JPS6043148A

JPS6043148A - 燃料噴射ポンプの制御装置

Info

Publication number: JPS6043148A
Application number: JP15047783A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kawamura; 川村　佳久
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-08-18
Filing date: 1983-08-18
Publication date: 1985-03-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）パ醜・・、・Ｉ］：１、ディーゼル機関などの燃料噴射
ポンプの制御装置に関する。

（従来技術）一般に、ディーゼル機関においては、燃料噴射量を機関
回転数や要求出力（負“荷）に応じて可変的に制御して
いる。

その制御手段の一例が、第１図に示すような分配型燃料
噴射ポンプで最も広く実用化されている（日量自動車■
、昭和５３年６月発行１９８０技術解説書［ディーゼル
エンジン」参照）。

まず燃料は、ボ、ンプ本体の入口１から機関出力軸に連
結したドライブシャフト２により駆動されるフィードポ
ンプ３によって吸引される。

フィードポンプ３からの吐出燃料は、圧力調整弁４によ
り供給圧を制御されて、ボンプハウジング３１の内部の
ポンプ室５へと供給される。

ポンプ室５の燃料は、作動部分の潤滑を行なうと同時に
吸入ポート１２を通って高圧プランジャポンプ６に送ら
れる。

このポンプ６のプランジャ７は、ドライブシャフト２に
連結したカムディスク８に固定されておリ、継手２人を
介して、前記ドライブシャフト２により機関回転に同期
して駆動される。

また、カムディスク８は、機関シリンダ数と同数のフェ
イスカム９をもち、回転しながらローラリング１０に配
設されたローラ１１をこのフェイスカム９が乗シ越える
たびに、所定のカムリフトだけ往復運動する。

従って、プランジャ７は回転しながら往復運動をし、こ
の往復運動によって吸入ボート１２から吸引された燃料
が分配ボー）１３よりデリバリパルプ１４を通って図示
しない噴射ノズルへと圧送される。

一方、燃料の噴射量は、プランジャ７に形成したカット
オフボート１５を被覆するコントロールスリーブ１６の
位置により決められる。例えば、カットオフボート１５
の開口部がプランジャ７の右行によシ、コントロールス
リーブ１６の右端部を越えると、それまで高圧室６Ａ内
から分配ボート１３へと圧送されていた燃料が、カット
オフポー）１５’ｒ通って低圧のポンプ室５へと解放さ
れるので分配ボート１３への圧送を終了する。

したがってコントロールスリーブ１６をプランジャ７に
対して右方向に相対的に変位させると、燃料噴射終了時
期が遅くなって燃料噴射量が増加し、逆に左方向に変位
させると燃料噴射終了時期が早まって燃料噴射量が減少
するのである。

コントロールスリーブ１６は、図示しないアクセルペダ
ルと連動するリンクレバー装置１９に支持され、踏み込
み量に応じて変位するみこれと同時にドライブシャフト
２の回転で駆動されるガバナ機構１８は、リンクレバー
装置１９を補正制御して、アクセル開度に対応した機関
回転数を常に一定に保つべく燃料噴射量を増減する。

このリンクレバー装置１９は、コレクタレバー２１、テ
ンションレバー２２、スタートレノ−２３およびスタ・
−トスプリング２４よすなる。

コレクタレバー２１は支点Ｂを中心に回動自在にポンプ
ハウジング３１に支持され、圧縮スプリング２５によっ
て、フルロ−ドアジャストスクリュー２６に押しつけら
れて静止している。

また、テンションレバー２２とスタートレｐ＜　−２３
はとのコレクタレバー２１に支点Ａを中心に回動自在に
設けられ、テンションレバー２２にはコントロールレバ
ー２０の回ｔｉｈＶＣ伴ってコントロールシャ′フト２
７を介して増減するテンションスプリング２８の付勢力
が与えられ、この付勢力がスタートスプリング２４を介
してスタートレノ（−２３に伝達され、スタートレバー
２３を後述するガバナ機構１８のガバナスリーブ１８　
ｆに押し付けている。

そして、このスタートレバー２３にボールジヨイント１
８ｇを介して上記コントロールスリーブ１６が支持され
る。

したがって、レバー２０を回動してテンションスプリン
グ２８の張力を強めれば、テンションレバー２２が反時
割方向に回動し、スタートスプリング２４゛ヲ介してス
タートレバー２３を押し、支点Ａを中心にしてコントロ
ールスリーブ１６．全右方へ移動させて燃料噴射量を増
量させる。

