JPS61197743A - デイ−ゼル機関用燃料噴射率制御装置 - Google Patents

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〕 本発明は、ディーゼル機関の低速軽負荷時の騒音、振動
低減及び高速高負荷時の出力アップ等をはかるために、
燃料噴射率を電気的に制御する機構を有する燃料噴射率
制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ディーゼル機関の噴射率の制御は、例えば特開昭
５７−８６３５２号公報に示されるように、噴射ノズル
の開弁圧を変えるものや、噴射口の構造を変えることに
よるものなどが知られているが、この場合ポンプ側の圧
送機構が固定されて　。

いるため、また、実際の噴射状態が検出できない　□た
め、機関の運転全域゛できめ細か□く噴射率を制御する
ことは困難で゛ある。　　　　　　′〔発明が解決しよ
うとする問題点〕 そこで、本発明は、騒音、振動が問題となる低速軽負荷
時に、騒音、振動の検出結果に応じて噴射率を下げ、騒
音、振動を低減することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、アイドル回転数
の制御を行うものにおいて、燃料噴射ポンプから噴射ノ
ズルまでの高圧燃料流路間に、流す電流により最高噴射
圧が変更できる圧力制御電磁弁を備え、また、機関の騒
音または振動をマイクロホン、振動センサ等で検出し、
その検出レベルが設定値より離れている時、噴射率を変
化させる様に電磁弁の電流を制御して、騒音もしくは振
□動レベルが設定値になる様に制御するものである。

（実施例〕 以下本発明になる装置渣図面に示す実施例により説明す
る。第１図は本発明の一実施例を示す構成図で、ボッシ
ュ式分配型燃料噴射ポンプにこの発明になる装置を適用
したものである。６は４サイクルデイ一ゼル機関、５は
燃料噴射ポンプ、４１はポンプ駆動軸で４サイクル機関
ではクランク軸回転数の１／２の回転数で駆動されるベ
ーン式ポンプを用い、燃料タンク６２より燃料フィルタ
６３を経た燃料を入口４３より吸入し、出口４４に吐出
する。出口４４を出た燃料ポンプハウジング内の燃料溜
４５に充満され燃料圧調節器４６にて圧力調節され、余
分な燃料は燃料タンク６２に戻される。フェイスカム４
７とポンププランジャ４８とは一体化されており、ポン
プ駆動軸４１とカップリング４９にて結合され回転力が
伝えられている。このフェイスカム４７はプランジ中ス
プリング５０によってローラ５１に、押、しつけられて
いるので、ポンプ駆動軸４１の回転に伴ってプランジャ
４８は往復運動と回転運動とを行い、燃料を吸入口５２
より吸入した後分配圧送を行う。

７０は電気的にリリーフ圧力が可変できる噴射圧力制御
電磁弁である。７１はそのハウジングで、高圧室５６か
らの内圧が作用する受圧面積を決めるシート部７１ａ１
高圧室５６の燃料を前記ポンプハウジング内の燃料溜４
５に戻す流路７１ｂを備えている。７２はプランジャで
ハウジング７１円筒内周部７１ｃに軸方向に移動可能と
なっており磁性材料よりなるムービングコア７２ａと一
体化されている。７３はコ°イルで電気的制御回路２よ
り通電制御される。７４はリターンスプリングで前記コ
イルに流れる電流による電磁力と加算された力でプラン
ジ中７２を前記シート部７１ａに押しつけられており高
圧、室５６のリリーフ圧力を設定している。　６　　　
　　。

なおプランジャ７２の作用力はプランジャが高圧燃料を
リリーフすることによるリフト変化に対してあまり力が
変わらないようにリターンスプリングのバネ定数とエア
ギャップを選んである。即ち第２図に示す如く、プラン
ジャのリフトに対してリターンバネ力Ｆ３と電磁力Ｆ、
の合計としてのセント荷重Ｆ、が概略一定になる様にし
ている。

