JPS6010169B2 - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料室内に直接的に燃料を噴射した火花点火に
より燃焼させる内燃機関や、ディーゼル機関などの圧縮
着火機関に用いられる燃料供給装置に関する。

機関燃焼室に例えば圧縮工程の途中で直後的に燃料を噴
射し〜 この比較的に濃厚な混合ガス部分に点火栓で点
火することにより、一種の層状燃焼効果を実現するよう
にして、燃費や排出ガス組成の改善をはかった、いわゆ
る筒内噴射火花点火機関が知られている。

（米国特許明細書第３，３１５，６５ぴ号及び同第３，
３０４，９２２号）ところが、この機関によれば比較的
高い圧力状態のもとに燃料を噴射するため、燃料噴射弁
は十分な耐圧性が要求され、さらに燃料を高圧縮化する
燃料噴射ポンプなどが必要となる。

この種の装置としては、ディーゼル機関において実際に
用いられているものがあるが、通常の燃料噴射ポンプは
機関回転に機械的に連係して駆動されており、例えば作
動中に燃料噴射時期を変化させるのに大きな操作力を必
要とし、とくに機関低温時から高温時まで、常に最適な
燃料噴射時期や噴射量を得ることは、技術的にかなりの
困難を伴う。

また、噴射ポンプの生産過程においても、噴射量と噴射
時期のマッチングなどにかなりの精度が要求され「その
ため価格的にも非常に高価で、しかも市場に出てからの
メンテナンスなどにかなりの慎重さが要求されるという
問題があった。そして、何によりもこのような機械式の
燃料噴射ポンプに頼る制御では、機関運転状態に応じて
微妙に変化する要求噴射時期や噴射量に対し、精度よく
応答させることが困難であって、燃費の低減や排気組成
の改善にもおのずと限界を生じる。

そしてこのことはディーゼル機関の燃料噴射ポンプにつ
いても同様であった。本発明はかかる対策として燃料の
噴射時期及び噴射量を、運転状態に応じて電子制御する
ようにして「燃料の制御精度を著しく向上させた内燃機
関の燃料供給装置を提供するものである。

以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

まず「第１図の全面的なシステムを説明すると、川ま機
関本体も ２はピストン、３は燃焼室、４は点火栓、６
‘ま燃料噴射弁〜 ５は吸気遍勝れこ設けたアクセルと
連動の絞弁「８は吸気弁を示す。

ただし、燃料噴射弁６をこのように燃焼室３に設け「圧
縮上死点付近を含む圧縮工程で燃焼室３に層状に燃料を
噴射供給するときはも絞弁覇を設けずに空気をシリンダ
内に十分に吸入させてもよい。燃料噴射弁６としては、
吸気弁８の直前の吸気通路（マニホールド）？に取付け
、吸気弁８が開いてから燃料に供給するようにしてもよ
くトこの場合には、上記した絞弁６を設けて混合気量を
コントロールする必要がある。

点火栓４の点火時期は通常の火花点火式機関と原則的に
はほぼ同時期となるように、後述の制御回路１６からの
点火信号により運転状態に応じて制御される。一方、燃
料供給系としては「機関と同期的に駆動されるフィード
ポンプ富Ｑとプランジャポンプ１ １が設けられ、燃料
タンクからの燃料をフィードポンプ１０で所定圧まで子
圧し、次いでプランジャポンプ亀亀で高圧状態に加圧す
る。

フイードポンプ１０からプランジヤポンプ官軍へ送り込
む燃料流量をコントロールするために電磁調量弁１２が
あり、さらにプランジャポンプ１１から圧送される燃料
を一時的に溜めるアキュームレータ１３と、アキユーム
レー夕１３からの加圧燃料を各気筒の燃料噴射弁６に分
配するため〜パルスモータ１４によって駆動される分配
器官５とが備えられる。