一方、ガバナ機構１８は、噴射ポンプ本体の上層部に内
蔵され、ギヤ１８ａと一体的に構成されたフライウェイ
トホル・ダｌ　、８　ｂにはフライウェイト１８ｃが接
合点１８ｄを中心に回動自在にと９つけられていト、。

フライウェイトホルダｔａｂが、ギヤ１８ａを介して伝
えられるドライブシャフト２の回転に従ってガバナシャ
ツ）１８ｅを中心に摺動回転すると、フライウェイト１
８ｃも回動１接合点１８ｄ’ｉ中心に回転遠心力をうけ
拡がる。

例えば、アクセル開度が変わらないのに回転数が上昇し
たとすると、ガバナシャフト１８ｅに嵌合し、かつフラ
イウェイト１８ｃに係合するガバナスリープ１８ｆは、
フライウェイト１８ｃにおされて前進する。このガバナ
スリープ１８ｆの前進に伴って、スタートレバー２３が
、スタートスプリング２４の押圧力に抗して支点Ａを中
心に回動し、コントロールスリーブ１６を図中左方へ移
動させて燃料噴射量を減少させる。このため回転数が下
降してアクセル開度に対応した機関回転数に収束するの
である。

また、燃料の噴射時期はローラリング１０を回動させる
ことにより制御される。

具体的忙はカムディスク８のフェイスカム９がローラ１
１に乗り上げたときに燃料が噴射されるので、例えばカ
ムディスク８の回転方向と逆方向にローラリング１０を
回動させると、フェイスカム９のローラ１１に乗り上げ
る時期が°それだけ早くなるため、燃料の機関クランク
角に対する噴射時期が早まる。

そのために、ローラリング１０はタイマスライドピン２
９を介してタイマピストン３０に回動自在に嵌合されて
いる。

シリンダ３０Ａの中で摺動するタイマピストン３０の端
面の高圧室３２には、通路３３を経てポンプ室５の燃圧
が導かれ、また反対側の低圧室３４はフィー・ドポンプ
３の吸込側に連通して負圧に近い状態になるが、スプリ
ング３５０弾性力でタイマピストン３０を押し戻してい
る。なお、第１図はタイマピストン３０の軸線を９０度
回転させた状態を示しており、実際にはローラリング１
００回転接線方向に一致する。同様・に説明の便宜上か
らフィードポンプ３の軸線も９０度回転させたものが同
一図面中に図示しである。

ポンプ室５の燃圧はフィードポンプ３の回転数に比例し
て上昇するので、タイマピストン３０は機関回転数の上
昇に伴って、左方へと押され、これによシカムディスク
８の回転と逆方向ヘローラリング１０を回動し、噴射時
期を相対的に早めるように作用する。

ところで、この装置では噴射率（単位クランク角に対す
る噴射量）がプランジャ径とフェイスカム９のプロフィ
ルによって定まるプランジャ速度によって一義的に決丑
っておシ運転条件に合わせて噴射率を変化させることが
出来なかった。このため、例えば高速回転域に噴射率を
マツチングすると、低速回転域で初期噴射率が高くなり
一時的に混合気が濃くなって燃焼初期の熱発生率を高め
、騒音レヘル並ヒにＮＯｘエミツションレベル力増大し
たジ、逆に低速回転域にマツチングすると、高速回転域
ではスモークが増大するという問題点があった。

このため、従来からカムディスク８のフェイスカム９の
プロフィルを変えることなく、噴射率を機関運転状態に
応じて可変制御するようにした装置が、特開昭５７−６
５８５７号、特開昭５７−４４７４４号及び特開昭５７
−４１４６２号として種々提案されている。

また、上述した対策としてメイン噴射に先立っである程
度の燃料を予備噴射するいわゆるパイロット噴射装置が
、所定−の噴射率を確保して機関の出力特注を維持しつ
つ筒内最高圧力を低くできる点で大いに注目され、これ
も特開昭５７−６５８５２号として提案されている。

ところが、上記従来例はすべてプランジャポンプにおけ
る吐出油または吸込油を制御することによって所期の目
的を達成することから、プランジャポンプ回りの通路構
造が繁雑とな９、加工数増大などによってコスト高にな
ると共に装置に対する信頼性も低くなシ、さらＫはそれ
ほど的確な噴射率やパイロット噴射が得られないという
問題があった。

