JP3033095B2

JP3033095B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP3033095B2
Application number: JP1224852A
Authority: JP
Inventors: 敏美松村; 樹志中島; 英嗣竹本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1989-08-31
Filing date: 1989-08-31
Publication date: 2000-04-17
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JPH0388955A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はデイーゼル内燃機関用の燃料噴射装置に係
り、詳細には、パイロツト噴射を行う燃料噴射装置の噴
射性能の改善に関する。

（従来技術）デイーゼル機関への燃料噴射として、メイン噴射に先
立つてある程度の燃料を予備噴射する、すなわち、パイ
ロツト噴射することにより、所定の噴射率を確保しつつ
良好な機関特性を得ようとする方式がある。

その為の構成は、例えば特開昭60−43148号公報に提
案されている。この公報に示された分配型の燃料噴射ポ
ンプは、高圧室に燃料を供給するための通路と同室から
燃料を逃がすための通路に、それぞれ電磁弁を設けてい
る。パイロツト噴射は、一方の電磁弁で燃料供給通路を
閉じてプランジヤ高圧室の燃料の圧送を行う間に、他方
の電磁弁を短時間作動させて燃料逃がし通路を一時開
き、燃料を２段階に分けて圧送することにより行われ
る。

また、特開昭62−3133号公報も、パイロツト噴射のた
めの燃料噴射制御装置を提案している。この装置は電歪
式アクチユエータを備えた可変容積室を含み、同室はあ
る程度の燃料が圧送されるまで高圧室と連通するように
構成されている。電歪式アクチユエータは、可変容積室
がプランジヤの移動に伴つて高圧室から遮断される直前
に作動し、可変容積室の容積を増大する。この結果、可
変容量室並に同室とつながつている高圧室の圧力が下が
り、燃料の圧送が中断される。その後、可変容積室と高
圧室の連通が絶たれ、高圧室の圧力上昇に伴つて燃料の
圧送が再び始まる。かくして、パイロツトおよびメイン
の２段階にわたつて燃料の噴射が行われる。

（発明が解決しようとする課題）燃料のパイロツト噴射は、デイーゼル機関の燃焼条件
に好適な噴射特性を与え、特に低回転、低負荷の運転時
に機関の騒音レベルや排気中のNOx低減に貢献する。し
かし、パイロツト噴射の為の構成は高圧系の通路などの
増加を伴い、高圧室の圧力上昇や降下に影響する容積
（以下、デツドボリユームと称す）を増大する。この結
果、反つて噴射率が低下しパイロツト噴射領域が減少し
て良好な噴射特性が得られず、機関のエミツシヨン増加
や出力性能の低下を招く問題が有る。

前述の２つの電磁弁を用いる方式では、高圧室からこ
れらの電磁弁に至るそれぞれの通路部分が共にデツドボ
リユームとなり、パイロツトおよびメイン両噴射時の噴
射特性に影響する。一方、上記の可変容積室を含む蓄圧
タイプの制御装置では、メイン噴射時に可変容積室が高
圧室から遮断されるので、デツドボリユームは高圧室へ
燃料を供給するための通路など調量系容積のみとなるも
のの、パイロツト噴射時には、このデツドボリユームに
加えて可変容積室および付随する通路の容積が燃料の噴
射特性に影響する。

本発明は上述の問題に鑑みてなされたもので、高圧系
デツドボリユームが少なく、噴射特性の優れた燃料噴射
装置の提供を目的とする。

（課題を解決するための手段）この為、本発明は燃料噴射装置のパイロツトおよびメ
イン噴射用の高圧系容積を機能別に分離して作用させ、
噴射性能の確保を計るものである。

本発明によれば、カム駆動により上昇下降を繰り返す
プランジャの下降行程において予めメイン噴射用調量手
段を介してプランジャ高圧室へ燃料を供給し、この高圧
室の燃料をプランジャの上昇行程において加圧すると共
に、プランジャの上昇行程においてパイロット噴射用手
段を高圧室に連通させて該高圧室の燃料圧力を一旦下げ
ることで噴射を停止し、その後プランジャの上昇により
再度加圧燃料を給送する燃料噴射装置において、高圧室
と、プランジャの外表面に設けた単一の開口とをつなぐ
通路を該プランジャ内に形成し、メイン噴射用手段とパ
イロット噴射用手段はプランジャの上昇行程における移
動に応じて順次該プランジャの開口と連通するように配
設され、初期上昇行程時にパイロット噴射用手段を、ま
た初期以上のプランジャ上昇行程時にメイン噴射用調量
手段をそれぞれ別個にプランジャの通路を介して高圧室
に連通させることを特徴とする。

