JPH04321767A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料噴射装置に関し、特
に、負荷の大小に応じて噴射圧力を最適な状態に制御し
、排気エミッションつまり窒素酸化物（ＮＯｘ）や炭化
水素（ＨＣ）の排出量を低減することができるディーゼ
ルエンジンの燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンにおいて使用される
燃料噴射装置には、燃料を高圧化する噴射ポンプと、燃
料を燃焼室に噴射する燃料噴射ノズルと、この噴射ノズ
ルに燃料を供給する燃料噴射管とが備えられている。と
ころが、従来の燃料噴射装置では、前記燃料噴射管に高
圧の燃料が存在することになるので、この残留燃料の圧
力によって燃料噴射後の閉弁動作が鈍くなるという不具
合があった。

【０００３】この不具合を改善するため、燃料噴射ノズ
ルと燃料を高圧化する燃料ポンプとを一体化して燃料噴
射管を短縮し、高圧の燃料ができるだけ残留しないよう
にしたユニットインジェクタ（以下、単にインジェクタ
という）が知られている。このようなインジェクタは、
例えば特開昭６０−２７７７３号および特開昭６０−２
７７７４号公報等に記載されている。

【０００４】図３は、インジェクタの一例を示す断面図
である。同図において、インジェクタ本体１に穿設され
たプランジャバレル２にはプランジャ３が摺動自在に嵌
挿されている。このプランジャ３は、圧縮ばね４によっ
て図中上方に付勢されている。そして、このプランジャ
３の上方にはエンジンの回転と同期して回転するカム５
が配設されている。したがって、プランジャ３はその頭
部が、このカム５に当接し、カム５の回転に伴って図中
上下方向に往復動される。

【０００５】プランジャバレル２の側壁には、図示しな
い燃料タンクに連通される燃料供給路６が設けられてい
る。燃料タンクの燃料は、燃料供給ポンプ（図示せず）
によって燃料供給路６からプランジャバレル２内に供給
される。

【０００６】一方、インジェクタ本体１の下部つまり先
端には、図示しない燃焼室に燃料を噴射するノズル部が
形成されている。ノズル部は、ニードルバルブ７および
このニードルバルブ７を収容するバルブチャンバ８、お
よびニードルバルブ７をバルブチャンバ８の弁座面（シ
ート）８ａに押圧するための圧縮ばね９、ならびにこの
圧縮ばね９を収容するばね室１０からなる。

【０００７】前記プランジャバレル２に供給された燃料
は通路１１を通ってバルブチャンバ８に至る。そしてこ
の燃料は、プランジャ３の下降によって加圧され、この
燃料の圧力はニードルバルブ７に作用してニードルバル
ブ７を押上げようとする。この押上げ力が前記圧縮ばね
９の反発力、つまり開弁圧にうち勝ったときにニードル
バルブ７の先端が弁座面８ａから離れる。その結果、噴
出口１２から燃焼室に燃料が噴射される。

【０００８】燃料が噴射されてバルブチャンバ８内の圧
力が前記開弁圧以下になると、ニードルバルブ７は再び
下降して噴出口１２が閉じられる。なお、プランジャ３
の表面に螺旋状に形成されている溝１５は燃料噴射量を
制御するための燃料逃がし溝である。すなわち、プラン
ジャ３が下降して溝１５と燃料供給路６の開口部とが対
向した時点で、この溝１５を介してプランジャバレル２
と燃料供給口６とがつながる。その時点でバルブチャン
バ８の圧力は燃料供給圧に等しくなって閉弁動作が開始
され、噴射量が制限されるようになる。要求燃料噴射量
に応じ、図示しない回動手段によってプランジャ３を予
定量だけ回動させておくと、その回動量によって前記燃
料供給路６と溝１５とが対向する位置が変化する。その
結果、プランジャ３の往復動の量（リフト）は一定であ
っても、燃料の噴射量を変えることができる。

