JPH0545776B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特にデイーゼル機関に設けられる燃
料噴射ポンプの噴射率制御装置に関する。

〔従来の技術および問題点〕

従来既に知られているように、デイーゼル機関
において、燃料噴射における初期の噴射率を低下
させたり、あるいはいわゆるパイロツト噴射を行
うことにより、騒音および有害排気を低減させる
とともに燃費を向上させることができる。ところ
が、このようなパイロツト噴射を行なうために
は、燃料噴射孔を開閉する弁を高速で作動させな
ければならず、従来の燃料噴射ポンプの構成によ
つてはパイロツト噴射を行なうことは困難であ
る。

本発明はパイロツト噴射を行なうことのできる
噴射率制御機構を得ることを目的としてなされた
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による燃料噴射ポンプの噴射率制御装置
は、プランジヤがシリンダボア内を進退動して、
このシリンダボア内のポンプ室を拡縮し、このポ
ンプ室が拡大される時にポンプ室内に燃料が吸入
され、ポンプ室が圧縮される時にポンプ室内の燃
料が吐出される燃料噴射ポンプであつて、上記ポ
ンプ室に連通可能な固定容積室を形成し、上記ポ
ンプ室と上記固定容積室を連通する第１連通路及
び第２連通路を設け、上記第１連通路にはそれを
連通もしくは遮断する弁体を配設し、該弁体は上
記プランジヤによるポンプ室の圧縮行程の中途の
一時期に上記第１の連通路を連通させると共に、
その前後の圧縮行程の期間は遮断するように制御
手段によつて制御されており、上記第２の連通路
は、上記ポンプ室が高圧となる圧縮行程の実質的
に全域にわたつて、上記プランジヤ自体によつて
遮断されていると共に、上記ポンプ室が低圧とな
る吸入行程の所定の時期に導通して、上記固定容
積室を低圧とするように構成されていることを特
徴とする。

〔作用〕

燃料噴射ポンプのプランジヤがポンプ室を圧縮
し、燃料を機関の燃焼室内へ噴射する燃料噴射ポ
ンプの圧縮行程の中途の一時期に、制御手段によ
つて第１連通路の弁体が開弁してポンプ室と固定
容積室を導通させると、ポンプ室内で加圧された
燃料の一部が、予め直前の吸入行程の所定時期に
低圧側に連通され低圧状態となつた後に低圧側と
も遮断されている固定容積室へ放出され、ポンプ
室の圧力が一時的に若干低下するために、機関へ
の燃料の噴射が一瞬間中断し、燃料噴射の途中の
一時期に噴射を中断する所謂パイロツト噴射が実
現するが、本発明に言う固定容積室の容積は無限
大ではなく、その容積は名前の通り限られた小さ
い値なので、弁体の開弁時間が多少長くなつて
も、ポンプ室から固定容積室へ放出される燃料
量、およびポンプ室に残る燃料量は、いずれも概
ね一定量となる。

また、ポンプ室の圧力の低下は燃料の噴射を中
断させるために必要な程度の小幅にとどまり、ポ
ンプ室内および固定容積室内には燃料を噴射させ
得ない程度の圧力が残る。したがつて、ポンプ室
内の高圧燃料を無限大に近い容積を有する低圧側
へ放出してパイロツト噴射のための噴射中断を行
う場合と異なり、第１連通路に設けられた弁体の
制御応答性が多少悪くても、パイロツト噴射後の
主噴射における燃料の噴射量が大幅に減少すると
いうことがない。更に、本発明によれば、噴射中
断時にもポンプ室にも残圧があるため、噴射中断
後の噴射再開（主噴射）の立ち上がりが迅速にな
る。

第２連通路は、燃料噴射ポンプの圧縮行程にお
いては弁体が閉弁するように制御されるので導通
していないが、燃料噴射ポンプの圧縮行程、した
がつて、そのサイクルの燃料噴射が終了した後、
吸入行程の所定時期に、プランジヤの変位によつ
て第２連通路が導通してポンプ室を介して固定容
積室を低圧側に接続し、その圧力を例えば大気圧
に近い燃料の吸入圧まで低下させる。第２連通路
が再び閉鎖されると、固定容積室の圧力はその低
圧を保持して、第１連通路の弁体の開弁に備え
る。このようにして、噴射中断を伴う燃料のパイ
ロツト噴射が円滑に繰り返される。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第１図は本発明の第１実施例を適用した分配型
燃料噴射ポンプの要部を示し、燃料噴射ポンプの
ハウジング１０の前面に噴射率制御機構４０が取
付けられている。

