JPS63248964A - 燃料噴射ポンプの燃料圧送圧制御装置 - 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】 及更の旦灼 ［産業上の利用分野コ 本発明は、圧電素子を駆動することにより燃料圧送圧を
制御する燃料噴射ポンプの燃料圧送圧制御装置に関する
。

［従来の技術］ 従来からディーゼル機関の燃料噴射装置として、燃料噴
射ポンプが用いられる。この燃料噴射ポンプによって高
圧に圧縮された燃料は、燃料噴射管を経て燃料噴射ノズ
ルの噴口からディーゼル機関の燃焼室内に噴射される訳
である。

こうした燃料噴射ポンプの燃料圧送圧を制御する装置と
して、燃お１噴射ポンプの加圧室に連通してシリンダを
取り付け、該シリンダ内で摺動するピストンを圧電アク
チュエータで押圧移動することにより加圧室内の圧力を
増減する構成のものが提案されていた（例えば特開昭６
１−８９９３４号公報等）。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら上記従来の燃料噴射ポンプの燃料圧送圧制
御装置は、以下に示すディーゼルは関の問題点を何等解
決しようとするものではなかった。

即ち、上記ディーゼル機関においては、燃料噴霧をでき
るだけ微粒化するべく、燃料噴射ノズルの開弁圧を高め
に設定しであるため、燃料噴射ポンプの燃料吐出速度が
低い低回転域では、燃料が勢いよく噴射されず、燃料噴
射後の燃料噴射系内の圧力（残留圧）が異常な上昇をも
たらす場合がある。このため、低回転域では、第１１図
に示すように残留圧Ｐ１．Ｐ２が一定せず周期的に変動
し、噴射量が周期的に変動してしまうといういわゆる不
整噴射の問題を有していた。

特に直接噴射式の燃焼方式を採用したディーゼル機関で
は、燃料噴霧の微粒化が重要であり、より燃料噴射ノズ
ルの開弁圧を高めに設定する必要があり、上記問題点が
より顕著なものとなっていた。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、ディーゼ
ル機関における不整噴射を防止することのできる燃料噴
射ポンプの燃料圧送圧制御装置を提供することを目的と
している。

発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明は上記問題点を解
決するための手段として、以下の構成をとった。即ち、
本発明は第１図に示すように、ディーゼル機関へ燃料を
圧送する燃料噴射ポンプＭ１の加圧室Ｍ２に連通孔Ｍ３
を介して接続されたシリンダＭ４と、 該シリンダＭ４内に！習動自在に嵌挿されたピストンＭ
５と、 該ピストンＭ５に直接もしくは間接的に当接され、供給
された電圧に応じて伸縮する圧電素子ＭＯと、 を備え、上記圧電素子Ｍ６を燃料噴射行程時に駆動させ
ることにより上記ディーゼル機関への燃料圧送圧を制御
する燃料噴射ポンプＭ１の燃料圧送圧制御装置において
、 上記燃料噴射ポンプＭ１のドライブシャフトＭ７の回転
数を検出する回転数検出手段Ｍ８と、該回転数検出手段
Ｍ８にて検出された回転数が所定値以下の場合に、上記
圧電索子Ｍ６の印加電圧を制御して上記ピストンＭ５を
上記加圧室Ｍ２側に抑圧移動させる制御手段Ｍ９と、 を設けたことを特徴とする燃料噴射ポンプの燃料圧送圧
制御装置を要旨とする。

ここで、圧電素子Ｍ６とは、電圧を加えることにより力
学的な歪みを発生する性質（圧電逆効果）を有した液晶
体であればどのようなものでもよく、例えばＰＺＴを積
層してなるセラミック等の圧電セラミックス、ポリマー
系圧電材料、水晶等がそうである。

制御手段Ｍ９とは、回転数検出手段Ｍ８にて検出された
回転数が所定値以下の場合に、圧電素子Ｍ６の印加電圧
を制御してピストンＭ５を１１０圧室Ｍ２側に抑圧移動
させるものであればどのようなものでもよく、例えばマ
イクロコンピュータを内蔵した論理演算回路として構成
し、予めＲＯＭ等に記憶されたその処理（演算）手順に
従って制御を行なうようにしてもよく、あるいはディス
クリートな電子部品にて上記働きをするよう構成しても
よい。

