JPS5937265A - 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】 本発明は燃料噴射式内燃機関の噴射時期を任意に制御可
能な燃料噴射装置に関する。

燃料噴射式内燃機関例えばディーゼル機関における燃料
噴射装置としては、特開昭５４−５０７２６号公報或い
はＳＡＥペーパー７５０７７３に記載されたようなユニ
ットインジェクタと称されるものがある。

このものは通常の噴射装置のようにポンプと噴射弁とを
長い高圧パイプを介して連結する必要がないので、噴射
率を容易に高くすることができ、このため噴射時期のコ
ントロールを容易化して、排気エミッション、燃費その
他への影響を小さくできる利点がある。

即ち前掲ＳＡＥペーパーに開示されたものを第１図及び
第２図に示すと、機関の回転に同期して回転するカム１
とロッカーアーム２とをブツシュロッド３を介して連動
させ、従動スプリング４に抗して従動ロッド５をロッカ
ーアーム２で押し下げることによシ、ブツシュ６内でプ
ランジャ７を押し下げ、圧力室８内の燃料を加圧する機
構と、フィルタ９よシスピルデフレクタ１０の周辺を通
して上部ボート１１、燃料逃がし孔１２乃至下部ボート
１３を経てプレッシャチャンバに燃料を送シ込む機構と
、圧力室８で加圧された燃料を燃料通路１４を経て圧力
室１５に送シ込み、この圧力室１５の圧力上昇に伴って
スプリング１６に抗し、ニードルパルプ１７をリフトさ
せてノズルチップ１８に設けた噴口１９から燃料を噴射
する機構と、コントロールラック２０の変動に伴いギヤ
２１を回転させてプランジャＴを回転させる機構と、を
備えてなる。そして、計量溝２２の上縁２３及び下縁２
４の位置、形状によって噴射量と噴射開始及び終了の時
期を決めるよう、コントロールラック２０でギヤ２１を
介しプランジャＴを回転させるようにしている。

従って、かかる燃料噴射装置では、噴射量に応答してプ
ランジャ回動位置が特定され、これによって噴射時期が
固定されてしまうものである。しかも、このものによる
と最適噴射時期をすべての機関運転条件において選択し
、もって排気性能及び燃費の向上を図ることができない
という不都合があシ、かつ装置そのものに高精度の機械
加工が要求されるものであった。

本発明は上記不都合に鑑み、ユニットインジェクタなる
噴射装置の噴射量及び噴射時期を任意に制御して、上記
従来装置の不都合を解消することを目的とする。

そのために本発明では、機関回転に同期して往復動する
プランジャによシ、容積変化する主圧力室と副圧力室の
２つを設け、該主圧力室をチェックパルプを介して吸入
通路に接続すると共に、燃料噴射通路に接続し、更に該
主圧力室を低圧燃料源にリリーフする逃し通路にスプー
ル弁を介装して、該スプール弁の軸方向所定位置で前記
逃し通路を開通するように構成し、該スプール弁を前記
副圧力室内の圧力によって位置制御する。即ち、前記主
圧力室と副圧力室との燃料圧力を受圧し、該副圧力室の
圧力が主圧力室の圧力に対して所定差圧以上になったと
きに副圧力室を低圧燃料源に開放する制御弁と、前記主
圧力室と低圧燃料源との連通を開閉する計量弁と、機関
運転状態検出装置からの検出信号を入力して前記計量弁
の開閉作動を制御する制御装置と、を設けて、スプール
弁の位置制御を行い、もって主圧力室の低圧源へのＩＪ
　ＩＪ−フ時期を制御して、燃料噴射時期及び燃料噴射
量を任意に制御することを可能とする。

