JP2704636B2 - 燃料噴射ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関用の燃料噴射装置に係り、特に詳
しくはポンプ本体とノズルが別体の燃料噴射ポンプ及び
ポンプ本体とノズルが一体のユニットインジェクタを含
む燃料噴射装置に関するものである。

（従来技術及びその問題点） 一般にディーゼル機関においては、低速運転時には燃
料噴霧の着火遅れ期間が高速運転時に比べて長く、この
ため、低速運転時においては着火後、燃料が急激に行わ
れ、気筒内の圧力上昇率が大きくなり、これにより大き
な燃焼騒音が発生するという問題がある。

このような燃焼騒音を制御するには、その発生原因か
ら考えて、燃焼に伴う気筒内の圧力上昇率を抑えるこ
と、換言すれば気筒内における混合気の燃焼を緩慢に行
なわせることが有効であり、これを実現するものとし
て、例えば実開昭59−30555号公報に開示される如く２
段噴射方式を採用した技術が知られている。

ところで、最近、任意の運転域で低騒音化と低N
_OX（窒素酸化物）化を達成する燃料噴射ポンプが要望さ
れているが、斯かる２段噴射が可能な燃料噴射装置は未
だ知られていない。

本件に関連する先行技術として特願昭62−292567号が
ある。

（発明の目的） 本発明は、任意の運転域で低騒音化と低N_OX化を達成
できる燃料噴射装置を提供することを目的としている。

（発明の構成） （１）技術的手段 本発明は、バレル11内でプランジャ14を往復動させる
ことにより燃料を加圧、圧送可能とする一方、前記プラ
ンジャ14の頭部の外周面に、プランジャ頂面17に連通す
る斜溝状のリード35を形成し、前記プランジャ14とバレ
ル11とを適宜に相対回動させて該リード35と制御スリー
ブＧに設けたバレルポートとの連通タイミングを調整す
ることによって燃料噴射量を調量するようにした燃料噴
射ポンプにおいて、前記バレル11の側壁を開口した窓孔
12を形成し、この窓孔12内に主スリーブ21と副スリーブ
22とからなる制御スリーブＧを各々バレル11長手方向に
摺動自在に設け、主スリーブ21にバレルポートの一部を
なす主ポート23を形成し、前記制御スリーブＧにバレル
ポートの一部をなす副ポート24を前記主ポート23とは別
に形成し、プランジャ14の頂面17から所定の深さに形成
した燃料逃し穴37を設け、プランジャ14の外周面に、前
記バレル11及びプランジャ14の相対回動範囲で前記副ポ
ート24と連通可能な平行溝36を形成し、この平行溝36と
前記燃料逃し穴37とを連通し、前記リード35と燃料逃し
穴37を連通し、前記燃料逃し穴37に連通しプランジャ14
外周面に開口した燃料吸入口40を形成し、前記平行溝36
を前記燃料吸入口40および前記斜溝状のリード35のいず
れよりも下方の位置において、前記プランジャ14の外周
面に所定長さにわたって環状に形成するとともに、１次
噴射量と２次噴射量を加えた総噴射量を一定に保ちなが
ら、且つ噴射時期をも可変にしたことを特徴とする燃料
噴射装置である。

（２）作用 主ポートとリードで全燃料噴射ストロークを決定し、
摺動自在な副スリーブと平行溝の位置で燃料噴射率を制
御し、摺動自在な主スリーブと燃料吸入口との位置で噴
射時期を制御する。

（実施例） （１）第１実施例 第１図には本発明の第１実施例に係るディーゼル機関
用燃料噴射ポンプが示されており、第１図において符号
10は取付フランジ一体形のポンプ本体、11はポンプ本体
10内に嵌挿固定されたバレルであり、該バレル11の上下
方向中間部には窓孔12が開口している。この窓孔12内に
は上方の主スリーブ21と下方の副スリーブ22が上下に摺
動自在に設けてある。前記窓孔12はバレル11と本体10と
の間の環状の油室19に連通している。油室19には通路19
aが接続している。主スリーブ21と副スリーブ22は同じ
様に平行を保ったまま摺動自在である。主スリーブ21と
副スリーブ22からなる制御スリーブ（Ｇ）である。

