JPS58183857A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、内燃機関、特に、ディーゼル機関の燃料噴
射装置に関する。

従来の燃料噴射装置としては、例えば米国特許３，５１
６，３９５号明細書に記載されたものがある。この装置
は、第１図に示すように、燃料タンク（１）と燃料ポン
プ（２）と、噴射ユニット（３）と、該ユニット（３）
のビストンストローク制御手段（４）と、から構成され
ている。噴射ユニット（３）は、大径／リンダ（５）内
に摺動自在に支持されたサーボピストン（６）と、小径
７リンダ（７）内に摺動自在に支持されたポンプピスト
ン（８）と、これらの両ピストン（６１（８１が接する
ように付勢するスプリング（９）と、を有しており、大
径シリンダ（５）のサーボ圧力室００）には三方切換弁
（Ｉｌｌを介して、また、小径シリンダ（７）のポンプ
作業室口２１には電磁弁０３１およびチェック弁Ｑ４１
を介してそれぞれ燃料ポンプ（２）から所定圧力下の燃
料が供給されるようになされている。また、ポンプ作業
室（１２１は図示していない噴射ノズルに連通している
。また、（１５１は大径シリンダ（５）のリーク室を示
し、このリーク室（１５１に漏出した燃料は燃料タンク
（１）へもどされる。前記電磁弁０３は制御回路（１６
１によって開閉制御され、また、前記三方切換弁（１１
）はサーボ圧力室（１０）と燃料タンク（＋１または燃
料ポンプ（２）とを選択的に連通する。なお、（１７＋
は調用弁である。

前述した電磁弁（１３）、制御回路（＋６）、燃料ポン
プ（２）、チェック弁（１４１は全体として噴射ユニッ
ト（３）のピストン（６１（８）のストロークを制御す
るビストンストローク制御手段（４）を構成している。

したがって、このような燃料噴射装置にあっては、燃料
ポンプ（２）によって加圧された燃料は、一方では三方
切換弁旧）を介してサーボ圧力室ＱＯＩに、他方では電
磁弁（１３１を介してポンプ作業室（１２１にそれぞれ
供給され、サーボピストン（６）とポンプヒス）　／（
８）との受圧面積に比例してポンプ作業室（１２１内の
燃料は憎子された後、噴射ノズルより噴射される。

しかしながら、このような従来の燃料噴射装置にあって
は、サーボ圧力室ＯＯ）への燃料の供給を三方切換弁（
１１１により制御する構成となっていたため、高速運転
時、特に、高周波数で燃料噴射を繰返す場合、以下の不
具合が生じていた。

すなわち、燃料噴射時において、サーボ圧力室００）内
の圧力と供給燃料圧力との差を大きくとれないため（も
し、これらの圧力差を大きくとるとすると、供給燃料圧
力が一定ならばサーボ圧力室００）内の子方を小さくと
らねばならず、その結果、ポンプ作業室（１２）内の圧
力が大きくならない。）、切換弁（Ｉｌｌが大型化した
り、あるいは、該切換弁（１１１によって制御されるス
リーブ弁を介してサーボ圧力室００）内への燃料の供給
を制御しなければならず、燃料噴射装置そのものが大型
化したり、複雑な機構が必要となり、あるいは、高速運
転を制限しなければならないという問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、噴射ユニットのサーボ作用室を電磁弁を介し
て燃料タンクに連通し、該サーボ作用室側リターン通路
とサーボ圧力室とをサーボ作用室側リターン通路の燃圧
に応じて開弁するパイロット弁を介して連通し、該サー
ボ作用室側リターン通路の燃圧を電磁弁を開閉して制御
することによりサーボ圧力室の燃圧を制御して、噴射ノ
ズルに印加されるポンプ作業室の燃圧を制御することに
より、上記問題点を解決することを目的としている。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第２図は、この発明の一実施例を示す図である。

