JP2513257B2 - ディ―ゼル機関用燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ディーゼル機関への燃料噴射を制御するデ
ィーゼル機関用燃料噴射制御装置に関するものである。

［従来の技術］ ディーゼルエンジン用燃料噴射制御装置として、従
来、第３図に示すようなものが提案されており、例え
ば、特開昭59−165858号公報に示されている。

第３図において、圧送ポンプ100から共通の蓄圧装置1
02を経て一定高圧に加圧された燃料は、通路104から通
路106と通路108へ分岐し、一方の通路106から緩衝容量1
10を介してノズルニードル112のシート114の上方にある
燃料溜り室116に供給されるとともに、他方の通路108か
ら三方電磁弁118を通じてオリフィス119付のプレート弁
120および戻しばね122を収納した圧力制御室124にも供
給されている。上記三方電磁弁118は、基準位置を示す
下死点検出器126からの信号を受ける電子制御装置128に
より制御される。すなわち、三方電磁弁118がオフの場
合には通路108から圧力制御室124に高圧燃料が供給さ
れ、一方、オンの場合には、圧力制御室124は、リーク
通路130に通じて低圧側の燃料タンク132側に連通する。
したがって、ノズルニードル112は、圧力制御室124の液
圧によってピストン134、ピン136、フランジ138を介し
て及ぼされる力およびばね140のばね力とを合わせた下
向き力と、燃料溜り室116の液圧による上向き力とを受
け、それらの大小により開閉弁をする。

すなわち、燃料噴射前の三方電磁弁118のオフ時に
は、圧力制御室124の液圧が蓄圧装置102からの高圧燃料
を受けて高くなり、ノズルニードル112に対する下向き
力が上向き力より上回って、その結果ノズルニードル11
2は図中下方のシート114に着座し、燃料は噴射されない
状態にあり、そして、三方電磁弁118をオンすると、蓄
圧装置102から圧力制御質124への通路が閉じると同時
に、圧力制御室124の高圧燃料がオリフィス119のみを介
して低圧側の燃料タンク132に徐々に排出されて圧力制
御室124の液圧が低下し、ノズルニードル112に加わる下
向き力が上向き力より小さくなってノズルニードル112
が開弁して燃料噴射がゆっくりと開始される。その後、
設定された時間になると三方電磁弁118がオフにされて
圧力制御室124から通路130への通路が閉じられると同時
に、蓄圧装置102が圧力制御室124へ連通して、プレート
弁120をばね122のばね力に抗して下げた状態にて、圧力
制御室124に高圧燃料が速やかに供給されてノズルニー
ドル112が素早く閉弁される。

この動作において、圧力制御室124に設けたプレート
弁120により、開弁時に圧力制御室124の液圧はプレート
弁124に設けられているオリフィス119の作用により比較
的ゆっくり降下するから、緩やかに開弁し、一方、閉弁
時にはプレート弁124全体がばね122のばね力に抗して押
し下げられ、広い流路が確保されるから高速でノズルニ
ードル112が閉弁動作をする。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記燃料噴射ポンプでは、緩衝容量110の
容量を変えることにより、燃料の噴射率、つまり燃料噴
射量の時間的増加の割合を変更することができるが、こ
の緩衝容量110の容量は、車両の設計時または組付時に
一旦設定したら、再調整等でこれを交換するしか変更で
きない。このため、通常、噴射率はその車両で一定であ
った。

しかし、近年、エンジンの運転状態に応じて多様な噴
射率の制御を行うことが、NO_xの低減やアイドル時にお
ける騒音の低減に対処するのに有効な手法であることが
知られている。

