JPH10184495A - 可変噴孔型燃料噴射ノズルによる燃料噴射制御方法 - Google Patents

可変噴孔型燃料噴射ノズルによる燃料噴射制御方法

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JPH10184495A
JPH10184495A JP8355655A JP35565596A JPH10184495A JP H10184495 A JPH10184495 A JP H10184495A JP 8355655 A JP8355655 A JP 8355655A JP 35565596 A JP35565596 A JP 35565596A JP H10184495 A JPH10184495 A JP H10184495A
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injection
rotary valve
actuator
hole
fuel injection
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JP8355655A
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Toshiyuki Hasegawa
敏行 長谷川
Takao Iwasaki
隆夫 岩崎
Shiyouichi Kito
昇一 喜渡
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Bosch Corp
Original Assignee
Zexel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ジャーク式燃料噴射装置と小型なロータリバル
ブアクチュエータとを併用してロータリバルブにより噴
孔面積を制御することができ、エンジン燃焼に最適な特
性の噴霧を形成することができる可変噴孔型燃料噴射ノ
ズルによる燃料噴射制御方法を提供する。 【解決手段】ジャーク式燃料噴射装置Ｂからの燃料圧で
開弁するニードル弁４の先のホール囲壁に複数の噴孔が
円周方向に設けられ、ホール内には前記噴孔と連通可能
な燃料通路を有するロータリバルブ７を配した噴射ノズ
ルＡを用い、前記ロータリバルブをアクチュエータ９で
回転することにより噴孔開孔面積を変えて燃料を噴射す
る方法であって、希望する噴孔面積に対応するロータリ
バルブの目標回転角度と現状ロータリバルブの回転角度
との差に応じてアクチュエータの目標パルス数と回転方
向を設定してロータリバルブを回転させ段階的に噴孔面
積を変化させる。

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エンジン
などに用いられる可変噴孔型燃料噴射ノズルによる燃料
噴射制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンなどにおける噴射系
は、分配型ポンプ、列型ポンプで代表されるジャーク式
燃料噴射装置と燃料噴射ノズルから構成されており、燃
料噴射ノズルは、特開昭５９−１８００６３号公報など
に開示されているように、ノズルボデイ内に軸方向に摺
動自在にニードル弁を収容し、このニードル弁の先端側
に円錐状の受圧面を形成し、これにジャーク式燃料噴射
装置から送出された燃料圧力を作用させることにより開
弁し、ノズルボデイの先端部に形成された複数の噴孔か
らエンジンの燃焼室に噴射する構造となっていた。しか
し、この構造では、燃料の噴射圧力、噴射量、噴射速度
などが一般的に送油ポンプによって決定されてしまい、
しかも噴孔合計面積を増減することができない。このた
め、エンジン低回転時に燃料噴射圧が低くなってしまっ
たり、エンジン低負荷時に噴射時間が短くなってしまう
などし、良好な燃焼状態を継続することができず、燃焼
の促進、出力・燃費の向上、燃焼騒音やＮＯｘの低減と
いう課題に対応することが困難であった。
【０００３】この対策として、特開平４−７６２６６号
公報には、ノズルボデイ先端部のホールを囲む壁にホー
ルと連通した複数の噴孔を円周方向で間隔をおいて形成
し、ニードル弁の中心に回転自在なロータリバルブとし
ての軸を通してその先端部を前記ホールに位置させ、該
先端部に、ニードル弁開弁時に作られるホール内の燃料
圧力室と噴孔とを通じさせる通路を設けて噴孔面積を可
変にした燃料噴射ノズルが提案されている。また、最近
では、軸とロータリバルブとを継手によって連結した形
式のものも提案されている。
【０００４】しかし、この先行技術は、エンジンの低回
転時および低負荷時に駆動装置によりロータリバルブの
位置を４つの噴孔を使用する位置にして噴射を行い、高
負荷・高回転数のときに、駆動装置によりロータリバル
ブの位置を８個の噴孔を使用する位置に切換えて噴射を
行なう制御、すなわち、ロータリバルブの回転により単
に噴孔の開口数を４個または８個に切換える方式にとど
まっている。しかも、この先行技術は最適な噴孔面積と
なるようにロータリバルブをどのように制御するかにつ
いて開示がなかった。特に、ロータリバルブの駆動装置
は、実用上小型のものとする必要があるため、これとジ
