JPH0468462B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料噴射ポンプの燃料制御装置に関す
る。

〔従来の技術〕

デイーゼル機関の燃料噴射ポンプの燃料制御
は、燃料をスピルすることで燃料噴射を終了させ
ることによるものと、吸入行程中に必要量の燃料
を吸入してその全量を噴射させることによるもの
とがあり、本発明は後者のタイプの改良である。
このような燃料制御装置は例えば特開昭58−
38367号公報に開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記公報に記載された発明は、燃料噴射ポンプ
のシリンダに２つのポンプ室を形成するととも
に、それぞれのポンプへの吸入量をそれぞれに電
磁弁によつて制御することによつて噴射量と噴射
時期とを決定するようにしたものである。そのよ
うな燃料噴射ポンプを使用しているので組付けが
複雑になり、且つ今日使用可能な電磁弁では応答
性に限界があるという問題点がある。現在、燃費
やエミツシヨン、騒音等の低減のためにさらに緻
密な燃料噴射制御が求められているが、電磁弁を
使用した装置ではそのような要求に答えられなく
なつてきている。

電歪素子を使用すれば優れた応答性を得ること
ができるが、その作動変位量が小さいので関連部
品の精密な仕上げと組付けにおける正確な位置決
めとが要求され、単に電歪素子を使用するという
ことのみで燃料噴射を緻密に制御することはでき
ない。本発明は電歪素子を使用して精密な制御を
行うことのできる燃料制御装置を提供することを
目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、シリンダ内に挿入されたプラ
ンジヤによつて形成されるポンプ室を有する燃料
噴射ポンプの燃料吸入通路の途中に設けられる燃
料制御装置であつて、シリンダと前記燃料吸入通
路の一部をなす燃料通路とが形成されたハウジン
グと、前記シリンダ内に挿入され且つ印加電圧に
応じて伸縮する電歪素子と、前記シリンダ内に挿
入され且つ前記電歪素子の伸縮に応じて往復動す
るピストンと、前記燃料通路を遮断可能な弁体
と、該弁体と前記ピストンとの間に形成される圧
力室とを具備し、前記電歪素子の縮退が前記ピス
トンを介して前記圧力室の圧力を減小させて前記
弁体をして前記燃料通路を開放せしめ且つ前記電
歪素子の伸長が前記圧力室の圧力を上昇させて前
記弁体をして前記燃料通路を遮断せしめ、弁体の
これらの開放と遮断との間に燃料を吸入し、該吸
入された燃料を前記燃料噴射ポンプから噴射させ
るようにした燃料制御装置が提供される。

〔実施例〕

第１図は本発明による分配型燃料噴射ポンプ１
０と、このポンプ１０に組込まれた燃料制御装置
としての燃料調量装置１２とを示している。第２
図はこの燃料調量装置の拡大図である。

第１図において、分配型燃料噴射ポンプ１０は
ポンプ本体１４を有し、ポンプ本体１４内にはシ
リンダ１４と燃料貯留室１８とが形成される。燃
料貯留室１８には燃料タンク２０からフイードポ
ンプ２２によつて常に燃料が供給され、その圧力
がプレツシヤレギユレーテイングバルブ２４によ
つてほぼ一定に維持される。シリンダ１６内には
プランジヤ２６が摺動可能に挿入され、その先端
側にポンプ室２８が形成される。ポンプ室２８は
燃料吸入通路３０ａ，３０ｂによつて燃料貯留室
１８に連通する。プランジヤ２８の先端からその
中心を通つて分配ポート３２が形成され、分配ポ
ート３２はプランジヤの中間部の位置で半径方向
に開口する。この半径方向の開口部に対応して、
シリンダ１６には気筒数と同数の分配通路３４が
形成され、分配通路３４はデリバリバルブ３６を
介して燃料噴射ノズル３８に連通される。従つ
て、プランジヤ２６が第１図で左方に動くときに
ポンプ室２８に燃料が吸入され、右方に動くとき
にポンプ室２８の燃料を加圧して燃料噴射ノズル
３８に圧送する。

