JPH0321741B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電磁弁溢流式の燃料噴射量制御装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から、燃料噴射ポンプの燃料加圧室の圧力
を電磁弁にて低圧室側へ溢流することにより、前
記噴射ポンプの機関への燃料噴射を終了させ噴射
量を制御する燃料噴射量制御装置が提案されてい
る（例えば、特公昭51−34936号公報）。このよう
な装置に使用され電磁弁を大きく２つに分類する
と、 (1) 電流を遮断していると閉弁しており、電流を
通電すると開弁する常閉弁式電磁弁、 (2) 電流を通電していると閉弁しており、電流を
遮断すると開弁する常開弁式電磁弁、 とに分類される。

また一般に電磁弁を駆動する方法は、第２図ａ
に示す如く、電磁弁８をパワートランジスタで直
接駆動したり、第２図ｂに示す如く最大電流を制
限する為の抵抗を直列に挿入して駆動する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような方式の駆動回路で電磁弁を駆動する
とバツテリ電圧等の変動により、電磁弁に流れる
電流が変動する。その様子を第３図に示す。例え
ば第３図に示す矩形波の駆動信号でトランジス
タを駆動した場合、電磁弁に流れる電流は第３図
で示すようになる。ここで実線はバツテリ電圧
の低い時、点線はバツテリ電圧の高い時の電流波
形を示す。バツテリ電圧の高い時は、低い時と比
較して電流の立上りが急で、最終的に落ち着く電
流値も大きい。ここで、時刻t₁で駆動信号をOFF
して電流を遮断するとの電流波形は、バツテリ
電圧の高い場合と低い場合とも、少々の時間遅れ
の後立下る。この時のポンプの燃料噴射波形は、
の如くなる。バツテリ電圧の低い時は、遮断時
の電流値が低いので、比較的少ない遅れ時間T₁
後に噴射が終了する。バツテリ電圧の高い時に
は、低い時と比較して遮断時の電流が高いので、
電磁弁内の渦電流等の影響により磁力の消滅が遅
く、T₁より大きい遅れ時間T₂後に噴射が終了す
る。このように、従来方式では同じタイミングt₁
で噴射終了信号を発生してもバツテリ電圧の高低
により、噴射量が変化してしまうという問題があ
る。

即ち、燃料噴射ポンプでは、機関回転に従つて
往復動されるプランジヤの圧送行程が開始するタ
イミングに従つて自動的に燃料噴射が開始される
ため、噴射開始のタイミングはメカ的に定まつて
いるものであり、バツテリ電圧の影響を受けない
ので特に噴射終了時のバツテリ電圧の変動が噴射
量に多大な影響を及ぼすのである。

従来、特開昭57−203829号公報により、噴射の
開始および終了の両方を定電流制御するものが知
られているが、このものは加圧プランジヤを持た
ないガソリンエンジンの常閉式のインジエクタに
関するものであり、詳しくは、噴射の開始と終了
双方を定電流制御することでインジエクタに印加
する電圧の大きさを噴射期間中一定とするもので
あり、複雑な回路を必要としていた。また、目標
噴射量が極めて小さい場合、一定電圧まで昇圧で
きないこともあつた。

本発明は、燃料噴射ポンプの調量用の電磁弁が
常閉式でなく常開式であること、および、噴射の
開始がプランジヤの燃料圧送により自動的に行わ
れることに着目し、これらの特有の構造をうまく
利用して、上述した常閉式の弁では考えられない
通電のタイミングを適正に設定する構成により、
バツテリ電圧の変化等に対する噴射量の変動をな
くすことを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、本発明では、電磁弁として常開弁式
電磁弁を用い、噴射終了時、即ち電磁弁の電流遮
断時の電流値を、バツテリ電圧の高低等に関係な
く常に一定に保つように構成している。

〔実施例〕

以下具体的な実施例にもとづいて本発明の説明
を行なう。第１図は電磁弁溢流式の燃料噴射量制
御システムの構成図であり、公知のデイーゼル機
関２０用フエイスカム式分配型噴射ポンプ１に本
発明を適用した場合の噴射ポンプの部分断面を含
む構成を示す。このポンプ１は、フエイスカム３
により回転往復運動するプランジヤ２により吸入
ポート９から吸入された燃料を、加圧室としての
ポンプ室５にて加圧し、各気筒への分配ポート６
より吸い戻し弁４を経て燃料噴射ノズル３０へと
圧送する形式のもである。本発明では上記の構成
に加えて、ポンプ室５の圧力が加わり常時連通し
ている溢流ポート（溢流通路）７の一端に電磁弁
８を配置し、この電磁弁を開弁すると前記ポンプ
室５内の高圧燃料が、低圧のハウジング内７０へ
溢流するようにしてある。尚、この電磁弁８の開
閉動作は制御回路１０により制御される。

