JPS6146425A - デイ−ゼル機関用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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼルエンジンのアイドル時の騒音振動低
下および高速高負荷時の出力アップ等をはかるために燃
料噴射率を電気的に制御する機構を有する燃料噴射率制
御装置に関する。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンにおいてはアイドル運転時の燃焼騒
音振動が大きいという問題があり、この対策としてアイ
ドル運転時の噴射率を下げ、燃料噴射期間を長くすると
いうことが有効であることは知られている。

一般に燃料噴射装置においては噴射時期、噴射量、噴射
率の制御が必要であるが、噴射時期、噴射量に比して噴
射率の制御は困難である。その理由は非常に短時間の内
に高圧燃料の噴射量を制御しなければならないからであ
り、この為従来の噴射率の制御は噴射ノズルの噴射口の
構造によるれのが多く知られている。これらは噴射弁の
開放の過程において噴射口の実効的な開口面積を変化す
ものや、口径の異なる２種類の噴射弁を有し、噴射の前
期と後期で噴射経路を変えるものなどが公知である（例
えば、特開昭５７−８６５３２号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記従来装置に鑑みなされたもので、例えばア
イドリング時の噴射率を下げ騒音振動を低減でき、また
、高速高負荷時には噴射率を大きく保ち十分な出力を確
保できるように、きめ細かな噴射率制御を可能にするこ
とを目的としている。

また、本発明は、上記目的に加え、噴射率の制御精度を
より向上できるようにすることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、燃料噴射ポンプ
から噴射ノズルまでの高圧燃料流路間に、電気的にリリ
ーフ圧力が可変できる噴射圧力制御弁を備え、該電磁弁
に流す電流の大きさを運転状態により変えることにより
高圧燃料流路内の噴射最高圧力を制御するようにしてい
る。

また、本発明は、上記構成に加え、前記電磁弁に流れる
電流を検出する電流検出器を設け、この検出信号に基づ
き電流を所定値に帰還制御するようにしている。

〔実施例〕

以下本発明になる装置を図面に示す実施例により説明す
る。第１図は本発明の一実施例を示す構成図で、ボッシ
ュ式分配型燃料噴射ポンプにこの発明になる装置を適用
したものである。６は４サイクルデイ一ゼル機関、５は
燃料噴射ポンプ、４１はポンプ駆動軸で４サイクル機関
ではクランク軸回転数の１／２の回転数で駆動されるベ
ーン式ポンプを用い、燃料タンク６２より燃料フィルタ
６３を経た燃料を入口４３より吸入し、出口４４に吐出
する。出口４４を出た燃料ポンプハウジング内の燃料溜
４５に充満され燃料圧調節器４６にて圧力調節され、余
分な燃料は燃料タンク６２に戻される。フェイスカム４
７とポンププランジャ４８とは一体化されており、ポン
プ駆動軸４１とカップリング４９にて結合され回転力が
伝えられている。このフェイスカム４７はプランジャス
プリング５０によってローラ５１に押しつけられている
ので、ポンプ駆動軸４１の回転に伴ってプランジャ４８
は往復運動と回転運動とを行ない、燃料を吸入口５２よ
り吸入した後分配圧送を行なう。

７０は電気的にリリーフ圧力が可変できる噴射圧力制御
電磁弁である。７１はそのハウジングで、高圧室５６か
らの内圧が作用する受圧面積を決めるシート部７１ａ１
高圧室５６の燃料を前記ポンプハウジング内の燃料溜４
５に戻す流路７１ｂを備えている。７２はプランジャで
ハウジング７１円筒内周部７１ｃに軸方向に移動可能と
なっており磁性材料よりなるムービングコア７２ａと一
体化されている。７３はコイルで電気的制御回路２より
通電制御される。７４はリターンスプリングで前記コイ
ルに流れる電流による電磁力と加算された力でプランジ
ャ７２を前記シート部’ｌａに押しつけており高圧室５
６のリリーフ圧力を設定している。

