JP2617716B2 - 内燃機関の燃料噴射を制御する方法及び装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射を制御する方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料噴射のために高圧力下に液体燃料のチ
ャージを周期的に供給するための往復チャージポンプを
有する形式の内燃機関燃料噴射システムに係り、一層詳
細には、燃料噴射タイミング及び量を調節するための新
規にして且つ改良された方法及び装置に係る。
本発明の主な目的は、前記形式の燃料噴射システムに
於いて、燃料噴射タイミング及び量の電気的閉ループ調
節のための新規にして且つ改良された方法及び装置を提
供することである。この新規にして且つ改良された方法
及び装置は、エンジンの各シリンダにユニット噴射器を
用いるシステム及び二つ又はそれ以上のシリンダに順次
に圧力下に燃料のチャージを周期的に供給するための多
重シリンダ燃料噴射ポンプを用いるシステムを含む前記
形式の種々の燃料噴射システムに使用され得る。
本発明の他の目的は、前記形式の燃料噴射システムに
於いて、単一の双方向燃料弁の開閉タイミングの調節及
び、もし所望であれば、チャージポンプ行程タイミング
の調節により燃料噴射タイミング及び量を調節するため
の新規にして且つ改良された方法及び装置を提供するこ
とである。本発明の好ましい実施例によれば、燃料噴射
タイミング及び量は、単一の双方向電磁弁を精密に付勢
及び消勢しまた、もし調節可能であれば、チャージポン
プ行程タイミングを精密に調節するデータプロセッサを
有する電気的制御装置により調節される。
本発明の他の目的は、前記形式の燃料噴射システムに
於いて、チャージポンプに供給される燃料の量及び燃料
噴射のスピル終了のタイミングの双方の調節及び追加的
に、もし所望であれば、チャージポンプ行程タイミング
の調節により燃料噴射タイミング及び量を調節するため
の新規にして且つ改良された方法及び装置を提供するこ
とである。
本発明の他の目的は、前記形式の燃料噴射システムに
於いて、（ａ）燃料噴射タイミング、（ｂ）燃料噴射量
及び（ｃ）もし調節可能であればチャージポンプ行程タ
イミングの精密な調節を保証するため閉ループフィード
バックとして単一のタイミングセンサを用いる新規にし
て且つ改良された電気的調節方法及び装置を提供するこ
とである。本発明の一つの好ましい実施例では、精密な
燃料噴射タイミング及び量及び、もし調節可能であれ
ば、チャージポンプ行程タイミングが、ポンピング開始
（SOP）タイミングセンサのフィードバックを用いるこ
とにより保証されている。他の好ましい実施例では、精
密な調節が、チャージポンプ行程タイミングセンサのフ
ィードバックを用いることにより保証されている、チャ
ージポンプ行程タイミングが固定されている別の好まし
い実施例では、行程タイミング参照値がタイミングセン
サの代わりに用いられる。
本発明の他の目的は、前記形式の燃料噴射システムに
於いて、エンジン速度、エンジン温度、負荷需要及びエ
ンジン高度又は吸込みマニホルド圧力のような所望のエ
ンジン作動パラメータに従って燃料噴射タイミング及び
量の燃料オーソリティ電気的調節を行うための新規にし
て且つ改良された方法及び装置を提供することである。
本発明の他の目的は、作動に信頼性があり製造が経済
的でありまた前記形式の種々の燃料噴射システムに有用
である燃料噴射タイミング及び量の調節のための新規に
して且つ改良された電気的システムを提供することであ
る。
本発明の他の目的は、前記形式の燃料噴射システムに
於いて、小さい死体積を有し、また例えばディーゼルエ
ンジン用として直接的燃料噴射を行うべく12,000psi（8
3MPa）又はそれ以上の非常に高い燃料噴射圧力を生ずる
のに有用である新規にして且つ改良された燃料噴射ポン
プを提供することである。
他の目的は、以下の説明のなかで一部は明らかとな
り、また一部は一層詳細に指摘されよう。
本発明の一層良好な理解は以下の詳細な説明及び本発
明の好ましい実施例の概要を示す添付図面から得られよ
う。
図面に示されている好ましい実施例の説明 機能が同一又は類似の部分には同一の参照符号が付さ
れている図面を参照すると、特に第１図を参照すると、
燃焼のために燃料の噴射のために一つ又はそれ以上の燃
料噴射ノズル14に特定の高圧力よりも高い圧力で液体燃
料を周期的に供給するため往復容積型チャージポンプを
有する形式の燃料噴射システム８に於いて顕著な効用を
有する。燃料噴射システム８は適当な分配器16を有し、
チャージポンプ10が二つ又はそれ以上のノズル15に順次
に燃料を供給するのに使用されている。
例えば、チャージポンプ10は1984年７月31日付けの
“燃料量信号を発生するための装置”という名称の米国
特許第4,462,361号明細書に開示されている形式の回転
カムチャージポンプ、又は1984年10月９日付けの“燃料
噴射量制御”という名称の米国特許第4,475,507号明細
書に開示されている形式の回転カムチャージポンプ、又
は1984年10月16日付けの“燃料噴射タイミングのための
方法及びシステム”という名称の米国特許第4,476,837
号明細書に開示されている形式の非回転カムチャージポ
ンプであってよい。従って、以下に説明する本発明の好
ましい実施例は一つの場合には非回転作動カムを有する
燃料噴射システムで、また他の場合にはユニット噴射器
で実施されているが、本発明が他の形式の燃料噴射シス
テムでも実施され得ることは理解されよう。
第１図及び第２図を参照すると、図示されているチャ
ージポンプ10は、ポンピングプランジャ12とプランジャ
