JP3818607B2 - カム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、カム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置及びその制御方法に係わり、特に、ディーゼルエンジンの高圧噴射用のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置及びその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの低燃費、高出力化が進むなかで、近年、低騒音化、低エミッション化など環境保全に対する要求がますます高まってきている。このような相反する性能を同時に達成するため、高圧噴射化、噴射率パターンの改善、噴射期間の短縮が必要となり、ユニットインジェクタが採用され始めている。このユニットインジェクタは図1に示すように、カム4からの力をローラ3、プッシュロッド5、及びロッカアーム6等の部品を介して受けて、ユニットインジェクタ10のプランジャ11により高圧燃料を噴射している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ユニットインジェクタの噴射圧力の高圧噴射化に伴い、プランジャ内圧による荷重が大きいため、ロッカアームが図1の点線のように湾曲する。この高圧噴射時に湾曲したロッカアームは、噴射が終了すると、2点鎖線のように反力で逆に湾曲して駆動系がカムから離れる、いわゆるジャンプ現象が発生する。この際に、駆動系がカム面を叩き衝撃力が発生する。この衝撃は著しい騒音源となるのみならず、駆動系の耐久性を著しく悪化させるという問題がある。
【0004】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、カム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置及びその制御方法に係わり、特には、ユニットインジェクタの噴射圧力が高圧噴射化されても駆動系がカムから離れることなく衝撃力、騒音が少ないカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置及びその制御方法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記の目的達成のため、本発明に係るカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置は、往復動ポンプの機能を有するカム駆動式プランジャと、プランジャの一端部に形成されたプランジャ室より吐出行程中に燃料を排出し、吸入行程中にプランジャ室に燃料を吸い込む構造を有し、さらにプランジャ室の下方に燃料噴射弁が設けられているカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置において、低圧燃料源及びドレン用燃料通路に連通する油溜部と、油溜部とプランジャ室とを相互に連通する供給兼圧力通路と、供給兼圧力通路を開閉する弁と、吐出行程中にプランジャ室の圧力を上昇するため弁を閉鎖する第1のソレノイドと、弁を開放側に押圧するスプリングあるいは第2のソレノイドと、主噴射終了直後の所定時間後に、かつ弁が全開状態に復帰する前に再度第1のソレノイドに僅かな電流を流して弁を所定期間閉鎖方向に作動し、プランジャ室の圧力を再度僅かに上昇させる指令を出力する制御手段とからなることを特徴とする。
上記構成により、カムが回動して所定の位置に来たときに、制御手段から第1のソレノイドに指令を出力して弁をスプリングあるいは第2のソレノイドに抗して作動させ、弁を閉じる。さらにカムの回動により、プランジャが押し下げられて主噴射を行う。このときには、ロッカアームには曲げ、プッシュロッドには圧縮等の大きな荷重がかかり変形している。この主噴射終了直後の所定時間後に、かつ弁が完全に元に(全開状態に)復帰する前に再度第1のソレノイドに僅かな電流を流して弁を所定期間閉鎖方向に再度作動する。この弁が閉じる方向に作動することによりプランジャ室の圧力が僅かに上昇する。この圧力により、ロッカアームに掛かる荷重も最大荷重から急激にゼロになることはなくなる。これに伴ってロッカアームは反対側に湾曲することがなくなり、駆動系の構成部品は絶えず当接して駆動することになるため駆動系がカムから離れる、いわゆるジャンプ現象がなくなる。このため、駆動系がカム面を叩く衝撃力が発生しなくなり、かつ、この衝撃に伴う騒音を約2dBから3dBだけ低減することができる。また、駆動系の耐久性を著しく向上させることができる。
【0006】
