JPS61210264A - 増圧式燃料噴射装置 - 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 本発明は内燃機関の燃料ｌ噴射装置に関するもので、詳
しくは、低圧燃料油を所定噴射圧力まで増圧する増圧ポ
ンプを油圧駆動し、これにより得られる高圧燃料油を燃
料油圧力によって自己開閉する噴射弁から噴射し、引続
き次に噴射すべき燃料油を増圧ポンプ内に吸引し、次の
噴射指令信号で噴射することを練返し実行する内燃機関
の電気・油圧式燃料噴射装置に関するものである。

従来の技術 電気・油圧式の燃料噴射装置には、大別して増圧方式と
蓄圧方式とがある。前者は低圧燃料油を１回の噴射ごと
に所定噴射圧力まで増圧して噴射弁に供給するものであ
り、後者は一定圧力に昇圧された燃料油を噴射弁に導く
経路途中に別の切換弁を設けて該切換弁の開閉により燃
料油の供給遮断を行なう方式のものである。

発明が解決しようとする問題点 上記増圧式燃料噴射装置に関しては種々の提案がなされ
ているが、特にメタリング量（次に噴射する燃料油量）
の設定を機関運転状況から検知した別の指令信号にもと
づいて増圧ポンプ内に吸引して行なうとともに、これを
併用することにより噴射圧カバ°ターンの変更を行なう
ことができるようにした提案はなかった。

本発明の目的は、上記増圧方式において、げ）噴射開始
指令信号に即応して燃料噴射が行なえること、（ロ）１
回の噴射で噴射すべき燃料油を正確に設定できること、
（ハ）噴射圧カバターンを変化できることなどを特徴と
する増圧式燃料噴射装置を提供することにあり、これに
より内燃料機関の効率を大幅に向上できるものである。

問題点を解決するための手段 本発明はかかる問題点を解決するもので、燃料噴射用増
圧ポンプを駆動し、燃料油噴射および次回の燃料油噴射
量の設定を行なうように交互に作動する噴射用油圧系と
メタリング用サーボ系を有する電気・油圧駆動装置と、
機関の運転状況を検知して前記噴射用油圧系とメタリン
グ用サーボ系に噴射開始指令信号と戻りピストン位置を
設定するメタリング指令信号を与える機関運転状況検知
装置と、ピストン位置を検出して前記メタリング用サー
ボ系を駆動するピストン位置検出装置とを具備したもの
である。

作用 この構成により、メタリング量すなわち次１こ噴射する
燃料油量の設定がメタリング用サーボ系にの よるピストン位置決め制御により可能となり、しかも噴
射時に必要な大流原油は別個に設けた噴射用油圧系によ
って確保でき、メタリング時には両者干渉することなく
所定の機能を発揮して噴射圧カバターンの変更が可能と
なるとともに、噴射時に両者を併用するようにすれば、
その効果は一層大きい。従って噴射圧カバターンに依存
するところが大きい内燃機関の効率向上にも極めて有効
的に役立つものである。

実施例 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第１
図はその概要を示す基本構成図であり。

Ａは増圧ポンプ、Ｂは燃料噴射弁、Ｃは電気・油圧駆動
装置、Ｄは機関運転状況検知装置、Ｅはピストン位置検
出器である。増圧ポンプＡはピストン（１）、油圧シリ
ンダ（２）を主要部として溝成さｎており・該油圧シリ
ンダ（２）には増圧ポンプＡの駆動に必要な作動油の供
給ポー）　Ｐ、Ｔ１．Ｔ２　　がこの順序で設けらｎで
いる。このピストン（１）と油圧シリンダ（２）の間に
は、供給ボー）　Ｐ、Ｔ１．Ｔ、に連通する油圧室（３
）及び（４）と燃料油の増圧室（５）が形成されており
、油圧室（３）及び（４）における作動油のピストン（
１）への作用面積をＡ１．　Ａ２とし、増圧室（５）に
おける燃料油によるピストン（１）の受圧面積をＡｆと
した時、これらはＡ＋　＞　Ａ２　＞　Ａｆとなるよう
に設計されている。

また、増圧室（５）にはチェック弁（６）、配管（７）
を介して燃料油送給ポンプ（８）により燃料油が燃料噴
射弁Ｂに送給されるようになっている。

燃料噴射弁Ｂは自己開閉型の噴射弁で、プランジャー（
ハ）の下部に作用する燃料油圧力がプランジャー（２）
の上部に作用するバネ（至）の圧縮力を越えた時にプラ
ンジャー（財）が上方に移動し、室（２）内の燃料油を
噴射口（ハ）から噴射する。