ャーク式燃料噴射装置とを組合わせた場合にジャーク式
燃料噴射装置の回転数の変化や駆動装置の応答性、回転
トルクに則してロータリバルブにより最適な噴孔面積に
調整することが不可欠であるが、先行技術ではこれらを
解決できる手段について開示がないため、実用性が乏し
かった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
問題点を解消するために研究して創案されたもので、そ
の目的とするところは、ジャーク式燃料噴射装置と小型
なロータリバルブアクチュエータとを併用し、しかもジ
ャーク式燃料噴射装置の回転数およびアクチュエータの
応答性や回転トルクを問わず、ロータリバルブにより噴
孔面積を自在に制御することができ、エンジン燃焼に最
適な特性の噴霧を形成することが可能な可変噴孔型燃料
噴射ノズルによる燃料噴射制御方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】ジャーク式燃料噴射装置
とロータリバルブ仕様の可変噴孔ノズルを組合わせて燃
料噴射を行なう場合には、回転数の増加にしたがって噴
孔面積を増大させ、回転数が減少したときにはそれに呼
応した噴孔面積とすることが適当である。この制御法と
して、燃料噴射中にロータリバルブを回転すると、アク
チュエータの回転トルクが、噴射圧によるロータリバル
ブ位置保持力よりも低い場合にはロータリバルブは動か
ず、所望の開孔面積が得られなくなる。これを解決する
には、アクチュエータとして大きな回転トルクが得られ
るものを使用することになるが、これによりアクチュエ
ータが大型化して噴射ノズルが大型化するとともにコス
トが非常に高くなる。また、応答性の遅いアクチュエー
タを使用した場合や、エンジンないしジャーク式燃料噴
射装置が高回転で運転されている場合には、ジャーク式
燃料噴射装置の１回転中にアクチュエータを作動してロ
ータリバルブを目標回転角に変化させることは困難とな
り、アクチュエータによる制御が燃料噴射時期にラップ
してしまい、やはり前記したような問題が生ずる。
【０００７】そこで本発明は、非燃料噴射時にのみアク
チュエータを作動してロータリバルブを回転させ、か
つ、エンジンないしジャーク式燃料噴射装置の回転数が
高速のときには、ロータリバルブを目標噴孔面積に対応
する回転角に達するまで非燃料噴射時に複数回に分けて
段階的に回転させて目標噴孔面積を得るようにしたもの
である。この制御を実現するため、本発明はジャーク式
燃料噴射装置の特性を巧みに利用したものである。すな
わち、ジャーク式燃料噴射装置は、カム形状によつて各
回転における噴射時期が決定され、その角度位置はすべ
ての回転数において一致していることから、ジャーク式
燃料噴射装置に付属している回転数検出手段から毎回転
あたり１回の噴射基準パルスおよび噴射基準パルスを１
回転あたり多数に等分した分割パルスを取り出せば、一
定パルス数後に必ず噴射ノズルのニードル弁が開弁して
噴射が行われる。その噴射時間はジャーク式燃料噴射装
置の種類にもよるが、通常の場合、最大２０度程度（但
しプリストロークにより最大４０度程度移動する）であ
ることから、分割パルスから噴射所要時間に相当する遅
延パルス数をカウントすることにより噴孔可変のための
アクチュエータ駆動タイミングを設定することができ
る。そして、希望する噴孔面積を設定し、これとロータ
リバルブの回転角度との相関から割り出した目標回転角
を目標パルス数に換算し、その目標パルス数に達するよ
うに前記タイミングでアクチュエータを作動するもので
あり、しかも、ジャーク式燃料噴射装置の１回の回転中
に目標パルス数に達しなかったときには、次回以降の少
なくとも１回のジャーク式燃料噴射装置の回転中に前記
タイミング（非噴射時）でアクチュエータを作動し、目
標回転角すなわち目標噴孔面積に制御するようにしたも
のである。
【０００８】すなわち本発明の特徴とするところは、ノ
ズルボデイ先端部に形成されたホールの入り口側にジャ
ーク式燃料噴射装置からの燃料圧で開弁するニードル弁
を有し、ホール囲壁には複数の噴孔を円周方向で間隔を
おいて設け、ホール内には前記噴孔と連通可能な燃料通
路を有するロータリバルブを配した噴射ノズルを用い、
前記ロータリバルブをアクチュエータで回転することに
より噴孔開孔面積を変えて燃料を噴射する方法であっ
て、希望する噴孔面積に対応するロータリバルブの目標
回転角度と現状ロータリバルブの回転角度との差に応じ
てアクチュエータの目標パルス数と回転方向を設定し、
ジャーク式燃料噴射装置の当該回の噴射始めを示す１回
転あたりの基準パルスを時間を関数として等分した分割
パルスを噴射終了指標パルスとし、所定の分割パルス数
に達したときにアクチュエータを作動してロータリバル
ブを回転させ、実行された回転角度が目標パルス数に達
していないときには少なくとも次回のジャーク式燃料噴
射装置１回転中に前記タイミングでアクチュエータを作
動してロータリバルブを回転させる構成としたことにあ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を添付図面に
基いて説明する。図１は本発明による可変噴孔型燃料噴
射ノズルによる燃料噴射制御方法の概要を示しており、
