JPH01182554A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射装置に関す
る。

（従来の技術） ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、例えば分配
型の燃料噴射ポンプがある（自動車工学全書５巻ディー
ゼルエンジン・・・株式会社山海堂、昭和５５年３月２
０日発行参照）。

これを第５図により説明すると、燃料は、ポンプ本体の
入口１から機関出力軸に連結したドライブシャフト２に
より駆動されるフィードポンプ３によって吸引される。

フィードポンプ３からの吐出燃料は、圧力調整弁４によ
り供給圧を制御されて、ボンジノ１ウノング３１の内部
のポンプ室５へと供給される。

ポンプ室５の燃料は、作動部分の潤滑を行なうと同時に
吸入ボート１２を通って高圧プランジャポンプ６に送ら
れる。

このポンプ６のプランジャ７は、ドライブシャフト２に
連結したカムディスク８に固定されており、継手２Ａを
介して、前記ドライブシャフト２により機関回転に同期
して駆動される。

また、カムディスク８は、機関シリンダ数と同数の７エ
イスカム９をもち、回転しながらローラリング１０に配
設されたローラ１１をこの７エイスカム９が乗り越える
たびに、所定のカムリフトだけ往復運動する。

従って、プランジャ７は回転しながら往復運動をし、こ
の往復運動によって吸入ボート１２から吸引された燃料
が分配ボート１３よりデリバリパルプ１４を通って図示
しない噴射ノズルへと圧送される。

一方、燃料の噴射量は、プランジャ７に形成したカット
オフボート１５を被覆するコントロールスリーブ１６の
位置により決められる。例えば、カットオフボート１５
の開口部がプランジャ７の右行により、コントロールス
リーブ１６の右端部を越えると、それまで高圧室６Ａ内
から分配ボート１３へと圧送されていた燃料が、カット
オフボート１５を通って低圧のポンプ室５へと解放され
るので分配ボート１３への圧送を終了する。

したがってコントロールスリーブ１６をプランジャ７に
対して右方向に相対的に変位させると、燃料噴射終了時
期が遅くなって燃料噴射量が増加し、逆に左方向に変位
させると燃料噴射終了時期が早まって燃料噴射量が減少
するのである。

コントロールスリーブ１６は、図示しないアクセルペダ
ルと連動するリンクレバー装置１９に支持され、踏み込
み量に応じて変位する。これと同時にドライブシャフト
２の回転で駆動される〃パナｌ［１８は、リンクレバー
装ｆ１１１９を補正制御しで、アクセル開度に対応した
機関回転数を常に一定に保つべ（燃料噴射量を増減する
。

このリンクレバー装置１９は、コレクタレバー２１、テ
ンションレバー２２、スタートレバー２３およびスター
トスプリング２４よりなる。

コレクタレバー２１は支点Ｂを中心に回動自在にポンプ
ハウジング３１に支持され、圧縮スプリング２５１こよ
って、７ルロード７ノヤストスクリユー２６に押しつけ
られて静止している。

また、テンションレバー２２とスタートレバー２３はこ
のコレクタレバー２１に支点Ａを中心に回動自在に設け
られ、テンションレバー２２にはコントロールレバー２
０の回動に伴ってコントロールシャフト２７を介して増
減するテンションスプリング２８の付勢力が与えられ、
この付勢力がスタートスプリング２４を介してスタート
レバー２３に伝達され、スタートレバー２３を後述する
〃バナ磯構１８のがバナスリーブ１８ｆに押し付けてい
る。

そして、このスタートレバー２３にボールジヨイント１
８ｇを介して上記コントロールスリーブ１６が支持され
る。

したがって、レバー２０を回動してテンションスプリン
グ２８の張力を強めれば、テンションレバ−２２が反時
計方向に回動し、スタートスプリング２４を介してスタ
ートレバー２３を押し、支点Ａを中心にしてコントロー
ルスリーブ１６を右方へ移動させて燃料噴射量を増量さ
せる。

