JPH0196465A - 燃料噴射器 - 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］ 本発明は、燃料噴射器に関し、特にユニット燃料噴射器
に関し、とりわけ、開放ノズルと、エンジンカムシャフ
トによって機械的に動かされる往復動噴射プランジャと
を有する形式のユニット燃料噴射器に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］汚染を
より高レベルで制御することおよび燃料をさらに節約す
ることに対する要求から、かなり改良された燃料供給シ
ステムが求められており、それゆえに、上述の形式のユ
ニット燃料噴射器が開発されてきた。この燃料噴射器は
、単純化された構成の燃料噴射器を提供できるように設
計されており、これによりコスト低減が図れるものであ
る。と同時に、独立に変化する燃料噴射タイミングと燃
料噴射ωのパラメータを信頼性高くかつ正確に制御でき
るものである。これらのことは、燃料節約と排ガス低減
との見地から必要とされている。本願の出願人に帰属す
る以下の特許はこのようなユニット燃料噴射器に関する
ものであり、本発明がその改良となる従来のユニット燃
料噴射器の代表例である。

ベル（Ｐｅｒｒ）に対する米国特許第４，４７１，９０
９号ピータース（Ｐｅｔｅｒｓ）に対する 米国特許第４，４４１，６５４号 ワーリング（ｌｌｌａｒｌｉｃｋ）に対する米国特許第
４，４２０，１１６号 ピータース（Ｐｅｔｅｒｓ）らに対する米国特許第４．
４１０．１３８号 ベル（Ｐｅｒｒ　）に対する米国特許第４．４１０．１
３７号上述のすべての特許は、開放ノズルと、エンジン
カムシャフトによって機械的に動かされる往１！動噴割
プランジャとを有する形式の燃料噴射器を開示している
。

上述の列挙した特許のうちの最初の二つ、すなわちベル
（Ｐｅｒｒ）に対する米国特許第４，４７１，９０９号
とピータース（Ｐｅｔｅｒ３）に対する米国特許第４．
４４１，６５４号は、基本的には同じ構成であり、それ
以前にはもつと複雑な構成でしか達成できなかったよう
なさまざまな機能を実施することができる。このことは
流体通路の数を最少限度にすることで達成される。大多
数の流体通路は全体として半径方向に配置されていて、
これにより製造コストを減少させている。また、多数の
機能すなわち噴射器への燃鎖を計量すること、噴射器か
らエンジンシリンダに燃料を噴射すること、ガスを排気
すること、冷却すること、を実施できるように、プラン
ジャと、供給ポートおよび排出ボートとプランジャとの
関係とを構成することによって、上述のことは達成され
る。

上述の列挙した五つの特許のうちの残りの三つはユニッ
ト噴射器を開示しており、これらは基本的には同じ構成
である。これらの噴射器は、最初に述べた二つの特許の
噴射器と次の点で異なっている。すなわち、その他の部
品に対して液圧制御されたタイミングを与えるために、
内側（下側）および外側（上側）プランジャ部分から成
るプランジャ組立体が単一のプランジャにとって代わっ
ている。

上述の形式の燃料噴射器は非常に効率的で、信頼性が高
く、経済的であるが、車両の排ガス内の炭化水素、窒素
酸化物、粒状物質に対する差し迫った規制（より、特に
コストの面で効果的でかつ燃料効率の良い方法で、これ
を達成するという問題が生じている。触媒のように高価
で処理後にこれを維持することが困難なものを使用する
のを避けるために、発生源すなわち燃料空間内で汚染物
質を処理することが要求される。このことは、燃料過程
の効率を増加させることを意味し、これはざらに、燃料
の噴射が、特に低速運転のときに従来よりもかなり高い
圧力で行われることを意味する。たとえば、上述の列挙
した特許では、噴射器は噴射器カップ内に形成され、こ
の噴射器カップは、多数の部品から成る噴射器本体の、
最も下側の要素を構成している。燃料は、別の噴射器本
体要素に形成された供給通路を経て噴射室に供給される
。このような構成においては、クランプされた高圧継手
が使われ、この継手によってＳＡＣ圧力（すなわち噴射
器の噴霧穴の直前における噴射室内の燃料圧力）に対す
る燃料噴射器の噴射圧力能力が２０，００ｐｓｉ未渦に
制限されている。

ざらに、次の事実により別の圧力制限がある。

すなわち、このような噴射システムの動作においては、
プランジャのシール部分が供給ボートを遮断した後、非
常に短時間で噴射が始まる（すなわち、プランジャは噴
射室内での固体燃料高さに違する）。その結果、プラン
ジャのシール長さ（すなわち、燃料供給オリフィスの下
のプランジャのシール面の長ざ）、典型的には０．４ｍ
ｍ　、が提供する境界面は、もし非常に高いＳ　Ａ　’
ＣＣシカレベルとえば３０．０００ｐｓｉ以上が生じた
ならば洩れが生じることになる。また、非常に高圧の領
域に非常に接近して供給オリフィスが存在するために、
周期的に応力上昇が起こり、疲れ効果が生じて噴射器の
寿命が短くなる。

これら三つの特許のユニット噴射器では、もしこれらの
噴射器が非常に高いＳＡＣ圧力の動作条件で使われたな
らば問題を起こすようなその他の構造的特徴が存在する
。たとえば、内部が高圧の流体にざらされた中空のプラ
ンジャを使用してあり、膨圧効果（中空プランジャ内部
の流体圧力が中空プランジャの心服を引き起こす）ゆえ
に問題がある。この膨圧効果は、プランジャの外径が噴
射器本体の穴（この内部でプランジャが動く）に合致す
るときの非常にわずかな公差に関連して、この境界面で
過度の磨耗やプランジャの引っ掛かりを生じさせる。ざ
らに、タイミング至は、これらの特許での配置構成では
、噴射室と同じ圧力になっているので、非常に高いＳＡ
Ｃ圧力に達するとタイミング圧力もこれに対応して上昇
して問題である。これらの問題点としては、シールの問
題のほかに、タイミング流体が作用するばねが変形する
という問題がある。

