JP3134740B2

JP3134740B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP3134740B2
Application number: JP07290238A
Authority: JP
Inventors: 聖川谷; 真治中山
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1995-10-02
Filing date: 1995-10-02
Publication date: 2001-02-13
Anticipated expiration: 2015-10-02
Also published as: JPH0996267A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流体噴射装置、特に
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に採用されて好適な
流体噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】直接噴射式ディーゼルエンジン用の燃料
噴射装置において、エンジンの低速運転時に作動する小
さい総噴孔断面積を有する第１噴孔と、エンジンの高速
運転時に作動する相対的に大きい総噴孔断面積を有する
第２噴孔とを具えたノズルボディ内に、上記第１噴孔の
開閉を制御する第１針弁と、上記第２噴孔の開閉を制御
する第２針弁とを実質的に平行に収容した装置が、ドイ
ツ特許公開公報ＤＥ４１１５４７８Ａ１号（公開日；１
９９１年１１月２１日）に既に開示されている。

【０００３】上記ドイツ特許公開公報に開示されている
燃料噴射装置（以下場合により、既提案の燃料噴射装置
という）は、エンジンの低速運転時には、小さい総噴孔
断面積を有する第１噴孔から燃料を高い噴射圧力で噴射
し、またエンジンの高速運転時は、大きい総噴孔断面積
を有する第２噴孔から燃料を高い噴射圧力で噴射するこ
とができるので、この略全運転領域において良好な燃焼
が得られ、アイドル騒音の低減、スモーク性能の向上及
び燃費の改善等エンジン性能の向上し得る利点がある。

【０００４】上記既提案の燃料噴射装置には、エンジン
の運転状態に応じて、上記低速用の第１噴孔を開閉する
第１針弁、及び高速用の第２噴孔を開閉する第２針弁の
何れか一方を選択的に作動させ、他方を高圧燃料の圧力
を利用して不作動状態に油圧的にロックする手段として
切換弁装置が設けられ、同切換弁装置は、スプール弁か
らなる弁部材を駆動する電磁アクチュエータとして作動
するソレノイドを具えている。

【０００５】上記切換弁装置におけるスプール弁及び同
スプール弁を摺動自在に収容する弁ハウジングは、技術
上良く知られているように、作動油（この場合は高圧燃
料）の漏洩が生じないように、極めて高精度に加工され
ているので、万一、作動油内に金属摩耗粉やその他の微
細固形物が存在すると、スプール弁のランド部と、協働
する弁ハウジング側の油路開口の端縁に上記異物が咬み
込んで、スプール弁の摺動変位が不可能になることがあ
る。上記既提案の燃料噴射装置において、上記異物の咬
み込み、その他何等かの事由に基づき、切換弁装置のス
プール弁が、総噴孔断面積が小さい上記第１噴孔を開閉
する第１針弁のみの作動を許容する状態に故障によって
固定され、総噴孔断面積が大きい第２噴孔を開閉する第
２針弁の作動が不可能となった場合、本来、第２噴孔か
ら燃料噴射が行なわれるべきエンジンの高負荷、高回転
運転領域において、総噴孔断面積が小さい第１噴孔から
燃料噴射が行なわれることとなるため、噴射圧力が異常
に増大し、燃料噴射弁、燃料噴射ポンプ及び両者を接続
する燃料噴射管等噴射系構成部材が破損する懸念があ
る。

【０００６】なお、上記切換弁装置のスプール弁が摺動
不能となる故障は、上記と反対に、総噴孔面積が大きい
第２噴孔を開閉制御する第２針弁のみが作動可能で、総
噴孔断面積が小さい第１噴孔を開閉する第１針弁が閉弁
状態に固定されてしまう場合も、略同様の確率で発生す
るが、この場合、本来第１噴孔から燃料が噴射さるべき
エンジンの運転領域で、総噴射断面積が大きい第２噴孔
から燃料が噴射されるので、噴射圧力が所望の圧力まで
上昇せず、エンジン性能、排出ガス性能に、勿論若干の
悪影響が生じることを免れないが、噴射圧力が異常に増
大することはないので、上記噴射系各部材の破損を招く
ような緊急の処置を要する不具合はない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み創案されたもので、エンジンの運転状態に応じ選択
的に作動され、総噴孔断面積が小さい第１噴孔を開閉す
る第１針弁と、総噴孔断面積が大きい第２噴孔を開閉す
る第２針弁とを具え、同第１針弁及び第２針弁のうち休
止すべき針弁を、高圧燃料の油圧力により不作動状態に
ロックし又は係止する切換弁装置を具備した燃料噴射装
置において、上記切換弁装置のスプール弁が、異物の咬
み込み等何等かの事由で変位不能に固定される故障が発
生し、特に、第１針弁のみが作動し第２針弁が作動不能
の状態となる故障が発生した場合に、燃料噴射弁の噴射
圧力が異常に増大して燃料噴射系の各部材が破損するこ
とを確実に防止することができる燃料噴射装置を提供す
ることを、主たる目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、エンジンの各気筒の燃焼室に臨む先端部
分に第１噴孔及び同第１噴孔より大きい噴孔断面積を有
する第２噴孔を設けたノズルボディと、同ノズルボディ
内に摺動自在に嵌装されて上記第１噴孔及び第２噴孔を
夫々開閉する第１針弁及び第２針弁とを具備した燃料噴
射ノズル、上記エンジンの運転状態を検出する運転状態
検出装置、同運転状態検出装置により検知されたエンジ
ン運転状態に応じ調量された高圧燃料を上記燃料噴射ノ
ズルに供給する燃料供給装置、上記運転状態検出装置の
出力に基づき上記第１噴孔及び第２噴孔の少くとも何れ
か一方を開閉作動させる切換弁、上記運転状態検出装置
により検知されたエンジン運転状態に応じて上記切換弁
を切換え制御するコントロールユニット、及び上記切換
弁が上記コントロールユニットの制御指令に正しく応答
せず上記第１針弁のみの作動を許容するときに同コント
ロールユニットに故障信号を供給する故障判定装置を具
備し、同故障判定装置から上記故障信号が供給されたと
き、同コントロールユニットにより上記燃料供給装置を
制御して、燃料噴射ノズルへの過大な噴射圧力の作用を
回避するように燃料供給量を修正することを特徴とする
燃料噴射装置を提案するものである。