Ａは基筒数に対応する数の可変噴孔型燃料噴射ノズル、
Ｂはジャーク式燃料噴射装置でありたとえば列型ポンプ
や、分配型ポンプが用いられる。後者の仕様例として
は、最大回転数２０００ｒｐｍ、１回転３６０度におい
て噴射時間最大２０度(2000rpmで1.67msec)程度、プリ
ストローク変化により最大４０度程度噴射の位相のずれ
るタイプのものが挙げられる。Ｍはジャーク式燃料噴射
装置Ｂを駆動するモータであり、各可変噴孔型燃料噴射
ノズルＡは図示しないティーゼルエンジンの燃焼室に挿
着されている。Ｃは前記ジャーク式燃料噴射装置Ｂの主
軸近傍に設けられた回転数検出手段（エンコーダ）であ
り、電磁式、光学式など任意であるが、いずれにしても
ジャーク式燃料噴射装置Ｂの主軸の毎回転あたり１パル
ス信号を送出できるものを使用する。その信号発生タイ
ミングは、噴射開始直前のカム位相位置に対応させる。
また、エンコーダＣは同時に、毎回転あたり１パルス信
号と同時に、これを１回転あたりたとえば３６０または
３６００に等分した分割パルス(360pulse/revあるいは3
600pulse/rev）を送出する機能を有している。Ｄはロー
タリバルブ駆動制御用のコントローラである。
【００１０】前記可変噴孔型燃料噴射ノズルＡは、ロー
タリバルブ７と、これにつながるシャフト８を駆動する
ためのアクチュエータ９と、ロータリバルブ７の絶対位
置（絶対角度）の検出器１１を有している。図１ないし
図５は本発明で用いられる可変噴孔型燃料噴射ノズルＡ
の一例を示している。図１において、１はノズルホルダ
本体であり、これの上端部には油密に嵌合固定された駆
動用ヘッド部１ａを有している。３はノズルホルダ本体
１の下端にスペーサ３’を介して連接されたノズルボデ
イであり、リテーニングナット５によりノズルホルダ本
体１に結合されている。４はノズルボデイ３に内挿され
たニードルバルブ(ノズルニードル)である。前記ノズル
ホルダ本体１の軸心には、下端から径大穴と軸孔が穿設
されており、軸孔には押圧部材１２が摺動可能に内挿さ
れ、この押圧部材１２と径大穴の上底間にノズルスプリ
ング１３が介装されている。前記ノズルボデイ３はリテ
ーニングナット５の袋孔底に嵌合する段部より筒状部を
有し、これの先端には噴孔形成用の先端部が形成されて
いる。
【００１１】一方、ノズルボデイ３の軸心には、上端か
ら下端に向かって、前記ノズルホルダ本体１の軸孔と同
心のガイド孔と油溜り３０が形成され、さらに油溜り３
０よりも下方には誘導孔３００が穿設されており、この
誘導孔３００の下端には図２のように円錐状のシート面
３３が形成され、さらにこのシート面３３に続いて加圧
燃料が導かれる有底状のホール３１が先端部の囲壁３２
によって画成されている。前記ノズルホルダ本体１の一
側部には、図１のように加圧燃料口１４が設けられ、該
加圧燃料口１４は前記ジャーク式燃料噴射装置Ｂの図示
しない吐出弁が配管ｂによって接続されており、加圧燃
料は、ノズルホルダ本体１およびノズルボデイ３に穿設
した通路孔１５を介して前記油溜り３０に導かれるよう
になっている。
【００１２】ニードルバルブ４は、上端に前記押圧部材
１２に対する係合部を有し、また、外周にはガイド孔に
摺接するガイド部と油溜り３０内の燃料圧を受ける受圧
部が設けられ、この受圧部から下方には、図２のよう
に、誘導孔３００との間で筒状の燃料通路を形成するた
めの軸部４３が設けられ、この軸部４３の下端には前記
シート面３３に接離する円錐状のシート面４４が形成さ
れている。前記ホール３１を画成する囲壁３２の内側
は、この実施例ではシート面３３と滑らかに連続した先
細り状の円錐状面３２０が形成されている。前記円錐状
面３２０を画成するホール囲壁３２には、図３のように
ホール３１内に通じる複数個の噴孔３５が等間隔で配設
されている。前記噴孔３５はこの実施例では５個であ
り、円周上に６２°間隔で放射状に延びている。また、
前記ニードルバルブ４の軸心には、図２のように、軸線
方向孔４１が穿設されており、該軸線方向孔４１の下端
には段付き孔４２が形成され、それがニードルバルブ下
端に開口している。
【００１３】前記ロータリバルブ７は前記ホール３１内
に配置されている。該ロータリバルブ７の駆動系は、こ
の例では、継手軸１０と、ニードルバルブ４とノズルホ
ルダ本体１を貫通するシャフト８と、駆動用ヘッド部２
に取り付けた前記アクチュエータ９を含んでおり、アク
チュエータ９を駆動することによりロータリバルブ７が
ホール内でノズル軸線の周りで回転されるようになって
いる。継手軸１０はニードルバルブ４のリフトによって
生ずるロータリバルブ７の軸方向ガタを許容しながら、
回転トルクをロータリバルブ７に伝えるためのもので、
オルダムカップリングないしこれに類する構造のものが
用いられている。前記継手軸１０は、図４（ａ）のよう
に、前記ニードルバルブ４の段付き孔４２に緩く嵌まる
径の円柱部１０ａを有し、その円柱部１０ａの下端側に
はローターバルブ７と軸方向で相対摺動可能に連結する
ための溝１０ｂが形成されている。継手軸１０の円柱部
１０ａの上端には円錐状のシート部１０ｃを介して短軸
部１０ｄが延び、その短軸１０ｄの上端に突片１０ｅが
形成されていて、その突片１０ｅが前記シャフト８の下
