JPS59183037A - 内燃機関の形状記憶合金式燃料噴射制御装置 - 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】 本発明は内燃機関、主としてディーゼル機関の燃料噴射
制御装置に関する。

一般に機関の燃料噴射量を増加させることＫよシ、機関
の始動性を向上させることはできるが、それによシ通常
運転時における黒煙排出量も増加してしまうので、噴射
量は始動時と通常運転時の必要噴射量の兼ね合すにより
決定されているのが通例である。しかし最近の市場では
、低温時の始動性が要求される一方、黒煙排出量につい
ても厳しい規制が要求されていスー 上記２つの要求に応えるために、エンジン始動時の燃料
噴射量を通常運転時の燃料噴射量よシも増加させるよう
にした装置としては、例えば実公昭５　ｇ−８８１４号
のような装置が開発されている。

ところがその装置では、ストッパ一部材（制限ピン）と
直角方向に移動するストッパー装置（規制部材）によシ
、ストッパ一部材の移動を規制する装置であるので、規
制解除時の抵抗が大きく、作動の円滑性に問題がある。

又別の構成例として、電磁石により強力なスプリングに
抗して直接ストッパ一部材を後退させる構造も示されて
いるが、電磁石として強力なものが必要になり、コスト
高を避けることができない。

又燃料の噴射量を増加させず別の手段（例えば噴射時期
進角タイマー、給気加熱用ザーモスタータ、グロープラ
グ）を利用している例もあるが、機構が複雑となりコス
ト高にならざるを得ない。

一方「始動時のみ引いて下さい」との注意書と共に手動
で噴射量を増加させ得る始動ピンを設けた構成も知らり
、ているが、この場合は最大出方時にも増量が可能とな
り黒煙等について保証上問題がある。

本発明は上記問題点に鑑み、形状記憶合金を用いて低温
時にのみ燃料噴射量が自動的に増加されるようにするこ
とによって、低温時の燃焼が良好でしかも構成が簡単で
あり、かつ作動の確実な燃料噴射制御装置を提供するこ
とを目的としている。

本発明は形状記憶合金を用い、この合金が低温時のマル
テンサイト構造から高温時の母相構造への変化時に成形
工程で記憶させた形状に戻ろうとする力を利用するもの
である。形状記憶合金とけ、温度変化により固体状態で
相変態を起こし結晶構造が変化するもので、変態点とよ
けれる温度を境にして、これよ、り高温側で母相手ｊ４
造に変化１２、低温側でマルテンサイト構造に変化する
ものである。

例えば高温側から次第に冷却してゆくと、母相構造から
マルテンサイト構造への変態（マルテンサイト変態）が
起こり、低い応力で変形が可能となる。逆に低温側から
加熱してゆくと、マルテンサイト構造から母相構造に変
態して成形工程で記憶された形状に戻り（逆変態）、高
温状態での変形に要する応力は高い。現在、形状記憶合
金としてチタン・ニッケル、銅・亜鉛（真ちゅう）、銀
・カドミウム、ニッケル・アルミニウム、銅・スズ（宵
＠）等の多くの合金が見いだされている。

次に図面に基づいて本発明を説明する。第１図は本発明
による燃料噴射制御装置の縦断側面図である。燃料噴射
ポンプ１にはポンプ側壁１ａより直角方向に突出する燃
料増減用ラックピン２が摺動自在忙嵌合しており、ラッ
クビン２が矢印Ａ方向に摺動すれはポンプ１の燃料吐出
量が減少し、逆Ａ方向に摺動すれば増加すると共に、ビ
ン２は常時通入方向に弾性的に付勢されるようになって
いる（機構の説明は省く）。又ビン２の表面にはピン２
の摺動位置が正確に読み取れるように目４Ｄ８が印され
ている。ビン２の嵌合する孔４の外側（第１図の右側）
端部には雌ねじ５が形成され、雌ねじ５にはピン２に嵌
合する円筒形の雄ねじ部材６が螺合している。雄ねじ部
材６の外側半部はポンプ側壁１ａよシ外方に突出してお
シ、その突出部分にはピン２を間隔を隔てて覆う円筒形
の穴７を有するキャップ８が螺合し、この螺合によって
キャップ８のポンプ側端部がポンプ側壁１ａに環状のオ
イルシール９を介して圧接している。キャップ８のポン
プ１より最も離れた先端部（第１図の右端部）Ｋは、ビ
ン２と同心の孔１０が形成され、孔ｌＯに形成された雌
ねじには噴射量制限ポル）１１が螺合している。ポル）
１１はねじ込みによってピン２の逆Ａ方向の移動を制限
調整できるようになっており、ボルト１１のうちキャッ
プ８より突出する部分には止めナツト１２が螺合してボ
ルト１１を固定すると同時に、ナラ）１２するボルト１
８との間には、それぞれに形成された孔に通されたつづ
り線１４が架設され、線１４は封印用船１５で封印され
ている。