【０００９】上記請求項１に係る発明においては、上記
切換弁が、その第１位置において第１圧力室に高圧燃料
を供給して上記第１噴孔を閉塞させ、また、第２位置に
おいて第２圧力室に上記高圧燃料を供給して上記第２噴
孔を閉塞させるスプール弁と、付勢されたとき上記スプ
ール弁を第２位置に駆動するソレノイドと、同ソレノイ
ドの消勢時に上記スプール弁を第１位置に駆動するリタ
ーンスプリングとを有し、上記故障判定装置が、上記ソ
レノイドの消勢にも拘らず、スプール弁が上記第２位置
に位置しているときに、故障信号を発するように構成さ
れることが好ましい。また、請求項１の発明において、
上記コントロールユニットは、上記故障信号を受けたと
き、エンジンの高負荷高回転運転領域における燃料供給
量を低減するように、上記燃料供給装置を制御すること
が好ましい。

【００１０】さらに請求項３の発明において、上記コン
トロールユニットは、上記故障信号を受けて燃料供給装
置の燃料供給量を低減する際の上記第１噴孔から噴射さ
れる最大燃料供給量を、エンジンの通常運転時にそのエ
ンジン回転数において設定される上記第１噴孔から噴射
される最大燃料噴射量と略同一となるように設定するこ
とが望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明を直接噴射式ディーゼ
ルエンジンの燃料噴射装置に適用した好ましい実施形態
を添付図面について具体的に説明する。説明に先立ち、
図１は総括的に符号１０で示した燃料噴射弁の上半部分
の縦断面図であり、図２は同噴射弁における同一断面の
下半部分の縦断図である。従って、図２の上方に図１を
継ぎ足すことによって、一個の燃料噴射弁が完成する。
同様に、図３は上記燃料噴射弁の異る切截面（図１及び
図２の切截面に対し直角方向の面）に沿う上半部分の縦
断面図であり、図４は上記異る切截面に沿う下半部分の
縦断面図である。さて、図中符号１０は、総括的に燃料
噴射弁を示し、同噴射弁１０は、ノズルボディ１２と、
ディスタンスピース１４と、ノズルホルダ１６とを具
え、上記ノズルボディ１２とノズルホルダ１６とは、中
間にディスタンスピース１４を挟んで、リテーニングナ
ット１８により緊締されて一体的に結合されている。

【００１２】上記ノズルボディ１２には、図示しないエ
ンジンの各気筒の燃焼室に臨む一端部分に、燃料を噴射
する第１噴孔２０と第２噴孔２２とが設けられている。
上記第１噴孔２０及び第２噴孔は、夫々複数個（２個以
上、通常は４個ないし７個）設けられ、第１噴孔２０の
総噴孔断面積は、第２噴孔２２の総噴孔断面積より小さ
く形成されている。

【００１３】さらに、上記ノズルボディ１２内に、上記
第１噴孔２０を開閉する第１針弁２４と、第２噴孔２２
を開閉する第２針弁２６とが、実質的に平行に収容さ
れ、同第１針弁２４及び第２針弁２６は、ノズルボディ
１２内に形成された共通の燃料溜２８に臨む段部２４′
及び２６′を夫々具えている。上記燃料溜２８は、上記
第１及び第２針弁２４及び２６の外周を囲んで夫々形成
された円筒状の燃料通路３０及び３２に連通し、同燃料
通路３０及び３２は、各針弁の円錐状弁面と協働する弁
シート部３４及び３６を介して、夫々第１噴孔２０及び
２２に連通する。上記ノズルホルダ１６の内部に、上記
第１及び第２針弁２４及び２６に対して夫々同軸的に円
筒状の第１スプリング室４０及び４２が設けられてい
る。