［作用］ 上記構成を有する本発明の燃料噴射ポンプの燃料圧送圧
制御装置は、燃料噴射行程時に、回転数検出手段Ｍ８に
よって検出された回転数に基づき、制御手段Ｍ９によっ
て圧電素子Ｍ６を以下のように制御する。即ち、上記回
転数が所定値以下の場合に、圧電素子Ｍ６の印加電圧を
制御して、圧電素子Ｍ６を伸縮させてピストンＭ５を加
圧至Ｍ２側に抑圧移動させる。そうすると、シリンダＭ
４内のピストンＭ５により定まる容積室が加圧され、そ
の容積室に連通孔Ｍ３を介して連通した加圧室Ｍ２が加
圧される。従って、燃料噴射ポンプＭ１の低回転域（ド
ライブシャフトＭ７の回転数が所定値以下となる場合）
では、燃おｌ圧送圧を増大するよう作用する。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

第２図は本発明の第１実施例としての燃料圧送圧制御装
置が採用されたディーゼル機関の燃料噴射ポンプ及びそ
の周辺を表わす概略溝成図である。

同図を用いて燃料噴射ポンプの（構成をまず説明する。

燃料噴射ポンプ１は分配型のタイプで、直接噴射式のデ
ィーゼル機関２のクランク軸にベルト等を介して連結さ
れたドライブプーリ３の回転により駆動され、上記ディ
ーゼル機関２に取り付けられた燃料噴射ノズル４に燃料
噴射管５を介して燃料を圧送する。ドライブプーリ３に
は突起３ａが突設され、燃料噴射ポンプ１のポンプハウ
ジング６に設けられた基準信号発生器７を用いて上記デ
ィーゼル機関の各気筒の燃料噴射行程を検出できるよう
にされている。

ポンプハウジング６内には、ドライブプーリ３に接続さ
れたドライブシャフト８と、ドライブシャフト８に設け
られたギヤ９と、ドライブシャフト８に図示しないカッ
プリングを介して連結されたカムプレート１０と、該カ
ムプレート１０と一体で回転及び往復運動するプランジ
ャ１２とが配設されている。このプランジャ１２はポン
プハウジング６内の燃料を吸入する吸入ボート１３を有
するポンプシリンダ１４内に嵌挿され、吸入された加圧
室１５内の燃料を、加圧する。プランジャ１２にはこの
加圧された燃料を所定のタイミングで各分配通路１６へ
分配し、デリバリバルブ１７を介してディーゼル機関２
の各気筒に燃料を圧送するだめの分配ボート１２ａと、
加圧した燃料を溢流するスピルポー１〜１２ｂが設けら
れている。そしてポンプシリンダ１４の加圧室１５と連
通して圧電アクチュエータ２０が設けられている。なお
圧電アクチュエータ２０の構成については後に詳しく説
明する。

またスピルボート１２ｂの付近でプランジャ１２に摺動
可能に外嵌されたスピルリング２１は、プランジャ１２
による燃料の加圧終了時期を調節し、燃料噴射發を制御
する。このスピルリング２］はサポーテイングレバー２
２によって、フライウェイト２３の動きに応動するガバ
ナスリーブ２４に連結されると共に、テンションレバー
２５及びガバナスプリング２６によってアクセルペダル
と連動したコントロールレバー２７に連結され、車速及
びアクセルペダルの踏み込みに応じて移動される。また
ポンプハウジング６の下部にはポンプハウジング６内の
燃料圧に応じて作動され、燃料噴射時期を制御するタイ
マ装置２８が設けられている。更にギヤ９に対向する位
置には該ギヤ９の歯をカウントすることによりドライブ
シャフト８の回転数を検出するピックアップ型の周知の
回転数センサ２９が設けられている。

次に、以上のように構成された燃料噴射ポンプ１に取り
付けられる圧電アクチュエータ２０の構成を説明する。

同図に示す如く、圧電アクチュエータ２０は、筒状のケ
ーシング３１によりボディが形成されており、その一端
はねじ部３２を介して燃料噴射ポンプ１に固定されてい
る。このケーシング３１はシリンダの役目をするもので
、その内部には、圧電素子３３と、該圧電素子３３に当
接されケーシング３１の内側に液蜜を保ちながら摺動可
能なピストン３６とが設けられている。圧電素子３３は
円盤状のＰＺＴを複数枚積層して構成されたもので、そ
の信号線３７から電荷が供給されると、図における左右
方向に伸縮する。なお圧電素子３３の右端側はケーシン
グ３１の内側端面に固定されている。

