JPS5951156A - 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】 本発明は内燃機関の燃料噴射装置の改良に関する。

内燃機関の燃料噴射装置の従来例として、特開昭５４−
５０７２６号公報に開示されたような、燃料噴射ポンプ
と燃料噴射装置をユニット化した、いわゆるユニットイ
ンジェクタと称されるものがある。かかるユニットイン
ジェクタは燃料ポンプを一体に備えているものであるか
ら、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く、デッドスペース
が低減できるから、噴射遅れが小さくなり、時には進角
装置がなくともさほど問題とならない、という利点があ
る。また圧縮すべき容積も前記の如く高圧パイプを不必
要とするから小さくて足シ、高い噴射圧力を得ることが
できるので、燃料微粒化に優れると共に、噴射率を大き
く設定することも可能となる。寸だ同様の理由により、
噴射終了後の後だれの少ない、即ち燃料切れのよい噴射
が可能となシ、ひいてはキャビテーション等の問題発生
も減少するものである。その結果、燃料噴射時期の制御
が容易となシ、排気エミッション、燃費、スモーク特性
も向上でき、機関の高出力化を可能とする多大な利点を
有するものである。

かかるユニットインジェクタは具体的には第１図に示す
ように、機関の回転に同期して回転するカムシャフト等
によってプランジャ１が往復動し、これによって燃料を
高圧室２内に吸入してニードルバルブ３を介し、噴口４
に圧送する。高圧室２は低圧燃料側へ連通ずる通路５が
接続されていて、該通路５を削知弁６が開閉制御する。

該計量弁６は、機関運転状態に応じて励消磁されること
により、通路５の開閉を行うものであって、通路５を開
放した場合には高圧室２内の燃料圧力がＩＪ　ＩＪ−フ
され、ニードルバルブ３を閉弁する。即ち、計量弁６ｄ
、その開閉弁作用によって圧縮行程にある高圧室２内の
燃料圧力を制御し、燃料噴射時期ひいては燃料噴射量を
制御することができるものである。（Ｉｒ！ｆ開昭５４
−５０７２６号参照）しかしかかる従来のユニットイン
ジェクタにあっては、計１１１弁６′ｆ：弁座に着座さ
せるためには、極めて大きな力が必要となる。例えば噴
射圧力を１、００気圧程度とし、弁座開口面積を２胴と
すれば前記計量弁の着座には少くとも３０に９以上の電
磁力を付与しなければならない。とのためソレノイドコ
イルを極めて太きｋものに構成する必要があシ、特にこ
れを小型・高速内燃機関に適用する場合には、高速化、
小型化のために極めて不利とならざるを得す、しかもコ
スト高となる不都合が生じるものである。

そこで計量弁が大型化するのを回避するだめに、計量弁
６及びその弁座径を小径にしようとすれば、内燃機関が
所定回転速度に維持して運転される定置式の場合はとも
かく、機関回転速度範囲が極めて広範囲にわたる自動車
用等の小型、高速内燃機関では、特に高速回転領域にな
ると、計量弁６が開弁しても高圧室２内の圧力低下速度
が遅くなって、ニードルバルブ３の閉弁制御が悪化し、
その結果噴射の切れが悪化したシ、ニードルパルプ閉弁
後再び開弁するために生じる二次噴射現象が生じるおそ
れがある。

また計量弁６及びその弁座径が小径にせざるを得ない同
様な理由から、計量弁６の開弁による高圧室２内の圧力
降下が十分になされて計量弁６の閉弁直前の圧力がほぼ
所定圧力レベルに保持される必要があるにもかかわらず
、圧力降下速度が遅くなり、従って例えば機関回転速ｆ
Ｊｊ６００ｒｐｍ等のアイドリンク状態を含む低速回転
領域では、計量弁６の閉弁直前の高圧室２内圧力が数十
気圧となっても、例えば４，８００　ｒ　ｐｍ等の高速
運転領域になると、数百気圧に容易に増大してし捷う、
という不都合が生じるため、機関回転速度変動にかかわ
らず高圧室２内の圧力レベルを所定値に設定することが
不可能であるものであった。

