JPH0428903B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はユニツトインジエクタ、主としてデ
イーゼルエンジンに使用されるユニツトインジエ
クタの改良に関する。

一般に、ユニツトインジエクタは噴射パイプを
必要とせず、エンジンのシリンダヘツドに直接取
り付けられエンジンのカム軸によつて駆動され
る。ユニツトインジエクタでは、列型ポンプなど
での噴射パイプの介在に起因する噴射特性の不安
定要素、回転変化による噴射時期、噴射期間など
の変動は著しく減少する。

従来のユニツトインジエクタとしては、例えば
第１図，第２図に示すようなもの（SAE paper
750773号参照）がある。このユニツトインジエク
タ１は、エンジンの回転に同期して回転するカム
シヤフト２により、プツシユロツド３、ロツカア
ーム４を介してプランジヤ５を上下動させること
によつて圧力室６内の燃料圧力を高め、この高圧
燃料をノズル７のニードル室８に導き、ニードル
バルブ９をバルブスプリング１０に対抗して持ち
上げる結果、スプレイチツプ１１の噴孔より燃料
を噴射するものである。この場合、噴射量の制御
はコントロールラツク１２によつて（コントロー
ルラツクはガバナに連動する）プランジヤ５を回
転させる。その結果、プランジヤ５の下降時にお
いて、スパイラル状の溝であるメータリングリセ
ス１４の上部が前記ブツシング１３のアツパポー
ト１５と、メータリングリセス１４の下部がロア
ポート１６と、がそれぞれ連通する時期を変える
（第２図に示す有効ストローク（he）の変更）こ
とにより、圧力室６内での圧縮開始及び終了時期
を変えて噴射量の制御を行つていた。

しかしながら、このような従来のユニツトイン
ジエクタ１にあつては、コントロールラツク１２
によりプランジヤ５を回転して１サイクルあたり
の噴射量を決めると、同時に、噴射時期も規定さ
れる、すなわち、プランジヤ５のメータリングリ
セス１４の形状により噴射量および噴射時期が共
に決定される構成であつたため、この噴射量と噴
射時期とを互いに独立して変更できないという問
題点があつた。すなわち、特定の運転条件下にお
いて、例えば排気中のNOx等を低減するため、
エンジンの回転や負荷により適宜噴射時期を遅ら
せたい場合、あるいは、エンジンの温度に応じて
噴射量を任意に変更したい場合等においても、噴
射量と噴射時期とを互いに独立して（それぞれ自
由に）変更することができずに、エンジンの運転
状態に応じて最適の噴射量および噴射時期を得る
ことができないという問題点を有していた。

この発明はこのような従来の問題点に着目して
なされたものであり、ユニツトインジエクタにお
いて、プランジヤに形成した制御通路を開閉する
コントロールスリーブを制御室内の液圧によつて
移動制御することにより噴射量を制御する一方、
ノズルと圧力室とを連通する高圧通路に電磁弁を
介装して、プランジヤの噴射行程の任意の時期に
燃料噴射を行うことにより、上記問題点を解決す
ることを目的としている。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第３図および第４図はこの発明の一実施例を示
す図である。まず、構成を説明する。第３図，第
４図において、２１はユニツトインジエクタを示
し、このユニツトインジエクタ２１は、ケーシン
グ２２と、ケーシング２２の両端にそれぞれねじ
込まれたノズルホルダ２３および上部ホルダ２４
と、同じくケーシング２２にねじ込まれたソレノ
イドボデ２５と、によつて１つ組立体として構成
されている。すなわち、ユニツトインジエクタ２
１は３つの構成群、第１に、燃料噴射量を制御す
る噴射量制御部１００、第２に、噴射時期を制御
する時期制御部２００、および、第３に、燃料を
噴射するノズル部３００とを有している。

