JP2636394B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ この発明は高圧燃料を蓄える畜圧配管内の燃料圧力を
制御すると共に、方向制御弁による高圧燃料の供給方向
の切換により高圧燃料によって駆動される燃料噴射弁の
開弁時間を制御して、燃料を内燃機関の負荷に応じた圧
力で適量噴射する燃料噴射装置に関する。

［従来の技術］ 従来のこの種の燃料噴射装置としては、例えば、特開
昭59−165858号公報（ディーゼル・エンジンのための電
磁制御インジェクション・システム）に記載されたもの
がある。

この燃料噴射装置は、燃料噴射弁における開弁および
閉弁のノズルニードルの動作特性を改善して、その開弁
時間と燃料噴射量との対応関係を良好にすることによっ
て、燃料噴射量の正確な制御を可能にしたものである。

一方、燃料を内燃機関の負荷に応じた圧力で噴射する
ために燃料圧力の制御が行われている。

これは、畜圧配管に供給する燃料の量を燃料ポンプを
用いて調整することにより行うものであって、例えば昇
圧時には、燃料噴射量より多くの量の燃料を燃料ポンプ
により畜圧配管に供給して燃料圧の上昇を図り、これに
対し減圧時には、燃料ポンプによる燃料供給量を燃料消
費量より少なくして燃料圧の下降を図るといった構成を
とっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の燃料噴射装置において
は、燃料圧の制御が、急減速時等の特定の運転状態によ
って最適に行うことができず、燃料噴射圧力が適正でな
くなるという問題が生じている。一例として、第８図
（Ｂ）に示すように、アクセル操作量100［％］の全負
荷走行の後、時刻t1よりアクセル操作量０［％］の惰性
走行を行い、次に時刻t2にてアクセルを若干踏み軽負荷
走行を行う場合を考える。この場合、時刻t1にアクセル
操作量０［％］とした際には、燃料の制御目標圧が、同
図（Ａ）に示すように、大きく下降する。従来はこのよ
うなとき、燃料ポンプの運転を停止して新たな燃料の供
給を休止しているが、畜圧配管内の燃料は燃料噴射が行
われないために消費されず、燃料圧は、同図（Ａ）に実
線で示すように、わずかなリークによって若干下降する
のみである。このため、時刻t2にアクセルを若干踏み軽
負荷走行をする際には、このアクセル操作量により決定
される燃料の制御目標圧より高い圧力の燃料が噴射され
ることとなり、この結果、燃費や排気浄化性が低下した
り、加速ショックや余計なエンジン騒音が生じたりする
場合も考えられた。

本発明の燃料噴射装置は、上述した問題を解消し、燃
料を内燃機関の負荷に応じた圧力で適量の燃料噴射を可
能にすることを目的とする。

発明の構成 ［課題を解決するための手段］ 本発明の燃料噴射装置は、第１図に例示するように、 高圧燃料を蓄える畜圧配管M1と、該畜圧配管M1からの
高圧燃料によりノズルニードルに開弁方向の力を、また
前記畜圧配管M1から作動室に導入される高圧燃料により
前記ノズルニードルに開弁方向の力を受ける燃料噴射弁
M3と、開弁駆動時に前記高圧燃料を燃料系の低圧側に排
出させる制御弁M2とを備え、 前記畜圧配管M1に燃料ポンプから燃料を供給して前記
畜圧配管M1内の燃料圧力を制御すると共に、前記制御弁
M2の駆動時間により前記燃料噴射弁M3の開弁時間を制御
して、燃料を内燃機関の負荷に応じた圧力で噴射する燃
料噴射装置において、 前記畜圧配管M1内の燃料圧力が制御目標圧より大きい
場合、前記燃料噴射弁M3における燃料噴射の開始に至る
遅廷時間未満の時間幅で前記制御弁M2を駆動して、前記
畜圧配管M1内の前記高圧燃料を前記燃料系の低圧側に断
続的に排出させる制御弁駆動手段M4を備えたことを特徴
とする。

［作用］ 本発明の燃料噴射装置は、畜圧配管M1内の燃料圧力が
制御目標圧より大きい場合、制御弁駆動手段M4が燃料噴
射弁M3における燃料噴射の開始に至る遅廷時間未満の時
間幅で制御弁M2を駆動して、畜圧配管M1内の高圧燃料を
燃料系の低圧側に継続的に排出する。従って、畜圧配管
M1内の燃料の一部を燃料系の低圧側に導入するので、畜
圧配管M1内の燃料圧力は降下する。この結果、フューエ
ルカット等により燃料噴射弁M3の開弁動作が行われない
場合でも、すみやかに燃料圧は制御目標圧に追従するこ
ととなる。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成＋作用を一層明らかにする
ために、次に本発明の好適な実施例としての多気筒ディ
ーゼル機関の燃料噴射装置を説明する。第２図はその燃
料噴射装置を１気筒分の燃料噴射弁および配管系を中心
に示す概略構成図である。

