JPH0416630B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は全体として内燃機関の燃料噴射装置に
関するものであり、更に詳しくは燃料噴射装置内
の各噴射器で放出される燃料の量を自動的に調整
することができるものに関する。

（従来の技術） 内燃機関のクランク軸から機械的に駆動されて
燃料を内燃機関のシリンダへ供給するための燃料
噴射器は、例えば米国特許第2997994号に開示さ
れているように良く知られている。クランク軸の
動きは、カムと、カム従節と、ロツカーアーム機
構とを介してポンプ・プランジヤを周期的に押す
力に変換される。クランク軸の回転はエンジン速
度のみを反映するから、燃料噴射動作の周波数は
他のエンジン運転条件に対しては調整できなかつ
た。上記説明ではクランキング速度と、大荷重時
と、最高速度とにおける燃料噴射器のタイミング
および計量機能などの実際のエンジン運転条件は
考慮に入れなかつた。

エンジン運転サイクルの燃料噴射段階のタイミ
ングの調整を行なえるようにするために、前記米
国特許第2997994号では、プランジヤ３５を上昇
させプツシユロツド６の位置を変え、燃料噴射器
のプランジヤ部材１２を動作させるために、流体
ポンプ４０により流体を追従室３７に入れること
が提案されている。プランジヤの実効面積を選択
することにより、プランジヤが上昇すると、エン
ジン運転サイクル中に希望の位置にまでプランジ
ヤ部材を進ませる。流体圧ポンプは内燃機関によ
り駆動され、潤滑油加圧ポンプが流体圧ポンプと
してしばしば用いられる。

米国特許第3859973号には、内燃機関のクラン
クキング速度と走行速度に対して燃料噴射時刻を
油圧で遅らせ、または進ませるために潤滑油系に
連結される油圧タイミング・シリンダが開示され
ている。この油圧タイミング・シリンダは、エン
ジンクランク軸に固定されているカムと油圧プラ
ンジヤの間に設けられる。潤滑油ポンプ内の圧力
はエンジン速度に関係させられる。

米国特許第3951117号には、エンジン性能を最
高にするために、燃料噴射タイミングを自動的に
調整する油圧装置を含む燃料供給装置が開示され
ている。この米国特許の第１図ないし第４図に示
されている装置の実施例は、タイミング室１５４
とチヤージ室１５３が形成されているボデー１５
１を含む噴射ポンプを有する。チヤージ室は第１
の可変圧燃料源（弁４２、通路４４、管１８２の
ような）から燃料を受けるために連結される。タ
イミング室は第２の可変圧燃料源から管２３１を
介して燃料を受けるために連結される。その燃料
の圧力は圧力加減器２２２，２２３により加減さ
れる。ボデーは通路１９１を更に含む。この通路
１９１は分配器１８７を通つて延びる。この分配
器１８７は噴射群中の各噴射器１５へ燃料を順次
分配する。

米国特許第3951117号に開示されている装置に
おいては、タイミング・ピストン１５６が噴射ポ
ンプのボデー中のチヤージ室とタイミング室の間
に往復動できるように取り付けられ、タイミング
室の中の燃料に圧力を加えるためにボデーの中に
プランジヤ１６３が取り付けられる。タイミング
室の中の燃料はプランジヤとタイミングピストン
の間に油圧リンクを形成する。このリンクの長さ
は、計量されてタイミング室の中に送り込まれる
燃料の量を制御することにより、変えることがで
きる。燃料の量はそれに供給される燃料の圧力の
関数であり、その圧力は速度や負荷のようなエン
ジンのある運転パラメータに応答する。噴射スト
ロークでプランジヤ１６３が動くと油圧リンクと
タイミング位置が動き、そのために燃料を選択さ
れた燃料室へ送り込む。各噴射ストロークが終つ
たときに、タイミング室の中の燃料はあふれ、ポ
ート１７７とあふれ通路１７６の中にあふれさせ
られる。機械的に駆動される燃料噴射器自体はこ
の米国特許第3951117号の第１４図ないし第１７
図に示されている。