12を往復運動させるための作動カム14とを含んでいる。
カム14は吸込みランプ23及びポンピングランプ24を有す
るカムローブ22を有する。ポンピングランプ24の傾斜
は、噴射ノズル15の作動特性を含むシステムの作動変数
及び特性と組合わさって、燃料噴射事象の時間／圧力プ
ロフィルを決定する。ポンピングランプ24の有効傾斜
は、燃料噴射事象の時間／圧力プロフィルが燃料噴射事
象の間に能動的であるランプセグメントに関係しないよ
うに、第２図中に実線のポンピング傾斜25により示され
ているように、（各ポンプ速度に於いて一定のプランジ
ャ速度を生ずるべく）ランプ24の長さに沿って一定にさ
れていてよい。また、ポンピング傾斜は、時間／圧力プ
ロフィルが能動的なランプセグメントに関係しないよう
に、第２図中に破線の凸状のポンピング傾斜26により示
されているように、ランプ24の長さに沿って変更されて
いてよい。
行程−時間もしくは圧力−時間燃料計量プロセスが吸
込み行程の間にチャージポンプに供給される燃料量を調
節するために使用されている。行程−時間燃料計量プロ
セスが使用されている場合には、吸込みランプ23は正の
燃料圧力が吸込み行程の初期チャージ段階の間にチャー
ジポンプ10のポンピングチャンバ42のなかに保たれるこ
とを保証する比較的緩い吸込み傾斜27を有する。その理
由で、吸込みランプ23は、比較的急なポンピン傾斜より
も実質的に小さい第２図中に実線により示されているよ
うな比較的緩い吸込み傾斜を生ずるように輪郭を形成さ
れている。圧力−時間計量プロセスが使用される場合に
は、吸込みランプ23は、第２図中に破線により示されて
いるように比較的急な吸込み傾斜28を生ずるように輪郭
を形成されている。
電磁的に操作される双方向流制御弁30が（単独でもし
くは第７図を参照して説明する補助弁32と組合わさっ
て）吸込み行程の初期チャージング段階の間にチャージ
ポンプ10への燃料を計量し、またポンピング行程の間に
燃料噴射事象をスピル終了させるのに使用されている。
供給ポンプ36が適当な圧力調節器38により確立されたポ
ンプ速度で増大する比較的低い圧力（例えば30ないし10
0psi（0.2ないし0.7Mpa））で燃料を供給するために設
けられている。供給圧力での燃料は、制御弁30の閉止タ
イミングを精密に調節することにより、その吸込み行程
の間にチャージポンプ10に精密に計量される。行程−時
間入口計量プロセスが使用される場合には、供給圧力
は、制御弁30が開いている吸込み行程の初期チャージン
グ段階の間にチャージポンプ10を完全に満たすのに十分
である。圧力−時間入口計量プロセスが使用される場合
には、チャージポンプ10は、圧力−時間入口計量プロセ
スにより調節される燃料の量により初期チャージング段
階の間に部分的に満たされる。弁ソレノイド40は吸込み
行程の間に弁30を閉じるべく付勢される。比較的低い供
給圧力のために、吸込み量はソレノイド40の精密な付勢
により精密に計量され得る。
制御弁30は吸込み行程の残余の間及びポンピング行程
の続く初期段階の間、付勢された（閉じられた）状態に
留まる。この初期段階の間にポンピングチャンバ42内の
気化又はキャビテーション空間が先ず無くされ、次いで
燃料のチャージが燃料噴射のため特定の圧力よりも高い
圧力で供給される。ソレノイド40は、制御弁30を開き且
つ燃料の超過量をスプルし、またそれにより燃料噴射を
終了させるべくポンピング行程の終了以前に消勢され
る。制御弁30が開いた後の継続するポンピング行程の間
に燃料はチャージポンプ10から開いた弁30を経て制御弁
30と一路ボール逆止め弁46との間に位置するアキュムレ
ータ44へ排出又はスピルされる。こうして、吸込み行程
の初期チャージング段階の間にチャージポンプ10へ計量
される燃料の量は燃料噴射のためチャージポンプ10によ
り圧力下に供給される燃料の量よりも常に大きい。
制御弁30は燃料噴射の速応性のスピル終了のために開
き方向に速い応答性を有する。その理由で、弁30は電磁
的に閉じられており、また、弁部材50への流体圧による
開き力と組合わさって、弁30を迅速に開き、またソレノ
イド40が消勢された時に所望のスピル終了を行うのに必
要な開き力（例えば５〜10ポンド（2.3〜4.5kg））を生
ずる適当なコイル圧縮ばね48を有する。制御弁30は弁電
磁石のより遅い応答のために速いがより遅い閉止応答を
有する。ソレノイド40が付勢される時、ソレノイドアー
マチュア54の拡大された軟鉄ヘッド52がソレノイドステ
ータ56の上側隣接面に向けて引っ込められる。それによ
りソレノイドアーマチュア54は弁開きばね48のバイアス
に抗して軸線方向にずらされる。ソレノイドアーマチュ
ア54は、弁50を閉じるべく合致する円錐沈み穴又は弁座
58と係合する一体弁部材をなす内側円錐端50を有する。
制御弁30が閉じられた後のチャージポンプ吸込み行程
の残余の間、ポンピングチャンバ42内の燃料圧力は、燃
料気化又はキャビテーションが生ずる点へ減少し、その
度合いはポンプ速度及び使用されるポンプの形式に関係
する。このような燃料気化又はキャビテーションは燃料
噴射事象の間に望ましくな圧力波を生じさせる可能性が
あり、燃料噴射事象の時間／圧力プロフィルに不利に影
響する。従って、このような燃料気化又はキャビテーシ
ョンが問題である場合には、ポンピングチャンバ42が、
第１図中に破線で部分的に示されているようにチャージ
ポンプ10を変形することにより、別のキャビテーション
チャンバ60から絶縁されていることが好ましい。変形さ
れた形式では、制御弁30からの直接ライン61を使用する
代わりに、絶縁シャットル又はピストン62が制御弁30と