上述の「開放ノズル」ユニット燃料噴射器のほかに、動
作原理の異なる「閉鎖ノズル」形式のユニット燃料噴射
器がある。ベル（ｐｅｒｒ）らに対する米国特許用４．
４６３．９０１号では、三つのプランジャを有するプラ
ンジャ組立体を使用してこの形式のタイミングと計量と
を独立に制御しているユニット燃料噴射器を示している
。この特許に開示されているようなユニット燃料噴射器
は、開放ノズルシステムとしては動作できないという点
は別にしても、もしこのシステムが３ｏ、ｏｏｏｐｓ＊
を越えるＳＡＣ圧力で使用されたならば、これまで述べ
てきたのと同様の多くの問題（洩れや膨圧効果など）が
同様に生じるでおろう。この点に関して、この特許は、
重要点としては、このシステムは、より一般的な噴射器
の構成で達成されるＳＡＣ圧力約１１　、０ＯＯｐｓ　
ｉと比較して、約１６．０００または１７、０ＯＯｐｓ
　ｉのＳＡＣ圧力を達成することができることを開示し
ている。

本発明は、最初に述べたように、「閉鎖ノズル」形式の
ユニット燃料噴射器とは反対に「開放ノズル」形式のユ
ニット燃料噴射器に関するものであり、米国特許用４．
４６３．９０１＠の２倍のＳＡＣ圧力そしてここで参照
したもつと一般的な噴射器の構成のものの３倍のＳＡＣ
圧力を達成することを追及するものである。

噴射圧力を増加させることによって、より高い排ガス低
減、特にディーゼルエンジンにおける粒状物質と窒素酸
化物の低減、を追及するのに考慮すべきさらに別の因子
としては、低速運転条件をいかに取り扱うかの問題があ
る。すなわち、ある噴射器に対して、エンジン速度が５
．　ｏｏｏｒｐｍのときに生ずるピークのＳＡＣ圧力は
１　、　ＯＯＯｒｐｍのときに生ずるそれの何倍にもな
る。したがって、最大エンジン速度５．０００ｒｐｍに
おいてたとえば１２，０００ｐｓｉのピークＳＡＣ圧力
に耐えるのみの現在のシステムでは、低速でのＳＡＣ圧
力（たとえばｉ　、　ｏｏｏ〜２）００Ｏｒｐｍで２，
０００〜４，５００ｐｓｉ）を処理するのに余儀なくさ
れてきた。

１　、０００ｒｐｍで８，７００ｐｓｉを達成するのに
さえ、５、０００ｒｐｍでは７０．０ＯＯｐＳ　ｉ以上
のＳＡＣ圧力となる。

（この圧力は燃料噴射器で耐えうるどのような圧力より
も大きい）。したがって、低速運転条件のもとで達成で
きるピークＳＡＣ圧力を増加させることに成功するよう
な燃料噴射器のためには、高速運転（たとえば３．００
０〜５．０００ｒｐｍ＞のもとで生じるピーク圧力が噴
射器の耐えうる圧力を越えないように何らかの手段を講
じなければならない。

高速運転範囲において、必要以上に噴射圧力を増加させ
ることなく、低速運転範囲で相当のレベルまで燃料を加
圧することが望ましいことは、次のようなディストリビ
ュータ形式の燃料噴射システムに関連して認識されてき
た。このディストリビュータ形式の燃料噴射システムは
、中央の単一高圧ポンプと、ポンプから各燃料噴射ノズ
ルへの燃料の流れの計量とタイミングをするためのディ
ストリビュータ弁とを有するものであり、たとえば、米
国特許第４．５４４．０９７号を参照されたい。このシ
ステムでは、噴射圧力を所定の値より低い範囲に制限す
るための試みとして、噴射燃料圧力によって動作する弁
部材を形成している。この弁部材は、弁がざらされてい
る燃料圧力レベルが所定の値に達したときに燃料を低圧
領域に逃がすことによって燃料圧力を開放するように構
成されている。しかしながら、もしこの構成を、燃料の
量を正確に調節して動作するようにＭＵ　ｉｆされたユ
ニット燃料噴射器に適用したならば、噴射室から燃料圧
力応答弁を経由して燃料が流れ出ていき、これにより、
リリーフ弁が開かれているような任意の運転条件で所望
の正確な燃料計量を維持することが不可能になる。した
がって、ユニット燃料噴射器に関して使用できて、高速
運転範囲では噴射圧力を望ましくないほどに上昇させる
ことなく低速運転範囲では相当のレベルまで燃料を加圧
することができるような手段が必要とされている。

上述の観点から、本発明の全体的な目的は、噴射中に３
０．０ＯＯｐｓｉを越えるＳＡＣ圧力を達成することの
できる燃料噴射器、特に「開放ノズル」形式の燃料噴射
器、を提供することにある。さらに、この全体的な目的
の範囲内で、低速運転条件のもとでもこ同様に増加した
ＳＡＣ圧力を得ることが望ましい。

本発明の第２の目的は、次のようなコンパクトなユニッ
ト噴射器を提供することにある。このユニット噴射器は
、三つのプランジャを有するプランジャ組立て体を含み
、上側プランジャと中間プランジャとの間に液圧可変タ
イミング流体室を形成し、下側プランジャの下に噴射室
を形成するように配置されている。ここで、これらのプ
ランジャは、洩れや膨張の問題を生じることなく　３０
．０００ｐＳｉを越えるＳＡＣ圧力が１９られるように
構成かつ配置されている。

本発明の別の目的は、低速および高速の運転条件の両方
で、達成しうるＳＡＣ圧力を増加させることのできる燃
料噴射器を提供することにあり、このことは、タイミン
グ室内部のタイミング流体の圧力が所定の値を越えたと
きはいつでもタイミング室からタイミング流体を排出す
ることによって達成される。そして特に、この目的を達
成するには、タイミング流体の排出は、タイミング流体
排出通路手段を開閉するための弁手段を経由して行われ
る。

これら上述の目的と調和させながら、本発明のざらに別
の目的は、三つのプランジャからなるプランジャ組立体
の中間プランジＶと下側プランジャの間に単一のばねを
設けて、中間プランジャを上方に押し上げ、これにより
下側プランジャの上昇を制御するとともに、中間プラン
ジャと上側プランジャの間に形成されたタイミング流体
室からタイミング流体を排出するための通路手段を開閉
するための弁手段の開放を制御することにある。

