(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動ポンプの機能を有するカム駆動式プランジャと、プランジャの一端部に形成されたプランジャ室より吐出行程中に燃料を排出し、吸入行程中にプランジャ室に燃料を吸い込む構造を有し、さらにプランジャ室の下方に燃料噴射弁が設けられているカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置において、低圧燃料源及びドレン用燃料通路に連通する油溜部と、油溜部とプランジャ室とを相互に連通する供給兼圧力通路と、供給兼圧力通路を開閉する弁と、吐出行程中にプランジャ室の圧力を上昇するため弁を閉鎖する第１のソレノイドと、弁を開放側に押圧するスプリングあるいは第２のソレノイドと、主噴射終了直後の所定時間後に、かつ弁が全開状態に復帰する前に再度第１のソレノイドに僅かな電流を流して弁を所定期間閉鎖方向に作動し、プランジャ室の圧力を再度僅かに上昇させる指令を出力する制御手段とからなることを特徴とするカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置において、エンジンの回転速度を検出する回転速度センサと、アクセル開度を検出する位置センサと、カムの回動角度を検出する角度センサとを備え、前記制御手段は回転速度センサ、位置センサ、及び角度センサからの信号を受けて、主噴射終了直後の所定時間後に、かつ弁が全開状態に復帰する前に再度第１のソレノイドに僅かな電流を流すときの前記所定時間及び所定期間を算出し、算出した所定時間及び所定期間に基づき第１のソレノイドに指令を出力することを特徴とするカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置。
【請求項３】
カムからの駆動力をプッシュロッド、ロッカアーム等の構成部品を介してプランジャに伝達して、燃料を吐出するカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法において、主噴射終了直後の所定時間後にプランジャ室の圧力が完全にゼロになる前に再度所定期間だけプランジャ室の圧力を僅かに上昇させ、ユニットインジェクタのプランジャを駆動する各構成部品が離れないように押圧することを特徴とするカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法。
【請求項４】
請求項３記載のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法において、主噴射終了直後の前記所定時間及び所定期間はエンジンの回転速度または／及び負荷に応じて算出することを特徴とするカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置及びその制御方法に係わり、特に、ディーゼルエンジンの高圧噴射用のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの低燃費、高出力化が進むなかで、近年、低騒音化、低エミッション化など環境保全に対する要求がますます高まってきている。このような相反する性能を同時に達成するため、高圧噴射化、噴射率パターンの改善、噴射期間の短縮が必要となり、ユニットインジェクタが採用され始めている。このユニットインジェクタは図１に示すように、カム４からの力をローラ３、プッシュロッド５、及びロッカアーム６等の部品を介して受けて、ユニットインジェクタ１０のプランジャ１１により高圧燃料を噴射している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ユニットインジェクタの噴射圧力の高圧噴射化に伴い、プランジャ内圧による荷重が大きいため、ロッカアームが図１の点線のように湾曲する。この高圧噴射時に湾曲したロッカアームは、噴射が終了すると、２点鎖線のように反力で逆に湾曲して駆動系がカムから離れる、いわゆるジャンプ現象が発生する。この際に、駆動系がカム面を叩き衝撃力が発生する。この衝撃は著しい騒音源となるのみならず、駆動系の耐久性を著しく悪化させるという問題がある。