なおプランジャ７２の作用力はプランジャが高圧燃料を
リリーフすることによるリフト変化に対してあまり力が
変わらないようにリターンスプリングのバネ定数とエア
ギャップを選んである。即ち第２図に示す如く、プラン
ジャのリフトに対してリターンバネ力Ｆｓと電磁力ＦＥ
の合計としてのセント荷重ＦＲが概略一定になる様にし
ている。

ここでリリーフ圧力ＰＲとセット荷重ＦＲの関係はＰＲ
＝ＦＲＸ　（４／πｄ２）と表され、ここにｄは前記シ
ート部７１ａの直径である。７５はスプリングリテーナ
でシール用Ｏリング７５ａ及びネジ部７５ｃをもちスプ
リングセット荷重が調整可能となっている。７６はパル
プエンドでハウジング７１にねじ締め固定されている。

燃料の圧送はプランジャ４８が矢印す方向に移動し、吸
入口５２を閉鎖した時期より始まり、分配通路５３、デ
リバリバルブ５４を出て高圧配管を経由し噴射ノズルよ
り機関の各気筒に噴射される。プランジャの移動に伴い
高圧室５６内の圧力が前記噴射圧力制御電磁弁７０のＩ
Ｊ　ＩＪ−フ圧力をこえると該噴射圧力制御弁７０のプ
ランジャ７２がリフトし、高圧室５６内の最高圧力をリ
リーフ設定圧力に保つ。さらにプランジャ４８が矢印す
方向に移動してスピルボート５５が燃料調節部材をなす
スピルリング４の右側（ｂ方向側）端面より燃料溜４５
に開放された時燃料の圧送が終了する。従ってスピルリ
ング４をプランジャ４日の軸方向に移動させることによ
り、燃料噴射量の調節が可能である。

３は電磁式アクチュエータでコイル３１に流れる電流に
よって発生する矢印ａ方向の力とバネ３５によって発生
する矢印す方向の力との釣合いによって、ムービングコ
ア３３の位置を定める。このムービングコア３３は連接
棒３４とリンク機構３８を介してスピルリング４を移動
させ燃料噴射量を調節する。１ｂは機関の回転数を検出
する回転数検出器であり、ポンプ駆動軸４１に直結され
たギヤｌｂｌの回転数を電磁ピックアップ１ｂ２より検
出し、この電気信号を機関の回転数信号として電気的制
御回路２に入力する。１ａは例えばボテンーショメータ
を用いたアクセル操作量検出器であり、アクセル操作量
に対応した電気信号を電気的制御回路２に入力する。７
１はバッテリ電圧およびスタータがＯＮかＯＦＦかを検
出するキースイッチである。

電気的制御回路２は機関の回転数検出器１ｂ、アクセル
操作量検出器１ａ、キースイッチ７１からそれぞれ検出
信号を受けて、目標噴射率に対応した最高噴射圧力を保
つべく前記噴射圧力制御電磁弁７０に流す目標電流値を
演算し出力する。該電気的制御回路２内には、電流制御
回路２１を備える。

第６図に電流制御回路２１の具体的な実施例を示す。２
２はマイクロコンピュータであり、前記目標電流値や後
述する目標噴射量、目標位置等を演算する。演算された
目標電流値のデジタル値はＤ／Ａコンバーク２１１に入
力され目標電流値に対応したアナログ電圧となる。一方
電磁弁７０に流れる電流は、電流検出抵抗２１５により
検出され、電流検出アンプ２１３に通して実電流信号と
して誤差補正アンプ２１２に入力される。誤差補正アン
プ２１２は前記目標電流値と前記実電流信号が一致する
ように、トランジスタ２１４のベース電流を制御する。

このように、電流制御回路２１はマイクロコンピュータ
２２で演算された目標電流値と電磁弁７ｏに流れる実電
流が一致するべく働く。コンデンサ２１６は、以上の動
作を発掘することなく安定に作動させる為のものである
。

