JPH08177682A

JPH08177682A - 内燃機関の燃料噴射装置

Info

Publication number: JPH08177682A
Application number: JP32090194A
Authority: JP
Inventors: Terukazu Nishimura; 輝一西村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 1996-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】小さな駆動力で燃料通路を絞ることができ、
ＮＯ_X低減のみならず、アイドリング時の白煙や騒音も
低減することができ、フィードポンプ側の送出圧力が変
化しても絞り量を補償できる内燃機関の燃料噴射装置を
提供する。【構成】内燃機関の燃料噴射ポンプ６と燃料噴射ノズ
ル７とを接続する燃料通路８と、この燃料通路８内に出
没自在に設けた絞り弁10と、この絞り弁10に前記燃料通
路８内の燃料圧力を作用させる圧力通路13，14と、この
圧力通路13，14を開閉する三方弁20と、前記内燃機関の
回転数及び負荷に基づいて前記三方弁20を制御する制御
装置26とを備えた内燃機関の燃料噴射装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料噴射の噴射率を制
御することにより、排気ガス中の有害成分の発生を抑制
し得る内燃機関の燃料噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からディーゼルエンジンの排気ガス
特性を改善するため、様々な手段が提案されているが、
その中でも燃料噴射制御に関し、図８に示すように燃料
噴射の初期において噴射率を低めに抑えることにより、
燃焼温度を下げ、ＮＯ_X生成を抑制できると共に、着火
遅れに伴うディーゼルノックを防止して騒音も低減でき
ることが知られている。

【０００３】そこで、図８に示す噴射率特性を得るため
に、２段開弁圧式の燃料噴射ノズルが使用されている。
この２段開弁圧式の燃料噴射ノズルは、ニードルスプリ
ングを２段用意して、それぞれ異なるセットフォースを
設定し、燃料噴射の初期の低圧時には１段目のスプリン
グのみの弾性変形量に相当するリフト量でニードルバル
ブを開弁して、初期噴射率が抑制されるものである。

【０００４】このように、２段開弁圧式の燃料噴射ノズ
ルを使用することにより、初期噴射率を抑制して、ＮＯ
_X生成量と騒音を低減することができる反面、ニードル
バルブのリフト量により噴射率を制御する構造であるた
め、図９に示す低リフト時には、ノズルボディ１とニー
ドルバルブ２との間に形成される隙間（シート部）３の
流路が絞られ、このシート部３以降の流れが大幅に悪化
し、ホール部４における燃料の流れに乱れＴが発生す
る。

【０００５】そして、この乱れＴにより、噴孔５から噴
射される噴霧は、正常な噴霧Ｆ₁に比べて燃料粒子の飛
行速度が低下するため、燃焼室内の空気中における突進
力が十分でなく、図中に示す如く異常に広がった噴霧Ｆ
₂となり、その結果、メインの噴霧の着火性が改善され
ず、スモークが悪化するという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、２段開弁圧式
ではない通常の１段開弁圧式の燃料噴射ノズルを使用し
て、図８に示す噴射率特性を得るための手段として、特
開平 3−117671号公報には、燃料噴射ポンプと燃料噴射
ノズルの間を接続する燃料通路に、ソレノイドコイルに
より直接駆動される弁体を設け、これを絞り機構とした
燃料噴射装置が提案されている。

【０００７】しかしながら、この燃料噴射装置による
と、高圧の燃料通路内に弁体を出没させる構造であるた
め、その油圧に対抗できるだけの大きな駆動力が必要で
あり、ソレノイドコイルによる直接駆動方式では、通常
よりも高い電圧のバッテリーが必要になるという問題が
あった。また、前記弁体は燃料通路を完全に閉塞するこ
とができない構造であることから、パイロット噴射やス
プリット噴射のような無噴射期間が必要な噴射制御を行
うことができず、そのためアイドリング時の白煙や騒音
を低減する上で不利であるという問題があった。更に、
運転条件の変化の影響を受けて、フィードポンプ側の送
出圧力が変化すると、噴射圧の不安定化を招き、その時
々の燃料圧力に対応した絞り量に補正することができな
いという問題があった。

【０００８】本発明は以上の問題点に鑑みて、小さな駆
動力で燃料通路を絞ることができ、しかも、ＮＯ_X低減
のみならず、アイドリング時の白煙や騒音も低減するこ
とができ、更にフィードポンプ側の送出圧力が変化して
も、それに対応して絞り量を補償できる内燃機関の燃料
噴射装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は、内燃機関の
燃料噴射ポンプと燃料噴射ノズルとを接続する燃料通路
と、この燃料通路内に出没自在に設けた絞り弁と、この
絞り弁に前記燃料通路内の燃料圧力を作用させる圧力通
路と、この圧力通路を開閉する三方弁と、前記内燃機関
の回転数及び負荷に基づいて前記三方弁を制御する制御
装置とを備えたものである。

