(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプの高圧噴射管における燃料の音速を検出する燃料音速検出手段と、
前記燃料音速検出手段により検出された燃料音速に基づいて燃料性状を判定する燃料性状判定手段と、
実際の燃料噴射時期を検出する実燃料噴射時期検出手段と、
前記燃料性状に基づいて目標燃料噴射時期を演算する目標燃料噴射時期演算手段と、
前記実燃料噴射時期が前記目標燃料噴射時期となるように、燃料噴射時期調整手段をフィードバック制御する制御手段と、を含んで構成され、
前記燃料音速検出手段は、前記高圧噴射管壁の膨張変化の検出結果に基づいて前記燃料の音速を検出することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置。
【請求項２】
前記燃料音速検出手段は、
前記高圧噴射管の離間する２か所に設けられ、該管の動的歪を夫々検出する歪検出手段と、
前記２か所の歪検出手段から夫々出力される歪検出信号の立ち上がり時期を演算する歪立ち上がり時期演算手段と、
前記歪立ち上がり時期演算手段により演算された歪立ち上がり時期の差と前記２か所の歪検出手段間の距離とに基づいて燃料の音速を演算する燃料音速演算手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置。
【請求項３】
前記実燃料噴射時期検出手段は、
前記２か所の歪検出手段から夫々出力される歪検出信号の立ち上がり時期と前記燃料音速とに基づいて実際の燃料噴射時期を演算する実燃料噴射時期演算手段を含んで構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射ポンプのポンプケース内の燃料の温度を検出する燃料温度検出手段を含んで構成され、
検出された燃料温度に基づいて前記燃料性状判定手段による燃料性状判定時期を決定することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射時期制御装置。
【請求項５】
燃料圧力が燃料噴射ポンプに接続された燃料噴射ノズルの開弁圧に達するまでの時間遅れを燃料温度、エンジン回転数及び燃料の種類のいずれかの関数として与え、該時間遅れを補正係数として実燃料噴射時期を補正する実燃料噴射時期補正手段を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のディーゼルエンジン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に関し、特に、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における分配型燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御技術としては、例えば、特開昭６０−１３２０３８号公報に開示されたものがある。
この技術は、ポンプ室内の燃料油をプランジャ加圧室内に導入し、該プランジャ加圧室内の燃料油を駆動軸の回転に伴い回転往復運動するプランジャで機関の各気筒に分配圧送する分配型燃料噴射ポンプにといて、ポンプ室の燃料油をプランジャ加圧室内に導入する燃料吸入通路に配置され該通路を開閉しプランジャ加圧室内の燃料圧を開弁方向に受ける弁体を備えた第１の電磁弁と、ポンプ室とプランジャ加圧室とを連通する通路と、この通路を開閉しプランジャ加圧室内の燃料圧を閉弁方向に受ける弁体を備えた第２の電磁弁とを基づき、第２の電磁弁の開閉制御によって噴射開始時期を制御し、第１の電磁弁の開閉制御によって噴射終了時期を制御することによって、高応答性の電磁弁を使用することなく少燃料噴射量の制御精度を向上することを目的としたものである。
【０００３】
又、ディーゼルエンジンにおける燃料噴射時期制御技術としては、次のようなものもある。
このものは、燃料噴射時期のセンシング手段として、タイマピストンの位置を検出する手段を設け、検出されたタイマピストンの位置をテーブルマップ等で与えられた目標のタイマピストン位置と比較して、両者が一致するようにフィードバック制御を行うものである。
【０００４】