【０００４】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、カム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置及びその制御方法に係わり、特には、ユニットインジェクタの噴射圧力が高圧噴射化されても駆動系がカムから離れることなく衝撃力、騒音が少ないカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置及びその制御方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記の目的達成のため、本発明に係るカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置は、往復動ポンプの機能を有するカム駆動式プランジャと、プランジャの一端部に形成されたプランジャ室より吐出行程中に燃料を排出し、吸入行程中にプランジャ室に燃料を吸い込む構造を有し、さらにプランジャ室の下方に燃料噴射弁が設けられているカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置において、低圧燃料源及びドレン用燃料通路に連通する油溜部と、油溜部とプランジャ室とを相互に連通する供給兼圧力通路と、供給兼圧力通路を開閉する弁と、吐出行程中にプランジャ室の圧力を上昇するため弁を閉鎖する第１のソレノイドと、弁を開放側に押圧するスプリングあるいは第２のソレノイドと、主噴射終了直後の所定時間後に、かつ弁が全開状態に復帰する前に再度第１のソレノイドに僅かな電流を流して弁を所定期間閉鎖方向に作動し、プランジャ室の圧力を再度僅かに上昇させる指令を出力する制御手段とからなることを特徴とする。
上記構成により、カムが回動して所定の位置に来たときに、制御手段から第１のソレノイドに指令を出力して弁をスプリングあるいは第２のソレノイドに抗して作動させ、弁を閉じる。さらにカムの回動により、プランジャが押し下げられて主噴射を行う。このときには、ロッカアームには曲げ、プッシュロッドには圧縮等の大きな荷重がかかり変形している。この主噴射終了直後の所定時間後に、かつ弁が完全に元に（全開状態に）復帰する前に再度第１のソレノイドに僅かな電流を流して弁を所定期間閉鎖方向に再度作動する。この弁が閉じる方向に作動することによりプランジャ室の圧力が僅かに上昇する。この圧力により、ロッカアームに掛かる荷重も最大荷重から急激にゼロになることはなくなる。これに伴ってロッカアームは反対側に湾曲することがなくなり、駆動系の構成部品は絶えず当接して駆動することになるため駆動系がカムから離れる、いわゆるジャンプ現象がなくなる。このため、駆動系がカム面を叩く衝撃力が発生しなくなり、かつ、この衝撃に伴う騒音を約２ｄＢから３ｄＢだけ低減することができる。また、駆動系の耐久性を著しく向上させることができる。
【０００６】
また、エンジンの回転速度を検出する回転速度センサと、アクセル開度を検出する位置センサと、カムの回動角度を検出する角度センサとを備え、前記制御手段は回転速度センサ、位置センサ、及び角度センサからの信号を受けて、主噴射終了直後の所定時間後に、かつ弁が全開状態に復帰する前に再度第１のソレノイドに僅かな電流を流すときの前記所定時間及び所定期間を算出し、算出した所定時間及び所定期間に基づき第１のソレノイドに指令を出力することを特徴とする。
上記構成により、制御手段は、エンジンの回転速度及びエンジンにかかる負荷に応じて、主噴射終了直後の所定時間後に、かつ弁が全開状態に復帰する前に、再度第１のソレノイドに僅かな電流を流すときの前記所定時間及び所定期間を算出して、第１のソレノイドに流す所定時間及び／あるいは所定期間を変更する。これにより、プランジャ室の圧力の再度上昇する位置及び大きさが、エンジンの回転速度及びエンジンにかかる負荷に応じて変化するため、ユニットインジェクタを駆動する構成部品に掛かる負荷に応じたプランジャ室の圧力を生ずることができ、過少あるいは過大な反力の発生がなくなる。
