JP3149756B2

JP3149756B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP3149756B2
Application number: JP31943995A
Authority: JP
Inventors: 聖川谷; 真治中山
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 2001-03-26
Anticipated expiration: 2015-10-31
Also published as: JPH09126099A

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
燃料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噴孔から燃料を所要の高い噴射圧力で噴射
することができるので、エンジンの略全運転領域におい
て良好な燃焼が得られ、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を具えてい
る。

【０００５】しかしながら、上記既提案の燃料噴射装置
では、エンジンの運転状態の変化により、燃料噴射を行
なっている噴孔を、第１噴孔から第２噴孔に切換える場
合、及び逆に、第２噴孔から第１噴孔に切換える場合に
おいて、切換え時期又はタイミングに関しては、全く考
慮されていない。従って、上記噴孔の切換えが、燃料噴
射の途中で行なわれたり、燃料圧力の変動中に行なわれ
ることがあり、この場合、トルク変動が大きくなり、振
動、騒音が増大する不具合がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記既提案
の燃料噴射装置等、噴孔断面積が異る複数種（通常は２
種類）の噴孔の切換えを、燃料噴射の途中、或いは燃料
圧力の変動中に行なうことがなく、燃料噴射の休止中に
行なうことによって、大きなトルク変動を生ずることが
なく、トルク変動に基づく振動、騒音を低減することが
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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために創案されたもので、多気筒エンジンの各シ
リンダの燃焼室に臨む先端部分に第１噴孔及び同第１噴
孔より噴孔断面積が大きい第２噴孔を有するノズルボデ
ィと、同ノズルボディ内に設けられ上記第１噴孔及び第
２噴孔を夫々開閉する第１針弁及び第２針弁とを具えた
複数の燃料噴射弁、上記エンジンの回転速度及び負荷を
検知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の運転状態に応じて上記複数の燃料
噴射弁に、設定された噴射順序で、かつクランク角間隔
を存して夫々高圧燃料を供給する燃料供給装置、上記運
転状態検出装置により検知されたエンジンの運転状態に
応じて上記第１針弁及び第２針弁の少くとも一方を作動
可能に切換える切換装置、及び同切換装置の作動を制御
する制御装置を備え、同制御装置は、上記運転状態検出
装置の出力に基づき、上記各シリンダの燃焼室に各々配
設された上記複数の燃料噴射弁の噴射休止中の適宜タイ
ミングに上記噴射順序に従って各燃料噴射弁の切換装置
を駆動して第１及び第２針弁のうち作動すべき針弁の切
換えを行うように構成されたことを特徴とする燃料噴射
装置を提案するものである。（以下場合により第１発明
という）

【０００８】また、本発明は、多気筒エンジンの各シリ
ンダの燃焼室に臨む先端部分に第１噴孔及び同第１噴孔
より噴孔断面積が大きい第２噴孔を有するノズルボディ
と、同ノズルボディ内に設けられ上記第１噴孔及び第２
噴孔を夫々開閉する第１針弁及び第２針弁とを具えた複
数の燃料噴射弁、上記エンジンの回転速度及び負荷を検
知する運転状態検出装置、同運転状態検出装置により検
知されたエンジンの運転状態に応じて上記複数の燃料噴
射弁に、設定された噴射順序で、かつクランク角間隔を
存して夫々高圧燃料を供給する燃料供給装置、上記運転
状態検出装置により検知されたエンジンの運転状態に応
じて上記第１針弁及び第２針弁の少くとも一方を作動可
能に切換える切換装置、及び同切換装置の作動を制御す
る制御装置を備え、同制御装置は、上記運転状態検出装
置の出力に基づき、上記複数の燃料噴射弁の噴射休止中
の適宜タイミングに上記噴射順序に従って各燃料噴射弁
の切換装置を駆動して第１及び第２針弁のうち作動すべ
き針弁の切換えを行うように構成され、さらに、上記制
御装置は、上記エンジンの回転数及び負荷に応じて第１
針弁及び第２針弁のうち作動すべき針弁を選択する制御
マップを有すると共に、クランク軸に連動する動弁カム
軸の回転角速度を演算して各燃料噴射弁の休止中におけ
る上記切換装置の切換え作動時期を設定する手段を有す
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。（以下場合により第２発明という）

【０００９】なおまた、本発明は、多気筒エンジンの各
シリンダの燃焼室に臨む先端部分に第１噴孔及び同第１
噴孔より噴孔断面積が大きい第２噴孔を有するノズルボ
ディと、同ノズルボディ内に設けられ上記第１噴孔及び
第２噴孔を夫々開閉する第１針弁及び第２針弁とを具え
た複数の燃料噴射弁、上記エンジンの回転速度及び負荷
を検知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の運転状態に応じて上記複数の燃
料噴射弁に、設定された噴射順序で、かつクランク角間
隔を存して夫々高圧燃料を供給する燃料供給装置、上記
運転状態検出装置により検知されたエンジンの運転状態
に応じて上記第１針弁及び第２針弁の少くとも一方を作
動可能に切換える切換装置、及び同切換装置の作動を制
御する制御装置を備え、同制御装置は、上記運転状態検
出装置の出力に基づき、上記複数の燃料噴射弁の噴射休
止中の適宜タイミングに上記噴射順序に従って各燃料噴
射弁の切換装置を駆動して第１及び第２針弁のうち作動
すべき針弁の切換えを行うように構成され、さらに、上
記制御装置は、上記複数の燃料噴射弁の休止中、夫々の
気筒の排気上死点近傍において、各燃料噴射弁の切換装
置に駆動出力を提供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。（以下場合により第３発明とい
う）