端に設けた溝８０に軸方向相対移動可能に係合され、ト
ルクが伝達されるようになっている。
【００１４】シャフト８は、図２のように、前記ニード
ルバルブ４の軸線方向孔４１の下端部域に達する長さを
有しており、下端の溝８０を介して継手軸１０と連結さ
れている。前記シャフト８はスペーサ３’の孔を通り、
さらにノズルホルダ本体１の拡大穴と軸孔を通って上方
に伸び、アクチュエータ９の減速機９ａと連結されてい
る。ロータリバルブ７は、図４（ａ）に一例が示されて
おり、上端にニードルバルブ４の開弁時に加圧燃料の圧
力が作用する平坦状の受圧面７４を有している。その受
圧面７４の中央部には突片７０が一体に形成されてお
り、この突片７０が前記継手軸１０の溝１０ｂに軸方向
で相対摺動可能にはめられている。この例では、前記ロ
ータリバルブ７は、前記受圧面７４より下に、前記ホー
ル囲壁の円錐状面３２０と合致する角度で先細り状に傾
斜した円錐状シート面７２を有し、この円錐状シート面
７２と円錐状面３２０とで摩擦シート面が作られるよう
になっている。ロータリバルブ７は、加圧燃料による回
転トルクＴ1(Ｎｍ)と保持トルクＴ2(Ｎｍ)がＴ1＜Ｔ2の
関係となるように、受圧面７４の半径ｒ1、円錐状シー
ト面７２の下端半径ｒ2、および、ロータリバルブとホ
ールの円錐状面７２，３２０のノズル軸線に対する傾斜
角度αが設定されている。ホール３１の円錐状面３２０
とロータリバルブ７の円錐状シート面７２の傾斜角度
は、一般に５０〜７０°の範囲から選択され、これを基
準として前記ｒ1とｒ2が設定されている。
【００１５】前記ロータリバルブ７は、一端が受圧面７
４に開口し他端が前記円錐状面３２０に設けられている
噴孔３５と連通可能な複数の燃料通路７３が周方向で間
隔をおいて設けられている。図４（ａ）の実施例では、
燃料通路７３は噴孔３５と同数の５個のスリット状の溝
からなっており、それら各溝は図３のように軸線と直角
の断面が噴孔３５の径と同等以上の寸法を有し、各溝の
下端は噴孔３５の略直下に相当する位置で終わってい
る。図４（ｂ）はロータリバルブ７の別の実施例を示し
ており、この例においては、燃料通路７３が溝でなく孔
から構成され、一端が受圧面７４に他端が円錐状シート
面７２に開口している。この燃料通路７３はそれぞれが
独立した孔であってもよいが、たとえば、円錐状シート
面７２に開口する各孔の奥を集合孔で結び、この集合孔
に向かって受圧面７４から各孔を穿設してもよい。
【００１６】アクチュエータ９はパルス制御可能な可逆
回転型のものであれば任意であり、代表的にはステッピ
ングモータあるいはサーボモータが用いられる。かかる
アクチュエータ９は前記コントローラＤに電気的に接続
され、これからの駆動パルス信号により駆動されるよう
になっている。この例におけるロータリバルブ７は、前
記のように受圧面７４に作用する加圧燃料の圧力による
円錐面７２とホール囲壁の円錐状面３２０との摩擦力に
より位置保持されることから、ロータリバルブの保持ト
ルクＴ2とロータリバルブを回転するトルクＴ1とを小さ
な範囲に設定すれば、前記アクチュエータ９ではＴ2と
Ｔ1の差△Ｔに勝るだけの小さなトルクを与えればよい
ことになる。したがつて、アクチュエータ９は小型、小
トルクのものを用いることができ、それにより噴射ノズ
ルの大きさの増大を回避し、エンジンに対する配置や取
付けを容易にすることができる利点がある。
【００１７】図５と図６は前記ロータリバルブ７の各回
転位置と噴孔面積（噴孔形状）の関係を例示しており、
図５（ａ）と図６（ａ）はロータリバルブ７の各燃料通
路７３が各噴孔３５と完全に連通した１００％の開孔面
積の状態、図５（ｂ）と図６（ｂ）はロータリバルブ７
が回転し、各燃料通路７３間の円錐状シート面７２が部
分的に各噴孔３５に臨み、噴孔面積７５％となった状
態、図５（ｃ）と図６（ｃ）はさらにロータリバルブが
回転して各燃料通路７３間の円錐状シート面７２が各噴
孔３５の半部位置まで達し、噴孔面積５０％となった状
態、図５（ｄ）と図６（ｄ）はさらにロータリバルブが
回転して各燃料通路７３間の円錐状シート面７２が各噴
孔３５の半部位置を越えるところまで達し、噴孔面積２
５％となった状態を示している。本発明はもとより図５
ないし図８の間の任意回転位置（任意噴孔面積）に制御
することができ、また０％の開孔面積にすることもでき
る。前記ロータリバルブ７の具体的仕様例としては、噴
孔の数が５、燃料通路の数５において、噴孔面積０％か
ら１００％にするための回転角度：３０度、アクチュエ
ータの回転トルクは燃料噴射を行なわないときに１５ｍ
Ｎｍ程度、燃料噴射時に２００ｍＮｍ程度である。ロー
タリバルブの回転方向は正転または逆転であり、ロータ
リバルブ７が正方向（時計方向）に回転された場合には
図５および図６の（ｄ）ないし（ａ）へと変化し、逆方
向（反時計方向）に回転されたときには、図５および図
６の（ａ）ないし（ｄ）へと変化する。
【００１８】ロータリバルブ絶対位置（絶対回転角）検
出器１１は、ポテンショメータ、エンコーダ、コリメー
タなど任意である。この実施例ではポテンショメータが
用いられ、アクチュエータ９の出力軸と反対側に伸びる
出力軸９ａに連結されている。ロータリバルブ絶対位置
