JPS6026197Y2 - 内燃機関用燃料噴射時期調整装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関用燃料噴射時期調整装置に関する。

従来の燃料噴射ポンプにおいては、例えばポンプのハウ
ジング内の圧力に応答して作動する燃料噴射時期調整装
置が設けられており、この装置のタイマピストンの位置
変位に従って燃料噴射時期が制御されるように構成され
ている。

ところで、このハウジング内の圧力は、燃料噴射ポンプ
の回転軸により駆動されるベーンポンプによって与えら
れ、圧力調整弁の働きによりこの圧力は機関の回転数に
比例して変化するように調整される。

従って、燃料噴射時期は機関の回転数により一義的に決
定されてしまい、例えば負荷の大きさの変化等による噴
射時期の調整を行なうことができなかつた。

このため、負荷の大きさの変動に伴ない、燃料噴射時期
が最適時期に対して進み過ぎ又は遅れ過ぎとなり、最適
な燃焼が行なわれず、騒音が発生し或は出力不足を来た
すという欠点を有している。

特に、機関の加速時においては、低速回転域におけるス
モークの発生、中高速回転域における有害ガスの発生を
伴なうという欠点も有している。

この欠点を改良するため、特開昭４７−２３７２０号公
報では、タイマピストンに加わる圧力を、内燃機関の回
転数、負荷、温度、回転加速度等によって変化させる構
成が提案されている。

しかし、この提案された装置では、内燃機関の運転中は
所望の機能を発揮するが、始動時のことは考慮されてい
ないため、始動時の噴射時期制御の不可能であるという
欠点を有していた。

内燃機関の始動時においては、燃料の噴射時期を早める
ことが安定な始動を行なわせるために必要であり、この
ため、始動時の低回転領域において、燃料噴射時期を早
めるように工夫された始動進角装置が提案されている（
特開昭５４−１６０９２８号公報）。

この始動進角装置付燃料噴射時期調整装置は、タイマピ
ストンと補助ピストンとを有し、これら２つのピストン
の各受圧面が対向し且つ相互に押圧するようにばね付勢
される状態でシリンタ内に設けられ、これら両受圧面に
より形成される第１のシリンダ空間に機関の回転数に関
連して変化するハウジング内の圧力が導入され、この圧
力が所定値以下の場合にはタイマピストンを補助ピスト
ンの圧力応動動作に追従させて移動させ、この圧力が所
定値以上の場合にはタイマピストンをこの圧力に従って
応動させるように構成されている。

このような゛構成によると、第１図に示されるように、
始動直後の回転数が極めて低い領域においては燃料噴射
時期θが早められるが、それ以後、アイドル回転数Ｎｉ
に近づくにつれてタイミングθが遅れることになる。

従って、始動直後は問題がないが、アイドル回転数Ｎｉ
に近づくにつれて内燃機関の回転が不安定となり、安定
な始動動作を行なわせることができないという欠点を有
している。

即ち、一般に、内燃機関は、始動後完爆まで燃料の噴射
タイミングを早めておくことが望ましいが、従来の始動
進角装置付燃料噴射時期調整装置では始動直後のみしか
タイミングを早めることができず、このための安定な始
動を行なわせることかできなかった。

特に、冷開期のように内燃機関の始動を困難にさせる場
合にはこの傾向が顕著であり、始動後に内燃機関の回転
が停止する等の事故を多く引き起す原因となっている。

更に、始動時における最適な燃料噴射時期は、内燃機関
の温度等の環境条件にも依存するが、従来のタイミング
調整は内燃機関の回転数だけを考慮に入れていたため、
必ずしも最適なタイミング調整を行なうことができなか
ったという欠点をも有している。

本考案の目的は、従って、種々の環境条件の下で、内燃
機関の回転速度領域の全域に亘って最適な燃料噴射時期
を与えることができる内燃機関用燃料噴射時期調整装置
を提供することにある。