また、エンジンの回転速度を検出する回転速度センサと、アクセル開度を検出する位置センサと、カムの回動角度を検出する角度センサとを備え、前記制御手段は回転速度センサ、位置センサ、及び角度センサからの信号を受けて、主噴射終了直後の所定時間後に、かつ弁が全開状態に復帰する前に再度第1のソレノイドに僅かな電流を流すときの前記所定時間及び所定期間を算出し、算出した所定時間及び所定期間に基づき第1のソレノイドに指令を出力することを特徴とする。
上記構成により、制御手段は、エンジンの回転速度及びエンジンにかかる負荷に応じて、主噴射終了直後の所定時間後に、かつ弁が全開状態に復帰する前に、再度第1のソレノイドに僅かな電流を流すときの前記所定時間及び所定期間を算出して、第1のソレノイドに流す所定時間及び/あるいは所定期間を変更する。これにより、プランジャ室の圧力の再度上昇する位置及び大きさが、エンジンの回転速度及びエンジンにかかる負荷に応じて変化するため、ユニットインジェクタを駆動する構成部品に掛かる負荷に応じたプランジャ室の圧力を生ずることができ、過少あるいは過大な反力の発生がなくなる。
【0007】
本発明に係るカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法は、カムからの駆動力をプッシュロッド、ロッカアーム等の構成部品を介してプランジャに伝達して、燃料を吐出するカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法において、主噴射終了直後の所定時間後にプランジャ室の圧力が完全にゼロになる前に再度所定期間だけプランジャ室の圧力を僅かに上昇させ、ユニットインジェクタのプランジャを駆動する各構成部品が離れないように押圧することを特徴とする。
上記方法により、プランジャが押し下げられた主噴射終了直後から所定時間後にプランジャ室の圧力が完全にゼロになる前に、プランジャ室の圧力を主噴射時より低い所定の圧力に所定期間だけ上昇させる。この圧力により、前記と同様に、ロッカアームに掛かる荷重も最大荷重から急激にゼロになることはなくなる。これに伴ってロッカアームは反対側に湾曲することがなくなり、駆動系の構成部品は絶えず当接して駆動することになるため駆動系がカムから離れる、いわゆるジャンプ現象がなくなる。このため、駆動系がカム面を叩く衝撃力が発生しなくなり、かつ、この衝撃に伴う騒音を約2dBから3dBだけ低減することができる。また、駆動系の耐久性を著しく向上させることができる。
【0008】
また、主噴射終了直後の前記所定時間及び所定期間はエンジンの回転速度または/及び負荷に応じて算出することを特徴とする。
上記方法により、主噴射終了後にプランジャ室の圧力が完全にゼロになる前に再度プランジャ室の圧力を所定の圧力に上昇させるとき、エンジンの回転速度または/及びエンジンにかかる負荷に応じて、プランジャ室の圧力を僅かに上昇させる前記所定時間及び所定期間を変更する。これにより、前記と同様に、プランジャ室の圧力の再度上昇する位置及び大きさが、エンジンの回転速度または/及びエンジンにかかる負荷に応じて変化するため、ユニットインジェクタを駆動する構成部品に掛かる負荷に応じたプランジャ室の圧力を生ずることができ、過少あるいは過大な反力の発生がなくなる。
【0009】
【発明の実施の形態及び実施例】
以下に、本発明に係るカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置及びその制御方法の実施例について、図面を参照して詳述する。
図1は本発明のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置1の断面図である。同図において、カムフォロワ2に回転自在に支持されているローラ3がカム4に当接して設けられている。カムフォロワ2にはプッシュロッド5の一端が揺動自在に支持され、プッシュロッド5の他端はロッカアーム6の一端部に揺動自在に支持されている。ロッカアーム6は中央部で回動自在にエンジンヘッド7に支持されるとともに、ロッカアーム6の他端部はユニットインジェクタ10のプランジャ11の一端面11aに当接している。ユニットインジェクタ10は、プランジャ11と、プランジャ用バネ12と、ソレノイドバルブ13と、ソレノイド14(以下、第1ソレノイド14と呼ぶ)と、バルブ用バネ15と、及びボディ16とからなる。プランジャ11の一端面11aにロッカアーム6の他端部は当接している。また、プランジャ11の他端部11bには、プランジャ室11cが形成され、プランジャ11の他端部11bはプランジャ室11cに一部が挿入されている。また、プランジャ11の一端面11a側にはプランジャ用バネ12が配設され、プランジャ用バネ12は、一端面がプランジャ11に、他端面がボディ16に当接するように配設され、プランジャ11をロッカアーム6の他端部に当接するように押圧している。このプランジャ用バネ12は図示しないがソレノイド(第2ソレノイドと呼ぶ)を用いても良い。プランジャ室11cの下方には図示しない燃料噴射弁が配設され、プランジャ室11cの下面には、この燃料噴射弁に通ずる圧力通路17が形成されている。
