(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム軸の角速度変動を減衰させるねじりダンパを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
燃料の最大噴射量を設定する最大噴射量設定手段と、
上記ねじりダンパの温度を検出するダンパ温度検出手段と、
ダンパ温度検出手段によって検出されるねじりダンパの温度が所定温度より低いときには、高いときに比べて燃料の最大噴射量を抑制する最大噴射量抑制手段と、
エンジン始動時の吸気温度又はこれに相当する温度を検出する空気温度検出手段と、
エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、
エンジンの加減速を行った期間の累積時間、又は、カム軸を駆動するタイミングベルトの歯荷重が予め設定された値以上となった期間の累積時間を算出する累積時間算出手段とが設けられ、
上記ダンパ温度検出手段が、上記空気温度検出手段によって検出された温度と、上記累積時間算出手段によって算出された累積時間とに基づいて、ねじりダンパの温度を検出するようになっていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
カム軸の角速度変動を減衰させるねじりダンパを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
燃料の最大噴射量を設定する最大噴射量設定手段と、
エンジン始動時の吸気温度又はこれに相当する温度を検出する空気温度検出手段と、
上記空気温度検出手段によって検出された温度が所定温度より低いときには、高いときに比べて、燃料の最大噴射量を抑制する最大噴射量抑制手段と、
エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、
エンジンの加減速を行った期間の累積時間、又は、カム軸を駆動するタイミングベルトの歯荷重が予め設定された値以上となった期間の累積時間を算出する累積時間算出手段と、
上記累積時間算出手段によって算出された累積時間に基づいて、燃料の最大噴射量の上記抑制を解除する抑制解除手段とが設けられていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】
始動後の経過時間を検出する経過時間検出手段が設けられ、
上記抑制解除手段が、上記経過時間検出手段によって検出された経過時間が所定時間を超えると、強制的に燃料の最大噴射量の上記抑制を解除するようになっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【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の燃料噴射制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンにおいては、吸気弁の開閉により吸気通路から燃焼室へのエアの吸入が制御され、排気弁の開閉により燃焼室内から排気通路への排気ガスの排出が制御される。そして、吸気弁及び排気弁は、それぞれ、カム軸に取り付けられたカムによって所定のタイミングで開閉される。ここで、カム軸は、タイミングベルト等を介して、クランク軸によって回転駆動される。
【０００３】
このように、カム軸は、タイミングベルト等を介して回転駆動されるので、角速度変動が生じる。そこで、このような角速度変動を抑制するために、カム軸にねじりダンパが設けられることが多い（例えば、特開平１１−３２４６９８号公報参照）。かかるねじりダンパは、普通、ゴム材で形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ねじりダンパはゴム材で形成されるので、その硬度は温度によって変化することになる。ここで、ねじりダンパは、エンジン作動時にはそのねじれに伴って発熱して温度が上昇するので、ねじりダンパの硬度は、エンジン運転状態や外気温度によって硬さが変化する。そして、ねじりダンパの硬度の変化は、クランク軸とカム軸との間のタイミングベルトの張力に影響を及ぼす。したがって、タイミングベルトの寿命を確保するためには、ねじりダンパが硬い間は、最大燃料噴射量を抑制しなければならない。