ピストン３６は、ケーシング３１の左端に嵌合されたデ
ィスタンスピース４０とケーシング３１の内面とで可変
容積室４１を形成している。ピストン３６にはＯリング
４３が周設されており、より一層液密が保たれるような
されている。また、可変容積室４１には皿バネ４５が内
装されており、ピストン３６を介して圧電素子３３に初
期荷重が与えられている。さらにディスタンスピース４
０には連通孔４７が設けられており、該連通孔４７を介
して可変容積室４１と上述した燃料噴射ポンプ１の加圧
室１５とが連通ずるようになされている。

基準信号発生器７から出力された基？（（信号Ｓ１およ
び回転数センサ２９から出力されたドライブシャフト８
の回転数信号Ｓ２は制御回路５０に入力される。制御回
路５０からは圧電アクチュエータ２０の駆動時期を示す
矩形状の制御信号Ｓ３がｊ駆動回路６０に出力され、駆
動回路６０はその駆動回路制御信号Ｓ３を受けて高電圧
電源７０から供給された高電圧■を信号線３７を介して
圧電アクチュエータ２０に送信する。なお制御回路５０
から高電圧電源７０へは高電圧電源制御信号Ｓ４が供給
されており、高電圧電源７０はその高電圧電源制御信号
８４に応じた大きさの高電圧Ｖを出力する。

制御回路５０は、第３図の回路図に示すように構成され
ている。即ち、制御回路５０では、第３図に示すように
、基準信号発生器７から出力された基準信号Ｓ１を波形
整形する整形回路５０ａと、回転数センサ２９から供給
された回転数信号Ｓ２を波形整形する整形回路５０ｂと
、が設けられてあり、整形回路５０ａで矩形波に整形さ
れた基準信号Ｓ１はゲート制御回路５０Ｃへ供給され、
更にゲート制御回路５０Ｇからゲート回路５０ｄへ供給
される。ゲート制御回路５０Ｃは、整形回路５０ａから
パルス信号を受けとると出力信号をオフ状態からオン状
態に切替えると共に、後述するリセット信号を受けてオ
ン状態になった出力信号をオフ状態に戻す働きをする。

一方、整形回路５０ｂで矩形波に整形された回転数信号
Ｓ２はゲート回路５０ｄに供給されると共に印加電圧制
御回路５０ｅに供給される。ゲート回路５０ｄは、ゲー
ト制御回路５０Ｇからの入力信号がオンの状態時に、整
形回路５０ｂからの回転数信号Ｓ２の整形波を出力する
ものであり、この出力信号はパルス計数器５０ｆに供給
される。

パルス計数器５０ｆは、ゲート回路５０ｄから供給され
た信号のパルス数をカウントするもので、このカウント
数がパルス数設定器５０Ｑで予め設定されたパルス数（
本実施例の場合１０パルス）に到達した場合に、トリガ
パルスを出力するようなされている。このトリガパルス
は駆動パルス発生Ｂ５０ｈに供給されると共に、ゲート
制御回路５０Ｃにリセット信号として供給される。駆動
パルス発生器５０ｈは、トリガパルスが供給されると予
め定められた所定の時間巾の矩形信号を出力するような
されており、駆動回路制御信号Ｓ３として駆動回路６０
に出力される。

一方、整形回路５０ｂから回転数信号Ｓ２の整形波を受
けた印加電圧制御回路５０ｅは、第４図のグラフに示す
ような回転数信号Ｓ２に応じた電圧（高電圧電源制御信
号Ｓ４）を出力し、この出力電圧は高電圧電源７０へ供
給される。

