JP2982542B2

JP2982542B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2982542B2
Application number: JP5050974A
Authority: JP
Inventors: 正仁柴田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-03-11
Filing date: 1993-03-11
Publication date: 1999-11-22
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: DE69414286T2; EP0615065B1; EP0615065A1; DE69414286D1; JPH06264841A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば自動車用ディーゼ
ルエンジンに用いられる燃料噴射装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用ディーゼルエンジンに燃
料を供給する燃料噴射装置として、例えば、特開昭６２
−２８８３６４号公報に開示された技術がある。この技
術では、１本のプランジャを回転させながら往復動させ
て、燃料噴射弁に燃料を分配圧送するタイプの分配型燃
料噴射ポンプが用いられている。プランジャを往復動さ
せるカムとして、図９のカム特性を有する不等速カムが
用いられている。カム速度はプランジャの移動速度を決
定する要素であり、この場合、カム速度の一定となる領
域（低速領域）が特性の前段に設けられ、カム速度の増
減する山型の領域（高速領域）が特性の後段に設けられ
ている。

【０００３】ディーゼルエンジンの回転数に応じて不等
速カムの使用領域を変化させるために、燃料噴射ポンプ
内のデリバリバルブにアングライヒ機構が設けられてい
る。アングライヒ機構はデリバリバルブの吸い戻しカラ
ー周縁に設けられた切欠きであり、この切欠きにより噴
射管の残留圧力が調整される。詳しくは、エンジンの低
回転時には、デリバリバルブにより吸い戻された燃料が
切欠きから噴射管側へ逃げて吸い戻し量が少なくなり、
その分、残留圧力が高くなる。一方、エンジンの高回転
時には、デリバリバルブにより吸い戻された燃料が切欠
きから噴射管側へ逃げにくくなり、残留圧力は切欠きの
ない場合と同程度に低くなる。

【０００４】従って、エンジンの低回転時には、プラン
ジャのストロークが小さいときから、噴射管内の燃料圧
力が燃料噴射弁の開弁圧以上となる。このため、不等速
カムの前段の低速領域が使用されて噴射率が低くなる。
また、エンジンの高回転時には、プランジャのストロー
クが大きくならなければ、噴射管内の圧力が開弁圧以上
とならない。このため、不等速カムの後段の高速領域が
使用されて、噴射率が高くなる。

【０００５】さらに、上記技術では２つの開弁圧を有す
る燃料噴射弁が用いられている。このタイプの燃料噴射
弁は、燃料噴射ポンプからの燃料の圧力が第１開弁圧を
越えると所定量開弁し、第１開弁圧より高い第２開弁圧
になるとさらに所定量開弁する。そして、不等速カムの
使用域が低速領域であるときの燃料噴射ポンプからの燃
料圧力が、第１開弁圧と第２開弁圧との間となるように
設定されている。このため、不等速カムの低速領域使用
時には、燃料噴射ポンプからの燃料圧力が低いものの、
第１開弁圧に対応する位置でノズルニードルが保持され
て噴射が行われる。

【０００６】ところで、近年のディーゼルエンジンにお
ける排出ガス規制の強化、特に、窒素酸化物（ＮＯｘ）
の低減に対応するには、排気ガスの一部を排気系から取
り出して吸気系へ再循環させる、いわゆるＥＧＲが有効
な手段とされている。ところが、多量のＥＧＲを行った
場合には、燃焼室内の酸素濃度が低下し、混合気の燃焼
速度が低下する。これを補うには、比較的高圧で燃料を
噴射させることにより、燃料を微粒化させることが必要
である。

【０００７】しかし、燃料の微粒化を促進するために単
に高圧で燃料を噴射させるだけでは、高い圧力で一気に
燃料が噴出して、燃焼室内でのスワールによる空気との
混合及び燃焼速度が噴射率に追いつかない。その結果、
噴射率（時間に対する燃料供給量の変化の割合）が高く
なり過ぎ、不完全な燃焼によってスモークの増加を招い
てしまう。逆に、噴射率を下げるために開弁圧を低く設
定したり、燃料噴射ポンプの送油率を低く設定すると、
燃料の微粒化が行われにくくなり、排気ガス中の炭化水
素（ＨＣ）の増加を招いてしまう。

【０００８】従って、ＥＧＲを行う際には、高圧噴射に
よる燃料の微粒化、及び噴射率の抑制を両立させること
が重要である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術では、前段に低速領域を有する不等速カムを用
い、２つの開弁圧を有する燃料噴射弁を用いているもの
の、前述の通り機関回転速度に応じて不等速カムの低速
及び高速領域を使い分けようとするのみであって、その
燃料噴射弁の流量特性に関しては何ら考慮されていな
い。そのため、この技術を単にディーゼルエンジンに適
用しただけでは、上記の要求、すなわち、噴射初期の噴
射率を低くしてＥＧＲを行うことが困難である。上記の
要求に応えるには、燃料噴射弁の流量特性を含めた総合
的な対策が必要である。このように、前記従来技術は、
排出ガス中の窒素酸化物を低減するための対策としては
十分ではなかった。