（絶対回転角）検出器１１は前記コントローラＤに電気
的に接続され、ロータリバルブ絶対位置検出信号が逐次
入力されるようになっている。なお、ロータリバルブ７
の形状とこれを収容するホール囲壁の形状は上記例に限
定されるものでないことはもちろんである。すなわち、
ホール囲壁は必ずしも全体が円錐状面となっていること
必要ではなく、シート面３３の終端から中間部位までノ
ズル軸線と平行な直筒面が形成され、該直筒面の終端か
ら前記先細り状に傾斜した円錐状面３２０となっていて
もよい。この場合には、ロータリバルブ７も受圧面７４
から中間部位までノズル軸線と平行な直筒面となり、こ
れの終端から円錐状シート面７２が形成される。さらに
場合によっては、ロータリバルブ７は円筒状となってい
てこれに対応するようにホール囲壁が円筒状となってい
てもよく、これも本発明に含まれる。また、実施例では
噴孔３５と燃料通路７３の数がそれぞれ５個となってい
るが、もちろんこれに限定されず、３個、４個あるいは
６個以上であってもよい。また、駆動軸系はこの実施例
に限らず、シャフト８と継手軸１０の間にさらにピン状
の継手を介在させてもよい。
【００１９】前記コントローラＤはアクチュエータ制御
回路Ｄ’を含んでおり、それはＣＰＵを備えた自動制御
系Ｄ1と手動制御系Ｄ2に切換え可能となっている。前記
自動制御系Ｄ1は主として自動車等に搭載した場合に用
いられ、手動制御系Ｄ2はたとえば実験室などにおいて
ジャーク式燃料噴射装置Ｂと可変噴孔型燃料噴射ノズル
Ａをエンジンとマッチングする場合に用いられる。自動
制御系Ｄ1と手動制御系Ｄ2には、ロータリバルブ回転角
度、噴孔面積、ロータリバルブ原点リセット、ロータリ
バルブ原点復帰、アクチュエータ駆動ステップ（たとえ
ば１ステップ角度１８度で減速機により１．２度）、ロ
ータリバルブと噴孔面積の校正曲線、ロータリバルブ回
転角度と絶対位置検出器出力の校正線図、自動運転動作
マップ入力、自動運転実行、手動運転実行、アクチュエ
ータ電圧（たとえば０〜５Ｖ）、アクチュエータ駆動周
波数（たとえば１０００pulse/sec程度）、アクチュエ
ータ回転方向、電源オン、オフ、手動制御と自動制御の
切換えなどが変数として入力される。
【００２０】ロータリバルブと噴孔面積の校正曲線は図
７に示されており、ロータリバルブの回転角度（検出器
１１による絶対角度）θが増加することにより噴孔面積
は増加する。ロータリバルブの目標回転角度すなわち回
転後の角度θＤは、手動制御の場合、図８（ａ）のよう
な設定器にて任意に設定されるもので、同図（ｂ）のよ
うなロータリバルブ回転角度θと目標回転角度θＤの校
正線にしたがつてアクチュエータ制御回路Ｄ’で偏差分
すなわち回転方向とアクチュエータ目標パルス数とが計
算される。前記目標回転角度θＤは負荷やジャーク式燃
料噴射装置の回転数に応じて変更するが、この値はあら
かじめＲＯＭなどに入力され、前記回転数や負荷が変る
都度ＣＰＵが変更命令を出す。また、制御の基本データ
として、図９のように、ジャーク式燃料噴射装置の回転
数Ｎｐ(ｒｐｍ)と、噴孔面積・負荷との相関データもア
クチュエータ制御回路Ｄ’のＲＯＭに入力しておき、こ
の内容によりロータリバルブの回転角度を決定する。
【００２１】さらに本発明におけるアクチュエータ制御
ための設定条件として、アクチュエータの最大作動パル
ス数：Ｉｍａｘ、アクチュエータの目標パルス数：Ｉｏ
ｂ、目標パルスに達するまでのアクチュエータ作動回
数：Ｊｎ、残パルス数：Ｉｓ、バックラッシ分のパルス
数：ＩＢであり、前記目標回転角度をθＤ、アクチュエ
ータの回転数をＮｐとし、減速機や継手など系全体のバ
ックラツシをＸ度とすると、Ｉｍａｘはたとえば１００
０ｐｐｓの場合、Ｉｍａｘ＝６０／Ｎｐ・３００／３６
０×１０００となる。ＪｎはＪｎ＝Ｉｏｂ／Ｉｍａｘで
ある。ＩｓはＩｓ＝Ｉｏｂ−（Ｊｎ×Ｉｍａｘ）であ
る。ＩＢはＩＢ＝Ｘ／１．２である。前記残パルス数Ｉ
ｓは本発明において重要なパラメータである。この残パ
ルス数Ｉｓはアクチュエータがジャーク式燃料噴射装置
の１回転の間にロータリバルブを目標回転角度θＤまで
回しきれない場合（たとえば、２０００回転の場合に噴
孔開口面積０→３０°に設定したとすると、ジャーク式
燃料噴射装置の１回転の間の非噴射期間では回しきれな
い）、残った回転角度を次のジャーク式燃料噴射装置回
転期で実行するときの、当該回転でのアクチュエータ回
転パルス数を意味する。これらの設定条件は、自動制御
の場合、アクチュエータ制御回路Ｄ’の演算部に回転方
向とともに計算される。バックラッシは予めアッセンブ
リの状態で計測して初期値として入力しておく。手動制
御の場合には、手動で設定する。
【００２２】次に本発明による噴射制御方法について詳
述すると、まず、機械的部分の動作は次のとおりであ
る。加圧燃料はジャーク式燃料噴射噴射装置Ｂから配管
を経て加圧燃料口１４に送られ、通路孔１５を介して油
溜り３１に押し込まれ、これから環状燃料通路３０３を
下って油溜り３１に位置しているノズルニードル４の受
圧面に作用し、燃料圧がスプリング１３のセット力に勝
る圧力に達すると、ニードルバルブ４はリフトされて下
端部のシート面４４がノズルボデイ３のシート面３３か
ら離間し、開弁する。そして、燃料圧が低下すれば、ス