続いて、こうした構成の制御回路５０の動作を第５図の
タイミングチャートを用いて説明する。

基準信号発生器７から基準信号Ｓ１が供給されるとく第
５図のａ）、整形回路５０ａから波形整形された信号が
出力され（同図ｂ）、この波形整形された信号を受けた
ゲート制御回路５０ｃの出力信号がオン状態となる（同
図Ｃ）。一方、回転数センサ２９から供給された回転数
信号Ｓ２は整形回路５０ｂにて波形整形され（同図ｄ）
、ゲート回路５０ｄに供給されるが、このときゲート回
路５０ｄは、ゲート制御回路５０Ｃの出力信号がオン状
態であるから整形回路５０ｂの出力信号をそのまま出力
する（同図ｅ）。その後、パルス計数器５０ｆがゲート
回路５０ｄからの出力信号のパルス数をカウントし、そ
のカウント数が１０パルスに至った場合く経過時間がｔ
ｌとなる）に、パルス計数器５０ｆからトリガパルスが
出力される（同図ｆ）。この出力信号は駆動回路制御信
号Ｓ３に供給され、駆動パルス発生器５０ｈから所定の
時間巾ｔ２の矩形信号が出力される（同図ｇ）一方、パ
ルス計数器５０ｆからの出力信号はゲート制御回路５０
ｃにリセット信号として供給されゲート制御回路５０ｃ
の出力信号はオフ状態となる（同図ｈ）。

次に、駆動回路６０について説明する。駆動回路６０は
、第６図の回路図に示すように、高電圧電源７０に並列
接続されるコンデンサＣと、該コンデンサＣｋ：直列接
続され圧電アクチュエータ２Ｏに接続される第１サイリ
スタ５ＣＲ１，第１コイルし１と、圧電アクチュエータ
２０に並列接続される第２サイリスタ５ＣＲ２，第２コ
イル［２と、制御回路５０から供給された矩形信号の立
上り時に第１サイリスタＳＣＲ’ｌにトリガパルスを出
力すると共にその矩形信号の立下り時に第２サイリスタ
５ＣＲ２にトリガパルスを出力するトリガ発生器Ｔとか
ら構成されている。こうした構成の駆動回路６０では、
高電圧電源７０で発生した電圧■が一旦コンデンサＣに
蓄えられ、制御回路５０から矩形信号が供給されると、
その立上り時に第１サイリスタ５ＣＲＩがオンして該コ
ンデンサＣに蓄えられた電荷が圧電アクチュエータ２０
に送られる。また上記矩形信号の立下り時には第２サイ
リスタ５ＣＲ２がオンして圧電アクチュエータ２０の両
端がショートして圧電アクチュエータ２０に蓄えられた
電荷が放電される。

続いて、こうして構成された燃料圧送圧制御装置の動作
を第７図のタイミングチャートを用いて説明する。基準
信号発生器７から基準信号Ｓ１が供給される（第７図の
ａ）と、既）ホしたように、回転数センサ２９から供給
された回転数信号Ｓ２の１０パルスに相当する時間ｔ１
後に、所定時間ｔ２の時間巾を持つ矩形信号（駆動回路
制御信号Ｓ３）が制御回路５０から駆動回路６０に供給
される（同図ｂ）。そうすると、その矩形信号の立上り
時に圧電アクチュエータ２０の圧電素子３３が伸長しく
同図Ｃ）。矩形信号の立下り時に圧電素子３３が縮小す
る（同図ｄ）。この圧電素子３３の伸縮時に燃料噴射ポ
ンプのプランジャ１２は加圧室１５側にリフトされてい
るが（同図ｅ）、上記のように圧電素子３３が伸長する
ことにより圧電アクチュエータ２０のピストン３６が加
圧室１５側に押圧され可変容積空４１と連通した加圧室
１５の圧力が上昇する。この結果、燃料噴射管５内の圧
力が、燃料圧送圧制御装置を用いない従来例（同図の破
線部分）と比べて増大する。なお、上記のように燃料噴
射管５内の圧力が増大されるのは、高電圧電源７０から
駆動回路６０に電圧Ｖ（〉Ｏ）が供給された場合に限る
ものであるが、その電圧Ｖは、第４図に示したドライブ
シャフト８０回転数Ｒと電圧信号Ｓ４との関係に対応し
て、所定の回転数ＲＯ以下で供給され回転数Ｒが低下す
るほどその大きさは大きなものとなっている。

従って、回転数Ｒが所定の回転数Ｒ○以下であるような
低回転域で燃料噴射ポンプ１が運転されている場合に、
燃料噴射管５内の圧力Ｐが増大し、この結果、燃料噴射
系内の残留圧を上昇させることもなくディーゼルエンジ
ンにあける不整噴射を防止することができる。

