JPH09264181A

JPH09264181A - 燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JPH09264181A
Application number: JP8074198A
Authority: JP
Inventors: Fumitada Suzuki; 文規鈴木; Shigeiku Enomoto; 榎本　　滋郁; Yasuhiro Takeuchi; 保弘竹内
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料噴射弁に噴射開始時期のみを検出するこ
とができる圧電素子センサのようなリフトセンサを備え
ているディーゼル機関の燃料噴射装置において、噴射終
了時期を正確に検出し、更にノズル開弁圧の経時変化に
も対応する。【解決手段】噴射開始時期は、燃料噴射弁１６のノズ
ル１６ｂ内に設けられたリフトセンサの荷重変化によっ
て、電子式制御装置５内の噴射開始時期検出手段が検出
する。噴射終了時期は、圧電素子センサ等ではノイズの
ために検出不可能なので、スピル弁１８を開弁させるた
めに電子式制御装置５が出力するスピル弁駆動信号の発
生時期を基にして、それに噴射鋼管１６ｃの長さによる
遅れの時間を加味し、場合によってはノズル１６ｂ内に
設けられたスプリングの経時変化によるノズル開弁圧低
下に対する補正をも行って算出する。それによって、正
確な噴射期間や噴射量の算出、噴射量の補正が可能にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼル機関の
燃料噴射制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スプリングによって閉弁方向に付勢され
る弁体を有し、燃料噴射ポンプによって供給される高圧
の燃料の圧力による力がスプリングの付勢力よりも大き
くなった時に、弁体が開弁位置へ移動して燃料が噴射さ
れる形式の燃料噴射弁を備えているディーゼル機関にお
いては、スプリングの付勢力が経時変化によって低下す
ること等によってノズル開弁圧が低下すると、燃料の噴
射時期の進角と、噴射量の増加が生じ、スモーク（排気
黒煙）が発生することが知られている。

【０００３】そこで、経時変化等によってノズル開弁圧
が低下した時でも燃料噴射量を精密に制御するために、
燃料噴射弁のニードル弁の位置、或いはその移動量を検
出するニードル弁位置センサを燃料噴射弁内に設けて、
その出力信号によって燃料の噴射時期及び期間、ひいて
は噴射量を制御することが行われている。例えば、特公
平１−５２５７０号公報や特開平４−１７５４３８号公
報に記載されている制御装置においては、ニードル弁位
置センサの出力から、その燃料噴射弁の開閉弁時期、即
ち、噴射開始時期と噴射終了時期を検出し、実噴射期間
を算出してそれを補正することにより正確な燃料噴射量
を得ている（図２参照）。

【０００４】しかしながら、これは燃料噴射弁に弁ニー
ドルの開弁位置と閉弁位置を検出することができるニー
ドル弁位置センサを付設することによって可能となって
いるもので、例えば圧電素子を用いたリフトセンサのよ
うに、弁ニードルの開弁位置への移動のみを検出するこ
とができても、ノイズのために閉弁時期を検出すること
ができないタイプのリフトセンサを用いている場合に
は、これら従来技術のような手段を適用することはでき
ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ディーゼル
機関において、燃料噴射弁に圧電式のリフトセンサのよ
うな噴射開始時期のみを検出することができるリフトセ
ンサが設けられる場合であっても、燃料噴射弁の噴射終
了時期を正確に検出することができ、それによって噴射
期間が正確に算出され得るようにすると共に、燃料噴射
弁において弁体を閉弁位置に向かって付勢しているスプ
リングが経時変化等により付勢力が低下することによっ
てノズル開弁圧が低下した場合にも、燃料噴射量が増加
してスモーク発生の原因となることを防止することがで
きるような、また、製品としての個々の燃料噴射弁の間
にノズル開弁圧に関する格差（ばらつき）があっても、
それを吸収して常に精密な燃料噴射量の制御が可能とな
るような、改良された燃料噴射制御装置を提供すること
を発明の目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された燃料噴射制御装置を提供する。

【０００７】請求項１に記載された発明によれば、燃料
噴射制御装置における噴射終了時期検出手段がスピル弁
駆動信号に基づいて燃料の噴射終了時期を検出するの
で、それと、噴射開始時期検出手段が、燃料噴射弁に付
設されるリフトセンサの出力信号に基づいて検出する噴
射開始時期とによって、噴射期間算出手段が燃料噴射弁
の正味の噴射期間を正確に算出することができる。従っ
て、燃料噴射弁に使用されるスプリングの経時変化等に
よってノズル開弁圧が低下した場合にも、燃料噴射量を
正確に制御することが可能になるので、過大な燃料噴射
量によって排気ガス中にスモークを発生させるようなこ
とが防止される。

