JPH08326558A - ディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 タイマピストン８による燃料噴射時期進角制
御の応答性を向上させ。 【構成】 タイマピストン８の一端にフィードポンプ３
の吐出側（ポンプ室４）と連通して燃料圧力を進角側に
作用させる高圧室23が形成され、他端にフィードポンプ
３の吸入側のサクション室24と連通する低圧室26が形成
される。高圧室23と低圧室26とを連通する連通路28に制
御弁29が介装されて、この制御弁29のデューティ制御に
よりタイマピストン８の位置が制御される。ここで、フ
ィードポンプ３のサクション室24へ燃料を供給する燃料
通路を互いに並列な第１及び第２の燃料通路30，31に分
けて、第１の燃料通路30に開閉弁32を介装し、第２の燃
料通路31にオリフィス33を設ける。開閉弁32は加速時及
び始動時に閉じるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジン用
燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のディーゼルエンジンの分配型燃料
噴射ポンプにおいては、燃料噴射時期制御部材としてタ
イマピストンが備えられ、このタイマピストンの移動位
置に応じて燃料噴射時期が制御されるようになってい
る。（1984年11月１日、グランプリ出版発行「ディーゼ
ル乗用車最新テクノロジー」 132〜133 頁、及び、昭和
63年６月10日、山海堂発行「ディーゼル燃料噴射」 203
〜204 頁参照） ここで、タイマピストンに対しては、その一端側に、フ
ィードポンプにより圧送されたポンプ室内の高圧燃料
（圧力はポンプ回転数に依存）が導かれる高圧室が形成
され、また、他端側に、フィードポンプの吸入側のサク
ション室と連通する低圧室が形成されている。

【０００３】更に、高圧室と低圧室とを連通する連通路
が設けられて、この連通路に電磁式の制御弁が介装され
ている。この制御弁の開閉は常時デューティ制御で行
い、高圧室から低圧室に流れる燃料量をデューティ比に
よって制御することで、高圧室の圧力を制御している。
このようにして、高圧室と低圧室との差圧を制御し、予
めタイマーピストンに作用させたスプリングとの釣合い
によって、タイマピストンの位置を制御して、燃料噴射
時期を制御している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の燃料噴射時期制御装置では、タイマピストン
の駆動を高圧室（ポンプ室）と低圧室（サクション室）
との差圧によって行う機構のため、フィードポンプの効
率の低い低回転領域では差圧が十分に発達せず、速やか
なタイマピストン位置の制御が困難であるという問題点
があった。

【０００５】また、エンジンの加速時や始動時など速や
かな燃料噴射時期の進角が必要な場合に制御遅れが生
じ、加速時のスモーク・ＰＭの悪化や燃費の悪化、始動
時の始動不良や排気の悪化が起こるという問題点があっ
た。本発明は、このような従来の問題点を解決すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、タイマピストンの移動位置に応じて燃料噴
射時期を制御するディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプ
の燃料噴射時期制御装置であって、前記タイマピストン
の一端にフィードポンプの吐出側と連通して燃料圧力を
進角側に作用させる高圧室を、他端にフィードポンプの
吸入側のサクション室と連通する低圧室をそれぞれ形成
し、前記高圧室と前記低圧室とを連通する連通路を設け
て、この連通路に制御弁を介装してなるものにおいて、
前記フィードポンプのサクション室へ燃料を供給する燃
料通路を互いに並列な第１及び第２の燃料通路に分け
て、第１の燃料通路に開閉弁を介装し、第２の燃料通路
にオリフィスを設けたことを特徴とする。

【０００７】請求項２に係る発明では、エンジンの加速
時を検出する加速時検出手段と、加速時に前記開閉弁を
閉じる弁制御手段とを設けたことを特徴とする。請求項
３に係る発明では、請求項２に係る発明において、エン
ジン回転数に応じて前記開閉弁の閉時間を決定する閉時
間決定手段を有し、前記弁制御手段は、加速開始から前
記閉時間、前記開閉弁を閉じるものであることを特徴と
する。