以上述べた全ての燃料噴射装置は、内燃機関の
クランク軸から機械的に駆動される噴射器群の動
作サイクルの噴射段階タイミングを変えるために
油圧調整器を用いており、油圧装置はエンジン速
度とエンジン負荷のうちの少なくとも１つに応答
できる。従来の燃料噴射装置はほとんどの場合に
満足に機能するが、いくつかの動作上の欠陥が認
められる。例えば、油圧調整器は比較的狭い速度
範囲で効果的に機能し、エンジンの運転パラメー
タの変化に対する応答はかなり遅い。また燃料噴
射装置において採用されている各噴射器群へ油圧
流体を供給するためにロータ分配器ポンプが用い
られているから、油圧調整器のシールに問題があ
る。米国特許第3951117号で提案されているよう
に、油圧調整器が速度と負荷の少なくとも一方に
応答できるようにするためには多くの部品で構成
される複雑な装置を必要とするから生産コストが
高くなり、エンジンへの装備と保守が困難とな
り、信頼性が低くなる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は従来の上記した欠点を改善した
燃料噴射器を提供することである。

さらに本発明の他の目的は適正な量の燃料を正
しいタイミングで噴射する燃料噴射器を提供する
ことである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明はボデー内に一次ピストンと二次ピスト
ンとを配置して、これらを独立にまたは一緒に動
かすことによつて燃料の所定の量を計量室に供給
して、計量室へ供給された燃料をノズルから噴射
する構成としている。

上記一次ピストンと二次ピストンとの間に燃料
を充満させ、その燃料を電子的に動作するバルブ
で封止したり、開放することによつて二次ピスト
ンを一次ピストンとともに移動したり、一次ピス
トンだけを独立に移動させたりするようにしてい
る。

本発明は噴射する燃料を一旦計量室に供給し、
その燃料を噴射する構成としている。この計量室
への燃料の供給は、二次ピストン降下による燃料
噴射後の二次ピストンの上昇によつて行ない、前
記電子的に動作させられるバルブの動作を制御す
ることによつてその上昇時間を制御するととも
に、その計量室への燃料供給のための通路に設け
たオリフイスで流量を制限し、前記二次ピストン
の上昇とによつて前記計量室の燃料供給中の圧力
を燃料の蒸気が生じる程度まで減少させ、この圧
力低下と前記二次ピストンが上昇する時間とによ
つて計量室へ供給する燃料の量を制御するように
している。

（作用） 電子的に動作させられるバルブはコンピユータ
のような制御手段からの出力でその動作タイミン
グを制御することができる。したがつて、燃料噴
射後の燃料供給時間はエンジン動作情況に応じた
適正な時間に制御することができる。また、本発
明は、通路中にオリフイスを設け計量室の圧力を
蒸気が発生する程度にまで低下させている。した
がつて噴射する燃料の量は、二次ピストンの動作
によつて変化する計量室の容積そのものに等しく
ならず、時間と圧力とに比例した値に制御してい
る。その結果燃料の噴射させる量をエンジンの動
作情況に応じた適切な量に制御することができ
る。

（実施例） 第１図は、各噴射器のタイミング機能と、圧力
−時間計量機能の時間部分を調整するために、電
子的に動作させられるバルブを用いる燃料噴射装
置の主な部品を示す略図である。この装置は支持
ブロツク１２により支持される燃料噴射器１０を
有する。この燃料噴射器１０は、ノズル１４を通
じて燃料をエンジン１６の燃焼室（図示せず）の
中に直接送り込むために制御される。図には噴射
器を１個だけ示してあるが、この燃料噴射装置に
はエンジンのシリンダ数と同数の噴射器を用いら
れる。燃料噴射器１０は従節２０の往復運動を介
してエンジンの運転に同期して動作させられる。
従節２０は強力なばね１８により上方へ押し上げ
られている。

エンジン１６のカム軸２４にカム２２が固定さ
れる。カム軸２４はクランク軸２６から歯車２
３，２５を介して駆動されるから、カム２２はエ
ンジン速度の関数のある速度で回転する。

歯車２３，２５の歯数の比は、エンジンが２サ
イクルであるか４サイクルであるかということを
含めて、種々の要因に応じてエンジンごとに変え
ることができる。クランク軸はエンジン１６の燃
焼室の中のピストン（図示せず）を駆動する。ロ
ーラー２７がカム２２の輪郭に沿つて載り、プツ
シユロツド２８とロツカーアーム３０がカム従節
の運動を軸線方向の力に変換して従節２０と一次
ピストン６２に加える。その力はばね１８の力に
抗して作用し、エンジン速度とカムの輪郭に応じ
て大きさが変る。