バレル11および両スリーブ21、22の軸心部にはプラン
ジャ挿入孔13が形成されている。プランジャ挿入孔13内
には、プランジャ14が相対回動自在且つ摺動自在に嵌挿
されており、該プランジャ14をプランジャスプリング15
のばね力と燃料カム16のカム作用とによって軸方向に往
復動させることにより、頂面17上に形成される高圧室18
内に吸入した燃料を加圧し、これをデリベリバルブ20を
介してエンジン（図示せず）の各気筒に設けられた噴射
ノズルまたはインジェクター（図示せず）に圧送するよ
うになっている。

前記主スリーブ21には大径の主ポート23を穿孔し、副
スリーブ22には小断面積の副ポート24を穿孔してある。
主スリーブ21、副スリーブ22には縦溝25が形成してあ
り、縦溝25にはポンプ本体10に固定したピン26が嵌合
し、ピン26で主スリーブ21、副スリーブ22を回り止めし
ている。主スリーブ21の凹部27には偏心ピン28が嵌合
し、副スリーブ22の凹部29には偏心ピン30が嵌合してい
る。偏心ピン28、30にはリンク31、32が連結し、このリ
ンク31、32を操作することによって、主スリーブ21、副
スリーブ22を個別に上下方向に摺動させ得る。なお、こ
の主スリーブ21、副スリーブ22の位置を調整する構造に
ついては、本件出願人による実公昭63−3418号に詳しく
記載してある。

プランジャ14の下部にはプランジャ14を回動するため
の回動輪38が固定し、ポンプ本体10外に伸びるラック39
で回動輪38を回動操作するようになっている。

前記バレル11の詳細を示す第２図で、窓孔12はバレル
11の壁部33部分（第３図）を残して開口しており、主ポ
ート23の下方には凹部27が形成してある。主スリーブ21
の主ポート23は直径Ｄの貫通孔であり、副スリーブ22の
副ポート24は横長状に開口している。

以上のようなバレル11、主スリーブ21、副スリーブ22
に嵌合するプランジャ14には第４図に示すように、上か
ら順に、燃料吸入リード34、下部リード35（リード）、
平行溝36がｚ、z1（第５図）の深さで切込んである。燃
料吸入リード34、下部リード35はプランジャ14の回動範
囲で主ポート23（第２図）と連通可能に形成してあり、
平行溝36は同様に副ポート24（第２図）と連通可能に形
成してある。プランジャ14の軸心部には頂面17から平行
溝36の深さにまで達する燃料逃し穴37を形成してある。
したがって、燃料吸入リード34は燃料吸入口40で燃料逃
し穴37と連通し、下部リード35は連通孔41で燃料逃し穴
37と連通し、平行溝36は絞り通路42で燃料逃し穴37と連
通している。絞り通路42の高さをＢ、横幅をＥとする
と、平行溝36の燃料リーク部面積Ａは、 Ａ＝Ｂ×Ｅ ……（１） になる。

なお、燃料リーク部面積Ａを調整することで２段噴射
特性と、１次噴射と２次噴射を連続し、１次噴射量を可
変にした初期噴射量制御型特性とに切換えることができ
る。

以上の構造では、プランジャ14をバレル11に対して相
対回動させて該プランジャ14の燃料吸入リード34、下部
リード35、平行溝36とバレル11の主ポート23、副ポート
24との相対的な連通タイミングを変化させ、主ポート2
3、副ポート24の閉塞期間を調整することにより、詳し
くは後述するように燃料の全噴射量を一定に保ちなが
ら、１次噴射量と２次噴射量の割合、すなわち噴射率が
可変になる。また、主ポート23と燃料吸入リード34が連
通してからプランジャ14が上昇して燃料吸入リード34が
閉塞するまでの所謂プレストロークを調整することによ
り噴射時期が可変になる。

プランジャ14とバレル11、主スリーブ21、副スリーブ
22を組立てた基準状態を示す第６図で、窓孔12の上縁と
主スリーブ21の上縁との間の隙間をＸとし、主スリーブ
21の下縁と副スリーブ22の上縁との隙間をＹとし、主ス
リーブ21の下降量を△Ｘ、副スリーブ22の下降量を△Ｙ
とすると、第７図の特性C1で示す２段噴射パターンを発
生する。