ボンピングチャンバ42との間に挿入されており、また一
路入口逆止め弁64がポンピングチャンバ42へ燃料を供給
するのに使用されている。制御弁30が開いている時の吸
込し行程の初期チャージング段階の間に、燃料は制御弁
30を経て絶縁シャットル62の背後のみに供給される。絶
縁シャットルは、一路入口逆止め弁64の入口側に供給さ
れる圧力よりも大きいポンピングチャンバ42内の圧力を
生ずる強い戻りばね66を有する。従って、制御弁30が開
いている間、さらに制御弁30が閉じられた後にも、一路
逆止め弁64は閉じられた状態に留まり、また絶縁シャッ
トル62は、シャットル62が第１図中に示されているその
延長された制限位置へ到達するまで、ポンピングチャン
バ42へ圧力下に燃料を供給する。その後、燃料は、ポン
ピングチャンバ42を満たし且つポンピングチャンバ42内
の燃料気化又はキャビテーションを消去するべく一路逆
止め弁64を経てポンピングチャンバ42へ低圧力下に燃料
を供給する。制御弁30が閉じられた後、また戻りばね66
による絶縁シャットル62の継続する変位の間、燃料気化
又はキャビテーションが絶縁シャットル62と閉じられた
制御弁30との間の燃料キャビテーションチャンバ60のな
かで生起する。（また、燃料気化又はキャビテーション
は、圧力−時間計量プロセスが使用されている場合に
は、弁閉止以前に燃料キャビテーションチャンバ60のな
かで生起する。）チャージポンプの後続のポンピング行
程の間、絶縁シャットル62は、キャビテーションチャン
バ60内の気化又はキャビテーション空間が消去されるま
で、ポンピングチャンバ42から供給される燃料により戻
りばね66のバイアスに抗して流体圧により引っ込められ
ている。次いで、チャージポンプ圧力は、燃料噴射ノズ
ル15を開くべく、特定の高圧力よりも高い圧力に上昇す
る。こうして、変形されたシステムでは、制御弁30が、
絶縁シャットル62の背後でキョビテーションチャンバ60
に供給される燃料の量を調節することにより、チャージ
ポンプ10に供給される燃料の量をその吸込み行程の間に
調節する。
チャージポンプ行程タイミングは、例えば第５図中に
概要を示されているように、調節可能にされ得る。そこ
で、チャージポンプ行程タイミングは、駆動軸70に作動
カム14を結合する内部らせんスプライン74を有するスリ
ーブ72を軸線方向に調節することによる駆動軸70に対し
て相対的なカム14の角度調節により調節される。スリー
ブ72は、例えば前記米国特許第4,476,837号明細書に開
示されているような適当な流体圧アクチュエータ78を介
して双方向ステップモータ76により軸線方向に位置決め
される。チャージポンプ行程タイミングの調節は第３図
にグラフで示されており、ポンピングランプ24の長さの
減少及び（又は）ポンピングランプの能動的セグメント
の選択を可能にする。
第４図を参照すると、弁閉止タイミング（VCS-T）及
びポンピング開始（SOP）タイミングは、行程−時間入
口計量プロセスが使用されている場合には、本質的にチ
ャージポンプ作動カム14の吸込み及びポンピングランプ
23、24上の同一のレベルで生起する。圧力−時間入口計
量プロセスが使用れている場合には、SOPタイミング及
び弁閉止タイミング（VCP-T）は予め定められた（較正
された）関係を有する。実際の燃料噴射タイミング（例
えば燃料噴射事象の開始）は、主に高い燃料噴射圧力に
於ける燃料の圧縮のために、SOPタイミングよりも少し
後で生起する。こうして、SOPタイミング及び実際燃料
噴射タイミングは（ａ）チャージポンプ行程タイミング
及び（ｂ）ソレノイド弁閉止タイミング（又は吸込み行
程の間にチャージポンプに計量される燃料の量）の関数
である。任意の所与のチャージポンプ行程タイミングに
対して、又はもしチャージポンプ行程タイミングが固定
されているならば、SOP又は燃料噴射タイミングは、単
にソレノイド弁閉止タイミングを精密に調節することに
より精密に調節される。もしチャージポンプ行程タイミ
ングが固定されているならば、ポンピングランプ24は、
噴射タイミングの所望の範囲に適応するべく十分に長く
された一定の有効傾斜を有することが好ましい。例え
ば、固定されたカムは、100mm3の最大燃料量を噴射する
ため10°のタイミング調節範囲及び８°の残余の最大ポ
ンピングセグメントら成る18°のポンピングランプ24を
有する。
好ましくは、適当なSOPタイミングセンサ80又は実際
の燃料噴射タイミングの参照タイミング信号を発生する
ための他の燃料噴射タイミングセンサが、電気的制御装
置84のデータプロセッサ82により実際のSOPタイミング
及び（又は）実際の燃料噴射タイミングを決定するため
閉ループフィードバックを発生するべく設けられてい
る。図示されている実施例では、SOPタイミングセンサ8
0は、ポンピング圧力が予め定められたレベル（例えば1
000psi）に到達した時にSOPタイミング信号を発生する
ためチャージポンプ10に設けられている。ノズル弁リフ
トセンサ（図示せず）のような他の形式の燃料噴射タイ
ミングセンサもSOPタイミングセンサの代わりに又はそ
れに追加して使用され得る。
実際のチャージポンプ行程タイミングは、弁閉止タイ
ミングCVS-TまたはVCP-T及びタイミングセンサ80により
発生されるタイミング信号から（チャージポンプ行程が
固定されているか調節可能であるかにかかわりなく）デ
ータプロセッサ82により決定される。チャージポンプ行
程タイミングがこうして決定され得る理由は、第４図に
示されているように、任意の所与の弁閉止タイミング及
び後続のSOPタイミングに対して唯一のカム位置（すな