（作用）上記構成によれば、主噴射用調量手段とパイロツト噴
射用手段はプランジヤの移動に応じてそれぞれ別個にプ
ランジヤ高圧室に連通する。従つて、これら２つの手段
の一方が作動中、すなわちプランジヤ高圧室に連通して
いる際に、他方は遮断されていて、その容積が高圧室の
圧力に影響することがなく、高圧室の燃料は所定時間で
充分に昇圧或は降圧され、良好な噴射率の制御を可能に
する。

（実施例）以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明す
る。

まず、第４図を参照し、本発明の実施例に係る燃料噴
射装置を組み込んだ燃料噴射システムの例を述べる。同
システムは燃料噴射装置１と組み合わせて電子制御ユニ
ツト（ECU）100を備えており、ここに燃料噴射装置の回
転数Ｎや、アクセル開度ａ、エンジンの冷却水温THW、
その他のエンジン作動状態などを取り込み、それ等の条
件に応じて燃料噴射装置１の運転を制御する。燃料噴射
装置１は、燃料調量用の電磁弁２、パイロツト噴射用の
PZT（ピエゾ）アクチユエータ３、そして噴射時期を調
整する為の電磁式タイミングコントロール弁４を有す
る。電子制御ユニツト100はこれ等の弁やアクチユエー
タに電気的に接続され、弁の開閉やアクチユエータの作
動を制御する。なお、PZTアクチユエータ３の制御は、
高電圧駆動回路101を介して行われる。

第３図に示すごとく、調量用電磁弁２は燃料噴射装置
１のポンプヘツド５の上部に、また、PZTアクチユエー
タ３は同ヘツドの側部に取り付けられている。参照符号
６は、ポンプヘツド５の一方の隅部に組み込まれたデリ
バリ弁の一つを示す。

第１図は第３図のＡ−Ａ線に沿つた断面図で、燃料噴
射装置１のプランジヤ部分、調量用の電磁弁２、および
PZTアクチユエータ３の構造と、それらの関係を示して
いる。

装置１では、ポンプヘツド５内にバレル７が装着さ
れ、このバレルの内孔にプランジヤ10が摺動可能に挿入
されている。バレル７の内孔は外側端をプラグ８で密閉
され、プランジヤ10の一端側に高圧室９を画定する。プ
ランジヤ10は他端側に円板状のカム11を有し、ばね等の
手段（図示なし）で装置１の内方（第１図の左方）へ押
されており、カム11がローラ40に当接している、このロ
ーラ40は固定位置に設けられ、また、カム11はエンジン
の気筒に対応する数のカム山を備える。さらに、プラン
ジヤ10は、エンジンに同期して回転するように、装置１
の駆動軸（図示なし）に連結されている。プランジヤ10
が回転すると、カム11もそのカム表面をローラ40に当接
させながら回転し、カム山に応じてプランジヤ10を往復
動させる。

なお、前述の装置１の駆動軸にはポンプ手段（図示な
し）も接続されており、ポンプヘツド５に隣接した低圧
室50に燃料を供給するようになつている。これらの駆動
軸や、ポンプ手段、タイミングコントロール弁４の本発
明による改善の対象でなく、従来のこの種の燃料噴射装
置と同様な構成で良いため、本文では詳述しない。

プランジヤ10の内部には、長手方向に延びる細長い中
央通路12が形成され、この通路12の一端はプランジヤ10
の端面に開口して高圧室９につながつている。また、プ
ランジヤ10の外表面には、高圧室９側の端部分に複数の
長手方向溝が、さらに、長手方向溝から離れた中間部分
に環状溝13が形成されている。長手方向溝はエンジン気
筒に相当する数だけ設けられ、周方向に等間隔で配置さ
れており、高圧室への吸入ポート14となる。一方、環状
溝13は、中央通路12に連通している。なお、図面には、
環状溝13からさらに内方の位置でプランジヤ10に形成さ
れた別の環状溝を表示しているが、これはプランジヤ10
の外方（第１図中の右方）への移動終了直前に高圧室９
を低圧室50に連通されるための溝で、中央通路12に連通
している。

PZTアクチユエータ３はカツプ状断面のケーシング31
と、このケーシング内を摺動自在な中空ピストン32から
成る。ケーシング31は開口端をプランジヤ10に向けてポ
ンプヘツド５に取り付けられ、ピストン32は逆に閉鎖端
をプランジヤ10に向けてケーシング31内に収容されてい
る。ピストン32はその閉鎖端とポンプヘツド５の間に空
隙を設けており、この空隙は可変容量室33として作用す
る。また、ピストン32の閉鎖端とケーシング31の閉鎖端
の間に、PZT素子の積層体34が挿置されている。この積
層体34にはリード線35が取り付けられており、ECU100の
制御により高電圧駆動回路101から電力供給を受ける
と、積層体34は伸長してピストン32を介し可変容量室33
の容積を小さくする。