燃料噴射ポンプの本体、すなわち噴射率制御機
構４０以外の部分は、次に説明するように、従来
公知の構成を有する。ハウジング１０に設けられ
た筒状部材９内のシリンダボア１１内にはプラン
ジヤ１２が摺動自在に収容され、このプランジヤ
１２の先端とシリンダボア１１により区画形成さ
れるポンプ室１３の容積はプランジヤ１２の進退
動により拡大収縮される。プランジヤ１２は、エ
ンジン回転数の1/2に同期して回転往復運動を行
う。すなわち、エンジンの回転はギヤ又はタイミ
ングベルトを介して駆動軸（図示せず）に伝達さ
れ、プランジヤ１２はこの駆動軸により同軸的に
回転駆動されるとともに、フエイスカム１４がロ
ーラ１５に係合することにより往復運動をする。
フエイスカム１４はバネ（図示せず）により常時
図の左方に付勢されてローラ１５に係合してお
り、これにより、プランジヤ１２は、軸心周りに
回転してフエイスカム１４のカム面の形状に従つ
て往復運動する。

ハウジング１０には、低圧室１６とこの低圧室
１６をシリンダボア１１に連通させる吸入通路１
７と、外部の各噴射弁１８をシリンダボア１１に
導通可能な分配通路１９が形成される。分配通路
１９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２０が設け
られる。デリバリ弁２０はバネ２１に抗して分配
通路１９を開放可能であり、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。

プランジヤ１２は１個の分配ポート２２と、機
関気筒数と同数の吸入ポート２３，２４とをその
外周部に有する。またプランジヤ１２の基部すな
わち低圧室１６への突出部分には、ポンプ室１３
と低圧室１６とを連通可能にするためのスピルポ
ート２５が形成される。短い円筒形のスピルリン
グ２６は、プランジヤ１２に摺動自在に嵌合して
スピルポート２５を開閉可能であり、アクセルレ
バー（図示せず）に連動するレバー２７により支
持される。すなわち、プランジヤ１２が進退動す
ることにより、スピルポート２５はスピルリング
２６によつて開閉され、スピルポート２５が開閉
する時のプランジヤ１２の位置はレバー２７を変
位させることにより変えられる。スピルリング２
６の位置により、ポンプ室１３から低圧室１６へ
の燃料の還流量が定まり、すなわちポンプ室１３
から噴射弁１８へ供給される燃料供給量が定ま
る。

しかして、プランジヤ１２が左行してポンプ室
１３が膨脹する時、いずれかの吸入ポート２３，
２４が吸入通路１７に導通して低圧室１６内の燃
料がポンプ室１３に吸入され、逆に、プランジヤ
１２が右行してポンプ室１３が圧縮される時、分
配ポート２２がいずれかの分配通路１９に導通し
てポンプ室１３内の燃料が外部に吐出される。燃
料の吐出はプランジヤ１２が右行を始めた時に始
まり、さらにプランジヤ１２が右行してスピルポ
ート２５がスピルリング２６の右端部から低圧室
１６内へ開放された時に終わる。

次に、第１実施例の特徴部分を構成する噴射率
制御機構４０を説明する。

有底筒状を有するケーシング４１は、その開口
端部の雄ねじ４２をハウジング１０の雌ねじに螺
合させることによりこのハウジング１０に固定さ
れる。ケーシング４１内は、開口端部側が大径ボ
ア４３、底部側が小径ボア４４であり、大径ボア
４３内にはインナケーシング４５と弁体４６と仕
切板４７とが収容され、小径ボア４４内には電歪
式アクチユエータ４８が収容される。

インナケーシング４５は、内側にする内筒部４
９と、外側に位置する外筒部５０と、これら内筒
部４９と外筒部５０とを連結する環状板部５１と
から成り、内筒部４９の軸方向長さは外筒部５０
の軸方向長さより短い。外筒部５０はケーシング
４１の大径ボア４３に密着して嵌合し、環状板部
５１は大径ボア４３と小径ボア４４の間に形成さ
れる段部５２に当接するようになつている。仕切
板４７はケーシング４１の開口端部、すなわちイ
ンナケーシング４５とハウジング１０の間に配設
され、インナケーシング４５の外筒部５０の端面
により固定される。しかして仕切板４７の左側面
はポンプ室１３に面し、インナケーシング４５と
仕切板４７の右側面とにより環状の固定容積室５
３が形成される。一方、インナケーシング４５の
内筒部４９は仕切板４７から離間しておりこれら
の間に環状の通路５４形成される。