まず、噴射量制御部１００の構成を説明する。
中空のケーシング２２の先端側（図中下端側）は
ノズルホルダ２３によつてケーシング２２との間
にその先端側から順次挟持されたスプリングケー
ス３６、プレツシヤピース３３、高圧シリンダ３
１によつて閉成され、また、その後端側（図中上
端側）は上部ホルダ２４によつてケーシング２２
との間にその後端側から挟持されたピストンガイ
ド５４、シールリング５３によつて閉成されてい
る。このように閉成されたケーシング２２内には
プランジヤ３２がその軸線方向に沿つて往復動可
能に（図中上下動可能に）収納されており、この
プランジヤ３２の先端部は高圧シリンダ３１に摺
動自在に支持されこの高圧シリンダ３１内に圧力
室３４を画成している。プランジヤ３２の後端部
（頭部６１）はピストン５５のツメ部５９に嵌合
してピストン５５と一体に連結され、このピスト
ン５５は前記ピストンガイド５４に摺動自在に支
持されている。ピストン５５の後端部はこのピス
トンガイド５４より突出し、カム６０に当接して
いる。また、ピストン５５の後端部にはリテーナ
５６が固着され、このリテーナ５６と前記上部ホ
ルダ２４との間にはスプリング５８が縮設されて
いる。これらのプランジヤ３２とピストン５５と
の連結体の上方移動（スプリング５８の付勢力に
よる）はピストン肩部５７がピストンガイド５４
に当接することで、また、下方移動（カム６０の
駆動力による）はプランジヤ３２が圧力室３４の
容積を減じてプレツシヤピース３３に当接するこ
とで、それぞれ規制されている。また、プランジ
ヤ３２の軸方向中間部の周囲には、すなわちケー
シング２２内で高圧シリンダ３１とシールリング
５３とにより画成される空間内は、コントロール
スリーブ５２が図中上下方向に移動可能に設けら
れ、この空間をコントロールスリーブ５２より上
方のスリーブ室７３と同じく下方の制御室７０と
に２分している。すなわち、コントロールスリー
ブ５２はプランジヤ３２に嵌合されて内周部がプ
ランジヤ３２に外周部がケーシング２２にそれぞ
れ摺動自在に支持されている。一方、プランジヤ
３２には前記圧力室３４とスリーブ室７３とを連
通する制御通路６７が穿設され、この制御通路６
７のスリーブ室７３側開口を制御ポート６８と以
下称する。よつて、コントロールスリーブ５２は
この制御ポート６８を開閉可能に設けられること
になり（プランジヤ３２とコントロールスリーブ
５２の相対移動による）、また、スリーブ室７３
内に縮設されたスリーブスプリング６９によつて
図中下方に付勢されている。また、スリーブ室７
３は通路７４を介して燃料供給源である低圧ポン
プ９３に連通しており、制御室７０は通路１０１
を介して通路７４に、さらに、低圧ポンプ９３に
連通している。なお、低圧ポンプ９３はエンジン
により駆動される。よつて、前記圧力室３４は制
御通路６７、スリーブ室７３を介して燃料供給源
に連通しており、この燃料供給源から供給された
燃料をプランジヤ３２の下動によつて圧力室３４
内で圧縮、高圧化した後前記ノズル部３００に供
給することになる。また、コントロールスリーブ
５２は、制御室７０内に燃料供給源、すなわち低
圧ポンプ９３から供給される燃料が流出入するこ
とによりその上下位置が調節される。この結果、
燃料噴射量の制御はコントロールスリーブ５２が
制御ポート６８を開閉する位置を調節するにより
行われることになる。また、制御通路７４の途中
にはオリフイス９８およびコントロールユニツト
１０２によつて開閉制御される圧力制御弁９５が
介装されている。なお、２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ
はそれぞれ他のユニツトインジエクタ（別シリン
ダ用）への燃料供給路であり、９４は通路７４内
を一定圧力に保持するプレツシヤレギユレータで
ある。さらに、９１は燃料タンクを示し、この燃
料タンク９１からの燃料はフイルタ９２を介して
低圧ポンプ９３に吸入される。９６はプレツシヤ
レギユレータ９４と燃料タンク９１とを連通する
リターン通路である。また、７５はＯリング、６
２，６４，６６は燃料逃し孔である。７２は通路
１０１のコネクタ部を示す。

次に、燃料を噴射するノズル部３００について
説明する。ノズルホルダ２３はニードルバルブ４
３を保持するノズル４０を支持しており、このノ
ズル４０と前記スプリングケース３６との間には
デイスタンスピース３８が挟設されている。スプ
リングケース３６にはニードルスプリング４７が
縮設されたスプリング室４６が形成され、このス
プリング室４６は導管５１によつて前記制御室７
０に連通している。ニードルスプリング４７はプ
レツシヤピン４８を介してニードルバルブ４３を
図中下方に付勢しており、その結果、ニードルバ
ルブ４３はノズル４０のガイド部４４に支持され
てノズル４０の先端のシート部４５に着座してい
る。ノズル４０に形成されたニードル室（油溜り
室）４２は高圧通路３５により前記圧力室３４に
連通しており、このニードル室４２に高圧通路３
５より高圧燃料が供給されると（所定圧力以上に
なると）、ニードルバルブ４３はニードルスプリ
ング４７に抗して図中上方へ移動しスプレイチツ
プ４９（ノズル４０の先端）の噴孔より燃料を噴
射する。この高圧通路３５はプレツシヤピース３
３、スプリングケース３６、デイスタンスピース
３８およびノズル４０に形成されている。

