JPS60178956A - 圧縮着火式内燃機関の燃料噴射率制御装置 - 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】

く技術分野ン 本発明は、圧縮着火式内燃機関の燃料噴射率制御装置に
関する。 く先行技術） 従来における燃料噴射ポンプの噴射率制御装置としては
、特開昭５４−１３４２２２号公！ｉ長の第２実施例の
ようなものがある。 これは、第１図に示すように構成されている。 即ちコントロールレバーｌがアイト′ル位置に燥作され
ると、マイクロスイッチ２がオンとなってソレノイド３
が励磁され、鉄芯４によって弁体５が吸引されて図中右
側に移動し、連通路６の開口端と弁体５の環状溝７とが
一致する。このため、プランジャ８が圧送行程に入って
も、そのストローク始めにおいてはプランジャ８の環状
溝９と連通路１０の開口端とが出会うので、燃料加圧室
ＩＩ内の燃料が通路１２、環状溝９、連通路１０、連通
路６及び弁体５の環状溝７並びに逃がし通路１３を通っ
て比較的低圧のポンプ室１４に流出し、燃料加圧室１１
の圧力の立ち上り時期が遅れて噴射率が低くなる。 又、中・高回転域においては、マイクロスイッチ２がオ
フしてスプリング１５の張力で弁体５がスナップリング
１６に衝突する左側端部にまで移動するため、弁体５の
環状溝７が連通路６の開口端から外れて燃料の逃がしを
阻止し、噴射時期の遅れを予防して噴射率を高く保持す
る。 −力、圧縮着火式内燃機関例えばディーゼルエンジンで
は、噴射された燃料がシリンダ内で圧縮された高温の空
気によって熱せられて着火温度に近づく着火遅れ期間を
有し、該着火遅れ期間に噴射された燃料が着火と同時に
一時に爆発的に燃焼して圧力が急激に上昇することによ
っていわゆるディーゼルノックが発生し易い。 従って、第１図に示した噴射率制御装置のように燃焼状
態との相関が低い回転数、コントロールレバー、或いは
機関回転速度、アクセル踏角によってエンジンの運転状
態を判断して噴射率を制御するようにした場合はエンジ
ンの運転状態に最適な噴射率特に着火遅れ機関の噴射率
を自由に選択することができない。 又、吸気温度、冷却液温度等の変化、ポンプ、エンジン
の経年変化、ノズルのつまり等には全く対処できず、ポ
ンプ、エンジンの製造上のバラツキに対してはポンプを
個々に調整する必要があるという問題点があった。 また他に特開昭５４−１０５６１５号公報及び特開昭５
６−１０４１４９号公報における第２の実施例にも噴射
率を制御する技術の開示があり、前者は機関の回転速度
に応したポンプケーシング内油圧で作用するピストンに
よって始動時、低速域、高速域の噴射率を切り換えてお
り、後者は回転角センサの信号に基づいて機関回転速度
をめ、これがある値を超えると噴射率を切り換えている
が、これらも先の従来例と全く同様な不都合をもたらす
ものである。 このような従来の問題点に着目して本出願人は先に特願
昭５８−１６０４８３号として有効な燃料噴射率制御装
置を提供した。これは、噴射時期と着火時期とに基づい
て着火遅れ期間の長さ、つまり、着火遅れ時間を算出し
、この着火遅れ時間の大きさに応じて該期間中の噴射率
を制御して燃焼状態に応じた最適な噴射率を設定し、以
て、環境変化、経年変化、ポンプ、エンジンの製造上の
バラツキ等に対して格別な補正、調整を行う必要のない
メンテナンスに優れたものであった。 ところが実際の段階では、この装置は、機関の運転状態
を検出して燃料噴射時期を電子制御する電子制御燃料噴
射ポンプに適用すべくなされたため、燃料の噴射時期は
これを決定する機関の運転状態に基づいて検出されてい
た。言い換えれば燃料噴射時期を電子制御する電磁コイ
ルへの制御指令信号を使って燃料の噴射時期を検出して
いた。 従って例えば燃料圧力に応じてタイマーピストンを移動