仕切板４７の中央には、ポンプ室１３とケーシ
ング４１の内部とを連通可能な孔５５が形成さ
れ、この孔５５の周囲には弁体４６が密着可能な
円錐面状の弁座５６が形成される。弁体４６が弁
座５６に密着した時、ポンプ室１３は弁体４６に
より固定容積室５３から遮断され、弁体４６が弁
座５６から離座した時、ポンプ室１３は、孔５５
および通路５４を介して固定容積室５３と連通す
る。

弁体４６は略筒状を呈し、その左端部は弁座５
６に密着すべく円錐状を有し、内部孔５７にはオ
リフイス５８が形成される。弁体４６はインナケ
ーシング４５の内筒部４９内に摺動自在に支持さ
れ、後述するように、可変容積室５９内の圧力が
低下した時右行して弁座５６から離れ、またこの
圧力がポンプ室１３内の圧力と略等しくなつた時
ばね６０に押圧されて弁座５６に着座する。しか
して可変容積室５９とポンプ室１３とは、弁体４
６が弁座５６に着座しているか否かに拘らず孔５
５およびオリフイス５８を介して常時連通する。

電歪式アクチユエータ４８は、その一端がケー
シング４１の底部に支持され、他端にはピストン
６１が固定される。ピストン６１は小径ボア４４
に摺動自在に支持され、このピストン６１の外周
には可変容積室５９内のオイルがアクチユエータ
４８側へ洩れるのを防止するためにＯリング６２
が嵌着される。可変容積室５９は、ピストン６１
とインナケーシング４５の環状板部５１と弁体４
６と小径ボア４４とにより形成され、その容積
は、アクチユエータ４８が伸縮してピストン６１
が進退動することにより、変化する。ばね６０は
ピストン６１と弁体４６の間に設けられて、弁体
４６をを常時孔５５側へ付勢する。

電歪式アクチユエータ４８は薄い円盤状（φ15
×t0.5）の電歪素子を約50枚積層して円柱状に成
形したものである。この電歪素子はPZTと呼ば
れるセラミツク材であり、チタン酸ジルコン酸鉛
を主成分としており、その厚み方向に500V程度
の電圧を印加すると1μｍ程度伸びる。これを電
極板を介在させながら50枚積層し、電極板を使つ
て各々素子の厚み方向に500V印加すると全体と
して50μｍの伸長が得られる。この電圧を解除す
るか又は若干の負電圧を印加すれば50μｍの縮小
を起こして元の長さに戻る。また、この電歪式ア
クチユエータ４８に軸方向圧縮の荷重をかけた
時、各電歪素子にはその荷重に応じた電圧、例え
ば荷重500Kgの時500Vの電圧が発生し、次にこの
電圧を短絡、すなわちシヨートさせた時、電歪式
アクチユエータ２１全体として50μｍの縮小を生
じる。電歪式アクチユエータ４８への所定の時期
に於ける電圧の印加、シヨート、解除等の操作は
リード線６３を介して外部の制御回路であるコン
トローラ（図示せず）によつて制御される。電歪
式アクチユエータ４８の伸縮作用はピストン６１
に伝えられて可変容積室５９の容積を拡大・縮小
する。

仕切板４７と筒状部材９には、固定容積室５３
とポンプ室１３とを連通可能な導通孔６４が穿設
される。導通孔６４のシリンダボア１１内への開
口６５の位置は、プランジヤ１２が最も左側へ位
置した時初めていずれかの吸入ポート２３，２４
と導通するような位置である。したがつて、プラ
ンジヤ１２が吸入行程を終ろうとする時、固定容
積室５３がポンプ室１３と導通することになる。

本実施例は、次のように作動する。

プランジヤ１２が右行して吐出行程にある時、
ポンプ室１３内には約150Kg／cm²の油圧が発生し
ている。この油圧は分配通路１９から噴射弁１８
まで、また孔５５および内部孔５７から可変容積
室５９まで伝達される。この油圧は、弁体４６の
右端面全体に作用してこの弁体４６を左方へ押す
とともに、弁体４６の弁座５６との接触面以外の
左端面に作用してこの弁体４６を右方へ押す。す
なわち、弁体４６の受圧面は、右端面の方が大き
く、したがつて弁体４６は左方へ押圧されて弁座
５６に密着し続ける。またこの時、ピストン６１
の直径を20mmとすると、電歪式アクチユエータ４
８には471Kg（＝20²×10^-2×π÷４×150Kg）の
力が作用し、471Vの電圧が発生している。

