JP3773383B2 - 燃料噴射ポンプにおける噴射開始時期の計測方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル型式やガソリン型式のエンジンで使用される燃料噴射ポンプ（プランジャがエンジンにより機械的に進退駆動される型式）、並びに燃料噴射ノズルにおいて、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期を計測する計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射ポンプ及び燃料噴射ノズルで、燃料噴射ポンプにおいてプランジャを進退駆動するカム軸が、基準位置から設定角度だけ回転駆動されると、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）から燃料の噴射が開始（燃料噴射ノズルのニードルが閉位置から開位置側に移動し始める状態）されるように、燃料噴射ポンプ及び燃料噴射ノズルが設計され製作されているものがある。これにより、前述の基準位置及び設定角度に基づいて燃料噴射ポンプをエンジンに連結することによって、エンジンで設定されている噴射開始時期と、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期とを一致させることができる。
【０００３】
しかしながら、燃料噴射ポンプ及び燃料噴射ノズルの組立精度にはある程度のバラ付きがあり、燃料噴射ポンプにおいてカム軸が基準位置から設定角度とは異なる回転角度だけ回転駆動されると、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）から燃料の噴射が開始されるように、燃料噴射ポンプ及び燃料噴射ノズルが組み立てられていることがあるので、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期を実際に計測して、計測に基づく補正を加えながら、前述の基準位置及び設定角度に基づいて燃料噴射ポンプをエンジンに連結する必要がある。
【０００４】
この場合、閉位置から開位置側への変位を検出する変位センサー（例えばホール素子を使用した型式のもの）を、燃料噴射ノズルのニードルに対して設け、燃料噴射ポンプのカム軸の基準位置に対する回転角度を検出する角度センサーを設けて、変位センサーの検出を観察しながらカム軸を回転駆動することによって、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期に対応したカム軸の基準位置に対応する回転角度を検出する。このように、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期に対応したカム軸の基準位置に対応する回転角度を検出することによって、前述の基準位置及び設定角度に補正を設定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期を計測する変位センサーは一般に耐久性が低いものとなっており（例えば一つの変位センサーで、約１００個の燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の計測しか行えない）、変位センサーの価格も比較的高いものになっている。又、変位センサーはノイズの影響を受け易く、燃料噴射ノズルのニードルが閉位置から開位置側に変位する際の検出が不安定になる場合がある。
本発明は、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期を計測する場合において、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の計測が長期に亘り安定して行えるような燃料噴射ポンプにおける噴射開始時期の計測方法を得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の特徴によると、燃料噴射ノズルにおいてニードルの閉位置から開位置側への変位を検出する変位センサーを使用せずに、燃料噴射ポンプのプランジャから燃料噴射ノズルへの燃料の供給系の圧力を検出する圧力センサーを使用している。このような圧力センサーを使用した場合、請求項１の特徴では、圧力センサーの検出値の変化率と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との間に相関関係があることを発見しており、この相関関係を求めている。
【０００７】
請求項１の特徴によると、燃料噴射ポンプのプランジャを進退駆動するカム軸を回転駆動することによって、圧力センサーの検出値の変化率と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との相関関係を求めることにより、変位センサーを使用せずに圧力センサーによって、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期を特定することができる。
【０００８】
この場合、一般に耐久性が低く価格も比較的高い変位センサーに対して、圧力センサーは一般に耐久性が高く価格も比較的低いので、請求項１の特徴によると燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の計測が、圧力センサーによって長期に亘り低コストで行えるようになる。
又、変位センサーはノイズの影響を受け易く、燃料噴射ノズルのニードルが閉位置から開位置側に変位する際の検出が不安定になる場合があるのに対して、圧力センサーによる検出はノイズの影響を受け難く比較的安定しているので、請求項１の特徴によると燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の特定も精度良く行える。
【０００９】
請求項１の特徴によると、圧力センサーによる検出と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との相関関係のうち、圧力センサーの検出値の変化率と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との相関関係を求めている。燃料噴射ポンプのプランジャから燃料噴射ノズルへの燃料の供給系に圧力センサーを備えた場合、請求項１の特徴によると、圧力センサーの検出値の変化率に着目しており、圧力センサーの検出値の変化率の上昇が比較的急で且つ安定した状態があることを発見している。
