JPH07501379A - 大形圧縮点火機関に対する電子式燃料噴射装置 - 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】 大形圧縮点火機関に対する電子式燃料噴射装置発明の背景 この発明は全般的に圧縮点火機関に対する電子式燃料制御装置、更に具体的に云 えば、機関車又は舶用機関の様な押しのけ容積の大きいシリンダを有する圧縮点 火機関に対する燃料噴射制御装置に関する。

現在、機関車用ディーゼル機関に対する可変噴射タイミング装置は知られていな い。公知の機関車用ディーゼル機関は、調速機及び一連の燃料送出し装置を同時 に作動する機械的なリンク機構により固定の噴射タイミングを持っているのが典 型的である。燃料の量並びに／又は燃料噴射のタイミングは任意の所定の機関の 動作点に対して一般的に予め決定されていて、変化する状態に対して変えること が出来ないのが典型的である。燃料送出し装置はポンプ−配管−ノズル形式又は ユニット噴射形式を持っていてよい。

燃料の排気放出物を適当なレベルに減少する為に、機関車用ディーゼル機関の業 界にも厳格な放出物規制が課せられるのはまもなくである。燃料放出物を減らす 為の電子式燃料制御装置がトラック用ディーゼル機関に対して開発されているが 、一般的にこう云う形式の装置は、それよりずっと大形のディーゼル機関の設計 には適していない。

例えば、大形の１６シリンダの機関車用ディーゼル機関ではシリンダ１個の押し のけ容積は１１リットル程度であるのに対し、典型的なディーゼル・トラックの 押しのけ容積は１シリンダ当たり僅か２リットル程度であることがある。従って 、大形機関車用ディーゼル機関での１シリンダは、大形ディーゼル・トラックの それよりも容易に５倍以上にもなることがある。この為、一般的に、設計に非常 に異なる制約が加えられることになる。これは、一層大形の機関車用ディーゼル 機関で適正な燃焼を行なわせる為には、ずっと大きい燃料流量範囲（１００−１ ６００ｍｍ３／ストローク）と共に高い噴射圧力レベル（１０−２０ｋ、ｐ。

ｓｌ程度）が要求されるからである。

この様な大形ディーゼル機関では、通常の運転状態の間、アイドリング時の低燃 料需要条件（１００ｍｍ”／ストローク程度）と高燃料需要条件（１６００ｍｍ ”／ストローク程度）との両方に対処しなければならないので、問題が起こる。

従って、燃料送出し装置は、高い噴射圧力で広い範囲の燃料流量を供給すること が出来なければならない。

燃料送出し機構が業界で公知の一定押しのけ形装置を使う場合、この様な条件を 充たすことは次第に困難になる。典型的には、こう云う装置は、噴射器に必要な 実際の燃料とは関係なく、ボンピング室に同じ量の燃料を充填する。低燃料需要 状態の間、ボンピング室からの過剰の燃料は供給側の貯蔵槽にこぼれる様に又は 再循環する様にしなければならない。この為、高いこぼれ（＋ｐｉｌｌ　）量（ 例えば燃料需要量が僅か１００ｍｍ３／ストロークである時の１５０Ｏａ＋ｍ” ／ストローク）及び高い圧力の両方を燃料送出し装置で対処しなければならない 。現在、この様な高いこぼれ量に対処し、しかもこの様な高い噴射圧力が得られ る様な電子制御式燃料送出し機構は知られていない。

この他の違いも、一層大形の圧縮点火機関に用いられる様な種類の燃料噴射装置 に影響する。例えば、機関車用ディーゼル機関は、調速機の安定性を維持して、 例えば比較的一定の速度出力を発生して、車輪の推進に使われる大形直流電動機 に対して安定な発電の源を構成する様に設計するのが典型的である。大形の直流 電動機に対する給電により、トラックの用途では典型的には見当たらない様な余 分の電磁妨害が起こる。

更に、大形の機関車用ディーゼル機関は、圧縮機負荷、ファン負荷並びに旅客列 車での「客室用」電力負荷（６０Ｈ！で１１０ｖを発電する為の交流機）の様な 大形の補助負荷の切換えによる急激な負荷変化に出会う。この様な負荷を駆動し たり又はこの様な負荷をターンオフすることにより、任意の時点で５００馬力程 度の負荷変化が起こることがある。

一層大形のディーゼル機関はまた、ずっと大きい振動を発生するのが典型的であ る。磁気ピックアップ・センサの様な装置を使って、正確な機関速度情報をめる ことには問題があった。これは、振動によって虚偽のトリガ作用が起こり、はず み車に設けた典型的な切欠きでは、正確な電子制御式噴射タイミング装置にとっ て不十分な粗い雑音の多い信号しか得られないからである。この為、正規のタイ ミング部品及びその他の電気装置は、この様な厳しい動作条件に耐えることが出 来ないのが典型的である。

この様な一層大形のディーゼル機関で一般的に設計上考慮すべき別の点は、機関 速度（ＲＰＭ）が低いこと、並びにシリンダ室内の空気の移動が小さいことであ る。一層小形の機関では典型的には数千ＲＰＭ（毎分回転数）の機関速度で運転 されるのが典型的である。これに比べ、一層大形の機関車用ディーゼル機関では 、Ｏｏ−１Ｏ５０ＲＰで運転されるのが典型的である。ピストンの移動速度が一 般的に空気取入れ速度並びに／又は旋回に影響する。ＲＰＭが低いことは、典型 的には空気の取入れが一層遅くなることになる。一層小さい容積のシリンダでは 、燃料と空気との混合物への適正な噴霧化が出来る様にする為の十分な室内空気 の移動が、典型的には下向きストロークの間に起こる。然し、ずっと大きいシリ ンダでは、シリンダの空気の移動がずっと少ないのが典型的であり、その結果、 より多量の空気が停滞して捕捉される。この為、一般的には、シリンダ内の圧縮 に打勝って、捕捉された空気中に燃料を十分に噴霧化された状態で送込む様に一 層高い燃料噴射圧力を加えて、空気／燃料混合物の均質で化学量論的な燃焼が生 じる様にすることが必要になる。

