(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ノズルからの噴射タイミングを計測する装置であって、
エンジンの回転運動に同期した回転信号を周期信号として出力するエンジン回転センサと、
前記燃料噴射ノズルに対応する気筒のピストン行程が上死点に達したことを検出して所定の時間遅れをもってＴＤＣ信号を出力する上死点センサと、
前記燃料噴射ノズルから燃料が噴射されたときにそのタイミングを検出するべく燃料噴射ポンプと燃料噴射ノズルとを接続しているインジェクションチューブに設けられて、燃料噴射ポンプからの燃料圧送に伴うインジェクションチューブの拡張変位を検出するチューブ拡張センサと、
前記各センサの出力を入力として所定の演算を行うことにより燃料噴射ノズルの実噴射タイミングを算出する計測制御手段と、
を備えてなり、
前記計測制御手段は、チューブ拡張センサの出力信号のピーク値位置を、前記回転信号の基本周期を所定幅で細分化したときの分解能をもって該基本周期を基準として特定した上、該ピーク値よりも遅れて発生するＴＤＣ信号の発生タイミングから上記ピーク値位置までの位相角を実噴射タイミングとして算出する信号処理手段を有し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タイミング計測装置。
【請求項２】
エンジンの気筒ごとに独立した燃料噴射ノズルのそれぞれにチューブ拡張センサが設けられていて、各燃料噴射ノズルごとに実噴射タイミングの算出がなされるものであることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射タイミング計測装置。
【請求項３】
前記信号処理手段での処理として、チューブ拡張センサの出力信号のピーク値検出についてしきい値を予め設定しておき、このしきい値を越えた場合のみピーク値として認識するものであることを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射タイミング計測装置。
【請求項４】
前記信号処理手段での処理として、チューブ拡張センサの出力信号のピーク値検出について時間的な有効範囲を予め設定しておき、この有効範囲内にある場合のみピーク値として認識するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射タイミング計測装置。
【請求項５】
前記信号処理手段は、予め設定された計測時間内での複数回の噴射タイミングについてその都度実噴射タイミングを算出するとともに、その複数回の実噴射タイミングの平均値を算出するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射タイミング計測装置。
【請求項６】
前記計測制御手段は、エンジンに付帯するエンジンコントロールユニットとの間で通信を行いながらエンジンの運転条件を変化させるようになっていて、その運転条件に応じた実噴射タイミングもしくはその平均値を算出するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射タイミング計測装置。
【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ノズルからの燃料噴射が規定どおりのタイミングで行われているかどうかを計測する装置に関し、特にエンジン組立ラインのテスト工程において、全てのエンジンについての燃料噴射タイミングの計測をインラインで効率よく行えるようにした燃料噴射タイミング計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射ノズルからの気筒に対する実際の燃料噴射タイミングを定量的に把握することは困難であることから、一般的には、燃料噴射ポンプ側のプランジャのリフトタイミングを検出して燃料噴射ノズル側での噴射タイミングを予測する方法や、ノズルリフトセンサにより燃料噴射ノズルの開弁タイミングを検出してエンジン回転信号との位相差から算出する方法等が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前者の方法では、燃料噴射ポンプからノズルまでの配管が長く、また、ノズルの開弁特性の個体差のためにポンプ側からの指示に対して実際の噴射までのタイムラグが発生するため、その噴射タイミングの計測精度の向上におのずと限界がある。また、後者の方法では、その都度ノズルをノズルリフトセンサ付きのものに交換しなければならず、タイミング計測のために多大な工数と時間を要することになるため、例えばエンジン組立ラインのテスト工程に適用したとしても全数検査ではなく抜き取り検査とならざるを得ない。その上、計測判定はオシロスコープ等による目視確認となるために例えば燃焼による回転変動の影響を受けやすく、計測結果の信頼性が十分でない。
【０００４】
本発明は以上のような課題に着目してなされたもので、実噴射タイミングと計測値とのずれを可及的に小さくするとともに、回転変動や外乱等の計測値への影響をなくして計測精度を高め、さらに計測のための段取り工数を少なくして、特にエンジン組立ラインへの適用にあたりインラインでの全数検査を可能とした計測装置を提供しようとするものである。