プランジヤ２６は従来の分配型燃料噴射ポンプ
と同様に機関に同期して回転する駆動軸４０に公
知の継手を介して連結され、駆動軸４０から回転
を伝達されるが軸線方向には駆動軸４０とは自由
に動き得るようになつている。さらにプランジヤ
２６にはフエースカム４２が取付けられており、
フエースカム４２はスプリング４４に付勢されて
ローラ４６に係合される。フエースカム４２とロ
ーラ４６との係合がプランジヤ２６を往復動させ
ることは明らかであろう。後でさらに詳細に説明
されるが、本発明においては、スプリング４４の
ばね力はカム４２とローラ４６とが必ずしも常時
接触するとは限らないように選択される。さら
に、ローラ４６は図示しない公知のタイマ機構に
よつて制御される。

駆動軸４０にはさらにシグナルロータ４８が取
付けられており、ジグナルロータ４８はその端面
に設けられた１個の突起４８ａとその外周に５度
毎に設けられた凹凸突起４８ｂとを有し、これら
の突起４８ａ，４８ｂの通過をそれぞれ検出する
ための磁気抵抗素子センサ５０，５２が設けられ
る。これらのセンサ５０，５２の検出信号は電子
制御装置（ECU）５４に入力され、さらにアク
セル開度センサ５６の検出信号も制御装置５４に
入力される。制御装置５４はデイジタルコンピユ
ータにより構成されることができ、前記センサ５
０，５２，５６の検出信号に応じて燃料調量装置
１２に制御信号を送る。

ポンプ本体１４の燃料吸入通路３０の途中には
円筒状のボア５８が形成される。この円筒状のボ
ア５８の底面は平坦であつてこの底面の中央にポ
ンプ室２８から延びる燃料吸入ポート３０ａが開
口する。円筒状のボア５８の側面には内ねじが切
られていて燃料調量装置１２の円筒状ハウジング
６０が螺着されるようになつている。燃料貯留室
１８が延びる燃料吸入通路３０ｂが円筒状ボア５
８の側面に前記底面と内ねじ部分との間で開口す
る。

第１図及び第２図において、燃料調量装置１２
は前述したように円筒状ハウジング６０を有し、
その外面の下端部付近６２は残りの部分より断面
が小さくなつていてポンプ本体１４に取付けられ
たときに円筒状のボア５８との間に環状通路６３
を形成するようになつている。この断面の小さい
部分６２の上には円筒状のボア５８の内ねじと対
応して外ねじが切られている。さらに、ポンプ本
体１４とハウジング６０との間にはシールリング
６４が配設される。又、ハウジング６０の下端面
には環状突起６５が形成され、この環状突起６４
は円筒状のボア５８の底面に着座して燃料吸入通
路３０ａの開口部と環状通路６３とを分離する。

ハウジング６０内には肩６０ａによつて区画さ
れる大径のシリンダ６６と小径のボア６８とが連
続的に形成されている。大径のシリンダ６６には
電歪素子７０とピストン７２が挿入される。ピス
トン７２はシリンダ６６内を摺動可能であり、ピ
ストン７２の上下間のシールのためにシールリン
グ７４が配設される。電歪素子７０はこれをアク
チユエータとして使用する場合に周知のように円
板状エレメントの積層体として構成され、例えば
厚さ0.5mmのエレメントが50枚積層されてなる。
0.5mmのエレメントに−500Vの電圧を印加すれば
約1μｍ縮み、50枚の積層体であれば50μｍの収縮
が得られる。これらのエレメントの積層体からな
る電歪素子７０は絶縁性及び熱収縮性チユーブ７
６に収められている。電歪素子７０の両端面には
絶縁プレート７８が配設され、一端側の絶縁プレ
ート７８がピストン７２に接触し、他端側の絶縁
プレート７８は大径のシリンダ６６を閉じるハウ
ジング６０の盲壁８０に接触する。このようにし
て、電歪素子７０及びピストン７２が盲壁８０に
向かつて当接されているときに、ピストン７２の
先端面は肩６０ａよりも大径のシリンダ６６側に
収つているようにされている。尚、大径のシリン
ダ６６と熱収縮性チユーブ７６との間には環状の
間隙８２があり、ハウジング６０には、前記断面
の小さい部分６２から軸線方向に延びて盲壁８０
の近くでシリンダ６６内に開口する燃料通路８４
と、ピストン７２の近くでシリンダ６６内に開口
して軸線方向に延び且つ小径のボア６８の内面に
形成された環状溝８７に開口する燃料通路９０と
が形成される。従つて、電歪素子７０は大径のシ
リンダ６６内を通る燃料によつて冷却されること
ができる。さらに、実施例においては、電歪素子
７０に通電するためのリード線９２が盲壁８０を
通つて液密に延ばされる。

