JPS59155568A - 内燃機関の燃料噴射装置 - 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の燃ｆ２ＩＩＩＪ！１射装置、詳し
くはテイーゼルエンジンに使用されるユニットインジェ
クタの改良に関する。

従来のユニットインジェクタとしては、例えば第Ｊ図、
第２図に示すよったもの（ＳＡＥｐａｐｅｒ　７５０７
７３号参照）がある。このユニットインジェクタ（１）
は、エンジンの回転に同期して回転するカムシャフト（
２）により、ブツシュロット（３］　、　６　ツカアー
ム（４）を介してプランジャ（５）を上下動させること
によって圧力室（６）内の燃料圧力を高め、この高圧燃
料をノズル（７）のニードル室（８）に導き、ニードル
バルブ（９）をバルブスプリングθ０）（Ｃ対抗して持
ち上げる結果、スプレィチップ（Ｉｌｌの噴孔よＰ）燃
料を噴射するものである。

この馬合、噴射量の制御はコントロールラック（１２）
によって（コントロールランク（１２）はガバナに連動
する）プランジャ（５）を回転させる。その結果、プラ
ンジャ（５）の下降時において、スパイラル状の溝であ
るメータリングリセス（１４）の上部がブッシング（１
３）のアッパボート（１５１ど、メータリングリセス（
Ｅｌの下部がロアポートｆ１６）と、がそれぞれ連通ず
る時期を変える（第２図（ｌて示す有効ストローク（ｈ
ｅ）の変更）ことにより、圧力室（６）内での圧縮開始
及び終了時期を変えて噴射量の制御を行っていた。

しかしながら、このような従来のユニットインジェクタ
（１）にあっては、コントロールラック（１２）により
プランジャ（５）を回転して１ザイクルあたりの噴射量
を決めると、同時に、噴射時期も規定される、すなわち
、プランジャ（５）のメータリングリセス（１４１の形
状により噴射量および噴射時期が共に決定される構成で
あったため、この噴射量と噴射時期とを互いに独立して
変更できないという問題点があった。すなわち、特定の
運転条件下において、例えば排気中のＮＯｘ等を低減す
るため、エンジンの回転や負荷により適宜噴射時期を遅
らせたい場合、あるいは、エンジンの温度ｆ応じて噴射
量を任意に変更したい場合等においても、噴射量と噴射
時期とを互いに独立して（それぞれ自由に）変更するこ
とができずに、エンジンの運転状態に応じて最適の噴射
量および噴射時期を得ろことができないという問題点を
有していた。

また、同一噴射量において噴射率を制御することかでき
ないため、テイーゼルエンジン特有の大きな振動、騒音
の低減および有害排気成分（ＮＯｘ）の低減を図ること
ができないという問題点が生じていた。

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、噴射時期と噴射量とを簡単にかつ高精度に制御
可能とするとともに、機関の運転状況に応じて噴射率を
も制御可能とした内燃機関の燃料噴射装置を提供するこ
とを目的としている。

この発明の構成について説明すると、往復動自在にシリ
ンダ内に設けられて該シリンダ内に燃料供給源からの燃
料が流入する圧力室を画成し、クランク軸に連動するカ
ムにより駆動されて該圧力室内燃料を加圧するプランジ
ャと、該加圧燃料が所定圧力以上の時燃石を噴射するノ
ズルと、前記燃料供玲源と圧力室とを接続する燃料通路
に介装された開閉弁と、該開閉弁下流の燃料通路に設け
られて該燃料通路的燃料の圧力を制御する燃圧制御手段
と、を備えているものである。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３〜５図はこの発明の一実施例を示している。

まず、構成を説明する。第３，４図において、（２１１
はユニットインジェクタを示し、このユニットインジェ
クタ（２１）は内燃機関の本体（ンリンターヘノド）に
装着されて燃焼室に燃料を噴射するものである。すなわ
ち、第４図に示すように内燃機関の各気筒（図示は４気
筒の例）にユニットインジェクタ（２Ｉ）は、燃料ボ／
プ（２２）がらの加圧燃料（例えば２００　Ｋｑ／ｃ〃
ｆ　）をプランジャ（２３）によってさらに加圧して噴
射ノズル（２４）から該加圧燃料を各気筒毎に噴射する
ものである。また、各ユニットインジェクタ（２１）は
機関により駆動されるものである。

