JP2512899B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は主としてディーゼルエンジン等の加圧燃焼方
式の内燃機関の燃料噴射装置に関するものである。

（従来の技術及び発明が解決しようとする問題点） 従来からこの種の燃料噴射装置は機械式のものが主体
であり、一部電子制御化されたものがある。

機械式のものは、噴射特性を確保するため部品のバラ
ツキを極く小さく抑えており、高価であった。また、電
子制御化されたものも含め、いずれも制御性が不十分で
あった。

例えば、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、
特公昭46−39729号公報に開示されたものがある。この
燃料噴射装置においては圧力室とポンプ作業室に燃料を
供給する電磁弁がユニットインジェクタ内に設けられ、
その電磁弁を切り換えて、燃料噴射工程の開始と終了と
を制御する構造になっている。

また、別タイプの燃料噴射装置として、特開昭59−15
5568号公報に開示されたものがある。この燃料噴射装置
は、ユニットインジェクタに電磁開閉弁と燃圧制御手段
を設ける一方、ユニットインジェクタの外部に圧力制御
手段を設け、燃圧制御手段を圧力制御手段のリニアモー
タによって調圧するものである。前記電磁開閉弁は噴出
時期と噴射量とを制御し、燃圧制御手段は噴射率を制御
するようになっている。

ところが、前記いずれの燃料噴射装置も構造的に複雑
なため部品点数が多く、大型になり、ひいてはコスト高
になり、実際のディーゼルエンジンに搭載するには問題
があるだけでなく、噴射特性の制御も必ずしも充分とは
いえない。

本発明の目的は、構造が簡単で、しかも燃料の噴射特
性が良好な噴射装置を安価に提供することにある。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） そこで、本発明は前記問題点を解決するために、ポン
プシリンダとポンプピストンとによって形成された高圧
室と、該ポンプピストンと連動するプランジャを受圧面
とする圧力室と、前記高圧室からの燃料を内燃機関の燃
焼室に噴射するための噴射ノズルであって、そのニード
ル弁がスプリングの押圧力によって噴射口を閉塞するよ
うに付勢されている噴射ノズルとを備えてユニットイン
ジェクタと、 前記高圧室に燃料をその供給源から供給する燃料供給
用通路と、 前記高圧室内の燃料の圧力を可変制御して燃料噴射率
を制御する第一圧力制御手段と、 前記圧力室に対して燃料を供給するプランジャ駆動用
通路と、 前記プランジャ駆動用通路に設けられるとともに、同
プランジャ駆動用通路を開閉可能であり、その開閉タイ
ミングによって燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御する
第二圧力制御手段と、 前記二つの圧力制御手段に圧力制御司令を出力する制
御装置とからなる装置とする。

（作用） 制御装置が第一圧力制御手段に所望の噴射率を得るた
めの圧力制御司令を出力すると、第一圧力制御手段はそ
の司令に応じた所定圧力の燃料を燃料供給通路を介して
高圧室に供給する。又、制御装置が第二圧力制御手段に
所望の燃料噴射時期及び燃料噴射量を得るための開閉タ
イミング制御司令を出力すると、第二圧力制御手段はそ
の司令に応じた開閉タイミングでプランジャ駆動用通路
を開閉し、その開閉タイミングに対応した燃料を圧力室
に供給する。すると、圧力室内の燃料によりプランジャ
が押圧されて高圧室のポンプピストンにより高圧室内の
燃料を加圧する。その結果、ユニットインジェクタの構
造，燃料の通路構成及び制御のための構成が極めて簡単
であるにもかかわらず、燃料の噴射時期，噴射量，噴射
率をフレキシブルに設定することができ、しかもそれを
確実に行なうことができ、更には、燃料を高圧化させた
り、応答性を速くしたりすることも容易に実現できるの
で、アイドル回転の安定化，低騒音化，低振動化を図る
ことができる。

（実施例） 以下、本発明をディーゼルエンジンの燃料噴射装置に
具体化した実施例を第１〜４図に従って説明する。

最初に、第１図、第２図に基づいてこの実施例の構成
を説明すると、燃料噴射装置は燃料１の供給源Ａと、該
供給源Ａから燃料供給用通路２により送られる燃料１を
前記燃焼室内に噴射するためのユニットインジェクタＢ
と、該ユニットインジェクタＢの噴射圧を制御するため
の第一圧力制御手段Ｃと、該ユニットインジェクタＢ内
に設けられたプランジャ３の駆動を制御する第二圧力制
御手段Ｄと、該第一、二圧力制御手段Ｃ、Ｄの作動を制
御する制御装置Ｅの各要素から主として構成されてい
る。