電気・油圧駆動装置Ｃは増圧ポンプＡを駆動する装置で
、作動油を油圧シリンダ（２）の供給ポートＰ１に供給
する配管（２）と供給ポートＴ１に供給する配管（至）
が接続され、さらに、該配管（至）から分岐した配管（
至）はチェック弁（ロ）を介して供給ポートＴ２に作動
油を供給する。（至）は調整用可変絞り弁で、チェック
弁（財）の入口側と出口側の間に介装されている。

増圧ポンプＡにおいて、αＯはピストン（１）内部に形
成された流路で、一方の端部は増圧室（５）に開口する
とともに、他方の端部はピストン（１）局部に設けた溝
０に連通しており、該溝（１１）は油圧室（４）とは常
時隔絶されている。＠はピストン（１）と共に移動する
溝（ロ）の摺動範囲内において油圧シリンダ（２）に設
けられた燃料油開放ポート＠で、ピストン（１）による
燃料油増圧時に、この燃料油開放ポート（５）とｔｌａ
ｃｌｌ）との間隔Ｘがな（なって、増圧室（５）が流路
αＯ１溝αＤを通して燃料油開放ポート（２）に連通し
始めると、その前後で、ピストン（１）の油圧室（４）
に面する側のエツジ（至）が、第１図の仮想線で示すよ
うに供給ポートＴ□を閉鎖するような位置に達し、油圧
室（４）内の作動油は供給ポートＴ２を通して可変絞り
弁（至）からのみ流出するような油圧クッション機構が
介入される構成になっている。

増圧ポンプＡに詔ける第１図の状態は、増圧室（５）門
番と燃料油を吸引した状態を示す。この状態から電気・
油圧駆動装置Ｃを動作させ、圧油を供給ポートＰに導い
て油圧室（３）に供給し、油圧室（４）の作動油を供給
ポートＴ、からドレン回路に導くと、ピストン（１）は
右方向に移動し、油圧室（５）内の燃料油圧力Ｐｆ　（
以下噴射圧力という）は、油圧室（３）及び（４）の圧
力をそれぞれＰｌ及びＰ２とすると、近似的に次式のよ
うになる。

Ｐ（＝（Ａ１／ｋＯＰ＋　　（Ａ！／Ａｆ）Ｐｇここで
、上式で近似される圧力Ｐｆが噴射弁Ｂの開弁圧力Ｐｆ
ｏを越えると、燃料油が噴射口（ハ）から噴射されるこ
とになる。

この噴射過程において、ピストン（１）がさらに右方向
に移動し、間隔Ｘがなくなって溝０が燃料油開放ポート
α諸に連通し始めかつピストン（１）のエツジ（至）が
供給ポートＴ、を閉鎖する仮想線の位置に達すると、増
圧室（５）内の燃料油が燃料油開放ポート＠を通して開
放されることと、ピストン（１）の移動速度が前記油圧
クツシコン機構によって減速されることとの相乗効果に
よって、噴射圧力が低下し、噴射圧力Ｐｆが開弁圧力Ｐ
ｆｏ以下となった時点で１回の燃料噴射は完了する。

いま、ピストン（１）の位置Ｘの座標を油圧室（３）の
後壁より第１図のように定義し、燃料油開放ポート（２
）と溝（６）との間隔ＸがＸ＝０となるピストン位置を
Ｘ＝Ｘ、、とする。また、説明の便宜上、ピストン（１
）がｘ　＝　Ｘｏとなれば噴射が完了するものと考えれ
ば、噴射開始時のピストン位置が任意の値Ｘである場合
における噴射油Ｗは次式で表わされる。

Ｗ＝Ａｆ（ｘｏ−ｘ）　（ｘ６＞　ｘ）　　　　　（１
）電気・油圧駆動装置Ｃは上記（１）式で示される噴射
開始時のピストン位置Ｘを機関運転状況に応じて制御す
るこ七により噴射油量Ｗを制御し、最終的に機関回転数
の変動等の運転状況の制御を行なうものである。ピスト
ン位置検出器Ｅはこのピストン位置を検出するものであ
り１機関運転状況検知装置りはこのピストン位置を制御
するために機関の運転状況を検知するものである。

