JP2586566B2

JP2586566B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2586566B2
Application number: JP63094957A
Authority: JP
Inventors: 義久山本
Original assignee: 日本電装株式会社
Priority date: 1988-04-18
Filing date: 1988-04-18
Publication date: 1997-03-05
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: JPH01267355A

Description

【発明の詳細な説明】発明の目的［産業上の利用分野］本発明は、ディーゼルエンジン等に使用される蓄圧配
管を有する燃料噴射装置に関する。

［従来の技術］従来より、ディーゼルエンジン等に使用される、高圧
燃料を噴射する燃料噴射装置として、例えば、特開昭59
−165858号公報に開示されるような、蓄圧配管（コモン
レール）を有する燃料噴射装置が提案されている。

この燃料噴射装置においては、高圧供給ポンプによっ
てコモンレールと呼ばれる一種のサージタンク内に高圧
燃料を蓄圧し、この燃料圧を燃料噴射弁の開閉制御及び
噴射圧力として使用している。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、こうした従来のものでは、ディーゼル
エンジン等への噴射圧（100〜150MPa）に相当するコモ
ンレール圧の生成、維持、制御が最も重要な技術上の課
題であり、ディーゼルエンジン等の広範囲な運転条件に
おいて、安定した、精度のよいコモンレール圧を生成す
る必要がある。燃料噴射弁からの燃料噴射により、第７
図（Ａ）に示す如く、ある回転数のときの燃料噴射弁の
噴射率は、破線で示すようになり、回転数が上昇する
と、実線で示す如く噴射と噴射との間隔は狭くなる。ま
た、内燃機関の回転に応じて駆動される、例えば内燃機
関の１回転に対して1/2回転で駆動される高圧供給ポン
プからの高圧燃料の圧送圧力は、第７図（Ｂ）に示す如
く、ある回転数のときには、破線で示すようになり、回
転数が上昇すると、実線で示す如く、圧送期間が短くな
り、圧送間隔も狭くなる。このとき、コモンレール内の
圧力は、高圧供給ポンプによる圧力変化と、燃料噴射弁
による圧力変化とのみを示すと、第７図（Ｃ）に示す如
く、高圧供給ポンプから燃料が供給されているときは高
く、燃料噴射弁から燃料が噴射されているときには低下
する。ところが、燃料噴射弁からの燃料噴射が終了した
ときに、燃料噴射弁の急激な閉弁による水撃が発生し、
この水撃によるコモンレール内の圧力脈動は、その成分
のみを示すと、第７図（Ｄ）に示す如くになる。第７図
（Ｄ）は、２回の燃料噴射が実行された場合を示してい
るが、図示する如く、燃料噴射弁が閉弁したときに、い
わゆる水撃による圧力波が発生する。この圧力波が減衰
して消滅しないうちに、他の燃料噴射弁の閉弁時の水撃
による圧力波が発生し、その直前の閉弁による脈動に重
なり合う。この第７図（Ｄ）の脈動成分と第７図（Ｃ）
のコモンレール圧力とを重ね合わせた第７図（Ｅ）の圧
力波形が、実際のコモンレール圧力となる。但し、通常
はこの圧力に高圧供給ポンプとコモンレールとの間の配
管の反射波が重なるが、このレベルは小さいので省略し
ている。

ここで、内燃機関がある回転数で運転されていいると
きに、各圧力波形は第７図に破線で示すようになってい
るが、この回転数より速くなれば、第７図に実線で示す
ごとくに変化する。即ち、高圧供給ポンプの圧送期間は
短くなり、また圧送間隔も短くなる。このとき同時に燃
料噴射弁の噴射間隔も短くなる。

ところが、燃料供給系の配管内の圧力波の伝播速度
は、燃料供給系の配管等の形状が定まれば、ほぼ一定で
あり、配管内の反射波の間隔（周期）も一定である。よ
って、内燃機関のある回転数において、第７図（Ｃ）に
実線で示す燃料噴射弁からの燃料噴射と高圧供給ポンプ
からの圧送圧力とに基づくコモンレール圧力と、第７図
（Ｄ）に実線で示す水撃による脈動成分との位相が重畳
した場合に、圧力変動を強め合う場合がある。即ち、第
７図（Ｅ）に実線で示す如く、大きな圧力の変動とな
り、しかも重畳した圧力変動が、次第に大きくなるとい
う場合があった。