前記供給源Ａは燃料１を貯留するためのタンク４と、
前記燃料１を吸引して前記燃料供給用通路２を通じて気
筒数に相当する個数のユニットインジェクタＢに供給す
るためのポンプ５とから構成される。前記ユニットイン
ジェクタＢはディーゼルエンジンの燃焼室近くの適当な
場所において設置される。

前記燃料供給用通路２の途中には燃料圧コントロール
用通路６が分岐しており、その燃料圧コントロール用通
路６に圧力センサ（図示なし）と、前記燃料供給用通路
２内の圧力を制御する第一圧力制御手段Ｃとが設けられ
ている。

なお、前記第一圧力制御手段Ｃとして比例ソレノイド
等外部からの電気信号等で燃料１が通る通路の断面を変
化させる構造の制御手段が使用される。

前記ユニットインジェクタＢにおけるインジェクタ本
体７の上部側には上面に開口するポンプシリンダ８が形
成され、そのポンプシリンダ８にポンプピストン９が摺
動可能に挿入されている。

そして、両者によって容積可変の空間である高圧室10
が形成され、その高圧室10内で前記燃料供給用通路２か
ら供給された燃料１の圧力が前記ポンプピストン９の作
用により一層高められるようになっている。

前記ポンプピストン９の上部にはプランジャ３が一体
的に設けられている。このプランジャ３の横断面積はポ
ンプピストン９のそれより大きく、両者の比は燃料の噴
射率等を考慮して決定されている。

前記プランジャ３の下面とインジェクタ本体７の上面
との間にはスプリング11が圧縮した状態で挿入され、ポ
ンプピストン９を常には上方に付勢している。

前記インジェクタ本体７の上面にはプランジャ３を摺
動可能に内蔵するプランジャ用シリンダ12が装着され、
そのプランジャ用シリンダ12内において前記プランジャ
３の下面とインジェクタ本体７の上面との間は低圧室13
になっている。この低圧室13に溜まった燃料１はプラン
ジャ用シリンダ12の側部に設けられたタンクポート14及
びそのタンクポート14に接続されるリーク用通路15を通
ってタンク４に排出される。

また、プランジャ３上においてプランジャ用シリンダ
12内にはプランジャ３の上面を受圧面とする圧力室16が
形成されている。この圧力室16に対してはプランジャ３
を押圧するための燃料１が導入される。そのために、前
記プランジャ用シリンダ12において前記圧力室16の側部
にはインレットポート17が形成されており、このインレ
ットポート17に前記燃料供給用通路２から分岐して延び
るプランジャ駆動用通路18が接続されている。

前記プランジャ駆動用通路18の途中には第二圧力制御
手段としての電磁弁Ｄが設けられており、この電磁弁Ｄ
を切り換えて、同電磁弁Ｄから延びる排出用通路19から
燃料１をタンク４に排出することによって、前記高圧室
10を低圧にすることが可能になっている。

前記電磁弁Ｄは制御装置Ｅの司令により前記プランジ
ャ駆動用通路18を通じて燃料１を前記圧力室16に供給し
たり、同圧力室16から燃料１を排出したりする構造を有
している。

前記ユニットインジェクタＢにおけるインジェクタ本
体７の側部には前記燃料供給用通路２が接続されるイン
レットポート20が設けられている。このインレットポー
ト20は前記燃料供給用通路２から送油された燃料１の逆
流を防止して前記高圧室10を加圧できるようにするチェ
ック弁21と通路22に続いて前記高圧室10と連通してい
る。

前記通路22の途中には１本の通路23が分岐し、その先
端に圧力センサ24を取り付けることが可能な圧力検出孔
25が形成され、高圧室10の圧力を検出できるようになっ
ている。検出された圧力は電気信号として前記制御装置
Ｅに入力され、そこで、該信号単独もしくはこの信号と
前述のコントロール用通路６に設けられた圧力センサ
（図示なし）からの信号との２種の信号から第一圧力制
御手段Ｃ及び前記電磁弁Ｄの作動信号として処理され
る。