【００１０】また、本発明は、多気筒エンジンの各シリ
ンダの燃焼室に臨む先端部分に第１噴孔及び同第１噴孔
より噴孔断面積が大きい第２噴孔を有するノズルボディ
と、同ノズルボディ内に設けられ上記第１噴孔及び第２
噴孔を夫々開閉する第１針弁及び第２針弁とを具えた複
数の燃料噴射弁、上記エンジンの回転速度及び負荷を検
知する運転状態検出装置、同運転状態検出装置により検
知されたエンジンの運転状態に応じて上記複数の燃料噴
射弁に、設定された噴射順序で、かつクランク角間隔を
存して夫々高圧燃料を供給する燃料供給装置、上記運転
状態検出装置により検知されたエンジンの運転状態に応
じて上記第１針弁及び第２針弁の少くとも一方を作動可
能に切換える切換装置、及び同切換装置の作動を制御す
る制御装置を備え、同制御装置は、上記運転状態検出装
置の出力に基づき、上記複数の燃料噴射弁の噴射休止中
の適宜タイミングに上記噴射順序に従って各燃料噴射弁
の切換装置を駆動して第１及び第２針弁のうち作動すべ
き針弁の切換えを行なうように構成されたことを特徴と
する燃料噴射装置を提案するものである。この発明にお
いては、上記切換装置が、上記第１針弁及び第２針弁の
まわりに形成されたノズルボディ内の燃料溜に上記燃料
供給装置からの高圧燃料を供給する燃料供給通路に配設
された弁シリンダと、同弁シリンダ内に摺動自在に嵌装
されたスプール弁と、同スプール弁に作動的に連結さ
れ、同スプール弁を、上記第１針弁のみの開閉作動を可
能とする第１位置と、第２針弁のみの開閉作動を可能と
する第２位置と、第１針弁及び第２針弁の双方を開閉可
能とする第３位置の何れかに選択的に駆動する電磁アク
チュエータとを有する油圧式切換弁装置であることが好
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。先ず、図１ない
し図１０に示した本発明の第１実施形態において、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を挾ん
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。上記ノズルホルダ１６は、さらに上下
に２分割された上方ノズルホルダ１６ａと下方ノズルホ
ルダ１６ｂとからなり、上方及び下方ノズルホルダ１６
ａ及び１６ｂは緊締ナット２０により一体的に緊締され
ている。また、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
射する低速用の第１噴孔２２と、高速用の第２噴孔２４
とが設けられている。上記第１噴孔２２及び第２噴孔２
４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２２の総噴孔断面積は、第２噴孔２
４の総噴孔断面積より小さく形成されている。

【００１２】さらに、上記ノズルボディ１２内に、上記
第１噴孔２２を開閉する第１針弁２６と、第２噴孔２４
を開閉する第２針弁２８とが、実質的に平行に収容さ
れ、同第１針弁２６及び第２針弁２８は、ノズルボディ
１２内に形成された共通の燃料溜３０に臨む段部２６′
及び２８′を夫々具えている。上記燃料溜３０は、上記
第１及び第２針弁２６及び２８の外周を囲んで夫々形成
された円筒状の燃料通路３２及び３４に連通し、同燃料
通路３２及び３４は、各針弁の円錐状弁面と協働する弁
シート部３６及び３８を介して、夫々第１及び第２噴孔
２２及び２４に連通する。また、同燃料通路３２及び３
４は、上記弁シート部３６及び３８の上流側で横方向の
連通路４０によって相互に連通されている。

【００１３】上記下方ノズルホルダ１６ｂの内部に、上
記第１及び第２針弁２６及び２８に対して夫々同軸的に
円筒状の第１及び第２スプリング室４２及び４４が設け
られ、同スプリング室４２及び４４内に、夫々スプリン
グリテーナ４６及び４８を介して、第１針弁２６及び第
２針弁２８を常時弁シート部３６及び３８に対し弾性的
に圧接する第１及び第２のプレッシャスプリング５０及
び５２が収容されている。また、上方ノズルホルダ１６
ａ内には、上記第１及び第２針弁２６及び２８に対して
夫々同軸的に第１及び第２圧力室５４及び５６が並設さ
れ、同圧力室５４及び５６には第１及び第２ピストン５
８及び６０が、夫々摺動自在に嵌装されている。上記第
１及び第２ピストン５８及び６０には、上記スプリング
リテーナ４６及び４８に向って延在する第１及び第２の
ピストン軸又はプッシュロッド６２及び６４が一体的に
形成され又は別体に作られて連結されている。

【００１４】さらに、上方ノズルホルダ１６ａ内に、総
括的に符号６６で示した切換装置又は切換弁が設けら
れ、同切換弁６６は、二つのランド６８ａ及び６８ｂを
具えたスプール弁６８と、同スプール弁６８を摺動自在
に収容する弁シリンダ７０と、スプール弁６８を駆動す
る電磁アクチュエータ７２とを具えている。上記弁シリ
ンダ７０は、図２の断面図に良く示されているように、
図示されていない燃料噴射ポンプ等の高圧燃料源に接続
された燃料供給通路７４に常時連通すると共に、上記ス
プール弁６８によって上記第１及び第２圧力室５４及び
５６との連通を制御される第１及び第２の入口通路７６
及び７８を具えている。

