JP2765328B2 - ディーゼル機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディーゼル機関の燃
料噴射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関の良好な性能を確保する
ために、種々の燃料噴射ポンプ、噴射ノズルが提案され
ている（特開昭６１ー２１８７６９号、実開昭５７ー２
５１５９号、６３ー１６８２７２号公報等参照）。

【０００３】この燃料噴射ポンプとして、燃料の送油率
を変えるものがあり、これはポンプのプランジャのプレ
ストロークを可変にし、燃料の圧送区間をずらすこと
で、プランジャ速度の遅い区間にて低送油率を、プラン
ジャ速度の速い区間にて高送油率を得る。

【０００４】一方、噴射ノズルとして、ニードルを閉弁
付勢する複数のスプリングを並列に設け、ニードルが初
期リフト（前段リフト）の段階では第１のスプリングが
働き、初期リフトを過ぎるとこれに加えて第２のスプリ
ングを働かせることにより、燃料圧力に対してニードル
を段階的にリフトさせ、初期の噴射率を下げつつ、噴射
を行う多段噴射ノズルがある。

【０００５】このような燃料噴射ポンプと噴射ノズルに
よって、燃料の的確な着火を行えると共に、機関の低負
荷域に噴射ノズルの燃料の噴射期間を長くすることがで
き、ＮＯｘ、ＨＣを同時に低減できる。

【０００６】機関の高負荷高回転域には噴射ノズルから
限られた期間内に十分量の燃料を噴射し、出力性能の向
上を図っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
多段噴射ノズルを用いた場合、ニードルのリフト位置に
よって燃料の噴射に影響することがある。

【０００８】即ち、前述のような噴射ノズルでは、低回
転領域にニードルの前段のリフトだけで燃料を噴射し終
わるが、この領域とニードルが後段に十分にリフトする
高回転領域との間に、ニードルが後段に僅かしかリフト
しないときがある。

【０００９】このため、その僅かなリフト位置からニー
ドルが閉弁に入った場合に、スプリングの働きに対して
前段リフトが緩衝域となり、ニードルの着座速度を低下
させてしまう。

【００１０】これを図２６（送油率可変）、図２７（送
油率固定）に示す。

【００１１】したがって、噴射終わりの燃料の切れが悪
くなり、スモーク等の増加を招きかねないのである。

【００１２】この発明は、このような問題点を解決する
ことを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、図１に示す
ように燃料の送油率を可変とする送油率可変手段１を有
する燃料噴射ポンプ２と、燃料噴射ポンプ２から送られ
る燃料の圧力に応じて段階的にニードルがリフトして燃
料を多段噴射する噴射ノズル３とを備えたディーゼル機
関の燃料噴射装置において、燃料噴射ポンプ２の燃料の
送油率を低負荷域に低送油率に、高負荷域に高送油率に
制御する送油率制御手段４と、燃料噴射ポンプのレバー
開度を検出する開度センサ５と、燃料噴射ポンプもしく
は機関の回転数を検出する回転数センサ６と、これらの
検出信号から噴射ノズル３のニードルの後段のリフト量
が僅かになる領域を判定する領域判定手段７と、該領域
にあるときに燃料の送油率を相対的に増加補正する補正
制御手段８とを設ける。

【００１４】また、図１に示すように前記送油率の増加
分を、燃料噴射ポンプ２の回転数に応じて設定する増加
分設定手段９を設ける。

【００１５】また、図２に示すように燃料の送油率を可
変とする送油率可変手段１１を有する燃料噴射ポンプ１
２と、燃料噴射ポンプ１２から送られる燃料の圧力に応
じて段階的にニードルがリフトして燃料を多段噴射する
噴射ノズル１３とを備えたディーゼル機関の燃料噴射装
置において、燃料噴射ポンプ１２の燃料の送油率を低負
荷域に低送油率に、高負荷域に高送油率に制御する送油
率制御手段１４と、噴射ノズル１３のニードルのリフト
量を検出するリフトセンサもしくは燃料の圧力を検出す
る圧力センサ１５と、この検出信号からニードルの後段
のリフト量が所定値に達しているかどうかを判定するリ
フト判定手段１６と、達していないときにそのリフト量
が所定値になるように燃料の送油率を増加補正する補正
制御手段１７とを設ける。

