JPH0647965B2 - デイ−ゼル機関用燃料噴射率制御装置 - Google Patents

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エンジンのアイドル時の騒音振動低
下および高速高負荷時の出力アップをはかるために燃料
噴射率を電気的に制御する機構を有する燃料噴射率制御
装置に関する。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンにおいてはアイドル運転時の燃焼音
振動が大きいという問題があり、この対策としてアイド
ル運転時の噴射率を下げ、燃焼噴射期間を長くするとい
うことが有効であることは知られている（例えば特開昭
５７−８６５３２号公報のもの）。

一般に燃料噴射装置においては噴射時期、噴射量、噴射
率の制御が必要であるが、噴射時期、噴射量に比して噴
射率の制御は困難である。その理由は非常に短期間の内
に高圧燃料の噴射量を制御しなければならないからであ
り、この為従来の噴射率の制御は噴射ノズルの噴射口の
構造によるものが多く知られている。これらは噴射弁の
開放の過程において噴射口の実効的な開口面積を変化す
るものや口径の異なる２種類の噴射弁を有し、噴射の前
期と後期で噴射経路を変えるものなどが公知である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記従来装置に鑑みなされたもので、例えばア
イドリング及び軽負荷時の燃料噴射率を下げ、安定した
回転状態のまま騒音、振動を低減可能とする。又、高速
高負荷時にはリリーフ圧をポンプ発生圧力以上に保ち噴
射率を大きくすることにより十分な出力を確保できるデ
ィーゼルエンジン用燃料噴射率制御装置を提供しようと
するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、ディーゼル機関の
運転条件を電気信号として検出する運転条件検出器と、
この運転条件検出器からの信号を受けて機関の噴射量指
令値を演算し、この噴射量指令値に従って燃料噴射ポン
プの燃料噴射量を制御する制御手段と、前記機関の運転
条件に基づき、前記噴射ポンプから噴射ノズルまでの高
圧流路内の燃料を低圧流路に導くリリーフ弁の開弁圧を
電磁力により可変して噴射圧力を制御する噴射圧力制御
電磁弁と、該噴射圧力制御電磁弁の作動に応じて前記噴
射量指令値を変更するようにしている。

〔実施例〕

以下本発明になる装置を図面に示す実施例により説明す
る。第１図は本発明の一実施例を示す構成図、ボッシュ
式分配型燃料噴射ポンプにこの発明になる装置を適用し
たものである。６は４サイクルディーゼル機関、５は燃
料噴射ポンプ、４１はポンプ駆動軸で４サイクル機関で
はクランク軸回転数の１／２の回転数で駆動されるベー
ン式ポンプを用い、燃料タンク６２より燃料フィルタ６
３を経た燃料を入口４３より吸入し、出口４４に吐出す
る。出口４４を出た燃料はポンプハウジング内の燃料溜
４５に充満され燃料圧調節器４６にて圧力調節され、余
分な燃料は燃料タンク６２に戻される。フェイスカム４
７とポンププランジャ４８とは一体化されており、ポン
プ駆動軸４１とカップリング４９にて結合され回転力が
伝えられている。このフェイスカム４７はプランジャス
プリング５０によってローラ５１に押しつけられている
ので、ポンプ駆動軸４１の回転に伴ってプランジャ４８
は往復運動と回転運動とを行ない、燃料を吸入口５２よ
り吸入した後分配圧送を行なう。

７０は電気的にリリーフ圧力が可変できる噴射圧力制御
電磁弁である。７１はそのハウジングで、高圧室５６か
らの内圧が作用する受圧面積を決めるシート部７１ａ、
高圧室５６の燃料を前記ポンプハウジング内の燃料溜４
５に戻す流路７１ｂを備えている。７２はプランジャで
ハウジング７１内の円筒円周部７１ｃに軸方向に移動可
能となっており磁性材料よりなるムービングコア７２ａ
と一体化されている。７３はコイルで電気的制御回路２
より通電制御される。７４はリターンスプリングで前記
コイルに流れる電流による電磁力と加算された力でプラ
ンジャ７２を前記シート部７１ａに押しつけており高圧
室５６のリリーフ圧力を設定している。

なおプランジャ７２の作用力はプランジャが高圧燃料を
リリーフすることによるリフト変化に対してあまり力が
変わらないようにリターンスプリングのバネ定数とエア
ギャップを選んである。即ち第２図に示す如く、プラン
ジャのリフトに対してリターンバネ力Ｆ_Ｓと電磁力Ｆ_Ｅ
の合計としてのセット荷重Ｆ_Ｒが概略一定になるように
している。ここでリリーフ圧力Ｐ_Ｒとセット荷重Ｆ_Ｒの
関係はＰ_Ｒ＝Ｆ_Ｒ×（４／πｄ^２）と表され、ここにｄ
は前記シート部７１ａの直径である。７５はスプリング
リテーナでシール用Ｏリング７５ａおよびネジ部７５ｃ
をもちスプリングセット荷重が調整可能となっている。
７６はバルブエンドでハウジング７１にねじ締め固定さ
れている。

