JPH03500567A - エンジン特にディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプ用調整装置 - 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】 エンジン特にディーゼルエンジンの 燃料噴射ポンプ用調整装置 本発明は、エンジン特にディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプのための調整装置 に関する。

調整装置は、エンジン特に燃料噴射ポンプの備わったディーゼルエンジンの安定 したアイドリング（遊転）のため、ならびに最高速度（回転数）の制限、瞬間的 負荷とエンジン出力の調整そして始動時余剰分の自動設定のために必要とされる ものである。制御装置の必要性は、エンジン及び燃料噴射ポンプの特性により正 当化される。調整装置又は制御装置が無いと、燃料噴射ポンプは、エンジン速度 とは無関係にアクセルペダルで設定されるラックの位置に相当する吸入量を送り 出し、その結果、エンジンが危険な過剰速度になったり、増大する負荷の下で低 下した速度の結果としての過度の噴射により不経済で発煙の多い運転がひき起こ されたりする。

調整装置は、おもり式、空気式又は真空式及び油圧式調整装置といったように、 その運転原理に従って分類されている。

始動のための初期吸入量を提供し、吸入量を調節することによってアイドル速度 を一定の値に保つということが、既知の調整装置全てに共通の特徴である。同時 に、最高速度（回転数）に達した時点で、吸入量は減少されこうしてエンジンの 過剰速度は防止され、最終的に燃料の供給はエンジンブレ−キにて完全に停止さ れる。

一般に、既知の調整装置は、外側からの制御を妨げることなく吸入量を変えるこ とができるように、ラックと接続されている。この目的のため、調整装置ボック ス内にはシャフトが埋込まれている口このシャフトは、−Ｍにアクセルペダルで 外側の吸入量変更ユ０ットとロッドを通して回転可能な形で接続されている。部 分的にラックと又部分的に調整装置の出力端と接続された形で、外部の介入で回 転するシャフト上に偏心的に機械加工されたカムシャフト上に、制御アームが埋 込まれている。制御アームの２重回転機能のため、調整装置は、アクセルペダル の位置とは無関係にその役目を果たす。

最も単純な調整装置は、調速おもり式である。エンジン速度に従って回転される 調速機おもりの振れはレバーにより線形に可動なラックへと伝達される。定置式 エンジンの場合、このラックはバネにより、全吸入状態にまで圧縮される。始動 後、エンジン速度は、調速おもりがバネ力を克服し吸入量を調整し始めるまで加 速する。その結果、吸入量は、エンジン速度と吸入量の間に平衡状態が打ち立て られるまで減少する。この調速おもり式調整装置は広く利用されてはいるものの 、数多くの部品が摩耗にさらされているため、より多くのメンテナンス及び注意 を必要とする。これを行なわない場合、著しい損傷をひきおこすエンジンの有害 な過剰速度を覚悟しなくてはならない。もう１つの欠点は調整能力が、ラックを 全吸入量にセットするバネの特性により左右され、従って、調整範囲内で補助バ ネが必要となるということにある。

ディーゼルエンジンは、空気式調整装置を用いて吸気マニホルド内に生ずる負圧 で調整されつる。空気式制御に対する可能性は、流入空気の圧力がエンジンの吸 気マニホルド内で増大する流速の方へ、すなわち増大するエンジン速度の方向に 向かって徐々に低下するという事実（つまりこのことは負圧が発達することを意 味する）により与えられる。

空気式調整装置の組立てはきわめて単純である。コノ場合、吸入量設定用ラック は、噴射ポンプに固定された密封された容器の端面を閉じるダイヤフラム（膜） と接続されている。

密封された容器はエンジンの吸気マニホルドと接続状態にあり、こうして（吸気 マニホルド内の負圧に応じて）ダイヤフラムの表面上に差圧が発達する。この差 圧は、速度が増大するにつれてより高くなる。定置式エンジンにおいては、密封 された容器内のバネはこのダイヤフラムを外側へと押し出し、このためラックは つねに吸入全開の方向に移動する。エンジンが作動している間ラックの位置は、 ダイヤフラムに加わった力とバネ力の間の平衡により決定される。従って、最終 制御を決定するバネのプレストレスは、最大エンジン速度に達した時点で差圧か ら生じる力をバネのプレストレスと平衡状態にするように設定されなくてはなら ない。従って、最大エンジン速度に達した後、支持用バネの圧縮力は徐々にダイ ヤフラム及び隣接するラックを吸入全開の方へ引き戻し、つまりは最終制御が完 了する。