【００１０】前記絞り弁は、前記圧力通路に連通する圧
力室に流入する燃料圧力によって駆動されるようにする
と、開度を制御するために加える駆動力が小さくて済
み、好ましい。また、前記絞り弁は、前記三方弁の開閉
により、全閉から全開まで開度調整自在に駆動されるよ
うにすると、噴射率の増減と噴射の一時停止が可能にな
る。

【００１１】一方、前記三方弁は、前記圧力通路と、こ
の圧力通路の途中に接続される減圧用の逃がし通路の合
流部に配設すると、噴射率の増加と噴射の再開の応答性
が向上するので、好ましい。尚、本発明はディーゼルエ
ンジンのみならず、インジェクタを使用したガソリンエ
ンジンにも適用することができる。

【００１２】

【作用】本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は以上
の構成を有しており、前記絞り弁は、圧力通路を介して
作用する燃料通路内の燃料圧力を利用して駆動すること
ができるので、絞り制御のために実質的に必要な駆動力
は三方弁を介した間接的なものとなり、従前の直接駆動
方式のような大きな駆動力を発生させる必要が無くな
る。

【００１３】また、前記絞り弁の開度調整により、噴射
初期には絞り量を大きく、噴射後期には絞り量を無くす
か又は小さくすることで、初期噴射率を抑えてＮＯ_X生
成量の低減を図ることができるのみならず、前記絞り弁
の開閉によりパイロット噴射やスプリット噴射を行うこ
とができ、アイドリング時の白煙や騒音も低減すること
ができる。

【００１４】更に、前記絞り弁は圧力通路を介して燃料
通路内の燃料圧力を受ける構造であるので、フィードポ
ンプ側の送出圧力が変化しても、その変化に自動的に感
応して絞り量を補償することができる。

【００１５】

【実施例】次に図面を参照して本発明に係る内燃機関の
燃料噴射装置をディーゼルエンジンに適用した一実施例
について説明する。先ず、図１に示すように、本実施例
では燃料噴射ポンプ６と燃料噴射ノズル７との間の燃料
通路８の途中に噴射率制御機構９を設けている。この噴
射率制御機構９の詳細な構造は図２に示しており、燃料
通路８には絞り弁10の弁体11が出没自在に設けられてお
り、この弁体11の背面には受圧部12が一体的に設けられ
ている。

【００１６】この受圧部12はピストン状に形成されてお
り、燃料通路８に接続された圧力通路13，14を介して、
シリンダ状の圧力室15に流入する燃料圧力が作用するよ
うに構成されている。尚、受圧部12と燃料通路壁16との
間に画成されたスプリング室17にはスプリング18が介装
されており、絞り弁10を開弁方向に付勢する弾性力が作
用するようになっている。

【００１７】また、前記圧力通路13，14には、この圧力
通路13，14と逃がし通路19とを開閉可能な三方弁20が設
けられており、この三方弁20は圧電素子を利用したピエ
ゾアクチュエータ21により駆動されるようになってい
る。このピエゾアクチュエータ21はオイルチャンバー22
に収容されており、前記三方弁20の基部20ａに固定され
ている。そして、この基部20ａから、前記逃がし通路19
の内壁面との間に隙間を有する軸部20ｂが延設されてお
り、この軸部20ｂの先に弁部20ｃが設けられている。

【００１８】前記基部20ａとオイルチャンバー22の内壁
面との間にはスプリング23が設けられており、このスプ
リング23によって三方弁20は下方に、即ち、圧力通路13
を塞ぎ、圧力通路14と逃がし通路19を連通する方向に付
勢されている。また、このオイルチャンバー22と、前記
スプリング室17には、それぞれ逃がし通路24，25が接続
されており、前記逃がし通路19とオイルチャンバー22を
通って圧力室15から流出する燃料と共に、図示していな
い燃料タンクに戻されるようになっている。

【００１９】また、ピエゾアクチュエータ21は、制御装
置26から出力される駆動信号Ｓ_Dを増幅するピエゾドラ
イバー27によって駆動されるようになっており、噴射初
期には、図３に示す如く三方弁20を作動させ、燃料通路
８から圧力通路13，14を介して圧力室15に高圧の燃料を
導入し、その圧力を利用して受圧部12に作用させ、スプ
リング18に抗して絞り弁10を燃料通路８内に突出させ
る。これにより、燃料噴射ポンプ６から燃料噴射ノズル
７への燃料の流れを絞り、燃料噴射ノズル７側の圧力の
上昇を抑える。

【００２０】一方、噴射開始後の一定期間が経過した噴
射後期には、図４に示す如く三方弁20を作動させ、圧力
通路13を閉鎖して、圧力室15に流入した高圧燃料を、逃
がし通路19を介してオイルチャンバー22に逃がし、最終
的に燃料タンクまで戻す。それに伴い、スプリング18の
弾性力により絞り弁10が押し上げられ、燃料通路８にお
ける絞り作用が無くなるか又は小さくなるので、燃料噴
射ノズル７側の圧力は上昇する。