一方、電気的制御回路２は燃料噴射ポンプの目標噴射量
に対応したスピルリング４の目標値ｆを演算し、この目
標位置を表わす信号と実位置検出器７よりの実位置信号
とを比較し、これらの誤差に基づき電磁式アクチュエー
タ３に信号を与え、その誤差を修正するよう電磁式アク
チュエータ３を駆動する。本実施例ではこの目標噴射量
および目標位置の演算を例えば特開昭５Ｌ−２０５２５
号公報に示されるようにマイクロコンピュータ２２によ
って行っている。

第３図は噴射圧力制御弁７ｏの電流に対するリリーフ圧
力ＰＲを示すものでＰＮは噴射ノズル開弁圧、牽示す。

電流Ｉが零の場合（左端）のリリーフ圧力°がリターン
スプリングのセット荷重Ｆｓに対応するものである。そ
して、電磁力に対応するセット荷重はコイル電流により
直線的に増加する。

即ち機関の運転条件によりコイルに流す電流を変えてや
ることにより最高噴射圧を制御し、燃料噴射率を自由に
変えることができる。

次に本発明の作動を第４図、第５図の特性図とともに説
明する。第４図は噴射率制御を行わない場合（従来噴射
ポンプと同じ特性が得られる）であり、即ち圧力制御電
磁弁７０のコイル７３に流す電流を十分大きくして噴射
ポンプが発生する最高圧力以上にリリーフ圧ＰＲを設定
した場合で、（ａ）は高圧室５６内の噴射圧力を示す。

前記プランジャ４８が矢印すの方向に移動すると高圧室
５６内の圧力が上昇する。そして、ノズルの開弁圧ＰＮ
を越えると２２点でノズルが開き燃料を噴射し始める。

さらにプランジャ４８の移動に伴い、高圧室５６内の圧
力は第４図（ａ）の如く上昇する。それに合わせてノズ
ルリフトもさらに大きなものとなり燃料噴射率も第４図
（Ｃ１の如き波形となる。さらにプランジャが移動して
所定の噴射量を噴射すると前記スピルボート５５がスピ
ルリング４の右側端面に開放されｔ３で圧送が終了する
。

第５図は噴射率制御を行った場合である。第４図同様（
ａ）は高圧室内の噴射圧力を示す。ＰＮはノズルの開弁
圧である。ＰＲは前記圧力制御弁のリリーフ圧でリター
ンスプリング７４のセット荷重及び機関の運転条件によ
り決まる噴射率を得るために電気的制御回路２からコイ
ル７３に出力される電流値により発生する吸引力により
決定される。

ここで前記プランジャ４８が矢印の方向に移動すると高
圧室の圧力が上昇する。そしてノズル開弁圧ＰＮを越え
ると２２点でノズルが開き燃料を噴射し始める。さらに
プランジャが移動するとそれに伴い高圧室５６の圧力は
上昇するがリリーフ圧力に達すると噴射圧力制御電磁弁
７０のプランジャ７２がリフトし、流路７１ｂを通って
ハウジング内の燃料溜４５に一部がバイパスするため噴
射ノズルに圧送される燃料が減少して噴射ノズルリフト
量″が押えられ、噴射率も（Ｃ）図の如く小さくなる。

更にプランジャ４８が移動して所定の噴射量を噴射する
と前記スピルポート５５がスピルリング４の右側端面に
開放されｔ３で圧送が終了する。

なお、上述の例では噴射圧力制御電磁弁７０のスプリン
グセット荷重で対応するリリーフ圧力をノズル開弁圧Ｐ
Ｎよりもわずかに小さいものとしたが、これをノズル開
弁圧に等しくするか、あるいはわずかに大きいものにし
ても良い。さらには該スプリングセット荷重を十分に小
さくして、リリーフ圧に対応する力をほとんど全て電磁
力によるものとしても同様の効果が得られる。