以下、図示の実施例により本考案を詳細に説明する。

第２図には、本考案による燃料噴射時期調整装置を備え
た内燃機関装置１が概略的に示されている。

内燃機関装置１はディーゼル機関２と燃料噴射ポンプ３
とを備え、燃料噴射ポンプ３は内部に組込まれているベ
ーンポンプ（図示せず）により、燃料タンク４の燃料が
バイブ５を介してポンプ３のハウジング内に加圧供給さ
れるように構成されている。

符号６で示されるのは、ハウジング内の燃料圧力に応動
して燃料噴射ポンプの燃料噴射時期を調整するタイマで
あり、このタイマ６によって定められたタイミングに従
って燃料噴射ノズル７より燃料の噴射が行なわれる。

第３図には、第２図に示される燃料噴射ポンプ３のタイ
マ６付近の拡大詳細断面図が示されている。

タイマ６は、燃料噴射ポンプ３のハウジンク室３１内の
圧力に応動して作動し、ローラホルダ３２を含んで成る
燃料噴射時期調整装置を調整するためのものであり、シ
リンダ室６１を構成するシリンダ組立体６２と、シリン
ダ組立体６２に収納されるタイマピストン６３と、補助
ピストン６４とを備えている。

タイマピストン６３の一側面６３ａとシリンダ室６１の
側壁６１ａとの間には、コイルばね６５が弾発的に介装
されており、一方、補助ピストン６４の一側面６４ａと
シリンダ室６１の側壁６１ｂとの間には、コイルばね６
５より弾発力の大きいコイルばね６６が弾発的に介装さ
れている。

補助ピストン６４の形状は、シリンダ室６１の肩部６７
に係止する太径部６８を有した形状となっており、太径
部６８と肩部６７とにより補助ピストン６４の移動範囲
が制限されるようになっている。

一方、タイマピストン６３には通路６９が形威されてお
り、通路６９の一端はシリンダ組立体６２の周壁に形威
された窓７０に対応してタイマピストン６３に形威され
た凹部６３ｃに開口し、通路６９の他端はタイマピスト
ン６３の他側面６３ｂと補助ピストン６４の他側面６４
ｂとの間の第１のシリンダ空間７１に開口している。

凹部６３ｃの底部には、一端力釦一うホルダ３２に固着
された操作桿７２の他端に設けられた球体７３を収納保
持する受座７４が形威され、球体７３と受座７４とによ
って構成される関節継手により、操作桿７２の他端がタ
イマピストン６３に連結されている。

従って、後で詳しく述べるようにしてタイマピストン６
３が移動した場合、ローラホルダ３２は、タイマピスト
ン６３の移動に伴ない、その基準角度位置Ａからタイマ
ピストン６３の移動距離に従った角度だけ変位する。

ローラホルダ３２は、燃料噴射制御を行なうプランジャ
ー（図示せず）に取付けられた円板状カム（図示せず）
のカム面に圧接するローラを有している。

ローラは４気筒エンジンの場合は９０゜間隔で４つ設け
られているが、図面ではそのうちの２つのローラ３３
ａ、 ３３ ｂのみが図示されている。

ハウジング室３１内には、図示しないポンプにより燃料
が加圧供給されるが、ハウジング室３１内の圧力は、図
示しない調整弁により内燃機関の回転数Ｎに比例して変
化する、ように調整される。

補助ピストン６４は、その太径部６８の周面のみがシリ
ング室６１の大径部の内周面７５に気密に嵌合している
。

ハウジング室３１内の圧力は通路６９を介して第１のシ
リンダ空間７１に与えられるので、タイマピストン６３
、補助ピストン６４の側面６３ｂ、６４ｂが夫々燃料圧
力に対する受圧面として働く。

