JPH0668262B2 - 燃料噴射器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃料噴射器に関し、特にユニット燃料噴射器
に関し、とりわけ、開放ノズルと、エンジンカムシヤフ
トによって機械的に動かされる往復動噴射プランジャと
を有する形式のユニット燃料噴射器に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］ 汚染をより高レベルで制御することおよび燃料をさらに
節約することに対する要求から、かなり改良された燃料
供給システムが求められており、それゆえに、上述の形
式のユニット燃料噴射器が開発されてきた。この燃料供
給器は、単純化された構成の燃料噴射器を提供できるよ
うに設計されており、これによりコスト低減が図れるも
のである。と同時に、独立に変化する燃料噴射タイミン
グと燃料噴射量のパラメータを信頼性高くかつ正確に制
御できるものである。これらのことは、燃料節約と排ガ
ス低減との見地から必要とされている。本願の出願人に
帰属する以下の特許はこのようなユニット燃料噴射器に
関するものであり、本発明がその改良となる従来のユニ
ット燃料噴射器の代表例である。

ペル（Perr）に対する米国特許第4,471,909号 ピータース（Peters）に対する米国特許第4,441,654号 ワーリック（Warlick）に対する米国特許第4,420,116号 ピータース（Peters）らに対する米国特許第4,410,138
号 ペル（Perr）に対する米国特許第4,410,137号 上述のすべての特許は、開放ノズルと、エンジンカムシ
ャフトによって機械的に動かされる往復動噴射プランジ
ャとを有する形式の燃料噴射器を開示している。

上述の列挙した特許のうちの最初の二つ、すなわちペル
（Perr）に対する米国特許第4,471,909号とピータース
（Peters）に対する米国特許第4,441,654号は、基本的
には同じ構成であり、それ以前にはもっと複雑な構成で
しか達成できなかったようなさまざまな機能を実施する
ことができる。このことは流体通路の数を最少限度にす
ることで達成される。大多数の流体通路は全体として半
径方向に配置されていて、これにより製造コストを減少
させている。また、多数の機能すなわち噴射器への燃量
を計量すること、噴射器からエンジンシリンダに燃料を
噴射すること、ガスを排気すること、冷却すること、を
実施できるように、プランジャと、供給ポートおよび排
出ポートとプランジャとの関係とを構成することによっ
て、上述のことは達成される。

上述の列挙した五つの特許のうちの残りの三つはユニッ
ト噴射器を開示しており、これらは基本的には同じ構成
である。これらの噴射器は、最初に述べた二つの特許の
噴射器と次の点で異なっている。すなわち、その他の部
品に対して液圧制御されたタイミングを与えるために、
内側（下側）および外側（上側）プランジャ部分から成
るプランジャ組立体が単一のプランジャにとって代わっ
ている。

上述の形式の燃料噴射器は非常に効率的で、信頼性が高
く、経済的であるが、車両の排ガス内の炭化水素、窒素
酸化物、粒状物質に対する差し迫った規制により、特に
コストの面で効果的でかつ燃料効率の良い方法で、これ
を達成するという問題が生じている。触媒のように高価
で処理後にこれを維持することが困難なものを使用する
のを避けるために、発生源すなわち燃料空間内で汚染物
質を処理することが要求される。このことは、燃料過程
の効率を増加させることを意味し、これはさらに、燃料
の噴射が、特に低速運動のときに従来よりもかなり高い
圧力で行われることを意味する。たとえば、上述の列挙
した特許では、噴射室は噴射器カップ内に形成され、こ
の噴射器カップは、多数の部品から成る噴射器本体の、
最も下側の要素を構成している。燃料は、別の噴射器本
体要素に形成された供給通路を経て噴射室に供給され
る。このような構成においては、クランプされた高圧継
手が使われ、この継手によってSAC圧力（すなわち噴射
器の噴霧穴の直前における噴射室内の燃料圧力）に対す
る燃料噴射器の噴射圧力能力が20,000psi未満に制限さ
れている。

さらに、次の事実により別の圧力制限がある。すなわ
ち、このような噴射システムの動作においては、プラン
ジャのシール部分が供給ポートを遮断した後、非常に短
時間で噴射が始まる（すなわち、プランジャは噴射室内
での固体燃料高さに達する）。その結果、プランジャの
シール長さ（すなわち、燃料供給オリフィスの下のプラ
ンジャのシール面の長さ）、典型的には0.4mm、が提供
する境界面は、もし非常に高いSAC圧力レベルたとえば3
0,000psi以上が生じたならば洩れが生じることになる。
また、非常に高圧の領域に非常に接近して供給オリフィ
スが存在するために、周期的に応力上昇が起こり、疲れ
効果が生じて噴射器の寿命が短くなる。

これら三つの特許のユニット噴射器では、もしこれらの
噴射器が非常に高いSAC圧力の動作条件で使われたなら
ば問題を起こすようなその他の構造的特徴が存在する。
たとえば、内部が高圧の流体にさらされた中空のプラン
ジャを使用しており、膨脹効果（中空プランジャ内部の
流体圧力が中空プランジャの膨脹を引き起こす）ゆえに
問題がある。この膨脹効果は、プランジャの外径が噴射
器本体の穴（この内部でプランジャが動く）に合致する
ときの非常にわずかな公差に関連して、この境界面で過
度の磨耗やプランジャの引っ掛かりを生じさせる。さら
に、タイミング室は、これらの特許での配置構成では、
噴射室と同じ圧力になっているので、非常に高いSAC圧
力に達するとタイミング圧力もこれに対応して上昇して
問題である。これらの問題点としては、シールの問題の
ほかに、タイミング流体が作用するばねが変形するとい
う問題がある。