第３図において、（２５）はユニットインジェクタ（２
Ｌｌの本体であるハウジングであり、このハウジング（
２５）はシリンダ孔（２■の形成されたシリンダ（２７
１を有している。このシリンダ（２７）の先端側（図中
下端側）には噴射ノズル（２４）が配設、固定されてい
る。シリンダ孔（２Ｇ）にはプランジャ（２３）が往復
動（図中上下動）自在に収納されており、このプランジ
ャ（２３）の一端（上端）はシリンダ（２力より突出し
ている。シリンダ孔（２６）の下端側はスペーサ（２８
）により閉止されており、したがって、このシリンダ孔
（２６）の下端側には前記プランジャ（２３）の下端面
により圧力室（３０）が画成されている。プランジャ（
２３）は上下方向に２分割されており、上部大径部（２
３ａ）のシリンダ孔（２６）より突出した上端にはリテ
ーナ（３υが固着されている。リテーナ（３１）とシリ
ンダ（２７）の上端面との間には該プランジャ（２３）
を常時上方に伺勢するスプリング（３２）が介装されて
おり、このスプリング（３２１Ｋよってプランジャ（２
３）の上端部は例えばカム（図示していない）に当接し
ている。カムは機関のクランク軸に同期して駆動回転さ
れろものであり、その結果、プランジャ（２３）は図中
上下動して圧力室（３０）を拡縮することになる。なお
、プランジャ（２３）の下部小径部（２３１））の上端
フランジ（３３）は大径部（２３ａ）の下端係合溝（３
４）に嵌合、固着しており、また、この大径部（２３ａ
）の下端面はシリンダ孔（２Ｇ）の段差面に対向してい
る。

噴射ノズル（２４）は、前記シリンダ（２７）にホルダ
（３Ｇ）によって固着されたノズルボディ（３７１と、
該ノズルボディ（３７１内に往復動自在に収納されたニ
ードルバルブ（３８）と、該ニードルバルブ（３８）を
図中下方に付勢するスプリング（３９）と、を有してい
る。

詳しくは、前記スペーサ（２８）の下端側に円筒状部材
＋４０１を介装してスプリング室（４１）を形成し、と
の円筒状部材（４０１とノズルボディ（３７）との間に
はニードルバルブ（３８）の後端（上端）が貫通するス
トソバ（４２）が介装されている。（４３１弘該バルブ
（３８）の後端に係合するリテーナである。ニードルバ
ルブ（３８）は、ノズルボディ（３７）のガイド孔に摺
動自在に支持されたガイド部（３８ａ）と、該ガイド孔
の下端側に形成された燃料溜室（心に位置する傾斜面よ
りなるプレッシャステージ（３８ｂ）と、ノズルボディ
（３７）の先端に形成された噴口（４Ｇ）を開閉するテ
ーパ状のシート部（３８ｃ）と、を有している。一方、
前記上方室（３０）とこの燃料溜室（４５）とは高圧通
路（４７）により接続されており、また、スプリング室
（４１１は前記ハウジング（２５）に形成されたリター
ン通路（４８）に接続されている。

（５０）はハウジング（２５）に固着された電磁制御弁
であり、この制御弁（５０）はハウジング（２５）の凹
部に嵌合されたノズル体（５１）を有している。ノズル
体（５１）を保持するコア（５２）はハウジング（２５
）に螺着されており、このコア（５２）にはルノイドコ
イル（５３）が巻回、保持されている。（５４）はテー
パ状先端部がノズル体（５１）の中空孔（５つ内に突出
した弁体であり、この弁体（５４）はノズル体（５Ｉ）
およびコア（５２）に摺動（上下動）自在に支持されて
その後端部（上端部）はコア（５２）より突出している
。弁体（５４）の上端部に固着されたアーマチュア（５
６）は前記ンレノイドコイル（５３）への通電時に吸引
され、その結果、弁体（５４）は下降して前記中空孔（
５５）の開口（５５ａ）を閉止する。（５７１は弁体（
５４）を上方に伺勢するスプリングであり、ノし・ノイ
ドコイル（５３）への非通電時弁体（５４）の上端部は
カバー（１’ｉ８）に当接している。カバー弥はコア（
５２）に螺着されている。また、ンレノイドコイル（５
３）は図外の制御回路に接続されている。