【００１６】

【作用】噴射ノズルのニードルの後段のリフト量が僅か
になる領域に、あるいはニードルのリフト量や燃料の圧
力を検出するセンサの信号からニードルの後段のリフト
量が所定値に達していないときに、送油率を増加側に補
正、即ち燃料噴射ポンプの送油を速めて燃料の圧力を高
め、これによりニードルの後段のリフト量を所定分拡大
することで、ニードルの速やかな着座速度を確保し、ニ
ードルの位置に起因する燃料噴射への影響を防止する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１８】まず、図３は燃料噴射ポンプ２０の一例を
示すが、これはいわゆる列型の燃料噴射ポンプ（特開昭
６１ー２１８７６９号公報参照）であり、機関に同期駆
動されるカム２１の回転によりプランジャ２２が上下
し、加圧室２３の燃料を燃料弁２４を介して、噴射ノズ
ル４０に圧送する。

【００１９】プランジャ２２の周囲には図４のように制
御スリーブ２５が装着され、制御スリーブ２５は燃料が
送り込まれる燃料室２６と加圧室２３との間を連通する
プランジャ２２に設けた通路２７の燃料室２６側へのサ
クションポート２８を開閉する。

【００２０】図５、図６のようにカム２１のリフトに伴
いプランジャ２２が上昇し、スリーブ２５の下端により
通路２７のサクションポート２８が閉じられると、燃料
室２６との連通が遮断されて加圧室２３の圧力が高まり
始め、燃料の圧送が開始される。サクションポート２８
が閉じるまでが、プランジャ２２のプレストロークとな
る。

【００２１】そして、図７、図８のようにさらにプラン
ジャ２２が上昇し、サクションポート２８から分岐する
溝２９がスリーブ２５の途中に設けたスピルポート３０
に連通すると、加圧室２３が再び燃料室２６と連通し
て、燃料の圧送が終了する。

【００２２】この分岐溝２９はプランジャ周囲に傾斜溝
として開口しているので、プランジャ２２の軸線まわり
の回転位置を回転制御機構３１によって変化させること
により、スピルポート３０に対する連通時期つまり燃料
の圧送終了時期を変化させることができ、燃料噴射量を
制御できるようになっている。

【００２３】一方、位置制御機構３２により制御スリー
ブ２５の位置を上下できるようになっている。また、カ
ム２１のリフト特性は図９のようになっており、そのリ
フト速度が大きい区間ほど、プランジャ２２の速度が速
くなる。

【００２４】図４のように位置制御機構３２は、制御ス
リーブ２５にピン３３を介して係合する駆動ロッド３４
と、ロータリアクチュエータ３５からなり、駆動ロッド
３４を回動することで、制御スリーブ２５が上下動す
る。

【００２５】即ち、位置制御機構３２（送油率可変手
段）により制御スリーブ２５の位置を上下させることに
より、燃料の圧送速度を変えることができ、この場合制
御スリーブ２５の位置を下げると、プランジャ速度の遅
いときが燃料の圧送区間となって低送油率になり、制御
スリーブ２５の位置を上げると、プランジャ速度の速い
ときが燃料の圧送区間となって高送油率になる。

【００２６】次に、図１０に噴射ノズル４０の一例を示
すが（特願平１ー１９０４６０号参照）、ノズルホルダ
４１の内部にはニードル４２が配置され、このニードル
４２は第１および第２のスプリング４３，４４によっ
て、シート部４５に着座する。

【００２７】燃料圧力室４７に導入される燃料噴射ポン
プ２０からの燃料圧力により、ニードル４２にかかる圧
力が所定圧力以上に高まると、プッシュロッド４６を介
して第１のスプリング４３を圧縮しながら、ニードル４
２は初期リフト（前段のリフト）する。

【００２８】燃料圧力が第２のスプリング４４の設定圧
力を越えると、第１のスプリング４３に加えスプリング
シート４８を介して第２のスプリング４４を圧縮しなが
ら、ニードル４２は大きくリフト（後段のリフト）す
る。

【００２９】即ち、燃料圧力の上昇が小さいときは、ニ
ードル４２の前段のリフトにて燃料が噴射され、燃料圧
力の上昇が大きいときは、ニードル４２の前段のリフト
にて少量の初期噴射が行われた後、その後段のリフトに
て所定量の燃料が噴射される。