ここでリリーフ圧力Ｐａとセット荷重Ｆ８の関係はｐｍ
　”ａＦＩ　Ｘ　（４／πｄ２）と表され、ここにｄは
前記シート部７１ａの直径である。７５はスプ、リング
リテーナでシール用０リング７５ａ及びネジ部７５ｃを
もちスプリングセット荷重が調整可能となっている。７
６はパルプエンドでハウジング７１にねじ締め固定され
ている。

燃料の圧送はプランジャ４８が矢印す方向に移動し、吸
入口５２を閉鎖した時期より始まり、分配通路５３、デ
リバリパルプ５４を出て高圧配管を経由し噴射ノズルよ
り機関の各気筒に噴射される。プランジャの移動に伴い
高圧室５６内の圧力が前記噴射圧力制御電磁弁７０のリ
リーフ圧力をこえると該噴射圧力制御電磁弁７０のプラ
ンジャ７２がリフトし、高圧室５６内の最高圧力をリリ
ーフ設定圧力に保つ。さらにプランジャ４８が矢印す方
向に移動してスピルボート５５が燃料調節部材をなすス
ピルリング４の右側（ｂ方向側）端面より燃料溜４５に
解放された時燃料の圧送が終了する。従ってスピルリン
グ４をプランジャ４８の軸方向に移動させることにより
、燃料噴射量の調節が可能である。

３は電磁式アクチュエータでコイル３１に流れる電流に
よって発生する矢印ａ方向の力とバネ３５によって発生
する矢印す方向の力との釣合いによって、ムービングコ
ア３３の位置を定める。このムービングコア３３は連接
棒３４とリンク機構３８を介してスピルリング４を移動
させ燃料噴射量を調節する。１ｂは機関の回転数を検出
する回転数検出器であり、ポンプ駆動軸４１に直結され
たギヤｌｂｌの回転数を電磁ピックアップ１ｂ２より検
出し、この電気信号を機関の回転数信号として電気的制
御回路２に入力する。１ａは例えばポテンショメータを
用いたアクセル操作量検出器であり、アクセル操作量に
対応した電気信号を電気的制御回路２に入力する。８１
はバッテリ電圧およびスタータがＯＮかＯＦＦかを検出
するキースイッチである。そして、９は機関の騒音（例
えば燃焼音）を検出するマイクロホンでその出力は電気
的制御回路２の公知のピークホールド回路２３へ入力さ
れ、そのピーク値はＡ／Ｄ変換され、後述のマイクロコ
ンピュータ２２に取込まれる。

電気的制御回路２は機関の回転数検出器１ｂ、アクセル
操作量検出器１ａ、キースイッチ７１からそれぞれ検出
信号を受けて、前記噴射圧力制御電磁弁７０に流す目標
電流値を演算し出力する。

該電気的制御回路２内には、電流制御回路２１を備える
。

第６図に電流制御回路２１の具体的な実施例を示す。２
２はマイクロコンピュータであり、前記目標電流値や後
述する目標噴射量、スピルリングの目標−位置等を演算
する。演算された目標電流値のデジタル値はＤ／Ａコン
バータ２１１に入力され目標電流値に対応したアナログ
電圧となる。一方電磁弁７０に流れる電流は、電流検出
抵抗２１５により検出され、電流検出アンプ２１３に通
して実電流信号として誤差補正アンプ２１２に入力され
る。誤差補正アンプ２１２は前記目標電流値と前記実電
流信号が一致するように、トランジスタ２１４のベース
電流を制御する。このように、電流制御回路２１はマイ
クロコンピュータ２２で演算された目標電流値と電磁弁
７０に流れる実電流が一致するべく働く。コンデンサ２
１６は、以上の動作を発振することなく安定に作動させ
る為のものである。

一方、電気的制御回路２は燃料噴射ポンプの目標噴射量
に対応したスピルリング４の目標位置を演算し、この目
標位置を表わす信号と実位置検出器７よりの実位置信号
とを比較し、これらの誤差に基づき電磁式アクチェエー
タ３に信号を与え、その誤差を修正するよう電磁式アク
チュエータ３を駆動する。本実施例ではこの目標噴射量
および目標位置の演算を例えば特開昭５７−２０５２５
号公報に示されるようにマイクロコンピュータ２２によ
って行っている。