【００１５】上記燃料供給通路７４は、図２の断面図に
良く示されているように、上記弁シリンダ７０の一部を
通って上方ノズルホルダ１６ａ及び下方ノズルホルダ１
６ｂ内の延長通路７４ａ、ディスタンスピース１４内の
通路７４ｂ、及びノズルボディ１２内の通路７４ｃを経
て上記燃料溜３０に連通している。さらに、上方ノズル
ホルダ１６ａ内に、燃料噴射ポンプのリークオフ通路等
の低圧燃料源に連通する燃料排出通路８０が設けられ、
同通路８０は、図１に良く示されているように、スプー
ル弁６８のランド６８ａ及び６８ｂによって上記弁シリ
ンダ７０との連通を制御される。また同燃料排出通路８
０は、図２に良く示されているように、分岐通路８０ａ
を介して上記第１スプリング室４２に連通し、同第１ス
プリング室４２は、第２スプリング室４４との隔壁の下
端部分に設けられた連通孔又は切欠８２を介して同第２
スプリング室４４に連通している。

【００１６】上記電磁アクチュエータ７２は、上記スプ
ール弁６８の弁軸６８ｃと同弁軸の弁シリンダ７０から
突出した端部に固着されたストッパプレート８４とから
なるアーマチヤ８６と、上記弁軸６８ｃを囲んでハウジ
ング８８内に収容されたソレノイド９０と、同ソレノイ
ド９０の消勢時に、スプール弁６８を図１に示す右動位
置に弾性的に保持するリターンスプリング９２とから構
成されている。

【００１７】上記ソレノイド９０は、エンジンの回転数
を検知する回転数センサ９４の出力信号Ｎ_ｅと、エンジ
ンの負荷を示すアクセルペダル踏込み量を検知するアク
セル開度センサ９６の出力信号Ａ_ｃとを受容して駆動出
力を生起するコントロールユニット又は制御装置９８に
よって制御される。同コントロールユニット又は制御装
置９８は、その一例を図５に示した制御マップを内蔵し
ており、エンジンの高速高負荷運転領域Ａ及び定速低負
荷領域Ｃでは、ソレノイド９０を消勢させ、中間の領域
Ｂ（即ち、低速かつ中、高負荷時、及び中速かつ低、
中、高負荷時、並びに高速低負荷時）には、ソレノイド
９０を付勢する。

【００１８】上記実施形態において、図１及び図２は、
エンジンが上記領域Ａ又はＣで運転していてソレノイド
９０が消勢されている状態を示し、このとき切換弁６６
のスプール弁６８がリターンスプリング９２により、図
示の右動位置に保持されている。スプール弁６８の右動
により、燃料供給通路７４と第１入口通路７６とが連通
し、同燃料供給通路７４に高圧燃料が供給されると、同
高圧燃料が第１圧力室５４に流入する。第１圧力室５４
に流入した高圧燃料が第１ピストン５８に作用して同ピ
ストンを圧下するので、第１プッシュロッド６２がスプ
リングリテーナ４６を介して、第１プレッシャスプリン
グ４２と協働して第１針弁２６を閉方向に付勢する。

【００１９】一方、上記スプール弁６８の右動により、
第２入口通路７８が弁シリンダ７０を介して燃料排出通
路８０に連通するので、第２ピストン６０及び同ピスト
ンに連結された第２プッシュロッド６４が、第２スプリ
ングリテーナ４８を介して第２針弁２８を閉方向に付勢
することはなく、同第２針弁２８は第２プレッシャスプ
リング５２のみによって閉方向に付勢されている。

【００２０】従って、燃料噴射ポンプ等の高圧燃料が燃
料供給通路７４に供給されると、高圧燃料が燃料通路７
４ａ，７４ｂ及び７４ｃを通り燃料溜３０に供給され、
第１針弁２６の段部２６′及び第２針弁２８の段部２
８′に作用し開弁方向に押圧する。上記のように、第１
針弁２６には、第１プレッシャスプリング５０の閉弁方
向の力と、第１ピストン５８に作用する燃料圧力に基づ
く閉弁方向の力とが作用しているので、第１針弁２６は
開かず、第２針弁２８即ち高速用の針弁のみが開く。エ
ンジンが運転領域Ａで運転しているとき、総噴孔断面積
が大きい第２噴孔２４から、燃料が高圧噴射されて燃料
噴霧が微細化され、良好な燃焼が行なわれ、優れたエン
ジン出力、燃費及び排出ガス性能が得られる。また、エ
ンジンが運転領域Ｃで運転しているときは、相対的に少
量の燃料が総噴孔断面積が大きい第２噴孔２４から噴射
されるので、初期燃焼が抑制されて燃焼が緩和され、ア
イドル運転を含む低負荷低速運転時の騒音発生が効果的
に低減される。

【００２１】次に、エンジンが上記運転領域Ｂで運転さ
れているときは、コントロールユニット又は制御装置９
８により、電磁アクチュエータ７２のソレノイド９０が
付勢されてスプール弁６８が図１において左方に変位す
る。同スプール弁６８の左動により、第１入口通路７６
が燃料排出通路８０に連通されると共に、第２入口通路
７８が燃料供給通路７４に連通される。燃料供給通路７
４に高圧燃料が供給されると、第２ピストン６０が燃料
圧力を受けて下降し、第２プッシュロッド６４がスプリ
ングリテーナ４８を介して第２針弁２８を閉方向に押圧
する。この結果、第２針弁２８は第２プレッシャスプリ
ング５２及び燃料圧力を受けた第２ピストン６０の双方
から閉弁方向の力を受け、一方、第１針弁２６には第１
プレッシャスプリング５０の閉弁力のみが作用してい
る。

【００２２】従って、燃料供給通路７４に高圧燃料が供
給されると、燃料溜３０内の燃料圧力によって第１針弁
２６のみが開かれ、第２針弁２８は閉状態に保持され
る。エンジンが上記運転領域Ｂで運転しているときに、
相対的に小さい総噴孔断面積を有する第１噴孔２２から
高圧力で噴射されるので、燃料噴霧の微細化により良好
な燃焼が行なわれ、優れたエンジン出力、燃費及び排出
ガス性能が得られる。