【００２１】このような三方弁20の動作は、図５に示す
制御マップを制御装置26内の記憶素子（ＲＯＭ）に記憶
させておき、図示していない機関回転数センサーの検出
信号Ｓ_Nと、機関負荷をコントロールラックの位置から
検出する負荷センサーの検出信号Ｓ_Lとに対応して、図
示していないクランク角センサーにより検出されるクラ
ンク角の検出信号Ｓ_Cに応じた最適な噴射率特性を読み
出し、制御されるようになっている。

【００２２】また、本実施例では、前記燃料通路８に連
通する検出通路28に圧力センサー29を配設しており、燃
料通路８内の圧力変化を検出することによって、間接的
に噴射率を測定している。そして、その測定結果を圧力
信号Ｓ_Pとして制御装置26に入力し、前記制御マップか
ら読み出された噴射率の制御目標値と比較し、実測値が
制御目標値に近づくようにフィードバック制御を行って
いる。

【００２３】本実施例では、上述した制御マップの他
に、図６（ａ）に示すようなパイロット噴射Ｉ₁、図６
（ｂ）に示すようなアフターパイロット噴射Ｉ₂、及
び、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すようなスプリット
噴射の制御も行えるよう補助マップを備えており、その
場合には、絞り弁10を瞬間的に全閉とすることにより、
断続的な噴射を行うことができ、ＮＯ_X及びスモークの
低減のみならず、アイドリング時における白煙や騒音の
低減を図ることができる。

【００２４】尚、本実施例では、小型の三方弁20とピエ
ゾアクチュエータ21を用いているので、絞り弁10の制御
にかかる消費電力は少なくて済み、応答性も非常に高い
という利点がある。

【００２５】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置
は、内燃機関の燃料噴射ポンプと燃料噴射ノズルとを接
続する燃料通路と、この燃料通路内に出没自在に設けた
絞り弁と、この絞り弁に前記燃料通路内の燃料圧力を作
用させる圧力通路と、この圧力通路を開閉する三方弁
と、前記内燃機関の回転数及び負荷に基づいて前記三方
弁を制御する制御装置とを備えたので、以下の効果を奏
することができる。

【００２６】前記絞り弁は、圧力通路を介して作用する
燃料通路内の燃料圧力を利用して駆動することができる
ので、絞り制御のために実質的に必要な駆動力は三方弁
を介した間接的なものとなり、小さな駆動力で作動させ
ることが可能となる。また、前記絞り弁の開度調整によ
り、噴射初期には絞り量を大きく、噴射後期には絞り量
を無くすか又は小さくすることで、初期噴射率を抑えて
ＮＯ_X生成量の低減を図ることができるのみならず、前
記絞り弁の開閉によりパイロット噴射やスプリット噴射
を行うことができ、アイドリング時の白煙や騒音も低減
することができる。

【００２７】更に、前記絞り弁は圧力通路を介して燃料
通路内の燃料圧力を受ける構造であるので、フィードポ
ンプ側の送出圧力が変化しても、その変化に自動的に感
応して絞り量を補償することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における内燃機関の燃料噴射
装置の概略図である。

【図２】図１に示す噴射率制御機構の要部断面図であ
る。

【図３】図２に示す三方弁の第１の切り換え状態を示す
要部拡大図である。

【図４】図２に示す三方弁の第２の切り換え状態を示す
要部拡大図である。

【図５】図２に示す制御装置の記憶素子に記憶されてい
る制御マップである。

【図６】図２に示す制御装置の記憶素子に記憶されてい
る補助マップである。

【図７】図２に示す制御装置の記憶素子に記憶されてい
る補助マップである。

【図８】クランク角に対する噴射率の好ましい特性を示
す特性図である。

【図９】従来の内燃機関の燃料噴射装置の問題点を示す
要部断面図である。

【符号の説明】

６燃料噴射ポンプ７燃料噴射ノズル８燃料通路 10 絞り弁 13 圧力通路 14 圧力通路 15 圧力室 19 逃がし通路 20 三方弁 26 制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の燃料噴射ポンプと燃料噴射ノ
ズルとを接続する燃料通路と、この燃料通路内に出没自
在に設けた絞り弁と、この絞り弁に前記燃料通路内の燃
料圧力を作用させる圧力通路と、この圧力通路を開閉す
る三方弁と、前記内燃機関の回転数及び負荷に基づいて
前記三方弁を制御する制御装置とを備えた内燃機関の燃
料噴射装置。
【請求項２】前記絞り弁は、前記圧力通路に連通する
圧力室に流入する燃料圧力によって駆動されることを特
徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】前記絞り弁は、前記三方弁の開閉によ
り、全閉から全開まで開度調整自在に駆動されることを
特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】前記三方弁は、前記圧力通路と、この圧
力通路の途中に接続される減圧用の逃がし通路の合流部
に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の内
燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】前記制御装置は、機関回転数と機関負荷
に応じた、クランク角に対する噴射率が制御マップとし
て記憶されている記憶素子を備えていることを特徴とす
る請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。