本発明はかかる従来の燃料噴射装置の不都合に鑑み、ト
れを解消すべくなしたもので、前記従来例の如く高圧室
を低圧燃料側へ連通する通路に計量弁を設けた燃料噴射
装置において、計量弁に作用するその高圧室側の燃料圧
力を計量弁の背後ピも導いて計量弁に作用する燃料圧力
を相殺し、計量弁の開閉作動に必要な力を小さくしてソ
レノイド装置を小型化すると共に、これによって計量弁
及びその弁座の径を大きくすることを可能にし、もって
計量弁の開弁時には高圧室内の燃料圧力が素早く低圧燃
料側にリリーフ可能にせしめて、燃。

料噴射の切れを良好にし二次噴射を防止すると共に、機
関の回転速度変動によっても高圧室内の噴射直前の圧力
をほぼ所定の圧力に保持することを可能にした内燃機関
の燃料噴射装置を提供するものである。

以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の一実施例を示し、ユニットインジェク
タ１１のプランジャ１２は図示しない内燃機関のクラン
ク軸に同期して回転するカム機構によって押し下げられ
ると共に、リターンスプリング１３のスプリング力を受
けて上動し、もってバレル１４内を往復摺動する。プラ
ンジャ１２のヘッド部とバレル１４とによって形成され
る高圧室１５内にはプランジャ１２の上動によって燃料
タンク１６内の燃料がフィードポンプ１７及び燃料供給
通路１８を介して吸入され、プランジャ１２の下動、即
ち圧縮行程では後述する計量弁３０が燃料供給通路１８
を遮断した状態で高圧室１５内の圧縮燃料が燃料通路１
９を介し、ニードル状の弁体２０を開弁じて噴口２１か
ら燃料を燃焼室内に噴射供給する。燃料通路１９は、そ
の途中に圧力室２２を有しておシ、該圧力室２２に弁体
２゜の受圧面２０ａが臨んでいて、該圧力室２２内の燃
料圧力が弁体２０を噴口閉弁方向に伺勢するパルプスプ
リング２３の弾性力に抗する所定圧力以上に上昇すると
、弁体２０が噴口２１を開弁する構成となっている。

圧力室２２内の燃料は、弁体２０の周囲を通ってパルプ
スプリング２３の収納室から燃料リターン通路２４を介
して燃料タンク１６にリターンされる。また同様に、プ
ランジャ１２の外周を通じて漏洩する高圧室１５内の燃
料の一部は、前記燃料リターン通路２４の途中に設けた
プランジャ１２回シの環状溝２４ａを介して燃料リター
ン通路２４にリターンされる。尚、図中２５はフィード
ポンプ１７から供給される燃料圧力を所定値に維持する
グレツシャレギュレータバルプであシ、フィードポンプ
１７はノ゛−リｉ７ａを介して機関駆動されるものであ
る。

一方、計量弁３０は燃料供給通路１８に設けた計量オリ
フィスａを開閉するニードル状の弁体であって、ソレノ
イドコイル３１の通電励磁によシリターンスプリング３
２の弾性付勢力に抗して図で左方に移動されるアーマチ
ャー３３と一体的に連結されており、前記リターンスプ
リング３２は計量弁３０に作用して計量オリフィスａを
開弁する方向に弾性付勢している。割量オリフィスａの
フィードポンプ１７即ち、低圧燃料側の燃料供給通路１
８は、計量弁３０の外周に形成した環状溝１８ａＫ接続
されておシ、計量オリノィスａの高圧室１５側燃料圧力
は、計量弁３０の内部に形成した導油路３４を介して背
圧室３５に導かれる。