【００１４】上記第１スプリング室４０内に上下のスプ
リングリテーナ４４ａ及び４４ｂを介して第１のプレッ
シャスプリング４６が収容され、同第１プレッシャスプ
リング４６は第１針弁２４を上記弁シート部３４に対し
弾性的に圧接する。一方、第２スプリング室４２は、同
軸的に形成された小径の上方スプリング室４２ａと大径
の下方スプリング室４２ｂとからなり、上方スプリング
室４２ａには、上下のスプリングリテーナ４８ａ及び４
８ｂを介して第１段のプレッシャスプリング５０が縮設
され、同第１段プレッシャスプリング５０は常時下方ス
プリングリテーナ４８ｂから下向きに延在して形成され
たリテーナロッド４８ｃを介して上記第２針弁２６を協
働する弁シート部３４に対し弾性的に圧接する。また、
下方スプリング室４２ｂ内には、上下のスプリングリテ
ーナ５２ａ及び５２ｂを介して第２段のプレッシャスプ
リング５４が縮設されている。第２段のプレッシャスプ
リング５４は、第２針弁２６が、図２及び図４に示され
ているように、第１段のプレッシャスプリング５０を克
服して第１段のリフト１_１だけ上昇したのち作動し、同
針弁２６の第２段のリフト１_２を許容する。なお、第１
段のプレッシャスプリング５０と第２段のプレッシャス
プリング５４とによって、第２針弁２６のリフトを制御
する第２プレッシャスプリングが構成される。

【００１５】図１の上半部断面図に良く示されているよ
うに、上記ノズルホルダ１６内に、上記第１針弁２４及
び第１スプリング室４０に対し同軸的に、また第２針弁
２６及び第２スプリング４２に対して同軸的に、夫々第
１及び第２圧力室５６及び５８が配設され、これら圧力
室５６及び５８はシリンダエレメント６０内に形成され
ている。第１圧力室５６内には第１ピストン６２が摺動
自在に嵌装され、第２圧力室５８内には、第２ピスン６
４が摺動自在に嵌装されている。上記第１ピストン６２
及び第２ピストン６４には、夫々上記第１及び第２針弁
２４及び２６と一線をなすプッシュロッド６２′及び６
４′が一体的に作られ、又は別個に作られ圧入又は螺合
によって各ピストンに固着されている。これらプッシュ
ロッド６２′及び６４′は、夫々の下端面を上記第１ス
プリング室内の下方スプリングリテーナ４４ｂの上端
面、及び第２スプリング室内の下方スプリングリテーナ
４８ｂの上端面に夫々当接する。

【００１６】また、ノズルホルダ１６内に、上記シリン
ダエレメント６０の上方に総括的に符号６６で示された
切換弁が配設されている。同切換弁６６は、ノズルホル
ダ１６内の弁挿入孔６８に嵌装された下方弁ハウジング
７０ａと、上記弁挿入孔６８の上端部に螺合されて固定
される上方弁ハウジング７０ｂとからなる中空円筒状の
弁ハウジング７０と、同弁ハウジング７０の弁シリンダ
７２内に同軸的にかつ摺動自在に嵌装されたスプール弁
７４と、同スプール弁７４を駆動する電磁アクチュエー
タとしてのソレノイド７６とを具えており、上記スプー
ル弁７４は、上記第１針弁２４及び第２針弁２６の軸線
に対し平行な軸線を有する。

【００１７】上記弁ハウジング７０とシリンダエレメン
ト６０との間に、上記第１圧力室５６及び第２圧力室５
８の上端に夫々連通する通路７８及び８０を具えたプレ
ート８２が介装され、また弁ハウジング７０内には、そ
の一端が上記通路７８と連通し他端が弁シリンダ７２の
下方部分内周面に開口した第１油路８４と、一端が上記
通路８０に連通し他端が弁シリンダ７２の上方部分に開
口した第２油路８６とが設けられている。さらに、弁ハ
ウジング７０には、ノズルホルダ１６内に穿設された燃
料供給通路８８と交差する連絡通路９０に常時連通する
供給油路９２と、一端がオリフィス９４を介して上記第
２油路８６に連通し、他端が上記弁シリンダ７２の上方
延長部に設けられた弁スプリング室９６に開口する分岐
油路９８が配設されている。

【００１８】上記弁スプリング室９６内には、スプール
弁７４の外周に突設されたばね受フランジ又はスプリン
グリテーナ１００を介して、同スプール弁７６を常時図
１に示されている休止位置（上記ばね受フランジ１００
が弁ハウジングの肩部１０２に当接している位置）に向
い弾性的に圧接するリターンスプリング１０４が収容さ
れている。一方、スプール弁７４には、その上下変位に
よって、上記供給通路９２を、第１油路８４及び第２油
路８６の何れか一方に選択的に連通させる外周面の環状
溝１０６と、上記第１油路８４及び第２油路８６の他方
を、上記弁スプリング室９６を介して低圧室１０８に連
通させる排油路１１０が設けられている。

【００１９】上記低圧室１０８は、ソレノイド７６と協
働するソレノイドコア１１２の中央部に、上記スプール
弁７４に対し同軸的に設けられた冷却用通路１１４に連
通し、同冷却用通路１１４は後述する燃料噴射ポンプの
リークオフ通路等適宜の低圧燃料源に連通している。ま
た低圧室１０８内に、ボルト１１６によってスプール弁
７４の上端に固着された円板状のアーマチャ１１８が収
容されている。図７の平面図に良く示されているよう
に、上記アーマチャ１１８は、複数（図示の場合は６
個）の半径方向に延在したスリット１２０を具え、同ス
リット１２０は低圧室１０８から燃料を冷却用通路１１
４に導く通路となる。