【０００９】以上のような構成により、規則的に所定量
の燃料が燃焼室に噴出される。なお、ニードルバルブ７
の周囲の余分な燃料は流出路１６から燃料タンクに戻さ
れる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のインジ
ェクタには、次のような問題点があった。従来のインジ
ェクタでは、負荷つまり燃料噴射量の変化に伴って燃料
噴射圧力も変化する。これは次のような構造上の理由に
よるまず、インジェクタ内の燃料蓄積可能な空間の大き
さは燃料の噴射量の多少にかかわらず一定である。この
空間とは、プランジャ３およびプランジャバレル２で囲
繞された空間（以下、高圧室という）２ａと、通路１１
と、バルブチャンバ８およびニードルバルブ７間の空間
とである。

【００１１】この一定の大きさの空間に供給されて蓄積
された燃料はプランジャ３によって加圧される。加圧の
ための有効なストロークは噴射量つまり負荷によって変
化する。つまりプランジャ３の実際の変位量はカム５の
偏心量によって一義的に決定されるが、噴射量に応じて
プランジャ３の周囲に設けられた溝１５と燃料供給路６
との相対位置を変化させているので、加圧開始から噴射
終了までの有効ストロークは異なる。

【００１２】燃料の噴射量が大きい場合は、前記プラン
ジャ３の有効ストロークは大きく、噴射量が小さい場合
はプランジャ３のストロークは小さい。この有効ストロ
ークの差により、噴射圧力に違いが出る。

【００１３】したがって、例えば低負荷の場合に合わせ
て、前記燃料蓄積可能な空間の大きさ、特に高圧室２ａ
の大きさを適当に設定したとすると、高負荷の場合には
噴射圧力が高くなりすぎる。また逆に、高負荷の場合に
合わせて前記空間を設定すると低負荷の場合に十分な噴
射圧力が得られない。燃料噴射圧力が高すぎるとその圧
力に耐えられるように強固な構造を必要とするが、この
ような圧力に耐える強固な構造は低負荷においては不必
要である。また燃料噴射圧力が適正でないと、排気エミ
ッションが増加するという問題点もあった。

【００１４】本発明の目的は、前述の問題点を解決し、
負荷の変化に応じて最適な燃料噴射圧力が得られるよう
にした燃料噴射装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記の問題点を解決する
ために、本発明は、プランジャバレルおよびこのプラン
ジャバレルに嵌挿され、エンジンの回転に同期して往復
動するプランジャと、このプランジャの端面およびプラ
ンジャバレルの壁面によって形成され、燃料タンクから
供給された燃料を加圧してノズル部に送給するための高
圧室と、燃料噴射量の設定値に基づき、この設定燃料噴
射量の増大・減少に対応して前記高圧室の容量を増大・
減少できる高圧室容量可変手段とを具備した点に特徴が
ある。

【００１６】

【作用】上記の特徴を有する本発明では、燃料噴射量の
設定値の増加・減少に対応して高圧室の容量を増大・減
少させることができる。したがって、燃料加圧開始時点
つまりプランジャの変位によって燃料供給路が閉塞され
た時点から、燃料供給路と高圧室とが連通されて高圧室
内の燃料圧力が燃料タンクからの燃料供給圧力と等しく
なる時点までのプランジャの変位に伴って変化した高圧
室の容量と高圧室の元の容量との比率を、燃料噴射量の
変化にかかわらずほぼ一定にできる。これに伴って噴射
圧力もほぼ一定にできる。

【００１７】

【実施例】以下に図面を参照して、本発明を詳細に説明
する。図１は本発明の一実施例を示すインジェクタの断
面図であり、図３と同符号は同一または同等部分である
。本実施例では負荷検出手段に連結されたプランジャ制
御手段の移動量から直接的に設定燃料噴射量を検出して
可変高圧室の容量を変化させるようにしている。

【００１８】図１において、プランジャ３の上部に歯車
１４が設けられる。そしてこの歯車１４には図示しない
負荷検出手段と連結されたラック状のプランジャ制御ロ
ッド１７が係合されている。すなわち、プランジャ制御
ロッド１７は、負荷に応じて予定量だけ変位し、その変
位量に応じて歯車１４つまりプランジャ３を回動させ、
これによって必要な燃料噴射量を設定するものである。

