JPH0914032A - エンジンの燃料噴射時期制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、電磁弁でタイマピストンの位置を
調整して燃料噴射時期を制御するエンジンの燃料噴射時
期制御装置に関し、多数の試験工数を要することなくタ
イマピストンの揺らぎ現象を抑制できるようにすること
を目的とする。 【構成】 油圧に応じてタイマピストンを移動させて燃
料噴射弁からの燃料噴射時期を変更しうるタイマと、所
要のデューティ比に制御されながら該タイマへの供給油
圧を調整するタイマ制御用電磁弁３９と、エンジンの運
転状態に応じて該電磁弁のデューティ比を決定するデュ
ーティ比決定手段４５と、第１の周波数信号を発生する
手段４２と、第２の周波数信号を発生する手段４３と、
第１及び第２の周波数信号をタイマピストンの変動が生
じない短時間で周期的に切り替える周波数信号切替手段
４４と、決定したデューティ比で且つ設定された周波数
のオン・オフ信号により電磁弁３９を制御する制御手段
４６とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
燃料噴射ポンプの制御に用いて好適のエンジンの燃料噴
射時期制御装置に関し、特に、電磁弁を通じてタイマピ
ストンの位置を調整することで燃料噴射時期を制御しう
る、エンジンの燃料噴射時期制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプに
は、図３に示すような構成のものがある。この図３に示
す燃料噴射ポンプは、いわゆる電子制御式の分配型燃料
噴射ポンプであり、図３において、１０はポンプ本体で
あり、ポンプ本体１０の内部には、ベーン式のフィード
ポンプ１１がそなえられている。ここでは、フィードポ
ンプ１１については、本来の側面図に並べて９０°だけ
図示角度を変えた正面図についても示している。

【０００３】このフィードポンプ１１は、エンジンの回
転で作動するドライブシャフト１２で回転駆動されて、
燃料タンクからの燃料を圧送する。このフィードポンプ
１１から出力された燃料は、ポンプ本体１０の内部のポ
ンプ室１３に送られて、ポンプ室１３から通路１４を通
って燃料圧送用プランジャ１５へと送給される。通路１
４には燃料カット用マグネットバルブ１６が介装され
る。

【０００４】プランジャ１５は、ポンプ本体１０に形成
されたプランジャ室１７内を進退しながら、内部に形成
された連通口１７Ａを介して、通路１４からの燃料を通
路１８からデリバリバルブ１９へと供給する。このよう
なプランジャ１５の進退駆動は、プランジャ１５の一端
に結合されたカムディスク２０の作用により行なわれ
る。

【０００５】つまり、プランジャ１５及びカムディスク
２０は、ドライブシャフト１２でエンジン回転に応じて
回転駆動される。また、カムディスク２０は、プランジ
ャ１５を介してスプリング２１で付勢されることで、ロ
ーラホルダ２２に軸支されたローラ２３に当接してい
る。なお、ローラホルダ２２は、ドライブシャフト１２
の軸心線方向へは移動ぜず、また、通常時（後述する回
転位相の調整時以外）はドライブシャフト１２の軸心回
りに回転することはない。これにより、カムディスク２
０は、そのカムプロフィルに応じてローラ２３に排動さ
れながら、軸方向へ移動する。このようにして、プラン
ジャ１５が進退して、所要のタイミングで燃料の供給を
行なうのである。

【０００６】なお、通路１８，デリバリバルブ１９は各
気筒毎に設けられている。例えば４気筒エンジンの場合
には、通路１８，デリバリバルブ１９も４つ設けられる
ことになる。また、ローラ２３は、図４に示すように、
ローラホルダ２２に複数（ここでは、４つ）設けられて
おり、カムディスク２０のカムプロフィルもこれに応じ
たものになっている。これにより、カムディスク２０が
１回転するとプランジャ１５は４回駆動されることにな
り、この４回のプランジャ１５の作動に応じて、例えば
４つの気筒のそれぞれに順に燃料が供給されるようにな
る。

【０００７】なお、燃料の噴射量制御のために、プラン
ジャ１５の外周を進退してプランジャ１５の圧送ストロ
ークを調整するコントロールスリーブ２４と、このコン
トロールスリーブ２４を駆動するガバナ（ここではエレ
クトリックガバナ）２５とが設けられている。さらに、
図３中、２６はレギュレータバルブ、２７はドライブシ
ャフト１２の回転速度を検出するセンシングギヤプレー
ト、２８は燃料温度センサであり、２９はポンプ室１３
内の過剰な燃料を燃料タンクへ戻すオーバフローバルブ
であって、チェックバルブをそなえている。

【０００８】ところで、このような燃料噴射ポンプで
は、燃料の噴射タイミングを制御するために、タイマ３
０が設けられている。タイマ３０には、ローラ２３の回
転方向位置を変更するタイマピストン３１がそなえられ
れている。なお、このタイマピストン３１についても、
便宜上、９０°だけ図示角度を変えた正面図で示してい
る。

【０００９】このタイマピストン３１は、図３，図４に
示すように、ポンプ本体１０に形成されたシリンダ３２
内で進退しながら、ピストンピン３３を通じてローラホ
ルダ２２を微小回転させる。つまり、タイマピストン３
１は、中間部にピストンピン３３をピン結合され、その
一端にはポンプ室１３内の燃料圧を導かれる第１圧力室
３４が設けられ、他端には吸入側燃料圧（フィードポン
プ１１の上流側の燃料圧）を導かれる第２圧力室３５が
設けられる。