【００２０】上記燃料供給通路８８は、その一端を図９
にその外形のみを略示した列型燃料噴射ポンプ１２２等
の燃料供給装置に燃料噴射管１２４を介して接続され、
他端は図４に良く示されているように第１及び第２針弁
２４及び２６に臨む又は、両針弁を囲繞する共通の燃料
溜２８に連通する。また、上記ソレノイド７６は、図１
及び図９に示されているように、エンジンに連動して回
転する上記燃料噴射ポンプ１２２のカム軸１２２′（図
９に中心線のみが示されている）の回転数を検知する回
転数センサ１２６の出力信号、即ちエンジンの回転数を
表わす信号Ｎ_ｅと、上記燃料噴射ポンプ１２２の燃料送
出量又は供給量を決定するコントロールレバー１２８の
位置を検知するコントロールレバー位置センサ１３０の
出力信号即ちエンジンの負荷を表わす信号Ｌ_ｐとを受容
して、上記ソレノイド７６に対する駆動出力を生起し、
また後に詳細に説明するように、切換弁６６の故障時
に、燃料噴射ポンプ１２２に対して、燃料供給量の修正
出力を生起するコントロールユニット又は制御装置１３
２によって制御される。

【００２１】上記コントロールユニット１３２は、上記
切換弁６６のソレノイド７６を制御するため、その一例
を図１０に示した制御マップを内蔵している。同制御マ
ップは横軸にエンジン回転数Ｎ_ｅをとり、縦軸に同エン
ジンの出力トルクＴ_ｑをとって示したトルク線図であっ
て、エンジンの高負荷、高回転運転領域Ａ及び低負荷、
低回転領域Ａ′では、ソレノイド７６を消勢させ、中間
の領域Ｂ（即ち低回転、中高負荷時、及び中回転、中高
負荷時、並びに高回転、低負荷時）には、ソレノイド７
６を付勢するように作動する。

【００２２】一方、燃料噴射弁１０の切換弁６６には、
図１に示されているように、総括的に符号１３４で示さ
れているスプール弁位置検知装置が設けられている。同
スプール弁位置検出装置１３４は、ソレノイド７６を収
容すると共に上記低圧室１０８を限界するソレノイドハ
ウジング１３６の外壁に電気的絶縁被覆１３８を介して
取付けられ、上記低圧室１０８内に挿入された可撓性の
導電アーム１４０を具えている。同導電アーム１４０
は、ソレノイド７６の付勢によりアーマチャ１１８が上
昇して、同アーマチャと当接することにより、アーマチ
ャ１１８が上昇位置にあることを報知する信号Ｓ_ｐを発
し、同信号Ｓ_ｐを上記コントロールユニット又は制御装
置１３２に供給する。ソレノイド７６の付勢によりアー
マチャ１１８が上昇して上記信号Ｓ_ｐが発せられること
は、切換弁６６が健全であることを示すが、もしスプー
ル弁７４に異物が咬み込む等により、ソレノイド７６が
消勢されているにも拘わらず、スプール弁７４がリター
ンスプリング１０４によって下降されず、アーマチャ１
１８が上昇したままで、スプール弁位置検出装置１３４
から信号Ｓ_ｐが発せられているときは、コントロールユ
ニット又は制御装置１３２は、その制御指令通りに切換
弁６６が応答していないので、故障と判断する（上記ス
プール弁位置信号Ｓ_ｐとソレノイド７６の消勢とを検知
して故障と判定するコントロールユニット１３６の機能
を総合して、本明細書では、故障判定装置と称す
る。）。なお、上記導電アーム１４０の先端の接点を受
容するために、図７に良く示されているように、アーマ
チャ１１８の上面に凹所１４４が設けられ、これによっ
てアーマチャ１１８は、ソレノイドコア１１２の下面に
正しく当接するまで上昇することができ、スプール弁７
４の上昇ストロークが正しく確保される。

【００２３】上記燃料噴射装置において、図５の要部断
面図は、エンジンが図１０のマップ中の運転領域Ａ又は
Ａ′で運転していて、ソレノイド７６が消勢している状
態を示し、このとき切換弁６６のスプール弁７４は、リ
ターンスプリング１０４により図示の下降位置に保持さ
れている。上記スプール弁７４の下方変位により、燃料
供給通路８８に連通する連絡通路９０が、供給油路９
２、環状溝１０６、第１油路８４、通路７８を経て第１
圧力室５６に連通する。従って、燃料供給通路８８に燃
料噴射ポンプ１２２から燃料噴射管１２４を経て高圧燃
料が供給されると、第１ピストン６２が下方に押圧され
て、プッシュロッド６２′が第１スプリング室４０内の
下方スプリングリテーナ４４ｂを下向きに押圧し、第１
プレッシャスプリング４６と協働して第１針弁２４を弁
シート部３４に対し圧接させる。従って、燃料噴射ポン
プ１２２から燃料供給通路８８を通り燃料溜２８に供給
された高圧燃料が、第１針弁２４の段部２４′に作用し
て同針弁を開方向即ち上向きに押圧しても、同針弁は開
弁されない。

【００２４】一方、第２圧力室５８は、通路８０、第２
油路８６、弁部材７４内の排油路１１０、弁スプリング
室９６、低圧室１０８及び冷却用通路１１４を経て低圧
燃料源に連通しているので、第２ピストン６４には高圧
燃料が作用しない。従って、燃料噴射ポンプ１２２から
燃料供給通路８８を通り燃料溜２８に高圧燃料が供給さ
れると、第２針弁２６に作用する高圧燃料の圧力によ
り、先ず第２プレッシャスプリングを構成する二つのス
プリングのうち第１段のプレッシャスプリング５０が克
服されて、第２針弁２６がリフト１_１だけ開いて初期噴
射が行なわれ、次に燃料供給圧力の上昇に従い第２段の
プレッシャスプリング５４が克服されて第２針弁２６が
リフト１_２だけ更に開いて噴射が行なわれる。