運転条件検出器２２〜２７は、基準位置を検出
する基準位置センサ２２、アクセル操作量を検出
するアクセルセンサ２３、吸気圧を検出する吸気
圧センサ２４、吸気温を検出する吸気温センサ２
５、機関の冷却水温を検出する冷却水温センサ２
６、およびキースイツチ２７とから構成される。

基準位置センサ２２は、燃料噴射ポンプ１のプ
ランジヤ２の回転位置を検出するものであり、そ
の構成は第４図の左側に図示する如きものであ
る。即ち、基準位置センサ２２は、ドライブシヤ
フトと同一回転数のプランジヤ２に設置された突
起２２１と、この突起２２１の回転に伴なう磁束
変化に応じて第４図図示点ａの電圧波形が第５図
Ａに図示する如き交流電圧信号を発生する電磁ピ
ツクアツプ２２２とを備えている。そして、基準
位置センサ２２から出力された交流電圧信号は第
４図の右側に図示する如き、電気回路構成をもつ
波形整形回路１３により波形整形され、第４図図
示点ｂの電圧波形、つまり第５図Ｂ図示の如きパ
ルス電圧信号が中央処理ユニツト（CPU）１１
に入力される。CPU１１はこの信号の入力され
た時期で基準位置を認識し、連続する２つの基準
信号の時間間隔から回転数を算出する。この基準
位置センサ２２の信号に基づく第５図Ｂのパルス
信号は、プランジヤストロークに対しては機械的
には固定された位置で出力されるため、後で詳述
するごとく、電磁弁８の開弁タイミングと閉弁タ
イミングとを決定するための基準とすることがで
きる。

アクセルセンサ２３は、第６図に示す２３は、
第６図に示する如く、ポテンシヨメーターを用い
てアクセル操作量に比例したアナログ電圧信号を
出力する。そして、この出力信号はアナログ／デ
イタル変換回路１２によりデイジタル信号に変換
された上でCPU１１に入力される。

電磁弁８は、第７図に図示する如き構成をと
る。

コイル８１を保持し磁気回路を形成するコア８
２、可動部分であるムービングコア８３、このム
ービングコア８３と直結されるニードル８４、溢
流ポート７に通じるポート８ａ、及びポンプ低圧
室への通路７０ａを有するノズルボデイ８５、並
びにリターンバネ８６から成り立つている。ムー
ビングコア８３及びニードル８４はコイル８１に
通電されるとリターンバネ８６にうちかつて矢印
Ｍの方向に動きポート７ａ及び通電７０ａが遮断
する（第７図の状態）。電流を切ればポート７ａ
と通路７０ａは連通された状態となる。

制御回路１０は第１図に示する如く、上記
CPU１１と、波形整形回路１３と、アナログ／
デイジタル変換回路１２と、読出し専用メモリ
（ROM）１４と、読出し書込み可能なメモリ
（RAM）１５と、CPU１１からの信号をパワー
増幅して電磁弁８を駆動する駆動回路１６とから
構成されている。

（ROM）１４には処理を実行するためのプロ
グラムが予め格納されている。また、ROM１４
には第８図に図示する如く噴射量特性ガバナパタ
ーンに対応する基本噴射量データが第９図に示す
如き２次元マツプ、即ちプランジヤ２の回転数Ｎ
データとアクセル操作量αデータとでアドレス指
定されるアドレスに対応する基本噴射量Qp（Ｎ、
α）データをストアしてなる基本噴射量マツプ
（記憶パターン）として、予め格納されている。
さらに、ROM１４には第１０図に示す如き基本
噴射量Qpと回転数Ｎとでアドレス指定されるア
ドレスに対応する目標噴射期間Qt（Ｎ、Qp）デー
タをストアしてなる記憶パターンが予め格納され
ている。

駆動回路１６は、第１１図に示すような構成と
なつている。CPU１１からは第１２図で示し
たような駆動信号が入力される。先に第３図でも
示したとおり、プランジヤの圧送行程が開始する
のとほぼ同時にの波形のごとく噴射が行われ
る。燃料噴射をプランジヤの加圧力により自動的
に開始させるためには、第３図に実線で示した
ような、バツテリ電圧が低く駆動電流の立上がり
が最も遅い状態であつても、噴射が開始する時点
までには既に電磁弁８を開状態に保持するのに必
要な所定の電流値I₀に達していることが条件とな
る。