図示するように、燃料噴射弁１の弁ケーイング２内に
は、弁体摺動孔３および燃料溜り室５が形成され、先端
には上記燃料溜り室５に連通するノズル孔７が形成され
ている。上記弁体摺動孔３には、ノズルニードル９の大
径部11が摺動自在に嵌合されている。このノズルニード
ル９の大径部11の上部には、連結部13、下部に小径部15
および弁体部17が一体形成され、この弁体部17によりノ
ズル孔７が開閉される。

上記ノズルニードル９の連結部13の先端には、フラン
ジ19、ピストンピン21およびピストン23が一体的に連結
されている。上記フランジ19とハウジング25との間に
は、ばね27が架設され、ノズルニードル９に対して開弁
方向にばね力を付勢している。

上記ピストン23は、シリンダ29内に摺動自在に嵌合さ
れ、シリンダ29とともに作動室31を形成している。作動
室31の上部に設けた高圧燃料の流出入口33には、オリフ
ィス35を有するプレート弁37が当接され、ピストン23の
上端面で支持されたばね体39の付勢力により押圧されて
いる。

この燃料噴射装置の燃料供給構成としては、燃料タン
ク41から流路43を介して燃料を汲み上げる燃料ポンプ45
と、燃料ポンプ45から流路47を通じて供給した燃料を畜
圧して各燃料噴射弁に供給する畜圧配管（コモンレー
ル）49と、この畜圧配管49からの燃料の供給方向を切り
替え、燃料噴射弁１を開閉制御する三方電磁弁51とを備
えており、また、燃料溜り室５に燃料を供給する経路と
しての流路53、畜圧配管49と三方電磁弁51との流路55、
三方電磁弁51と燃料タンク41との流路57が設けられてい
る。

三方電磁弁51には、第３図（Ａ）に示すように、弁本
体61内の摺動孔63に摺動可動に嵌合された第１弁体65が
設けられている。この第１弁体65は、スプリング67の付
勢力により、第１弁座69に着座するようになされてい
る。また、ソレノイド71を励磁することにより第１弁体
65が摺動して第１弁座69から離問するようになされてい
る。更に、摺動孔63に連通した高圧燃料が供給される供
給孔73が穿設されており、また摺動孔63と燃料タンク41
とを連通する排出孔75、及び第１弁座69を介して燃料噴
射弁の作動室の流出入口33とを連通する第１接続孔77が
形成されている。一方、第１弁体65内に形成された摺動
孔79には、第２弁体81が摺動可能に嵌合されており、第
２弁体81が着座する第２弁座83が圧力室85に形成されて
いる。また、第１弁体65には圧力室85と供給孔73とを連
通する連通孔87が穿設されており、第２弁座83を介して
圧力室85に連通した第２接続孔89が形成されている。

この三方電磁弁51の作動は、同図（Ａ）に示すよう
に、ソレノイド71が励磁されていないときにはスプリン
グ67の付勢力により第１弁体65は、第１弁座69に着座し
て、第１接続孔77と排出孔75とを遮断している。また、
供給孔73、連通孔87を介して圧力室85に供給される高圧
燃料の圧力による作用力により、第２弁体81は、第２弁
座83から離問されて、規制部91に突き当たるまで移動さ
れる。これにより、供給孔73が、連通孔87、圧力室85、
第２接続孔89を介して第１接続孔77と連通されて、燃料
噴射弁の作動室に高圧燃料が供給され、燃料噴射が停止
される。

また、同図（Ｂ）に示すように、ソレノイド71が励磁
されると、このソレノイド71はスプリング67の付勢力に
抗して第１弁体65を引き上げ、第１弁体65を第１弁座69
から離問する。第１弁体65が移動して、第２弁体81が第
２弁座83に着座する。これにより、供給孔73は遮断さ
れ、接続孔77と排出孔75とが連通されて、第２図に示す
燃料噴射弁１の作動室31から燃料が排出される。この結
果、燃料噴射弁１に流路53を介し供給される高圧燃料に
よりノズルニードル９が開弁方向に移動されて、燃料噴
射が実行される。即ち、ノズルニードル９は、燃料溜り
室５内の燃料の圧力により生じる開弁方向の力が、作動
室31内の燃料の圧力に生じる開弁方向の力とばね27等に
よる付勢力との総和を上回った時、開弁方向に移動する
のである。

本実施例では、オリフィス35により燃料の移動は制限
されているので、三方電磁弁51を切り替えてから開弁方
向への力が閉弁方向への力を上回ってノズルニードル９
が上方に移動を開始するまでに、約0.4［msec］を要す
る。また、その後のノズルニードル９の移動速度も、第
２図に示す燃料噴射弁１の作動室31からの燃料の移動の
速さに依存している。