【０００５】
請求項１に記載の発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルからの噴射タイミングを計測する装置であって、エンジンの回転運動に同期した回転信号を周期信号として出力するエンジン回転センサと、前記燃料噴射ノズルに対応する気筒のピストン行程が上死点に達したことを検出して所定の時間遅れをもってＴＤＣ信号を出力する上死点センサと、前記燃料噴射ノズルから燃料が噴射されたときにそのタイミングを検出するべく燃料噴射ポンプと燃料噴射ノズルとを接続しているインジェクションチューブに設けられて、燃料噴射ポンプからの燃料圧送に伴うインジェクションチューブの拡張変位を検出するチューブ拡張センサと、前記各センサの出力を入力として所定の演算を行うことにより燃料噴射ノズルの実噴射タイミングを算出する計測制御手段とを備えている。
【０００６】
その上で、前記計測制御手段は、噴射タイミングセンサの出力信号のピーク値位置を、前記回転信号の基本周期を所定幅で細分化したときの分解能をもって該基本周期を基準として特定した上、該ピーク値よりも遅れて発生するＴＤＣ信号の発生タイミングから上記ピーク値位置までの位相角を実噴射タイミングとして算出する信号処理手段を有していることを特徴としている。
【０００７】
そして、上記信号処理手段での算出結果はそのまま例えばＣＲＴディスプレイ等の表示装置に可視表示したり、あるいは算出結果を予め設定してある設定基準値と比較してその適否判定まで信号処理手段にて行い、適否判定結果を上記表示装置に可視表示する。
【０００９】
上記回転センサとしては、エンジンに付帯しているクランク角センサ等をそのまま兼用できることはいうまでもない。
【００１０】
したがって、請求項１に記載の発明では、エンジン回転信号の基本周期を所定幅で細分化したときの分解能をもってチューブ拡張センサの出力信号のピーク値位置（角度）を特定した上、ＴＤＣ信号の発生タイミングからの位相角として実噴射タイミングとして算出するので、少なくとも計測値へのエンジン回転変動の影響が回避される。
【００１１】
また、例えばエンジン組立ラインのテスト工程に適用するにあたっては、回転センサや上死点センサについてはエンジンが本来的に有しているものをそのまま使用することができるから、噴射タイミングセンサとしてチューブ拡張センサをエンジンに装着することで直ちに計測を行える。
【００１２】
さらに、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明を前提として、エンジンの気筒ごとに独立した燃料噴射ノズルのそれぞれにチューブ拡張センサが設けられていて、各燃料噴射ノズルごとに実噴射タイミングの算出がなされるものであることを特徴としている。
【００１３】
したがって、この請求項２に記載の発明では、気筒ごとの燃料噴射タイミング異常や圧力異常すなわちノズルやポンプの噴射圧異常を特定できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の発明を前提とした上で、前記信号処理手段での処理として、チューブ拡張センサの出力信号のピーク値検出についてしきい値を予め設定しておき、このしきい値を越えた場合のみピーク値として認識するものであることを特徴としている。
【００１５】
この請求項３に記載の発明では、特定のしきい値をもってピーク値を識別することにより、少なくとも計測値への外部ノイズ等の外乱の影響が回避される。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の発明を前提とした上で、前記信号処理手段での処理として、噴射タイミングセンサの出力信号のピーク値検出について時間的な有効範囲を予め設定しておき、この有効範囲内にある場合のみピーク値として認識するものであることを特徴としている。
【００１７】
この請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明と同様に、少なくとも計測値への外部ノイズ等の外乱の影響が回避される。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の発明を前提とした上で、前記信号処理手段は、予め設定された計測時間内での複数回の噴射タイミングについてその都度実噴射タイミングを算出するとともに、その複数回の実噴射タイミングの平均値を算出するものであることを特徴としている。
【００１９】
この請求項５に記載の発明では、複数回の実噴射タイミングの平均値の算出によってその噴射タイミングの特性が一層明瞭となる。
【００２０】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜５のいずれかに記載の発明を前提とした上で、前記計測制御手段は、エンジンに付帯するエンジンコントロールユニットとの間で通信を行いながらエンジンの運転条件を変化させるようになっていて、その運転条件に応じた実噴射タイミングもしくはその平均値を算出するものであることを特徴としている。