燃料の圧送はプランジャ４８が矢印ｂ方向に移動し、吸
入口５２を閉鎖した時期より始まり、分配通路５３、デ
リバリバルブ５４を出て高圧配管を経由し噴射ノズルよ
り機関の各気筒に噴射される。プランジャの移動に伴い
高圧室５６内の圧力が前記噴射圧力制御電磁弁７０のリ
リーフ圧力をこえると該噴射圧力制御弁７０のプランジ
ャ７２がリフトし、高圧室５６内の最高圧力をリリーフ
設定圧力に保つ。さらにプランジャ４８が矢印ｂ方向に
移動してスピルポート５５が燃料調節部材をなすスピル
リング４の右側（ｂ方向側）端面より燃料溜４５に開放
された時燃料の圧送が終了する。従ってスピルリング４
をプランジャ４８の軸方向に移動させることにより、燃
料噴射量の調節が可能である。

３は電磁式アクチュエータでコイル３１に流れる電流に
よって発生する矢印ａ方向の力とバネ３５によって発生
する矢印ａ方向と反対方向の力との釣合いによって、ム
ービングコア３３の位置を定める。このムービングコア
３３は連接棒３４とリンク機構３８を介してスピルリン
グ４を移動させ燃料噴射量を調節する。１ｂは機関の回
転数を検出する回転数検出器であり、ポンプ駆動軸４１
に直結されたギヤ１ｂ１の回転数を電磁ピックアップ１
ｂ２より検出し、この電気信号を機関の回転数信号とし
て電気的制御回路２に入力する。１ａは例えばポテンシ
ョメータを用いたアクセル操作量検出器であり、アクセ
ル操作量に対応した電気信号を電気的制御回路２に入力
する。８１はバッテリ電圧およびスタータがＯＮかＯＦ
Ｆかを検出するキースイッチである。

電気的制御回路２は機関の回転数検出器１ｂ、アクセル
操作量検出器１ａ、キースイッチ８１からそれぞれ検出
信号を受けて、前記噴射圧力制御電磁弁７０に流す目標
電流値を演算し出力する。該電気的制御回路２内には、
電流制御回路２１を備える。

第６図に電流制御回路２１の具体的な実施例を示す。２
２はマイクロコンピュータであり、前記目標電流値や後
述する目標噴射量、目標位置等を演算する。演算された
目標電流値のデジタル値はＤ／Ａコンバータ２１１に入
力され目標電流値に対応したアナログ電圧となる。一方
電磁弁７０に流れる電流は、電流検出抵抗２１５により
検出され、電流検出アンプ２１３に通して実電流信号と
して誤差補正アンプ２１２に入力される。誤差補正アン
プ２１２は前記目標電流値と前記実電流信号が一致する
ように、トランジスタ２１４のベース電流を制御する。
このように、電流制御回路２１はマイクロコンピュータ
２２で演算された目標電流値と電磁弁７０に流れる実電
流が一致するべく働く。コンデンサ２１６は、以上の動
作を発振することなく安定に作動させる為のものであ
る。

一方、電気的制御回路２は燃料噴射ポンプの目標噴射量
に対応したスピルリング４の目標位置を演算し、この目
標位置を表わす信号と実位置検出器７よりの実位置信号
とを比較し、これらの誤差に基づき電磁式アクチュエー
タ３に信号を与え、その誤差を修正するよう電磁式アク
チュエータ３を駆動する。本実施例ではこの目標噴射量
および目標位置の演算を例えば特開昭５７−２０５２５
号公報に示されるようにマイクロコンピュータ２２によ
って行なっている。

第３図は噴射圧力調節弁７０の電流に対するリリーフ圧
力Ｐ_Ｒを示すものでＰ_Ｎは噴射ノズル開弁圧を示す。電
流Ｉが零の場合（左端）のリリーフ圧力がリターンスプ
リングのセット荷重Ｆ_Ｓに対応するものである。そし
て、電磁力に対応するセット荷重はコイル電流により直
線的に増加する。即ち機関の運転条件によりコイルに流
す電流を変えてやることにより最高噴射圧を制御し、燃
料噴射率を自由に変えてやることができる。