この結果、本実施例の燃料噴射弁１では、開弁初期の
高圧燃料の過剰な噴射を防ぎ、通電時間（ひいては開弁
時間）と燃料噴射量との対応関係等が良好となってい
る。第４図は、その燃料噴射の特性を、燃料圧をパラメ
ータとして示すグラフである。横軸は三方電磁弁51の切
替時間、縦軸は燃料噴射量を表す。いずれの燃料圧であ
っても三方電磁弁51に通電して0.4［msec］経過後に燃
料の噴射が開始されている。

次に、この燃料噴射装置の畜圧配管49と燃料系の低圧
側を連通＋遮断する流路を説明する。この三方電磁弁51
は、上述したようにソレノイド71の励磁に応じて、第３
図（Ａ）および（Ｂ）の２位置に切り替えられる。この
際、同図（Ｃ）に示すように、畜圧配管側の供給孔73
が、連通孔87と第２接続孔89および第１接続孔77を介し
て、有意の時間、燃料系の低圧側である燃料タンク41側
の排出孔75と連通する。

以上説明したように燃料噴射弁１および燃料供給機構
の制御機構として、第２図に示すように、この燃料噴射
装置は、燃料ポンプ45のためのポンプ制御装置95と、畜
圧配管49に設けられ、畜圧した燃料の圧力を検出するた
めの圧力センサ97と、電子制御装置（ECU）99とを備え
る。

電子制御装置99は、第５図に示すように、周知のCPU1
01,ROM103,RAM105等により論理演算回路として構成さ
れ、圧力センサ97の出力や、アクセル操作量検出センサ
107、クランク軸回転位置検出センサ109、クランク軸回
転速度検出センサ111等の出力を入力する入力ポート113
および三方電磁弁51、ポンプ制御装置95等に制御信号を
出力する出力ポート115を備える。これは、所定のプロ
グラムに従って、各センサの出力から燃料噴射弁１の開
弁時間や燃料の制御目標圧を演算し、これら演算結果に
基づいて三方電磁弁51およびポンプ制御装置95等の制御
を行うことによって、第４図に示したように、広いダイ
ナミックレンジにおいて好適な燃料噴射量制御を実現す
るものである。次に、こうして構成した実施例の燃料噴
射装置による燃料圧の下降制御装置を、第６図のフロー
チャートに沿って説明する。

第６図に示す燃料圧下降制御処理が開始されると、ま
ず、フューエルカットの状態であるか否かをアクセル操
作量検出センサに基づいて判別し（ステップ200）、フ
ューエルカットの状態であると判別されれば燃料圧Paが
制御目標圧Pbより大きいか否かを判別する（ステップ21
0）。フューエルカットの状態でないと判別された場
合、あるいはフューエルカットの状態であっても燃料圧
Paが制御目標圧Pb以下であると判別された場合は、この
処理を終了する。これらの場合は燃料ポンプ45による燃
料供給量の調節によって燃料圧Paを制御目標圧Pbに追従
させることができるからである。

フューエルカットの状態にあり、かつ燃料圧Paが制御
目標圧Pbより大きいと判別された場合は、燃料ポンプ45
の運転を停止する（ステップ220）。これにより燃料圧P
aのそれ以上の上昇を防止する。続いて、三方電磁弁51
の２位置往復切替を所定時間内で行う（ステップ23
0）。この２位置往復切替の際、第３図（Ｃ）に示すよ
うに、三方電磁弁51の供給孔73と排出孔75とが連通し、
畜圧配管の高圧燃料の一部が燃料タンクへ戻される。２
位置往復切替を行う所定時間とは、例えば0.3［msec］
であって、第４図に示したように、燃料噴射の実施に最
低限必要な0.4［msec］以下の時間である。従ってこの
２位置往復切替によっては、燃料噴射が行われない。

こうした処理は、燃料圧Paが制御目標圧Pbと略一致す
るまで繰り返し行う。

以上のように構成された実施例の燃料噴装置による燃
料噴射の結果を第７図に示す。同図（Ａ）および（Ｂ）
に示すように、時刻t1にアクセル操作量が100［％］か
ら０［％］になり燃料の制御目標圧Pbが大きく下降する
と、同図（Ｃ）のごとく三方電磁弁51を0.3［msec］で
切替え、畜圧配管49内の燃料の一部を燃料タンク41に戻
す。これにより、畜圧配管49内の燃料が、同図（Ｄ）の
ごとく若干消費されたことになり、燃料圧Paが、同図
（Ａ）に示すように下降する。この実験結果では、数回
にわたりる三方電磁弁51の0.3［msec］の切り替えの
後、燃料圧Paが制御目標圧Pbと略同一となっている。し
たがって、次にアクセルを、同図（Ｂ）に示すように、
時刻t2に若干踏み軽負荷走行を行う場合でも、燃料圧Pa
は、同図（Ａ）のごとくすでに制御目標圧Pbと略同一し
ているので、燃料の噴射量はアクセル操作量に対応する
適量となる。即ち、実施例の燃料噴射装置によれば、ア
クセス操作量を０［％］とするような急減速時であって
も、燃料圧Paを制御目標圧Pbな応答性よく追従させるこ
とができるので、常に内燃機関の負荷に応じた最適な圧
力で適量の燃料噴射を行うことができる。