本発明は、このような技術的な課題に対処するために
なされたもので、エンジンの運転状態に応じた適切な噴
射率に設定できる装置を、簡単な構成で提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためになされた本発明によるデ
ィーゼル機関用燃料噴射制御装置は、 弁体摺動孔を有し、高圧の燃料の供給を受ける燃料溜
り室を有し、さらに先端にノズル孔を設けた弁ケーシン
グと、 この弁ケーシングの弁体摺動孔に摺動自在に嵌合さ
れ、軸方向の移動により先端の弁体部でノズル孔を開閉
し、かつ上記燃料溜り室の液圧を開弁方向の力として受
けるノズルニードルと、 このノズルニードルの弁体部に対して反対側の他端に
設けられ該ノズルニードルと一体的に移動するピストン
と、 このピストンの一端面に対して閉弁方向の力を加える
燃料を満たし、燃料の流入および絞りを介した燃料の流
出により上記ピストンの閉弁方向の力を制御する圧力制
御室と、 この圧力制御室に対して高圧の燃料を供給する通路と
圧力制御室の燃料を低圧側へ逃がす通路とを切替接続す
る電磁弁と、 上記圧力制御室の液室容量を変更する容量制御手段
と、 少なくともディーゼル機関の回転位置を検出する位置
検出手段からの制御信号に応じて、上記電磁弁の切換信
号および上記容量制御手段に対して圧力制御室の液室容
量を変更する制御信号を出力する電子制御装置と、 を備えたことを要旨とする。

ここで、容量制御手段とは、例えば、ピエゾ素子のよ
うな圧電素子、電歪素子、磁歪素子等の電気信号により
形状が伸縮する電気機械変更素子を利用して油圧装置の
ピストンを可動することによりその液室容量を増減する
装置として実現することができ、また、電気機械変換素
子の代わりに、電磁弁をオン・オフさせることにより圧
力制御室の容量を変更するものであってもよい。

また、容量制御手段は、その液室容量を、電気信号に
より択一的に変更するものの他に、信号に応じて比例し
て変更するものであってもよい。

［作用］ 本発明の構成により、圧力制御室に高圧の燃料が供給
されているときには、この液圧を受けたピストンからノ
ズルニードルに加わる閉弁方向の力が燃料溜り室の液圧
により開弁方向へ加わる力を上回って、ノズルニードル
はノズル孔を閉じている。そして、燃料噴射開始時期に
なると、電子制御装置から電磁弁に制御信号が出力され
て電磁弁が励磁される。これにより、圧力制御室が低圧
側の通路に連通して、圧力制御室の燃料が低圧側に絞り
を介して流れ出すことによりノズルニードルが開弁方向
に移動し噴射が始まる。

所定の噴射時期が経過すると、電子制御装置から電磁
弁への制御信号が停止され、再び圧力制御室に高圧燃料
が供給され、ノズルニードルが閉弁方向に移動して噴射
が終る。

このような燃料の噴射動作を行う燃料噴射制御装置に
は、さらに、容量制御手段が設けられており、この容量
制御手段が電子制御装置の制御信号を受けて圧力制御室
の液室容量を変更する。このように本発明は、圧力制御
室の液室容量が変更される機構を備えているが、この制
御により圧力制御室の液室容量が大きくされた場合に
は、圧力制御室の燃料が絞りを介して排出され、これに
より生ずる圧力制御室の液圧の低下の速度が、容量制御
室を大きくした分だけ減少する。したがって、ノズルニ
ードルが開弁する速度が遅い状態になり、比較的緩やか
に噴射率が増加する状態になる。

一方、液室容量が小さい場合には、圧力制御室の液圧
の低下の速度が大きく、よって、ノズルニードルの開弁
速度が早くなり、燃料の噴射率は、急激に立ち上がる状
態になる。

このように圧力制御室の液室容量の変化により、圧力
制御室の実質的な液圧の低下速度が変化するから、ノズ
ルニードルの開弁速度が増減することになる。

したがって、容量制御手段を制御することにより、燃
料の噴射率をディーゼル機関の運転状態に最適な状態に
設定することができる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

第１図はディーゼル機関用燃料噴射制御装置を示す構
成図である。同図において、１は弁ケーシングであり、
この弁ケーシング１内には、弁体摺動孔３および燃料溜
り室５が形成され、先端には上記燃料溜り室５に連通す
るノズル孔７が形成されている。上記弁体摺動孔３に
は、ノズルニードル９の大径部11が摺動自在に嵌合され
ている。このノズルニードル９の大径部11の上部には、
連結部13、下部に小径部15および弁体部17が一体形成さ
れ、この弁体部17によりノズル孔７が開閉される。