【００１０】
請求項１の特徴によると、圧力センサーの検出値の変化率と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との相関関係を求めて、圧力センサーの検出値の変化率の上昇が比較的急で且つ安定した状態があることを利用する場合、圧力センサーの検出値の変化率が設定変化率に達したことを検出するのが、行い易い検出であることを発見している。請求項１の特徴によると、圧力センサーの検出値の変化率が設定変化率に達した時点が、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期に対応するものではなく、圧力センサーの検出値の変化率が設定変化率に達した時点から、設定時間だけ外れた時点（設定時間だけ遡った時点又は設定時間だけ経過した時点）が、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期に対応することを発見している。
これにより請求項１の特徴によると、圧力センサーの検出値の変化率が設定変化率に達した時点を検出すると言う行い易い検出に基づいて、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の特定が容易に精度良く行えるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
［１］
図１に燃料噴射ポンプ１の全体が示されており、ケース２に図１の紙面上下向きの４つのプランジャ３、プランジャ３を進退駆動する１つのカム軸４等が備えられ、燃料噴射量を制御するガバナ装置５が燃料噴射ポンプ１の横側面に連結されている。燃料噴射ポンプ１が連結されるエンジン６はディーゼル型式であり、図３に示すように、エンジン６の前部に駆動ギヤケース７が備えられており、エンジン６の横壁から出た駆動ギヤケース７の部分に燃料噴射ポンプ１が連結される。
【００１２】
燃料噴射ポンプ１の４つのプランジャ３の各々からのパイプ２６が、燃料噴射ノズル８に接続されている。図１に示すように燃焼噴射ノズル８は、噴射孔１８ａを備えたケース１８、ケース１８にスライド自在に支持されたニードル１９、ニードル１９を閉位置側に付勢する第１バネ２０、ニードル１９が開位置側（図１の紙面上方）に移動した際に接当するタペット２１、及びニードル１９によりタペット２１が押されることによりニードル１９を閉位置側に付勢する第２バネ２３を備えて構成されている。
【００１３】
次に、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期の計測を行う施設について説明する。
図１に示すように、燃料噴射ポンプ１が固定される支持台９、及び支持台９の燃料噴射ポンプ１のカム軸４に連結される主軸１０が備えられており、主軸１０にベルト伝動機構１１を介して接続される高速モータ１２、主軸１０にベルト伝動機構１３及びクラッチ１４を介して接続される低速モータ１５、主軸１０の回転数を検出する高回転用のロータリエンコーダ１６、及び主軸１０の角度を精密に検出する低回転用のロータリエンコーダ１７が備えられている。一つのパイプ２６において燃料噴射ノズル８に近い部分に、パイプ２６の内部の圧力を検出する圧力センサー２４（例えばピエゾ型式）が設けられており、圧力センサー２４の検出値が制御装置２２に入力されるように構成されている。
【００１４】
［２］
次に、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期の計測について図１，５，６に基づいて説明する。
図３に示すように、燃料噴射ポンプ１のカム軸４を駆動するエンジン６のクランク軸２５において、所定のシリンダのピストン（図示せず）が上死点となる位置を基準位置Ａ２として設定しており、クランク軸２５が基準位置Ａ２からどれだけの角度だけ回転すると、燃料噴射ポンプ１から燃料が噴射されるべきかの設定角度Ｂが、設計値として設定されている。
【００１５】
燃料噴射ポンプ１のカム軸４においても、図２（イ）に示すようにケース２に基準位置Ａ１（プランジャ３と同じ方向に向く位置）が設定され、基準位置Ａ１からカム軸４（キー溝４ａ）が前述の設定角度Ｂだけ回転すると、前述の所定のシリンダ（ピストン）に対応する燃料噴射ノズル８から燃料の噴射が開始されるように（燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始めるように）、燃料噴射ポンプ１が組み立てられる。しかしながら、燃料噴射ポンプ１の組立精度のバラ付きにより、カム軸４（キー溝４ａ）が前述の設定角度Ｂとは異なる角度に達すると燃料噴射ノズル８から燃料の噴射が開始されるように、燃料噴射ポンプ１が組み立てられていることがある。
【００１６】
図１に示すように、組み立てられた燃料噴射ポンプ１を垂直姿勢で支持台９に固定し、主軸１０を燃料噴射ポンプ１のカム軸４にキー（図示せず）により連結する（ステップＳ１）。この場合、図１に示すように低速モータ１５で主軸１０をゆっくりと回転させて、図２（イ）に示すようにカム軸４のキー溝４ａが垂直方向の上に向くように設定すると（ケース２の基準位置Ａ１にキー溝４ａが位置する状態）、カム軸４（キー溝４ａ）の位置がロータリエンコーダ１７によって検出され、ケース２の基準位置Ａ１として制御装置２２に記憶される（ステップＳ２）。
【００１７】
次に、高速モータ１２により主軸１０がエンジン６の定格回転数（例えば、１５００ｒｐｍ）で回転駆動されるのであり（ステップＳ３）、圧力センサー２４によりパイプ２６の内部の圧力が検出され、圧力センサー２４の検出値が制御装置２２に入力される。これにより、圧力センサー２４の検出値の変化率が設定変化率ＰＲに達すると（図５の時点Ｔ４）、この時点Ｔ４から設定時間Ｔ０３だけ遡った時点Ｔ２が、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期（燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始めた時点Ｔ２）として特定される。
【００１８】