しかし、最大燃料噴射量を抑制すると、該エンジンを搭載した車両の走行性が悪化するといった問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、エンジンのクランク軸とカム軸との間のタイミングベルトの寿命を確保することができるとともに、該エンジンを搭載した車両の走行性を良好に維持することができる手段を提供することを解決すべき課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明の第１の態様にかかるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置は、（ｉ）カム軸の角速度変動を減衰させるねじりダンパを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、（ii）燃料の最大噴射量を設定する最大噴射量設定手段と、（iii）ねじりダンパの温度を検出するダンパ温度検出手段と、（iv）ダンパ温度検出手段によって検出されるねじりダンパの温度が所定温度より低いときには、高いときに比べて、燃料の最大噴射量を抑制する最大噴射量抑制手段と、（v）エンジン始動時の吸気温度又はこれに相当する温度を検出する空気温度検出手段と、（vi）エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、（vii）エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、（viii）エンジンの加減速を行った期間の累積時間、又は、カム軸を駆動するタイミングベルトの歯荷重が予め設定された値以上となった期間の累積時間を算出する累積時間算出手段とが設けられ、（ix）ダンパ温度検出手段が、空気温度検出手段によって検出された温度と、累積時間算出手段によって算出された累積時間とに基づいて、ねじりダンパの温度を検出するようになっていることを特徴とするものである。
【０００７】
要するに、このディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置は、ベルト寿命を確保するとともに走行性の悪化を最小限にとどめるため、ダンパの温度上昇特性を把握して最大燃料噴射量抑制時間を短くするものである。このディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によれば、有効にベルト寿命を確保することができるとともに、走行性を良好に維持することができ、あるいは走行性の悪化を最小限にとどめることができ、走行性の低下をより有効に防止することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様にかかるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置は、（ｉ）カム軸の角速度変動を減衰させるねじりダンパを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、（ii）燃料の最大噴射量を設定する最大噴射量設定手段と、（iii）エンジン始動時の吸気温度又はこれに相当する温度を検出する空気温度検出手段と、（iv）空気温度検出手段によって検出された温度が所定温度より低いときには、高いときに比べて、燃料の最大噴射量を抑制する最大噴射量抑制手段と、（ｖ）エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、（vi）エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、（vii）エンジンの加減速を行った期間の累積時間、又は、カム軸を駆動するタイミングベルトの歯荷重が予め設定された値以上となった期間の累積時間を算出する累積時間算出手段と、（viii）累積時間算出手段によって算出された累積時間に基づいて、燃料の最大噴射量の上記抑制を解除する抑制解除手段とが設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
このディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置も、ベルト寿命を確保するとともに走行性の悪化を最小限にとどめるため、ダンパの温度上昇特性を把握して最大燃料噴射量抑制時間を短くするものである。このディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によれば、ベルト寿命を確保することができるとともに、走行性を良好に維持することができ、あるいは走行性の低下を最小限にとどめることができる。
【００１１】
本発明の第１又は第２の態様にかかるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置においては、エンジン始動後の経過時間を検出する経過時間検出手段が設けられ、抑制解除手段が、経過時間検出手段によって検出された経過時間が所定時間を超えると、強制的に燃料の最大噴射量の上記抑制を解除するようになっているのが好ましい。このようにすれば、走行性を改善することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
図１に示すように、エンジン１においては、吸気弁２が開かれる吸気行程で、吸気通路３から燃焼室４内に燃料燃焼用のエアが吸入される。この燃焼室４内のエアは、ピストン５によって圧縮され、高温・高圧状態となる。そして、圧縮行程上死点付近で、燃料噴射弁６から燃焼室４内の高温・高圧のエア中に燃料（軽油等）が噴射され、この燃料は自己着火して燃焼する。燃料の燃焼によって生じた燃焼ガスすなわち排気ガスは、排気弁７が開かれる排気行程で排気通路８に排出される。このような過程が繰り返されてピストン５が往復運動し、このピストン５の往復運動は、コネクチングロッド９等により、クランク軸１０の回転運動に変換される。
【００１３】
吸気通路３には、エアの流れ方向にみて、上流側から順に、エア中のダスト等を除去するエアクリーナ１１と、エア流量を検出するエアフローセンサ１２と、ターボ過給機１３のポンプ１３ａと、過給により温度が上昇したエアを冷却するインタクーラ１４と、エアの温度（吸気温度）を検出する吸気温センサ１９と、吸気絞り弁１５とが設けられている。吸気通路３は下流端付近で第１分岐吸気通路３ａと第２分岐吸気通路３ｂとに分岐している。第１分岐吸気通路３ａにはスワール制御弁１６が介設されている。
【００１４】
他方、排気通路８には、排気ガス流れ方向にみて、上流側から順に、ターボ過給機１３のタービン１３ｂと、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化するための第１触媒コンバータ１７及び第２触媒コンバータ１８とが介設されている。
【００１５】
また、排気通路８内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路３に還流させるＥＧＲ通路２１が設けられ、このＥＧＲ通路２１には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲ冷却器２２と、ＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲ制御弁２３とが介設されている。これにより、排気通路８内の排気ガスの一部をＥＧＲ制御弁２３により流量調節しながら吸気通路３に還流させることができる。
【００１６】
燃料噴射弁６には、燃料タンク２６から燃料通路２７を介して燃料が供給される。燃料通路２７には、燃料加熱器２８と、クランク軸１０により駆動される高圧燃料ポンプ２９と、高圧の燃料を蓄える燃料分配器（コモンレール）３０とが介設されている。この高圧燃料ポンプ２９は、圧カセンサ３１によって検出される燃料分配器３０内の燃圧が所定値以上に保持されるように作動する。
【００１７】
さらに、エンジン１には、真空ポンプ３２と、クランク角センサ３３（エンジン回転数センサ）と、水温センサ３４と、アクセルセンサ（図示せず）とが設けられている。
また、エンジン１には、コンピュータからなるコントロールユニットＣが設けられている。コントロールユニットＣは、各種制御情報に基づいて、燃料噴射制御、ＥＧＲ制御等の各種制御ないしは演算を行うようになっている。
【００１８】
ところで、このエンジン１では、吸気弁２の開閉によって吸気通路３から燃焼室４へのエアの吸入が制御され、排気弁７の開閉によって燃焼室４内から排気通路８への排気ガスの排出が制御される。そして、吸気弁２及び排気弁７は、それぞれ、カム軸４０（図２参照）に取り付けられたカム（図示せず）によって所定のタイミングで開閉される。ここで、カム軸４０は、タイミングベルト４２（図２参照）を介して、クランク軸１０によって回転駆動される。なお、ウォータポンプ等の補機（図示せず）も、タイミングベルト４２（図２参照）を介して、クランク軸１０によって回転駆動される。