本発明のさらに別の目的は、噴射中に３０．０００ｐＳ
ｉを越えるＳＡＣ圧力が達成できるように、噴射の開始
時点で、燃料供給通路の出口送給オリフィスの下側の領
域において、噴射プランジャのランド部と、噴射器の穴
（この内部でプランジャが往復動する）によって画定さ
れた壁面との間で、所定の最小シール長さを得ることに
ある。この最小シール長さは、ランドの下側の穴の寸法
と、噴射開始時点における噴射器に対する所定の最大実
燃料高さとに対してつり合いがとれており、その結果、
この最小シール長さは、最大実燃料高さの少なくとも２
分の１でおる。

［実施例コ 本発明の、これらのそしてその他の目的、特徴、利点は
、添付図面を参照した以下の説明からざらに明瞭となる
であろう。この添付図面は、単に図示の目的で、本発明
のいくつかの実施例を示している。

第１図は、本発明に従って設計された開放ノズル式のユ
ニット燃料噴射器を示す。特に、第１図は、内燃料機関
（図示せず）のヘッド内部にある凹所の中に設置される
ように意図された燃料噴射器を示すもので、この燃料噴
射器はその全体が参照数字１で示されている。燃料噴射
器の本体１は二つの部分すなわち噴射器胴体３と単品噴
射器カップ５とから形成されている。燃料噴射器を軸方
向に貫通して穴６が延びており、この穴６の内部に、全
体として７で示される往復プランジャ組立体が配置され
ている。

往復プランジャ組立体７は三つのプランジャから成る。

噴射プランジャ９は、第１図で示されるように最も下側
のプランジャであり、その上に順次、中間プランジャ１
１と上側プランジャ１３が配置されている。中間プラン
ジャ１１内にはシム２３が設けられていて、穴６の内部
にプランジャを正しく位置決めできるように、製造時に
生じるであろう寸法変化の累積を補償している。この点
については以下により詳細に説明する。

補償至１７は中間プランジャ１１の下側に形成されてい
る。ばね１９は補償至１７の内部に配置されていて、こ
れはコイルはねてあり、このコイルばねを貫通して下側
プランジャ９の上１９６が延びている。作動部材２１は
、噴１４プランジャ９の上Ｇ１９ｄとばね］９の頂端と
に係合している。

ばね１９の下端は、噴射器カップ５に形成された座５ａ
の上に載っている。このようにして、ばね１９の力は、
作動部材２１を介して、噴射プランジャ９を上方に引っ
張って中間プランジャ］１の補償シム２３に係合させる
ように働いている。これにより、噴射サイクルが完了し
た時点から、次の噴射サイクルのために計量とタイミン
グとが開始されるまでの間、三つのプランジャ要素を一
緒にさせている。なお、この点に関して、プランジャ戻
しはね２２は、その一端が上側プランジャ１３の上端１
３ａに係合しているとともに、噴射器胴体３の頂部に押
し付けられている。戻しばね２２は、上部プランジャ１
３が穴６内の最上位置になるように上部プランジャ１３
を陥倚させており、この最上位置は、噴射カムｉｏｏ　
　（第３図）によって定められ、この噴射カム１００は
ロッカーアーム１０５を介して上部プランジャ１３に作
用している。

各噴射サイクルの四つの段階のうちの最初の段階では、
上側プランジャ１３は、タイミング至充填通路２５をふ
さぐことのないように戻しはね２２によって充分に後退
させられている。したがって、液圧タイミング流体（た
とえば燃料）が、中間プランジャ１１を上側プランジャ
１３から離すような圧力をかけ、補償ばね１９を圧縮さ
せる。

上側プランジャ１３の中間プランジャ１１からの分離量
は、ばね１９のばね力と、中間プランジャ１１０面積に
作用するタイミング流体圧力によって発生する力との間
のバランスによって定まる。

プランジャ１１と１３の間の分１ｉ！ｔｆｆｌが大きけ
れば大きいほど、噴射タイミングの進みが大きくなる。

タイミング流体がタイミング至２１内に送られることに
よって噴射タイミングがとられると同時に、噴射のため
の燃料が、燃料噴射器の供給通路３１の出力送給オリフ
ィス３３を経由して、噴射器カップ５の上部３５内に流
入させられる。ここで、ばね１９はプランジャ９を充分
な量だけ上方へ引っ張っており、プランジャ９のランド
部９ｂは上記送給オリフィス３３の上方まで引き上げら
れている。燃料はその後、噴射プランジャ９の細長い下
側部分９ａと噴射器カップ５の下側部分３７との間に存
在するすきま空間を通過して、噴射器カップ５の下端に
配置されている噴射オリフィス間口３９に近接する噴射
室４１内に入る。噴射燃料の計量中は、噴射室４１は、
公知の「圧力／時間」原理に従って正確に計量された量
の燃料によって部分的に満たされることになる。この原
理に゛よれば、実際にｉｔ　ｆ２された燃料の量は、供
給圧力と、燃料が送給オリフィス３３を通過して流れて
いる間の合計計ｉ時間との関数になる。この送給オリフ
ィス３３は、所望の圧力／時間計量性能が得られるよう
に、その流体特性が慎重に定められている。第２ａ図は
上述の針足およびタイミング段階を示す。

第２段階すなわち噴射段階では、カム１００により上側
プランジャ１３が下方に動かされる。その結果、タイミ
ングポートが上側プランジャ１３の先端によって閉じら
れるまで、タイミング流体が通路２５を戻って出ていく
。

タイミングポートが閉じられたときに、タイミング流体
はプランジャ１１と１３の間に閉じ込められて流体リン
クが形成され、三つのプランジャ要素すべてが一緒にな
ってノズル先端の方に移動する。第２ｂ図に示すように
、下側噴射プランジャ９のランド部９ｂは、下方に動い
たときに、噴射器供給通路３１の出口送給オリフィス３
３を閉じる。しかしながら、以前に計量されて噴射器４
１に入った燃料は、プランジャ９が噴射器４１内に充分
に入り込んで燃料で満たされていない噴射器容積の部分
を占有するまでは、加圧され始めることはない。噴射プ
ランジャ９が・この部分を専有した地点から、噴射プラ
ンジャの下向きの行程が完了した地点までの距離は「実
燃料高さ」と呼ばれ、プランジャの行程にあける噴射が
実際に始まる地点を定める。

