JPS62186034A - 内燃機関の燃料噴射装置 - 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噴射装置に関する。

〔従来の技術〕

機関回転数および機関負荷に応じて燃料噴射量を定める
ようにした内燃機関においては通常機関回転数および機
関負荷から燃料噴射時間を求め、この燃料噴射時間の間
、燃料噴射弁を開弁じて燃料を噴射するようにしている
。また、このような内燃機関において機関回転数および
機関負荷に応じて燃料噴射圧および燃料噴射時間の双方
を制御するようにした内燃機関も公知である（特公昭５
３−４３６１３号公報参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら燃料噴射弁の精度にばらつきがあるために
燃料噴射圧および燃料噴射時間が同一であっても燃料噴
射弁毎に燃料噴射量が異なる。また、燃料噴射弁を長時
間使用しているうちに燃料噴射圧および燃料噴射時間が
同一であっても燃料噴射量が変化する。従って機関回転
数および機関負荷に基いて燃料噴射量を予め定められた
設定値に一致せしめるのは困難である。特に、多気筒内
燃機関においては各燃料噴射弁毎に燃料噴射量がばらつ
くと出力トルクが変動するという問題を生じる。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば第１図の発
明の構成図に示すように燃料供給ポンプＡの燃料吐出口
を燃料通路Ｂを介して燃料噴射弁Ｃに連結した内燃機関
において、機関回転数および機関負荷から基本噴射量を
設定する基本噴射量設定手段りと、燃料通路Ｂ内の燃料
圧を検出する燃料圧センサＥと、燃料圧センサＥの出力
信号に基づき噴射前後の圧力変化を求めてこの圧力変化
から実噴射量を計算する実噴射量計算手段Ｆと、実噴射
量計算手段Ｆにおける計算結果から基本噴射量を補正す
ることにより燃料噴射弁Ｃの噴射量を定める噴射量設定
手段Ｇとを具備している。

〔実施例〕

第２図および第３図を参照すると、１はディーゼル機関
本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４
はピストン、５は燃焼室、６は吸気弁、７は排気弁、８
は燃焼室５内に配置された燃料噴射弁、９は吸気マニホ
ルドを夫々示し、吸気マニホルド９０入口部は過給機Ｔ
に接続される。

燃料噴射弁８は燃料供給管ｌＯを介して各気筒に共通の
燃料蓄圧管１１に連結される。燃料蓄圧管１１はその内
部に容積一定の蓄圧室１２を有し、この蓄圧室１２内の
燃料が燃料供給管１０を介して燃料噴射弁８に供給され
る。一方、蓄圧室１２は燃料供給管１３を介して吐出圧
制御可能な燃料供給ポンプ１４の吐出口に連結される。

燃料供給ポンプ１４の吸込口は燃料ポンプ１５の吐出口
に連結され、この燃料ポンプ１５の吸込口は燃料リザー
バタンク１６に連結される。また、各燃料噴射弁８は燃
料返戻導管１７を介して燃料リザーバタンク１６に連結
される。燃料ポンプ１５は燃料リザーバタンク１６内の
燃料を燃料供給ポンプ１４内に送り込むために設けられ
ており、燃料ポンプ１５がなくても燃料供給ポンプ１４
内に燃料を吸込むことが可能な場合には燃料ポンプ１５
を特に設ける必要はない。これに対して燃料供給ポンプ
１４は高圧の燃料を吐出するために設けられており、燃
料供給ポンプ１４から吐出された高圧の燃料は蓄圧室１
２内に蓄積される。

第４図に燃料噴射弁８の側面断面図を示す。

第４図を参照すると、２０は燃料噴射弁本体、２１はノ
ズル、２２はスペーサ、２３はノズル２１およびスペー
サ２２を燃料噴射弁本体２０に固定するためのノズルホ
ルダ、２４は燃料流入口、２５はノズル２１の先端部に
形成されたノズル孔を夫々示す。燃料噴射弁本体２０、
スペーサ２２、ノズル２１内には互いに直列に配置され
た制御ロッド２６、加圧ピン２７およびニードル２８が
摺動可能に挿入される。制御ロッド２６の上方部には大
径部２６ａが形成され、大径部２６ａの上方には小径部
２６ｂが形成される。大径部２６ａはその上端部に環状
をなす受圧面２６ｃを有する。また、大径部２６ａの上
方には燃料室２９が形成され、この燃料室２９は燃料流
入口２４および燃料供給管１０を介して蓄圧室１２（第
２図）に連結される。従って燃料室２９内には蓄圧室２
９内の燃料圧が加わっており、燃料室２９内の燃料圧が
制御ロッド２６の受圧面２６ｃに作用する。ニードル２
８は円錐状をなす受圧面３０を有し、この受圧面３０の
周りにニードル加圧室３１が形成される。ニードル加圧
室３１は一方では燃料通路３２を介して燃料流入口２４
に連結され、他方ではニードル２８の周りに形成された
環状の燃料通路３３を介してノズル孔２５に連結される
。燃料噴射弁本体２０内には加圧ビン２７を下方に向け
て付勢する圧縮ばね３４が挿入され、ニードル２８はこ
の圧縮ばね３４によって下方に押圧される。