【００２３】上記のように、第１針弁２６が作動して噴
孔断面積が小さい第１噴孔２２から燃料が噴射される場
合、及び第２針弁２８が作動して噴孔断面積が大きい第
２噴孔２４から燃料が噴射される場合の何れの状態で
も、作動している噴孔２２又は２４に供給される燃料の
一部が、休止している側の針弁２６又は２８の周囲の燃
料通路３２又は３４から横方向通路４０を経て供給され
るので、休止している針弁２６又は２８の冷却が行なわ
れ焼付きが防止される。また、休止している針弁２６又
は２８を、燃料圧力により不作動状態にロックするため
に、切換弁６６から第１又は第２圧力室５４又は５６に
供給される燃料油量は少量であり、また休止している針
弁外周の通路３２又は３４に存在する燃料油量も少量で
あるので、噴射終了時の切れの悪化がなく、後もれの不
具合がない。

【００２４】さて、上記燃料噴射弁１０を多気筒ディー
ゼルエンジンの各気筒に装着した場合、エンジンの運転
状態に応じて燃料噴射を行なう噴孔２２及び２４の切換
えは、作動している噴孔２２又は２４が、燃料噴射を行
なっている途中で行なわれないようにする必要がある。
以下、上記燃料噴射弁１０を６気筒の４サイクル直列デ
ィーゼルエンジンに適用した場合について説明する。

【００２５】先ず、上記図５の制御マップにおいて、上
記Ａ，Ｂ及びＣの各運転領域に括弧を付して示した通
り、領域Ａ及びＣでは、噴孔断面積が大きい第２噴孔２
４から燃料が噴射され、このとき電磁アクチュエータ７
２のソレノイド９０は消勢され０で表わされ、また領域
Ｂでは、噴孔断面積が小さい第１噴孔２２から燃料が噴
射され、このとき電磁アクチュエータ７２のソレノイド
９０は付勢され１で表わされている。上記６気筒４サイ
クルディーゼルエンジンの着火順は、一例として図６に
示す通りであって、エンジン前端の第１気筒から順次６
個の気筒を、＃１〜＃６の符号で表わし、この例では＃
１−＃５−＃３−＃６−＃２−＃４の順序であり、図中
の角度表示は、エンジンの回転数Ｎ_ｅの１／２の回転数
で回転する動弁カム軸の各気筒の着火時期を示す回転角
度を示している。

【００２６】上記各気筒の第１噴孔２２から第２噴孔２
４への切換え、又は第２噴孔２４から第１噴孔２２への
切換え（以下、場合により噴孔切換と称する）は、上述
したようにコントロールユニット又は制御装置９８が、
切換弁６６に対して噴孔切換えの指令を受けたとき、ソ
レノイド９０又はリターンスプリング９２の電磁力又は
ばね力によるスプール弁６８の応答遅れを考慮して、各
気筒＃１〜＃６毎に、その近傍で燃料噴射弁１０の燃料
噴射が行なわれる圧縮上死点から最も遠い排気上死点
（圧縮上死点から動弁カム軸の回転角度にして１８０
°）又はその近傍で行なわれることが最も好ましい。

【００２７】上記コントロールユニット又は制御装置９
８の噴孔切換え態様の第１の実施例を、図９のフローチ
ャートについて説明する。以下のフローチャートにおい
て、Ｄ＝０は上記ソレノイド９０の消勢を、Ｄ＝１は同
ソレノイド９０の付勢を、またＤ′はソレノイド９０の
リアルタイム直前の消勢又は付勢を表わすデータであ
る。図８は、上記フローチャートに記載されている機能
表示図であって、図示のように、Ｄ＋Ｄ′が０又は２の
場合、噴孔切換えは行なわれず、Ｄ＋Ｄ′が１のときに
は、噴孔切換えが行なわれる（ここでの０，１は、勿
論、図５の制御マップにおける領域Ａ，Ｂ及びｃに記入
した０，１に対応する。）。また、図７は各気筒＃１〜
＃６の遅れ要素τ_ｏ（動弁カム軸のカム角）と、噴孔切
換え順位ｎを示した図である。

【００２８】プログラムがスタートし、ステップＳ_１に
おいて、ソレノイド９０の付勢又は消勢を示すＤの直前
のデータ又は前回データと、エンジンの回転数情報Ｎ_ｅ
及び負荷情報（この場合アクセル開度を示す情報Ａ_ｃ）
とが読み込まれる。ステップＳ_２において、読込まれて
いる上記制御マップによりＤが０（消勢）であるか１
（付勢）であるかが判断される。次のステップＳ_３にお
いて、前回データＤ′とステップＳ_２で判断されたＤと
が加算され、Ｄ＋Ｄ′が１（即ち、０＋１又は１＋０）
であるか、０又は２（即ち、０＋０又は１＋１）である
かが調べられる。もし、Ｄ＋Ｄ′＝０又は２であれば、
ステップＳ_１にリターンし、一方、Ｄ＋Ｄ′＝１であれ
ば、噴孔切換えが指令される。噴孔切換えが指令される
と、ステップはＳ_４に進み、第１気筒＃１が排気上死点
であるか否かが判断され、もし第１気筒＃１が丁度排気
上死点（ＹＥＳ）にあれば、ステップはＳ_５に進み、排
気上死点にない（ＮＯ）場合は、再びＳ_４にリターンし
第１気筒＃１が排気上死点になるまで待つこととなる。

