JPH06213098A - 弁運動及び燃料噴射制御装置 - Google Patents

弁運動及び燃料噴射制御装置

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JPH06213098A
JPH06213098A JP5275115A JP27511593A JPH06213098A JP H06213098 A JPH06213098 A JP H06213098A JP 5275115 A JP5275115 A JP 5275115A JP 27511593 A JP27511593 A JP 27511593A JP H06213098 A JPH06213098 A JP H06213098A
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valve
spool
signal
pressure
liquid
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Charles R Miller
アール ミラー チャールズ
Tsu P Shyu
ピー シュー ツー
J Roger Weber
ロジャー ウェーバー ジェイ
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、機関の吸気及び排気弁の運
動、及び燃料噴射を調整可能に制御する装置を提供する
ことである。 【構成】 供給される電気信号に応答して圧電モータが
単一のスプール弁を通して流体圧信号を供給し、それに
よって弁の運動及び噴射を調整可能に制御するようにな
っている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には機関の弁運
動及び燃料噴射を調整可能に制御する装置に関する。よ
り具体的には、本発明は、電気信号に応答して機関の弁
運動及び燃料噴射を調整可能に制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】普通の内燃機関は、機関のポペット弁を
作動させるために、カムと押し棒システム、または揺れ
腕（ロッカアーム）に直接作用するオーバーヘッドカム
の何れかを使用している。典型的にはカムシャフトは機
関の長さに沿って走り、クランク軸から隔たった歯車列
によって駆動される。機関の弁タイミングはクランク軸
位置に対して固定されており、弁の持上げレートは機関
速度に比例している。機関の弁に対するこれらの制限の
ために、機関は燃料消費、放出物、トルク、及びアイド
リングの質に関する性能に妥協を余儀なくされている。
これらの妥協を最小にするために、クランク軸の位置に
対する吸気及び排気弁カムの位相を変化させるような種
々の方法が提唱されている。本質的に、可変弁作動機構
は高価であり、且つ複雑である。燃料直噴式のディーゼ
ル機関のカムシャフトは、典型的に、噴射器プランジャ
を駆動するためのカムを有している。高圧燃料噴射装置
では、燃料噴射器カムのローブは特に耐久性の問題を生
じ易い。 1977 年 3月 1日付の Louis A. Ule の合衆国
特許 4,009,695号に開示されているような別の型のシス
テムでは、機関速度によって制御される機械的装置に応
答して運動する２つの分離した弁組立体によって弁を作
動させている。
【０００３】
【発明の概要】本発明は、高圧直接噴射と、吸気及び排
気弁の動作とを単一の流体圧駆動装置内に組合わせてい
る。本発明は、カムシャフト及び普通の弁列に置換され
るので機関の部品数及び保守を減少させる。本発明は、
弁及び燃料噴射のタイミングを電子的に調整する能力を
有しているので、如何なる機関負荷または機関速度にお
いても機関の性能を最適化する自由が与えられる。本発
明は、機械的弁列システムでは達成困難であった機関設
計のモジュラー化を可能にする。本発明の一面において
は、機関の弁運動及び燃料噴射を調整可能に制御する装
置が提供される。機関は、少なくとも１つの燃料噴射装
置、１つの排気弁装置、１つの吸気弁装置、入力信号を
受けて機関制御用電気信号を供給するマイクロプロセッ
サ制御装置、及び液体圧力装置を有する。単一の圧電モ
ータを、マイクロプロセッサ制御装置及び液体圧力装置
に接続することができる。圧電モータは、マイクロプロ
セッサから機関制御用電気信号を受信し、受信した該信
号に応答して加圧された液体信号を制御可能に供給す
る。スプール弁は、単一のスプールと、複数の入口及び
出口を有している。スプール弁は、液体圧力装置から加
圧された液体信号を受けてスプール弁の単一のスプール
を制御可能に運動させるように液体圧力装置に接続可能
である。スプール弁は、圧電モータが受信した機関制御
用電気信号に応答して、弁及び噴射制御用液体信号を弁
装置及び噴射装置へ供給し、弁運動及び燃料噴射の両者
を制御する。
【０００４】
【実施例】図１及び２を参照する。本発明の装置２は、
吸気弁４、４’、排気弁６、６’の運動を制御し、また