【００２１】
したがって、この請求項６に記載の発明では、燃料噴射タイミングもしくはエンジン回転数を積極的に可変制御し、そのエンジン過渡状態での燃料噴射タイミングを計測することで、燃料噴射ポンプ側のタイマの機能が正常かどうか確認できる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、噴射タイミング信号のピーク値の位置を、周期信号である回転信号の基本周期を所定幅で細分化したときの分解能をもって特定した上で、ＴＤＣ信号の発生タイミングを基準にそのピーク値までの位相角を実噴射タイミングとして算出するようにしているために、その計測精度が高く、計測値そのものの信頼性が高いものとなる。また、回転センサや上死点センサ等はエンジンそのものが本来的に有しているものを流用できることから、計測にあたっての段取り工数が少なくて済み、特にエンジン組立ラインのテスト工程に適用した場合にインラインでの全数検査が可能となる。
【００２３】
また、噴射タイミングセンサとして燃料噴射ポンプからの燃料圧送に伴うインジェクションチューブの拡張変位を検出するチューブ拡張センサを用いているので、一段と正確に噴射タイミングを計測できる効果がある。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、各気筒に対応した燃料噴射ノズルごとに個別に実噴射タイミングの算出が行われるので、請求項１に記載の発明と同様の効果のほかに、各気筒ごとの燃料噴射タイミング異常や噴射圧異常を容易に特定できる利点がある。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、チューブ拡張センサの出力信号のピーク値を特定のしきい値をもって識別するようにしているので、請求項１または２に記載の発明と同様の効果のほかに、計測値への外部ノイズ等の外乱の影響が回避され、計測精度が一段と向上する効果がある。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば、上記ピーク値検出にあたっていわゆるウインドウ処理により特定の時間的な有効範囲内にあるもののみをピーク値として認識するようにしているので、請求項３に記載の発明と同様に、計測値への外部ノイズ等の外乱の影響が回避され、計測精度が一段と向上する効果がある。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば、予め設定された計測時間内での複数回の噴射タイミングについてその都度実噴射タイミングを算出した上でその平均値を算出するようにしているので、請求項１〜４のいずれかに記載の発明と同様の効果のほかに、計測値そのものの信頼性が一段と高くなる利点がある。
【００２８】
請求項６に記載の発明によれば、エンジンコントロールユニットとの間で通信を行いながらエンジンの運転状態を積極的に変化させて、その運転条件に応じた実噴射タイミングもしくはその平均値を算出するようにしているので、請求項１〜５のいずれかに記載の発明と同様の効果のほかに、特に燃料噴射ポンプに内蔵されたタイマの機能確認までも行える利点がある。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１〜５は本発明に係る計測装置の好ましい実施の形態を示す図であって、特に図１はその全体の概略構成を示している。
【００３０】
図１において、１は計測対象となるディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）、２はエンジン１に付帯するエンジンコントロールユニット、３はコンピュータを主体として構成された計測制御装置、４は計測指示用コンソールボックス（操作盤）、５はＣＲＴディスプレイである。
【００３１】
エンジン１には燃料噴射ポンプ（以下、単にポンプという）６が装着されていて、図２にも示すように、各気筒ごとに独立している燃料噴射ノズル（以下、単にノズルという）７とポンプ６とがそれぞれにインジェクションチューブ８にて接続されていて、周知のようにこのインジェクションチューブ８を介してポンプ６から各ノズル７に計量された燃料が圧送されるようになっている。
【００３２】
また、エンジン１には、リングギヤ９の各歯を被検出体として周期信号であるエンジン回転信号ａを出力するエンジン回転センサ１０が設けられているほか、同じく上死点検出用プレート１１を被検出体として各気筒でのピストン行程が上死点位置なったことを検出してその都度ＴＤＣ信号ｂを出力するするためのＴＤＣセンサ（上死点センサ）１２が設けられている。さらに、エンジン１での燃焼に伴うシリンダブロック等の振動を検出するための振動センサ１３が設けられている。
【００３３】
一方、上記各インジェクションチューブ８には、図２に示すように、ノズル７に可及的に近い位置に噴射タイミングセンサとしてのチューブ拡張センサ１４が個別に装着されている。このチューブ拡張センサ１４は、ポンプ６からの燃料圧送に伴うインジェクションチューブ８の微小な拡張変位をピエゾ効果を利用した素子により検出するもので、この拡張変位信号ｃの検出タイミングをもってノズル７での実際の噴射開始タイミングとみなし得ることは既に確認されている。