わちチャージポンプ行程タイミング）が存在することで
ある。こうして、タイミングセンサ80により行われる閉
ループフィードバックによって、可変レートのポンピン
グランプ24が使用され得るし、またチャージポンプ行程
タイミングがランプ24により与えられる任意のポンピン
グレートを使用するべく調節され得る。例えば、ポンピ
ングランプ24の最も急なセグメントは、所望の時間／圧
力プロフィルで燃料噴射事象を生起させるべく低いRPM
で（すなわち始動の間及びアイドル中に）使用される。
制御弁付勢のタイミングから実際の弁閉止タイミング
をプロセッサにより決定することは、弁閉止タイミング
の小さい変動が燃料の入口で計量される量の実質的な変
動を惹起しない場合には、（弁閉止間隔にもかかわら
ず）多くの構成形態に於いて受容可能である。より高い
制度が弁閉止及び（又は）弁開放タイミングの決定のた
めに必要とされる場合には、弁アーマチュア54の速度の
変化により誘導される、又は弁30が開閉する時に発生さ
れる重畳される電圧信号が、弁閉止及び（又は）開放タ
イミングを一層正確に決定するために使用される。
データプロセッサ82はソレノイド弁30を精密に付勢及
び消勢し、またチャージポンプ行程タイミング調節が行
われる場合にはチャージポンプ行程タイミングを精密に
調節する役割をする。適当なエンジンセンサ91〜95が所
望のエンジンデータを電気的制御装置へ伝達するのに使
用される。テーブル又はアルゴリズムの形態の適当な固
定されたデータは、エンジンデータに従って制御弁82を
作動させ且つ、調節可能であれば、チャージポンプ行程
タイミングを調節するためデータプロセッサ82の中に記
憶されている。行程プロフィルデータ及び噴射システム
取付及び較正データを含む固定されたデータは、データ
プロセッサ82がエンジンデータから（ａ）所望の燃料噴
射タイミングを達成するべく所望の弁閉止タイミング
を、（ｂ）ポンピングランプ24の所望の能動的セグメン
トを使用するべく、調節可能であれば、所望のチャージ
ポンプ行程タイミングを、（ｃ）燃料の所望の量を噴射
するため所望の弁開放タイミングを決定することを可能
にする。エンジンセンサ91〜95は例えば（ａ）各エンジ
ンシリンダのTDCタイミングを決定するためクランク軸
参照位置センサ94、（ｂ）冷却材温度センサ91、（ｃ）
高度又は吸込みマニホルド圧力センサ92を、また（ｄ）
（例えば車両に於ける応用でアクセレータペダルにより
操作される）負荷デマンドセンサ93を含んでいる。クラ
ンク軸参照位置センサ94は８シリンダエンジンで典型的
に使用されるような四つの角度間隔をおかれたTDCトリ
ガ要素又は歯97を有するトリガ車96を有するものとして
示されている。クランク軸参照位置センサ94により発生
される周期的TDC参照信号も、エンジン速度を計算する
べく電気的制御装置により使用され得る。しかし、例え
ば120個の角度間隔をおかれたTDCトリガ要素又は歯97を
有するトリガ車96を有する高分解能のセンサ95が、より
高い制度で瞬時エンジン速度を計算するのに使用される
ことは好ましい。また、高分解能のセンサ95は、第１図
中に概要を示されているように各TDC参照点に対して歯
の代わりに歯間隙を使用することによりデータプロセッ
サ82によって（行程タイミングが調節可能か否か、ま
た、もし調節可能であれば、センサタイミングが行程タ
イミングにより調節されているか否かに関係して）TDC
及び（又は）行程参照タイミングを決定するために使用
され得る。第１図中に概要を示されているように、各TD
C参照点は好ましくは対応する行程参照点の前に置かれ
ており、また両参照点は好ましくは近似的に吸込み行程
の終端又はポンピング行程の始端に置かれている。
センサ95も制御弁30の付勢及び消勢の時間を測るため
実際のタイミング角度TA及び量角度及びQA（第４図）を
測定するためチャージポンプ10の回転の角度を測定する
のに使用されている。センサ95の各パルスインクレメン
トは、より高い制度を得るため、より小さい角度インク
レメントに電子的に分割されている。
示されているように、SOPタイミングセンサ80は、
（ａ）実際SOPタイミング及び実際燃料噴射タイミン
グ、（ｂ）実際チャージポンプ行程タイミング及び
（ｃ）能動的ポンピングランプセグメントをプロセッサ
により決定するための制御ループを完成している。この
ような決定に基づいて、電気的制御装置84が、所望の値
を得るべく、制御弁30の閉止時間及び、調節可能であれ
ば、チャージポンプ行程タイミングを調節する。噴射さ
れる燃料の量は精密に調節される。プロセッサ82により
精密に決定される付勢周期の終端に於いてソレノイド弁
30を消勢することにより精密に調節される。その周期は
実際燃料噴射タイミング及び能動的ポンピングカムセグ
メントの輪郭から決定される。こうして、燃料噴射量の
閉ループ制御が単一のタイミングセンサ80によっても行
われる。
第４図を参照すると、三つのタイミング参照点（SOP
又は他の燃料噴射参照タイミング、弁閉止タイミング及
びチャージポンプ行程タイミング）の任意の二つが第三
の参照点を計算するのに使用され得る。こうして、示さ
れているように、チャージポンプ行程タイミングが弁閉
止タイミング及びSOPタイミング（又は他の燃料噴射参
照タイミング）からデータプロセッサにより決定され得
る。また、SOPタイミング（又は他の燃料噴射参照タイ
ミング）が米閉止タイミング及びチャージポンプ行程タ
イミングからデータプロセッサにより決定され得る。ま
たは、弁閉止タイミングがSOPタイミング（又は他の燃
料噴射参照タイミング）及びチャージポンプ行程タイミ
ングから決定され得る。（第６図に示されている実施例
