JPH048286Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、内燃機関の燃料供給量制御装置、特
にデイーゼル式内燃機関のような内燃機関におい
て燃料供給量を制御する内燃機関の燃料供給量制
御装置に関する。

今日生産されているデイーゼルエンジンはほぼ
もつぱら機械的な調速機が用いられているが、技
術的な文献にはだんだん電子制御された調速機が
開示されており、このような調速機では回転速度
や負荷などのような内燃機関の個々の動作特性量
（内燃機関の動作特性を定める動作パラメータ、
以下動作特性量という）が信号処理回路の入力信
号となり、その出力信号によつて燃料噴射ポンプ
の制御ロツドの位置が設定されるようになつてい
る。その場合信号処理回路としてコンピユータが
用いられる。というのはコンピユータによつて多
数の複雑な計算が可能になるからである。更に今
日の噴射装置では純粋に機械的な弁が用いられ、
噴射すべき量は供給される燃料の圧力に従つて決
められるようになつているが、特に比較的回転速
度の遅いデイーゼルエンジンの場合には電磁弁が
設けられており、それによつて正確な燃料制御量
が可能になる。その場合信号処理回路において噴
射期間が形成されて、種々の噴射弁が設定された
値に従つて又クランク軸角度に同期して駆動され
る。個々の電磁噴射弁に対して従来のように概略
的に制御駆動信号を設定することは、各シリンダ
に最適な燃料供給量を定めそれによつて内燃機関
を全体として最適化するには不充分であることが
判明した。

例えば特公昭53−44613号公報には、エンジン
動作状態を電気信号として検出し、これを２進値
に変換してコンピユータで処理し、制御装置の目
標値を求めて内燃機関を制御する方法が記載され
ている。この目標値の計算は、所定の時間間隔
毎、あるいは所定のクランク軸角度毎あるいは目
標値の変化に従つて行なわれており、内燃機関の
すべてのシリンダに対して同時に計算が行なわれ
ているので、各シリンダに最適な燃料供給量を定
めることができない。

従つて、本考案は、このような点に鑑みてなさ
れたもので、内燃機関のシリンダに最適な燃料を
供給することが可能な内燃機関の燃料供給量制御
装置を提供することを目的とする。

本考案によれば、この目的を達成するために、
動作パラメータに基づいてデイーゼル式内燃機関
への燃料供給量を制御する内燃機関の燃料供給量
制御装置において、回転速度の理想値と現在値の
偏差に従つて噴射量を示す噴射量信号を形成する
手段と、前記噴射量信号に従つて噴射開始時期を
定める手段と、前記噴射量信号に従つて噴射期間
を定める手段とを設け、内燃機関の各シリンダに
供給される燃料の噴射期間と噴射開始時期を前記
噴射量信号に従つて前の噴射が終了してからその
噴射が開始されるまでに求める構成を採用した。

次に添付図面を参照して本考案の詳細な説明を
する。

第１図には電磁噴射弁並びに始動弁を備え、燃
圧並びに内燃機関の回転方向が制御できるデイー
ゼル機関の信号処理装置の概略ブロツク図が図示
されている。１０は内燃機関（図示せず）の噴射
弁を示し、１１は始動弁並びに１２はレゾルバー
（分解器）を示す。１３は調速機を示し、その後
段に噴射開始制御器１４並びに噴射期間計算回路
１５が接続される。この計算回路１５の出力は噴
射シリンダ選択回路１６並びに個々の最終段１７
を介して噴射弁１０と接続される。詳細には次の
ような構成が用いられる。