【００１９】
以下、このカム軸４０ないし補機の駆動機構（以下、「カム軸等駆動機構」という。）を説明する。
図２に示すように、このカム軸等駆動機構には、それぞれタイミングプーリからなる、クランク軸１０に取り付けられたクランクプーリ４１と、ウォータポンプ（図示せず）を駆動するためのウォータポンププーリ４３と、カム軸４０を駆動するためのカムプーリ４４と、高圧燃料ポンプ２９を駆動するためポンププーリ４５とが設けられ、これらのプーリ４１、４３、４４、４５には、タイミングベルト４２が巻きかけられている。
【００２０】
かくして、ウォータポンプと、カム軸４０と、高圧燃料ポンプ２９とが、タイミングベルト４２を介してクランク軸１０によって回転駆動される。なお、トルク変動の大きいカムプーリ４４には、角速度変動を減衰させるねじりダンパ５２が設けられている。さらに、カム軸等駆動機構には、タイミングベルト４２の緩み側スパンに、オートテンショナ４７が設けられている。
【００２１】
タイミングベルト４２は、アイドラプーリ４６と、オートテンショナ４７のテンショナプーリ４８とにより、ベルト内周側に変角されてレイアウトされている。そして、クランク軸１０が、図２中における位置関係において時計回り方向に回転すると、クランクプーリ４１、ウォータポンププーリ４３、カムプーリ４４及びポンププーリ４５が時計回り方向に回転する。これと同時に、アイドラプーリ４６及びテンショナプーリ４８が反時計回り方向に回転する。
【００２２】
すなわち、上記カムプーリ４４は、張力が相対的に小さい緩み側スパン（図２中では左側）でタイミングベルト４２が進入するように配置され、該緩み側スパンにウォータポンププーリ４５及びテンショナプーリ４８が配置されている。このようにカム軸４０及び高圧燃料ポンプ２９を駆動するためのタイミングベルト４２によりウォータポンプを駆動することにより、ウォータポンプの駆動機構を容易に構成することができる。
【００２３】
また、ポンププーリ４５は、張り側スパン（図２中では右側）でタイミングベルト４２が進出するように配置され、またポンププーリ４５とクランクプーリ４１との間にアイドラプーリ４６が配置されている。このアイドラプーリ４６はタイミングベルト４２の張り側スパンをベルト外周側から押圧している。これにより、タイミングベルト４２は、ポンププーリ４５に対する巻きかけ範囲が十分大きくなるよう、ベルト内周側に向きを変えられている。
【００２４】
図３に示すように、カムプーリ４４においては、そのピッチ円の直径が、クランクプーリ４１のそれの２倍の長さとされている。そして、カムプーリ４４の内周部には、回転軸の軸線Ｌが延びる方向に突出した円筒状のボス部５５が設けられている。他方、カムプーリ４４の外周側には、タイミングベルト４２の歯部と噛み合う歯部が全周にわたって形成されている。さらに、カムプーリ４４の外周側には、軸線Ｌ方向の両端部に、それぞれ鍔部５６が設けられている。この鍔部５６により、タイミングベルト４２のベルト幅方向のずれが防止されるようになっている。
【００２５】
また、上記ボス部５５には、先端側から環状のねじりダンパ５２が外嵌合状態で圧入されている。ここで、カムプーリ４４とねじりダンパ５２とが一体回転する。ねじりダンパ５２は、カムプーリ４４の内周側で軸線Ｌ方向にタイミングベルト４２と重なるように配置されている。このため、ねじりダンパ５２は、カムプーリ４４からさほど突出していない。これにより、ねじりダンパ５２を設けたことによるエンジン１の軸線Ｌ方向の寸法の増大を抑制することができる。
【００２６】
ねじりダンパ５２は、外周側のマス部材５７と、内周側のスリーブ５８と、両者間に位置する制震ゴム５９とが一体的に加硫接着されたものである。そして、マス部材５７の重量及び制震ゴム５９の振動吸収特性に応じて、所定の減衰特性が得られる。この実施の形態では、ねじりダンパ５２の重量を、カムプーリ４４の重量と略同一にしている。しかし、ねじりダンパ５２の重量は、カムプーリ４４の重量の１/２以上であれば、十分な減衰作用が得られる。
【００２７】