【００２９】ステップＳ_５では、タイマｔがスタートす
ると共に、第１気筒＃１のソレノイド９０の切換え制御
が行なわれる。続いて、ステップＳ_６において、動弁カ
ム軸の角速度ωで着火順の次の気筒の角度間隔６０°を
除算した時間が来たかどうかが調べられ、その時間が経
過（ＹＥＳ）すると、ステップＳ_７に進んで次順位の第
５気筒＃５のソレノイド９０の切換え制御が行なわれ
る。時間ｔ≒６０°／ωに達するまでの間（ＮＯ）は、
ステップＳ_６にリターンし、略時間ｔに到達するまで、
待つこととなる。以下同様のステップが繰返されて、最
後にステップＳ_８において時間ｔ≒３００°／ωを満足
する時間が経過すると、ステップＳ_９で最後の第４気筒
＃４のソレノイド９０の切換え制御が行なわれる。上記
のように、第１ないし第６気筒＃１ないし＃６を、着火
順に従い、夫々の気筒の排気上死点付近で、切換え制御
することにより、燃料噴射弁１０の燃料噴射の途中、或
は噴射直後等の燃料圧力変動中に、噴孔切換えが行なわ
れることがないので、トルク変動が大きくなることがな
く、トルク変動に基づく振動、騒音の増大を効果的に防
止することができる。

【００３０】次に、上記コントロールユニット又は制御
装置９８の噴孔切換え態様の第２の実施例を、図１０の
フローチャートについて説明する。この実施例では、噴
孔切換えの指令が発せられたとき、第１気筒＃１の排気
上死点が到来したのち、第１気筒＃１から着火順に従い
順次に夫々の気筒のソレノイド９０の切換えを行なう図
９とは異り、噴孔切換え指令が発せられたとき、最初に
排気上死点となる気筒から着火順に従い順次に夫々の気
筒のソレノイド９０の切換えが行なわれる点に特徴があ
る。プログラムがスタートして、噴孔切換え指令が発せ
られるステップＳ_１００及びステップＳ_１０１までは、
上記第１実施例と実質的に同一であるので、説明を省略
する。

【００３１】噴孔切換え指令が発せられると、ステップ
はＳ_１０２に進み、コントロールユニット又は制御装置
９８のカウンタがｍ＝１にセットされると共に、動弁カ
ム軸の角速度ω＝πＮ_Ｅ／６０が演算される。同時に、
ステップＳ_１０３でタイマｔがスタートして、時間ｔが
読込まれ、動弁カム軸の回転角度θ＝ωｔが演算され
る。次に、ステップＳ_１０４において、上記回転角度θ
を着火角度間隔６０°で除算し、その値が略整数ｎにな
るかどうかが判断される。即ち、噴孔切換え指令が発せ
られたのち、最初の排気上死点となる気筒の見極めが行
なわれる。略整数ｎになるまではステップＳ_１０３にリ
ターンし、略整数ｎになった（ＹＥＳ）とき、ステップ
はＳ_１０５に進む。

【００３２】ステップＳ_１０５では、コントロールユニ
ット９８に内蔵されている上記遅れ要素のマップ（図
７）から、上記ｎに対応する特定気筒＃ｎ′のソレノイ
ド９０の切換え制御が行なわれる。その後は、動弁カム
軸の回転角度間隔６０°毎に、即ちステップＳ_１０４の
整数ｎが、ｎ＋１，ｎ＋２…と１増える毎に着火順に従
い全気筒のソレノイド９０が順次切換え制御される。各
気筒のソレノイド９０の切換え制御毎に、カウンタｍは
当然１ずつ加算し、ステップＳ_１０６において、ｍ＝７
になったかどうか、即ち全気筒のソレノイド９０の切換
え制御が終了したかどうかが調べられ、終了するまで
は、ステップＳ_１０３にリターンし、終了すると、ステ
ップＳ_１０７でタイマｔ及びカウンタｍがリセットさ
れ、最初のステップＳ_１００にリターンする。

【００３３】次に、図１１は、本発明の第２の実施形態
の要部を示した断面図である。この実施形態では、第１
針弁２６を囲繞する第１の燃料溜３０ａと、第２針弁２
８を囲繞する第２の燃料溜３０ｂとが、ノズルボディ１
２内に独立に形成されており、第１燃料溜３０ａに連通
する燃料通路１００ａ及び第２燃料溜３０ｂに連通する
燃料通路１００ｂが、図１に示された切換弁６６と同様
構造の切換弁によって燃料供給通路７４との連通を、直
接的に制御されるように構成されている。図１１は、電
磁アクチュエータ７２のソレノイド９０が消勢されてい
て、スプール弁６８がリターンスプリング９２により右
動しており、燃料供給通路７４と第１燃料溜３０ａとが
燃料通路１００ａを介して連通すると共に、第２燃料溜
３０ｂは燃料通路１００ｂを介して燃料排出通路８０に
連通している。従って、燃料噴射ポンプ等の高圧燃料源
から燃料供給通路７４に高圧燃料が供給されると、第１
針弁２６が開き第１噴孔２２から燃料が噴射される。ま
た、電磁アクチュエータ７２が付勢されると、スプール
弁６８が、図示位置から左動して、燃料供給通路７４と
第２燃料溜３０ｂとを燃料通路１００ｂを介して連通さ
せると共に、第１燃料溜３０ａと燃料排出通路８０とを
燃料通路１００ａを介して連通させる。従って、高圧燃
料源から燃料供給通路に高圧燃料が供給されると、第２
針弁２８が開き第２噴孔２４から燃料が噴射される。

【００３４】上記電磁アクチュエータ７２のソレノイド
９０は、コントロールユニット又は制御装置９８によっ
て制御され、同コントロールユニット９８の作動態様
は、上述した図９のフローチャートに示されているよう
に、噴孔切換えの指令が発せられたとき、第１気筒＃１
から着火順にすべての気筒のソレノイド９０が、それぞ
れ排気上死点において切換え制御されるようなモードで
も良く、または図１０のフローチャートに示されている
ように、噴孔切換えの指令が発せられたとき、最初に排
気上死点に達する気筒から着火順に従い順次後続気筒の
ソレノイド９０が、それぞれ排気上死点において切換え
制御されても良い。