一方、燃料噴射弁本体２０の上端部にはニードル開閉制
御装置３５が取付けられる。ニードル開閉制御装置３５
のケーシング３６内には、油圧ピストン３７が摺動可能
に挿入され、油圧ピストン３７の小径部３７ａとニード
ル小径部２６ｂの上端面間には制御ロンド加圧室３８が
形成される。油圧ピストン３７にはＯリング３９が取付
けられ、油圧ピストン３７の大径部３７ｂとケーシング
３６間にはピエゾ圧電素子４０が配置される。このピエ
ゾ圧電素子４０は薄板状の圧電素子を多数枚積層した積
層構造をなしており、このピエゾ圧電素子４０に電圧を
印加するとピエゾ圧電素子４０は電歪効果によって長手
方向の歪を生ずる、即ち長手方向に伸びる。この伸び量
は例えば５０μｍ程度の少量であるが応答性が極めて良
好であり、電圧を印加してから伸びるまでの応答時間は
８０μｓｅｃ程度である。電圧の印加を停止すればピエ
ゾ圧電素子４０はただちに縮む。第４図に示されるよう
に油圧ピストン３７とケーシング３６間には皿ばね４１
が挿入され、この皿ばね４１のばね力によって油圧ピス
トン３７はピエゾ圧電素子４０に向けて押圧される。第
４図に示すように燃料噴射弁本体２０内には制御ロンド
加圧室３８内に連通ずる燃料通路４２が形成され、この
燃料通路４２内には逆止弁４３が挿入される。制御ロン
ド加圧室３８はこれら燃料通路４２および逆止弁４３を
介して燃料ポンプ１５　（第２図）に連結され、制御ロ
ンド加圧室３８内の燃料が漏洩すると燃料が燃料通路４
２および逆止弁４３を介して制御ロンド加圧室３８内に
補給される。

制御ロンド加圧室３８内の燃料、即ち制御油が加圧され
ていないときにはニードル２８には制御口、ソド２６の
受圧面２６ｃに作用する下向きの力と、圧縮ばね３４に
よる下向きの力と、ニードル２８の受圧面３０に作用す
る上向きの力に加わる。このとき上向きの力が下向きの
力の総和よりも若干大きくなるように制御ロッド受圧面
２６ｃの面積、圧縮ばね３４のばね力およびニードル２
８の受圧面３０の面積が設定されている。従ってこのと
きニードル２８には上向きの力が作用しており、斯くし
てニードル２８が上昇するためにノズル孔２５から燃料
が噴射される。次いでピエゾ圧電素子４０に電圧が印加
されるとピエゾ圧電素子４゜が伸びるために油圧ピスト
ン３７が下降し、その結果制御ロッド加圧室３８内の圧
力が上昇する。

このとき制御ロンド小径部２６ｂの上端面に下向きの力
が作用するために制御ロンド２６が下降し、斯くしてニ
ードル２８が下降するために燃料の噴射が停止される。

このときの応答性は上述したように８０μｓｅｃ程度で
あって極めて速い。一方、ピエゾ圧電素子４０への電圧
の印加が停止せしめられるとピエゾ圧電素子４０は縮み
、その結果制御ロンド加圧室３８内の燃料圧、即ち制御
油圧が低下するために制御ロンド２６およびニードル２
８が上昇して燃料噴射が開始せしめられる。このときの
応答性も８０μｓｅｃ程度であって極めて速い。

なお、上述したように制御ロッド加圧室３８内の燃料、
即ち制御油圧が加圧されていない場合にニードル２８に
作用する上向きの力が下向きの力の総和よりも若干大き
くなるように制御ロンド受圧面２６ｃの面積、圧縮ばね
３４のばね力およびニードル２８の受圧面３０の面積が
定められている。