このように、燃料噴射・燃料圧送による圧力変動と、
燃料噴射弁による水撃とが重畳した場合には、第８図に
示すように、ある回転数において、各燃料噴射毎に圧力
波が重畳して、圧力変動が次第に大きくなり、圧力変動
が拡大する現象が生じる。この現象は、その圧力変動の
ピークが高圧供給ポンプの耐圧を越えねば高圧供給ポン
プ自身の損傷にもつながり、また、燃料噴射弁から噴射
される燃料圧力も変動して、燃料噴射量が変化し、適正
な燃料噴射が行われなくなる場合うもあるという問題が
あった。

そこで本発明は上記の課題を解決することを目的と
し、圧力変動の拡大現象を防止する燃料噴射装置を提供
することにある。

発明の構成［課題を解決するための手段］かかる目的を達成すべく、本発明は課題を解決するた
めの手段として次の構成を取った。即ち、往復動するプランジャにより燃料を加圧・圧送する高
圧供給ポンプから供給された高圧燃料を蓄圧配管に蓄圧
し、該蓄圧配管を介して、内燃機関の各気筒毎に設けら
れた燃料噴射弁に分配供給して燃料を噴射する燃料噴射
装置において、前記高圧供給ポンプは、前記内燃機関の回転に応じて
駆動されて、前記内燃機関のサイクルに応じた単位回転
当りの吐出回数が、前記内燃機関の気筒数の非整数倍若
しくは非整数分の１である構成としたことを特徴とする
燃料噴射装置の構成がそれである。

［作用］前記構成に有する燃料噴射装置は、内燃機関の回転に
応じて駆動される高圧供給ポンプが、内燃機関のサイク
ルに応じた単位回転当り、内燃機関の気筒数の非整数倍
若しくは非整数分の１の吐出回数で、蓄圧配管に高圧燃
料をプランジャにより加圧・圧送し、内燃機関の各気筒
毎とに設けられた燃料噴射弁が、蓄圧配管を介して供給
される高圧燃料を噴射する。よって、燃料噴射・燃料圧
送による圧力変動と水撃とが重畳することによる圧力変
動の拡大現象を防止する。

［実施例］以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例である燃料噴射装置の概略
構成図である。図示の如く、燃料噴射装置は、内燃機関
としての４サイクル８気筒のディーゼルエンジン１と、
ディーゼルエンジン１の各気筒1a〜1h毎に設けられた燃
料を噴射する各燃料噴射弁2a〜2hと、燃料噴射弁2a〜2h
に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧配管、いわゆるコモ
ンレール４と、コモンレール４に高圧燃料を圧送する３
台の高圧供給ポンプ6a〜6cと、これらを制御する電子制
御装置（以下、単にECUと呼ぶ。）８とを備えている。

高圧供給ポンプ6a〜6cは、燃料タンク10から低圧供給
ポンプ12を経て吸入された燃料を高圧に加圧した後、コ
モンレール４に圧送する。この３台の高圧供給ポンプ6a
〜6cは、同一構造であり、第１図にはその機能を概略的
に示したが、その内の１台の高圧供給ポンプ6aについ
て、以下代表して高圧供給ポンプ６として、その詳細構
造について第２図、第３図によって説明する。

この高圧供給ポンプ６は、ポンプハウジング30の下端
部に設けられたカム室31、ポンプハウジング30に嵌装さ
れたシリンダ32、シリンダ32に連通し、低圧供給ポンプ
12から低圧燃料の高級を受ける導入管33およびシリンン
ダ32に螺着された電磁弁34から構成されている。