燃料噴射ポンプに空気式調整装置がついている場合、アクセルペダルのロッドは ラックと相互連結され得ない。というのは、このような構成では、アクセルペダ ルにより外側から制御が妨げられる可能性があるからである。従ってこのような 制御の場合、アクセスペダルは、吸気マニホルドの入口断面内に配置されたスロ ットルバルブと接続状態にある。吸気マニホルド内に発達する負圧は、このスロ ットルバルブを開閉することにより速度とは無関係に変化させられうる。つまり 、ダイヤスラムに加えられる力を選択的に変えることによりどんな吸入量でもも たらすことができる。

空気式すなわち負圧式調整装置は構造が単純でコストが低いという大きな利点を 有する。しかし、これには、ダイヤフラムの故障がとり返しのつかないエンジン の過剰速度及び故障につながるという欠点がある。

最近、きわめて信頼性の高い油圧式調整装置が非常に人気を集めている。ここで は、制御は、速度に応じて変化する油圧により行なわれている。油圧は、ギヤポ ンプ又は羽根形ポンプにより生成される。一般に、エンジンの燃料、ディーゼル オイルが調整用媒体として用いられる。エンジンの加速時点で、ギヤポンプは徐 々により多くの燃料をシリンダがら圧力補償制御ピストンへと送り出すことにな る。燃料は、ボアを通って制御ピストンの後ろの空間に流れ込み、次にもう１つ のシリンダに属する燃料噴射ポンプのラックと接続されたピストンの前の空間に 入る。ピストンは媒体の圧力の下で動き、その間ラックを最大吸入量の方向へ移 動させる。ギヤポンプにより送り出される媒体の量はエンジン速度に比例して増 大するため、流体抵抗も又ボアの中で増大し、その結果、制御ピストン上の媒体 の圧力も又それに正比例して上昇する。

上昇する圧力は、アクセスペダルによりプレストレス付与されたバネ力に対抗し て制御ピストンを動かす。移動の時点で制御ピストンは、ラックに接続されたピ ストンの前の空間の方へのダクトを閉じ、同時に同じ空間の出口及びピストンの 後ろの空間への媒使を搬送するダクトを開放する。この点で、ピストンは吸入全 開の方向にラックを移動させる。その間、油圧は制御ピストンの両側で補償され 、アクセルペダルによりプレストレスが加えられたバネの圧縮力は制御ピストン を再度その初期位置へと押し戻す。この動作は、制御ピストンにプレストレスを 加えるバネの圧縮力とエンジン速度に依存した媒体圧力が等しくなるまで続けら れる。さらに、最終的制御は、圧力の値が一定のエンジン速度に一致した時点で 媒体出口バルブの開放により実施される。

油圧式調整装置は、その他のどの既知の調整装置よりもはるかに複雑であり、そ の上、小型調整装置又は補力ビストンは極めて精密な加工技術と調整を必要とす る。制御弁の製造及び設置、さらには制御弁プレストレス付加用バネの組立て及 び設置は、単能機械によって可能である。しかし、付加的なコストは絶対的な信 頼性によって報われている。

上述の調整装置がもつ共通の欠点は、それらの活動が初期、通常そして最終制御 のみに限られているという点にある。このため、負荷がエンジン速度を低下させ た時、そしてアクセルペダルが押し下げられると、余分な燃料がエンジン内に噴 射され、このことは燃料の無駄以外に環境を汚染する排気ガスという結果をもた らす。もう１つの共通の欠点は、故障の場合に制御ができなくなって、エンジン が過剰に速度を上げ、別の手段でこれを防がなくてはならなくなる、ということ にある。

これらの欠点は、制御がエンジンの全速度域に拡大されかつ実際のエンジン速度 に相当する最適な量の燃料がつねに噴射されるような、ハンガリー特許出願明細 書第Ｈ１１１９４５９ｇ号に記すれている油圧式調整装置によって除去される。