【０００８】請求項４に係る発明では、エンジンの始動
時を検出する始動時検出手段と、始動時に前記開閉弁を
閉じる弁制御手段とを設けたことを特徴とする。請求項
５に係る発明では、前記第２の燃料通路は前記第１の燃
料通路を開閉する開閉弁の弁体に形成されることを特徴
とする。

【０００９】

【作用】請求項１に係る発明の作用は次の通りである。
燃料噴射時期を進角させる場合、制御弁の制御により、
連通路による高圧室から低圧室への燃料の逃げ量を少な
くすることで、タイマピストンに作用する差圧を大きく
し、これによりタイマピストンを進角側へ移動させる
が、速やかな燃料噴射時期の進角が必要なときは、第１
の燃料通路の開閉弁を閉じ、フィードポンプのサクショ
ン室へ燃料を供給する燃料通路をオリフィスを有する第
２の燃料通路のみとする。これによって、サクション室
の低圧が発達して、タイマピストンに作用する差圧がよ
り大きくなり、タイマピストンがより速やかに進角側へ
移動するので、燃料噴射時期進角制御の応答性が向上す
る。

【００１０】請求項２に係る発明では、エンジンの加速
時に開閉弁を閉じることで、加速時に燃料噴射時期が速
やかに進角側に制御され、良好な加速性等が得られる。
請求項３に係る発明では、エンジン回転数に応じて開閉
弁の閉時間を決定することで、高回転側では閉時間を短
くして、負圧によるキャビテーションの発生を防止でき
る。

【００１１】請求項４に係る発明では、エンジンの始動
時に開閉弁を閉じることで、始動時に燃料噴射時期が速
やかに進角側に制御され、良好な始動性等が得られる。
請求項５に係る発明では、第２の燃料通路を第１の燃料
通路を開閉する開閉弁の弁体に形成することで、ポンプ
に設ける燃料通路を１つにしてコスト低減を可能にし、
弁体の交換のみで第２の燃料通路のオリフィス径を変更
できるようになる。

【００１２】

【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。図１はディーゼルエンジン用分配型燃料噴射ポン
プの断面図、図２は同上ポンプの燃料噴射時期制御装置
部分の断面図である。燃料噴射ポンプ１において、エン
ジンにより回転駆動される駆動軸２によりポンプケース
内のフィードポンプ３が駆動され、このフィードポンプ
３により燃料タンク（図示せず）から燃料が吸入されて
ポンプケース内のポンプ室４に導かれる。

【００１３】駆動軸２に対してはその軸方向に相対移動
できるように連結したカムディスク５を持つプランジャ
６が同軸上に配設され、このプランジャ６がシリンダ７
の内部で往復動することにより高圧ポンピング作用を行
う。カムディスク５のフランジ面にはタイマピストン８
により位置調整可能なローラホルダ９に保持されたロー
ラと当接する気筒数に対応しての複数のカムが等間隔に
形成され、カムディスク５の回転によりカムがローラを
乗り越える毎にプランジャ６を軸方向に移動させる。従
って、プランジャ６は駆動軸２と同軸的に回転しつつ、
単位回転当たりにカムの数だけ往復動を行う。

【００１４】プランジャ６が図１で左行する吸入行程に
ある場合は、ポンプ室４内の燃料がシリンダ７側の吸入
ポート10からプランジャ６の吸入溝11を介してポンピン
グ室12に吸入され、プランジャ６が図１で右行する圧送
行程に移ると、ポンピング室12の燃料が圧縮されつつプ
ランジャ６の分配溝13からシリンダ７側の複数の吐出ポ
ート14の１つに導かれ、送出弁15から、高圧配管を経
て、燃料噴射ノズル（図示せず）へ圧送される。

【００１５】ここにおいて、タイマピストン８の位置調
整によってローラホルダ９の回動位置を変化させること
で、プランジャ６の往復動の開始タイミングが変化する
から、燃料噴射時期（噴射始め）を変化させることがで
きる。従って、後述のようにタイマピストン８を位置調
整することで、燃料噴射時期（噴射始め）を制御でき
る。