【００１０】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、低噴射率の期間を確保しつつ、
燃料噴射弁におけるノズルニードルの第１開弁圧を高く
して高圧噴射を行うことができる燃料噴射装置を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、不等速カムの回転に応じたプランジャの往
復動により高圧室内へ燃料を吸入して加圧し、その加圧
された燃料を所定期間に外部へ圧送するとともに、前記
不等速カムの回転角に対するカム速度の特性に応じて、
前記プランジャの移動速度を変化させることにより、前
記燃料の圧送速度を調整可能な燃料噴射ポンプと、前記
燃料噴射ポンプから圧送された燃料の圧力にてノズルニ
ードルを昇降させて噴射口の面積を調整することによ
り、その面積に対応した量及び圧力の燃料を同噴射口か
ら噴射可能な燃料噴射弁とを備えた燃料噴射装置におい
て、前記不等速カムのカム特性の前段部分にカム速度の
低い低速領域を設け、後段部分にカム速度の高い高速領
域を設け、前記燃料噴射弁には、燃料噴射ポンプからの
燃料の圧力が予め設定された第１開弁圧未満のときノズ
ルニードルを閉弁位置に保持し、前記圧力が第１開弁圧
以上で、かつその第１開弁圧よりも高い第２開弁圧未満
のとき、ノズルニードルの開弁方向への移動を許容し、
その移動が所定開弁位置に達した後は同位置にノズルニ
ードルを保持し、前記圧力が第２開弁圧以上のとき、ノ
ズルニードルがさらに開弁方向へ移動するのを許容する
開弁圧調整機構を設けるとともに、噴射流量がほぼ一定
の低流量となる定流量域を燃料噴射弁の流量特性の一部
に設定するべく、前記燃料噴射弁には、ノズルニードル
の移動量が変化しても噴射口の面積をほぼ一定に保つた
めの定流量部を設け、この定流量部による定流量域内で
ノズルニードルが前記所定開弁位置に保持されるように
し、さらに、前記プランジャの移動のために不等速カム
の低速領域が使用される期間と、前記ノズルニードルが
定流量域で所定開弁位置に保持される期間とが、少なく
とも一部で重複するよう設定している。

【００１２】

【作用】燃料噴射ポンプでは、不等速カムのカム特性に
おける前段部分の低速領域が用いられてプランジャが燃
料加圧方向へ移動すると、高圧室内の燃料が徐々に加圧
される。この加圧により、燃料噴射弁のノズルニードル
に加わる燃料の圧力が上昇する。燃料の圧力が第１開弁
圧よりも低いと、開弁圧調整機構の作用により、ノズル
ニードルが閉弁状態に保持され、噴射口から燃料が噴射
されない。

【００１３】不等速カムの回転に応じたプランジャの移
動により、ノズルニードルに加わる燃料の圧力が第１開
弁圧に達すると、燃料噴射弁においては、開弁圧調整機
構の作用により、ノズルニードルの開弁方向への移動が
許容され、燃料噴射が開始される。燃料噴射開始によ
り、ノズルニードルのリフト量及び噴射率がともに増加
し始める。

【００１４】燃料噴射の開始後、不等速カムの使用域が
低速領域である期間は、プランジャの移動速度及び燃料
の圧送速度が低い。しかし、このときには、燃料噴射弁
の噴射口の面積がノズルニードルによって絞られてい
る。このため、燃料噴射ポンプから低流量の燃料が燃料
噴射弁に圧送されているにもかかわらず、その圧送量よ
りも少ない量の燃料しか噴射されない。従って、ノズル
ニードルに加わる燃料の圧力が次第に上昇する。

【００１５】前記ノズルニードルに加わる燃料の圧力が
第１開弁圧以上で、かつその第１開弁圧よりも高い第２
開弁圧未満の場合、第１開弁圧を越えた直後はノズルニ
ードルの開弁方向への移動が許容される。しかし、ノズ
ルニードルが所定開弁位置に達すると、その後は、同位
置にノズルニードルが保持される。このときのノズルニ
ードルの所定開弁位置は、燃料噴射弁の定流量部による
定流量域にある。このため、燃料の圧力が第１開弁圧を
越えて第２開弁圧となるまでの期間に、燃料噴射弁の噴
射口から噴射される燃料の量は、一定の少ない値に保持
される。

【００１６】前記のようにノズルニードルが定流量域で
所定開弁位置に保持される期間は、不等速カムの低速領
域の使用期間の一部に重複している。この重複期間には
カム速度が低い値に抑制され、燃料噴射ポンプによる燃
料の圧送速度が抑制されている。このことから、上記の
重複期間で噴射される燃料の噴射量は少なく、噴射率が
低くなる。これに反し、ノズルニードルに加わる圧力は
第１開弁圧以上となっている。従って、第１開弁圧を高
い値に設定すれば、低噴射率の期間を確保しつつ、高圧
噴射を行うことが可能となる。

【００１７】なお、燃料噴射弁の定流量部による定流量
域内でノズルニードルが所定位置に保持されることか
ら、そのノズルニードルが所定開弁位置近傍で変動した
としても、噴射流量のばらつきはわずかである。

【００１８】不等速カムのカム特性の使用領域が低速領
域から高速領域へ移行し、ノズルニードルに加わる燃料
の圧力がさらに上昇して第２開弁圧に達すると、ノズル
ニードルが再び開弁方向へ移動し始める。この移動によ
り噴射口からの噴射流量が増加し、噴射率が急激に上昇
する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を車両用ディーゼルエンジンの
燃料噴射装置に具体化した一実施例を図１〜図６に従っ
て説明する。

【００２０】図２に示すように、燃料噴射装置は燃料噴
射ポンプ１と、ディーゼルエンジンの気筒毎に取付けら
れた燃料噴射弁２とから構成されている。本実施例での
燃料噴射ポンプ１は、１本のプランジャ１２を回転させ
ながら往復動させて、各燃料噴射弁２に燃料を分配圧送
するタイプの分配型燃料噴射ポンプである。燃料噴射弁
２は、直列に配された２つのスプリングの作用により、
２種類の開弁圧を有するタイプの燃料噴射弁である。燃
料噴射ポンプ１及び燃料噴射弁２は所定長さ（６００ｍ
ｍ程度）の噴射管４によって連結されている。

【００２１】燃料噴射ポンプ１にはドライブシャフト５
が回転可能に支持され、その一端（図２の左端）にドラ
イブプーリ３が取付けられている。ドライブプーリ３
は、ベルト等を介しディーゼルエンジンのクランク軸に
駆動連結されている。ドライブシャフト５には、べーン
式ポンプよりなる燃料フィードポンプ（図２では９０度
展開されている）６が取付けられている。ドライブシャ
フト５の他端部は、図示しないカップリングを介してカ
ムプレート８に連結されている。カムプレート８のドラ
イブシャフト５側の面には、ディーゼルエンジンの気筒
数と同数の不等速カム８ａが形成されている。ドライブ
シャフト５の他端部外周には、ローラリング９が回動可
能に取付けられおり、その内部には前記不等速カム８ａ
に対向する複数のカムローラ１０が取付けられている。
そして、カムプレート８はスプリング１１によって付勢
されて常にカムローラ１０に係合している。

