JPH06294362A - エンジン用電気制御油圧作動型燃料噴射装置 - Google Patents

エンジン用電気制御油圧作動型燃料噴射装置

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JPH06294362A
JPH06294362A JP6026754A JP2675494A JPH06294362A JP H06294362 A JPH06294362 A JP H06294362A JP 6026754 A JP6026754 A JP 6026754A JP 2675494 A JP2675494 A JP 2675494A JP H06294362 A JPH06294362 A JP H06294362A
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fuel
fuel injection
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pump
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Gregory G Hafner
ジー ハフナー グレゴリー
Xiangying Liu
リウ ジアンギング
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Caterpillar Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンの燃料噴射行程において油圧作動の
噴射器の燃料流量特性を可変的に制御することにより、
エンジンの燃料ノイズやエミッションを減少させるこ
と。 【構成】 燃料噴射行程における油圧作動噴射器を制御
する装置であって、噴射器のプランジャと胴部との組立
体に組み合わされて、作動流体圧力を可変的に制御する
ため、作動流体の溢れ制御手段を設ける。この装置は、
燃料噴射の初期噴射率を制御することができ、エンジン
の全負荷領域及び全速度範囲で連続的又は分割噴射を行
わせることができる。性能は、溢れ制御装置により噴射
器に供給される作動流体の圧力を可変的に制御すること
により達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明は、一般的に油圧制御の
燃料噴射装置に関するもので、より詳細には、そのよう
な装置における燃料噴射特性を成形するための装置に関
する。
【０００２】
【従来技術】 燃料噴射率の成形は、噴射行程の着火遅
れ部分と主噴射部分の間に供給される燃料の量を制御す
るために燃料の初期部分を理想的にする方法である。こ
の方法は、燃焼過程での熱放出特性を修正するもので、
エミッション及び騒音レベルの低下に有益である。従来
の機械的に駆動される燃料装置における噴射率成形は、
制限方式、吸い戻し方式及び溢流制御方式の３つの形式
の１つに分類される。制限方式の装置は噴射燃料の圧力
降下を生じ、噴射圧力が低くなる。吸い戻し方式は噴射
の初期部分で燃料を一時的に蓄える方式であり、溢流制
御方式は高圧燃料噴射源からの燃料流の一部を溢流すな
わちブリードする。公知の溢流制御装置は、エンジンの
回転に同期して往復運動する燃料ポンププランジャに組
み合わされるものであり、1943年６月１日に公開された
米国特許出願第356,818 号、米国特許第2,547,174 号、
同第3,792,692 号、同第5,020,979号に開示されてい
る。これらの装置では、高圧プランジャ室からの燃料の
一部を溢れさせることにより、燃料噴射ノズルにより噴
射される燃料の流れが一時的に遮断又は減少される。往
復運動するプランジャの制御縁又は制御ポートがプラン
ジャを囲んで配置された固定胴部又はハウジング上の制
御縁又は制御ポートと連通したときに燃料が溢れさせら
れる。
【０００３】噴射率成形の一般的な効果は良く知られて
いるが、エンジン性能全般に対する影響は一般的には知
られていない。これは、機械的に駆動される燃料ポンプ
プランジャでは、作動範囲での燃料装置の噴射率成形特
性に限界があること、すなわちエンジン負荷とエンジン
速度に応じて変化する、という事実に起因する。広い速
度範囲で作動するエンジンでは、機械的に駆動される燃
料ポンププランジャの速度も同様に変化する。その結
果、噴射率成形装置が満足なあるいは理想的な利点を発
揮するエンジン作動条件は一つしかない、ということに
なる。米国特許第5,121,730 号は、各噴射器の燃料ポン
ププランジャが油圧的に作動されるか、又は加圧された
流体源により駆動されるようになった油圧駆動の燃料噴
射装置を開示する。この装置は、噴射率成形装置を全く
持っていない機械駆動の噴射装置と比較して、幾つかの
噴射率成形能力を備える。しかし、この米国特許では、
達成される噴射率成形の量が望ましい量よりも低くなる
ときがでる。米国特許第4,878,471 号は、噴射率成形装
置を備えた油圧駆動の燃料噴射装置を開示する。この噴
射率成形装置は、基本的な燃料噴射装置に多くの部品を
追加するもので、複雑かつ高価になり、望ましくない。
この米国特許は、高圧燃料プランジャ室からの流体圧力
のフィードバックを必要とし、それによってプランジャ
を動かすのに必要な作動流体の量を制御する。さらに、
この米国特許は、各噴射器の燃料ポンププランジャを油
圧的に作動させるための作動流体を制御する一対のバル
ブを、油圧制御ユニットに必要とする。また、噴射器の
高圧燃料噴射回路に組み合わせて制御ユニットを設けね
ばならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、上述した
問題の一つ又はそれ以上を解決することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】 本発明の一態様は、電
気的に制御され油圧的に駆動されるエンジンのための燃
料噴射装置を提供するものである。この装置は、エンジ
ン速度及びエンジン負荷に関係なく燃料噴射行程中に連
続噴射及び分割噴射の一つを可変的に提供する手段を含
む。本発明の他の態様は、エンジン速度及びエンジン負
荷に関係なく、燃料噴射行程の初期噴射部分と主噴射部
分との間の時間間隔を変える手段を含む、電気的に制御
され油圧的に駆動されるエンジンのための燃料噴射装置
を提供するものである。本発明のさらに他の態様は、エ
ンジン速度及びエンジン負荷に関係なく燃料噴射行程中
に燃料噴射の初期噴射率を変える手段を含む、電気的に
制御され油圧的に駆動されるエンジンのための燃料噴射
装置を提供するものである。
【０００６】
【実施例】 以下、本発明の実施例を図について説明す
る。図１ないし図１３にわたって同じ部品には同じ符号
を付して示すが、図１を参照すると、電子的に制御され
油圧的に駆動される燃料噴射装置１０の一実施例が示さ
れている。以下、この装置を「ＨＥＵＩ」燃料装置と呼
ぶ。図１に示すＨＥＵＩ燃料装置の例は、直接噴射式デ
ィーゼルサイクル内燃機関について使用するものであ
る。図１の実施例は直列６気筒ＨＥＵＩに適用されるも
のであるが、本発明は、Ｖ型エンジンやロータリーエン
ジンなど他の形式のエンジンにも適用でき、気筒数や燃
焼室数も６以下でも６以上でもよい。再び図１を参照す
ると、この実施例のＨＥＵＩ燃料装置１０は、ユニット
型ポンプ噴射器のような電気的に制御され油圧的に駆動
される１又はそれ以上の噴射器１４を備え、各噴射器が
エンジンの燃焼室に組み合わされている。この装置１０
は又、各噴射器１４に油圧作動用流体を供給するための
装置又は手段１６と、各噴射器１４に燃料を供給するた
めの装置又は手段１８と、ＨＥＵＩ燃料装置１０におけ
る燃料噴射量と噴射タイミングと作動流体圧力の少なく
とも一つを電子的に制御するための装置又は手段２０を
備える。この実施例のＨＥＵＩ燃料装置１０の他の詳細
は米国特許第5,191,867 号に開示されているので、説明
は省略する。
【０００７】油圧作動用流体供給手段１６は、作動流体
サンプ２２と、比較的低圧の作動流体移送ポンプ２４
と、作動流体クーラー２６と、１又はそれ以上の作動流
体フィルター２８と、作動流体を加圧するための高圧作
動流体ポンプ３２のような高圧作動流体源又は加圧手段
３０と、該加圧手段３０及び各噴射器１４に流体的に連
通するように配置された少なくとも一つの比較的高圧の
作動流体マニホルド３４と、マニホルド３４内の作動流
体の圧力の大きさを可変的に制御するための装置又は手
段３６とを含むことが好ましい。ポンプ３２は歯車駆動
の定吐出量アキシャルピストンポンプであことが好まし
く、手段３６は比較的高圧のポンプ３２から比較的低圧
のサンプ２２にバイパスされる作動流体の量を選択的に
変化させるための、電子的に制御される比例圧力制御バ
ルブ３８又はレール圧力制御バルブ（以下、ＲＰＣＶと
呼ぶ）であることが好ましい。あるいは、ポンプ３２を
可変吐出量のアキシャルピストンポンプとし、ＲＰＣＶ
３８を省略してもよい。作動流体として選ばれる流体
は、燃料でなく、同一条件で燃料より粘性が高く比較的
圧縮性のない流体が好ましい。作動流体はエンジン潤滑
油が好ましく、作動流体サンプ２２はエンジン潤滑油サ
ンプであことが好ましい。図１の実施例では、ポンプ３
２が、通常のエンジン作動中での潤滑油圧力から噴射器
１４に必要な作動圧力レベルまで作動流体圧力レベルを
高める。ＲＰＣＶ３８は手段２０により制御されて、ポ
ンプ３２により効果的に形成されマニホルド３４に送ら
れる作動流体圧力を制御する。ＲＰＣＶ３８は、ポンプ
３２により加圧された作動流体の可変部分をマニホルド
３４を選択的にバイパスさせてサンプ２２に直接戻すよ
うに作用する。
【０００８】燃料噴射量、噴射タイミング及びＨＥＵＩ
燃料装置１０の作動流体圧力の少なくとも一つを電子的
に制御するための手段２０は、ディジタルマイクロプロ
セッサ又は制御モジュール４０（以下、ＥＣＭと呼ぶ）
であることが好ましい。ＥＣＭ４０は、理想的な燃料装
置作動パラメータを決定するソフトウエア決定ロジック
と情報を含み、キー要素を制御する。種々のエンジンパ
ラメータを示す１又はそれ以上のセンサー信号（S1 -S
8）がＥＣＭ４０に送られてエンジンの現在の作動状態
を表示する。ＥＣＭ４０は、これらの入力信号を使用し
て、燃料装置の作動を燃料噴射量、噴射タイミング、及
び作動流体圧力として制御する。本実施例におけるソフ
トウエア決定ロジックを、噴射器１４に供給される作動
流体圧力の大きさを決定する場合について説明する。こ
のロジックは、実エンジン速度、所要燃料供給量、実作
動流体圧力及び直接又は間接的に検出される作動流体の
粘性の少なくとも４つを入力とすることが好ましい。少
なくとも所要燃料供給量信号と作動流体粘性信号は、作
動流体圧力マップ又は式の入力とすることが好ましい。
あるいは、吸気圧力信号を入力として追加してもよい。
これら３つ又はそれ以上の入力信号を基にして、所要作
動流体圧力信号が出力として選ばれる。次いで、この所
要作動流体圧力信号が実作動流体圧力信号と比較され、
作動流体圧力エラー信号が形成される。この作動流体圧