この２段噴射行程を示す第８図の（ａ）では主ポート
23と燃料吸入リード34が連通し、（ａ）〜（ｂ）の区間
で油室18内の燃料を圧縮しないプレストロークSp（第７
図）になる。（ｂ）で燃料吸入リード34が閉塞した後に
は、（ｃ）まで１次噴射ストロークS1（第７図）にな
る。（ｄ）で平行溝36と副ポート24が連通すると、油室
18は燃料逃し穴37、絞り通路42を経て副ポート24と連通
し、無噴射ストロークSd（第７図）になる。この無噴射
ストロークSdは副ポート24の高さｄと平行溝36の高さＢ
を加えた長さで常に一定である。（ｅ）で平行溝36が閉
塞すると、２次噴射ストロークS2が始まり、（ｆ）で下
部リード35が主ポート23と連通するまで間、２次噴射ス
トロークS2（第７図）が発生する。なお、第８図中で△
Ｌは（ａ）〜（ｅ）間のプランジャ14の上昇量である。

この特性C1で、１次噴射ストロークS1と無噴射ストロ
ークSdと２次噴射ストロークS2を加えたSFは常に一定で
ある。特性C1から主スリーブ21、副スリーブ22を△Ｘ、
△Ｙだけ下降した場合の特性C5では、１次噴射ストロー
クS1がθ１だけ進角し、２次噴射ストロークS2がθ２だ
け進角し、△S1、△S2ずつ噴射量が変化する。

主スリーブ21、副スリーブ22の両方が摺動した場合に
は、 S1＋S2＝const. θ１＝△Ｘ θ２＝△Ｙ になる。

噴射ストローク比率については、 ［１］どちらか一方のスリーブだけを摺動した時には △S1＝△S2 になる。

［２］主スリーブ21、副スリーブ22の両方が摺動した場
合には、 △Ｙ＝△Ｘ＋α（α：任意量）とした時、 △S1＝△Ｘ △S2＝△Ｙ になる。

第９図のように副スリーブ22だけを△Ｙだけ下降させ
た場合には、第10図のプレストロークSpは第８図と同じ
で、１次噴射ストロークS1は△Ｙだけ減少し、副スリー
ブ22が△Ｙだけ下降することによって２次噴射ストロー
クS2が進角し、△Ｙだけ２次噴射量が増加する。第９図
の場合噴射特性C2を概略的に示す第11図では、第６図の
場合の特性C1と比べて、１次噴射ストロークS1がS1−△
Ｙに減少し、２次噴射ストロークS2が△Ｙ分だけ進角し
ながらS2＋△Ｙに増加する。

次に第12図のように主スリーブ21だけを△ｘだけ下降
させた場合には、第13図の（ａ）のように主ポート23の
位置が△Ｘだけ下降した分だけ、（ｂ）の燃料吸入リー
ド34が閉塞するのが早くなり、プレストロークSpが△Ｘ
分だけ短縮し、１次噴射ストロークS1の噴射時期が早く
なる（第11図の特性C3参照）。１次噴射ストロークS1は
△Ｘ分だけ長くなり、一方２次噴射ストロークS2は△Ｘ
分だけ短くなる。

第14図の主スリーブ21、副スリーブ22の両方を同じ下
降量だけ下げた場合には、第15図のプレストロークSpが
△Ｘ分だけ短縮し、１次噴射ストロークS1が進角する
（第11図の特性C4参照）。同様に副スリーブ22の副ポー
ト24が△Ｙ分（△Ｘ＝△Ｙ）だけ下降することによって
２次噴射ストロークS2が進角する。但し、１次噴射スト
ロークS1、２次噴射ストロークS2のストローク割合は第
６図の場合と同じである。

最後に、第16図の主スリーブ21を△Ｘだけ下降し、副
スリーブ22を△Ｘとは異なる△Ｙの下降量で下げた場合
には（△Ｙ＝△Ｘ＋α）、第17図のプレストロークSpが
△Ｘだけ短縮し、１次噴射ストロークS1が進角する。同
時に１次噴射ストロークS1も短縮し、１次噴射量が減る
（第11図の特性C5参照）。２次噴射ストロークS2は副ス
リーブ22が△Ｙ＝△Ｘ＋αだけ下降することによって大
きく進角し、２次噴射ストロークS2も長くなり、２次噴
射量が増える。

以上のように主スリーブ21、副スリーブ22を任意に操
作することによって、１次、２次噴射ともに噴射時期と
噴射量が可変になり、どのような運転状態にも最適の噴
射特性が発生する。

なお、以上のように常に２段噴射を発生しながら、噴
射率と噴射時期を可変にする場合に限らず、１段噴射だ
けで噴射時期を可変にすることもできるし、２次噴射だ
けで噴射時期を可変にすることもできる。