ピストン位置検出器Ｅはピストン位置に応じて次式に示
す検出信号ｅ（を出力する。

ｅ（＝　ｋ（Ｘ　　　（ｋｆ：検出ゲイン）（２）した
がって、ｅ（ｏＧ　ｘ　＝　ｘ６におけるｅｆの値とす
ると。

（１）式と（２）式から Ｗ　＝Ａｆｋ（（ｅｆｏ　　ｅｆ）　　　　　　　　　
（３）となり、これが後で詳述するメタリング動作時の
基礎式となる。また、機関運転状況検知装置りから電気
・油圧駆動装置Ｃに与えられる信号は噴射開始指令信号
ｅ、と噴射油量Ｗの指令信号ｅＲ（メタリング指令信号
）である。

次に、増圧ポンプＡを駆動する電気・油圧駆動装置Ｃの
構成を説明する。第２図は電気・油圧駆動装置の油圧系
の構成を示し、増圧ポンプＡのピストン位置は噴射完了
位置を示している。第２図において、（財）（至）は油
圧パイロットチェック弁、榊は高速電磁切換弁、（ロ）
は電気・油圧サーボ弁、に）は比例電磁リリーフ弁、−
はアキュムレータであり、Ｐｏは図示しない作動油圧源
が接続される圧油ポート、　Ｔｏは作動油の戻りポート
である。油圧系統は２個のパイロットチェック弁■働と
高速切換弁（至）とからなる噴射用油圧系と、電気・サ
ーボ弁−を主体とする燃料油の吸込み油圧系Ｃ以下これ
をメタリング用サーボ系と呼び、サーボ弁■をメタリン
グサーボ弁と呼ぶ）に大別され、両者は配管ｃｌカ（２
）に接続部Ｆ、、Ｆ２で油圧的に接続されている。

増圧ポンプＡのピストン（１）が第１図のように任意の
位置Ｘにある時、機関の運転状況の検知により得た噴射
開始指令信号ｅ、が高速切換弁的に与えられると、噴射
用油圧系は作動し、高速切換弁（財）のＣ１ポートから
出た圧油によってパイロットチェック弁Ｏηに）が導通
状態となり、ピストン（１）が右方向に移動して前述の
燃料噴射が起る。

増圧ポンプＡのピストン（１）が第２図の位置に達し、
１回の噴射が完了すると、高速切換弁−を第２図の状態
に戻し、パイロットチェック弁（ロ）に）を閉鎖する。

その後のメタリング指令信号ｅＲが与えられると、メタ
リング用サーボ系が作動し、メタリングサーボ弁■のＣ
２ポートから出た圧油によってピストン（１）が左方向
に移動し、次回に噴射すべき燃料油を増圧室（５）内に
吸引し１次の噴射開始指令信号ｅ、の発生に備える。

このように１本発明の第１の特徴は、噴射用油圧系とメ
タリング用サーボ系を接続部Ｆ、　、　Ｆ、で接続した
簡単な構成により、１回の噴射完了後次回に噴射すべき
燃料油量を戻りピストンの位置決め制御によって実現し
た点にある。

燃料油を増圧室（５）に吸引する作業は、メタリング指
令信号ｅＲにもとづいてメタリングサーボ弁（財）（７
）Ｃ，ポートに作動油を吐出して行なうが、この際重要
なことは、Ｃ１，Ｃ，ポートへの作動油の流出に対して
、パイロットチェック弁Ｇ１１）（６）以前の噴射用油
圧系が影響を及ぼさないということである。そのための
工夫として、第２図の回路では、Ｃ，ポートからの吐出
に対してパイロットチェック弁（２）は逆方向設置とし
である。また、Ｃ１ポートからの吐出に対して順方向に
設置したパイロットチェック弁（６）には、常時アキエ
ムレータ−からの高圧が作用するようにしてあり、この
ことによってパイロットチェック弁（６）はメタリング
作業中は常に閉鎖となるように構成されている。

第８図（ａｌはメタリングサーボ弁（財）、ピストン位
置検出器Ｅを用いて構成されるメタリング用サーボ系の
ブロック図を示し、サーボアンプ６］）、メタリングサ
ーボ弁−１増圧ポンプＡ、ピストン位置検出器Ｅは閉ル
ープに接続されている。第３図（ａｔは基本的には増圧
ポンプＡのピストン（１）の位ｆｌ決め制御系であり、
系のメタリング指令信号ｅＲとピストン位置の検出信号
ｅｆの偏差Ｃｅ１１　　ｅｌ）が零となるような系であ
る。これによって任意のｅｌに対しては（３）式に従っ
て Ｗ　＝　Ａｆｋｆ（ｅ（６ｅＨ）　　　　　　（４）の
燃料油が次回の噴射量として増圧室（５）に蓄積される
ことになる。すなわち、第８図（ａ）において、メタリ
ングサーボ時には切換スイッチ−は第８図（ａ）の如く
端子−側に切換えられ、端子−に与えられメタリング指
令値ｅＨは、加算部団でピストン位置の検出信号ｅｆと
減算され、サーボアンプ（２）に入力され、該入力が零
になるように制御される。