穴７はピン２と同心に形成されており、孔７内のピン２
とポル）１１との間には、円板状のばね受座１６．１７
を介して形状記憶合金製コイルスプリング１８が収納さ
れている。ここでスプリング１８には、母相構造時（高
温時）Ｋ伸長して、ビン２を燃料減少方向（Ａ方向）Ｋ
摺動させるように形状が記憶されている。このため、マ
ルテンサイト構造時（低温時）Ｋはビン２の逆Ａ方向の
付勢力によって圧縮状態にあるスプリング１８は、変態
点を越えて加熱された時には記憶している母相構造の姿
勢、即ちスプリング１８が伸長した状態になろうとし、
その結果ビン２を入方向に摺動させるようＫなっている
。文人７の中間部分に嵌合固定されるワッシャ１９は、
スプリング１８が伸長したときに受座１６が当接するこ
とＫよ勺、スプリング１８の伸長を制限するようＫなっ
ている。即ちワツｆシャ１９けＣ形止め輪のようなもの
で、キャップ８内に組み付けられており、スプリング１
８や受座１６が不必要な動き（特にピン２が入方向へ移
動している時に入方向へ大きく移動するようなこと）を
するのを防止している。

次に作動を説明する。内燃機関の作動状態に伴う温度変
化はポンプ１及びキャップ８を介してスプリング１８に
伝導され、或はラックを伝わる潤滑油によって伝導され
る。ここで受熱した不プリング１８の温度が変態点を越
えた場合には第１図に示すようにスプリング１８が伸長
状態となってビン２を入方向に押して燃料供給量は減少
し、逆に変態点以下の場合はビン２がスプリング１８を
圧縮することにより通人方向に摺動して燃料供給量は増
大する。

第２図はディーゼル機関の作動時間に対する、燃焼温度
Ｔｂ、形状記憶合金製スプリング１８の温度ＴＥｔ及び
燃料供給量Ｖｆの関係を示すグラフである。作動開始時
（低温時）には燃焼温度Ｔｂ。

スプリング１８の温度Ｔｓは共に低く、温度ＴＳは変態
点Ｔｍｓよシ低いため、スプリング１８はマルテンサイ
ト構造をとっている。従ってこの状たりではスプリング
１８は殆んど弾力を有さないことから、ビン２によって
スプリング１８は圧縮され、ビン２は通人方向に摺動し
た状態、即ち燃料増量状態ｖｈとなっている。機関がア
イドリンク状態のまま作動時間が経過し、燃焼温度ＴＩ
）がＴｂｉとなれば、それに連れてポンプ１及びキャッ
プ８を介して熱がスプリング１８に伝導され、スプリン
グ１８の温度ＴＳも一定温度ＴＳｉとなる。この時の温
度ＴＳｉはスプリング１８の変態点Ｔｍｓ以下であシ、
スプリング１８は変態せず、燃料供給量ＶｆＦｉ増量状
態’ｖｈのまま変化しない。