その上、これはあらゆる状況の下でもエンジンの過剰速度を防ぎ、予じめ定めら れた速度の行きすぎを防いで、自動車両の経済的作動、交通安全及び寿命を改善 する。ここで引用したハンガリ特許出願明細書は、エンジン速度と無関係な一定 量の燃料を送り出すポンプを用い、送り出しダクト内に配置されたエンジン速度 を検知する制御機構を用いて電気的に制御された電磁タッピングバルブを通して シリンダ内に燃料を噴射し、こうして必要に応じて燃料を出すことによって制御 が行なわれるような調整装置を記述している。

本発明は、 一全速度範囲まで制御を拡大することにより、実際のエンジン速度に相当する最 適な量の燃料を噴射し；−いかなる状況の下であれエンジンの有害な過剰速度を 防ぎ、−子じめ定められたエンジン速度の行き過ぎを防ぐようなエンジンの燃料 噴射ポンプ用の調整装置の実現を目指すものである。

本発明の目的は、エンジンの既存の物理的特性及び環境ならびに需要を考慮して 既存の負荷及び速度に相応する最適な燃料量を制御しかつ最小限のメンテナンス しか必要としない安価な調整装置を用いて、これまで知られてきたディーゼルそ の他の燃料噴射ポンプの調整装置の欠点を全て無くすることにある。

従って、本発明は、被駆動軸の速度を検知するセンサー及び動きが機械的に制限 された制御式ラックを備えたエンジン、特にディーゼルエンジンの燃料噴射ポン プのための調整装置に関する。

本発明の主要な特徴は、被駆動軸が、シャフト速度を検知するセンサーの電気信 号により制御ユニットを通して励磁を制御されている閉回路発電機の回転子と接 続されており、力保存ユニットに対抗するように回転可能に設置されたその固定 子はラックと機械的に接続されていることにある。

本発明において、制御ユニットに、エンジン及び／又はその周囲環境の物理的特 性を検知するセンサーがさらに備わっており、発電機がこれらのセンサーの信号 により励磁されると有利である。

発電機の固定子又は回転子がグランドに接続されていると更に有利である。

最後に、本発明に基づく発電機は自励式であり、制御ユニットは自励回路に電気 的に接続されているのが有利である。

本発明は、燃料噴射ポンプの一部としてラックと機械的に接続されたシャフトに 固定された渦流調整装置のような、主としてディーゼルエンジンの燃料噴射ポン プのための電気機械式調整装置に関するものであり、これは、外側制御装置好ま しくはアクセルペダルの位置とは無関係にリミッタを通してバネに対しラックを 移動させることができる。

基本的に、本発明は、あらゆる直流ダイナモ又は発電機の回転子を駆動させる場 合、電磁力の作用の下で固定子も又−緒に同じ方向に動くことになるという認識 に基づいている。

かかる動きの可能性は、固定子が燃料噴射ポンプのシャフト上に軸受で支持され ており、このため（電磁力の作用下で）動くことができるという点を根拠とする 。電磁力の強さは、予じめ定められた動作に必要なだけの電圧がその電磁力のた めに提供されるように、電子制御ユニットにより調整される。

本発明に基づく調整装置の利点は、以下のとおりであるニー速度及びトルクは、 エンジンの全速度範囲内で調整される。

−可変的なエンジン速度の下でも連続的に予じめ定められたどんなエンジン速度 でも維持することができる。

−複数のエンジン間で速度とトルクが同期化される。

−速度の最終的制御が安全である。

−何らかの故障があった場合、エンジンの有害な過剰速度が防止される。

一車両の予じめ定められた速度の行き過ぎが防がれる。

−エンジン速度の脈動をアナログ制御が除外してくれる。

−制御は、存在する需要に応じて拡大させたりさらに発達させることができる。

例えば、さまざまなセンサー（過熱センサー、過剰空気センサー、外気圧センサ ーなど）を用いて、燃料噴射速度を必要に応じて正又は負の方向に補正すること ができる。

一エンジンの「発煙効果Ｊが著しく軽減される。すでに言及したセンサーを組み 込むことにより、これはさらに軽減され、その結果エンジンの作動は最も厳しい 規準内で規定されている値に匹敵する。