以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図〜第７図に示すユニットインジェクタ３１の第１
プランジヤ３２は機関のクランク軸に同期して回転する
カム機構によって、先の従来装置の例と同様に或いは該
カム機構によって直接、シリンダ部３３内を押し下げら
れ、又従動スプリング３４の弾性力によって上動される
。該第１プランジヤ３２の下端はユニットインジェクタ
のバレル部３７内に摺動自由に嵌挿された第２プランジ
ヤ３５の上端が、爪３６を介して連結され、第１プラン
ジヤ３２と第２プランジヤ３５とが一体に往復動するよ
うに構成されている。そして第１プランジヤ３２の下端
外径は第２プランジヤ３５の外径よυも犬となっていて
、第１プランジヤ３２の往復動に従って副圧力室３９の
容積変化がなされると共に、第２プランジヤ３５の下方
に形成された主圧力室４０を第２プランジヤ３５の往復
動によって、その容積変化を行うようにガっている。

そして主圧力室４０には燃料タンク４２から予圧ポンプ
４３によって予圧された燃料（低圧燃料源）が吸入通路
４４を通υ、チェックパルプ４５を介して導入される一
方、副圧力室３９には同じく予圧ポンプ４３から通路４
６を介して燃料が導入される。

主圧力室４０は、噴射通路４７を通じ、ノズルチップ部
４８の噴口４９に連通しておシ、該噴射通路４７を開閉
するニードルバルブ５０は噴射通路４７に設けた圧力室
５１内の燃料圧を受圧し、該燃料圧が所定値以上に上昇
したときにニードルスプリング５２に抗してリフトする
ことにょシ噴射通路４７を開通し、燃料を図示しない機
関の燃焼室に噴射供給するようになっている。

圧力室５１からニードルパルプ５ｏの周囲を経て洩れる
燃料は、スプリング室５３、スピル通路５４を通じ、リ
ターン通路５５を介し燃料タンク４２内に還流されると
共に、前記副圧力室３９、主圧力室４０から夫々第１プ
ランジヤ３２及び第２プランジヤ３５の周囲を通って洩
れ出た燃料は、同じくスピル通路５４の途中に設けた第
１プランジャ３２外周の環状通路５６を介しリターン通
路５５に還流されるようになっている。

主圧力室４０の燃料圧力は、スプール弁６ｏを介し、逃
がし通路６１を通って予圧ポンプ４３（正圧燃料源）へ
ＩＪ　リークされる。即ちスプール弁６０はその外周に
環状溝６２を有し、スプール弁６０の軸方向θｆ定位置
で逃し通路６１を開通させる弁で、該スプール弁６０の
位置制御はその軸方向両端の受圧面に面する制御室６３
及び背圧室６４の圧力差によっていずれか一方向に移動
され、若しくは停止されることによってなされる。かか
る制御室６３、背圧室６４の圧力制御は副圧力室３９内
の燃料圧力と制御弁７０とによって行う。即ち、副圧力
室３９と制御室６３とを制御通路６５によって連通接続
し、該制御通路６５を通路４６を介して低圧燃料源に接
続し、該通路４６を制御弁１０によって開閉制御する。

制御弁７０は通路４７を閉鎖状態で副圧力室３９内の圧
力を受けるが、その受圧面積は開弁状態の受圧面積よシ
も小さく、その背面側に形成した制御圧力室γ１には制
御弁７０を閉弁方向に付勢するスプリング１２が介装さ
れている。該制御圧力室７１には主圧力室４０内の圧力
が通路７３を介して導入されており、該通路７３は計量
弁８０を介して低圧燃料源に接続される。壕だ前記背圧
室６４は常に予圧ポンプ４３から送られる低圧燃料が逃
し通路６１を開通す不燃料噴射時期に至るまでのスプー
ル弁６０の軸方向移動ストロークであって、スプール弁
６０の左端位置に依存する。該スプール弁６０の左端位
置は第１及び第２プランジャ３２，３５の吸入行程にお
いて、制御弁７０が閉弁して副圧力室３９内に制御室６
３の燃料が吸入され、スプール弁６０を図で左方位置に
移動させることによって制御され、その移動量は制御弁
７０の閉弁時期によって制御される。そして、該制御弁
７０の閉弁時期は、計量弁８０の開弁によって制御され
るものである。