次に機関をアイドリンク状態から定格状態に変化させる
と、燃焼温度Ｔｂ＃−を急速に上昇し、それに連れてス
プリング温度ＴＳも上昇する。そして温度Ｉｐ３が変態
点’ｘ’ｍｓを越えたとき、スプリング１８がマルテン
サイト構造から母相構造に変態し、記憶していた姿勢に
成ろうとすることによって、受座１６がワッシャ１９に
尚接する迄伸長し、スプリング１８がビン２を入方向に
摺動させる。その結果ポンプｌの燃料供給量Ｖｆは減量
状態Ｖｌとなり、定格状態での最適の燃料供給量Ｖｆが
得られる。

機関を定格状態で作動させた後、再びアイドリンク状態
に戻すと、燃焼温度Ｔｌ）は温度Ｔｂ８．１：　Ｄ温度
Ｔｂｉへと低下し、それに連れてスプリング温度Ｔｅも
温度ＴＳＳよシ温度ＴＳ１へと低下する。このときスプ
リング温度ＴＳが変態点Ｔｎ１８以下になれば、スズリ
ンク１８−゛母相構造からマルテンサイト構造に変態１
、スプリング１８の弾力が失せて、再びビン２によって
スプリング１８が圧縮され、燃料供給量Ｖ４’は増量状
態ｖｈになる。

機関の作動状態の変化に伴い、以上説明し７た動作が繰
、り返される。

ここで例えばスプリング１８の変態点ＴｍＳを温度Ｔｓ
ｊ−よりも低く設定しておけば、機関がアイドリンク状
態にあるときでも燃料供給量Ｖｆは減量状態■孟となる
ため、機関の起動時のみ供給量Ｖｆが増量状態ｖｈにあ
るようにすることもできる。

以上説明したように本発明によると、燃料ポンプ１の燃
料増減用ラックビン２に形状記憶合金製部材（例えばス
プリング１８）を係合させ、形状記憶合金製部材の記憶
形状を低温時に燃料が増量されるように定めたので、低
温時の燃焼が良好でしかも構成が簡単であり、かつ作動
の確実な燃料噴射制御装置を得ることができる。

第３−は別の実施例を示す縦断側面図である。

第８図において、キャップ８の円筒部上端には穴７内の
スプリング１８の配置される部分に開口する上下方向の
孔２０が穿設され、孔２０には細い通路を有する細径ジ
ヨイントパイプ２１が嵌合固定されており、キャップ８
よシ上方に突出したパし、締結用バンド２Ｂにより固定
されている。一方キャップ８の円筒部下端には穴７内の
スプリング１８の配置される部分に開口する上下方向の
孔２４が穿設され、孔２４にはパイプ２１より太め通路
を有する太径ジョイ／ドパイブ２５が嵌合固定されてお
り、キャップ８より下方に突出したパイプ２５の部分に
はオイルパン等に潤滑油を送るだめの潤滑油管２６の端
部が嵌合し、締結用バンド２３により固定されている。

第８図の場合は、機関の温度変化が潤滑油を通じて速や
かにスプリング１８に伝達されるため、応答が速くなる
利点がある。なおパイプ２Ｉの通路が細く形成されてい
ることから、ここで潤滑油の流れが絞られ、好適な流量
が得られる。

第４図は更に別の実施例を示す縦断側面図であり、カバ
ヲ機構を有する機関に採用した場合である。内燃機関２
７の側面に固着されたガバナケース２８内に突出する回
転軸２９（例えは燃料噴射ポンプのカム軸）Ｋはガバナ
ウェイト機構３０が取り付けられると共に、移動自在に
ガバナスリーブ３１が嵌合している。ガバナスリーブ３
１にはスリーブ３１を矢印Ｂ方向に付勢するガバナスプ
リング３２の一端が圧接しており、スプリング３２の他
端はばね受座３３に圧接している。受座３３はガバナケ
ース蓋８４に固定された筒状ケース３５に摺動自在に嵌
合し、受座８８の逆Ｂ方向の摺動は調整ボルト３６によ
って制限されている。受座３３に固定のビン３７には、
支ｆｆｔｂ　８　Ｂを中心に回動する回転速度コントロ
ールレバー３９の下端部が当接し、スプリング３２の圧
縮程度が任意に変更できるようになっている。又ガバナ
スリーブ３１には半径方向の支軸４０を介して第２レバ
ー４９の下端部が回動自在蹟連結されており、支軸４゜
と平行な支軸４２を中心に回動するレバー４１の上端部
にはレバー４１の矢印Ｃ方向の回動を制限する噴射制限
ボルト４３の先端が当接している。