【００１０】また、タイマピストン３１には、ポンプ室
１３と第１圧力室３４とを連通する通路３６が設けら
れ、この通路３６にはオリフィス３７が介設されてい
る。さらに、第２圧力室３５内には、タイマピストン３
１を一端側（第１圧力室３４方向）へ付勢するタイマス
プリング３８がそなえられる。そして、第１圧力室３４
内の燃料圧と、第２圧力室３５内の燃料圧及びタイマス
プリング３８の付勢力とのバランスによって、タイマピ
ストン３１の位置が決定する。例えば図４の（Ａ）に示
す状態よりも第１圧力室３４内の燃料圧が高くなると、
図４の（Ｂ）に示すように、タイマピストン３１が図中
左方へ移動するが、この時には、燃料噴射タイミングは
進角側へ調整される。逆に、第１圧力室３４内の燃料圧
が低くなると、タイマピストン３１が図中右方へ移動し
て、燃料噴射タイミングは遅角側へ調整される。

【００１１】例えば、エンジンの回転速度が高まると、
フィードポンプ１１からの出力圧が高まって、ポンプ室
１３内の燃料圧も高まり、第１圧力室３４が高圧にな
る。したがって、タイマピストン３１が図中左方へ移動
して、燃料噴射タイミングが進角側へ調整されることに
なる。さらに、このポンプの場合、図３に示すように、
第１圧力室３４側と第２圧力室３５側との圧力バランス
を調整しうるタイミングコントロールバルブ（ＴＣＶ）
３９が設けられており、様々なパラメータに基づいて燃
料噴射タイミングを調整しうるようになっている。

【００１２】つまり、タイミングコントロールバルブ３
９は、電子制御式の電磁弁であり、デューティ制御によ
りその開度（単位時間当たりの開弁時間）を調整され
る。したがって、タイミングコントロールバルブ３９を
デューティ制御することで、バルブ３９の開度に応じて
第１圧力室３４側と第２圧力室３５側との圧力差が適宜
調整（ここでは減少側へ調整）され、タイマピストン３
１の位置が調整されることになり、この結果、燃料噴射
タイミングが調整される。

【００１３】このようなタイミングコントロールバルブ
３９の駆動は、図示しないタイミングコントロールバル
ブドライバ（ＴＣＶドライバ）により行なわれるが、こ
のＴＣＶドライバは、図示しないコントローラにより目
標燃料噴射量Ｑやエンジン回転数Ｎｅに応じて作動を制
御される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、タイミング
コントロールバルブ３９をデューティ制御する場合、一
定の周波数で駆動電流パルスを発しながら制御を行なう
ことになるが、この時の駆動周波数がエンジンの回転数
の整数倍に近づくと、燃料噴射時期が変動することがあ
る。この現象は「揺らぎ」と呼ばれ、この「揺らぎ」
は、近接した異なる２つの周波数の干渉により生じるい
わゆる「うなり」の現象と考えられる。

【００１５】例えば図５の曲線Ｓは、この揺らぎ現象を
示す実験データであり、エンジン回転数Ｎｅを１８００
ｒｐｍの近傍とし、タイミングコントロールバルブ３９
の駆動周波数を６０Ｈｚとした条件下での実験結果を示
す。横軸が時間、縦軸がタイマピストン３１の位置（Ｔ
ＰＳ）であり、曲線Ｃ１がＴＰＳの変動特性を示してい
るが、ＴＰＳが比較的長周期（約１秒）で振動している
ことがわかる。

【００１６】これは、エンジン回転数Ｎｅが正確に１８
００ｒｐｍ（＝３０Ｈｚ）であれば、タイミングコント
ロールバルブ３９の駆動周波数６０Ｈｚは丁度エンジン
回転数Ｎｅの２倍になるが、エンジン回転数Ｎｅが１８
００ｒｐｍに近いが正確に１８００ｒｐｍではないため
に、このような「うなり」のような現象が生じるものと
考えられる。

【００１７】そこで、エンジン回転数Ｎｅを１７７０ｒ
ｐｍ（＝２９．５Ｈｚ）としてタイミングコントロール
バルブ３９の駆動周波数を６０Ｈｚとした場合をシミュ
レーションしてみると、図６に示すように、上述の図５
に示す実験結果とほぼ同様の特性が現れる。このような
揺らぎ現象の原因は、オリフィス３７が一定に作用し且
つタイミングコントロールバルブ３９の開度が一定のと
きには、タイマピストン３１の両端の差圧により、各圧
力室３４，３５での燃料の流入出即ちタイマピストン３
１の位置が支配される。したがって、差圧変動が揺らぎ
（即ち、タイマピストン３１の変位）の原因と考えられ
る。

【００１８】そこで、さらに、差圧変動の要因を考える
と、ポンプ室１３の圧力変動、及び、タイマピストン３
１のシリンダ３２内の圧力変動が考えられる。このう
ち、ポンプ室１３の圧力変動は、フィードポンプ１１の
吐出圧の変動によるものや、プランジャ１５の燃料圧送
スピルによるもの等が考えられる。また、タイマピスト
ンシリンダ３２内の圧力変動は、カムディスク２０がロ
ーラ２３を乗り越える時の反力がピストンピン３３を通
じて伝達されることによるものや、タイマピストン３１
の質量とタイマスプリング３８の弾性特性とによる共振
によるものなどが考えられる。

