JPH05296116A - 燃料噴射ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンのパイロット噴射において、サブ噴
射終了時のスピル弁の閉弁時の油撃による作動音の発生
を防止しながら、メイン噴射の噴射切れの悪化をも防止
し、更に、サブ噴射とメイン噴射の間隔を短縮する。 【構成】 プランジャ６の右行によって高圧に加圧され
る圧力室１５の燃料は分配通路２１から各気筒の噴射弁
２０へ供給されるが、その噴射開始及び終了の時期を制
御し、場合によってはパイロット噴射を行なわせるため
に、圧力室１５から通路４４、スピル弁２４、スプリン
グ室４０、低圧通路４１を経て、高圧燃料の一部を低圧
室１８へ溢流させる。通路４４には小径の絞り４６が設
けられており、パイロット噴射のサブ噴射終了時には溢
流する高圧燃料に抵抗を与えて油撃を緩和するが、メイ
ン噴射終了時には、円周溝４９，５０、ポート４７がプ
ランジャ通路４８と連通して、噴射切れの悪化を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
ような内燃機関の燃料噴射開始時期、噴射量、噴射率
（パイロット噴射）の制御を行うアクチュエータを備え
た燃料噴射ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン等の燃料噴射ポンプ
において、プランジャによって燃料を高圧に加圧する圧
力室と低圧室との間に、ピエゾ積層体によって高い応答
性をもって開閉するスピル弁を設け、プランジャが圧縮
行程にあるときに、スピル弁を開閉して圧力室の圧力を
上昇あるいは一時的に降下させ、それによって燃料の噴
射開始時期及び噴射終了時期を調整し、場合によっては
パイロット噴射をも行なわせるようにした電子制御燃料
噴射装置が知られている（特開昭６３−６５１３２号公
報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電子制御燃
料噴射装置においては、スピル弁の弁体をプランジャの
１行程中に２度閉弁・開弁作動をさせることによりパイ
ロット噴射を実現している。この場合、サブ噴射が終了
したのち、メイン噴射のために再び弁体が閉弁作動をす
る時、弁体は高圧高速燃料を一気に遮断するため油撃が
発生し、それが作動音の原因となっている。また、低速
回転時はプランジャの圧送速度が低いため、スピル弁を
開いて高圧の燃料を一旦溢流させると、再びスピル弁が
閉弁しても圧力室の圧力がノズル開弁圧まで回復するの
に時間がかかり、パイロット間隔を短くすることができ
ないという問題点があった。

【０００４】本発明は、このような従来技術の問題を解
決するもので、油撃による作動音が小さく、かつ、低回
転時においてもパイロット間隔を短くすることができる
応答性の高い電子制御燃料噴射ポンプを提供するもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明では次に示すような技術的手段を講じた。
すなわち、燃料の溢流通路の途中に絞りを設け、サブ噴
射とメイン噴射との間で圧力室から低圧室へ溢流する燃
料量を抑制することにより、油撃による作動音を低減さ
せるとともに、低速回転時でのパイロット間隔を短くす
ることを可能とした。更に、高速高負荷時において絞り
により噴射切れが悪化するのを防ぐため、プランジャの
リフト又は回転により圧力室からスピル弁に通じる通路
面積が増大するように変化する通路を設けた。

【０００６】

【実施例】次に、図１〜図２を用いて本発明の実施例を
説明する。図１は本実施例の構成を示す縦断面図であ
る。図１において、本実施例の燃料噴射ポンプ１は所謂
分配型で、ドライブシャフト２は図示しないエンジンに
よって駆動され、エンジン回転数の２分の１の回転数に
同期して回転運動を行なう。ドライブシャフト２には、
シグナルロータ３がこのドライブシャフト２と同軸的に
固定されている。さらに、ドライブシャフト２はカップ
リングを介してカムプレート４に連結される。カムプレ
ート４はスプリング５によってプランジャ６と一体化さ
れると共にローラ７に対して押圧される。したがって、
カムプレート４がドライブシャフト２によって回転駆動
されることにより、ローラ７とカムプレート４のカム山
との結合状態が変化し、プランジャ６は１回転中に気筒
数と等しい回数だけ軸方向に往復動する。ローラ７はロ
ーラ軸８によって回転自在になっており、ローラ軸８は
ローラリング９に固定されている。