一方、〃バナ機構１８は、噴射ポンプ本体の上層部に内
蔵され、ギヤ１８ａと一体的に構成されたフライウェイ
トホルダ１８ｂにはフライウェイト１８Ｃが接合点１８
ｄを中心に回動自在にとりつけられている。フライウェ
イトホルダ１８ｂが、ギヤ１８ａを介して伝えられるド
ライブシャフト２の回転に従って〃パナシャ７）１８ｅ
を中心に摺動回転すると、フライウェイト１８ｃも回動
し接合点１８ｄを中心に回転遠心力をうけ拡がる。

例えば、アクセル開度が変わらないのに回転数が上昇し
たとすると、がバナシャ７）１８ｅに嵌合し、かつフラ
イウェイ）１８ｃに係合する〃バカスリーブ１８ｆは、
フライウェイト１８ｃにおされて前進する。このがバナ
スリーブ１８ｆの前進に伴って、スタートレバー２３が
、スタートスプリング２４の押圧力に抗して支点Ａを中
心に回動し、コントロールスリーブ１６を図中左方へ移
動させて燃料噴射量を減少させる。このため回転数が下
降してアクセル開度に対応した機関回転数に収束するの
である。

また、燃料の噴射時期はローラリング１０を回動させる
ことにより制御される。

具体的にはカムディスク８の７エイスカム９がローラ１
１に乗り上げたときに燃料が噴射されるので、例えばカ
ムディスク８の回転方向と逆方向にローラリング１０を
回動させると、７エイスカム９のロー２１１に乗り上げ
る時期がそれだけ早くなるため、燃料の機関クランク角
に対する噴射時期が早まる。

そのために、ローラリング１０はタイマスライドピン２
９を介してタイマピストン３０に回動自在に嵌合されて
いる。

シリング３０Ａの中で摺動するタイマピストン３０の端
面の高圧室３２には、通路３３を経てポンプ室５の燃圧
が導かれ、また反一対側の低圧室３４はフィードポンプ
３の吸入側に連通して負圧に近１い状態になるが、スプ
リング３５の弾性力でタイマピストン３０を押し戻して
いる。なお、第５図はタイマピストン３０の軸線を９０
度面回転せた状態を示しており、実際にはローラリング
１０の回転接線方向に一致する。同様に説明の便宜上か
らフィードポンプ３の軸線も９０度面回転せたものが同
一図面中に図示しである。

ポンプ室５の燃圧はフィードポンプ３の回転数に比例し
て上昇するので、タイマピストン３０は機関回転数の上
昇に伴って、左方へと押され、これによりカムディスク
８の回転と逆方向ヘローラリング１０を回動し、噴射時
期を相対的に早めるように作用する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の燃料噴射装置にあって
は、燃料噴射量や噴射時期の制御を機械的に行なう構成
となっていたため、ＮＩｔＫＬが複雑であり、各部の組
付け、調整が容易なものではなかった。、また、カムデ
ィスク等の加工精度の限界から、負部間で噴射量にバラ
ツキを生じやすく、このためアイドリング時等に機関の
安定した運転性が得られないということがあった。また
、噴射量は噴射期間によって定まるが、これだと噴射量
が少ないときには噴射期間が短くなるため、必ずしも運
転条件に合った噴射特性とはならず、例えば低負荷時等
に排気組成の悪化を招くことがあった。また、従来の燃
料噴射装置は重量が大きく、コストも高いものとなって
おり、こうしたことがディーゼルエンジンの乗用車等の
普及を妨げる要因にもなっている。

この発明は、このような問題点を解決した優れた燃料噴
射装置を提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） この発明の燃料噴射装置は、シリングに介装されたプラ
ンジャと、プランジャを往復動する圧電素子からなるア
クチュエータと、シリングに燃料を導く燃料供給通路と
、シリングからの加圧燃料を複数の噴射弁へ分配圧送す
る複数の燃料圧送通路と、各燃料圧送通路を開閉する電
磁弁と、電磁弁および前記アクチュエータを駆動制御す
る制御手段とからなる。