前述のように燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期が特定されると、時点Ｔ４でのロータリエンコーダ１６の検出値に基づき、時点Ｔ２でのロータリエンコーダ１６の検出値が演算され、時点Ｔ２でのロータリエンコーダ１６の検出値が、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期に対応したカム軸４（キー溝４ａ）の基準位置Ａ１に対する回転角度Ｂ１として特定される（ステップＳ４）。設定角度Ｂと回転角度Ｂ１との角度差Ｃが検出され、角度差Ｃが制御装置２２に記憶される（ステップＳ５）。
【００１９】
［３］
圧力センサー２４の検出値の変化率が設定変化率ＰＲに達したことに基づき、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期が特定されることについて説明する。
シミュレーション及び実験によって、パイプ２６の内部の圧力（圧力センサー２４の検出値）、燃料噴射ノズル８のニードル１９の変位、及び燃料噴射ノズル８からの実際の燃料の噴射の３者には、互いに強い相関関係があることが求められており、この相関関係を図５に示す。
【００２０】
図５に示すように、燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始めるのに必要な計算値である設定圧力Ｐ１が事前に算出されているが、圧力センサー２４の検出値が上昇し設定圧力Ｐ１に達した時点Ｔ１から設定時間Ｔ０１の経過後に、燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始めるのであり（時点Ｔ２）、時点Ｔ２から設定時間Ｔ０２の経過後に、燃料噴射ノズル８から燃料の噴射が開始される（時点Ｔ３）。
【００２１】
その後、図５に示すように圧力センサー２４の検出値が急激に上昇していくのであり、圧力センサー２４の検出値の上昇が安定し（圧力センサー２４の検出値の変化率が一定値）、且つ圧力センサー２４の検出値の変化率が充分に大きい状態を、設定変化率ＰＲ（しきい値）としている。図５に示すように圧力センサー２４の検出値の変化率が設定変化率ＰＲに達した時点Ｔ４から、設定時間Ｔ０３だけ遡ると、燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始めた時点Ｔ２が特定される。
【００２２】
図５に示すような相関関係は、燃料噴射ポンプ１の型式や燃料噴射ノズル８の型式等の各々によって異なるものとなるので、燃料噴射ポンプ１の型式や燃料噴射ノズル８の型式等が変更される毎に、新たな相関関係を求める必要がある。この場合、燃料噴射ポンプ１の型式や燃料噴射ノズル８の型式等によっては、圧力センサー２４の検出値の変化率が設定変化率ＰＲに達した時点Ｔ４の後に、燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始める場合も考えられる。
【００２３】
［４］
次に、燃料噴射ポンプ１のエンジン６への連結について、図２（イ）（ロ）（ハ），３，４，６に基づいて説明する。
前項［２］［３］に記載のように、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期に対応したカム軸４（キー溝４ａ）の基準位置Ａ１に対する回転角度Ｂ１、設定角度Ｂと回転角度Ｂ１との角度差Ｃが検出されると（ステップＳ４，Ｓ５）、図１に示す低速モータ１５及びロータリエンコーダ１７により、図２（ロ）に示すようにカム軸４（キー溝４ａ）が、ケース２の基準位置Ａ１から角度差Ｃだけ回転操作され、角度Ｂ２でカム軸４が停止操作される（ステップＳ６）。
【００２４】
図２（ロ）に示すように、回転角度Ｂ１が設定角度Ｂの上手側（紙面反時計方向側）であると、カム軸４（キー溝４ａ）がケース２の基準位置Ａ１から前述と同じ上手側（紙面反時計方向側）に回転操作されるのであり、逆に回転角度Ｂ１が設定角度Ｂの下手側（紙面時計方向側）であると、カム軸４（キー溝４ａ）がケース２の基準位置Ａ１から前述と同じ下手側（紙面時計方向側）に回転操作される。
【００２５】
このようにカム軸４が角度Ｂで停止操作されると、図２（ロ）及び図４に示すように、セットボルト２８により、カム軸４（キー溝４ａ）を角度Ｂ２で固定して（ステップＳ７）、この後にカム軸４を主軸１０から外して、燃料噴射ポンプ１を支持台９から取り外す（ステップＳ８）。この場合、図４に示すようにカム軸４の外周にローレット加工が施されて滑り止め部４ｂが形成されており、セットボルト２８の先端をカム軸４の滑り止め部４ｂに当て付けることによって、セットボルト２８による固定後にカム軸４が滑って角度Ｂ２から回転するようなことがない。
【００２６】
図４に示すようにカム軸４の端部にベアリング２９が外嵌され、支持板３０及びビス３７により、ベアリング２９が燃料噴射ポンプ１のケース２に取り付けられている。これにより、カム軸４をセットボルト２８で固定した後、図４及び図２（ハ）に示すように、カム軸４の端部にキー３８によって第３駆動ギヤ３９を固定する（ステップＳ９）。
【００２７】
図３及び図４に示すように駆動ギヤケース７の蓋部７ａを開放した状態で、エンジン６のクランク軸２５（第１駆動ギヤ４１が固定されている）を、基準位置Ａ２に仮固定し（ステップＳ１０）、駆動ギヤケース７に第２駆動ギヤ４０を支持させる（ステップＳ１１）。この場合、第２駆動ギヤ４０には、１８０°位相が異なる一対の合いマーク４０ａが刻印されており、第１駆動ギヤ４１の合いマーク４１ａに第２駆動ギヤ４０の一方の合いマーク４０ａが一致するように、第２駆動ギヤ４０を第１駆動ギヤ４１に咬合させる。
【００２８】
次に図３及び図４に示すように、駆動ギヤケース７の開口部７ｂに燃料噴射ポンプ１の支持板３０及び第３駆動ギヤ３９を挿入しながら、第３駆動ギヤ３９の合いマーク３９ａが第２駆動ギヤ４０の他方の合いマーク４０ａに一致するように、燃料噴射ポンプ１のケース２をカム軸４周りに正逆に傾斜させながら（図３に示す構成では紙面時計方向）、第３駆動ギヤ３９を第２駆動ギヤ４０に咬合させて、燃料噴射ポンプ１のケース２を駆動ギヤケース７に当て付ける（ステップＳ１２）。
【００２９】
図４に示すように、駆動ギヤケース７の開口部７ｂの周囲に３つのボルト孔７ｃが形成され、図２（イ）に示すように燃料噴射ポンプ１のケース２において、駆動ギヤケース７のボルト孔７ｃに対向する位置に３つの長孔２ａが形成されている。