かかる燃料噴射装置の作用を作動行程の順に説明する。

第３図は燃料噴射前の圧縮行程にある状態を示す。即ち
、このとき計量弁８０は開弁じている。

従って第１プランジヤ３２及び第２プランジヤ３５が押
し下げられて主圧力室４０内の燃料が押し出されても、
チェックパルプ４５は閉鎖されているが、計量弁８０が
開弁じて通路７３が低圧燃料源へ連通しているため、該
押し出された燃料は、通路Ｔ３を通って吸入通路４４側
ヘリリーフされる。

一方、副圧力室３９内の燃料は、制御弁７０を、リリー
フされた主圧力室４０内の圧力と、スプリング７２の弾
性力と、に抗して開弁じ、通路４６を介して吸入通路４
４内にリリーフされる。つまりこのことは主圧力室４０
内の燃料圧力が１賓射通路４７を介して圧力室５１に伝
達されても、その値が低圧であるためニードルパルプ５
０をニードルスプリング５２の弾性力に抗してリフトさ
せることはできない状態にあシ、かつ副圧力室３９内の
燃料は、第１プランジヤ３２が押し下げられてもその中
の燃料圧力が上昇せず、従って制御室６３に導入された
副圧力室３９内の圧力と背圧室６４に導入された主圧力
室４０内の燃料圧力とは等しくなり、スプール弁６０を
いずれの位置にも動かさない（但し、スプリング７２の
弾性力分だけ、制御弁７０を開弁する程度の副圧力室３
９内の圧力は、主圧力室４０内の圧力よシもわずかに高
く、このためスプール弁６０を図で右行させる傾向にあ
るが、スプール弁６０の摺動抵抗その他燃料オイルの粘
性抵抗のためスプール弁６０の右行は１１とんどない）
。

つまυ、第１及び第２プランジャ３２．３５が押し下げ
られても、燃料噴射のだめの有効ストロークとはなシ得
なしのである。

次に燃料噴射の開始をするためには、前記回転センサ９
１、負荷センサ９２、水温センサ９３等の機関運転条件
に応じた燃料噴射開始時期を制御回路９４が演算し、そ
の出力信号を電磁アクチュエータ９５に供給して計量弁
８０を閉弁する。このため、主圧力室４０内の燃料は通
路７３のすＩＪ−フが計量弁８０で閉鎖され、吸入通路
４４がチェックバルブ４゛５によって閉鎖されるため、
噴射通路４７を通じ圧力室５１内の燃料圧が上昇してニ
ードルスプリング５２の弾性力に抗し、ニードルパルプ
５０を開弁して噴口４９から図示しない燃焼室に燃料を
噴射供給する。

これと同時に計量弁８０の閉弁作動によシ、制御圧力室
７１内の燃料圧力が上昇して制御弁ＴＯを図で左行させ
、通路４６を閉弁する。かかる制御弁７０の閉弁状態で
は、副圧力室３９側の受圧面積が小さいため一旦閉弁さ
れた状態が確実に維持され得る。

制御弁７０の上記閉弁によって副圧力室３９内の燃料は
、制御通路６５を介して制御室６３内に導入され、背圧
室６４内の予圧ポンプ４３の吐出圧力との差圧によって
スプール弁６０を図で右行させる。

スプール弁６０が右行を続けて環状溝６２が逃し通路６
１を開通させると、主圧力室４０内の燃料は該逃し通路
６１を介して低圧側にＩＪ　ＩＪ−フされる。その結果
、圧力室５１内の燃料圧力が低下しニードルスプリング
５２の弾性力によってニードルパルプ５０を閉弁し、燃
料噴射を終了する。