（６０）は・・ウジング（２５）に形成された第１通路
であり、この第１通路（６０）の一端は前記高圧通路（
４７ＶＣ１他端は中空孔（５勺の開口（５５ａ）にそれ
ぞれ接続されている。（６Ｉ）はノズル体（５１）に形
成された傾斜孔であり、この傾斜孔鉤〕の一端は中空孔
（５５１に接続され、他端はハウジングｆ２５１　Ｋ形
成された第２通路（６２）の一端に連通（〜ている。第
２通路（６２）の他端は燃料供給孔（６３）を介して、
第４図に示すように、配管（６＝１）により燃料ポンプ
（２２１（燃料供給源）に接続されている。燃料ポンプ
（２２）は燃料タンク（６５）からの燃才４を吸上げて
所定圧力（２００Ｋｌ；１／ｃ＋＋ｆ　）に加圧するも
ので、プレッシャレギュレータ０３Ｇ）によって当該圧
力に保持された加圧燃料はこれらの配管ｆ６４）　、第
２通路（６２１、傾斜孔ＣＩ）、中空孔（５５）　。

第１通路（６０）および高圧通路（４７）を介して上方
室ｒ３０１および燃料溜室（后に供給される（各通路は
全体として燃料供給路（７０）を構成するものである。

）シ。

たがって、電磁制御弁（５０）は前記燃料ポンプ（２２
）と上方室（３０）とを接続する燃料供給路（７０）に
介装された開閉弁として作用するものである。一方、前
配りターン通路（４８）は前記シリンダ孔（２Ｇ）の段
差部にプランジャ（２３）によって画成された環状溝（
７１）を介して、ノズル体（５１１の外周面に形成され
た環状溝（７２）に連通し、さらに、後述の低王室（７
３）を経由して逃げ孔（７４）より、第４図に示すよう
に、配管（７５）を介して燃料タンク（６（５）に連通
接続されている。

なお、前記ノズル体（５１１の環状溝（７２）は傾斜孔
（７６）を介して前記スプリング（５ηが収納された上
方室（７７）に連通している。、さらに、（７８ａ）（
７８ｂ）（７８ｃ）（７ｓａ）はいずれもノズル体（５
１）の外面に嵌着されたシール部材を示している。

ここで、前記第１通路（６０）と第２通路（６２）とは
オリフィス（８０）が配設された連通路（８１）により
連通しており、この連通路（８１）はニーｌ・ル弁’（
８２）により開閉されるようにな、されている。すなわ
ち、ニー　トル弁（８２）のテーパ状先端部（図中左端
部）は連通路（８１）の第２通路（Ｇ２）側聞（」を開
閉可能であり、ニードル弁（８力の後端部はハウジング
（２５）に形成されプラグ（８３）により閉成された一
ンリング内に摺動（図中左右動）自在に支持されている
。餉）はニードル弁（８つの後端部に固着されたピスト
ンであり、このピストン（８＝ｌ）によってンリンダ内
は図中左方に制御圧力室＠５）が、右方に前記低王室（
７３）がそれぞれ画成されている。低圧室（７３）には
スプリング（８Ｇ）が縮設されており、このスプリング
（８６）はニードル弁（８２）を閉弁方向（図中左方）
に當時付勢している。制御圧力室（８５）は制御油供給
孔（８７）より、第４図に示すように、配管（囮および
オリフィス（８９）を介して燃料ポンプ（２２１に接続
されており、また、このオリフィス（８９）と制御油供
給孔（８７）との間の通路（配管＋８８）　）は配管（
９０）および圧力制御弁（９１）を介してリターン通路
用配管（７５）に接続されている。圧力制御弁（９１）
は配Ｗｆ　（’１［］）中途に介装されており、前記通
路（配管（８ｇ）　）とリターン通路用配管（７５）と
を接続する油孔（９３）が形成されたノズルボディ（９
４）と、この油孔（９３）を開閉する図中上下動可能な
先細り状ニードル（９つと、該ニードル（９５）を同方
向に駆動するりニアモータ（９６）と、からなり、リニ
アモーフ（９６）の駆動制御は図外の制御回路により行
なわれる。これらの圧力制御弁（９υ、ニードル弁（８
２）　、オリフィス（８０）は全体として第１通路（６
０）ひいては圧力室（３０）および燃料溜室（４５１内
の燃料の圧力を制御する燃圧制御手段（ｌ［相］を構成
している。