【０００７】
本発明に係るカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法は、カムからの駆動力をプッシュロッド、ロッカアーム等の構成部品を介してプランジャに伝達して、燃料を吐出するカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法において、主噴射終了直後の所定時間後にプランジャ室の圧力が完全にゼロになる前に再度所定期間だけプランジャ室の圧力を僅かに上昇させ、ユニットインジェクタのプランジャを駆動する各構成部品が離れないように押圧することを特徴とする。
上記方法により、プランジャが押し下げられた主噴射終了直後から所定時間後にプランジャ室の圧力が完全にゼロになる前に、プランジャ室の圧力を主噴射時より低い所定の圧力に所定期間だけ上昇させる。この圧力により、前記と同様に、ロッカアームに掛かる荷重も最大荷重から急激にゼロになることはなくなる。これに伴ってロッカアームは反対側に湾曲することがなくなり、駆動系の構成部品は絶えず当接して駆動することになるため駆動系がカムから離れる、いわゆるジャンプ現象がなくなる。このため、駆動系がカム面を叩く衝撃力が発生しなくなり、かつ、この衝撃に伴う騒音を約２ｄＢから３ｄＢだけ低減することができる。また、駆動系の耐久性を著しく向上させることができる。
【０００８】
また、主噴射終了直後の前記所定時間及び所定期間はエンジンの回転速度または／及び負荷に応じて算出することを特徴とする。
上記方法により、主噴射終了後にプランジャ室の圧力が完全にゼロになる前に再度プランジャ室の圧力を所定の圧力に上昇させるとき、エンジンの回転速度または／及びエンジンにかかる負荷に応じて、プランジャ室の圧力を僅かに上昇させる前記所定時間及び所定期間を変更する。これにより、前記と同様に、プランジャ室の圧力の再度上昇する位置及び大きさが、エンジンの回転速度または／及びエンジンにかかる負荷に応じて変化するため、ユニットインジェクタを駆動する構成部品に掛かる負荷に応じたプランジャ室の圧力を生ずることができ、過少あるいは過大な反力の発生がなくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態及び実施例】
以下に、本発明に係るカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置及びその制御方法の実施例について、図面を参照して詳述する。
図１は本発明のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置１の断面図である。同図において、カムフォロワ２に回転自在に支持されているローラ３がカム４に当接して設けられている。カムフォロワ２にはプッシュロッド５の一端が揺動自在に支持され、プッシュロッド５の他端はロッカアーム６の一端部に揺動自在に支持されている。ロッカアーム６は中央部で回動自在にエンジンヘッド７に支持されるとともに、ロッカアーム６の他端部はユニットインジェクタ１０のプランジャ１１の一端面１１ａに当接している。ユニットインジェクタ１０は、プランジャ１１と、プランジャ用バネ１２と、ソレノイドバルブ１３と、ソレノイド１４（以下、第１ソレノイド１４と呼ぶ）と、バルブ用バネ１５と、及びボディ１６とからなる。プランジャ１１の一端面１１ａにロッカアーム６の他端部は当接している。また、プランジャ１１の他端部１１ｂには、プランジャ室１１ｃが形成され、プランジャ１１の他端部１１ｂはプランジャ室１１ｃに一部が挿入されている。また、プランジャ１１の一端面１１ａ側にはプランジャ用バネ１２が配設され、プランジャ用バネ１２は、一端面がプランジャ１１に、他端面がボディ１６に当接するように配設され、プランジャ１１をロッカアーム６の他端部に当接するように押圧している。このプランジャ用バネ１２は図示しないがソレノイド（第２ソレノイドと呼ぶ）を用いても良い。プランジャ室１１ｃの下方には図示しない燃料噴射弁が配設され、プランジャ室１１ｃの下面には、この燃料噴射弁に通ずる圧力通路１７が形成されている。