【００２２】カムプレート８には燃料加圧用のプランジ
ャ１２が一体回転可能に取付けられている。そして、前
記ドライブシャフト５の回転力がカップリングを介して
カムプレート８に伝達されることにより、同カムプレー
ト８及びプランジャ１２が回転しながら図中左右方向へ
往復駆動される。プランジャ１２はポンプハウジング１
３に形成されたシリンダ１４に嵌挿されており、プラン
ジャ１２の先端面（図２の右端面）とシリンダ１４の内
底面との間が高圧室１５となっている。

【００２３】プランジャ１２の先端側外周には、ディー
ゼルエンジンの気筒数と同数の吸入溝１６と分配ポート
１７とが形成されている。これらの吸入溝１６及び分配
ポート１７に対応して、ポンプハウジング１３には吸入
ポート１９、及び気筒数と同数の分配通路１８が形成さ
れている。分配通路１８の途中にはデリバリバルブ２７
が配設されている。デリバリバルブ２７は、燃料の圧送
終了時に燃料を吸い戻して噴射管４内の燃料圧力（残留
圧力）を急激に下げることにより、噴射を急速に終了さ
せる、いわゆるシャープカットを行ったり、あるいは、
前記残留圧力を保持したり、噴射管４内での燃料の逆流
を防止したりするためのものである。このデリバリバル
ブ２７には、噴射管４の残留圧力を調整するためのアン
グライヒ機構は設けられていない。

【００２４】そして、ドライブシャフト５の回転に基づ
き燃料フィードポンプ６が駆動されると、図示しない燃
料タンクからの燃料が燃料供給ポート２０を介して燃料
室２１内へ供給される。また、プランジャ１２が図中左
方向へ移動（復動）して高圧室１５が減圧される吸入行
程においては、吸入溝１６の一つが吸入ポート１９と連
通して、燃料室２１から高圧室１５へ燃料が導入され
る。一方、プランジャ１２が図中右方向へ移動（往動）
して高圧室１５が加圧される圧縮行程においては、加圧
された燃料が、分配通路１８、デリバリバルブ２７及び
噴射管４を介して燃料噴射弁２へ圧送される。

【００２５】ポンプハウジング１３には、高圧室１５と
燃料室２１とを連通させる燃料溢流用のスピル通路２２
が形成され、その途中に電磁スピル弁２３が設けられて
いる。電磁スピル弁２３は常開型の弁であり、コイル２
４が無通電（オフ）の状態では、弁体２５が開放されて
高圧室１５内の燃料が燃料室２１へ溢流される。また、
コイル２４が通電（オン）されることにより、弁体２５
が閉鎖されて高圧室１５から燃料室２１への燃料の溢流
が止められる。

【００２６】従って、電磁スピル弁２３の通電時間を制
御することにより、同電磁スピル弁２３が閉弁・開弁制
御される。そして、プランジャ１２の圧縮行程中に電磁
スピル弁２３を開弁させることにより、高圧室１５内に
おける燃料が減圧されて、燃料噴射弁２からの燃料噴射
が停止される。つまり、プランジャ１２が往動しても、
電磁スピル弁２３が開弁している間は高圧室１５内の燃
料の圧力が上昇せず、燃料噴射弁２からの燃料噴射が行
われない。すなわち、プランジャ１２の往動中に、電磁
スピル弁２３の閉弁・開弁の時期を制御することによ
り、燃料噴射弁２からの燃料噴射量が制御される。

【００２７】ポンプハウジング１３の下側には、燃料噴
射時期制御用のタイマ装置（図では９０度展開されてい
る）２６が設けられている。タイマ装置２６は、ドライ
ブシャフト５の回転方向に対するローラリング９の位置
を制御することにより、不等速カム８ａがカムローラ１
０に係合する時期、すなわちカムプレート８及びプラン
ジャ１２の往復動タイミングを制御するものである。

【００２８】前記した燃料噴射ポンプ１の基本的な構成
に加え、本実施例では、不等速カム８ａの特性（カム回
転角θに対するカム速度Ｖ）が以下のように設定されて
いる。この特性は、燃料噴射ポンプ１の送油率を決定す
る要素である。図５に示すように、カム回転角θがθ0
〜θ1 の期間では不等速カム８ａが回転するに従いカム
速度Ｖが一定割合で増加し、θ1 〜θ2 の期間ではカム
速度Ｖが一定（Ｖ1 ）となる。また、カム回転角θがθ
2 〜θ3 の期間では不等速カム８ａが回転するに従いカ
ム速度Ｖが一定割合で増加し、θ3 のときカム速度Ｖが
最大値となり、θ3 〜θ4 の期間では不等速カム８ａが
回転するに従いカム速度Ｖが一定割合で減少する。本実
施例では、カム回転角θがθ1 〜θ2 のカム速度一定の
領域を低速領域とし、カム速度ＶがＶ1 より大となる領
域（カム回転角θがθ2 〜θ3aの領域）を高速領域とし
ている。

【００２９】次に、燃料噴射ポンプ１から高圧で圧送さ
れた燃料を霧化してディーゼルエンジンの各燃焼室内に
噴射する燃料噴射弁２について説明する。図３及び図４
に示すように、燃料噴射弁２は上下方向に細長いノズル
ホルダ２８を備えている。ノズルホルダ２８の下側に
は、スペーサ２９及びノズルボディ３０が重ねられた状
態で配されている。スペーサ２９及びノズルボディ３０
は、ノズルホルダ２８の下部外周に螺合されたリテーニ
ングナット３１により、ノズルホルダ２８に取付けられ
ている。