これまでに使われてきた開放ノズル形式の燃料噴射器で
は、実燃料高さは、供給通路の送給オリフィスが噴射プ
ランジャによって閉じられた地点またはその近傍に達し
ていた。しかしながら、このような特徴は、本発明の噴
射器のようにＳＡＣ圧力を劇的に増加させて従来の噴射
器で使用される圧力よりもかなり高＜　３０，０ＯＯｐ
Ｓｉを越える程度までを追及するような噴射器では望ま
しくない。

その理由の第一は、噴射の開始時点で、燃料が洩れるに
必要な、実燃料高さ位置から送給オリフィスまでの距離
が、比較的短いことである。すなわち、従来の構成によ
って得られるシールの程度は、相当の洩れを生じること
なく本発明の求める程度のＳＡＣ圧力に耐えるには不十
分である。ざらに、送給オリフィスに近接して実質上こ
れと交差する高圧室の存在が挙げられる。すなわち、供
給通路を形成する交差穴あけによって、代表例として応
力集中係数が３．８１になる。

これら両方の問題点は、本発明によって次のように解決
された。最小シール長さすなわちオリフィス３１とラン
ド部９ｂの先端９ｅとの間の軸方向距離の最小値は、噴
射の開始時点で生じ、この値を実燃焼高さの少なくとも
半分に等しくする。

最小シール長さの関係をこのように維持することにより
、ＳＡＣ圧力が３５，０ＯＯｐＳｉもの高い圧力を維持
できるばかりでなく、高圧室は、供給通路３１を形成す
る交差穴あけ部分から十分に離して配置できる。その結
果、応力集中因子（噴射器の疲れ破壊を引き起こしうる
）を除去できる。

また、本発明では、洩れを生じることなく、高いクラン
プ圧力を必要とすることもなく、高いＳＡＣ圧力を達成
することができることが分かる。

すなわち、従来は、噴射燃料供給通路が、噴射器カップ
の中ではなくて噴射器本体の胴体要素の中に形成されて
いた。したがって、噴射器胴体部品と噴射器カップとの
境界が送給オリフィスの下方に存在しており、また、上
述のクランプ高圧継手の存在により噴射圧力能力が制限
されていた。しかし、本発明によれば、このようなりラ
ンプ高圧継手は必要としない。というの（訳三つのプラ
ンジャを有する構成のために、噴射供給通路を実際に噴
射器カップ内に形成するのが実用的であるからである。

その理由は、本願出願人に帰属する最初に述べた特許に
示されるものと比較して、噴射器カップ部分を長くして
噴射器本体の胴体部分を短くすることができるからであ
る。ざらに別の理由として、噴射器胴体３と噴射器カッ
プ５の間の継手は至１７の低圧領域に設けることができ
るからである。この点に関して、単品噴射器カップは単
一部材の材料から作ることができるが、単品カップを、
別個の金属部品を溶接などによって永久的に単一化した
もので形成することも、本発明の範囲内にあることが分
かる。しかし、後者のように単一化したものは、噴射器
動作条件に耐えるのに十分なほどの溶接継手を製造する
のに問題があってしかも高価なので、望ましいものでは
ない。

さらに３０，０００ｐＳｉ以上のＳＡＣ圧力を達成する
には、燃料の計量と噴射とを生じる箇所である噴射器の
下端のシール能力を考慮する以上のことが必要となる。

すなわち、燃料の噴射のための圧力は上側プランジψ１
３から液圧タイミング装置を経由して下側プランジャに
伝達されるので、また、従来のシステムではタイミング
流体に作用するプランジャ組立体の直径は、噴則すべぎ
燃料に作用する場所におけるプランジャ組立体の直径に
等しいので、３０．０００ｐｓ　ｉを越えるＳＡＣ圧力
を達成するには、このような圧力レベルに耐えるような
タイミング至を必要とする。同様に、噴射器を駆動する
駆動連結装置の機械的負荷が劇的に増加することになり
、これを、補償しなければならない。

しかし、このような問題点は、本発明の３個プランジャ
によるプランジャ組立体によって避けることができる。

というのは、細長い下側プランジャ９は、中間プランジ
ャ１１および上側プランジャ１３（これらは同じ直径）
よりも相当率さい直径となっているからである。したが
って、たとえばタイミング流体が受ける負荷はかなり小
さくできく点火下の場合の４分の１）、それゆえに噴射
器４１内で燃料が受ける圧力よりもきわめて容易に耐え
ることができる。低圧のタイミング流体圧力はまた、大
きな戻し力を与えることができる。別個の小さな噴射プ
ランジャ９を使用することはまた、プランジャ１１と１
３が内部で往復運動することになる穴６の部分を、プラ
ンジャ９の入ることになるざらに小径の下側部分に対し
て、正確に同心にする必要がもはやなくなるという利点
をもたらす。

噴射は、プランジャ要素９ａの先端が第２Ｃ図に示すよ
うにノズル先端内の座に接触した途端に終了する。この
とき、第３段階すなわちオーバーラン段階が生じる。こ
こでは、プランジャ１１と１３との間の流体リンクが破
壊される。すなわち、タイミング室排出通路２７は、中
間プランジャ１１の上端がタイミング室排出通路の下方
を通過することによって、開かれる。このことは、プラ
ンジャ９がノズル先端内に着座する直前に生じる。

この段階の間は、プランジャ１３は下方に動き続けて、
タイミング流体をタイミング流体室２１から排出させる
。この点に関して、通路２７の流れ抵抗は、プランジャ
１１と１３の間の破壊されたタイミング至２１内で上昇
した圧力が噴射プランジャ９をしっかりとその座に保持
して第２の噴射を防止するに十分な大ぎざとなるように
、選択されるものである。この点に関して、ざらに、シ
ム２３は、複数のプランジャにおける寸法変化の累積を
補償できる非常に単純な手段を提供するものである。こ
れにより、タイミング室排出通路２７が開くことになる
プランジャ行程上の位置を正確に制御できる。

