JPS6380067A - 燃料噴射ポンプの噴射時期検出装置及び燃料噴射制御装置 - 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エンジンの燃焼を制御する燃料噴射
ポンプに関し、特に、燃料噴射時期を検出し噴射時期及
び噴射量を制御する装置に関する。

「従来の技術」 分配型燃料噴射ポンプでは一般に油圧式のタイマ機構に
より噴射時期が制御される。近年、より高精度の制御が
必要とされるため、フィードバック制御が多く用いられ
る。従来、噴射時期を検出する手段としては、油圧タイ
マ機構のタイマピストンの位置を差動トランス等の位置
センサで検出するもの（特公昭６０−５３７７７号）、
各気筒の噴射ノズルのリフトを検出するもの、あるいは
各気筒での燃焼の開始を光センサで直接検出するもの（
特公昭６０−５５６９５号）などが知られている。

タイマピストンの位置で検出するものは位置センナの取
付のなめ構造が複雑になり、さらに、タイマ機構の操作
量から間接的に噴射時期を検出するものであるから精度
に欠けるという問題点があった。また、噴射ノズルのリ
フト又は光センナで検出するものは噴射時期を直接検出
している点で優れているが、価格的に問題があり、特に
前者においては使用環境の厳しいノズル部分での検出で
あるので信頼性に欠けることがあるという問題点があっ
た。

また、プランジャにより加圧された高圧燃料を電磁弁に
より溢流させて噴射量を制御する電磁スピル式燃料噴射
ポンプでは噴射開始時期の検出が重要である。燃料が加
圧され噴射を開始してから電磁弁により溢流させるまで
の１ランジヤのリフト量により噴射量が決定され、その
加圧開始時期は油圧タイマ機構の操作量（進角量）によ
り変化するからである。従来、このタイマ進角量の影響
を除去する手段としてタイマピストンにより回動駆動さ
れタイマ進角量に従って回動位置を変えるローラリング
上に電磁ピックアップ等のセンサを取付け、このセンサ
により燃料噴射ポンプの回転軸に・取付けられたロータ
の突起を検出して相対的な回転角を検出するもの（特開
昭６０−４７２５２号）が知られている。

この装置はローラリングがプランジャの加圧駆動反力に
より振動することが避けられないため、センサに強い振
動耐久性が要求され、さらに、ローラリングが固定され
ていないため回転角検出の誤差を生じ易いという問題点
があった。

［発明が解決しようとする問題点」 本発明は上記の問題点を解決するためなされたものであ
り、容易に精度良く噴射時期を検出することができる燃
料噴射ポンプの噴射時期検出装置を提供し、その噴射時
期検出手段を利用して燃料噴射時期及び燃料噴射量を制
御する燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、その実施例図面第１図に示す様に、燃料を圧
送するプランジャ５を付勢するスプリングアの荷重変化
を圧力検出器３２により検出することにより噴射時期を
直接的に検出しようとするものである。

第１の発明において、燃料噴射ポンプの回転軸に固着さ
れ、角度情報を与えるための突起が外周に設けられてい
るロータと、前記燃料噴射ポンプのハウジング等固定部
分に固着され、前記ロータの突起の通過を検出して回転
角信号を出力する回転角検出器と、前記燃料噴射ポンプ
のプランジャを付勢するスプリングのシート部に設けら
れ、該スプリングの荷重を検出して荷重信号を出力する
圧力検出器と、前記回転角信号に対する前記荷重信号の
位相角を検出する位相角検出手段と、前記位相角に基い
て前記プランジャの加圧開始時期を算出する演算手段と
を備えることを特徴とする燃料噴射ポンプの噴射時期検
出装置が提供される。

第２の発明は、燃料噴射時期を制御するものであり、上
記位相角検出手段に加え、燃料噴射ポンプの夕・「マピ
ストン高圧室内の圧力を調整しタイマピストン位置を調
整可能な電磁調整弁と、前記位相角検出手段により検出
された位相角と目標噴射時期から算出される目標位相角
との誤差に応じてこの誤差を修正するように前記電磁調
整弁を制御する電気的９１６１手段と、を備えることを
特徴とする燃料噴射制御装置が提供される。