【００１９】これらのなかでも、特に、影響が大きいも
のが、カムディスクの乗り越え時の反力である。この反
力は、カムディスクの乗り越え時にタイマピストン３１
の動きにより、タイマピストン３１の両端（即ち、両圧
力室３４，３５）の流入圧がともに変動するため、単純
に考えると、ポンプ室１３の圧力変動の２倍の影響があ
る。しかも、タイマピストン３１に作用する強制圧自体
も変動が大きいため、最も影響が大きいと言える。な
お、このカムディスクの乗り越え時の反力は、４気筒エ
ンジンの場合、エンジン回転数Ｎｅの２倍の周波数をも
ち、振幅はほぼ一定である。

【００２０】このような揺らぎ現象を回避するには、以
下のような手段が考えられる。 （１）つまり、図７中の直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に示すよ
うに、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数
をエンジン回転との共振点、即ちエンジン回転数Ｎｅ，
又はエンジン回転数Ｎｅの２倍値（＝２Ｎｅ），又はエ
ンジン回転数Ｎｅの４倍値（＝４Ｎｅ）と完全に同期さ
せる。この技術は、例えば特公昭６３−８２９８号公報
に開示されている。

【００２１】（２）図７中の破線Ｌ４に示すように、タ
イミングコントロールバルブ３９の駆動周波数をエンジ
ン回転数Ｎｅに対して鋸刃状に変更しながら、タイミン
グコントロールバルブ３９の駆動周波数がエンジン回転
との共振点、即ちエンジン回転数Ｎｅや２Ｎｅや４Ｎｅ
に接近しないようにする。この技術は、例えば特公平１
−１９０５９号公報に開示されている。

【００２２】これらの手段は、図８に示すように、タイ
ミングコントロールバルブとエンジンとの周波数差が離
れるほど、揺らぎ（ピストン振幅）が減少するという特
性に基づいている。図８中、Ｎｅを付す特性はタイミン
グコントロールバルブの作動周波数をエンジン回転数Ｎ
ｅの近傍にした場合のもので、２＊Ｎｅを付す特性はタ
イミングコントロールバルブの作動周波数をエンジン回
転数Ｎｅの２倍の近傍にした場合のもので、４＊Ｎｅを
付す特性はタイミングコントロールバルブの作動周波数
をエンジン回転数Ｎｅの４倍の近傍にした場合のもので
ある。

【００２３】（１）の解決手段に着目すると、上述の特
公昭６３−８２９８号公報は、燃料フィード圧に基づい
て、開閉弁（タイミングコントロールバルブ）の作動周
波数を機関回転数の整数倍（例えば２倍）となるように
制御することで、開閉弁の作動周期を燃料フィード圧の
圧力変動周期と同期させて、燃料フィード圧の圧力変動
を減少させ、燃料噴射時期を精度よく制御しようとする
技術である。

【００２４】しかしながら、この技術では、燃料フィー
ド圧を検出してこの圧力に基づいて開閉弁の作動を制御
するため、以下のような不具合がある。ます、上述のゆ
らぎ現象に対しては、燃料フィード圧の影響は比較的小
さいので、燃料フィード圧に基づいた制御は必ずしも適
切ではない。また、燃料噴射時期が変化するごとに開閉
弁の駆動開始時期も変化するため、開閉弁の駆動終了時
期（即ち、デューティ幅）の設定が複雑になる。逆に、
開閉弁の駆動終了時期を回転位相に同期させようとする
と開閉弁の駆動開始時期を正しく設定できないので開閉
弁の開度制御（即ち、デューティ制御）を行なえない。

【００２５】さらに、機関のクランク角に対して、検出
した燃料フィード圧情報に基づく信号を同期させるのに
工夫が必要になる。これは、燃料フィード圧の立ち上が
りは噴射時期に同期するがクランク角とは関連なく、ま
た、燃料フィード圧の立ち下がりは噴射量に依存するが
やはりクランク角とは関連ないためである。また、
（２）の技術は、複数の周波数をエンジン回転数（回転
速度）に応じて選択するため、エンジン回転数の設定
や、タイマピストン位置とエンジン回転数とタイミング
コントロールバルブの駆動デューティとの関係の設定等
に多数の試験工程がかかってしまう。

【００２６】なお、特開平１−３０００３７号，特開平
４−３４７３４６号，特公平３−２５６２６号の各公報
にも、ディーゼルエンジン等のエンジンの燃料噴射時期
制御に関する技術が開示されているが、これらの技術
は、上述のような揺らぎ現象に関して具体的に着目して
おらず、また、かかる現象を適切に回避しうるものでは
ない。

【００２７】本発明は、上述の課題に鑑み創案されたも
ので、電磁弁を通じてタイマピストンの位置を調整する
ことで燃料噴射時期を制御しうる装置において、多数の
試験工程を要することなくタイマピストンの揺らぎ現象
を抑制できるようにして燃料噴射時期を適切に制御でき
るようにした、エンジンの燃料噴射時期制御装置を提供
することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置は、供給さ
れる油圧に応じてタイマピストンを移動させることで燃
料噴射弁から噴射されるエンジンの燃料噴射時期を変更
しうるタイマと、所要のデューティ比に制御されながら
該タイマへ供給される油圧を調整するタイマ制御用電磁
弁と、該エンジンの運転状態に応じて該電磁弁の該デュ
ーティ比を決定するデューティ比決定手段と、第１の周
波数を有する周波数信号を発生する第１の信号発生手段
と、該第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する周
波数信号を発生する第２の信号発生手段と、該タイマピ
ストンの変動が生じない短時間で周期的に該第１の信号
発生手段からの該第１の周波数を有する信号と該第２の
信号発生手段からの該第２の周波数を有する信号とを交
互に切り替えながら出力する周波数信号切替手段と、上
記の周波数信号切替手段から出力された信号に基づく周
波数を有し該デューティ比決定手段で決定したデューテ
ィ比によるオン・オフ信号に基づいて該電磁弁を制御す
る制御手段とから構成されていることを特徴としてい
る。