力エラー信号と所要作動流体圧力信号とがＲＰＣＶ制御
アルゴリズムと呼ばれる１組の数式又はマップの入力と
なり、所要の電流が出力される。
【０００９】この所要の電流Ｓ9 がＲＰＣＶ３８内のソ
レノイドバルブ又は他の電気作動バルブに与えられる。
ＲＰＣＶ３８に対する電流を変えることにより作動流体
圧力を増加又は減少させることができる。たとえば、Ｒ
ＰＣＶ３８への電流を増加させると、ＲＰＣＶ３８は作
動流体を高い圧力でサンプ２２に直接バイパスさせ、マ
ニホルド３４内の流体圧力を増加させる。ＲＰＣＶ３８
への電流を減少させると、ＲＰＣＶ３８がサンプ２２に
バイパスさせる作動流体の量を増加させ圧力を低くし
て、マニホルド３４への作動流体圧力を減少させる。こ
のＲＰＣＶ制御アルゴリズムが、作動流体圧力誤差信号
がゼロになるように作動流体圧力を増加又は減少させる
に必要なＲＰＣＶ３８への電流を計算する。その結果と
して得られるマニホルド３４内の作動流体圧力が、噴射
器１４を油圧的に作動させるために使用される。マニホ
ルド３４のような作動流体圧力回路の高圧部分において
検出される生の作動流体圧力信号が、ノイズ除去のため
の通常の手段により処理されて、ＥＣＭ４０で使用でき
る形態の信号となる。図２を参照すると、噴射器１４は
好ましくは油圧作動のユニットポンプ噴射器として構成
される。噴射器１４は、一般的には電気アクチュエータ
制御バルブ組立体４２と、ボデー４４と、プランジャ胴
部組立体４６と、噴射ノズル組立体４８とを含み、噴射
ノズル組立体４８は可動チェック５０と１又はそれ以上
の燃料噴射オリフィス５２を有する。あるいは、ユニッ
トポンプ噴射器の代わりに、組立体４２、４６、４８等
を別部品による構成のものとし、それぞれの部品を流体
連通関係に配置することもできる。
【００１０】アクチュエータバルブ組立体４２は、マニ
ホルド３４からの比較的高圧の作動流体を、ＥＣＭ４０
からの電気制御信号の受信に応じてそれぞれの噴射器１
４に選択的に送る手段又は装置として機能する。組立体
４２は電気アクチュエータ５４と１個の作動流体制御バ
ルブ５６を含む。たとえば、アクチュエータ５４はオン
・オフ型のソレノイドとし、バルブ５６は該ソレノイド
の可動アーマチュアに結合されたポペットバルブとする
ことができる。プランジャ胴部組立体４６は、胴部５８
と、往復動可能な燃料ポンププランジャ６０と、該プラ
ンジャ６０のポンプ行程中に燃料を一時的又は間欠的に
溢れさせる溢れ制御手段６２とを含む。溢れ制御手段６
２は、プランジャ６０と噴射ノズル組立体４８との間の
噴射器１４の高圧燃料回路内にある燃料の一部を溢れさ
せるように働く。図２は、プランジャ６０に一体に結合
された作動流体ピストン６４を示す。別の方策として、
ピストン６４は、たとえば米国特許第5,121,730号に示
されているように、プランジャ６０に隣接して配置した
別の可動部品とすることもできる。作動流体ピストン６
４は、高圧燃料ポンプ室６６及び噴射オリフィス５２に
通じる他の高圧燃料回路内にある燃料の圧力増幅を行い
得るようにするため、燃料ポンププランジャ６０よりも
有効断面積を大きくすることが好ましい。あるいは、ピ
ストン６４とプランジャ６０は、同じ有効断面積として
もよい。
【００１１】溢れ制御手段６２は、プランジャ６０の各
下降行程、すなわちポンプ行程ごとに、該プランジャと
胴部のボアとの間に形成される高圧ポンプ室６６から燃
料の一部を一時的あるいは間欠的に溢れさせるようにす
ることが好ましい。溢れ制御手段６２の種々の実施例を
以下に説明する。図２ないし図８に示す実施例は、自由
回転できる燃料ポンププランジャ及び回転不能な燃料ポ
ンププランジャの両方に適用できるものである。図９な
いし図１０に示す実施例は、回転不能な燃料ポンププラ
ンジャ又は制御された状態で回転可能な燃料ポンププラ
ンジャについてのみ使用できるものである。図２ないし
図４には、溢れ制御手段６２の第一実施例が示されてい
る。溢れ制御手段６２は、胴部５８に形成された少なく
とも一つの溢れ口６８と、可動プランジャ６０内に形成
された溢れ通路手段７０とを備え、プランジャ６０のポ
ンプ行程中にポンプ室６６からの燃料の一部を溢れ口６
８に連通させるようになっている。溢れ口６８は、プラ
ンジャ６０が内部を往復運動する胴部５８に形成したボ
アに交差する。溢れ口６８は燃料供給手段１８の比較的
低圧燃料回路にも連通する。胴部５８の溢れ口６８は矩
形の横断面形状として、矩形の長辺がプランジャ６０の
往復運動方向に直角になるように配置することが好まし
い。このように配置することにより、間欠的な連通が行
われるごとに、溢れ口６８が溢れ通路手段７０に迅速に
開かれるようになる。あるいは、溢れ口６８は円形や他
の形状としてもよい。
【００１２】図２ないし図４に示す第一実施例では、溢
れ通路手段７０は、プランジャ６０内に形成される１な
いしそれ以上の内部軸方向通路と、外側の周方向溝又は
環状スロット７４とから構成される。プランジャ６０は
円筒形状であることが好ましい。溝７４は、燃料ポンプ
室６６に面するプランジャ６０の前縁から間隔をもった
位置に設ける。図４に示すように、通路７２は、プラン
ジャ６０の中心軸線から所定の半径にある仮想円に沿っ
て等間隔で配置することが好ましい。通路７２は、燃料
ポンプ室６６と周方向溝７４に対して常時連通状態に配
置される。周方向溝７４は、各通路７２に常時流体的に
連通するような寸法及び配置にする。溝７４はすべての
通路７２と少なくとも部分的に交差するように形成する
ことが好ましい。溝７４は又、プランジャ６０のポンプ