（作用） 圧電素子からなるアクチュエータに制御手段からＯＮ、
ＯＦＦの駆動信号を送ると、駆動信号に応じてアクチエ
エータが伸縮し、これに伴いプランジャがシリング内を
往復動する。そして、プランジャの往復動により、燃料
供給通路からシリングに燃料が吸込まれると共に、加圧
され、高圧となってシリングから吐出される。そして、
吐出された高圧の燃料は、制御手段の信号によって駆動
される電磁弁により開かれた燃料圧送通路を介して、対
応する噴射弁へと分配圧送され、噴射される。

したがって、簡単な構造で燃料噴射が可能になると共に
、アクチュエータと電磁弁の電気的な制御により、噴射
量、噴射時期等の的確な制御が可能になる。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示す構成断面図で、ポンプボ
ディ４０の中央部に形成したシリング４１にはプランジ
ャ４２が摺動自由に介装され、プランジ＋４２は７ラン
ノ状の基部４３を介してポンプボディ４０の後部に配設
されたアクチュエータ４４に連結される。

アクチュエータ４９は、多層式の圧電素子から構成され
、基端４５がポンプボディ４０の後部プレート４６に固
定されると共に、制御回路４７（後述する）から駆動信
号が送られると、その電圧に応じて第２図に示すように
伸縮し、プランジャ４２を往復動する。

アクチュエータ４４の周囲には、ポンプボディ４０との
間に環状の通路４８が形成され、図外の燃料タンク側か
らの燃料が燃料人口４９から環状通路４８に導かれる。

環状通路４８は燃料人口１９と対角側に設けた出口５０
に接続する燃料供給通路５１を介して前記シリンダ４１
に接続され、シリンダ４１と燃料供給通路５１との間に
はシリンダ４１側からの燃料の逆流を阻止する逆止弁５
２が介装される。なお、５３は余剰燃料の戻し通路であ
る。

また、シリンダ４１には、ポンプボディ４０を貫通して
シリンダ４１の周囲に放射状に形成した複数の燃料圧送
通路５４が接続され各角燃料圧送通路５４の途中にそれ
ぞれ通路５４を１１ｉｌｙＩする電磁弁５５が介装され
る。

燃料圧送通路５４と電磁弁５５は磯関各気筒に配置され
る噴射弁５６と同数設けられ、電磁弁５５の下流にて燃
料圧送通路５４は対応する噴射弁５６に接続される。

４７はアクチエエータ４４と各電磁弁５５を駆動制御す
る制御回路で、機関回転数を検出する回転数センサ５７
からの信号と、アクセル開度を検出するアクセル開度セ
ンサ５８からの信号と、カムシャフト角度センサ５９（
クランク角センサを用いても良い）からの信号とが入力
され、これらの信号に基づいてアクチュエータ４４と各
電磁弁５５を駆動制御する。

この場合、制御回路４７は、まず気筒の圧縮上死、αの
±ＣＡ”（例えば±５０°のクランク角相当）の期間中
、その−気筒に対応する電磁弁５５を開く。そして、圧
縮上死点付近になると、機関の運転条件に適応した噴射
時期、噴射量となるように、所定の角度のときに所定の
電圧の駆動信号により所定の期間アクチュエータ４４を
駆動する。

第３図に４気筒機関における上記制御のタイミングチャ
ートを示す。

なお、アクチュエータ４４への駆動信号の電圧値■は、
機関回転数Ｎ、アクセル開度αとするとＶ＝にφＮ・α
＋Ｖｄ ただし、Ｋは定数、Ｖｄは無効電圧 により求められ、この値は予め制御回路４７内のマツプ
に記憶される。

このような構成により、第４図にも示すように、それぞ
れ気筒の圧縮上死点前後の所定のカムシャフト角度間（
ＣＡｉ、〜ＣＡ　ｔ　＋　）に対応する電磁弁５５が開
かれると共に（ステップ１０２，１０３）、圧縮上死点
付近の所定のカムシャフト角ＣＡＮ２になると、所定の
電圧■の駆動信号が７クチユエータ４４に送られ、アク
チュエータ４４が伸動する（ステップ１０４〜１０６）
。