機関（図示してない）の燃料噴射を制御するために使用
される。図１には１つの吸気弁４と、１つの排気弁６
と、１つの燃料噴射装置８とを示してある。図２に示す
実施例では、機関のシリンダ１０に２つの吸気弁４、
４’、２つの排気弁６、６’、及び１つの燃料噴射装置
８が組合わされている。マイクロプロセッサ制御装置１
２が設けられ、公知のようにして、入力信号を受信し、
線１４を介して機関制御用電気信号を供給する。装置２
は、図３に示されている液体圧力装置１６を有してい
る。図１に示すように、単一の圧電モータ１８がマイク
ロプロセッサ制御装置１２及び液体圧力装置１６に接続
可能である。圧電モータ１８は、線１３を介してマイク
ロプロセッサ制御装置１２から制御用電気信号を受信
し、受信した制御用電気信号に応答して加圧された液体
信号をライン２０を介して液体圧力装置１６へ供給する
ようになっている。液体圧力装置１６は、単一のスプー
ル２４を有するスプール弁２２を有している。弁２２は
複数の入口２６及び出口２８を有し、液体圧力装置１６
から加圧された液体信号を受けてスプール弁２２の単一
のスプール２４を制御可能に運動させるように液体圧力
装置１６に接続可能である。スプール弁２２は、弁及び
噴射制御用信号を弁装置（吸気弁４及び排気弁６を含
む）と、燃料噴射装置８とに供給する。これにより、本
発明の装置は、圧電モータ１８が受信する機関制御用電
気信号の応答して、弁運動と燃料噴射の両者を制御す
る。
【０００５】圧電モータ１８は当分野においては公知で
あり、圧電モータ１８から供給される加圧された液体信
号の圧力を予め選択された大きさまで増加させるように
なっている増幅ピストン３０を含んでいる。増幅ピスト
ンは液体圧力信号の大きさの比を、好ましくは約５：１
乃至９：１の範囲まで、より好ましくは約７：１まで増
大させる。この大きさの比を、９：１よりも大きくする
ことは、圧電モータの直径を大きくする必要があること
から望ましくはなく、また約５：１より小さくすること
は、圧電モータの長さを長くする必要があることから望
ましいものではない。公知のように、機関の区画内は込
み合っているから成分の寸法は制限される要因である。
スプール弁２２の単一のスプール２４は、ばねによって
第１の位置にバイアスされており、圧電モータ１８から
の加圧された液体信号の受信に応答して運動可能にな
る。スプール弁２２の単一のスプール２４は、公知のよ
うにベルビル( Bellville ) ばねによってバイアスする
ことが好ましい。単純で、しかも効率的なシステムを得
るためには、液体圧力装置１６及び液体制御用信号の液
体をディーゼル燃料とすることが好ましい。従って、噴
射装置８及び弁４、６は、機関の運転中、スプール弁２
２を通過する液体を制御する加圧された液体の流体力に
よって動力が与えられ、制御可能に運動するようにして
ある。
【０００６】公知のように、そして図２に示すように、
一般に機関は複数のシリンダ１０を有し、各シリンダは
少なくとも１つの燃料噴射装置８と、少なくとも１つの
排気弁装置６と、少なくとも１つの吸気弁装置４とを有
している。公知のように、一般に機関は複数のシリンダ
１０と上述したような付属装置とを有しているのである
が、図２では簡略化のために１つのシリンダ１０と、弁
４、４’及び６、６’だけを示してある。機関は複数の
シリンダ１０及び付属装置４、６、８を有し、付属装置
は各々分離したそれぞれの圧電モータ１８及びそれぞれ
のスプール弁２２に接続され、各圧電モータ及びスプー
ル弁は共通の液体圧力装置１６に接続可能である。複数
の圧電モータは、単一のマイクロプロセッサから機関制
御用電気信号を受信するように接続可能である。図１に
示す好ましい実施例では、液体圧力装置は公知のレール
装置である。一方のレール３２は高圧レールであり、他
方のレール３４は低圧レールである。高圧レール３２は
好ましくは約 2000 乃至約 4000 psia/psig の範囲の圧
力、より好ましくは約 3000 psia/psig の圧力に維持
し、低圧レール３４は好ましくは約100 乃至約 300 psi
a/psigの範囲の圧力、より好ましくは約 200 psia/psig
の圧力に維持する。
【０００７】高圧レール３２の圧力を約 5000 psigより
高くすることは、高圧ポンプの消耗を表し、またシステ
ムの構造的完全性を維持することが困難であるので望ま
しいことではなく、また高圧レール３２の圧力を約 200
0 より低くすることは、適切な増幅比を得るために噴射
器増倍ピストンの直径を極めて大きくしなければならな
いので、これも望ましいことではない。低圧レール３４
の圧力を約 400より高くすることは、弁を駆動するプラ
ンジャに作用する低圧を相殺するために過大な弁ばねで
予めロードしておく必要があることから望ましくはな
く、また低圧レール３４の圧力を約 14.7 psiaより低く
することは、スプール弁と機関の弁とを接続している通
路内にキャビテーションを発生させることになるので、
これも望ましくはない。図３は、本発明の付属装置の概