小径のボア６８内にはアツパーピース９４、シ
リンダピース９５、及びロアピース９６が嵌合さ
れ、これらは等しい直径をもつとともに平行で平
坦な端面を有し且つナツト９８をハウジング６０
に螺着することによつてハウジング６０を固定さ
れ、このときにアツパーピース９４が肩６０ａに
当接する。前述したように、ピストン７２は肩６
０ａに達していないので、ピストン７２とアツパ
ーピース９４との間には圧力室１００が形成され
る。この圧力室１００内には皿ばね１０２が配設
され、固定のアツパーピース９４に対してピスト
ン７２を上方に付勢している。

アツパーピース９４の中央には貫通小孔１０４
が形成される。シリンダピース９５の中央に形成
されるシリンダ１０６は小孔１０４よりも直径が
大きく、このシリンダ１０６内に弁体１０８が摺
動可能に挿入される。この場合、シリンダ１０６
と弁体１０８との間には実質的なクリアランスが
あるように形成され、このクリアランスを介し
て、弁体１０８の下方からアツパーピース９４の
小孔１０４を通つて圧力室１００に燃料が供給さ
れるようになつている。さらに、シリンダピース
９０の底面側中央部に凹陥部１１０が形成され
る。前述したハウジング６０のボア６８の内面の
環状溝８８はこの凹陥部１１０に対応する位置に
設けられたものであり、中央の凹陥部１１０と環
状溝８８を連結して放射状の小孔１１２が設けら
れる。そして、ロアピース９６およびナツト９８
にもそれぞれ小孔１１４，１１６が設けられる。
さらに、弁体１０８はこれを挟むアツパーピース
９４及びロアピース９６の上下面間の距離よりも
わずかに短くて、その距離の差だけ摺動すること
ができ、弁体１０８の上端側外周部を縮径するこ
とによつてスプリング１１８を配設して弁体１０
８をロアピース９６に向かつて常時付勢してい
る。弁体１０８はさらに凹陥部１１０内に露出し
た部分が段付きに形成され、凹陥部１１０内の燃
料の圧力が弁体１０８を上方に動かすように作用
するようになつている。尚、以上説明した燃料調
量装置１２の燃料通路は、燃料通路８４、シリン
ダ６６、燃料通路９０、環状溝８８、放射状小孔
１１２、凹陥部１１０、小孔１１４，１１６によ
つて形成され、燃料が通るとともに電歪素子７０
を冷却することができるようにしたものである。
しかしながら、燃料通路をシリンダ６６を通すこ
となく直接的に凹陥部１１０に連結することも可
能である。

以上の構成の燃料調量装置１２の組立に際して
は、アツパーピース１０４が肩６０ａに当接する
までナツト９８を締付ければ良く、その他の調整
は全く必要でない。さらに、燃料調量装置１２を
燃料噴射ポンプ１０に組付けるに際しては、環状
突起６５がボア５８の底面に着座するまでハウジ
ング６０をボア５８に締付ければ良く、位置決め
等の調整は不要である。そして、従来の燃料噴射
ポンプに比べて、フユエルカツトバルブ、吸入ポ
ート、ガバナ、プランジヤの吸入用グループ等が
不用になり、噴射ポンプの構造が小型に簡単にで
きる。

〔作用〕

燃料調量装置１２の電歪素子７０には通常電圧
が印加されていないか又は正の電圧が印加されて
おり、従つて、電歪素子７０は伸長した位置にあ
り、弁体１０８はピストン７２及び圧力室１００
の油圧に押されて小孔１１４を閉じている。燃料
噴射ポンプ１０のプランジヤ２６は機関に同期し
て往復動及び回転することは前述した通りであ
り、プランジヤ２６が第１図で右方に動くときに
ポンプ室２８内の燃料を加圧し、分配ポート３２
及び分配通路３４を介して特定の燃料噴射ノズル
３８に燃料を圧送する。プランジヤ２６が左方に
動くときにポンプ室２８内に燃料を吸入する。本
発明においては、プランジヤ２６が左方に動くと
きにポンプ室２８に吸入された全量がプランジヤ
の右方運動の際に圧送される。