燃料溜３２が各燃料噴射器１０により噴射され
る燃料の供給源として機能する。燃料は燃料溜３
２から送油ポンプ３４により取り出される。フイ
ルター３６，３８が燃料中の不純物を除去し、分
配導管４０が供給圧の燃料を各燃料噴射器１０に
導く。分配導管４０とブロツク１２の間を分岐管
４２が延びて、供給圧の燃料を燃料噴射器１０を
通つて循環できるようにする。エンジンの燃料室
の中に送り込まれなかつた燃料は分岐戻り管４４
と戻り管４６を通つて燃料溜３２に戻される。固
定されているオリフイス４８が戻り管４６の中に
配置されて、燃料溜へ戻る流量を制御する。導管
の近くに描かれている矢印と中期は燃料の流れる
向きを示すものである。

第１図に示す燃料噴射装置はエンジンのいくつ
かのパラメータに応答する。カム軸２４に固定さ
れているカム２２の回転速度を反映するエンジン
速度に加えて、いくつかのセンサ５０がエンジン
温度、マニホルド絶対圧、エンジン負荷、高度及
び空燃比を決定するためにエンジン１６に用いら
れる。センサ５０は比測定パラメータを表わす電
気信号を発生し、それらの信号を電子制御器
（ECU）５２へ与える。このECU５２は測定した
パラメータを、ECU５２のメモリに格納されて
いる基準値と、カム２２の回転速度と、角度位置
とを考慮に入れて比較し、信号を発生する。その
信号は各燃料噴射器１０に与えられる。その信号
は各燃料噴射器１０の動作タイミングと、計量機
能の少なくとも一部を制御する。リード５４，５
６とコネクタ５８が、第１図に示されている代表
的な噴射器のためのECU５２の制御手段６０を
相互に接続する。

第２図に代表的な燃料噴射器１０の構造が示さ
れている。

燃料噴射器１０はボデー６４を有する。そのボ
デー６４の上端部にボデー内を上下動する従節２
０に接触しているロツカーアーム３０の一部を示
してある。ばね１８が支持ブロツク１２（第１
図）により支持され、従節２０を上方へ押す。一
次ピストン６２が従節２０の下端部に連結され、
従節２０と一次ピストン６２は一体部材として動
く。スロツト６８がストツプ６９に組合わされ
て、一次ピストン６２が燃料噴射器１０のボデー
６４から外れないようにしている。

ボデー６４の中央部には軸方向に孔７０が設け
られている。この孔７０に一次ピストン６２の下
端部と二次ピストン７２とが上下動自在に入れら
れている。一次ピストン６２と二次ピストン７２
とは分離されていてバネ７４で互いに押し合うよ
うに連結されている。一次ピストン６２の底に形
成されている空洞部の中に設けられたスタツド７
６にばね７４の上部が取り付けられている。ばね
７４の下端部は二次ピストン７２の上端部に形成
されている空洞の中に入れられる。一次ピストン
６２の下端部と二次ピストン７２の上端部の間に
形成されている空洞はタイミング室８０を形成す
る。孔７０との底と二次ピストン７２の底との間
に計量室８２が形成される。すなわち、この計量
室８２は二次ピストン７２の停止位置によつてそ
の容積が決定される。

エンジン・サイクルの噴射の前にこの計量室に
入れられる燃料の量は、本発明では後に詳しく説
明するように計量室８２の容積そのものではな
く、圧力−時間計量方によつて決定される。

二次ピストン７２には制御弁８４が設けられて
いる。図ではこの制御弁８４は閉じられている状
態が示されている。制御弁８４はばね８６により
閉じ位置に保持される。ばね８６は二次ピストン
７２の内部に形成されている空洞８８の中に挿入
される。二次ピストン７２には第２の制御弁９０
が設けられている。この制御弁９０は空洞部９４
の中に挿入されているばね９２により閉じた位置
に保持される。

燃料噴射器１０の動作についての説明からわか
るように、制御弁８４は二次ピストン７２の下降
運動を制御または制限するために用いられる。一
方制御弁９０は二次ピストン７２が上昇中にのみ
計量室８２へ燃料を流すために用いられる。