【０００７】ローラリング９には、シグナルロータ３の
周面に対向するようにピックアップ１０が取り付けられ
る。シグナルロータ３には、所定角（例えば、５．６２
５°）毎に凸状歯が複数個配置されると共に、これらの
凸状歯が気筒数と同数だけ等間隔に切欠かれて欠歯部
（例えば２歯分）が形成される。したがって、シグナル
ロータ３が回転すると凸状歯がピックアップ１０に対し
て接近したり離間したりするため、電磁誘導によってピ
ックアップ１０からＮＥパルス信号が出力される。この
ＮＥパルス信号の幅広の谷部（シグナルロータ３の欠歯
部に相当する）は基準位置信号として作用し、その他の
部分は回転角信号として作用する。

【０００８】プランジャ６の外周には１個の分配ポート
１１とエンジン気筒数と同数の吸入グルーブ１２とが形
成され、このプランジャ６の先端面とシリンダボア１３
及びメクラ栓１４との間には圧力室１５が形成されてい
る。シリンダ１６及びケーシング１７には、低圧室１８
とシリンダボア１３とを連通する吸入通路１９と、外部
の各気筒の噴射弁２０をシリンダボア１３に導通可能な
分配通路２１とが形成されている。この分配通路２１は
エンジン気筒数と同数設けられるとともに、その途中に
はそれぞれデリバリ弁２２が設けられている。デリバリ
弁２２はばね２３に抗して開放可能であり、逆止弁とし
ての機能及び吸戻し弁としての機能を有する。

【０００９】従って、プランジャ６が図中左行して圧力
室１５が膨張する時、すなわち燃料噴射ポンプ１の吸入
行程においては、いずれかの吸入グルーブ１２が吸入通
路１９に導通して低圧室１８内の燃料が圧力室１５内に
吸入され、これとは逆に、プランジャ６が図中右行して
圧力室１５が圧縮される時、すなわち圧縮行程において
は、分配ポート１１がいずれかの分配通路２１に導通し
て圧力室１５内の加圧燃料が燃料噴射弁２０へ圧送され
る。なお、プランジャ６が右行し始める時期は、噴射弁
２０に噴射開始が要求される時期よりも十分に早く、ま
たプランジャ６の右行を停止する時期は、噴射弁２０に
噴射停止が要求される時期よりも十分に遅くなるように
設定されている。

【００１０】燃料噴射ポンプ１のケーシング１７には、
圧力室１５の圧力を制御するスピル弁としての圧力制御
弁２４が設けられており、この圧力制御弁２４により燃
料噴射ポンプ１の燃料噴射開始時期、噴射量、噴射率が
制御される。圧力制御弁２４は、電圧の印加に応じて伸
縮する電歪体であるピエゾ積層体２５と、このピエゾ積
層体２５の伸縮変位を受けて変位するピストン２６と、
このピストン２６を図中上方に付勢する皿バネ２７と、
前記ピエゾ積層体２５、ピストン２６、皿バネ２７を収
納するピエゾハウジング２８と、キャップハウジング２
９と、バルブニードル３０と、このバルブニードル３０
を常に開弁方向に付勢するスプリング３１と、バルブニ
ードル３０及びスプリング３１を収納するバルブハウジ
ング３２とから構成されている。

【００１１】バルブハウジング３２は、ノックピン３３
により回転を防止され、それを押圧するようにピエゾハ
ウジング２８がケーシング１７に螺着されている。皿バ
ネ２７は、ピストン２６とピエゾハウジング２８の底部
との間に配設されており、そこにはバルブニードル３０
を閉弁方向に付勢するための圧力を保持する変圧室３４
が形成されている。なお、ピストン２６の外周には変圧
室３４内の圧力が洩れないようにＯリング３５が設けら
れている。