上述の「開放ノズル」ユニット燃料噴射器のほかに、動
作原理の異なる「閉鎖ノズル」形式のユニット燃料噴射
器がある。ペル（Perr）らに対する米国特許第4,463,90
1号では、三つのプランジャを有するプランジャ組立体
を使用してこの形式のタイミングと計量とを独立に制御
しているユニット燃料噴射器を示している。この特許に
開示されているようなユニット燃料噴射器は、開放ノズ
ルシステムとしては動作できないという点は別にして
も、もしこのシステムが30,000psiを越えるSAC圧力で使
用されたならば、これまで述べてきたのと同様の多くの
問題（洩れや膨脹効果など）が同様に生じるであろう。
この点に関して、この特許は、重要点としては、このシ
ステムは、より一般的な噴射器の構成で達成されるSAC
圧力約11,000psiと比較して、約16,000または17,000psi
のSAC圧力を達成することができることを開示してい
る。

本発明は、最初に述べたように、「閉鎖ノズル」形式の
ユニット燃料噴射器とは反対に「開放ノズル」形式のユ
ニット燃料噴射器に関するものであり、米国特許第4,46
3,901号の２倍のSAC圧力そしてここで参照したもっと一
般的な噴射器の構成のものの３倍のSAC圧力を達成する
ことを追及するものである。

噴射圧力を増加させることによって、より高い排ガス低
減、特にディーゼルエンジンにおける粒状物質と窒素酸
化物の低減、を追及するのに考慮すべきさらに別の因子
としては、低速運転条件をいかに取り扱うかの問題があ
る。すなわち、ある噴射器に対して、エンジン速度が5,
000rpmのときに生ずるピークのSAC圧力は1,000rpmのと
きに生ずるそれの何倍にもなる。したがって、最大エン
ジン速度5,000rpmにおいてたとえば12,000psiのピークS
AC圧力に耐えるのみの現在のシステムでは、低速でのSA
C圧力（たとえば1,000〜2,000rpmで2,000〜4,500psi）
を処理するのに余儀なくされてきた。

1,000rpmで8,700psiを達成するのにさえ、5,000rpmでは
70,000psi以上のSAC圧力となる。（この圧力は燃料噴射
器で耐えうるどのような圧力よりも大きい）。したがっ
て、低速運転条件のもとで達成できるピークSAC圧力を
増加させることに成功するような燃料噴射器のために
は、高速運転（たとえば3,000〜5,000rpm）のもとで生
じるピーク圧力が噴射器の耐えうる圧力を越えないよう
に何らかの手段を講じなければならない。

高速運転範囲において、必要以上に噴射圧力を増加させ
ることなく、低速運転範囲で相当のレベルまで燃料を加
圧することが望ましいことは、次のようなディストリビ
ュータ形式の燃料噴射システムに関連して認識されてき
た。このディストリビユータ形式の燃料噴射システム
は、中央の単一高圧ポンプと、ポンプから各燃料噴射ノ
ズルへの燃料の流れの計量とタイミングをするためのデ
ィストリビュータ弁とを有するものであり、たとえば、
米国特許第4,544,097号を参照されたい。このシステム
では、噴射圧力を所定の値より低い範囲に制限するため
の試みとして、噴射燃料圧力によって動作する弁部材を
形成している。この弁部材は、弁がさらされている燃料
圧力レベルが所定の値に達したときに燃料を低圧領域に
逃がすことによって燃料圧力を開放するように構成され
ている。しかしながら、もしこの構成を、燃料の量を正
確に調節して動作するように設計されたユニット燃料噴
射器に適用したならば、噴射室から燃料圧力応答弁を経
由して燃料が流れ出ていき、これにより、リリーフ弁が
開かれているような任意の運転条件で所望の正確な燃料
計量を維持することが不可能になる。したかって、ユニ
ット燃料噴射器に関して使用できて、高速運転範囲では
噴射圧力を望ましくないほどに上昇させることなく低速
運転範囲では相当のレベルまで燃料を加圧することがで
きるような手段が必要とされている。

上述の観点から、本発明の全体的な目的は、噴射中に3
0,000psiを越えるSAC圧力を達成することのできる燃料
噴射器、特に「開放ノズル」形式の燃料噴射器、を提供
することにある。さらに、この全体的な目的の範囲内
で、低速運転条件のもとでもこ同様に増加したSAC圧力
を得ることが望ましい。

本発明の第２の目的は、次のようなコンパクトなユニッ
ト噴射器を提供することにある。このユニット噴射器
は、三つのプランジャを有するプランジャ組立て体を含
み、上側プランジャと中間プランジャとの間に液圧可変
タイミング流体室を形成し、下側プランジャの下に噴射
室を形成するように配置されている。ここで、これらの
プランジャは、洩れや膨脹の問題を生じることなく30,0
00psiを越えるSAC圧力が得られるように構成かつ配置さ
れている。

本発明の別の目的は、低速および高速の運転条件の両方
で、達成しうるSAC圧力を増加させることのできる燃料
噴射器を提供することにあり、このことは、タイミング
室内部のタイミング流体の圧力が所定の値を越えたとき
はいつでもタイミング室からタイミング流体を排出する
ことによって達成される。そして特に、この目的を達成
するには、タイミング流体の排出は、タイミング流体排
出通路手段を開閉するための弁手段を経由して行われ
る。

これら上述の目的と調和させながら、本発明のさらに別
の目的は、三つのプランジャからなるプランジャ組立体
の中間プランジャと下側プランジャの間に単一のばねを
設けて、中間プランジャを上方に押し上げ、これにより
下側プランジャの上昇を制御するとともに、中間プラン
ジャと上側プランジャの間に形成されたタイミング流体
室からタイミング流体を排出するための通路手段を開閉
するための弁手段の開放を制御することにある。