【０００８】請求項２ないし４に記載された発明によ
り、燃料噴射弁に付設されるリフトセンサとしては、圧
電素子センサ、渦電流式センサ、或いは歪みゲージ式セ
ンサのいずれかを使用することができる。

【０００９】検出精度を高めるために、請求項５に記載
された発明においては、噴射終了時期検出手段は、燃料
の噴射終了時期として、スピル弁駆動信号を出力された
時期に加えて、高圧燃料供給通路の長さによる遅れ時間
を加味して算出する。そして更に検出精度を高める場合
には、請求項６に記載された発明によって、燃料噴射弁
におけるスプリングが経時変化等によって特性が変化し
てノズル開弁圧が変化した量に応じた分だけ更に補正を
加えることもできる。この場合、ノズル開弁圧変化量に
応じた燃料の噴射終了時期の補正量は、請求項７に記載
された発明によって、アイドル時の噴射開始時期進角量
から算出することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に本発明の一実施形態について
図面を参照して説明する。本発明は分配型の燃料噴射ポ
ンプに適用されるものであり、分配型燃料噴射ポンプで
あれば燃料の圧送の方法が異なるフェイスカム圧送及び
インナカム圧送の双方のタイプに適用することができる
ので、ここではフェイスカム圧送式を例にとって説明す
る。また、図示した実施形態は従来の電子制御燃料噴射
ポンプに改良を加えたものであるから、説明の順序とし
て、まず改良前のものについて説明した後で、改良後の
ものである本発明の実施形態について説明することにす
る。

【００１１】まず、図５に示された改良前の従来のフェ
イスカム圧送式の分配型燃料噴射ポンプ１と制御装置５
について説明する。ドライブシャフト２は図示しないエ
ンジンによって、エンジン回転数の２分の１の回転数と
同期して回転駆動される。ドライブシャフト２にはシグ
ナルロータ３が同軸的に取付けられており、その外周に
は凸状の歯が複数個形成されている。４は回転数センサ
であってシグナルロータ３の外周に対向して取り付けら
れており、シグナルロータ３の凸状歯の電磁誘導によっ
て機関回転数に応じたパルス信号を発生して、その信号
を電子式制御装置５へ入力する。

【００１２】シグナルロータ３の外周の凸状の歯は、図
６に示すような機関回転数に応じたパルス信号（ＮＥパ
ルス）を発生するように、間隔が小さくて密に形成され
た歯部Ａと、間隔が大きくて２組に形成された歯部Ｂと
から成っている。歯部Ｂは気筒の数だけ等間隔に（４気
筒ならば９０°おきに、６気筒ならば６０°おきに）形
成されている。

【００１３】ドライブシャフト２には燃料を圧送するプ
ランジャ６を駆動するフェイスカム７と、燃料のフィー
ドポンプであるベーン式のポンプ８が連結されている。
フェイスカム７はプランジャ６と一体となって、スプリ
ング９によってローラリング１０に設けられたローラ１
１に押し付けられる。

【００１４】従って、フェイスカム７がドライブシャフ
ト２によって回転駆動されることにより、フェイスカム
７の凸部がローラ１１に乗り上げて、フェイスカム７自
体とそれに一体化されたプランジャ６が、回転運動を伴
うプランジャ６の軸線方向の往復運動をすることにな
る。プランジャ６はポンプシリンダ１２のシリンダボア
１２ａ内に挿入されて、その先端に圧力室１３を形成し
ているので、プランジャ６の往復運動の成分によって圧
力室１３の容積が拡縮し、それと同時に回転運動の成分
によって圧力室１３にはそれに開口する吸入側と吐出側
のポートが切り換えられて連通する。フィードポンプ８
の吐出ポート１４から吐出される加圧された燃料は燃料
室１５に貯溜されているが、その燃料が圧力室１３に吸
入され、高圧に加圧されて所定のタイミングに噴射鋼管
１６ａのような高圧燃料供給通路を通って燃料噴射弁１
６へ圧送され、そのノズル１６ｂから図示しない機関の
燃料室内へ噴射されることになる。

【００１５】燃料噴射ポンプ１のハウジング１７には圧
力室１３の圧力を開放するスピル弁１８が設けられてお
り、スピル弁１８を電子式制御装置５によって開閉する
ことにより、燃料の噴射開始時期や噴射量或いは噴射率
を制御することができる。