一環境保護及び空気汚染に関し有利にエンジンが作動する。

−既存のいかなるポンプ上にでも後日とりつけ可能である。

一本発明に基づく調整装置は、低コストで大量生産可能である。

最後に、本発明に基づく調整装置は、摩耗にさらされている部分がないためメン テナンス不要である。

本発明は、それに基づく調整装置の概略図を用いて一例を挙げ、以下に詳細説明 される。

図面に示されている実施例においては、ポンプ（図示せず）の駆動軸（１）はエ ンジンのクランク軸（同様に図示せず）と機械的に接続されている。ポンプの駆 動軸（１）は、直流発電機のかご形回転子（２）のシャフトと単一ユニットを構 成している。鉄心（３）及び励磁コイル（３１）を含む発電機の固定子（４）は 、例中の力保存ユニッ）　（４１）つまり引きもどしバネ（プルバックスプリン グ）に対抗して回転子（２）のシャフトの軸受（４２）上に回転可能な形で埋め 込まれている。発電機の固定子（４）は、−偏心的にとりつけられたヒンジ付ロ ッド（４３）を通って−、ピン（４４）のまわりに回転可能な形で埋め込まれた 傾動（チッピング）アーム（４５）を通して自由に回転する三叉ストッパ部品に 接続されている。

縦方向に移動するラック（６）は、ストッパ部品（４６）の二叉部分内に導き入 れられる。二叉ストッパ部品（４６）の後に、調整可能なリミッタ（４７）がラ ック（６）に固定される。このラック（６）は、偏心ビン上に回転可能な形で埋 込まれているヒンジ付き二腕偏心アーム（６１）の片端と接続されているＯその 自由端が圧縮バネ（６３）により支持されているヒンジ付きロッド　（６２）は 、偏心アーム　（６１）のもう一方の端部と接続されている。ヒンジ付ロンド（ ６４）は、偏心アーム（６１）の偏心軸にしっかり固定されたアームと接続され ており、又そのもう一方の端部は、バネ　（６５）に対しシャフト（６６）を中 心に回転するアクセルペダル（６７）にヒンジ留めされている。制御ユニット　 （５）は、発電機の固定子（４）のそば又はその中に位置づけされている。制御 ユニット（５）は、エンジン速度、エンジンの物理的特性（エンジン、オイル、 冷却材の温度）さらにエンジンの周囲環境の物理的特性（気温、気圧）を検知す るセンサー、ならびに、その電気信号を処理し評価する回路、基準回路及び制御 回路そして制御ユニットに電力を供給する電源ユニットで構成されている。

この例においては、速度センサー（５１）は、シャフト（１）上に配置された磁 気信号発信機及びシャフト（１）の回転から生じるパルスを検知するコイルで形 成されている。このセンサーは、制御ユニット　（５）の処理評価回路と電気的 に接続されている。受信された電気信号は、基準回路を通して、この例中では周 波数監視回路を通して、制御回路へと伝送される。最後に、制御回路は、励磁コ イル（３１）内を流れる存在する速度に相当する電流の量を調整する。調整装置 は、エンジンが非作動状態にあるとき非活動状態におかれる。発電機の固定子（ ４）は、力保存ユニ７）（４１）（この例中では引きもどしバネ）の作用の下で 静止位置にある。この場合、二叉ストッパ部品（４６）はリミッタ　（４７）を 打撃し、アクセルペダル（６７）がどれほど押し下げられているかとは無関係に ラック（６）を閉鎖位置（吸入全閉）に保つ。この位置において、アクセルペダ ル（６７）は引きもどしバネ　（６５）に対抗して押し下げられ、次に偏心的に 固定されたシャツ）　（６６）を回転させることによりロッド（６４）を移動さ せる。ラック（６）はそのリミッタ（４７）と共に二叉ス）−／バ部品（４６） を打撃するため、偏心アーム°（６１）は偏心ビンのみの上で回転することがで き、こうしてこの偏心アーム（６１）はロッド（６２）を通してラック（６）の 動きな°くバネ（６３）を圧縮する。