ボデー６４に形成されている通路９６を通つて
燃料は燃料噴射器１０へ供給される。通路９６に
は制限オリフイス形成素子９８を設置している
（参照番号９８はオリフイスも示す）。このオリフ
イス９８は求められているエンジン動作に適合す
るように慎重に選択される。このオリフイスを通
る燃料の流量は、そのオリフイスによる圧力降下
の平方根に比例する。その圧力降下は通路９６に
供給される燃料の圧力に比例する。したがつてエ
ンジンの動作変数に適合して燃料の圧力が変わ
る。たとえば、低速時にはその圧力は低くなる。

二次ピストン７２が降下すると計量室８２の中
の燃料が圧縮されて、燃料噴射器１０の先端部に
圧力が加えられる。燃料噴射器１０はニードル弁
１１０を有する。このニードル弁１１０は、安定
化および案内素子１１４に作用するばね１１２に
より下方へ、すなわち閉位置へ押されている。計
量室８２が圧縮されると通路１１８が圧縮され、
それによりチヤンバー１２０が圧縮される。チヤ
ンバー１２０が圧縮されると表面１２２に力が加
えられる。表面１２２の面積は弁１１０のニード
ル部分の面積より広いから、ニードル弁１１０は
上昇させられる。ニードル弁１１０が開かれると
流体がオリフイス１２６，１２８から流出する。
二次ピストン７２に形成されている溝付き部分１
３０が中心の孔７０に形成されている溝付き部分
に重なると、燃料が通路１３６と１３８を通つて
流れるために、計量室８２の中の圧力は低下す
る。また、このために燃料噴射器１０の先端部、
とくにチヤンバー１２０の中の圧力が低下して噴
射器はばね１１２の作用で閉じられる。

ニードル弁１１０が上昇するとチヤンバ１４０
がわずかに加圧されるが、その圧力は溝１３２に
連結されている通路１４２により低下させられ
る。

サイクルの計量期間中は、燃料はオリフイス９
８と、通路１００と１４６とを通つて流れ、制御
弁９０を開く。したがつて燃料は通路１３６と１
４８を通つて計量室８２の中に流れ込む。

次に燃料噴射器１０の動作を説明する。まず、
燃料噴射器１０が第２図に示されている位置、す
なわち計量段階にあるものと仮定する。この計量
段階中は、ロツカーアーム３０が上昇し、一次ピ
ストン６２は上昇する。この情況においていは、
制御弁８４は閉じられ制御弁９０は開かれてい
る。またバルブ１０４は閉じられている。このバ
ルブ１０４はソレノイド６０で開閉させられる。
バルブ１０４が閉じられているので一次ピストン
６２が上昇してタイミング室８０の中の圧力が低
くなると、二次ピストン７２がその低圧となつた
タイミング室の中に吸い込まれて一緒に上昇す
る。そのため計量室８２の中の圧力が低下し、制
御弁９０の中で圧力降下が生じるから制御弁９０
は開かれる。したがつて燃料は通路９６と、オリ
フイス９８と、通路１００と、制御弁９０と、通
路１３６，１４８とを通つて計量室８２の中に流
れ込む。しかし、オリフイス９８のために、二次
ピストン７２の上昇速度と同じ速さで計量室８２
に燃料を注ぎ込むことはできない。したがつて計
量室には空間が生じるが、この空間は燃料の蒸気
で満たされる。

計量室の中に流れ込む燃料の量は、二次ピスト
ン７２の上昇中にバルブ１０４が閉じられている
時間の長さの関数である。バルブ１０４が閉じら
れていればタイミング室は封止された状態にあ
り、一次ピストン６２と二次ピストン７２との間
に油圧リンクが形成され、この油圧リンクによつ
て一次ピストン６２と二次ピストン７２とが一緒
に動く。したがつて、一次ピストン６２の上昇に
よつて二次ピストン７２が上昇し、計量室８２の
体積を変化させる。ECU５２からの信号によつ
てソレノイド６０が動作してバルブ１０４が開く
ことによつて二次ピストン７２は油圧リンクがな
くなり二次ピストン７２は停止する。計量室の体
積はこの二次ピストン７２の上昇開始から停止ま
での時間、すなわち上昇開始からバルブ１０４が
開くまでの時間によつて決められる。一方、燃料
はオリフイス９８を通るので計量室８２に流れ込
む量はオリフイス９８の入口と出口との間の圧力
差の関数となる。