次に本発明の作動を第４図，第５図の特性図とともに説
明する。第４図は噴射率制御を行なわない場合（従来噴
射ポンプと同じ特性が得られる）であり、即ち圧力制御
電磁弁７０のコイル７３に流す電流を十分大きくして噴
射ポンプが発生する最高圧力以上にリリーフ圧力Ｐ_Ｒを
設定した場合で、(a)は高圧室５６内の噴射圧力を示
す。前記プランジャ４８が矢印ｂの方向に移動すると高
圧室５６内の圧力が上昇する。そして、ノズルの開弁圧
Ｐ_Ｎをこえるとｔ_２点でノズルが開き燃料を噴射し始め
る。さらにプランジャ４８の移動に伴い、高圧室５６の
圧力は第４図(a)の如く上昇する。それに合わせてノズ
ルリフトもさらに大きなものとなり燃料噴射率も第４図
(c)の如き波形となる。さらにプランジャが移動して所
定の噴射量を噴射すると前記スピルポート５５がスピル
リング４の右側端面に開放されｔ_３で圧送が終了する。

第５図は噴射率制御を行なった場合である。第４図同様
(a)は高圧室内の噴射圧力を示す。Ｐ_Ｎはノズルの開弁
圧である。Ｐ_Ｒは前記圧力制御弁のリリーフ圧でリター
ンスプリング７４のセット荷重および機関の運転条件に
より決まる噴射率を得るために電気的制御回路２からコ
イル７３に出力される電流値により発生する吸引力によ
り決定される。ここで前記プランジャ４８が矢印の方向
に移動すると高圧室の圧力が上昇する。そしてノズル開
弁圧Ｐ_Ｎをこえるとｔ_２点でノズルが開き燃料を噴射し
始める。さらにプランジャが移動するとそれに伴い高圧
室５６の圧力は上昇するがリリーフ圧力に達すると噴射
圧力制御電磁弁７０のプランジャ７２かリフトし、流路
７１ｂを通ってハウジング内の燃料溜４５に一部がバイ
パスするため燃料ノズルに圧送される燃料が減少して噴
射ノズルリフト量が抑えられ、噴射率も(c)図の如く小
さくなる。更にプランジャ４８が移動して所定の噴射量
を噴射すると前記スピンポート５５がスピルリング４の
右側端面に開放されｔ_３で圧送が終了する。

なお、上述の例では噴射圧力制御電磁弁７０のスプリン
グセット荷重で対応するリリーフ圧力をノズル開弁圧Ｐ
_Ｎよりもわずかに小さいものとしたが、これをノズル開
弁圧に等しくするか、あるいはわずかに大きいものにし
ても良い。さらには該スプリングセット荷重を十分に小
さくして、リリーフ圧に対応する力をほとんど全て電磁
力によるものとしても同様の効果が得られる。

又、前記圧力制御電磁弁７０をポンプ本体に一体化した
ものとしたが、ポンプから噴射ノズルまでの高圧流路間
に別個に設置するようにしても良い。

ところで、前述の如く高圧室の燃料を逃がして、噴射率
を制御するために、噴射率制御時は通常運転時よりスピ
ルリングを燃料噴射増量側へ移動させて、見かけ上燃料
噴射量を増量する必要がある。

そこで本実施例では、噴射率制御をアイドル回転制御中
（定速回転制御中）に行ない、電磁弁７０の電流値を変
えると同時に、前記スピルリング４の移動を行なうため
の目標噴射量指令値である目標スピル位置も同時に変更
している。そして、その後の回転数のずれはアイドル回
転数の帰還制御により行ない、目標回転数にアイドル回
転数を保つようにしている。

第７図にマイクロコンピュータ２２の動作をフローチャ
ートとして示す。

電気的制御回路２に電源が投入されるとプログラムが起
動され、ステップ９０１でプログラムの初期化が行なわ
れる。ステップ９０２で、アクセル信号やエンジン冷却
水温等、エンジンの運転状態が取込まれる。ステップ９
０３ではエンジン回転数を算出する。ステップ９０４で
は噴射量制御ルーチンを実行する。ステップ９０５で
は、アイドル回転制御実行条件判定ルーチンで例えば第
８図に示す様な条件を判定する。ステップ１１０，１１
１，１１２でアクセル０％で、かつ、エンジン回転数Ｎ
_Ｅがアイドル回転数付近のＮ_Ｌ(rpm)＜Ｎ_Ｅ＜Ｎ_Ｈ(rpm)
の状態が２秒以上経過したかどうかを判定し、ステップ
１１３，１１４でそれぞれスタータがＯＦＦか、車速が
０ｋｍ／ｈかどうかを判定する。全ての条件が満足され
た場合ステップ９０６へ進み、アイドル回転数制御ルー
チンを実行し、つぎのステップ９０７へ噴射率制御ルー
チンへと移行する。アイドル回転数制御は例えば特開昭
５７−１４０５３１号公報の如く行なうものとする。ス
テップ９０５で条件不成立の場合はステップ９０８では
アイドル回転数制御を中止し、９０９で噴射率制御を中
止し、すなわち後述のガバナパターンを切替えるととも
に前記電磁弁７０へ流す電流を十分大きな値になる様、
電流指令値を出力する。ステップ９０７あるいは９０９
が終了したらステップ９０２へ戻り、プログラムが繰り
返される。