第３の発明は、燃料噴射量を制御するものであり、上記
位相角検出手段に加え、所望のタイミングで開弁するこ
とにより高圧燃料を溢流させて燃料噴射量を制御する電
磁スピル弁と、機関の運転状懲から算出される基本溢流
角を前記位相角検出手段により検出された位相角に基い
て補正し、その補正された溢流角に前記電磁スピル弁を
開弁するスピル時期制御手段と、を備えることを特徴と
する燃料噴射制御装置が提供される。

「作用」 このように構成されたものにおいては、回転角検出器が
燃料噴射ポンプのハウジング等固定された部分樟固着さ
れているから、振動等に影響されることなく正確に回転
軸の回転角を検出することができる。そして、圧力検出
器はプランジャを付勢するスプリングの荷重を検出して
いるから、その荷重信号はプランジャの押し込み量に直
接対応した変化を示す信号となり、１ランジヤの加圧駆
動力にも燃料噴射量の変化にも影響されない安定した信
号となる０回転軸の回転に従い周期的に変化する荷重信
号の回転角信号に対する位相角の変化を検出することに
より、プランジャの押し込まれるタイミングの変化を検
出することができ、油圧タイマ機構等による燃料噴射時
期の変化を直接的に検出することができる。

また、第２の発明においては、前記荷重信号の回転角信
号に対する位相角が目標噴射時期に対応する値となるよ
うにタイマピストン高圧室の油圧を調整しているから、
精度の高い噴射時期制御が可能となる。

第３の発明においては、電磁スピル弁を開弁し高圧燃料
を溢流させる溢流時期を面記荷重信号の回転角信号に対
する位相角に基いて補正しているから、油圧タイマａ構
等による１ランジヤのりフト始め時期の変化を補正し正
確なリフト量となる時期に溢流させることができ、固定
された位置で検出される回転角信号を基礎にして精度の
高い噴射量制御が可能となる。

「実施例」 本発明の実施例について図面に従って具体的に説明する
。

第１図は本発明が速用された燃料噴射ポンプを示す断面
構成図、第２図は第１図の■−■線断面図である。

燃料噴射ポンプ１は公知のボッシュタイプ分配型燃料噴
射ポンプをベースとする電磁スピル式のものである。エ
ンジンのクランク軸に同期してその１／２の速度で回転
駆動される回転軸２は、ベーン式フィードポンプ３を回
転させると共に、カップリング４を介してプランジャ５
及びフェースカム６を回転駆動する。カップリング４は
プランジャ５を回転方向へは拘束し一体的に回転駆動す
るが軸方向への往復移動は自由に許すものである。プラ
ンジャ５とフェースカム６は一体的に設けられている。

フェースカム６はエンジンの気筒数に対応する４つのカ
ム山を有し、スプリング７によりカムローラ８に押し付
ちれている。カムローラ８と２エースカム６との摺接に
よりプランジャ５が回転しながら往復動される。

カムローラ８はローラリング９に保持されている。この
ローラリング９は数１０度の角度範囲で回動可能に設け
られ、タイマピストン１０によりピン１１を介して回動
位置を制御される。ローラリング９の回動位置によりカ
ムローラ８とフェースカム６との摺動タイミングがずれ
、回転軸２の回転角位置に対するプランジャ５の往復運
動の位相角が変化するようになっている。これらローラ
リング９、タイマピストン１０等は燃料噴射時期を制御
する油圧タイマｉ楕をなす。