この電圧を短絡すると電歪式アクチユエータ４
８は約47μｍの縮小を起こし、可変容積室５９の
体積は一瞬のうちに14.8mm³（＝47×10^-3×20²×
π÷４mm³）だけ拡大する。可変容積室５９の元の
体積を100〜200mm³とすると、この体積の拡大によ
る圧力降下は極めて大きい。したがつて、弁体４
６のオリフイス５８（直径0.3〜0.5mm）を介して
ポンプ室１３から圧力が伝達されても、オリフイ
ス５８の流路面積が十分に小さく、また可変容積
室５９の容積拡大が十分に速いので、弁体４６は
可変容積室５９側へ吸引されて右方へ移動し、ポ
ンプ室１３は固定容積室５３と導通する。固定容
積室５３内の圧力はポンプ回転数が高い程低い圧
力となるが、概ね大気圧に近く、またその容積は
２cm³程度であつて、それ迄150Kg／cm²が行き渡つ
ていたポンプ室１３、内部孔５７および分配通路
１９等の容積にほぼ等しい。したがつてポンプ室
１３内の圧力は半減し、噴射弁１８からの燃料噴
射が中断する。その直後、弁体４６の左右の端面
に作用する圧力が略等しくなり、弁体４６はばね
６０の付勢力によつて再び弁座５６に密着する。
これにより、ポンプ室１３は固定容積室５３から
遮断される。このような燃料噴射の中断期間は
0.5〜1.5msec位であつてポンプ回転数が低い程長
い。

中断の後再び噴射弁１８は燃料噴射を開始する
が、この時固定容積室５３内には70〜90Kg／cm²の
燃料圧が残存する。燃料噴射が終了し、プランジ
ヤ１２が左行してポンプ室１３が吸入行程を行な
い、プランジヤ１２が後端位置の近傍まで後退し
て吸入行程を終ろうとする時、開口６５が吸入ポ
ート２３または２４内に臨む。したがつて固定容
積室５３はポンプ室１３と導通し、この固定容積
室５３の圧力はポンプ室１３の吸入行程末期の圧
力まで低下する。吸入行程末期のポンプ室圧力は
概ね大気圧であり、ポンプ回転数が大きいほど低
圧である。

以上のように、本実施例は、ポンプ室１３の吐
出行程中に高圧のポンプ室１３を低圧の固定容積
室５３に導通させることによつて、ポンプ室１３
の圧力を一時的に降下させ、これにより噴射弁１
８に燃料噴射を中断させてパイロツト噴射を行な
わせるものである。したがつてデイーゼル機関の
騒音が低減し、また有害排気物が減少する。また
本実施例は、固定容積室５３をポンプ室１３に一
時的に連通させて圧力を降下させているので、圧
力の降下量が安定しており再現性に優れていると
いう効果を奏する。さらに本実施例は、吸入行程
末期のポンプ室１３に固定容積室５３を導通させ
てこの固定容積室５３を調圧させているので、エ
ンジンの回転数や負荷によらず安定した圧力を固
定容積室５３に生じさせることができる。

第２図は第２実施例を示す。上記第１実施例に
おいては、電歪式アクチユエータ４８によりポン
プ室１３と固定容積室５３とを連通もしくは遮断
していたが、第２実施例においては、ソレノイド
７０を利用している。すなわち、第２図におい
て、ポンプ室１３と固定容積室５３は、仕切板４
７の孔５５および通路５４を介して連通可能であ
り、孔５５はアーマチユア７０に連設された弁体
４６により開閉される。弁体４６はインナハウジ
ング４５の内筒部４９内に摺動自在に支持されて
弁座５６に接離可能であり、環状板部５１からの
突出部分にアーマチユア７０が固定される。ソレ
ノイド７２は、ケーシング４１の軸心部分に形成
された柱状部７３の周囲に嵌着され、その右端面
はケーシング４１の底面に当接し、その左端面イ
ンナケーシング４５の環状板部５１に当接する。
アーマチユア７０は、ソレノイド７２と柱状部７
３の端部と環状板部５１との間により形成される
室７３内に収容され、柱状部７３の端部に形成さ
れた凹部７４内に配設されたばね６０はアーマチ
ユア７０に係合してこのアーマチユア７０および
弁体４６を弁座５６側へ付勢する。

しかしてソレノイド７２に通電した時、アーマ
チユア７０はソレノイド７２の近傍に発生する電
磁力によりばね６０に抗して図の右方へ吸引さ
れ、弁体４６は弁座５６から離座して孔５５を開
放し、ポンプ室１３と固定容積室５３を連通させ
る。逆に、ソレノイド７２への通電を遮断した
時、アーマチユア７０はばね６０に押圧されて左
方へ変位し、弁体４６は孔５５を閉塞してポンプ
室１３と固定容積室５３を遮断する。また、第１
実施例と同様に、プランジヤ１２が後端位置まで
後退した吸入行程の終わりにおいて、固定容積室
５３は導通孔６４を介してポンプ室１３に連通す
る。