本発明のさらに別の目的は、噴射中に30,000psiを越え
るSAC圧力が達成できるように、噴射の開始時点で、燃
料供給通路の出口送給オリフィスの下側の領域におい
て、噴射プランジャのランド部と、噴射器の穴（この内
部でプランジャが往復動する）によって画定された壁面
との間で、所定の最小シール長さを得ることにある。こ
の最小シール長さは、ランドの下側の穴の寸法と、噴射
開始時点における噴射器に対する所定の最大実燃料高さ
とに対してつり合いがとれており、その結果、この最小
シール長さは、最大実燃料高さの少なくとも２分の１で
ある。

［実施例］ 本発明の、これらのそしてその他の目的、特徴、利点
は、添付図面を参照した以下の説明からさらに明瞭とな
るであろう。この添付図面は、単に図示の目的で、本発
明のいくつかの実施例を示している。

第１図は、本発明に従って設計された開放ノズル式のユ
ニット燃料噴射器を示す。特に、第１図は、内燃料機関
（図示せず）のヘッド内部にある凹所の中に設置される
ように意図された燃料噴射器を示すもので、この燃料噴
射器はその全体が参照数字１で示されている。燃料噴射
器の本体１は二つの部分すなわち噴射器胴体３と単品噴
射器カップ５とから形成されている。燃料噴射器を軸方
向に貫通して穴６が延びており、この穴６の内部に、全
体として７で示される往復プランジャ組立体が配置され
ている。

往復プランジャ組立体７は三つのプランジャから成る。
噴射プランジャ９は、第１図で示されるように最も下側
のプランジャであり、その上に順次、中間プランジャ11
と上側プランジャ13が配置されている。中間プランジャ
11内にはシム23が設けられていて、穴６の内部にプラン
ジャを正しく位置決めできるように、製造時に生じるで
あろう寸法変化の累積を補償している。この点について
は以下により詳細に説明する。

補償室17は中間プランジャ11の下側に形成されている。
ばね19は補償室17の内部に配置されていて、これはコイ
ルばねであり、このコイルばねを貫通して下側プランジ
ャ９の上端9dが延びている。作動部材21は、噴射プラン
ジャ９の上端9dとばね19の頂端とに係合している。ばね
19の下端は、噴射器カップ５に形成された座5aの上に載
っている。このようにして、ばね19の力は、作動部材21
を介して、噴射プランジャ９を上方に引っ張って中間プ
ランジャ11の補償シム23に係合させるように働いてい
る。これにより、噴射サイクルが完了した時点から、次
の噴射サイクルのために計量とタイミングとが開始され
るまでの間、三つのプランジャ要素を一緒にさせてい
る。なお、この点に関して、プランジャ戻しばね22は、
その一端がプランジャ13の上端13aに係合しているとと
もに、噴射器胴体３の頂部に押し付けられている。戻し
ばね22は、上部プランジャ13が穴６内の最上位置になる
ように上部プランジャ13を偏倚させており、この最上位
置は、噴射カム100（第３図）によって定められ、この
噴射カム100はロッカーアーム105を介して上部プランジ
ャ13に作用している。

各噴射サイクルの四つの段階のうちの最初の段階では、
上側プランジャ13は、タイミング室充填通路25をふさぐ
ことのないように戻しばね22によって分に後退させられ
ている。したがって、液圧タイミング流体（たとえば燃
料）が、中間プランジャ11を上側プランジャ13から離す
ような圧力をかけ、補償ばね19を圧縮させる。上側プラ
ンジャ13の中間プランジャ11からの分離量は、ばね19の
ばね力と、中間プランジャ11の面積に作用するタイミン
グ流体圧力によって発生する力との間のバランスによっ
て定まる。プランジャ11と13の間の分離量が大きければ
大きいほど、噴射タイミングの進みが大きくなる。

タイミング流体がタイミング室21内に送られることによ
って噴射タイミングがとられると同時に、噴射のための
燃料が、燃料噴射器の供給通路31の出力送給オリフィス
33を経由して、噴射器カップ５の上部35内に流入させら
れる。ここで、ばね19はプランジャ９を充分な量だけ上
方へ引っ張っており、プランジャ９のランド部9bは上記
送給オリフィス33の上方まで引き上げられている。燃料
はその後、噴射プランジャ９の細長い下側部分9aと噴射
器カップ５の下側部分37との間に存在するすきま空間を
通過して、噴射器カップ５の下端に配置されている噴射
オリフィス開口39に近接する噴射室41内に入る。噴射燃
料の計量中は、噴射室41は、公知の「圧力／時間」原理
に従って正確に計量された量の燃料によって部分的に満
たされることになる。この原理によれば、実際に計量さ
れた燃料の量は、供給圧力と、燃料が送給オリフィス33
を通過して流れている間の合計計量時間との関数にな
る。この送給オリフィス33は、所望の圧力／時間計量性
能が得られるように、その流体特性が慎重に定められて
いる。第2a図は上述の計量およびタイミング段階を示
す。

第２段階すなわち噴射段階では、カム100により上側プ
ランジャ13が下方に動かされる。その結果、タイミング
ポートが上側プランジャ13の先端によって閉じられるま
で、タイミング流体が通路25を戻って出ていく。

タイミングポートが閉じられたときに、タイミング流体
はプランジャ11と13の間に閉じ込められて流体リンクが
形成され、三つのプランジャ要素すべてが一緒になって
ノズル先端の方に移動する。第2b図に示すように、下側
噴射プランジャ９のランド部9bは、下方に動いたとき
に、噴射器供給通路31の出口送給オリフィス33を閉じ
る。しかしながら、以前に計量されて噴射室41に入った
燃料は、プランジャ９が噴射室41内に充分に入り込んで
燃料で満たされていない噴射室容積の部分を占有するま
では、加圧され始めることはない。噴射プランジャ９が
この部分を専有した地点から、噴射プランジャの下向き
の行程が完了した地点までの距離は「実燃料高さ」と呼
ばれ、プランジャの行程における噴射が実際に始まる地
点を定める。