従って制御ロンド小径部２６ｂの上端面に小さな下向き
の力を加えればニードル２８を下降させることができる
。即ち、ニードル２８を下降させるために昇圧すべき制
御ロンド加圧室３８内の燃料圧、即ち制御油圧は小さく
てすみ、斯くしてピエゾ圧電素子４０に加えるべき電力
も小電力で足りる。

第５図および第６図は吐出圧制御可能な燃料供給ポンプ
１４の一例を示す。第５図を参照すると燃料供給ポンプ
１４はポンプケーシング５０により固定支持された固定
軸５１と、固定軸５１回りで回転するロータ５２と、ピ
ボットピン５３を介してポンプケーシング５０に揺動可
能に取付けられたステータ５４と、ステータ５４内にお
いて軸受５５を介して回転可能に支持されたリング５６
とを有する。ロータ５２は放射状に配置された多数個の
ラジアルピストン５７を具備し、各ラジアルピストン５
７とリング５６との間にはラジアルピストン５７と共に
回転するシュー５８が挿入される。ロータ５２が回転す
るとそれに伴なってラジアルピストン５７も回転し、こ
のときシュー５８がリング５６の内周面を摺動すると共
にシュー５８との摩擦力によってリング５６も回転する
。

固定軸５１には吸込口５９と吐出口６０とが形成され、
吸込口５９は燃料ポンプ１５（第２図）へ、吐出口６０
は蓄圧室１２（第２図）へ夫々連結される。各ラジアル
ピストン５７のシリンダ室６１は吸込口５９および吐出
口６０と交互に連通ずる。

シリンダ室６１が吸込口５９と連通したときにラジアル
ピストン５７が半径方向外方に移動するためにシリンダ
室６１内に燃料が吸込まれ、シリンダ室６１が吐出口６
０と連通したときに圧縮された燃料がシリンダ室６１か
ら吐出口６０に排出される。吐出口６０に排出される燃
料の圧力はラジアルピストン５７のストロークに依存し
ており、ラジアルピストン５７のストロークはステータ
５４の位置によって定まる。従ってステータ５４をピボ
ットピン５３回りに揺動せしめることによって燃料供給
ポンプ１４の吐出圧を制御することができる。

第５図および第６図を参照するとポンプケーシング５０
の下部には固定軸５１の軸線方向に摺動可能な制御レバ
ー６２が配置される。この制御レバー６２は制御レバー
６２の軸線に対して傾斜した長溝６３を有し、この長ｍ
６３内にステータ５４の下部に形成されたアーム６４が
摺動可能に挿入される。従って制御レバー６２をその軸
線方向に移動させるとステータ５４が揺動し、それによ
って燃料供給ポンプ１４の吐出圧が制御される。

制御レバー６２は減速機構６５を介して駆動装置６６に
連結される。この実施例では駆動装置６６はステップモ
ータから形成されるが必ずしもステップモータを使用す
る必要はなく、例えば駆動装置６６としてリニアソレノ
イドその他の手段を用いることができる。駆動装置６６
により制御レバー６２とその軸線方向に移動せしめられ
、従って燃料供給ポンプ１４の吐出圧は駆動装置６６に
よって制御される。

再び第２図を参照すると、燃料噴射弁８および駆動装置
６６を制御するための電子制御ユニット７０が設けられ
る。この電子制御ユニット７０はディジタルコンピュー
タからなり、双方向性バス７１によって相互に接続され
たＲＯＭ　（リードオンリメモリ）７２、ＲＡＭ　（ラ
ンダムアクセスメモリ）７３、ＣＰＵ　（マイクロプロ
セッサ）７４、入力ポードア５および出力ポードア６を
具備する。

第２図に示されるように燃料蓄圧管１１の端部には蓄圧
室１２内の燃料圧を検出する燃料圧センサ８０が取付け
られる。燃料圧センサ８０は蓄圧室１２内の燃料圧に比
例した出力電圧を発生し、この燃料圧センサ８０は一方
ではＡＤ変換器８１を介して入力ポードア５に接続され
、他方ではインバータ８２を介してピークホールド回路
８３の入力端子に接続される。ピークホールド回路８３
の出力端子はＡＤ変換器８４を介して入力ポードア５に
接続される。このピークホールド回路８３は入力電圧が
変動したときに過去において最も高い入力電圧を出力し
続ける回路である。即ち、ピークホールド回路８３が出
力ポードア６の出力信号によりリセットされるとピーク
ホールド回路８３の出力電圧はリセットされた後にピー
クホールド回路８３の入力端子に印加された最大電圧に
維持される。また、燃料蓄圧管１１には蓄圧室１２内の
燃料温度を検出する燃料温センサ８５が取付けられる。