まず、構成を説明する。（２１］は噴射ユニットのハウ
２ングであり、ノ・ウジノブ（２Ｉｌの先端には噴射ノ
ズル（２２１が組み付けられている。〕・ウウジダグＣ
１は大径の第１７リング孔（２３）の形成された第１シ
リンダ（２４１と小径の第２／リンダ孔（２５１の形成
された第２シリンダ（２６）とから成り、第１シリンダ
（２４１には燃料ポンプ（２７１から所定子方（例えば
、２００にｑ／ｃ４）の燃料が供給されるインポート（
２８１と燃料タンク（２９）に燃料を戻すアウトポー１
−１３０］とが形成されている。前記第１’／ｌ）ンダ
孔［２３１ＫはサーボピストンＧｌｌが摺動自在に収納
されており、第１シリンダ孔（２３）はこのサーボピス
トン（３１）により一端側にサーボ作用室（３２１が、
他端側にサーボ圧力室（３３１が画成されている。第２
７リング孔２５１　Ｋはサーボピストン（３１）より小
径のポンプピストン（３４１が摺動自在に収納されてお
り、第２７リング孔ｃ！５１内にはこのポンプピスト／
（３４Ｉによりその一端側にポンプ作業室（３５１が画
成されている。

ポンプピストン（３４１の他端部は前記第１シリンダ（
２４１のサーボ作用室（３ｚ内に突出しており、該サー
ボ作用室Ｃ３２内に縮設された作用スプリング（３６１
に付勢されてポンプピストン例）とサーボピストン（３
１）は当接している。すなわち、ポンプピストン（３４
１ｉｄサーボピストン（３１）と一体になって連動する
。

−・方、前記噴射ノズル（２３はカバーＣ３ηにより第
２シリンダ（２６）を介して第１シリンダｒ２４Ｊに固
締されており、先端に噴孔■が形成されるとともに油溜
（３９）の形成されたノズルボディ（４０１と、ノズル
ボディ（４（ｌｌに摺動自在に保持されたニードルバル
ブ（４１）と、ニードルバルブ（４１）をリテーナ（４
２１を介して該ニードルバルブ（４１）が噴孔没）を閉
止するように付勢するバルブスプリング（４３１と、を
有している。

前記ポンプ作業室Ｃ３５１は油溜（３９）に連通されて
いるとともにチェックバルブ（４４１を介して前記イン
ポー　）　ｆ２Ｆｔｌに連通されており、また、ポンプ
ピストン（３４１に形成された逃し通路（４５）を介し
て前記バルブスプリング（４３の収納されたスプリング
室（４６ｉＫ連通されているとともに排出路（４７１に
より前記アウトポート（（ト））に連通されている。前
記サーボ作用室（３２１は第１リターン通路（４８ａ）
と第２リターン通路（４８ｂ）とにより電磁弁（１９）
を介してアラ］・ポート（支））に連通されており、電
磁弁（４９］は、コントロールユニソ）　（５０１に接
続されたコイル（５１１に通電される電圧値の高低によ
り３段階に制御される。すなわち、非通電時には、バル
ブ（５２）はスプリング（５３）により付勢されて第１
１Ｊタ一フ通路（４８ａ）と第２リターン通路（−ｔｓ
ｂ）との接続を遮断し、所定電圧（ＶＡ　）が印加され
ると、バルブ（５２）は磁極部（５４）に吸引されて第
１リターン通路（＝１８ａ）と第２リターン通路（４８
ｂ）とを連通させる。また、コイル（５１１に所定電圧
（ＶＡ）より低い電圧（ＶＢ　）が印加されると、スプ
リング（５３）がコイル５Ｄの電磁力により弱められた
状態となり、電磁弁（４９）はグレノンヤレギュレータ
として作用する。前記サーボ子方室（３３）は前記イン
ポート＋２８１　＆で連通されているとともにパイロッ
ト弁（５５）を介して第１リターン通路（４８ａ）に連
通されており、このパイロット弁５５１は第１リターン
通路（・１８ａ）の燃圧に応じて開弁する。すなわち、
弁体ｆ５６）はパイロットスプリング（５７１により図
中上方に付勢されて閉弁するが、第１１Ｊタ一ン通路（
４８ａ）の燃圧の導かれているパイロット圧力室部の圧
力が所定圧力（ＰＤ）ニ上昇してパイロットスプリング
（５７１の付勢力に打ち勝つと、弁体（５Ｇ）が図中下
方に移動し、弁体５６）に形成された連通溝（５９によ
り開弁する。