これまでに使われてきた開放ノズル形式の燃料噴射器で
は、実燃料高さは、供給通路の送給オリフィスが噴射プ
ランジャによって閉じられた地点またはその近傍に達し
ていた。しかしながら、このような特徴は、本発明の噴
射器のようにSAC圧力を劇的に増加させて従来の噴射器
で使用される圧力よりもかなり高く30,000psiを越える
程度までを追及するような噴射器では望ましくない。そ
の理由の第一は、噴射の開始時点で、燃料が洩れるに必
要な、実燃料高さ位置から送給オリフィスまでの距離
が、比較的短いことである。すなわち、従来の構成によ
って得られるシールの程度は、相当の洩れを生じること
なく本発明の求める程度のSAC圧力に耐えるには不十分
である。さらに、送給オリフィスに近接して実質上これ
と交差する高圧室の存在が挙げられる。すなわち、供給
通路を形成する交差穴あけによって、代表例として応力
集中係数が3.81になる。

これら両方の問題点は、本発明によって次のように解決
された。最小シール長さすなわちオリフィス31とランド
部9bの先端9eとの間の軸方向距離の最小値は、噴射の開
始時点で生じ、この値を実燃焼高さの少なくとも半分に
等しくする。最小シール長さの関係をこのように維持す
ることにより、SAC圧力が35,000psiもの高い圧力を維持
できるばかりでなく、高圧室は、供給通路31を形成する
交差穴あけ部分から十分に離して配置できる。その結
果、応力集中因子（噴射器の疲れ破壊を引き起こしう
る）を除去できる。

また、本発明では、洩れを生じることなく、高いクラン
プ圧力を必要とすることもなく、高いSAC圧力を達成す
ることができることが分かる。すなわち、従来は、噴射
燃料供給通路が、噴射器カップの中ではなくて噴射器本
体の胴体要素の中に形成されていた。したがって、噴射
器胴体部品と噴射器カップとの境界が送給オリフィスの
下方に存在しており、また、上述のクランプ高圧継手の
存在により噴射圧力能力が制限されていた。しかし、本
発明によれば、このようなクランプ高圧継手は必要とし
ない。というのは、三つのプランジャを有する構成のた
めに、噴射供給通路を実際に噴射器カップ内に形成する
のが実用的であるからである。その理由は、本願出願人
に帰属する最初に述べた特許に示されるものと比較し
て、噴射器カップ部分を長くして噴射器本体の胴体部分
を短くすることができるからである。さらに別の理由と
して、噴射器胴体３と噴射器カップ５の間の継手は室17
の低圧領域に設けることができるからである。この点に
関して、単品噴射器カップは単一部材の材料から作るこ
とができるが、単品カップを、別個の金属部品を溶接な
どによって永久的に単一化したもので形成することも、
本発明の範囲内にあることが分かる。しかし、後者のよ
うに単一化したものは、噴射器動作条件に耐えるのに十
分なほどの溶接継手を製造するのに問題があってしかも
高価なので、望ましいものではない。

さらに30,000psi以上のSAC圧力を達成するには、燃料の
計量と噴射とを生じる箇所である噴射器の下端のシール
能力を考慮する以上のことが必要となる。すなわち、燃
料の噴射のための圧力は上側プランジャ13から液圧タイ
ミング装置を経由して下側プランジャに伝達されるの
で、また、従来のシステムではタイミング流体に作用す
るプランジャ組立体の直径は、噴射すべき燃料に作用す
る場所におけるプランジャ組立体の直径に等しいので、
30,000psiを越えるSAC圧力を達成するには、このような
圧力レベルに耐えるようなタイミング室を必要とする。
同様に、噴射器を駆動する駆動連結装置の機械的負荷が
劇的に増加することになり、これを、補償しなければな
らない。

しかし、このような問題点は、本発明の３個プランジャ
によるプランジャ組立体によって避けることができる。
というのは、細長い下側プランジャ９は、中間プランジ
ャ11および上側プランジャ13（これらは同じ直径）より
も相当小さい直径となっているからである。したがっ
て、たとえばタイミング流体が受ける負荷はかなり小さ
くでき（点火室の場合の４分の１）、それゆえに噴射室
41内で燃料が受ける圧力よりもきわめて容易に耐えるこ
とができる。低圧のタイミング流体圧力はまた、大きな
戻し力を与えることができる。別個の小さな噴射プラン
ジャ９を使用することはまた、プランジャ11と13が内部
で往復運動することになる穴６の部分を、プランジャ９
の入ることになるさらに小径の下側部分に対して、正確
に同心にする必要がもはやなくなるという利点をもたら
す。

噴射は、プランジャ要素9aの先端が第2c図に示すように
ノズル先端内の座に接触した途端に終了する。このと
き、第３段階すなわちオーバーラン段階が生じる。ここ
では、プランジャ11と13との間の流体リンクが破壊され
る。すなわち、タイミング室排出通路27は、中間プラン
ジャ11の上端がタイミング室排出通路の下方を通過する
ことによって、開かれる。このことは、プラジャ９がノ
ズル先端内に着座する直前に生じる。この段階の間は、
プランジャ13は下方に動き続けて、タイミング流体をタ
イミング流体室21から排出させる。この点に関して、通
路27の流れ抵抗は、プランジャ11と13の間の破壊された
タイミング室21内で上昇した圧力が噴射プランジャ９を
しっかりとその座に保持して第２の噴射を防止するに十
分な大きさとなるように、選択されるものである。この
点に関して、さらに、シム23は、複数のプランジャにお
ける寸法変化の累積を補償できる非常に単純な手段を提
供するものである。これにより、タイミング室排出通路
27が開くことになるプランジャ行程上の位置を正確に制
御できる。