【００３５】また、図１２ないし図１４は、本発明の第
３の実施形態を示すものである。この実施形態では、上
記第２実施形態と同様に、第１針弁２６及び第２針弁２
８を囲繞する各独立の第１及び第２燃料溜３０ａ及び３
０ｂがノズルボディ１２内に設けられ、各燃料溜３０
ａ，３０ｂに連通する燃料通路１００ａ，１００ｂと燃
料供給通路７４との連通が切換弁６６によって制御され
る。

【００３６】上記切換弁６６のスプール弁６８には、図
示のように左右一対の電磁アクチュエータ７２_Ｌ及び７
２_Ｒが連結されており、各アクチュエータ７２_Ｌ及び７
２_Ｒの構造は実質的に、第１実施形態と同一であるの
で、各構成部材には、同一の符号にＬ又はＲのサフィッ
クスを付し、詳細な説明は省略する。なお、左右の電磁
アクチュエータ７２_Ｌ及び７２_Ｒのリターンスプリング
９２_Ｌ及び９２_Ｒは、後述するように、スプール弁６８
を中立位置に保持する中立ばねとしても作動する。

【００３７】図示の状態は、コントロールユニット又は
制御装置９８により右方の電磁アクチュエータ７２_Ｒの
ソレノイド９０_Ｒが付勢され、左方の電磁アクチュエー
タ７２_Ｌのソレノイド９０_Ｌが消勢されていて、スプー
ル弁６８が右動している状態を示している。このとき第
１燃料溜３０ａと燃料供給通路７４とが燃料通路１００
ａを介して連通し、第２燃料溜３０ｂと燃料排出通路８
０とが燃料通路１００ｂを介して連通している。従っ
て、高圧燃料源から燃料供給通路７４に高圧燃料が供給
されると、第１針弁２６が開き第１噴孔２２から燃料が
噴射され、一方、第２針弁２８は休止している。

【００３８】次に、右方の電磁アクチュエータ７２_Ｒが
消勢されると共に、左方の電磁アクチュエータ７２_Ｌが
付勢されると、リターンスプリング又は中立ばね９２_Ｒ
が圧縮されてスプール弁６８が、図１３に示されている
ように左動する。このときは、第２燃料溜３０ｂと燃料
供給通路７４とが、燃料通路１００ｂを介して連通し、
第１燃料溜３０ａと燃料排出通路８０とが、燃料通路１
００ａを介して連通している。従って、第２針弁２８が
開弁可能であり、第１針弁２６は休止している。

【００３９】さらに、コントロールユニット９８によっ
て、左右の電磁アクチュエータ７２_Ｌ及び７２_Ｒが共に
消勢されると、各電磁アクチュエータのリターンスプリ
ング兼中立ばね９２_Ｌ及び９２_Ｒの作用によって、スプ
ール弁６８が図１４に示されている中立位置に保持され
る。この中立位置では、燃料供給通路７４が、燃料通路
１００ａ及び１００ｂの双方に連通するので、高圧燃料
源から燃料供給通路７４に燃料が供給されると、第１針
弁２６及び第２針弁２８の両方が開弁可能な状態とな
り、第１噴孔２２及び第２噴孔２４の双方から燃料が噴
射される。従って、エンジンの運転状態に応じ、何れか
一方の針弁例えば第１針弁２６が作動し、第２針弁２８
が休止しているときに、適数回の第１針弁２６の作動
後、両方の針弁２６及び２８を、上記のように１回同時
に作動させることによって、休止している側の針弁を冷
却し焼付きを防止することができ、また、図５に示した
エンジンの運転領域Ａ及びＣにおいて、第１針弁２６及
び第２針弁２８を同時に作動させると共に、運転領域Ｂ
では、第１針弁２６及び第２針弁２８を交互に作動させ
るようにすることもできる。

【００４０】上記第３の実施形態に係る燃料噴射弁１０
においても、上述した図９又は図１０に示したフローチ
ャートに、若干の修正を加えることによって、第１噴孔
２２及び第２噴孔２４の何れか一方、又は双方の燃料噴
射の途中にではなく、好ましくは各気筒の排気上死点近
傍において、電磁アクチュエータ７２_Ｌ及び７２_Ｒのソ
レノイド９０_Ｌ及び_Ｒの切換え制御を行なうことによ
り、トルク変動、振動及び騒音を低減し得ることは、明
らかである。

【００４１】なお、上記図１１及び図１２において、図
示は省略されているが、第１針弁２６及び第２針弁２８
には、夫々第１及び第２のプレッシャスプリング（図１
におけるプレッシャスプリング５０及び５２に対応）の
ばね力が印加され、このばね力により各針弁２６，２８
の開弁圧が設定されることは、従前の通りである。なお
また、本発明は、例示した６気筒ディーゼルエンジンに
限定されるものではなく、４気筒、８気筒等の多気筒デ
ィーゼルエンジンに広く適用することができる。さら
に、上記電磁アクチュエータ７２，７２_Ｌ及び７２_Ｒの
ソレノイド９０，９０_Ｌ及び９０_Ｒの切換え制御は、上
述したように排気上死点付近で行なわれることが最も好
ましく、また応答遅れを考慮すると安全でもあるが、排
気上死点近傍以外でも良く、要は燃料噴射期間を外れた
タイミングで上記ソレノイドの切換え制御が終了しさえ
すれば良い。さらに、本発明は、第１針弁と第２針弁と
を同軸的に配設して、第１針弁により第１噴孔を、また
第２針弁により第２噴孔を、夫々開閉するようにした燃
料噴射弁にも同様に適用することができる。