なお、ソレノイド７２への通電は１〜2msecの
パルス状とし、孔５５を介して固定容積室５３と
ポンプ室１３とを導通させた後はこれらの室５
３，１３を遮断するようにしている。これはパイ
ロツトの後の噴射率を高くし、また噴射終了時に
おける噴霧切れをよくするためである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、パイロツト噴射のためにポン
プ室の圧力を放出する先を、容積の限られた固定
容積室としているので、ポンプ室から固定容積室
へ流れ出る高圧燃料の量も限られた略一定の量と
なり、第１連通路の弁体の開弁時間が多少長くな
つて連通を遮断する時期が遅れたとしても、主噴
射量が大幅に減少することがない。したがつて、
弁体と制御機構について、遮断のタイミング精度
や応答性を緩和することができ、比較的安価なも
のを使用することが可能になる。

また、ポンプ室の圧縮行程においては、第２連
通路がプランジヤによつて遮断されており、ポン
プ室と固定容積室との間は連通していないから、
噴射終了時に固定容積室がアキユムレータとなつ
て噴射切れが悪くなりエンジンのHC排出量が増
加するというような恐れもない。このように第２
連通路の開閉をプランジヤの位置によつて行つて
おり、固定容積室を低圧側に連通させる操作も制
御弁によつていないので、制御機構や弁体に対す
る要求（電力、応答性、耐久性等）も緩和され
る。

このようにして、パイロツト噴射が容易に実現
され、エンジン騒音を低減させることができると
共に、有害な排気を減少させ、燃費を向上させる
ことも可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を適用した燃料噴
射ポンプの要部を示す断面図、第２図は第２実施
例を適用した燃料噴射ポンプの要部を示す断面図
である。 １１…シリンダボア、１２…プランジヤ、１３
…ポンプ室、４６…弁体、４８…電歪式アクチユ
エータ、５３…固定容積室、７２…ソレノイド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プランジヤがシリンダボア内を進退動して、
   このシリンダボア内のポンプ室を拡縮し、このポ
   ンプ室が拡大される時にポンプ室内に燃料が吸入
   され、ポンプ室が圧縮される時にポンプ室内の燃
   料が吐出される燃料噴射ポンプであつて、上記ポ
   ンプ室に連通可能な固定容積室を形成し、上記ポ
   ンプ室と上記固定容積室を連通する第１連通路及
   び第２連通路を設け、上記第１連通路にはそれを
   連通もしくは遮断する弁体を配設し、該弁体は上
   記プランジヤによるポンプ室の圧縮行程の中途の
   一時期に上記第１連通路を連通させると共に、そ
   の前後の圧縮行程の期間は遮断するように制御手
   段によつて制御されており、上記第２の連通路
   は、上記ポンプ室が高圧となる圧縮行程の実質的
   に全域にわたつて、上記プランジヤ自体によつて
   遮断されていると共に、上記ポンプ室が低圧とな
   る吸入行程の所定の時期に導通して、上記固定容
   積室を低圧とするように構成されていることを特
   徴とする燃料噴射ポンプの噴射率制御機構。 ２ 上記制御手段が電歪式アクチユエータと、こ
   の電歪式アクチユエータおよび上記弁体の間に設
   けられるばねとを備えていると共に、上記弁体の
   上記固定容積室とは反対側に可変容積室が形成さ
   れていて、上記電歪式アクチユエータが収縮した
   時、上記可変容積室の容積が拡大し、上記弁体が
   吸引されて上記ポンプ室と上記固定容積室が連通
   し、上記電歪式アクチユエータが収縮した後、上
   記弁体は上記ばねに押圧されて上記ポンプ室と上
   記固定容積室を遮断するように構成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の噴射
   率制御機構。 ３ 上記制御手段がソレノイドと、このソレノイ
   ドによつて惹起される電磁力によつて進退動する
   アーマチユアと、このアーマチユアを上記孔を閉
   塞する方向に付勢するばねとを備え、このアーマ
   チユアに上記弁体が連設され、上記アーマチユア
   が上記ソレノイドにより吸引される時、上記弁体
   は上記ポンプ室と上記固定容積室を連通させ、上
   記アーマチユアが上記ソレノイドにより吸引され
   ない時、上記弁体は上記ばねに押圧されて上記ポ
   ンプ室と上記固定容積室を遮断するように構成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の噴射率制御機構。 ４ 上記プランジヤによる吸入行程中のいずれか
   の時期に、上記固定容積室と上記ポンプ室とを連
   通させる上記第２の連通路が導通するように構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の噴射率制御機構。