第2d図は、すべてのタイミング流体が排出されてプラン
ジャ11と13がもはや分離されていないような噴射器を示
す。このとき、噴射カムからノズル先端に至る噴射列の
全体がすきまなく機械的に接触した状態にある。装置の
組立中になされる噴射器の初期調節では、エンジンの次
の吸気行程の間、サイクルが繰り返されるまで、どのよ
うな後噴射も防止するに必要な力を与えている。

オーバーラン段階および掃気段階（第2c図および第2d
図）の両方において、システムの掃気と噴射器の冷却と
が行われる。特にプランジャ９がノズル先端に着座する
までに噴射が終了したときは、プランジャ９のランド部
9bの逃げ溝9cが燃料供給通路31に連通して、燃料はこの
溝9cを通ってランド9bの軸方向逃げ部9fに達し、これに
沿って燃料は上昇して補償室17に入り、それから噴射器
排出ポート29を経由して噴射器本体の外に出る。

第３図は、タイミング流体と噴射すべき燃料とを本発明
の噴射器に供給するための電子制御噴射システムを線図
的に示したものである。図示されているように、燃料は
燃料ポンプ115によりリザーバ110から取り出される。ス
ロットルの位置と、エンジン温度、排気ガスなどの因子
を測定するセンサの出力とを監視する電子制御ユニット
ECUにより、電子制御燃料供給弁装置120が作動され、こ
の弁装置120により、燃料を、エンジンの複数の噴射器
に対応する供給管125,130に供給するのを調節する。電
子制御ユニットはまた、電子的に駆動される圧力制御装
置135を介して、タイミング管125内の流体の圧力を制御
する。

次に第４図に移ると、ここでは、小排気量の高速ディー
ゼルエンジンに対して、1,000〜5,000rpmの範囲で1,000
rpmごとに、SAC圧力とクランプ角度との関係が示されて
いる。これらの結果によれば、1,000rpmにおいてクーク
SAC圧力が4,000psiと5,000psiの間にあれば、5,000rpm
においてピークSAC圧力が34,000psiと35,000psiの間に
あることが分かる。したがって、35,000psiのSAC圧力に
耐えるという本発明の能力をもってしても、低速運転条
件のもとで達成できるSAC圧力には厳しい制限がある。
さらに、最初に言及したように、排ガスを制御する目的
で低速運転時の噴射圧力を相当高くする必要があること
はすでに認識されているが、第４図に示した以上にさら
に高くすれば、本発明の第１図の実施例に関して述べた
ように、本発明に係る燃料噴射器の劇的に改善された耐
圧能力さえも越えてしまうことになる。本願明細書の従
来技術の項でも述べたように、ディストリビュータ形式
の燃料噴射システムでは、リリーフ弁を使用しており、
もし噴射燃料圧力が所定の値を越えるならば燃料を噴射
ノズルから流出させることを試みている。もちろん、こ
のようなシステムを、正確に計量した量の燃料を噴射す
るように設計されたユニット燃料噴射器において使用す
ることは、リリーフ弁が開いているような任意の運転条
件のもとで噴射される燃料の量を制御する能力が逆に悪
影響を受けることなしには、不可能である。

一方、本発明の変更例によれば、低速運転範囲（この形
式のごとく一般的な噴射器では高速運転条件のもとで最
大とされてきた値に近いところまで）でのSAC圧力の相
当の増加を達成することが、高速運転範囲で噴射器の動
作圧力能力を越えることなしに可能となることが分かっ
た。

第５図と第６図は、第１図の噴射器の変更例を示すもの
で、共通で変更のない部品には同じ参照数字が付いてお
り、変更された部品にはプライム符号（ダッシュ）が付
いている。

最初に、第５図において、噴射器胴体３′は第１図の噴
射器胴体３と比較して次の点で異なる。タイミング室排
出通路27が除かれていて、その代わりに、中間プランジ
ャ７′に形成された少なくともひとつのタイミング室排
出通路27′を経由してタイミング室の排出が行われる。
したがって、以下に詳しく述べるような方法で、タイミ
ング流体は、タイミング室から中間プランザジャ７′内
のタイミング室排出通路手段を経由して補償室17内に排
出され、さらに噴射器排出ポート29を経由して外部に排
出される。したがって、噴射器カップ５′には、第2c図
と第2d図を参照して説明されたオーバーラン段階と掃気
段階の間に生じる掃気流れのために、別個の排気ポート
29aを加えることは、この実施例で使用するための純粋
に選択自由な事項であり、一方で第１図の実施例にも選
択自由に付け加えることができる。

第１図の噴射器と第５図の噴射器との間のその他の構造
的な相違点は、タイミング室21から通路27′を経由して
のタイミング流体の排出を制御するための弁手段（第６
図に詳しく示されている）が設けられていることだけで
ある。特に、弁手段43は弁円板45を有し、この弁円板45
は作動部材21′に固定されるかこれと一体にされる。プ
ランジャ９′の端部９′ｄには拡大された停止手段47が
設けられており、この停止手段47の上に弁手段が載って
いて、弁手段が、中間プランジャ11′から離れる方向
に、停止部材47に対して所定の軸方向距離ｘだけ変位で
きるようになっている。弁手段43は、第2a図のタイミン
グおよび計量段階での補償ばね19の作用のもとで、プラ
ンジャ11′の対面する下側の面に形成された突き出し弁
座11′ａとシール可能に係合する。噴射のための燃料の
計量と、タイミングのためのプランジャ11′,13の分離
とは、この実施例においても、第１図の実施例のところ
で述べたのと同じ方法で生じる。同様に、噴射手順も第
１実施例のところで述べたのと同じ方法で始まる。この
場合、タイミング流体室25内の燃料は弁手段43によって
閉じ込められ、弁手段43はばね19によってプランジャ1
1′の下面に押し付けられる。