タイマピストン１０は高圧室１２と低圧室１３との差圧
及びタイマスプリング１４の荷重により位置が決まる。

高圧室１２は図示しない絞りを経由してベーン式フィー
ドポンプ３の高圧側、すなわち燃料室１５に連通し、低
圧室１３はベーン式フィードポンプ３の低圧側に連通ず
る。そして、高圧室１２と低圧室１３は電磁調整弁１６
を介して連通され、電磁調整弁１６の開度により高圧室
１２の圧力が調整されタイマピストン１０の位置が調整
される。

プランジャ５はハウジング１７に固定されたヘッド２１
に摺動自在にかつ精密に嵌合され、ヘッド２１とプラン
ジャ５の端面とでポンプ室２２を形成している。燃料室
１５から図示せぬ吸入孔を通じ吸入された燃料はプラン
ジャ５により加圧される。ポンプ室２２内で加圧された
高圧燃料は、プランジャ５の回転位置により選択された
分配ボート２３を経由して各気筒毎の吐出弁２４に送ら
れ、エンジン本体の各気筒の噴射ノズルに圧送され噴射
される。

また、上記ポンプ室２２は連通路２５を経由して電磁ス
ピル弁２６に連通している。電磁スピル弁２６は連通路
２５と燃料室に連通ずる溢流路２７とを開閉するもので
あり、通電されているときに閉じられる弁である。した
がって、プランジャ５の圧縮行程中に電磁スピル弁２６
への通電を遮断すると、高圧燃料が連通路２５、溢流路
２７を経由して燃料室１５に逃がされ吐出弁２４へ圧送
されなくなり燃料の噴射が停止される。電磁スピル弁２
６への通電を遮断するタイミングを制御することにより
各気筒での燃料噴射量が制御される。

プランジャ５及びフェースカム６を軸方向に付勢するス
プリング７のシート部３１には環状の圧力検出器３２が
設けられている。圧力検出器３２は圧電素子からなり、
スプリング７の荷重を検出してアナログ電圧信号を出力
する。

回転軸２の回転位置を検出するため、外周に突起が設け
られたロータ３５が回転軸２に固着され、ハウジング１
７には回転角検出器３６が固定されている。第２図に示
す様に、ロータ３５は歯車の歯の様に外周に等間隔に突
起３７が設けられ、４箇所に１つの突起が欠落させられ
た欠落部３８を有している。欠落部３８は基準角位置の
情報を与えるもので各気筒の上死点（Ｔ　Ｄ　Ｃ）前２
０度付近の位置に設定される０回転角検出器３６は電磁
ピックアップからなる検出器であり、欠落部３８に続く
突起３７の通過を検出して回転軸２の回転位置、すなわ
ちクランク軸の回転角位置を検出する。

マイクロコンピュータを有する電子制御袋Ｗ（ＥＣＵ）
５０にはエンジンの運転状態信号を与えるアクセル位置
センサ５１、水温センサ５２、吸気温センサ５３等から
の信号が入力される。電子制御装置５０はこれらの運転
状態信号、回転角検出器３６からの回転角信号及び圧力
検出器３２からのスプリング荷重信号に基いて電磁調整
弁１６の開度及び電磁スピル弁２６の開閉タイミングを
制御する。

以上の機械構成に基き燃料噴射時期の制御手段について
説明する。

タイマピストン１０の位置を決める電磁調整弁１６の開
度は電磁調整弁１６の開閉時間比率（デユーティ比）に
より制御される。デユーティ比が小さくほとんど電磁調
整弁１６が開いている場合は、第３図（ｂ）に示す様に
、タイマピストン１０が高圧室１２側に一杯に移動し、
ローラリング９が回転軸２の回転方向に移動するからフ
ェースカム６のカム山がカムローラ８に乗り上げるタイ
ミングが遅れ、最遅角で燃料が噴射されることになる。

アイドリング時などがこれに対応する。デユーティ比が
上昇し電磁調整弁１６が閉じられる時間が増加すると、
第３図（、）に示す様に、タイマピストン１０が低圧室
１３側に移動し、より早い進角時に燃料が噴射される。