従って燃料噴射期間はスプール弁６０の左端位置から右
行によって環状溝６２が逃し通路６１を開通するまでの
期間となる。

次に第１台及び第２プランジャ３２．３５がカムによる
リフト作動を終了し、従動スプリング３４の弾性付勢力
で上動を始めると、副圧力室３９及び主圧力室４０に燃
料が吸入される。このとき主圧力室４０にあっては、予
圧ポンプ４３の燃料吐出圧力との差圧によってチェック
パルプ４５が開いて燃料が吸入通路４４を介し導入され
る。また副圧力室３９にあっては、吸入燃料を制御通路
６５を介して制御室６３内の燃料に求めることができる
。従って、制御通路６５内の燃料圧に比べ、チェックパ
ルプ４５を開弁するに足る主圧力室４０内の燃料圧力が
低下し該圧力が制御圧力室１１に作用すると共に、制御
弁７０の閉弁時の受圧面積差によって、スプリング７２
０弾性力に抗し、制御弁ＴＯが図で右行し開弁される。

このため、副圧力室３９内には開通した通路４６を通じ
て予圧ポンプ４３からの低圧吐出燃料が導入される。

尚、吸入行程初期における制御弁７０の前記閉弁は実際
には制御弁ＴＯが開弁する瞬間的なものであるから、副
圧力室３９に制御室６３内の燃料が導入されてスプール
弁６０を左行するには至らないと考えてよい。かかる吸
入行程前期の状態を第６図に示す。

このような吸入行程前期の状態は、第１及び第２プラン
ジャ３２．３５が上動しても、スプール弁６０を左行さ
せるための有効ストロークとはならないことを示す。

次に吸入行程後期にあっては、計量弁８０を開弁する。

このため予圧ポンプ４３からの吐出燃料は、通路１３を
通って主圧力室４ｏ内に吸入されることができるから、
チェックパルプ４５はその前後の差圧がなくなシ閉弁す
る。その結果、制御弁７０の制御圧力室Ｔ１内の燃料圧
力が上昇して制御弁ＴＯを閉弁する。このためそれ以後
、主圧力室４０内には逃し通路６１或いは多少開弁する
チェックパルプ４５を介して、燃料が吸入される一方、
副圧力室３９内にあっては第１プランジヤ３２が上昇す
れば、その増大した副圧力室３９内にスプール弁６０の
制御室６３内の燃料が流入するようになシ、このためス
プール弁６ｏは左行する。そして、該スプール弁６ｏの
左行け、第１プランジヤ３２が上死点位置に来るまで継
続する。

つｔｂ、スプール弁６０の左端位置は、計量弁８゜を開
弁じた状態の位置からの、第１プランジヤ３２のスプー
ル弁６０を左行させる有効ストロークによって決定され
るのであシ、ひいてはスプール弁６０の左端位置はすで
に計量弁８０を開いた段階で決定されるのである。

かかる状態で再び第３図に示す第１及び第２プランジャ
３２．３５の下降行程に入シ、第４図に示すように計量
弁８０を閉鎖して通路７３を遮断すれば、その時から燃
料噴射が始まシ、スプール弁６０の右行に従って燃料噴
射がなされ、環状溝６２が逃し通路６１を開通した段階
で燃料噴射が終転ることになる。

上記から明らかなように、燃料噴射開始点は計量弁８０
の閉弁時であり、燃料噴射終了時点は環状溝６２が逃し
通路６１を連通ずる時点であシ、燃料噴射量即ち燃料噴
射期間はスプール弁６０の右行ストローク（クランク角
度）となる。そしてその右行ストロークは、吸入行程に
おける計量弁８０の開弁時期によって決定される。

従って機関運転条件に応じて制御回路９４が電磁アクチ
ュエータ９５を作動して計量弁８ｏの開閉弁時期を制御
することによシ、本装置の燃料噴射開始及び終了時期並
びに燃料鳴射量を任意に制御可能となるのである。

上記装置におけるプランジャリフト計量弁の開閉作動、
スプール弁作動、制御弁作動、圧力室内圧力変動を第８
図にタイムチャートとして示す。

尚制御弁７０が開閉する副圧力室３９に接続した通路４
６は予圧ポンプ４３を介さすに燃料タンク４２に接続し
てもよく、また制御弁７ｏの制御圧力室７１に主圧力室
４ｏ内の燃料圧力を導く通路７３を、計量弁８０を介し
てリリーフする通路も予圧ポンプ４３を介さずに直接燃
料タンク４２内へ導いてもよい。更に主圧力室４ｏ内の
燃料圧力を制御弁７００制御圧力室７１に導く通路は、
本実施例の場合、スプール弁６ｏの環状溝６２を介して
構成したが、必ずしもスプール弁６ｏを経由しなくても
よいことはいう壕でもない。