のように）非回転チャージポンプ作動カム14が使用され
ている場合には、高分解能センサ95のセンサピックアッ
プ100が（第６図中に示されているように）カム14に取
付けられている。もし作動カム14が調節可能でなけれ
ば、カム参照点の値又はオフセットが、行程タイミング
センサを設ける代わりに、固定された較正された入力と
してデータプロセッサ82に入れられ得る。その場合、SO
Pタイミング（又は他の燃料噴射参照タイミング）は弁
閉止タイミング及びその固定された較正された入力のみ
からデータプロセッサにより決定され得る。それにもか
かわらず、SOP又は他の燃料噴射参照タイミングセンサ
が実際の燃料噴射タイミングを直接に決定するのに使用
され得る用途では、所望の燃料噴射タイミングが達成さ
れていることを確認することが好ましい。実際の燃料噴
射タイミングは次いでチャージポンプ行程タイミングと
組合わせて燃料噴射量を決定するのに使用され得る。
燃料噴射タイミングは、TDC参照タイミングセンサ94
により発生されるTDC参照信号にり、組合わされている
エンジンと同期化されている。
第１図〜第５図、第10図及び第11図により説明される
往復チャージポンプ10は例えば第６図及び第７図に示さ
れている形式の非回転カムチャージポンプであってよ
い。そのチャージポンプ10は、ここに説明される点を除
いて、米国特許第4,476,837号明細書に開示されている
チャージポンプとほぼ類似していてよい。簡単に説明す
ると、チャージポンプ10はロータ102と、組合わされて
いる内燃機関によりロータ102を駆動するべくロータ102
と結合されている駆動軸103とを有する。チャージポン
プ10は、ロータボディ104の対角線孔のなかを往復運動
可能な一対のポンピングプランジャ12を有する。ポンピ
ングプランジャ12の間に形成されているポンピングチャ
ンバ42から燃料がポンピングされる。一対のカムフォロ
ワー又はローラ106及びローラシュー108がプランジャ12
と半径方向に整合してロータボディ104の上に取付けら
れている。ロータボディ104を包囲する内部非回転カム
リング14はローラ106により周期的なカム作用のために
ロータ102の回転の間に内方にプランジャ12と係合可能
である。カムリング14は、固定されたチャージポンプ行
程タイミングを生ずるべく固定されていてもよいし、角
度調節可能であってもよい。後者の場合には、その角度
位置が、第５図を参照して説明されるように、また米国
特許第4,476,837号明細書に開示されているように、流
体圧タイミングピストンにより調節される。カムリング
14の四つの等間隔の同一のカムローブ22は第１図〜第５
図により図示及び説明されるようなポンピング及び吸込
みランプ23、24を生ずる輪郭を有する。
平衡されたポペット弁110がロータボディ104の外端の
同軸の孔112のなかに取付けられている。燃料供給ポン
プ36は燃料噴射ポンプの他端でポンプ駆動軸103に取付
けられており、それにより駆動される。供給ポンプ36は
適当な燃料通路116を経てロータボディ104の外端の端チ
ャンバ118へ燃料を供給する。ポペット弁110は弁取付孔
112の端に於いて円錐状弁座122の内縁と係合可能な円錐
状ヘッド120を有する。ポペット弁ステム124は、ポペッ
ト弁110が開いている時に端チャンバ118をチャージポン
プ10に接続するための周縁環126を有する。ポペット弁1
10がチャージポンプ10の各吸込み行程の間に開いている
間、燃料は低い圧力のもとに供給ポンプ36からポペット
弁110とロータボディ104内の対角線孔128、129とを経て
ポンピングチャンバ42へ供給される。ポペット弁110が
チャージポンプ10のポンピング行程の間に開いている
間、燃料は高い圧力のもとに対角線孔129により形成さ
れる分配器通路を経て供給される。分配器通路129は、
組合われている内燃機関の燃料噴射ノズルへ順次に燃料
の高圧力チャージを供給するため複数個の等間隔の出口
通路130（そのうち二つのみが第６図中に示されてい
る）と順次に合致する。対角線128、129により形成され
るロータボディ104の高圧力死体積は、12、000psi（83M
Pa）又はそれよりも高い圧力での燃料の噴射を許すべき
最小に保たれている。
コイル圧縮ばね48が、弁作動ソレノイド40が消勢され
る時に弁110を迅速に開くべくポペット弁ステム124内の
軸線方向の孔のなかに取付けられている。燃料が次いで
チャージポンプ10から弁ステム124内の周縁環126と、弁
ヘッド120と弁座122との間の円錐状表面の間に形成され
る環状の比較的大きい直径の弁開きとを経てスピルされ
る。その弁通路は、ソレノイド40が消勢される時に燃料
噴射事象を迅速に終了させるための実質的に制限されな
い燃料流路を形成する。適当燃料通路が、弁を平衡させ
るべく弁ヘッド120を通じて設けられている。
ソレノイドハウジング136がロータボディ104と、また
ポペット弁110の外端面と同軸に整合且つ係合している
そのアーマチュア54と同軸にポンプハウジングの外端の
上に取付けられている。ポペット弁110及びアーマチュ
ア54はそれによりソレノイド40の付勢及び消勢と同時に
軸線方向に軸と接続される。アーマチュア54は、ポペッ
ト弁110及びアーマチュア54の相対的回転を許すべく弁
端面と係合する部分的に球状の内端を有する。第１図〜
第５図、第10図及び第11図を参照して説明されるよう
に、制御弁30は燃料噴射タイミングを精密に調節するべ
く精密に付勢され、また燃料の噴射される量を精密に調
節するべく精密に消勢される。
第７図に示されているポンプの変形例は、補助入口弁
