JPS5865968A - デイ−ゼル機関の燃料噴射量制御装置 - 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】 従来ディーゼル機関の燃料噴射量制御装置としては、プ
ランジャーなどの社？Ｍ運動機構の作動により・燃料を
１痛圧に加圧して噴射量を制御するジャ−り式などの燃
料噴射装置が用いられている。これは機能が安定し、機
構も比較的に簡単であるが、最近の公害防止及び省エネ
ルギーなどの観１点から燃料噴射について複雑な制御を
しなければならない必妙に迫られており、十分対応でき
ない。というのは、上記噴射装置に用いられるプランジ
ャーなどの往復運動機構は、機関クランク軸の運動をカ
ムを利用して往イ須運動に変換するため、往復運動機構
自体の速度を機関回転数と独立に制御することができず
、又機関自体の往復運動との間に位相差を設けてｆｌｉ
ｌ＋御することも容易ではないからである。

一般のディーゼル機関では多様に変化する運転状態のう
ち最も運転する機会の多い状態に合せて最適燃料噴射条
件を設定し、それに基いて燃焼を行うようにしているも
のが多い。しかしながらこの方式ではそのような運転状
態では効率が良いが、それ以外の運転状態では必ずしも
適切な燃料噴射状態を実現できず、機関の燃料消費率が
低下する。

すなわち公知の多くの燃料噴射装置ｄは、前述のように
クランク軸の回転運動をカムを介して往イＮ　ｊ’１ｉ
ｒ（ｉＩ）に変換してプランジャーを作動させているの
で、運転状態に応じた多４〉Ｒ化した制ｆａ１目よ行い
姥＜、もし、１１！転状態の変化に応じた適切な燃料噴
射は制ｊｉｌ（Ｉができれば、燃料消費率、排気名度及
び公害防止対策などの上から必要とされる多様・化した
制御＋ｉｉｌか可自ヒとなる。

この発明の目的は、燃料を１１７−ｊ射袈歯−へ（」（
給するだめの開側１を′覗見指令によって機関回転数と
独＼′７−に１ト意に行うことができるようにし、併せ
て燃料噴射圧力の制御も行うことによって（張ｐ、Ｉ−
ｊＯＪが転状態に応じた好ましい燃料噴射状態を実り（
、させ、これによって燃焼効率の向上、イ洩関信頼度の
向上及び公害の防止などに必要々多様な制御金容易にし
ようとすることである。この目的を達成するために、既
に本出願人等により、特開昭オＡ−７７ｊ弘り公報、特
１ｊｉ’ｌ昭ｊｊ−１３６３０公報などに示される装置
が提釆されているが、との発明は、機関により駆動され
る容積可変型圧力供給ポンプにより燃料が力１１圧１ノ
ζ′ＡＣされ、又燃料噴射−縦が１４：Ｔ　Ｂ己圧力供
給ポンプの吐出容置を制御することにより制御されるこ
とを特徴とするディーゼル機関の燃料噴射庫制御装（ｄ
を提供するものである。

次にこの発明を、λサイクルの単気筒ディーゼル機関に
おける最適の燃料噴射方法が次のような場合であるとし
て、第１図に従って説明する。

初めに、燃料噴射期間の機関回転角度に対する曳さは／
行程当りの態別噴射量の大小にか＼わらず一定であり、
又燃料剪射童の制御は燃料噴射圧力で行われ、更に燃料
噴射時期は機関回転数のト凋とともに早くなるものとす
る。又機関回転数が最低の場合の無負荷運転時における
燃料噴射圧力（この圧力は当然設定圧力中最低になる）
は、ディーゼル機関の運転を持続するのに必要な燃料噴
射圧力の最低値を上まわるように設定されており、つ徒
り、機関の燃料噴射期間にわたって燃料１貝射がＸＤ’
を続的でなく光分に行われ、しかもその場合、燃料１ａ
射祉が過多となって無負荷の最小回転数以上に上昇しな
い適正な燃料噴射圧力を確保できるものとする。