第２ｄ図は、すべてのタイミング流体が排出されてプラ
ンジャ１１と１３がもはや分離されていないような噴射
器を示す。このとき、噴射カムからノズル先端に至る噴
射列の全体がすきまなく機械的に接触した状態にある。

装置の組立中になされる噴射器の初期調節では、エンジ
ンの次の吸気行程の間、サイクルが繰り返されるまで、
どのような後噴射も防止するに必要な力を与えている。

オーバーラン段階および掃気段階（第２Ｃ図および第２
ｄ図）の両方において、システムの掃気と噴射器の冷却
とが行われる。特にプランジャ９がノズル先端に着座す
るまでに噴射が終了したときは、プランジャ９のランド
部９ｂの逃げ溝９ｃが燃料供給通路３１に連通して、燃
料はこの溝９Ｃを通ってランド９ｂの軸方向逃げ部９ｆ
に達し、これに沿って燃料は上昇して補償室１７に入り
、それから噴射器排出ポート２９を経由して噴射器本体
の外に出る。

第３図は、タイミング流体と噴射すべき燃料とを本発明
の噴射器に供給するための電子制御噴射システムを線図
的に示したものである。図示されているように、燃料は
燃料ポンプ１１５によりリザーバ１１０から取り出され
る。スロットルの位置と、エンジン温度、排気ガスなど
の因子を測定するセンサの出力とを監視する電子制御ユ
ニットＥＣｔＪにより、電子制御燃料供給弁装置１２０
が作動され、この弁装置１２０により、燃料を、エンジ
ンの複数の噴射器に対応する供給管１２５　、１３０に
供給するのを調節する。電子制御ユニットはまた、電子
的に駆動される圧力制御装置１３５を介して、タイミン
グ管１２５内の流体の圧力を制御する。

次に第４図に移ると、ここでは、小排気量の高速ディー
ゼルエンジンに対して、１，０００〜５．００Ｏｒｐｍ
の範囲で１　、００Ｏｒｐｍごとに、ＳＡＣ圧力とクラ
ンク角度との関係が示されている。これらの結果によれ
ば、１　、　ｏｏｏｒｐｍにおいてピークＳＡＣ圧力が
４，０００ｐｓｉと５，０００ｐｓｉの間にあれば、５
．０００ｒｌ）ｍにおいてピークＳＡＣ圧力が３４，０
００ｐｓｉと３５　、０ＯＯｐｓ　ｉの間にあることが
分かる。したがって、３５　、０００ｐｓ　ｔのＳＡＣ
圧力に耐えるという本発明の能力をもってしても、低速
運転条件のもとで達成できるＳＡＣ圧力には厳しい制限
がある。さらに、最初に言及したように、排ガスを制御
する目的で低速運転時の噴射圧力を相当高くする必要が
あることはすでに認識されているが、第４図に示した以
上にざらに高くすれば、本発明の第１図の実施例に関し
て）ホべたように、本発明に係る燃料噴射器の劇的に改
善された耐圧能力さえも越えてしまうことになる。本願
明細書の従来技術の項でも述べたように、ディストリビ
ュータ形式の燃料噴射システムでは、リリーフ弁を使用
しており、もし噴射燃料圧力が所定の値を越えるならば
燃料を噴射ノズルから流出させることを試みている。

もちろん、このようなシステムを、正確に計Φした量の
燃料を噴射するように設計されたユニット燃料噴射器に
おいて使用することは、リリーフ弁が問いているような
任意の運転条件のもとで噴射される燃料の石を制御する
能力が逆に悪影響を受けることなしには、不可能である
。

一方、本発明の変更例によれば、低速運転範囲（この形
式のごく一般的な噴射器では高速運転条件のもとで最大
とされてきた値に近いところまで）でのＳＡＣ圧力の相
当の増加を達成することが、高速運転範囲で噴射器の動
作圧力能力を越えることなしに可能となることが分かっ
た。

第５図と第６図は、第１図の噴射器の変更例を示すもの
で、共通で変更のない部品には同じ参照数字が付いてお
り、変更された部品にはプライム符号（ダッシュ）が付
いている。

最初に、第５図において、噴射器胴体３′は第１図の噴
射器胴体３と比較して次の点で異なる。

タイミング室排出通路２７が除かれていて、その代わり
に、中間プランジャ７′に形成された少なくともひとつ
のタイミング室排出通路２７′を経由してタイミング室
の排出が行われる。したがって、以下に詳しく述べるよ
うな方法で、タイミング流体は、タイミング室から中間
プランジャ７′内のタイミング室排出通路手段を経由し
て補償室１７内に排出され、さらに噴射器排出ボート２
９を経由して外部に排出される。したがって、噴射器カ
ップ５′には、第２Ｃ図と第２ｄ図を参照して説明され
たオーバーラン段階と掃気段階の間に生じる掃気流れの
ために、別個の排出ポート２９ａを加えることは、この
実施例で使用するための純粋に選択自由な事項であり、
一方で第１図の実施例にも選択自由に付は加えることが
できる。

第１図の噴射器と第５図の噴射器との間のその仙の構造
的な相違点は、タイミング室２１から通路２７′　を経
由してのタイミング流体の排■を制御するための弁手段
（第６図に詳しく示されている）が設けられていること
だけである。特に、弁手段４３は弁円板４５を有し、こ
の弁円板４５は作動部材２１′に固定されるかこれと一
体にされる。プランジャ９′の端部９’　ｄには拡大さ
れた停止手段４７が設けられており、この停止手段４７
の上に弁手段が載っていて、弁手段が、中間プランジャ
１１′から離れる方向に、停止部材４７に対して所定の
軸方向距離Ｘだけ変位できるようになっている。弁手段
４３は、第２ａ図のタイミングおよびｊｆｆｆ１段階で
の補償ばね１９の作用のもとで、プランジャ１１′の対
面する下側の面に形成された突き出した弁座１１′　ａ
とシール可能に係合する。噴射のための燃料の計量と、
タイミングのためのプランジャ１１，１３の分離とは、
この実施例においても、第１図の実施例のところで述べ
たのと同じ方法で生じる。同様に、噴射手順も第１実施
例のところで述べたのと同じ方法で始まる。この場合、
タイミング流体窯２５内の燃料は弁手段４３によって閉
じ込められ、弁手段４３はばね１９によってプランジャ
１１′の下面に押し付けられる。

