JP3750696B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジンの排ガス規制強化に対応するため、燃料の噴射系を高圧にする要望がある。燃料噴射装置で発生する燃料の噴射圧を高圧にするには、噴射装置本体の大型化、重量増を伴うことが多い。特に噴射装置本体の受圧力を増加することにより、摺動部の焼付きが発生しやすいなどの潤滑不良の問題がある。
【0003】
一方、特開平4−203470号、特開昭63−259156号の各公報には、噴射ポンプに増圧機構を設けるのではなしに、噴射ノズルに増圧機構を内蔵したものが開示されている。
特開平4−203470号公報は、エンジン用燃料噴射ポンプとは別に昇圧ポンプを設け、この昇圧ポンプのポンプユニットを噴射管を通してエンジンの各シリンダの各燃料噴射ノズルに接続している。燃料噴射ノズルはジョイントによって噴射管を介して昇圧ポンプと接続され、ジョイントの内側に形成されたシリンダ内に昇圧ピストンが摺動可能に配置されている。昇圧ピストンの先端側にピストンよりも外径が小さなプランジャを備え、このプランジャによって燃料通路の燃料を加圧することにより燃料の昇圧を行う燃料噴射装置を開示している。
【0004】
特開昭63−259156号公報は、インジェクタおよび油圧ポンプとインジェクタ内に設けた段付きピストンおよび段付きシリンダとの2種の油圧倍増機構を組合せ、圧力の伝播と荷重の伝達とを使い分けることにより低い駆動力で高い噴射率を得るディーゼル機関用燃料噴射装置を開示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の噴射ノズル側で噴射圧を高圧にする燃料噴射装置によると、ノズルホルダが大型化するのは必然であり、エンジンへの取付けが困難になる。また超高圧化された噴射ノズル内の高圧室周囲の弁部品への考慮が成されていないため、構造上、超高圧の使用には耐え難い。
【0006】
本発明は、このような噴射ノズル内に増圧機構を内蔵するという思想から離れ、新たな視点から増圧機構を提案するものである。本発明は、高圧供給ポンプと噴射ノズルのいずれからも別体で、高圧供給ポンプと噴射ノズルの間で燃料を高圧にする増圧機構を提案するものである。
本発明の目的は、高圧供給ポンプおよび噴射ノズルの基本的構造を変えることなしに、配管構成において工夫することにより超高圧噴射を実現可能にした燃料噴射装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料噴射装置は、請求項1に記載のとうり、供給ポンプの吐出口と燃料噴射ノズルの入口とを接続する配管に増圧機構とを備える。この増圧機構は、圧力信号を発生する昇圧ポンプと、供給ポンプから供給される燃料を貯える高圧室、前記供給ポンプから前記高圧室に燃料を導入する燃料導入口、前記昇圧ポンプから供給された燃料の圧力信号を導入する圧力導入口、および、前記高圧室の燃料を吐出する燃料吐出口を有するボディと、前記燃料導入口と前記高圧室を連通、前記高圧室と前記燃料吐出口とを連通、または、前記燃料導入口と前記燃料吐出口との双方を閉塞、に選択的に切り換える往復摺動可能なピストンと、前記ボディの内壁に往復摺動可能なプランジャであって前記ピストンの一端に形成される前記高圧室の圧力を前記昇圧ポンプからの供給燃料の圧力により加圧可能なプランジャを有し、前記昇圧ポンプの圧力信号により前記高圧室の圧力を増圧するプランジャ機構とを有する技術的手段を採用する。
【0008】
この技術的手段によると、従来の供給ポンプの小型化を維持し、重量増を招かないで、取付けが簡便で、配管途中に新たな構成を付加することにより、噴射ノズル側の噴射圧を高圧にすることができる。
更に、請求項に記載の燃料噴射装置によると、昇圧ポンプからの供給燃料の圧力により高圧室の圧力をプランジャにより加圧し、往復摺動可能なピストンにより、燃料導入口と高圧室を連通、高圧室と燃料吐出口とを連通、または、燃料導入口と燃料吐出口との双方を閉塞、に選択的に切り換えることで、機械的に燃料圧力を増圧することができる。
【0009】
請求項に記載の燃料噴射装置によると、供給ポンプと昇圧ポンプとが一体の噴射ポンプからなるので、高圧供給ポンプの個数を減少して簡単なシステムで噴射圧の増圧機構を構成することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
(第1実施例)
本発明の燃料噴射装置を適用した第1実施例を図1〜図6に示す。
図6はディ−ゼルエンジン4気筒の例を示している。ディーゼルエンジンの各気筒に燃料噴射ノズル1が取り付けられており、この燃料噴射ノズル1への燃料の供給は供給ポンプ2の対応するプランジャ機構3が行う。このプランジャ機構3と対応する燃料噴射ノズル1とを結ぶ配管4の途中に増圧機構5を設けている。増圧機構による燃料の圧力の増圧は、昇圧ポンプ11の対応するプランジャ機構13の吐出圧を信号として行われる。供給ポンプ2の入口側に逆止弁9が設けられている。供給ポンプ2を保護するためである。