【００１０】
ソレノイドバルブ１３は３段形状で構成され、一端部の中央部側は円錐形状１３ａに形成されボディ１６と当接して通路を遮断する。また、中央部の円柱部１３ｂはボディ１６に慴動自在に枢密に挿入され、ソレノイドバルブ１３を慴動自在に保持している。他端部は円板形状１３ｃに形成され、その他端面近傍には第１ソレノイド１４が配設されている。ソレノイドバルブ１３は、他端部の円板形状１３ｃを上側にして、プランジャ１１と並列に配設されている。ソレノイドバルブ１３の下方側の円錐形状１３ａ部で、かつ、プランジャ室１１ｃに隣接して円形の油溜部１６ａが形成されている。この円形の油溜部１６ａにはソレノイドバルブ１３の下方側の円錐形状１３ａ部が挿入され、この円錐形状１３ａ部に対向して油溜部１６ａには円錐形状のシート面１６ｂが形成されている。
ソレノイドバルブ１３の一端部の円錐形状１３ａと中央部の円柱部１３ｂとの間の空間部１３ｄは、供給兼圧力通路１８を介してプランジャ室１１ｃの側面部に接続されている。空間部１３ｄと円形の油溜部１６ａとは円錐形状のシート面１６ｂを介して接続されている。油溜部１６ａの側面部には、図示しない燃料ポンプからの燃料が供給される低圧源用通路１９ａが、また、油溜部１６ａの反対側の側面部には、ドレン通路１９ｂが設けられている。
ソレノイドバルブ１３の円柱部１３ｂとボディ１６の間にはバルブ用バネ１５が配設され、バルブ用バネ１５は、ソレノイドバルブ１３の円錐形状１３ａ部端面がボディ１６に当接するよう押圧している。
【００１１】
第１ソレノイド１４は、ソレノイドバルブ１３の上方の近傍に配設されている。第１ソレノイド１４は制御部２０に接続され、制御部２０からの指令によりソレノイドバルブ１３を吸引作動する。ソレノイドバルブ１３が吸引作動すると、ソレノイドバルブ１３の円錐形状１３ａと油溜部１６ａの円錐形状のシート面１６ｂとを密接に当接して、プランジャ室１１ｃと円形の油溜部１６ａとの間を遮断する。
ボディ１６は、プランジャ１１及びソレノイドバルブ１３が枢密に慴動自在に挿入され、プランジャ１１及びソレノイドバルブ１３を慴動自在に保持している。ボディ１６は、エンジンヘッド７に取着されている。
エンジンの出力軸には回転速度を検出する速度センサ２１が付設され、回転速度の信号を制御部２０に出力している。また、アクセルペタル２２には位置センサ２２ａが付設され、アクセルペタル２２の操作量に応じた信号を制御部２０に出力している。また、カム軸には角度センサ２３が付設され、カム４の回転角度を制御部２０に出力している。
【００１２】
上記構成において次に作動について説明する。
図２はユニットインジェクタの制御方法のタイムチャート図を示し、図２（ａ）はカムのリフト量を、図２（ｂ）は制御部の指令に基づくソレノイド電流を、図２（ｃ）はソレノイドバルブの移動量を、図２（ｄ）はプランジャ室の圧力を、図２（ｅ）はロッカアームに掛かる荷重を示す。なお、図中において、細い実線は従来のデータを、太い実線は本案のデータを示す。
図２（ａ）において、Ａ点はカム４のリフト量がゼロであり、そのＡ点よりカム４が回転し、図２（ｂ）に示す所定の位置Ｂ点に来たときに、制御部２０はカム４の角度センサ２３からの信号を受けて、制御部２０は第１ソレノイド１４に駆動電流Ｉ1 を流すように出力している。この駆動電流Ｉ1 により、図２（ｃ）に示す位置Ｃ点に来たときに、ソレノイドバルブ１３は移動を開始する。ソレノイドバルブ１３が移動を開始し、ソレノイドバルブ１３の円錐形状１３ａと油溜部１６ａの円錐形状のシート面１６ｂとを密接に当接して、プランジャ室１１ｃと円形の油溜部１６ａとの間を遮断する手前で、図２（ｄ）に示す位置Ｄ点に来たときに、プランジャ室１１ｃの圧力は上昇を始める。これに伴い、図２（ｅ）に示すようにロッカアーム６に掛かる荷重も上昇を始める。
