(57)【要約】【課題】  カムを使用せずに、クランク軸の回転に伴って発生するパルス信号のみでディーゼル機関を制御する。【解決手段】  クランク軸８が所定回転角度回転するごとに１つのパルス信号を回転検出センサ４０ａが出力する。クランク軸８が１回転するごとに、１つのパルス信号を１回転検出センサ４２ａが出力する。センサ４０ａ、４０ｂがシリンダコントローラ１４に接続されている。コントローラは、機関の始動後に最初にセンサ４２ａのパルス信号が入力されたときに、センサ４０ａのパルス信号のカウントをリセットし、次のセンサ４２ａのパルス信号が入力されたときには、センサ４０ａのパルス信号のカウントを継続し、次にセンサ４２ａのパルス信号が入力されたときには、センサ４０ａのパルス信号のカウントをリセットする。コントローラ１４は、センサ４０ａのパルス信号を、クランク軸８の２回転分にわたりカウントし、センサ４０ａのパルス信号に基づき、燃料噴射弁１０、吸気弁２６、排気弁２４を制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸が所定回転角度回転するごとに１つのパルス信号を出力する第１回転センサと、
前記クランク軸が１回転するごとに、１つのパルス信号を出力する第２回転センサと、
第１及び第２回転センサが接続され、燃料噴射タイミングと、吸気弁開閉タイミングと、排気弁開閉タイミングとを、算出するコントローラと、
このコントローラに接続された燃料噴射手段と、
前記コントローラに接続された吸気弁開閉手段と、
前記コントローラに接続された排気弁開閉手段とを、
備えた４ストロークディーゼル機関の制御装置において、
前記コントローラは、始動後に最初の第２回転センサのパルス信号が入力されたときに、第１回転センサのパルス信号のカウントをリセットし、
前記コントローラは、次の第２回転センサのパルス信号が入力されたときには、第１回転センサのパルス信号のカウントを継続し、
前記コントローラは、次に第２回転センサのパルス信号が入力されたときには、第１回転センサのパルス信号のカウントをリセットし、
前記コントローラは、第１回転センサのパルス信号を、前記クランク軸の２回転分にわたりカウントし、第１回転センサのパルス信号に基づき、前記燃料噴射手段、前記吸気弁開閉手段及び前記排気弁開閉手段を制御する４ストロークディーゼル機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の４ストロークディーゼル機関の制御装置において、
前記コントローラは、始動時に第２回転センサのパルス信号が入力されたときに、仮想カムパルス信号を第１の状態とし、次に第２回転センサのパルス信号が入力される前に、前記仮想カムパルス信号を第２の状態とし、その後は、第１回転センサがクランク軸の１回転を検出するごとに、前記仮想カムパルス信号の状態を第１及び第２の状態のうち現在の状態と異なる状態に変化させ、
前記コントローラは、前記仮想カムパルス信号が、第２の状態のとき、第２回転センサのパルス信号が入力されても、第１回転センサのパルス信号のカウントを継続する
４ストロークディーゼル機関の制御装置。
【請求項３】
クランク軸が所定回転角度回転するごとに１つのパルス信号を出力する第１回転センサのパルス信号と共に４ストロークディーゼル機関の制御に使用されるカムパルス信号を生成するカムパルス信号の生成方法において、
前記クランク軸の１回転ごとに第２回転センサが出力するパルス信号が、前記ディーゼル機関の始動時後初めて発生されたときに、前記カムパルス信号を第１の状態とし、次に第２回転センサがパルス信号を出力する前に、前記カムパルス信号を第２の状態とし、その後は、第１回転センサが前記クランク軸の１回転を検出するごとに、前記カムパルス信号の状態を、第１及び第２の状態のうち現在の状態と異なる状態に変化させる
カムパルス信号の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４ストロークディーゼル機関の制御に関し、特に燃料噴射弁、吸気弁及び排気弁を制御するために、クランク軸の回転に伴って発生させるカムパルス信号の発生に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、４ストロークディーゼル機関では、特許文献１の図２に示されているように、吸気弁及び排気弁を駆動するためのカムが、ディーゼル機関のクランク軸が２回転するごとに１回転するように駆動される。このカムを使用せずに、電磁弁や油圧シリンダで吸気弁や排気弁を駆動する技術が特許文献１の図１９に示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１７０５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術によれば、吸気弁、排気弁を駆動するカムを省略することができる。しかし、４ストロークディーゼル機関では、圧縮、爆発、排気、吸気の行程が、クランク軸が２回転する間に行われるので、カムが回転していることを表すカムパルス信号が存在しないと、圧縮か排気のどちらの行程か、或いは爆発か吸気のどちらの行程が行われているのか判断できない。