この場合、前記タイマピストンの位置の制御は、次の構成から達成している。即ち、低圧室にはポンプケース内に設けられた燃料フィードポンプのサクション室の低圧燃料が、高圧室には燃料フィードポンプで圧送されたポンプ室内の高圧燃料が夫々オリフィスを介して導かれている。
又、前記低圧室と高圧室とを連通する通路とこの通路を開閉する弁が設けられている。そして、この弁の開閉を常時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比によって制御することで、低圧室と高圧室の圧力バランスを調整し、圧力差とタイマピストン内のスプリングによって決定されるタイマピストン位置を変えるようにしている。
【０００５】
しかし、上記のような技術においては、前記タイマピストン位置と実燃料噴射時期との間の関係は、燃料密度や粘度、ノズルの流量係数や開弁圧等によって変化するため、正確な燃料噴射時期のセンシングが充分に可能とは言いがたく、更に正確な燃料噴射時期のセンシングを行うべく、燃料噴射ノズルの針弁リフトを検出し、これを基に燃料噴射時期の制御を行うものも知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の燃料噴射時期制御技術あっては、次のような問題点がある。
即ち、前者の燃料噴射時期のセンシング手段として、タイマピストンの位置を検出する技術にあっては、燃料性状が検出できないため、これに応じた燃料噴射時期の設定ができず、燃料によっては排気、出力、燃費性能が低下する。
【０００７】
又、後者の技術のように燃料噴射時期検出精度向上を図るべく、燃料噴射ノズルの針弁リフトを検出しようとすると、燃料噴射ノズル内に針弁リフト検出素子（ピエゾ素子、ホール素子等）を設置する必要があり、燃料噴射ノズル内は狭い空間であるため設計レイアウトが容易ではなく、又、燃料噴射ノズルのコストアップ等の問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、以上のような従来の実情に鑑み、燃料性状に応じた燃料噴射時期制御を可能にすると共に、低コスト化と設計自由度の向上を図ることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプの高圧噴射管における燃料の音速を検出する燃料音速検出手段と、前記燃料音速検出手段により検出された燃料音速に基づいて燃料性状を判定する燃料性状判定手段と、実際の燃料噴射時期を検出する実燃料噴射時期検出手段と、前記燃料性状に基づいて目標燃料噴射時期を演算する目標燃料噴射時期演算手段と、前記実燃料噴射時期が前記目標燃料噴射時期となるように、燃料噴射時期調整手段をフィードバック制御する制御手段と、を含んで構成し、前記燃料音速検出手段が前記高圧噴射管壁の膨張変化の検出結果に基づいて前記燃料の音速を検出するようにした。
【００１０】
請求項２に係る発明は、
前記燃料音速検出手段は、
前記高圧噴射管の離間する２か所に設けられ、該管の動的歪を夫々検出する歪検出手段と、
前記２か所の歪検出手段から夫々出力される歪検出信号の立ち上がり時期を演算する歪立ち上がり時期演算手段と、
前記歪立ち上がり時期演算手段により演算された歪立ち上がり時期の差と前記２か所の歪検出手段間の距離とに基づいて燃料の音速を演算する燃料音速演算手段と、
を含んで構成した。
【００１１】
請求項３に係る発明は、
前記実燃料噴射時期検出手段は、
前記２か所の歪検出手段から夫々出力される歪検出信号の立ち上がり時期と前記燃料音速とに基づいて実際の燃料噴射時期を演算する実燃料噴射時期演算手段を含んで構成した。
【００１２】
請求項４に係る発明は、
前記燃料噴射ポンプのポンプケース内の燃料の温度を検出する燃料温度検出手段を含んで構成され、
検出された燃料温度に基づいて前記燃料性状判定手段による燃料性状判定時期を決定するようにした。
【００１３】
請求項５に係る発明は、
燃料圧力が燃料噴射ポンプに接続された燃料噴射ノズルの開弁圧に達するまでの時間遅れを燃料温度、エンジン回転数及び燃料の種類のいずれかの関数として与え、該時間遅れを補正係数として実燃料噴射時期を補正する実燃料噴射時期補正手段を含んで構成した。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施の形態を詳述する。