したがって、排気放出物を減らし、燃料の消費量を改善し、不要の機械的な部品 及びリンク機構を省略する様な、一層大形の圧縮点火機関に対する可変タイミン グ燃料噴射装置が要望されている。このような装置は、機関を効率よく運転する ことが出来る様にする為に、噴射器に対して高い燃料流量並びに高い燃料噴射圧 力を持つへきである。

発明の要約 この発明の目的は、燃料消費量の犠牲を最小限に抑えながら、排気放出物を減ら す為に、正確なプログラム制御により可変噴射タイミングを容易にする、大形圧 縮点火機関に対する電子制御式燃料噴射装置を提供することである。

この発明の別の目的は、適正な燃焼を行なわせる為に、燃料送出し量の広い範囲 にわたって、高い噴射圧力が容易に得られる様にする一定押しのけ（ｃｏｎｕａ ｎｌ　ｄｉ＋ｐｌａｃｅｍｅｎＩ）形燃料送出し機構を利用した電子式燃料制御 装置を提供することである。

この発明の別の目的は、シリンダ毎に燃料の噴射を逐次的に制御することが出来 る電子式燃料制御装置を提供することである。

この発明の目的は、複数個の所望の速度信号の内の１つに応答して、燃料の消費 量を最適にする様に噴射タイミングを可変に制御する電子式燃料制御装置を提供 することである。

この発明では、各々のシリンダに対して、燃料ポンプ及び燃料噴射器の様な個別 の燃料送出し機構を設けると共に、機関速度に対応するタイミング信号、及び少 なくともどのシリンダが基準シリンダであるかを示すシリンダ割出し信号を発生 する為の、カム軸に結合された光学符号器の様なタイミング信号発生器を設ける 。この発明ではまた、複数個の個別の制御器の様な電子式制御器を設けて、タイ ミング信号及びシリンダ割出し信号に応答して、個別の燃料送出し機構を電子的 に制御する。燃料送出し機構は、電子式制御器からの出力信号に応答して、対応 する燃料噴射器に対し、約１０−２０　ｋ、ｐ、ｔ、ｉ、の燃料噴射圧力範囲に わたり、約１００−１６００　ｍｍ”　／ストローク（噴射毎）の燃料流量範囲 が得られる様にする。

燃料送出し機構は、出力信号に応答して、ポンピング室の様な一定押しのけ形燃 料室からの燃料の流れの方向転換又はこぼれを制御する電子制御式ソレノイ弁を 持つと共に、このソレノイド弁に応答し且つソレノイド弁と流体連通していて、 一層中ない燃料需要状態の間、一定押しのけ形燃料室からの余分のこぼれを生じ させるシャトル弁の様な弁をも持っている。

この発明の大形圧縮点火機関に対する電子式燃料制御装置は、電子式制御器に結 合されていて、複数個の選ばれた機関速度レベルの内の１つに対応する信号を出 力する専用の負荷制御器をも持っていてよい。負荷制御器は、電子式制御器によ って発生される様な過負荷表示信号に応答して、制御可能な負荷を作動並びに／ 又は不作動にする。

更に、少なくとも５．５リツトルの１シリンダ当たりの押しのけ容積を持つ圧縮 点火機関に対するユニット形動力集成体も説明する。この集成体は、シリンダ及 び対応する燃料送出し機構を持つ。燃料送出し機構は、電子式制御器から送られ る様な制御信号に応答するソレノイド弁の様な電子制御式弁を含む。燃料送出し 機構はまた、電子制御式弁と流体連通していて、一定押しのけ形燃料室からの燃 料を方向転換するシャトル弁の様な弁をも含む。燃料送出し機構は約１０−２０ 　ｋ、ｐ、ｓ、ｉ、の燃料噴射圧力範囲を持ち、電子制御式弁が、シャトル弁と 組合さって、約１００−１６００＋ｎ＋＋３／ストロークの燃料流量範囲が容易 に得られる様にする。電子制御式弁とシャトル弁の組合せは、一定押しのけ形燃 料室からの燃料を供給タンクへこぼす様に作用する。

図面の簡単な説明 第１図はこの発明による電子式燃料噴射装置を持つＶ字形機関車用ディーゼル機 関の斜視図である。

第２図はこの発明による電子式燃料噴射制御装置によって制御されるユニット形 動力集成体の一部分を切欠いた斜視図である。

第３図はこの発明による電子式燃料噴射装置の簡略ブロック図である。

第４図はこの発明による第３図に示した電子式燃料噴射装置に使われるタイミン グ信号線図である。

第５図はこの発明による燃料送出し機構の簡略構成図である。

好ましい実施例の説明 第１図は、この発明による電子式燃料制御装置を用いた圧縮点火ディーゼル機関 １０を全体的に示す。機関１０は、ペンシルバニア州のゼネラル・エレクトリッ ク社によって製造されるＦＤＬ−１２形又はＦＤＬ−１６形デイ一ゼル機関の様 な任意の大形ディーゼル機関であってよい。この機関はターボチャージャ１２及 び一連のユニット形動力集成体１４を含んでいてよい。例えば、１２シリンダの 機関は１２個のこの様な動力集成体を持ち、１６シリンダの機関は１６個のこの 様な動力集成体を持つ。更に機関１０が空気取入マニホルド１６、各々の動力集 成体１４に燃料を供給する燃料供給配管１８、機関を冷却するのに使われる水取 入マニホルド２０、潤滑油ポンプ２２及び給水ポンプ２４を含んでいるが、これ らは全て公知である。ターボチャージャ１２に接続された中間冷却器２６が、１ つの動力集成体１４の内部にある夫々の燃焼室に入る前に過給空気の冷却を容易 にする。機関は、やはり従来公知のＶ字形であってよい。