上記ノズルニードル９の連結部13の先端には、フラン
ジ19、ピストンピン21およびピストン23が一体的に連結
されている。上記フランジ19とハウジング25との間に
は、ばね27が架設され、ノズルニードル９に対して閉弁
方向にばね力を付勢している。

上記ピストン23は、シリンダ29内に摺動自在に嵌合さ
れ、さらにシリンダ29内に圧力制御室31を形成し、そし
てピストン23の移動により圧力制御室31の容量を変える
ように構成されている。この圧力制御室31内の上部に
は、ピストン23の上端面で支持されたばね33によるばね
力が付勢されかつオリフィス35を有するプレート弁37が
設けられている。

この圧力制御室31に対して燃料を供給する燃料供給機
構として、燃料タンク41から通路43を介して燃料を汲み
上げる燃料ポンプ45と、燃料ポンプ45から通路47を通じ
て供給した燃料を蓄圧して各燃料噴射ポンプに供給する
共通蓄圧装置（コモンレール）49と、この蓄圧装置49か
らの燃料を圧力制御室31または燃料タンク51側に切り換
えて供給する三方電磁弁53とを備えており、また、燃料
溜り室５に燃料を供給する経路として、通路55が設けら
れている。

上記圧力制御室31の容量を可変にする機構として、容
量制御装置60が設けられている。この容量制御装置60
は、シリンダ63内にピストン65が摺動自在に嵌合されて
おり、ピストン65の一端に面し、かつ圧力制御室31に連
通する容量制御室67が設けられ、一方、後述する電子制
御装置69からの制御信号を受けたとき伸張＋収縮するこ
とで容量制御室67の容量を可変にするピエゾ素子（電気
機械変換素子）71を備えることにより構成されている。

上記電子制御装置69は、周知のマイクロコンピュータ
から構成され、ディーゼル機関の回転位置を検出する位
置検出手段73からの制御信号を入力し、所定のプログラ
ムに従って三方電磁弁53およびピエゾ素子71に制御信号
を出力するものである。

次に燃料噴射ポンプの動作について説明する。

いま、燃料噴射ポンプが、電子制御装置69から三方電
磁弁53およびピエゾ素子71へ制御信号が送られていない
状態にあるとする。このとき、三方電磁弁53がオフ状態
にあるから、制御圧力室31は、蓄圧装置49に連通してい
ると同時に、燃料タンク51には遮断されている。これに
より、圧力制御室31に蓄圧装置49からの高圧燃料が供給
されるので、ピストン23を介してノズルニードル９を下
方に移動させる力とばね27によるばね力との和が、燃料
溜り室５の液圧によるノズルニードル９への上向き力を
上回って、ノズルニードル９を下げて弁体部17を着座さ
せてノズル孔７を閉じる。また、このとき、ピエゾ素子
71に制御信号が加えられていないから、これが収縮し
て、ピストン65を図示の右側へ移動して容量制御室67の
容量が大きくなっている。

そして、電子制御装置69から三方電磁弁53に制御信号
が出力されて三方電磁弁53がオンされると、圧力制御室
31は、蓄圧装置49と遮断されると同時に燃料タンク51へ
連通する。これにより、圧力制御室31の高圧燃料は、燃
料タンク51へリターンされて、その液圧はプレート弁37
に設けられているオリフィス35の作用により比較的ゆっ
くり下降する。そして、ばね27による力を加えた圧力制
御室31の液圧による下向力が、燃料溜り室５の中の圧力
による上向き力より少しでも下回ったとき、ノズルニー
ドル９が開弁する。このとき、ノズルニードル９が僅か
の高さだけ上がったとき、そのリフトする速度は、弁体
部17の表面に及ぼされる圧力により増加する。

その後、電子制御装置69により設定された噴射期間が
終了すると、三方電磁弁53への制御信号が停止されて三
方電磁弁53がオフ状態になる。これにより、圧力制御室
31は、低圧側の燃料タンク51に対して遮断され、蓄圧装
置49と連通するから、電圧装置49からの高圧の燃料が圧
力制御室31へ流入する。このとき、プレート弁37は弱い
戻りばね33に抗して図示下方へ開くので、急激に大きな
進路面積が確保される。

