JPH0417754A - ディーゼル機関の燃料噴射制御装置 - 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機関の燃料噴射制御装置の改良に間
する。

（従来の技術） デイ−セル機関の燃焼着火遅れを少なくして円滑な燃焼
を実現するために、燃料噴射を段階的に行う燃料制御装
置がある。

これには例えば実開昭５７−２５１５９号公報や実開昭
６３−１６８２７２号公報等を始めとして、多くの提案
がある。

燃料噴射ノズルのニードルを閉弁付勢する複数のスプリ
ングを並列に介装し、ニードルが初期リフトの段階では
第１のスプリングが働き、初期リフトを過ぎるとこれに
加えて第２のスプリングを働かせることにより、燃料噴
射圧力に対して二ドルを段階的にリフトさせ、少量の初
期噴射燃料が着火した後に大量の主噴射を行い、着火遅
れの少ない、したがって振動や騒音の少ない安定がっ円
滑な燃焼を確保している。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような燃料噴射ノズルには、燃料噴射ポ
ンプから機関回転に同期して燃料が圧送されるのである
が、−船釣にはこの燃料送油率は、燃料噴射ポンプを駆
動するカムにより、機関回転との関係から予め決められ
た所定の特性に設定されている。

このため、燃料噴射ノズルのニードル、ニードルホルダ
、スプリング等に製作、組付誤差からのバラツキがあっ
たり、あるいは経時変化を生じたりして、初期リフト期
間や主噴射時の燃料圧力等が設定値から変動すると、せ
っかくの段階的燃料噴射の特性が不安定になり、設計さ
れた目標値よりも燃費や排気組成が悪化したりする。

しかし、従来これらの対策は考慮されておらず、燃焼の
バラツキに対しては品質管理を徹底化すること等により
対応している。もとより、このことも重要ではあるが、
より一層高い品質を確保するには、自ずと限界がある。

そこで本発明はこのような製作、組立誤差や経時変化を
補償して、常に安定した燃料噴射特性の確保を可能とし
たディーゼル機関の燃料噴射制御装置を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、第１図に示すように、機関と同期回転するカ
ムに駆動されて高圧燃料を圧送する燃料噴射ポンプ１と
、この圧送燃料の圧力に応じて段階的にニードルがリフ
トして燃料を多段噴射する燃料噴射ノズル２とを備えた
ディーゼル機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料
噴射ポンプ１のカムの回転位相を可変とする位相調整手
段３と、前記噴射ノズルのニードルのリフト量を検出す
る手段４と、ニードルの初期リフト期間を測定する手段
５と、ニードルの初期リフト期間が目標値と一致するよ
うに前記カムの回転位相を進遅させる制御手段６とを備
える。

（作用） 燃料噴射ポンプによる燃料の送油率は、カムのリフト特
性（リフト速度）に依存するが、通常は総ての領域で一
定のリフト特性をとるわけではない。

そのため、カムの回転位相を変化させると、送油率も増
減する。

燃料噴射ノズルの初期リフト期間が目標値よりも長いと
きは、送油率を高めることにメインリフト（主噴射）の
開始時期が早まり、短いときは送油率を低くすることで
メインリフト開始時期が遅くなる。

したがって、検出した燃料噴射ノズルの初期リフト期間
を目標値と比較しながら、燃料噴射ポンプのカム位相を
進遅させると、常に所定の燃料噴射特性となるように補
償することができ、燃焼の安定性を向上させられる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず第２図に燃料噴射ポンプ１０の一例を示すが、これ
はいわゆる列型の燃料噴射ポンプ（特開昭６１−２１８
７６９号公報参照）であり、カム１１の回転によりプラ
ンジャ１２が上下し、加圧室１３の燃料を燃料弁１４を
介して、燃料噴射ノズル２０に圧送する。