プリング１３の付勢力によりニードルバルブ４は押し下
げられて閉弁される。
【００２３】図２（ａ）と図３（ａ）は噴射前の状態を
示しており、この状態ではニードルバルブ４は閉弁して
おり、継手軸１０は下面に燃料圧が作用していないため
降下して円柱部１０ａの下面がロータリバルブ７の受圧
面７４に接触している。駆動信号がコントローラＤから
アクチュエータ９に送られると、アクチュエータ９の回
転トルクがシャフト８に伝達され、その回転トルクが継
手軸１０からロータリバルブ７に伝達され、ロータリバ
ルブ７はホール内で回転する。そしてコントローラＤか
らアクチュエータ９への駆動停止信号によりロータリバ
ルブ７はその位置に停止される。ジャーク式燃料噴射噴
射装置Ｂの回転中は、アクチュエータ９には保持電圧が
かけられるが、実施例のようなロータリバルブ形状の場
合、ジャーク式燃料噴射噴射装置Ｂの回転時には、ロー
タリバルブ７には軸線方向の負荷がかかっていないため
円錐状シート面７２はホール囲壁の円錐状面３２０と強
接しておらず、したがって容易かつスムーズに所望回転
角に回転させられる。そして、この状態で燃料圧が高く
なってニードルバルブ４が開弁すると、高圧燃料はホー
ル３１内に入って継手軸１０の円柱部下端面に作用する
ため、継手軸１０は持ち上げられ、短軸部１０ｄの上端
がシャフト８の下面に当接するとともに、円錐状のシー
ト部がニードルバルブ４のシート部に着座する。前記シ
ート部によるシール作用により高圧燃料は高い噴射圧力
を維持しつつロータリバルブ７の受圧面７４に開口して
いる各燃料通路７３を通って各噴孔３５から噴射され
る。これが図２（ｂ）および図３（ｂ）の状態であり、
また、図５と図６の状態である。
【００２４】この噴射時においては、燃料噴射圧はロー
タリバルブ７の上端の受圧面７４に作用する。これによ
りロータリバルブ７は軸線方向に押さえつけられ、外周
の円錐状シート面７２がホール囲壁の円錐状面３２０と
強力に面接触して面シール状態となり、ここで摩擦力に
よって固定力が生ずる。この摩擦による固定力は噴孔３
５にかかる噴射圧によりロータリバルブ７を回転軸方向
に動かす力よりも上回る。このため、ロータリバルブ７
はしっかりと設定位置に保持固定され、また、円錐状シ
ート面７２とホール囲壁の円錐状面３２０との密接によ
り高圧燃料の周方向のリークも防止される。また、継手
軸１０も前記シート部１０ｃ，４５ｂによる摩擦作用で
回転が防止される。
【００２５】噴射制御に当たっては、自動制御系Ｄ1と
手動制御系Ｄ2のいずれかを選択し、自動制御の場合に
は図１０のようなチャートにて噴孔制御を行なう。すな
わち、まず、ステップ１として、現時点でのアクチュエ
ータ制御ルーチン繰り返し回数Ｊｋが１であるかどうか
が確認され、この状態で希望する噴孔面積に応じてロー
タリバルブの目標回転角度θＤが設定される。目標回転
角度θＤは、自動制御系Ｄ1の場合には、負荷やジャー
ク式燃料噴射装置Ｂの回転数の関係があらかじめＲＯＭ
に記憶されているため、これに基いてＣＰＵにより決定
される。よって、実際には、アクチュエータ制御回路
Ｄ’においては、予めマップとして取り入れてある図７
と図８（ｂ）および図９の線図内容等により、ジャーク
式燃料噴射装置回転数の変化と負荷の変化に則したロー
タリバルブ目標回転角度θＤとその変遷角度とが自動的
に設定される。
【００２６】前記ロータリバルブ目標回転角度θＤが設
定(発生)されると、ステップ２として、アクチュエータ
制御回路Ｄ’ではＣＰＵがロータリバルブ目標回転角度
θＤと現在の絶対角度θとの偏差を演算する。また、そ
れと同時にアクチュエータ９を正方向に回転するかまた
は逆方向に回転するか（回転方向）を演算決定する。さ
らに、前記偏差と回転方向にしたがってアクチュエータ
９の目標パルス数ｌｏｂを演算する。また、アクチュエ
ータ９の作動最大パルス数Ｉｍａｘが計算され、それを
もとに目標パルス数に達するまでのアクチュエータ作動
回数Ｊｎが算出され、ＩｍａｘとｌｏｂおよびＩｎによ
り残パルス数Ｉｓも算出される。そして、たとえばリレ
ースイッチを切り換えるなどにより機械的に前記回転方
向が切り換えられる。
【００２７】この状態で設定が整うと、ステップ３とし
て、ゲートが開いてジャーク式燃料噴射装置Ｂのエンコ
ーダＣから１ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖ信号が入力される。そ
れと同時に多分割パルスたとえば３６００ｐｕｌｓｅ／
ｒｅｖの信号が入力される。するとこの多分割パルスが
カウントされ、一定パルス数すなわち噴射終了を示す遅
延パルス数ＩＤと一致したかどうかが判断される。遅延
パルス数ＩＤはジャーク式燃料噴射装置Ｂのカム角度で
表した場合、どの回転数においても一定である。ただ
し、ジャーク式燃料噴射装置Ｂの種類によって最大噴射
期間は変化する。すなわち、遅延パルス数ＩＤは当該ジ
ャーク式燃料噴射装置Ｂの主軸にエンコーダＣを取り付
けたときの相対位置によって決まる固定値であり、よっ
て、主軸にエンコーダＣを取り付けた後、任意の方法た
とえば、カムの噴射始めの角度をマイクロメータで検出
し、ついで、エンコーダパルスを検出し、両者の位相角