燃料温センサ８５は燃料温度に比例した出力電圧を発生
し、この燃料温センサ８５はＡＤ変換器８６を介して入
力ポードア５に接続される。また、アクセルペダル８７
ａにはアクセルペダル８７ａの踏込み量に比例した出力
電圧を発生する負荷センサ８７が取付けられる。この負
荷センサ８７はＡＤ変換器８８を介して入力ポードア５
に接続される。また、機関クランクシャフトには一対の
ディスク８９　、９０が取付けられ、これらディスク８
９　、９０の歯付外周面に対向して一対のクランク角セ
ンサ９１　、９２が配置される。一方のクランク角セン
サ９１は例えば１番気筒が吸気上死点にあることを示す
出力パルスを発生し、従ってこのクランク角センサ９１
の出力パルスがらいずれの気筒の燃料噴射弁８を作動せ
しめるかを決定することができる。他方のクランク角セ
ンサ９２はクランクシャフトが一定角度回転する毎に出
力パルスを発生し、従ってクランク角センサ９２の出力
パルスから機関回転数を計算することができる。

これらのクランク角セン−’、１−９１．９２は入力ポ
ードア５に接続される。一方、出力ポードア６は駆動回
路９３を介してステップモータからなる駆動装置６６に
接続され、駆動回路９４を介して対応する燃料噴射弁８
のピエゾ圧電素子４０に接続される。

第７図は各気筒の燃料噴射弁８の駆動信号（ａ。

ｂ、ｃ、ｄは夫々１番気筒、２番気筒、３番気筒、４番
気筒の駆動信号を示す）、各燃料噴射弁８の噴射率の波
形、燃料圧センサ８０が発する圧力信号、ピークホール
ド回路８３に印加されるリセット信号、ピークホールド
回路８３が発する圧力ピーク信号、圧力ピーク信号の読
み込みタイミングを示す。

次に第７図を参照しつつ第８図を参照して本発明による
燃料噴射制御方法について説明する。なお、第８図のメ
インルーチンで行なわれる各処理は予め定められたクラ
ンク角において順次行なわれる。

第８図を参照するとまず始めにステップ１００において
機関回転数ＮＥを表わすクランク角センサ９２の出力信
号、および機関負荷りを表わす負荷センサ８７の出力信
号を読み込む。次いでステップ１０１では機関回転数Ｎ
Ｅおよび機関負荷りから基本噴射ｉｑｏを求める。第２
図に示す実施例ではＮＥ、ＬとＱｏとの関係がマツプの
形で予めＲＯＭ　７２内に記憶されており、このマツプ
から基本噴射ｉＱ。が求められる。次いでステップ１０
２では第７図に示すように出力ポードア６からピークホ
ールド回路８３にリセット信号が人力される。

リセット信号が入力されるとピークホールド回路８３の
出力電圧は入力電圧のピーク電圧に維持される。次いで
ステップ１０３においてピークホールド回路８３の出力
信号、即ち圧力ピーク信号Ｐ０が読み込れる。

−次いでステップ１０４ではクランク角センサ９１の出
力信号から次に噴射すべき気筒の番号ｎが判別される。

次いでステップ１０５では噴射ｆｆ１Ｑ＝に７・Ｑｏが
計算され、この噴射量Ｑから次に噴射すべき燃料噴射弁
８の開弁時間Ｔｑｎが設定される。なお、Ｋゎは補正係
数であり、このに７は各燃料噴射弁８に対して夫々Ｋ　
ｒ、　Ｋ　ｚ、　Ｋ　３．　Ｋ　ａとして設定される。

これらＫ　ｌ＋　Ｋ　ｔ、　Ｋ　３．　Ｋ　ａは初めは
例えば１．０に設定される。また、同様に各燃料噴射弁
８に対して夫々開弁時間Ｔ、、、Ｔｑｚ、Ｔｑ３゜Ｔｑ
４が定められる。ステップ１０６では開弁時間Ｔ、ｌｆ
ｉが出力ポードア６に出力され、この開弁時間Ｔ、ゎに
より定まるクランク角において燃料噴射が開始され、燃
料噴射が完了する。第７図に示されるように燃料噴射弁
駆動信号が発せられて燃料噴射が行なわれると蓄圧室１
２の燃料圧が一時に低下し、斯くして燃料圧センサ８０
は第７図に示すような圧力信号を発する。この圧力信号
はインバータ８２で反転されピークホールド回路８３に
人力される。蓄圧室１２内の燃料圧が低下した後ではピ
ークホールド回路８３の出力電圧は蓄圧室１２の燃料圧
が最も低下したときの圧力信号を反転した電圧に維持さ
れ、従って第７図に示すようにピークホールド回路８３
の出力信号である圧力ピーク信号は噴射前後においてΔ
Ｐ１．ΔＰ２．ΔＰ３゜ΔＰ、だけ上昇する。これらΔ
Ｐ１．ΔＰ２．ΔＰ３゜ΔＰ、は蓄圧室１２内の燃料圧
の低下を示している。