そして「電磁調量弁亀２とパルスモータ１４には「後で
詳しく述べる制御回路１６からの信号が与えられ「 こ
れにより燃料噴射量及び噴射時期が精密に制御される。

電磁調量弁亀２は第２図Ａあるいは第２図Ｂのように構
成される。第２図Ａはオンオフ型の魂量弁１２Ａでもコ
イル富７とも可動鉄○軍８およびこれに連結した弁体】
９を有し、コイル角７に供給されるオン。

オフパルス信号にもとづいて弁○２０を弁体量９がオン
オフ的に開閉する。したがって、制御される燃量流量は
パルス信号のデューティ比に比例したものとなる。

第２図Ｂは比例型の調量弁官２Ｂでし弁体８９′に連結
したコイル富７「に制御電流が供給されると、その電流
値に応じて永久磁石２２との関係でコイルｌｙ′が移動
し、弁口２Ｑ′の有効関弁面積を比例的に制御する。

これら電磁調量弁亀２の制御流量に応じて噴射弁６から
の噴射量が増減する。

第３図Ａ９ Ｂは分配器１５の断面構造を示し、八ウジ
ングとなるスリーブ２３の中には、パルスモータ１４の
駆動軸と連動させた分配プランジヤ２４が回転自由に収
められる。

スリーブ２３には燃料の導入通路２５と、この実施例で
は４本の燃料圧送通路２６Ａ亨 ２６８，２６Ｃ？ ２
６Ｄが形成される。導入通路２６は分配プランジャ２４
の端部外周に形成した環状溝２７と運通し「庄送通路２
６Ａ〜２６口は分配プランジヤ２４の回転軸を中心とし
て９ｏｏ間隔に等分に配設され〜分配プランジャ２４の
周面にその受孔２隻がそれぞれ開□する。

分配プランジャ２４の回転に伴い順次圧送通路２騎Ａ〜
２６Ｄの各受孔２舞と蓬適するように「プランジャ２４
には分配通路２９が軸心から周面に向けて半径方向に穿
設される。そして、この分配通路２９はプランジャ軸心
方向に貫通する運通路３８‘こより上記環状溝２７と蓮
適している。

したがって、分配通路２９には常に加圧燃料がアキュム
レータ１３から送り込まれ「そして分配プランジャ２４
の回転に伴って各圧送通路２６Ａ〜２６０に受孔２８が
蓮適する毎に各噴射弁に燃料を供給するのである。

第４図にこれら圧送通路２６Ａ〜２６Ｄとそれぞれ連通
して燃料の供給を受ける燃料噴射弁６の構造を示す。

プラグケース３２にはノズルホルダ３３が収装されてお
り、このノズルホルダ３３に摺動自由なニードルノズル
３５により燃料の噴射がコントロールされる。

ニードルノズル３５の先端テーパ部３５Ａには、燃料通
路３４の一端が開口しており、このテーパ部３５にかか
る燃料面圧（ノズル軸方向分圧）が、スプリング３６の
押圧力よりも上昇したときにニードルノズル３５が関弁
して燃料を噴射する。

ところで、ニードルノズル３５には連接ロッド３７の一
端が当綾し、ノズル３５のリフト量に応じて池端のマグ
ネット３８を押し上げし このマグネット３８の位置に
よりその囲りのコイル３９に発生する電流値を変化させ
る。

つまり、これらは噴射弁リフトセンサ４０として、燃料
噴射弁６のリフト状態を検出して制御回路１６に入力す
る機能をもっている。

次に、燃料の噴射量及び噴射時期を運転状態に応じて適
切に制御するための制御回路１６には、第１図にも示す
ように「運転状態を代表する種々の信号が入力する。

４２は吸気通路７の絞弁上流に設けたェアフローセンサ
であり、この信号により基本的な燃料噴射量を増減させ
る。

４４は機関回転角クランクセンサであり、機関回転角、
上死点、回転速度を検出して燃料の噴射時期を制御する
ための信号を供給する。

同じく「 ４５は機関冷却水温センサ、４６は燃料温度
センサであり、機関低温時における燃料噴射量の増量補
正や、燃料温度にもとづく燃料流量補正（温度上昇に応
じての質量流量の減少を補う）を行うために、それぞれ
制御回路１６に信号を入力させる。