要図である。この付属装置は当分野においては公知であ
り、図示のように諸要素が機関の複数のシリンダ１０ａ
−１０ｆに組合わされている。当業者ならば、公知の装
置及び液体の流路に関して説明しなくとも理解できるで
あろうから、簡略化のために詳細な説明は省略する。し
かしながら、低圧レール３４に供給する低圧ポンプは普
通の歯車ポンプであり、高圧レール３２に供給する高圧
ポンプはラジアル型ポンプであることが好ましい。
【０００８】また更に流体力学及びスプール弁に精通し
ていれば、所望の結果を得るためのスプール弁の溝と、
それらに関連する入口及び出口を容易に位置決めするこ
とが可能であろう。上述したように、流体力学及びスプ
ール弁の両方または何れか一方に精通していれば、好ま
しいタイミングさえ知れれば、弁、スプール、及び種々
の通路を設計することが可能である。スプール運動表の
例を以下に示す。表中、ＬＰは低圧ポンプ、またＨＰは
高圧ポンプの意である。 行程(mm) 電圧 排気弁 吸気弁 噴射器 0.5 300 ＬＰ閉 ＬＰ開 ＬＰ開 1.0 600 ＨＰ開、弁作動 ＬＰ開 ＬＰ開 1.5 900 ＨＰ閉、 ＬＰ開 ＬＰ開 ＬＰ開く準備 2.0 1200 ＬＰ開 ＬＰ閉、 ＬＰ開 ＨＰ開く準備 2.5 1500 ＬＰ開 ＨＰ開、弁作動 ＬＰ開 3.0 1800 ＬＰ開 作動完了、ＨＰ閉 ＬＰ開 3.75 2250 ＬＰ開 ＬＰ開 計量開始 4.32 2600 ＬＰ開 ＬＰ開 ＨＰ開、 噴射開始 5.0 3000 ＬＰ開 ＬＰ開 噴射完了 クランク角度に対する関係は、図４に示す通りである。
【０００９】上表に示すように圧電モータ１８を例えば
300 Vのような低圧で付勢し始めると、圧電スタックは
0.025 mm 膨張してスプール２４を休止位置１ａから位
置２ａまで運動させる。この際の圧電ディスクとスプー
ル２４との間の増幅度即ち面積比は 20 ：１である。こ
の位置においては、出口即ち排気弁低圧ライン２８は閉
じる準備が整っており、入口即ち高圧ライン２６は開く
準備ができている。電圧を例えば 600 Vまで増加させる
ことによって、スプールは１mm変位する。出口即ち排気
弁低圧ライン２８は完全に閉じ、高圧は開く。これによ
ってこのタイミングを必要とする時間にわたって排気弁
６及び排気プランジャ３８が作動する。電圧を 600 Vか
ら 300 Vに戻して高圧から低圧に切り換え、弁運動量が
弁解放サイクルを完了させるのを可能にすることによっ
て、流体圧パワー消費が減少する。これはパワーを回復
させる効率的な方法である。電圧を 900 Vに増加させる
ことによって、スプールの位置が１ｂから２ｂまで運動
して高圧ライン２１を閉じ、そして同時に低圧ライン２
８’が開く。排気弁ばね（図示してない）が排気弁６を
閉じ、排気弁作動を完了する。弁が閉じる時にも同一の
回復技術が適用される。パワー消費の減少は、弁を閉じ
る時の方が弁を開く時よりも幾分効率的でさえある。更
に、閉じる時にパワーを回復すると弁の着座速度が低下
する。
【００１０】電圧を 1200 V に増加させることによっ
て、スプール位置１ｇは位置２ｇへ移動する。出口即ち
吸気弁低圧ライン２８”は閉じる準備が整い、高圧２
６”は開く準備が整う。更に電圧を 1500 V に増加させ
ると、吸気弁低圧ラインが完全に閉じ、高圧ラインが広
く開いて通路４２及び４７に通じ、それによって吸気プ
ランジャ４６を通して吸気弁４が作動する。吸気弁４に
対しても、排気弁に適用したものと同一の回復技術を適
用することができる。電圧を 1800 V に増加させると、
スプールは位置１ｉから２ｉまで移動する。通路４２は
遮断され、高圧ライン２６”が閉じる。低圧ライン２
８”は開く。吸気弁ばねが吸気弁４を遮断し、吸気弁作
動を完了させる。本発明の他の面、目的、及び長所は図
面、以上の説明、及び特許請求野範囲を検討することに
より明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の概要断面図である。
【図２】本発明の装置の別の実施例の概要図である。
【図３】本発明の装置に組合わされる装置の概要図であ
る。
【図４】クランク角度対持上げのグラフである。
【符号の説明】
２ 本発明の装置 ４ 吸気弁 ６ 排気弁 ８ 燃料噴射装置 １０ シリンダ １２ マイクロプロセッサ制御装置 １６ 液体圧力装置 １８ 圧電モータ ２２ スプール弁 ２４ スプール ２６ 入口 ２８ 出口 ３０ 増幅ピストン ３２ 高圧レール ３４ 低圧レール ３８ 排気プランジャ ４６ 吸気プランジャ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｈ 7536−3Ｇ Ｚ 7536−3Ｇ Ｈ０１Ｌ 41/09 (72)発明者 ツー ピー シュー アメリカ合衆国 イリノイ州 61525 ダ ンラップ ウェスト ティンバーデイル ドライヴ 1608 (72)発明者 ジェイ ロジャー ウェーバー アメリカ合衆国 イリノイ州 61523 チ ラコシ ノース ブルーム ドライヴ 15905