【００２９】請求項２記載の本発明のエンジンの燃料噴
射時期制御装置は、請求項１記載の構成において、上記
の第１の周波数と第２の周波数との切り替え周期が、ほ
ぼ０．５秒程度以下に設定されていることを特徴として
いる。

【００３０】

【作用】上述の請求項１記載の本発明のエンジンの燃料
噴射時期制御装置では、タイマが、供給される油圧に応
じてタイマピストンを移動させるようにして、燃料噴射
弁から噴射されるエンジンの燃料噴射時期を変更する。
このとき、デューティ比決定手段がエンジンの運転状態
に応じてデューティ比を決定して、周波数信号切替手段
が、タイマピストンの変動が生じない短時間で周期的に
第１の信号発生手段からの第１の周波数を有する信号と
第２の信号発生手段からの第２の周波数を有する信号と
を交互に切り替えながら出力する。そして、制御手段
が、上記の周波数信号切替手段から出力された信号に基
づく周波数を有し該デューティ比決定手段で決定したデ
ューティ比によるオン・オフ信号に基づいてタイマ制御
用電磁弁を制御する。このような制御に基づいて、タイ
マ制御用電磁弁がタイマへ供給される油圧を調整する。

【００３１】特に、周波数信号切替手段が、タイマ制御
用電磁弁の駆動周期をタイマピストンの変動が生じない
短時間で周期的に切り替えらるので、エンジン回転数と
タイミングコントロールバルブの駆動周期が接近してタ
イマピストンの揺らぎが生じるような状態になっても、
この揺らぎが成長する前に、タイミングコントロールバ
ルブの駆動周期が切り替わって、例え揺らぎが発生して
もこれが成長することがなくなる。

【００３２】上述の請求項２記載の本発明のエンジンの
燃料噴射時期制御装置では、上記の第１の周波数と第２
の周波数との切り替え周期が、ほぼ０．５秒程度以下に
設定されているので、タイマ制御用電磁弁の駆動周期を
タイマピストンの変動が生じない短時間で周期的に切り
替えることになり、エンジン回転数とタイミングコント
ロールバルブの駆動周期が接近してタイマピストンの揺
らぎが生じるような状態になっても、この揺らぎが成長
する前に、タイミングコントロールバルブの駆動周期が
切り替わるので、例え揺らぎが発生してもこれが成長す
ることがなくなる。

【００３３】

【実施例】以下、図面により、本発明の実施例について
説明すると、図１，図２は本発明の一実施例としてのエ
ンジンの燃料噴射時期制御装置を示すものであるが、こ
のエンジンの燃料噴射時期制御装置は、従来技術として
既に説明したように、図３，図４に示すような電子制御
式の分配型燃料噴射ポンプに適用される。そこで、図
３，図４を参照して、この分配型燃料噴射ポンプから簡
単に説明する。

【００３４】本エンジンの燃料噴射時期制御装置をそな
える燃料噴射ポンプは、図３に示すように、ポンプ本体
１０の内部に、エンジン駆動のドライブシャフト１２で
回転駆動されるベーン式フィードポンプ１１をそなえ、
このフィードポンプ１１で、燃料タンクからの燃料をポ
ンプ本体１０の内部のポンプ室１３に圧送し、更に、通
路１４を経て燃料圧送用プランジャ１５へと送給するよ
うになっている。通路１４には、燃料カット用マグネッ
トバルブ１６が設けられる。

【００３５】プランジャ１５はプランジャ室１７内を進
退するが、このプランジャ１５の位置に応じて、通路１
４側の燃料をプランジャ室１７に吸入して、連通口１７
Ａを介して通路１８からデリバリバルブ１９へと圧送す
るようになっている。なお、通路１８，デリバリバルブ
１９は各気筒毎に設けられている。また、プランジャ１
５は、その一端に結合されたカムディスク２０を通じて
進退駆動されるようになっている。

【００３６】すなわち、カムディスク２０は、プランジ
ャ１５に装着されたスプリング２１でローラホルダ２２
に軸支されたローラ２３に付勢されており、プランジャ
１５及びカムディスク２０がドライブシャフト１２で回
転駆動されると、カムディスク２０は、そのカムプロフ
ィルに応じてローラ２３に排動されながら、軸方向へ移
動して、プランジャ１５を進退させて、所要のタイミン
グで燃料の供給を行なうようになっている。

【００３７】ローラ２３は、図４に示すように、ローラ
ホルダ２２に複数（ここでは、４つ）設けられており、
カムディスク２０のカムプロフィルもこれに応じたもの
になっている。これにより、カムディスク２０が１回転
するとプランジャ１５は４回駆動されることになり、こ
の４回のプランジャ１５の作動に応じて、例えば４つの
気筒のそれぞれに順に燃料が供給されるようになってい
る。

【００３８】また、燃料の噴射量制御のためのコントロ
ールスリーブ２４，このコントロールスリーブ２４を駆
動するガバナ（ここではエレクトリックガバナ）２５の
ほか、レギュレータバルブ２６，ドライブシャフト１２
の回転速度を検出するセンシングギヤプレート２７，燃
料温度センサ２８，ポンプ室１３内の過剰な燃料を燃料
タンクへ戻すチェックバルブ付きオーバフローバルブ２
９も設けられる。