前記カム室31には、ディーゼルエンジン１の回転速度
の1/2の速度で回転するカム軸35が挿通されており、こ
のカム軸35は略正三角形の各角が丸められた輪郭36xを
有するカム36を備えている。よって、カム軸35は、ディ
ーゼルエンジン１のサイクルに応じた単位回転で、即
ち、２回転で１サイクルを終了するディーゼルエンジン
１の２回転に対して１回転するよう駆動される。尚、カ
ム軸35には、高圧供給ポンプ6a〜6cに応じて３個のカム
36a〜36cがその輪郭36x〜36zを、それぞれ40度の位相差
を設けて配設されている。

また、シリンダ32の摺動孔32aにはプランジャ37が往
復動可能に嵌挿されている。このプランジャ37はリード
類が全く設けられていない円柱形状をなし、プランジャ
37と前記シリンダ32の摺動孔32aとによりポンプ室38が
形成されている。また、シリンダ32には、ポンプ室38に
連通するフィードホール39及びフィードホール39より上
方でポンプ室38に連通する連通孔40が穿設されている。
このフィードホール39はシリンダ32とポンプハウジング
30との間に形成された燃料溜41に連通しており、燃料溜
41には、、導入管33を介して低圧供給ポンプ12からの低
圧燃料が供給される構成となっている。

更に、シリンダ32にはチェック弁42が配設され、この
チェック弁42は連通孔40を介してポンプ室38に連通され
ている。このチェック弁42は、ポンプ室38内部で加圧さ
れた燃料により、チェック弁42の弁体43がリターンスプ
リング44の付勢力と油圧力の合力に抗して押し開らか
れ、吐出孔45から燃料を吐出する構成となっている。各
高圧供給ポンプ6a〜6cのポンプ室38a〜38cはそれぞれ連
通孔40a〜40c、吐出孔45a〜45c、チェック弁42a〜42cを
順次介して、供給配管14に連通されている。この供給配
管14は、コモンレール４に接続されている。

前記プランジャ37の下方は弁座46に連結され、弁座46
はプランジャスプリング47によりタペット48に押し付け
られている。タペット48には、カムローラ49が回転可能
に設けられており、カムローラ49はプランジャスプリン
グ47の付勢力によりカム室31内のカム36に圧接されてい
る。このため、カム軸35の回転に伴い、カム36の輪郭36
xに倣って上下動するカムローラ49及び弁座46を介して
プランジャ37は往復運動する。尚、カム36の所定回転角
に対するプランジャ37の往復動の変位および速度は、カ
ム36の有する輪郭36xに応じて定まる。したがって、プ
ランジャ37がシリンダ32の摺動孔32aを往復動すると、
プランジャ37がフィードホール39を開閉し、プランジャ
37がフィードホール39を閉塞していないときはフィード
ホール39を介して低圧燃料がポンプ室38に供給される構
成となっている。

また、シリンダ32には、プランジャ37に対向して、電
磁弁34が螺着されている。この電磁弁34は、第３図に示
すように、一端がポンプ室38に開口した低圧通路50が形
成されたボディ51と、リード52を介して通電されるとソ
レノイド53の磁力によりスプリグ54の付勢力（同図に矢
印Ｂで示す方向に作用する。）に抗して同図に矢印Ａで
示す方向に吸引されるアーマチュア55と、アーマチュア
55と一体的に移動してポンプ室38への開口部に形成され
たシート部56に離着することにより低圧通路50を連通・
遮断する外開弁であるきのこ形状の弁体57とから構成さ
れている。弁体57は、ポンプ室38内部の燃料圧力を閉弁
方向（同図に矢印Ａで示す方向）の押圧力として受け
る。電磁弁34は、プランジャ37がフィールドホール39を
閉塞した後で、所定の時期に通電されると、弁体57がシ
ート部56に着座してプランジャ37の加圧開始時期を設定
するプレストローク制御式の電磁弁である。尚、第２図
に示すように、低圧通路50の他端は、ギャラリー58及び
通路59を介して、上述した燃料溜41に連通している。