噴射圧力が、ばね１９によって定まる設定値より低い状
態にある限り、噴射は正常に続き、プランジャ９′がノ
ズル先端内に着座することによって噴射は急に終了する
。このとき、タイミング流体室２５内の圧力は、弁手段
４３をその座から離すに十分なレベルまで上昇し、これ
により、燃料は、タイミング至２５からタイミング室排
出通路２７′を経由して排出され、補ｆＥ＆至１７′を
経て排出ポート２９に達する。ざらに、弁手段４３は、
タイミング至とプランジャ１３．１１’　とによって形
成された流体リンク内の圧力を調節し、制御されないリ
ンク破壊や第２の噴射が生じるのを防止している。一方
、もし噴射サイクル中に、プランジャ１３がノズル先端
に向かってまだ移動しているとぎに噴射圧力が設定値を
越えたならば、プランジャ１１′と１３の間にあるタイ
ミング室内の圧力は、補償ばね１９によってかけられて
いるシール圧力を越えることになろう。これにより、燃
料は、流体リンクから通路２７′を経由して排出ボート
２９に逃げる。この場合、弁手段４３は、設定最大値に
近い圧力で噴射が完了するように、破壊された流体リン
ク内の圧力を調節するＳきをする。弁手段４３のこの圧
力調節動作はまた、噴射期間を最小限度にするとともに
、第２の噴射を起こすことなく噴射を急に終了させるこ
とを確実にしている。

上述の点を別にすれば、噴射器１′の残りの椙成の部分
と、この噴射器の噴射サイクルの残りの部分とは、第１
図の実施例に関して述べたのと同様である。

第７図は、本発明に係る変更された圧力調節弁装置を示
す。この実施例では、中間プランジャ１１″が中空にな
っていて、その頂壁内の中央に単一の排出通路が設けら
れている。排出通路２７″は中空の内部空間１１″ａに
連通している。

この内部空間１１″ａは、プランジャのプラグ部１１″
ｂを、カップ形状のプランジャシェル部１１″Ｃ内に挿
入することによって形成される。

この場合、排出通路２７″を開閉するための弁手段は弁
円板４５″を有し、この弁円板４５″は、３個以上の等
角度に離して設置された作動ビン４７（ひとつだけを示
す）の働きのもとで、室１１″ａの内部で往復運動でき
るように配置されている。作動ピン４７は、作動部材２
　′ｌ　”によってプランジャ９″の端部で支持されて
いる。弁円板４５″は、補償ばね１９の働きにより、図
示した閉鎖位置にとどまっており、第５図と第６図の実
施例に関連して述べたのと同じ条件のもとでかつ同じ態
様で、その状態から変位する。弁円板４５″の軸方向の
相対変位量は、円板４５″の下面とプランジャのプラグ
部１１”ｂの上面との間の距離によって定まる所定の値
に限定される。同様に、第７図のこの変更された動作は
、他の実施例に関連してすてに述ぺたのと同様である。

また、噴射圧力が所定の値を越えたときにタイミング流
体をタイミング至から排出させる目的で、第５図〜第７
図に示したものと同様に機能するような、その伯のさま
ざまな圧力調節弁装置を製造することが可能であること
が分かるであろう。さらに、本発明に係る噴射圧力制限
機構として使用されるタイミング流体排出弁手段は、第
１図の噴射器に関してさえ、いくつかの利点を有する。

第１に、噴射器本体の胴体部分内にタイミング流体排出
通路を形成する必要がなくなり、したがって、タイミン
グ流体排出通路を形成する必要がなくなり、したがって
、タイミング流体排出通路に対する正確な公差を維持す
る必要もなくなる。第２に、寸法変化を補償するために
シム２３を設ける必要もなくなる。最も重要なことは、
本発明に係る圧力副面弁手段を使用することにより、最
大噴射圧力を、たとえば第１図の実施例で可能な状態よ
りも早く噴射カムを上昇させるような設定値に制限する
ことができるという事実である。噴射カムをより早く上
昇させることは、低いエンジン速度での噴射圧力を増加
させることになり、一方で、圧力調節弁手段が、高いエ
ンジン速度で噴射圧力が高くなり過ぎないようにする。

ざらに弁が開いたときに圧縮されるようなばねを使用す
ることにより、弁が開くときよりも高い圧力で弁が閉じ
て、燃料が最適状態で燃焼している時点であるストロー
クの最後のところでより多くの燃料が噴射されるような
望ましい効果が得られるという利点がある。

第８図は、現在の燃料噴射器と、第１図の実施例に係る
燃料噴射器と、第５図〜第７図の実施例に係る燃料噴射
器とを、エンジン速度に対する噴射ＳＡＣ圧力線図で比
較して示したものである。

第８図において、曲線Ａは現在のシステムを示し、曲線
Ｂは第１図の実施例を示し、曲線Ｃは第５図〜第７図の
実施例を示す。この図から分かるように、第１図の実施
例のものは、現在のシステムと比較してＳＡＣ圧力が劇
的に増加している。ざらに、本発明に係る圧力調節弁手
段を使用することにより、最大噴射ＳＡＣ圧力を越える
ことなく、最大速度以下でのＳＡＣ圧力がさらに劇的に
増加している。

以上、本発明のさまざまな実施例を図示かつ説明してき
たが、本発明はこれらのものに限定されるものではなく
、当業者にとって理解されるように、多くの変形と変更
が可能である。したがって、本願で図示かつ説明された
ような詳細な事項に本発明を限定するつもりはなく、特
許請求の範囲に包含される変形および変更のすべてをカ
バーすることを意図するものである。

