JPH0412136A - ディーゼル機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はデイ−セル機関の燃料噴射制御装置の改良に関
する。

（従来の技術） デイ−セル機関の燃料噴射時期や噴射量を運転条件に応
じて可変的に制御する燃料噴射ポンプに′）いては、例
えば特開昭６１　２１８７６９号公報を始めとして、多
くの提案がある。

これらは一般に、燃料を圧送するプランジャを機関回転
に同期するカムにより駆動し、プランジャに挿入した制
御スリーブの位置を調整することにより、燃料の噴射時
期を可変的に制御し、また、プランジャの軸線回りの回
転位置を調整することで燃料の噴射終了時期を変え、燃
料噴射量を増減制御している。

（発明が解決しようとする課題） ところで一般には燃料の噴射率はプランジャを往復動さ
せるカムのリフト特性によって決まり、カム（リフト）
速度の早い領域を用いると噴射率が高くなり、低い領域
では噴射率も低くなる。

ところが、プランジャに挿入された制御スリーブの位置
を上下に変化させて噴射開始時期を調整する場合、スリ
ーブ位置との関係でプランジャの移動速度が異なるため
、噴射時期によって燃料の噴射率も変化してくる。

燃料の噴射ノズルとして、燃料の着火遅れを少なくして
円滑な燃焼を実現するために、燃料噴射３段階的に行う
ものがある（例えば実開昭５７２５１５９号公報や実開
昭６３−１６８２７２号公報等）。

これは燃料噴射ノズルのニードルを閉弁付勢する複数の
スプリングを並列に介装したもので、ニードルが初期リ
フ）・の段階ては第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、燃料噴射圧力に対してニードルを段階的にリ
フトさせ、少量の初期噴射燃料が着火した後に大量の主
噴射を行い、着火遅れの少ない、したがって振動や騒音
の少ない安定かつ円滑な燃焼を図っている。

とくにこのような段階的噴射ノズルでは、初期噴射時の
燃料噴射圧力が比較的低いため、噴射燃料の微粒化に難
点があり、微粒化を促進するのに、できるだけ燃料噴射
（送油〉率の高い部分を利用して燃料の噴射を行いたい
。

しかしなから、前述したように燃料の噴射時期を要求に
応じて変化させると、燃料の噴射率も変わってしまい、
必ずしも噴射率の高い領域てのみ燃料を噴射するという
わけにはいかなくなる。

実開昭６２−２１−１１７１号公報には、燃ｆＡ噴射率
を運転条件によって変化させる提案が開示されているが
、この場合、要求燃料噴射時期との関伜でいつでも高い
燃料噴射率を維持するというような制御はてきない。

そこで本発明は、燃料噴射時期が変わっても燃料噴射率
を最大に維持することのてきる、新規で有用なディーゼ
ル機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする
。

（課題を解決するための手段〉 本発明は、第１図に示すように、機関と同期回転するカ
ムに駆動されて高圧燃料を圧送する燃料噴射ポンプ１と
、この圧送燃料の圧力に応じて段階的にニードルかり〕
ｌ〜して燃料を多段噴射する噴射ノズル２とを備えたデ
ィーゼル機関の燃料噴射制御装置において、前記燃ｆ：
Ｉ噴射ポンプの噴射時期を可変制御する機構３と、同じ
く燃料噴射ポンプのカムの回転位相を可変とする位相調
整手段４と、運転条件に応じて可変とする前記噴射時期
に対応じて少なくとも低速低負荷域での燃料送油率が最
大となるように前記カム位相を制御する制御手段５とを
備える。

（作用） 燃料噴射ポンプによる燃料の送油率（噴射率）は、カム
のリフト特性（リフト速度）に依存するか、通常は総て
の領域で一定のリフト特性をとるわけてはない。そのた
め、カムの回転位相を変化させると、送油率も増減する
。

燃料噴射時期を早めるとカムリフトの少ないうちから燃
料の圧送が開始され、燃料噴射領域がカム速度の低い側
に移行し、燃料噴射率が下がる。

これに対して、噴射時期が同じなら、カム位相を進角さ
せると噴射期間におけるカム速度は速くなり、燃料噴射
率は増大する。

したがって、運転条件によって燃料噴射時期が早められ
たら、これに対応じてカム位相を進角させることにより
、燃料送油率の高い領域に移行し、大きな燃料噴射率か
得られるようにすることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基ついて説明する。