第２図は複数個の動力集成体１４の内の１つを示す。これはシリンダ２８、及び シリンダ２８内の燃焼室に燃料を送出す対応する燃料送出し機構（全体を３０で 示す）を含む。各々のユニット形動力集成体１４は、更に、全体を３４で示した ばね側圧の複数個の空気弁を動かす空気弁揺動アーム軸３２を含んでいてよい。

弁揺動アーム軸３２が、弁揺動アーム３８を介して弁押棒３６に接続されて、公 知の様に作動される。

更に各々のユニット形動力集成体１４が機関１０のエンジン・ブロック内の中ぐ り孔（図に示してない）に挿入し得るシリンダ２８内４０を含む。ユニット形動 力集成体１４が、シリンダ１８及び関連する部品を収容する為のシリンダジャケ ット又は鋳物を含む。上に述べた機関１０では、噴射圧力の好ましい範囲は約１ ５−２０　ｋ、ｐ、＋、ｉ、である。

好ましい燃料送出し流量範囲は１００−１６００　ｍｍ３／ストロークである。

１シリンダ当たりの押しのけ容積は少なくとも５．５リツトルであってよく、約 １１リツトルであることが好ましい。

燃料送出し機構３０が高圧噴射配管４４に接続された燃料噴射機構４２を持ち、 この配管が燃料ポンプの様な燃料圧力発生装置４６に流体接続されている。この 形式はポンプ−配管−ノズル形式として知られている。燃料圧力発生装置４６が 、後で説明する様に、燃料押棒４８を作動することによって圧力を高める。燃料 送出し機構３０が、電子式制御器からの電子信号を受取る電子式信号線５０を持 っている。電子式信号線５０か、燃料送出し機構３０の一部分を形成する電子制 御式弁５２に制御信号を供給する。ユニット形動力集成体１４は、各々のシリン ダ並びにそれに関連する部品（又は動力集成体）を、手入れをし易くする為に、 機関から個別に取外すことが出来ると云う所から、その名前がつけられている。

この為、シリンダ又はそれに関連する何れかの部品の修理を容易にする為に、機 関全体を取外したり又は交換する必要がない。

第３図は、機関１０の各々の対応する燃料送出し機構３０に可変タイミングを持 たせる電子式制御器６０を有する燃料噴射装置５８を図式的に示す。好ましい実 施例の電子式制御器６０は、英国のルーカスＥＣＧによって製造されるルーカス ・コントローラ２ＪＣＵ型の様な右側バンク制御器６２、及びやはりルーカス・ コントローラ２４ＣＵ型であってよい左側バンク制御器６４を有する。制御器６ ２゜６４が、複数個のセンサ入力及び記憶されているルックアップ・テーブルに 基づいて、燃料の量及び正しい噴射タイミングを決定する。電子式制御器６０は また負荷制御器６６及び信号調節モジュール６８をも含んでおり、このモジュー ルは、バンク制御器６２．６４と負荷制御器６６の間のインターフェースとして 作用して、一方の種類の制御器からの信号レベルが他方の制御器によって理解さ れる様にする。燃料噴射装置５８はまた、機関の１つのカム軸７１に結合された 光学的な多重トラック円板符号器の様なタイミング信号発生器７０をも含む。

複数個の直列ボートの様な直列通信リンク６５が、バンク制御器６２．６４の間 の通信媒体として作用する。右側バンク制御器は右側バンク（すなわち右側の列 ）のシリンダに対する燃料の噴射を制御し、左側バンク制御器６４は左側バンク （すなわち左側の列）のシリンダに対する燃料の噴射を制御する。各々の制御器 は、他方の制御器からリンク６５を介して伝達された入力信号を周期的に比較し て、何れかの制御器が誤動作をしているかどうかを判定する。

制御器６２．６４は、機関１０全体にわたって設けられた種々のセンサからの多 数の入力を受取る。この内のあるセンサは、例えば冷却剤温度、マニホルド空気 圧力、マニホルド空気温度、光学式多重トラック符号器７０からの機関速度表示 信号、及び光学式多重トラック符号器７０からの割出し信号を含む。こう云う入 力が与えられると、ごれらの制御器は、どの特定の時点でどのシリンダを点火す べきかを決定すると共に、適当な噴射タイミング及び噴射器からシリンダへ燃料 を供給する燃料噴射持続期間をも決定する。制御器は逐次的に、各々のシリンダ に対応する燃料送出し機構３０を作動する。燃料送出し機構３０の可変タイミン グと逐次的な制御により、典型的にはシリンダバンクの燃料送出し機構を固定さ れたやり方で作動する従来の機械的な装置に較べて、燃料消費が一層効率よくな ると共に、排気放出量が減少する。