【００１６】ローラリング１０の円筒状の外周面１０ａ
はドライブシャフト２の軸線を中心として所定の角度範
囲内で回動することができる。その回動によってローラ
１１の位置が回転方向に移動するので、フェイスカム７
の凸部がローラ１１に乗り上げる時期が変化し、それに
よって燃料噴射時期を進角方向或いは遅角方向に変化さ
せることができる。ローラリング１０を回動させるため
に、スライドピン１９がローラリング１０から図５の下
方へ伸びており、その下端が、ハウジング１７内に形成
されたタイマシリンダ２０内で左右の方向に往復摺動す
ることができるように嵌合しているタイマピストン２１
に係合している。

【００１７】図５においてタイマピストン２１の右側の
タイマ高圧室２２は絞り２３を介して燃料室１５に連通
していて、フィードポンプ８によって加圧された燃料を
受け入れている。その油圧がタイマピストン２１を左方
へ押すことになるが、それに対抗してタイマピストン２
１の左側のタイマ低圧室２４内にはタイマスプリング２
５が装着されている。タイマ低圧室２４はフィードポン
プ８の吸入ポート２６に連通していて、作動中は常に低
圧になっている。タイマ高圧室２２に作用している燃料
の油圧即ち供給圧は、機関回転数、従ってドライブシャ
フト２の回転数に関連して大小に変化するので、その油
圧による付勢力とタイマスプリング２５の付勢力とが釣
り合う位置へタイマピストン２１が移動し、スライドピ
ン１９を介してローラリング１０が回動調節されること
によって、燃料の噴射時期が機関回転数に応じて変化す
ることになる。

【００１８】タイマ高圧室２２の油圧はタイマ高圧室２
２とタイマ低圧室２４との間に電磁弁からなる油圧制御
弁２７が挿入されており、油圧制御弁２７を電子式制御
装置５に電気的に連結して開閉制御することによって、
タイマ高圧室２２内の油圧を部分的にタイマ低圧室２４
側へ逃がして調整し、タイマピストン２１の位置とロー
ラリング１０の回転位置を変化させ、それによって燃料
の噴射時期を制御している。

【００１９】このように、図５に示されたフェイスカム
圧送式の分配型燃料噴射ポンプ１のタイマ装置２８は、
タイマシリンダ２０とタイマピストン２１、及びタイマ
ピストン２１に連動するローラリング１０、タイマピス
トン２１の位置を制御する油圧制御弁２７等からなって
いる。なお、理解を容易にするために、図５においては
ドライブシャフト２とタイマピストン２１が平行に描か
れているが、前述のような作動をさせるために、実際の
ものでは後者は前者に対して直角の方向に交差してい
る。同様に、フィードポンプ８の軸も実際のものとは異
なり、ドライブシャフト２に対して９０°回転させて描
かれている。

【００２０】前述の回転数センサ４は、ローラリング１
０の外周面１０ａ上に担持されており、その出力信号が
電子式制御装置５に入力されているが、制御装置５には
その他にも図５及び図６に示すように機関からＴＤＣ信
号として示す上死点信号や、機関の負荷の大きさを示す
アクセル開度信号、冷却水温等を検出する水温センサか
らの出力信号等が入力される。

【００２１】スピル弁１８の閉弁時期及び開弁時期の制
御は前述の歯部Ｂ（即ち歯部Ａの欠歯箇所）を基準にし
て角度によって制御され、具体的には指令値を、歯部Ａ
の欠歯の数に加えた余り角度の形で計算し、余り角度を
時間に変換することによって制御を行っている。

【００２２】タイマ装置２８の制御では図６に示すよう
に、ディーゼルエンジン本体からのＴＤＣ信号（エンジ
ン本体側の回転位置信号）と、ポンプの回転数センサ４
の信号の歯部Ｂにあたる部分（ポンプ側の回転位置信
号）の位相の差を常時測定している。そして、この位相
の差がタイマ指令値と一致するようにタイマコントロー
ルバルブ（ＴＣＶ）である油圧制御弁２７を制御するこ
とによって、燃料の噴射タイミングの制御が行われる。

【００２３】図７に本発明の実施形態としての燃料噴射
装置全体のシステム構成を示す。本発明の特徴に対応す
る部分は、この実施形態では、図５にも示されている燃
料噴射ポンプ１を制御するための電子式制御装置５への
入力信号の一つとして、図示しないが、ノズル１６ｂ内
に設けられた圧電素子式のような噴射終了時期を検出す
ることが不可能なリフトセンサの出力信号が加えられて
いることで、それ以外の点では、図５に示す従来のシス
テム構成と同じである。なお、圧電素子式のリフトセン
サ以外の他の検出手段として、渦電流式或いは歪ゲージ
式等のセンサを利用することもできる。