第１図において、図示されていない機関のクランク軸付
近には公知の位置検出製画／／を有する、４準位１雇マ
ーカー／が股゛けられている。位１ｒイ検出装置／／が
、公知の方法により、機関のピストンの行程が上死点以
前にある燃料噴射開始点のうち最も早い開始点近くの定
位置にクランク軸の回転角度が到達したことを検知する
と、基準位置マーカー／は動作し、位１市信号を燃オ」
噴射時期及び期間・ξターン発生器ＴＭへ出力する。一
方前記パターン発生器ＴＭには、機関のクランク軸に結
合されて機関の回転速度を検知する公知のパルス式発電
機ＴＧからの回転速度情報Ｎが与えられており、この結
果パターン発生器ＴＭ上に示すような予め定められたノ
ミターンが発生される。すなわち、このノミターフ発生
器ＴＭは、横軸に機関回転数Ｎ１絣軸に機関の行程Ｓを
示す座標上に直線で衣わされる、機関回転数の変化に対
する当該機関の最適燃料噴射開始時期及び期間を示す・
々ターンを発生させる。図において３は基準位置マーカ
ーｌの定位置を、≠は燃料噴射開始点を、よは燃料噴射
長１点を、ｔは□最低回転数を、又７は最縄回転数を示
す。

従ってノ々ターン発生器ＴＭは、基準位ｔＵママ−−／
から構成される装置検知情報によって、機関の回転角度
が最高回転時の燃料噴射１弗始点より若干手前の定位置
に到達したことを検知し、その定位置から機関が予め定
められた行程（角度）だけ回転する毎にパルス弐発屯気
ＴＧから出力されるパルスを受け、機関が回転するに従
ってパターン発生器ＴＭ内部に燃料噴射開始点及び肋間
を六すノ♀ターンを発生させる。その俵尚該パターンは
図示されていない公知の比較器に出力される。この比較
器にはマーカー／とパルス式発’Ｆ１７．機ＴＧからの
情報が入力される。これによって比較器はたえず機関の
行程位置（回転角度）を検知し、この値が、前記ノ々タ
ーン発生器ＴＭで検知した燃料の噴射開端及び終了時期
と一致したとき動作となって、それらλつの時期に至っ
た旨の情報を切換スイッチＳＷに出力する。従って切換
スイッチＳＷは燃料噴射の開始時期に動作となり、終了
時期に不動作となる。

ところで、本機関においては、燃料噴射の（υｌ　＋１
４１ｒ１前述のような２つの）ξターンの間の距離で衣
されるが、この１暦射期間を機関回転速度に無ｒ！−１
保に一定に々るよ−うにすると、機関の回転変化のもと
では、機関回転数に応じて燃料噴射の圧力を変化させな
ければならない。なぜならば１貢射期間の所要時間長さ
Ｔは回転数変化により変化し、この同に同相゛の燃料Ｑ
を噴射するには、Ｑ−０・Ａ・′Ｐ・■＝Ｃφへ・Ｔ−
正　　なる公知の関係式からぴ１速すなわら圧力Ｐ１の
制御を必要とするからである（この場合Ｃは定数、Ａは
燃料噴射弁の噴孔面積である）。

これを実施するノミターンの一例としては第２図に示さ
れるようなノミターン、す女わち、横軸に機関回転数Ｎ
１縦軸に当該機関の燃料噴射弁からの燃料を噴射すべき
出力ｐ、をとり、機関の出力指令（燃料噴射量指令）＆
可変数とした機関１ｕ転飲に応じた１圓射圧カバターン
でなければならない。図においてｒは燃料噴射ｉ−″大
、りは小の場合を不すが鍔端このパターンは噴射弁など
の形状によって可変とすべきである。しかし、噴射弁の
噴孔すなわち燃料の通路は原則的に一定であるから、こ
のような圧カバターンを得るためには、機関の回転数の
上昇につれてこれに比例して燃料の送出速度（流床）が
上昇するような燃料の送り出し方を行えばよい。このよ
うな方法を実施するだめの具体的な一実施例としては、
機関の回転数Ｎに比例しだ回転数で動作する容積型のポ
ンプによって燃料を供給すればよいことになる。そして
燃料の増減を行うことが必要となる場合には、ポンプの
／行程又は単一回転数に対して吐出容量がｏＪ変となる
ポンプを適用することになる。