図２において、燃料噴射ポンプ１には、高圧噴射管３を介して燃料噴射ノズル２が接続されている。
又、前記高圧噴射管３のポンプ１出口近傍には第１の噴射管歪検出手段４が介装され、該高圧噴射管３のノズル２入口近傍には第２の噴射管歪検出手段５が介装されている。
【００１５】
これら噴射管歪検出手段４，５は、噴射管３の膨張歪を検出するものである。更に、クランク角検出手段６と、燃料温度検出手段７とが設けられており、これらクランク角検出手段６、燃料温度検出手段７並びに前記第１の噴射管歪検出手段４、第２の噴射管歪検出手段５から出力される検出信号は、コントロールユニット８に入力される。
【００１６】
このコントロールユニット８に設けられた制御機能を図２の制御ブロック図に基づいて説明する。
即ち、コントロールユニット８には、前記第１の噴射管歪検出手段４と前記クランク角検出手段６から出力される検出信号に基づいて、歪立ち上がり時期を演算する第１の歪立ち上がり時期演算手段Ａと、前記第２の噴射管歪検出手段５と前記クランク角検出手段６から出力される検出信号に基づいて、歪立ち上がり時期を演算する第２の歪立ち上がり時期演算手段Ｂの機能が夫々ソフトウェア的に装備されている。
【００１７】
又、コントロールユニット８には、第１及び第２の歪立ち上がり時期演算手段Ａ，Ｂから夫々出力される信号と、燃料温度検出手段７から出力される信号とに基づいて燃料の音速を演算する燃料音速演算手段Ｃと、該演算手段Ｃにより演算された燃料音速に基づいて燃料性状を判定する燃料性状判定手段Ｄと、第１及び第２の歪立ち上がり時期演算手段Ａ，Ｂから夫々出力される信号と、燃料温度検出手段７から出力される信号とに基づいて実際の燃料噴射時期を演算する実燃料噴射時期演算手段Ｅと、前記燃料性状判定手段Ｄから出力される信号に基づいて目標の燃料噴射時期を演算する目標燃料噴射時期演算手段Ｆと、実燃料噴射時期演算手段Ｅ及び目標燃料噴射時期演算手段Ｆから夫々出力される信号に基づいて噴射時期調整手段としての噴射時期タイマピストン９への制御信号を出力する制御手段Ｇの機能が夫々ソフトウェア的に装備されている。
【００１８】
次に、前記制御機構に基づく制御内容を説明する。
燃料噴射ポンプ１のプランジャにより燃料の圧送が開始されると、高圧噴射管３内の燃料の圧力が上昇し、高圧噴射管３壁を膨張変化させる。
高圧噴射管３に取り付けられた第１及び第２の噴射管歪検出手段４，５においては、夫々歪検出部材の動きをピエゾ素子或いは歪ゲージの出力電圧としてコントロールユニット８に出力する。
【００１９】
尚、歪検出手段４，５は高圧噴射管３に嵌合取付され、この取付構造によると、エンジン機種によらず使用できるため、コスト的に有利である。
図４に、高圧噴射管３内の燃料圧力の推移と歪検出手段４，５の出力との関係を示す。
このように第１及び第２の噴射管歪検出手段４，５から出力された出力電圧を図に示した特定のスライスレベル電圧と比較し、クランク角検出手段６から出力される時間信号を参照することによって、第１の噴射管歪検出手段４と第２の噴射管歪検出手段５から夫々出力される出力信号の立ち上がり時間Ｔ1 ，Ｔ2 （図５参照）を算出する。
【００２０】
そして、第１の噴射管歪検出手段４と第２の噴射管歪検出手段５から夫々出力される信号の立ち上がり時間Ｔ1 ，Ｔ2 の時間差、即ち、時間遅れΔＴを算出する。
更に、第１及び第２の噴射管歪検出手段４，５の取付位置間の距離Ｘ1 （図２参照）を前記ΔＴで割ることによって、燃料中の圧力の伝播時間即ち、燃料の音速ａが求められる（ａ＝Ｘ1 ／ΔＴ）。
【００２１】
次に、かかる燃料の音速ａに基づく燃料性状判定制御内容を図６のフローチャートに基づき説明する。
このフローチャートにおいて、ステップ１（以下、Ｓ１と略記する。以下同様）において、前回のエンジン停止時の燃料残量計の値Ｆｂを検出し、ステップ２では、エンジンスタート時の燃料残量計の値Ｆを検出し、ステップ３では、ＦｂとＦとを比較する。
【００２２】
ここで、燃料の性状は、燃料を補給した時以外は変化しない。
従って、燃料の補給時期を燃料残量計の動きで判定し、燃料の補給があった場合には、燃料性状判定を実行し、それ以外は最後に燃料判定を行った判定値Ｓｆｕｅｌを記憶しておいてこれを用いる。