この内燃機関装置１は、内燃機関の温度が所定値以下の
領域においては、燃料噴射開始時期θを内燃機関の温度
に従う所要の進角値に一定に維持し、一方、内燃機関の
温度が所定値以上の領域においては、ディーゼル機関２
の環境状態に従って燃料噴射開始時期θを常に最適の状
態に自動的に調整する制御を行なうために、タイマ６内
のシリンダ空間内の燃料圧力の調整を行なうための電磁
弁９が設けられている。

この電磁弁９の一方の開口端９ａはパイプ１５を介して
燃料タンク４内において大気に連通しており、他方の開
口端９ｂは切換弁１６、パイプ１７，１８を介してシリ
ンダ組立体６２の室に連通している。

この切換弁１６は、４つの開口端１６ａ、 １ｅｂ９
１６ｃｔ １６ｄを有し、開口端１６ａは通路１７
を介してシリンダ組立体６２に接続されている。

通路１７側の開口端１７ａは、補助ピストン６４が第３
図の左手方向に移動したとき補助ピストン６４の周壁に
よって塞がれ、補助ピストン６４が第３図で右手方向に
移動し、右端に位置した時に第１のシリンダ空間７１と
連通ずるようになっている。

一方、通路１８は、そのシリンダ組立体６２側の開口端
１８ａが補助ピストン６４の位置に拘らず第２のシリン
ダ空間７６に連通ずるようにシリンダ組立体６２に接続
されている。

開口端１６ｃはパイプ１９により開口端１９ｂに接続さ
れ、残りの開口端１６ｄはパイプ２０を介して燃料タン
ク内において大気に開口している。

第２のシリンダ空間７６は、補助ピストン６４の受圧面
とは反対側の側面６４ａとシリンダ組立体６２とにより
形威される空間であり、補助ピストン６４内に形威され
たオリフィス８２により第１のシリンダ空間７１内の加
圧燃料が常時一定量第２のシリンダ空間７６に供給され
ている。

切換弁１６は、第４図に示されるように、二つの流路切
換部を同−弁体上に形威し、例えばイ。

口、への３位置に切換自在とされ、イの位置にあるとき
は１６ａから１６ｃへの連通を行ない、への位置にある
ときは１６ｂから１６ｃへの連通を行なう構造となって
いる。

この切換弁１６は、内燃機関の温度が所定値以下の場合
にはへの位置に切換られ電磁弁９の他方の開口端９ｂを
第２のシリンダ空間７６に連通させ、温度が所定値以上
の場合にはイの位置に切換られ他方の開口端９ｂを第１
のシリンダ空間７１に連通させると同時に第２のシリン
ダ空間７６の圧力を大気圧とするように、切換え動作が
行なわれる。

電磁弁９は制御回路８（第２図参照）からの制御信号Ｓ
１によりオン・オフ制御される。

制御信号Ｓ□は、後述の如くしてデユーティ比が変化す
る繰返しパルス信号であり、制御信号Ｓ１が高レベル時
に電磁弁９が開かれ、制御信号Ｓ工が低レベル時に電磁
弁９が閉じられるので、制御信号Ｓ１のデユーティ比に
従って電磁弁９の平均開度が制御される。

第２のシリンダ空間７６には、回転数Ｎに比例して圧力
の変化する加圧燃料がオリフィス８２を介して常時供給
されているので、内燃機関温度が所定値以下の場合には
、電磁弁９の平均開度を制御することにより、第２のシ
リンダ空間７６にオリフィス８２を介して注入される加
圧燃料と電磁弁９を介して流出する加圧燃料との比が変
化し、補助ピストン６４の位置を所望の位置に調整する
ことができ内燃機関温度に応じた始動進角を得ることが
できる。