【００１６】また、プランジャ６のシリンダ７外に存す
る部分にはコントロールスリーブ16が摺動自在に嵌挿さ
れ、プランジャ６のカットオフポート17がコントロール
スリーブ16の内周面から外れて露出すると、ポンピング
室12の燃料がカットオフポート17から洩流して噴射終り
となる。従って、電子ガバナ18によりコントロールスリ
ーブ16を位置調整することで、噴射終りすなわち噴射量
を制御できる。

【００１７】電子ガバナ18は、ステップモータ式で、そ
の出力ロッド19の先端に偏心して形成された係合突起20
がコントロールスリーブ16の外周の係合溝に係合してい
て、出力ロッド19の回動位置を制御することにより、コ
ントロールスリーブ16の軸方向位置を制御するようにな
っている。尚、図中の21は吸入ポート10を閉止すること
により燃料の供給を停止することのできるエンジン停止
用の燃料カットバルブを示している。

【００１８】次にタイマピストン８の位置調整による燃
料噴射時期制御装置について図２により詳しく説明す
る。タイマピストン８の一端には、ポンプ室４（フィー
ドポンプ３の吐出側）とオリフィス付きの通路22により
連通する高圧室23が形成され、他端には、フィードポン
プ３の吸入側のサクション室24と通路25により連通する
低圧室26が形成される。そして、低圧室26側にはタイマ
ピストン８を高圧室23側に付勢するスプリング27が収納
されている。

【００１９】また、高圧室23と低圧室26とを連通する連
通路28が設けられて、この連通路28にデューティ制御さ
れる電磁式の制御弁29が介装されている。一方、燃料タ
ンク（図示せず）からフィードポンプ３のサクション室
24へ燃料を供給する燃料通路を互いに並列な第１及び第
２の燃料通路30，31に分けてある。そして、第１の燃料
通路30に電磁式の開閉弁32を介装し、第２の燃料通路31
にオリフィス33を設けてある。

【００２０】前記制御弁29及び開閉弁32は、マイクロコ
ンピュータ内蔵のコントロールユニット34により開閉制
御されるようになっている。この制御のため、コントロ
ールユニット34には各種のセンサから信号が入力されて
いる。前記各種のセンサとしては、回転センサ35が設け
られている。この回転センサ35は、燃料噴射ポンプ１の
駆動軸２に取付けられた外周部に信号発生用の歯を有す
るシグナルディスクプレート36（図１）に対峙させた電
磁ピックアップ式のセンサであり、燃料噴射ポンプ１の
駆動軸２が所定角度回転する毎にパルス信号を発生し、
このパルス信号よりクランク角度を検出すると共に、パ
ルス信号の周期（又は所定時間内のパルス数）よりエン
ジン回転数（燃料噴射ポンプ回転数）Ｎｅを検出可能で
ある。

【００２１】また、エンジン負荷Ｑとしてアクセル開度
を検出するアクセルセンサ37が設けられている。コント
ロールユニット33にはこの他、スタータ信号（38）など
が入力されている。次に作用を説明する。

【００２２】燃料噴射時期を進角させる場合は、制御弁
29へのデューティ比（ＯＮ時間割合）を減少させて、制
御弁29の開弁時間割合を小さくし、連通路28による高圧
室23から低圧室26への燃料の逃げ量を少なくすること
で、タイマピストン８に作用する差圧を大きくし、これ
によりタイマピストン８をスプリング27に抗して低圧室
26側に移動させる。

【００２３】ここにおいて、速やかな燃料噴射時期の進
角が必要な場合、第１の燃料通路30の開閉弁32を閉じ、
フィードポンプ３のサクション室24へ燃料を供給する燃
料通路をオリフィス33を有する第２の燃料通路31のみと
する。これによって、図３に示すように、サクション室
24の低圧が発達して、タイマピストン８に働く差圧が大
きくなり、ピストン８がより速やかに低圧室26側に移動
して、燃料噴射時期が進角する。