し、燃料噴射時期を制御する形式等の電子制御に依らな
い燃料噴射時期制御装置にあっては、電気的な噴射時期
制御信号がないため、上記先提案のものでは適用不能で
あった。また電子制御燃料噴射時期制御信号であっても
噴射時期制御信号と実際の噴射時期とでは応答遅れがあ
るため、精度良く噴射時期を検出することが不可能であ
るから、先提案のものの噴射率制御も精度良く行うこと
ができない状態にあった。 このような不都合を解消するには実際の噴射時期を確実
に検出する必要がある。 （発明の目的〉 そこで本発明では噴射時期を的確に検出して着火遅れ期
間を正確に知り、該着火遅れ期間に応じて噴射率を制御
することにより、本発明者が先に提案した効果的な噴射
率制御の信頼性をより向上させることを目的とする。 〈発明の構成〉 そのために本発明に係る圧縮着火式内燃機関の燃料噴射
率制御装置では、燃料噴射による噴射系統の機械振動又
は圧力変動を検出することにより、燃料噴射開始時期を
検出する手段を新たに設け、該手段と、噴射燃料の着火
時期を検出する手段と、燃料の噴射率を可変制御する手
段と、前記雨検出手段の検出信号に基づいて算出した着
火遅れ期間に対応する噴射量を演算して該噴射量に相当
する信号を前記噴射率可変手段に出力する制御手段と、
を備える。 〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。 第２図は本発明の一実施例を示すブロック図である。燃
料噴射開始時期検出手段として噴射弁のスピルチューブ
に装着した振動センサ】７ば噴射開始時期検出回路１８
を経て噴射開始時期信号が、また着火時期検出手段とし
て燃焼室に装着した光センサ２０から着火時期検出回路
２１を介して着火時期信号が夫々制御手段としての制御
回路２２に供給される。制御回路２２には図示しない各
種のセンサからアクセル踏角、クランク角、冷却液（冷
却水）温度等の各種制御信号円が供給されている。又、
制御３１１回路２２には駆動回路２３．２４．２５を介
して噴射量制御装置２６、噴射時期制御装置２７、噴射
率制御装置２８がそれぞれ接続されている。 これら各部の詳細は次のようである。 噴射開始時期検出手段としての振動センサ１７を第３図
に例示する。即ら、第４図に示す噴射弁４０１から噴射
にあずからずに漏れ出る燃料を噴射ポンプに戻す金属バ
イブ状のスピルチューブ３０１を、クランプ３０２ａ、
　３０’２ｂで挟持し、これらをクリップ３０３で固定
する。クランプ３０２ａには圧電素子３０１が固定され
、その外方をカバー３０５が保護する。 圧電素子３０４ば、噴射弁４０１から実際に燃料噴射が
なされるとスピルチューブ３０１を含む噴射弁、噴射管
等からなる噴射系壁が燃料圧力の変動によって機械的に
振動するから、この振動し・＼ルをピックアップして前
記実際の燃料噴射開始時期を検出する。この意味からし
て圧電素子３０４の取付けは燃料噴射に基づいて機械的
に振動する噴射系であればどこでもかまわない。しかし
応答遅れか可及的に小さい位置であることが望まし２い
。また噴射系内の燃料圧力が燃料噴射と共に変動するか
ら、この圧力変動を検出する圧力センザを設りてもよい
。 前記圧電素子３０４０両面は電磁加工か施され、リード
線３０６を介して検出信号が噴１」開始時期検出回路１
８に送られる。 前記光センサ２０は第４図に示すように構成される。即
チディーゼルエンジンのシリンダヘッド４０２に形成さ
れている燃焼室（渦流室）４０３に先端を臨ませた光ピ
ンクアップ４０４と、該光ピツクアップ４０４に光ファ
イバ４０５を介して接続されたフォトトランジスタ４０
６とで構成されており、前記フォトトランジスタ４０６
の出力信号を着火時期検出回路２１に供給するようにし