行程中に胴部５８の溢れ口６８と間欠的に流体的連通関
係になるように配置される。溢れ口６８の上縁（すなわ
ち燃料ポンプ室６６から最も遠い位置）と周方向溝７４
の前縁（すなわち燃料ポンプ室６６に最も近い位置）の
間の軸方向距離は、噴射行程中の燃料の初期噴射率を制
御するのに助けとなる。プランジャと胴部におけるこの
寸法を変えることにより、噴射行程の初期噴射部分にお
ける燃料噴射量を変更することができる。
【００１３】図５ないし図６を参照すると、これらの図
には第二実施例による溢れ制御手段６２’が示されてい
る。溢れ制御手段６２’は第一実施例におけると同様に
少なくとも１つの溢れ口６８を備える。しかし、この第
二実施例では、溢れ通路手段７０’が、プランジャ６
０’の中央に形成された１個の内部軸方向通路７２’と
１又はそれ以上の半径方向通路７６と燃料ポンプ室６６
の前縁６０’から間隔をもって形成された外側周方向溝
７４を含む。図５に示すように、通路７２’は燃料ポン
プ室６６と半径方向通路７６に常時連通するように配置
されている。図６に示すように、すべての半径方向通路
７６は通路７２’に交差することにより常時該通路７
２’に連通しており、各通路７２’は互いに間隔をもっ
て形成されることが好ましい。周方向溝７４は、半径方
向通路７６の各々と交差することにより該通路７６と常
時連通するような寸法及び配置にされている。また、溝
７４はプランジャ６０’のポンプ行程中に胴部５８の溢
れ口６８に間欠的に流体的な連通をするように配置され
る。図７を参照すると、この図には本発明の第三実施例
による溢れ制御手段６２''が示されている。この溢れ制
御手段６２''は、第１の溝７４とプランジャ６０''の前
縁との間にもう１つの外側周方向溝７８が設けられてい
る点を除いて図２ないし図４に示す第一実施例と同じで
ある。溝７８は、プランジャ６０''が図７に示すように
完全に引っ込まれた位置又はポンプ行程の始めの位置に
あるとき、燃料ポンプ室６６を溢れ口６８に連通させる
ように配置されている。溝７８は、組み立て時に可動の
プランジャ６０''を溢れ口６８に対して位置決めする必
要をなくすために設けられる。溝７８の上縁すなわち後
縁が溢れ口６８の下縁（すなわち燃料ポンプ室６６に最
も近い位置）を横切るまでは燃料噴射は生じない。換言
すると、プランジャ６０''の第２ランドの下縁又は前縁
（燃料ポンプ室６６に対する）が溢れ口６８の下縁（す
なわち燃料ポンプ室６６に最も近い位置）を横切るまで
は燃料噴射は生じない。この状態が起きると、溢れ制御
手段６２''は図２の実施例におけると同様に作用し始め
る。
【００１４】図８に、第４実施例による溢れ制御手段６
２''' を示す。この溢れ制御手段６２''' は、溢れ通路
手段７０''' が燃料ポンプ室６６に面しているプランジ
ャ６０''' のプランジャ６０''' の前縁に比較的大きな
面取り部８０を有する点を除いて図２ないし図４の第一
実施例と同じである。面取り部８０は、プランジャ６
０''' が図８に示すように完全に引っ込まれた位置又は
ポンプ行程の始めの位置にあるとき燃料ポンプ室６６を
溢れ口６８に連通させるように配置されている。面取り
部８０は、組み立て時にプランジャ６０''' の位置を溢
れ口６８に対して位置決めする必要がないようにするた
めのものである。プランジャ６０''' の第１ランドの下
縁又は前縁（すなわち燃料ポンプ室６６に最も近い位
置）が溢れ口６８の下縁を横切るまでは燃料噴射は生じ
ない。この状態が起きると、溢れ制御手段６２''' は図
２の実施例と同様に作動し始める。図９ないし図１０を
参照すると、これらの図には第５実施例による溢れ制御
手段６２''''が示されている。この溢れ制御手段６
２''''は、図２ないし図４に示す第一実施例と同様に少
なくとも１つの溢れ口６８と周方向溝７４を有する。し
かし、この第５実施例では、溢れ通路手段７０''''は、
溢れ口６８から間隔をもって形成された外周部の軸方向
スロット又は溝８２を有する。この軸方向スロット又は
溝８２は、燃料ポンプ室６６及び周方向溝７４に交差す
るか常時連通するように配置される。代わりの対策とし
ては、図９ないし図１０の実施例において第三実施例
（図７）又は第４実施例（図８）におけると同様な周方
向溝７８又は面取り部８０を形成してもよい。
【００１５】上述した実施例のすべてにおいて、溢れ制
御手段６２は、胴部５８と油圧作動の燃料ポンププラン
ジャ６０、電子制御手段２０、及び作動流体圧力制御手
段３６と組み合わされて、総合的には噴射行程での燃料
噴射率（すなわち燃料噴射量と時間との関係）を可変的
に制御するように作用する。図１を参照すると、作動流
体回路１６は低圧部と高圧部とからなる。低圧部はたと
えば約0.3 MPa （44psi)の圧力で作動する。その機能
は、濾過された作動流体、好ましくは潤滑油の形態の作
動流体を高圧作動流体ポンプ３２とエンジン１２の潤滑
油系統に供給することである。移送ポンプ２４が油をエ
ンジン潤滑油サンプ２２から吸引し、油クーラー２６と
フィルター２８を通してエンジン１２と高圧作動油ポン
プ３２の両方に供給する。高圧作動流体回路は、作動流
体を、たとえば約４ないし２３MPa （約580 ないし3300
psi ）の圧力範囲で噴射器１４に供給して該噴射器を作
動させる。この高圧作動流体は噴射器１４の近傍に設け
られたマニホルド３４に至るラインを流れる。マニホル
ド３４は噴射作動の可能な可変の作動圧力で作動流体を
蓄える。作動流体は、噴射器１４からエンジンバルブカ
バー（図示せず）の下方に排出することにより戻りライ