また、実施例の燃料噴射装置は、畜圧配管49を低圧側
である燃料タンク41に連通、遮断する構成とし、燃料噴
射弁１の開閉制御を行う三方電磁弁51によりその連通を
図るので、装置全体の小型化および軽量化を図ることが
できる。

以上本発明の一実施例について説明したが、本発明は
こうした実姉例に何等限定されるものではなく、種々の
態様により実施しえるものである。例えば、三方電磁弁
51の２位置往復切替時間は0.3［msec］でなくてもよ
く、燃料噴射弁１が開弁を開始するのに要する時間より
短かければ足りる。燃量圧が制御目標圧よりかなり大き
い場合には、三方電磁弁51の切替時間を短時間にして、
一度の燃料圧下降制御処理中に複数回、三方電磁弁の２
位置往復切替を行うようにしもよい。また、三方電磁弁
51に流す電流の大きさを調節してソレノイド71による第
１弁体65の引き上げ速度を小さくし、畜圧配管49と燃料
タンク41との連通状態の時間を長く得るようにしてもよ
い。

発明の効果 以上説明したように、本発明の燃料噴射装置は、畜圧
配管内に畜圧した燃料の圧力が制御目標圧より大きい場
合に、燃料噴射弁における燃料噴射の開始に至る遅廷時
間未満の時間幅で制御弁を駆動して、畜圧配管内の高圧
燃料を燃料系の低圧側に断続的に排出し、燃料の一部を
燃料系の低圧側に導入することにより、燃料噴射がなく
ても燃料圧を減ずることができるので、燃料圧を制御目
標圧に応答性よく追従制御することが可能となり、内燃
機関の負荷に応じた圧力で最良の燃料噴射を行なうこと
ができるという効果を奏する。

従って、本発明の燃料噴射装置によれば、例えば、ア
クセルを踏まず燃料噴射を行わない急減速時のような特
定の運転状態であっても、燃料圧は下降し、次のアクセ
ル踏込時には適量の燃料噴射が行われるから、従来のよ
うに適量を上回る燃料が噴射されて燃費や排気浄化性が
低下したり、加速ショックや余計なエンジン騒音を生じ
たりすることは考えられず、常に良好なエンジンの運転
状態を得ることができる。

また、本発明の燃料噴射装置は、畜圧配管と燃料系の
低圧側との連通を燃料噴射弁の開閉に用いる制御弁の駆
動制御により行なうので、装置全体を小型かつ軽量のも
のとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示するブロック図、第
２図は本発明の一実施例としての燃料噴射装置の概略構
成図、第３図（Ａ）ないし（Ｃ）はその三方電磁弁の断
面図、第４図はその燃料噴射の特性を示すグラフ、第５
図はその電子制御装置の概略構成図、第６図はその燃料
圧制御処理を示すフローチャート、第７図はその燃料噴
射の結果を示すタイミングチャート、第８図は従来装置
による燃料噴射の結果を示すタイミングチャートであ
る。 １……燃料噴射弁 41……燃料タンク 49……畜圧配管 51……三方電磁弁 99……電子制御装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧燃料を蓄える畜圧配管と、該畜圧配管
   からの高圧燃料によりノズルニードルに開弁方向の力
   を、また前記畜圧配管から作動室に導入される高圧燃料
   により前記ノズルニードルに閉弁方向の力を受ける燃料
   噴射弁と、開弁駆動時に前記高圧燃料を燃料系の低圧側
   に排出させる制御弁とを備え、 前記畜圧配管に燃料ポンプから燃料を供給して前記畜圧
   配管内の燃料圧力を制御すると共に、前記制御弁の駆動
   時間により前記燃料噴射弁の開弁時間を制御して、燃料
   を内燃機関の負荷に応じた圧力で噴射する燃料噴射装置
   において、 前記畜圧配管内の燃料圧力が制御目標圧より大きい場
   合、前記燃料噴射弁における燃料噴射の開始に至る遅廷
   時間未満の時間幅で前記制御弁を駆動して、前記畜圧配
   管内の前記高圧燃料を前記燃料系の低圧側に断続的に排
   出させる制御弁駆動手段を備えたことを特徴とする燃料
   噴射装置。