【００２４】図３に、圧電素子センサをリフトセンサと
して用いた従来の燃料噴射弁の構造を例示する。図４は
そのリフトセンサが出力する信号波形を示している。図
３において、３５１ａ及び３５１ｂは連続する高圧燃料
供給通路であって、弁ニードル３５０を押し上げる油圧
が作用する油溜まり室を経て先端の噴射孔３５２へ通じ
ており、噴射孔３５２は弁ニードル３５０の円錐形の先
端によって常時は閉じられている。弁ニードル３５０を
この閉弁位置に向かって付勢する第１のコイルスプリン
グ３５３と第２のコイルスプリング３５４が、直列に接
続するように設けられており、それらの基端部（第１の
コイルスプリング３５３の上端部）は圧電素子センサ３
５５によって支持されている。

【００２５】例えば、図５に示す燃料噴射ポンプ１から
高圧の燃料が供給されると、その油圧は弁ニードル３５
０を押し上げる方向に作用するが、その力がコイルスプ
リング３５３及び３５４の付勢力に打ち勝った時に弁ニ
ードル３５０は閉弁位置から開弁位置へ移動（リフト）
して燃料の噴射が開始される。弁ニードル３５０の移動
と共に、コイルスプリング３５３及び３５４を支持して
いる圧電素子センサ３５５の荷重が変化するので、リフ
トセンサとしての圧電素子センサ３５５から図４に示す
ような電圧波形の信号が出力される。開弁時期は図４の
Ａに示すように容易に判別することができるが、閉弁時
期Ｂはノイズに妨げられて判別することが不可能であ
る。

【００２６】そこで、本発明による燃料噴射弁の閉弁時
期（噴射終了時期）と噴射期間の算出方法を図８に示
す。参考として、噴射の開始時期と噴射の終了時期を共
に検出することができる渦電流式のリフトセンサの出力
を併せて示した。本発明の制御装置においては、先に説
明した図３に示しているように、燃料噴射弁において弁
ニードルを閉弁位置に向かって付勢しているスプリング
の基端部に圧電素子式のリフトセンサを設けて、圧電素
子によってスプリングを支持することにより、圧電素子
の荷重変化を示す出力信号から噴射開始の時期のみを検
出する。噴射の終了時期は、スピル弁１８に対して電子
式制御装置５から出力されるスピル弁駆動信号の開弁時
期に、噴射鋼管１６ａ（一般的には高圧燃料供給通路）
の長さによる遅れの時間を加えた値とする。噴射期間は
噴射開始の時期から噴射終了の時期までの時間とする。

【００２７】噴射鋼管１６ａの長さによる遅れ時間の算
出方法の一例として、遅れ時間はエンジン回転数と負荷
（アクセル開度）によって変化するので、予め制御装置
５内に図９に例示したようなエンジン回転数と負荷の２
次元マップを設けて、この２次元マップから遅れ時間を
算出する。他の算出方法として、エンジン回転数と負荷
の項を含んでいる算出式から算出することもできる。

【００２８】本発明により、噴射終了時期を正確に検出
することができるため、噴射期間も正確に算出すること
が可能になり、精密な燃料噴射量の制御が可能になる。
従って、ノズル１６ｂ内のスプリングの経時変化等によ
って、ノズル開弁圧が図１に示したように低下して燃料
噴射量が増加した時は、図１０のフローチャートに例示
するように、アイドル時の噴射開始時期の進角量（図１
１の（ａ）参照）からノズル開弁圧変化量を推定し、そ
れによって遅れ時間の補正量を算出（図１１の（ｂ）参
照）して遅れ時間を補正する。

【００２９】このように、本発明によれば、燃料噴射弁
のノズル開弁圧がスプリングの経時変化等によって低下
しても、常に正確に噴射終了時期を検出することができ
るので、噴射期間を正確に算出することができ、精密な
噴射量制御が可能になる。それによって、例えばスモー
クの発生を防止することができるとか、個々の燃料噴射
弁の特性のばらつきを吸収するような制御も可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する必要性を示すために、燃料噴
射弁におけるスプリングの経時変化等による燃料噴射時
期の変化を示す線図である。