レゾルバー１２には発振器２０から交流信号が
印加され、その出力に現われるデータは信号変換
器２１を介してリード線２２に信号を発生する。
リード線２２は回転速度計算回路２３、始動シリ
ンダ選択回路２４、回転方向識別回路２５、並び
に噴射シリンダ選択回路１６と接続される。回転
速度計算回路２３の出力はそれぞれリード線を経
て始動シリンダ選択回路２４、調速機１３、噴射
開始制御器１４並びに噴射量最小値選択回路２６
と接続される。始動シリンダ選択回路２４の入力
は、回転方向識別回路２５からの回転方向信号、
始動開始並びに始動終了の最大回転速度に対する
限界値、並びに所望の回転方向の始動期間に関す
る値並びに始動スイツチ２７からの信号である。
始動シリンダ選択回路２４の出力はリード線２８
を介して個々の始動弁１１の電磁巻線と接続され
た最終段２９に導びかれる。調速機１３は、例え
ばＰ（比例動作）制御器、Ｉ（積分動作）制御器、
Ｄ（微分動作）制御器あるいは制御形式に従いこ
れらの制御器の組み合わせとして構成される。こ
の調速機１３と噴射期間を計算する計算回路１５
との間に調速機１３によつて予め与えられる最大
許容噴射量信号を定める最小値選択回路３０が接
続される。その場合最大許容噴射量信号は噴射量
最小値選択回路２６から得られる。この選択回路
２６の入力は第１及び第２の特性信号発生器ない
し特性信号メモリ３１，３２並びに二つの入力端
子３３，３４から得られる。この両入力端子には
個々のシリンダの最大値信号並びに全体の最大値
信号が印加される。特性信号発生器ないし特性信
号メモリ３１は例えば排気ガス組成あるいは充填
空気圧ないし充填空気温度に従つて変化する最大
許容噴射量の値を発生することができる。これら
の排気ガスの組成あるいは充填空気圧ないし温度
等の信号は入力端子３５を介して入力される。特
性信号発生器ないし特性信号メモリ３２には回転
速度に関して最大の噴射量値が記憶されている。
このために特性信号メモリ３２の入力３６は回転
速度計算回路３２の出力と接続される。更に特性
信号メモリ３２の第２の入力３７にはいわゆる非
常用の非常時スイツチ３８からの信号が入力され
る。特性信号メモリ３２それ自体には回転速度に
関連した最大噴射量を示す少なくとも二つの曲線
が含まれており、その場合下方のカーブは回転速
度に関連した通常の噴射量の制限値を示してい
る。一方非常時の場合、例えば内燃機関を船舶に
利用した場合には「機関より船を」というモツト
ーに基づき例え内燃機関の安全性が減少したとし
ても噴射量は大きな出力が得られる方向に制御さ
れるので、このような非常時の場合は内燃機関は
大きな出力で動作される。又例えば例として回転
方向が逆となり推進軸の回転数が大きくなる制動
駆動があげられる。現在の回転速度が入力される
入力３６の他に特性信号メモリ３２には入力３９
を介して始動スイツチ２７からの信号が入力さ
れ、それによつて問題となる場合でも内燃機関を
好ましい始動特性で運転させることができる。

他の外部入力４０には理想回転速度の値が入力
される。この理想回転速度値は例えばポテンシヨ
メータによつて得られ、調速機１３並びに燃圧特
性信号メモリ４２の第１の入力４１に入力され
る。特に大きなデイーゼル機関の場合には燃圧を
考慮し噴射過程を制御しなければならない。

この燃圧特性信号メモリ４２の後には比較器４
３、燃圧調節器４４、電力増幅器４５、高圧ポン
プ４６、高圧アキユームレータ４７、燃圧センサ
４８並びに燃圧信号変換器４９が接続される。そ
の場合特性信号メモリ４２は更に比較器３０の出
力信号を受ける。また特性信号メモリ４２の後段
に接続された比較器４３は更に外部接続端子５０
から最大値信号を受ける。燃圧調節器４４は比較
器４３の出力信号から得られる燃圧理想値並びに
燃圧変換器４９から得られる燃圧現在値とを処理
する。更に燃圧変換器４９の出力は噴射期間を計
算する計算回路１５の入力の一つと接続される。
燃圧調節器４４の後にリミツターを設けるのが好
ましい。噴射期間は ED＝EV／Ｃ・√√PE の式に従つて計算回路１５で計算される。但し
EDは噴射期間、EVは噴射量を、PEは噴射圧力
を、又Ｃは入力５１を介して計算回路１５に入力
されるエンジンの常数である。計算された噴射期
間の値は噴射シリンダ選択回路１６に入力され、
更にこの選択回路には回転方向識別回路２５から
の回転方向識別信号、特性信号メモリ１４からの
噴射開始時点を示す角度信号並びにリード線２２
からの角度信号が入力される。このシリンダ選択
回路１６は論理回路から構成され、後段の最終段
１７を駆動しそれぞれ個々の噴射弁を所望の順序
で噴射開始時点において計算された期間だけ噴射
弁を駆動する。噴射供給弁１０への燃料供給は高
圧アキユムレータ４７から圧力線５３を介して行
なわれる。