ている。４０７はグロープラグである。 燃料噴射ポンプは第５図に示すように構成される。 噴射量制御装置２６部 エンジンのクランクシャフトに同期してドライブシャフ
ト３３が回転すると、カムディスク３４を介してプラン
ジャ３５がバレル３６内を回転しつつ往復連動する。プ
ランジャ３５の中心軸部分には、燃料加圧室３７から燃
料吐出溝３８及びカットオフボー１・３９に至る燃料通
路４０を形成している。 プランジャ３５には前記カントオフボート３９を塞くよ
うにコントロールスリーブ４１を軸方向に摺動自在に嵌
合保持させている。又、コントロールスリーブ４１には
ヨーク４２を介してマグネット４３ａ、４３ｂを装着し
、このマグネット４３ａ、４３ｂと対向するコイル４４
ａ、　４４ｂをマグネット４３ａ、　４３ｂの外側に装
着することにより、コイル４４ａ、　４４ｂを通電制御
することでマグネット４３ａ、　４３ｂを介してコント
ロールスリーブ４１の位置を可変制御してカットオフボ
ート３９の開口時期（噴射路り時期）を制御するように
した噴射量制御装置２６を構成している。そして、前記
マグネット４３ａ、　４３ｂの外周に共通電極となる黄
銅製の円筒４５を装着し、該円筒４５とコイル４４ａ。 ４４ｂのボビンとでコンデンサを構成し、このコンデン
サの容量からコントロールスリーブ４１の位置を検出で
きるようになっている。 噴射時期制御装置２７部 燃料加圧室３７に装着したポペット弁４６と、この弁４
６をパルブンー（−４７に着座付勢するスプリング４８
とで主要部を構成しており、噴射時期以外ではポペット
弁４６のステムの先端に固定したプレート４９がスプリ
ング４８に抗してコイル５０に吸着されバルブシート４
７から浮上保持されて該弁４６を開弁保持させることに
より燃料加圧室３７の燃料をポペット弁４６から逃す。 噴射時期に達してコイル５０が消磁されプレート４９に
対する吸着力が消滅すると、スプリング４８の張力でポ
ペット弁４６か図示の位置に戻されて燃料の逃がし作用
を中段し燃料加圧室３７の圧力を上昇させるようにして
いる。５１ばボベノｌｌ＋４６の下流からフューエルカ
ットソレノイド５２の下流に至る燃料通路、５３ばポン
プ室５４からフューエルカットソレノイド５２に至る吸
入通路である。 噴射率制御装置２８部 前ＢＱバレル３６にはシリンダ５５と、このシリンダ５
５を燃料加圧室３７に連通させる燃料通路５６とを形成
している。又、シリンダ５５にはピストン５７を摺動自
在に嵌合させる。ピストン５７ばスプリング５Ｂで燃料
加圧室３７に向かって摺動付勢される。スプリング５８
の基端部は、ポンプハウシング５９ルこ固定されたボデ
ィ６０に螺挿されているスプリング押え６１の先端面で
支持されている。 前記ボディ６０には先端面をピストン５７の後端面に対
向させたストッパ６２を螺挿し、このストッパ６２を進
退移動させることでピストン５７とストッパ６２との隙
間を調整してピストン５７の最大摺動量を変更できるよ
うにしている。 そして、前記スプリング押え６１の基端部とストソバ６
２の基端部とにそれぞれウオームホイール６３゜６４を
設け、これらのウオームホイール６３．６４をステンプ
モータ６５．６６の出力軸に固定したウオーム６７．６
８に螺合させることにより、制御回路２２に接続した駆
動回路２５の出力に応じてステンプモータ６５、６６を
駆動し、以て、スプリング押え６１とストッパ６２の位
置を調整する。 尚、ドライブシャフト３３に装着したスリット円盤６９
とフォトインクラプク７０とで回転各センザを構成し、
以て、制御回路２２に噴射ポンプの回転角信号を供給す
るようにしている。又、その他の部分は従来のボッシュ
式ＶＢ型燃料哨躬ポンプの構成と同様であるので説明を
省略する。 上記のように構成した燃料噴射ポンプの噴射率制御装置
において、プランジャ３５が図中左側に移動する吸入行
程では燃料加圧室３７の圧力が低下する。このときは、