機関の運転効率を更に改善する為、制御器６２．６４は、所定のシリンダが公称 動力を発生しているかどうかを決定する為に、通常の点火順序を周期的にスキッ プ（＋ｋｉｐ）すなわち飛越して、複数個のシリンダ又は１個のシリンダの影響 を決定する様にプログラムすることが出来る。例えば、制御器６２．６４は多数 の選ばれたシリンダへの燃料を遮断して、機関速度を測定することにより、これ らの点火しなかったシリンダが機関に対して適正な量の動力を寄与していたかど うかを判定することが出来る。シリンダが期待した通りの動作をしていないと判 定された場合、制御器は、この飛越し点火方式に基づくその特定のシリンダの効 率の決定に基づいて、この特定のシリンダに対して燃料を多くしたり少なくした り、並びに／又はタイミングを進めたりする。逐次的な飛越し点火は、地形又は 任意の所定の時点における機関の負荷条件に応じて、機関の始動の直後、又は機 関の通常の運転中に定期的にと云う様に、任意の適当な時点で実施することが出 来る。燃料節約の為、制御器は典型的にはアイドリンクの間、シリンダを不作動 にする様にプログラムすることが出来ることも理解されよう。右側及び左側バン ク制御器は、油圧センサ、水圧センサ及び過負荷要求信号８０の入力レベルに基 づいて、機関の保護作用をもする。これらの制御器６２．６４はまた、１つの制 御器が誤動作をしたことを知らせる為に、機関検査信号をも発生する。

負荷制御器６６はＧＥ社製の型番１２ＦＬ２６４として販売されているものであ ってよく、ファン電動機、車輪推進電動機、圧縮機用電動機及び客車電力用交流 機の様な種々の補助負荷７２を制御する様に作用すると共に、現在のＭＡＰ、燃 料レベル信号（ＰＷＭ）及び気圧（Ｂ　Ｐ）センサの入力に基づいて、燃料対空 気比を決定する。

前に述べた様に、機関車用に用いられた時のディーゼル機関１０は、一般的に定 速動力発生機として作用する。機関のオペレータがノツチ選択レバーを（機関の ＲＰＭ及び馬力レベルによって定まる）複数個のノツチの内の１つに動かした時 等に、機関の動力需要が、ノツチ選択入力を介して、機関のオペレータによって 直接的に要請される。この機関動力需要要請が、負荷制御器によって速度要求信 号に変換される。この信号か、負荷制御器６６からの信号線ａｖ、ｂｖ、ｃｖ、 ｄｖを介して、ディジタル信号によって表わされる。ａｖ、ｂｖ、ｃｖ、ｄｖ信 号線の論理状態が、予定の所望の機関ＲＰＭレベルを表わす。例えば、００００ のディジタル・パターンが３３６Ｒ，ＰＭの機関需要を表わし、１１１１のディ ジタル・パターンが８８８ＲＰＭの機関需要を表わすようにする。速度要求信号 （ａ　ｖ。

ｂｖ、ｃｖ、ｄｖ）は、右側バンク制御器６２及び左側バンク制御器６４に対す る速度制御信号人力として作用する。

例えば、オペレータが機関の動力を増加したい時、４デイジツトの入力が速度要 求値の増加を表わす異なる信号を反映して、左側バンク制御器及び右側バンク制 御器が要請された動力を出力させるために一層多量の燃料をシリンダに噴射する 様にする。ディジタル速度要求入力信号は、複数個の一定のディジタル表示の独 特な速度レベルが制御器に入力される様に構成されている。

第３図及び第４図について説明すると、タイミング信号発生器７０が、機関速度 に対応するタイミング信号Ｓ、及び割出し信号Ｓ１を発生する。割出し信号は、 各々のシリンダ周期のパルスを持つと共に、機関の対応するシリンダの順序の内 の１番目のシリンダ（＃１）を確認する別のパルスを持っている。これらの信号 のゼロ交差が制御器６２゜６４によって検出される。タイミング信号発生器７０ は、カム軸の回転の関数として回転する。カム軸７１はクランク軸の半分の速度 で回転する。タイミング信号発生器は、カリフォルニア州のＢＥＩモーション・ システムズ・カンパニイによって製造される光学式符号器であってよいが、任意 の適当な符号装置を用いることが出来る。光学式を基本とする信号発生器は、直 流電動機を駆動する機関車の機関によくある電磁妨害の影響を受け難いと共に、 切欠き形はずみ車に結合された普通の磁気抵抗センサよりも一層安定した正確な 信号を発生する。

タイミング信号Ｓ、（又は速度信号）及び割出し信号Ｓ１が両方とも制御器６２ ．６４に入力され、一方の制御器が故障した場合でも、他方の制御器が、その故 障を修理することが出来る様になるまで、機関を動作状態に保つのに十分な噴射 器のタイミング経過を発生することが出来る様になっている。この為、右側バン ク制御器及び左側バンク制御器の冗長度により、故障状態の際の融通性が一層大 きくなる。

信号調節モジュール６８が、バンク制御器６２．６４と負荷制御器６６の間のイ ンターフェイス・モジュールとして作用する。例えば、モジュール６８は電圧調 節回路及びフィルタ回路を含んでいて、負荷制御器及びバンク制御器の間の電圧 レベルを適合させる様にすることが出来る。然し、バンク制御器６２．６４の入 力及び出力レベルが、負荷制御器６６のそれと適合する場合、この様な信号調節 モジュールは必要でないことがある。

右側及び左側バンク制御器６２．６４によるソフトウェアの制御を通じて、可変 噴射タイミングが達成される。各々の制御器がメモリ装置を含み、このメモリ装 置は、計算された噴射燃料容積、ＭＡＰ人力、ＭＡＴ入力、速度人力及び冷却剤 温度の様な種々の入力に基づいて、最適タイミング経過を決定するのに使われる 一連のルックアップ・テーブルを記憶している。選ばれた速度が信号線ａｖ、ｂ ｖ。