一方、内燃機関の温度が所定値以上の場合には、第１の
シリンダ空間７１内の圧力を所望の値に調整することが
でき任意の進角特性を得ることができる。

これらの場合において、開口９ａ又は１６ｄから流出す
る余剰燃料は、燃料タンク４内に回収される。

第５図に示されるように、上述の制御を行なわせるため
の制御回路８には、ディーゼル機関２の温度を検出する
ための温度センサ１０からの温度信号り３、ディーゼル
機関２の上死点位置のタイミンクを検出する上死点位置
検出器１２からの上死点タイミングＤ３、負荷検出器１
３からの負荷の大きさを示す負荷信号Ｄ４、燃料噴射ノ
ズル７の針弁リフト時期を検出するリフトセンサ１４か
らのリフトタイミング信号Ｄ５及びディーゼルエンジン
２の出力軸２ａに連結された回転速度検出器１１からの
回転速度信号Ｄ２が入力されており、これらの信号Ｄｌ
乃至Ｄ５に従って、繰返しパルス信号である制御信号Ｓ
１のデユーティ比が定められ第２のシリンダ空間７６又
は第１のシリンダ空間７１内の圧力が後述の如く制御さ
れる。

尚、本実施例では、負荷検出器１３は、燃料噴射ポンプ
のコントロールスリーブの位置に応じた信号を負荷信号
として出力する構成となっている。

これは、ディーゼル機関の場合は、燃料噴射量変化を負
荷の変化とみなすことができるためである。

次に、第３図乃至第６図を参照しながらタイマ６の動作
について説明する。

先ず、ディーゼル機関２の温度が所定値以下の場合にお
ける作動、すなわち、機関の始動時の作動を説明する。

目標進角演算回路９１は、機関温度が所定値以下の場合
には、温度信号り、を基に、ディーゼル機関の始動時に
おける最適始動進角位置を演算する。

この進角位置は、ディーゼル機関の上死点位置を基準と
し、上死点位置から何度ずれた位置で燃料噴射を開始す
べきかを表わす情報であり、横軸に回転数Ｎをとり縦軸
に進角値θをとってタイマの特性を示す第６図中におい
てθ＝０１．θ２．θ３・・・・・・で示されている。

この場合、切換弁１６はへの位置に切換られ、第２のシ
リンダ空間７６を電磁弁９に接続し、一方、パイプ１７
を閉状態としている。

目標進角演算回路９１からの演算信号Ｓ２は、誤差増幅
回路９２の一方の入力に印加される。

上死点位置検出器１２からの上死点タイミングＤ３とリ
フトセンサ１４からのリフトタイミングＤ、と回転速度
信号Ｄ２とは、タイミング検出回路９３に入力され、上
死点位置のタイミングと針弁リフト時期のタイミングと
の差が検出される。

即と、針弁リフトのタイミングが、上死点位置のタイミ
ングを基準にした場合如何なる状態にあるのか、換言す
れは実際の進角位置が如何なる値であるかが検出される
。

この検出結果は、検出信号Ｓ３として出力され、誤差増
幅回路９２の他方の入力に印加される。

誤差増幅回路９２は、検出信号Ｓ３と演算信号Ｓ２との
差に関連してレベルが変化する誤差信号Ｓ１を出力し、
この誤差信号Ｓ４はパルス信号発生器９４にデユーディ
比を制御するための制御信号として印加される。

パルス信号発生器９４は所定の周期のパルス信号を発生
する発振器であり、このパルス信号発生器９４からの出
力は制御信号Ｓ１として電磁弁９に印加される。

パルス信号発生器９４は印加されている誤差信号Ｓ、１
のレベルに従って、その出力であるＳｌのデユーティ比
が変化するように構成されており、電磁弁９の平均開度
が制御される。

この結果、機関温度が所定値以下の場合において、その
時の温度により定められる始動動作に最適な燃料噴射開
始タイミングθを維持することができる。

すなわちエンジン停止時はハウジング室３１内の圧力は
大気圧となっているため補助ピストン６４はばね６６に
よりタイマピストン６３を始動進角位置にまで進ませて
いる。

始動動作によりエンジンが始動してもエンジン温度かに
１以下のときは、進角位置θ１を保たなければならない
ため電磁弁９は閉じられており、オリフィス８２により
第１のシリンダ空間７１と第２のシリンダ空間７６の圧
力は等しくなり初めの進角位置θ□を保っている。