次に作用について説明する。

プランジャ（２３）が非圧縮行程にあるとき（スプリン
グ（３２）に伺勢されてプランジャ（２３）がカムの基
田部に当接しているとき）、電磁制御弁（５０）も非通
電状態にあり中空孔（５５）の開口（５５ａ）は開いて
おり、燃料ポンプ（２２１からの加圧・燃料（２００Ｋ
ｇ　／　ｃ７ｒｆ　）は態別供給路（７０）を介して圧
力ｖｉ３ｆ））および燃料溜寥（４５）に供袷されてい
る。しかし、ニードルバルブ（３８）はスプリング゛（
３９）に付勢されて下限位置にあり噴口（４６）を閉じ
て、燃料噴射は行われていない。一方、圧力制御弁（９
１）においてはりニアモータ（９６）がニードル（９５
）を上昇させ、油孔（９３）を最大限に開いている。そ
の結果、制御圧力室（８５）には低圧が作用し、ニード
ル弁（８２）はスプリング（８（ｉ）に伺勢されて連通
路（８１）を閉じている。

次に、カムによってプランジャ（２３）が下降する圧縮
行程には、圧力室（３０）は狭められるが該圧力室（３
０）内燃料は電磁制御弁（５０）が開状態にあるため昇
圧せず未だ噴射は行なわれない。この圧縮行程中、所望
の時期（第５図中１＋）に（制御回路により制御される
）電磁制御弁（５０）のソレノイドコイル（５３）に通
電するとアーマチュア（５６）が吸引されて弁体（５４
）は下降し開口（５５ａ）を閉じる。この電磁制御弁（
５０）のリフｌ−量は第５図（ａ）に実線で示している
。この結果、第１通路（６０）の第２通路（６２）への
連通が遮断されて、また、このとき、ニードル弁（８２
）も連通路（８Ｉ）を閉じているため、圧力室（３０）
内燃料はプランジャ（２３）の下降によって圧縮されて
昇圧する。第５図（ｂ）は噴射圧力（圧力室（３０）内
の燃Ｅ）を実線で示している。このため、燃料溜室（４
つ内燃圧も上昇してニードルバルブ（３８）のプレッシ
ャステージ（３８ｂ）に作用し、ニードルバルブ（３８
）はスプリング（３９）に抗してリフトし、噴口（４Ｇ
）より燃焼室内へ高圧の燃料が噴射される（第５図中１
＋の時点）。この噴射燃料の噴射率は第５図（ｃ）に実
線で示している。この後、ｔ３の時点で電磁制御弁（５
０）のソレノイドコイル（５３）への通電を遮断すると
、弁体（５４）はスプリング（５７）により上昇して再
び開口（５５ａ）を開く。この結果、圧力室＋３０１　
、燃料溜室（４５）　、高子通路（４７）および第１通
路（６０）内の燃料の圧力は前記所定圧力（２００に９
　／　ｏ？ｉ　）まで急激に低下し、ニードルバルブ（
３８）が下降して噴口（４Ｇ）を閉止し噴射は終了する
（第５図中１．＋　）。

シタがって、プランジャ（２３］の圧縮行程において電
磁制御弁（５０）への通電時期を任意に変更することに
より燃料噴射時期を、通電時間（Ｌ、〜１＋）を適宜設
定することにより燃料噴射量を、それぞれ独立して正確
に制御できろことになる。