これにより、図３に示すように第３駆動ギヤ３９の合いマーク３９ａが第２駆動ギヤ４０の他方の合いマーク４０ａに一致するように、燃料噴射ポンプ１のケース２を、カム軸４周りに正逆に傾斜させながら駆動ギヤケース７に当て付けた状態において、図３及び図４に示すようにボルト４２をケース２の長孔２ａから駆動ギヤケース７のボルト孔７ｃに挿入し、ボルト４２により燃料噴射ポンプ１を駆動ギヤケース７に連結固定する（ステップＳ１３）。
【００３０】
図２（イ）に示すように、燃料噴射ポンプ１のケース２の所定位置に合いマーク２ｂが事前に刻印されており、図３に示すようにボルト４２で燃料噴射ポンプ１を駆動ギヤケース７に連結固定すると（ステップＳ１３）、ケース２の合いマーク２ｂに対応する駆動ギヤケース７の部分に、位置決めマーク７ｄを刻印する（ステップＳ１４）。
【００３１】
以上の操作が終了すると、駆動ギヤケース７の蓋部７ａを閉じ（ステップＳ１５）、燃料噴射ポンプ１のセットボルト２８を外して、エンジン６のクランク軸２５の仮固定を外すのであり（ステップＳ１６）、これによって１つの燃料噴射ポンプ１のエンジン６への連結が完了する。従って図３に示すように、エンジン６のクランク軸２５の基準位置Ａ２に、燃料噴射ポンプ１の角度Ｂ２（カム軸４（キー溝４ａ）がケース２の基準位置Ａ１から角度差Ｃだけ回転操作された角度）を、一致させることができるのであり、燃料噴射ポンプ１の設定角度Ｂに、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期に対応したカム軸４（キー溝４ａ）の基準位置Ａ１に対する回転角度Ｂ１を、一致させることができる。
【００３２】
［発明の実施の別形態］
図５に示す相関関係では、燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始めた時点Ｔ２を、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期としているが、時点Ｔ２から設定時間Ｔ０２の経過後の燃料噴射ノズル８から燃料の噴射が開始される時点Ｔ３を、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期としてもよい。
【００３３】
図３及び図４に示す構造では、燃料噴射ポンプ１のカム軸４とエンジン６のクランク軸２５とを第１〜第３駆動ギヤ４１，４０，３９を介して連動連結するように構成しているが、燃料噴射ポンプ１のカム軸４の端部と、エンジン６側の駆動軸の端部とを、突き合わせて１つのキー（図示せず）により連結するように構成してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１の特徴によると、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期を計測する場合において、燃料噴射ノズルにおけるニードルの閉位置から開位置側への変位を検出する変位センサーを使用せずに、燃料噴射ポンプのプランジャから燃料噴射ノズルへの燃料の供給系の圧力を検出する圧力センサーを使用し、圧力センサーの検出値の変化率と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との相関関係を求めることによって、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の計測が、圧力センサーによって長期に亘り低コストで精度良く行えるようになった。
これにより、請求項１の特徴によると、燃料噴射ポンプをエンジンに連結する際に、エンジンで設定されている噴射開始時期と、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期とを精度よく一致させることができるようになって、エンジンの出力を安定させることができ、エンジンの排出するＮＯＸのばら付き及び濃度を抑えることができるようになった。
【００３５】
請求項１の特徴によると、圧力センサーの検出値の変化率と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との相関関係を求めて、圧力センサーの検出値の変化率の上昇が比較的急で且つ安定した状態があることを利用する場合、圧力センサーの検出値の変化率が設定変化率に達した時点から、設定時間だけ外れた時点（設定時間だけ遡った時点又は設定時間だけ経過した時点）を、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期とすることにより、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期をさらに精度良く特定することができるようになった。これにより、請求項１の特徴によると、エンジンの出力をさらに安定させることができ、エンジンの排出するＮＯＸのばら付き及び濃度をさらに抑えることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の計測を行う施設の全体を示す図
【図２】 燃料噴射ポンプにおいて、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期に対応するカム軸（キー溝）の基準位置に対する回転角度の検出から、カム軸の固定及び第３駆動ギヤの取り付けまでの流れを示す図
【図３】 図２の状態後に燃料噴射ポンプをエンジンに連結した状態を示す図
【図４】 燃料噴射ポンプにおけるカム軸の端部及び第３駆動ギヤ付近の断面図
【図５】 パイプの内部の圧力（圧力センサーの検出値）、燃料噴射ノズルのニードルの変位、及び燃料噴射ノズルからの実際の燃料の噴射の３者の相関関係を示す図
【図６】 燃料噴射ポンプのエンジンへの連結の流れを示す図
【符号の説明】
１ 燃料噴射ポンプ
３ プランジャ
４ カム軸
６ エンジン
８ 燃料噴射ノズル
１６ 角度センサー
２４ 圧力センサー
２６ 供給系
Ａ１ 基準位置
Ｂ１ 回転角度
ＰＲ 設定変化率
Ｔ２，Ｔ４ 時点
Ｔ０３ 設定時間