エンジン温度が上昇すると電磁弁９にはあるデユーティ
比を持つパルス信号が入力し電磁弁９はそのチューティ
比により定まる平均開度となる。

従って第２のシリンダ空間７６の燃料は通路１８．１９
を介し電磁弁９から排出され、補助ピストン６４は右方
へ変位し、補助ピストン６４の変位にしたがいタイマピ
ストン６３は右方へ移動し、ある温度に２．に３．・・
・における始動進角位置θ２．θ３．・・・を保つ。

機関の温度が所定値にまで達すると、補助ピストン６４
は右端にまで変位し、補助ピストン６４による動作は終
了する。

従って、温度Ｋかに工、に２．・・・と変化した場合の
回転数Ｎに対する噴射開始タイミングθの特性は、第６
図に示す如くなる。

即ち、第３図に示す内燃機関装置によれば、機関温度が
低い始動時にわいて、燃料噴射時期を温度により定めら
れる最適なタイミングに維持できるので、極めて安定な
始動動作を行なわせることができる。

このように、機関温度が所定値にまで上昇すると、切換
弁１６のイの位置への切換え動作が行なわれる。

切換弁１６の切換動作は、温度信号Ｄ１により行なわれ
、パイプ１８とパイプ２０とを連通させると同時にパイ
プ１７とパイプ１９とを連通させる。

前記動作につづき、ディーゼル機関２の噴射時期を負荷
、回転数等に応じて調整するための動作説明する。

制御回路８は、Ｎ＞Ｎｉとなると、暖気運転時とは異な
り、回転数Ｎの変化と、負荷、温度の変化を加味した負
荷運転時における最適な燃料噴射開始タイミングθを演
算回路９１において演算し、この結果を演算信号Ｓ２と
して出力する。

従って、エンジン温度が所定値以上においては、演算回
路９１において作られる負荷運転時の目標値に実際の噴
射開始タイミングが追従するように、第１のシリンダ空
間７１の圧力、即ち、ハウジング室３１内の圧力が電磁
弁９により制御される。

即ち、ある環境条件の下で演算信号Ｓ２のレベルが定ま
ると、検出信号Ｓ３のレベルが演算信号Ｓ２のレベルと
同一となるように電磁弁９の平均開度が調整されること
になる。

これにより、回転速度Ｎのみならず、ディーゼルエンジ
ンの負荷の大きさ、温度の高低等の他の要因を考慮した
最適な燃料噴射開始時期を得ることができるように、タ
イマピストン６３の位置を自動的に設定することができ
る。

従って、本内燃機関装置１は、機関の温度が所定値以下
の範囲では、内燃機関の回転数とは無関係に、始動環境
条件（例えば温度条件）に従った所要の燃料噴射タイミ
ングを維持することができるので、完爆まで所要の進角
位置を保つことができる。

このため、特に冷開期における始動特性の向上を図るこ
とができる。

更に、機関の温度が所定値以下の範囲では、燃料噴射タ
イミングを回転数のみによって一義的に定めることなく
、エンジン温度、負荷の大きさをも考慮して定めること
ができるので、常に最適な燃焼状態が得られ、騒音、ス
モークの発生を防ぐことができる上に高効率で運転する
ことができる。

また、本装置では、噴射タイミングを噴射ノズルの針弁
のリフトタイミングをもって直接検出しているので構成
が簡単な上に、正確に実際の燃料噴射開始時期を検出す
ることができるので、極めて精度のよい制御を行なうこ
とができる。

上記実施例では、外的環境条件のうち温度及び負荷を制
御因子としたが、本考案は制御因子を温度及び負荷にの
み制限したものに限定されず、温度のみ、又は温度及び
負荷以外の制御因子を更に考慮するようにしてもよい。