噴射圧力が、ばね19によって定まる設定値より低い状態
にある限り、噴射は正常に続き、プランジャ９′がノズ
ル先端内に着座することによって噴射は急に終了する。
このとき、タイミング流体室25内の圧力は、弁手段43を
その座から離すに十分なレベルまで上昇し、これによ
り、燃料は、タイミング室25からタイミング室排出通路
27′を経由して排出され、補償室17′を経て排出ポート
29に達する。さらに、弁手段43は、タイミング室とプラ
ンジャ13,11′とによって形成された流体リンク内の圧
力を調節し、制御されないリンク破壊や第２の噴射が生
じるのを防止している。一方、もし噴射サイクル中に、
プランジャ13がノズル先端に向かってまだ移動している
ときに噴射圧力が設定値を越えたならば、プランジャ1
1′と13の間にあるタイミング室内の圧力は、補償ばね1
9によってかけられているシール圧力を越えることにな
ろう。これにより、燃料は、流体リンクから通路27′を
経由して排出ポート29に逃げる。この場合、弁手段43
は、設定最大値に近い圧力で噴射が完了するように、破
壊された流体リンク内の圧力を調節する働きをする。弁
手段43のこの圧力調節動作はまた、噴射期間を最小限度
にするとともに、第２の噴射を起こすことなく噴射を急
に終了させることを確実にしている。

上述の点を別にすれば、噴射器１′の残りの構成の部分
と、この噴射器の噴射サイクルの残りの部分とは、第１
図の実施例に関して述べたのと同様である。

第７図は、本発明に係る変更された圧力調節弁装置を示
す。この実施例では、中間プランジャ11″が中空になっ
ていて、その頂壁内の中央に単一の排出通路が設けられ
ている。排出通路27″は中空の内部空間11″ａに連通し
ている。この内部空間11″ａは、プランジャのプラグ部
11″ｂを、カップ形状のプランジャシェル部11″ｃ内に
挿入することによって形成される。この場合、排出通路
27″を開閉するための弁手段は弁円板45″を有し、この
弁円板45″は、３個以上の等角度に離して設置された作
動ピン47（ひとつだけを示す）の働きのもとで、室11″
ａの内部で往復運動できるように配置されている。作動
ピン47は、作動部材21″によってプランジャ９″の端部
で支持されている。弁円板45″は、補償ばね19の働きに
より図示した閉鎖位置にとどまっており、第５図と第６
図の実施例に関連して述べたのと同じ条件のもとでかつ
同じ態様で、その状態から変位する。弁円板45″の軸方
向の相対変位量は、円板45″の下面とプランジャのプラ
グ部11″ｂの上面との間の距離によって定まる所定の値
に限定される。同様に、第７図のこの変更された動作
は、他の実施例に関連してすでに述べたのと同様であ
る。

また、噴射圧力が所定の値を越えたときにタイミング流
体をタイミング室から排出させる目的で、第５図〜第７
図に示したものと同様に機能するような、その他のさま
ざまな圧力調節弁装置を製造することが可能であること
が分かるであろう。さらに、本発明に係る噴射圧力制限
機構として使用されるタイミング流体排出弁手段は、第
１図の噴射器に関してさえ、いくつかの利点を有する。
第１に、噴射器本体の胴体部分内にタイミング流体排出
通路を形成する必要がなくなり、したがって、タイミン
グ流体排出通路を形成する必要がなくなり、したがっ
て、タイミング流体排出通路に対する正確な公差を維持
する必要もなくなる。第２に、寸法変化を補償するため
にシム23を設ける必要もなくなる。最も重要なことは、
本発明に係る圧力調節弁手段を使用することにより、最
大噴射圧力を、たとえば第１図の実施例で可能な状態よ
りも早く噴射カムを上昇させるような設定値に制限する
ことができるという事実である。噴射カムをより早く上
昇させることは、低いエンジン速度での噴射圧力を増加
させることになり、一方で、圧力調節弁手段が、高いエ
ンジン速度で噴射圧力が高くなり過ぎないようにする。
さらに弁が開いたときに圧縮されるようなばねを使用す
ることにより、弁が開くときよりも高い圧力で弁が閉じ
て、燃料が最適状態で燃焼している時点であるストロー
クの最後のところでより多くの燃料が噴射されるような
望ましい効果が得られるという利点がある。

第８図は、現在の燃料噴射器と、第１図の実施例に係る
燃料噴射器と、第５図〜第７図の実施例に係る燃料噴射
器とを、エンジン速度に対する噴射SAC圧力線図で比較
して示したものである。第８図において、曲線Ａは現在
のシステムを示し、曲線Ｂは第１図の実施例を示し、曲
線Ｃは第５図〜第７図の実施例を示す。この図から分か
るように、第１図の実施例のものは、現在のシステムと
比較してSAC圧力が劇的に増加している。さらに、本発
明に係る圧力調節弁手段を使用することにより、最大噴
射SAC圧力を越えることなく、最大速度以下でのSAC圧力
がさらに劇的に増加している。

以上、本発明のさまざまな実施例を図示かつ説明してき
たが、本発明はこれらのものに限定されるものではな
く、当業者にとって理解されるように、多くの変形と変
更が可能である。したがって、本願で図示かつ説明され
たような詳細な事項に本発明を限定するつもりはなく、
特許請求の範囲に包含される変形および変更のすべてを
カバーすることを意図するものである。