これにより、プランジャ４２が前進し、シリンダ４１内
の燃料が加圧されると共に、このとき電磁弁５５が開い
ている燃料圧送通路５４を介して高圧の燃料が対応する
噴射弁５６へ圧送され、噴射が行なわれる。

そして、圧縮上死点付近の所定カムシャフト角ＣＡ　Ｎ
　ｌになると、アクチュエータ４４の駆動信号が断たれ
（ステップ１０４〜１０６）、噴射が終了されると共に
、アクチュエータ４４の線動によるプランジャ４２の後
退に伴い燃料供給通路５１から逆止弁５２を介し燃料が
シリンダ４１に流入される。

このように、プランジャ４２を駆動する圧電素子からな
るアクチエエータ４４と、燃料圧送通路５４を開閉する
電磁弁５５等を用いた簡単な構造で燃料噴射が行なえる
のであり、このため各構成部品の組付け、調整が容易に
なると共に、小型軽量化が図れ、コストを大幅に低減す
ることができる。

また、各構成部品の加工も容易となり、加工精度が高ま
る一方、高圧燃料の分配をそれぞれ燃料圧送通路５４に
設けた電磁弁５５の開閉により行なっているため、燃料
の分配にバラツキを生じることはなく、各噴射弁５６に
均等に燃料を供給することができる。

そして、アクチュエータ４４は制御回路４７からの駆動
信号により伸縮駆動されるが、応答性が良く、このため
噴射時期を制御回路４７により機関の運転条件に応じて
最適な時期に的確に制御することができる。

また、アクチュエータ４４は駆動信号の電圧値に応じて
リニアに伸動し、その伸動中のストローク量に応じた量
の燃料が噴射されるため、駆動信号の電圧値および駆動
信号の遮断時期に応じて噴射量を容易に制御でき、正確
な噴射量制御が得られる。特に、この場合駆動信号の電
圧値とその遮断時期により噴射量と噴射期間を変えるこ
とができるため、機関の運転条件に合った噴射特性に制
御することもでき、このため例えば低負荷時等に噴射期
間を長くすることで、排気組成等を良好に保つことも可
能となる。

さらには、アクチュエータ４４により噴射量と噴射時期
が制御されるため、燃料圧送通路５４の電磁弁５５とし
ては応答速度の遅い通常の電磁弁で十分となる。

なお、アクチュエータ４４の圧電素子の断面積を３００
０ｍｍ”、その最大ストロークを１００μｍとした場合
、圧力が２００ｋｇ以上で、最大５０ｍｍ’の燃料噴射
量が得られることを実験により確認している。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、圧電素子からなるアクチ
ュエータによりプランジャを駆動すると共に、燃料圧送
通路に介装した電磁弁の開閉に応じて加圧燃料を各噴射
弁へ分配する構成としたので、構造の簡素化、軽量化が
図れ、組付け、調整が容易で、コストが安く、性能のバ
ラツキの少ない燃料噴射装置を実現できると共に、制御
性に優れ、機関の運転条件に応じた的確な噴射量制御、
噴射時期制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成断面図、第２図はア
クチュエータの作動特性図、第３図、第４図は制御内容
を示すタイミングチャートと７０−チャート、第５図は
従来例の断面図である。 ４１・・・シリンダ、４２・・・プランジャ、４４・・
・アクチュエータ、４７・・・制御回路、５１・・・燃
料供給通路、５２・・・逆止弁、５４・・・燃料圧送通
路、５５・・・電磁弁、５６・・・噴射弁、５７・・・
回転数センサ、５８・・・アクセル開度センサ、５９・
・・カムシャフト角度センサ。 第２図 第３図 ０　　　　３６０　　　７２０　　　１０８０　　　１
４４０゜第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダに介装されたプランジャと、プランジャを往復
   動する圧電素子からなるアクチュエータと、シリンダに
   燃料を導く燃料供給通路と、シリンダからの加圧燃料を
   複数の噴射弁へ分配圧送する複数の燃料圧送通路と、各
   燃料圧送通路を開閉する電磁弁と、電磁弁および前記ア
   クチュエータを駆動制御する制御手段とからなる燃料噴
   射装置。