（発明の目的）この発明は、簡単な構造で機関の運転状態に応じた最適
なパイロット噴射ならびに的確な噴射率の可変制御を実
現することを目的としている。

（発明の構成および作用）この発明は、プランジャが回転しながら往復運動を行な
いポンプ室から燃料通路を介して高圧室に吸引した燃料
を各気筒に圧送分配するディーゼル機関の燃料噴射ポン
プにおいて、前記燃料通路と並列にリーク通路を形成し
、燃料通路に前記プランジャの圧送行程中に閉じる第１
の電磁弁と、リーク通路に第１の電磁弁の閉弁中に開く
第２の電磁弁とをそれぞれ設置すると共に、第１の電磁
弁の閉弁時期、閉弁期間を機関の負荷と回転数等に基づ
く運転状態に応じて制御する手段と、第２の電磁弁の開
弁時期、開弁期間を機関の回転数に応じて制御する手段
とが設けられる。

即ち、第１の電磁弁で燃料通路を閉じることにより、高
圧室の燃料はプランジャの圧縮動作に伴なって昇圧され
、との昇圧中に第２の電磁弁です−り通路を開くことに
より、昇圧された燃料の一部は逃がされる。−これによ
シ、第１の電磁弁が閉じる所定期間中に燃料が噴射され
、と９間の第２の電磁弁の開く所定期間中には燃料の噴
射量力；減少あるいは噴射が中断される。

したがって、第１．第２の電磁弁の開閉時期、開閉期間
を機関の負荷や回転数等に応じて市ｕ御することで、機
関の運転状態に応じた適正噴射時期、噴射量が得られる
と共に、第２の電磁弁の開弁時期を噴射初期に設定した
場合には初期噴射量の、」、さい最適な噴射率が確保さ
れ、また噴射中期に設定した場合には良好なノくイロッ
ト噴射〃（行なわれるのである。

一実施例）第２図、第３図はそれぞれ本発明の実施例を示す燃料噴
射ポンプの断面図と制御手段のブロック図で、２はドラ
イブシャフト、３はフィードポンプ、８はカムディスク
、１０はローラリング、６ハ高圧プランジヤポンプであ
る。

この高圧プランジャポンプ６は、プランジャ７が第１図
と同様、機関回転に同期して回転しながら往復運動し、
ポンプ室５から燃料通路３６を介して高圧室６Ａに吸引
した燃料をその圧縮動作により昇圧すると共に、プラン
ジャバレル６Ｂの分配ボート１，３からデリバリバルブ
１４を介して各気筒の噴射ノズル（図示しない）へ２と
圧送する。

そして、このポンプ室５と高圧室６Ａとを接続する燃料
通路３６と並列にリーク通路３７が形成され、燃料通路
３６の途中に該通路３６を開閉する第１の電磁弁３８と
、リーク通路３７の途中に該通路３７を開閉する第２の
電磁弁３９とがそれぞれ設置される。

第１の電磁弁３８は、第４図に示すように構成され、コ
イル４０に通電゛されると弁体４１が前進して燃料通路
３６を閉じ、開放されるとスプリング４２によｐ弁体４
１が後退して燃料通路３６を開く。

第２の電磁弁３９は、第５図に示すようにコイルへの通
電時に弁体４３が前進してリーク通路３７を開き、開放
時に弁体４３が後退してリーク通路３７を閉じる。なお
、このリーク通路３７には所定小径のオリフィス４４が
配設される。

そして、これらの電磁弁３８．３９は、第３図のように
、アクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサ４５
からの負荷信号と、クランク角を検出して単位パルスを
発生する単位パルス発生装置４６からの１朋信号Ｓ２と
、同じく基準パルスを発生する基準パルス発生装置４７
からの基準信号Ｓ１とが入力される制御回路４８からの
信号により開閉制御される。

この制御回路４８は、入力インタフェイス４９と演算処
理部５０と記憶部（ＲＯＭ）５１と記憶部（ＲＡＭ）５
２と出力インタフェイス５３とからなる制御信号発生回
路５４と、高電圧電源５５と、駆動回路５６とから構成
され、制御信号発生回路５４が前記入力信号に基づいて
電磁弁３８　、３９の開閉時期、開閉期間を演算し、機
関の運転状態に応じた最適な時期、期間に電磁弁３８．
３９が開閉されるように、駆動回路５６を介して電磁弁
３８．３９に指令する。