即ち、ステップ１〜３は燃料補給判定部であり、ステップ３において、Ｆ＞Ｆｂであれば、燃料補給を行ったと判断されるから、ステップ４に進み、Ｆ≦Ｆｂであれば、燃料補給を行っていない判断されるから、ステップ５に進み、前述したように、最後に燃料判定を行った判定値Ｓｆｕｅｌに設定する。
【００２３】
尚、上記のような燃料補給判定を行わずに毎回燃料性状判定を行うようにしても良い。
この場合、ステップ１〜３の燃料補給判定部分が不要となる。
次に、ステップ４においては、Ｆｕｅｌを０にリセットし、ステップ６では、運転開始後の燃料噴射量の総量Ｆｕｅｌを演算し（Ｆｕｅｌ＝Ｆｕｅｌ＋Ｑ，Ｑは毎回の燃料噴射量（指令値））、ステップ７では、Ｆｕｅｌと燃料ライン内の燃料量ＡＦとを比較する。
【００２４】
ここで、燃料ライン中には、燃料種類を変えても変更前の燃料が残留しているため、燃料ライン内の燃料量ＡＦと運転開始後の噴射量の総量Ｆｕｅｌとを比較して、ＡＦ以上の燃料が噴射された後に燃料性状判定を行う。
即ち、ステップ４，６，７は燃料ラインに残っている燃料の消費が終了したか否かを判定する部分であり、ステップに７おいて、Ｆｕｅｌ≧ＡＦと判定されると、燃料ラインに残っている燃料の消費が終了したと判断されて、ステップ８に進み、Ｆｕｅｌ＞ＡＦと判定されると、燃料ラインに残っている燃料の消費が終了していないと判断されて、ステップ４に戻る。
【００２５】
次に、ステップ８においては、燃料温度Ｆｔｅｍｐを読み込み、ステップ９においては、燃料温度Ｆｔｅｍｐと規定値Ｆｔｏとの差の絶対値｜Ｆｔｅｍｐ−Ｆｔｏ｜と所定値Δとを比較する。
ここで、燃料の音速は燃料温度によっても変わるため、燃料噴射ポンプ１のケース内の燃料温度が規定値の±Δの範囲となったときに燃料性状の判定を行うようにしている。
【００２６】
従って、ステップ９において、｜Ｆｔｅｍｐ−Ｆｔｏ｜≦Δと判定されると、ステップ１０に進み、｜Ｆｔｅｍｐ−Ｆｔｏ｜＞Δと判定されると、ステップ１４に戻る。
次のステップ１０では、前述した第１の噴射管歪検出手段４と第２の噴射管歪検出手段５から夫々出力される信号の立ち上がり時間Ｔ1 ，Ｔ2 を読み込み、ステップ１１では、燃料の音速ａ（＝Ｘ1 ／ΔＴ）を算出する。
【００２７】
そして、ステップ１２において、算出された燃料の音速ａと所定値ａｏとを比較し、ａ≧ａｏと判定されると、ステップ１３に進み、ａ＜ａｏと判定されると、ステップ１４に進む。
ここで、図７に燃料比重と燃料の音速との関係を示す。
【００２８】
【数１】
0003733620.tif 000002
【００２９】
従って、比重の異なる燃料（例えば、ＪＩＳ２号軽油（Ｓｆｕｅｌ  ＮＯ１：燃料種類１））と特３号軽油（Ｓｆｕｅｌ  ＮＯ２：燃料種類２））は音速の判定値ａｏによって区別することができる。
尚、音速の判定値ａｏは実験によって求めることもできる。
以上のフローチャートにより、燃料性状が判定され、次に、この判定された燃料性状に基づいて燃料噴射時期を算出する制御内容を、図８のフローチャートに基づいて説明する。
【００３０】
ステップ２１においては、歪立ち上がり時間Ｔ1 ，Ｔ2 を読み込み、ステップ２２においては、前述したように燃料の音速ａを算出する（ａ＝Ｘ1 ／（Ｔ2 −Ｔ1 ））。
次のステップ２３では、燃料噴射ノズル２先端に圧力波が到達する時間ＩＴを次式で演算する。
【００３１】
ＩＴ＝Ｔ2 ＋Ｘ2 ／ａ
前記Ｘ2 は、第２の噴射管歪検出手段５から燃料噴射ノズル２先端までの距離である（図２参照）。
ここで、図９は燃料噴射ノズル２先端のノズル室圧力を示す。
この図から明らかなように、燃料圧力の立ち上がりに対して、実燃料噴射時期には、燃料圧力が燃料噴射ノズル２の開弁圧に達するまでの時間遅れＣだけの時間差がある。
【００３２】
この時間遅れＣは、高圧噴射管３内の残留圧力に関係があり、残留圧が高い程小さくなる。又、この残留圧は、一般的なＩＤＩディーゼルエンジンよう燃料噴射ポンプの場合、燃料温度が高い程大きくなるという特性がある。
従って、図１０に示すように、時間遅れＣを燃料温度の関数として与え、次のステップ２４で、燃料温度Ｆｔｅｍｐを読み込み、ステップ２５で図１０のようなテーブルから補正係数Ｃとして読み込む。
【００３３】
そして、ステップ２６において、実燃料噴射時期ＩＴをＩＴ＋Ｃとして算出する。