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル型式やガソリン型式のエンジンで使用される燃料噴射ポンプ（プランジャがエンジンにより機械的に進退駆動される型式）、並びに燃料噴射ノズルにおいて、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期を計測する計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射ポンプ及び燃料噴射ノズルで、燃料噴射ポンプにおいてプランジャを進退駆動するカム軸が、基準位置から設定角度だけ回転駆動されると、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）から燃料の噴射が開始（燃料噴射ノズルのニードルが閉位置から開位置側に移動し始める状態）されるように、燃料噴射ポンプ及び燃料噴射ノズルが設計され製作されているものがある。これにより、前述の基準位置及び設定角度に基づいて燃料噴射ポンプをエンジンに連結することによって、エンジンで設定されている噴射開始時期と、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期とを一致させることができる。
【０００３】
しかしながら、燃料噴射ポンプ及び燃料噴射ノズルの組立精度にはある程度のバラ付きがあり、燃料噴射ポンプにおいてカム軸が基準位置から設定角度とは異なる回転角度だけ回転駆動されると、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）から燃料の噴射が開始されるように、燃料噴射ポンプ及び燃料噴射ノズルが組み立てられていることがあるので、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期を実際に計測して、計測に基づく補正を加えながら、前述の基準位置及び設定角度に基づいて燃料噴射ポンプをエンジンに連結する必要がある。
【０００４】
この場合、閉位置から開位置側への変位を検出する変位センサー（例えばホール素子を使用した型式のもの）を、燃料噴射ノズルのニードルに対して設け、燃料噴射ポンプのカム軸の基準位置に対する回転角度を検出する角度センサーを設けて、変位センサーの検出を観察しながらカム軸を回転駆動することによって、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期に対応したカム軸の基準位置に対応する回転角度を検出する。このように、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期に対応したカム軸の基準位置に対応する回転角度を検出することによって、前述の基準位置及び設定角度に補正を設定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期を計測する変位センサーは一般に耐久性が低いものとなっており（例えば一つの変位センサーで、約１００個の燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の計測しか行えない）、変位センサーの価格も比較的高いものになっている。又、変位センサーはノイズの影響を受け易く、燃料噴射ノズルのニードルが閉位置から開位置側に変位する際の検出が不安定になる場合がある。
本発明は、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期を計測する場合において、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の計測が長期に亘り安定して行えるような燃料噴射ポンプにおける噴射開始時期の計測方法を得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の特徴によると、燃料噴射ノズルにおいてニードルの閉位置から開位置側への変位を検出する変位センサーを使用せずに、燃料噴射ポンプのプランジャから燃料噴射ノズルへの燃料の供給系の圧力を検出する圧力センサーを使用している。このような圧力センサーを使用した場合、請求項１の特徴では、圧力センサーの検出値の変化率と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との間に相関関係があることを発見しており、この相関関係を求めている。
【０００７】
請求項１の特徴によると、燃料噴射ポンプのプランジャを進退駆動するカム軸を回転駆動することによって、圧力センサーの検出値の変化率と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との相関関係を求めることにより、変位センサーを使用せずに圧力センサーによって、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期を特定することができる。
【０００８】
この場合、一般に耐久性が低く価格も比較的高い変位センサーに対して、圧力センサーは一般に耐久性が高く価格も比較的低いので、請求項１の特徴によると燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の計測が、圧力センサーによって長期に亘り低コストで行えるようになる。
又、変位センサーはノイズの影響を受け易く、燃料噴射ノズルのニードルが閉位置から開位置側に変位する際の検出が不安定になる場合があるのに対して、圧力センサーによる検出はノイズの影響を受け難く比較的安定しているので、請求項１の特徴によると燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の特定も精度良く行える。
【０００９】
請求項１の特徴によると、圧力センサーによる検出と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との相関関係のうち、圧力センサーの検出値の変化率と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との相関関係を求めている。燃料噴射ポンプのプランジャから燃料噴射ノズルへの燃料の供給系に圧力センサーを備えた場合、請求項１の特徴によると、圧力センサーの検出値の変化率に着目しており、圧力センサーの検出値の変化率の上昇が比較的急で且つ安定した状態があることを発見している。
【００１０】