このような方法によれば、同一量の燃料噴射を行う場合
には、たとえ回転数が上昇することによって噴射所要時
間が短縮されてもポンプの容積効率がはソ同一で燃料の
途中での漏洩がない限り、／行程当りに噴射弁へ同一の
燃料が供給でき、燃料の圧力は自ずと第２図のようなパ
ターンを描くととになる。なぜならば、回転数のいかん
にか＼わらず、／行程当り一定の燃料献がこのような谷
）置型ポンプから供給され、かつ、この燃料を同一の噴
射弁から噴射することができるからであり、しかもその
燃料の噴射期間は出回の回転角度に対しては第７図に示
すように一定であるから、燃料噴射の期間（°時間的長
さ）は回転数の上昇に伴って短くなるので、噴射圧力は
機関回転数の上昇と共に自ずと上昇することになυ、そ
のうえその燃料の噴射圧力の変化は第２図に示すノ々タ
ーン徂のうちの一つの曲線のそれと一致することになる
からでおる。そして／行程の燃料供給量を変化させる場
合には、必要とする供給量に応じて容積型ポンプの単−
回転数当りの吐出容量を適正に変化させれば、第２図に
示すようなパターン群そのものが得られる。このような
容積町変型のポンプはいろいろあるが、例えば、その代
表例としては公知の斜板角可変のアキシャル・プランジ
ャ型ボンゾがあり、このポンプでは斜板角度をｉｌ＋ｌ
Ｉ御することにより容積を可変とすることができる。こ
の発明の実施例においてはこれを用いること＼し、使用
するポンプ（以下これ會「斜板ポンプ」という）は特性
テストなどを行ってその角度を適正に設定することによ
り、当機関については所定の燃Ｅ噴射を行い得るものを
用いるものとする。

第１図においてＰは機関により駆動され、しかも前述の
ような性能を有する斜板ポンプであり、その斜板の角度
を制御する公知の斜板角度制御用アクチュエータＡがこ
れに取付けられている。このアクチュエータＡは外部か
ら斜板角度設置情報θを入力することにより動作となっ
て、公知の方法により、斜板ポンプＰの斜板を所定の指
令角度にセットする。Ｌは公知のパターン発生器を有す
る斜板角度設定器であり、予め所定燃料噴射を行うに適
合した斜板ポンプＰの斜板角度をパターンとして前記パ
ターン発生器を内蔵している。この設定器りは、図示さ
れていない機関出力制御器などからの燃料１寅射指令悄
′報Ｑを受けて前記内蔵のノ々ターン発生器を動作させ
、指令に応じた燃料噴射を行うに適した斜板角度を検知
し、これを胴板角度設定情報θとして斜板角度制御用ア
クチュエータＡに出力する。ＭＶは高圧油圧の供給を司
る切換弁例えば公知の電磁開閉弁であって、９ノ侠スイ
ツチＳＷが動作となったことを条件として該開閉弁ＭＹ
の油圧通路を開とし、図示されていない燃料タンクから
供給される燃料を圧送する斜板ポンプＰが吐出する高圧
燃料油を同じく図示されていない燃料噴射弁へ供給し、
−また切換スイッチｓｗが不動作となったこと条件とし
て、上記の１（袷を断とする。

ＡＯＯは公知のアギュムレーターであって、斜板ポンプ
から吐出される燃料油圧の電磁開閉弁Ｗの開閉の影響な
どによる変動を防止し、その変化が最少限となるような
値に容量が設定されているものとする。

このような構成の燃料噴射量制御装置において、燃料１
質射指令情報Ｑが斜板角度設定器りに与えられると、同
設定器りは指令情報に応じた斜板用度設定情報θを斜板
角度設定用アクチュエ〜りＡに出力し、これをうけて糸
Ｆ板ポンゾＰけ設定情報θに応じた角度に斜板をセット
する。一方機関Ｅの回転Ｎに応じてＡターン発生器ＴＭ
は図示されたようなパターンを発生させ、前述の方法に
より切換スイッチＳＷに燃料噴射開始及び終了の時期を
指示する。切換スイッチＳ　Ｗの動作に応じて電磁開閉
弁ＭＹは動作となシ、機関Ｅが駆動する斜板ボンゾＰの
吐出する、燃料噴射指令に応じたしの燃料を適正なタイ
ミングで図示されていない燃料噴射弁へ供給する。