ｃｖ、ｄｖを通じて制御器に入力されると、制御器は、その内部の中央処理装置 を使って、選ばれたルックアップ・テーブルをアクセスして、機関の所要の速度 、センサ入力及び負荷条件が与えられた場合の適切なタイミングを決定する。

タイミング信号Ｓ、が制御器６２．６４に対するフィードバック信号として作用 する。制御器６２．６４がタイミング信号Ｓ、を使って、実際の機関速度を決定 すると共に、部分的には噴射された燃料の量に基づいて決定された所望の速度と 実際の速度を比較する。制御器が、実際の速度を所望の速度（速度要求信号）と 比較して、それを維持することが出来ないと判断すると、過負荷要求レベル信号 が負荷制御器に出力される。過負荷要求レベル信号８０は、所望の速度を維持す ることが出来る様に、ある負荷又は若干の負荷を落すべきであることを負荷制御 器６６に知らせるのに役立つ。バンク制御器６２．６４は、選ばれたディジタル 速度ａｖ、ｂｖ、ｃｖ、ｄｖ　（１６個の速度設定値）の内の任意の１一つから 別の選ばれた速度設定値への速度の変更を制御器が制限することが出来る様に、 可変の加速／減速度制限機能を容易にする様にプログラムされている。

右側バンク制御器６２が、制御器６２．６４によ□って要請された燃料送出しの 値が達成された燃料供給値に等しいことを表わすパルス幅変調の燃料レベル信号 ８２を出力する。右側バンク制御器６２が、速度入力及び現在の燃料要求値を使 って所望の推定値を計算し、燃料送出し機構３０を通じて分与すべき大体の燃料 の量を計算する。公知の様に、各々の制御器は中央処理装置、及びそれに関連し ていて、他の入力の監視と共に、燃料のタイミング及び燃料の持続時間の条件を 制御し易くする為のプログラムを記憶するメモリを含んでいる。

制御器６２．６４はまた、機関の超過速度及び過負荷制御の為の機関の保護作用 も容易にする。機関速度が予定の期間よりも長い間予め定めたＲＰＭレベルを越 えた時、燃料要求値をゼロに設定して、過大な機関速度状態の間、機関を運転停 止にして、機関の暴走状態又はその他の望ましくない超過速度状態を避ける。

前に述べた様に、制御器６２．６４はまた、燃料の要求が現在の最大燃料限界を 越える時には、何時でも外部表示を発生する。要求された速度を達成するか又は 維持することが出来ない時、過負荷の事態が発生する。パルス幅変調の過負荷需 要レベル信号は、機関に対する過負荷需要に比例するデユーティ・サイクルを持 っている。例えば、９０％のデユーティ・サイクルは、「負荷の切離しなし」状 態を表わし、１０％のデユーティ・サイクルは、完全な「負荷切離し」状態を表 わす。

負荷制御器６６は適当な負荷の割合を決定する為に、空気燃料比を計算する為に 燃料レベルを必要とする。燃料レベル信号８２は、制御器６２．６４によって計 算された現在分与されている燃料の量に比例するデユーティ・サイクルを持つパ ルス幅変調の出力信号である。

第５図は燃料ポンプ４６に組込まれた好ましい燃料送出し機構３０を図式的に示 す。燃料ポンプ４６が電子制御のこぼれ装置８５を含み、この装置は、シャトル 弁８８又はその他の適当な流れ増幅装置と流体連通する電子制御のソ１ツノイド 弁５２、及び供給タンク（図に示してない）に流体接続されたこぼれ通路９０を 含む。燃料ポンプ４６は、プランジャ９２、及び一定押しのけ形燃料ボンピング 室９４をも含む。一定押しのけ形ポンピング室９４が人口逆止弁９６を通じて燃 料を受取る。従来公知の様な圧力解除形送出し逆止弁９８が、室９４と燃料噴射 器（図面に示してない）の間に流体接続される。この様な送出し逆止弁は、典型 的には順方向流れ部分１００及び逆方向流れ部分１０２を含む。

シャトル弁８８が、上側の肩１０６とハウジングの舌片１０８の間に設けられた ばねの様な偏圧装置１０４を持っていて、シャトル弁８８に弾性による偏圧を加 える。中心通路又は穿孔１１０が弁の長さを通抜けて、ソノイド弁５２と室９４ の間で流体連通させる。中心穿孔が、シャトル弁８８の基部に接近して１端に設 けられた制御オリフィス１１２を有する。シャトル弁の基部にある坐着面の間に 環状流路１１４がある。シャトル弁が坐着していない時、燃料が環状流路を流れ るが、これは後で説明する。

ポンピング室９４は、噴射時に機関から要求される燃料の最大量を越える容積を 持つことが出来る。例えば、機関が１６００　ｍ＋ｎ”　／ストローク程度の送 出し量しか必要としていなくても、この室は８０００　ｍｍ”　／ストローク程 度の押しのけ量を持っていてよい。この為、こぼれ量は６０００ｍｍ３／ストロ ークを越えることがある。室の容積を一層大きくすると、最大量の燃料を送出す ことが出来るタイミング範囲か得られる。

電子式燃料噴射ポンプ８４には５つの主な役割及び作動原理がある。燃料処理の この５つのモード段階は次の様に述べることが出来る。即ち、充填、ポンピング 室、こぼれ、送出し及び後退である。こぼれ及び送出し段階は、噴射の開始及び 持続時間が電子的に制御されて可変であることが独特の特徴である。こう云う段 階を最後に詳しく説明する。