第３図は噴射圧力制御弁７０の電流に対するリリーフ圧
力Ｐ、Ｉを示すものでＰＭは噴射ノズル開弁圧を示す。

電流ｌが零の場合（左端）のリリーフ圧力だリターンス
プリングのセット荷重Ｆ、に対応するものである。そし
て、電磁力に対応するセット荷重はコイル電流により直
線的に増加する。

即ち機関の運転条件によりコイルに流す電流を変えてや
ることにより最高噴射圧を制御し、燃料噴射率を自由に
変えることができる。

次に本実施例の作動を第４図、第５図の特性図とともに
説明する。第４図は噴射率制御を行わない場合（従来の
噴射ポンプと同じ特性が得られる）であり、即ち圧力制
御電磁弁７０のコイル７３に流す電流を充分大きくして
、噴射ポンプが発生する最高圧力以上にリリーフ圧Ｐ、
を設定した場合で、（ａ）は高圧室５６内の噴射圧力を
示す、前記プランジ中４８が矢印すの方向に移動すると
高圧室５６内の圧力が上昇する。そして、ノズルの開弁
圧Ｐ、を越えるとｔ２点でノズルが開き燃料を噴射し始
める。さらにプランジャ４８の移動に伴い、高圧室５６
内の圧力は第４図（ａ）の如く上昇する。

それに合わせてノズルリフトもさらに大きなものとなり
燃料噴射率も第４図（Ｃ）の如き波形となる。

さらにプランジャが移動して所定の噴射量を噴射すると
前記スピルボート５５力５スとルリング４の右側端面に
開放されｔ、で圧送が終了する。

第５図は噴射率制御を行った場合である。第４図同様（
ａ）は高圧室内の噴射圧力を示す。ＰＭはノズルの開弁
圧である。Ｐえは前記圧力制御弁のリリーフ圧でリター
ンスプリング７４のセット荷重及び機関の運転条件によ
り決まる噴射率を得るために電気的制御回路２からコイ
ル７３に出力される電流値により発生する吸引力により
決定される。

ここで前記プランジャ４８が矢印の方向に移動すると高
圧室の圧力が上昇する。そしてノズル開弁圧ＰＭを越え
るとｔ２点でノズルが間中燃料を噴射、し始める。さら
にプランジャが移動するとそれに伴い高圧室５６の圧力
は上昇するがリリーフ圧力に達すると噴射圧力側！電磁
弁７０のプランジャ７２がリフトし、流路７１ｂを通っ
てハウジング内の燃料溜４５に一部がバイパスするため
噴射ノズルに圧送される燃料が減少して噴射ノズルリフ
ト量が押えられ、噴射率も（Ｃ）図の如く小さくなる。

更にプランジャ４８が移動して所定の噴射量を噴射する
と前記スピルボート５５がスピルリング４の右側、端面
に開放されｔ３で圧送が終了する。

なお、上述の例では噴射圧力制御電磁、弁７０のスプリ
ングセット荷重で対応するリリーフ圧力をノズル開弁圧
ＰＭよりもわずかに小さいものとしたが、これをノズル
開弁圧に等しくするか、あるいはわずかに大きいものに
しても良い、さらには該スプリングセット荷重を十、分
に小さくして、リリーフ室に対応する力をほとんど全て
電磁力によるものとしても同様の効果が得られる。

又、前記圧力制御電磁弁７０章ポンプ本体に一体化した
ものとしたが、ポンプから噴射ノズルまでの高圧流路間
に別個に設置するようにしても良い。

ところで、前述の如く、高圧室の燃料を逃がして、噴射
率を制御するために、噴射率制御時は通常運転時よりス
ピルリングを燃料噴、射増量側へ移動させて、見かけ上
燃料噴射量を増量する必要がある。

そこで本実施例では、噴射率制御を低速軽負荷時である
アイドル回転制御中（定速回転制御中）に行い、スピル
リングの移動（噴射量の制御）はアイドル回転制御によ
って行うことにする。すなわち、前記圧力制御電磁弁７
０の電流を変化させると、噴射量が変化し、機関回転数
が変化するが、アイドル回転数付近 リング位置を変化させて、機関回転数を一定に保つこと
ができる。