また、スイッチ曽はピストン（１）が右方向に移動する
燃料油噴射時の所定時点（後述の第４図でｅｌがｅ（６
に設定される時点）で端子−側に切換えられ、加算器（
至）にｅ（Ｂが供給される。この時メタリング用サーボ
系の油圧系は燃料う由噴射時にも併用されることになる
。

第８図（ｂ）はピストン位置検出器ＥのｅＩ　　Ｘ特性
図である。

第４図は増圧ポンプＡ、電気・油圧駆動装置Ｃを作動さ
せ、燃料噴射を行なわせる時の作動シーケンスを示すモ
デル図である。機関運転状況検知装置りから与えられる
噴射開始指令信号ｅ、はパルス状で与えられ、これを記
憶した高速切換弁作動信号ｅｖが高速切換弁（財）の指
令信号として与えられる。噴射開始指令信号ｅ、が与え
られる以前におけるピストン位置Ｘは前回のメタリング
指令値ｅＨによって位置決めされた位置ｘ１にある。

噴射開始指令信号ｅ、が与えられると、ある時間遅れｔ
２の後にピストン（１）が移動を開始し、これに伴ない
増圧室（５）の燃料油圧力’９ｆが上昇し、噴射が起る
。ｔ３はこの間の時間遅れを示す。また、噴射開始指令
信号ｅ、を与えた後、時間ｔ１後にメタリングサーボ時
ｅＲをｅｆｏに設定し、メタリングサーボ弁■を動作さ
せ、Ｃ□ポートから出た圧油によって、噴射過程におい
てもメタリングサーボ弁（財）カラピストン（１）を右
方向（噴射が起る方向）に移動させるような流量を増圧
ポンプＡに重量供給する。ピストン位置がｘｏに達する
と、前述の如（、燃料油開放ホード（２）が開口し、燃
料油圧力ｐｆが低下して噴射を完了し、Ｘ　＝　Ｘｃに
なると油圧クツシコン機構が作動し、ピストン速度（第
４図のピストン位置Ｘの勾配）は低下する。制御系では
、噴射の完了をＸ　＞　Ｘａとなる位置とみなし、これ
をピストン位置検出器Ｅの信号ｅｆ≧１４６となる時点
として検出−する。第４図のコンパレータ出力ｅｃｐが
このことを示す信号であり、コンパレータｅ（ｐの立上
がりエツジにおいて制御系は高速切換弁作動信号ｅｙを
ＯＦＦする。これによって第２図のパイロットチェック
弁−（６）は閉鎖し油圧シリンダ（２）の圧油ポートｐ
ｏからの作動油圧源は絶たれる。また、コンパレータ出
力ｅｃｐの立上がりエツジから時間ｔ、後に、機関運転
状況検知装置りから今回の噴射によって機関の運転状況
が如何になったかを判定し、かっ次回の噴射量のメタリ
ング指令値ｅｌの演算結果が与えられる。第４図の矢印
９）は新たなｅＨが設定される時期を示し、この指令信
号ｅＲの大きさを１４２で示している。この場合、前回
の噴射時のｅＲｌ　に対しｅＨ工＞　ｅＨ２であり、こ
のｅＲｔによってピストン（１）はｘ２に位置決めされ
１次回の噴射量は（４）式より Ｗ”　Ａｆ　ｋｆ　（ｅｆ６−　ｅＨ２）　　　　　（
５）となる。

以上述べた増圧式燃料噴射装置においては。

（１）メタリング用サーボ系の指令信号によって次回の
噴射量べき噴油量を正確に設定できることに加え、 （２）燃料油噴射時において、メタリング用サーボ系の
油圧系を用いて燃料噴射方向に作動させることニヨリ、
燃料噴射圧力そのもののパターンを＆化できる。

（３）上記（１）項における噴射量の設定は、第４図の
作動シーケンスにおける時間ｔの長短及び第３図におけ
るサーボアンプ■のゲインｋＡのＸ１ｌｌによって外部
から容易に変更可能である。