次に第９図に、第７図のステップ９０７の噴射率制御ル
ーチンの詳細フローチャートを示す。

ステップ１０１は噴射率制御ルーチンに入る判定条件で
あり、例えば本実施例では前記ステップ９０６のアイド
ル回転数制御が２秒以上経過したかを判定している。ス
テップ１０２ではアイドルガバナパターンを第１０図
(a)のパターンから(b)のパターンに切替える。この時冷
却水温によって選択されるガバナパターンが異なり、水
温が低い程同じ回転数でも噴射量大となるようになって
いる。ステップ１０３ではガバナパターン切替後のディ
レイ時間（ｔ_Ｄ）を設定している。これは噴射量制御ア
クチュエータであるリニアソレノイドの応答が電磁弁７
０に比べて遅いためであり、ｔ_Ｄの値は１０−５０ミリ
秒程度の時間である。ステップ１０４では電磁弁に流す
電流値を切り変えている。ここで噴射率制御時の切替流
値は第１１図の如き水温の関数となっている。ステップ
１０５では噴射率制御前と同様にアイドル回転数制御を
行なう。

ステップ１０１〜１０５が繰り返し実行されることによ
り、アイドル回転数制御ルーチンによりエンジン回転数
を一定にすべく、スピルリングを制御し、目標のスピル
位置にすなわち目標の噴射率に制御される。

〔他の実施例〕

なお、本実施例では噴射量制御に電磁式アクチュエータ
３を使用した例を示したが、第１２図に示すような高圧
流路内に配した溢流電磁弁１００を備えたシステムに適
用しても同様の効果が得られる。ここで噴射量制御につ
いては特開昭５８−１８７５３７号公報に示されるよう
にすれば良い。溢流電流弁を用いたシステムにおいて
は、前記電磁アクチュエータ（リニアソレノイド）の応
答遅れは無いので第９図におけるステップ１０３は不要
である。又ガバナパターンの切替時に行なう動作として
は溢流電磁弁の溢流時期（通電時期）を変更することに
なる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は、電磁力によってリリーフ
弁の開弁圧を制御して直接的に噴射圧力を制御すること
が可能になるとともに、噴射圧力の変更に伴い変化する
噴射量も連動して変更するので、噴射率制御の自由度が
向上するとともに、高負荷時には充分な出力を確保でき
るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
圧力制御電磁弁のプランジャリフト量とプランジャ作用
力の関係を示す特性図、第３図は圧力制御電磁弁に流れ
る電流値とリリーフ圧力の関係を示す特性図、第４図及
び第５図は各々噴射率の制御状態を示す波形図、第６図
は第１図中の電流制御回路の電気回路図、第７図，第８
図，第９図は第１図の制御回路における処理手順を示す
フローチャート、第１０図は噴射率制御を行なう場合と
行なわない場合のアイドルガバナパターンを示す特性
図、第１１図は噴射率制御時の冷却水温に対する電磁弁
電流を示す特性図、第１２図は本発明の他の実施例示す
要部構成図である。 １ａ……アクセル操作量検出器，１ｂ……回転数検出
器，２……電気的制御回路，３……電磁式アクチュエー
タ，５……燃料噴射ポンプ，６……ディーゼル機関，７
０……圧力制御電磁弁，１００……溢流電磁弁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼル機関の運転条件を電気信号とし
   て検出する運転条件検出器と、 この運転条件検出器からの信号を受けて機関の噴射量指
   令値を演算し、この噴射量指令値に従って燃料噴射ポン
   プの燃料噴射量を制御する制御手段と、 前記機関の運転条件に基づき、前記噴射ポンプから噴射
   ノズルまでの高圧流路内の燃料を低圧流路に導くリリー
   フ弁の開弁圧を電磁力により可変して噴射圧力を制御す
   る噴射圧力制御電磁弁と、 該噴射圧力制御電磁弁の作動に応じて前記噴射量指令値
   を変更することを特徴とするディーゼル機関用燃料噴射
   率制御装置。
2. 【請求項２】前記電磁弁の電磁力が電流値によって制御
   されるものでり、この電流値は機関の冷却水温の関数で
   あることを特徴とするディーゼル機関用燃料噴射率制御
   装置。
3. 【請求項３】前記噴射量指令値の変更分は機関の冷却水
   温の関数であることを特徴とするディーゼル機関用燃料
   噴射率制御装置。