又、前記圧力制御電磁弁７０をポンプ本体に一体化した
ものとしたが、ポンプから噴射ノズルまでの高圧流路間
に別個に設置するようにしても良い。

次に電流制御回路２１の他の実施例を第７図に示す。マ
イクロコンピュータ２２から出力された目標電流のデジ
タル値はＤ／Ａコンバータ２１１によりアナログ電圧に
変換され、誤差増幅器としてのオペアンプ２１７に入力
される。一方電磁弁７０に流れる電流は、電流検出抵抗
２１５により検出され、電流信号検出アンプとしてのオ
ペアンプ２　Ｌ　３　ａ、電流信号増幅器としてのオペ
アンプ２１３ｂをへて前記オペアンプ２１７に入力され
る。オペアンプ２１７では、目標電流値と実電流値の誤
差を増幅し、比較器としてのオペアンプ２１９へ入力さ
れる。オペアンプ２１８は、三角波の発振器である。オ
ペアンプ２１８で発生した三角波の前記誤差の信号とを
比較器としてのオペアンプ２１９で比較して所定のデユ
ーティ比でトランジスタ２１４を駆動することにより、
目標電流値に実電流値が一致するよう制御する。

以上説明した実施例では、機関の運転中は、常に目標電
流値に一致するべく電磁弁の実電流値は制御され、連続
通電されることになる。この時、電磁弁や駆動回路の発
熱が比較的大きく、耐熱的には好ましいものではない。

一方電磁弁が所定の開弁圧にセットされてなければいけ
ない期間は、ポンプが燃料を噴射している期間であり、
その他の°期間は開弁圧が変化していても問題ない。し
たがってポンプが燃料を噴射している間のみ所定の電流
を流し、その他の時は電流をｇ断すれば、消費電力は低
下し、発熱量も小さくなる。その実施例を以下に説明す
る。

まず、構成は第１図に示した構成の各種運転状態検出器
に第８図に示すポンプカム角基準位置センサを付加した
ものである。これは分配型噴射ポンプのプランジャ４８
のまわりに各気筒の基準位置に相当する所に磁性材の突
起１０１を設け、ローラーリングに固定された電磁ピッ
クアップ等の磁性材検出器１０２を設け、これによりポ
ンプカム角のある位置で信号を発生するようにしたもの
である。該基準位置センサの信号は電気的制御回路２へ
入力される。

第９図（ｉ）にこの場合のポンプの噴射波形、（ｉｉ　
）に基準位置信号を示す。基準位置信号はポンプが噴射
を始めるよりもθＳだけ早く発生するようにセットされ
ている。一方電磁弁に流れる電流を（ｉｉｉ　）に示す
。図示するように電流を流し始めても所定の値になるま
でにＴｏだけ時間遅れがある。従って、電気的制御回路
２は、ポンプが燃料の噴射を始める時点で所定に電流値
に達しているように時間遅れ’ｒｏを見込んで、基４８
信号からＴＮ後に電流を流し始める。次に噴射終了後の
基準位置からＴＦ後に電流を遮断する。尚、時間遅れＴ
Ｏは、バッテリ電圧や目標電流値、電磁弁のコイル温度
等で変化するのでそれぞれのパラメータを取り込んで補
正を加えるか、最悪条件での最大時間遅れＴＯＭＡＸ以
上にセットする。

なお、噴射圧力制御電磁弁の他の例としては第１０図に
示すものでも良い。ここでリリーフ圧力はプランジャ７
２′とねじ締めにより一体化されたムービングコア７２
ａ′をシート部７１ａ′におしつけるリターンバネ７４
゛による力ＦＳ゛からコイル７３”に流れる電流による
電磁力ＦＥ゛を引いたもの（ＦＲ”−ＦＳ”−Ｆε′）
になる。

ここでコイルに電流を流さない場合、リターンスプリン
グ力Ｆｓ″にょろリリーフ圧力ＰＲ°は全ての運転条件
下で前記ポンプが燃料を圧送することにより発生する噴
射圧Ｅより大きく設定しである。またムービングコア７
２°は一部テーパ状７２ｂ”に形成されプランジャのリ
フトに対して吸引力がほぼ一定となるようにしである。