を計測して算出すればよく、この遅延パルス数ＩＤは制
御回路Ｄ’に入力されている。
【００２８】遅延パルス数ＩＤに達したことが判断され
たことは、当該回転回での燃料噴射が終了したことを意
味する。すると、ステップ４として、アクチュエータ制
御回路Ｄ’ではアクチュエータ作動回数Ｊｎと制御ルー
チンの繰り返し回数Ｊｋとが一致しているかどうか、あ
るいはこれに代えて、アクチュエータ９の作動最大パル
ス数Ｉｍａｘがアクチュエータ９の目標パルス数ｌｏｂ
よりも大であるかどうかが比較判断される。この結果、
Ｊｎ＝Ｊｋ（あるいはＩｍａｘ＞Ｉｏｂ）である場合に
は、アクチュエータ制御回路Ｄ’からアクチュエータ９
の駆動部に前記のように設定した目標パルス数ｌｏｂの
信号が駆動信号として送られる。これでステップ５とし
て、シャフト８は目標パルス数ｌｏｂに達するまで回転
し、そのシャフト８の回転によりロータリバルブ７がホ
ール内で回転する。このときにロータリバルブ７の回転
方向が設定と合致しているかが判断される。また、前記
アクチュエータ９の実回転角度は絶対位置検出器１１で
検出されており、その信号がアクチュエータ制御回路
Ｄ’に入力されている。そこで、ＣＰＵでは前記駆動で
得られた回転角度と絶対回転角度とが照合比較され、合
致していればアクチュエータ９の駆動は停止され、ロー
タリバルブ７はその位置に保持される。かくして各噴孔
３５の開孔面積は変化され、この噴孔面積で燃料が噴射
される。これで基本的な１回の制御が終了する。回転角
度と絶対回転角度とを照合比較して合致していないとき
には、その信号がアクチュエータ制御回路Ｄ’に送ら
れ、ＣＰＵで目標パルス数Ｉｏｂが計算し直されると共
に、回転方向をいずれにするかを演算され、そのデータ
がステップ２に送られて再度前記したステップにて制御
が行われる。
【００２９】ジャーク式燃料噴射装置Ｂの回転数が高
く、噴射時間がたとえば４０度（３．４ｍｓｅｃ）とす
ると、アクチュエータの作動可能領域は２６．６ｍｓｅ
ｃとなり、アクチュエータの１ステップ角度が１．２度
程度の場合には１回の非噴射期間内にロータリバルブを
目標回転角度に変化させて目標噴孔面積とすることはで
きなくなる。すなわち最大パルス作動パルス数Ｉｍａｘ
を越えてしまう。そこで本発明では、第４ステップにお
いて、アクチュエータ作動回数Ｊｎと制御ルーチンの繰
り返し回数Ｊｋとが比較され、あるいはアクチュエータ
９の作動最大パルス数Ｉｍａｘがアクチュエータ９の目
標パルス数ｌｏｂよりも大であるかどうかが判断され
る。この条件を満たしていない場合、すなわち当該噴射
回で目標パルス数まで動かすことができないと判断され
たときには、当該噴射回では最大パルス作動パルス数Ｉ
ｍａｘでアクチュエータ９を作動し、ロータリバルブ８
を回転しておく。これが図１１であり、これによりたと
えば２０→２７％の噴孔面積にする。
【００３０】そして、このときに制御ルーチンの繰り返
し回数ＪｋはＪｋ＝Ｊｋ＋１としてＣＰＵにフィードバ
ツクされ、第３ステップに戻される。これにより次のジ
ャーク式燃料噴射装置Ｂの回転時に検出される１ｐｕｌ
ｓｅ／ｒｅｖ信号に基づく分割パルスをカウントして遅
延パルス数ＩＤに一致したときすなわち噴射終りを検出
したときに、アクチュエータ作動回数Ｊｎ＝制御ルーチ
ンの繰り返し回数Ｊｋか、あるいはアクチュエータ９の
作動最大パルス数Ｉｍａｘ＞アクチュエータ目標パルス
数ｌｏｂが判断され、アクチュエータ９が駆動される。
これにより、ロータリバルブは当該噴射回において前記
タイミングで再び回転させられ、噴孔面積がたとえば２
７→４５％となる。このような回転（非噴射時）−停止
（噴射時）−回転（非噴射時）という割り振り回転動作
が少なくとも２回以上繰り返されることにより目標パル
ス数すなわち目標回転角度θＤに段階的に移行すること
ができる。図１２はこのような制御状態の例を示してい
る。そして、かかる割り振り回数が目標回数と一致した
場合（Ｊｎ＝Ｊｋ）ときには、ステップ５に移行され、
次の噴射回に残パルス数Ｉｓだけアクチュエータが駆動
され、その最終角度と絶対角度とが比較され、一致して
いるときには、制御が終了する。なお、ステップ５でロ
ータリバルブ７の回転方向が設定と合致しているかを判
断するのは、回転方向が正方向である場合と逆方向であ
る場合とでバックラッシの発生が異なるからであり、回
転方向が設定と逆方向である場合には、アクチュエータ
９に信号が送られ、バックラッシ分のパルス数ＩＢだけ
駆動される。
【００３１】図１４は手動制御の例を示しており、この
場合には、たとえば図８（ａ）のようなダイヤル方式の
装置を使用してこの状態で希望する噴孔面積に応じてロ
ータリバルブの目標回転角度θＤを設定する。また、Ｉ
ｍａｘ、Ｉｏｂ、Ｊｎ、Ｉｓ，およびＩＢを計算して手
動入力設定するもので、それ以外は前記自動制御の場合
と制御内容は同じである。
【００３２】
【発明の効果】以上説明した本発明の請求項１によると
きには、ホール内に噴孔３５と連通可能な燃料通路７３
を有するロータリバルブ７を配した噴射ノズルとジャー
ク式燃料噴射装置を用い、前記ロータリバルブ７をアク
チュエータ９で回転することにより噴孔開孔面積を変え
て燃料を噴射するにあたり、希望する噴孔面積に対応す