本発明に従って設計された燃料噴射器は、非常に多くの
種類の内燃機関に適用できる。特に重要な適用例は、自
動車を駆動するための小さな圧縮点火（ディーゼル）機
関に対するものである。軽トラックのエンジンや中型馬
力のエンジンも、本発明に従って設計された噴射器を使
用することで利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るユニット燃料噴射器
の概略断面図、 第2a図から第2d図までは異なる段階で動作している第１
図のユニット噴射器の断面図、 第３図は本発明に係る燃料噴射器を含む電子制御燃料噴
射システムのブロック線図、 第４図は各種の異なる速度で運転される燃料噴射器の、
クランク角度に対するSAC圧力のグラフ、 第５図は本発明に係る変更された燃料噴射器を示す、第
１図と同様の図、 第６図は第５図の噴射器の中間プランジャの領域におけ
る拡大図で、タイミング流体排出弁装置を示す図、 第７図は変更されたタイミング流体排出弁装置を示す、
第６図と同様の図、 第８図は従来の燃料噴射器と本発明に係る燃料噴射器と
におけるエンジン速度に対するSAC圧力のグラフであ
る。 １……燃料噴射器本体 ６……穴 ７……プランジャ組立体 ９……下側プランジャ（噴射プランジャ） 11……中間プランジャ 13……上側プランジャ 19……ばね 21……タイミング室 27……タイミング室排出通路 39……噴射オリフィス