具体的には、負荷信号と、１変信号Ｓ２と、基準信号Ｓ
、と、信号Ｓ１またｉＳ、よりめられる回転数信号とに
基づいて、第１の°電磁弁３８は前記プランジャ７の圧
送６御・中１の負・蕪１回転数に応じた所定期間閉じ、
第２の電磁弁３９は第１の電磁弁３８の閉弁中の回転数
に応じた所定期間開くように制御される。ただし、５７
はバッテリである。

即ち、第１の電磁弁３８の閉弁中に、高圧プランジャポ
ンプ６の高圧室６Ａの燃料が昇圧され、噴射ノズルから
噴射される一方、この高圧燃料の一部は第２の電磁弁３
９の開弁中にポンプ室５へとリークされる。そして、こ
の場合第２の電磁弁３９は、第６図に示すように第１の
電磁弁３８の閉弁途中、つまシ燃料の噴射中期に開かれ
るように設定される。

これによシ、機関の運転状態に応じて燃料の適正噴射時
期、噴射量が維持されると共に、第７図に示すようにメ
イン噴射に先立って的確にパイロット噴射を行なうこと
が可能となる。

したがって、メイン噴射だけの場合と比較して燃焼が急
激に行なわれることはなく、第８図に示すように燃焼に
よる筒内圧力のピークが緩和され、この結果特に低負荷
、低回転域での騒音や排気中のＮＱｘ等を十分に低減す
ることができるのである。

なお、第１図のガバナ機構１８やコントロールスリーブ
１６等はもちろん不要となる。

一方、噴射初期の噴射率を下げる、ようにする場合には
、第２の電磁弁３９の開弁時期、開弁期間が第１の電磁
弁３８の閉弁初期となるように設定される。そして、リ
ーク通路３７に介装される前記オリフィス４４の口径を
よシ小さくして、第２の電磁弁３９の開弁による燃料の
リーク量を減少し、高圧室６Ａの燃料圧力の立上、！ｌ
）’に所定値だけ緩めるよ′うにオリフィス径が選定さ
れる。

これによれば、初期噴射圧が低く、初期噴射量の少ない
良好な噴射率を得ることができ、パイロット噴射と同様
、筒内ピーク圧力を緩和して騒音、ＮＯｘ等の低減を十
分に図ることができる。なお、この場合噴射開始時期を
パイロット噴射のときより遅らせることは言うまでもな
い。

次に、パイロット噴射を行なう場合の制御回路４８の詳
細な構成とタイミングチャートを第９図、第１０図に示
す。

基準パルス発生装置４７からの基準信号Ｓ、ハカウンタ
５　ｓ−，６ｔに入力され、基準信号Ｓｌに応答してカ
ウンタ５８〜６１がセットされると、カウンタ５８〜６
１は単位パルス発生装置４６から送られる１変信号Ｓ２
を計数し始め、計数値に応じた信号Ｓ、を出力する。

この信号Ｓ、は対応する比較器６２〜６５に送られ、比
較器６２〜６５の出力Ｓ４〜Ｓ７はそれぞれカウンタ５
８〜６１のリセット端子に入力される一方、フリップフ
ロップ６７．６８のセット端子とリセット端子に送られ
る。

また、１変信号Ｓ２は回転数計算回路６９にて回転数信
号に変換され、この回転数信号がパイロット噴射時期演
算回路７０、パイロット噴射期間補正演算回路７１、メ
イン噴射時期演算回路（着火遅れ期間補正演算回路）７
２、メイン噴射期間演算回路（メイン噴射量演算回路）
７３に送られると共に、アクセルセンサ４５からの負荷
信号がパイロット噴射時期演算回路７０、メイン噴射期
間演算回路７３に送られる。

パイロット噴射時期演算回路７０は、回転数信号と負荷
信号とにより前記基準信号Ｓｌからパイロット噴射を開
始するまでのクランク角Ｔ１（第６図参照）を演算し、
パイロット噴射期間補正演算回路７１は、回転数信号よ
シパイロット噴射を行なう期間に対応するクランク角Ｔ
、−Ｔ、を演算し、メイン噴射時期演算回路７２は、回
転数信号よシパイロット噴射を開始してからメイン噴射
を開始するまでのクランク角Ｔ、−Ｔｌ−演算し、メイ
ン噴射時期演算回路７３は、回転数信号と負荷信号とに
よりメイン噴射を行なう期間に対応するクランク角Ｔ４
−　Ｔ、を演算する。