まず第２図に燃料噴射ポンプ１０の一例を示すが、これ
はいわゆる判型の燃料噴射ポンプ（特開昭６１−２１８
７６９号公報参照）であり、カム１１の回転によりプラ
ンジャ１２か上下し、加圧室１３の燃料を燃料弁１４を
介して、燃料噴射ノズル２０に圧送する。

プランジャ１２の周囲には制御スリーブ１５が装着され
、このスリーブ１５の位置により燃料圧送の開始時期が
決まる。スリーブ１５は燃料が送り込まれる燃料室１６
と加圧室１３との間を連通ずるプランジャ１２に設けた
通路１７の燃料室側への開口部分を開閉し、プランジャ
］２が上昇する過程で、スリーブ１５の下端により通路
１７の開口が閉じられると、燃料室１６との連通が遮断
され、加圧室１３の圧力が高まり始める。

また、プランジャ１２の上昇により、通路１７から分岐
するボート１．７ａがスリーブ１５の途中に設けた通口
１５ａに連通ずると、加圧室１３が再び燃料室１６と連
通して、燃料の圧送が終了する。

そして位置制御機構１８によりスリーブ１５の位置を上
下させることにより、燃料の圧送開始時期を進めたり、
遅らせたりすることができる。

また、分岐ボート１７ａ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１２の軸線まわりの回
転位置を回転制御機＃１１９によって変化させることに
より、通口１５ａに対する連通時期が変化し、燃料の圧
送終了時期、即ち燃料噴射量を変化させることができる
。

なお、図中２９は燃料の噴射（供給）圧力を検出するた
めの圧力センサである。

次に第３図に燃料噴射ノズル２０の一例を示すが（特願
平１−１９０４．６０号明細書参照）、ノズルホルダ２
１の内部にはニードル２２が配置され、このニードル２
２は第１及び第２のスプリング２３．２４によって、シ
ート部２５に着座する。

燃料圧力室２７に導入される燃料噴射ポンプ１０からの
燃料圧力により、ニードル２２にかかる圧力か所定値以
上に高まると、ブツシュロッド２６を介して第１のスプ
リング２３を圧縮しながら、ニードル２２は一定値だけ
上方にリフトする。

これが初期噴射であり、燃料圧力が第２のスプリング２
４の設定圧力を越えるまてはこの状態を維持する。次い
でスプリングシート２８を介して第２のスプリング２４
を圧縮しながら、ニードル２２が大きくリフトし、大量
の燃料を供給する主噴射が始まる。

このようにして、初期リフト（初期噴射）期間に少量の
燃料を噴射し、次いでメインリフト（主噴射）期間に大
量の燃料を噴射するという、段階的な燃料噴射が行なわ
れるのである。

次に第４図（Ａ＞（Ｂ）には、前記燃料噴射ポンプ１０
のカム位相を進角、遅角させる位相調整機構３０の一例
（特開昭５８−４８７１９号公報参照）を示す。

これは燃料噴射ポンプ１０のポンプ軸（カム軸）１０ａ
と、機関回転が伝達される回転体３１との連結部分に介
装され、機関回転のポンプ軸１０ａに対する伝達位相を
可変的に調整する。

ポンプ軸１０ａに同軸結きされる回転盤３３の軸部３２
に、回転自由に回転体３１が支持される。

そして、回転体３１から回転盤３３に伝達される回転に
必要に応じて位相差を付与するため、回転盤３３と回転
体３１とを回転（円周）方向に相対変位可能に連結する
機構として、まず回転盤３３にはその回転中心から等距
離位置に一対の円形穴３３ａが明けられ、ここに第１の
偏心カム３５が挿入される。また、この偏心カム３５に
設けた円形穴３５ａには第２の偏心カム３６が挿入され
る。

第２の偏心カム３６の偏心ビン３６ｂは、前記回転体３
１に側面から貫入し、また、第１の偏心カム３５の偏心
ビン３５ｂは、シリンダ３７に収装したピストン３７ａ
に連結する。

シリンダ３７は軸部３２の放射方向に回転盤３３に一体
に取付けられ、そグ）油室３７ｂには、軸部３２の内周
通路３２ａを介して供給される圧油か導かれる。ピスト
ン３７ａはこの供給圧力と、リターンスプリング３７ｃ
とがバランスする位置へと移動する。

したかつて、ピストン３７ａの位置に応じて偏心ビン３
５ｂにより第１の偏心カム３５が回動し、これにより第
２の偏心カム３６が回転盤３３に対して円周方向に変位
し、その偏心ビン３６ｂを介して連結する回転体３１と
回転盤３３との回転方向の位相を変化させる。