【００３０】ノズルホルダ２８、スペーサ２９及びノズ
ルボディ３０には油路３２が形成されている。油路３２
の上端はノズルホルダ２８の上端面に開口している。ま
た、油路３２の下端はノズルボディ３０下部の油溜まり
３３に開口している。油溜まり３３は、噴射孔３５を介
してノズルボディ３０の下面と連通している。噴射孔３
５は下側ほど縮径するテーパ面３５ａを備えている。そ
して、燃料噴射ポンプ１からの高圧燃料が燃料噴射弁２
に供給されると、その燃料は油路３２、油溜まり３３を
順に通り噴射孔３５から外方へ噴出可能である。

【００３１】ノズルボディ３０及びスペーサ２９には、
噴射孔３５を開閉するためのノズルニードル３６が組み
込まれている。ノズルニードル３６は、本体部３７と上
下両軸部３８，３９とからなる。本体部３７は棒状をな
し、ノズルボディ３０内に摺動可能に挿入されている。
本体部３７の下端面は油溜まり３３に面しており、その
油溜まり３３内の燃料の圧力が、ノズルニードル３６を
上方へ押し上げようとする力として、この下端面に作用
する。

【００３２】本体部３７から上方へ突出する軸部３８は
スペーサ２９内に摺動可能に挿入されている。また、本
体部３７から下方へ突出する軸部３９の中間部分には、
テーパ面３５ａに接触及び離間するシート面３９ａが形
成されている。軸部３９において、シート面３９ａより
も下側のピン部３９ｂは、ノズルボディ３０の噴射孔３
５よりもわずかに小径に形成されており、このピン部３
９ｂとノズルボディ３０との間に、燃料の通過可能な環
状の噴射口４５を形成している。なお、本実施例では、
前記ノズルニードル３６のピン部３９ｂが比較的長く形
成されており、この部分は、ノズルニードル３６の移動
量が変化しても噴射口４５の面積をほぼ一定に保つため
の定流量部を構成している。

【００３３】スペーサ２９から上方へ突出する軸部３８
にはプレッシャピン４０が取付けられている。このプレ
ッシャピン４０と、ノズルホルダ２８内のほぼ中央部分
に組み込まれた案内スリーブ４１との間には、第１スプ
リング４２が圧縮状態で介装されている。この第１スプ
リング４２により、ノズルニードル３６が常に閉弁方向
（図の下方）へ付勢されている。この付勢により、図４
（ａ）に示すように、シート面３９ａが前記テーパ面３
５ａに接触すると、油路３２と噴射口４５との連絡が遮
断されて燃料噴射が停止される。このときには、ピン部
３９ｂ下端が噴射孔３５から下方へわずかに突出すると
ともに、本体部３７がスペーサ２９から下方へ長さＬb
だけ離間する。

【００３４】一方、燃料噴射に際してはノズルニードル
３６が上昇し、シート面３９ａがテーパ面３５ａから上
方へ離間する。そして、閉弁状態から長さＬb だけ上昇
したとき本体部３７がスペーサ２９に当接する。このと
きには、図４（ｂ）に示すように、ピン部３９ｂが噴射
孔３５内に没入する。

【００３５】案内スリーブ４１にはプッシュロッド４３
が上下方向への移動可能に挿通されている。プッシュロ
ッド４３はノズルニードル３６と同一軸線上に位置して
いる。案内スリーブ４１内には第２スプリング４４が圧
縮状態で配されており、この第２スプリング４４によ
り、プッシュロッド４３が常に下方へ付勢されている。

【００３６】ノズルニードル３６が閉弁状態にあると
き、プレッシャピン４０はプッシュロッド４３から下方
へ長さＬa （＜Ｌb ）だけ離間している。このため、プ
レッシャピン４０及びノズルニードル３６には第２スプ
リング４４による付勢力が加わらない。ノズルニードル
３６が長さＬａだけ上昇すると、プレッシャピン４０が
プッシュロッド４３に当接する。ノズルニードル３６の
移動量が長さＬa を越えると、ノズルニードル３６に第
２スプリング４４による付勢力が加わる。本実施例で
は、前記したプレッシャピン４０、案内スリーブ４１、
第１スプリング４２、プッシュロッド４３及び第２スプ
リング４４により開弁圧調整機構が構成されている。

【００３７】また、本実施例では、閉弁状態のノズルニ
ードル３６を上昇させ始めるのに必要な燃料の圧力を第
１開弁圧Ｐ1 とし、プレッシャピン４０を介してプッシ
ュロッド４３に当接しているノズルニードル３６を再び
上昇させ始めるのに必要な燃料の圧力を第２開弁圧Ｐ2
としている。第１開弁圧Ｐ1 としては、例えば２００Ｋ
ｇ／ｃｍ²程度に設定するのが望ましい。また、第２開
弁圧Ｐ2 は、必要な燃料噴射期間を得るべく、不等速カ
ム８ａのカム速度一定部分に対応した燃料圧力の上昇の
程度に応じて設定するのが望ましい。

【００３８】上記構成の燃料噴射弁２では、燃料噴射ポ
ンプ１から供給される燃料の圧力Ｐに応じてノズルニー
ドル３６の移動量（リフト量Ｌ）が決定される。油溜ま
り３３においてノズルニードル３６に作用する燃料の圧
力Ｐn が第１開弁圧Ｐ1 よりも低い場合、シート面３９
ａがテーパ面３５ａに押付けられる。燃料の圧力Ｐnが
第１開弁圧Ｐ1 よりも高くなると、ノズルニードル３６
が上昇し始め、テーパ面３５ａからシート面３９ａが離
間する。前記上昇はプレッシャピン４０がプッシュロッ
ド４３に当接するまで続く。当接後、燃料の圧力Ｐn が
第２開弁圧Ｐ2よりも低い期間は、ノズルニードル３６
の上昇が停止する。さらに、燃料の圧力Ｐn が上昇して
第２開弁圧Ｐ2 よりも高くなると、ノズルニードル３６
が再び上昇する。この上昇はノズルニードル３６の本体
部３７がスペーサ２９に当接するまで続く。