該背圧室３５は、計量弁３０の計量オリフィスａとは反
対側の端部が固定ピストン３６に摺動自由に嵌合するこ
とによって、ピストンと５１量弁３０との間に形成され
る。該背圧室３５内に導かれた圧力は、計量弁３０を計
量オリフィスａの閉弁方向に付勢すべく作用する。従っ
て、高圧室１５内の燃料圧力は、計量オリフィスａに臨
む計量弁３０の図で左ｐｉｌ１面と、背圧室３５に臨む
右端画表、に夫々相殺する方向に作用することになる。

このため計量オリフィスａの径と背圧室３５の断面積と
を適当に設定することによシ、計量弁３０に作用する高
圧室１５内の燃料圧力をほぼＯに設定することが可能と
なり、従って計量弁３０の開閉弁作動を行うソレノイド
コイル３１を含むソレノイド装置等のアクチュエータを
極めて小型にして、小さな作用力を付与するだけで十分
となる。

ソレノイドコイル３１の励・消磁は、制御装置４０の指
令信号によって行う。制御装置４０には、機関回転セン
サ４１、機関負荷センサ４２及び機関冷却水温度センサ
４３等の機関運転状態を検出する装置からの検出信号が
人力され、そのときの機関運転状態に最も適したタイミ
ングをもって、ソレノイドコイル３１を励・消磁する。

尚、機関回転センサ４１は、例えばクランクシャフトの
回転速度を検出するクランクセンサであシ、機関ｆｔ荷
セセン４２は例えばアクセルペダルの踏込量を検出する
アクセル等公知の手段を用いることができるものである
。そして制御装置４０は、あらゆる機関運転状態に応じ
て予め最適燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御すべく、
ソレノイドコイル３１に励・消磁の出力信号を供給する
。

かかる構成によると、燃料は燃料タンク１６よシフイー
ドポンプ１７を介して数気圧程度に加圧され、燃料供給
通路１８に送られる。燃料供給通路１８内の燃料は、計
量弁３０が計量オリフィスａを開弁じている状態では、
高圧室１５に送られる。

ここにおいて、図示しない機関回転と同期して回転する
カム機構とリターンスプリング１３との作用により、プ
ランジャ１２が上昇する吸入行程では、燃料供給通路１
８内の燃料が高圧室１５内に吸入される。プランジャ１
２が下降すると、計量弁３０の開弁状態では、高圧室１
５内の燃料は燃料供給通路１８に供給されて、弁体２０
を開弁するまでに圧力室２２内の燃料圧力を上昇させる
ことがなく、このため噴口２１が閉弁されて燃焼室内に
燃料噴射はなされない。

次に機関回転センサ４１、機関負荷センサ４２、機関冷
却水温度センサ４３％：による機関運転状態検出信号に
応じ、制御装置４０が最適の時期及び期間を定めて、ソ
レノイドコイル３１に電流を通じると、アーマチャー３
３がリターンスプリング３２０弾性力に抗して左行され
、これと一体のｄト量弁３０が態量オリフィスａを閉弁
する。このだめプランンヤ１２によって圧縮される高圧
室１５内の燃料は、燃料通路１９を介して圧力室２２内
の燃料圧力を増大せしめ、弁体２０をリターンスプリン
グ２３の弾性力に抗して上動させ、噴口２１を開弁じて
燃焼室に燃料が噴射供給される。即ち、言１量弁３０の
計量オリフィスａ閉弁時期がユニットインジェクタ１１
の燃料噴射初め２なる。

そして制御装置４０が適当な期間経過後、ソレノイドコ
イル３１の通電励磁を解消すると、リターンスプリング
３２の作用によシ、計量弁３０を計量、オリフィスａか
ら離間させ開弁する。これによって高圧室１５内の燃料
は、低圧燃料側、即ちフィードポンプ１７側にリリーフ
され、圧力室２２内の燃料圧力が急激に低下して弁体２
０がリターンスプリング１３の弾性付勢力により噴口２
１を閉じて、燃料噴射供給を終了する。