これにより、機関回転に対して、燃料噴射ポンプ１０の
ポンプ軸１０ａ、つまりカム１１の回転位相が変化し、
燃料の送油率が変わる。

シリンダ３７の油室３７ｂへ導がれるオイルポンプ３９
からの油圧は、制御弁３８の開度に応じて変化し、制御
弁開度が増加すると油圧は低下する。

そして本発明では、運転条件によって要求燃料噴射時期
が変化すると、これに対応じてカム位相を制御すること
により、常に最大の燃料噴射率が得られるように、第５
図に示すコントローラ５０によって、前記スリーブ１５
の位置制御機構１８、プランジャ１２の回転制御機構１
９、カム位相調整機構３０の作動を制御する。

コントローラ５０は演算部分のＣＰＵ、記憶部分のＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ、入出力部分のＩｌｏからなるマイコン等で
構成される。

コントローラ５０には機関回転数センサ５１、アクセル
開度センサ５２、燃料圧力センサ２９等からの検出信号
が入力し、これらに基づいて、燃料噴射時期、燃料噴射
量、カム位相を適正に制御するように、それぞれ前記ス
リーブ１５の位置制御機構１８、プランジャ１２の回転
制御機構１９、カム位相調整機構３０〈制御弁３８）に
出力する。

ここでコントローラ５０のＣＰＵで実行される制御動作
を第６図のフローチャートを参照しながら説明する。

まずステップ５１０で機関回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａ
ｃｅを読込み、次いで基本燃料噴射量Ｑ、基本燃料噴射
時期ＩＴ、基本カム位相ＤＱをテーブルル・ツクアップ
により求める（ステップ５２０）。

基本燃料噴射量Ｑは第７図に示すように、機関回転数Ｎ
ｅとアクセル開度Ａｃｅとに基づいて、また基本燃料噴
射時期ＩＴは第８図のように、同じく回転数Ｎｅとアク
セル開度Ａｃｅに基づいて、最適な特性に予め決めであ
る。

具体的には、基本燃料噴射時期ＩＴは機関回転数Ｎｅの
低い領域はど、噴射時期が早くなるように設定される。

次に基本カム位相ＤＱは、機関回転数Ｎｅとアクセル開
度Ａｃｅに基づいて第９図の特性に設定しであるが、こ
れは燃料の送油率（噴射率）を制御するもので、第１０
図にも示すように、燃料噴射ポンプ１０のカム１１の位
相によってカム速度（リフト速度）が異なるため、この
カム位相を変えることにより燃料送油率を変化させられ
る。

燃料噴射ポンプ１０からの燃料圧送期開くスリーブ１５
により加圧室１３と燃料室１６の連通が遮断されてから
、連通が再開するまでの期間）が同じでも、カム位相を
進角させればカム速度の速い領域を利用できるので送油
率は高まり、逆に遅角させれば送油率が低くなる。

そしてこの基本カム位相ＤＱは、前記基本燃料噴射時期
ＩＴに対応じて設定されるのであり、機関回転数の高い
領域に比べて低い領域での進角値が大きくなるように決
められる。

つまり、燃料噴射時期は機関回転数の低速域で早くなり
、このため、燃料の噴射率は下がる傾向にあるが、これ
に対応じてカム位相を進角させることにより、燃料送油
率の落ち込みを防ぎ、常に最大の燃料噴射率となるよう
に制御するのである。

なお、基本燃料噴射時期ＩＴはアクセル開度Ａｅｃによ
っても相対的に変化するので、これに対応じて基本カム
位相ＤＱもアクセル開度Ａｃｃとの関係で変化させてい
る。

このような各基本値をテーブルルックアップにより読込
んだら、次にステップ５３０において、このカム位相Ｄ
Ｑと共に、既に算出した基本噴射量Ｑ、基本噴射時期Ｉ
Ｔをメモリの所定のアドレスに格納して、一連の制御ル
ーチンを完了する。

もちろん、この制御動作は機関回転に同期して繰り返し
行なわれ、その都度新しいデータに更新されていくので
あり、このデータに基づいて、コントローラ５０は前記
したスリーブ１５の位置制御機構１８、プランジャ１２
の回転制御１ｆｉ横１９並びにカム位相調整機構３０の
作動を制御する。

このようにして、運転条件により燃料噴射時期が変化す
ると、これに対応じてカム位相を進遅させるので、燃料
噴射時期が変わっても常に燃料噴射率は最大となるよう
に制御か行なわれ、とくに燃焼の不安定となりがちな機
関低速低負荷域でも噴射燃料の微粒化を良好に維持する
ことができ、燃費や排気組成の改善が図れる。