一方、カム軸35には、第１図に示すように、各カム36
a〜36cの輪郭36x〜36zに対応する個数（本実施例では９
個）の突起61aを有するパルスギヤ61が固定されてお
り、パルスギヤ61に接近対向して電磁ピックアップから
成るカム角度センサ70が配設されている。パルスギヤ61
の突起61aがカム角度センサ70近傍を通過する毎に、カ
ム角度信号がECU8に伝達される。ここで、パスルギヤ61
の突起61aのカム36の輪郭に対する取付位相は、後述す
る各カム36a〜36cの回転により、各プランジャ37a〜37c
が上昇して高圧燃料を吐出する位相に対応しており、こ
のときカム角度センサ70からハイレベルの信号がECU8に
出力されるように設定されている。

更に、検出系として、ディーゼルエンジン１の回転速
度を検出する回転速度センサ71と、負荷に相当するアク
セルペダル操作量を検出するアクセル操作量センサ72
と、コモンレール４内部のコモンレール圧力を検出する
圧力センサ73とを備えている。

前記ECU8はCPU8a,ROM8b,RAM8cを中心に論理演算回路
として構成され、コモンバス8dを介して入出力部8eに接
続され、外部との入出力を行なう。上記各センサの検出
信号は、入出力部8eからCPU8aに入力される。

一方、CPU8aは、入出力部8eを介して、前記燃料噴射弁2
a〜2h及び各高圧供給ポンプ6a〜6cの各電磁弁34a〜34c
に制御信号を出力する。

次に、前記構成の高圧供給ポンプ６の基本動作を、第
２図に基づいて説明する。

同図に示すように、カム軸35の回転に伴って往復動す
るプランジャ37が、下降時にフィードホール39を開口す
ると、該フィードホール39を介してポンプ室38内部に燃
料が吸入され、一方、上昇時にフィードホール39を閉塞
すると、前記ポンプ室38内部に吸入された燃料に押圧力
を及ぼす。しかし、この時、電磁弁34が通電されていな
いと、電磁弁34の弁体57は開弁しているので、ポンプ室
38内部の燃料は、低圧通路50、ギャラリー58および通路
59を順次介して燃料溜41に溢流し、加圧されない。

このように、ポンプ室38内部の燃料の溢流中に、電磁
弁34に通電されると、弁体57はシート部56に着座し、低
圧通路50が閉塞される。このため、プランジャ37の上昇
によりポンプ室38内部の燃料は加圧され始め、ポンプ室
38内部の燃料圧力が吐出弁42のリターンスプリング44の
付勢力とコモンレール４の圧力と弁体43の受圧面積で決
まる力の合力を越えると、吐出孔40を介して圧送された
燃料は、吐出弁42を押し開き、コモンレール４へ吐出孔
45を通して吐出される。また、カム軸35の１回転に対し
て、プランジャ37は、３往復動して、３回の吐出が行わ
れる。

次に、本実施例の燃料噴射制御装置の作動を、第４図
に示すフローチャートに基づいて説明する。本高圧供給
ポンプ制御処理は、前記ECU8の起動に伴って実行され
る。まず、ステップ100では、アクセル操作量センサ7
2、回転速度センサ71、圧力センサ73により検出される
負荷α、回転速度Ne及びコモンレール圧力PCを読み込む
処理が行われる。続くステップ110では、ステップ100で
読み込んだ負荷α及び回転速度Neから目標コモンレール
圧力PC0を演算式、もしくは、マップを使用して算出す
る処理が行われる。次にステップ120に進み、前記ステ
ップ110で算出した目標コモンレール圧力PC0、前記ステ
ップ100で読み込んだコモンレール圧力PC、回転速度N
e、負荷αに基づいつ、各高圧供給ポンプ6a〜6cからの
高圧燃料の吐出量Ｑを演算式、あるいは、マップを使用
して算出する処理が行われる。続くステップ130では、
前記ステップ120で算出した吐出量Ｑ及び前記ステップ1
00で読み込んだ回転速度Neから制御時間TNを演算式、ま
たはマップに基づいて算出する処理が行われる。次にス
テップ140に進み、カム角度センサ70により検出される
カム角度信号を検出したか否かを判定し、肯定判断され
るとステップ150に進み、一方、否定判断されるとカム
角度信号を検出するまで同じステップを繰り返しながら
待機する。ステップ150では、タイマＴをリセットする
と共に、スタートする処理が行われる。続くステップ16
0では、前記ステップ150で計時を開始したタイマＴの計
時値が前記ステップ130で算出された制御時間TN以上で
あるか否かを判定し、肯定判断されるとステップ170に
進み、一方、否定判断されると制御時間だけ経過するま
で同じステップを繰り返しながら待機する。ステップ17
0では、電磁弁34を閉弁する制御信号を出力する処理が
行われる。本ステップ170の処理により、燃料の加圧及
び圧送が開始される。続くステップ180では、カム角度
信号を検出したか否かを判定し、肯定判定されるとステ
ップ190に進み、一方、否定判定されるとカム角度信号
を検出するまで同じステップを繰り返しながら待機す
る。ステップ190では、タイマＴをリセットすると共
に、スタートする処理が行われる。続くステップ200で
は、前記ステップ190で計時を開始したタイマＴの計時
値が予め定められた待機時間T0以上であるか否かを判定
し、肯定判断されるとステップ210に進み、一方、否定
判断されると待機時間T0だけ経過するまで同じステップ
を繰り返しながら待機する。ステップ210では、電磁弁3
4を開弁する制御信号を出力する処理が行なわれる。本
ステップ210の処理により、次回吐出燃料の吸入が可能
となる。前記ステップ210を実行した後、一旦、本可変
吐出量高圧ポンプ制御処理を終了する。以後、本可変吐
出量高圧ポンプ制御処理は所定時間毎に、前記ステップ
100〜210を繰り返して実行する。