なお、この噴射時期及び噴射量は機関の運転状態に応じ
て制御回路により制御されている。

また、プランジャ（２３）が圧縮行程を終えるとカムの
リフト面に泪って上昇し、圧力室（３０）以下の高圧通
路（４７１及び燃料溜室ｆ４５］内は燃料ポンプ（２２
）からの所定圧力の燃料で充填され、以後前述と同様に
噴射行程が繰り返される。

ここで、」二連したように（第５図中実線で示すように
）噴射圧力が高く、噴射期間が短かく、噴射率の高い噴
射状態が、機関の運転状態によっては好ましくないこと
がある。すなわち、上記噴射では、機関のアイドル等低
負荷運転域で振動、騒音が増太し、かつ、ＮＯｘ等有害
排気成分が増加する場合がある。

そこで、この発明にあっては、燃圧制御手段（１００）
［より、第５図中破線、一点鎖線、二点鎖線で示すよう
に、噴射圧力を変更することにより、前述の実線で示す
場合と同一噴射時期１同一噴射量でも、噴射率を適宜選
定して機関に最適の噴射を行うようにしている。

この場合、圧力制御弁（９１）のりニアモータ（９６）
を制御回路により通電１駆動する。すなわち、リニアモ
ータ（９６）によりニードル（９５）が下降すると、油
孔（９３）を通ってリターン通路用配管（７５）に流出
する燃料量が該ニードル（９つによって狭められろ油孔
（９３）の開口面積に応じて制御される。この結果、制
御圧力室□□□内燃王燃圧−ドル（９５）の開度に応じ
て制御され、スプリング（８６）により図中左方に付勢
されているニードル弁（８２）は、この制御圧力室（８
５）内の燃圧によって図中右方に伺勢される。これによ
り、連通路（８１）内の燃圧が所定圧力以上になるとニ
ードル弁（８２）は図中右方に駆動され、連通路（８１
）を開くことになる。

この状態において、前述と同様にプランジャ（２３）の
圧縮行程において電磁制御弁（５０）に通電すると、圧
力室（３０）内の燃圧が上列する。ここで、圧力室（３
０）内の燃圧が（したがって、連通路（８１）内の燃圧
も）前記圧力制御弁（９１）により設定された圧力以上
になると、ニードル弁（８２）は図中右方に駆動されて
連通路（８Ｉ）を開き、第１．第２通路（６０）（６２
）は連通ずる。”この結果、プランジャ（２３）　＋□
でよる加圧燃料は一部がオリフィス（８０）を介して燃
料ポンプ（２２１仙１にもどされることになり、第５図
（ｂ）に破線、鎖線等で示すように、噴射圧力は実線に
比して低圧で推移する。すなわち、噴射期間が長くなり
、噴射率が低下した状態となる。なお、前述と同一噴射
量を確保するには、電磁制御弁（５０）のソレノイドコ
イル（５３）への通電時間を前述の場合よりも長くして
いる。また、ニードル弁（８２）の開弁圧はニードルバ
ルブ（３８）の開弁圧よりも大きく設定しており、ソレ
ノイドコイル（５３）への通電時期の変更は不必要であ
る。このように、この発明にあっては噴射率を適宜設定
できることになり、機関の運転状態に最適の噴射を行う
ことができる。