最初の２つのモードは一貫性があって、機関の回転の関数として反復的に起こる 。カム軸の１回転毎に１回、ポンプ８４内の各々のプランジャ９２が、押棒４８ （第２図に一番よく示されている）の移動を通じて下向きに後退する（これは上 に述べた「後退」段階とは関係がない）。この結果、入口逆止弁９６を通じて（ 既に供給タンク内で加圧されている）燃料の吸込みが行なわれ、ポンピング室９ ４（プランジャ、胴及び室の頂部によって区切られている）の完全な充填か行な われる。更に、カム上昇の作動により、プランジャの上向きの移動が、この時捕 捉されている量の燃料を圧縮する様に作用する。

プランジャの面積、上昇速度及び燃料の体積弾性係数に従ってポンピング室／圧 縮される燃料の急激な圧力上昇（これは約１８　ｋ、ｐ、ｓ、ｉ、のレベルまで になる場合が多い）は、２通りの方法の内の一方で軽減／散逸することが出来る 。燃料をポンピング室９４から供給タンクへこぼれ／再循環させて戻してもよい し、或いは燃料は圧力解除形送出し逆止弁９８の順方向流れ部分１００を通じて 噴射器に通ずる高圧配管４４（第２図に一番よく示されている）に送出し、最終 的な燃料噴射を行なってもよい。最後に、各々の噴射事象の後、高圧燃料は、圧 力解除（「後退」）形送出し逆止弁９８の逆方向流れ部分１０２を作動すること によって、十分に低いレベルまで減衰させることが出来る。

ある範囲のタイミング（開始変動性のクランクの４０度の窓）にわたって（２０ ｋ、　ｐ、　ｓ、　１．までの）高い圧力及び（１６００ｍｍ”／ストロークま での）大きい流量の噴射をトリガすることが出来る様にする基本的な考えは、こ ぼれ装置４６の固有の機能にある。シャトル弁８８が、線５０を介して電気的に 作動されるソレノイド弁５２の流体制御に応答する。

こぼれ装置４６は基本的には「オン／オフ」ゲート弁装置として作用する。一般 的に、ソレノイド弁５２の作動は、こぼれ動作、即ち、ポンピング室９４から供 給タンクへの燃料の再循環に関係する。この結果、燃料は他の場合には噴射器に 向かう本来の通路から方向転換される。

ソレノイド弁５２が付勢されると、ソレノイド弁が閉じ、その結果、シャトル弁 ８８の上方の圧力上昇が起こり、ばね１０４の偏圧に打勝って、ポンピング室９ ４に近い基部における弁８８の坐着／閉塞を行なう。坐着して閉じたシャトル弁 は噴射を開始して維持し、また、上昇して開いたシャトル弁は、シャトル弁及び ソレノイド弁の両方を通る多重枝路の燃料こぼれ通路を設定することによって噴 射を終了させる。

逆に、ソレノイド弁５０を脱勢すると、弾性偏圧装置１１６が弁の開放動作を行 なう（これは噴射のデフオールド（ｄｅｌａａＨ）と対照的にフェイルセーフの 逃しとして作用する）と共に、流体圧のロック（ｌｏｃｋ）状態が減衰し、これ によって、ボンピング室９４内の噴射圧力の助けも借りて、シャトル弁８８を開 くことが出来る様にする。この様にシャトル弁８８が開くと、もう一度、環状流 路１１４を通じて供給タンクへの妨害のないこぼれ通路が設定され、この通路が 燃料に対する流れ抵抗の最も小さい管路であると云う性質により、噴射事象を終 了させる。動作範囲全体にわたり、電子回路及び流体回路の遅延（システム・ラ グ）が無視し得るけれども分布しており、これはソレノイドに対する電子的指令 パルスの始点及び終点を最終的に決定する時に補償される。

ソレノイド弁５２は、燃料流量の大きい範囲（即ち、１００−１６００　ｍｍ３ ／ストローク）を持つ電子式燃料噴射装置に要求される一層大きいこぼれ流量を 扱うことが出来ないので、シャトル弁機構に頼って、ソレノイド弁のこぼれ能力 を実効的に「増幅」すなわち「ブースト」する。

本質的には、この２段階の弁装置は、単独の場合に要求されるよりも一層小さい ソレノイド弁によってトリガされる受動形流れ増幅器（シャトル弁）で構成され た１個の相補形こぼれ装置として作用する様に設計されている。

シャトル弁８８の流体圧的な機能は、ソレノイド弁５２の電子的な作動に対して 最適の応答を持つ様に調整されている。この目的の為、シャトル弁の形状がソレ ノイド弁のこぼれ流量に関連して規定されると共に、更に流体圧室及び接続通路 に対しても調整されている。具体的な設計の特徴並びに／又は考慮すべき点は、 シャトル弁の全上昇距離又はストローク並びにその質量／慣性と、ばね１０４の 弾性偏圧の力と、固有の圧力降下（即ち弁の下側かつ外側の肩と夫々の「円錐状 坐着部」との間の環状流路、及び下側の制御オリフィスの両方の前後の圧力降下 ）とである。

このシャトル弁の調整と云う利点により、応答のよい２つの状態を持つこぼれ装 置が得られる。シャトル弁は通常は（弾性偏圧と、下方のポンピング室からの圧 送される燃料の圧力の周期的な上昇効果とにより）上昇した状態にある。上昇し た状態の間、シャトル弁は中心の穿孔１１０を介して燃料をこぼすが、主にその 下側の肩と坐着部との間の環状流路１１４を通過させる。一旦ソレノイドが付勢 されて閉じ、シャトル弁の中心穿孔１１０を通る燃料の流れか減衰すると、制御 オリフィス１１２並びに肩−坐着部間の環状流路１１４の前後の圧力降下により 、流体圧力の不平衡が生じ、それがシャトル弁を基部の下向き位置に坐着させる 。この圧力不平衡は、部分的には（流れのないことによる）シャトル弁の上方に 出来る高圧区域と、シャトル弁の下側の肩及び制御オリフィスの間の下側の小さ い面積だけに作用する（ボンピングによる）シャトル弁の下方に存在する高圧区 域とによって生ずる。更に、この不平衡は、燃料が肩の環状流路１１４を通り越 す時に依然として圧力降下が存在し、その結果、ボンピング圧力の一部分だけが シャトル弁の隔膜テーパ部に対して上向きに作用することによって設定される。