コイル５０が通電されてプレート４９がスプリング４Ｈ
に抗して図示の位置に吸着されているため、吸入通１烙
５３及び燃料通路５１を介してポンプ室５４内の燃料が
燃料加圧室３７に吸入される。 面、ディーゼルエンジンの運転中はフユーエル力ソトソ
レノイ１−５２が開弁されていることは詳述するまでも
ない。 上記のようにしてプランジャ３５か下死点に到達して図
中右側に移動”Ｊ′る圧送行程に移行すると、燃料加圧
室３７の燃料が加圧される。このとき、噴射時期に達す
るまではコイル５０が通電され、ヨーク７１にプレート
４９が吸着されてスプリング４８に抗してポペット弁４
６を開弁じているので、燃料加圧室３７の燃料は燃料通
路５１及び吸入通路５３を通ってポンプ室５４に逃がさ
れる。この結果、燃料加圧室３７の燃料加圧は図示しな
いデリバリバルブのセント圧より高くならず、噴射弁４
０１に燃料は供給されない。 エンジンの運転状態に基づいて決定される噴射時期信号
が制御回路２２から駆動回路２４に出力されると、コイ
ル５０への通電が遮断されて該コイル５０が消磁する。 すると、ヨーク７１とプレート４９との間に発生してい
た吸引力がなくなるのでスプリング４８の張力でポペッ
ト弁４６が図示の位置に戻されてバルブシー１−４７に
着座する。すると、燃料の逃がし作用が中断されるので
プランジャ３５が右側に移動するにともなって燃料加圧
室３７の圧力が上昇する。そして、この燃料加圧室３７
の圧力がデリバリバルブの七ソト圧より高くなると、燃
料加圧室３７の燃料がプランジャ３５に形成している燃
料通ＩＪ＆４０、吐出溝３８及びバレル３６に形成して
いる吐出通路７２を経て噴射弁４０１に供給され、エン
ジンの渦流室４０３に噴射される。 プランジャ３５が図中右側端の上死点まで移動すると、
再び左側に向かって移動して吸入行程に復帰し、コイル
５０の通電によって開弁したポペット弁４６を介して次
の噴射に必要な燃料の吸入が行われる。 上記のようにポペット弁４６を駆動するに際して、加圧
開始時期、即ちコイル５０への通電を遮断する時期につ
いては、制御回路２２に供給されるアクセル踏角、エン
ジン回転数、冷却温度等から演算又は表検索等によって
められた値を目標値として、振りＪセンサ１７で検出し
た実１際の噴射時期開始信号をもとにフィードバック制
御する。又、ポペット弁４６の開弁時期、つまり、コイ
ル５０への通電開始時期は、プランジャ３５が吸入行程
に入って図中左側への移動を開始する前に設定する。一
つまりプランツヤ３５の圧送行程中にコイル５０への通
電を遮断してポペット弁４６を閉じると、燃料加圧室３
７の圧力が上昇して該弁４６を図中右側に押し付けるた
め、この状態でコイル５０に通電してもポペット弁４６
は開かない。ところが、噴射が終了して燃料加圧室３７
の圧力が低下すると、ヨーク７１とプレー１４９との間
に発生ずる吸着力によってボペノ１〜弁４Ｇか開く。従
って、コイル５０に通電するタイミングは、ポペット弁
４６が閉弁して燃料加圧室３７の圧力が」二昇してから
プランジャ３５か吸入行程に入る前までの間に設定すれ
ばよい。 噴射量は、ボペノ１へ弁４Ｇが閉弁したときからカット
オフボート３９が開かれるまでの加圧期間の長さに応じ
て変化するもので、制御回路２２に供給されるアクセル
踏角、エンジン回転数及びエンジンの運転状態に関連す
る各種条件によって噴射量制御装置２６のコイル４４ａ
、　４４ｂに供給される制御信号が変化し、コントロー
ルスリーブ４１の位置を制御してカットオフボート３９
の開口時期を変化させることで行われる。面、このとき
−、コン１−

【コールスリーブ４１の位置は、前記円筒
４５とコイル４４ａ、　４４ｂのボビンとで構成したコ
ンデンサの静電容量を測定することで検出される。即ち
コントロールスリーブ４１が移動すると片方の電極の対