ｔｉ、このパイロットスプリング（５７１の収納されて
いるパイロットスプリング室（６０１はアウトポート（
３０）に連通されている。

なお、（６υはエンジンにベルトにより連結され燃料ポ
ンプ（２７１に駆動力を伝えるプーリーであり、燃料ポ
ンプ（２７′ｌは燃料タンク（２９）からフィルり曽を
通し、て燃料を吸い上げインポーＨ２）Ｈ’こ供給する
が、供給される燃料は、途中、フッソシャレギュレータ
（６３）により所定圧力（例えば、２００Ｋｇ　／　ｃ
Ａ　）　ＶＣ調整されるとともにアキュムレータ（６４
）により圧力変動を小さくされている。

次に、作用Ｖこついて説明する。

インポート［２１’ｔ）に供給された燃料はサーボ圧力
室（３３１に導入されるとともにチェンクノ（ノシブ（
４，ｔｌを介してポンプ作業室（３５１および油溜（３
９）に導入され、このとき、電磁弁（４９）が閉じてい
ると、十゛記に示すように、パイロット弁（５５１が開
いてサーボ作用室Ｇ２）にも燃料が導入される。すなわ
ち、電磁弁（４９）が閉じていると、サーボ圧力室（３
３）の燃圧によりサーボピストン３１）を介してサーボ
作用室（３２の燃圧が上昇し、この燃圧が第１リターン
通路（４８ａ）を通してパイロット圧力室（滴に伝達さ
れパイロット弁部が開く。したがって、インポート困か
らの燃料はパイロット弁６５１．第１リターン通路（４
８ａ）を通ってサーボ作用室（３ｚに導入され、サーボ
ピスト７（３１Ｊおよびポンプピストン＋３４１　Ｋは
、サーボ作用室（３ｚの燃圧、作用スプリング伽）およ
びポンプ作業室（３５１の燃圧の合力が図中−上方に作
用し、サーボ圧力室（３３）の燃ＦＥはよる力が図中下
方に作用する。その結果、サーボピストン（３１）とポ
ンプピストン＋３４１が一体となって図中−上方に移動
し、この移動に伴ってポンプ作業室Ｃ３５１には、燃料
が供給される。

次に、燃料を噴射するときには、電磁弁（４９）を開く
ことにより行う。すなわち、第３図Ａに示スように、コ
ントロールユニット６０）から１．時点で所定電圧（Ｖ
Ａ）がコイル（５１１に印加されると、電磁弁（４９）
は遅れ時間（τ１）後に開となり、これに伴ってサーボ
作用室＋３２およびパイロン）Ｅ力室ら８）の燃圧が第
３図Ｂに示すように急激に低下する。パイロット圧力室
（２８）の燃圧が、遅れ時間（τ２）後、所定圧（ＰＤ
）（パイロットスプリング印の弾性力により決定される
。）以下に低下すると、パイロット弁（５５１が閉じて
、燃料ポンプ（２７１からの燃圧がサーボ圧力室（３３
Ｉに作用する。そして、サーボ作用室（３２１の燃圧が
急激に低下することにより、サーボピストン（３１１と
ポンプピストン（３４１が一体となって第２図中下方に
移動し、このサーボピストン＋３１３とポンプピストン
（３４１の位置を示したのが第３図Ｃである。このポン
プピストン（３４１の移動に伴って、ポンプ作業室（３
５１の燃圧が、第３図りに示すように、急激に上昇し、
油溜（３９）内の燃圧も上昇する。この結果、ニードル
バルブ（４１）のプレッシャステージにこの圧力が作用
し、ニードルバルブ（４１１はバルブスプリング（４３
１に抗して上昇して噴孔間より高圧（例えば、１，００
０に９／　ｃｄ　）の燃料が燃焼室内に噴射される。こ
のとぎの噴射圧力Ｐｉ　　は静的に計算すると、Ｐｉ−
（Ｐｓ　−８ｓ　−（Ｇ十ＫＨ）　）／　ＳＰ　で表さ
れる。こＬで、Ｐｓは燃料ポンプ（２７）より供給され
る燃圧、Ｓｓｕサーボピストン（３１）の受圧面積、Ｓ
ｐはポンプピストン（２）の受圧面積、Ｇは作用スプリ
ング（３６Ｉのセント荷重、Ｋはそのバネ定数、Ｈはポ
ンプピストン（３４１のリフト量をそれぞれ示している
。