ボルト４８はガバナケース蓋３４に螺合する噴射制限ガ
イド４４に螺合し、止めナツト４５によって固定されて
いる。更にレバー４１の上部ＫｉｔＪ：軸４０と平行な
ビン４６を介して回転軸２９と略平行なコネクティング
パ−４７の一端が回動自在に支持され、バー４７の他端
は支軸４８を中心に回動する第２レバー４９の下端部に
ビン４６と平行なビン５０を介して回動自在に連結され
ている。

一方回転軸２９の上方に配置された燃料噴射ポンプ５１
の燃料増減用ラックビン５２にはリンク部材５３が当接
しており、リンク部材５８とレバー４９の上端部との間
にはラックビン５２と平行に配置された形状記憶合金製
コイルスプリング５４が架設されている。又支軸４８に
は回動付勢レバー５５が支持されており、レバー５５の
上端部とガバナケース２８間にはスプリング５６が張設
されると共に、レバー５５が支軸４８近傍で第２レバー
４９に係合することによって、第２レバー４９を常時矢
印り方向に付勢している。々お５７はコントロールレバ
ー８９の回動を制限する調整ボルト、５８はつづり線、
５９１ｄ封印用鉛である。

ここでスプリング５４には、母相構造時（高温時）に伸
長して、ビン５２を燃料増方向（矢印Ｅ方向）に摺動さ
せるようにリンク部材５３をＦ方向に移動させるように
形状が記憶されている。このため、マルテンサイト構造
時（低温時）にはレバー４９と部材５３との間で圧縮状
態にあるスプリング５４は、変態点を越えて加熱された
時には記憶している母相構造の姿勢、即ちスプリング５
４が伸長した状態になろうとし、その結果部材５３を介
してビン５２をＥ方向に摺動させるようになっている。

この場合も第１図の実施例と同様に作動して低温時に燃
料噴射量を増加させ、高温時に減少させる。なおスプリ
ング５４は主として潤滑油の温度変化を受けて変態する
。

第５図は第４図に類似する更に別の実施例である。第５
図ではコネクテイングバ−４７を２分割して、その間に
形状記憶合金製コイルスプリング６０が架設されており
、第４図のスプリング５４に相当する箇所は単にコネク
ティングバ−６１で連結されている。この場合はスプリ
ング６０にけ母相構造時に短縮して、第２レバー４９を
Ｄ方向に回動させ、リンク部月５８を介１〜てラックビ
ン５２を燃料増方向（Ｅ方向）に摺動させるように形状
が記憶されていることから、第４図と同様に作動して低
温時には噴射燃料を増加させる。

なお上記各実施例では形状記憶合金製部材の形状として
コイル状のものを採用したが、これに限られることはな
く、例えば板ばね状のもの等を適始動性能を向上させる
上での効果が大きい。しかも本発明は良好な低温始動性
能を必要とし、かつ最大燃料噴射量の制限が必要とされ
る全ての内燃機関に採用可能である。上記各実施例は、
内燃機関の構造、用途、形状記憶合金の特性によ一す、
適宜使い分けて採用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による燃料噴射制御装置の縦断側面図、
第２図は内燃機関の作動時間に対する形状記憶合金製ス
プリングの温度等の関係を示すグラフ、第８図、第４図
、第５図はそれぞれ別の実施例を示す縦断側面図である
。■、５１・・・燃料ポンプ、２．５２・・・ラックビ
ン、１８．５４．６０・・・コイルスプリング（形状記
憶合金製部材の例）崎　問 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の燃料ポンプの燃料増減用ラックピンに形状記
   憶合金製部材を係合させ、形状記憶合金製部材の記憶形
   状を低温時妊燃料が増荒されるように定めたことを特徴
   とする内燃機関の形状記憶合金式燃料噴射制御装置。