本発明に従って設計された燃料噴射器は、非常に多くの
種類の内燃機関に適用できる。特に重要な適用例は、自
動車を駆動するための小さな圧縮点火（ディーゼル）殿
関に対するもので市る。軽トラツクのエンジンや中型馬
力のエンジンも、本発明に従って設計された噴射器を使
用することで利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るユニット燃料噴射器
の概略断面図、 第２ａ図から第２ｄ図までは異なる段階で動作している
第１図のユニット噴射器の断面図、第３図は本発明に係
る燃料噴射器を含む電子制御燃料噴射システムのブロッ
ク線図、 第４図は各種の異なる速度で運転される燃料噴射器の、
クランク角度に対するＳＡＣ圧力のグラフ、 第５図は本発明に係る変更された燃料噴射器を示す、第
１図と同様の図、 第６図は第５図の噴射器の中間プランジャの領域におけ
る拡大図で、タイミング流体排出弁装置を示す図、 第７図は変更されたタイミング流体排出弁装置を示す、
第６図と同様の図、 第８図は従来の燃料噴射器と本発明に係る燃料噴射器と
におけるエンジン速度に対するＳＡＣ圧力のグラフでお
る。 １　・・・燃料噴射器本体 ６　・・・穴 ７　・・・プランジャ組立体 ９　・・・下側プランジャ（噴射プランジャ）］］・・
・中間プランジャ １３・・・上側プランジャ １９・・・ばね ２１・・・タイミング室 ２７・・・タイミング室排出通路 ３９・・・噴射オリフイス Ｆ／に、　８゜ エンジンＡじＬ　　（ＲＰＭ／１０００）１、事件の表
示 昭和６２年　特許願　第２３６０６２号２）発明の名称 燃料噴射器 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　アメリカ合衆国、インデイアナ州　４７２０
１゜コロンバス、ジャクソン　ストリート　５００名　
称　　カミンズ　エンジン　カンパニー。 インコーホレイチット ４、代理人 住　所　　〒１５１東京都渋谷区代々木二丁目２０番１
２号第２小野木ビル３階 発進口　昭和６２年１２月２２日 ６、補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）（ａ）中央穴と、下端に噴射オリフィスとを含む
   噴射器本体、 （ｂ）前記噴射器本体に供給される燃料の圧力に依存す
   る周期で、前記噴射オリフィスを 通過する噴射燃料の量を変化させて計量す るための計量手段であつて、前記計量手段 が、前記中央穴の内部で往復運動するよう に取り付けられた下側プランジャを含む、 計量手段、 （ｃ）前記噴射器本体に供給される液圧タイミング流体
   の圧力に依存して、計量された燃 料の各周期的噴射のタイミングを変化させ るための液圧タイミング手段であつて、前 記液圧タイミング手段が、前記中央穴の内 部で往復運動できるように取り付けられた 上側プランジャと前記中央穴の内部でかつ 前記上側および下側プランジャの間で往復 運動できるように取り付けられた中間プラ ンジャとを含み、前記タイミング流体は、 前記上側および中間プランジャの間のタイ ミング流体室に供給される、液圧タイミン グ手段、 （ｄ）タイミング流体を前記タイミイング流体室から排
   出するための通路手段を開閉する ための弁手段、および （ｅ）前記中間プランジャと前記下側プランジャとの間
   に取り付けられて、前記中間プラ ンジャを上方に偏倚させ、前記下側プラン ジャの上昇を制御し、かつ、前記弁手段の 開放を制御するためのばね を有する周期的燃料噴射器。 （２）特許請求の範囲第１項に記載の燃料噴射器におい
   て、前記通路手段は、前記中間プランジャの前記タイミ
   ング流体室とは反対側に形成された低圧室を経由して前
   記タイミング流体室を前記噴射器本体内の排出手段に連
   通させる少なくともひとつの通路を有する、燃料噴射器
   。 （３）特許請求の範囲第２項に記載の燃料噴射器におい
   て、前記少なくともひとつの通路が前記中間プランジャ
   内に形成されている、燃料噴射器。（４）特許請求の範
   囲第３項に記載の燃料噴射器において、前記弁手段が前
   記低圧室内に配置されている、燃料噴射器。 （５）特許請求の範囲第４項に記載の燃料噴射器におい
   て、前記弁手段は、前記プランジャの往復運動の方向と
   平行な方向に移動できるように、前記下側プランジャの
   上端に相対的に変位可能に取り付けられている、燃料噴
   射器。 （６）特許請求の範囲第５項に記載の燃料噴射器におい
   て、弁手段の相対運動の量を制限するための停止手段を
   有する燃料噴射器。 （７）特許請求の範囲第６項に記載の燃料噴射器におい
   て、前記停止手段が前記下側プランジャに支持されてい
   る、燃料噴射器。 （８）特許請求の範囲第６項に記載の燃料噴射器におい
   て、前記通路手段は前記中間プランジヤを貫通して延び
   る複数の通路を有し、また前記弁手段は、前記ばねの作
   用のもとで前記通路を閉じるために前記中間プランジャ
   にシール可能に係合する弁円板である、燃料噴射器。 （９）特許請求の範囲第３項に記載の燃料噴射器におい
   て、前記弁手段は中間プランジャの内部に配置されてい
   る、燃料噴射器。 （１０）特許請求の範囲第９項に記載の燃料噴射器にお
   いて、前記弁手段は、前記プランジャの往復運動の方向
   と平行な方向に移動できるように、前記下側プランジャ
   の上端に相対的に変位可能に取り付けられてる、燃料噴
   射器。 （１１）特許請求の範囲第１０項に記載の燃料噴射器に
   おいて、弁手段の相対運動の量を制限するための停止手
   段を有する燃料噴射器。 （１２）特許請求の範囲第１１項に記載の燃料噴射器に
   おいて、前記弁手段が、前記中間プランジャ内に形成さ
   れた弁室の内部に配置された弁円板と、作動部材から延
   びて中間プランジャの底部を貫通し前記弁円板に係合す
   る連結ピンとを有し、前記ばねは、タイミング流体室か
   ら弁室まで延びる通路をシール可能に閉じるような位置
   に前記弁円板を偏倚させる方向に前記作動部材に作用す