次いで、燃料の噴射時期を制御する時期制御部
２００について説明する。前記ケーシング２２に
固定されたソレノイドボデ２５内にはロングステ
ム型のバルブ８５が往復動可能に（第４図中左右
動可能に）収納されており、このバルブ８５は前
記高圧通路３５の途中に導管１０３を介して連通
する通路１０４を開閉する。この通路１０４は、
ソレノイドボデ２５に支持されたノズルボデ８６
に形成されており、室８７および傾斜路１０５を
介して導管１０３と前記通路１０１とを連通して
いる。バルブ８５の後端はアーマチユア８３にね
じ固定され、このアーマチユア８３はソレノイド
コイル８１に包囲されたコア８４の磁極部１０６
に吸引可能になされている。１０７はソレノイド
ボテ２５内でソレノイドコイル８１を抱持するボ
ビンを、１０８はバルブ８５が通路１０４を開放
するように付勢するバルブスプリングを、それぞ
れ示している。なお、７７，７８，１０９，１１
０はシーリングを示す。また、このように構成さ
れた電磁弁８０の制御は前記コントロールユニツ
ト１０２によつて行なう。すなわち、ソレノイド
コイル８１はリード線８２を介してコントロール
ユニツト１０２に接続されており、このコントロ
ールユニツト１０２はクランク角センサ１０１
ａ、アクセル開度センサ１０１ｂ、水温センサ１
０１ｃ等の出力信号に基づいてソレノイドコイル
８１への通電制御を行い前記噴射時期の制御を行
う。なお、９０は通路７４とリターン通路９６と
を連通する管路である。

次に、作用について説明する。

今、カム６０がピストン５５を駆動しない場合
には、ユニツトインジエクタ２１は以下の状態を
保持している。すなわち、ピストン５５およびプ
ランジヤ３２はスプリング５８によつて上限位置
に保持され、コントロールスリーブ５２は制御ポ
ート６８を閉じている。また、このとき、電磁弁
８０においては、ソレノイドコイル８１は非通電
状態にあり、バルブ８５は通路１０４を開いて圧
力室３４と通路７４とを連通している。また、圧
力制御弁９５も開いており、低圧ポンプ９３から
通路７４、高圧通路３５を介して圧力室３４およ
びニードル室４２は低圧状態の燃料に満たされて
いる。その結果、ニードルバルブ４３はニードル
スプリング４７の付勢力によつてシート部４５を
閉じており、スプレイチツプ４９の噴孔より燃料
の噴射は行われていない。

次に、カム６０によつてピストン５５を介して
プランジヤ３２が下動すると圧力室３４内の燃料
は高圧通路３５に送出されるが、このとき、バル
ブ８５が開いているため通路１０４を介して通路
７４に燃料は戻される。

次に、このプランジヤ３２の下動行程（噴射行
程）中に所定の望ましいタイミングでソレノイド
コイル８１にコントロールユニツト１０２によつ
て通電を行なう。その結果、バルブ８５が急速に
閉じて通路１０４を閉じ通路７４への燃料の戻り
を遮断する。したがつて、圧力室３４内でプラン
ジヤ３２により圧縮、高圧化された燃料はニード
ルバルブ４３を開いてスプレイチツプ４９の噴孔
より噴射される。

このとき、燃料の噴射開始時期はプランジヤ３
２の下降期間中であればソレノイドコイル８１に
通電する時期（タイミング）に依存する。なお、
ソレノイドコイル８１への通電開始からバルブ８
５の閉止、さらに、圧力上昇による噴射開始まで
は一定の遅れ時間（この遅れ時間は予めコントロ
ールユニツト１０２に入力されている。）を有し
ている。

次に、プランジヤ３２がさらに下降すると、制
御ポート６８はコントロールスリーブ５２の下端
より制御室７０に開口し、圧力室３４は制御通路
６７により制御室７０に連通する。この結果、圧
力室３４および高圧通路３５内の燃料の圧力は急
激に低下し、ニードルバルブ４３がニードルスプ
リング４７の付勢により閉じて噴射は終了する。
この場合、圧力の急激な低下により噴射燃料の切
れは良好となり、カーボンの排出、HCの低減に
有効である。

また、燃料の噴射量は、噴射行程中における噴
射開始から噴射終了までのプランジヤ３２の移動
量（ストローク量）によつて決定され、また、噴
射終了時のプランジヤ３２の位置はコントロール
スリーブ５２の位置（プランジヤ３２に対する相
対位置）によつて決定される。このコントロール
スリーブ５２の位置の制御は制御室７０内の燃料
（圧力流体）の圧力によつて決定される。すなわ
ち、制御室７０内の燃料の圧力を高めるとスプリ
ングスリーブ６９の付勢力に抗してコントロール
スリーブ５２が上動し（位置が変わり）制御ポー
ト６８はプランジヤ３２が少し下降したとき制御
室７０に開口、連通する。よつて、この制御室７
０内での圧力は大きさによつて噴射量を任意に設
定することができる。