すなわち、計量室８２へ流れ込む燃料の量はオ
リフイスによる圧力差とバルブ動作までの時間に
よつて制御される。必ずしも計量室８２の容積と
一致するわけではない。

ECU５２からの信号でソレノイド６０が動作
しバルブ１０４が開くと燃料は通路９６、燃料噴
射器１０６を通つてタイミング室８０に流れ込む
ことができるので、前記した油圧リンクは解除さ
れる。したがつて二次ピストン７２は停止する。
一方一次ピストン６２はばね１８の作用でストツ
プ６９により許容される範囲まで上昇する。

一次ピストン６２が上昇したのち、ロツカーア
ーム３０が降下すると一次ピストン６２は再び降
下する。タイミング室８０の燃料は通路１０６を
通つて流れ出る。ECU５２が燃料を噴射するこ
とを決定するとソレノイド６０を動作させ、バル
ブ１０４を閉じる。したがつて一次ピストン６２
と二次ピストン７２との間に油圧リンクが再び生
じ、タイミング室８０が加圧されて二次ピストン
７２が一次ピストン６２と一緒に降下する。この
下降によつて計量室８２とチヤンバー１２０が加
圧されるからニードル弁１１０が開かれ、計量室
８２に計量されただけの燃料がエンジンに噴射さ
れる。

溝１３２が溝１３０に重なると燃料が通路１３
６と１４８および１３８を通つて計量室８２から
流れ出し、計量室８２の圧力が低下する。そのた
めニードル弁１１０は閉じる。二次ピストン７２
がさらに下降すると、孔７０の内面に形成されて
いる溝１５０と二次ピストン７２の外面に形成さ
れている溝１５２とが重なり合う。それらの溝が
重なると、一次ピストン６２がさらに下降するこ
とによつて制御弁８４が開かれるから、燃料は通
路１５６と、制御弁８４と、通路１００とを通つ
て流れることができるようになる。そのためロツ
カーアーム３０の下降に応じて一次ピストン６２
は完全に下降できる。このときバルブ１０４は依
然として閉じたままである。

一次ピストン６２と二次ピストン７２が最も下
の位置にくると、ロツカーアーム３０は上昇を開
始して一次ピストン６２がばね１９の力により上
昇できるようにする。そのためにこの噴射器の動
作は前記した計量段階に戻る。

［発明の効果］ 以上のように本発明は、計量室への燃料の入流
量を二次ピストンの上昇開始から電子的に動作制
御されるバルブの開放動作までの時間と通路に設
けたオリフイスによる圧力低下とによつて制御さ
れるので、エンジンの要求する必要燃料の量に正
確に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に燃料噴射器の使用状態を示す
略図、第２図は本発明の１実施例の断面図であ
る。 燃料噴射器１０……噴射器、６２……一次ピス
トン、６４……ボデー、７２……二次ピストン、
８０……タイミング室、８２……計量室、９８…
…オリフイス、１０４……バルブ、１１０……ニ
ードル弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸方向に伸びる孔を有するボデーと、 前記ボデーの孔の中に軸方向に動くように設け
   られた一次ピストン及び二次ピストンと、 前記一次ピストンから離れてボデーの底部に設
   けられたノズルと、 前記ボデー中の一次ピストン及び二次ピストン
   の間に形成されたタイミング室と、 前記ボデー中の二次ピストンとノズルとの間に
   設けられた計量室と、 前記ボデー中に燃料をタイミング室及び計量室
   へ供給するために設けられた通路と、 前記通路を通してタイミング室への燃料の供給
   を制御する電子的に動作するバルブと を有する燃料噴射器において、 前記計量室の燃料の放出後、所定の時間だけ前
   記通路を介して燃料を計量室に供給するために前
   記バルブの動作を制御する制御手段と、 計量室への燃料の流量を制限し、前記二次ピス
   トンの上昇とともに燃料供給中の計量室内の圧力
   を低下させ、その燃料供給中に計量室内を燃料の
   蒸気を生じさせる圧力とする前記通路中の前記バ
   ルブを設けた位置から計量室までの間に少なくと
   も１つ設けられるオリフイスと を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射
   器。