【００３９】また、上記燃料噴射弁２は図６で示す流量
特性を有している。この流量特性は、ピンタイプの燃料
噴射弁のうち、スロットル型のものが有する一般的な流
量特性とほぼ同じである。図６の縦軸は、燃料に代えて
加圧空気を燃料噴射弁２の油路３２に供給したとき、噴
射口４５から噴出される加圧空気の流量Ｑである。

【００４０】図６から明らかなように、リフト量Ｌが０
〜Ｌ1 の期間では、リフト量Ｌの増加にともない流量Ｑ
がほぼ比例して増加する。リフト量ＬがＬ1 〜Ｌ2 の期
間では、そのリフト量Ｌにかかわらず流量Ｑがほぼ一定
の低流量（Ｑ1 ）となる。リフト量ＬがＬ2 よりも大き
い期間では、リフト量Ｌの増加にともない流量Ｑがほぼ
比例して増加する。Ｌ1 〜Ｌ2 の期間は、ノズルニード
ル３６の比較的長いピン部３９ｂが噴射孔３５を通過し
ている期間である。この際には、噴射口４５の面積がほ
ぼ一定に保たれ、流量Ｑがほぼ一定となる。このよう
に、Ｌ1 〜Ｌ2 の期間には、スロットル（絞り）の作用
により、流量Ｑが低い値（Ｑ1 ）に抑えられる。

【００４１】さらに、本実施例では、一定の低流量Ｑ1
となる定流量域（リフト量ＬがＬ1〜Ｌ2 の期間）内に
おいて、ノズルニードル３６が前記所定開弁位置（プレ
ッシャピン４０がプッシュロッド４３に当接する位置）
に保持されるように、すなわち、Ｌ1 ≦Ｌa ≦Ｌ2 が成
立するように、長さＬa が設定されている。これは、ノ
ズルニードル３６のリフト量ＬがＬa 近傍で変動して
も、流量Ｑがばらつくのを抑制するためである。

【００４２】加えて、本実施例では、燃料噴射時に使用
される不等速カム８ａの領域が、次のように設定されて
いる。この設定に際しては、噴射率が、主として燃料噴
射ポンプ１のカム速度Ｖ、プランジャ１２の径、燃料噴
射弁２の流量特性等によって決定されることを考慮して
いる。そして、プランジャ１２の移動のために不等速カ
ム８ａの低速領域が使用される期間と、ノズルニードル
３６が定流量域で所定開弁位置に保持される期間とが少
なくとも一部で重複するように設定されている。より詳
しくは、図５において、カム速度Ｖが一定（Ｖ1 ）とな
るカム回転角θの期間（θ1 〜θ2 ）の少なくとも一部
において、プレッシャピン４０がプッシュロッド４３に
当接し、噴射口４５からの燃料の流量Ｑが少なく、一定
の値（Ｑ1 ）に保たれるように設定されている。

【００４３】さらに、本実施例では、燃料噴射弁２の第
１開弁圧Ｐ1 が次の条件を満たすように適合されてい
る。この条件は、燃料圧送行程において、カムローラ１
０に対する不等速カム８ａの係合箇所が、カム速度Ｖが
増加から一定に転ずる箇所（図５においてカム回転角θ
がθ1 である箇所）となったとき、ノズルニードル３６
に加わる燃料の圧力Ｐn が第１開弁圧Ｐ1 を越えて、同
ノズルニードル３６が開弁することである。

【００４４】次に、前記のように構成された本実施例の
作用及び効果を、図１のタイミングチャートを参照して
説明する。図１中の燃料圧力に関する特性において、破
線は燃料噴射ポンプ１の出口部分（デリバリバルブ２７
の直下流部分）での燃料の圧力Ｐp を示している。ま
た、実線は燃料噴射弁２の油溜まり３３での燃料の圧力
Ｐn を示している。ここで、燃料噴射ポンプ１と燃料噴
射弁２との間には６００ｍｍ程度の噴射管４が介在して
いるので、実際の測定では燃料噴射ポンプ１から圧送さ
れた燃料の圧力はわずかに遅れて、つまり位相遅れをと
もなって油溜まり３３に到達する。従って、両圧力Ｐp
，Ｐn には図１で示すような時間遅れが生ずる。

【００４５】ディーゼルエンジンからの駆動力を受けて
燃料噴射ポンプ１のドライブシャフト５が回転すると、
その回転力がカップリングを介してカムプレート８に伝
達される。この伝達により、カムプレート８及びプラン
ジャ１２が回転しながら図２の左右方向へ往復駆動され
る。

【００４６】プランジャ１２が図２の左方へ移動する吸
入行程時には、いずれか一つの吸入溝１６と吸入ポート
１９とが合い、燃料室２１から燃料が吸入ポート１９、
吸入溝１６を介して高圧室１５内に吸入される。その
後、吸入ポート１９と吸入溝１６との連通が遮断され、
分配ポート１７といずれか一つの分配通路１８とが合
う。

【００４７】プランジャ１２がさらに回転すると、不等
速カム８ａがカムローラ１０に乗り上げて、プランジャ
１２が図２の右方へ移動し、圧送行程が開始される。
（図１のタイミングｔ１）。カムローラ１０に対する不
等速カム８ａの係合箇所が、カム回転角θでθ0 〜θ1
の領域であると、時間の経過とともにプランジャ１２の
移動速度が一定割合で増加する。この増加にともない高
圧室１５の容積が次第に減少し、同高圧室１５内の燃料
が加圧される。高圧になった燃料は分配ポート１７か
ら、分配通路１８、デリバリバルブ２７、噴射管４を介
して燃料噴射弁２に圧送される（タイミングｔ1 〜ｔ2
）。従って、この期間では、燃料の圧力Ｐp，Ｐn がと
もに時間の経過に従って上昇する。

【００４８】このとき、油溜まり３３内の燃料の圧力Ｐ
n が第１開弁圧Ｐ1 よりも低いことから、シート面３９
ａがテーパ面３５ａに押付けられ、ノズルニードル３６
が閉弁状態となる。従って、燃料噴射弁２からは燃料が
噴射されない。この際、リフト量Ｌ及び噴射率αはとも
に「０」である。