従つて第１２図に示した駆動信号は、このよ
うな条件を満たすべく第１のタイミングt₁でCPU
１１（第１の手段）より発生されるものであり、
この第１のタイミングt₁は後述するごとく、基準
位置信号の出力タイミングを基準として第１５図
のステツプ２２１，２２２にて決定される。バツ
フア１６１は、例えば東芝社製CMOS IC
TC4050で、Ｕの出力ポートの駆動能力を補助す
る為の電流増幅器である。従つて出力波形は入力
波形と同様の第１２図となる。抵抗１６２，１
６３は分圧抵抗器で、バツフア１６１からの信号
を分圧するのでｄ点の波形は第１２図の如くな
る。電磁弁８の電流値が所定値I₀に達する第２の
タイミングは第１２図の時刻t₂に相当し、時刻t₂
以後この電流値を保持する第２の手段は、第１１
図の抵抗１６２，１６３，１６５，１６７、オペ
アンプ１６４、トランジスタ１６６により実現さ
れる。

CPUから電磁弁駆動信号が駆動回路１６に入
力されると、バツフア１６１の出力電圧が抵抗１
６２，１６３で分圧された電圧V_Sがｄ点に発生
する。一方、トランジスタ１６６で駆動された電
磁弁コイル８１に流れる電流は抵抗１６７にも流
れ、電流の大きさに比例した電圧（V_Iとする）
が抵抗１６７の両端に発生する。オペアンプ１６
４は、V_SとV_Iとが一致するべくトランジスタ１
６６の駆動電圧をコントロールすることにより、
コイル８１に定電流I₀を流すため、抵抗１６２，
１６３の値としては、分圧後のV_Sが電流I₀に相当
するV_Iと一致するよう設定しておけばよい。な
お、前述したとおり、時刻t₂はプランジヤの圧送
開始前の値に設定されている。

プランジヤ２の圧送行程の途中であつて後述す
るごとく機関の運転状態によつて決定される第３
のタイミングは第１２図の時刻t₃に該当する。時
刻t₃はコイル８１への保持電流I₀を遮断して電磁
弁８を開くタイミングである。保持電流I₀を遮断
するには第１２図の駆動信号をカツトすること
でトランジスタ１６６をオフさせればよい。その
ためCPU１１（第３の手段）が、エンジンの運
転状態に対応した燃料噴射量を演算し、目標開弁
時期を求め後述する第１４図のステツプ212で割
込みをセツトし、時刻t₃に第１５図に示す割込み
を発生させ、第１１図の駆動回路１６の入力端へ
の駆動信号をOFFにする。今、時刻t₁で駆動信号
が第１２図の如く立上つたならば、ｄ点には第
１２図に示す如くV_Sなる電圧が発生する。こ
の時点では、電磁弁のコイル８１と抵抗器１６７
には電流が流れていないので、オペアンプ１６４
の−入力端子には電圧がかかつていない。従つて
オペアンプ１６４は抵抗１６５を通してトランジ
スタ１６６のベースに電流を流し、トランジスタ
１６６をONさせる（第１の手段）。従つてトラ
ンジスタ１６６のコレクタ電圧は第１２図の如
く低下する。すると、電磁弁のコイル８１にはバ
ツテリ電圧が印加され、電流は第１２図の如く
立上つていく。電流値があらかじめ設定したI_Oに
なると、オペアンプ１６４は電流値が一定になる
ように、トランジスタ１６６のベース電流を制御
する（第２の手段）。また、時刻t₃で駆動信号が
の如く立下ると、電流も遮断される（第３の手
段）。

このように必ず電流が設定値I_Oに達してから、
噴射終りが来るように、電流の流し初めを制定し
てやれば、即ち時刻t₃が時刻t₂の後にくるよう時
刻t₁を設定すれば、噴射を終了させる為に電流を
遮断する時は、バツテリ電圧の値にかかわらず常
に一定の電流が流れているため、電磁弁の開弁の
応答性が変化することが無くなり、バツテリ電圧
や電磁弁の温度の変化による噴射量の変化がなく
なる。電磁弁の応答性が一定となれば、所定の開
弁時期よりも常に一定の遅れ時間だけ早めて電流
を遮断してやれば良い。