次に、第９図のマイク℃コンピュータ２２の動作を示す
フローチャート、により、本発明の噴射率制御について
説明する。電気的制御回路２に電源が投入されるとプロ
グラムが起動され、ステップ９０１でプログラムの初期
化が行われる。ステップ９０２で、アクセル操作量信号
や機関冷却水温、機関騒音信号等の機関の！転状態をＡ
／Ｄコンバータを介して取込む。ステップ９０３では機
関回転数を算出する。ステップ９０４では前述の噴射量
制御のための処理を実行する。ステップ９０５では、ア
イドル回転数制御実行条件の判定を行い、例えば第１１
図に示す様な条件を判定する。

即ち、第１１図において、ステップ、１１０゜１１１．
１１２で、アクセル操作量０％で、かつ機関回転数Ｎｔ
がアイドル回転数付近の所定値ＮＬ　ｒ　Ｎｎ　Ｃ’ｐ
ＩＩ＋）に対し、Ｎｔ　＜ＮＥ　＜Ｎ、ｉの状態が２秒
以上経過したかどうかを判定し、ステップ１１３．１１
４でそれぞれスタータがＯＦＦか、車速かＱ　ｋｍ　／
　Ｈかどうかを判定する。全ての条件が満足された場合
、ステップ９０６−・進み、アイドル回転数制御を実行
し、次にステップ９０７で噴射率制御に移行する。なお
、アイドル回転数制御は例えば特開昭５７−１４０５３
１号公報に示される如く行えばよい。またステップ９０
５で条件不成立の場合は、ステップ９０８でアイドル回
転数制御を中止、９０９で噴射率制御を中止して、すな
わち前記電磁弁７０へ流す電流を十分大きな値になる様
にして、電流指令値を出力する。ステップ９０７あるい
は９０９が終了したらステップ９０２へ戻り、上述の制
御が繰り返される。

次に第１０図に、第９図のステップ９０７の噴射率制御
ルーチンの詳細フローチャートを示す。

まず、ステップ１０１で機関回転数と負荷状態で定める
許容騒音レベルの上限（ＶＮ−を算出する。

本実施例では無負荷（アクセル操作量Ｏ％）で制御を行
うため、■Ｍ□は機関回転数をパラメータとする一次元
マツブとして記憶されてい□るデータより、マツプ検索
、補間により算出できる。ステップ１０２では現在の騒
音レベル■８と許容騒音レベルの上限ＶＮＨとを比較し
、現在のレベルが高い場合、ステップ１０３．１０４へ
進み、噴射率を下げて、騒音レベルが低下する様に噴射
圧力制御電磁弁７０へ流す電流の値を補正する。すなわ
ち、ＩＶＮ　　Ｖｓ、ｉｌから電流の補正値Δｉを算出
して、ステップ１０４で指令電流ｉを補正して出力する
（ｉ＝ｉ−Δｉ）。

またステップ１０２で騒音レベルが許容騒音レベル上限
■□より小さい場合は、ステップ１０５で１０１同様機
関回転数をパラメータとする許容騒音レベル下ＷＩ　Ｖ
　Ｍｔを算出する。ステップ１０６では現在の騒音レベ
ルｖ２と比較し、ｖＮ＞ｖＮＬの場合は現在の騒音レベ
ルは目標の範囲内であり現在の噴射率で制御する。すな
わち電磁弁７０へ流す電流値は変えない。Ｖ、＜Ｖ、、
の場合には、噴射率を上げるためにＩＶＭ　　ＶＮＬＩ
から補正電流値Δｉ′を算出して、電磁弁７０へ流す電
流の指令値ｉはｉ＋Δｉ′として出力する。

この様に機関の騒音レベルが、機関回転数で設定した許
容騒音レベルの範囲内に入る様に噴射圧力制御電磁弁７
０へ流す電流値を制御する。

次に電流制御回路２１の他の実施例を第７図に示す。マ
イクロコンピュータ２２から出力された目標電流のデジ
タル値はＤ／Ａコンバータ２１１によりアナログ電圧に
変換され、誤差増幅器としてのオペアンプ２１７に入力
される。一方電磁弁７０に流れる電流は、電流検出抵抗
２１５により検出され、電流信号検出アンプとしてのオ
ペアンプ２１３ａ、電流信号増幅器としてのオペアンプ
２１３ｂをへて前記オペアンプ２１７に入力される。オ
ペアンプ２１７では、目標電流値と実電流値の誤差を増
幅し、比較器としてのオペアンプ２１９へ入力される。