【００４２】

【発明の効果】叙上のように、第１発明に係る燃料噴射
装置は、多気筒エンジンの各シリンダの燃焼室に臨む先
端部分に第１噴孔及び同第１噴孔より噴孔断面積が大き
い第２噴孔を有するノズルボディと、同ノズルボディ内
に設けられ上記第１噴孔及び第２噴孔を夫々開閉する第
１針弁及び第２針弁とを具えた複数の燃料噴射弁、上記
エンジンの回転速度及び負荷を検知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の運
転状態に応じて上記複数の燃料噴射弁に、設定された噴
射順序で、かつクランク角間隔を存して夫々高圧燃料を
供給する燃料供給装置、上記運転状態検出装置により検
知されたエンジンの運転状態に応じて上記第１針弁及び
第２針弁の少くとも一方を作動可能に切換える切換装
置、及び同切換装置の作動を制御する制御装置を備え、
同制御装置は、上記運転状態検出装置の出力に基づき、
上記各シリンダの燃焼室に各々配設された上記複数の燃
料噴射弁の噴射休止中の適宜タイミングに上記噴射順序
に従って各燃料噴射弁の切換装置を駆動して第１及び第
２針弁のうち作動すべき針弁の切換えを行うように構成
されたことを特徴とし、燃料噴射の途中、或いは燃料圧
力の変動中に切換えを行うことによって生起するトルク
変動、及びトルク変動に起因する振動、騒音の発生を確
実に抑止することができる利点があり、またエンジンの
運転状態に応じて第１針弁及び第２針弁を交互に作動さ
せ、又は同時に作動させることができるので、エンジン
性能の向上、トルク変動等の不具合を生じない針弁の切
換え、さらに針弁の焼付防止等の効果を奏し得るもので
ある。

【００４３】また、第２発明によれば、上記制御装置
が、上記エンジンの回転数及び負荷に応じて第１針弁及
び第２針弁のうち作動すべき針弁を選択する制御マップ
を有すると共に、クランク軸に連動する動弁カム軸の回
転角速度を演算して各燃料噴射弁の休止中における上記
切換装置の切換え作動時期を設定する手段を有すること
により、上記第１発明の種々の利点に加え、エンジンの
運転状態に応じた適切な燃料噴射が行われるので、エン
ジン性能の向上を図ることができると共に、作動すべき
針弁の切換え時期を動弁カム軸の回転角速度に対応して
適切に選択し得る利点がある。さらに、第３発明によれ
ば、上記制御装置は、上記複数の燃料噴射弁の休止中、
夫々の気筒の排気上死点近傍において、各燃料噴射弁の
切換装置に駆動出力を提供することにより、上記第１発
明の種々の利点に加え、上記切換装置の応答に多少の遅
れがあっても、燃料噴射時期を確実に避けて上記作動す
べき針弁の切換えを行い得る利点がある。

【００４４】また、上記切換装置が、上記第１針弁及び
第２針弁のまわりに形成されたノズルボディ内に形成さ
れた燃料溜に上記燃料供給装置からの高圧燃料を供給す
る燃料供給通路に配設された弁シリンダと、同弁シリン
ダ内に摺動自在に嵌装されたスプール弁と、同スプール
弁に作動的に連結され、同スプール弁を、上記第１針弁
のみの開閉作動を可能とする第１位置と、第２針弁のみ
の開閉作動を可能とする第２位置の何れかに選択的に駆
動する電磁アクチュエータとを有することによって、上
記作動すべき針弁の切換えを、高圧燃料自体を作動圧力
媒体として応答性良く行ない得る利点がある。

【００４５】なお、第１発明の実施に際し、上記切換装
置が、上記第１針弁及び第２針弁のまわりに形成された
ノズルボディ内の燃料溜に上記燃料供給装置からの高圧
燃料を供給する燃料供給通路に配設された弁シリンダ
と、同弁シリンダ内に摺動自在に嵌装されたスプール弁
と、同スプール弁に作動的に連結され、同スプール弁
を、上記第１針弁のみの開閉作動を可能とする第１位置
と第２針弁のみの開閉作動を可能とする第２位置と、第
１針弁及び第２針弁の双方を開閉可能とする第３位置の
何れかに選択的に駆動する電磁アクチュエータとを有す
る構成とすることにより、エンジンの運転状態に応じ適
切な燃料噴射を行うことができると共に、休止している
燃料噴射用の針弁の焼付きが防止される追加の利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す燃料噴射弁の縦
断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿い矢印方向に視た断面
図である。