この構成より前記実施例と同じく例えばアイドリング運
転時等に噴射率を下げる場合は前記コイル７３′に流す
電流を制御してリリーフ圧力を変えてやればよい。

〔発明の効果〕

以上述べた様にプランジャを往復運動させて圧送する燃
料噴射ポンプから噴射ノズルまでの高圧流路間に電磁力
によりリリーフ圧力が可変できる噴射圧力制御弁を備え
、この電磁弁に流す電流を機関の運転状態により変え最
高噴射圧力を制御しているので、きめ細かな噴射率制御
が可能となり、例えばアイドリング時の噴射率を小さく
し噴射期間を伸ばしてやることにより、アイドリング騒
音や振動が低減でき、また高速高負荷時にはリリーフ圧
をポンプ発生圧力以上に保ち噴射率を大きくすることに
より十分な出力を確保できる。

また、本発明は電磁弁を、電流フィードバック式の制御
回路で駆動するようにしているので、噴射率の制御精度
をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
圧力制御電磁弁のプランジャリス）ｆｆｌとプランジャ
作用力の関係を示す特性図、第３図は圧力制御電磁弁に
流れる電流値と１７１７−フ圧力の関係を示す特性図、
第４図及び第５図は各々噴射率の制御状態を示す波形図
、第６図は第１図中の電流制御回路の電気回路図、第７
図は電流制御回路の他の例を示す電気回路図、第８図は
本発明の他の実施例における噴射ポンプ要部構成図、第
９図はこの実施例における圧力制御電磁弁の制御状態を
示すタイミングチャート、第１０図は圧力制御電磁弁の
他の例を示す断面構成図である。 １ａ・・・回転数検出器、１ｂ・・・アクセル操作量検
出器、２・・・電気的制御回路、３・・・電磁式アクチ
ュエータ、５・・・燃料噴射ポンプ、６・・・ディーゼ
ル機関、２１・・・電流制御回路、７０・・・圧力制御
電磁弁、７３．７３’・・・コイル、７４．７４’・・
・リターンスプ゛リング、１０１・・・突起、１０２・
・・磁性材検出器。 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　プランジャを往復運動させて圧送する燃料噴射ポン
   プから噴射ノズルまでの高圧流路間に、電磁力によりリ
   リーフ圧力が可変できる噴射圧力制御電磁弁を設け、こ
   の電磁弁に流す電流の大きさを機関運転状態に応じて変
   化させるようにしたことを特徴とするディーゼル機関用
   燃料噴射率制御装置。 ２　前記噴射圧力制御電磁弁のリリーフ圧力の設定荷重
   として、リリーフ圧力増大方向に作用するスプリング力
   と、電磁力の加算よりなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のディーゼル機関用燃料噴射率制御装置
   。 ３　前記噴射圧力制御電磁弁のリリーフ圧力の設定荷重
   として、リリーフ圧力増大方向に作用するスプリング力
   と、リリーフ圧力減少方向に作用する電磁力の組合せよ
   りなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のデ
   ィーゼル機関用燃料噴射率制御装置。 ４　プランジャを往復運動させて圧送する燃料噴射ポン
   プから噴射ノズルまでの高圧流路間に設けた電磁力によ
   りリリーフ圧力が可変できる噴射圧力制御電磁弁と、こ
   の電磁弁に機関運転状態に応じて所定の電流を流す電気
   的制御手段を備え、この電気的制御手段は、前記電磁弁
   に流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流を制御
   する電流制御素子を有すると共に前記電流検出器の信号
   に基づき前記電流制御素子を制御し前記電磁弁に流れる
   電流をフィードバック制御する電流制御手段を含むこと
   を特徴とするディーゼル機関用燃料噴射率制御装置。 ５　前記電気的制御手段は噴射ポンプの所定のカム角範
   囲のみ前記電磁弁に電流を流すようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載のディーゼル機関用燃料
   噴射率制御装置。