【００２５】一方、上記コントロールユニット又は制御
装置１３２には、上記ソレノイド７６を制御する図１０
に示した制御マップの外に、図１１に示されているよう
な燃料供給量制御マップが収蔵されている。図１１は、
縦軸に、燃料噴射ポンプ１２２の燃料供給量を制御する
コントロールラックの最大ラック位置Ｒ_ｐ（前記コント
ロールレバー１２８の位置Ｌ_ｐと実質的に対応する）を
とり、横軸にエンジン回転数Ｎ_ｅをとって示した線図で
あり、図中に実線で示した折れ線Ｘが、上記切換弁６６
が健全な状態での最大燃料供給量を示し、同図中の高回
転域に点線Ｙで示したものが、上記切換弁６６の故障時
における修正ラック位置を示している。即ち、切換弁６
６が健全な場合、最大燃料供給量は、エンジン回転数Ｎ
_ｅの増大に伴い、図中を結んだ線Ｘに沿い変
化するが、切換弁６６の故障時は、を結ぶ線
Ｘ−Ｙ−Ｘに沿い変化し、図中に斜線を施した分だけ、
高回転域の燃料供給量が低減される。なお、上記線Ｙ
は、図１０におけるＡ領域とＢ領域とを区分する線ｙに
略一致し、図１１における２点鎖線Ｙ′は、図１０にお
いて領域Ｂと領域Ａ′とを区分する線ｙ′に略一致す
る。従って、図１１において斜線を施した高回転、高負
荷領域α及び線Ｙ′より下方の領域α′は、第２噴孔２
２の作動領域であり、中間の領域βは、第１噴孔２０の
作動領域である。

【００２６】上記のように、第２針弁２６が稼働し、燃
料噴射が、総噴孔断面積が大きい第２噴孔２２から行な
われることによって、特に、アイドル運転を含む低負荷
運転領域（図１０の領域Ａ′）では、初期燃焼が抑制さ
れることにより燃焼騒音を主とする低回転時の運転騒音
が低減され、さらに、高回転高負荷領域（図１０の領域
Ａ）では、初期燃焼が抑制され緩やかな燃焼が行なわれ
ることにより、燃焼圧力の変化、最高燃焼圧力及び温度
の上昇が抑制され、ＮＯｘの発生が効果的に低減され
る。

【００２７】次に、エンジンが図１０の領域Ｂで運転し
ている場合、コントロールユニット又は制御装置１３２
によりソレノイド７６が付勢される。ソレノイド７６が
付勢されると、図６に示されているように、アーマチャ
１１８が吸引されてスプール弁７４がソレノイドハウジ
ング１１２の下面に当接する位置に上昇すると共に、ス
プール弁位置検知装置１３４の導電アーム１４０がアー
マチャ１１８に接して信号Ｓ_ｐをコントロールユニット
又は制御装置１３２に供給する。しかし、このときソレ
ノイド７６が付勢されているので、同コントロールユニ
ット１３２は、故障の判定をしない。スプール弁７４の
上昇変位により、燃料供給通路８８に連通する連絡通路
９０が、供給油路９２、環状溝１０６、第２油路８６、
通路８０を経て第２圧力室５８に連通するので、上記燃
料供給通路８８に燃料噴射ポンプ１２２から高圧燃料が
供給されると、第２ピストン６４が圧下され、プッシュ
ロッド６４′及び下方スプリングリテーナ４８ｂのロッ
ド４８ｃを介して第２針弁２６を第１段プレッシャスプ
リング５０と協働して閉方向に付勢する。従って、燃料
溜２８に高圧燃料が供給されても、第２針弁２６は開く
ことがない。

【００２８】上記のように、燃料供給通路８８と第２油
路８６とが連通するので、オリフィス９４を介して調量
された適宜流量の高圧燃料が分岐油路９８に流れ、弁ス
プリング室９６から低圧室１０８を通り、アーマチャ１
１８のスリット１２０を経て冷却用通路１１４に流れ、
さらに低圧燃料源に流れ、ソレノイド７６及びソレノイ
ドコア１１２が効果的に冷却される。一方、スプール弁
７４の上昇変位により、第１圧力室５６が、通路７８、
第１油路８４を介して排油路１１０に連通し、さらに弁
スプリング室９６、低圧室１０８を介して冷却用通路１
１４に連通する。上記オリフィス９４により減圧された
燃料圧力が弁スプリング室９６から排油路１１０、第１
油路８４を介して第１圧力室５６内の第１ピストン６２
に作用するが、この燃料圧力は十分小さいので、高圧燃
料が燃料溜２８に供給されることによって、第１プレッ
シャスプリング４６が克服されて第１針弁２４が開き、
総噴孔断面積が小さい第１噴孔２０から燃料が所要の十
分な噴射圧力で噴射される。この結果、良好な燃焼が確
保され、十分なエンジン性能が発揮されると共に、排出
ガス性能の改善及び運転騒音の低減が達成される。