第１図の装置において重要なことは噴射期間並
びに噴射開始時期がそれぞれ関連するシリンダに
ついて順次計算され、又シリンダ順序が制御され
圧力が制御されることである。

調速機１３は回転速度の理想値と現在値に基づ
いて対応した噴射量信号を設定する。この信号は
続いて種々の最大値信号と比較され、噴射期間並
びに噴射開始時期を計算するのに用いられる。こ
の二つの値、即ち噴射期間と噴射開始時期はシリ
ンダ選択回路１６に入力され電磁噴射弁１０を制
御するのに用いられる。噴射は所定のクランク軸
角度が現われたときに行なわれる。このクランク
軸角度は又それぞれの瞬間に所定の制御の対象と
なるシリンダを特徴づけるものである。

始動シリンダ選択回路２４の後段には始動弁２
９を駆動する最終段が接続されており、この始動
弁２９を介して圧縮空気がそれぞれのシリンダに
導かれる。始動弁の制御はシリンダ選択回路２４
を介して始動開始、始動終了、並びに始動期間の
回転速度の最大値に従つて行なわれる。

クランク軸の角度位置はいわゆるレゾルバー１
２によつて検出される。その出力信号は回転速度
に無関係に、従つて内燃機関が静止している場合
にもそれぞれクランク軸あるいはその他の機械軸
の丁度今占めている角度位置に対応する。このよ
うなレゾルバーは既に知られており市販されてい
る。

第１図の回路より本発明による装置の制御並び
に計算方法が理解される。個々のブロツクの機能
は限定されており比較的簡単であるので、この分
野における当業者にとつて特にそれを実現する場
合問題が発生することはない。

個々の動作特性量をコンピユータを用いて制御
するために本発明装置にとつて重要な入出力ユニ
ツトを備えたコンピユータのブロツク図が第２図
に図示されている。

第２図において６０はCPU（中央処理装置）を
示し、６１はRAM（ランダムアクセスメモリ）、
６２はROM（リードオンリーメモリ）を示す。
これら三つのユニツトはデータ線、アドレス線、
制御線を含むバス６３と接続される。符号６４で
示された第２のバスには回転位置センサないしレ
ゾルバー１２から変換器２１を介してクランク軸
の角度信号が供給される。二つのバス６３，６４
間にタイミングパルス発生器６５、六つのポート
６６から７０、三つの比較器７１から７３並びに
第２のタイミングパルス発生器７４更に制御ユニ
ツト７５が接続される。この場合個々のポートは
バス６３と接続され、比較器はバス６４並びにポ
ート６７ａから６９と接続される。

第１のタイミングパルス発生器６５はコンピユ
ータのクロツク制御を行ない、一定時間毎に発生
するインターラプト信号１によつて回転速度検出
プログラムを開始する。このプログラムにおいて
クランク軸の角度はバス６４からポートＩ６６を
介して読み込まれる。前の角度値との差と時間信
号とを組み合わせて回転速度に比例した値が得ら
れる。それぞれ形成された最新の回転速度値は、
連続してそれぞれ最新の計算に用いられるので計
算結果がそれぞれ最新の値に合わされる。