【００４９】カムローラ１０に対する不等速カム８ａの
係合箇所がカム回転角θでθ1 の箇所となり（タイミン
グｔ２）、そのタイミングから位相遅れに相当する時間
Δｔが経過すると、油溜まり３３内の燃料の圧力Ｐn が
第１開弁圧Ｐ1 に達する（タイミングｔ３）。すると、
燃料噴射弁２においては、第１スプリング４２の付勢力
に抗してノズルニードル３６が上方へ押し上げられ、テ
ーパ面３５ａからシート面３９ａが離間し、燃料噴射が
開始される。これにともない、リフト量Ｌ及び噴射率α
が増加し始める。

【００５０】燃料噴射の開始後、カムローラ１０に対す
る不等速カム８ａの係合箇所が、カム回転角θでθ2 に
なるまでの期間は、カム速度Ｖが一定（Ｖ1 ）に保たれ
る。つまり、プランジャ１２の移動速度が一定となり、
燃料の圧送速度が一定となる。しかし、このときには、
燃料噴射弁２の噴射口４５がノズルニードル３６によっ
て絞られている。このため、燃料噴射ポンプ１から一定
流量の燃料が燃料噴射弁２に圧送されているにもかかわ
らず、その圧送量よりも少ない量の燃料しか噴射されな
い。従って、油溜まり３３内の燃料の圧力Ｐn が次第に
上昇する（タイミングｔ３〜ｔ５）。

【００５１】なお、不等速カム８ａの特性に、カム速度
Ｖが一定値（Ｖ1 ）に保たれる箇所、あるいはカム速度
Ｖが緩やかに変化する箇所がないとすると、油溜まり３
３内の燃料の圧力Ｐn が第１開弁圧Ｐ1 よりも高くなっ
た後に急激に上昇して、急速に第２開弁圧Ｐ2 となる。
従って、この場合には高圧噴射による燃料の微粒化はで
きるものの、噴射率αの低い期間（ｔ3 〜ｔ6 ）が短く
なってしまい、結局、窒素酸化物やスモークが増加する
ことになる。

【００５２】ところで、前記燃料噴射弁２は二つの開弁
圧Ｐ1 ，Ｐ2 を有するタイプであるので、油溜まり３３
内の燃料の圧力Ｐn が第１開弁圧Ｐ1 を越えた後、プレ
ッシャピン４０がプッシュロッド４３に当接するまで
（所定開弁位置に達するまで）の間はノズルニードル３
６が上昇する。しかし、ノズルニードル３６が長さＬa
だけ上昇して、プレッシャピン４０がプッシュロッド４
３に当接すると（タイミングｔ３ａ）、それ以降は第２
スプリング４４の付勢力がノズルニードル３６に新たに
加わるようになる。このため、燃料の圧力Ｐn が第２開
弁圧Ｐ2 よりも低い期間は、ノズルニードル３６のリフ
ト量Ｌは一定（Ｌa ）に保たれる。

【００５３】本実施例では、図６に示すように長さＬa
が、流量Ｑの一定（Ｑ1 ）となる期間（Ｌ1 〜Ｌ2 ）内
に設定されている。しかも、この際の流量Ｑ1 は低い値
である。加えて、このときにはカム速度Ｖが低い一定値
（Ｖ1 ）となり、燃料噴射ポンプ１から燃料噴射弁２へ
の燃料の圧送速度が抑制されている。このため、タイミ
ングｔ３ａ〜ｔ５の期間では、噴射率αが抑制された状
態で、高圧の噴射が行われる。この際、ノズルニードル
３６のリフト量ＬがＬa 近傍で変動しても流量Ｑのばら
つきが小さく、安定した流量Ｑが得られる。

【００５４】カムローラ１０に対する不等速カム８ａの
係合箇所がカム回転角θでθ2 の箇所となり（タイミン
グｔ４）、そのタイミングから位相遅れに相当する時間
Δｔが経過したとき（タイミングｔ５）には、カム速度
Ｖが前記のＶ1 よりも大きくなっている。従って、油溜
まり３３内の燃料の圧力Ｐn が上昇し続ける。このとき
には、ノズルニードル３６のリフト量ＬはＬa であり、
噴射率αは低く抑えられたままである。

【００５５】油溜まり３３内の燃料の圧力Ｐn がさらに
上昇して第２開弁圧Ｐ2 に達すると（タイミングｔ
６）、両スプリング４２，４４の付勢力に抗してノズル
ニードル３６が再び上昇する。そして、リフト量Ｌが増
加してＬa を越えると、リフト量Ｌの増加に従い流量Ｑ
がほぼ比例して増加する。これにともない噴射率αが急
激に上昇する。ノズルニードル３６の上昇は本体部３７
がスペーサ２９に当接すると止まる。

【００５６】その後、プランジャ１２の圧縮行程中に電
磁スピル弁２３が開弁されると、高圧室１５内における
燃料が減圧されて、燃料噴射弁２からの燃料噴射が停止
される。つまり、プランジャ１２が往動しても、電磁ス
ピル弁２３が開弁している間は高圧室１５内の燃料圧力
が上昇せず、燃料噴射弁２からの燃料噴射が行われな
い。

【００５７】なお、本実施例においては、不等速カム８
ａの低速領域でプランジャ１２が移動している期間と、
ノズルニードル３６が所定開弁位置に保持されて流量Ｑ
が一定となる期間との重複期間を長く設定するほど、噴
射率αを長い期間にわたって低く保つことが可能であ
る。

【００５８】このように、本実施例では、燃料噴射弁２
に、ノズルニードル３６の移動量が変化しても噴射口４
５の面積をほぼ一定に保つための定流量部（ピン部３９
ｂ）を設けている。そして、この定流量部（ピン部３９
ｂ）による定流量域（一定の低流量となる領域）内でノ
ズルニードル３６を所定開弁位置（プレッシャピン４０
がプッシュロッド４３に当接する位置）に保持するよう
にしている。さらに、不等速カム８ａの低速領域の使用
期間と、燃料噴射弁２での定流量域とを少なくとも一部
で重複させている。