【０００５】
本発明は、クランク軸の回転に伴って発生するパルス信号のみで制御することができる４ストロークディーゼル機関の制御装置、クランク軸の回転に伴って発生するパルス信号に基づいて仮想のカムパルス信号を発生するカムパルス信号発生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の制御装置では、４ストロークディーゼル機関のクランク軸が所定回転角度、例えばクランク軸の１回転する際の角度よりも小さい角度回転するごとに、１つのパルス信号を第１回転センサが出力する。前記クランク軸が１回転するごとに、第２回転センサが１つのパルス信号を出力する。第１及び第２回転センサがコントローラに接続され、コントローラは、４ストロークディーゼル機関の燃料噴射タイミングと、吸気弁開閉タイミングと、排気弁開閉タイミングとを、算出する。このコントローラに燃料噴射手段と、吸気弁開閉手段と、排気弁開閉手段とが、接続されている。ディーゼル機関の始動時に始動手段が、前記クランク軸を回転させる。コントローラは、始動時に第２回転センサのパルス信号が入力されたときに、第１回転センサのパルス信号のカウントをリセットする。コントローラは、次に第２回転センサのパルス信号が入力されたときには、第１回転センサのパルス信号のカウントを継続し、次に第２回転センサのパルス信号が入力されたときには、第１回転センサのパルス信号のカウントをリセットする。即ち、クランク軸が２回転する間、第１回転センサのパルス信号をカウントする。コントローラは、第１回転センサのパルス信号、例えばそのパルス信号のカウント値に基づき、前記燃料噴射手段、前記吸気弁開閉手段及び前記排気弁開閉手段を制御する。
【０００７】
このように構成された制御装置では、クランク軸が２回転する間、即ち、４ストロークディーゼル機関の圧縮、爆発、排気及び吸気の行程が開始されたときから、終了するまで第１回転センサのパルス信号をカウントしているので、カムを使用しなくても、クランク軸の回転状態を知ることができ、これに基づいて燃料噴射手段、前記吸気弁開閉手段及び前記排気弁開閉手段を制御することができる。また、クランク軸に連結された給油装置の駆動源や吸気弁、排気弁の駆動源などのポンプの回転軸をクランク軸の１／２回転で１回転するように作動させ、このポンプの回転軸からカムパルス信号を出力するようなカムパルス信号発生機構を省略することもできる。
【０００８】
コントローラは、始動時に第２回転センサのパルス信号が入力されたときに、仮想カムパルス信号を第１の状態、例えばレベルをＨレベルとし、次に第２回転センサのパルス信号が入力される前に、例えば仮想カムパルス信号が第１の状態になったときからクランク軸が１／２回転したときに、前記仮想カムパルス信号を第２の状態、例えばＬレベルとし、その後は、第１回転センサがクランク軸の１回転を検出するごとに、例えば第１回転センサのパルス信号のカウント値がクランク軸の１回転に相当する値になるごとに、仮想カムパルス信号の状態を第１及び第２の状態のうち現在の状態と異なる状態に、例えば現在の状態がＨレベルであるならＬレベルに、現在の状態がＬレベルであるならＨレベルに変化させることができる。コントローラは、仮想カムパルス信号が、第２の状態のとき、第２回転センサのパルス信号が入力されても、第１回転センサのパルス信号のカウントを継続する。
【０００９】
このように構成すると、例えばクランク軸が１回転するごとに、第１の状態から第２の状態に、或いは第２の状態から第１の状態に、仮想カムパルス信号の状態を変化させることができるので、仮想カムパルス信号の状態を見ることによって、圧縮・排気、爆発・吸気のいずれの行程であるかを把握することができる。しかも、第１及び第２回転センサのパルス信号が、数発検出されない事態が生じても、圧縮・排気または爆発・吸気のタイミングが入れ替わることがない。
【００１０】