ンが不要となるようにすることが好ましい。
【００１６】ＥＣＭ４０は高圧作動流体回路１６内の圧
力を可変的に制御し、エンジン速度に関係なく噴射器１
４から噴射される燃料の圧力を可変的に制御する。ＥＣ
Ｍのプログラム可能なメモリに記憶された作動マップ又
は演算式が、理想的なエンジン性能にとって理想的なマ
ニホルドすなわちレール３４内の作動流体圧力を表示す
る。広いエンジン速度範囲及びエンジン負荷条件範囲で
満足に作動する融通性のある燃料噴射率成形装置を与え
るための種々の設計概念が検討された。可変流量制限方
式の装置は、流量制限手段を噴射器の燃料側又は作動流
体側のいずれに配置した場合にも、流量制限部で発生す
る反射圧力波のために、ＨＥＵＩ燃料装置には適してい
ない、と判断された。吸い戻し方式の装置は、一般に複
雑であり、作動範囲が限定されており、噴射行程の噴射
終期において好ましくない減速を生じるという理由で適
当でない、と判断された。ＨＥＵＩ燃料装置１０の一つ
の独特の能力は、装置の部品設計を変えることでチュー
ニング（調整）が可能であるということである。本発明
は、ＨＥＵＩ作動の全負荷領域及び全速度領域にわたっ
て融通性のある燃料噴射率成形を与えるものである。こ
の手段８４は、エンジン燃料系に適用され調整されて所
望のエンジン性能特性を達成する。
【００１７】溢れ制御手段６２は、精密に口が形成され
た溢れ制御装置であって、プログラム胴部組立体内に配
置し、油圧作動噴射器１４の基本的な部品に何も付加し
ない構成であることが好ましい。噴射器１４の噴射タイ
ミングはＥＣＭ４０と組立体４２によりプランジャ６０
の初期位置とは完全に無関係に制御されるので、精密に
製造される制御縁は一個だけでよい。ＨＥＵＩ燃料装置
１０に独立した燃料噴射圧力を組み合わせることで、ア
イドル状態又は低負荷状態における噴射率特性を定格出
力特性又は高負荷状態から独立して変えることができ、
エンジン性能を理想的にすることができる。その結果と
して、エンジンの特性やエンジン製造業者の目的に応じ
てエンジン性能、騒音及びエミッションについての利点
が得られる。図１４は、燃料噴射流量(F) と時間(t) 又
は油圧作動噴射器のエンジンクランク軸位置（θ）との
関係を測定した実際の実験室におけるベンチ試験の結果
を示すものである。曲線(F1)は溢れ方式の噴射率成形装
置を持たない噴射器の場合を表し、曲線(F2)は図２ない
し図４に示す第一実施例の溢れ制御手段６２を有する噴
射器の場合を表す。図において、燃料流量(F) はミリ秒
当たりの立法ミリメートル(mm3/msec)で測定され、時間
(t) はミリ秒(msec)で測定されたものである。これらの
試験は、エンジンを一定のクランク軸速度毎分2400回転
(rpm) で運転して行ったものである。噴射行程ごとの全
燃料流量は、図１４の各試験すなわち各曲線においてほ
ぼ同じに保持され、その値は120mm3であった。この燃料
流量は、噴射器ソレノイド５４が電気的に励磁されてい
る「オンタイム」の量により制御された。図１４の各曲
線における「オンタイム」は互いに異なり、噴射行程ご
との全燃料流量がほぼ同じになるように決められた。作
動流体圧力も図１４の２つの試験すなわち曲線でほぼ同
じになるように保持され、その値は約21メガパスカルす
なわちMPa （約3046psi)であった。
【００１８】図１５は図１４と同様な図であるが、約70
0rpmの一定アイドルエンジン回転で行った同様な試験の
結果を示す。噴射行程ごとの全燃料流量は図１５の各試
験すなわち各曲線についてほぼ同じである。この燃料流
量は、噴射器ソレノイドが電気的に励磁されている「オ
ンタイム」の量により制御された。図１５の各曲線の
「オンタイム」は互いに異なる。曲線F1においては全燃
料流量は、約13mm3 （約0.00079in3) であった。曲線F2
の全燃料流量は、約12mm3 （約0.00073in3) であった。
図１５の２つの曲線の各々について、作動流体圧力は互
いに異なる。図１５の曲線F1においては作動流体圧力は
約4.5MPa（約653psi) であり、図１５の曲線F2において
は作動流体圧力は約6.0MPa（約870psi) であった。図１
１ないし図１３に、図２ないし図４の溢れ制御手段６２
の第一実施例の作動を示す。プランジャ６０が図２及び
図１１に示すように完全に引っ込まれた状態では、プラ
ンジャ６０の第１ランドすなわち先頭のランドが胴部５
８の溢れ口６８を覆う。図１及び図２を参照すると、Ｅ
ＣＭ４０がそれぞれの噴射器１４のソレノイド５４を励
磁したとき、制御バルブ５６が高圧弁座から引き離さ
れ、高圧作動流体を噴射器１４に流れさせる。作動流体
はピストン６４を油圧的又は直接に駆動し、その結果、
プランジャ６０を下向きに押してポンプ行程を開始させ
る。燃料ポンプ室６６内の燃料がプランジャ６０により
圧縮され、ポンプ室６６内の燃料圧力が増加する。この
増加する燃料圧力が噴射ノズル組立体４８のバルブ開放
圧力に達すると、チェック５０が座から離れ、噴射オリ
フィス５２を通して燃料の初期噴射が始まる。図１４に
例示した曲線F2を参照すると、定格出力速度において、
曲線F2が曲線F1から最初に分岐するところで燃料噴射の
初期噴射率の変化が始まる。図１５に例示した曲線F2を
参照すると、アイドル速度においては、初期噴射部分は
曲線F2の最初の盛り上がり部（約０ないし0.45msecの範
囲）により表される。
【００１９】図１２を参照すると、プランジャ６０がポ
ンプ行程で（下向きに）動き続けると、該プランジャ６
０の周方向溝７４が胴部５８の溢れ口６８に一時的又は