第４図は回転角信号及び荷重信号を示す波形図である。

整形後の回転角信号はロータ３５の突起３７に対応した
波形を示し、欠落部３８に相当する信号の欠落時期６１
に引続き所定回転角毎に連続して発生するパルス信号を
なす、欠落時期６１の後、最初（こ現われるパルス信号
を基準パルス６２とし、この基準パルス６２の立下り時
点の位置を回転軸２の基準角位置６３としている。前に
述べた様に、基準角位置６３は各気筒の上死点前２０度
付近のクランク角位置に設定されている。

圧力検出器３２からの荷重信号はフェースカム６及び１
ランジヤ５のリフト量に対応した電圧波形になる。第４
図に実線で示す波形６５はタイマピストン１０が高圧室
１２側に一杯に移動した最遅角の位置での荷重信号を示
し、破線で示す波形６６はタイマピストン１０が進角し
た位置での荷重信号を示す。

いずれにしても、荷重信号の波形６５．６６は１ランジ
ヤ５を加圧する駆動力の変化にも燃料噴射量の変化にも
影響されず、プランジャ５のリフト量に直接対応した安
定した波形を示す。

荷重信号の回転角信号に対する位相角は、基準角位置６
３の時点から、アナログ電圧で与えられる荷重信号６５
．６６が所定の比較電圧６７を横切った時点までの回転
角として検出される。その回転角は、基準パルス６２以
後に発生した回転角信号のパルス信号の個数を数え、パ
ルス信号とパルス信号との間はエンジンの回転数から時
間に換算し補間演算することにより求められる。

そして、タイマピストン１０が高圧室１２側に一杯に移
動した最遅角時における荷重信号６５の位相角α１を予
かしめ求めておき、一般の運転時である進角時の荷重信
号６６の位相角α２を検出し、その差（α１−α２）に
より運転時の進角量βを算出することができる。この算
出された進角量βをフィードバック１として電磁調整弁
１６の開度を調節し燃料噴射時期をルＩ御する。

第５図は電子制御装置５０内のマイクロコンピュータで
の実際の処理を示すフローチャートである。

燃料噴射時期制御の処理１００が開始されると、まず、
ステップ１０１で、エンジン運転状態信号の読み込みを
行う、すなわちアクセル位置センサ５１、水温センサ５
２、吸気温センサ５３等からの信号がＡ／Ｄ７Ｒ摸され
読み込まれる。また、回転角信号の周期からエンジンの
回転数が算出される。ステップ１０２では、最遅角状懇
にあるアイドル状態での荷重信号６５の位相角α、が検
出される。すなわち、アクセル位置センサ５１からの信
号及びエンジンの回転数からアイドル状態か否かが判断
され、アイドル状想であれば荷重信号６５が比較電圧６
７を横切る時点が検出され位相角α、が算出される０位
相角α、は所定のメモリに記憶される。ステップ１０３
では、エンジン回転数とアクセル開度との二次元マッグ
を検索補間して得られる基本噴射時期に吸気温度等によ
る補正を加え、目標となる噴射時期を示す目標進角量β
Ｔを算出する。この目標進角量βＴは油圧タイマ機構の
機械ｙＩ造から決められるｉか角の位置からの進角量と
して算出される。

ステップ１０４では、現在の荷重信号６６が比較電圧６
７を横切る時点が検出され、基準位置６３どの位相差α
２が算出される。ステップ１０５では、現在の進角量β
が、β＝α２−α１として算出される。この進角量βの
値は比較電圧６７の値に影響されない実際の噴射時期の
進角量を表わす量である。ステップ１０６て゛は、目標
進角量βＴと検出された進角量βとの誤差ε（ε＝βＴ
−β）が算出される。そして、ステップ１０７では、誤
差εの正負の判定が行なわれる。誤差ε〉０の場合は進
角量が足りないのであるからステップ１１０に進み、電
磁調整弁１６のデユーティ比を大きくして閉時間を増加
させ、タイマピストン１０を進角側に移動させる。誤差
さく０の場合はステップ１０８に進みデユーティ比を小
さくして電磁弁１６の閉時間を減少させタイマピストン
１０を遅角側に移動させる。また、誤差ε＝０の場合は
ステップ１０９に進み、現在のデユーティ比を維持する
。以下、適当な周期毎にステップ１０１及至ステツプ１
１０の処理を繰返す。