【００１２】ピエゾ積層体２５は、例えば直径１５mm、
厚さ０．５mmの円板状のＰＺＴ素子と、直径１５mm、厚
さ０．１mmの銅板とを交互に積層して円柱状にしたもの
であり、それぞれのＰＺＴ素子の厚み方向に並列に電圧
を印加することができるように、リード線３６とＰＺＴ
素子間の銅板とが結合されている。リード線３６はグロ
メット３７を介してピエゾハウジング２８の外部へ伸び
ていて、駆動回路３８に接続されている。

【００１３】ＰＺＴ素子はチタン酸ジルコン酸鉛を主成
分として、焼成された強誘電体セラミックスであり、電
歪効果を有する代表的な素子である。その物性は、厚み
方向に５００Ｖの電圧を印加すると厚さが０．５μｍ増
加し、逆に５００Ｖの電圧が発生している時にこれをシ
ョートさせると厚さが０．５μｍ減少する。また厚み方
向に２００kg／cm² の圧力を作用させると厚み方向に２
００Ｖの電圧が発生するというものである。本実施例に
おけるピエゾ積層体２５は、ＰＺＴ素子を１００枚積層
して電気的に並列に結合したものであり、５００Ｖの電
圧を印加すると５０μｍの伸長が得られる。

【００１４】皿バネ２７により図中上方に付勢されてい
るピストン２６は、前記ピエゾ積層体２５の伸縮を受け
てピエゾハウジング２８内で上下方向に摺動し、それに
よって変圧室３４の容積を変動させる。

【００１５】電子式制御装置（ＥＣＵ）３９は周知のよ
うに、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，ＡＤ変換器、入力ポー
ト、出力ポートなどから構成される。ＥＣＵ３９のＲＯ
Ｍには制御のルーチンのプログラムが格納されており、
ピックアップ１０からのＮＥパルス信号、水温、アクセ
ル開度などに応じて、駆動回路３８を制御する。

【００１６】バルブニードル３０はバルブハウジング３
２内の穴に摺動自在に配設されており、このバルブニー
ドル３０のケーシング１７側にはスプリング室４０が形
成されている。そしてスプリング室４０内にはバルブニ
ードル３０を常時開弁方向に付勢するスプリング３１が
挿入されていて、このスプリング室４０はケーシング１
７に穿設された低圧通路４１を介して低圧室１８に導通
している。

【００１７】また、バルブニードル３０の図中上方に
は、ピエゾハウジング２８に穿設された変圧室通路４２
があり、ピエゾ積層体２５が伸長して変圧室３４の容積
が小さくなり圧力が高くなると、バルブニードル３０は
シート面４３に着座して圧力室からの通路４４とスプリ
ング室４０との連通が遮断される。さらに、変圧室３４
は連通通路４５を介してシリンダボア１３に連通する。
吸入行程が終了してプランジャ６が圧縮行程に入る前に
は、連通通路４５と圧力室１５との連通はプランジャ６
の回転により遮断され、同様にプランジャ６の圧縮行程
が終了して吸入行程に入ってからは、連通通路４５はプ
ランジャ６の回転により吸入グルーブ１２を介して圧力
室１５と連通する。以上の構成は従来技術のそれと実質
的に同じものである。

【００１８】本発明の特徴に対応して図１に示す実施例
では、圧力室への通路４４とシリンダボア１３とをポー
ト４７及びシリンダボアに設けた円周溝５０によって結
び、更にプランジャ６に、プランジャ通路４８を介して
圧力室１５に通じる円周溝４９を設けている。この構成
により、プランジャの円周溝４９とシリンダボアの円周
溝５０とはプランジャ６の所定リフト以上で連通する。
更に、本発明の他の一つの特徴に対応して、ポート４７
と圧力室１５とを連通する圧力室通路４４の途中に絞り
４６を設けている。

【００１９】したがって、バルブニードル３０がシート
面４３から離れている時、プランジャ６の所定リフト以
上では、圧力室１５、絞り４６、圧力室通路４４、スプ
リング室４０という流路以外に、それと並列的に、圧力
室１５、プランジャ通路４８、円周溝４９、円周溝５
０、ポート４７、圧力室通路４４、スプリング室４０と
いう流路が形成される。