この制御室７０の圧力は圧力制御弁９５によつ
て制御する。すなわち、圧力制御弁９５が、第３
図に示すように、開放状態にあるとき制御室７０
の圧力は高まり、閉止状態にあるとき圧力供給が
停止され、オリフイス９８を通つてリターン通路
９６に燃料が流出するため、この圧力は低下す
る。一般に、この圧力制御弁９５の制御は適当な
周波数でオン・オフを繰り返すいわゆるデユーテ
イ制御である。

この圧力制御弁９５および電磁弁８０の制御は
コントロールユニツト１０２により行う。このコ
ントロールユニツト１０２の基本的な入力信号
は、クランク角センサ１０１ａによる720°信号、
180°信号、1°（2°）信号、および、アクセル開度セ
ンサ１０１ｂからのアクセル開度信号、さらに、
水温センサ１０１ｃからのエンジン水温信号であ
り、その他各種の補正、補助信号がこのコントロ
ールユニツト１０２に入力され、これらの信号を
演算してこのコントロールユニツト１０２はエン
ジンの運転状態に最適の噴射タイミング（時期）
および噴射量を決定し、電磁弁８０（ソレノイド
コイル８１）および圧力制御弁９５に制御信号を
出力する。

なお、プランジヤ３２が上昇するときはソレノ
イドコイル８１への通電は遮断されバルブ８５は
開いている。その結果、バルブ８５を介して圧力
室３４に次の噴射のための燃料が供給される。

なお、この発明においては、前記実施例におけ
る制御室７０とスリーブ室７３との配置関係は逆
にすることもできる。

以上説明してきたように、この発明によれば、
燃料を噴射するノズルと、このノズルを保持する
ケーシングと、このケーシング内に往復動可能に
収納されたプランジヤと、このプランジヤの移動
により高圧化した燃料を高圧通路を介して前記ノ
ズルに供給する圧力室と、プランジヤに形成さ
れ、圧力室内の燃料を放出可能な制御通路と、こ
の制御通路を開閉するコントロールスリーブと、
前記燃料供給源から供給される燃料の流出入によ
りコントロールスリーブを移動させる制御室と、
この制御室への燃料圧力を制御することにより前
記ノズルからの噴射燃料量を制御する圧力制御弁
と、前記高圧通路内の燃料の圧力を制御して燃料
の噴射時期を制御する電磁弁と、を備えたユニツ
トインジエクタととしている。このため、燃料圧
力を利用して応答性良く、かつエンジンの運転状
態に応じて常に最適な噴射量を得ることができ、
これによりスモーク濃度、HC排出量を大幅に低
減できることになる。同様に、燃料圧力を利用し
て応答性良く、かつエンジンの運転状態に応じて
噴射時期の適正な制御が可能となるため、NOx
排出量の低減、燃費の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のユニツトインジエクタのレイア
ウトを示す断面図、第２図は第１図のユニツトイ
ンジエクタの要部断面図、第３図はこの発明のユ
ニツトインジエクタの一実施例を示すその概略一
部断面図、第４図は第３図のユニツトインジエク
タの断面図である。 ２１……ユニツトインジエクタ、２２……ケー
シング、３２……プランジヤ、３４……圧力室、
３５……高圧通路、５２……コントロールスリー
ブ、６７……制御通路、７０……制御室、８０…
…電磁弁、９３……低圧ポンプ（燃料供給源）、
９５……圧力制御弁、３００……ノズル部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃料を噴射するノズルと、このノズルを保持
   するケーシングと、このケーシング内に往復動可
   能に収納されたプランジヤと、燃料供給源から供
   給された燃料がプランジヤの移動により圧縮され
   る圧力室と、この圧力室の燃料を前記ノズルに導
   く高圧通路と、プランジヤに形成され圧力室内の
   燃料を放出可能な制御通路と、この制御通路を開
   閉するコントロールスリーブと、前記燃料供給源
   から供給される燃料の流出入によりコントロール
   スリーブを移動させる制御室と、この制御室への
   燃料圧力を制御することにより前記ノズルからの
   噴射燃料量を制御する圧力制御弁と、前記高圧通
   路内の燃料の圧力を制御して燃料の噴射時期を制
   御する電磁弁と、を備えたことを特徴とするユニ
   ツトインジエクタ。