従って、上記から明らか々ようにソレノイドコイル３１
の通電励磁によって燃料噴射が開始され、消磁によって
燃料噴射が終了する。そしてその期間は燃料噴射期間と
なる。

ここにおいて、計量弁３０により計量オリフィスａを閉
弁するには、圧縮行程にある高圧室１５内の燃料圧力に
抗するだけの計量弁３０閉弁付勢力が必要であるが、該
高圧室１５内の燃料圧力は前記のように導油路３４を介
して背圧室３５に臨む計量弁３０の端面に前記高圧室１
５内の燃料圧が作用するから、計量弁３０に作用する燃
料圧力が相殺されて、ソレノイドコイル３１による計量
弁３０の閉弁電磁力は極めて小さいもので足シることは
既述した。このだめソレノイドコイル３１、アーマチャ
ー３３を含むソレノイド装置を十分小型にすることが可
能となって応答性を向上できると共に、計量オリフィス
ａの径を大きく設定することができ、これによって計量
弁３ｏの開弁時における高圧室１５の燃料圧力が低圧燃
料側にリリーフされる速度を増大することができ、計１
背弁３゜の閉弁直前即ち燃料噴射直前における高圧室１
５内の燃料圧力をほはフィードポンプ１７の吐出圧力程
度に一定に制御することが可能となる。また計量弁３０
の開弁による燃料噴射終了時には、高圧室１５内の燃ｔ
１圧力が素早く計量オリフィスａを介し７て低圧燃料に
リリーフされるから、弁体２゜の噴口２１閉弁応答が早
くなり、燃料噴射切れを良好にすると共に、二次噴射の
おそれを解消することができる。

第３図に示す実施例は、先の天施例が計−ｈＹ弁の閉弁
作動をソレノイドコイル３１で行うように構成しだのに
対し、油圧で作動させるように構成したものである。尚
本実施例は、計量弁部の槽断面を示している。

固定ピストン３６に摺動自由に嵌合する計量弁３０の右
端部を制御圧力室４８に臨ませ、該制御圧力室４８をフ
ィードポンプ１７に接続する燃料供給通路１８にオリフ
ィス通路４９を介して連通ずる。該制御出力室４８は、
第２図に示す実施例の制御装置４０によって励消磁され
るソレノイドコイル５０の電磁力及びバルブスプリング
４４の弾性力によって開閉作動される開閉弁４５を介し
、ＩＪ　リーフ通路４６及び開閉弁４５の外周を介して
燃料リターン通路２４へ連通している。尚４７はソレノ
イドコイル５０のリード線である。

従ってかかる構成によるとソレノイドコイル５０が通電
励磁されれば、バルブスプリング４４の弾性力に抗し、
開閉弁４５を図で右方に吸引して閉弁し、フィードポン
プ１７から燃料供給通路１８、オリフィス通路４９を介
して導入される制御圧力室４８内の燃料圧力によってリ
ターンスプリング３２の弾性力に抗し、計量弁３０を図
で左行させ、計量オリフィスａを閉弁する。

まだ制御装置４０の出力信号により、ソレノイドコイル
５０の通電を解除して消磁すれば、バルプスプリング４
４の弾性付勢力によって開閉弁４５を図で左行させ、リ
リーフ通路４６を開弁するから、制御圧力室４８内の燃
料圧力は該リリーフ通路４６、開閉弁４５の外周部を介
し、燃料リターン通路２４へＩＪ　ＩＪ−フされる。こ
のため計量弁３０はリターンスプリング３２の弾性付勢
力によって右行され、計量オリフィスａを開弁する。計
量弁３０の開閉作動に伴うユニットインジェクタ１１の
作動は、先の実施例と同様である。