【００３４】
そして、上記回転センサ１０、ＴＤＣセンサ１２、振動センサ１３およびチューブ拡張センサ１４の各出力ａ，ｂ，ｃ，ｄは計測制御装置３の信号処理回路１５に入出力インターフェース１６を介してに取り込まれて、後述するように実噴射タイミング算出のための所定の処理がなされるようになっている。
【００３５】
図３は上記各センサ１０，１２，１３，１４からの出力信号ａ〜ｄのタイミングチャートを、図４はそのタイミングチャートのＡ部拡大図をそれぞれ示しており、エンジン１がアイドリング状態にあるとき、エンジン回転信号ａは矩形波または正弦波の周期信号としてエンジン１の回転に同期して連続的に出力され、またＴＤＣセンサ１２の出力であるＴＤＣ信号ｂは各気筒でのピストン行程が上死点に達する度に９０°ごとに１周期の正弦波または孤立波として発生する。なお、本実施の形態では、エンジン固有の通常の制御上の必要性から、図４に示すように、ＴＤＣ信号ｂは実際の（理論上の）上死点位置よりもθ５（例えば位相角にして１０°）だけ遅れて立ち上がるように、すなわちオフセット量θ５をもって発生するように設定してある。
【００３６】
一方、インジェクションチューブ８のチューブ拡張信号ｃは、先に述べたようにノズル７での実際の燃料噴射タイミングとみなし得ることから、各ノズル７からの燃料噴射の度にそのピークが孤立波として発生する。同様に、燃焼に伴う振動信号ｄは上記燃料噴射タイミングに同期してパルス状に発生する。
【００３７】
ここで、上記信号処理回路１５での処理手順について説明すると、該信号処理回路１５にはチューブ拡張信号ｃのうちそのピーク部分を切り出すべきウインドウＷとスライスレベル（しきい値）Ｓとが予め設定されており、スライスレベルＳを越えたピーク部分についてウインドウＷをもって切り出す。なお、上記ウインドウＷはノイズや出力レベルの変動の影響を抑制することを目的として、ＴＤＣ信号ｂのゼロクロス点を基準に予め設定されており、このウインドウＷは例えば上記ゼロクロス点の手前３°（θ２＝３°）から１５°（θ３＝１５°）までのθ１の範囲に設定されている。もちろん、上記スライスレベルＳとウインドウＷの大きさは任意に調整可能である。
【００３８】
一方、エンジン回転信号ａについては、図１に示したリングギヤ９の歯数が例えば１００歯とすると、図４に示すようにその周期信号の１周期は３．６°（半周期で１．８°）となることから、その半周期を２０等分した分解能（最小分解能は０．９°）をもって、上記チューブ拡張信号ｃのピーク値Ｐの角度位置を周期信号自体もしくはその位相を基準に検出する。その上で、前記ピーク値Ｐよりも遅れて発生するＴＤＣ信号ｂのゼロクロス点を基準に該ＴＤＣ信号からピーク値Ｐまでの位相角θ４を実噴射タイミングとして算出する。なお、図４において、θ５は実際の（理論上の）上死点位置からのＴＤＣ信号の発生タイミングを遅らせているオフセット量であり、またθ６は上記実際の上死点位置を基準としたときの噴射タイミングの位相角である。
【００３９】
これらの処理は、エンジンアイドリング状態での所定の計測時間が経過するまで各ノズル７ごとに連続して複数回繰り返され、それらのデータは上記計測時間が経過するまで信号処理回路１５内に蓄積される。
【００４０】
そして、計測時間が経過すると、信号処理回路１５では、各ノズル７ごとの実噴射タイミングθ４の平均値を算出した上、予め設定されている基準設定値と比較し、その適否判定結果とともに上記平均値と最大値および最小値のそれぞれをＣＲＴディスプレイ５に出力して可視表示する。なお、上記平均値、最大値および最小値は、図４に示したオフセット量θ５を減じた値を表示するのが望ましい。
【００４１】
さらに、必要に応じて図１に示す計測指示用コンソールボックス４の操作によりエンジンコントロールユニット２に指令を与え、予め設定された条件のもとでエンジン回転数や燃料噴射タイミングを積極的に可変制御して、上記と同様に実噴射タイミングもしくはその平均値を算出する。そして、このデータに基づいてポンプ６に内蔵されている図示外のタイマの機能の適否判定を行う。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る計測装置の好ましい実施の形態を示す構成説明図。
【図２】図１におけるチューブ拡張センサ（噴射タイミングセンサ）の取付状態を示す要部拡大図。
【図３】図１に示す各センサの出力の相互関係を示すタイミングチャート。
【図４】図３のＡ部拡大説明図。
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン
２…エンジンコントロールユニット
３…計測制御装置
６…燃料噴射ポンプ
７…燃料噴射ノズル
８…インジェクションチューブ
１０…エンジン回転センサ
１２…ＴＤＣセンサ
１３…振動センサ
１４…チューブ拡張センサ
１５…信号処理回路（信号処理手段）
【図１】
0003760672.tif 000002
【図２】
0003760672.tif 000003
【図３】
0003760672.tif 000004
【図４】
0003760672.tif 000005