すなわち、燃料噴射圧力Ｐ１　　はサーボピストンＩ３
＋１　トホ７プピストン（３４Ｉ］受圧面積比（ＳＳ／
ＳＰ）よりやや小さい値で増圧されている。また、この
ときのポンプ作業室（３５１の圧力上昇速度は、サーボ
作用室０２１から第１リターン通路（４８ａ）、電磁弁
（４９）、第２リターン通路（４８ｂ）およびアウトボ
ート（至）１を介して燃料タンク（２９）に燃料が流出
する際の圧力降下速度に依存しているが、この発明にあ
っては、第２リターン通路（，１８ｂ）およびアウトボ
ー）１３０１から以降の圧力はゼロに近いため、電磁弁
（４９）で生じる間隙が小さくても極めて速い速度でサ
ニボ作用室Ｃ３２１内の圧力が低下する。

したがって、電磁弁（４９）を大幅に小型化でき、高速
応答性も優れている。

さらに、ポンプピストン（３４）が下降し、逃し通路（
４５１と排出路（４７１とが連通し、ポンプ作業室（３
５１の燃圧がゼロになると、燃料噴射は終了するが、こ
の時点をｔ３とすると、電磁弁（４９）の応答遅れ時間
（τ３）を見込んだ時点（ｔ２）において、電磁弁（４
９）への印加電圧を所定電圧（ＶＡ）から所定電圧（Ｖ
Ｂ）に下げる。このことにより、電磁弁（４９）は電磁
力によってスプリング６３）の弾性力が弱められた状態
トなり、プレッシャレギュレータとして作用してサーボ
作用室（３２１およびパイロット子方室５樽の燃圧を所
定圧力（ＰＨ）に保持する。この圧力は、第３図ＢＫ示
すように、パイロット弁ら湯が開く圧力より低く設定さ
れている。このとき、ポンプ作業室（３５）の燃圧がゼ
ロであるため、サーボピストン（３１）とポンプピスト
ン（３４１１−１、第３図Ｃに示すように、非常に緩や
かに下降する。そして、　　□時点（τ、）で電磁弁（
４９）への通電を遮断すると、電磁弁（４９１は遅れ時
間（τ４）の後に閉となる。このとき、サーボ作用室Ｃ
３２１の燃料が坑１リター／通路（４８ａ）から流出で
きたくなるため、サーボ作用室Ｃ３２の燃圧が上昇し、
これに伴ってパイロット圧力室（５印の燃圧が上昇して
所定圧（Ｐｏ）を超えるとパイロット弁６９が開く。し
たがって、前述のように、サーボ作用室＋３Ｚにインポ
ートｆ２８＋から燃料が導入されサーボピスト：／（３
１１およびポンプピストン（至）が上昇し、この上昇に
より、逃し通路（４５）と排出路（４７）との連通が遮
断される。この時点をｔ６とすると、この時点よりポン
プ作業室（３５１内の燃圧はチェックバルブ（４４１を
介してインポート（２８）から導入される燃圧（ｐｓ］
Ｃ近いＰｓ’となり、噴射開始時点（ｔｌ）にもどる。

また、噴射量は電を弁（４９）へ加える印加電圧（ＶＡ
　）と（ＶＢ　）の通電時期を変えることにより変える
ことができる。すなわち、電磁弁（４９）に所定電圧（
ＶＡ）を印加している期間Ｔｌ（ｔ２　　ｔ＋）と所定
電圧（ＶＢ）を印加している期間Ｔ２（ｔ、ｌ　　ｈ）
を変化させると、ポンプ作業室Ｃ３５ｉ内に供給される
燃料量が変化し、噴射量が変化する。この様子を示した
のが、第３図中破線で示すものである。