なおこの実施例においては、斜板ポンプＰはその回転数
の変化、すなわち、吐出圧力の変化にが＼わらず寝棺効
率はほとんど一定であると仮定した。しかし、これに変
化のある場合には斜板角度ｉλ定器りに機関Ｅからの機
関回転数情報Ｎをも破線で示すように併せて入力させる
とともに、廖板角度設定器りには、予め該情報Ｎと燃料
噴射指令とに応じた斜板ポンプＰの斜板角度設定値を表
すパターン群を内蔵させ、該）ぐター／＃によシ検知し
たか）板角度設定情報θにより斜板角度をセットするよ
うにしてもよい。

胴板角度の設定は前述のように斜板角度設定器りの待つ
ノ々ターンによって行われるが、その出力θけ燃料噴射
指令情報Ｑに対しては開回路であるため、これだけでは
設定値の安定性が得られない場合がある。その理由は、
斜板角度設定器りか出力する余１板角度情報θは斜板ポ
ンプＰのＷ準状態において設定すべき斜板角度に対応す
るが、斜板ポンプＰはその個体差、製作精度、経年劣化
などによってたとえ若干でｒＪあっても標準状態とは異
った状態の下にある場合が多く、このため、たとえ機関
Ｅからの機関回転数情報Ｎをも入力し−（佛正を行った
後に斜板角度設定器りから出力される側根角度情報θに
より斜板角度を所定の角度にセットしたとしても、斜板
ポンプＰから吐出される燃料の圧力ｐ、は燃料噴射指令
情報Ｑに応じた所定の圧力、すなわち、鶴λ図に示すよ
うな本来設定されるべき所冗の燃料噴射圧力との間に差
圧を生ずる場合があるからである。このような場合、燃
料噴射指令情報Ｑに応じて本来燃料噴射を行うために必
要な設定圧力に斜板ポンプＩ）の吐出圧力ＰｉＥ達して
いるかどうかを調さ、もし設定圧力との間に差圧が生じ
ているならば、この差圧をなくすようその差圧に応じて
斜板角度を修正して斜板ポンプＰの吐出圧力をａｔ４祭
し、実際の吐出圧力を設定圧力にフィートノセック（い
わゆる負帰還）させるようにすれば、前記の問題を解消
することができる次に第２図の実施例にこのような方法
を適用した例を第３図について説明する。

図において、公知のＡターン群発生機構を有する設定圧
力検知器ＰＤには、燃料噴射指令情報Ｑに応じた量の燃
料噴射を行うため機関回転数Ｎに対して（ｒｔｉ保すべ
き燃料噴射圧力（以下これを「設定圧力Ｐｏ　Ｊという
）を表すノぞターン群が内蔵されている。燃料噴射指令
悄’ｔＪ６　Ｑが入力されると、この検知器ＰＤは内蔵
の・ξターン群から核燃料噴射指令情報Ｑに対応した（
＋７−のパターンを選択発生させ、こうして発生したノ
リーンに基き、入力する機関回転数Ｎに応じた設定圧力
Ｐｏを検知し、これを公知の比較器を有する差圧検知器
ＯＰに入力する。これと同時に該検知器ＣＰには、斜板
ポンプＰの吐出圧力Ｐ１が圧力検知器Ｐｓを介して入力
され、これにより検知器ＣＰは設定圧力Ｐｏと実際の噴
射圧力価との差を検知し、これを公知のパターン発生器
を有する斜板角度修正検知器Ｍに出力する。差圧△Ｐを
減縮するには、その値に応じて予め定められた角度だけ
、現在設定中の斜板角度θを微少修正すればよく、前記
斜板角度修正検知′、！５Ｍには斜板ポンプＰの斜板角
度を差圧△Ｐに応じて修正すべき角度△θがパターンと
して内蔵されており、入力された差圧１゛Ｈ結△Ｐに応
じた修正角度△θが出力される。公知の加算器Ｓは当該
修正角度△覧θにｒｌｔつて斜板角度設定器りからの設
定値θを修正し、こうしてｆｆ４　ＩＩ反ポンプＰｃＤ
ｎ板角度はそのアクチュエータＡにより微少修正され、
この動作を反覆することにより差圧ΔＰをなくすことが
可能となる。