１ランジヤ１２の周囲には制御スリーブ１５が装着され
、このスリーブ１５の位置により燃料圧送の開始時期が
決まる。スリーブ１５は燃料が送り込まれる燃料室１６
と加圧室１３との間を連通するプランジャ１２に設けた
通路１７の燃料室側への開口部分を開閉し、プランジャ
１２が上昇する過程で、スリーブ１５の下端により通路
１７の開口が閉じられると、燃料室１６との連通が遮断
され、加圧室１３の圧力が高まり始める。

また、プランジャ１２の上昇により、通路１７から分岐
するボート１７．ａがスリーブ１５の途中に設けた通口
１５ａに連通ずると、加圧室１３が再び燃料室１６と連
通して、燃料の圧送が終了する。

そして位置制御機構１８によりスリーブ１５の位置を上
下させることにより、燃料の圧送開始時期を進めたり、
遅らせたりすることができる。

また、分岐ボート１７ａはプランジャ周囲に傾斜溝とし
て開口しているので、プランジャ１２の軸線ｔわりの回
転位置を回転制御機構１９によって変化させることによ
り、通口１５ａに対する連通時期が変化し、燃料の圧送
終了時期、即ち燃料噴射量を変化させることができる。

次に第３図に燃料噴射ノズル２０の一例を示すが（特願
平１−１９０４６０号明細書参照）、ノズルホルダ２１
の内部にはニードル２２が配置され、このニードル２２
は第１及び第２のスプリング２３．２４によって、シー
ト部２５に着座する。

燃料圧力室２７に導入される燃料噴射ポンプｌＯからの
燃料圧力により、ニードル２２にかかる圧力が所定値以
上に高まると、ブ・ンシュロツド２６を介して第１のス
プリング２３を圧縮しながら、ニードル２２は一定値だ
け上方にリフトする。

これが初期噴射であり、燃料圧力が第２のスプリング２
４の設定圧力を越えるまではこの状態を維持する。次い
でスプリングシート２８を介して第２のスプリング２４
を圧縮しながら、ニードル２２が大きくリフトし、大量
の燃料を供給する主噴射が始まる。

このようにして、初期リフト（初期噴射）期間に少量の
燃料を噴射し、次いでメインリフト（主噴射）期間に大
量の燃料を噴射するという、段階的な燃料噴射が行なわ
れるのである。

ニードル２２の実際のリフト量を測定するために、ノズ
ルホルダ２１の上部にはニードルリフトセンサ２９が取
付けられる。このリフトセンサ２９としては例えば磁歪
型センサ等を用い、測定部の高周波コイルによる磁界内
に、ニードル２２と連動する磁性体がちなるブツシュロ
ッド２６が近付いてきたときに、磁性体の内部に発生す
る渦電流または導磁率変化に応じて生じる、高周波コイ
ルのインダクタンスの変化がら、ニードル２２のリフト
量を検出する。

次に第４図（Ａ）（Ｂ）には、前記燃料噴射ポンプ１０
のカム位相を進角、遅角させる位相調整機構３０の一例
（特開昭５８−４８７１９号公報参照）を示す。

これは燃料噴射ポンプ１ｏのポンプ軸（カム軸）１０ａ
と、機関回転が伝達される回転体３１との連結部分に介
装され、機関回転のポンプ軸１０ｍに対する伝達位相を
可変的に調整する。

ポンプ軸１０ａに同軸結合される回転盤３３の軸部３２
には、これと回転自由に回転体３１が支持される。

そして、回転体３１から回転盤３３に伝達される回転に
必要に応じて位相差を付与するため、回転盤３３と回転
体３１とを回転（円周）方向に相対変位可能に連結する
機構として、まず回転盤３３にはその回転中心から等距
離位置に一対の円形穴３３ａが明けられ、ここに第１の
偏心カム３５が挿入される。また、この偏心カム３５に
設けた円形穴３５ａには第２の偏心カム３６が挿入され
る。