（４）メタリング指令値ｅＨを例えば機関回転数等に関
係づけて発生させれば、負荷変動等に対応した回転数変
動の制御等に極め有効である。

（５）増圧式の燃料噴射における噴射圧力は（１）式に
よって近似されるが、その根本をなす油圧源の圧力制御
に第２図の比例電磁リリーフ弁（ハ）を用いたことによ
り１機関運転状況による噴射圧力ｐ１の制御が可能とな
る。

などの特徴を有する。

第５図は噴射指令信号ｅｐの印加後の噴射圧カバターン
及びピストン位置Ｘを示したものである。

ピストン位置Ｘがｘ　＝　Ｘ）となる位置がほぼ噴射の
完了する位置であり、噴射完了後ピストンは次のメタリ
ングのために噴射時とは逆方向に移動しており、これが
メタリング用サーボ系の効果を示している。

第６図（ａ）（ｂｌはメタリング指令値ｅＲをパラメー
タとした時の噴射圧力及びピストン位置Ｘを示したもの
で、噴射圧力、噴射時間はこの図のようにメタリング指
令値ｅｌによって変化させることが可能量（ｘ６−ＸＲ
）によって変えられることは、いうまでもない。

第７図（ａｌ　（ｂ）はメタリング指冷値ｅＲを一定に
し、第２図の比例電磁ＩＪ　ＩＪ−フ弁に）による油圧
系の供給圧力を変えた場合の噴射圧カバターン及びピス
トン位置を示している。この比例電磁リリーフ弁はこれ
に与える電気信号の大小によって設定圧力値を変更し得
るものであり、したがって機関運転状況の検出信号によ
って第７図に示されるような噴射パターンのいづれかを
選び、最適な機関運転状態を得るように制御できる。

なお、第６図、第７図に示す噴射圧カバターンの制御は
、これらを単独で用いることもあるが、この両者を相互
に活用することによって噴射圧カバターンを大幅に変更
できることもできる。

発明の効果 以上本発明によれば次のような効果がある。

（１）増圧式燃料噴射装置に関しては、種々の提案があ
るが特にメタリング量の設定に対する提案は少なく、本
発明によれば、ピストンの位置決めの制御によりこれを
可能とＴる一方で、噴射時に必要な大流量油圧系を別個
に設け、メタリング時には両者干渉することなく所定の
機能を発揮して噴射圧カバターンの変更が可能となると
ともに、噴射時に両者を併用するようにすればその効果
は一層大きい。

（２）内燃機関の効率は噴射圧カバターンに依存すると
ころが大きく１本発明で可能とした噴射圧カバターンの
変更は最適噴射パターンの追求装置としても有効に活用
できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はその概要を示
す基本、構成図、第２図は１気・油圧駆動装置の構成図
、第３図（ａｌ　（ｂｌはメタリング用サーボ系のブロ
ック図およびピストン位置検出器のｅｆ−Ｘ特性圀、第
４図は作動シーケンスの説明図、第５図〜第７図は本発
明の効果を示す試験データの説明図である。 ＾・・・増圧ポンプ、　ＣＢ）・−・燃料噴射弁、（Ｃ
）・・・電気・油圧駆動装置、■）・・機関運転状況検
知装置、■）・・・ピストン位置検出器、（１）・・ピ
ストン、（２）・・・油圧シリンダ、（５）・・・増圧
室、（２）・・・燃料油開放ボー）、ＱＵに）・・・パ
イロットチェック弁、−・・・高速切換弁、に）・・・
メタリングサーボ弁、−・・・比例電磁ＩＪ　ＩＪ−フ
弁。 （ｅ、）・・・噴射開始指令信号、（ｅＲ）・・・メタ
リング指令１５号 代理人　　森　　木　　義　　弘 第５図 軽Ｓ碕間ｔ　□ 経迩哨間を砿Ｓン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　１．燃料噴射用増圧ポンプを駆動し、燃料油噴射およ
   び次回の燃料油噴射量の設定を行なうように交互に作動
   する噴射用油圧系とメタリング用サーボ系を有する電気
   ・油圧駆動装置と、機関の運転状況を検知して前記噴射
   用油圧系とメタリング用サーボ系に噴射開始指令信号と
   戻りピストン位置を設定するメタリング指令信号を与え
   る機関運転状況検知装置と、ピストン位置を検出して前
   記メタリング用サーボ系を駆動するピストン位置検出装
   置とを具備したことを特徴とする増圧式燃料噴射装置。