JPH0510496B2

JPH0510496B2 -

Info

Publication number: JPH0510496B2
Application number: JP1380583A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kawamura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-02-01
Filing date: 1983-02-01
Publication date: 1993-02-09
Also published as: JPS59141735A

Description

【発明の詳細な説明】＜技術分野＞本発明はいわゆるパイロツト噴射を行う内燃機
関の燃料噴射ポンプに関する。

＜背景技術＞内燃機関、例えばデイーゼル機関における燃焼
は着火遅れの問題から大きな燃焼騒音と振動を発
生し易い。これを防止するため並びにNOx排出
量を低減するために、主噴射に先立つて少量のパ
イロツト燃料を噴射し、主噴射燃料の着火遅れを
短縮して緩慢燃焼を行う手段が採用されるもので
ある。

この種の従来手段は、例えば特開昭54−50725
号、54−50726号公報に見られる如く種々提案さ
れているが、これらはすべて簡単な構造であると
は言い難い。特に前掲の公報のものにおいては、
噴射弁部を構成するニードルバルブに背圧を与
え、該背圧を電磁開閉弁を用いて低圧側に開放す
る時期を制御しているから、いきおいその構造が
複雑となり、更にはパイロツト噴射のための噴射
時期及び噴射期間を制御するのに、前記電磁開閉
弁のみを用いて行うため、その制御はすべて電磁
開閉弁に依存することになり、応答性や高圧化に
不利なものになると共に、パイロツト噴射と主噴
射の間にもプランジヤの圧縮ストロークが消費さ
れて有効ストロークとなり得ず、このためにプラ
ンジヤの圧縮ストロークが主噴射時に不足気味と
なつて高噴射圧を得ることができず、出力向上、
噴射率の改善等を行うのに障害となるおそれがあ
つた。

＜目的、構成及び作用＞本発明は上記に鑑みパイロツト噴射及びこれに
続く主噴射を簡単な構成で制御可能にすると共
に、パイロツト噴射により主噴射の圧縮ストロー
クが干渉されないようにして高精度な制御を容易
に行うことを可能とする燃料噴射ポンプを提供す
ることを目的とする。そしてその要旨とするとこ
ろは機関回転に同期して回転し、圧送工程中に２
段階の燃料圧送を行う簡単なカムプロフイルを有
するカム機構を用いてプランジヤを圧縮作動し、
もつてプランジヤ室内の燃料をパイロツト噴射用
と主噴射用との２段階の圧送を行うように構成す
る一方、プランジヤのプランジヤ室を低圧燃料側
へリリーフする通路に電磁開閉弁を介装し、機関
の運転状態を入力して該運転状態に応じた主噴射
及びパイロツト噴射のための圧送時期並びに圧送
期間を制御すべく、前記電磁開閉弁に開閉信号を
付与する制御回路を設けて、燃料噴射ポンプを構
成するものである。

＜実施例＞以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図Ａ，Ｂに示す実施例において、燃料噴射
ポンプ１０は機関回転に同期して回転するドライ
ブシヤフト１１によつて回転駆動される。ドライ
ブシヤフト１１はベーンポンプ１２を作動して図
示しない燃料タンクの燃料を、燃料インレツト１
３を介してポンプ室１４内に機関回転速度に応じ
た圧力に調圧されて導入される。導入された燃料
は各作動部分の潤滑を行うと同時に、吸入ポート
１５を介して高圧プランジヤポンプに送られる。

該高圧プランジヤポンプのプランジヤ１６はド
ライブシヤフト１１に継手１７を介して軸方向移
動自由に連結されており、ドライブシヤフト１１
により回転駆動される。

プランジヤ１６の基端には内燃機関のシリンダ
数と同数のフエイスカム２１ａを有するカムデイ
スク２１が設けられており、ローラリング２２に
設けられたローラをこのフエイスカム２１ａが接
触しつつ乗り越えるたびごとに所定リフトだけプ
ランジヤ１６がバレル２３内を往復動するカム機
構２０を構成している。従つてプランジヤ１６は
回転しながら往復運動をし、この往復運動によつ
て吸入ポート１５からプランジヤ室２５内に吸入
された燃料が分配ポート２６より図示しないデリ
バリバルブを通つて各機関シリンダ毎に設けた噴
射ノズルと圧送されるのである。