第２の偏心カム３６の偏心ビン３６ｂは、前記回転体３
１に側面から貫入し、また、第１の偏心カム３５の偏心
ビン３５ｂは、シリンダ３７に収装したピストン３７ａ
に連結する。

シリンダ３７は軸部３２の放射方向に回転盤３３に一体
に取付けられ、その油室３７ｂには、軸部３２の内周通
＃ｒ３２ａを介して供給される圧油が導かれる。ピスト
ン３７　ａはこの供給圧力と、リターンスプリング３７
ｃとがバランスする位置へと移動する。

したがって、ピストン３７ａの位置に応じて偏心ビン３
５ｂにより第１の偏心カム３５が回動し、これにより第
２の偏心カム３６が回転盤３３に対して円周方向に変位
し、その偏心ビン３６ｂを介して連結する回転体３１と
回転盤３３との回転方向の位相企変化させる。

これにより、機関回転に対して、燃料噴射ポンプ１０の
ポンプ軸１０ａ、つまりカム１１の回転位相か変化し、
燃料の送油率が変わる。

シリンダ３７の油室３７ｂへ導がれるオイルポンプ３９
がらの油圧は、制御弁３８の開度に応じて変化し、制御
弁開度が増加すると油圧は低下する。

そして本発明では、燃料噴射ノズル２ｏの初期リフト期
間を、予め設定された目標値と一致させるように、燃料
噴射ポンプ１ｏのカム１１の回転位相を制御することに
要点があり、これは第５図に示すコントローラ５ｏによ
って制御される。

燃料噴射ノズル２ｏの初期リフト期間を目標値に正しく
設定することにより、着火遅れのない、安定した燃焼が
実現するが、初期リフト期間が長くなったり、逆に短か
ったりすると、それだけ燃焼が不安定となり、燃費や排
気組成も悪化する。

初期リフト期間の変動を補正するため、この発明では、
燃料噴射ポンプ１０からの燃料の送油率を変化させ、初
期リフト期間が目標よりも長いときは送油率を高め、短
いときは送油率を低くすることにより、初期リフト期間
を所定値に収束させるようになっている。

そこで、燃料噴射ポンプ１０の送油率を調整するため、
コントローラ５０により位相制御機構３０を介してカム
１１の回転位相を制御する。

コントローラ５０は演算部分のＣＰＵ、記憶部分のＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ、入出力部分のＩｌｏからなるマイコン等で
構成される。

コントローラ５０には機関回転数センサ５１、アクセル
開度センサ５２、ニードルリフトセンサ２９等からの検
出信号が入力し、これらに基づいて、燃料噴射時期、燃
料噴射量、カム位相を適正に制御するように、それぞれ
前記スリーブ１５の位置制御機構１８、プランジャ１２
の回転制御機構１９、カム位相調整機構３０（制御弁３
８）に出力する。

ここてコントローラ５０における制御動作を第６図のフ
ローチャートを参照しながら説明する。

まずステップ５１０で機関回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａ
ｃｅ、ニードルリフト量Ｖｎを読込み、次いて基本燃料
噴射量Ｑ、基本燃料噴射時期ＩＴ、基本カム位相ＤＱ、
基本カウンタ値Ｃｏをテーブルルックアップにより求め
る（ステップ５２０）。

基本燃料噴射ＩＱは第７図に示すように、機関回転数Ｎ
ｅとアクセル開度Ａｃｅとに基づいて、また基本燃料噴
射時期ＩＴは第８図のように、同しく回転数Ｎｅとアク
セル開度Ａｃｅに基づいて、最適な特性に予め決めであ
る。

基本カム位相ＤＱは、機関回転数Ｎｅとアクセル開度Ａ
ｃｃに基づいて第９図の特性に設定しであるが、これは
燃料の送油率（噴射率）を制御するもので、第１１−図
にも示すように、燃料噴射ポンプ１０のカム１１の位相
によってカム速度（リフト速度）が異なるため、このカ
ム位相を変えることにより燃料送油率を変化させること
ができる。

