(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクケースに組付けられた燃料噴射ポンプに、燃料を所定圧で圧送した状態でクランク軸を外部動力によって回転させ、燃料噴射開始時期付近における供給燃料圧力の変化をクランク軸角度に対比して検出し、燃料噴射開始時期付近における供給燃料圧力の波形解析を行い、波形解析により得られた供給燃料圧力の立上り領域の近似直線と、立上り後の圧力安定領域の平均値直線との交点におけるクランク軸角度を燃料噴射開始時期とすることを特徴とするエンジンの燃料噴射開始時期計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル型のエンジンに装備される燃料噴射ポンプの燃料噴射開始時期を計測する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル型のエンジンに装備される燃料噴射ポンプは、クランクケースのポンプ取付座にシムを介して連結されており、クランクケース側のカム軸軸心とポンプ取付座との寸法誤差が大きかったり、厚さの違うシムが組込まれたりすると、カム軸軸心と燃料噴射ポンプとの寸法距離が変化して燃料噴射開始時期が適正状態からずれてしまい、排ガスに悪影響をおよぼすことになる。そこで、エンジンに燃料噴射ポンプを組付けた状態で燃料噴射開始時期が許容範囲内にあるか否かを計測して不良品の摘出を行い、性能の安定したエンジンだけを市場に供給するようにしている。
【０００３】
従来の燃料噴射開始時期の計測方法はエンジン組立てラインとは別にオフラインで行われており、先ず、シリンダヘッドが組付けられていないエンジンのピストン上面にダイヤルゲージを当てた状態でクランク軸を手動で回転させ、燃料噴射開始時期の基準角度となるピストントップ位置を検出する。
【０００４】
次に、油圧ポンプによって燃料噴射ポンプに燃料を所定の圧力で圧送した状態でクランク軸を手動で回転させ、燃料噴射ポンプの第１気筒出口から燃料が１秒間に２〜３滴流出することを目視で確認し、その時のピストントップ位置角度を基準としたクランク軸角度を燃料噴射開始時期としていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の計測方向では、１台当たりの計測所要時間が専用治具の脱着を含めて約５分かかっており、インラインで全台数の計測を行うためには多くの作業者を必要となるものであった。例えば、タクトタイム５０秒のインラインで全数の計測を行うとすると、５人の増員が必要となるものであった。
【０００６】
また、目視確認による計測形態を採用していたために、作業者の感覚によって計測結果にばらつき（作業者の感覚で±１°以上）が発生しやすく、エンジン品質を向上するためには更に精度の高い計測が望まれている。
【０００７】
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、燃料噴射開始時期の自動計測を短時間で精度良く行うことができ、多くの作業者の増員を要することなくインラインでの全台数の計測が可能となる燃料噴射開始時期計測方向を提供することを主たる目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のエンジンの燃料噴射開始時期計測方法は、クランクケースに組付けられた燃料噴射ポンプに、燃料を所定圧で圧送した状態でクランク軸を外部動力によって回転させ、燃料噴射開始時期付近における供給燃料圧力の変化をクランク軸角度に対比して検出し、燃料噴射開始時期付近における供給燃料圧力の波形解析を行い、波形解析により得られた供給燃料圧力の立上り領域の近似直線と、立上り後の圧力安定領域の平均値直線との交点におけるクランク軸角度を燃料噴射開始時期とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る燃料噴射開始時期計測方法によると、クランクケースに組付けられた燃料噴射ポンプに、供給燃料圧力の検出手段を備えた燃料供給手段を接続するとともに、クランク軸の角度計測手段をセットして、クランク軸をモータなどの外部駆動手段によって低速で回転させ、クランク軸角度に対する供給燃料圧力の変動データを検出収集し、この検出データを自動的に解析して燃料噴射開始時期を割り出す。