この時、制御オリフィス１１２の前後の圧力降下は、指令された付勢／噴射期間 が終了した後にシャトルの再上昇を行なわせる。この場合、流れが再開したこと により、制御オリフィス１１２の直ぐ上に生ずる一層低い／減少した圧力が、流 体圧による上昇状態を促進し、この場合も、ポンピング室からの圧送される燃料 の圧力による上昇効果の助けを受ける。

電子制御式ソレノイド弁５２及び流れ増幅用の弁８８を含む独特の燃料送出し機 構３０は、従来他の設計で可能であったよりも一層大きい燃料流量がとれる様に する。この独特な特徴が、可変タイミングで、選定されたシリンダへの燃料の流 れ機能の電子制御を容易にする。

この発明を■字形機関車用ディーゼル機関について説明したが、この発明の装置 は、舶用又は不動の発電機用の様なその他の目的の為に使われるインライン形機 関又は同様な寸法の圧縮点火機関に適していることが理解されよう。

別の実施例では、右側及び左側バンクの制御器６２．６４の作用を組合せて、１ 個の処理装置を用いてもよい。更に、負荷制御器６６及び処理装置が両方に適合 した信号プロトコルを持っている場合、インターフェースの信号調節モジュール ６８を省略することも出来る。更に別の実施例では、負荷制御器６６、信号調節 モジュール６８及び左側及び右側パンク制御器６２．６４の機能を１個の制御装 置にまとめることが出来、この時、この制御装置が牽引力制御モジュール等の様 な複数個の他の制御モジュールと連絡することが出来る。

ポンプ−配管−ノズル形式の場合について、各シリンダに対する燃料送出し機構 を説明したが、この発明の装置は、燃料噴射器が燃料ポンプと一直線上にあって シリンダの上方に配置されている様なユニット噴射形式にも用いることが出来る ことが理解されよう。更に、電子式ソレノイド及びシャトル弁の組合せの代りに 、少なくとも１００−１６００ｍｍ”／ストロークの適当な燃料流量を発生し得 る一層大形の電子制御式ソレノイドを用いてもよいことが理解されよう。この装 置は、一層高い噴射圧力を発生する様に変更することが出来ることも理解されよ う。

この発明を利用し且つ実施する態様を例示する為に、大形圧縮点火機関に対する 電子式燃料噴射装置に対する幾つかの実施例の装置を説明した。当業者には、こ の発明の種々の面での変更が容易に考えられようし、この発明がこ＼に説明した 具体的な実施例に制限されないことを承知されたい。従って、ニーで説明した基 本的な考え並びに請求の範囲に記載される範囲内で、この発明はこの様な全ての 変更を包括するものであることを承知されたい。

フロントページの続き （７２）発明者　クライヤー、ロバート・ダグラスアメリカ合衆国、１６５０６ 、ペンシルバニア州、イアリ、シェルパーク・コート、４７２９番 （７２）発明者　パークレー、ベンジャミン・アールアメリカ合衆国、１２３０ ５、ニューヨーク州、スケネクタデイ、グリーン・ストリート、２４６番 （７２）発明者　ラブラント、ディル・ニージエンアメリカ合衆国、９３１１７ 、カリフォルニア州、ボルタ、ヴエレダ・デル・パドル、８３３９番 （７２）発明者　アスキュー、ジェームズ・マーティン・アンダートン イギリス、ジーエルあキューエヌ・ジービー、グロスター、ブロックワース、タ ナーズ・クロウズ、１５番 （７２）発明者　ジョーンズ、アラン・グランビルイギリス、ジーニル図ビーゼ ット・ジービー、グロスター、ストロード、ネザーサン・ファーンヒル・クレセ ント（番地なし） （７２）発明者　クーパー、チャールズ・アールアメリカ合衆国、１６５０６、 ペンシルバニア州、イアリ、ビーフイン・パークウェイ、４０２幡 （７２）発明者　リレイ、アンドリュー・ジョンイギリス、ジ−エル２６エツク スジー・ジービー、グロスター、クエドジエリー、１トザ・ウィロウズ、ウィン ディン　（番地なし） （７２）発明者　ブラナス、グーライルモスイギリス、ジーエルあキューキュー ・ジービー、グロスター、ブロックワース、ミル・レース、７番 （７２）発明者　ガナー、リチャード・ティモジ−イギリス、ジ−エル７２イー エツクス・ジービー、グロスター、サイアランセスタ−、シェファース・ウェイ 、９番 （７２）発明者　ホッパー、ロバート・マイケルイギリス、ジ−エル７１ダブリ ユニー、グロスター、サイアランセスタ−、フォックスイズ・バンク・ドライブ 、２７番 フロントページの続き （７２）発明者　グリベリー、ロバート・ジョンイギリス、ハンプ・ジービー、 ペイジンストーク、ケンプショット、ペチュニア・クロウズ、７番