【００２９】次に、何等かの事由、例えば燃料に含まれ
ていた金属摩耗粉等の固形異物が、スプール弁７４と弁
ハウジング７０内の弁シリンダ７２内周面に咬み込ん
で、図６に示されているように、アーマチャ１１８及び
スプール弁７４が上昇した状態で、ソレノイド７６が消
勢されたにも拘わらず、リターンスプリング１０４によ
ってスプール弁７４が下降されない場合、スプール弁位
置検知装置１３４の信号Ｓ_ｐと、ソレノイド７６が消勢
されていることによって、コントロールユニット又は制
御装置１３２が、故障と判定する。コントロールユニッ
ト１３２が故障と判定すると図９において、符号Ｚで示
されているように、燃料噴射ポンプ１２２のガバナに対
して駆動出力が供給され、そのコントロールレバー１２
８の最大噴射量位置、従ってコントロールラックの最大
噴射量Ｒ_ｐが図１１において点線で示したＹに修正され
る。

【００３０】その結果、エンジンの高負荷、高回転領域
における燃料噴射弁１０の最大燃料噴射量が上記Ｙ線に
低減され、このＹ線は既に説明したように総噴孔断面積
が小さい第１噴孔２０の許容最大燃料噴射量に略一致す
るので、第１針弁２０の作動により第１噴孔２０から噴
射される燃料の噴射圧力が異常に上昇することがなく、
従って燃料噴射弁１０、燃料噴射ポンプ１２２、燃料噴
射管１２４の破損が確実に防止されることとなる。勿
論、図１１に領域αで示した燃料供給量の低減により、
エンジン出力の若干の低下は免れないが、燃料噴射系の
破損によりエンジンが停止してしまう場合と較べれば、
著しく安全性が高い利点がある。

【００３１】上記故障時における燃料供給量の修正に関
するコントロールユニット１３２の作動態様は、図１２
のフローチャートに示す通りである。プログラムがスタ
ートすると、ステップＳ_１において、エンジン回転数Ｎ
_ｅの読込みが行なわれ、ステップＳ_２において、上記の
ようにソレノイド７６の付勢又は消勢とスプール弁位置
検知装置１３４の出力信号Ｓ_ｐとから、故障かどうかが
判断される。故障が発生していない通常運転時は、ステ
ップはＳ_３に進み、図１１の実線Ｘで示したマップに基
づいて、通常のフルラック位置が制御される。一方、故
障と判断された場合は、ステップＳ_４に進み、ここで
は、エンジン回転数Ｎ_ｅが、図１１のＹ線の始点に相
当する回転数Ｎ_ｅｏより大きいかどうかが調べられる。
もしＹＥＳならば、低回転領域で燃料噴射量も少ないの
で、第１噴孔２０からの噴射が行なわれても、過大な噴
射圧力が発生する危険がないので、ステップＳ_３に進み
通常のマップによる燃料供給が行なわれる。しかし、ス
テップＳ_４でＮＯの高回転時には、上記のように噴射圧
力の異常増大が発生する恐れがあるので、ステップはＳ
_５に進み図１１の修正マップ即ち線（Ｘ−Ｙ
−Ｘ）によって燃料噴射ポンプ１２２の噴射量制御が行
なわれる。

【００３２】なお、図５に示した状態、即ちスプール弁
７４が下降して第２針弁２６のみが作動可能、従って総
噴孔断面積が大きい第２噴孔２２が開閉し得る状態で、
上記スプール弁７４が変位不能となる故障も起り得る
が、既提案の燃料噴射装置に関し前述したように、この
故障によっては、過大な噴射圧力が発生しないので、燃
料噴射弁１０、燃料噴射ポンプ１２２、燃料噴射管１２
４の破損等が発生せず、安全上格別の問題はない。

【００３３】次に、図８は、上記スプール弁位置検知装
置１３４の変形例を示したものである。切換弁６６即ち
スプール弁７４の中心線Ｏ−Ｏの右側に図示した装置
は、アーマチャ１１８の上昇変位によって出力Ｓ_ｐを生
起する非接触型の近接スイッチ又はギャップセンサ１４
６を、ソレノイドハウジング１３６の側壁に取付け、ア
ーマチャ１１８の上昇を検知するように構成したもので
ある。また、上記中心線Ｏ−Ｏの左側に図示した装置
は、アーマチャ１１８が上昇変位したとき、その周縁に
接して、中心線Ｏ−Ｏに対し直角方向に変位するカム１
４８と、同カム１４８に一体的に固着された摺動軸１５
０と、同摺動軸１５０のソレノイドハウジング１３６外
方の端部に固着された可動接点１５２と、上記カム１４
８を常時中心線Ｏ−Ｏ側に向って付勢するスプリング１
５４と、上記可動接点１５２に対向して配設された固定
接点１５６とからなっており、上記アーマチャ１１８
が、図中に２点鎖線で示されているように上昇変位する
と、その周縁が上記カム１４８に接して可動接点１５２
が図の左方に変位し、固定接点１５６に当接することに
よって信号Ｓ_ｐを発するように構成されている。なお、
図中符号１５８はオイルシールである。