ポート６７ａは比較器７１と共に始動工程の
始動弁制御を行なう。この場合ポートを介して
所定の角度値が出力される。バス６４上に現われ
るクラクン軸の角度信号がこの値に達すると比較
器７１によつてインターラプトプログラム２が開
始される。このプログラムではポート６７ｂ並び
に図示しない出力段を介して対応した始動弁が開
閉される。続いて次の角度がそのときの回転速
度、シリンダ数とを考慮して計算され、プログラ
ムの終了時ポートを介して出力される。次の対
応したクランク軸の位置になると再びプムグラム
がスタートし次の始動弁が開閉される。

始動弁の制御は始動開始時に行なわれ、最初の
始動開始角は特殊なプログラムによつて行なわれ
る。そのためにクランク軸の角度はエンジンが静
止している場合でも読み込まれるようにしなけれ
ばならない。

回転速度を制御する調速プログラムはポート
６８を介して予め与えられた角度になつた場合比
較器７２により開始される。これはそれぞれ新し
い噴射が行なわれる直前に行なわれる。この調速
プログラムの間に所定の制御式に基づいて、とり
わけ回転速度の理想値と現在値の偏差に基づいて
噴射期間の計算が行なわれる。その場合特殊な回
転速度の検出を行なうことにより、精度は小さい
が早い調速機（例えばＰ−調速機）が、又精度が
高く緩慢な調速機（例えばＩ−調速機）が実現さ
れる。更に始動時、限界値等のような特殊な動作
パラメータが考慮される。これに関しては第１図
を参照のこと。このようにして計算された噴射期
間は線７７を介してタイミングパルス発生器７４
に入力される。

第１図の実施例によれば噴射開始時期は噴射量
信号並びに回転速度に関係する。更に他のパラメ
ータを考慮することももちろん可能である。ポー
ト６９を介して噴射開始の角度値が比較器７３
に入力される。ポート７０はシリンダの選択な
いしそれぞれ制御が行なわれる噴射弁の選択を行
なう機能を果たす。計算された角度値と実際の角
度値が一致し比較器７３が動作すると、タイミン
グパルス発生器７４がスタートし、制御ユニツト
７５を介して所定の噴射弁に対する噴射パルスが
出力される。シリンダ数が多くなると、オーバー
ラツプが発生することによりこの回路部分は複数
個必要となる。

このプログラム終了時ポート６８を介して次
の制御開始角度がロードされる。この角度が発生
した場合次の調速プログラムが開始される。

インターラプトプログラムの場合回転速度検出
プログラムを最優先させるのが好ましい。第２番
目に始動弁制御が、第３番目に調速プログラムが
行なわれる。このようなインターラプト順の場合
回転速度の検出並びに噴射弁の制御時に時間的な
遅れは発生しない。始動弁制御時の時間遅れは無
視できる程に小さい。

バス６４に現われるクランク軸の角度信号は
種々のセンサによつて得ることができる。例えば
アナログデジタル変換器を備えた回転センサ、光
学エンコーダあるいはカウンタを備えたインクレ
メンタルセンサなどである。

理想値、スタート、ストツプ信号、限界値、表
示値等の入出力は他のポートを介して行なわれ
る。これは当業者には明らかなことなので図には
図示されていない。

第３図には第１図および第２図の装置の経過図
が図示されている。

第３ａ図にはクランク軸の角度並びに３シリン
ダーエンジンの各シリンダの上死点が図示されて
いる。

第３ｂ図には所定時間間隔毎に行なわれる時間
の制限された回転速度検出プログラムが図示され
ている。

始動弁制御プログラムが第３ｃ図に図示されて
おり、最も簡単な場合このプログラムは単に所定
の角度位置を読み取り記憶する工程からなる。し
かしプログラムに信号処理を含め始動弁を例えば
回転速度に関係させて制御するようにすることも
できる。

続く３つの波形ｄ１，ｄ２，ｄ３は個々の始動
弁駆動パルスの発生を示し、それにより第３ｃ図
に図示された始動弁制御プログラムの時間的な関
係が理解される。この場合重要なことは現在のプ
ログラムがそれぞれ次のプログラムの開始時点を
決定することである。