オペアンプ２１８は、三角波の発振器である。オペアン
プ２１８で発生した三角波の前記誤差の信号とを比較器
としてのオペアンプ２１９で比較して所定のデユーティ
比でトランジスタ２１４を駆動することにより、目標電
流値に実電流値が一敗するよう制御する。

以上説明した実施例では、機関の運転中は、常に目標電
流値に一致するべく電磁弁の実電流値は制御され、連続
通電されることになる。この時、電磁弁や駆動回路の発
熱が比較的大きい。一方電磁弁が所定の開弁圧にセット
されてなければいけない期間は、ポンプが燃料を噴射し
ている期間であり、その他の期間は開弁圧が変化してい
ても問題ない。したがってポンプが燃料を噴射している
間のみ所定の電流を流し、その他の時は電流を遮断すれ
ば、消費電力は低下し、発熱量も小さくなる。その実施
例を以下に説明する。

まず、構成は第１図に示した構成の各種運転状態検出器
に第８図に示すポンプカム角基準位置センサを付加した
ものである。これは分配型噴射ポンプのプランジャ４８
のまわりに各気筒の基準位置に相当する所に磁性材の突
起１０１を設け、ローラーリングに固定された電磁ピッ
クアップ等の磁性材検出器１０２を設け、これによりポ
ンプカム角のある位置で信号を発生するようにしたもの
である。該基準位置センサの信号は電気的制御回路２へ
入力される。

第１２図（ｉ）にこの場合のポンプの噴射波形、（ｉｉ
　）に基準位置信号を示す、基準位置信号はポンプが噴
射を始めるよりもθ３だけ早（発生するようにセットさ
れている。一方電磁弁に流れる電流を（ｉｉｉ　）に示
す０図示するように電流を流し始めても所定の値にてる
までにＴ、だけ時間遅れがある。従って、電気的制御回
路２は、ポンプが燃料の噴射を始める時点で所定の電流
値に達しているよ、うに時間遅れＴ、を見込んで、基準
信号からＴＮ後に電流を流し始める０次に噴射終了後の
基準位置からＴＦ後に電流を遮断する。尚、時間遅れＴ
Ｄ、は、バッテリ電圧や目標電流値、電磁弁のコイル温
度等で変化するのでそれぞれのパラメータを取り込んで
補正を加えるか１．最悪条件での最大時間遅れＴ□、、
１以上にセットする。

なお、噴射圧力制御電磁弁の他の例としては第１３図に
示すものでも良い、ここでリリーフ圧力はプランジャ７
２′とねじ締めにより一体化されたムービングコア７２
ａ′をシート部７１３′におしつけるリターンバネ７４
′による力Ｆ、′からコイル７３′に流れる電流による
電磁力ＦＥ　′を引いたもの（Ｆｍ　＝Ｆｓ　　’　−
Ｆｉ　　・）になる。

ここでコイルに電流を流さない場合、リターンスプリン
グ力Ｆｓ　′によるリリーフ圧力ｐＨ′は全ての運転条
件下で前記ポンプが燃料を圧送することにより発生する
噴射圧Ｅより大きく設定しである。またムービングコア
７２′は一部テーパ状７２ｂ’に形成されプランジャの
リフトに幇して吸引力がほぼ一定となるようにしである
。この構成より前記実施例と同じく例えばアイドリング
運転時等に噴射率を下げる場合は前記コイル７３′に流
す電流を制御してリリーフ圧力を変えてやればよい。

また、実際の騒音レベルの検出は、マイクロホンの出力
をピークホール、≧ド回路へ入力し、そのピーク値をＡ
／Ｄ変換して、マイクロコンピュータに取込むようにし
たが、マイクロホンの出力を高速なＡ／Ｄ変換器でサン
プリングして、サンプルデータを算述平均して騒音レベ
ルとなる。。