【００２４】このように開閉弁32を閉止すると、サクシ
ョン室24の低圧が発達するが、エンジン高回転側では負
圧によるキャビテーションの発生などの不具合が起こら
ないようにするため、第２の燃料通路31のオリフィス33
の径は適切に選定する。また、エンジン回転数Ｎｅに応
じて開閉弁32の閉時間を設定して、回転数Ｎｅが高くな
るほど閉時間を短くし、ポンプ室４の圧力が十分に発達
する所定回転数Ｎｅ１以上では閉時間を０とするとよ
い。

【００２５】尚、燃料噴射時期を遅角させる場合は、制
御弁29へのデューティ比（ＯＮ時間割合）を増大させ
て、制御弁29の開弁時間割合を大きくし、連通路28によ
る高圧室23から低圧室26への燃料の逃げ量を多くするこ
とで、タイマピストン８に作用する差圧を小さくし、こ
れによりタイマピストン８をスプリング27によって高圧
室23側に移動させる。

【００２６】次に開閉弁32の制御について説明する。図
４はコントロールユニット34内の開閉弁32制御部分の第
１の実施例の機能ブロック図であり、エンジンの加速時
を検出する加速時検出手段と、エンジン回転数に応じて
開閉弁の閉時間を決定する閉時間決定手段と、加速時
に、加速開始から前記閉時間、開閉弁を閉じる弁制御手
段とを備える。

【００２７】制御の具体的内容についてはフローチャー
トにより説明する。図５は第１の実施例のフローチャー
トである。尚、本フローは所定時間毎に繰り返し実行さ
れる。ステップ１（図にはＳ１と記してある。以下同
様）では、加速検出フラグＦがセットされている（Ｆ＝
１）か否かを判定し、Ｆ＝０の場合は、ステップ２へ進
む。

【００２８】ステップ２では、エンジン回転数（燃料噴
射ポンプ回転数）Ｎｅ及びエンジン負荷（アクセル開
度）Ｑを入力する。ステップ３では、エンジン負荷の変
化量ΔＱ＝Ｑ−Ｑold を算出する。Ｑoldは前回フロー
で入力したエンジン負荷である。ステップ４では、エン
ジン負荷の変化量ΔＱを所定値ＳＬと比較して、ΔＱ≧
ＳＬ、すなわち加速時か否かを判定する。

【００２９】加速時でない場合（ΔＱ＜ＳＬの場合）
は、ステップ８へ進んで加速検出フラグＦをリセット
（Ｆ＝０）した後、ステップ９で開閉弁32を開いて、本
フローを終了する。加速時の場合（ΔＱ≧ＳＬの場合）
は、加速開始時の処理として、ステップ５，６を実行す
る。

【００３０】ステップ５では、エンジン回転数Ｎｅに応
じて開閉弁32の閉時間ＴＭを定めた図６に示すテーブル
を参照し、実際のエンジン回転数Ｎｅから開閉弁32の閉
時間ＴＭを検索する。ここで、開閉弁32の閉時間は、エ
ンジン回転数Ｎｅが高くなるほど短くし、所定回転数Ｎ
ｅ１以上では０となるようにしてある。ステップ６で
は、加速検出フラグＦをセット（Ｆ＝１）し、加速開始
からの経過時間を計測するため計時用カウンタＣをリセ
ット（Ｃ＝０）する。

【００３１】ステップ５，６（加速開始時の処理）の実
行後は、ステップ７へ進む。また、加速開始後はＦ＝１
になっているので、次回からの本フローの実行時にステ
ップ１からステップ７へ進む。ステップ７では、加速開
始からの経過時間を計測している計時用カウンタＣの値
をエンジン回転数によって定められた閉時間ＴＭと比較
する。

【００３２】加速開始から閉時間ＴＭ内（Ｃ＜ＴＭ）で
あれば、ステップ10へ進んで加速開始からの経過時間を
計測するための計時用カウンタＣをカウントアップした
後、ステップ11で開閉弁32を閉じて、本フローを終了す
る。加速開始から閉時間ＴＭ経過後（Ｃ≧ＴＭ）であれ
ば、ステップ８へ進んで加速検出フラグＦをリセット
（Ｆ＝０）した後、ステップ９で開閉弁32を開いて、本
フローを終了する。