そして「制御回路１６はこれら各信号にもとづいて、各
気筒で最適な時期に所要量の燃料噴射を行わせるように
、電磁調量弁１２と分配器１５のパルスモーター４に制
御信号を出力するのである。

これらの動作を含めてさらに詳しく説明する。

基本的には、エアーフローセンサ４２の信号にもとづい
て制御回路１６を介して電磁調量弁１２の関度が増減し
、フィードポンプ１０からプランジャポンブ１１へと送
り込まれる燃料流量を制御する。分配器１５のパルスモ
ーター４には、機関回転数に同期したパルス信号が制御
回路１６から供給され、このパルス信号に同調してパル
スモータ１４がステップ回転し「 これにより分配器１
５が各気筒の燃料噴射弁６ヘアキュームレータ１３から
の高圧燃料を分配する。

前記したフイードポンプ１０及びプランジャポンプ１１
は共に機関に連係して駆動され、燃料を二段階に加圧す
るが、プランジヤポンプ１１への吸入量は電磁調量弁１
２によって制御されるので、その吐出量、即ちアキュー
ムレータ１３を介して分配器１５へと送り込まれる燃料
量も、この電磁調量弁１２の開度に比例したものとなる
。

そして、この燃料は分配器１５により各気筒へとその噴
射タイミングをコントロールされつつ分配されるので、
噴射量は結局、電磁調量弁１２の関度に応じて制御され
るのである。この点を詳しく説明すると、アキュームレ
ータ１３は基本的には１気筒に噴射するのに必要量の噴
射燃料を蓄圧するだけの容量をもち、プランジャポンプ
１ １から吐出された燃料をいったん蓄圧してから分配
器１５へと供給する。

ただし、実際はこれらが極めて短時間のうち繰り返され
るので、アキュームレータ１３に常にほぼ１回分の噴射
量に等しい量の燃料が溜められる（この実施例は４サイ
クル４気筒機関を対象とするため、１回転につき２気筒
分噴射することになる）。

したがって、機関高負荷になり電磁調量弁１２の開度が
大きくなるとアキュームレータ１３の油面も相対的に上
昇する。

このため、分配器１５がトルクモーター１４によって駆
動されると、分配プランジャ２４の分配通路２９が、各
圧送通路２６Ａ〜２６Ｄの受孔２８と蓮通した瞬間にア
キュームレータ１３からの燃料が燃料噴射弁６へと圧送
される。

燃料噴射弁６はスプリング３６の付勢力に燃料圧力が打
勝っている期間はニードルノズル３５が押し上げられ、
開弁状態にある。

分配プランジャ２４はトルクモータ１４によって回転さ
せられるが、分配通路２９に受孔２８が運通している間
は、高圧燃料を継続的に供給しうる状態にあるので、ア
キュームレータ１３の圧力が燃料噴射弁６の閉弁圧力に
低下するまでの期間、燃料が噴射供給されることになる
。

ここで、アキュームレー夕１３の圧力が噴射停止圧まで
低下する時間は、アキュームレータ１３の蓄積容量に比
例し、したがって溜められた燃料が多いほど噴射弁６か
らの燃料噴射量も増加する。

このようにして、結局、燃料の噴射量は電磁調量弁１２
の開度に比例したものとなる。

一方、燃料噴射弁６が開弁している期間は、噴射弁リフ
トセンサ４０１こよって検出され制御回路１６へとフィ
ードバックされているため「このフィードバック信号と
制御目標値との間に偏差があれば、これを解消するよう
に上記電磁調量弁１２の開度が修正される。

したがって、燃料噴射量は基本的にェアフローセンサ４
２の出力にもとづくが、これが機関温度、燃料温度など
種々の条件に対応して補正された上で、さらに実際の噴
射量を検出しながらフィードバック制御されるので、燃
料噴射量は要求に応じてきわめて良好な応答性をもち、
正確に制御されるのである。