第３ｅ図にはクランク軸角度に関連させて調速
プログラムが図示されており、この場合同様に先
行する調速プログラムによつて次のプログラムの
開始が定められる。

更に第３ｆ図には各ピストンの上死点に関連さ
せて噴射パルスの位置が図示されている。この場
合調速プログラムの終了値がいずれにしても最も
早いと考えられる噴射開始時点の角度位置の前に
位置するようにしなければならない。

第３ｅ図並びに第３ｆ図の波形を比較すること
により調速プログラムに必要な計算時間と噴射期
間の関係が理解される。この図から噴射パルスの
終了と次に噴射パルスの開始との間に制御装置は
噴射期間並びに噴射開始時点を計算するのに十分
な時間を有し、その計算はいずれにしても各シリ
ンダへの噴射開始前に終了していることがわか
る。これはとりわけ本装置が比較的回転速度が遅
い内燃機関に好適に利用されることを示してお
り、特に大きなデイーゼル機関などがその例であ
る。しかし計算時間が十分短い場合には本考案装
置は燃料の種類に無関係に比較的高速回転する機
関にも用いることができる。

以上説明したように、本考案では、回転速度の
理想値と現在値の偏差に従つて噴射量信号を形成
し、この噴射量信号に従つて噴射開始時期と噴射
期間を定めるようにしているので、噴射開始時期
と噴射期間を正確に定めることができるととも
に、内燃機関の各シリンダに供給される燃料の噴
射期間と噴射開始時期を前記噴射量信号に従つて
前の噴射が終了してからその噴射が開始されるま
でに求めるようにしているので、内燃機関の動作
パラメータが変化した場合、即座に変化した動作
パラメータに従つた噴射期間と噴射開始時期を求
めることができ、デイーゼル式内燃機関を顕著に
素早くその変化に応じて対応させることができ
る、という優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の概略構成を示したブロツ
ク回路図、第２図は本考案装置に用いられるコン
ピユータの構成を示したブロツク回路図、第３図
ａ〜ｆはそれぞれ第１図および第２図の動作を説
明するためのパルス波形図である。 １０……噴射弁、１１……始動弁、１２……レ
ゾルバー、１３……調速機、１４……噴射開始制
御器、１５……噴射期間計算回路、１６……噴射
シリンダ選択回路、１７……最終段、２０……発
振器、２１……信号変換器、２３……回転速度計
算回路、２４……始動シリンダ選択回路、２５…
…回転方向識別回路、２６……噴射量最小値選択
回路、３０……最小値選択回路、３１，３２……
特性信号メモリ、４３……比較器、４４……燃圧
調節器、４５……電力増幅器、４６……高圧ポン
プ、４７……高圧アキユムレータ、４８……燃圧
センサ、４９……燃圧信号変換器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 動作パラメータに基づいてデイーゼル式内燃
   機関への燃料供給量を制御する内燃機関の燃料
   供給量制御装置において、 回転速度の理想値と現在値の偏差に従つて噴
   射量を示す噴射量信号を形成する手段１３，３
   ０と、 前記噴射量信号に従つて噴射開始時期を定め
   る手段１４と、 前記噴射量信号に従つて噴射期間を定める手
   段１５とを設け、 内燃機関の各シリンダに供給される燃料の噴
   射期間と噴射開始時期を前記噴射量信号に従つ
   て前の噴射が終了してからその噴射が開始され
   るまでに求めることを特徴とする内燃機関の燃
   料供給量制御装置。 ２ 前記噴射期間の計算をさらに燃圧に関係させ
   て行なうようにした実用新案登録請求の範囲第
   １項に記載の内燃機関の燃料供給量制御装置。 ３ 前記シリンダに供給される燃料の量を排気ガ
   ス組成あるいは充填空気温度に従つて求められ
   る最大許容量内に制限するようにした実用新案
   登録請求の範囲第１項又は第２項に記載の内燃
   機関の燃料供給量制御装置。 ４ 前記シリンダに供給される燃料の量を回転速
   度に従つて求められる最大許容量内に制限する
   ようにした実用新案登録請求の範囲第１項又は
   第２項に記載の内燃機関の燃料供給量制御装
   置。