るロータリバルブ７の目標回転角度とθＤと現状ロータ
リバルブの回転角度θとの差に応じてアクチュエータの
目標パルス数Ｉｏｂと回転方向を設定し、ジャーク式燃
料噴射装置の当該回の噴射始めを示す１回転あたりの基
準パルスを時間を関数として等分した分割パルスを噴射
終了指標パルスとし、所定の分割パルス数に達したとき
にアクチュエータ９を作動してロータリバルブ７を回転
させ、実行された回転角度が目標パルス数に達していな
いときには少なくとも次回のジャーク式燃料噴射装置１
回転中の前記タイミングでアクチュエータ９を作動して
ロータリバルブ７を回転させる制御形式としたので、燃
料の非噴射時の作動可能領域のみでロータリバルブの動
作が収まるように噴孔面積を変化させることができる。
このため、ロータリバルブのアクチュエータの大型化や
特殊化を回避し、応答性の遅いアクチュエータを使用し
ながらもジャーク式燃料噴射装置の全回転域で任意の最
適な噴孔面積の変化を自動的に実現することができ、こ
れによりエンジンの負荷と回転数に対応した噴射圧力、
噴射期間、噴射量となるように最適噴射を行なうことが
できるというすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料噴射制御方法に使用する燃料
噴射ノズルと制御系の一例を示す説明図である。
【図２】図１の部分的拡大図であり、（ａ）は噴射前の
状態、（ｂ）は噴射時の状態を示している。
【図３】（ａ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図、
（ｂ）は図２（ｂ）のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図４】（ａ）本発明に適用されるロータリバルブの一
例を継手軸とシャフトとの取り合いと共に示す斜視図、
（ｂ）はロータリバルブの他の例を示す斜視図である。
【図５】（ａ）ないし（ｄ）は本発明におけるロータリ
バルブの回転位置と噴孔との関係を示す断面図であり、
（ａ）は開孔面積１００％、（ｂ）は７５％、（ｃ）は
５０％、（ｄ）は２５％の状態である。
【図６】（ａ）ないし（ｄ）は本発明における噴孔の開
孔形状を示す断面図であり、（ａ）は開孔面積１００
％、（ｂ）は７５％、（ｃ）は５０％、（ｄ）は２５％
の状態である。
【図７】本発明におけるロータリバルブの回転角度と噴
孔面積の関係を示す線図である。
【図８】（ａ）はロータリバルブの回転角度設定器の一
例を示す斜視図、（ｂ）はロータリバルブの回転角度と
設定角度との関係を示す線図である。
【図９】ジャーク式燃料噴射装置の回転数と噴孔面積と
エンジン負荷の関係を示す線図である。
【図１０】本発明による自動制御フロチャートである。
【図１１】本発明における噴射可変タイミングを示す説
明図である。
【図１２】本発明によるジャーク式燃料噴射装置の回転
数とステップ制御による噴孔面積変化の関係を示す線図
である。
【図１３】本発明による手動制御フロチャートである。
【符号の説明】
Ａ 可変噴孔型燃料噴射ノズル Ｂ ジャーク式燃料噴射装置 Ｃ エンコーダ ３ ノズルボデイ ４ ニードル弁 ７ ロータリバルブ ８ シャフト ９ アクチュエータ ３１ ホール ３５ 噴孔 ７３ 燃料通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３２０ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３２０Ｚ ３３０ ３３０Ｃ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ノズルボデイ先端部に形成されたホールの
    入り口側にジャーク式燃料噴射装置からの燃料圧で開弁
    するニードル弁を有し、ホール囲壁には複数の噴孔を円
    周方向で間隔をおいて設け、ホール内には前記噴孔と連
    通可能な燃料通路を有するロータリバルブを配した噴射
    ノズルを用い、前記ロータリバルブをアクチュエータで
    回転することにより噴孔開孔面積を変えて燃料を噴射す
    る方法であって、希望する噴孔面積に対応するロータリ
    バルブの目標回転角度と現状ロータリバルブの回転角度
    との差に応じてアクチュエータの目標パルス数と回転方
    向を設定し、ジャーク式燃料噴射装置の当該回の噴射始
    めを示す１回転あたりの基準パルスを時間を関数として
    等分した分割パルスを噴射終了指標パルスとし、所定の
    分割パルス数に達したときにアクチュエータを作動して
    ロータリバルブを回転させ、実行された回転角度が目標
    パルス数に達していないときには少なくとも次回のジャ
    ーク式燃料噴射装置１回転中に前記タイミングでアクチ
    ュエータを作動してロータリバルブを回転させることを
    特徴とする可変噴孔型燃料噴射ノズルによる燃料噴射制
    御方法。
JP8355655A 1996-12-24 1996-12-24 可変噴孔型燃料噴射ノズルによる燃料噴射制御方法 Pending JPH10184495A (ja)

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