前記ローラリング２２はロツド２７を介してポ
ンプハウジング１０Ａに連結固定されている。

ポンプ室１４内の燃料は燃料オーバーフローパ
イプ２８を介して図示しない低圧燃料源ヘリター
ンされる。

また前記吸入ポート１５には電磁開閉弁３０が
介装されており、該電磁開閉弁３０が吸入ポート
１５を開弁した状態では、プランジヤ１６が圧送
工程（図で右動）にあつてもプランジヤ室２５内
の燃料が吸入ポート１５を介して低圧側のポンプ
室１４内にリリーフされる結果、分配ポート２６
を介して各機関シリンダへ燃料が圧送されること
がない。これとは逆に、プランジヤ１６の圧送行
程において電磁開閉弁３０が閉弁状態であればプ
ランジヤ室２５内の燃料圧力が高まり、分配ポー
ト２６を介して燃料の圧送がなされるのである。

上記構成は単一のプランジヤをカム機構によつ
て回転往復動し、燃料を吸入圧送する公知の分配
型燃料噴射ポンプと大略において同様である。但
しローラリング２２をポンプハウジング１０Ａに
固定する点、及びプランジヤ室２５内の高圧燃料
をコントロールスリーブを用いてポンプ室にリリ
ーフする遠心式ガバナ等のガバナ機構を備えてい
ない点が主として相違している。

ここにおいて、本発明ではカムデイスク２１と
ローラリング２２とからなるカム機構２０の構成
並びに電磁開閉弁３０の構成に、次に述べるよう
な独特な構成を採用するのである。

即ち、カム機構２０においては、フエイスカム
２１ａの各１山のカムプロフイルを第２図ａに示
すように、プランジヤ１６の１圧縮工程中にパイ
ロツト噴射用カム区間部ｍと主噴射用カム区間部
ｎを有するように形成する。またポンプハウジン
グ１０Ａに組み込まれる電磁開閉弁３０は第３図
に示すように吸入ポート１５の一部を構成する燃
料通路１５ａにニードル３１を介装し、該ニード
ルに設けたアーマチユア３２に電磁力を及ぼす開
弁用と閉弁用との２つのソレノイド３３，３４に
よつてニードル３１を開閉弁制御する。ニードル
３１にはその軸方向に貫通してその両端に延びる
圧力バランス通路３５を設ける。従つてニードル
３１端面に設けた背圧室３６には常に燃料通路１
５ａ圧力バランス通路３５を通じてプランジヤ室
２５の燃料圧力が導かれることになり、ニードル
３１の両端面に作用する燃料圧力が略バランスし
て前記ソレノイド３３，３４によるニードル開閉
弁作動が小さな力で可能となるようにしている。
尚図中３７はニードル３１よりもプランジヤ室２
５側の燃料通路１５ａに介装したオリフイスであ
り、３８はニードル３１を常時開弁方向に弾性付
勢する比較的弱いばね荷重のスプリングである。

このような構成によつて第２図ｂに示すように
ニードル３１を閉弁作動する時期θ₁、θ₃及び期間
θ₂、θ₄を制御することにより、パイロツト噴射及
び主噴射用の燃料圧送時期及び期間を制御するの
である。そしてかかる制御は第４図に示すように
機関運転状態検出装置４０からの機関運転状態検
出信号に基づき制御回路５０により前記ソレノイ
ド３３，３４の励・消磁を行うことによつてなさ
れる。

機関運転状態検出装置４０は、例えば機関の負
荷に対応するアクセルペダル踏角Accに比例した
電圧を出力するアクセルセンサ４１と、機関の回
転速度を検出するためのクランク角度の基準信号
を発する基準クランク角度信号S₁発生装置４２及
びクランク単位パルス信号を発する単位パルス信
号発生装置４３と、車両がアイドリング状態にあ
ることを代表してトランスミツシヨンのニユート
ラル位置を検出するニユートラルスイツチ４４
と、によつて構成されている。