【００１９】プランジャ制御ロッド１７の一端にはピス
トン１７ａが形成され、このピストン１７ａは可変高圧
室１８に往復動自在に嵌挿されている。さらに、可変高
圧室１８は通路１３によって高圧室２ａと接続されてい
る。

【００２０】このような構成において、負荷が小さくな
った場合、プランジャ制御ロッド１７は矢印１９の方向
に変位する。そうすると、このプランジャ制御ロッド１
７のラックと噛合っている歯車１４が回動し、プランジ
ャ３は矢印２０の方向に回動される。その結果、プラン
ジャ３が図中下降した際に、それ以前よりも早期に溝１
５と供給路６とがつながるように、溝１５と燃料供給路
６との相対位置を変化させられる。さらに、プランジャ
制御ロッド１７の変位に伴ってピストン１７ａも可変高
圧室１８内で矢印１９の方向に動き、可変高圧室１８の
容積を減少させる。

【００２１】一方、負荷が増大した場合は、プランジャ
制御ロッド１７は矢印１９とは逆の方向に動き、ピスト
ン１７ａは可変高圧室１８の容積を拡大する方向に動く
。

【００２２】このように、燃料供給路６が閉塞された後
、溝１５を介して高圧室２ａと燃料供給路６とがつなが
るまでのプランジャ３の移動量、つまり燃料を加圧する
ためのプランジャ３の有効なストロークが減少した場合
は可変高圧室１８の容量は縮小され、前記ストロークが
増大した場合は可変高圧室１８の容量は拡張されるので
ある。

【００２３】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。この第２実施例では燃料加圧中つまりプランジャ下
降中における高圧室２ａの圧力変化に基づき、間接的に
設定燃料噴射量を検出して可変高圧室の容量を変化させ
るようにしている。

【００２４】図２は第２実施例を示すインジェクタの断
面図であり、図１および図３と同符号は同一または同等
部分を示す。同図において、インジェクタ本体１には圧
力調節部１ａが設けられている。この圧力調節部１ａに
は高圧室２ａにつながる可変高圧室２３が設けられてい
る。この可変高圧室２３にはピストン２３が嵌挿されて
いて、このピストン２３は、可変高圧室２３の容積を減
少させる方向に、ばね室２１に収容された圧縮ばね（制
御用ばね）２２によって押圧される。

【００２５】ばね室２１は、補助圧通路２５によって高
圧室２ａと連絡されていて、図示しない燃料タンクから
供給された燃料が高圧室２ａを介して流入できるように
している。この補助圧通路２５のプランジャバレル２内
への開口位置は、プランジャ３の往復動方向において燃
料供給路６とほぼ同レベルに設定されている。

【００２６】このように構成された第２実施例の動作を
説明する。まず、プランジャ３が最上位点にあるとき、
プランジャバレル２、通路１１、バルブチャンバ８、補
助圧通路２５ならびにばね室２１には図示しない燃料タ
ンクから燃料が供給される。そして、エンジンの回転に
伴ってカム５が回転し、プランジャ３が下降すると、ま
ず燃料供給路６および補助圧通路２５が閉塞される。さ
らに、プランジャ３が下降すると高圧室２ａの圧力は高
まり、ニードルバルブ７を押上げる力が、圧縮ばね９の
反発力つまり開弁圧を超過すると、ニードルバルブ７の
先端が弁座面８ａから離れ、燃料噴射が開始される。

【００２７】この状態からさらにプランジャ３が下降し
て高圧室２ａの圧力が上昇し、この圧力が制御用ばね２
２によるピストン２４の押圧力にうち勝った時点で、ピ
ストン２４は可変高圧室２３を拡張する方向に変位する
。

【００２８】燃料噴射量が大きく設定されている場合に
は、開弁後、燃料の噴射が終了するまでのプランジャ３
の変位量は大きく、可変高圧室２３が拡張される量も大
きい。その反対に、設定燃料噴射量が小さい場合には開
弁後、燃料の噴射が終了するまでのプランジャ３の変位
量が小さいので可変高圧室２３はほとんど拡張されない
か、拡張されたとしてもその量は小さい。