【００５９】このため、前記重複期間にはカム速度Ｖが
低い値（Ｖ1 ）に抑制され、燃料噴射ポンプ１による燃
料の圧送速度が抑制される。また、ノズルニードル３６
の移動が停止して燃料噴射量がほぼ一定の低い値に維持
される。そして、燃料噴射弁２が低流量のまま噴射を続
ける期間が長くなる。このため、上記の重複期間では噴
射率αが低くなる。これに反し、ノズルニードル３６に
加わる燃料の圧力Ｐnは第１開弁圧Ｐ1 以上、第２開弁
圧Ｐ2 以下となっている。従って、これらの第１開弁圧
Ｐ1 及び第２開弁圧Ｐ2 をともに高い値に設定すれば、
噴射開始後のノズルニードル３６の急激な上昇を抑え、
低噴射率の期間を確保しつつ、高圧噴射を行うことが可
能となる。

【００６０】この高圧噴射により、ＥＧＲ実行時の混合
気の燃焼速度の低下を未然に防止できる。また、低噴射
率期間の確保により、単に高圧で噴射させただけの場合
の不具合、すなわち、炭化水素ＨＣやスモークの増加を
防止できる。換言すると、ＥＧＲの実行時等、本来燃料
の微粒化が要求される運転条件下において、十分なＥＧ
ＲによるＮＯｘの低減を図りつつ、スモーク等の発生を
抑えることができる。

【００６１】また、カムの高速度＝高送油率部分が多く
使用されるようになるので、エンジン高負荷時等、多量
の燃料噴射が必要な場合には高圧高噴射率とすることが
できる。この高圧高噴射率は、初期噴射期間を長くした
ことによる噴射期間の過大な延長を相殺するので、出力
の低下を抑制できる。

【００６２】さらに、燃料噴射弁２の軸部３９による定
流量域内でノズルニードル３６が所定開弁位置に保持さ
れるので、そのノズルニードル３６が所定開弁位置近傍
で変動したとしても、噴射流量のばらつきを抑えて、安
定した流量Ｑを確保できる。

【００６３】加えて、本実施例では比較的高い開弁圧Ｐ
1 ，Ｐ2 を有する燃料噴射弁２を使用しているので、ノ
ズルニードル３６に加わる燃料の圧力Ｐn が全体として
高くなり、噴射口４５での燃料通過時の流速が上昇す
る。この流速の上昇により、従来より問題とされている
デポジットの堆積を防止できる。

【００６４】また、低噴射率の期間が短くて噴射初期に
噴射率が上昇すると（噴射初期に大量の燃料が噴射され
ると）、その燃料が一度に燃焼し燃焼室内の圧力が急激
に上昇し燃焼音が増大する。これに対し、本実施例では
低噴射率の期間を十分に確保しているので、噴射初期に
噴射された少量の燃料が燃焼される。そのため、噴射率
の低い期間が終了して噴射率が上昇しても、燃焼室内の
圧力は緩やかにしか上昇せず、燃焼音が低減される。

【００６５】さらに、本実施例は従来技術に比べ以下に
示す点において優れている。第１に、従来技術では、不
等速カムの低速領域が使用されているときの燃料噴射ポ
ンプからの燃料の圧力が、第１開弁圧と第２開弁圧との
間となるように設定されている。このため、第１開弁圧
及び第２開弁圧の設定できる範囲は大きく制約を受ける
ことになる。この現象を図９を用いて説明すると、低速
領域での燃料の圧力がＰa からＰb の範囲で変動するも
のと仮定すると、第１開弁圧Ｐ1 は圧力Ｐa よりも低い
値に設定しなければならず、第２開弁圧Ｐ2 は圧力Ｐb
よりも高い値に設定しなければならない。

【００６６】これに対し、本実施例では燃料噴射ポンプ
で１の低速領域の使用期間と、燃料噴射弁２での定流量
域とが少なくとも一部で重複してさえいればよい。すな
わち、本実施例での第１開弁圧Ｐ1 は、カム速度一定期
間の終了時期（図１でＰn （ｔ４））での燃料の圧力Ｐ
n に位相遅れΔｔを考慮したＰn （ｔ５）よりも低い値
であればよい。また、第２開弁圧Ｐ2 は、カム速度一定
期間の開始時期（図１でＰn （ｔ２））での燃料の圧力
Ｐn に位相遅れΔｔを考慮したＰn （ｔ３）よりも高い
値であればよい。このため、第１開弁圧Ｐ1 に関しても
第２開弁圧Ｐ2に関しても、設定範囲は従来技術のそれ
よりも拡大する。その結果、燃料噴射ポンプ１及び燃料
噴射弁２の製造時における、不等速カム８ａの形状のば
らつき、燃料噴射弁２での両開弁圧Ｐ1 ，Ｐ2 のばらつ
き、流量Ｑのばらつき等を吸収できる。

【００６７】第２に、一般的なディーゼルエンジンにお
いては、燃料噴射ポンプ１の高圧室１５内での燃料の漏
れ量がエンジン回転数に応じて異なる。すなわち、エン
ジン回転数が低いときには漏れ量が多く、エンジン回転
数が高くなるに従い漏れ量が減少する。このため、低回
転時には不等速カム８ａの特性の後側でないと噴射が開
始されない。また、高回転時には、不等速カム８ａの特
性の前側で噴射が開始される。そのため、従来技術で前
記の設定条件を満たそうとすると、エンジン回転数の高
低にかかわりなく、カム速度一定の期間が始まる前に第
１開弁圧に達するようにしなければならず、カム速度一
定の期間が終わった後に第２開弁圧に達するようにしな
ければならない。そのためには、燃料の圧力を調整する
機構が別に必要となる。これに対しては、従来技術では
デリバリバルブにアングライヒカット機構を用い、高回
転時には噴射管４内の燃料を余分に吸い戻して、残留圧
力を低くしている。