本発明の一態様のカムパルス信号の生成方法は、４ストロークディーゼル機関のクランク軸が所定回転角度回転するごとに、１つのパルス信号を出力する第１回転センサのパルス信号と共に、機関の制御に使用されるカムパルス信号を生成する。クランク軸の１回転ごとに第２回転センサが出力するパルス信号が、前記ディーゼル機関の始動後初めて発生されたときに、カムパルス信号を第１の状態、例えばそのレベルをＨレベルとし、次に第２回転センサがパルス信号を出力する前に、例えばクランク軸が１／２回転したときに、カムパルス信号を第２の状態、例えばそのレベルをＬ状態とし、その後は、第１回転センサが前記クランク軸の１回転を検出するごとに、前記カムパルス信号の状態を、第１及び第２の状態のうち現在の状態と異なる状態に変化させる。例えば現在の状態がＬレベルであるならＨレベルに、現在の状態がＨレベルであるならＬレベルに、変化させる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、カムを使用しなくても、クランク軸の回転に伴って発生するパルス信号のみで４ストロークディーゼル機関を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の１実施形態の制御装置が実施される４ストロークディーゼル機関は、図１に示すように、シリンダ２を有している。図１では、１台のシリンダ２のみを示しているが、実際には、複数のシリンダ２が設けられている。シリンダ２内には、ピストン４が設けられ、このピストン４はコンロッド６を介してクランク軸８に結合されている。
【００１３】
シリンダ２におけるピストン４を挟んでコンロッド６と反対側の部屋９内には、燃料噴射手段、例えば燃料噴射弁１０が設けられている。この燃料噴射弁１０には燃料ポンプ１２から燃料が供給され、この燃料ポンプ１２の制御は、コントローラ、例えばシリンダコントローラ１４からの指示に従ってサーボ弁１６が行う。
【００１４】
この部屋９内には、始動手段、例えば始動弁１８が設けられている。この始動弁１８は、シリンダコントローラ１４からの指示に従って電磁弁２０が制御し、始動時に始動空気を部屋９内に供給する。
【００１５】
更に、部屋９内には、吸気弁２４と排気弁２６とが設けられている。吸気弁２４は、吸気弁開閉手段、例えばサーボ弁２８によって開閉され、排気弁２６は、排気弁開閉手段、例えばサーボ弁３０によって開閉される。サーボ弁２８、３０は、シリンダコントローラ１４によって制御される。
【００１６】
部屋９には注油弁３０、３２も設けられ、これらは、シリンダコントローラ１４によって制御される電磁弁３４、３６によって制御され、ピストン４のピストンリング間に注油するものである。
【００１７】
各サーボ弁１６、２８、３０、電磁弁２０、３４、３６は、シリンダコントローラ１４によって制御される。この制御を行うために、シリンダコントローラ１４には、クランク軸８に取り付けられたフライホイール３８の所定角度ごとの回転を検出する複数の第１回転センサ、例えば回転検出用近接スイッチ４０ａ乃至４０ｃのパルス信号と、フライホイール３８の１回転を検出する複数の第２回転センサ、例えば１回転検出用近接スイッチ４２ａ、４２ｂからの検出信号とが供給されている。
【００１８】
回転検出用近接スイッチ４０ａ乃至４０ｃは、フライホイール３８に所定角度ごとに設けられた歯を検出してパルス信号を発生する。回転検出用近接スイッチ４０ａ、４０ｂ、４０ｃが発生するパルス信号は、位相が予め定めた量だけ異なるように、配置されている。位相を異ならせてあることによって、回転検出用近接スイッチ４０ａ、４０ｂ、４０ｃのパルス信号のうち２つのパルス信号の位相差に基づいて回転方向を検出することができる。実際には、２つの回転検出用近接スイッチによって回転方向と回転角度とを検出できるのに、３つの回転検出用近接スイッチ４０ａ乃至４０ｃを設けているので、近接スイッチ４０ａ乃至４０ｃのいずれかが故障したり、断線が生じても、対応することができる。
【００１９】
また、１回転検出用近接スイッチ４２ａ、４２ｂは、フライホイール３８に設けられた１つのドグを検出してパルス信号を発生する。ドグは、例えばピストン４が上死点に到達したときに、１回転検出用近接スイッチ４２ａ、４２ｂによって検出されるように配置されている。１回転検出用近接スイッチ４２ａ、４２ｂは、これらが発生するパルス信号の位相が異なるように配置されている。これによって、いずれかの１回転検出用近接スイッチ４２ａ、４２ｂで故障または断線が生じたことを検出することができる。また、１回転検出用近接スイッチ４２ａが発生するパルス信号が、回転検出用近接スイッチ４０ａが連続して発生する２つのパルス信号の間に発生するように、かつ１回転検出用近接スイッチ４２ｂが発生するパルス信号が、回転検出用近接スイッチ４０ｂが連続して発生する２つのパルス信号の間に発生するように、ドグは設けられている。