やがて、ばね27による力とともに、圧力制御室31の液
圧によるノズルニードル９に加わる力が、燃料溜り室５
の中の液圧による上向き力を上回まで、圧力制御室31の
液圧が上昇したとき、ノズルニードル９は押し下げられ
燃料噴射が終了する。

このような燃料噴射の動作において、容量制御室67の
容量が大きい場合には、圧力制御室31の燃料がオリフィ
ス35を介して排出され、これにより生ずる圧力制御室31
の液圧の低下の速度が、容量制御室67の大きい分だけ減
少する。したがって、ノズルニードル９が開弁する速度
が比較的遅い状態になり、噴射率は第２図のＡに示すよ
うに、徐々に噴射率が増加する状態になる。

一方、電子制御装置69からピエゾ素子71に制御信号が
出力されると、ピエゾ素子71が伸張してピストン65が図
示左側に移動し、容量制御室67が小さくなる。この状態
で、上述した燃料噴射ポンプの一連の噴射動作を行なう
と、容量制御室67の容量が小さい分だけ、圧力制御室31
の液圧の低下の速度が大きくなり、よって、ノズルニー
ドル９の開弁速度が早くなる。これにより、燃料の噴射
率は、第２図のＢに示すように比較的急激に立ち上がる
状態になる。

このように容量制御室67の容量変化により、圧力制御
室31の実質的な液圧の低下速度を変更できるから、よっ
てノズルニードル９の開弁速度が増減する。

したがって、容量制御装置60を制御することにより、
燃料の噴射率をエンジンの運転状態に最適な状態に設定
することができる。

なお、ピエゾ素子71の制御は、オン、オフ制御だけで
なく、比例制御をすべく制御信号を出力してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ノズルニード
ルの開閉力となる圧力制御室の液圧を容量制御手段によ
り変更するができるから、よってノズルニードルの開閉
弁速度を所定の条件に応じて変更できる。したがって、
エンジンの運転状態に応じた最適な噴射率に設定するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるディーゼル機関用燃料
噴射制御装置を示す構成図、第２図は本実施例の装置で
実施できる噴射率を説明する説明図、第３図は従来のデ
ィーゼル機関用燃料噴射制御装置を示す構成図である。 １……弁ケーシング、３……弁体摺動孔 ５……燃料溜り室、７……ノズル孔 ９……ノズルニードル、17……弁体部 23……ピストン、27……ばね 29……シリンダ、31……圧力制御室 33……ばね、35……オリフィス 37……プレート弁、41……燃料タンク 45……燃料ポンプ、49……蓄圧装置 53……三方電磁弁、60……容量制御装置 63……シリンダ、65……ピストン 67……容量制御室、69……電子制御装置 71……ピエゾ素子、73……位置検出手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁体摺動孔を有し、高圧の燃料の供給を受
   ける燃料溜り室を有し、さらに先端にノズル孔を設けた
   弁ケーシングと、 この弁ケーシングの弁体摺動孔に摺動自在に嵌合され、
   軸方向の移動により先端の弁体部でノズル孔を開閉し、
   かつ上記燃料溜り室の液圧を開弁方向の力として受ける
   ノズルニードルと、 このノズルニードルの弁体部に対して反対側の他端に設
   けられ該ノズルニードルと一体的に移動するピストン
   と、 このピストンの一端面に対して閉弁方向の力を加える燃
   料を満たし、燃料の流入および絞りを介した燃料の流出
   により上記ピストンの閉弁方向の力を制御する圧力制御
   室と、 この圧力制御室に対して高圧の燃料を供給する通路と圧
   力制御室の燃料を低圧側へ逃がす通路とを切替接続する
   電磁弁と、 上記圧力制御室の液室容量を変更する容量制御手段と、 少なくともディーゼル機関の回転位置を検出する位置検
   出手段からの制御信号に応じて、上記電磁弁の切換信号
   および上記容量制御手段に対して圧力制御室の液室容量
   を変更する制御信号を出力する電子制御装置と、 を備えたディーゼル機関用燃料噴射制御装置。