電磁弁２はパイロツト式弁で、パイロツト電磁弁21
と、電磁弁21に流体通路でつながつたメイン弁22から成
る。電磁弁21はECU100からの電磁力で作動し、メイン弁
22はパイロツト弁の作動で低圧室50から導入された加圧
燃料により作動する。電磁弁２は従来公知のこの種のパ
イロツト式弁と同様な構成で良く、詳述を省略する。

電磁弁２のメイン弁22は、ポンプヘツド５およびバレ
ル７を通して穿設された連通ポート15を介して、バレル
７の内孔につながつている。また、PZTアクチユエータ
３の可変容量室33も、ポンプヘツド５およびバレル７を
通して穿設された別の連通ポート16を介して、バレル７
の内孔につながつている。連通ポート15と16は、後段で
説明する順序で高圧室９と連通する様に、連通ポート15
がポート16により高圧室９よりに配置されている。電磁
弁２、連通ポート15、および吸入ポート14は、所定量の
燃料を高圧室９へ供給するためのメイン噴射用調量手段
を構成し、一方、可変容量室33、ポート16、および環状
溝13がパイロツト噴射用手段を構成する。

第２図は第３図のＢ−Ｂ線に沿つた断面図で、燃料噴
射装置１のプランジヤ部と、電磁弁２およびデリバリ弁
６との関係を示している。プランジヤ10には、環状溝13
の内方に分配ポート17が形成され、このポートの一端は
中央通路12につながり、また他端はプランジヤ10の移動
に応じてバレル７とヘツド５に設けた通路を介しデリバ
リ弁６に連通するようになつている。デリバリ弁６は、
エンジンの気筒に取り付けたノズル60につながつてい
る。デリバリ弁６とノズル60は、従来公知の構成で良
い。

第５図は、本発明による燃料噴射装置との比較のため
に、従来の燃料噴射装置の構造を示す。従来の装置で
は、電磁弁202とプランジヤ高圧室209が連通ポート215
介して直接つながつている点に注目されたい。

次に、第６図を参照して、本発明の実施例による燃料
噴射装置と従来の装置における作動および噴射特性の違
いを説明する。同図中、（イ）はカム11のカム山の高
さ、すなわちカムリフトを表し、（ロ）はカムリフトに
応じて変化する高圧室の容積、（ハ）は調量用電磁弁関
係の高圧部容積、（ニ）はパイロツト噴射用PZTパイロ
ツトアクチユエータ関係の高圧部容積、（ホ）はPZTア
クチユエータの作動タイミング、（ヘ）は（ロ）〜
（ニ）の容積を集計した高圧室関連の総容積、（ト）は
高圧室の圧力、（チ）はノズルリフト、そして、（リ）
は電磁弁の開閉タイミングを示している。

燃料噴射装置が作動すると、プランジヤは回転すると
共に、カムリフト（イ）の変化に応じて往復動する。本
発明の実施例の燃料噴射装置では、このプランジヤの往
復動に従つて、第６図の（イ）の−間でPZTアクチ
ユエータ３が作動し、の位置で環状溝13とPZTアクチ
ユエータ用のポート16の連通が絶たれる。また、カムリ
フトの位置で電磁弁用の連通ポート15が高圧室９につ
ながり、で電磁弁２が開作動する。電磁弁２は、カム
リフトがほぼ最大となる位置まで開作動を続ける。カ
ムリフトがさらに変化すると、の位置でポート15と高
圧室９の連通が絶たれ、の位置で連通ポート16と環状
溝13が再びつながつて、可変容量室33を高圧室９に連通
させる。

カムリフトが第６図（イ）の左端から右へ変化してい
く場合、カムリフトの増加によつて、高圧室９の容積が
次第に小さくなり、同室内の燃料を加圧する。この初期
カムリフト時には、連通ポート16が環状溝13とつながつ
ており、可変容量室33を高圧室９に連通している。一
方、連通ポート15は遮断されていて、電磁弁関係の高圧
部容積（ハ）は、連通ポート15と電磁弁16間の容積ΔV
_SPV分だけ従来の構成（点線部分）に加べて少ない。そ
の結果、高圧室の圧力に影響するデツドボリユームを含
めた高圧室関連の総容積（ヘ）が小さくなり、高圧室に
おける燃料の昇圧速度が従来の構成（点線部分）より早
く、圧力（ト）も高くなる。