請求項１の特徴によると、圧力センサーの検出値の変化率と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との相関関係を求めて、圧力センサーの検出値の変化率の上昇が比較的急で且つ安定した状態があることを利用する場合、圧力センサーの検出値の変化率が設定変化率に達したことを検出するのが、行い易い検出であることを発見している。請求項１の特徴によると、圧力センサーの検出値の変化率が設定変化率に達した時点が、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期に対応するものではなく、圧力センサーの検出値の変化率が設定変化率に達した時点から、設定時間だけ外れた時点（設定時間だけ遡った時点又は設定時間だけ経過した時点）が、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期に対応することを発見している。
これにより請求項１の特徴によると、圧力センサーの検出値の変化率が設定変化率に達した時点を検出すると言う行い易い検出に基づいて、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の特定が容易に精度良く行えるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
［１］
図１に燃料噴射ポンプ１の全体が示されており、ケース２に図１の紙面上下向きの４つのプランジャ３、プランジャ３を進退駆動する１つのカム軸４等が備えられ、燃料噴射量を制御するガバナ装置５が燃料噴射ポンプ１の横側面に連結されている。燃料噴射ポンプ１が連結されるエンジン６はディーゼル型式であり、図３に示すように、エンジン６の前部に駆動ギヤケース７が備えられており、エンジン６の横壁から出た駆動ギヤケース７の部分に燃料噴射ポンプ１が連結される。
【００１２】
燃料噴射ポンプ１の４つのプランジャ３の各々からのパイプ２６が、燃料噴射ノズル８に接続されている。図１に示すように燃焼噴射ノズル８は、噴射孔１８ａを備えたケース１８、ケース１８にスライド自在に支持されたニードル１９、ニードル１９を閉位置側に付勢する第１バネ２０、ニードル１９が開位置側（図１の紙面上方）に移動した際に接当するタペット２１、及びニードル１９によりタペット２１が押されることによりニードル１９を閉位置側に付勢する第２バネ２３を備えて構成されている。
【００１３】
次に、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期の計測を行う施設について説明する。
図１に示すように、燃料噴射ポンプ１が固定される支持台９、及び支持台９の燃料噴射ポンプ１のカム軸４に連結される主軸１０が備えられており、主軸１０にベルト伝動機構１１を介して接続される高速モータ１２、主軸１０にベルト伝動機構１３及びクラッチ１４を介して接続される低速モータ１５、主軸１０の回転数を検出する高回転用のロータリエンコーダ１６、及び主軸１０の角度を精密に検出する低回転用のロータリエンコーダ１７が備えられている。一つのパイプ２６において燃料噴射ノズル８に近い部分に、パイプ２６の内部の圧力を検出する圧力センサー２４（例えばピエゾ型式）が設けられており、圧力センサー２４の検出値が制御装置２２に入力されるように構成されている。
【００１４】
［２］
次に、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期の計測について図１，５，６に基づいて説明する。
図３に示すように、燃料噴射ポンプ１のカム軸４を駆動するエンジン６のクランク軸２５において、所定のシリンダのピストン（図示せず）が上死点となる位置を基準位置Ａ２として設定しており、クランク軸２５が基準位置Ａ２からどれだけの角度だけ回転すると、燃料噴射ポンプ１から燃料が噴射されるべきかの設定角度Ｂが、設計値として設定されている。
【００１５】
燃料噴射ポンプ１のカム軸４においても、図２（イ）に示すようにケース２に基準位置Ａ１（プランジャ３と同じ方向に向く位置）が設定され、基準位置Ａ１からカム軸４（キー溝４ａ）が前述の設定角度Ｂだけ回転すると、前述の所定のシリンダ（ピストン）に対応する燃料噴射ノズル８から燃料の噴射が開始されるように（燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始めるように）、燃料噴射ポンプ１が組み立てられる。しかしながら、燃料噴射ポンプ１の組立精度のバラ付きにより、カム軸４（キー溝４ａ）が前述の設定角度Ｂとは異なる角度に達すると燃料噴射ノズル８から燃料の噴射が開始されるように、燃料噴射ポンプ１が組み立てられていることがある。
【００１６】
図１に示すように、組み立てられた燃料噴射ポンプ１を垂直姿勢で支持台９に固定し、主軸１０を燃料噴射ポンプ１のカム軸４にキー（図示せず）により連結する（ステップＳ１）。この場合、図１に示すように低速モータ１５で主軸１０をゆっくりと回転させて、図２（イ）に示すようにカム軸４のキー溝４ａが垂直方向の上に向くように設定すると（ケース２の基準位置Ａ１にキー溝４ａが位置する状態）、カム軸４（キー溝４ａ）の位置がロータリエンコーダ１７によって検出され、ケース２の基準位置Ａ１として制御装置２２に記憶される（ステップＳ２）。
【００１７】
次に、高速モータ１２により主軸１０がエンジン６の定格回転数（例えば、１５００ｒｐｍ）で回転駆動されるのであり（ステップＳ３）、圧力センサー２４によりパイプ２６の内部の圧力が検出され、圧力センサー２４の検出値が制御装置２２に入力される。これにより、圧力センサー２４の検出値の変化率が設定変化率ＰＲに達すると（図５の時点Ｔ４）、この時点Ｔ４から設定時間Ｔ０３だけ遡った時点Ｔ２が、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期（燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始めた時点Ｔ２）として特定される。
【００１８】
前述のように燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期が特定されると、時点Ｔ４でのロータリエンコーダ１６の検出値に基づき、時点Ｔ２でのロータリエンコーダ１６の検出値が演算され、時点Ｔ２でのロータリエンコーダ１６の検出値が、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期に対応したカム軸４（キー溝４ａ）の基準位置Ａ１に対する回転角度Ｂ１として特定される（ステップＳ４）。設定角度Ｂと回転角度Ｂ１との角度差Ｃが検出され、角度差Ｃが制御装置２２に記憶される（ステップＳ５）。