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）中央穴と、下端に噴射オリフィスと
   を含む噴射器本体、 （ｂ）前記噴射器本体に供給される燃料の圧力に依存す
   る周期で、前記噴射オリフィスを通過する噴射燃料の量
   を変化させて計算するための計量手段であって、前記計
   量手段が、前記中央穴の内部で往復運動するように取り
   付けられた下側プランジャを含む、計量手段、 （ｃ）前記噴射器本体に供給される液圧タイミング流体
   の圧力に依存して、計量された燃料の各周期的噴射のタ
   イミングを変化させるための液圧タイミング手段であっ
   て、前記液圧タイミング手段が、前記中央穴の内部で往
   復運動できるように取り付けられた上側プランジャと前
   記中央穴の内部でかつ前記上側および下側プランジャの
   間で往復運動できるように取り付けられた中間プランジ
   ャとを含み、前記タイミング流体は、前記上側および中
   間プランジャの間のタイミング流体室に供給される、液
   圧タイミング手段、 （ｄ）タイミング流体を前記タイミイング流体室から排
   出するための通路手段を開閉するための弁手段、および （ｅ）前記中間プランジャと前記下側プランジャとの間
   に取り付けられて、前記中間プランジャを上方に偏倚さ
   せ、前記下側プランジャの上昇を制御し、かつ、前記弁
   手段の開放を制御するためのばね を有する周期的燃料噴射器。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の燃料噴射器
   において、前記通路手段は、前記中間プランジャの前記
   タイミング流体室とは反対側に形成された低圧室を経由
   して前記タイミング流体室を前記噴射器本体内の排出手
   段に連通させる少なくともひとつの通路を有する、燃料
   噴射器。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載の燃料噴射器
   において、前記少なくともひとつの通路が前記中間プラ
   ンジャ内に形成されている、燃料噴射器。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項に記載の燃料噴射器
   において、前記弁手段が前記低圧室内に配置されてい
   る、燃料噴射器。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項に記載の燃料噴射器
   において、前記弁手段は、前記プランジャの往復運動の
   方向と平行な方向に移動できるように、前記下側プラン
   ジャの上端に相対的に変位可能に取り付けられている、
   燃料噴射器。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第５項に記載の燃料噴射器
   において、弁手段の相対運動の量を制限するための停止
   手段を有する燃料噴射器。
7. 【請求項７】特許請求の範囲第６項に記載の燃料噴射器
   において、前記停止手段が前記下側プランジャに支持さ
   れている、燃料噴射器。
8. 【請求項８】特許請求の範囲第６項に記載の燃料噴射器
   において、前記通路手段は前記中間プランジャを貫通し
   て延びる複数の通路を有し、また前記弁手段は、前記ば
   ねの作用のもとで前記通路を閉じるために前記中間プラ
   ンジャにシール可能に係合する弁円板である、燃料噴射
   器。
9. 【請求項９】特許請求の範囲第３項に記載の燃料噴射器
   において、前記弁手段は中間プランジャの内部に配置さ
   れている、燃料噴射器。
10. 【請求項１０】特許請求の範囲第９項に記載の燃料噴射
    器において、前記弁手段は、前記プランジャの往復運動
    の方向と平行な方向に移動できるように、前記下側プラ
    ンジャの上端に相対的に変位可能に取り付けられてい
    る、燃料噴射器。
11. 【請求項１１】特許請求の範囲第10項に記載の燃料噴射
    器において、弁手段の相対運動の量を制限するための停
    止手段を有する燃料噴射器。
12. 【請求項１２】特許請求の範囲第11項に記載の燃料噴射
    器において、前記弁手段が、前記中間プランジャ内に形
    成された弁室の内部に配置された弁円板と、作動部材か
    ら延びて中間プランジャの底部を貫通し前記弁円板に係
    合する連結ピンとを有し、前記ばねは、タイミング流体
    室から弁室まで延びる通路をシール可能に閉じるような
    位置に前記弁円板を偏倚させる方向に前記作動部材に作
    用する、燃料噴射器。
13. 【請求項１３】特許請求の範囲第１項に記載の燃料噴射
    器において、前記弁手段が、前記中間プランジャ内に形
    成された弁室の内部に配置された弁円板と、作動部材か
    ら延びて中間プランジャの底部を貫通し前記弁円板に係
    合する連結ピンとを有し、前記ばねは、タイミング流体
    室から弁室まで延びる通路をシール可能に閉じるような
    位置に前記弁円板を偏倚させる方向に前記作動部材に作
    用する、燃料噴射器。
14. 【請求項１４】特許請求の範囲第１項に記載の燃料噴射
    器において、前記弁手段は、前記プランジャの往復運動
    の方向と平行な方向に移動できるように、前記下側プラ
    ンジャの上端に相対的に変位可能に取り付けられてい
    る、燃料噴射器。
15. 【請求項１５】燃料源から噴射器に供給される燃料の圧
    力の関数として、サイクル毎を基本に、燃料の量を変化
    させて周期的に噴射し、各サイクルでは、タイミング流
    体源から噴射器に供給されるタイミング流体の圧力の関
    数として噴射時間を変化させることのできる燃料噴射器
    であって、この燃料噴射器は、 （ａ）中央穴と、下端に噴射器オリフィスとを含む噴射
    器本体、 （ｂ）前記中央穴の内部に設けられた上側プランジャと
    下側プランジャとを含む往復プランジャ組立体であっ
    て、 （１）前記下側プランジャと、前記噴射オリフィスを含
    む前記噴射器本体の下端との間に位置する可変容積噴射
    室であって、前記可変容積噴射室は、各噴射サイクルの
    一部の期間に、燃料源と連通する、可変容積噴射室、お
    よび （２）前記上側プランジャの下方に位置する可変容量タ
    イミング室であって、前記タイミング室は、各噴射サイ
    クルの一部の期間に、タイミング流体源と連通する、可
    変タイミング室 とを画定する往復プランジャ組立体、および、 （ｃ）前記タイミング室内のタイミング流体の圧力が所
    定の値を越えたときはいつでも前記タイミング室からタ
    イミング流体を排出することによって、低速および高速
    運動条件の両方で最大SAC圧力を達成する手段、 を有する燃料噴射器。
16. 【請求項１６】特許請求の範囲第15項に記載の燃料噴射
    器において、前記中央穴の内部で前記上側および下側プ
    ランジャの間に設けられた中間プランジャと、前記中間
    および下側プランジャの間に位置する可変容積補償室
    と、前記中間および下側プランジャを偏倚させるために
    前記可変容積補償室の内部に位置する偏倚手段とをさら
    に有する燃料噴射器。
17. 【請求項１７】特許請求の範囲第16項に記載の燃料噴射
    器において、前記達成手段は、前記所定の値に等しい開
    放圧力に応答してタイミング室排出通路手段を開放する
    とともに前記開放圧力よりも高い閉鎖圧力で前記タイミ
    ング室排出通路手段を再び閉鎖するための弁手段を有す
    る、燃料噴射器。
18. 【請求項１８】特許請求の範囲第17項に記載の燃料噴射
    器において、前記偏倚手段がばねであり、前記弁手段
    は、タイミング室の内部のタイミング流体の圧力に応答
    してタイミング室排出通路を閉じる位置から移動すると
    きに、前記ばねを圧縮するように作用する、燃料噴射
    器。
19. 【請求項１９】特許請求の範囲第15項に記載の燃料噴射
    器において、前記達成手段は、前記所定の値に等しい開
    放圧力に応答してタイミング室排出通路手段を開放する
    とともに、前記開放圧力よりも高い閉鎖圧力で前記タイ
    ミング室排出通路手段を再び閉鎖するための弁手段を有
    する、燃料噴射器。
20. 【請求項２０】特許請求の範囲第19項に記載の燃料噴射
    器において、前記弁手段がタイミング室の内部のタイミ
    ング流体の圧力に応答してタイミング室排出通路を閉じ
    る位置から移動するときに前記ばねを圧縮するように作
    用するような態様で、弁手段を閉鎖位置に偏倚させるた
    めに、ばねが設けられている、燃料噴射器。
21. 【請求項２１】高圧において、サイクル毎を基本に、燃
    料の量を変化させて周期的に噴射する開放ノズル形式の
    燃料噴射器であって、 （ａ）単品噴射器カップを有する噴射器本体であって、
    前記噴射器カップは軸方向穴を含み、この軸方向穴に
    は、この軸方向穴を燃料供給装置に連通させるために噴
    射器カップの上部を貫通して延びる燃料供給通路があ
    り、前記噴射器本体はさらに、燃料を噴射器から送り出
    すための、噴射器カップの下部の底にある噴射オリフィ
    スを有し、前記軸方向穴は、前記上部の方が前記下部よ
    りも大きな直径を有する、噴射器本体、および （ｂ）軸方向穴の内部で往復運動できるように設けられ
    た噴射プランジャを有する往復プランジャ組立体であっ
    て、前記噴射プランジャには、前記下部における軸方向
    穴の直径に等しい直径の細長い下部と、前記上部におけ
    る軸方向穴の直径に近い直径の、前記下部の上方の半径
    方向に拡大したランド部とが設けられ、前記プランジャ
    は前記軸方向穴の内部で往復運動でき、この往復運動
    は、前記プランジャの下方で前記穴の中に画定される噴
    射室の中に燃料を計量して入れるために前記ランド部が
    前記供給通路の上方にあるような上昇位置から、前記供
    給通路から前記噴射室内に燃料を計算して入れることを
    前記ランド部が遮断するような中間位置を経て、噴射プ
    ランジャの前記下部の底端によって前記噴射オリフィス
    が閉鎖されるような最下位置まで達する、往復プランジ
    ャ組立体 を有する燃料噴射器であって、 30,000psiを越えるSAC圧力が噴射中に達成できるよう
    に、噴射の開始時点で、供給通路の出口送給オリフィス
    の下方に位置する前記上部の領域で、前記ランド部と前
    記穴を画定する壁面との間で所定の最小シール長さが達
    成され、前記最小シール長さは、少なくとも前記実燃料
    高さの２分の１に等しくなるように、前記ランド部の下
    方の前記穴の寸法と、噴射開始時点における前記噴射器
    に対する所定の最大実燃料高さの寸法とつり合うように
    されている、燃料噴射器。