【００１０】
ここで、図２に示すボッシュ形の燃料噴射ポンプにおける供給燃料圧力の変動について考察すると、燃料噴射ポンプ５の燃料供給口ｂに所定の圧力（リリーフ弁で設定）で燃料を供給した状態でポンプ駆動用のカム２３を低速で回転させると、プランジャ２４が上死点まで上昇して１回の燃料送出を終えたのち下降する行程では、燃料供給管路２７の燃料が燃料吸入口ａからプランジャ２４内に吸入される燃料吸入段階となるので、図９（イ）に示すように、燃料供給管路２７の供給燃料圧力は設定圧力より低くなる。そして、プランジャ２４が上昇行程に入ると、プランジャバレル２５の燃料吸入口ａがプランジャ２４で次第に閉じられることになり、前記燃料吸入口ａが閉じられるに従って燃料供給管路２７の供給燃料圧力は次第に上昇してゆく。そして、プランジャ２４が燃料吸入口ａを完全に閉じた時点から燃料噴射（圧送）行程となり、プランジャバレル２５内に閉じ込められた燃料が加圧され、デリバリーバルブを押し開いて送出されてゆく。この燃料噴射行程においてはプランジャバレル２５の燃料吸入口ａはプランジャ２４によって閉じられたままとなるので、燃料供給管路２７の供給燃料圧力は設定された圧力に保たれる。そして、上昇するプランジャ２４の傾斜溝が燃料吸入口ａに連通して燃料噴射行程が終了すると、燃料供給管路２７の供給燃料圧力は低下し始める。
【００１１】
上記した燃料噴射ポンプの作動において、燃料噴射開始時期はプランジャバレル２５の燃料吸入口ａが上昇するプランジャ２４によって閉じられた時点であり、この時、燃料供給管路２７の供給燃料圧力は立上がりが終了して所定の圧力に安定する時である。つまり、燃料供給管路２７の供給燃料圧力の変動波形を検出して、圧力の立上がり領域から設定圧力の安定領域への変曲点Ａをとらえれば、その点のクランク軸角度θs が燃料噴射開始時期となるのである。
【００１２】
しかし、供給燃料圧力の実際の変動波形は、図９（ロ）に示すように、圧力の立上がり領域から設定圧力の安定領域への変曲部位は曲線波形となり、かつ、安定領域の波形も多少の変動を含むものであり、変曲点を直接に把握することはできないものである。
【００１３】
そこで、本発明方法では、立上がり領域の波形を検出データに基づいた演算によって直線Ｌに近似するとともに安定領域の平均値Ｐ1 を演算し、得られた近似直線Ｌと平均値Ｐ1 の直線との交点を求めて前記変曲点Ａとして把握し、この点のクランク軸角度θs を燃料噴射開始時期としているのである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明による燃料噴射開始時期計測方法を実施するための概略構成を示すブロック図であり、図中の１はシリンダヘッドが未だ組付けられていないディーゼル・エンジンのクランクケース、２はクランク軸、３はクランクケース１の複数の気筒に組込まれたピストン、４は所定の気筒におけるピストン３の上面に作用する接触式の変位センサ、５はクランクケース１の側部に組付けられた燃料噴射ポンプ、６はクランク軸２を外部から強制回転させるモータ、７はモータ５に組付けられたロータリエンコーダなどの回転センサ、８は燃料供給タンク、９は燃料供給タンク内の燃料を燃料噴射ポンプ５に圧送するモータ駆動式の燃料供給ポンプ、１０は燃料供給圧を設定維持するリリーフ弁、１１は圧送される燃料の圧力を検出する圧力センサ、１２は燃料噴射ポンプ４における所定の気筒出口４ａから送出された燃料を回収する燃料回収タンク、１３は燃料還元用ポンプ、１４は燃料フィルタ、であり、前記変位センサ４、圧力センサ１１、および、ロータリエンコーダ７からの検出データがＤ/ Ａ変換器１５、アンプ１６を介してマイコン利用の演算装置１７にそれぞれ入力されるようになっている。