間欠的に連通し、ポンプ室６６の高圧燃料の一部がプラ
ンジャ６０の溢れ通路７０を経て口６８に溢れる。した
がって、燃料ポンプ室６６内の燃料圧力が一時的又は間
欠的に減少する。図１４の曲線F2を参照すると、定格エ
ンジン速度の2400rpm及び比較的高作動流体圧力におい
て、溢れ制御手段６２が曲線F1と比較して燃料噴射の初
期噴射率を減少させる。図１５に例示する曲線F2を参照
すると、エンジンのアイドル速度700rpm及び比較的低作
動流体圧力において、以下に述べるように、溢れ制御手
段６２が初期噴射部分と主噴射部分との間に所定の時間
を持つ分割噴射を生じさせる。図１３を参照すると、プ
ランジャ６０がポンプ行程で（下向きに）動き続ける
と、該プランジャ６０の第２ランド又は後側のランドが
溢れ口６８を塞ぎ、周方向溝７４が溢れ口６８に連通し
なくなる。燃料ポンプ室６６の燃料圧力が再び上昇し、
噴射行程の主噴射部分が始まる。図１５に例示する曲線
F2を参照すると、アイドル速度及び比較的低作動流体圧
力において、溢れ制御手段６２が曲線F2の第２の隆起部
（約0.85ないし1.2msec の間）で表される噴射行程の主
噴射部分を生じさせる。
【００２０】従来の幾つかの噴射率成形装置とは異な
り、本発明は、噴射圧力のピーク値に極端に影響しな
い。さらに図１５の曲線F2を参照すると、燃料噴射行程
の初期噴射部分と主噴射部分の間の時間は、噴射器１４
を油圧的に作動させるのに使用される作動流体の圧力の
大きさを変えることにより制御される。作動流体の圧力
を変えることは、逆に燃料噴射ポンププランジャ６０の
速度を変える結果となる。ＥＣＭ４０は、レール圧力セ
ンサーを使用して閉ループ制御によりＲＰＣＶ３８を作
動させる。正確な作動のためには、この圧力センサーを
作動流体マニホルド内に配置し、エンジンの正常作動温
度でキャリブレーションを行うことが好ましい。他の方
策として、作動流体ポンプと油圧作動の噴射器との間の
高圧作動流体回路内のいずれかの位置に圧力センサーを
配置してもよい。先に述べたように、機械的作動の燃料
ポンプは一般に、プランジャ・胴部溢れ方式の噴射率成
形装置が利点を与える満足な作動条件は一つしかない。
これは、広い速度範囲で変化するエンジン速度とともに
プランジャ速度が変化するからである。本発明は、エン
ジン速度及びエンジン負荷に関係なく、噴射行程中に分
割噴射が生じるかどうかを選択する手段を提供する。さ
らに、本発明は、エンジン速度及びエンジン負荷に関係
なく、燃料噴射行程の初期噴射部分と主噴射部分の間の
時間間隔の大きさを無段階に変えるための手段を提供す
る。さらに、本発明は、エンジン速度及びエンジン負荷
に関係なく、燃料噴射行程中に燃料噴射の初期噴射率を
無段階に変えるための手段を提供する。
【００２１】作動流体圧力が増加すると、噴射行程の初
期噴射部分と主噴射部分の間の時間間隔が小さくなる。
作動流体圧力は、初期噴射部分と主噴射部分との間に間
隔がなくなるまで増加させることができる。作動流体圧
力を減少させると、噴射行程の初期噴射分と主噴射部分
の間の時間間隔が大きくなる。図１５の曲線F1を参照す
ると、本発明によらない油圧作動の噴射器では、全噴射
が比較的短時間に（すなわち分離噴射がなく）生じ、そ
の噴射は、エンジン燃焼行程の着火遅れ期間内、あるい
は少なくとも部分的に着火遅れ期間内に生じることにな
る。これは燃焼ノイズが過大になる原因となり、NOx エ
ミッションの増大をもたらす。図１５の曲線F2を参照す
ると、本発明の噴射器では、燃焼噴射期間を着火遅れ期
間を越えて延ばすことができ、その結果、燃焼ノイズや
NOx エミッションを効果的に減少させることができる。
本発明のエンジン試験によると、米国特許第5,121,730
号に開示されたとほぼ同様な油圧作動の燃料系と比較し
た場合に、エンジンの全負荷範囲及び全速度範囲にわた
り、同等の「すす」排出レベルで燃料ノイズ及びNOx エ
ミッションが低下することが分かる。
【００２２】
【効果】本発明においては、燃料噴射行程にわたる望ま
しい噴射時間及び初期燃料噴射率を、噴射器のプランジ
ャを作動させる作動流体圧力を無段階に変化させ又は調
節することにより制御できるので、ＨＥＵＩ燃料系をよ
り融通性をもって作動させることができるようになる。
本発明は、米国特許第4,878,471 号に開示された比較的
複雑な装置に比べて構造及び作動が非常に簡単である。
本発明は、各噴射器を作動させるための作動流体の流れ
を制御するために只一つのバルブを必要とするだけであ
り、上記米国特許第4,878,471 号のように２つのバルブ
を必要としない。本発明は又、各噴射器に組み合わされ
た各油圧制御バルブの上流側における無段階に可変の油
圧制御を提供するものである。本発明による作動流体圧
力制御は、燃料ポンププランジャの速度を選択的に変化
させ、該プランジャと胴部とによる溢れ口の開閉を選択
的に変え得るようにするものである。これにより、燃料
噴射率が選択的に変化させられることになる。本発明
は、噴射器の油圧制御バルブに高圧のフィードバックを
必要とせず、このバルブを単純な開閉バルブとすること
ができる。
【００２３】本発明の他の特徴、目的及び効果は、図面
及び発明の詳細な説明と特許請求の範囲の記載を読むこ
とにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 複数の噴射器を有するＨＥＵＩ用の電子的に
制御され油圧的に作動させられる燃料噴射装置の概略図
である。
【図２】 図１の油圧作動噴射器に適用できる本発明の