次に、上記制御の様子の一例を、第５図のタイミング
チャートに従って説明する。同図に実線で示すように、
加圧・圧送開始時刻が早い場合は、カム角度信号が検出
される時刻t1から短い制御時間T1経過後の時刻t2におい
て、電磁弁34を閉じる制御信号が出力され、燃料の加圧
・圧送が開始される。該時刻t2には、プランジャ37のリ
フト量Ｓは小さい値であるため、圧送ストローク量は大
きな値S1になり、吐出量Ｑも多量になる。やがて、次の
カム角度信号が検出される時刻t4から待機時間TO経過後
の時刻t5に到ると、電磁弁34を開らく制御信号が出力さ
れる。一方、同図に破線で示すように、加圧・圧送開始
時刻が遅い場合は、カム角度信号が検出される時刻t1か
ら長い制御時間T2経過後の時刻t3において、電磁弁34を
閉じる制御信号が出力され、燃料の加圧・圧送が開始さ
れる。該時刻t3には、プランジャ37のリフト量Ｓは大き
い値であるため、圧送ストローク量は小さな値S2にな
り、吐出量Ｑも少量になる。このように、制限時間TNを
短縮すると圧送ストローク量は増加し、一方、制御時間
TNを延長すると圧送ストローク量は減少する。従って、
制御時間TNを調節することにより、吐出量Ｑを所望の値
に制御できる。

このように、高圧供給ポンプ６は、電磁弁34によりそ
の吐出量Ｑが制御される。この制御は、各高圧供給ポン
プ6a〜6cの各電磁弁34a〜34cについて実行される。よっ
て、各高圧供給ポンプ6a〜6cからは、本実施例において
は、第６図（Ｂ）に示すように、カム軸35の１回転の間
に、即ち、ディーゼルエンジン１のサイクルに応じた単
位回転の間に、各々３回の吐出が行なわれ、合計９回の
吐出が単位回転の間に、回転数が一定であると、一定の
間隔で実行される。

一方、各燃料噴射弁2a〜2hは、ディーゼルエンジン１
の回転数や負荷等に基づいて燃料噴射時期制御、燃料噴
射量制御等が実行されて、燃料噴射を行なう。これによ
り、第６図（Ａ）に示す如く、カム軸35の１回転の間
に、即ち、ディーゼルエンジン１のサイクルに応じた単
位回転の間に、回転数等によって噴射間隔等は変化する
が、各々１回ずつ実行される。本実施例では、８気筒の
ディーゼルエンジン１であるので、気筒数と等しい、合
計８回の燃料噴射が実行される。

