ｄｅｇ］分のずれも考慮して、ＦＩＣとクランク軸パルスＪ２との位相差を「実位相差Ｃ」として最終的に算出している。
即ち、この実位相差Ｃが、カム軸４１によって定まる燃料噴射時期とクランク軸との位相差である。
【００１４】
＜実位相差Ｃ算出＞
次に、クランク軸パルスＪ２に対する実位相差Ｃの算出方法について説明する。
先ず、ＥＣＭ２１は、クランク軸パルスＪ２の一つ前のクランク軸パルスＪ１を検出した時点からカム軸パルスＴ２を検出するまでの時間を計測し、その計測時間に相当する位相差を角度Ａとして算出する。
そして、ＥＣＭ２１は、予め定められるクランク軸パルスＪ１とクランク軸パルスＪ２との位相差である角度３０［ｄｅｇ］から上記角度Ａの差を角度Ｂとして算出する。
即ち、（３０−Ａ）＝Ｂの演算を行う。
この角度Ｂは、クランク軸パルスＪ２に対するカム軸パルスＴ２の位相差であるから、ＥＣＭ２１は、この角度Ｂに予め定められるカム軸パルスＴ２とＦＩＣとの位相差（上述した１０［ｄｅｇ］）を足すことで、実位相差Ｃを算出する。
即ち、Ｂ＋１０の演算を行う。
このようにパルスの検出及び演算処理を行うことで、実位相差Ｃを算出することができる。
尚、ＥＣＭ２１は、クランク軸パルスＪ２と他のクランク軸パルスＪ１との識別は以下のようにして可能となる。
例えば、クランク軸パルスＪ２のみに近接し、３０［ｄｅｇ］以下の間隔でリセットパルスＪＸを検出できるように予めマークを記しておく。
このようにリセットパルスＪＸに対応するマークを記しておくことで、ＥＣＭ２１はクランク軸パルスの間隔である３０［ｄｅｇ］よりも短い間隔で２つのパルスを検出したときに、１つめのパルスをクランク軸パルスＪ２と認識することが可能となる。
以上のようにして算出される実位相差Ｃを、ＥＣＭ２１が、エンジン２０の状態に応じて変化させることで、エンジン２０の状態に適した燃料噴射時期を決定することが可能となる。
【００１５】
＜目標位相差と実位相差の乖離＞
ところで、既に図４を用いて説明したように、油圧式タイマユニットの油圧制御における応答遅れが原因で目標位相差と実位相差とが乖離し、実エンジン回転数の制御精度、応答性、加速性等が低下する原因となる。
特に加速時においては、図４に示すように、実位相差が目標位相差よりも常に遅角側となってしまう問題がある。
そこで、図５を用いて、実位相差をエンジンの状態に対して適切となるように補正する処理の一例について説明する。
【００１６】
＜補正＞
ＥＣＭ２１は、主スロットル１２からスロットル指示値の変化を読み取ることによって、エンジン２０の回転を加速している状態であるか否かを判断する（Ｓ１０）。
即ち、ＥＣＭ２１は、スロットル指示値の変化に基づいて、エンジン２０が加速状態にあるか否かを判断する加速判断手段の一例である。
このステップＳ１０の判断で、加速している状態であると判断された場合に処理はステップＳ１２へ移行し、他方、加速していないと判断された場合に処理はステップＳ３０へ移行する。
処理がステップＳ１２へ移行した場合に、ＥＣＭ２１は、従来の目標位相差曲線Ｆ１を加速時用に補正した補正目標位相差曲線に従って目標位相差を制御する補正制御モードとなる（Ｓ１２）。
ここで、図６を用いて上述の補正について説明する。
図６（ａ）は、図４（ａ）に示した目標エンジン回転数曲線Ｌ１及び実エンジン回転数曲線Ｌ２を示したもので、時刻Ｕ５にスロットル指示値が変更されることによって目標エンジン回転数がＭ１からＭ２に上昇する場合を示している。
図６（ｂ）において、Ｆ２は、既に上述した従来の目標位相差曲線Ｆ１を補正した補正目標位相差曲線である。
Ｇ２は、上記補正目標位相差曲線Ｆ２に従って制御が行われた場合における実位相差Ｃの時間的変化を示した実位相差曲線である。
尚、上記ステップＳ１２の処理が行われた時刻を時刻Ｕ５とし、時刻Ｕ５以前の目標位相差及び実位相差はともに、図４における時刻Ｕ１以前と同様にＤ１であるとする。
上記補正目標位相差曲線Ｆ２は、従来の目標位相差曲線Ｆ１を予め定められた補正値分だけ進角側へ補正したものであり、この補正値は例えば図６に示す場合においては（Ｄ２−Ｄ１）である。
つまり、このような処理を行うＥＣＭ２１は、エンジン２０が加速状態にあると判断された場合に、目標位相差を予め定められた補正値で補正する目標位相差補正手段としても機能しているのである。
したがって、加速時に実位相差が目標位相差よりも遅角側になっても、ＥＣＭ２１が、該遅角分を補正値として目標位相差を進角側へ補正した補正目標位相差曲線Ｆ２に従って制御することで、実位相差を元々の目標位相差に一致させることができる。
即ち、実位相差Ｃの軌跡である実位相差曲線Ｇ１は、目標位相差曲線Ｆ１に一致するのである。
このような補正処理が行われることによって、実位相差を元々の目標位相差に一致させることが可能となって、実位相差を適切に制御することが可能となるので、エンジン回転数の制御精度、応答性、加速性等の制御性能を従来と比較して向上させることが可能となる。
処理がステップＳ３０へ移行した場合に、ＥＣＭ２１は上述したような補正処理を行わずに通常制御を行う通常モードへ移行する（Ｓ３０）。
【００１７】
＜マップ化＞
また、ＥＣＭ２１は、目標位相差曲線Ｆ１を上記補正値（Ｄ２−Ｄ１）で補正した結果である補正目標位相差曲線Ｆ２を予め記憶することもできる。
つまり、ＥＣＭ２１は、目標位相差を補正値で補正した結果である補正目標位相差を、マップとして予め記憶する補正目標位相差記憶手段の機能も具備することができる。
このように補正目標位相差曲線Ｆ２を予め記憶しておくことで、エンジン２０が加速状態となる度に目標位相差曲線Ｆ１と補正値とから補正目標位相差曲線Ｆ２を算出する処理が必要なくなるので、位相制御全体の処理の高速化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】燃料噴射システムの概略構成を示したブロック図。
【図２】燃料噴射ポンプとそれに関連する装置等の概略構成図。
【図３】クランク軸パルス、カム軸パルス、及び燃料噴射時期の関係を示した図。
【図４】従来の目標位相差と実位相差の時間的変化の一例を示したグラフ。
【図５】実位相差をエンジンの状態に対して適切となるように補正する処理の一例を示したフローチャート。
【図６】補正処理後の目標位相差と実位相差の時間的変化の一例を示したグラフ。
【符号の説明】
【００１９】
１  燃料噴射システム
１０  操作部
１５  通信中継器
２０  エンジン
２１  ＥＣＭ
２２  クランク軸回転数センサ
２３  カム軸回転数センサ
２４  遅角用電磁弁
２５  進角用電磁弁
２８  ラック
２９  スロットルバルブ
３０  ガバナ
４０  燃料噴射ポンプ
【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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