   る、燃料噴射器。 （１３）特許請求の範囲第１項に記載の燃料噴射器にお
   いて、前記弁手段が、前記中間プランジャ内に形成され
   た弁室の内部に配置された弁円板と、作動部材から延び
   て中間プランジャの底部を貫通し前記弁円板に係合する
   連結ピンとを有し、前記ばねは、タイミング流体室から
   弁室まで延びる通路をシール可能に閉じるような位置に
   前記弁円板を偏倚させる方向に前記作動部材に作用する
   、燃料噴射器。 （１４）特許請求の範囲第１項に記載の燃料噴射器にお
   いて、前記弁手段は、前記プランジャの往復運動の方向
   と平行な方向に移動できるように、前記下側プランジャ
   の上端に相対的に変位可能に取り付けられている、燃料
   噴射器。 （１５）燃料源から噴射器に供給される燃料の圧力の関
   数として、サイクル毎を基本に、燃料の量を変化させて
   周期的に噴射し、各サイクルでは、タイミング流体源か
   ら噴射器に供給されるタイミング流体の圧力の関数とし
   て噴射時間を変化させることのできる燃料噴射器であっ
   て、この燃料噴射器は、 （ａ）中央穴と、下端に噴射器オリフィスとを含む噴射
   器本体、 （ｂ）前記中央穴の内部に設けられた上側プランジャと
   下側プランジャとを含む往復プランジャ組立体であつて
   、 （１）前記下側プランジャと、前記噴射オリフィスを含
   む前記噴射器本体の下端との間に 位置する可変容積噴射室であって、前記可 変容積噴射室は、各噴射サイクルの一部の 期間に、燃料源と連通する、可変容積噴射 室、および （２）前記上側プランジャの下方に位置する可変容量タ
   イミング室であつて、前記タイミ ング室は、各噴射サイクルの一部の期間に、タイミング
   流体源と連通する、可変タイミ ング室 とを画定する往復プランジャ組立体、および、（ｃ）前
   記タイミング室内のタイミング流体の圧力が所定の値を
   越えたときはいつでも前記タイミング室からタイミング
   流体を排出することによって、低速および高速運転条件
   の両方で最大ＳＡＣ圧力を達成する手段、 を有する燃料噴射器。 （１６）特許請求の範囲第１５項に記載の燃料噴射器に
   おいて、前記中央穴の内部で前記上側および下側プラン
   ジャの間に設けられた中間プランジャと、前記中間およ
   び下側プランジャの間に位置する可変容積補償室と、前
   記中間および下側プランジャを偏倚させるために前記可
   変容積補償室の内部に位置する偏倚手段とをさらに有す
   る燃料噴射器。 （１７）特許請求の範囲第１６項に記載の燃料噴射器に
   おいて、前記達成手段は、前記所定の値に等しい開放圧
   力に応答してタイミング室排出通路手段を開放するとと
   もに前記開放圧力よりも高い閉鎖圧力で前記タイミング
   室排出通路手段を再び閉鎖するための弁手段を有する、
   燃料噴射器。（１８）特許請求の範囲第１７項に記載の
   燃料噴射器において、前記偏倚手段がばねであり、前記
   弁手段は、タイミング室の内部のタイミング流体の圧力
   に応答してタイミング室排出通路を閉じる位置から移動
   するときに、前記ばねを圧縮するように作用する、燃料
   噴射器。 （１９）特許請求の範囲第１５項に記載の燃料噴射器に
   おいて、前記達成手段は、前記所定の値に等しい開放圧
   力に応答してタイミング室排出通路手段を開放するとと
   もに、前記開放圧力よりも高い閉鎖圧力で前記タイミン
   グ室排出通路手段を再び閉鎖するための弁手段を有する
   、燃料噴射器。 （２０）特許請求の範囲第１９項に記載の燃料噴射器に
   おいて、前記弁手段がタイミング室の内部のタイミング
   流体の圧力に応答してタイミング室排出通路を閉じる位
   置から移動するときに前記ばねを圧縮するように作用す
   るような態様で、弁手段を閉鎖位置に偏倚させるために
   、ばねが設けられている、燃料噴射器。 （２１）高圧において、サイクル毎を基本に、燃料の量
   を変化させて周期的に噴射する開放ノズル形式の燃料噴
   射器であつて、 （ａ）単品噴射器カップを有する噴射器本体であって、
   前記噴射器カップは軸方向穴を含み、この軸方向穴には
   、この軸方向穴を燃料供給装置に連通させるために噴射
   器カップの上部を貫通して延びる燃料供給通路があり、
   前記噴射器本体はさらに、燃料を噴射器から送り出すた
   めの、噴射器カップの下部の底にある噴射オリフィスを
   有し、前記軸方向穴は、前記上部の方が前記下部よりも
   大きな直径を有する、噴射器本体、および （ｂ）軸方向穴の内部で往復運動できるように設けられ
   た噴射プランジャを有する往復プランジャ組立体であつ
   て、前記噴射プランジャには、前記下部における軸方向
   穴の直径に等しい直径の細長い下部と、前記上部におけ
   る軸方向穴の直径に近い直径の、前記下部の上方の半径
   方向に拡大したランド部とが設けられ、前記プランジヤ
   は前記軸方向穴の内部で往復運動でき、この往復運動は
   、前記プランジャの下方で前記穴の中に画定される噴射
   室の中に燃料を計量して入れるために前記ランド部が前
   記供給通路の上方にあるような上昇位置から、前記供給
   通路から前記噴射室内に燃料を計量して入れることを前
   記ランド部が遮断するような中間位置を経て、噴射プラ
   ンジャの前記下部の底端によって前記噴射オリフィスが
   閉鎖されるような最下位置まで達する、往復プランジャ
   組立体 を有する燃料噴射器であって、 ３０，０００ｐｓｉを越えるＳＡＣ圧力が噴射中に達成
   できるように、噴射の開始時点で、供給通路の出口送給
   オリフィスの下方に位置する前記上部の領域で、前記ラ
   ンド部と前記穴を画定する壁面との間で所定の最小シー
   ル長さが達成され、前記最小シール長さは、少なくとも
   前記実燃料高さの２分の１に等しくなるように、前記ラ
   ンド部の下方の前記穴の寸法と、噴射開始時点における
   前記噴射器に対する所定の最大実燃料高さの寸法とつり
   合うようにされている、燃料噴射器。