【００３９】そして、ローラ２３の回転方向位置を変更
するために、タイマピストン３１をそなえたタイマ３０
が設けられている。タイマピストン３１は、図３，図４
に示すように、ポンプ本体１０に形成されたシリンダ３
２内で進退しながら、ピストンピン３３を通じてローラ
ホルダ２２を微小回転させる。タイマピストン３１は、
中間部にピストンピン３３をピン結合され、一端にはポ
ンプ室１３内の燃料圧を導かれる第１圧力室３４が設け
られ、他端には吸入側燃料圧（フィードポンプ１１の上
流側の燃料圧）を導かれる第２圧力室３５が設けられて
いる。また、タイマピストン３１には、ポンプ室１３と
第１圧力室３４とを連通する通路３６が設けられ、この
通路３６にはオリフィス３７が介設されている。さら
に、第２圧力室３５内には、タイマピストン３１を一端
側（第１圧力室３４方向）へ付勢するタイマスプリング
３８がそなえられる。

【００４０】これにより、第１圧力室３４内の燃料圧
と、第２圧力室３５内の燃料圧及びタイマスプリング３
６の付勢力とのバランスによって、タイマピストン３１
の位置が決定するが、このポンプの場合、図３に示すよ
うに、第１圧力室３４側と第２圧力室３５側との圧力バ
ランスを調整しうるタイマ制御用電磁弁としてのタイミ
ングコントロールバルブ（ＴＣＶ）３９が設けられてお
り、様々なパラメータに基づいて燃料噴射タイミングを
調整しうるようになっている。

【００４１】このタイミングコントロールバルブ３９
は、電子制御式電磁弁であり、デューティ制御によりそ
の開度（単位時間当たりの開弁時間）を調整されるよう
になっており、このタイミングコントロールバルブ３９
をデューティ制御することで、バルブ３９の開度に応じ
て第１圧力室３４側と第２圧力室３５側との圧力差が適
宜調整（ここでは減少側へ調整）され、タイマピストン
３１の位置が調整されることになり、この結果、燃料噴
射タイミングが調整されるようになっている。このよう
なタイミングコントロールバルブ３９の駆動は、図１に
示すようなタイミングコントロールバルブソレノイド
（ＴＣＶソレノイド）４０Ａへの電流制御により行われ
るが、この電流制御は、制御手段としてのＥＣＵ（電子
制御ユニット）４１により目標燃料噴射量Ｑやエンジン
回転数Ｎｅに応じて作動を制御される。本燃料噴射時期
制御装置では、このようなタイミングコントロールバル
ブ３９の駆動制御に特徴があるが、この説明の前に、図
２のタイマピストン３１の駆動制御モデルを参照しなが
ら、ＥＣＵ４１を通じて行なうタイマピストン３１の駆
動制御を説明する。

【００４２】タイマピストン３１の位置は、高圧側の第
１圧力室３４側に加わる圧力（高圧側の第１圧力室３４
と低圧側の第２圧力室３５内との差の圧力〕と、低圧側
の第２圧力室側から加わるタイマスプリング３８のバネ
力との均衡したところに決まる。タイマピストン３１の
駆動制御はこのような観点から行なわれる。つまり、図
２に示すように、高圧側の第１圧力室３４からタイマピ
ストン３１に作用する圧力方向を正とすると、タイマピ
ストン３１には、高圧側の第１圧力室３４内の圧力Ｐ１
〔Ｂ１参照〕と、この第１圧力室３４に作用する元圧変
動（フィードポンプ吐出圧の変動する圧力影響）Ｐ３
〔Ｂ３参照〕とが正方向に加わり、低圧側の第２圧力室
３５内の圧力Ｐ２〔Ｂ２参照〕が負方向に加わる。

【００４３】また、タイミングコントロールバルブ３９
による第１圧力室３４から第２圧力室３５への圧力調整
分Ｐｃが、正方向圧力を減少させ〔ａ１参照〕、正方向
圧力を増加させる〔ａ２参照〕。第１圧力室３４へ進入
する燃料の流量は、ポンプ室１３側とタイマシリンダ３
２側（第１圧力室３４側）との圧力差の平方根に比例し
〔Ｂ５参照〕、これにオリフィス３７の流量係数（オリ
フィス係数）を乗算したものである〔Ｂ６参照〕。同様
に、タイマシリンダ３２側（第１圧力室３４側）から流
出する燃料量は、シリンダ圧と低圧〔Ｂ２参照〕とのさ
の平方根に比例するが、この流量は、タイミングコント
ロールバルブ３９のオン・オフ状態〔Ｂ７参照〕に応じ
て変化する。タイマピストン３１の位置は、これらのシ
リンダ３２への燃料の流入出量によって決まる。

【００４４】このため、タイミングコントロールバルブ
３９を制御してタイマシリンダ３２への燃料の流入出量
を変えれば、ピストン位置は変化する。そして、エンジ
ン回転数Ｎｅと噴射量Ｑとに対応してタイミングコント
ロールバルブ３９のオン・オフの割合（即ち、デューテ
ィ比）を設定すれば、燃料噴射時期を制御することがで
き、さらに、実際の燃料噴射時期を検出することによっ
て燃料噴射時期をデューティ制御することもできる。

【００４５】例えば、図２に示すような更なる処理（Ｂ
８〜Ｂ１５，ａ３〜ａ５，ｄ１，ｄ２）によってタイマ
ピストンを制御することもできる。そして、ＥＣＵ４１
によるタイミングコントロールバルブ３９自体の駆動制
御系は、図１に示すように構成される。つまり、ＥＣＵ
４１には、第１の信号発生手段４２と、第２の信号発生
手段４３と、周波数信号切替手段４４と、デューティ比
決定手段４５と、タイミングコントロールバルブ制御手
段４６とがそなえられる。