【００３０】そしてこの発明では、図１１に示すコント
ローラ（送油率制御手段、領域判定手段、補正制御手
段、増加分設定手段）５０が、運転条件に基づいて前記
位置制御機構３２を介して燃料噴射ポンプ２０の送油率
を制御する。

【００３１】コントローラ５０は、演算部分のＣＰＵ、
記憶部分のＲＯＭ，ＲＡＭ、入出力部分のＩ／Ｏからな
るマイコン等で構成され、Ｉ／Ｏを介して、燃料噴射ポ
ンプ２０の回転数（または機関の回転数）を検出する回
転数センサ５１からの回転信号と、燃料噴射ポンプ２０
のレバー開度（または機関のアクセル開度）を検出する
開度センサ５２からの開度信号が入力される。

【００３２】図１２のように、コントローラ５０は、回
転数センサ５１からのポンプ回転数と開度センサ５２か
らのレバー開度を基に、予め設定した所定のデータマッ
プから目標送油率を演算し（ステップ１０１〜１０
３）、目標送油率を得るように位置制御機構３２を介し
て燃料噴射ポンプ２０の送油率を制御する（ステップ１
０４）。

【００３３】この目標送油率は、基本的にはレバー開度
が小さい低負荷域に低送油率に、レバー開度が中の中負
荷域に中送油率に、レバー開度が大きい高負荷域に高送
油率に設定されると共に、前記噴射ノズル４０のニード
ル４２の後段のリフトが僅かになる領域では、ポンプ回
転数に応じて図１３のようにそれぞれ所定値分増加され
た目標送油率に設定される。

【００３４】即ち、コントローラ５０は、基本的にはレ
バー開度に応じて、低負荷域に低送油率を、中負荷域に
中送油率を、高負荷域に高送油率を得るように、位置制
御機構３２を介して燃料噴射ポンプ２０の送油率を制御
すると共に、ポンプ回転数とレバー開度から噴射ノズル
４０のニードル４２の後段のリフトが僅かになる領域を
判定し、該領域において低負荷域でもポンプ回転数が比
較的高い領域では中送油率を、中負荷域でもポンプ回転
数が比較的低い領域では高送油率を、高負荷域でもポン
プ回転数が特に低い領域では最大送油率を得るように、
位置制御機構３２を介して燃料噴射ポンプ２０の送油率
を補正制御する。

【００３５】この場合、送油率の増加分をポンプ回転数
に応じて定めるため、適切な送油率を得ることができ
る。

【００３６】なお、送油率は低送油率から最大送油率の
４つの区分けしているが、各区域においてさらに細かく
区分けすることができる。

【００３７】このように構成したため、機関の低負荷低
回転域には噴射ノズル４０のニードル４２の前段のリフ
トにて燃料が噴射され、負荷や回転が高い運転域にはそ
の前段のリフトにて初期噴射された後、ニードル４２が
後段に大きくリフトして所定量の燃料が噴射される一
方、これらの間の領域にて燃料の噴射に支障を生じるこ
とはない。

【００３８】即ち、噴射ノズル４０のニードル４２の後
段のリフトが僅かになるような領域にあっては、燃料噴
射ポンプ２０の送油率を相対的に増加させるように、位
置制御機構３２が補正制御される。このため、噴射ノズ
ル４０に送られる燃料の圧力が高まって、ニードル４２
の後段のリフト量が拡大されるのである。

【００３９】したがって、ニードル４２が閉弁に入った
ときに前段のリフト区間にてニードル４２の動きが鈍る
ことはなく、スプリング４４ならびに４３の反発力によ
ってニードル４２は速やかに着座し（図１３参照）、こ
の結果噴射終わりの燃料の切れを良好に保つことがで
き、最適噴射を確保してスモーク等の発生を確実に防止
できる。