第３図を参照すると、同図Ａはプランジヤ２６
のリフトを示し、右上りの線分の圧送行程、右下
りの線分が吸入行程を示す。プランジヤ２６の圧
送行程において、同図Ｆに示されるように燃料噴
射ノズル３８から噴射が行われる。一方、第１図
において駆動軸４０の角度位置を検出する２つの
磁気抵抗素子センサ５０，５２の一方のセンサ５
０は駆動軸４０の１回転毎に基準信号θ₁Bを発生
し、他方のセンサ５２は５度毎の位相信号Ｃを発
生し、制御装置（ECU）５４は基準信号θ₁がオ
ンしてから位相信号を計数する。制御装置
（ECU）５４内には、アクセル開度及び回転数の
関数の形体で電歪素子７０に通電すべき時及び機
関が予め記憶されており、例えば第３図Ｄに示さ
れるようにプランジヤ２６の吸入行程のθ₂におい
て電歪素子７０に−500Vを印加させる。すると、
前述したように、電歪素子７０は約50μｍ収縮
し、ピストン７２が皿ばね１０２に押されて電歪
素子７０に追従し、圧力室１００の圧力が低下す
る。弁体１０８の肩には常時ほぼ一定の油圧が作
用しているために、この油圧により弁体１０８が
押開けられ、弁体１０８の上端面がアツパーピー
ス９４の下端面に密着する。弁体１９８とそのシ
リンダ１０６との間には実質的なクリアランスが
あるために、圧力室１００内の油圧は最大でも弁
体１０８の下方の圧力に等しくなり、その受圧圧
積は小孔１０４の断面積になる。他方、弁体１０
８の下方側の受圧面積は前述した肩ばかりでなく
弁体１０８が開くことによつて小径先端面をも含
むものとなり、弁体１０８の上下の受圧面積の差
によつて弁体１０８の開弁状態が維持される。か
くして、燃料は燃料吸入通路３０ａを通つてポン
プ室２８に吸入されることになる。

所定の時期θ₃になると、前述した−500Vを解
除もしくは若干の正電圧を印加すると、電歪素子
７０は元の位置まで伸長する。そのために、ピス
トン７２が押されて圧力室１００の圧力が上昇
し、その圧力によつて弁体１０８が押下げられて
ロアピース９６の上端面に着座して閉弁する。ア
ツパーピース９４の小孔１０４は絞りの作用をし
て急激な圧力の上昇を許容するが、時間の経過と
ともにその圧力は下降し、やがて弁体１０８の下
方の圧力と等しくなる。しかしながら、弁体１０
８はスプリング１１８によつて付勢されているた
めに閉弁状態が維持され、さらに、燃料通路３０
ａの方から高圧が作用しても、その高圧はロアピ
ース９６の小孔１１４の断面積に相当するものに
限られ、これに比べて比較的大径の弁体１０８の
上端面にかかる油圧がそのような高圧に抗してさ
らに閉弁状態を維持する。

かくして、燃料は弁体１０８の開弁から閉弁ま
での期間によつて調量される。又、第３図の右半
部に示されるように、燃料の量を増加させるべき
ときには電歪素子７０への通電期間θ₄−θ₅を増加
すればよく、任意の燃料量に設定することが可能
である。さらに、通電時期を時間よりもむしろ位
相（角度）によつて制御することによつてより精
密な制御が可能になる。

燃料噴射ポンプ１０のプランジヤ２６は吸入さ
れた燃料の量に応じて第１図で左方への後退位置
を変化させる。例えば、燃料吸入量が少い場合に
は、プランジヤ２６がその吸入行程中にスプリン
グ４４によつて戻される途中でポンプ室２８内が
負圧状態になり、プランジヤ２６はこの負圧とス
プリング４４のばね力が釣合つた位置で直線運動
を停止する。この位置が例として第３図Ａにａに
よつて示されている。吸入燃料量が多い場合に
は、プランジヤ２６はさらに左方の位置で停止す
ることになり、この位置がｂによつて示されてい
る。プランジヤ２６の回転は常時維持される。従
つて、次の燃料圧送行程の開始は吸入された燃料
の量によつて変化することになる。即ち、吸入燃
料量が少い場合の噴射開始時期θ₆は比較的遅く、
多い場合のプランジヤ開始時期θ₇は比較的早くな
る。これは機関の燃料を行う上で好都合である。
さらに、通電開始時期θ₂、θ₄はプランジヤ２６の
圧送行程の終了直前になるように設定すると、燃
料噴射ノズル３８の燃料噴射終了時の圧力低下が
急激となるため、２次噴射等の不斉噴射を防止す
ることができる。そして当然のことながら、通電
開始時期の制御により、燃料噴射量が正確に制御
できるようになる。