【００２９】ここで、ばね室２１および補助圧通路２５
に充満された燃料はピストン２４の前記変位を妨げる方
向に作用し、制御用ばね２２によるピストン２４の押圧
力を補強する機能を果たす。また、補助圧通路２５は燃
料の噴射が終わってプランジャ３が上昇した際に、ばね
室２１と高圧室２ａをつなげることによってピストン２
４が元の位置つまり可変高圧室２３の縮小方向に復帰す
るのを容易にする。

【００３０】すなわちに、補助圧通路２５と、この通路
２５およびぱね室２１に充満された燃料とは、制御用ば
ね２２の補助的な役割を果たすものである。なお、ピス
トン２４の動きは、このピストン２４がストッパ２６と
当接する位置で規制される。

【００３１】このように、第２実施例では、設定燃料噴
射量の大小による高圧室２ａの圧力変化に応じてピスト
ン２３を変位させることができ、これによって高圧室２
ａにつながる可変高圧室の容量を変化させられるように
してある。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、次のような効果を達成することができる。本
発明では、燃料タンクから供給された燃料を加圧するた
めの高圧室にその容量を可変できる第２の高圧室を付加
し、その容量は設定燃料噴射量に基づいて設定噴射量が
大きい場合は大きく、設定噴射量が小さい場合は小さく
できるようにした。

【００３３】したがって、開弁後燃料噴射が終了するま
でにプランジャの変位によって減少する高圧室の容量に
対する前記第２の高圧室を含めた高圧室の容量の比率を
ほぼ一定に維持できる。その結果、設定燃料噴射量つま
り負荷の大小にかかわらず燃料噴射圧力をほぼ一定に制
御でき、燃焼状態を改善して排気エミッションを減少で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の第１実施例を示すインジェクタの
断面図である。

【図２】　　本発明の第２実施例を示すインジェクタの
要部断面図である。

【図３】　　従来技術を示すインジェクタの断面図であ
る。

【符号の説明】

１…インジェクタ本体、　　２…プランジャバレル、　
　２ａ…高圧室、　　３…プランジャ、　　６…燃料供
給路、　　７…ニードルバルブ、　　８…バルブチャン
バ、８ａ…弁座面、　　１２…噴射口、　　１４…歯車
、　　１７…プランジャ制御ロッド、１７ａ，２４…ピ
ストン、　　１８，２３…可変高圧室、　　２１…ばね
室、　　２２…制御用ばね、　　２５…補助圧通路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ばねの力によって弁座面に押当てられ
   たニードルバルブを、このニードルバルブを収容するバ
   ルブチャンバに加圧供給された燃料の圧力によって開弁
   し、前記燃料を弁座面に設けられた噴射口から燃焼室に
   噴射するようにした燃料噴射装置において、プランジャ
   バレルと、前記プランジャバレルに嵌挿され、エンジン
   の回転に同期して往復動するプランジャと、前記プラン
   ジャの端面およびプランジャバレルの壁面によって形成
   され、燃料タンクから供給された燃料を加圧してノズル
   部に送給するための高圧室と、燃料噴射量の設定値に基
   づき、この燃料噴射量の設定値の増大・減少に対応して
   前記高圧室の容量を増大・減少できる高圧室容量可変手
   段とを具備したことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 【請求項２】　　前記高圧室容量可変手段が、前記高圧
   室と連通された可変高圧室と、前記可変高圧室に往復動
   自在に嵌挿されたピストンと、このピストンに結合され
   、燃料噴射量の設定値に応じて変位する制御ロッドとを
   具備したことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置
   。
3. 【請求項３】　　前記高圧室容量変化手段が、前記高圧
   室と連通された可変高圧室と、前記可変高圧室に往復動
   自在に嵌挿されたピストンと、前記可変高圧室内で一方
   向に前記ピストンを押圧するための圧縮ばねとを具備す
   ると共に、前記高圧室から可変高圧室に導入された燃料
   の圧力が、前記圧縮ばねに対する反発力として前記ピス
   トンに作用するように構成したことを特徴とする請求項
   １記載の燃料噴射装置。