【００２０】次に、図１、図２を用いて本実施例の作動
を説明する。図２は図１に示した実施例の時間の経過に
対応する各部の動き等を示した作動説明図である。

【００２１】プランジャ６の吸入行程において、プラン
ジャ６の吸入グルーブ１２の１つは、フィードポンプ
（図示せず）によって５kg／cm² の低圧に加圧された燃
料が充満している低圧室１８に吸入通路１９を介して導
通し、プランジャ６の図中左方向への移動とともに低圧
室１８の燃料を圧力室１５内に吸入する。ここで、吸入
通路１９と導通している吸入グルーブ１２と１８０°ず
れた位置になる別の吸入グルーブ１２は連通通路４５と
導通しており、変圧室３４は低圧室１８と同じ圧力の５
kg／cm² になっている。この時はプランジャ６が左方に
あるので、円周溝４９と円周溝５０との位置は一致して
おらず、それらの間の連通は遮断されている。

【００２２】プランジャ６の吸入行程が終了すると、吸
入通路１９と圧力室１５との連通がプランジャ６の回転
により遮断され、連通通路４５と圧力室１５との連通も
同様に遮断される。プランジャ６の圧縮行程時において
は、駆動回路３８から５００Ｖの噴射開始信号がピエゾ
積層体２５に印加される。それによってピエゾ積層体２
５は５０μｍほど伸長し、ピストン２６を皿バネ２７に
抗して押し下げて変圧室３４の容積を縮小させる。この
ため変圧室３４の圧力は７０kg／cm² に上昇し、バルブ
ニードル３０はシート面４３に押しつけられて圧力室１
５とスプリング室４０との導通が遮断される。圧力室１
５の圧力はプランジャ６の右行とともに上昇してゆき、
噴射弁２０の開弁圧である１６０kg／cm² に達すると図
２（ａ）に示されるように噴射を開始する。その後、プ
ランジャ６は右行を続けこの右行につれて圧力室１５内
の圧力はさらに上昇する。

【００２３】この実施例では、バルブニードル３０の直
径が７mmであり、変圧室３４内の圧力が７０kg／cm² と
なっている。従って、バルブニードル３０の上面に作用
する下方向の閉弁力Ｆ₁ は、 Ｆ₁ ＝７０×π÷４×（０．７）² ≒２６．９kgf となる。ここで、図２の（ｂ）に示されるように駆動回
路３８によりピエゾ積層体２５の電圧がショートされる
（０Ｖになる）とピエゾ積層体２５は直ちに５０μｍほ
ど収縮し、その分だけピストン２６は皿バネ２７に押さ
れて上昇する。これにより変圧室３４の容積は増加し、
変圧室３４の圧力は７０kg／cm² から５kg／cm²まで低
下する。この状態では、バルブニードル３０の上面に作
用する閉弁力Ｆ₂は、 Ｆ₂ ＝５×π÷４×（０．７）² ≒１．９kgf となり、開弁方向に作用するスプリング３１のセット荷
重Ｆ₃ ＝３kgf よりも小さくなるので、バルブニードル
３０はスプリング３１に押されて図中上方向に移動しシ
ート面４３から離れて開弁し、圧力室１５の燃料は通路
４４、スプリング室４０、低圧通路４１を介して低圧室
１８に溢流する。その結果、圧力室１５の圧力は噴射弁
２０の開弁圧である１６０kg／cm² 以下となり、一時的
に噴射が停止する。（サブ噴射）

【００２４】この時、通路４４に絞り４６が設けられて
いることにより、図２の（ｃ）に示されるように、圧力
室１５から低圧室１８に溢流する燃料量が抑制されるた
め、絞り４６を設けていない従来技術の場合（図２の破
線）と比較して圧力室１５の圧力低下速度は低く（遅
く）なり、かつ、バルブニードル３０の側面圧力低下速
度は高く（速く）なる。