イグニションキーを回すことにより制御ユニット（５）に電圧が印加される。次 にスタータをオンに切替えることによりエンジン及び駆動軸（１）ならびに回転 子（２）は回転し始める。この時点で励磁コイル（３１）は、制御ユニット（５ ）を通して予じめ定められた電圧を受けとり、この作用の下で、回転子（２）と 鉄心（３）又はそれをとり囲む励磁コイル（３１）の間に発達する電磁力は固定 子（４）を力保存ユニッ）　（４１）すなわち引きもどしバネに対抗して一定の 角変位を行なうよう強制する。固定子（４）は角変位に比例してロッド（４３） を前方に押し、このようにしてビン（４４）を中心に傾動（チッピング）アーム （４５）を回転させこれにより二叉ストッパ部品（４６）は最大吸入量の方へと 移動する。アクセルペダル（６７）を押し下げることにより、ラック（６）は固 定子（４）の角変位に比例して最大吸入量の方へと移動する。

エンジンを始動させた後、ガスペダル（６７）はその通常の位置まで緩められる 。制御ユニット（５）は、いかなる状況の下でも規定された一定の値にエンジン の標準速度を保つ〔速度センサ（５）を通して〕。この位置は、制御ユニット（ ５）内に組込まれた周波数監視及び電圧制御回路により確保されており、実際の エンジン速度に応じて速度センサー（５１）によりこれに対して制御パルスが伝 送される。

このようにして、噴射された燃料の無煙燃焼に必要なだけの吸入量が各エンジン 速度について与えられる。「発煙限界」は、さまざまなタイプの特性規定要件に 関し経験的に決定される。

さらに本発明に基づく制御ユニットは、発煙限界より下の範囲内で、周波数検知 回路が（実際のエンジンの負荷との関係において）一定の速度を維持するのに必 要なだけの燃料の噴射を可能にするようにしている。

下り坂を走行する自動車の中でアクセルペダル（６７）を緩めることにより燃料 噴射が停止された場合、電磁式調整装置も又、低下するエンジン速度が標準速度 に達するまで燃料噴射を停止させる。標準速度で噴射は自動的に運転開始し、こ うしてエンジンの失速を防ぐ。

エンジンブレーキが用いられる場合、燃料噴射はアクセルペダル（６７）を緩め ることにより停止させることができ、その時点で制御ユニット（５）の周波数検 知回路は（フリップフロップ回路を通して）標準速度監視位置まで揺動し、こう して励磁コイル（３１）の給電つまり発電機の励磁が停止される。この時点で、 引きもどしバネのテンションが発電機の固定子（４）ならびにビン（４４）を中 心に回転してリミッタ（４７）に対して二叉ストッパ部品（４６）を押しつける 傾動アーム（４５）及びロッド（４３）を通常の位置に引き戻し、こうしてラッ ク（６）は吸入全閉状態へと引き戻される。

エンジン速度が標準速度を超えると、制御ユニット（５）の周波数検知回路のフ リップフロップ回路が最高速度監視位置まで揺動する。予じめ定められた最高エ ンジン速度に達した時点で、それは制御ユニット（５）により安定化され、いか なる状況の下でもそれ以上速度が上昇できないようにする。

本発明に基づく調整装置は、上述の実施態様に制限されるものではなく、本発明 の保護範囲内で異なる回路を用いて又はその他の形状にて実施することも可能で ある。

手続補正書（方式） 平成２年１１月　７日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．被駆動軸の速度を検知するセンサー及び機械的に動きが制限されているセン サー制御式ラックを備えた特にディーゼルエンジンのようなエンジンの燃料噴射 ポンプのための調整装置において、被駆動軸（１）は、速度センサ（５１）の電 気信号により制御ユニット（５）を通して、励磁を制御される閉回路発電機の回 転子（２）と接続されており、一方力保存ユニット（４１）に対して回転可能な 形で設置さているその固定子（４）はラック（６）と機械的に接続されているこ とを特徴とする調整装置。
2. ２．その制御ユニット（５）にはエンジン及び／又はその周囲環境の物理的特性 を検知するセンサーがさらに備わっていること、そして発電機はこれらのセンサ の信号により励磁されていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の調整 装置。
3. ３．発電機の固定子（４）又は回転子（２）はグランドに接続されていることを 特徴とする、請求の範囲第１項又は第２項に記載の調整装置。
4. ４．その発電機が自励式であり、制御ユニット（５）は自励回路と電気的に接続 されていることを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記 載の調整装置。