従って、ある回転数のときの、前述した各高圧供給ポ
ンプ6a〜6cから供給される高圧燃料と、各燃料噴射弁2a
〜2hから噴射される燃料とによる、コモンレール４内の
圧力変化の波形は、各々の周期が一致していないので、
第６図（Ｃ）に示す如くになる。即ち、従来のような、
ディーゼルエンジン１の単位回転の間の燃料噴射回数
と、高圧供給ポンプ６からの吐出回数とが一致した、第
７図（Ｃ）に示すように、ある周波数の正弦波に近い圧
力波形とは異なり、多数の周波数の波形が重畳したよう
な複雑な圧力波形となる。よって、この複雑な圧力波形
と、第６図（Ｄ）に示す水撃成分による圧力波形とを重
ね合わせると、第６図（Ｅ）に示すような、例えば大き
なうねり成分を有する圧力波形となり、重畳して拡大す
ることがない。即ち、水撃による圧力波形は、第６図
（Ｄ）に示すように、回転数が一定であると、一定の周
期で繰り返される圧力波形であり、これに、前記複雑な
圧力波形が重畳するからである。

尚、本実施例では、燃料噴射回数即ち気筒数を８、単
位回転当りの吐出回数を気筒数の非整数倍の９回とした
が、若しくは気筒数が５で、単位回転当りの吐出回数が
６回でもよく、また、気筒数が10のときに、吐出回数を
これより少ない非整数分の１である９回としてもよい。

従って、本実施例の燃料噴射装置によると、ディーゼ
ルエンジン１のサイクルに応じた単位回転当りの高圧供
給ポンプ６からの吐出回数が、気筒数の非整数倍若しく
は非整数分の１である。よって、燃料供給・燃料圧送に
よる圧力変動と、燃料噴射弁２による水撃とが重畳し
て、圧力波形が拡大するようなことにはならず、圧力変
動の拡大現象を防止する。また、圧力変動が拡大しない
ので、コモンレール４内の圧力変動も小さくなり、よっ
て、燃料噴射弁２から噴射される燃料圧力の変動も少な
くなり、圧力変動による燃料噴射量の変化が少なくなっ
て、燃料噴射も適正に実行される。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこ
の様な実施例に何等限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々なる様態で実施し得
ることは勿論である。

発明の効果以上詳述したように本発明の燃料噴射装置は、内燃機
関のサイクルに応じた単位回転当りの高圧供給ポンプに
よる吐出回数が、内燃機関の気筒数の非整数倍若しくは
非整数分の１であるので、燃料供給・燃料圧送による圧
力変動と燃料噴射弁による水撃とが重畳して、圧力波形
が拡大することがなく、圧力変動の拡大現象を防止する
と共に、蓄圧配管内の圧力変動を小さくして適正な燃料
噴射が実行できるとうい効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１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２図は本実施例の高圧供給ポンプの断面図、
第３図は本実施例の電磁弁の断面図、第４図は本実施例
の電子制御装置において行われる制御ルーチンの一例を
示すフローチャート、第５図は本実施例の高圧供給ポン
プによる圧送タイミングを説明するタイミングチャー
ト、第６図は本実施例のコモンレール内の圧力変動を説
明するグラフ、第７図は従来の装置における圧力変動を
説明するグラフ、第８図は従来のコモンレール内の圧力
変動を説明するグラフである。１……ディーゼルエンジン 2,2a,2b,2c,2d,2e,2f,2g,2h……燃料噴射弁４……コモンレール 6,6a,6b,6c……高圧供給ポンプ８……電子制御装置 37,37a,37b,37c……プランジャ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】往復動するプランジャにより燃料を加圧・
圧送する高圧供給ポンプから供給された高圧燃料を蓄圧
配管に蓄圧し、該蓄圧配管を介して、内燃機関の各気筒
毎に設けられた燃料噴射弁に分配供給して燃料を噴射す
る燃料噴射装置において、前記高圧供給ポンプは、前記内燃機関の回転に応じて駆
動されて、前記内燃機関のサイクルに応じた単位回転当
りの吐出回数が、前記内燃機関の気筒数の非整数倍若し
くは非整数分の１である構成としたことを特徴とする燃
料噴射装置。