【００３４】また、上記実施形態では、第２噴孔２２を
開閉する第２針弁２６が、第１段及び第２段プレッシャ
スプリング５０及び５４によって２段階にリフトする構
成となっているが、第１針弁２４と同様に、単一のプレ
ッシャスプリングによってリフトが制御される通常の針
弁に変更することができる。なおまた、上記実施形態
は、ノズルボディ１２内に、第１及び第２針弁２４及び
２６を実質的に平行に配置した２針弁燃料噴射弁に関す
るものであるが、本発明は、この実施形態に限定される
ものではなく、総噴孔断面積が小さい第１噴孔を開閉す
る第１針弁と、総噴孔断面積が大きい第２針弁とを同軸
的に配置した形式の２針弁燃料噴射装置（一例として、
実開昭６３−１１２２７０号公報参照）にも、本発明を
適用することができ、略同様の効果を収めることができ
る。さらにまた、上記第１針弁２４及び第２針弁２６を
実質的に平行に配置した燃料噴射装置において、第１及
び第２針弁２６の何れか一方が作動し、他方が休止して
いるときに、休止している針弁を冷却して焼付きを防止
することが好ましく、その一つの手法として、上記切換
弁６６に部分的変更を加え、何れか一方の針弁２４又は
２６の適数個の開弁後に、第１及び第２針弁２４及び２
６を一回同時に開いて、休止している側の針弁に、焼付
きを起さない程度の時間間隔で燃料を流し同針弁を冷却
するように構成することができる。この場合、切換弁６
６の第１油路８４と第２油路８６が、同時に排油路１１
０に連通するスプール弁７４の第３の位置を設定すれば
良く、通常の場合、上記スプール弁７４の第３位置を設
定するために、もう一つの電磁アクチュエータをスプー
ル弁７４に作動的に連結し、上述したように、ソレノイ
ド７６及びアーマチャ１１８を含む第１及び第２の電磁
アクチュエータを交互に作動させることによって、第１
及び第２針弁２４及び２６の一方を選択的に作動させ、
第１及び第２の電磁アクチュエータを共に消勢すること
により第１及び第２針弁２４及び２６を共に作動させる
ことができる。

【００３５】

【発明の効果】叙上のように、本発明に係る燃料噴射装
置は、エンジンの各気筒の燃焼室に臨む先端部分に第１
噴孔及び同第１噴孔より大きい噴孔断面積を有する第２
噴孔を設けたノズルボディと、同ノズルボディ内に摺動
自在に嵌装されて上記第１噴孔及び第２噴孔を夫々開閉
する第１針弁及び第２針弁とを具備した燃料噴射ノズ
ル、上記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出装
置、同運転状態検出装置により検知されたエンジン運転
状態に応じ調量された高圧燃料を上記燃料噴射ノズルに
供給する燃料供給装置、上記運転状態検出装置の出力に
基づき上記第１噴孔及び第２噴孔の少くとも何れか一方
を開閉作動させる切換弁、上記運転状態検出装置により
検知されたエンジン運転状態に応じて上記切換弁を切換
え制御するコントロールユニット、及び上記切換弁が上
記コントロールユニットの制御指令に正しく応答せず上
記第１針弁のみの作動を許容するときに同コントロール
ユニットに故障信号を供給する故障判定装置を具備し、
同故障判定装置から上記故障信号が供給されたとき、同
コントロールユニットにより上記燃料供給装置を制御し
て、燃料噴射ノズルへの過大な噴射圧力の作用を回避す
るように燃料供給量を修正することを特徴とし、作動可
能な針弁が小さい総噴孔断面積を有する第１噴孔を制御
する第１針弁のみになり、総噴孔面積が大きい第２噴孔
制御用の第２針弁が作動不能となった万一の故障に際し
て、燃料噴射弁、燃料噴射ポンプ、燃料噴射管等燃料噴
射系構成部材の破損を確実に防止することができるの
で、安全性及び信頼性を向上し得る利点がある。

【００３６】上記発明において、上記切換弁が、その第
１位置において上記第１圧力室に高圧燃料を供給し、第
２位置において上記第２圧力室に高圧燃料を供給するス
プール弁と、付勢されたとき上記スプール弁をを第２位
置に駆動するソレノイドと、同ソレノイドの消勢時に上
記スプール弁を第１位置に駆動するリターンスプリング
とを有し、さらに、上記故障判定装置が、上記ソレノイ
ドの消勢にも拘わらず、スプール弁が上記第２位置に位
置しているときに、故障信号を発するように構成された
ことにより、第１及び第２針弁の構造を簡素化し得る利
点があり、また燃料噴射弁を含む燃料噴射系構成部材の
破損を生じる恐れがある故障の発生を確実に検知し得る
利点がある。なおまた、上記コントロールユニットが、
上記故障信号を受けたとき、エンジンの高負荷高回転運
転領域における燃料供給量を低減するように、上記燃料
供給装置を制御することにより、故障時における燃料噴
射系各構成部材の破損を効果的に防止し得る利点があ
る。さらに、上記コントロールユニットが、上記故障信
号を受けて燃料供給装置の燃料供給量を低減する際の上
記第１噴孔から噴射される最大燃料供給量を、エンジン
の通常運転時にそのエンジン回転数において設定される
上記第１噴孔から噴射される最大燃料噴射量と略同一と
なるように設定することにより、上記故障時における燃
料噴射系構成部材の破損を確実に防止し得ると共に、エ
ンジン性能の低下を最小限に抑止し得る利点がある。