【００１５】
図２に、前記燃料噴射ポンプ５の概略構造が示されている。燃料噴射ポンプ５は、クランクケース１の一部に形成された取付座に噴射時期調整用のガスケットシム２１を介して搭載連結されるとともに、クランクケー１ス内に支承したカム軸２２が図示しないクランク軸２にギヤ連動されている。燃料噴射ポンプ５自体は周知のボッシュ形のものが利用されており、カム軸２２に備えたカム２３の回転によってプランジャ２４が押し上げ駆動されることで、プランジャ２４がプランジャバレル２５の燃料吸入口ａを遮断した時点からプランジャバレル２５内の燃料Ｆが加圧され、デリバリーバルブ２６を押し開いて送出されるものであり、プランジャ２４がプランジャバレル２５の燃料吸入口ａを遮断した時点が噴射開始時期となっている。
【００１６】
この発明は、上記噴射開始時期を自動計測するための方法であり、以下にその詳細を図７のフローチャートを参照しながら説明する。
【００１７】
先ず、ワークとしてのクランクケース１は、クランク軸２、ピストン３群、燃料噴射ポンプ５、カム軸２２、および、カム軸駆動用のギヤ類が組付けられるとともに、シリンダヘッドが組付けられていない上方開放状態でエンジン組立てライン中の計測エリアに搬入されてくる。ワークが所定の位置に到着すると、自動的にクランク軸２の軸端にカップリング１８を介してモータ６が接続されるとともに、燃料噴射ポンプ５の燃料供給口ｂおよび燃料送出口ｃに燃料供給管２７および燃料回収管２８が作業者によって接続される。また、計測用に予め設定してある気筒（例えば第１気筒）の上に変位センサ４が搬入され、その気筒のピストン３の上面に変位センサ４の検出端が下降接触される。
【００１８】
次に、モータ６によってクランク軸２が低速（例えば１０rpm ）で回転され計測が開始される。クランク軸２が回転されるのに伴って上下に変位するピストン３の上面高さが計測されるとともに、クランク軸２の角度θが回転センサ７で計測され（♯１）、ピストン３が上限に到達した時点のクランク軸角度（ピストントップ位置角度θ0 ）が演算により割り出される（♯２）。なお、図８に示すように、ピストントップ位置角度θ0 は、ピストントップ位置付近において同一の高さ検出値をもたらすクランク軸角度θ1 ，θ2 の２等分位置として算出される。
【００１９】
ピストントップ位置角度θ0 が検出されると、燃料を所定の圧（例えば３０kgf/cm2)で圧送しながらクランク軸２を低速（例えば１０rpm ）で回転させ、燃料噴射開始時期前後の範囲での供給燃料の圧力変化を、クランク軸角度に対比させて圧力センサ１１で検出し、この検出データの以下の波形解析によって噴射開始時期を割り出す。
【００２０】
先ず、計測開始角度から計測終了角度までの噴射開始時期計測範囲において、クランク軸角度θと供給燃料圧力Ｐとがサンプリングされ（♯３）、サンプリングされた供給燃料圧力データは予め設定したポイント数（例えば３１ポイント）で移動平均され、図３に示す変動波形が求められる（♯４）。
【００２１】
次に、供給燃料圧力Ｐが立上り変化する領域を過ぎた後の圧力変化が比較的安定している領域における定範囲（平均値取得角度範囲）の供給燃料圧力の平均値Ｐ1 が演算される（♯５）。なお、この場合、燃料噴射ポンプ５のコントロールラック（図示せず）は任意の位置でもよいが、コントロールラックを最大燃料供給量位置にセットしてプランジャの有効ストロークを長くとることで、平均値取得角度範囲を長く得て平均演算処理を精度よく行うことができる。
【００２２】
次に、供給燃料圧力Ｐの立上り変化する領域での波形を直線近似するための演算を行う。この演算においては、前記平均値Ｐ1 から予め設定した圧力差分づつ差し引いた値が近似直線計算用圧力として設定したポイント数（例えば６ポイント）求め、各ポイントごとのクランク軸角度を読み込む（♯６）。
次に、最小２乗法を用いて供給燃料圧力Ｐの立上り領域での近似直線Ｌを以下のように演算する（♯７）。
【００２３】
すなわち、クランク軸角度をｘ軸、供給燃料圧力をｙ軸とし、サンプリングした６ポイントのクランク軸角度ｘと近似直線計算用圧力ｙをそれぞれ、