なお、この実施例では全ての運転域で平均送油率を高め
られるようにしであるが、本発明においては少なくとも
、最も燃焼が不安定となりやすい低速低負荷域で、この
ような制御が行なわれることが必須の条件となる６ 次に第１１図の実施例について説明すると、これは燃料
の送油率を高めても、燃料圧力が燃料噴射ポンプの許容
耐圧値を越えることのないようにしたもので、燃料圧力
センサ２９からの信号に基づいて、燃料圧力値が上限に
近付いたら、カム位相を補正することにより、送油率を
制限する。

コントローラ５０では、前記と同様にして、ステップ６
１０，６２０で機関回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡｅＣと
共に燃料圧力Ｐ　ｉｎｊを読込み、基本噴射量Ｑ、基本
噴射時期ＩＴ、基本カム位相ＤＱと共にポンプ耐圧値Ｐ
　ｎａｘをテーブルルックアップする。

そして、ステップ６３０，６４０でポンプ耐圧値Ｐｍａ
ｘと実際の検出圧力値Ｐｉｎｊを比較して、もし、差圧
ΔＰが正のときは、耐圧限界からは余裕があるので、ス
テップ６５０てカム位相ＤＱが最大値であるかどうかを
見て、そうならばカム位相補正量ΔＤＱはゼロとする（
ステップ６７０）。

これに対して、差圧ΔＰが負のときは、所定の耐圧限界
に近付くので、ステップ６６０でカム位相補正量ΔＤＱ
を、第１２図にしたがって、テーブルルックアップによ
り算出する。

ステップ６８０てこれら基本噴射ＩＱ、基本噴射時期Ｉ
Ｔ、カム位相ＤＱ＝ＤＱ十ΔＤＱとして、所定のアドレ
スに格納する。

カム位相ＤＱは、燃料圧力が耐圧限界に近付いてΔＰが
負のときは、補正量ΔＤＱも負の値となるため、基本位
相ＤＱよりも遅角側に補正されることになり、したがっ
て燃料噴射率が抑制され、これに対して余裕のあるとき
は、そのまま、カム位相ＤＱは最大値をとり、燃料噴射
率をさらに高められる。

この結果、燃料噴射ポンプ１０の耐圧性を損なわない範
囲で、最大の燃料噴射率を維持することが可能となる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、燃料の噴射時期を変化さ
せるのに対応じてカム位相を制御し、燃料噴射率が少な
くとも低速低負荷域で最大となるように補正するので、
噴射時期の変化に伴って燃料噴射率が低下するのを防ぎ
、噴射燃料の微粒化を良好に維持することにより安定し
た燃焼を確保し、燃費や排気組成を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の実施例を示
す燃料噴射ポンプの断面図、第３図は燃料噴射ノズルの
断面図、第４図（Ａ＞、（Ｂ）はカム位相調整８１楕の
要部断面図と正面図、第５図はコントローラのブロック
図、第６図は同じく制御動作のフローチャート、第７図
〜第９図はそれぞれ基本燃料噴射量、基本燃料噴射時期
、基本カム位相の制御特性図、第１０図はカムリフト特
性図、第１１区は他の実施例の制御動作のフローチャー
ト、第１２図はカム位相補正値の制御特性図である。 １０・・・燃料噴射ポンプ、１８・・スリーブ位置制御
機構、１つ・・・プランジャ回転制御＠ｌ１ｌ）、２０
燃料噴射ノズル、２２・・・ニードル、２３．２４・・
・スプリング、３０・・カム位相制御機構、５０・・・
コントローラ。 特許出願人　日産自動車株式会社 第１図 第２ １０：燃料噴射ポンプ １Ｂ、スリーブ位置制御機− １９プラン ２０　燃料噴 第４ 図（Ａ） ローラ ｚＱ 第５ ＤＱ大 第６ 図 第１０図 Ｑ 小 第７ 図 回転１１Ｎｅ 第８ 図 回転数Ｎｅ ＄９ 図 回転数Ｎｅ １ｉ１１ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．機関と同期回転するカムに駆動されて高圧燃料を圧
   送する燃料噴射ポンプと、この圧送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制御装置に
   おいて、前記燃料噴射ポンプの噴射時期を可変制御する
   機構と、同じく燃料噴射ポンプのカムの回転位相を可変
   とする位相調整手段と、運転条件に応じて可変とする前
   記噴射時期に対応して少なくとも低速低負荷域での燃料
   送油率が最大となるように前記カム位相を制御する制御
   手段とを備え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。