【００１３】
カム４が更に回転し、図２（ｃ）に示すように所定の位置Ｅ点に来たときに、ソレノイドバルブ１３の円錐形状１３ａと油溜部１６ａの円錐形状のシート面１６ｂとを密接に当接して、プランジャ室１１ｃと円形の油溜部１６ａとの間を完全に遮断する。これにより、図２（ｂ）に示すように、制御部２０は第１ソレノイド１４にはほぼ一定の駆動電流Ｉ1 が流れる。
更に、カム４が回転し、図２（ｂ）に示す所定の位置Ｆ点に来たときに、制御部２０はカム４の角度センサ２３からの信号を受けて、制御部２０は第１ソレノイド１４に流していた駆動電流Ｉ1 を漸次減少させ始め、位置Ｇ点でゼロにしている。
この位置Ｇ点では、ソレノイドバルブ１３は復帰を始め、プランジャ室１１ｃと円形の油溜部１６ａとの間を開き始める。また、この位置Ｇ点では、図２（ｄ）に示すように、プランジャ室１１ｃの圧力は最大噴射圧力となる。また、これに伴い、図２（ｅ）に示すようにロッカアーム６に掛かる荷重も最大荷重となる。これにより、ロッカアームは図１の点線に示すように湾曲する。
【００１４】
本発明では、更にカム４が回転し、図２（ｂ）に示す所定の位置Ｈ点に来たときに、制御部２０はカム４の角度センサ２３からの信号を受けて、制御部２０は第１ソレノイド１４に再度駆動電流Ｉ2 を流すように指令を出力する。これにより、従来は図２（ｃ）に示すように位置Ｊ点でソレノイドバルブ１３が完全に復帰し、プランジャ室１１ｃと円形の油溜部１６ａとの間を完全に開いていたが、再度駆動電流Ｉ2 を流すことにより、ソレノイドバルブ１３は途中で再度閉鎖方向に移動し、プランジャ室１１ｃと円形の油溜部１６ａとの間のスキマを小さくする。これにより、図２（ｄ）に示すように、プランジャ室１１ｃの圧力は僅かに上昇し、若干の圧力が残る。この若干の圧力により、図２（ｅ）に示すようにロッカアーム６に掛かる荷重も最大荷重から急激にゼロになることはなくなる。これに伴ってロッカアームは図１の２点鎖線に示すように反対側に湾曲することがなくなる。また、この若干の圧力が残ることにより、カムフォロワ２、ローラ３、カム４、及びプッシュロッド５の駆動系の構成部品を絶えず当接させて駆動させるとともに、駆動系がカムから離れる、いわゆるジャンプ現象がなくなる。したがって、駆動系がカム面を叩く衝撃力が発生しなくなり、かつ、この衝撃は伴う騒音を約２ｄＢから３ｄＢだけ低減することができる。また、駆動系の耐久性を著しく向上させることができる。
【００１５】
次に、上記構成において、制御について説明する。図３は制御図のフローチャート図であり、図４は制御部２０から第１ソレノイド１４に駆動電流Ｉ1 及び再度駆動電流Ｉ2 を流すタイミングダイヤグラム図である。図３において、ステップ１では、アクセルペタル２２の操作量がアクセルペタル２２の位置センサ２２ａにより検出され、その信号が制御部２０に読み込まれている。ステップ２では、エンジンの回転速度Ｎｅが速度センサ２１により検出され、その信号が制御部２０に読み込まれている。
ステップ３では、制御部２０には、横軸にエンジンの回転速度Ｎｅを、縦軸に燃料の噴射量をとる燃料噴射量制御特性図で、その縦軸を第１ソレノイド１４に流す駆動電流Ｉ1 の時間ＡＶ１とする、マップ図（１０）が記憶されている。制御部２０は、このマップ図（１０）と、ステップ１及びステップ２で読み込まれたエンジンの回転速度Ｎｅ及びアクセルペタル２２の操作量Ａｃｃより、制御部２０は第１ソレノイド１４に流している駆動電流の時間ＡＶ１を求める。
ステップ４では、第１ソレノイド１４に流す駆動電流の時間ＡＶ１が得られる。
【００１６】
ステップ５では、横軸にエンジンの回転速度Ｎｅを、縦軸に燃料の噴射時期Ｔ１をとり、駆動電流の時間ＡＶ１をパラメータとする、マップ図（２０）が記憶されている。制御部２０は、このマップ図（２０）と前記で求めた駆動電流の時間ＡＶ１より、燃料の噴射時期Ｔ１を求める。