第一実施例の拡大断面図である。
【図３】 図２の線３で囲まれた部分におけるプランジ
ャ胴部組立体の拡大断面図である。
【図４】 図３の４−４線における概略断面図である。
【図５】 本発明の第二実施例を示す図３と同様な図で
ある。
【図６】 図５の線６−６における断面図である。
【図７】 本発明の第三実施例を示す図３と同様な図で
ある。
【図８】 本発明の第４実施例を示す図３と同様な図で
ある。
【図９】 本発明の第５実施例を示す図３と同様な図で
ある。
【図１０】 図９の線１０−１０における断面図であ
る。
【図１１】 ポンプ行程におけるプランジャの最初の位
置を示す図３と同様な図である。
【図１２】 ポンプ行程におけるプランジャの第２の位
置を示す図３と同様な図である。
【図１３】 ポンプ行程におけるプランジャの第３の位
置を示す図３と同様な図である。
【図１４】 油圧作動噴射器における燃料噴射流量と時
間又はエンジンクランク軸角度との関係について、本発
明によらない場合の性能と本発明による性能とを一定の
定格出力回転状態で比較するため、実際の実験室で行っ
た比較試験の結果を示す図表である。
【図１５】 図１４と同様な図であるが、比較試験をエ
ンジンアイドル回転において行った結果を示す図表であ
る。
【符号の説明】
１０は燃料噴射装置、１４は噴射器、２２は作動流体サ
ンプ、２４は燃料移送ポンプ、３０は高圧作動流体源、
３２は高圧作動流体ポンプ、３４はマニホルド、３８は
比例圧力制御バルブ（ＲＰＣＶ）、４０はマイクロプロ
セッサ（ＥＣＭ）、５８は胴部、６０はプランジャ、６
２は溢れ制御手段、６４は作動流体ピストン６８は溢れ
口、７０は溢れ通路である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジアンギング リウ アメリカ合衆国 ミシガン州 48105 ア ン アーバー プリマス 1929 アパート メント 2013

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 胴部と、前記胴部のボア内に配置された
    油圧作動の燃料ポンププランジャとを有し、該胴部とプ
    ランジャとによって燃料ポンプ室が形成されており、前
    記プランジャが作動流体により油圧的に作動させられる
    ようになった噴射器と、 エンジン速度とエンジン負荷に関係なく燃料噴射サイク
    ル中に連続噴射と分割噴射の一つを可変的に与える手段
    と、からなることを特徴とする、エンジン用の電気制御
    油圧作動燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】 胴部と、前記胴部のボア内に配置された
    油圧作動の燃料ポンププランジャとを有し、該胴部とプ
    ランジャとによって燃料ポンプ室が形成されており、前
    記プランジャが作動流体により油圧的に作動させられる
    ようになった噴射器と、 エンジン速度とエンジン負荷に関係なく燃料噴射サイク
    ル中の初期噴射部分と主噴射部分との間の時間間隔を変
    える手段と、からなることを特徴とする、エンジン用の
    電気制御油圧作動燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 胴部と、前記胴部のボア内に配置された
    油圧作動の燃料ポンププランジャとを有し、該胴部とプ
    ランジャとによって燃料ポンプ室が形成されており、前
    記プランジャが作動流体により油圧的に作動させられる
    ようになった噴射器と、 エンジン速度とエンジン負荷に関係なく燃料噴射サイク
    ル中に初期の燃料噴射率を変えるための手段と、からな
    ることを特徴とする、エンジン用の電気制御油圧作動燃
    料噴射装置。
  4. 【請求項４】 加圧された油圧作動流体源と、 胴部と、前記胴部のボア内に配置された油圧作動の燃料
    ポンププランジャとを有し、該胴部とプランジャとによ
    って燃料ポンプ室が形成されており、前記プランジャが
    作動流体により油圧的に作動させられるようになった噴
    射器と、 前記プランジャのポンプ行程中に前記燃料ポンプ室から
    燃料を間欠的に溢れさせる手段と、 前記プランジャを作動させるために供給される作動流体
    の圧力の大きさを可変的に制御する手段と、からなるこ
    とを特徴とする、エンジン用の電気制御油圧作動燃料噴
    射装置。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載した燃料噴射装置であっ
    て、初期の燃料噴射率を変える前記手段は、前記プラン
    ジャのポンプ行程中に前記燃料ポンプ室から燃料を一時
    的に溢れさせる溢れ制御手段と、前記プランジャを油圧
    的に作動させるために供給される作動流体の圧力の大き
    さを可変的に制御する手段と、を含むことを特徴とする
    燃料噴射装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載した燃料噴射装置であっ
    て、前記溢れ制御手段は、前記胴部に形成された少なく
    とも１つの溢れ口と、前記プランジャのポンプ行程中に
    前記ポンプ室からの燃料の一部を前記溢れ口に間欠的に
    連通させるように前記プランジャに形成された溢れ通路
    手段と、を含むことを特徴とする燃料噴射装置。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載した燃料噴射装置であっ