（２）第２実施例 この実施例では、第18図のように主スリーブ21と副ス
リーブ22を上下逆に配置し、第19図のようにプランジャ
14（第19a図）では上から平行溝36、燃料吸入リード3
4、下部リード35の順に配置してある。

第２実施例では第20図の基準状態から、副スリーブ22
は△Ｙだけ下降自在で、主スリーブ21は△Ｘだけ下降自
在である。この場合の噴射ストロークは第21図（ａ）〜
（ｂ）に示すように主ポート23と燃料吸入リード34が連
通する状態でプレストロークSpが発生し、（ｂ）〜
（ｃ）で１次噴射ストロークS1が発生し（ｅ）〜（ｆ）
で２次噴射ストロークS2が発生する。

主スリーブ21、副スリーブ22を下降させた場合の特性
は第11図と同様になる。

（３）第３実施例 この実施例では、第22図のバレル11に嵌合するプラン
ジャ14に第24図、第25図の燃料吸入孔40a（燃料吸入
口）を形成し、主スリーブ21の下縁で燃料吸入孔40aを
開閉制御するようにしてある。

第３実施例では第26図の基準状態から、副スリーブ22
は△Ｙだけ下降自在で、主スリーブ21は△Ｘだけ下降自
在である。この場合の噴射ストロークは第27図（ａ）〜
（ｂ）に示すように主スリーブ下方と燃料吸入孔40aが
連通する状態でプレストロークSpが発生し、（ｂ）〜
（ｃ）で１次噴射ストロークS1が発生し（ｅ）〜（ｆ）
で２次噴射ストロークS2が発生する。

主スリーブ21、副スリーブ22を下降させた場合の特性
は第11図と同様になる。

第23図のプランジャ14の構造では第４図のように燃料
吸入リード34〜平行溝36を上下に配列しなくてもよいの
で、プランジャ14の上下方向長さが短くなり、燃料噴射
ポンプの全長が短くなる。

（４）第４実施例 この実施例では第22図の場合と比べて、第28図のよう
に主スリーブ21、副スリーブ22を上下逆に配置し、第29
図のように平行溝36を上に下部リード35を下に配置し、
第30図、第31図のように燃料吸入孔40aを下方に配置し
てある。

第４実施例では第32図の基準状態から、副スリーブ22
は△Ｙだけ下降自在で、主スリーブ21は△Ｘだけ下降自
在である。この場合の噴射ストロークは第33図（ａ）〜
（ｂ）に示すように主スリーブ下方と燃料吸入孔40aが
連通する状態でプレストロークSpが発生し、（ｂ）〜
（ｃ）で１次噴射ストロークS1が発生し（ｅ）〜（ｆ）
で２次噴射ストロークS2が発生する。

主スリーブ21、副スリーブ22を下降させた場合の特性
は第11図と同様になる。なお、以上の実施例ではポンプ
本体とノズルが別体の燃料噴射ポンプについて説明した
が、本発明は別体型の燃料噴射ポンプに限らず、ノズル
一体型の所謂ユニットインジェクタにも適用できる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明による燃料噴射装置では、
プランジャ14の頂面17から所定の深さに形成した燃料逃
し穴37を設け、プランジャ14の外周面に、前記バレル11
及びプランジャ14の相対回動範囲で前記副ポート24と連
通可能な平行溝36を形成し、この平行溝36と燃料逃し穴
37とを連通し、下部リード35と燃料逃し穴37を連通した
ので、主ポート23と下部リード35で全燃料噴射ストロー
クＳFを決定し、摺動自在な副スリーブ22と平行溝36の
位置で１次噴射量と２次噴射量を加えた総噴射量を一定
に保ちながら、燃料噴射率を可変制御することができ
る。

また、前記燃料逃し穴37に連通しプランジャ外周面に
開口した燃料吸入口40を形成したので、摺動自在な主ス
リーブ21と燃料吸入口40との位置で噴射時期を可変制御
することができる。