【0010】
ソレノイドバルブ13は3段形状で構成され、一端部の中央部側は円錐形状13aに形成されボディ16と当接して通路を遮断する。また、中央部の円柱部13bはボディ16に慴動自在に枢密に挿入され、ソレノイドバルブ13を慴動自在に保持している。他端部は円板形状13cに形成され、その他端面近傍には第1ソレノイド14が配設されている。ソレノイドバルブ13は、他端部の円板形状13cを上側にして、プランジャ11と並列に配設されている。ソレノイドバルブ13の下方側の円錐形状13a部で、かつ、プランジャ室11cに隣接して円形の油溜部16aが形成されている。この円形の油溜部16aにはソレノイドバルブ13の下方側の円錐形状13a部が挿入され、この円錐形状13a部に対向して油溜部16aには円錐形状のシート面16bが形成されている。
ソレノイドバルブ13の一端部の円錐形状13aと中央部の円柱部13bとの間の空間部13dは、供給兼圧力通路18を介してプランジャ室11cの側面部に接続されている。空間部13dと円形の油溜部16aとは円錐形状のシート面16bを介して接続されている。油溜部16aの側面部には、図示しない燃料ポンプからの燃料が供給される低圧源用通路19aが、また、油溜部16aの反対側の側面部には、ドレン通路19bが設けられている。
ソレノイドバルブ13の円柱部13bとボディ16の間にはバルブ用バネ15が配設され、バルブ用バネ15は、ソレノイドバルブ13の円錐形状13a部端面がボディ16に当接するよう押圧している。
【0011】
第1ソレノイド14は、ソレノイドバルブ13の上方の近傍に配設されている。第1ソレノイド14は制御部20に接続され、制御部20からの指令によりソレノイドバルブ13を吸引作動する。ソレノイドバルブ13が吸引作動すると、ソレノイドバルブ13の円錐形状13aと油溜部16aの円錐形状のシート面16bとを密接に当接して、プランジャ室11cと円形の油溜部16aとの間を遮断する。
ボディ16は、プランジャ11及びソレノイドバルブ13が枢密に慴動自在に挿入され、プランジャ11及びソレノイドバルブ13を慴動自在に保持している。ボディ16は、エンジンヘッド7に取着されている。
エンジンの出力軸には回転速度を検出する速度センサ21が付設され、回転速度の信号を制御部20に出力している。また、アクセルペタル22には位置センサ22aが付設され、アクセルペタル22の操作量に応じた信号を制御部20に出力している。また、カム軸には角度センサ23が付設され、カム4の回転角度を制御部20に出力している。
【0012】
上記構成において次に作動について説明する。
図2はユニットインジェクタの制御方法のタイムチャート図を示し、図2(a)はカムのリフト量を、図2(b)は制御部の指令に基づくソレノイド電流を、図2(c)はソレノイドバルブの移動量を、図2(d)はプランジャ室の圧力を、図2(e)はロッカアームに掛かる荷重を示す。なお、図中において、細い実線は従来のデータを、太い実線は本案のデータを示す。
図2(a)において、A点はカム4のリフト量がゼロであり、そのA点よりカム4が回転し、図2(b)に示す所定の位置B点に来たときに、制御部20はカム4の角度センサ23からの信号を受けて、制御部20は第1ソレノイド14に駆動電流I1 を流すように出力している。この駆動電流I1 により、図2(c)に示す位置C点に来たときに、ソレノイドバルブ13は移動を開始する。ソレノイドバルブ13が移動を開始し、ソレノイドバルブ13の円錐形状13aと油溜部16aの円錐形状のシート面16bとを密接に当接して、プランジャ室11cと円形の油溜部16aとの間を遮断する手前で、図2(d)に示す位置D点に来たときに、プランジャ室11cの圧力は上昇を始める。これに伴い、図2(e)に示すようにロッカアーム6に掛かる荷重も上昇を始める。
【0013】
カム4が更に回転し、図2(c)に示すように所定の位置E点に来たときに、ソレノイドバルブ13の円錐形状13aと油溜部16aの円錐形状のシート面16bとを密接に当接して、プランジャ室11cと円形の油溜部16aとの間を完全に遮断する。これにより、図2(b)に示すように、制御部20は第1ソレノイド14にはほぼ一定の駆動電流I1 が流れる。
更に、カム4が回転し、図2(b)に示す所定の位置F点に来たときに、制御部20はカム4の角度センサ23からの信号を受けて、制御部20は第1ソレノイド14に流していた駆動電流I1 を漸次減少させ始め、位置G点でゼロにしている。
この位置G点では、ソレノイドバルブ13は復帰を始め、プランジャ室11cと円形の油溜部16aとの間を開き始める。また、この位置G点では、図2(d)に示すように、プランジャ室11cの圧力は最大噴射圧力となる。また、これに伴い、図2(e)に示すようにロッカアーム6に掛かる荷重も最大荷重となる。これにより、ロッカアームは図1の点線に示すように湾曲する。