向面積は増し、静電容量が増大するか、もう一方は減少
する。この２つのコンデンサをブリッジに構成し、両端
に交流を印加すれはコントロールスリーブ伺の変位に比
例した交′／Ｒ亀圧が得られ、これを検波、整流して得
られたコントロールスリーブ４Ｉの位置信号を制御回路
２２にフィードバックして噴射量の制御精度を高くする
ようにしている。 燃料噴射率の制御は次のようである。 シリンダ５５が燃料通路５６を介して燃料加圧室３７に
連通されているため、プランジャ３５か図中右側に移動
するにつれて燃料加圧室３７の圧力が上昇すると、これ
にともなってピストン５７に作用する燃料の圧力も上昇
する。そして、燃料の圧力がピストン５７の摺動開始圧
力に達すると、スプリング５日に抗してピストン５７が
図中下方に移動する。面、このときの移動量は、燃料に
よるピストン５７の押し下げ力とスプリング５８による
押し戻し力とがバランスする量であることは詳述するま
でもない。 上記のようにしてピストン５７がスプリング５８に抗し
て摺動すると、燃料加圧室３７の燃料がシリンダ５５に
流入するので、噴射弁４０１から噴射される燃料の量が
少なくなる。 又、プランジャ３５がさらに図中右側に移動して燃料加
圧室３７の圧力がさらに上昇すると、ピストン５７がな
おも図中下方に移動して遂にはストッパ６２に衝突して
停止し、移行は従来と同様の噴射量調整作用が行われて
噴射が終了する。 そして、圧送行程が終了して燃料加圧室３７の圧力が低
下すると、スプリング５８の押し戻し作用でピストン５
７が図中上方に移動してシリンダ５５内の燃料を燃料加
圧室３７へ戻し、ピストン５７は元の位置に復帰するが
、シリンダ５５への燃料の逃がし景は、ピストン５７の
摺動開始圧力と摺動量とによ７て変化し、これによって
噴射初期の噴射率が変化する。 このようなビス（・ン５７の挙動は、制御回路２２にお
いて振動センサ１７により検出された噴射開始時期と渦
流室４０３の燃焼による発光（着火）を検出する光セン
サ２０で検出した着火時期との差からめた着火遅れ期間
の長さ、つまり、着火遅れ時間によって制御される。 即ち、上記のようにして着火遅れ時間か算出され、これ
に応答した噴射率を実現させるに必要なピストン５７の
摺動開始圧力と摺動量（ストローク）が制御回路２２か
ら出力されると、駆動回路２５に設けたステップモータ
制御部がステップモータ６６の回転位置を目的とする回
転位置に一致させるに必要な駆動パルスをステップモー
タ６６に出力し、このモークロロを回転させる。すると
、ステップモータ６６の回転にともなってウオーム６８
が回転し、ウオームホイール６４が回転するのでスプリ
ング押え６】がボディ６０に対して回転し、スプリング
押え６１が螺進退し、てスプリング５８のセント圧、つ
まり、ピストン５７の摺動開始圧力を変える。 同様に、制御回路２２から出力された摺動量のデル夕に
基づき駆動回路２５のステップモータ制御部を介してス
テ、プモータ６５に必要な駆動パルスが供給され、もっ
てストッパ６２の位置が制御され、ピストン５７の摺動
量か制御される。このように摺動開始圧力と摺動慴乏を
制御することで噴射ｌ′ｉｉｊ半に行われる燃料の逃が
し時期と逃がし量とが制御されるのでポンプの送油率が
変化し、噴射率が制御される。こわらピストンの摺動開
始圧力と摺動量とに基づく着火遅れ期間に対する噴射率
は予め実験的にめておいてこれを制御回路２２に記憶し
これを表検索する。 尚、上記のよ・：）にして噴射率を変更すると、プラン
ジャ３５の有効ス）　＋２−り（加圧期間）と噴射量と
の間に誤差か生じる。従って、ピストン５７の摺動量と
径とによっ”で定まるが逃がし量のデータを制御回路２
２の噴射量制御部に伝達してこの逃がし量に相当する量
を加算し噴射量を設定するようにすれば、ピストン５７