32が、吸込み行程チャージ段階の最初の部分の間に制御
弁30がチャージポンプ10へ燃料を供給するのを助けるた
めに設けられている。図示されている補助弁32は米国特
許第4,476,837号明細書中で使用されているものと類似
の入口ポートを有する。すなわち、補助弁32は複数個の
等間隔の燃料供給ポート142（そのうち二つのが第７図
中に示されている）と順次に合致するロータボディ104
内の弁ポート140を含んでいる。燃料はそれにより入口
通路144とロータボディ104内のボール逆止め弁146とを
経てポンピングチャンバ42へ供給される。供給ポート14
2は入口行程チャージング段階の最初の部分の間にのみ
ポンピングチャンバ42へ燃料を供給するために配置され
ており、また回転弁ポート140は、弁閉止タイミング段
階が到達される以前に各固定された供給ポート142との
合致状態から外れる。このような補助燃料供給システム
は、燃料の所望の量が短い利用可能な間隔の間にチャー
ジポンプへ供給されることを保証するべく、６又は８シ
リンダエンジンへの応用の際に高い速度に於いて（従っ
てまたは燃料噴射タイミングが進められている時に）主
に有用である。こうして、例えば、入口燃料チャージ量
が120mm3から200mm3までの範囲にわたっている８シリン
ダエンジンへの応用の際に、補助弁32は120mm3点が到達
される時又はそれ以前に閉じ、また制御弁30はその範囲
内に吸込みチャージ量を精密に調節する。行程−時間も
しくは圧力−時間計量プロセスが、補助弁32が閉じた後
に制御弁30と共に使用される。ボール逆止め弁146が、
ロータ内の死体積を減ずるのに、また高圧力ポンピング
の間に弁ポート140に於ける燃料漏れを防止するのに、
また補助弁32が先きの燃料噴射事象の終了以前に開くの
を許すのに使用される。
第６図を参照すると、SOPセンサ80がSOP信号を発生す
るためポンプハウジングのなかに取付けられているもの
として示されている。浅い周縁溝150及び短い半径方向
孔152が、SOPセンサ80を分配器通路129に接続するため
にロータボディ104のなかに設けられている。第６図及
び第８図を参照すると、行程タイミングセンサ95も設け
られている。行程タイミングセンサ95のピックアップ10
0は、ロータボディ104により駆動されるトリガ車96と共
同作用するため作動カム14の上に取付けられている。第
１図を参照して説明されたように、高分解能トリガ車96
は各チャージポンプ行程参照点に対する歯間隙を有す
る。第１図〜第５図、第10図及び第11図を参照して説明
されるように、センサ80もしくは95が燃料弁30の精密な
調節及び、もし調節可能であれば、カム14の調節のため
のフィードバック信号を発生させるのに使用される。
第９図を参照すると、第１図〜第５図、第10図及び第
11図を参照して説明される往復チャージポンプ10は適当
なソレノイド制御弁30を有するユニット噴射器160であ
ってよい。行程−時間入口計量プロセスがユニット噴射
器応用の際に使用されることは好ましい。なぜならば、
それは弁閉止応答時間の測定なしに燃料噴射タイミング
の非常に精密な調節を行うからである。すなわち、入口
計量レートが比較的低く、また弁閉止時間の小さい変動
は入口で計量される量に実質的に影響しないからであ
る。こうして、第１図〜第５図、第10図及び第11図を参
照して説明されるように、ユニット噴射器の制御弁30は
燃料噴射タイミングを精密に調節するべく精密に付勢さ
れ、また燃料の噴射される量を精密に調節するべく精密
に消勢される。
プロセッサ82が弁開閉タイミング及び、調節可能であ
れば、チャージポンプ行程タイミングをいかに調節する
かを説明するため、典型的なフローチャートが第10図及
び第11図に示されている。第10図には、SOPセンサ80を
使用するシステム内のプロセッサ82により実行されるス
テップの典型的なシーケンスが示されている。第４図及
び第10図を参照すると、最初のステップ200は、プロセ
ッサ82内に記憶されているテーブル内で、センサ91〜93
により与えられた現在のエンジン速度及び現在のエンジ
ンデータに対する所望の燃料量角度QA（QA＝QA1）及び
所望のタイミング角度TA（使用される入口計量プロセス
の形式に関係してTA＝TA1又はTA′１）をルックアップ
することである。後続の適応ステップ202では、ルック
アップテーブルから得られたタイミング角度TAが、（先
行の燃料噴射サイクルの間に測定された）実際のSOP角
度SOPAと（ルックアップタイミング角度TAの基礎とされ
ている）予測されたSOP角度SOPAとの間の角度オフセッ
トを反映するべく変更される。ステップ204及び206によ
り示されているように、TDC参照信号が発生されている
時、実際タイミング角度TAが、変更されたルックアップ
タイミング角度TAに等しくなるまで、測定される。その
測定の間に、プロセッサ82がステップ210により表され
ているようにSOP信号の受信をチェックする。SOP信号が
発生されている時には、実際のSOP角度SOPAがステップ2
12により表されているように（後続のサイクル内でルッ
クアップタイミング角度TAを変更するのに使用するた
め）測定される。また、ステップ214により表されてい
るように、実際の量角度QAが測定され、またルックアッ
プ量角度QAと比較される。測定された量角度QAがルック
アップ量角度QAと等しい時には、燃料噴射事象を終了さ
せるべくソレノイド弁30が消勢される。その後、ステッ
プ206及び220により表されているように、測定されたタ
イミング角度TAが変更されたルックアップタイミング角
度TAに等しい時には、ソレノイド弁30が再付勢される。