(ｘ1，ｙ1)，(ｘ2，ｙ2)，(ｘ3 ，ｙ3)，(ｘ4，ｙ4)，(ｘ5 ，ｙ5)，(ｘ6，ｙ6)
近似直線Ｌの式を
ｙ= ｋｘ+ ｙ0 とすると、比例定数ｋおよびｙ軸切片ｙ0 は、
ｋ =（６・Ｃ1-Ａ2・Ｃ2）/（６・Ａ1-Ａ22）
ｙ0=（Ａ3・Ｃ2-Ａ2・Ｃ1）/（６・Ａ1-Ａ22）
となる。ここで、Ａ1 ，Ａ2 ，Ｃ1 ，Ｃ2 は次式から求めることができる。
Ａ1=ｘ１2+ｘ22+ｘ32+ｘ42+ｘ52+ｘ62
Ａ2=ｘ1+ｘ2+ｘ3+ｘ4+ｘ5+ｘ6
Ｃ1=ｘ1・ｙ1+ｘ2・ｙ2+ｘ3・ｙ3+ｘ4・ｙ4+ｘ5・ｙ5+ｘ6・ｙ6
Ｃ2=ｙ1+ｙ2+ｙ3+ｙ4+ｙ5+ｙ6
【００２４】
以上のようにして近似直線Ｌが求められると、この近似直線Ｌのｙ値に上記平均値Ｐ1 を代入し、その時の近似直線Ｌのｘ値を求め、このｘ値（クランク軸角度）を燃料噴射開始時期θs とするのである（♯８）。
【００２５】
以上の計測方法を用いた燃料噴射開始時期計測テストの結果を以下に例示する。図６は、計測条件を示す図表であり、ガスケットシム２１の厚さを４種類（0.5mm,0.55mm,0.6mm,0.75mm ）に変えるとともに、供給燃料圧力を２８〜３２kgf/cm2 の範囲で３段階に変えて行っている。また、図５は、供給燃料圧力の変動波形の実測データ、また、図６は、テスト結果を示している。なお、参考のために従来の目視計測も同時に行っており、この目視計測には、図１において、燃料回収管路２８中に設けた透明筒部２９を目視して、燃料が１秒間に２〜３滴流下し始めたことが確認された時点を燃料噴射開始時期としており、図６のデータは、同一条件で複数回目視計測を行って平均したものである。
【００２６】
テストの結果をみると、燃料供給圧力を２８〜３２kgf/cm2 で変化させても、燃料噴射開始時期の自動計測精度を確保できることが認識できた。また、シム厚さを変えることで燃料噴射開始時期が変化するが、同じシム厚さの場合には燃料供給圧力波形のばらつきは極めて小さいことが確認された。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明方法によれば、作業者は計測用器材の脱着操作、あるいは、それの補助を行うだけで、計測演算はすべて自動で行うので、１台当たりの測所要時間は短いものとなり、インラインに導入しても計測のための作業者の増員は少なくてすむ。
しかも、計測そのものに人的要因が含まれないので精度の高い計測が可能となり、エンジンの品質向上および品質安定化に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明方法を実施する計測構造の概略構成図
【図２】  燃料噴射ポンプの一部を示す縦断面図
【図３】  供給燃料圧力の変動波形を示す線図
【図４】  計測テストの条件を示す図表
【図５】  各種条件のもとに実測された供給燃料圧力の変動波形を示す線図
【図６】  測定テストの結果を示す図表
【図７】  燃料噴射開始時期検出用の基本フローチャート
【図８】  ピストントップ位置検出手段を説明する線図
【図９】（イ）供給燃料圧力の理論上の変動波形
（ロ）供給燃料圧力の実際の変動波形
【符号の説明】
１            クランクケース
２            クランク軸
５            燃料噴射ポンプ
Ｐ            燃料供給圧力
Ｐ1           平均値
Ｌ            近似直線
θ            クランク軸角度
θs           クランク軸角度（燃料噴射開始時期）
【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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【図９】
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