前記インジェクタ本体７の下部には下方に開口するシ
リンダ状のニードル弁押圧室26が形成され、その中にス
プリング27によってニードル弁（後述）を付勢するため
のリテーナ28が挿入されている。

また、このニードル弁押圧室26と前記低圧室13とは通
路29によって連通され、ニードル弁押圧室26にリークさ
れてくる燃料１を低圧室13に導いてタンク４に排出でき
るようになっている。

前記ニードル弁押圧室26の下端には噴射ノズル30が保
持筒31によって装着されている。前記噴射ノズル30はノ
ズル本体32と、そのノズル本体32に内蔵されるニードル
弁33と、該ニードル弁33の上動位置を規制するスペーサ
34とから構成されている。

前記ノズル本体32の下部には前記ニードル弁33の先端
部よりわずかに広い噴射口35が形成され、その上部に該
噴射口35より拡径された受圧室36が、さらに、その受圧
室36に続いて上方に前記ニードル弁33の摺動部37がそれ
ぞれ形成されている。

前記ニードル弁押圧室26、スペーサ34及びノズル本体
32の側部に１本の通路38が共通に形成されており、その
通路38を通じて前記受圧室36に対して、高圧室10から高
圧化された燃料１が供給される。そして、高圧化された
燃料１はニードル弁33を前記コイルスプリング27の付勢
力に抗じて押し上げ、噴射口35からディーゼルエンジン
の燃焼室に噴射されるようになっている。

前記ニードル弁33の基端部にはリテーナ28の下部が連
接しており、両者は一体的に上下動する。

以上のように構成された実施例につき、次にその作
用、効果を第２〜４図に基づいて説明する。

ディーゼルエンジンを起動し、そしてポンプ５が駆動
させると、燃料１が燃料供給用通路２中を通りチェック
弁21を開けて低圧、例えば、数kg/cm²でユニットインジ
ェクタＢの高圧室10に供給される。

この状態では、第２図に示すようにプランジャ駆動用
通路18の電磁弁Ｄは圧力室16に燃料１が圧送されないよ
うに閉止されている。

次に、ディーゼルエンジンの回転が回転角センサ等の
検出手段により検出されて、制御装置Ｅに入力される。
制御装置Ｅはこの情報に基づいて電磁弁Ｄに燃料１の噴
射時期を設定して信号を送り、電磁弁Ｄを作動させる。

すると、第３図に示すようにプランジャ駆動用通路18
からユニットインジェクタＢの圧力室16に燃料１が供給
される。プランジャ３の横断面積がポンプピストン９の
横断面積より大きいので、プランジャ３はポンプピスト
ン９を押し下げ、高圧室10、通路38及び受圧室36内の燃
料１を加圧する。ニードル弁33は受圧室36で推力を受
け、スプリング27の付勢力に抗じて上方に押し上げられ
る。その結果、噴射ノズル30の噴射口35が開口して、燃
料１が燃焼室に噴射される。

燃料１が噴射されるこの過程において高圧室10内は圧
力センサ24によりモニタリングされ、そのモニタリング
情報が制御装置Ｅに送られる。

該制御装置Ｅからの司令で第一圧力制御手段Ｃは圧力
室16に圧送される燃料１の圧力を制御する。従って、こ
の圧力によりポンプピストン９の圧縮力、ひいては圧縮
速度が制御されることから燃焼室に対しては所望の燃料
圧、すなわち、所望の噴射率で燃料１の噴射が可能にな
る。

燃料１の噴射を終えるときは、前回回転角センサから
の信号をもとに第４図に示すように制御装置Ｅから電磁
弁Ｄに閉鎖信号が送られ、圧力室16の燃料１が排出用通
路19を経てタンク４に排出される。すると圧力室16の圧
力が低下してポンプピストン９が上昇し、高圧室10の圧
力も低下する。

高圧室10の圧力が低下すると、受圧室36の圧力も低下
するから、スプリング27の補助力によりニードル弁33が
押し下げられ、噴射口35が閉塞される。

このようにして燃料噴射行程の１サイクルが終了する
が、この燃料噴射行程は各気筒においてサイクル的に行
なわれる。

この実施例は、構造が簡単なユニットインジェクタＢ
を使用して、燃焼室に対する燃料１の噴射時期及び噴射
量を第二圧力制御手段である電磁弁Ｄにより、そして噴
射率を第一圧力制御手段Ｃにより制御するようにしたの
で、構造面及び燃料噴射の制御面で種々の作用、効果が
発揮される。