ステップ222、224及び226により表されているように、
もしタイミングカム14が調節可能であれば、プロセッサ
82が次いで実際及び所望のカム位置を計算し、また所望
のカム位置を達成するべくカム調節を開始する。各燃料
噴射サイクルの間の最大カム調節は非常に小さく、典型
的に、所望のカム位置を達成するべく多くの噴射サイク
ルの間に連続的にカム調節が行われるものとみなされ得
る。
第11図には、行程タイミングセンサ95（第６図及び第
８図）又はその代わりに（較正された）固定された行程
タイミング及び固定された参照角度を有するシステム内
でプロセッサ82により実行されるステップの典型的なシ
ーケンスが示されている。
第４図及び第11図を参照すると、最初のステップ250
は、プロセッサ82内に記憶されているテーブル内で、エ
ンジンセンサ91〜93により与えられた現在のエンジン速
度及び現在のエンジンデータに対する所望の燃料量角度
QA（QA＝QA2）及び所望のタイミング角度TA（使用され
る入口計量プロセスの形式に関係してTA＝TA2又はTA′
２）をルックアップすることである。後続の適応ステッ
プ252では、ルックアップタイミング角度TAが、（先行
の燃料噴射サイクルの間に測定された）実際の弁応答角
度VRAと（ルックアップタイミング角度TAの基礎とされ
ている）予測された弁応答角度VRAとの間の角度オフセ
ットを反映するべく変更される。TDC参照信号が発生さ
れた後、もし行程タイミングが調節可能であれば、実際
行程参照角度SRAがステップ254及び256により表されて
いるように、測定される。適応ステップ258により表さ
れているように、変更されたタイミング角度TAが次いで
（測定された）実際行程参照角度SRA（又は、もし使用
されるならば、（較正された）固定された参照角度）と
（ルックアップタイミング角度TAの基礎とされた）予測
された行程参照角度SRAとの間の変化を反映するべく補
正される。ステップ260により表されているように、実
際のタイミング角度TAが次いで測定され、また補正され
たプタイミング角度TAと比較される。その測定の間に、
ステップ262により表されているように、プロセッサ82
が測定された量角度QAをルックアップ量角度QAと比較
し、またそれらが等しい時には、ソレノイド弁が消勢さ
れる。その後、ステップ260及び264により表されている
ように、測定されたタイミング角度TAが補正されたルッ
クアップタイミング角度TAに等しい時には、ソレノイド
弁30が再付勢される。もしタイミングカム14が調節可能
であれば、プロセッサ82が次いで実際及び所望のカム位
置を計算し、また第10図のフローチャート中のステップ
と同じく所望のカム位置を達成するべくカム14の調節を
開始する。加えて、ステップ268により表されているよ
うに、実際の弁応答VRAが実際の弁付勢と実際の弁閉止
との間の角度を測定することにより決定される。
以上に於ては本発明を特定の好ましい実施例について
説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内にて種々の変形が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を組入れた燃料噴射システムを
部分的に切欠いて、また部分的に断面図で示し、また追
加的に燃料噴射システムの変形を部分的に鎖線で示す概
要図である。 第２図は燃料噴射システムの往復チャージポンプの二種
類の行程プロフィルを実線及び破線で示すグラフであ
る。 第３図は二種類の行程タイミング設定に於ける行程プロ
フィルを実線及び破線で示す第２図と類似のグラフであ
る。 第４図は燃料噴射システムの代表的な作動サイクルのポ
ンピング開始（SOP）タイミング、行程参照タイミン
グ、弁開閉タイミング、弁閉止応答及びエンジン上死点
（TDC）参照タイミングを追加的に示す第２図及び第３
図と類似のグラフである。 第５図はチャージポンプの行程タイミング調節機構を部
分的に切欠いて示す概要図である。 第６図は本発明の好ましい実施例による燃料噴射ポンプ
を部分的に切欠いて、また部分的に断面図で示す長手方
向断面図である。 第７図は第６図の燃料噴射ポンプの変形された実施例を
部分的に切欠いて、また部分的に断面図で示す部分的な
長手方向断面図である。 第８図は第６図の燃料噴射ポンプを部分的に切欠いて、
また部分的に断面図で示す横断面図である。 第９図は本発明の他の好ましい実施例によるユニット噴
射器燃料噴射ポンプを部分的に切欠いて、また部分的に
断面図で示す部分図である。 第10図及び第11図は本発明に従って燃料噴射タイミング
及び量並びに、もし調節可能であれば、チャージポンプ
行程を調節するためデータプロセッサにより実行される
ステップの代表的なシーケンスのフローチャートであ
る。 ８……燃料噴射システム、10……チャージポンプ、12…
…ポンピングプランジャ、14……作動カム、15……燃料
噴射ノズル、16……分配器、22……カムローブ、23……
吸込みランプ、24……ポンピングランプ、30……制御
弁、32……補助弁、36……供給ポンプ、38……圧力調整
器、40……ソレノイド、42……ポンピングチャンバ、44
……アキュムレータ、46……逆止め弁、48……圧縮ば
ね、50……弁部材、52……軟鉄ヘッド、54……ソレノイ
ド可動子、56……ソレノイド固定子、58……弁座、燃料
キャビテーションチャンバ、62……絶縁シャットル、64
……逆止め弁、66……戻りばね、70……駆動軸、72……
スリーブ、74……らせんスプライン、76……ステップモ
ータ、78……油圧アクチュエータ、80……SOPタイミン