【0011】
次に増圧機構5の構造について図2に基づいて説明する。
増幅機構5のボディ21には、プランジャ27、第1付勢手段としての圧縮コイルスプリング28およびストッパ29を保持する2段の段付き機構を有する。最も小径の円筒孔15にプランジャ27が軸方向に摺動可能に設けられており、このプランジャ27の一方の側に高圧室30を形成し、この高圧室30の容積を拡大する方向にプランジャ27を付勢する圧縮コイルスプリング28が中間の段付き穴16に収容されている。またプランジャ27の端面はストッパ29の内側端面に当接可能になっており、このストッパ29はねじ止めによりボディ21に固定されている。
【0012】
ボディ21の反対側には、ピストン33、第2付勢手段としての第2圧縮コイルスプリング34およびストッパ35を保持する1段の段付き機構を有する。ピストン33は軸方向に移動可能になっており、圧縮コイルスプリング34の一端がストッパ35に当接し、他端がピストン33に当接している。ピストン33は、基本形は円柱状で、径方向に貫通する第1連絡ポート31と、この第1連絡ポート31の中央部から軸方向に高圧室30に連通可能に第2連絡ポート32とが形成されている。図2に示す状態ではピストン33が最も上方位置にあり、燃料導入口24が第1連絡ポート31および第2連絡ポート32を通して高圧室30と連通している。
【0013】
図3に示す状態からピストン33が図4に示すように下降すると、第1連絡ポート31と燃料導入口24との連通が遮断される。図4に示す状態は、プランジャ27が下降し、高圧室30の圧力が増大し、第2圧縮コイルスプリング34が収縮している状態を示す。ピストン33は、高圧室30の圧力の圧力とプランジャ27の受圧面積との積で表される力と圧縮コイルスプリング34の力とのバランスする位置に移動する。ピストン33の第1連絡ポート31が燃料吐出口25に連通可能な位置までピストン33は下方向に移動可能である。ストッパ35の先端37がピストン33に当接する位置まで下降可能である。この当接時、第1連絡ポート31と燃料吐出口25が連通する。
【0014】
次に、この増圧機構5の作動について図5に基づいて説明する。
まず供給ポンプ2の吐出口から圧力PA で圧送された燃料は増圧機構5の燃料導入口24より入り、第1連絡ポート31と第2連絡ポート32を通して高圧室30に入りプランジャ27を図2で上方向に押す。プランジャ27はフランジ部の有効径D1 と本体部の有効径D2 とで径が異なる。高圧室30の内圧PC は、昇圧ポンプ13の吐出圧PB の(D1 /D2 2 倍に増圧される。ピストン33は高圧室30の圧力PC の圧力を受け図2で下方向に移動可能である。
【0015】
まず供給ポンプ2の吐出圧PA の圧力の燃料が高圧室30に供給され、次いで昇圧ポンプ13による吐出圧PB の圧力が圧力導入口23に供給され、この圧力PB の圧力によってプランジャ27が下降することによって高圧室PC の圧力を増大する。このときの高圧室の圧力PC は二段階に増大し高圧になる。この高圧の燃料の圧力によりピストン33が圧縮コイルスプリング34に抗して下降し、第1連絡ポート31が燃料吐出口25と連通したとき、高圧室30内の燃料が第2連絡ポート32および第1連絡ポート31を通して燃料吐出口25から吐出される。この吐出圧はPC の高圧のもので、圧力PA の2倍から3倍にも増圧可能である。
【0016】
燃料吐出口25から燃料が吐出されると、高圧室30の圧力が下降し、その結果、ピストン33は図2に示す位置に上昇し、第1連絡ポート31と燃料吐出口25とが遮断されたとき燃料噴射を終了する。
次に、他の気筒に対応する噴射ポンプのプランジャ機構と昇圧ポンプのプランジャ機構が同様の作動を行い、対応する他の増圧機構で同様の作動が行われ、対応する噴射ノズルから燃料が噴射される。
【0017】
この実施例によると、供給ポンプ2および昇圧ポンプ13の形態をそのまま使用し、供給ポンプ2とインジェクタ1を結ぶ配管に設けられる増圧機構5を加えることにより、上記供給ポンプ2の吐出圧よりも数倍も大きな圧力をインジェクタ1に供給することができる。
エンジンへの搭載については従来の供給ポンプおよびインジェクタ1については変わらず、配管途中に増圧機構5を設けるという簡単な構成により上記噴射ノズル噴射圧の高圧化が可能となる。これにより排気エミッションの排ガス対策に有効な効果が得られる。
(第1実施例のシステム応用例)
次に、本発明の他の実施例として昇圧ポンプと供給ポンプとを一体にしたシステム応用例を図7に示す。図7に示すように、一つの噴射ポンプ41の複数のプランジャ機構を噴射用プランジャ機構のグループ42と昇圧用プランジャ機構のグループ43とにグループ分けし、1個の噴射ポンプにより燃料の噴射圧力を格段に上昇させることができる。例えば噴射ポンプ1台に4気筒エンジンと8気筒噴射ポンプを対応させる。
【0018】
図7に示す機構においては、図6に示す機構と比べ、高圧供給ポンプが1個で足りるため構成がより簡単になるという効果がある。