なお、カムプーリ４４には、軸線Ｌ方向に貫通する２つの貫通孔６１が。直径方向の互いに対称な位置に形成されている。他方、ねじりダンパ５２にも、カムプーリ４４の貫通孔６１に対応する位置に、貫通孔５８が形成されている。これにより、オペレータがカムプーリ４４をカム軸４０に取り付ける際、貫通孔６０、６１を通して、シリンダヘッド側の合わせマークを確認できる。
【００２８】
このねじりダンパ５２においては、ゴム材で形成されている制震ゴム５９の硬度は、その温度に応じて変化する。すなわち、制震ゴム５９ないしねじりダンパ５２は、エンジン作動時にはそのねじれに伴って発熱して温度が上昇するので、制震ゴム５９の硬度は、エンジン運転状態や外気温度によって硬さがかなり変化する。そして、制震ゴム５９の硬度の変化は、タイミングベルト４２の張力に影響を及ぼす。したがって、このエンジン１では、タイミングベルト４２の寿命を確保するために、制震ゴム５９が硬い間（例えば、１５℃以下の場合）は、最大燃料噴射量を抑制しなければならない。しかし、これにより該エンジン１を搭載した車両の走行性が悪化することは極力避けなければならない。
【００２９】
そこで、このエンジン１では、コントロールユニットＣに、以下のような燃料噴射制御を行わせることにより、タイミングベルト４２の寿命を十分に確保するとともに、該エンジン１を搭載した車両の走行性を良好に維持し、あるいは走行性の低下を可及的に抑制するようにしている。
【００３０】
まず、コントロールユニットＣによる燃料噴射制御の概要を説明する。
すなわち、この燃料噴射制御を行うときには、吸気温センサ１９によって検出された吸気温度、クランク角センサ３３（エンジン回転数センサ）によって検出されたエンジン回転数、負荷検出手段（アクセルセンサ）によって検出されたエンジン負荷（アクセル開度）、水温センサ３４によって検出されたエンジン水温等の各種制御情報が、コントロールユニットＣに入力される。
【００３１】
そして、コントロールユニットＣは、ねじりダンパ５２が硬いとき（温度が低いとき）にタイミングベルト４２に過大な張力がかかるのを防止するため、燃料噴射弁６の燃料の最大噴射量を設定する。また、コントロールユニットＣは、エンジン回転数とエンジン負荷とが、予め設定された運転領域で運転されているときの累積時間を算出する。そして、コントロールユニットＣは、エンジン始動時における吸気温度と、累積時間とに基づいて、ねじりダンパ５２の温度を検出する。さらに、コントロールユニットＣは、ねじりダンパ５２の温度が所定温度（例えば、１５℃）より低いときには、これより高いときに比べて、燃料噴射弁６の燃料の最大噴射量を抑制する。
【００３２】
また、コントロールユニットＣは、累積時間に基づいて、燃料の最大噴射量の上記抑制を解除する。なお、コントロールユニットＣは、エンジン始動後の経過時間が所定時間を超えると、強制的に燃料の最大噴射量の上記抑制を解除する。要するに、この燃料噴射制御では、タイミングベルト４２の寿命を確保するとともに、このエンジン１を搭載した車両の走行性の悪化を最小限にとどめるため、ねじりダンパ５２の温度上昇特性を把握して最大燃料噴射量の抑制時間を短くする。かくして、この燃料噴射制御を行うことにより、ベルト寿命を確保することができるとともに、走行性の悪化を最小限にとどめることができる。
【００３３】
以下、この燃料噴射制御の具体的な制御手法を説明する。
図８に、高速加減速運転時におけるエンジン水温、エンジン回転数及びねじりダンパ５２の温度の、時間に対する変化特性の一例を示す。図８から明らかなとおり、３０００ｒｐｍ前後の加減速時には、ねじりダンパ５２の温度は大きく上昇するが、それ以外の定常回転では、ほとんど上昇しない（なお、大きく低下することもない）。したがって、ねじりダンパ５２の温度上昇域の運転時間を累積し、所定期間経過後に、最大噴射量抑制を解除することが可能となる。
【００３４】
図４は、ねじりダンパ５２の温度が１５℃になるのに必要な時間、すなわち累積時間を、エンジン負荷とエンジン始動時の吸気温度とをパラメータとして表したグラフである。なお、ねじりダンパ５２の温度が１５℃以上になれば、制震ゴム５９の硬度が十分に低下するので、タイミングベルト４２には、過大な張力はかからない。そこで、ねじりダンパ５２の温度が１５℃以上になったときには、最大噴射量の抑制を解除するようにしている。なお、図４において、−５℃以下ではエンジン出力は７４ｋｗに設定され、−１５℃を超えるとエンジン出力は８８ｋｗに設定されている。