以上説明してきたように、この発明によれば、大径の第
１シリンダ孔と小径の第２シリンダ孔とが直列に形成さ
れるとともに燃料ポンプから所定圧力の燃料が供給され
るイン・ポートと燃料タンクに燃料を戻すアウトポート
とが形成されたハウジングと、第１シリンダ孔に摺動自
在に収納され一端側にサーボ作用室を他端側にサーボ圧
力室を画成するサーボピストンと、サーボピストンと連
動するように第２７リング孔に摺動自在に収納されポン
プ作業室を画成するポンプピストンと、ポンプ作業室内
の燃圧に応動して開弁じ燃料を噴射する噴射ノズルと、
を備え、前記サーボ作用室に連通する第１リターン通路
と前記アウトポートに連通する第２リターン通路とが電
磁弁を介して連通し、前記サーボ子方室がインボートに
連通ずるとともにパイロット弁を介して第１リターン通
路に連通し、また、前記ポンプ作業室がチェック弁を介
してインポートに連通ずるとともに前記噴射ノズルに連
通した燃料噴射装置であって、前記パイロット弁が前記
第１リターン通路の燃圧に応じて開弁し、該第１リター
ン通路の燃圧を電磁弁を開閉して制御することによりサ
ーボ圧力室の燃圧を制御して、噴射ノズルに印加される
ポンプ作業室の燃圧を制御するようにしたため、電磁弁
の小型・軽量化が達成でき、その応答性が向上し、エン
ジンの高速運転時における高速噴射を精度よく行うこと
ができるという効果が得られる。また、電磁弁とパイロ
ット弁とを使用することにより、燃料噴射装置全体も小
型化できるという効果が得られる。

上記実施例にあっては、サーボピストンとポンプピスト
ンとを作用スプリング（でよって密着させているため、
燃圧切換時に発生する燃圧変動に起因してこれらのピス
トンの踊りによる不整噴射を防止できる。また、作用ス
プリングの付勢力を例えばこれらのピストン間に７ムを
挿入すること等で変更することにより、ポンプピストン
の上昇速度を任意に変えることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料噴射装置を示すその概略回路図、第
２図はこの発明に係る燃料噴射装置の一実施例を示す断
面図、第３図はその作用説明図である。 （２１＋・・・ハウジング　　（２２１・・・噴射ノズ
ル（２３）・・第１シリンダ孔　（２５１・・・第２シ
リンダ孔（２７１・・・燃料ポンプ　　　（２８）・・
・インボート（２９）・・・燃料タンク　　　ｆ３Ｑｌ
・・アウトポート印）・・サーボピストン　（３２・・
・サーボ作用室（３３１・・・サーボ圧力室　　（３４
１・・・ポンプピストン（３５１・・・ポンプ作業室　
（４８ａ）・・・第１１Ｊタ一ン通路（４８ｂ）・・・
第２リターン通路 （４９）・・・電磁弁　　　　　５５１・・・パイロッ
ト弁特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　　有　我　軍　−部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 大径の第１シリンダ孔と小径の第２シリンダ孔とが直列
   に形成されるとともに燃料ポンプから所定圧力の燃料が
   供給されるインポートと燃料タンクに燃料を戻すアウト
   ボートとが形成されたハウジングと、第１シリンダ孔に
   摺動自在に収納され一端側にサーボ作用室を他端側に。 サーボ圧力室を画成するサーボピストント、サーボピス
   トンと連動するように第２ンリンダ孔に摺動自在に収納
   されポンプ作業室を画成するポンプピストンと、ポンプ
   作業室内の燃千に応動して開弁し燃料を噴射する噴射ノ
   ズルと、を備え、前記サーボ作用室に連通ずる第１リタ
   ーン通路と前記アウトポートに連通する第２リターン通
   路とが電磁弁を介して連通し、前記サーボ圧力室がイン
   ポートに連通ずるとともにバイロフト弁を介して第１リ
   ターン通路に連通し、また、前記ポンプ作業室がチェッ
   ク弁を介してインポートに連通ずるとともに前記噴射ノ
   ズルに連通した燃料噴射装置であって、前記パイロット
   弁が前記第１リターン通路の燃圧に応じて開弁じ、該第
   １リターン通路の燃圧を電磁弁を開閉して制御すること
   によりサーボ圧力室のｆ田を制御して、噴射ノズルに印
   加されるポンプ作業室の燃圧を制御するよう番てしたこ
   とを特徴とする燃料噴射装置。