【００４０】図１４〜図１６は本発明の他の実施例を示
し、噴射ノズル４０にニードル４２のリフト量を直接検
出するリフトセンサ６０を設けたものである。

【００４１】コントローラ（リフト判定手段、補正制御
手段）６１は、図１６のように回転数センサ５１からの
ポンプ回転数と開度センサ５２からのレバー開度を基
に、所定のデータマップから目標送油率を演算し（ステ
ップ２０１〜２０３）、目標送油率を得るように位置制
御機構３２を介して燃料噴射ポンプ２０の送油率を制御
する（ステップ２０４）と共に、リフトセンサ６０の信
号からニードル４２のリフト量を測定し（ステップ２０
５）、ニードル４２の後段のリフト時にそのリフト量が
所定値に達していないときは、送油率を増加し（ステッ
プ２０６〜２０８）、そのリフト量が所定値になるよう
に、位置制御機構３２を介して燃料噴射ポンプ２０の送
油率を補正制御する。

【００４２】即ち、ニードル４２の最大リフトが、図１
７、図１９のときは良いが、図１８のリフト量のとき
に、送油率を増加してリフト量を拡大する。

【００４３】このように、ニードル４２のリフト量を直
接検出して補正すれば、より的確な制御が得られ、ニー
ドル４２のリフト位置による噴射への影響が一層確実に
防止される。

【００４４】また、この場合にはニードル４２のリフト
に影響を与える燃料性状（粘度）の差異あるいは燃料温
度の変化にも対応可能となる。

【００４５】図２０〜図２２は同じく本発明の他の実施
例を示し、噴射ノズル４０の燃料の圧力を検出する圧力
センサ７０を設け、燃料の圧力からニードル４２のリフ
ト状態を判定するものである。

【００４６】コントローラ（リフト判定手段、補正制御
手段）７１は、図２２のように回転数センサ５１からの
ポンプ回転数と開度センサ５２からのレバー開度を基
に、所定のデータマップから目標送油率を演算し（ステ
ップ３０１〜３０３）、目標送油率を得るように位置制
御機構３２を介して燃料噴射ポンプ２０の送油率を制御
する（ステップ３０４）と共に、圧力センサ７０の信号
からニードル４２のリフト状態を判定し（ステップ３０
５）、ニードル４２の後段のリフト時にそのリフトが所
定値に達しない圧力時には、送油率を増加し（ステップ
３０６〜３０８）、そのリフトが所定値に達する圧力と
なるように、位置制御機構３２を介して燃料噴射ポンプ
２０の送油率を補正制御する。

【００４７】即ち、燃料の最大圧力が、図２３、図２５
のときは良いが、図２４の圧力時に送油率を増加して圧
力を高め、ニードル４２のリフト量を拡大する。

【００４８】この場合にも、燃料性状（粘度）の差異あ
るいは燃料温度の変化に対応可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上のようにこの発明は、燃料の送油率
を可変とする送油率可変手段を有する燃料噴射ポンプ
と、燃料噴射ポンプから送られる燃料の圧力に応じて段
階的にニードルがリフトして燃料を多段噴射する噴射ノ
ズルとを備えたディーゼル機関の燃料噴射装置におい
て、燃料噴射ポンプの燃料の送油率を低負荷域に低送油
率に、高負荷域に高送油率に制御する送油率制御手段
と、燃料噴射ポンプのレバー開度を検出する開度センサ
と、燃料噴射ポンプもしくは機関の回転数を検出する回
転数センサと、これらの検出信号から噴射ノズルのニー
ドルの後段のリフト量が僅かになる領域を判定する領域
判定手段と、該領域にあるときに燃料の送油率を相対的
に増加補正する補正制御手段とを設けたので、運転域に
よって燃料の噴射に悪影響を及ぼすことがなく、常に的
確な噴射を確保でき、機関性能を向上できる。

【００５０】また、送油率の増加分を、燃料噴射ポンプ
の回転数に応じて設定したので、燃料の噴射を一層正確
に制御できる。

【００５１】また、燃料の送油率を可変とする送油率可
変手段を有する燃料噴射ポンプと、燃料噴射ポンプから
送られる燃料の圧力に応じて段階的にニードルがリフト
して燃料を多段噴射する噴射ノズルとを備えたディーゼ
ル機関の燃料噴射装置において、燃料噴射ポンプの燃料
の送油率を低負荷域に低送油率に、高負荷域に高送油率
に制御する送油率制御手段と、噴射ノズルのニードルの
リフト量を検出するリフトセンサもしくは燃料の圧力を
検出する圧力センサと、この検出信号からニードルの後
段のリフト量が所定値に達しているかどうかを判定する
リフト判定手段と、達していないときにそのリフト量が
所定値になるように燃料の送油率を増加補正する補正制
御手段とを設けたことで、ニードルのリフト位置を正確
に把握でき、燃料性状の差異等に対応できると共に、燃
料のより適正な噴射を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成図である。