燃料噴射ポンプ１０からの燃料圧送期間（スリーブ１５
により加圧室１３と燃料室１６の連通が遮断されてから
、連通が再開するまでの期間）が同じでも、カム位相を
進角させればカム速度の速い領域を利用できるので送油
率は高まり、逆に遅角させれば送油率が低くなる。

基本的な燃料送油率は、アクセル開度Ａｃｅが小さいと
きほど大きくなるように設定してあり、したがって低ア
クセル開度域でカム位相の進角値を大きくしている。

次に燃料噴射ノズル２０の初期リフト期間を設定したの
が、基本カウンタ設定値ＣＯであって、これはニードル
２２が初期リフト（プレリフト）する期間に相当するも
ので、やはり回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃに基づい
て、第１０図に示すように予め決めである。

基本的にはアクセル開度Ａｃｅが小さい領域で初期リフ
ト期間が長くなるように設定され、アクセル大開度域で
は初期リフト期間を短くして、低負荷での燃焼安定性と
、高負荷での高出力化を達成する。

このような各基本値をテーブルルックアップにより読込
んだら、次にステップ５３０において、二ドルリフトセ
ンサ２９の出力値Ｖｎが、初期リフト（プレリフト）期
間中を表す所定の範囲、つまりＶＬ、とＶＬ２の間にあ
るかどうかを判断する。

これは第１２図（Ａ＞にも示すように、ニードル２２か
第１のスプリング２３を圧縮してから第２のスプリング
２４の圧縮を開始するまでの、初期リフト址に相当する
値て、ニードル２２のリフト量がこの範囲にあるとき、
初期リフト期間であることか判断される。

なお、第１２図（Ｂ）は運転条件によっては二ドル２２
のリフト特性が、このようにプレリフトのみで終わるこ
ともあるので、このような場合には、ＶｎがＶＬ、より
も大きくなっている期間を判定する。

ニードルリフトがｖＬ１≦Ｖ　ｎ　＜　Ｖ　Ｌ　２の間
、カウンタの計数を継続しくステップ５４０）、Ｖｎが
ＶＬ２よりも大きくなったら計数を終了して、前記した
カウンタ設定値Ｃｏとこのカウント値Ｃとの差異を求め
ることにより、初期リフト期間が目標値と一致するかど
うかをみる。

つまり、ステップ５５０でΔＣ＝Ｃｏ−Ｃとして補正値
を演算したら、ステップ５８０において、テーブルルッ
クアップによりこの補正値ΔＣに基づいて、カム位相補
正量ΔＤＱを算出する。

第１３図はカム位相補正特性を示すもので、ΔＣ＝Ｏな
らば、初期リフトが設定された目標値と一致しているの
で、カム位相補正量はゼロ、つまり基本カム位相ＤＱに
対しての補正量はゼロとなるが、そうでないときは、第
１３図にしたがってΔＣの値から、カム位相補正量ΔＤ
Ｑを求める。

初期リフト期間が目標値よりも長いときは、ΔＣはマイ
ナスとなり、ΔＤＱは正の値となり、また、初期リフト
期間が短いときは、ΔＤＱは負の値となる。

したがってステップ５７０にあるように、カム位相ＤＱ
＝ＤＱ＋ΔＤＱは、初期リフト期間が目標値よりも長い
ときは、基本カム位相ＤＱから進角される補正が行なわ
れ、短いときは遅角される補正となる。

前述した第１１図にも示すとおり、力み位相を進角させ
ると、カム速度の速い領域での燃料圧送により燃料送油
率か高まり、遅角すると逆に燃料送油率は低くなる。

したかって、初期リフト期間が長くてメインリフトの開
始が遅いときは、カム位相を進角させることにより、燃
料送油率を高めて、単位時間当たりの燃料の圧送量を増
加し、ニードル２２のメインリフト（主噴射）への移行
を早めることができる。