本発明による燃料調量装置は非常に応答性が良
いので、燃費やエミツシヨン、騒音低減等に有効
なパイロツト噴射を行うこともできる。この場合
には、圧送開始直後のθ₈において電歪素子７０に
通電し、わずかの期間の後のθ₉において通電を停
止するば弁体１０８が瞬間的に開弁してポンプ室
２８の圧力を低下させる。これによつて第３図Ｆ
に示されるようなパイロツト噴射が可能である。
この場合には、ポンプ室２８内の燃料が逆流する
ことになるので、その分を見込んで燃料供給量を
設定しておくことが必要である。

第５図は先端が円錐形の弁体１０８をもつ燃料
調量装置１２の例を示すものであり、その他の構
造は第１図の例と同様である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば電歪素子
を使用することによつて燃料の調量精度を際めて
高くすることができ、パイロツト噴射を行うこと
も可能になる。そして、噴射ポンプの燃料吸入通
路にそのような燃料制御装置を配置することによ
つて、燃料制御装置及び燃料噴射ポンプの構造を
簡単にすることができるとともに組立及び組付け
を簡単に行うことができるようになる。そして、
燃料吸入通路の途中の比較的低圧の燃料を制御す
るために駆動力が小さくて良く、この点からも燃
料制御装置を小型化できる。又、電歪素子が収縮
したときのみ燃料を挿入するようにすることによ
つてフエールセーフ機能をもたせることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した燃料噴射ポンプの断
面図、第２図は第１図の燃料調量装置の拡大図、
第３図は作用を説明するための図、第４図は別の
作用を説明するための図、第５図は燃料調量装置
の第２実施例の断面図である。 １０……噴射ポンプ、１２……燃料調量装置、
２６……プランジヤ、２８……ポンプ室、３０
ａ，３０ｂ……燃料吸入通路、６０……ハウジン
グ、８４，９０，１１０，１１４，１１６……燃
料通路、６６……シリンダ、７０……電歪素子、
７２……ピストン、１０８……弁体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダ内に挿入されたプランジヤによつて
   形成されるポンプ室を有する燃料噴射ポンプの燃
   料吸入通路の途中に設けられる燃料制御装置であ
   つて、シリンダと前記燃料吸入通路の一部をなす
   燃料通路とが形成されたハウジングと、前記シリ
   ンダ内に挿入され且つ印加電圧に応じて伸縮する
   電歪素子と、前記シリンダ内に挿入され且つ前記
   電歪素子の伸縮に応じて往復動するピストンと、
   前記燃料通路を遮断可能な弁体と、該弁体と前記
   ピストンとの間に形成される圧力室とを具備し、
   前記電歪素子の縮退が前記ピストンを介して前記
   圧力室の圧力を減小させて前記弁体をして前記燃
   料通路を開放せしめ且つ前記電歪素子の伸長が前
   記圧力室の圧力を上昇させて前記弁体をして前記
   燃料通路を遮断せしめ、弁体のこれらの開放と遮
   断との間に吸入した燃料を前記燃料噴射ポンプか
   ら噴射させるようにした燃料制御装置。 ２ 前記電歪素子へ電圧を印加するための制御手
   段と、前記プランジヤの角度位置を検出するセン
   サとを有し、該制御手段が該センサの出力に基づ
   いて前記電歪素子への通電開始及び通電終了時期
   を制御することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の燃料制御装置。 ３ 前記制御手段がポンプの圧送行程中に前記電
   歪素子に通電して前記弁体を所定期間だけ開放せ
   しめ、前記ポンプ室内の圧力を一時的に低下させ
   てパイロツト噴射を行うようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の燃料制御装置。 ４ 前記制御手段がポンプの圧送工程終了直前に
   前記電歪素子に通電して前記弁体を開放せしめ、
   前記ポンプ室内の圧力を急激に低下させて燃料の
   噴射を終了させるようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の燃料制御装置。