こうして、機関に結合した容積型ポンプを用いることに
より機関回転数の変化のいかんにかかわらず、一定の燃
料噴射社を得ることができた。

従ってこの発明の目的において述べたように、１機関の
運転状態に応じて噴射時期、噴射期間などの制呻を多イ
求に行いたい場合は、）々ターン発生器ＴＭの内容を必
要に応じて変えるのみでよいことになる。

なお、この発明においては、機関により駆動される容積
型ポンプを用いて機関回転に対する燃料圧力の関係が特
定づけられているが、他の応用例として機関制御に不可
欠な調速機能についても考慮することができる。すなわ
ち前記実施例では斜板ポンプの容積効率を補正するため
、例えば斜板角度設定器りの一つの入力として回転信号
Ｎを正帰還信号としたが、これを負帰還信号とすること
により調速作用を持たせることもできる。

この発明では、燃料噴射期間を機関のクランク角度上で
一定とすることを前提としたが、機関の最低回転などに
おいて、燃料噴射ノズルの霧化に関連して燃料供給圧力
に下限値が生ずる場合、或いは燃料系の耐圧強度、シー
ル性などで圧力に上限値が生ずる場合は、その領域にお
いて、圧力の代りに噴射時期を可変とすることは任意で
ある。

以上のようにこの発明は、機関によって直接駆動される
従来の燃料噴射ポンプが備えている利点である、機関回
転と燃料流速の一体的関連性を残し、かつ燃料制御の自
由度を得ることができ、排気、燃費、出力の点で今日の
要求を充分溝たすことができる。

【図面の簡単な説明】

第７図はこの発明の一実施例を示すブロック線図であり
、第２図はこの発明の要部である燃料供給ポンプの供給
圧力特性線図であり、第３図はこの発明の別の実施例を
示すブロック線図である。 Ｅ・・・機関、ＴＯ・・・ξルス式発電機、ＴＭ・・・
燃料噴射時期及び期間・ぐターン発生器、ＳＷ・・・切
換スイッチ、ＭＹ・・・切換弁、Ｌ・・・斜板角度設定
器、Ｐ・・・容積可変型燃料供給ポンプ、人・・・アク
チュエータ、Ｍ・・・斜板角度修正検知器、ＰＳ・・・
圧力検知器、Ｓ・・・加算器、ＦＤ・・・設定圧力検知
器、ＯＰ・・・差圧検知器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／　燃料噴射弁への燃料の供給の時期及び期間を電気指
   令により動作となる切換弁によシ制御し、燃料噴射量を
   燃料の噴射圧力によって制御するディーゼル機関の燃料
   噴射量制御装置において、前記燃料噴射弁へ供給される
   燃料を当該ディーゼル機関により駆動される容積可変型
   燃料供給ポンプにより加圧供給しかつその圧力を当該ポ
   ンプの吐出容量を制御することにより調圧するようにし
   たことを特徴とするディーゼル機関の燃料噴射量制憫１
   装置。 ２　燃料噴射弁への燃料の供給の時期及び期間を電気指
   令により動作となる切換弁により制御し、燃料噴射量を
   燃料の噴射圧力によって制御するディーゼル機関の燃料
   噴射量制御装置において、前６己燃料噴射弁へ供給され
   る燃料を当該ディーゼル暖間により駆動される容積可変
   型燃料供給ポンプにより加圧供給しかつその圧力を、当
   該ポンプの吐出州を機関回転数に応じて補正することに
   より調圧するようにしたことを特徴とするディーゼル機
   関の燃料ｇ対量制御装置ｄ０ ３　燃料噴射弁への燃料の供給の時ハ）１及び間開を電
   気指令により動作となる切換弁により制御し、燃料噴射
   量を燃料の噴射圧力によって開側１するディーゼル機関
   の燃料噴射量制御装置Ｋｔにおいて、前記燃料噴射弁へ
   供給される燃料を当該ディーゼル機関により駆動される
   容積可変型燃料供給ポンプにより加圧供給しかつその圧
   力を尚該ポンプ、の吐出容量を制御することにより調圧
   するようにし、さらにこの調圧される燃料Ｌ１ニカを設
   定圧力に負装置し、その負帰還された情報に基いて前記
   ポンプの吐出芥−１を修正するようにしたことを特徴と
   するディーゼル機関の燃料噴射量制御装置。