そして、燃料の噴射時期は分配プランジヤ２４の回転に
よって決まり、機関回転と同期するパルスモータ１４に
より制御される。

分配通路２９が各圧送通路２６Ａ〜２６０の受孔２６と
運通した瞬間（実質はこれより極短時間遅れて）に燃料
噴射が始まるのであり、具体的には＃１，＃３，＃４，
＃２の気筒順序でそれぞれ圧縮上死点近傍で燃料が燃焼
室３に噴射される。

この噴射時期はパルスモータ１４の回転位相を早めたり
遅らせたりすることにより、進遅させることができるの
で、機関運転状態に応じて常に最適な噴射時期が得られ
るように制御回路１６から信号が出力される。勿論、こ
のパルス信号は機関回転速度の変化に応じてパルス周波
数が変化し、高回転になるほど高周波数となって常に回
転（クランク角）に対応して燃料噴射を行なう。

上記アキュームレータ１３のセット圧力は、機関高回転
時に分配器１５の分配通路２９が各受孔２８と運通して
いる最づ・時間内に、所定流量の燃料を不足をきたすこ
となく十分に供給しうる範囲に予め設定してある。

ただし、ァキュームレータ軍３に対してはリリーフ回路
４８及びリリーフ弁４９が接続し、回路燃料圧が異常に
上昇したときはこれをリリーフして、正常な蓄圧値及び
蟹油量とする。

ところで、機関回転数が運転者の意志に反して過上昇し
たようなとき、フィードバック制御により燃料噴射量を
減らすように補正されるので、従来のいわゆるガバナー
機構を設ける必要はなくなる。

なお、本発明はディーゼル機関や燃料としてメタノール
を主成分とする圧縮着火機関などの燃料供給装置として
も適用できる。

以上説明したように本発明によれば燃焼室の内部に燃料
を噴射する内燃機関の燃料噴射時期及び噴射量をきわめ
て精度よく制御することができ、燃費及び排気組成の大
幅なる改善がはかれ〜 しかもこれらの制御を機械的手
法によらずに行うため機械的マッチングが不要もしくは
著しく減少させられ、生産性の大幅なる向上と生産コス
トの低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体的概略構成図、第２図Ａ，Ｂはそ
れぞれ電磁調量弁の実施例をあらわす断面図、第３図Ａ
，、Ｂは分配器の縦断面図及び１−１線断面図、第４図
は燃料噴射弁の断面図である。 ３・・…・燃焼室、４…点火栓、６・・・燃料噴射弁、
１０……フイードポンプ、１１……プランジヤポンプ、
１２・・…・電磁調量弁、１３・・・・・・アキューム
レータ、１４……パルスモータ、１５……アキユームレ
ータ、１６・・…・制御回路、２４・・・…分配プラン
ジヤ、２６Ａ〜２６Ｄ・・・・・・圧送通路、３５・・
・…ニードルノズル、４０・・…・噴射弁リフトセンサ
、４２……エアフローセンサ、４４………クランク角回
転センサ、４５…・・・機関冷却水温センサ、４６・・
・・・・燃料温度センサ、４９・・・・・・リリーフ弁
。 第１図 第４図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼室もしくは吸気マニホールドに直接的に燃料を
   噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関において、燃料を
   予圧するフイードポンプと、フイードポンプから高圧プ
   ランジヤポンプに送り込む燃料量を制御する調量弁と、
   プランジヤポンプからの吐出燃料を蓄圧するアキユーム
   レータと、パルスモータによって回転駆動し蓄圧燃料を
   各気筒の燃料噴射弁に分配する分配器と、基本的に調量
   弁の開度を運転状態に応じて増減し、かつパルスモータ
   の回転を機関回転に同期させるように制御する制御回路
   とを備えたことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。 ２ 制御回路には燃料噴射弁の作動状態を検出する噴射
   弁リフトセンサからの信号が入力し、これにもとづいて
   調量弁の開度をフイードバツク制御するように構成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内
   燃機関の燃料供給装置。