【図２】本発明の構成図である。

【図３】燃料噴射ポンプの断面図である。

【図４】燃料噴射ポンプの要部斜視図である。

【図５】燃料噴射ポンプの動作説明図である。

【図６】燃料噴射ポンプの動作説明図である。

【図７】燃料噴射ポンプの動作説明図である。

【図８】燃料噴射ポンプの動作説明図である。

【図９】カムリフト特性図である。

【図１０】噴射ノズルの断面図である。

【図１１】コントローラのブロック図である。

【図１２】制御動作のフローチャートである。

【図１３】送油率とニードル動作を示す特性図である。

【図１４】他の実施例の噴射ノズルの断面図である。

【図１５】コントローラのブロック図である。

【図１６】制御動作のフローチャートである。

【図１７】ニードルの制御特性図である。

【図１８】ニードルの制御特性図である。

【図１９】ニードルの制御特性図である。

【図２０】他の実施例の噴射ノズルの断面図である。

【図２１】コントローラのブロック図である。

【図２２】制御動作のフローチャートである。

【図２３】ニードルの制御特性図である。

【図２４】ニードルの制御特性図である。

【図２５】ニードルの制御特性図である。

【図２６】従来例のニードル動作特性図である。

【図２７】従来例の固定送油率のニードル動作特性図で
ある。

【符号の説明】

２０ 燃料噴射ポンプ ２１ カム ２２ プランジャ ２５ 制御スリーブ ２８ サクションポート ２９ 溝 ３０ スピルポート ３１ 回転制御機構 ３２ 位置制御機構（送油率可変手段） ４０ 噴射ノズル ４２ ニードル ４３ スプリング ４４ スプリング ５０ コントローラ（送油率制御手段、領域判定手段、
補正制御手段、増加分設定手段） ５１ 回転数センサ ５２ 開度センサ ６０ リフトセンサ ６１ コントローラ ７０ 圧力センサ ７１ コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 45/08 F02M 59/26 320 F02M 61/10 F02M 65/00 F02D 1/02 301 F02D 41/04 351 F02D 41/40

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料の送油率を可変とする送油率可変手
   段を有する燃料噴射ポンプと、燃料噴射ポンプから送ら
   れる燃料の圧力に応じて段階的にニードルがリフトして
   燃料を多段噴射する噴射ノズルとを備えたディーゼル機
   関の燃料噴射装置において、燃料噴射ポンプの燃料の送
   油率を低負荷域に低送油率に、高負荷域に高送油率に制
   御する送油率制御手段と、燃料噴射ポンプのレバー開度
   を検出する開度センサと、燃料噴射ポンプもしくは機関
   の回転数を検出する回転数センサと、これらの検出信号
   から噴射ノズルのニードルの後段のリフト量が僅かにな
   る領域を判定する領域判定手段と、該領域にあるときに
   燃料の送油率を相対的に増加補正する補正制御手段とを
   設けたことを特徴とするディーゼル機関の燃料噴射制御
   装置。
2. 【請求項２】 前記送油率の増加分を、燃料噴射ポンプ
   の回転数に応じて設定する増加分設定手段を設けた請求
   項１に記載のディーゼル機関の燃料噴射制御装置。
3. 【請求項３】 燃料の送油率を可変とする送油率可変手
   段を有する燃料噴射ポンプと、燃料噴射ポンプから送ら
   れる燃料の圧力に応じて段階的にニードルがリフトして
   燃料を多段噴射する噴射ノズルとを備えたディーゼル機
   関の燃料噴射装置において、燃料噴射ポンプの燃料の送
   油率を低負荷域に低送油率に、高負荷域に高送油率に制
   御する送油率制御手段と、噴射ノズルのニードルのリフ
   ト量を検出するリフトセンサもしくは燃料の圧力を検出
   する圧力センサと、この検出信号からニードルの後段の
   リフト量が所定値に達しているかどうかを判定するリフ
   ト判定手段と、達していないときにそのリフト量が所定
   値になるように燃料の送油率を増加補正する補正制御手
   段とを設けたことを特徴とするディーゼル機関の燃料噴
   射制御装置。