次に、本発明の作動を第１３図及び第１４，１
５，１６図に示すフローチヤートと共に説明す
る。CPU１１は、ROM１４内のプログラムにも
とづいて第１３図のメインルーチンに図示する如
き一連の処理を繰り返し行なう。

まず、ステツプ101にてキースイツチ２７から
の入力信号にもとづいてキースイツチ２７がオン
されているか否かを判定し、判定結果が「YES」
であればステツプ102にてCPU１１のイニシヤラ
イズを行なう。そして、ステツプ103にてキース
イツチ２７からの入力信号にもとづいてスタータ
位置状態であるか否かを判定する。

この判定結果が「YES」であると、ステツプ
104にて運転条件検出器２３ないし２７からの各
種入力信号を取り込む。そして、ステツプ105に
て上記ROM１４内の基本噴射量マツプ（ガバナ
ーパターン）を検索（サーチ）する。ここで、こ
のパターンサーチは、後述する基準位置信号割込
にて取り込まれた回転数Ｎと上記ステツプ104に
て取り込まれたアクセル操作量αにもとづいて行
われ、対応する基本噴射量Qp（Ｎ、α）データが
CPU１１内に転送される。

次に、ステツプ106にて、上記の如く転送され
てきた基本噴射量Qp（Ｎ、α）を補正し、補正基
本噴射量Q′p（Ｎ、α）を算出する処理を行なう。
即ち、上記ステツプ104にて取り込まれた吸気圧
センサ２４からの吸気圧情報と吸気温センサ２５
からの吸気温情報と、冷却水温センサ２６からの
冷却水温情報とにもとづいて上記基本噴射量Qp
（Ｎ、α）を補正し、補正基本噴射量Q′p（Ｎ、
α）を算出する。

ステツプ107では、前記ROM１４内の二次元
マツプをサーチする。ここでのパターンサーチ
は、前記回転数Ｎとステツプ106から求められた
補正基本噴射量Q′pにもとづいて行われ、対応す
る目標開弁磁気Qt（Ｎ、Q′p）データがCPU１１
内に転送される。

次に、ステツプ108にて前記噴射ポンプ１の溢
流ポート７を閉じるための時間Tcを算出する。
これは、電磁弁８をあらかじめ閉じることによ
り、次に起こるプランジヤ２の圧送行程が開始し
たとき燃料がポンプ室５より圧送されるようにす
るための準備であり、ポンププランジヤ２の吸入
工程の期間ならいつでも良い。すなわち、この時
間Tcは、ポンプ回転数Npの逆数に比例してえお
り、例えば第１７図に示す如きマツプ、あるいは
計算式（例えば４気筒分配ポンプならTc＝（60／
８×Np）秒から算出しても良い。次に、ステツ
プ109にてキースイツチ２７がオフされたか否か
を判定し、判定結果が「NO」である場合には、
上記ステツプ104を再び実行し、以後ステツプ109
の判定結果が「YES」に反転するまでステツプ
104、105、106、107、108を繰り返し実行する。

以上の演算処理を繰り返している際に第５図ｂ
に図示する如き基準位置信号パルスが入力され、
CPU１１がパルスの立上りを検出するとプログ
ラムは第１４図の基準位置割込ルーチンに移る。
基準位置割込みルーチンでは、まず最初に、ステ
ツプ210でその時点のCPU１１内蔵のタイマカウ
ンタ値を読む。次に、ステツプ211でタイマカウ
ンタ値と前記ステツプ107で求めた目標噴射期間
Qtを加算する。

ステツプ212において、噴射終りとなる電磁弁
駆動出力割込み時刻（t₃）として上記加算値をセ
ツトする。さらに、ステツプ213にて、前記ステ
ツプ210のカウンタ値と前回の基準位置割込みの
カウンタ値との差さら回転数Ｎを算出する。次に
メインルーチンへ戻り、通常の演算を再開する。

また、タイマカウンタの値が前記ステツプ212
の電磁弁開駆動出力割込み時刻と一致したとき、
第１５図に示す噴射終り出力割込みルーチンに移
り、ステツプ220（第３の手段）で電磁弁開駆動信
号出力を発生させ、CPU１１が電磁弁８の通電
を中断する信号を発生し、電磁弁８の通電が中断
され、ノズル３０による燃料噴射が終わる。次に
ステツプ221で、基準位置信号が入力された時の
タイマカウンタの値に溢流ポート閉時間Tcを加
算する。またステツプ222で、ステツプ221で求め
た結果を電磁弁閉駆動割込み時刻（t₁）としてセ
ツトする。そして、再びメインルーチンへ戻る。