の摺動（燃料逃がし）による噴射量への悪影響を解消で
きる９ 上記実施例では、着火遅れの時間の計測を１回前の噴射
燃焼について行っ°Ｃいるか、１ザイクル前の同一気筒
の測定値を制御に使用すれば気筒間の燃焼特性のバラツ
キからくる制御誤差を排除でき、同様の制御を噴射時期
にも通用できる。 又、着火時期の検出は実施例のように渦流室の発光のみ
に限定されるものではなく、シリンジうノドを締め付け
るポル１−に歪ケージを装着し、このボルトの伸び量の
大きさから着火時期を検出するというようＧこ燃料室の
圧力等から着火時期を間接的に検出することもできる。 本発明は第６図に示すように、電子制御タイプの噴射時
期制御装置を採用することもできる。 即ち従来のボッシュ式ＶＢ型分配式燃料噴射ポンプでは
機械式噴射時期ｉ１ｉ制御装置を有するものである。こ
のものは回転する３１４料分配圧送用のプランジャを軸
方向に往復動するためにカムローラをプランジャ基端の
カムディスクに従動させているが、このプランジャの軸
方向リフト時期を、カムローラの軸まわり位置をタイミ
ングピストンにより変える、もって噴射時期を制御して
いる。このタイミングビスＩ・ンの位置制御はポンプ回
転数即ちエンジンスピードに比例したポンプ内圧で行っ
”ζいる。 このような機械式噴射時期制御では、機関運転状態に応
した電気信号により噴射時期を制御することがないため
、噴射開始時期を知ることが罷しい。しかし本発明では
実際に噴射した時の噴射系の機械振動若しくは圧力変動
を拾って噴射開始時期を知るから、着火遅れ期間を正確
に知ることができるのである。 〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、噴射系の機械振動
若しくは圧力変動から算出された噴射時期と光センサ等
で検出した着火時期とに基づいて着火遅れ時間をめ、こ
の着火遅れ時間の状態に応じて着火遅れ期間の噴射率を
制御するようにしているために、実際の燃焼状態に応じ
た最適な噴射率を設定でき、ディーゼルエンジンの騒音
、振動特性を大きく改善できる。又、環境変化、経年変
化に刻しても噴射′率が自動的に最適補正されるので出
力性能及び排気特性の劣化を予防でき、かつ、ポンプ、
エンジンの製造上のバラツキに対しても複雑な調整を行
う必要がなくなり、メンテナンスが簡素化される。かか
る制ｆａｌｌは電子制御して噴射制御手段を備えた内燃
機関にも適用できるし、電磁制御式噴射時期制御の噴射
時期制御信号を拾って噴射時期を知るよりも制御系の応
答遅れなく実際に近い噴射時期を知ることかできるため
、着火遅れ期間がより正確に検出でき、ひいてはこの期
間の噴射量制御を精度よく行うことができ、上記効果を
更に助長できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来例の要部の断面図、第２図は本発明の一
実施例のブロック図、第３図は噴射開始時期検出手段の
具体例を示す要部の正面図、第４図は着火時期検出手段
の具体例を示す要部の断面図、第２図 第３図 ７ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼室内への燃料噴射開始時期を検出する手段と、噴射
   燃料の着火時期を検出する手段と、燃料の噴射率を可変
   制御する手段と、前記雨検出手段の検出信号に基づいて
   算出した着火遅れ期間に対応する噴射量を演算して該噴
   射量に相当する信号を前記噴射率可変手段に出力する制
   御手段と、を備えた圧縮着火式内燃機関の燃料噴射率制
   御装置において、前記燃料噴射開始時期検出手段は、燃
   ＄４噴射による噴射系統の機械振動又は圧力変りｊを検
   出する手段であることを特徴とする圧縮着火式内燃機関
   の燃料噴射率制御装置。