(第2実施例)
本発明の第2実施例は図8に示す。
図8に示す第2実施例は、ピストン33とストッパ35との当接面をシ−ル機構に利用した例である。この実施例では、ストッパ35にスプリング収容孔38を設け、このスプリング収容孔38に第2圧縮コイルスプリング34を収容している。ピストン33の端面39は図8に示すようにストッパ35の端面と当接する状態でこの端面39の面圧によりシ−ル機能を高めている。この構造によると、高圧室30の圧力は高圧になれば、シ−ル面圧も増加するためシ−ル性能が高まるという効果がある。その他の構成部分については図2と同様であるので、説明は省略する。
【0019】
この第2実施例によると、ボディ1の内部の圧力の気密性が向上されるため、超高圧噴射を実現可能にするという効果がある。
(第3実施例)
本発明の第3実施例を図9及び図10に示す。
この第3実施例は、第1実施例の構成要素の一つである逆止弁9を省略し、構成を簡素化した例である。
【0020】
第3実施例では、ピストン43が円柱状のもので、燃料導入口24に連通するポ−トとしての環状溝41が形成され、また燃料吐出口25に連通するポ−トとしての環状溝42が形成されている。ピストン43は円柱状のもので、第1連絡ポ−ト31と第2連絡ポ−ト32が形成されている。図10に示すようにピストン43が下降したとき、ピストン43の外周面が環状溝41とオ−バ−ラップした位置にある。これにより、ピストン43の往復動時の挙動が安定するという効果がある。このピストン43とボディ21との摺動可能な隙間は、例えば3μmにする。これにより、例えば燃料導入口24の圧力が1000気圧であるならば、高圧室30の圧力を例えば3000気圧に増大することが可能であり、気密を保ったままピストン43を摺動することができる。
【0021】
第1実施例では、高圧室30が噴射ポンプ2に連通するため逆止弁9が必要であったが、第3実施例は、ピストン43が環状溝41を閉じるため逆止弁9が不要になる。したがって、第3実施例では、燃料供給システムの構成が簡単になり、コストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の燃料噴射装置の配管例を示す図である。
【図2】図1に示す増圧機構の断面図である。
【図3】図2に示す増圧機構の主要部の作動説明図である。
【図4】図2に示す増圧機構の主要部の作動説明図である。
【図5】増圧機構の燃料導入口の圧力、圧力導入口の圧力、高圧室の圧力PC ピストンストロークおよびインジェクタのノズルニードルのリフト量を示すタイムチャートである。
【図6】本発明の第1実施例の増圧機構の配置例を示した構成図である。
【図7】本発明の他の実施例による増圧機構の配置例を示す構成図である。
【図8】本発明の第2実施例の燃料噴射装置の増圧機構の部分拡大断面図である。
【図9】本発明の第3実施例の増圧機構の部分拡大断面図である。
【図10】本発明の第3実施例の増圧機構の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
1 燃料噴射ノズル
2 供給ポンプ
3 プランジャ機構
5 増圧機構
11 昇圧ポンプ
13 プランジャ機構
21 ボディ
23 圧力導入口
24 燃料導入口
25 燃料吐出口
27 プランジャ
28 第1圧縮コイルスプリング
29 ストッパ
30 高圧室
31 第1連絡ポート
32 第2連絡ポート
33 ピストン
34 第2圧縮コイルスプリング
35 ストッパ

Claims (2)

  1. 供給ポンプの吐出口と燃料噴射ノズルの入口とを接続する配管と、この配管に設けられる増圧機構とを備え、
    前記増圧機構は、圧力信号を発生する昇圧ポンプと、前記供給ポンプから供給される燃料を貯える高圧室、前記供給ポンプから前記高圧室に燃料を導入する燃料導入口、前記昇圧ポンプから供給された燃料の圧力信号を導入する圧力導入口、および、前記高圧室の燃料を吐出する燃料吐出口を有するボディと、前記燃料導入口と前記高圧室を連通、前記高圧室と前記燃料吐出口とを連通、または、前記燃料導入口と前記燃料吐出口との双方を閉塞、に選択的に切り換える往復摺動可能なピストンと、前記ボディの内壁に往復摺動可能なプランジャであって前記ピストンの一端に形成される前記高圧室の圧力を前記昇圧ポンプからの供給燃料の圧力により加圧可能なプランジャを有し、前記昇圧ポンプの圧力信号により前記高圧室の圧力を増圧するプランジャ機構とを有し、
    前記昇圧ポンプから前記圧力導入口に導かれる高圧の圧力により前記プランジャを押圧し、前記プランジャにより加圧される前記高圧室の燃料を前記ピストンの移動により前記燃料吐出口から吐出することを特徴とする燃料噴射装置。
  2. 前記供給ポンプと前記昇圧ポンプとが一体の噴射ポンプからなることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射装置。
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