これら各検出手段からの検出信号を制御回路５
０の入力インターフエイス５１に入力し、これら
各信号をマイクロプロセツサー５２が予めROM
５３及びRAM５４に記憶された手順に従つて演
算し、出力インターフエイス５５を介してソレノ
イド３３，３４のドライバ５６に信号を出力する
ようになつている。該ドライバ５６にはソレノイ
ド３３，３４に所定の電圧信号を出力すべく電圧
電源５７が接続されている。

第５図は前記制御回路５０における演算システ
ムをブロツクで示したものであつて、これと第２
図に基づいて本発明の制御例を次に説明する。

機関回路速度演算装置５０１は単位パルス信号
発生装置４３から出力される単位時間あたりの単
位パルスS₄（第２図ｆ）の数をカウントすること
により、機関回転速度Ｎに比例した電圧を出力す
る。

パイロツト噴射時期演算装置５０２は予め機関
回転速度Ｎとアクセル開度Accとに対応するパイ
ロツト噴射時期θ₁（基準クランク角度信号発生装
置４１から出力される基準パルス信号S₁の立ち上
がり時点から計算された電磁開閉弁３０の閉弁開
始時期）を予め定めておき、これを機関回転速度
演算装置５０１の検出信号とアクセルセンサ４１
の検出信号とによりテーブルルツクアツプし、そ
のときの運転状態における機関回転速度とアクセ
ル踏角に応じたパイロツト噴射時期θ₁信号を出力
する。パイロツト噴射期間演算装置５０３、主噴
射時期演算装置５０４、主噴射期間演算装置５０
５は、夫々上記パイロツト噴射時期演算装置５０
２と同様に、そのときの機関回転速度及びアクセ
ル踏角に応じたパイロツト噴射期間θ₂、主噴射時
期θ₃、主噴射期間θ₄によりこれに対応する予め記
憶された値に夫々テーブルルツクアツプし、演算
して出力する装置である。尚、ここにおいてパイ
ロツト噴射期間θ₂は電磁開閉弁の閉弁期間であ
り、主噴射時期θ₃は基準パルス信号S₁の立ち上が
り時点から計算された電磁開閉弁３０の閉弁時点
であり、主噴射期間θ₄は電磁開閉弁３０の主噴射
用閉弁期間である。

尚、電磁開閉弁３０におけるソレノイド３３，
３４の通電制御は第２図ｄ，ｅのように行う。即
ち閉弁用ソレノイド３４の通電信号S₂はパイロツ
ト噴射時期θ₁、主噴射時期θ₃に先立つてθ₀の期間
だけ低電圧である暗電圧V₁を付与しておき、次
にくる閉弁電圧V₂のち上がりを容易にして電磁
開閉弁３０の閉弁動作を素早く行う。一旦閉弁動
作を行つたあとは閉弁用ソレノイド３４のコアと
アーマチユア３２とのギヤツプが小さくなること
から、パイロツト噴射期間θ₂、主噴射期間θ₄にお
いて低電圧V₃を付与するだけで足りるようにな
る。一方、開弁用ソレノイド３３の通電信号S₃は
閉弁用ソレノイド３４の通電信号S₂の終了時期と
同時に通電電圧V₄をパルス的に与える。このよ
うにして閉弁用ソレノイド３４と開弁用ソレノイ
ド３３とを共に用いたことによりニードル３１の
開弁動作は極めて応答性良くなされ得るのであ
る。

前記暗電圧の付与開始時点（θ₁−θ₀）及び（θ₃
−θ₀）は暗電流付与時期演算回路５０６，５０７
において夫々なされる。

カウンタ５０８，５０９，５１０，５１１はい
ずれも基準パルス信号S₁のパルス立ち上がりで起
動され、夫々の出力信号が入力される比較回路５
１２，５１３，５１４，５１５の出力によつてリ
セツトされるものであつて、夫々順にパイロツト
噴射のための閉弁用ソレノイドの暗電圧付与時点
（θ₁−θ₀）（カウント信号S₅）、パイロツト噴射時
期θ₁、主噴射のための閉弁用ソレノイドの暗電圧
付与開始時点（θ₃−θ₀）、主噴射時期θ₃の値をカ
ウントする。そしてこれらカウント値と演算装置
５０２，５０４及び演算回路５０６，５０７の演
算値とを比較回路５１２〜５１５において夫々比
較し、カウント値が演算値以上になつた段階にお
いてハイレベル信号を夫々出力する。ここにおい
て比較回路５１２，５１３から出力されるハイレ
ベル信号S₆，S₇は第２図ｈ，ｉに示す如く、パル
ス巾が非常に小さいパルス信号となる。