上述のように、プランジャ５を付勢するスプリング７の
荷重信号をフィードバック信号として用い、燃料噴射時
期を精度良く制御することができる。

次に、燃料噴射量の制御手段について説明する。

燃料噴射量は電磁スピル弁２６への通電を遮断するタイ
ミングにより制御される。

第６図は電磁スピル弁２６の通電信号等を示す波形図で
ある。

回転角信号及び荷重信号の波形は既に第４図で説明した
ものと同じである０回転自信号は欠落部３８に対応する
欠落時期６１を有し、基準パルス６２の立下り時点を基
準負値Ｔ１６３とする。タイマピストン１０の最遅角時
の荷重信号波形６５を実線で示し、進角時の荷重信号波
形６６を破線で示す、プランジャ５のリフト量特性を示
す波形も同様に、実線の波形６７は最遅角時を、破線の
波形６８は進角時を示す。

ここでは、荷重信号の位相角は、プランジャ５の上死点
に相当する荷重信号がピーク電圧を示す時点での基準角
位置６３からの回転角として検出される。

タイマピストン１０が高圧室１２側に一杯番こ移動した
最遅角時における荷重信号６５の位相角α。はタイマ機
構の機械構造で決定され設定値として与えられる。そし
て、運転時の荷重信号６６の位相角αが検出され、ｉ＆
遅角時の位相角α。どの位相差Δαに基き電磁スピル弁
２６の開弁時期が補正され燃料噴射量ｑが制御される。

第７図は電子制御装置５０内での実際の処理を示すフロ
ーチャートである。

燃料噴射量制御の処理２００が開始されると、ステップ
２０１では、各センサ５１，５２．５３等から運転状態
信号の読み込みが行なわれる０次に、ステップ２０２で
は、上記エンジン状態信号及び回転角信号の周期から算
出されたエンジンの回転数から最適な噴射量ｑが演算さ
れる。ステップ２０３では、上記の噴射量ｑに対応する
基本スピル角（基本溢流角）がθ。が算出される。基本
スピル角θ。はタイマピストン１０が最遅角にあるとき
に上記の噴射量ｑを実現する溢流時期を基準角位置６３
からの回転角度で表したものである。

ステップ２０４では、前回のプランジャ５のリフト時に
検出され記憶された荷重信号６６の位相角αを読み出す
、ステップ２０５では、予かしめ設定値として与えられ
ている最遅角時の位相角α、と検出された位相角αとの
位相差Δαが、Δα＝α。−αとして算出される０次に
、ステップ２０６では、指令スピル角θが算出されろ、
指令スピル角θは基本スピル角θ。を位相差Δαにより
補正し、θ＝θ。−△αとして求められる。

ステップ２０７では、指令スピル角θに至るまでの所用
時間を計算し、その時間を所定のアウトプットレジスタ
に設定する。この結集、設定時間経過後に電磁スピル弁
２６への通電が遮断され、高圧燃料が指令スピル角θで
溢流される。

上述のようにして、プランジャ５を付勢するスプリング
７の荷重信号の位相角を検出することにより、ハウジン
グ１７に固定された回転角センサ３６からの回転角信号
を基に、燃料噴射量を高精度に制御することができる。

なお、前記実施例では荷重信号の位相角を求めるのに、
荷重信号が適当な比較電圧を横切る時点での回転角によ
り求めたり（第４図）、荷重信号のピーク電圧時の回転
角により求めたり（第６図）したが、そのいずれを用い
てもよく、また、プランジャ５のリフト始めに相当する
時点の同転角を求めてもよい。