そして、クランク角Ｔ、は比較器６２に、クランク角Ｔ
２−’ｒ、は加算器７４でＴ１が加算され比較器６３に
、クランク角Ｔ、　−Ｔ、は加算器７５でＴ１が加算さ
れ比較器６４に、クランク角Ｔ、−Ｔ、は加算器７６で
Ｔ、が加算され比較器６５に送られる。

したがって、基準信号Ｓ１からクランク角Ｔ、、Ｔｔ。

Ｔｓ　、　Ｔａが経過すると、比較器６２〜６５の出力
Ｓ４〜Ｓ７はそれぞれ瞬間的にノ・イレベルとなり、こ
れに応答してフリップフロップ６７．６８が順次切換え
られる。

比較器６２の出力Ｓ４がハイレベルになると、フリップ
フロップ６７の出力Ｓ８がハイレベルとなってトランジ
スタ７７を導通し、第１の電磁弁３８が閉じられる。次
に比較器６３の出力Ｓ、が／’ｌイレペルになると、フ
リップフロップ６８の出力Ｓ、がハイレベルとなってト
ランジスタ７８を導通し、第２の電磁弁３９が開かれる
。そして、比較器６４の出力Ｓ、がハイレベルになると
、フリップフロップ６８がリセットされて第２の電磁弁
３９が閉じられ、さらに比較器６５の出力Ｓ７がノ・イ
レベルになると、フリップフロップ６７かリセットされ
て第１の電磁弁・３８が開かれるのである。

これによシ、第１、第２の電磁弁３８．３９が開閉制御
され、機関の運転状態に応じて噴射時期、噴射量が適正
にコントロールされると共に、最適なパイロット噴射を
行なうことができる。

なお、第１１図に示すように、比較器６２の出力Ｓ、で
カウンタ５９．６０を、比較器６４の出力Ｓ６でカウン
タ６１をそれぞれ起動させるよう処すれば、加算器７４
〜７６を不要とすることができる。また、初期噴射率を
下げる場合には、比較器６２の出力Ｓ４によりフリップ
フロップ６７　、６８をセットするように構成すれば良
く、もちろんこの場合クランク角Ｔ、　、　Ｔ、　、　
Ｔ、は機関の運転状態に応じて適正に設定される。

（発明の効果）第１の電磁弁と第２の電磁弁との非常に簡単な構成によ
り、パイロット噴射ならびに低噴射率の設定を的確に実
現でき、機関の運転状態に応じた最適な燃料の噴射制御
が可能になシ、機関性能の大幅な向上が図れるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の断面図、事２図、第３図はそれぞれ本
発明の実施例を示す燃料噴射ポンプの断面図と制御手段
の断面図、第４図、第５図はそれぞれ第１、第２の電磁
弁の断面図と部分断面図、第６図は第１１第２の電磁弁
の開閉状態を示すグラフ、第７図、第８図はそれぞれ本
発明の作用説明図、第・９図、第す０図は本発明の詳細
な制御回路の構成例を示す回路図とそのタイミングチャ
ート図、第１１図は同じく制御回路の構成例を示す回路
図である。５・・・ポンプ室、６・・・高圧プランジャポンプ、６
Ａ・・・高圧室、７・・・プランジャ、３６・・・燃料
通路、３７・・・リーク通路、３８・・・第１の電磁弁
、３９・・・第２の電磁弁、４４・・・オリフィス、４
５・・・アクセルセンサ、４６・・・単位パルス発生装
置、４７・・・基準パルス発生装置、４８・・・制御回
路。

Claims

【特許請求の範囲】

プランジャが機関回転に同期して回転しながら往復運動
を行ないポンプ室から燃料通路を介して高圧室に吸引し
た燃料を各気筒に圧送分配するディーゼル機関の燃料噴
射ポンプにおいて、前記燃料通路と並列にリーク通路を
形成し、燃料通路に前記プランジャの圧送行程中に閉じ
る第１の電磁弁と、リーク通路に第１の電磁弁の閉弁中
に開く第２の電磁弁とをそれぞれ設置すると共に、第１
の電磁弁の閉弁時期、閉弁期間を機関の負荷と回転数等
に基づく運転状態に応じて制御する手段と、第２の電磁
弁の開弁時期、開弁期間を機関の回転数に応じて制御す
る手段とを備えたことを特徴とする燃料噴射ポンプの制
御装置。