次いでステップ１０７では圧力ピーク信号Ｐが読み込ま
れ、次いでステップ１０８において噴射前後の蓄圧室１
２内の圧力変化ΔＰ＝Ｐ−Ｐ、が計算される。蓄圧室Ｉ
２の容積は予めわかっているので燃料圧低下前の蓄圧室
１２内の圧力Ｐ、％蓄圧室、１２内の燃料の温度Ｔ、お
よび蓄圧室１２内の圧力変化ΔＰがわかれば蓄圧室１２
から流出した燃料の量、即ち燃料噴射弁８から噴射され
た実際の燃料量（以下実噴射量という）がわかる。ステ
ップ１０９ではこれらＰＩ＋ΔＰ、Ｔ、Ｖがら実噴射量
Ｑ、が計算される。次いでステ・ノブ１１０では補正係
数Ｋ　ｎ　１がＫ　、、’　＝　Ｑ　ｏ　／　Ｑ　ｒよ
り求められる。このＫ　ｎ　／は各燃料噴射弁８に対し
て夫々順次に、、に、、に、、に、として求められる。

Ｋ７′＝ＱＯ／ＱＩは次のことを意味している。即ち、
理解しやすいように具体例で示すと今例えばマツプから
求めた基本噴射ＩＱ、が１００である場合に実噴射量Ｑ
、が９５であったとするとに、、′はＫ　、　１＝　１
００／９５となる。従ってマツプから求めた基本噴射’
Ｊ　Ｑｏが１００である場合に実噴射ＭＱ、も１００に
するにはＱｏにに、１′を乗じ、Ｋ　、　ｌ・Ｑｏより
定まる時間だけ燃料噴射弁８を開弁せしめればよい。即
ち、噴射ｉＱをＱ＝に、’・Ｑｏより定めれば実噴射Ｆ
Ｉ　Ｑ＋がＱ。となる。ステップ１１１ではに、１′か
に、、とされ、次の処理ルーチンにおいてステップ１０
５で噴射ｉＱ＝に、・Ｑｏから開弁時間Ｔ　Ｑ　ｎが設
定される。従ってこれ以後、実噴射量Ｑ、は基本噴射Ｉ
Ｑ。に一致することになる。

云い控えると各燃料噴射弁８の精度にばらつきがあり、
また経年変化によって燃料噴射弁８の流量特性が変化し
ても各燃料噴射弁８から噴射される燃料量を予め設定さ
れた燃料量に正確に一致せしめることができる。

〔発明の効果〕

燃料噴射量を予め定められた燃料噴射量に正確に一致せ
しめることができる。特に多気筒機関においては各気筒
に噴射される燃料量が同一となり、斯くしてトルク変動
の発生を阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図はディーゼル機関を図
解的に示した平面図、第３図はディーゼル機関の側面断
面図、第４図は燃料噴射弁の側面断面図、第５図は燃料
供給ポンプの側面断面図、第６図は第５図の制御レバー
およびその駆動装置の平面図、第７図は種々の信号を表
わすタイムチャート、第８図は燃料噴射制御を実行する
ためのフローチャートである。 ８・・・燃料噴射弁、　　　　１２・・・蓄圧室、１４
・・・燃料供給ポンプ、８０・・・燃料圧センサ、８５
・・・燃料温センサ。 計・、燃料通路 Ｃ・・・燃料噴射弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　燃料供給ポンプの燃料吐出口を燃料通路を介して燃料
   噴射弁に連結した内燃機関において、機関回転数および
   機関負荷から基本噴射量を設定する基本噴射量設定手段
   と、上記燃料通路内の燃料圧を検出する燃料圧センサと
   、該燃料圧センサの出力信号に基づき噴射前後の圧力変
   化を求めて該圧力変化から実噴射量を計算する実噴射量
   計算手段と、該実噴射量計算手段における計算結果から
   基本噴射量を補正することにより燃料噴射弁の噴射量を
   定める噴射量設定手段とを具備した内燃機関の燃料噴射
   装置。