【００１９】
［３］
圧力センサー２４の検出値の変化率が設定変化率ＰＲに達したことに基づき、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期が特定されることについて説明する。
シミュレーション及び実験によって、パイプ２６の内部の圧力（圧力センサー２４の検出値）、燃料噴射ノズル８のニードル１９の変位、及び燃料噴射ノズル８からの実際の燃料の噴射の３者には、互いに強い相関関係があることが求められており、この相関関係を図５に示す。
【００２０】
図５に示すように、燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始めるのに必要な計算値である設定圧力Ｐ１が事前に算出されているが、圧力センサー２４の検出値が上昇し設定圧力Ｐ１に達した時点Ｔ１から設定時間Ｔ０１の経過後に、燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始めるのであり（時点Ｔ２）、時点Ｔ２から設定時間Ｔ０２の経過後に、燃料噴射ノズル８から燃料の噴射が開始される（時点Ｔ３）。
【００２１】
その後、図５に示すように圧力センサー２４の検出値が急激に上昇していくのであり、圧力センサー２４の検出値の上昇が安定し（圧力センサー２４の検出値の変化率が一定値）、且つ圧力センサー２４の検出値の変化率が充分に大きい状態を、設定変化率ＰＲ（しきい値）としている。図５に示すように圧力センサー２４の検出値の変化率が設定変化率ＰＲに達した時点Ｔ４から、設定時間Ｔ０３だけ遡ると、燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始めた時点Ｔ２が特定される。
【００２２】
図５に示すような相関関係は、燃料噴射ポンプ１の型式や燃料噴射ノズル８の型式等の各々によって異なるものとなるので、燃料噴射ポンプ１の型式や燃料噴射ノズル８の型式等が変更される毎に、新たな相関関係を求める必要がある。この場合、燃料噴射ポンプ１の型式や燃料噴射ノズル８の型式等によっては、圧力センサー２４の検出値の変化率が設定変化率ＰＲに達した時点Ｔ４の後に、燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始める場合も考えられる。
【００２３】
［４］
次に、燃料噴射ポンプ１のエンジン６への連結について、図２（イ）（ロ）（ハ），３，４，６に基づいて説明する。
前項［２］［３］に記載のように、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期に対応したカム軸４（キー溝４ａ）の基準位置Ａ１に対する回転角度Ｂ１、設定角度Ｂと回転角度Ｂ１との角度差Ｃが検出されると（ステップＳ４，Ｓ５）、図１に示す低速モータ１５及びロータリエンコーダ１７により、図２（ロ）に示すようにカム軸４（キー溝４ａ）が、ケース２の基準位置Ａ１から角度差Ｃだけ回転操作され、角度Ｂ２でカム軸４が停止操作される（ステップＳ６）。
【００２４】
図２（ロ）に示すように、回転角度Ｂ１が設定角度Ｂの上手側（紙面反時計方向側）であると、カム軸４（キー溝４ａ）がケース２の基準位置Ａ１から前述と同じ上手側（紙面反時計方向側）に回転操作されるのであり、逆に回転角度Ｂ１が設定角度Ｂの下手側（紙面時計方向側）であると、カム軸４（キー溝４ａ）がケース２の基準位置Ａ１から前述と同じ下手側（紙面時計方向側）に回転操作される。
【００２５】
このようにカム軸４が角度Ｂで停止操作されると、図２（ロ）及び図４に示すように、セットボルト２８により、カム軸４（キー溝４ａ）を角度Ｂ２で固定して（ステップＳ７）、この後にカム軸４を主軸１０から外して、燃料噴射ポンプ１を支持台９から取り外す（ステップＳ８）。この場合、図４に示すようにカム軸４の外周にローレット加工が施されて滑り止め部４ｂが形成されており、セットボルト２８の先端をカム軸４の滑り止め部４ｂに当て付けることによって、セットボルト２８による固定後にカム軸４が滑って角度Ｂ２から回転するようなことがない。
【００２６】
図４に示すようにカム軸４の端部にベアリング２９が外嵌され、支持板３０及びビス３７により、ベアリング２９が燃料噴射ポンプ１のケース２に取り付けられている。これにより、カム軸４をセットボルト２８で固定した後、図４及び図２（ハ）に示すように、カム軸４の端部にキー３８によって第３駆動ギヤ３９を固定する（ステップＳ９）。
【００２７】
図３及び図４に示すように駆動ギヤケース７の蓋部７ａを開放した状態で、エンジン６のクランク軸２５（第１駆動ギヤ４１が固定されている）を、基準位置Ａ２に仮固定し（ステップＳ１０）、駆動ギヤケース７に第２駆動ギヤ４０を支持させる（ステップＳ１１）。この場合、第２駆動ギヤ４０には、１８０°位相が異なる一対の合いマーク４０ａが刻印されており、第１駆動ギヤ４１の合いマーク４１ａに第２駆動ギヤ４０の一方の合いマーク４０ａが一致するように、第２駆動ギヤ４０を第１駆動ギヤ４１に咬合させる。
【００２８】
次に図３及び図４に示すように、駆動ギヤケース７の開口部７ｂに燃料噴射ポンプ１の支持板３０及び第３駆動ギヤ３９を挿入しながら、第３駆動ギヤ３９の合いマーク３９ａが第２駆動ギヤ４０の他方の合いマーク４０ａに一致するように、燃料噴射ポンプ１のケース２をカム軸４周りに正逆に傾斜させながら（図３に示す構成では紙面時計方向）、第３駆動ギヤ３９を第２駆動ギヤ４０に咬合させて、燃料噴射ポンプ１のケース２を駆動ギヤケース７に当て付ける（ステップＳ１２）。
【００２９】
図４に示すように、駆動ギヤケース７の開口部７ｂの周囲に３つのボルト孔７ｃが形成され、図２（イ）に示すように燃料噴射ポンプ１のケース２において、駆動ギヤケース７のボルト孔７ｃに対向する位置に３つの長孔２ａが形成されている。
これにより、図３に示すように第３駆動ギヤ３９の合いマーク３９ａが第２駆動ギヤ４０の他方の合いマーク４０ａに一致するように、燃料噴射ポンプ１のケース２を、カム軸４周りに正逆に傾斜させながら駆動ギヤケース７に当て付けた状態において、図３及び図４に示すようにボルト４２をケース２の長孔２ａから駆動ギヤケース７のボルト孔７ｃに挿入し、ボルト４２により燃料噴射ポンプ１を駆動ギヤケース７に連結固定する（ステップＳ１３）。