【００４６】第１の信号発生手段４２は、第１の周波数
ｆ₁ を有する第１周波数信号Ｗ１を発生し、第２の信号
発生手段４３は、この第１の周波数ｆ₁ とは十分に離隔
した第２の周波数ｆ₂ を有する第２周波数信号Ｗ２を発
生するようになっている。また、周波数信号切替手段４
４は、第１の信号発生手段４２からの周波数信号Ｗ１と
第２の信号発生手段４３からの周波数信号Ｗ２とを交互
に周期的に切り替えながら出力するもので、この切替周
期は、タイマピストン３１の変動が生じないような短い
時間Ｔ１に設定されている。

【００４７】この周波数信号切替手段４４は、例えば図
１に示すように、時間をカウントしてカウント値が所定
値になったら信号（カウントアップ信号）を発するタイ
ムカウンタ４４Ａと、このタイムカウンタ４４Ａからの
カウントアップ信号を受ける毎に切り替わるスイッチ４
４Ｂとから構成することができる。この場合、タイムカ
ウンタ４４Ａはカウントアップ信号を発するごとに０リ
セットされる。

【００４８】デューティ比決定手段４５は、エンジンの
運転状態に応じてタイミングコントロールバルブ（電磁
弁）３９のデューティ比を決定するもので、目標ピスト
ン位設定手段４７で設定されたタイマピストン３１の目
標位置（目標ピストン位置）に応じてデューティ比を決
定する。なお、目標ピストン位設定手段４７では、燃料
噴射量（燃料噴射時間）Ｑ及びエンジン回転数Ｎｅに基
づいて目標ピストン位置を設定する。

【００４９】そして、本実施例では、デューティ比決定
手段４５は、このデューティ比に対応したタイミングコ
ントロールバルブ３９のコイル３９Ａへの励磁時間（オ
ン制御時間）ｔ₁ を例えばマップに基づいて設定するよ
うになっている。つまり、デューティ比が決まれば、制
御周期にこのデューティ比を乗算することで、励磁時間
ｔ₁ を算出することができ、ここでは、第１の周波数ｆ
₁ に応じた第１の制御周期と、第２の周波数ｆ₂ に応じ
た第２の制御周期とが設けられているので、第１の周波
数ｆ₁ に応じた第１周波数用マップＡと、第２の周波数
ｆ ₂ に応じた第２周波数用マップＢとを用意して、これ
らのマップを適宜用いることでデューティ比に応じた励
磁時間ｔ₁ を設定するようになっている。

【００５０】制御手段４６は、オン・オフ信号に基づい
てタイミングコントロールバルブ３９を制御するもの
で、このオン・オフ信号は、周波数信号切替手段４４か
ら出力された信号に基づく周波数ｆ₁ 又はｆ₂ を有し、
デューティ比決定手段４５で決定したオン・オフの割合
（即ち、デューティ比）を有している。このため、制御
手段４６は、図１に示すように、０クロス検出器４６Ａ
と、三角波発生器４６Ｂと、コンパレータ４６Ｃと、ア
ンド回路４６Ｄと、トランジスタ４６Ｅとをそなえてい
る。

【００５１】このうち、０クロス検出器４６Ａは周波数
信号Ｗ１又はＷ２の０クロスを検出するが、周波数信号
Ｗ１又はＷ２が入力されていれば三角波発生器４６Ｂ及
びアンド回路４６Ｄにオン信号を出力し、また、０クロ
スを検出時には、三角波発生器４６Ｂに検出信号を出力
する。三角波発生器４６Ｂは、この０クロス検出器４６
Ａからのオン信号で三角波信号を派生して出力するが、
この三角波信号は０クロス検出信号によってリセットさ
れる。

【００５２】また、コンパレータ４６Ｃは、三角波発生
器４６Ｂからの三角波信号の出力値と、デューティ比決
定手段４５で求められたタイミングコントロールバルブ
３９の励磁時間信号の出力値とを比較するもので、三角
波信号の出力値が励磁時間信号の出力値よりも小さけれ
ば、オン信号（励磁信号）を出力し、三角波信号の出力
値が励磁時間信号の出力値以上になったら、オフ信号
（励磁停止信号）を出力するようらになっている。

【００５３】さらに、アンド回路４６Ｄは、コンパレー
タ４６Ｃからのオン信号が出力されたときに、同時に０
クロス検出器４６Ａからオン信号が出力されていたら、
オン信号（励磁信号）をトランジスタ４６Ｅに出力する
ようになっている。トランジスタ４６Ｅは、スイッチン
グ回路として機能し、アンド回路４６Ｄからオン信号を
受けると、タイミングコントロールバルブ３９のコイル
に電源Ｖ_Bからの電力を供給しタイミングコントロール
バルブ３９のコイル３９Ａを励磁するようになってい
る。

【００５４】ところで、周波数の切替周期は、タイマピ
ストン３１の変動が生じないような短い時間Ｔ１に設定
されるが、これは以下のような考えによる。すなわち、
タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数とエン
ジン回転数とが接近すると、前述のようにタイマピスト
ン３１の「揺らぎ」という一種のうなり現象が生じる
が、この「揺らぎ」によるタイマピストン３１の振幅
は、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数と
エンジン回転数とが一致しないかぎりは、接近するほど
大きくなり、逆に、駆動周波数とエンジン回転数とが離
れれば小さくなる。