【0014】
本発明では、更にカム4が回転し、図2(b)に示す所定の位置H点に来たときに、制御部20はカム4の角度センサ23からの信号を受けて、制御部20は第1ソレノイド14に再度駆動電流I2 を流すように指令を出力する。これにより、従来は図2(c)に示すように位置J点でソレノイドバルブ13が完全に復帰し、プランジャ室11cと円形の油溜部16aとの間を完全に開いていたが、再度駆動電流I2 を流すことにより、ソレノイドバルブ13は途中で再度閉鎖方向に移動し、プランジャ室11cと円形の油溜部16aとの間のスキマを小さくする。これにより、図2(d)に示すように、プランジャ室11cの圧力は僅かに上昇し、若干の圧力が残る。この若干の圧力により、図2(e)に示すようにロッカアーム6に掛かる荷重も最大荷重から急激にゼロになることはなくなる。これに伴ってロッカアームは図1の2点鎖線に示すように反対側に湾曲することがなくなる。また、この若干の圧力が残ることにより、カムフォロワ2、ローラ3、カム4、及びプッシュロッド5の駆動系の構成部品を絶えず当接させて駆動させるとともに、駆動系がカムから離れる、いわゆるジャンプ現象がなくなる。したがって、駆動系がカム面を叩く衝撃力が発生しなくなり、かつ、この衝撃は伴う騒音を約2dBから3dBだけ低減することができる。また、駆動系の耐久性を著しく向上させることができる。
【0015】
次に、上記構成において、制御について説明する。図3は制御図のフローチャート図であり、図4は制御部20から第1ソレノイド14に駆動電流I1 及び再度駆動電流I2 を流すタイミングダイヤグラム図である。図3において、ステップ1では、アクセルペタル22の操作量がアクセルペタル22の位置センサ22aにより検出され、その信号が制御部20に読み込まれている。ステップ2では、エンジンの回転速度Neが速度センサ21により検出され、その信号が制御部20に読み込まれている。
ステップ3では、制御部20には、横軸にエンジンの回転速度Neを、縦軸に燃料の噴射量をとる燃料噴射量制御特性図で、その縦軸を第1ソレノイド14に流す駆動電流I1 の時間AV1とする、マップ図(10)が記憶されている。制御部20は、このマップ図(10)と、ステップ1及びステップ2で読み込まれたエンジンの回転速度Ne及びアクセルペタル22の操作量Accより、制御部20は第1ソレノイド14に流している駆動電流の時間AV1を求める。
ステップ4では、第1ソレノイド14に流す駆動電流の時間AV1が得られる。
【0016】
ステップ5では、横軸にエンジンの回転速度Neを、縦軸に燃料の噴射時期T1をとり、駆動電流の時間AV1をパラメータとする、マップ図(20)が記憶されている。制御部20は、このマップ図(20)と前記で求めた駆動電流の時間AV1より、燃料の噴射時期T1を求める。
ステップ6では、燃料の噴射時期T1が得られる。
ステップ7では、横軸にエンジンの回転速度Neを、縦軸に第1ソレノイド14に再度駆動電流I2 の時間AV2を流す時間をとり、駆動電流I1 の時間AV1をパラメータとする、マップ図(30)が記憶されている。制御部20は、このマップ図(20)と前記で求めた駆動電流I1 の時間AV1より、第1ソレノイド14に流している再度駆動電流I2 の時間AV2を求める。
ステップ8では、第1ソレノイド14に流す再度駆動電流I2 の時間AV2が得られる。
【0017】
ステップ9では、横軸にエンジンの回転速度Neを、縦軸に再度駆動電流I2 を流し始める時間T2をとり、駆動電流I1 の時間AV1をパラメータとする、マップ図(40)が記憶されている。制御部20は、このマップ図(40)と前記で求めた駆動電流の時間AV1より、燃料の主噴射時間後、即ち、駆動電流の時間AV1後から再度駆動電流I2 を流し始める時間T2を求める。
ステップ10では、駆動電流の時間AV1後から第1ソレノイド14に第2駆動電流を流し始める時間T2が得られる。
【0018】
制御部20は上記により求めた結果を図4に示すタイミングダイヤグラム図のように指令を出力している。
図4において、制御部20はカム4の角度センサ23からの信号(a)を受けた後、燃料の噴射時期T1の開始位置(b)が来たら第1ソレノイド14に主噴射のため、ソレノイドバルブ13の円錐形状13aと油溜部16aの円錐形状のシート面16bとを密接に当接して、プランジャ室11cと円形の油溜部16aとの間を完全に遮断するように、駆動電流I1 を、時間AV1の間、流す指令を出力する。さらに、制御部20は、駆動電流の時間AV1が経過した位置(c)より、ソレノイドバルブ13が途中で再度閉鎖方向に移動し、プランジャ室11cと円形の油溜部16aとの間のスキマを小さくする第2駆動電流I2 を流し始める時間T2を計測する。制御部20は第2駆動電流を流す時間T2の位置(d)が経過したら、第2駆動電流I2 を、時間AV2の間、流すように指令を出力する。