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料噴射装置の上半部分を示す断
面図である。

【図２】図１に示した燃料噴射装置の下半部分を示す断
面図である。

【図３】図１に示した燃料噴射装置の異る断面における
上半部分の断面図である。

【図４】図３に示した燃料噴射装置の下半部分の断面図
である。

【図５】図１に示した燃料噴射装置のソレノイド７６の
消勢時における状態を示した要部断面図である。

【図６】図１に示した燃料噴射装置のソレノイド７６の
付勢時を示した要部断面図である。

【図７】図１におけるアーマチャ１１８を抽出して示し
た平面図である。

【図８】図１におけるスプール弁位置検知装置１３４の
変形例を示した要部断面図である。

【図９】図１及び図２に示した燃料噴射弁１０を含む燃
料噴射系全体の概略構成図である。

【図１０】図１におけるコントロールユニット又は制御
装置１３２に内蔵されているソレノイド７６の制御マッ
プの一例を示した線図である。

【図１１】図１におけるコントロールユニット又は制御
装置１３２に内蔵されている、燃料噴射ポンプ１２２の
燃料供給量制御用マップを示す線図である。

【図１２】上記コントロールユニット又は制御装置１３
２における燃料供給量制御プロセスを示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１０…燃料噴射弁、１２…ノズルボディ、１４…ディス
タンスピース、１６…ノズルホルダ、１８…リテーニン
グナット、２０…第１噴孔、２２…第２噴孔、２４…第
１針弁、２６…第２針弁、２８…燃料溜、４０…第１ス
プリング室、４２…第２スプリング室、４６…第１プレ
ッシャスプリング、５０…第１段プレッシャスプリン
グ、５４…第２段プレッシャスプリング、５６…第１圧
力室、５８…第２圧力室、６２…第１ピストン、６４…
第２ピストン、６２′…プッシュロッド、６４′…プッ
シュロッド、６６…切換弁、７０…弁ハウジング、７４
…スプール弁、７６…ソレノイド、８４…第１油路、８
６…第２油路、８８…燃料供給通路、９０…連絡通路、
９２…供給油路、９４…オリフィス、９８…分岐油路、
１０４…リターンスプリング、１０６…環状溝、１１０
…排油路、１１２…ソレノイドハウジング、１１８…ア
ーマチャ、１２２…燃料噴射ポンプ、１２４…燃料噴射
管、１３２…コントロールユニット、１３４…スプール
弁位置検知装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｍ 47/02 Ｆ０２Ｍ 47/02 63/00 63/00 ＣＲ (56)参考文献特開平４−272472（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−119955（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−118055（ＪＰ，Ａ) 西独国特許出願公開4115478（ＤＥ, Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 39/00 - 71/04 F02D 41/00 - 41/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの各気筒の燃焼室に臨む先端部
分に第１噴孔及び同第１噴孔より大きい噴孔断面積を有
する第２噴孔を設けたノズルボディと、同ノズルボディ
内に摺動自在に嵌装されて上記第１噴孔及び第２噴孔を
夫々開閉する第１針弁及び第２針弁とを具備した燃料噴
射ノズル、上記エンジンの運転状態を検出する運転状態
検出装置、同運転状態検出装置により検知されたエンジ
ン運転状態に応じ調量された高圧燃料を上記燃料噴射ノ
ズルに供給する燃料供給装置、上記運転状態検出装置の
出力に基づき上記第１噴孔及び第２噴孔の少くとも何れ
か一方を開閉作動させる切換弁、上記運転状態検出装置
により検知されたエンジン運転状態に応じて上記切換弁
を切換え制御するコントロールユニット、及び上記切換
弁が上記コントロールユニットの制御指令に正しく応答
せず上記第１針弁のみの作動を許容するときに同コント
ロールユニットに故障信号を供給する故障判定装置を具
備し、同故障判定装置から上記故障信号が供給されたと
き、同コントロールユニットにより上記燃料供給装置を
制御して、燃料噴射ノズルへの過大な噴射圧力の作用を
回避するように燃料供給量を修正することを特徴とする
燃料噴射装置。
【請求項２】上記切換弁が、その第１位置において第
１圧力室に高圧燃料を供給して上記第１噴孔を閉塞さ
せ、また、第２位置において第２圧力室に上記高圧燃料
を供給して上記第２噴孔を閉塞させるスプール弁と、付
勢されたとき上記スプール弁を第２位置に駆動するソレ
ノイドと、同ソレノイドの消勢時に上記スプール弁を第
１位置に駆動するリターンスプリングとを有し、上記故
障判定装置が、上記ソレノイドの消勢にも拘らず、スプ
ール弁が上記第２位置に位置しているときに、故障信号
を発するように構成されたことを特徴とする請求項１記
載の燃料噴射装置。
【請求項３】上記コントロールユニットは、上記故障
信号を受けたとき、エンジンの高負荷高回転運転領域に
おける燃料供給量を低減するように、上記燃料供給装置
を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装
置。
【請求項４】上記コントロールユニットは、上記故障
信号を受けて燃料供給装置の燃料供給量を低減する際の
上記第１噴孔から噴射される最大燃料供給量を、エンジ
ンの通常運転時にそのエンジン回転数において設定され
る上記第１噴孔から噴射される最大燃料噴射量と略同一
となるように設定することを特徴とする請求項３記載の
燃料噴射装置。