但し、前記Ｃは燃料噴射システムによって異なる動きをする場合があるため、実験によって求める必要がある。又、燃料温度に加え、エンジン回転数や燃料の種類の関数として与えることもできる。
【００３４】
一方、エンジンの排気・出力・燃費性能から定める目標燃料噴射時期（目標ＩＴ）は燃料の種類によって異なる。
従って、図１１に示すように、実験により求めた燃料種類１，２毎の最適目標ＩＴをエンジン回転数と燃料噴射量によるデータテーブルとして与え、次のステップ２７において、図６のフローチャートにて求めた燃料種類１又は２に対応する最適目標ＩＴのテーブルを選択し、ステップ２８にて、目標ＩＴを読み込む。
【００３５】
そして、従来通りのタイマピストン制御ルーチンに進み、実燃料噴射時期と目標燃料噴射時期と差によりタイマピストン位置をフィードバック制御する。
以上の各フローチャートの説明から明らかなように、高圧噴射管３の２か所に設けた歪検出手段４，５からの歪検出信号の立ち上がり時期の差に基づいて燃料の音速を求め、これにより燃料性状を判定する一方、歪検出信号の立ち上がり時期と音速から実際の燃料噴射時期を求め、前記燃料性状から目標燃料噴射時期を設定して、実燃料噴射時期をこの目標燃料噴射時期となるようにフィードバック制御するようにしたから、燃料性状に応じた適切な燃料噴射時期制御が可能となり、エンジンの排気、出力、燃費性能を向上することができる。
【００３６】
又、高圧噴射管３の２か所に設けた歪検出手段４，５を用いて簡便な機構並びに手法により実燃料噴射時期が検出できるため、燃料噴射時期制御精度の向上、並びに低コストかつ設計自由度の高い噴射時期検出手段とすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、燃料性状に応じた適切な燃料噴射時期制御が可能となり、エンジンの排気、出力、燃費性能を向上することができる。
請求項２及び３記載の発明によれば、高圧噴射管の２か所に設けた歪検出手段を用いて簡便な機構並びに手法により燃料音速或いは実燃料噴射時期が検出できるため、燃料噴射時期制御精度の向上、並びに低コストかつ設計自由度の高い燃料音速或いは実燃料噴射時期検出手段とすることができる。
【００３８】
請求項４記載の発明によれば、検出された燃料温度に基づいて燃料性状の判定を行うため、燃料温度によっても変わる燃料の音速に対応して、適切な燃料性状判定が行える。
請求項５記載の発明によると、燃料圧力が燃料噴射ポンプに接続された燃料噴射ノズルの開弁圧に達するまでの時間遅れを考慮した実燃料噴射時期の検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  請求項１に係る発明の構成図
【図２】  請求項１〜５に係る発明の実施の形態共通のシステム図
【図３】  制御ブロック図
【図４】  高圧噴射管内の燃料圧力の推移と歪検出手段の出力との関係を示す図
【図５】  高圧噴射管内の燃料圧力の推移と歪検出手段の出力との関係を示す図
【図６】  燃料性状判定のフローチャート
【図７】  燃料比重と燃料の音速との関係を示す図
【図８】  燃料噴射時期演算のフローチャート
【図９】  燃料噴射ノズル先端のノズル室圧力を示す図
【図１０】  時間遅れと燃料温度の関係を示す図
【図１１】  実験により求めた燃料種類毎の最適目標のエンジン回転数と燃料噴射量によるデータテーブル
【符号の説明】
１  燃料噴射ポンプ
３  高圧噴射管
４  第１の噴射管歪検出手段
５  第２の噴射管歪検出手段
６  クランク角検出手段
７  燃料温度検出手段
８  コントロールユニット
９  噴射時期タイマピストン
【図１】
0003733620.tif 000003
【図２】
0003733620.tif 000004
【図３】
0003733620.tif 000005
【図４】
0003733620.tif 000006
【図５】
0003733620.tif 000007
【図６】
0003733620.tif 000008
【図７】
0003733620.tif 000009
【図８】
0003733620.tif 000010
【図９】
0003733620.tif 000011
【図１０】
0003733620.tif 000012
【図１１】
0003733620.tif 000013