【００６８】しかし、本実施例では、燃料の圧力Ｐn が
第１開弁圧Ｐ1 に達し第２開弁圧Ｐ2 に至るまでの間
で、不等速カム８ａの特性のカム速度一定の箇所が使用
できればよい。このため、上記のような制約を受けず、
アングライヒカット機構等の圧力を調整する別機構は不
要となる。

【００６９】なお、本発明は前記実施例の構成に限定さ
れるものではなく、例えば以下のように発明の趣旨から
逸脱しない範囲で任意に変更してもよい。（１）前記実施例では、カム速度Ｖが増加から一定に転
ずる箇所（図５においてカム回転角θがθ1 である箇
所）となったとき、ノズルニードル３６に加わる燃料の
圧力Ｐn が第１開弁圧Ｐ1 となるように設定したが、必
ずしも一致させる必要はない。要は、燃料噴射ポンプ１
での低速領域の使用期間と、燃料噴射弁２での定流量域
とが少なくとも一部で重複すればよい。

【００７０】（２）前記実施例では、カム特性にカム速
度一定の領域（θ0 〜θ2 ）を設定したが、この領域を
図７に示すように、カム速度Ｖが一定割合で増加するよ
うに設定したり、図８に示すように、カム速度Ｖが一定
割合で減少するように設定したりしてもよい。前者は開
弁圧Ｐ1 ，Ｐ2 を比較的低い値に設定する場合に適し、
後者は開弁圧Ｐ1 ，Ｐ2 を比較的高い値に設定し、プレ
ッシャピン４０がプッシュロッド４３に当接した後に、
燃料の圧力Ｐn を緩やかに上昇させる場合に適してい
る。

【００７１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、燃
料噴射弁に、ノズルニードルの移動量が変化しても噴射
口の面積をほぼ一定に保つための定流量部を設け、この
定流量部による定流量域内でノズルニードルが所定開弁
位置に保持されるようにし、さらに、プランジャの移動
のために不等速カムの低速領域が使用される期間と、ノ
ズルニードルが定流量域で所定開弁位置に保持される期
間とが、少なくとも一部で重複するよう設定している。
このため、低噴射率の期間を確保しつつ、ノズルニード
ルの第１開弁圧を高く設定して高圧噴射を行うことがで
きる。低噴射率期間の確保により、燃焼速度低下に起因
するスモーク増加を防止できる。また、高圧噴射によ
り、排出ガス低減のためのＥＧＲ実行中に燃料を微粒化
することが可能となり、排気ガス中の炭化水素の増加を
抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例における噴射率、
ノズルニードルのリフト量、燃料の圧力及びカム速度の
対応関係を示すタイミングチャートである。

【図２】一実施例における燃料噴射ポンプの断面図であ
る。

【図３】一実施例における燃料噴射弁の断面図である。

【図４】一実施例における燃料噴射弁の下端部分を示す
図であり、（ａ）はノズルニードルの閉弁状態を示す部
分拡大断面図であり、（ｂ）はノズルニードルの開弁状
態を示す部分拡大断面図である。

【図５】一実施例の燃料噴射ポンプにおけるカム回転角
とカム速度との関係を示す特性図である。

【図６】一実施例の燃料噴射弁におけるノズルニードル
のリフト量と加圧空気の流量との関係を示す特性図であ
る。

【図７】カム回転角とカム速度との関係の別例を示す特
性図である。

【図８】カム回転角とカム速度との関係の別例を示す特
性図である。

【図９】従来技術におけるカム速度と燃料の圧力との関
係を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１…燃料噴射ポンプ、２…燃料噴射弁、８ａ…不等速カ
ム、１２…プランジャ、１５…高圧室、３６…ノズルニ
ードル、３９ｂ…定流量部を構成するピン部、４５…噴
射口、Ｐ1 …第１開弁圧、Ｐ2 …第２開弁圧、Ａ…開弁
圧調整機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 45/00 F02M 41/12 360 F02M 45/08 F02M 61/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】不等速カムの回転に応じたプランジャの
往復動により高圧室内へ燃料を吸入して加圧し、その加
圧された燃料を所定期間に外部へ圧送するとともに、前
記不等速カムの回転角に対するカム速度の特性に応じ
て、前記プランジャの移動速度を変化させることによ
り、前記燃料の圧送速度を調整可能な燃料噴射ポンプ
と、前記燃料噴射ポンプから圧送された燃料の圧力にてノズ
ルニードルを昇降させて噴射口の面積を調整することに
より、その面積に対応した量及び圧力の燃料を同噴射口
から噴射可能な燃料噴射弁とを備えた燃料噴射装置にお
いて、前記不等速カムのカム特性の前段部分にカム速度の低い
低速領域を設け、後段部分にカム速度の高い高速領域を
設け、前記燃料噴射弁には、燃料噴射ポンプからの燃料
の圧力が予め設定された第１開弁圧未満のときノズルニ
ードルを閉弁位置に保持し、前記圧力が第１開弁圧以上
で、かつその第１開弁圧よりも高い第２開弁圧未満のと
き、ノズルニードルの開弁方向への移動を許容し、その
移動が所定開弁位置に達した後は同位置にノズルニード
ルを保持し、前記圧力が第２開弁圧以上のとき、ノズル
ニードルがさらに開弁方向へ移動するのを許容する開弁
圧調整機構を設けるとともに、噴射流量がほぼ一定の低
流量となる定流量域を燃料噴射弁の流量特性の一部に設
定するべく、前記燃料噴射弁には、ノズルニードルの移
動量が変化しても噴射口の面積をほぼ一定に保つための
定流量部を設け、この定流量部による定流量域内でノズ
ルニードルが前記所定開弁位置に保持されるようにし、
さらに、前記プランジャの移動のために不等速カムの低
速領域が使用される期間と、前記ノズルニードルが定流
量域で所定開弁位置に保持される期間とが、少なくとも
一部で重複するよう設定したことを特徴とする燃料噴射
装置。