カウンタ５１６，５１７は夫々前記比較回路５
１３，５１５ハイレベル出力信号によつて起動さ
れ、夫々の出力信号が入力される比較回路５１
８，５１９の出力によつてリセツトされるもの
で、夫々パイロツト噴射期間θ₂及び主噴射期間θ₄
の値をカウントする。そして比較回路５１８，５
１９においては、かかるカウント値と演算装置５
０３，５０５の演算値との比較を行い、カウント
値が演算値以上になつた段階でハイレベル信号を
出力する。

５２０はRSフリツプフロツプ回路で、比較回
路５１２の出力信号S₆によつてセツトされ、パイ
ロツト噴射の暗電圧パルス信号S₉を出力し、比較
回路５１３から出力されるパイロツト噴射時期θ₁
の出力信号によつてリセツトされる。

単安定マルチバイブレータ５２１は信号S₇の立
ち上がりと同時に所定の巾のパルス信号S₁₀を出
力する。このパルス信号S₁₀は前述したように高
電圧となつている。

RSフリツプフロツプ５２２は信号S₁₀の立ち上
がりによつてセツトされ、比較回路５１８から出
力されるハイレベル信号S₈の入力によつてリセツ
トされるまでの間、閉弁用ソレノイド３４を通電
励磁するパルス信号S₁₁を出力するのである。そ
してこれらのパルス信号S₁₀，S₁₁はパワートラン
ジスタ５２４，５２５，５２６のベース端子に入
力されてこれらをオンとし、夫々電圧電源から供
給される通電電圧V₁，V₂，V₃の電圧でもつて電
圧電源から供給される閉弁用ソレノイド３４の前
記通電信号S₂を閉弁用ソレノイド３４に出力する
のである。尚、図において５３０はAND回路で
あり、５３１，５３２，５３３はOR回路であ
る。

一方単安定マルチバイブレータ装置５２１は閉
弁用ソレノイド３４の通電保持信号S₁₁の立ち下
がり時に立ち上がるパルス信号を発生する。これ
によつて開弁用ソレノイド３３を通電励磁し、電
磁開閉弁を開作動する。

フリツプフロツプ５４１、単安定マルチバイブ
レータ５４２、フリツプフロツプ５４３、単安定
マルチバイブレータ５４４は夫々前記パイロツト
噴射用の制御回路に対応して主噴射用に作動する
回路であつて、これらはパイロツト噴射に準じて
同様に構成されるから、その説明は省略する。そ
してこれらパイロツト噴射用及び主噴射用出力信
号がともにOR回路５３１，５３２，５３３，５
３４を介して閉弁用ソレノイド３４、開弁用ソレ
ノイド３３の通電電流を通電制御するものであ
る。従つて以上の説明にかかる回路構成では、パ
イロツト噴射と主噴射がほぼ同様の演算処理がな
されるが、パイロツト噴射用にニユートラルスイ
ツチ４４の出力信号がAND回路５２８，５２９，
５３０に入力されるから、ニユートラルスイツチ
４４がトランスミツシヨンのニユートラル状態を
検出したときにのみ、即ち機関がアイドリング回
転のときのみパイロツト噴射を行わせしめること
になるのである。かかる制御は暖機中を含めて機
関アイドリング時にパイロツト噴射がなされ、着
火遅れを早めて緩慢燃焼を行わせる結果、当該運
転状態における燃焼騒音並びに振動を低減させる
ことができる。しかし、一旦ニユートラルスイツ
チ４４がオフとなり、アイドル運転が停止される
走行中になると、パイロツト噴射は停止され、燃
費を向上すると共にHCエミツシヨンの悪化を極
力防止することができるのである。