【００２５】再び、ピエゾ積層体２５に電圧が印加され
ると、ピエゾ積層体２５は伸長し、バルブニードル３０
はシート面４３に押しつけられて圧力室１５とスプリン
グ室４０との導通が遮断される。この時、図２の（ｄ）
に示されるように、絞り４６の存在によりバルブニード
ル３０の側面圧力は従来技術の場合よりも低くなるの
で、バルブニードル３０が閉じる時に発生する油撃を小
さくすることができ、作動音が小さくなる。また、圧力
室１５の圧力低下量を比較的少なく抑えることができる
ので、従来技術の場合よりも早く圧力室１５の圧力がノ
ズル開弁圧になり、その分だけメイン噴射が早く再開さ
れ、パイロット間隔を短くすることができる。プランジ
ャが更に図中で右行すると、円周溝４９と円周溝５０は
連通し、圧力室１５からバルブニードル３０の側面に通
じる最小断面積は図２に示すように増加する。

【００２６】その後、ピエゾ積層体２５に印加された電
圧がショートされると、バルブニードル３０はシート面
４３から離れて開弁し、圧力室１５の燃料は主にプラン
ジャ通路４８、円周溝４９、円周溝５０、ポート４７、
圧力室通路４４、スプリング室４０、低圧通路４１を通
って低圧室１８へ流れ、圧力室１５の圧力はすみやかに
低下し、メイン噴射のシャープカットが維持されつつ、
噴射が終了する。

【００２７】ここで、絞り４６の径、およびポート４７
と円周溝４９が導通する時のプランジャ６のリフト量
は、送油率、噴射弁２０などにより最適値が異なる。本
実施例の場合、絞り４６の径は０．９mmであり、プラン
ジャ６が０．５mmリフトした時にポート４７と円周溝４
９が導通するようになっている。なお、本実施例におい
て、ピエゾ積層体２５の代わりに別のアクチュエータ、
たとえばソレノイドを用いてもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明を実施することにより、エンジン
の低速回転時においてスピル弁が閉弁する際に生じる油
撃による耳ざわりな作動音の発生を低レベルに抑えるこ
とができ、エンジンの静粛性を高めることができる。ま
た、パイロット噴射を行なわせる場合に、サブ噴射とメ
イン噴射の間隔を短縮して、噴射制御の応答性を高める
ことが可能になる。しかも、本発明によれば、低速回転
時の問題を解決しながらも高速回転時において噴射切れ
の悪化を招くことがないので、エミッションの悪化も防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料噴射ポンプの実施例を示す断面図
である。

【図２】実施例の燃料噴射ポンプの作動説明図である。

【符号の説明】

１…分配型燃料噴射ポンプ ２…ドライブシャフト ４…カムプレート ６…プランジャ １１…分配ポート １２…吸入グルーブ １３…シリンダボア １５…圧力室 １８…低圧室 １９…吸入通路 ２０…燃料噴射弁 ２１…分配通路 ２４…スピル弁（圧力制御弁） ２５…ピエゾ積層体 ２６…ピストン ２７…皿バネ ３０…バルブニードル ３１…スプリング ３４…変圧室 ３８…駆動回路 ３９…電子式制御装置（ＥＣＵ） ４０…スプリング室 ４１…低圧通路 ４２…変圧室通路 ４３…シート面 ４４…圧力室からの通路 ４５…連通通路 ４６…絞り ４７…ポート ４８…プランジャ通路 ４９，５０…円周溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダボア内を往復動するプランジャ
   により圧力室内の燃料を高圧に加圧して燃料噴射弁へ供
   給する燃料圧送手段と、前記圧力室内の高圧の燃料の一
   部を低圧室へ溢流させて前記圧力室内の燃料の圧力を制
   御する溢流通路と、該溢流通路を開閉する弁体を有する
   スピル弁部と、前記弁体に作用して前記溢流通路の開閉
   動作を行わせる制御圧力を発生するアクチュエータとを
   備えた燃料噴射ポンプにおいて、前記溢流通路の面積が
   前記プランジャのリフト量、または回転により変化する
   ように構成したことを特徴とする燃料噴射ポンプ。
2. 【請求項２】 前記溢流通路の途中に絞りを設けるとと
   もに、該絞りの前記低圧室側と前記シリンダボアを連通
   するポートをも設け、該ポートは前記プランジャの所定
   リフト以上で、前記プランジャに設けられた円周溝とプ
   ランジャ通路を介して前記圧力室と連通するように構成
   したことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ポンプ。