    て、前記プランジャは前記燃料ポンプ室に面する前縁を
    有し、前記溢れ通路手段は前記プランジャを囲むように
    該プランジャに形成された外周溝を含み、前記溝は前記
    前縁から離れた位置にあって前記プランジャのポンプ行
    程中に前記胴部の前記溢れ口に間欠的に流体接続される
    ように配置されたことを特徴とする燃料噴射装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載した燃料噴射装置でっあ
    て、前記溢れ通路手段は前記プランジャに形成された少
    なくとも一つの内部通路を含み、前記溝は前記内部通路
    に交差しており、前記内部通路は前記溝と前記燃料ポン
    プ室に常時流体的に連通していることを特徴とする燃料
    噴射装置。
  9. 【請求項９】 請求項７に記載した燃料噴射装置であっ
    て、前記プランジャは中央軸線を有し、前記溢れ通路手
    段は、前記プランジャの前記中央軸線に対して同軸な仮
    想円に沿って互いに間隔をもって前記プランジャ内に形
    成された複数個の内部軸方向通路を有し、前記溝が前記
    内部軸方向通路の各々に交差し、該内部軸方向通路が前
    記溝と前記燃料ポンプ室に常時流体的に連通しているこ
    とを特徴とする燃料噴射装置。
  10. 【請求項１０】 請求項７に記載した燃料噴射装置であ
    って、前記溢れ通路手段は前記プランジャに形成された
    １個の内部中央通路と少なくとも１つの半径方向通路と
    を含み、前記中央通路は前記燃料ポンプ室と前記半径方
    向通路に常時流体的に連通しており、前記半径方向通路
    は前記中央通路と交差し前記溝に常時流体的に連通して
    いることを特徴とする燃料噴射装置。
  11. 【請求項１１】 請求項７に記載した燃料噴射装置であ
    って、前記溝が第１溝であり、前記溢れ通路手段は前記
    プランジャを囲むように該プランジャに形成された他の
    周溝を含み、前記他の溝は前記第１溝と前記プランジャ
    の前縁との間に配置され、前記プランジャがポンプ行程
    を開始するときに前記燃料ポンプ室を前記溢れ口に接続
    するように配置されたことを特徴とする燃料噴射装置。
  12. 【請求項１２】 請求項７に記載した燃料噴射装置であ
    って、前記溢れ通路手段は前記プランジャの前記前縁に
    形成された面取り部を含み、前記面取り部は前記プラン
    ジャがポンプ行程を始めるときに前記燃料ポンプ室を前
    記溢れ口に連通させるように配置されたことを特徴とす
    る燃料噴射装置。
  13. 【請求項１３】 請求項７に記載した燃料噴射装置であ
    って、前記溢れ通路手段は前記溝と交差するように前記
    噴射の外周面に形成された軸方向スロットを含み、前記
    スロットは前記溢れ口から離れて位置し、前記燃料ポン
    プ室と前記溝に上司流体的に連通していることを特徴と
    する燃料噴射装置。
  14. 【請求項１４】 油圧制御弁と、胴部と、前記胴部のボ
    ア内に配置された油圧作動燃料ポンププランジャとを有
    し、前記プランジャと前記胴部とが燃料ポンプ室を形成
    し、前記油圧制御弁が作動流体を選択的に前記プランジ
    ャに通して該プランジャを油圧的に作動させるようにな
    った噴射器と、 エンジン速度及びエンジン負荷に関係なく燃料噴射行程
    中に燃料噴射の初期噴射率を変える手段と、を備え、燃
    料噴射の初期噴射率を変える前記手段は、前記プランジ
    ャのポンプ行程中に前記燃料ポンプ室からの燃料を一時
    的に溢れさせるための溢れ制御手段と前記プランジャを
    油圧的に作動させるために供給される作動流体の圧力の
    大きさを可変的に制御する可変圧力制御手段とを有し、
    前記可変圧力制御手段は前記油圧制御弁の上流側に配置
    されたことを特徴とする燃料噴射装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載した燃料噴射装置で
    あって、前記可変圧力制御手段は、作動流体サンプと、
    前記サンプに流体的に連通するように配置された定吐出
    量の作動流体ポンプと、電気的制御の比例圧力制御弁
    と、前記ポンプ及び前記油圧制御弁に流体的に連通する
    ように配置されたマニホルドとを含み、前記比例圧力制
    御弁は、前記ポンプから前記マニホルドへの作動流体の
    連通量を選択的に変化させ前記ポンプから前記サンプへ
    の作動流体のバイパス量を変化させることにより作動流
    体の圧力を制御すようになったことを特徴とする燃料噴
    射装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１４に記載した燃料噴射装置で
    あって、前記可変圧力請求項手段は、作動流体サンプ
    と、前記サンプに流体的に連通するように配置された可
    変吐出量の作動流体ポンプと、前記ポンプ及び前記油圧
    制御弁に流体的に連通するように配置されたマニホルド
    とを含み、前記可変吐出量ポンプは量を変化させがら作
    動流体を前記マニホルドに通すように配置されたことを
    特徴とする燃料噴射装置。
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