【図２】同じく、燃料噴射弁におけるスプリングの経時
変化等による噴射開始時期の変化と、本発明による補正
結果を示す線図である。

【図３】圧電素子センサを利用する従来の燃料噴射弁の
構造を示す断面図である。

【図４】図３に示す燃料噴射弁の圧電素子センサが出力
する信号を示す線図である。

【図５】従来の燃料噴射制御装置全体のシステム構成図
である。

【図６】機関上死点及び回転数等を示す信号相互の関係
と、パルス信号を発生させるシグナルロータの形状を説
明するためのタイムチャートである。

【図７】本発明に係る燃料噴射制御装置全体のシステム
構成図である。

【図８】本発明による燃料噴射期間の算出方法を示すタ
イムチャートである。

【図９】噴射鋼管の長さによる遅れ時間の算出に使用す
る２次元マップの内容を例示する線図である。

【図１０】ノズル開弁圧が低下した時の噴射鋼管の長さ
による遅れ時間を算出する手順を示すフローチャートで
ある。

【図１１】図１０に示す手順を実行する際に使用するマ
ップを例示する線図である。

【符号の説明】

１…燃料噴射ポンプ２…ドライブシャフト３…シグナルロータ４…回転数センサ５…電子式制御装置６…プランジャ７…フェイスカム８…フィードポンプ１０…ローラリング１３…圧力室１５…燃料室１６…燃料噴射弁１６ａ…噴射鋼管（高圧燃料供給通路）１６ｂ…ノズル１８…スピル弁１９…スライドピン２０…タイマシリンダ２１…タイマピストン２２…タイマ高圧室２７…油圧制御弁２８…タイマ装置３５０…弁ニードル３５１ａ，３５１ｂ…燃料通路３５２…噴射孔３５３，３５４…コイルスプリング３５５…圧電素子センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹内保弘愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディーゼル機関に使用され、供給される
燃料圧力の変化に応じて燃料噴射孔を開閉するために開
弁位置と閉弁位置の間を移動することができる弁ニード
ルと、前記弁ニードルを閉弁位置に向かって付勢するス
プリングと、荷重変化によって少なくとも前記弁ニード
ルの開弁動作を示す電気信号を出力することができるリ
フトセンサとを含む燃料噴射弁と、電子式制御装置と、圧力室において燃料を高圧に加圧して、前記電子式制御
装置によって制御される噴射時期に、加圧された燃料を
高圧燃料供給通路を介して前記燃料噴射弁へ圧送する燃
料噴射ポンプと、前記燃料噴射ポンプに付設されると共に、噴射終了時期
に前記電子式制御装置が出力するスピル弁駆動信号によ
って開弁して、前記燃料噴射ポンプの前記圧力室を低圧
側へ連通させるスピル弁と、前記リフトセンサの出力信号に基づいて燃料の噴射開始
時期を検出することができる噴射開始時期検出手段と、前記電子式制御装置が出力するスピル弁駆動信号に基づ
いて燃料の噴射終了時期を検出することができる噴射終
了時期検出手段と、前記噴射開始時期検出手段が出力する噴射開始時期と、
前記噴射終了時期検出手段が出力する噴射終了時期か
ら、正味の噴射期間を算出する噴射期間算出手段とを、備えていることを特徴とするディーゼル機関の燃料噴射
制御装置。
【請求項２】前記リフトセンサが圧電素子センサであ
ることを特徴とする請求項１に記載された燃料噴射制御
装置。
【請求項３】前記リフトセンサが渦電流式センサであ
ることを特徴とする請求項１に記載された燃料噴射制御
装置。
【請求項４】前記リフトセンサが歪みゲージ式センサ
であることを特徴とする請求項１に記載された燃料噴射
制御装置。
【請求項５】前記噴射終了時期検出手段が、燃料の噴
射終了時期を、前記電子式制御装置が前記スピル弁を開
弁させるスピル弁駆動信号を出力した時期に対して、前
記高圧燃料供給通路の長さによる遅れ時間を加味して算
出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに
記載された燃料噴射制御装置。
【請求項６】前記噴射終了時期検出手段が、燃料の噴
射終了時期を、前記電子式制御装置が前記スピル弁を開
弁させるスピル弁駆動信号を出力した時期に対して、前
記高圧燃料供給通路の長さによる遅れ時間を加味すると
共に、前記弁ニードルを閉弁位置に向かって付勢する前
記スプリングの特性の変化によるノズル開弁圧変化量に
応じた量だけ更に補正を加えて算出することを特徴とす
る請求項１ないし４のいずれかに記載された燃料噴射制
御装置。
【請求項７】ノズル開弁圧変化量に応じた燃料の噴射
終了時期の補正量をアイドル時の噴射開始時期進角量か
ら算出することを特徴とする請求項６に記載された燃料
噴射制御装置。