「発明の効果」 以上述べたように本発明は上記の構成を有し、プランジ
ャを付勢するスプリングの荷重を検出し、その荷重信号
の位相角によりプランジャの動作時期を検出するもので
あるから、燃料噴射時期を簡単な構造でもって直接的に
精度良く検出することができ、また、精度の高い燃料噴
射時期制御及び燃料噴射量制御が容易に可能になるとい
う優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体構成を示す
断面図、第２図は第１図の■−■線断面図、第３図はタ
イマ機構の作動を説明する断面図、第４図は燃料噴射時
期制御の作動を説明する波形図、第５図はその実際の処
理を示すフローチャート、第６図は燃料噴射量制御の作
動を説明する波形図、第７図はその実際の処理を示すフ
ローチャートである。 １１１．燃料噴射ポンプ、　２１１１回転軸、　５９．
。 プランジャ、　６１１．フェースカム、　７１１．スプ
リング、　９０５．ローラリング、　　１０．、、タイ
マピストン、　　１６．、、電磁調整弁、　　１７．、
、ハウジング、　２６　、、、電磁スピル弁、　３１　
、、、スプリングのシート部、　３２．、、圧力検出器
、３５　、、、ロータ、　３６　、、、回転角検出器、
　３７゜０．突起、　５０、、．４４子制傳装置。 第２図 第４図 （ａ） ３邸 （ｂ） 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　燃料噴射ポンプの回転軸に固着され、角度情報を与
   えるための突起が外周に設けられているロータと、 前記燃料噴射ポンプのハウジング等固定部分に固着され
   、前記ロータの突起の通過を検出して回転角信号を出力
   する回転角検出器と、 前記燃料噴射ポンプのプランジャを付勢するスプリング
   のシート部に設けられ、該スプリングの荷重を検出して
   荷重信号を出力する圧力検出器と、前記回転角信号に対
   する前記荷重信号の位相角を検出する位相角検出手段と
   、 前記位相角に基いて前記プランジャの加圧開始時期を算
   出する演算手段と、 を備えることを特徴とする燃料噴射ポンプの噴射時期検
   出装置。 ２　燃料噴射ポンプのタイマピストン高圧室内の圧力を
   調整しタイマピストン位置を調整可能な電磁調整弁と、 前記燃料噴射ポンプの回転軸に固着され、角度情報を与
   えるための突起が外周に設けられているロータと、 前記燃料噴射ポンプのハウジング等固定部分に固着され
   、前記ロータの突起の通過を検出して回転角信号を出力
   する回転角検出器と、 前記燃料噴射ポンプのプランジャを付勢するスプリング
   のシート部に設けられ、該スプリングの荷重を検出して
   荷重信号を出力する圧力検出器と、前記回転角信号に対
   する前記荷重信号の位相角を検出する位相角検出手段と
   、 前記位相角検出手段により検出された位相角と目標噴射
   時期から算出される目標位相角との誤差に応じてこの誤
   差を修正するように前記電磁調整弁を制御する電気的制
   御手段と、 を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。 ３　所望のタイミングで開弁することにより高圧燃料を
   溢流させて燃料噴射量を制御する電磁スピル弁と、 燃料噴射ポンプの回転軸に固着され、角度情報を与える
   ための突起が外周に設けられているロータと、 前記燃料噴射ポンプのハウジング等固定部分に固着され
   、前記ロータの突起の通過を検出して回転角信号を出力
   する回転角検出器と、 前記燃料噴射ポンプのプランジャを付勢するスプリング
   のシート部に設けられ、該スプリングの荷重を検出して
   荷重信号を出力する圧力検出器と、前記回転角信号に対
   する前記荷重信号の位相角を検出する位相角検出手段と
   、 機関の運転状態から算出される基本溢流角を前記位相角
   検出手段により検出された位相角に基いて補正し、その
   補正された溢流角に前記電磁スピル弁を開弁するスピル
   時期制御手段と、 を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。