上記実施例においては機関アイドリング状態に
おいてのみパイロツト噴射を行わせるべく構成し
たが、これに限らず機関低速低負荷時においても
パイロツト噴射を行わせるべく構成する等機関運
転状態に応じ、パイロツト噴射の有無及びパイロ
ツト噴射時期、噴射期間を任意に制御すべく構成
してもよい。従つて機関運転状態検出装置として
は上記実施例の他に例えばニユートラルスイツチ
を省いて機関回転運動と機関負荷からパイロツト
噴射を行うべき運転条件を検出してもよく、また
車速に応じてパイロツト噴射すれば低速走行時に
騒音を低下させるようにする等種々の運転状態に
対応するパイロツト噴射を行うようにすることが
できる。主噴射時期及び時間は電磁開閉弁の自由
な操作により任意にかつ精度よく制御できること
は言うまでもない。

尚本発明とは別にカム機構をプランジヤの圧縮
工程時に２段階に燃料圧送すべく構成せずに、カ
ムリフト特性を従来の如くプランジヤの一圧縮行
程中に一段階の燃料圧送を行うべくカムプロフイ
ルを構成したものにおいても、電磁開閉弁の開閉
操作を工夫することにより、パイロツト噴射及び
主噴射の噴射時期、噴射期間を制御することが可
能である。しかしこのようにすると、パイロツト
噴射と主噴射との間の噴射にあずからない区間で
あつても、プランジヤの圧縮ストロークがなされ
るから制限されたプランジヤ圧縮ストロークに無
駄が生じ、その結果パイロツト噴射圧並びに主噴
射圧力を有効に獲得できないという不都合があ
る。

＜効果＞以上述べたように、本発明によると圧送工程中
に２段階の燃料圧送を行う簡単なカムプロフイル
を有するカム機構を用いてプランジヤを圧縮作動
させ、もつてパイロツト噴射用と主噴射用との２
段階の燃料圧送を行うと共に、プランジヤ室を低
圧燃料側へリリーフする通路に電磁開閉弁を介装
し、該電磁開閉弁を機関運転状態に応じて開閉制
御するようにしたから、圧送燃料そのものを直接
低圧燃料側へリリーフすることになつて、その構
成は極めて簡単になる。また電磁開閉弁の開閉制
御によつて容易にパイロツト噴射及び主噴射の時
期及び期間を精度良く制御することができ、機関
運転状態に応じ必要なパイロツト噴射を得て、機
関騒音並びに振動を低減し、或いはパイロツト噴
射を停止して燃費の向上並びに出力向上を図るこ
とができる。そして更にはカムプロフイルを前記
の如く２段階の燃料圧送を行うべく形成したの
で、プランジヤの有効ストロークを十分に確保す
ることができ、もつて十分な燃料圧送圧力を確保
することにより、燃料噴射弁における燃料噴射率
制御を任意にかつ容易に行うことができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示しＡは縦断面
図、Ｂは同上のＡ−Ａ矢視断面図、第２図は同上
実施例におけるカムリフトに対する信号波形図、
第３図は同上実施例における電磁開閉弁の一例を
示す縦断面図、第４図は本実施例の機関運転状態
検出装置と制御回路及び開弁用並びに閉弁用ソレ
ノイドとの機能的係合関係を示すブロツク図、第
５図は本発明の実施例における制御回路の一例を
示すブロツク図である。１４……ポンプ室（低圧側）、１５……吸入ポ
ート、１６……プランジヤ、２０……カム機構、
２１……カムデイスク、２１ａ……フエイスカ
ム、２２……ローラリング、２５……プランジヤ
室、３０……電磁開閉弁、４０……機関運転状態
検出装置、５０……制御回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１内燃機関の回転に同期して作動するカム機構
２０と、該カム機構に基づいて往復運動すること
により燃料をプランジヤ室２５内に吸入しこれよ
り圧送するプランジヤ１６と、を備えた内燃機関
の燃料噴射ポンプにおいて、前記カム機構を、前
記プランジヤの圧送工程中にパイロツト噴射用と
主噴射用との２段階の燃料圧送を行うべくカムプ
ロフイルｍ，ｎを形成する一方、前記プランジヤ
室を低圧燃料側へ連通する通路１５に介装した電
磁開閉弁３０と、機関の運転状態を入力して該運
転状態に応じた主噴射及びパイロツト噴射のため
の圧送時期及び圧送期間を制御すべく前記電磁開
閉弁に開閉信号を付与する制御回路５０と、を設
けたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射ポン
プ。