【００３３】ここで、ステップ３，４の部分が加速検出
手段に相当し、ステップ５の部分が閉時間決定手段に相
当し、ステップ７，11の部分が弁制御手段に相当する。
このように、加速開始時に開閉弁32を閉じて、第１の燃
料通路30を閉止することにより、サクション室24の低圧
を発達させて、タイマピストン８に働く差圧を大きくす
ることで、燃料噴射時期を速やかに進角させることがで
きる。

【００３４】これにより、燃料噴射時期進角制御の応答
性向上による排気出力性能の向上、特に低速低負荷運転
時のリタード制御から加速運転時のアドバンス制御への
移行が速やかになり、加速時スモーク・ＰＭの大幅低
減、燃費向上が得られる。また、加速開始からの開閉弁
32の閉時間ＴＭはエンジン回転数Ｎｅに依存させて、高
回転側では閉時間ＴＭを減少ないしゼロにすることによ
り、負圧によるキャビテーションの発生を防止できる。

【００３５】図７はコントロールユニット34内の開閉弁
32制御部分の第２の実施例の機能ブロック図であり、エ
ンジンの加速時を検出する加速時検出手段と、エンジン
回転数に応じて開閉弁の閉時間を決定する閉時間決定手
段と、加速時に加速開始から前記閉時間開閉弁を閉じる
弁制御手段とを備える他、エンジンの始動時を検出する
始動時検出手段と、始動時に開閉弁を閉じる弁制御手段
とを備える。

【００３６】制御の具体的内容についてはフローチャー
トにより説明する。図８は第２の実施例のフローチャー
トである。尚、本フローは所定時間毎に繰り返し実行さ
れる。本フローでは、エンジンの始動時（スタータモー
タの駆動がＯＮの間）に燃料噴射時期が速やかに進角制
御されるようにしている。

【００３７】このため、最初に、ステップ101 でスター
タ信号を入力して、ステップ102 でスタータがＯＮか否
かを判定し、スタータがＯＮの場合は、ステップ11へ進
んで、開閉弁32を閉じる。尚、ステップ101,102 の部分
が始動時検出手段に相当し、ステップ11の部分が弁制御
手段に相当する。エンジン停止中はタイマピストン８に
働く差圧が０であり、タイマピストン８はスプリング27
により最も遅角側に位置している。一方、始動時には燃
料噴射時期を進角側に制御することが要求される。従っ
て、本制御により、始動時に燃料噴射時期が速やかに進
角側に制御され、良好な始動性が得られるという効果が
得られる。

【００３８】次に図９及び図10に示す第３の実施例につ
いて説明する。この実施例は、第２の燃料通路を第１の
燃料通路を開閉する開閉弁の弁体に形成するようにした
ものである。燃料タンク（図示せず）からフィードポン
プ３のサクション室24へ燃料を供給する燃料通路（第１
の燃料通路）40に電磁式の開閉弁42を介装してある。そ
して、この開閉弁42の弁体42に常時開通する第２の燃料
通路43を形成してあり、この第２の燃料通路43は小径で
それ自体オリフィスとして機能する。

【００３９】ここにおいて、速やかな燃料噴射時期の進
角が必要な場合は、第１の燃料通路30の開閉弁32を閉じ
て、フィードポンプ３のサクション室24へ燃料を供給す
る燃料通路を開閉弁42の弁体に形成された第２の燃料通
路（オリフィス）43のみとする。これによって、サクシ
ョン室24の低圧が発達して、タイマピストン８に働く差
圧が大きくなり、ピストン８がより速やかに低圧室26側
に移動して、燃料噴射時期が進角する。

【００４０】このように、燃料噴射ポンプ１内に設ける
燃料通路を１つにすることでコスト低減が可能である。
また、弁体に設けた第２の燃料通路43の設計自由度が大
きいため、エンジン機種毎の対応が容易に行えるという
効果が得られる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、速やかな燃料噴射時期の進角が必要なとき
に、開閉弁を閉じることで、サクション室の低圧が発達
して、タイマピストンに作用する差圧がより大きくな
り、タイマピストンがより速やかに進角側に移動するの
で、燃料噴射時期進角制御の応答性が向上するという効
果が得られる。