【００５５】また、「揺らぎ」によるタイマピストン３
１の振幅は、駆動周波数とエンジン回転数とが接近した
場合には、ある程度の時間をかけて成長し、逆に、駆動
周波数とエンジン回転数とが接近した初期には、「揺ら
ぎ」の現象が生じてもタイマピストン３１の振幅は小さ
く問題にはならない。そこで、「揺らぎ」の現象が生じ
てもこれが成長する前に、タイミングコントロールバル
ブ３９の駆動周波数をエンジン回転数とが離れたものに
切り替えてしまえば、「揺らぎ」は解消されていく。

【００５６】各部材の特性にもよるが、問題となるよう
な「揺らぎ」の周期は比較的長く（例えば図６，図７の
例では揺らぎの周期は１秒）、「揺らぎ」が開始してか
ら０．５秒程度以下であれば「揺らぎ」の成長は僅かで
あり、「揺らぎ」によるタイマピストン３１の振幅は小
さく問題にならない。そこで、本装置では、周波数信号
Ｗ１と周波数信号Ｗ２とを短い時間Ｔ１（Ｔ１≦０．５
秒）で周期的に交互に切り替えながら、タイミングコン
トロールバルブ３９の駆動周波数を常に切り替えること
で、「揺らぎ」が生じてもこれが成長する前に、駆動周
波数が切り替わるようにしているのである。

【００５７】本発明の一実施例としてのエンジンの燃料
噴射時期制御装置は、上述のように構成されているの
で、燃料の噴射にあたっては、ＥＣＵ４１により、噴射
時期及び噴射時間（噴射量）を設定しながら、設定され
た噴射時期及び噴射時間に応じて噴射弁を駆動する。こ
のとき、噴射時期の制御は、タイマピストン３１の位置
調整により行われるが、この位置調整には、タイミング
コントロールバルブ３９をデューティ制御しながらタイ
マピストン３１に加わる油圧（燃料圧）を調整しながら
行なう。

【００５８】このタイミングコントロールバルブ３９の
制御は、タイミングコントロールバルブ制御手段４６を
通じて以下のように行われる つまり、この制御時には、第１の信号発生手段４２から
第１の周波数ｆ₁ を有する第１周波数信号Ｗ１が発生さ
れ、第２の信号発生手段４３から第１の周波数ｆ₁ とは
十分に離隔した第２の周波数ｆ₂ を有する第２周波数信
号Ｗ２が発生される。そして、周波数信号切替手段４４
が、第１の信号発生手段４２からの周波数信号Ｗ１と第
２の信号発生手段４３からの周波数信号Ｗ２とを交互に
周期的に切り替えながら出力する。

【００５９】また、デューティ比決定手段４５は、タイ
マピストン３１の目標位置（目標ピストン位置）に応じ
てデューティ比を決定して、さらに、周波数信号切替手
段４４で選択された周波数に応じたマップに基づいて、
デューティ比及び駆動周期に対するタイミングコントロ
ールバルブ３９の励磁時間ｔ₁ を設定する。そして、制
御手段４６が、デューティ比決定手段４５から、励磁時
間に応じた励磁信号を受けて、各励磁周期において励磁
時間ｔ₁ 分だけオン信号を出力してタイミングコントロ
ールバルブ３９のコイル３９Ａ励磁する。

【００６０】これにより、タイミングコントロールバル
ブ３９が所要の開度（時間平均開度）に制御され、タイ
マピストン３１の位置が適切に調整されるため、所要の
燃料噴射タイミングに調整される。そして、タイミング
コントロールバルブ３９の駆動周波数とエンジン回転数
とが接近すると、前述のようにタイマピストン３１の
「揺らぎ」という一種のうなり現象が生じるが、本装置
では、周波数信号Ｗ１と周波数信号Ｗ２とを短い時間Ｔ
１（Ｔ１≦０．５秒）で周期的に交互に切り替えなが
ら、タイミングコントロールバルブ３９の駆動周波数を
常に切り替えているので、タイミングコントロールバル
ブ３９の駆動周波数とエンジン回転数とが接近する状態
が継続することがなく、「揺らぎ」が生じてもこれが成
長することがない。

【００６１】つまり、エンジン回転数が一方の駆動周波
数に接近した場合、時間Ｔ１後には他方の駆動周波数に
切り替えられることになり、「揺らぎ」が開始しても、
これが成長する前に駆動周波数が切り替えられ、「揺ら
ぎ」が解消されるのである。もちろん、さらに、時間Ｔ
１後には、再び一方の駆動周波数に切り替えられて「揺
らぎ」が開始するが、一端「揺らぎ」が収まっているの
で、再び「揺らぎ」が開始しても大きなものにはなら
ず、さらにに再び他方の駆動周波数に切り替えられるこ
とになる。

【００６２】このように、「揺らぎ」が成長しなけれ
ば、「揺らぎ」によるタイマピストン３１の振動は振幅
が小さく、燃料噴射時期の制御精度を確保する上で問題
にはならない。この結果、タイマピストン３１の位置を
精度よく調整することができ、燃料噴射時期の制御を適
切に行なうことができるようになり、エンジンの性能向
上に寄与しうる利点がある。しかもこのような制御は、
エンジン回転状態とは無関係にオープンループで制御す
ることができて、多数の試験工程も要することなく構成
することができる。