【００２０】
シリンダコントローラ１４は、通常時には、回転検出用近接スイッチ４０ａ、４０ｂの信号と１回転検出用近接スイッチ４２ａの信号とを用いて、シリンダ２の４ストロークの行程を区分可能な仮想カムパルス信号を出力するし、かつクランク軸８の回転方向を検出する。
【００２１】
回転方向は、例えば回転検出用近接スイッチ４０ａ、４０ｂのパルス信号によってシリンダコントローラ１４が判定する。例えば図２（ａ）に示す回転検出用近接スイッチ４０ａのパルス信号がＨレベルのときに、同図（ｂ）に示す回転検出用近接スイッチ４０ｂのパルス信号がＨレベルに立ち上がった場合、シリンダコントローラ１４は正転と判定し、同図（ｅ）に示すように、方向信号をＨレベルとする。また、回転検出用近接スイッチ４０ｂのパルス信号がＨレベルのときに、回転検出用近接スイッチ４０ａのパルス信号がＨレベルに立ち上がった場合、シリンダコントローラは逆転と判定し、方向信号をＬレベルとする。
【００２２】
シリンダコントローラ１４は、回転検出用近接スイッチ４０ａのパルス信号をカウントするカウンタを備えている。このカウンタは、シリンダ２が作動を開始後、初めて１回転検出用近接スイッチ４２ａがパルス信号を発生したときにリセットされる。このカウンタは、回転検出用近接スイッチ４０ａのパルス信号のアップエッジとダウンエッジとでカウントを行い、正転の場合にはカウント値を増加させ、逆転の場合にはカウント値を減少させる。シリンダコントローラ１４は、カウンタの他に仮想カムパルス信号発生回路を有し、この仮想カムパルス信号発生回路は、ピストン２が作動開始時に、出力レベルを図２（ｄ）の左側に示すように第１の状態、例えばＨレベルとする。カウンタのカウント値は、仮想カム信号発生回路に供給されている。仮想カムパルス信号発生回路には、２つの基準値が設定されている。第１の基準値は、例えば１回転検出用近接スイッチ４０ａのパルス信号が発生してからフライホイール３８が１／２正回転したときのカウント値に対応する値である。仮想カムパルス発生回路は、カウンタのカウント値と第１の基準値とを比較しており、カウント値が第１の基準値になったとき、図２（ｃ）の時刻ｔ１で示すように仮想カムパルス信号を、第２の状態、例えばＬレベルに変化させる。第２の基準値は、１回転検出用近接スイッチ４０ａのパルス信号が発生してからフライホイール３８が３／２正回転したときのカウント値に対応する値であり、同図（ｃ）の時刻ｔ２に示すようにカウンタのカウント値が第２の基準値になったとき、仮想カムパルス信号を、ＬレベルからＨレベルに変化させる。また、この仮想カムパルス信号がＨレベルであって、かつ１回転検出用近接スイッチ４２ａのパルス信号がＨレベルとなったとき、即ちクランク軸が２正回転したとき、カウンタがリセットされる。以下、同様な動作が繰り返される。
【００２３】
逆転の場合も同様に行われる。即ちシリンダ２の運転開始時に仮想カムパルス信号はＨレベルとなり、方向信号はＬレベルとなる。そして、カウンタは運転開始時から最初に発生した１回転検出用センサ４２ａのパルス信号によってリセットされ、回転検出用センサ４０ａがパルス信号を発生するごとに減算カウントを行い、そのカウント値が１／２逆回転したときのカウント値に相当する第３の基準値（この値は第２の基準値よりも１だけ小さい）に一致すると、仮想カム信号がＬレベルに変化し、減算カウント値が３／２逆回転のカウント値に相当する第４の基準値（この値は第１の基準値よりも１だけ小さい）に一致すると、仮想カムパルス信号がＨレベルに変化する。仮想カムパルス信号がＨレベルの状態で、１回転検出用近接スイッチ４２ａがパルス信号を発生すると、カウンタはリセットされる。
【００２４】
正転及び逆転いずれの場合でも、仮想カムパルス信号がＨレベルである状態で１回転検出用近接スイッチ４０ａのパルス信号が発生してから、仮想カムパルス信号がＬレベルになるまでが、例えば吸気行程であり、仮想カムパルス信号がＬレベルになってから１回転検出用近接スイッチ４０ａのパルス信号が発生するまでが例えば圧縮行程であり、この１回転検出用近接スイッチ４０ａのパルス信号が発生してから仮想カムパルス信号がＨレベルになるまでが例えば爆発行程であり、この仮想カムパルス信号がＨレベルになってから１回転検出用近接スイッチ４０ａのパルス信号が発生するまでが、例えば排気行程である。