これにより、プランジャ室11cの圧力は僅かに上昇し、若干の圧力が残る。なお、上記において、第2駆動電流I2 あるいは時間AV2のいずれかは一定値にしても良い。このとき、第2駆動電流I2 及び第2駆動電流を流す時間T2は、エンジン回転速度及びアクセルペタル22の操作量が大きいときには大きくしている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置の概念構成図である。
【図2】本発明のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法のタイムチャート図である。
【図3】本発明のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御図のフローチャート図である。
【図4】本発明のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御部からソレノイドに流す駆動電流I1 及び再度駆動電流I2 のタイミングダイヤグラム図である。
【符号の説明】
1…カム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置、2…カムフォロワ、3…ローラ、4…カム、5…プッシュロッド、6…ロッカアーム、10…ユニットインジェクタ、11…プランジャ、11c…プランジャ室、12…プランジャ用バネ、13…ソレノイドバルブ、14…ソレノイド14(第1ソレノイド)、15…バルブ用バネ、16a…油溜部、18…供給兼圧力通路、19a…低圧源用通路、19b…ドレン通路、20…制御部、21…速度センサ、22…アクセルペタル、22a…位置センサ、23…角度センサ。
Claims (4)
- 往復動ポンプの機能を有するカム駆動式プランジャと、プランジャの一端部に形成されたプランジャ室より吐出行程中に燃料を排出し、吸入行程中にプランジャ室に燃料を吸い込む構造を有し、さらにプランジャ室の下方に燃料噴射弁が設けられているカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置において、低圧燃料源及びドレン用燃料通路に連通する油溜部と、油溜部とプランジャ室とを相互に連通する供給兼圧力通路と、供給兼圧力通路を開閉する弁と、吐出行程中にプランジャ室の圧力を上昇するため弁を閉鎖する第1のソレノイドと、弁を開放側に押圧するスプリングあるいは第2のソレノイドと、主噴射終了直後の所定時間後に、かつ弁が全開状態に復帰する前に再度第1のソレノイドに僅かな電流を流して弁を所定期間閉鎖方向に作動し、プランジャ室の圧力を再度僅かに上昇させる指令を出力する制御手段とからなることを特徴とするカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置。
- 請求項1記載のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置において、エンジンの回転速度を検出する回転速度センサと、アクセル開度を検出する位置センサと、カムの回動角度を検出する角度センサとを備え、前記制御手段は回転速度センサ、位置センサ、及び角度センサからの信号を受けて、主噴射終了直後の所定時間後に、かつ弁が全開状態に復帰する前に再度第1のソレノイドに僅かな電流を流すときの前記所定時間及び所定期間を算出し、算出した所定時間及び所定期間に基づき第1のソレノイドに指令を出力することを特徴とするカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置。
- カムからの駆動力をプッシュロッド、ロッカアーム等の構成部品を介してプランジャに伝達して、燃料を吐出するカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法において、主噴射終了直後の所定時間後にプランジャ室の圧力が完全にゼロになる前に再度所定期間だけプランジャ室の圧力を僅かに上昇させ、ユニットインジェクタのプランジャを駆動する各構成部品が離れないように押圧することを特徴とするカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法。
- 請求項3記載のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法において、主噴射終了直後の前記所定時間及び所定期間はエンジンの回転速度または/及び負荷に応じて算出することを特徴とするカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法。
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