【００６３】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明のエンジンの燃料噴射時期制御装置によれば、供給
される油圧に応じてタイマピストンを移動させることで
燃料噴射弁から噴射されるエンジンの燃料噴射時期を変
更しうるタイマと、所要のデューティ比に制御されなが
ら該タイマへ供給される油圧を調整するタイマ制御用電
磁弁と、該エンジンの運転状態に応じて該電磁弁の該デ
ューティ比を決定するデューティ比決定手段と、第１の
周波数を有する周波数信号を発生する第１の信号発生手
段と、該第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する
周波数信号を発生する第２の信号発生手段と、該タイマ
ピストンの変動が生じない短時間で周期的に該第１の信
号発生手段からの該第１の周波数を有する信号と該第２
の信号発生手段からの該第２の周波数を有する信号とを
交互に切り替えながら出力する周波数信号切替手段と、
上記の周波数信号切替手段から出力された信号に基づく
周波数を有し該デューティ比決定手段で決定したデュー
ティ比によるオン・オフ信号に基づいて該電磁弁を制御
する制御手段とから構成されているので、タイマピスト
ンの作動周波数とエンジンの回転速度との微小なずれに
起因して生じる「揺らぎ現象」の発生を、多数の試験工
程を要することなく低コストで容易に抑制することがで
きるため、タイマピストンの位置を精度よく調整するこ
とができ、燃料噴射時期の制御を適切に行なうことがで
きるようになり、エンジンの性能向上に寄与しうる利点
がある。

【００６４】請求項２記載の本発明のエンジンの燃料噴
射時期制御装置によれば、請求項１記載の構成におい
て、上記の第１の周波数と第２の周波数との切り替え周
期が、ほぼ０．５秒程度以下に設定されるという構成に
より、「揺らぎ現象」の発生を、より確実に抑制するこ
とができるため、タイマピストンの位置を精度よく調整
することができ、燃料噴射時期の制御を適切に行なうこ
とができるようになり、エンジンの性能向上に寄与しう
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としてのエンジンの燃料噴射
時期制御装置の要部構成を示す制御ブロック図である。

【図２】本発明の一実施例としてのエンジンの燃料噴射
時期制御装置にかかるタイマピストンの駆動制御モデル
を示す図である。

【図３】ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプを示す断
面図である。

【図４】ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプのタイマ
を示す断面図であり、（Ａ）は燃料噴射時期の進角制御
の開始前の状態を示し、（Ｂ）は燃料噴射時期の進角制
御の開始前の状態を示す。

【図５】本発明の課題である揺らぎ現象に関する実験デ
ータを示すグラフである。

【図６】本発明の課題である揺らぎ現象に関するシミュ
レーション結果を示すグラフである。

【図７】タイミングコントロールバルブの駆動周波数と
エンジン回転との関係を示すとともに、従来の技術を示
す図である。

【図８】タイミングコントロールバルブの駆動周波数と
エンジン回転との周波数差と、揺らぎ現象によるタイマ
ピストンの振幅の特性をタイミングコントロールバルブ
の駆動周波数毎に示す図である。

【符号の説明】

１０ ポンプ本体 １１ フィードポンプ １２ ドライブシャフト １３ ポンプ室 １４ 通路 １５ 燃料圧送用プランジャ １６ 燃料カット用マグネットバルブ １７ プランジャ室 １７Ａ 連通口 １８ 通路 １９ デリバリバルブ ２０ カムディスク ２１ スプリング ２２ ローラホルダ ２３ ローラ ２４ コントロールスリーブ ２５ ガバナ（エレクトリックガバナ） ２６ レギュレータバルブ ２７ センシングギヤプレート ２８ 燃料温度センサ ２９ チェックバルブ付きのオーバフローバルブ ３０ タイマ ３１ タイマピストン ３２ シリンダ ３３ ピストンピン ３４ 第１圧力室 ３５ 第２圧力室 ３６ 通路 ３７ オリフィス ３８ タイマスプリング ３９ タイマ制御用電磁弁としてのタイミングコントロ
ールバルブ（ＴＣＶ） ３９Ａ タイミングコントロールバルブ３９のコイル ４１ 制御手段としてのＥＣＵ（電子制御ユニット） ４２ 第１の信号発生手段 ４３ 第２の信号発生手段 ４４ 周波数信号切替手段 ４４Ａ タイムカウンタ ４４Ｂ スイッチ ４５ デューティ比決定手段 ４６ タイミングコントロールバルブ制御手段（制御手
段） ４６Ａ ０クロス検出器 ４６Ｂ 三角波発生器 ４６Ｃ コンパレータ ４６Ｄ アンド回路 ４６Ｅ トランジスタ ４７ 目標ピストン位設定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｆ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給される油圧に応じてタイマピストン
   を移動させることで燃料噴射弁から噴射されるエンジン
   の燃料噴射時期を変更しうるタイマと、 所要のデューティ比に制御されながら該タイマへ供給さ
   れる油圧を調整するタイマ制御用電磁弁と、 該エンジンの運転状態に応じて該電磁弁の該デューティ
   比を決定するデューティ比決定手段と、 第１の周波数を有する周波数信号を発生する第１の信号
   発生手段と、 該第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する周波数
   信号を発生する第２の信号発生手段と、 該タイマピストンの変動が生じない短時間で周期的に該
   第１の信号発生手段からの該第１の周波数を有する信号
   と該第２の信号発生手段からの該第２の周波数を有する
   信号とを交互に切り替えながら出力する周波数信号切替
   手段と、 上記の周波数信号切替手段から出力された信号に基づく
   周波数を有し該デューティ比決定手段で決定したデュー
   ティ比によるオン・オフ信号に基づいて該電磁弁を制御
   する制御手段とから構成されていることを特徴とする、
   エンジンの燃料噴射時期制御装置。
2. 【請求項２】 上記の第１の周波数と第２の周波数との
   切り替え周期が、ほぼ０．５秒程度以下に設定されてい
   ることを特徴とする、請求項１記載のエンジンの燃料噴
   射時期制御装置。