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも５．５リットルの１シリンダ当たりの押しのけ容積を持つ圧縮点 火機関に対する電子式燃料噴射装置に於て、 一定押しのけ形燃料室限持つ、各々のシリンダに対して設けられた個別の燃料送 出し手段と、 回転カム軸に作動的に結合されていて、タイミング信号及びシリンダ割出し信号 を発生する多重トラック光学式軸符号化手段と、 前記タイミング信号及びシリンダ割出し信号に応答して、前記個別の燃料送出し 手段を電子的に制御する電子式制御手段とを有し、 前記燃料送出し手段が、前記電子式制御手段からの出力信号に応答して、対応す る燃料噴射手段に対し、少なくとも１０−２０，ｋ．ｐ．ｓ．ｉ．の燃料噴射圧 力範囲にわたって、約１００−１６００ｍｍ３／ストロークの燃料送出し量範囲 を持つ手段限有していること、を特徴とする電子式燃料噴射装置。
2. ２．前記噴射圧力範囲にわたって燃料送出し量を持つ前記送出し手段が、前記出 力信号に応答して、前記一定押しのけ形燃料室からの燃料の流れのこぼれの一部 分を通す電子制御式弁手段と、該電子制御式弁手段と流体連通していて、前記一 定押しのけ形燃料室からの燃料の流れの追加のこぼれを通す弁手段とで構成され ている請求項１記載の電子式燃料噴射装置。
3. ３．前記電子式制御手段が、第１のバンクのシリンダに対する噴射タイミングを 制御する第１のバンク制御器と、第２のバンクのシリンダに対する噴射タイミン グを制御する第２のバンク制御器と、該第１及び第２のバンク制御器に結合され た負荷制御手段とを有する請求項１記載の電子式燃料噴射装置。
4. ４．前記電子式制御手段が各々の対応する燃料噴射手段を逐次的に作動する様に なっている請求項１記載の電子式燃料噴射装置。
5. ５．前記電子式燃料噴射装置がＶ字形機関車用圧縮点火機関に対する燃料噴射限 制御する様になっている請求項１記載の電子式燃料噴射装置。
6. ６．燃料の流れを供給する手段が、シリンダ、並びに対応する燃料ポンプ−配管 −ノズル燃料噴射形式を持つユニット形動方力集成体で構成されていて、燃料ポ ンプが前記出力信号に応答する電子制御式弁手段を含み、更に、該電子制御式弁 手段と流体連通する弁手段が前記燃料流量範囲を持つ様にした請求項１記載の電 子式燃料噴射装置。
7. ７．少なくとも５．５リットルの１シリンダ当たりの押しのけ容積を持つ圧縮点 火機関に対する電子式燃料噴射装置に於て、 一定押しのけ形燃料室限持つ、各々のシリンダに対して設けられた個別の燃料送 出し手段と、 カム軸に作動的に結合されていて、タイミング信号及びシリンダ割出し信号を発 生する多重トラック光学式符号化手段と、 前記タイミング信号及びシリンダ割出し信号に応答して、前記個別の燃料送出し 手段を電子的に制御する電子式制御手段とを有し、 前記燃料送出し手段が、前記電子式制御手段からの出力信号に応答して、対応す る燃料噴射手段に対して、約１０−２０ｋ．ｐ．ｓ．ｉ．の燃料噴射圧力範囲に わたって約１００−１６００ｍｍ３／ストロークの燃料流量範囲を持つ手段限有 し、該燃料流量範囲限持つ手段は、前記出力信号に応答する電子制御式弁手段、 及び該電子制御式弁手段と流体連通していて、前記一定押しのけ形燃料室からの 燃料の流れのこぼれを通すシャトル弁手段を含んでおり、前記電子式制御手段が 各々の対応する燃料噴射手段を逐次的に作動する様になっていること、を特徴と する電子式燃料噴射装置。
8. ８．少なくとも５．５リットルの１シリンダ当たりの押しのけ容積を持つ圧縮点 火機関に対する電子式燃料噴射装置に於て、 一定押しのけ形燃料室を持つ、各々のシリンダに対して設けられた個別の燃料送 出し手段と、 タイミング信号及びシリンダ割出し信号を発生する手段と、 前記タイミング信号及びシリンダ割出し信号に応答して、個別の燃料送出し手段 を電子的に制御すると共に、過負荷表示信号を発生する電子式制御手段と、複数 個の選ばれた機関速度レベルの内の１つに対応する信号を出力すると共に、前記 過負荷表示信号に応答して制御可能な負荷を作動並びに／又は不作動にする負荷 制御手段とを有し、 前記個別の燃料送出し手段が更に、燃料制御出力信号に応答して、対応する燃料 噴射手段に燃料を供給する電子作動式弁手段を含んでおり、前記電子式燃料制御 手段が、前記タイミング信号から決定された実際の速度を、前記電子式燃料制御 手段によって決定された所望の速度と比較することによって、前記過負荷表示信 号を発生すること、を特徴とする電子式燃料噴射装置。
9. ９．少なくとも５．５リットルの１シリンダ当たりの押しのけ容積を持つ圧縮点 火機関に対するユニット形動力集成体に於て、シリンダと、対応する燃料送出し 手段とを有し、該燃料送出し手段が、一定押しのけ形燃料室、制御信号に応答し 、該一定押しのけ形燃料室からの流体の流れのこぼれの一部分を受持つ電子制御 式弁手段、及び該電子制御式弁手段と流体連通していて、前記一定押しのけ形燃 料室からの燃料の流れの追加のこぼれを通すシャトル弁手段を含でいるユニット 形動力集成体。
10. １０．前記燃料送出し手段が約１０−２０ｋ．ｐ．ｓ．ｉ．の燃料噴射圧力範囲 が得られる様にし、前記電子制御式弁手段が前記シャトル弁手段と組合さって、 対応する燃料噴射手段に対し、約１００−１６００ｍｍ３／ストロークの燃料流 量範囲を持たせる様にした請求項９記載のユニット形動力集成体。