【００４２】請求項２に係る発明によれば、エンジンの
加速時に燃料噴射時期が速やかに進角側に制御され、良
好な加速性等が得られるという効果が得られる。請求項
３に係る発明によれば、エンジン回転数に応じて開閉弁
の閉時間を決定して、高回転側では閉時間を短くするこ
とで、負圧によるキャビテーションの発生を防止できる
という効果が得られる。

【００４３】請求項４に係る発明によれば、エンジンの
始動時に開燃料噴射時期が速やかに進角側に制御され、
良好な始動性等が得られるという効果が得られる。請求
項５に係る発明によれば、第２の燃料通路を第１の燃料
通路を開閉する開閉弁の弁体に形成することで、コスト
低減や設計自由度増大などの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を示す分配型燃料噴射ポンプ
の断面図

【図２】 同上ポンプの燃料噴射時期制御装置部分の断
面図

【図３】 タイマピストンに働く差圧についての説明図

【図４】 第１の実施例の機能ブロック図

【図５】 第１の実施例のフローチャート

【図６】 閉時間算出用テーブルを示す図

【図７】 第２の実施例の機能ブロック図

【図８】 第２の実施例のフローチャート

【図９】 第３の実施例を示す燃料噴射時期制御装置部
分の断面図

【図10】 図９の要部拡大図

【符号の説明】

１ 燃料噴射ポンプ ２ 駆動軸 ３ フィードポンプ ４ ポンプ室 ５ カムディスク ６ プランジャ ８ タイマピストン ９ ローラホルダ 23 高圧室 24 サクション室 26 低圧室 27 スプリング 28 連通路 29 制御弁 30 第１の燃料通路 31 第２の燃料通路 32 開閉弁 33 オリフィス 34 コントロールユニット 35 回転センサ 37 アクセルセンサ 40 第１の燃料通路 42 開閉弁 43 第２の燃料通路（オリフィス）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 41/12 ３２０ Ｆ０２Ｍ 41/12 ３２０Ａ ３７０ ３７０Ｚ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タイマピストンの移動位置に応じて燃料噴
   射時期を制御するディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプ
   の燃料噴射時期制御装置であって、 前記タイマピストンの一端にフィードポンプの吐出側と
   連通して燃料圧力を進角側に作用させる高圧室を、他端
   にフィードポンプの吸入側のサクション室と連通する低
   圧室をそれぞれ形成し、前記高圧室と前記低圧室とを連
   通する連通路を設けて、この連通路に制御弁を介装して
   なるものにおいて、 前記フィードポンプのサクション室へ燃料を供給する燃
   料通路を互いに並列な第１及び第２の燃料通路に分け
   て、第１の燃料通路に開閉弁を介装し、第２の燃料通路
   にオリフィスを設けたことを特徴とするディーゼルエン
   ジン用燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置。
2. 【請求項２】エンジンの加速時を検出する加速時検出手
   段と、加速時に前記開閉弁を閉じる弁制御手段とを設け
   たことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジン
   用燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置。
3. 【請求項３】エンジン回転数に応じて前記開閉弁の閉時
   間を決定する閉時間決定手段を有し、前記弁制御手段
   は、加速開始から前記閉時間、前記開閉弁を閉じるもの
   であることを特徴とする請求項２記載のディーゼルエン
   ジン用燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置。
4. 【請求項４】エンジンの始動時を検出する始動時検出手
   段と、始動時に前記開閉弁を閉じる弁制御手段とを設け
   たことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つ
   に記載のディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの燃料噴
   射時期制御装置。
5. 【請求項５】前記第２の燃料通路は前記第１の燃料通路
   を開閉する開閉弁の弁体に形成されることを特徴とする
   請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のディーゼル
   エンジン用燃料噴射ポンプの燃料噴射時期制御装置。