【図３】図１に示した燃料噴射弁の上面図である。

【図４】図１に示した燃料噴射弁の底面図である。

【図５】図１に示した燃料噴射弁の作動すべき針弁の制
御マップを示す線図である。

【図６】本発明を６気筒ディーゼルエンジンに適用した
場合の着火順の一例を示した線図である。

【図７】図６に示した着火順の６気筒ディーゼルエンジ
ンにおける各気筒の遅れ要素を示した図表である。

【図８】図１におけるコントロールユニット９８の作動
態様を示すフローチャートにおける機能表を示した図表
である。

【図９】図１におけるコントロールユニット９８の第１
の作動態様を示すフローチャートである。

【図１０】図１におけるコントロールユニット９８の第
２の作動態様を示すフローチャートである。

【図１１】本発明の第２の実施形態を示す要部断面図で
ある。

【図１２】本発明の第３の実施形態を示す要部断面図で
ある。

【図１３】図１２においてスプール弁６８が左動した態
様を示す部分的断面図である。

【図１４】図１２においてスプール弁６８が中立位置に
位置している状態を示した部分的断面図である。

【符号の説明】

１０…燃料噴射弁、１２…ノズルボディ、１６…ノズル
ホルダ、２２…第１噴孔、２４…第２噴孔、２６…第１
針弁、２８…第２針弁、３０，３０ａ，３０ｂ…燃料
溜、５０，５２…プレッシャスプリング、５４…第１ピ
ストン、６０…第２ピストン、６６…切換弁、６８…ス
プール弁、７０…弁シリンダ、７２，７２_Ｌ，７２_Ｒ…
電磁アクチュエータ、７４…燃料供給通路、８０…燃料
排出通路、９０，９０_Ｌ，９０_Ｒ…ソレノイド、９８…
コントローラ又は制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭56−75960（ＪＰ，Ａ) 実開平５−36071（ＪＰ，Ｕ) 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】多気筒エンジンの各シリンダの燃焼室に
臨む先端部分に第１噴孔及び同第１噴孔より噴孔断面積
が大きい第２噴孔を有するノズルボディと、同ノズルボ
ディ内に設けられ上記第１噴孔及び第２噴孔を夫々開閉
する第１針弁及び第２針弁とを具えた複数の燃料噴射
弁、上記エンジンの回転速度及び負荷を検知する運転状
態検出装置、同運転状態検出装置により検知されたエン
ジンの運転状態に応じて上記複数の燃料噴射弁に、設定
された噴射順序で、かつクランク角間隔を存して夫々高
圧燃料を供給する燃料供給装置、上記運転状態検出装置
により検知されたエンジンの運転状態に応じて上記第１
針弁及び第２針弁の少くとも一方を作動可能に切換える
切換装置、及び同切換装置の作動を制御する制御装置を
備え、同制御装置は、上記運転状態検出装置の出力に基
づき、上記各シリンダの燃焼室に各々配設された上記複
数の燃料噴射弁の噴射休止中の適宜タイミングに上記噴
射順序に従って各燃料噴射弁の切換装置を駆動して第１
及び第２針弁のうち作動すべき針弁の切換えを行うよう
に構成されたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】多気筒エンジンの各シリンダの燃焼室に
臨む先端部分に第１噴孔及び同第１噴孔より噴孔断面積
が大きい第２噴孔を有するノズルボディと、同ノズルボ
ディ内に設けられ上記第１噴孔及び第２噴孔を夫々開閉
する第１針弁及び第２針弁とを具えた複数の燃料噴射
弁、上記エンジンの回転速度及び負荷を検知する運転状
態検出装置、同運転状態検出装置により検知されたエン
ジンの運転状態に応じて上記複数の燃料噴射弁に、設定
された噴射順序で、かつクランク角間隔を存して夫々高
圧燃料を供給する燃料供給装置、上記運転状態検出装置
により検知されたエンジンの運転状態に応じて上記第１
針弁及び第２針弁の少くとも一方を作動可能に切換える
切換装置、及び同切換装置の作動を制御する制御装置を
備え、同制御装置は、上記運転状態検出装置の出力に基
づき、上記複数の燃料噴射弁の噴射休止中の適宜タイミ
ングに上記噴射順序に従って各燃料噴射弁の切換装置を
駆動して第１及び第２針弁のうち作動すべき針弁の切換
えを行うように構成され、さらに、上記制御装置は、上
記エンジンの回転数及び負荷に応じて第１針弁及び第２
針弁のうち作動すべき針弁を選択する制御マップを有す
ると共に、クランク軸に連動する動弁カム軸の回転角速
度を演算して各燃料噴射弁の休止中における上記切換装
置の切換え作動時期を設定する手段を有することを特徴
とする燃料噴射装置。
【請求項３】多気筒エンジンの各シリンダの燃焼室に
臨む先端部分に第１噴孔及び同第１噴孔より噴孔断面積
が大きい第２噴孔を有するノズルボディと、同ノズルボ
ディ内に設けられ上記第１噴孔及び第２噴孔を夫々開閉
する第１針弁及び第２針弁とを具えた複数の燃料噴射
弁、上記エンジンの回転速度及び負荷を検知する運転状
態検出装置、同運転状態検出装置により検知されたエン
ジンの運転状態に応じて上記複数の燃料噴射弁に、設定
された噴射順序で、かつクランク角間隔を存して夫々高
圧燃料を供給する燃料供給装置、上記運転状態検出装置
により検知されたエンジンの運転状態に応じて上記第１
針弁及び第２針弁の少くとも一方を作動可能に切換える
切換装置、及び同切換装置の作動を制御する制御装置を
備え、同制御装置は、上記運転状態検出装置の出力に基
づき、上記複数の燃料噴射弁の噴射休止中の適宜タイミ
ングに上記噴射順序に従って各燃料噴射弁の切換装置を
駆動して第１及び第２針弁のうち作動すべき針弁の切換
えを行うように構成され、さらに、上記制御装置は、上
記複数の燃料噴射弁の休止中、夫々の気筒の排気上死点
近傍において、各燃料噴射弁の切換装置に駆動出力を提
供することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】上記切換装置が、上記第１針弁及び第２
針弁のまわりに形成されたノズルボディ内の燃料溜に上
記燃料供給装置からの高圧燃料を供給する燃料供給通路
に配設された弁シリンダと、同弁シリンダ内に摺動自在
に嵌装されたスプール弁と、同スプール弁に作動的に連
結され、同スプール弁を、上記第１針弁のみの開閉作動
を可能とする第１位置と、第２針弁のみの開閉作動を可
能とする第２位置の何れかに選択的に駆動する電磁アク
チュエータとを有することを特徴とする請求項１記載の
燃料噴射装置。