グセンサ、82……データプロセッサ、84……電気的制御
装置、91〜95……エンジンセンサ、96……トリガ車、97
……トリガ歯、100……ピックアップ、103……ポンプ駆
動軸、104……ロータボディ、110……ポペット弁、112
……弁取付孔、116……燃料通路、118……端チャンバ、
122……弁座、124……ポペット弁ステム、128、129……
対角線孔、130……出口通路、136……ソレノイドハウジ
ング、140……回転弁ポート、142……固定供給ポート、
144……入口ポート、150……周縁溝、160……ユニット
噴射器

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】低圧にて燃料を吸込む吸込み行程と高圧に
    て燃料を吐出するポンピング行程とを周期的に行う往復
    動式ポンピング手段（12、14、42、104）を有するチャ
    ージポンプ（10）と、前記チャージポンプを通る燃料通
    路の途中に設けられた電気的に制御される弁装置（30）
    とを含む内燃機関の燃料噴射システムにより内燃機関に
    噴射供給される燃料の噴射タイミングと噴射量とを制御
    する方法にして、吸込み行程の途中で前記弁装置（30）
    を閉じ前記チャージポンプ（10）への燃料の供給を終ら
    せる時期を制御することにより燃料噴射のタイミングを
    制御する過程と、各吸込み行程に続くポンピング行程の
    途中で当該吸込み行程にて前記チャージポンプ（10）へ
    供給された燃料の量により定まる燃料噴射タイミングに
    基づき指令信号に応じて前記弁装置（30）を開きポンピ
    ング行程にて加圧された燃料の圧力を逃すことにより燃
    料噴射を終らせる時期を制御することにより燃料噴射量
    を制御する過程とを含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】低圧にて燃料を吸込む吸込み行程と高圧に
    て燃料を吐出するポンピング行程とを周期的に行う往復
    動式ポンピング手段（12、14、42、104）を有するチャ
    ージポンプ（10）と、前記チャージポンプを通る燃料通
    路の途中に設けられた電気的に制御された弁装置（30）
    と、前記弁装置の開閉作動を制御する制御装置（80、8
    4、91〜95）とを含み、前記制御装置は吸込み行程の途
    中で前記チャージポンプ（10）への燃料の供給通路を前
    記弁装置（30）により閉じ該チャージポンプへの燃料の
    供給を終らせる時期を制御することにより燃料噴射のタ
    イミングを制御すると共に各吸込み行程に続くポンピン
    グ行程の途中で当該吸込み行程にて前記チャージポンプ
    （10）へ供給された燃料の量により定まる燃料噴射タイ
    ミングに基づき指令信号に応じて前記弁装置（30）を開
    き前記チャージポンプ（10）の燃料吐出通路の途中を逃
    し通路へ開放することにより燃料噴射を終らせる時期を
    制御することによって燃料噴射量を制御するよう構成さ
    れていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項による内燃機関の燃
    料噴射装置にして、前記弁装置（30）は電気的に開閉さ
    れて双方向の流れを選択的に許しまた遮断する弁である
    ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
  4. 【請求項４】低圧にて燃料を吸込む吸込み行程と高圧に
    て燃料を吐出するポンピング行程とを周期的に行う往復
    動式ポンピング手段（12、14、42、104）を有するチャ
    ージポンプ（10）と、前記チャージポンプ（10）の吸込
    み行程及びポンピング行程のタイミングを調節する行程
    タイミング調節装置（70、72、74、76、78）と、前記チ
    ャージポンプを通る燃料通路の途中に設けられた電気的
    に制御される弁装置（30）と、前記弁装置の開閉作動を
    制御する制御装置（80、84、91〜95）とを含み、前記制
    御装置は吸込み行程の途中で前記チャージポンプ（10）
    への燃料の供給通路を前記弁装置（30）により閉じ該チ
    ャージポンプへの燃料の供給を終らせる時期を制御する
    ことにより前記行程タイミング調節装置と相俟って燃料
    噴射のタイミングを制御すると共に各吸込み行程に続く
    ポンピング行程の途中で当該吸込み行程にて前記チャー
    ジポンプ（10）へ供給された燃料の量により定まる燃料
    噴射タイミングに基づき指令信号に応じて前記弁装置
    （30）を開き前記チャージポンプ（10）の燃料吐出通路
    の途中を逃し通路へ開放することにより燃料噴射を終ら
    せる時期を制御することによって燃料噴射量を制御する
    よう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴
    射装置。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項による内燃機関の燃
    料噴射装置にして、前記弁装置（30）は電気的に開閉さ
    れて双方向の流れを選択的に許しまた遮断する弁である
    ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
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