したがって、全運転域にわたって最適な燃料噴射特性
を得ることができ、全運転域において低騒音化と低N_OX
（窒素酸化物）化を達成でき、着火性の悪い低セタン価
燃料をも使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る燃料噴射ポンプを示
す縦断面図、第２図は第１実施例のバレルを示す側面
図、第３図は第２図のIII−III断面図、第４図は第１実
施例のプランジャの側面図、第５図は第４図のａ矢視
図、第６図は第１実施例のプランジャとバレルを組立て
た状態の構造略図、第７図は２段噴射特性を示すグラ
フ、第８図は第６図の状態での２段噴射ストロークの行
程図、第９図は第１実施例の副スリーブを下降させた状
態の構造略図、第10図は第９図の状態での２段噴射スト
ロークを示す行程図、第11図は主スリーブと副スリーブ
を任意に下降させた場合の噴射特性を示すグラフ、第12
図は第１実施例の主スリーブを下降させた状態の構造略
図、第13図は第12図の状態での２段噴射ストロークを示
す行程図、第14図は両スリーブを同じ下降量で動かした
場合の構造略図、第15図は第14図の状態での２段噴射ス
トロークを示す行程図、第16図は副スリーブを主スリー
ブより大きく下降させた場合の構造略図、第17図は第16
図の場合の２段噴射ストロークを示す行程図、第18図は
第２実施例のバレルを示す側面図、第19図は第２実施例
のプランジャを示す側面図、第19a図は第19図のａ矢視
図、第20図は第２実施例のプランジャとバレルを組み合
わせた状態の構造略図、第21図は第20図の状態での２段
噴射ストロークを示す行程図、第22図は第３実施例のバ
レルを示す側面図、第23図は第３実施例のプランジャを
示す側面図、第24図は第23図のａ矢視図、第25図は第24
図のｂ矢視図、第26図は第３実施例のプランジャとバレ
ルを組み合わせた状態を示す構造略図、第27図は第26図
の状態での２段噴射ストロークを示す行程図、第28図は
第４実施例のバレルを示す側面図、第29図は第４実施例
のプランジャを示す側面図、第30図は第29図のａ矢視
図、第31図は第30図のｂ矢視図、第32図は第４実施例の
プランジャとバレルを組み合わせた状態を示す構造略
図、第33図は第32図の状態での２段噴射ストロークを示
す行程図である。10……ポンプ本体、11……バレル、14
……プランジャ、21……主スリーブ、22……副スリー
ブ、23……主ポート、24……副ポート、28、30……偏心
ピン、34……燃料吸入リード、35……下部リード、36…
…平行溝、37……燃料逃し穴、40……燃料吸入口、41…
…連通孔、42……絞り通路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バレル（11）内でプランジャ（14）を往復
   動させることにより燃料を加圧、圧送可能とする一方、
   前記プランジャ（14）の頭部の外周面に、プランジャ頂
   面（17）に連通する斜溝状のリード（35）を形成し、前
   記プランジャ（14）とバレル（11）とを適宜に相対回動
   させて該リード（35）と制御スリーブ（Ｇ）に設けたバ
   レルポートとの連通タイミングを調整することによって
   燃料噴射量を調量するようにした燃料噴射ポンプにおい
   て、前記バレル（11）の側壁を開口した窓孔（12）を形
   成し、この窓孔（12）内に主スリーブ（21）と副スリー
   ブ（22）とからなる制御スリーブ（Ｇ）を各々バレル
   （11）長手方向に摺動自在に設け、主スリーブ（21）に
   バレルポートの一部をなす主ポート（23）を形成し、前
   記制御スリーブ（Ｇ）にバレルポートの一部をなす副ポ
   ート（24）を前記主ポート（23）とは別に形成し、プラ
   ンジャ（14）の頂面（17）から所定の深さに形成した燃
   料逃し穴（37）を設け、プランジャ（14）の外周面に、
   前記バレル（11）及びプランジャ（14）の相対回動範囲
   で前記副ポート（24）と連通可能な平行溝（36）を形成
   し、この平行溝（36）と前記燃料逃し穴（37）とを連通
   し、前記リード（35）と燃料逃し穴（37）を連通し、前
   記燃料逃し穴（37）に連通しプランジャ（14）外周面に
   開口した燃料吸入口（40）を形成し、前記平行溝（36）
   を前記燃料吸入口（40）および前記斜溝状のリード（3
   5）のいずれよりも下方の位置において、前記プランジ
   ャ（14）の外周面に所定長さにわたって環状に形成する
   とともに、１次噴射量と２次噴射量を加えた総噴射量を
   一定に保ちながら、且つ噴射時期をも可変にしたことを
   特徴とする燃料噴射装置。