さらに、タイマカウンタの値が、前記ステツプ
222の電磁弁閉駆動出力割込み時刻と一致したと
き、第１６図に示す溢流ポート閉出力割込みルー
チンに移り、ステツプ230（第１の手段）で電磁弁
閉駆動信号出力を発生させ、溢流ポート７を閉じ
ることにより次の圧送（燃料噴射）に備える。そ
して、再びメインルーチンヘ戻る。その後、キー
スイツチ２７がオフされるようになると、ステツ
プ110にて噴射量零となる様、第１図に示すポン
プ室５と低圧室７０が常時連通する様電磁弁開駆
動信号を出力する（電磁弁８の通電を停止する）。

本実施例では、電磁弁の駆動回路として第１１
図に示したように電磁弁を流れる電流を所定の電
流値I_Oに一定に保つような回路を使用した。他の
実施例として、第１８図に示すような回路で、電
磁弁に流す電流を高速でスイツチング（ON、
OFF）して、平均電流値としてI_Oを流すようにも
できる。この場合の出力トランジスタ１６６のコ
レクタ電圧と電流ｉの波形は第１９図の，に
示すようになる。これは、第１２図の，に相
当する。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は、電磁弁溢流式の燃
料噴射量制御装置において、プランジヤの圧送に
よる燃料噴射開始以前の第１のタイミングにバツ
テリ電圧を印加しておき、電磁弁の電流値が所定
の電流値に達した第２のタイミングから噴射量を
決定する第３のタイミングに至る期間、電流値を
保持するものであるため、第１のタイミングには
バツテリ電圧を印加するのみで良いから、駆動回
路が簡単になるのはもちろんのこと、燃料噴射量
を極めて少なくしたい時でも、実際に噴射が開始
するよりもかなり早いタイミングに第１のタイミ
ングを設定しておくだけで、確実に保持電流まで
上昇させることができる。このように本発明は噴
射ポンプ特有の構造をうまく利用して噴射終了時
における常開弁式電磁弁を流れる電流値を一定に
保つように駆動しているので、バツテリ電圧の変
化、電磁弁の温度等に影響されることなく、噴射
量を目標値に精度良く制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、
第２図は従来の電磁弁駆動方式を示す電気回路
図、第３図は第２図回路における電流等の変化の
様子を示す図、第４図は第１図中の波形整形回路
の電気回路図、第５図は第４図回路における信号
波形図、第６図は第１図中のアクセルセンサの構
成図、第７図は第１図中の電磁弁の断面構成図、
第８図は回転数と基本噴射量との関係を示す特性
図、第９図、第１０図は各々基本噴射量マツプ、
目標噴射期間マツプを示す模式図、第１１図は第
１図中の駆動回路の電気回路図、第１２図は第１
１図各部の信号波形図、第１３図乃至第１６図は
第１図中の制御回路における処理手順を示すフロ
ーチヤート、第１７図はポンプ回転数と溢流ポー
ト閉時間の関係を示す特性図、第１８図は本発明
の他の実施例における駆動回路の電気回路図、第
１９図は第１８図各部の信号波形図である。 １……噴射ポンプ、７……溢流ポート、８……
電磁弁、１０……制御回路、１１……CPU、１
６……駆動回路、２０……デイーゼル機関、１６
４……オペアンプ、１６６……トランジスタ、１
６７……抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機関回転に従つて往復動されるプランジヤに
   より圧送されて自動的に噴射が開始される燃料を
   プランジヤの圧送行程の途中で低圧側に溢流させ
   ることで燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装
   置において、 前記燃料を溢流させる通路の途中に配設され、
   この通路の開閉を行う常開弁式電磁弁と、 機関の各種運転条件を検出する運転条件検出器
   と、 前記プランジヤの圧送により燃料噴射が開始す
   るタイミングより前の第１のタイミングに前記電
   磁弁にバツテリ電圧を印加してこの電磁弁を閉弁
   させる第１の手段と、 第１のタイミング後前記電磁弁の電流値が所定
   の電流値に達した第２のタイミングにこの電流値
   を保持する第２の手段と、 前記プランジヤの圧送行程の途中であつて機関
   の各種運転条件により決定される第３のタイミン
   グに前記電磁弁の保持電流を遮断し前記電磁弁を
   開弁させて燃料噴射を終了する第３の手段とを備
   え、 この第３のタイミングが前記第２のタイミング
   の後にくるよう前記第１のタイミングを設定した
   ことを特徴とする燃料噴射量制御装置。