また、サンプルデータからＦＦＴ処理を行い、燃郷音が
一番大きく影響する、１〜３ＫＨｚ、成分のレベルを算
出して騒音レベルとしても良い、この場合、許容される
騒音レベルの上、下限も同様の方法で算出して、記憶し
ておけば良い。

さらに前記マイクロホンの代わりに、公知、の圧電式等
の振動センサをシリンダブロック等の機関本体に取付け
、その振動検出信号を用いて上述した制御と同様に噴射
率の制御をすることもできる。

〔発明の効果〕

昇上述べた様に本発明は、アイトノ−回転数の制御をけ
うシステムにおいて、燃料噴射ポンプから噴射ノズルま
での高圧流路間に電磁力によりリリーフ圧力が可変でき
る噴射圧力制御電磁弁を備え、また、機関の騒音もしく
は振動を検出してその検出レベルが目標値となるように
前記電磁弁のリリーフ圧力を制御するようにしているの
で、従来にないきめ細かな噴射率制御が可能となり、騒
音や振動を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
圧力制御電磁弁、のプランジャリスト量とプランジャ作
用力の関係警示す特性図、第３図は圧力制御電磁弁に流
れる電、流値とリリーフ圧力の関係を示す特性図、第４
図、及び第５図は各々噴射率制御、が無い場９合と負や
一合の制御状態を示す波形、図、第６図は第１図中の電
流制御回路の電気回路図、第７図は電流制御回路の他の
例を示す電気回路図、第８図は本発明の他の実施例にお
ける噴射ポンプ要部構成図、第９図乃至第１１図はマイ
クロコンピュータにおける処理手順を示すフローチャー
ト、第１２図は第８図の実施例におけ、る圧力制御電磁
弁の制御状態を示すタイミングチャート、第１３図は圧
力制御電磁弁の他の例を示す断面構成図である。 １ａ・・・アクセル操作量検出器、ｌｂ・・・回転数検
出器、２・・・電気的制御回路、３・・・電磁式アクチ
ュエータ、５・・・燃料噴射ポンプ、６・・・ディーゼ
ル機関、９・・・マイクロホン、′２１・・・電流制御
回路、２３・・・ピークホールド回路、７０・・・圧力
制御電磁弁。 ７３．７３’・・・コイル、７４．７４’・・・リター
ンスプリング、１０１・・・突起、１０２・・・磁性材
検出器。 代理人弁理士　　岡　部　　　隆 第２図 第３図 第４図 （・１　壱’ｔ＊Ｐ’％“１４旬濃　い士も者）第５図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ディーゼル機関のアイドル回転数を所定の目標
   値にフィードバック制御すべく燃料噴射ポンプによる燃
   料噴射量を制御する装置において、前記燃料噴射ポンプ
   から噴射ノズルまでの高圧流路間に設けた電磁力により
   リリーフ圧力が可変できる噴射圧力制御電磁弁と、 機関の実際の騒音もしくは振動を検出する検出手段と、 前記アイドル回転数の制御中に、前記検出手段により検
   出された騒音もしくは振動のレベルが所定の目標値とな
   るように前記噴射圧力制御電磁弁に流れる電流を制御し
   リリーフ圧力を変化させるリリーフ圧力制御手段とを 備えたことを特徴とするディーゼル機関用燃料噴射率制
   御装置。
2. （２）　前記検出手段はマイクロホンであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のディーゼル機関用
   燃料噴射率制御装置。
3. （３）　前記検出手段は機関本体に取付けた振動センサ
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   ディーゼル機関用燃料噴射率制御装置。
4. （４）　前記騒音もしくは振動レベルの目標値は、機関
   回転数に応じた所定の許容範囲として定められることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項記載のいず
   れかに記載のディーゼル機関用燃料噴射率制御装置。
5. （５）　前記リリーフ圧力制御手段は噴射ポンプの所定
   のカム角範囲のみ前記電磁弁に電流を流すようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項のいず
   れかに記載のディーゼル機関用燃料噴射率制御装置。