すなわち、構造面ではポンプピストン９を作動させる
カム機構をユニットインジェクタＢに組み込む必要がな
く、ポンプピストン９に対する動力伝達部品が不要にな
り、それだけディーゼルエンジンをコンパクトに小型化
でき、かつ部品点数を少なくでき、ひいてはディーゼル
エンジンを低廉にすることができる。

また、燃料１が送油される通路系をシンプルにして、
ユニットインジェクタＢと第二圧力制御手段Ｄとを別体
にしたので、メンテナンスがし易く、それだけユーザに
対するサービス性がよくなり、また、第二圧力制御手段
Ｄに噴射圧力等の高圧が加わらないので、第二圧力制御
手段Ｄの耐久性がよい。

制御面では燃料１の噴射時期、噴射量、噴射率をフレ
キシブルに設定して燃料の噴射を制御でき、しかもそれ
を確実に行なうことができ、ひいては、断続噴射、間欠
噴射、不整噴射等を防止できるとともに、高圧化させた
り、応答性を速くしたりすることも可能になり、アイド
ル回転の安定化、低騒音化、低振動化が可能になる。

さらに、この実施例では圧力センサ24を使用して燃料
１の圧力を第一圧力制御手段Ｃ等にフイードバックする
ようにしているので、この実施例は特に噴射率を制御し
易い。

本発明は前記実施例に限定されることなく、例えば、
第一圧力制御手段Ｃとして電磁弁を使用することがで
き、また、電磁弁以外の圧力制御手段を使用する場合は
電圧に応じて高速に変形して燃料１が通る通路の断面を
制御可能な圧電素子を組み込んだ制御手段を使用するこ
ともできる。

発明の効果 以上詳述したように、本発明はユニットインジェクタ
の構造，燃料の通路構成及び制御のための構成が極めて
簡単であるにもかかわらず、燃料の噴射時期，噴射量，
噴射率をフレキシブルに設定することができ、しかもそ
れを確実に行なうことができ、更には、燃料を高圧化さ
せたり、応答性を速くしたりすることも容易に実現でき
るので、アイドル回転の安定化，低騒音化，低振動化を
図ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のユニットインジェクタの縦断面図、第
２図は実施例の回路図、第３図は燃料の噴射開始過程を
示す回路図、第４図は燃料噴射終了過程を示す回路図で
ある。 １……燃料、２……燃料供給用通路、３……プランジ
ャ、８……ポンプシリンダ、９……ポンプピストン、10
……高圧室、16……圧力室、18……プランジャ駆動用通
路、19……排出用通路、30……噴射ノズル、Ａ……供給
源、Ｂ……ユニットインジェクタ、Ｃ……第一圧力制御
手段、Ｄ……第二圧力制御手段、Ｅ……制御装置

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプシリンダとポンプピストンとによっ
   て形成された高圧室と、該ポンプピストンと連動するプ
   ランジャを受圧面とする圧力室と、前記高圧室からの燃
   料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴射ノズルであ
   って、そのニードル弁がスプリングの押圧力によって噴
   射口を閉塞するように付勢されている噴射ノズルとを備
   えているユニットインジェクタと、 前記高圧室に燃料をその供給源から供給する燃料供給用
   通路と、 前記高圧室内の燃料の圧力を可変制御して燃料噴射率を
   制御する第一圧力制御手段と、 前記圧力室に対して燃料を供給するプランジャ駆動用通
   路と、 前記プランジャ駆動用通路に設けられるとともに、同プ
   ランジャ駆動用通路を開閉可能であり、その開閉タイミ
   ングによって燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御する第
   二圧力制御手段と、 前記二つの圧力制御手段に圧力制御司令を出力する制御
   装置とからなる内燃機関の燃料噴射装置。
2. 【請求項２】前記第二圧力制御手段は電磁弁である特許
   請求の範囲第１項記載の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 【請求項３】前記燃料供給用通路はその途中に燃料の逆
   流を防止するチェック弁を備えている特許請求の範囲第
   １項記載の内燃機関の燃料噴射装置。