なお本実施例においては、高電圧電源７０から出力され
る電圧■が、回転数Ｒが所定回転数Ｒ○から低下するほ
どその大きさが次第に大きくなるよう構成されているた
め、第８図のグラフに示すように、回転数Ｒが所定回転
数ＲＯの近傍に市る場合にも、燃料噴射管内の圧力Ｐが
急激に変動するようなこともない。従って、燃料噴射量
の急激な変動もなく、円滑な運転性を実現することがで
きる。なお第８図のグラフにおける破線部分は燃７：［
圧送圧制御装置を用いない従来例を示しており、このグ
ラフからも燃Ｙ［噴射管５内の圧力が増大していること
がわかる。

次に本発明の第２実施例を説明する。本実施例の第１実
施例との相違点は制御回路５０および高電圧電源７０に
あり、他の構成は全く同じものである。即ち、本実施例
の制御回路１５０は、第９図に示すように、第１実施例
と同じ回路構成にあって、整形回路５０ｂとゲート回路
５０ｄとの間にゲート制御回路１５０ａおよびゲート回
路１５ｏｂを追加すると共に印加電圧制御回路５０ｅを
除去して高電圧電源７０へは制御信号を供給しないよう
構成されており、また高電圧電源７０は駆動回路６０に
常に高電圧ｖＯを出力するよう構成されている。なお制
御回路１５０におけるグー１〜制御回路１５０ａは、第
１０図に示すように、回転数Ｒが所定回転数Ｒ○以下の
場合に所定電圧を出力するように構成されているため、
上記の条件の場合に限りゲート回路１５０ｂから回転数
信号が出力される。従って、回転数Ｒが所定回転ＩＲＯ
以下というような低回転域において、駆動回路６０が駆
動され、第１実施例と同様に不整噴射を防止することが
できる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に何等限定されるものではなく、例えば制御
回路としてディスクリートな電子回路に替えてマイクロ
コンピュータを内装した論理演算回路を用いた構成等、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様
で実施し得ることは勿論である。

発明の効果 以上詳）ホしたように本発明の燃料噴射ポンプの燃料圧
送圧制御装置にあっては、ディーゼルエンジンの不整噴
射を防止することができ、この結果、ディーゼル機関の
周期的な回転数変動を防ぎ、車両サージ現象を防止する
ことができ、運転性を向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示するブロック図、第
２図は本発明の第１実施例としての燃料圧送圧制御装置
の概略構成図、第３図は第１実施例にあける制御回路の
構成を示すブロック図、第４図はその制御回路における
印加電圧制御回路の動作を説明するグラフ、第５図はそ
の制御回路の制御を示すタイミングチャート、第６図は
第１実施例にあける駆動回路の構成を示す回路図、第７
図は第１実施例の動作を示すタイミングチャート、第８
図は第１実施例における制御特性を従来例と共に示すグ
ラフ、第９図は第２実施例における制御回路の構成を示
すブロック図、第１０図はその制御回路におけるゲート
制御回路の動作を説明するグラフ、第１１図は不整噴射
を説明するグラフ、である。 １・・・燃料噴射ポンプ ２・・・ディーゼル機関 ４・・・燃料噴射ノズル ５・・・燃料噴射管 ７・・・基準信号発生器 ８・・・ドライブシャフト １５・・・加圧室 ２０・・・圧電アクチュエータ ２９・・・回転数センサ ３３・・・圧電素子 ３６・・・ピストン ４７・・・連通孔 ５０・・・制御回路 ６０・・・駆動回路 ７０・・・高電圧電源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ディーゼル機関へ燃料を圧送する燃料噴射ポンプの加圧
   室に連通孔を介して接続されたシリンダと、 該シリンダ内に摺動自在に嵌挿されたピストンと、 該ピストンに直接もしくは間接的に当接され、供給され
   た電圧に応じて伸縮する圧電素子と、を備え、上記圧電
   素子を燃料噴射行程時に駆動させることにより上記ディ
   ーゼル機関への燃料圧送圧を制御する燃料噴射ポンプの
   燃料圧送圧制御装置において、 上記燃料噴射ポンプのドライブシャフトの回転数を検出
   する回転数検出手段と、 該回転数検出手段にて検出された回転数が所定値以下の
   場合に、上記圧電素子の印加電圧を制御して上記ピスト
   ンを上記加圧室側に押圧移動させる制御手段と、 を設けたことを特徴とする燃料噴射ポンプの燃料圧送圧
   制御装置。