【００３５】
図４に示す例では、エンジン回転数が３０００〜３５００ｒｐｍに設定されているが、これは、この範囲ではねじりダンパ５２の温度上昇勾配が大きいからである。
図５に、ねじりダンパ５２の温度上昇特性のエンジン回転数に対する変化特性を示す。図５から明らかなとおり、エンジン回転数が３０００〜３５００ｒｐｍの範囲では、温度上昇勾配が非常に大きくなっている。なお、図５に示す例では、常温から全負荷（Ｆ／Ｌ）でエンジン回転数を上昇させつつねじりダンパ５２の温度を測定している。
【００３６】
また、図６に、常温から３２００ｒｐｍの一定負荷でねじりダンパ５２の温度上昇勾配を測定した結果を示す。図６から明らかなとおり、エンジン始動開始直後の勾配は大きく、その後は緩やかになっているが、最大噴射量の抑制の解除時間を算出するための勾配は、安全サイドの見地から後半の線形部分を採用するのが好ましい。
【００３７】
この場合、ねじりダンパ５２の温度が最大噴射量の抑制が不要な１５℃に達するまでの時間の外気温（エンジン始動時における吸気温度）及び負荷に対する変化特性は、前記図４に示したとおりである。この燃料噴射制御の制御定数は、このデータに基づいて設定する必要があるが、いずれも要求時間（−５℃以下：１１分間、−５〜１５℃：４分間）より短く、この領域を多用するほど、最大噴射量の抑制を早く解除することができる。
【００３８】
図７に示すように、極寒時のタイミングベルト４２の歯荷重は、３０００〜３５００ｒｐｍでの値が高く、この範囲ではねじりダンパ５２の温度が上昇するものと考えられる。また、全負荷領域の運転時間をカウントすれば、最大噴射量抑制の解除までの時間が長いため（例えば、外気温度が−３０℃では、累積時間は９.４分必要である。）、実用頻度も考慮して、２５％以上のエンジン負荷を対象とすべきである。したがって、この燃料噴射制御では、累積運転時間の領域を、エンジン回転数が３０００〜３５００ｒｐｍにおけるエンジン負荷を２５％以上にするのが好ましい。
【００３９】
以上、この燃料噴射制御によれば、エンジン１のクランク軸１０とカム軸４０との間のタイミングベルト４２の寿命を確保することができるとともに、該エンジン１を搭載した車両の走行性を良好に維持することができ、あるいは走行性の低下を可及的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる、燃料噴射制御が行われるディーゼルエンジンのシステム構成図である。
【図２】  図１に示すディーゼルエンジンの正面図である。
【図３】  図１に示すディーゼルエンジンのカムプーリの側面断面図である。
【図４】  累積時間を、エンジン始動時の吸気温度と、エンジン負荷とをパラメータとして表したグラフである。
【図５】  ねじりダンパの温度上昇特性のエンジン回転数に対する変化特性を示すグラフである。
【図６】  常温から３２００ｒｐｍの一定負荷でねじりダンパの温度上昇勾配を測定した結果を示すグラフである。
【図７】  歯荷重のエンジン回転数に対する変化特性を示すグラフである。
【図８】  高速加減速運転時におけるエンジン水温、エンジン回転数及びねじりダンパ温度の、時間に対する変化特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｃ…コントロールユニット、１…エンジン、２…吸気弁、３…吸気通路、４…燃焼室、５…ピストン、６…燃料噴射弁、７…排気弁、８…排気通路、９…コネクチングロッド、１０…クランク軸、１１…エアクリーナ、１２…エアフローセンサ、１３…ターボ過給機、１４…インタクーラ、１５…吸気絞り弁、１６…スワール制御弁、１７…第１触媒コンバータ、１８…第２触媒コンバータ、１９…吸気温センサ、３３…クランク角センサ、３４…水温センサ、４０…カム軸、４４１…カムプーリ、４２…タイミングベルト、４４…カムプーリ、５２…ねじりダンパ、５９…制震ゴム。
【図１】
0004110814.tif 000002
【図２】
0004110814.tif 000003
【図３】
0004110814.tif 000004
【図４】
0004110814.tif 000005
【図５】
0004110814.tif 000006
【図６】
0004110814.tif 000007
【図７】
0004110814.tif 000008
【図８】
0004110814.tif 000009