逆に初期リフト期間が短くてメインリフトの開始が早す
ぎるときは、カム位相が遅角側に補正されることで、燃
料送油率を下げて燃料の圧送量を減らし、主噴射の開始
を目標値まで遅らせることができる。

このようにして、実際の初期リフト期間を測定しながら
、これが運転状態によって決まる目標期間と一致するよ
うに、カム位相を制御することにより補正するので、仮
に燃料噴射ノズル２０の製作、組立誤差等があったり、
あるいは経時変化等により初期リフト期間が変動しても
、常に適正な初期リフト噴射を行うことができるのであ
る。

なお、ステップ５７０では、このカム位相ＤＱと共に、
既に算出した基本噴射量Ｑ、基本噴射時期ＩＴをメモリ
の所定のアドレスに格納して、一連の制御ルーチンを完
了する。

もちろん、この制御動作は機関回転に同期して繰り返し
行なわれ、その都度新しいデータに更新されていくので
あり、これに基づいて、コントローラ５０は前記したス
リーブ１５の位置制御機構１８、プランジャ１２の回転
制御機構１９並びにカム位相調整機構３０の作動を制御
する。

なお、ニードルリフトセンサ２９の出力から実際の燃料
噴射時期が検出できるので、これに基づいて位置調整機
構１８をフィードパ・ンク制御することにより、燃料の
噴射時期を正しく目標値と一致させることも可能となる
。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、燃料噴射ノズルの初期リ
フト期間の変動を、燃料噴射ポンプの力ｌ、位相を調整
して燃料送油率を変えることにより、常に目標値と一致
するように補償することができるのて、燃料噴射ノズル
の製作、組立誤差や経時変化かあっても、適正な初期リ
フト期間による初期噴射を行うことができ、着火遅れの
ない安定した燃焼により燃費や排気組成等を良好に維持
することを可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の実施例を示
す燃料噴射ポンプの断面図、第３図は燃料噴射ノズルの
断面図、第４図（Ａ＞、（Ｂ）はカム位相調整ｉＷＩの
要部断面図と正面図、第５図はコントローラのブロック
図、第６図は同じく制御動作のフローチャート、第７図
〜第１０図はそれぞれ基本燃料噴射量、基本燃料噴射時
期、基本カム位相、基本カウンタ設定値の制御特性図、
第１１図はカムリフト特性図、第１２図（Ａ）、（Ｂ）
はニードルリフト特性図、第１３図はカム位相補正値の
制御特性図である。 １０・・・燃料噴射ポンプ、１８・・・スリーブ位置制
御機構、１９・・・プランジャ回転制御機構、２０・・
・燃料噴射ノズル、２２・・・ニードル、２３．２４・
・・スプリング、３０・・・カム位相制御機構、５０・
・・コントローラ。 第２ 図 燃料噴射 スリーブ位！制御機欅 プランジ 燃料噴射 一う ｚＯ 第 図 第 図 第 図 ５０′ 第７ 図 回転数Ｎｅ １Ｍ８図 第９ 図 回転数Ｎｅ 第１３ 図 ＤＱ大 第１１ 図 Ｑ 小

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．機関と同期回転するカムに駆動されて高圧燃料を圧
   送する燃料噴射ポンプと、この圧送燃料の圧力に応じて
   段階的にニードルがリフトして燃料を多段噴射する噴射
   ノズルとを備えたディーゼル機関の燃料噴射制御装置に
   おいて、前記燃料噴射ポンプのカムの回転位相を可変と
   する位相調整手段と、前記噴射ノズルのニードルのリフ
   ト量を検出する手段と、ニードルの初期リフト期間を測
   定する手段と、ニードルの初期リフト期間が目標値と一
   致するように前記カムの回転位相を進遅させる制御手段
   とを備えたことを特徴とするディーゼル機関の燃料噴射
   制御装置。