更に内燃機関温度が所定値以下のとき車を動かしたとき
には、切換弁１６を口の位置に切換えることで進角をθ
□以上に保ち負荷変動等に応じる噴射時期を得ることが
できる。

本考案によれば、上述の如く、簡単な切換弁を設けるこ
とにより、任意の外部環境条件に従って最適な始動進角
を与えることができる上に、負荷運転中の任意の運転状
態における内燃機関の最適な燃料噴射タイミングを与え
ることができる。

従って、回転速度領域全体に亘って、常に外部環境条件
を考慮した最適な燃料噴射開始時期を自動的に定めるこ
とができ、常に最適な運転状態を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のタイマの特性図、第２図は本考案の一実
施例の概略図、第３図は第１図に示す装置の要部の拡大
断面図、第４図ａ、第４図すは第２図に示す切換弁の断
面図、第５図は第２図に示す装置の電気系統のブロック
図、第６図は第２図のタイマの特性図である。 １・・・・・・内燃機関装置、２・・・・・・ディーゼ
ル機関、３・・・・・・燃料噴射ポンプ、６・・・・・
・タイマ、７・・・・・・燃料噴射ノズル、８・・・・
・・制御回路、９・・・・・・電磁弁、１０・・・・・
・温度センサ、１１・・・・・・回転速度検出器、１２
・・・・・・上死点位置検出器、１３・・・・・・負荷
検出器、１４・・・・・・リフトセンサ、１６・・・・
・・切換弁、３１・・・・・・ハウジング室、３２・・
・・・・ローラホルダ、６１・・・・・・シリンダ室、
６２・・・・・・シリンダ組立体、６３．６４・・・・
・・ピストン、６９・・・・・・通路、７１・・・・・
・ｍｌのシリンダ空間、７６・・・・・・第２のシリン
ダ空間、７８，７９・・・・・・通路、８０・・・・・
・通路、８２・・・・・・オリフィス、Ｄ□・・・・・
・温度信号、Ｄ２・・・・・・回転速度信号、Ｄ３・・
・・・・上死点タイミング信号、Ｄ、・・・・・・負荷
信号、Ｄ、・・・・・・タイミング信号、Ｓｌ・・・・
・・制御信号、Ｓ２・・・・・・演算信号、Ｓ３・・・
・・・検出信号、Ｓ４・・・・・・誤差信号。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 タイマピストン及び補助ピストンを各受圧面が対向し且
   つ相互に押圧するようにばね付勢される状態でシリンダ
   内に設け、前記両受圧面により形成される第１のシリン
   ダ空間に内燃機関の回転数に関連して変化する圧力が導
   入され、前記タイマピストンの位置に従って燃料噴射時
   期の進角調整を行なうようにした内燃機関用燃料噴射時
   期調整装置において、前記補助ピストンの前記受圧面と
   は反対側の面を含んで形成される第２のシリンダ空間と
   、前記補助ピストン中に形成され前記第１のシリンダ空
   間と前記第２のシリンダ空間とを連通させるオリスイス
   と、圧力調整部材と、前記内燃機関の温度状態を検出す
   る検出手段と、前記圧力調整部材と前記第１および第２
   のシリンダ空間との間に配設された連通路と、該連通路
   中に設けられ該検出手段の検出結果に応答して前記温度
   状態が所定値以下の場合には前記圧力調整部材を前記第
   ２のシリンダ空間に連通せしめるとともに前記第１のシ
   リンダ空間に連結されている前記連通路の部分を閉塞し
   前記温度状態が前記所定値より。 大きい場合には前記圧力調整部材を前記第１のシリンダ
   空間に連通せしめるとともに前記第２のシリンダ空間に
   連結されている前記連通路の部分を大気圧に連通ずるよ
   う切換えられる切換弁と、前記内燃機関の運転状態に従
   う所要の燃料噴射時期を得ることができるように前記圧
   力調整部材を制御する制御回路とを備えたことを特徴と
   する内燃機関用燃料噴射時期調整装置。