【００２５】
この各行程に応じてカウンタのカウント値が変化しており、仮想カムパルス信号及びカウンタのカウント値を元に、各サーボ弁１６、１８、３０、電磁弁２０、３４、３６の制御が行われる。
【００２６】
シリンダ２が１／２正回転した後に、逆回転した場合の回転検出用近接スイッチ４０ａのパルス信号を図３（ａ）に、同回転検出用近接スイッチ４０ｂのパルス信号を図３（ｂ）に、同１回転検出用近接スイッチ４２ａのパルス信号を同図（ｃ）に、同仮想カムパルス信号を同図（ｄ）に、同方向信号を同図（ｅ）に示す。
【００２７】
シリンダが１／２正回転し、仮想カムパルス信号がＬレベルになるまでは、上述したのと同様に動作する。そして、ｔ３でシリンダが逆回転したことにより、同図（ａ）、（ｂ）からシリンダコントローラは逆転を判定し、同図（ｅ）に示すように方向信号をＬレベルとする。同時にカウンタでは減算カウントが行われる。減算カウントが開始されるときのカウント値は、逆回転の３／２回転時の基準値である第４の基準値よりも１だけ大きい値であるので、減算カウントが行われると、カウント値は直ちに第４の基準値に等しくなり、仮想カムパルス信号は同図（ｄ）に示すようにＨレベルとなる。そして、この状態において、１回転検出用近接スイッチ４２ａが同図（ｃ）に示すパルス信号を発生し、これによってカウンタがリセットされる。但し、仮想カムパルス信号はＨレベルを維持したままである。そして、カウンタのカウント値が第３の基準値に等しくなると、仮想カムパルス信号がＬレベルとなる。以下、同様に動作する。
【００２８】
なお、回転検出用近接スイッチ４０ａが故障または断線すると、図示しない故障検出回路からの指示によって、回転検出用近接スイッチ４０ｂのパルス信号をシリンダコントローラ１４は使用して制御を継続する。この際に、カウンタへのパルス信号の供給が停止する期間が生じ、カウンタのカウント値の変化が遅れて、仮想カムパルス信号の発生タイミングがずれるが、１回転検出用近接スイッチ４２ａの出力に基づいてカウンタがリセットされるときに、このずれは解消される。
【００２９】
また、１回転検出用近接スイッチ４２ａが故障または断線すると、故障検出回路からの指示によって、１回転検出用近接スイッチ４２ｂのパルス信号をシリンダコントローラ１４が使用して制御を継続する。この際、本来、カウンタがリセットされるべきときに、リセットされず、カウンタのカウント値が予め定めた値と異なった値になることがある。例えば正常な正転時であれば、カウンタのカウント値が２４０になった後でリセットされて、カウント値が０になるべきところが、１回転検出用近接スイッチ４２ａの故障または断線によって２４１、２４２、２４３・・・と増加することがある。この場合、リセットされるべきカウント値よりも予め定めた値だけ大きい値のカウント値になったとき、シリンダコントローラ１４は、カウンタのカウント値を予め定めた値とする。例えば予め定めた値を４とすると、カウンタのカウント値が２４４になると、カウンタのカウント値を４に設定する。これによって、仮想カムパルス信号の発生に影響はない。逆転の場合に、カウンタがリセットされるべきカウント値よりも予め定めた値だけ小さくなったとき、カウンタのカウント値を予め定めた値に設定する。
【００３０】
上記の実施形態では、クランク軸の所定角度の回転の検出及び１回転の検出に近接スイッチを使用したが、これに限ったものではなく、例えば光電スイッチを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の１実施形態の４ストロークディーゼル機関の制御装置のブロック図である。
【図２】ディーゼル機関が正転している場合の図１の制御装置の各部の波形図である。
【図３】ディーゼル機関が途中で正転から逆転した場合の図１の制御装置の各部の波形図である。
【符号の説明】
【００３２】
２  シリンダ
８  クランク軸
４０ａ乃至４０ｃ  回転検出近接スイッチ（第１回転センサ）
４２ａ、４２ｂ    １回転検出近接スイッチ（第２回転センサ）
１４  シリンダコントローラ（コントローラ）
１０  燃料噴射弁（燃料噴射手段）
２４  排気弁
２６  吸気弁
２８  サーボ弁（排気弁開閉手段）
３０  サーボ弁（吸気弁開閉手段）
【図１】
2008267145.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008267145.tif 000005