ステップ６では、燃料の噴射時期Ｔ１が得られる。
ステップ７では、横軸にエンジンの回転速度Ｎｅを、縦軸に第１ソレノイド１４に再度駆動電流Ｉ2 の時間ＡＶ２を流す時間をとり、駆動電流Ｉ1 の時間ＡＶ１をパラメータとする、マップ図（３０）が記憶されている。制御部２０は、このマップ図（２０）と前記で求めた駆動電流Ｉ1 の時間ＡＶ１より、第１ソレノイド１４に流している再度駆動電流Ｉ2 の時間ＡＶ２を求める。
ステップ８では、第１ソレノイド１４に流す再度駆動電流Ｉ2 の時間ＡＶ２が得られる。
【００１７】
ステップ９では、横軸にエンジンの回転速度Ｎｅを、縦軸に再度駆動電流Ｉ2 を流し始める時間Ｔ２をとり、駆動電流Ｉ1 の時間ＡＶ１をパラメータとする、マップ図（４０）が記憶されている。制御部２０は、このマップ図（４０）と前記で求めた駆動電流の時間ＡＶ１より、燃料の主噴射時間後、即ち、駆動電流の時間ＡＶ１後から再度駆動電流Ｉ2 を流し始める時間Ｔ２を求める。
ステップ１０では、駆動電流の時間ＡＶ１後から第１ソレノイド１４に第２駆動電流を流し始める時間Ｔ２が得られる。
【００１８】
制御部２０は上記により求めた結果を図４に示すタイミングダイヤグラム図のように指令を出力している。
図４において、制御部２０はカム４の角度センサ２３からの信号（ａ）を受けた後、燃料の噴射時期Ｔ１の開始位置（ｂ）が来たら第１ソレノイド１４に主噴射のため、ソレノイドバルブ１３の円錐形状１３ａと油溜部１６ａの円錐形状のシート面１６ｂとを密接に当接して、プランジャ室１１ｃと円形の油溜部１６ａとの間を完全に遮断するように、駆動電流Ｉ1 を、時間ＡＶ１の間、流す指令を出力する。さらに、制御部２０は、駆動電流の時間ＡＶ１が経過した位置（ｃ）より、ソレノイドバルブ１３が途中で再度閉鎖方向に移動し、プランジャ室１１ｃと円形の油溜部１６ａとの間のスキマを小さくする第２駆動電流Ｉ2 を流し始める時間Ｔ２を計測する。制御部２０は第２駆動電流を流す時間Ｔ２の位置（ｄ）が経過したら、第２駆動電流Ｉ2 を、時間ＡＶ２の間、流すように指令を出力する。
これにより、プランジャ室１１ｃの圧力は僅かに上昇し、若干の圧力が残る。なお、上記において、第２駆動電流Ｉ2 あるいは時間ＡＶ２のいずれかは一定値にしても良い。このとき、第２駆動電流Ｉ2 及び第２駆動電流を流す時間Ｔ２は、エンジン回転速度及びアクセルペタル２２の操作量が大きいときには大きくしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置の概念構成図である。
【図２】本発明のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御方法のタイムチャート図である。
【図３】本発明のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御図のフローチャート図である。
【図４】本発明のカム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御部からソレノイドに流す駆動電流Ｉ1 及び再度駆動電流Ｉ2 のタイミングダイヤグラム図である。
【符号の説明】
１…カム駆動式の電子制御ユニットインジェクタの制御装置、２…カムフォロワ、３…ローラ、４…カム、５…プッシュロッド、６…ロッカアーム、１０…ユニットインジェクタ、１１…プランジャ、１１ｃ…プランジャ室、１２…プランジャ用バネ、１３…ソレノイドバルブ、１４…ソレノイド１４（第１ソレノイド）、１５…バルブ用バネ、１６ａ…油溜部、１８…供給兼圧力通路、１９ａ…低圧源用通路、１９ｂ…ドレン通路、２０…制御部、２１…速度センサ、２２…アクセルペタル、２２ａ…位置センサ、２３…角度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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