第６〜８図はこの発明の他の実施例を示すものである。

この実施例にあっては、前記実施例と同一部分には同一
符号を付しその説明は省略する。この実施例では、燃圧
制御手段（Ｉｔ）Ｇを構成する連通路（８１）は一端が
第１通路（ｌｉｏｌに、他端が斜孔（１０１）を介して
リターン通路（４８）にそれぞれ連通している。連通路
（８１）の他端間（コを開閉するニードル弁（８２）は
その後端部がシリンダ内に摺動自在に支持されたピスト
ン（１０２）に嵌合され、このピストン（１０２）はシ
リンダ内を一端側に低圧室（１０３）を、他端側に制御
圧力室（１，０４）をそれぞれ画成している。低王室（
１，０３）は前記リターン通路（４８）に接続され、ま
た、この室（１０３）内にはニードル弁（８２）を開弁
方向に（第６図中右方に）伺勢するスプリング（１０５
）が縮設されている。制御圧力室（１０４）はシリング
を閉止するプラグ（１，０６）に形成された制御油供給
孔（］、０７）より第７図に示す油路（１０８）を介し
て３方電磁制御弁（１，］、　Ｏ）の第１ポー’ｒ　（
］１０ａ）に接続されている。３方電磁制御弁（１１０
）は３ポ一ト２位置切換弁で構成され、第２ポー）　（
１］、Ｏｂ）は態別供給路（７０）に配管（１１１）に
より、第３ポート（１１０ｃ）はリターン通路（７５）
に配管（１１２）Ｋよりそれぞれ接続されている。また
、前記ニードル弁（８２）のシート部の径よりもピスト
ン（１０２）の径は１２倍程度であり、シート径を０．
７　ｍｍとするとピストン（１０２）径は１０ｍｍ程度
となる。

したがって、この実施例における作用は、ＡｉＪ述した
実施例のそれと大略同様となるが、以下の点で異なる。

すなわち、３方電磁制御弁（１１０）は通常は第７図に
示す第１位置にあり、第１．第２ポート（１］０ａ）（
１，１０ｂ）同士を接続して、制御圧力室（１０／Ｉ）
に所定圧力（２００Ｋ９／Ｃｎｆ）を作用させニードル
弁（８２）を閉弁させている。噴射田力、噴射率等は第
８図中実線で示す。噴射率を変更したい場合は３方電磁
制御弁（］、　１．０　）を第２位置に切換え、第１．
第３ポート（１１ｏａ）（ｕｏｃ）同士を接続すると、
連通路（８Ｉ）の燃圧およびスプリング（１０５）の旧
勢力によりニードル弁（８２）が開弁じ、第８図中破線
で示すように噴射圧力、噴射率は変化する。なお、この
場合、第８図（ａ）中破線で示すように３方電磁制御弁
（１，１０）の通電時間は長くしである。

以上説明してきたように、この発明によれば、エンジン
の運転状態に応じて最適の噴射量および噴射時期を得ろ
ことができ、さらに、同状態における最適の噴射率を得
ろことが“できろ。

その結果、振動、騒音の低減及びＮＯｘ排出量の低減を
も達成できるのである。

なお、前記実施例にあっては圧力制御弁（３方電磁制御
弁）を各気筒毎に設ける必要がないためコストダウンと
いうメリットも生じている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のユニットインジェクタを示す断面図、第
２図は第１図の要部断面図、第３図はこの発明に係る内
燃機関の燃料噴射装置の一実施例を示す要部断面図、第
４図は該装置の全体回路図、第５図は同装置の作用説明
のためのグラフ、第６図はこの発明の他の実施例を示す
要部断面図、第７図は同じく全体回路図、第８図は作用
説明のだめのグラフである。 （２２）・・・燃料ポンプ（燃料供給源）（２３）・・
プランジャ （？４）・噴射ノズル （２６）・・・シリンダ １３０）・・・圧力室 （５０）・・電磁制御弁（開閉弁） ｆ７ｏ）・・・態別通路 ０［相］・・燃圧制御手段 特Ｒ４出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　　有　我　軍　−部 第２図 Ｊ 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 往復動自在にシリンダ内に設けられて該シリンダ内に燃
   料供給源からの燃料が流入する圧力室を画成し、クラン
   ク軸に連動するカムにより駆動されて該圧力室内燃料を
   加圧するプランジャと、該加圧燃料が所定圧力以上の時
   燃料を噴射するノズルと、前記燃料供給源と圧力室とを
   接続する燃料通路に介装された開閉弁と、該開閉弁下流
   の燃料通路に設けられて該燃才・１通路内燃料の圧力を
   制御する燃圧制御手段と、を備えたことを特徴とする内
   燃機関の燃料噴射装置。