カムリフトが第６図（イ）のの位置に達すると、PZ
Tアクチユエータ３が作動して、可変容量室33の容積を
小さくする。この為、高圧室とつながつているPZTアク
チユエータ関係の高圧部容積（ニ）が減少し、高圧室の
圧力（ト）に急激な増加が生じる。PZTアクチユエータ
３はカムリフトの位置で非作動となり、可変容量室33
の容積を増すので、高圧室の圧力（ト）は一旦下がつて
から元の率で再び増加する。その後、カムリフトの位
置で連通ポート16が遮断され、同ポートと可変容量室33
の容積ΔV_Pだけ、PZTアクチユエータ関係の高圧部容積
（ニ）が減少する。さらに、カムリフトの位置でポー
ト15が高圧室９につながり、電磁弁関係の高圧部容積
（ハ）がΔV_SPV分増え、続いて、カムリフトの位置で
電磁弁２が作動を始める。

電磁弁２の開作動はカムリフトの位置まで続いて、
高圧室９へ燃料を導入する。また、カムリフトの位置
で連通ポート15が遮断され、高圧室の圧力に影響するデ
ツドボリユームを減少すると共に、カムリフトの位置
で、パイロツト噴射に備えて可変容量室33が高圧室９に
連通する。その後、前述の初期カムリフト時の作動が繰
り返される。

かくして、高圧室の圧力（ト）に見られる様に、燃料
の圧力に２つのピークが生じ、デリバリ弁６の開弁圧力
を越えた燃料のみがノズル60に送られる。本発明の実施
例による燃料噴射装置では、高圧室の圧力に影響するデ
ツドボリユームが少ない為に、従来の構成に比べて、高
圧室における燃料の昇圧速度が早くかつ電磁弁２の開作
動時の圧力も高い。この結果、ノズルリフト（チ）に示
す如く、パイロツト噴射領域が広く、良好な噴射特性が
得られる。

（発明の効果）以上説明して明らかな様に、本発明はメイン噴射用の
調量手段とパイロツト噴射用手段をプランジヤの移動に
応じてそれぞれ別個にプランジヤ高圧室と連通させるこ
とにより、高圧室の燃料の圧力に影響するデツドボリユ
ームを最小限に抑えて、十分なパイロツト噴射領域成並
びに噴射率を確保することが出来る。これは、例えば実
施例について説明した如く通路の配置によるなど、簡単
な構成で達成可能であり、本発明はデイーゼル機関の騒
音レベルや排気中のNOxを低減する良好な噴射特性の燃
料噴射装置を経済的に提供し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料噴射装置の実施例を示す断面図
で、第３図のＡ−Ａ線に沿つた図、第２図は同様に第３
図のＢ−Ｂ線に沿つた断面図、第３図は第１図の実施例
の正面図、第４図は第１図の燃料噴射装置を組み込んだ
燃料噴射システムの例を示す構成図、第５図は従来の燃
料噴射装置を示す断面図、そして、第６図は第１図の実
施例の作動と噴射特性を従来の装置と比較して示す線図
である。図中、１……燃料噴射装置、２……燃料調量用電磁弁、
３……パイロツト噴射用PZTアクチユエータ、９……高
圧室、10……プランジヤ、11……カム、12……中央通
路、13……環状溝、14……吸入ポート、15,16……連通
ポート、33……可変容量室。

フロントページの続き (56)参考文献特開平１−77744（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 41/12 F02D 1/02 F02D 41/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】カム駆動により上昇下降を繰り返すプラン
ジャの下降行程において予めメイン噴射用調量手段を介
してプランジャ高圧室へ燃料を供給し、この高圧室の燃
料をプランジャの上昇行程において加圧すると共に、プ
ランジャの上昇行程においてパイロット噴射用手段を高
圧室に連通させて該高圧室の燃料圧力を一旦下げること
で噴射を停止し、その後プランジャの上昇により再度加
圧燃料を供給する燃料噴射装置において、前記高圧室
と、前記プランジャの外表面に設けた単一の開口とをつ
なぐ通路を該プランジャ内に形成し、前記メイン噴射用
手段とパイロット噴射用手段は前記プランジャの上昇行
程における移動に応じて順次該プランジャの前記開口と
連通するように配設され、初期上昇行程時に前記パイロ
ット噴射用手段を、また前記初期以上のプランジャ上昇
行程時に前記メイン噴射用調量手段をそれぞれ別個に前
記プランジャの通路を介して前記高圧室に連通させるこ
とを特徴とする燃料噴射装置。