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの燃料噴射装置、１つの
    排気弁装置、１つの吸気弁装置、入力信号を受けて機関
    制御用電気信号を供給するマイクロプロセッサ制御装
    置、及び液体圧力装置を有する機関の弁運動及び燃料噴
    射を調整可能に制御する装置であって、 マイクロプロセッサ制御装置及び液体圧力装置に接続可
    能な単一の圧電モータと、単一のスプールを有するスプ
    ール弁とを具備し、 上記圧電モータは、マイクロプロセッサから機関制御用
    電気信号を受信し、受信した該信号に応答して加圧され
    た液体信号を制御可能に供給するようになっており、 複数の入口及び出口を有する上記スプール弁は、圧電モ
    ータが受信した機関制御用電気信号に応答して液体圧力
    装置から加圧された液体信号を受け、単一のスプールを
    制御可能に運動させ、弁制御信号及び噴射制御信号を弁
    装置及び噴射装置へ供給して弁運動及び燃料噴射の両者
    を制御することを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 圧電モータは、圧電モータから供給され
    る加圧された液体信号の圧力を予め選択された大きさま
    で増加させる増幅ピストンを含む請求項１に記載の装
    置。
  3. 【請求項３】 増幅ピストンは、液体圧力信号の比を約
    ５：１乃至約９：１の範囲の大きさまで増大させる請求
    項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 比の大きさが約７：１である請求項３に
    記載の装置。
  5. 【請求項５】 スプール弁のスプールは、ばねによって
    第１の位置にバイアスされており、加圧された液体信号
    の受信に応答して運動できるようになっている請求項１
    に記載の装置。
  6. 【請求項６】 ベルビルばねを含み、スプール弁のスプ
    ールがこのベルビルばねによってバイアスされている請
    求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 液体圧力装置及び液体制御装置の液体が
    ディーゼル燃料である請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 噴射装置及び弁装置は、スプール弁から
    の加圧された液体によって動力を得ている請求項１に記
    載の装置。
  9. 【請求項９】 機関の複数の各シリンダは、少なくとも
    １つの燃料噴射装置、少なくとも１つの排気弁装置、及
    び少なくとも１つの吸気弁装置を有し、これらの装置は
    それぞれの圧電モータ及びそれぞれのスプール弁に接続
    され、各圧電モータ及びスプール弁は共通の液体圧力装
    置に接続可能である請求項１に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 複数の圧電モータが単一のマイクロプ
    ロセッサに接続されていて該マイクロプロセッサから機
    関制御用電気信号を受信するようになっている請求項９
    に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 液体圧力装置がレール装置である請求
    項１に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 液体圧力レール装置が、高圧レール及
    び低圧レールを有している請求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 高圧レールは、約 2000 乃至約 4000
    psia/psig の範囲の圧力に維持されている請求項１２に
    記載の装置。
  14. 【請求項１４】 高圧レールは、約 3000 psia/psig の
    圧力に維持されている請求項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 低圧レールは、約 100乃至約 300 psi
    a/psigの範囲の圧力に維持されている請求項１２に記載
    の装置。
  16. 【請求項１６】 低圧レールは、約 200 psia/psigの圧
    力に維持されている請求項１５に記載の装置。
JP5275115A 1992-11-04 1993-11-04 弁運動及び燃料噴射制御装置 Ceased JPH06213098A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/971,103 US5237968A (en) 1992-11-04 1992-11-04 Apparatus for adjustably controlling valve movement and fuel injection
US07/971103 1992-11-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06213098A true JPH06213098A (ja) 1994-08-02

Family

ID=25517932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5275115A Ceased JPH06213098A (ja) 1992-11-04 1993-11-04 弁運動及び燃料噴射制御装置

Country Status (3)

Country Link
US (2) US5237968A (ja)
JP (1) JPH06213098A (ja)
DE (1) DE4337698A1 (ja)

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