【００３０】
図２（イ）に示すように、燃料噴射ポンプ１のケース２の所定位置に合いマーク２ｂが事前に刻印されており、図３に示すようにボルト４２で燃料噴射ポンプ１を駆動ギヤケース７に連結固定すると（ステップＳ１３）、ケース２の合いマーク２ｂに対応する駆動ギヤケース７の部分に、位置決めマーク７ｄを刻印する（ステップＳ１４）。
【００３１】
以上の操作が終了すると、駆動ギヤケース７の蓋部７ａを閉じ（ステップＳ１５）、燃料噴射ポンプ１のセットボルト２８を外して、エンジン６のクランク軸２５の仮固定を外すのであり（ステップＳ１６）、これによって１つの燃料噴射ポンプ１のエンジン６への連結が完了する。従って図３に示すように、エンジン６のクランク軸２５の基準位置Ａ２に、燃料噴射ポンプ１の角度Ｂ２（カム軸４（キー溝４ａ）がケース２の基準位置Ａ１から角度差Ｃだけ回転操作された角度）を、一致させることができるのであり、燃料噴射ポンプ１の設定角度Ｂに、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期に対応したカム軸４（キー溝４ａ）の基準位置Ａ１に対する回転角度Ｂ１を、一致させることができる。
【００３２】
［発明の実施の別形態］
図５に示す相関関係では、燃料噴射ノズル８のニードル１９が閉位置から開位置側に変位し始めた時点Ｔ２を、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期としているが、時点Ｔ２から設定時間Ｔ０２の経過後の燃料噴射ノズル８から燃料の噴射が開始される時点Ｔ３を、燃料噴射ポンプ１（燃料噴射ノズル８）の噴射開始時期としてもよい。
【００３３】
図３及び図４に示す構造では、燃料噴射ポンプ１のカム軸４とエンジン６のクランク軸２５とを第１〜第３駆動ギヤ４１，４０，３９を介して連動連結するように構成しているが、燃料噴射ポンプ１のカム軸４の端部と、エンジン６側の駆動軸の端部とを、突き合わせて１つのキー（図示せず）により連結するように構成してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１の特徴によると、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期を計測する場合において、燃料噴射ノズルにおけるニードルの閉位置から開位置側への変位を検出する変位センサーを使用せずに、燃料噴射ポンプのプランジャから燃料噴射ノズルへの燃料の供給系の圧力を検出する圧力センサーを使用し、圧力センサーの検出値の変化率と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との相関関係を求めることによって、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の計測が、圧力センサーによって長期に亘り低コストで精度良く行えるようになった。
これにより、請求項１の特徴によると、燃料噴射ポンプをエンジンに連結する際に、エンジンで設定されている噴射開始時期と、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期とを精度よく一致させることができるようになって、エンジンの出力を安定させることができ、エンジンの排出するＮＯＸのばら付き及び濃度を抑えることができるようになった。
【００３５】
請求項１の特徴によると、圧力センサーの検出値の変化率と燃料噴射ノズルの噴射開始時期との相関関係を求めて、圧力センサーの検出値の変化率の上昇が比較的急で且つ安定した状態があることを利用する場合、圧力センサーの検出値の変化率が設定変化率に達した時点から、設定時間だけ外れた時点（設定時間だけ遡った時点又は設定時間だけ経過した時点）を、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期とすることにより、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期をさらに精度良く特定することができるようになった。これにより、請求項１の特徴によると、エンジンの出力をさらに安定させることができ、エンジンの排出するＮＯＸのばら付き及び濃度をさらに抑えることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期の計測を行う施設の全体を示す図
【図２】 燃料噴射ポンプにおいて、燃料噴射ポンプ（燃料噴射ノズル）の噴射開始時期に対応するカム軸（キー溝）の基準位置に対する回転角度の検出から、カム軸の固定及び第３駆動ギヤの取り付けまでの流れを示す図
【図３】 図２の状態後に燃料噴射ポンプをエンジンに連結した状態を示す図
【図４】 燃料噴射ポンプにおけるカム軸の端部及び第３駆動ギヤ付近の断面図
【図５】 パイプの内部の圧力（圧力センサーの検出値）、燃料噴射ノズルのニードルの変位、及び燃料噴射ノズルからの実際の燃料の噴射の３者の相関関係を示す図
【図６】 燃料噴射ポンプのエンジンへの連結の流れを示す図
【符号の説明】
１ 燃料噴射ポンプ
３ プランジャ
４ カム軸
６ エンジン
８ 燃料噴射ノズル
１６ 角度センサー
２４ 圧力センサー
２６ 供給系
Ａ１ 基準位置
Ｂ１ 回転角度
ＰＲ 設定変化率
Ｔ２，Ｔ４ 時点
Ｔ０３ 設定時間
Claims (1)
- 組み立てられた燃料噴射ポンプ（１）をエンジンに取り付ける前の状態において、燃料噴射ポンプのプランジャ（３）から燃料噴射ノズル（８）への燃料の供給系に圧力センサー（２４）を備え、前記プランジャを進退駆動するカム軸（４）の基準位置（Ａ１）に対する回転角度（Ｂ１）を検出する角度センサー（１６）を備えて、
前記圧力センサーの検出値の変化率と前記燃料噴射ノズルの噴射開始時期との相関関係を求め、
前記カム軸（４）を回転駆動することにより、前記相関関係に基づいて前記圧力センサーの検出値の変化率が設定変化率に達した時点から設定時間だけ外れた時点での前記角度センサーの検出値を、噴射開始時期に対応したカム軸の基準位置（Ａ１）に対する回転角度（Ｂ１）とする燃料噴射ポンプにおける噴射開始時期の計測方法。
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