以上述べたように、本発明によれば、機関運転状態に応
じて計量弁の開閉時期をコントロールするだけで、燃料
噴射量及び燃料噴射時期を夫々独立して任意に制御でき
るため、機関の運転状態がいかに変化しようとも常に最
適な燃料噴射率を得ることができ、排気の清浄化並びに
燃費向上をよシ一層間ることができるものである。

また本発明によれば、ニードルパルプ、第１及び第２プ
ランジヤ、主圧力室、副圧力室を同一線上に配設し、そ
の制御系統即ち制御弁、スプール弁、計量弁、等をこれ
とは別に構成することができるだめ、噴射弁の全高を低
くでき、従ってエンジンの高さを低下させて車両のボン
ネットを低くし、視界を良好にすることが可能となる。

更に、計量弁はその開閉する通路が低圧のときに作動す
ればよく、従って小型の比較的低出力の電磁アクチュエ
ータによって作動が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料噴射装置を示す断面図、第２図は同
上の一部拡大断面図、第３図は本発明の燃料噴射装置の
一実施例を示す縦断面図で、図は燃料噴射前のプランジ
ャ下降行程を示す、第４図〜第７図は同上実施例の作動
状態を示す・図・で、第４図は燃料噴射状態を示し、第
５図は燃料噴射終了状態、第６図は燃料吸入行程前期、
第７図は燃料吸入行程後期の状態を夫々示す、第８図は
同上実施例の各構成部分の作動タイミングを示すタイム
チャートである。 ３１・・・ユニットインジェクタ　　３２・・・第１プ
ラ／ジヤ　　３５・・・第２プランジヤ　　３９・・・
副圧力室　　４０・・・主圧力室　　４２・・・燃料タ
ンク４３・・・予圧ポンプ　　４４・・・吸入通路　　
４５・・・チェックパルプ　　４６・・・通路　　４７
・・・噴射通路　　４９・・・噴０　　５０・・・ニー
ドルパルプ５１・・・圧力室　　５２・・・ニードルス
プリング６０・・・スプール弁　　６１・・・逃し通路
　　６２・・・環状溝　　６３・・・制御室　　６４・
・・背圧室７０・・・制御弁　　７１・・・制御圧力室
　　Ｔ３・・・通路　　８０・・・計量弁　　９１・・
・回転センサ９２・・・負圧センサ　　９３・・・水温
センサ　　９４・・・制御回路　　９５・・・電磁アク
チュエータ特　許　出　願　人　日産自動車株式会社第
１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 噴射通路内の所定値以上の燃料圧力を受けて該噴射通路
   を開弁する弁体と、 機関回転に同期して往復動するプランジャと、該プラン
   ジャの往復動に従って容積変化しかつ前記弁体下流の噴
   射通路に接続する主圧力室と、該主圧力室に接続する吸
   入通路に介装したチェックパルプと、 前記主圧力室を低圧燃料源にＩＪ　ＩＪ−フする燃料逃
   し通路を軸方向所定位置で開通するスプール弁と、 前記プランジャの往復動に従って容積変化しかつ前記ス
   プール弁の軸方向−側受圧面に接続する副圧力室と、 前記主圧力室と副圧力室との燃料圧力を受圧し、副圧力
   室の圧力が主圧力室の圧力に対して所定差圧以上になっ
   た時に副圧力室を低圧燃料源に開放する制御弁と、 前記主圧力室と低圧燃料源との連通を開閉する計量弁と
   、 機関運転状態検出装置からの検出信号を入力して前記計
   量弁の開閉作動を制御する制御装置と、を設けたことを
   特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。