本実施例によれば、電磁力を加えてから油圧によって計
量弁を作動させる時間遅れを作るため、安定した作動が
得られる利点がある。

また第４図には第２図に示す実施例の計量弁部の他の実
施態様を示す。即ちこのものは、フィードポンプ１７と
計量オリフィスａとの間の燃料供給通路１８に、フィー
ドポンプ１７から計量オリフィスａに向けてのみ燃料流
通を可能とするチェックパルプ５１を設ける一方、計量
オリフィスａと燃料リターン通路２４とを接続する燃料
戻し通路５２を設けて、該燃料戻し通路５２に燃料リタ
ーン通路２４に向けて燃料流通を可能にするチェックパ
ルプ５３を介装する。

かかる構成にすれば、プランジャ１２の圧縮行程におい
て、計量弁３０を開弁すると、高圧室１５内の高圧燃料
が急激に圧力降下するが、とのとき急激な減圧に伴なっ
て燃料中に気泡を生じ易く、更に燃料通路中にキャビテ
ーション等を発生し易い。そしてこのように気泡を生じ
た燃料を、第２図に示す実施例のようにフィードポンプ
１７に接続する燃料リターン通路２４に逃がすと、プラ
ンジャ１２の吸入行程において、気泡を含んだ燃料が再
び高圧室１５内に導入されるから、これが加圧される段
階で圧力の変動が生じ易くなυ、計量が不安定となる。

従って本実施例では燃料供給通路１８からの燃料の供給
は、チェックパルプ５１を介して高圧室１５内に導くよ
うにする一方、プランジャ１２の圧縮行程において計量
弁３ｏを開弁じ、高圧室１５内の高圧燃料を低圧側にリ
リーフさせるには、チェックパルプ５１を閉弁してチェ
ックパルプ５３を開弁し、もって燃料供給通路１８に気
泡を含んだ燃料を戻すことなく、燃料戻し通路５２を介
して燃料リターンし、燃料タンク１６内に導いてここで
気泡を除去して後、フィードポンプ１７を介して燃料を
高圧室１５内に供給するようにしたものである。

尚、チェックパルプ５３は上記作用を行わしめるには必
ずしも必要とするものではないが、燃料流れを確実にす
るだめには設けた方が有利である。

またプレッシャレギュレータ２５は、この場合燃料戻し
通路５２に介装するのが良い。

寸だ本実施例で（は固定ピストン３６の支持部材６１を
ユニットインジェクタ１１の本体内に螺し込み、該支持
部材６１に圧電素子６２及びその出力端子６３を組み込
んだものである。

このように４＋ｙｈ成することにより、高圧室１５内の
燃料圧力は６１ｈ」弁３０に形成しブこ導油路３４を介
し、背圧？β３５に導かれるから、固定ピストン３６ｔ
ｊ：該背用室３５内の圧力を受けて圧電素子６２にこの
圧力を伝達する。圧電素子６２は、この伝達された圧力
に応じた電圧信号を出力端子６３を介して適当なコント
ロールユニットに人力する。

一般的に、電磁的な力によって計量弁を作動させる場合
、計量弁３０の開閉周期が短時間であればあるほど、ソ
レノイドのアーマチャーの形状や＠Ｉ′ｆＡｌ弁のスト
ロークの差によって計量弁の作動応答はバラツキを持つ
ものである。そのため特にユニットインジェクタ等では
各気筒毎に燃料の噴射供給分行うようになっているから
、ユニットインジェクタ夫々の個間バラツキ或いは温度
等のバラツキ要因、応答変動要因があれば、これらを補
正して各ユニットインジェクタ間の燃料噴射時期及び燃
料噴射量のバラツキを補正する必要がある。

このような要求に対して本実施例では、燃料噴射時期及
び噴射量に大きな影響をもたらす高圧室１５内の圧力を
背圧室３５を介し、圧電素子６２によって検出可能であ
るから、その検出精度は極めて高く、まだその検出信号
によって個体間のバラツキ要因を高い精度で補正すると
とができる。

甘た各実施例に示した固定ピストンは計量弁端部での嵌
合の精度を高くする必要はあるが、計量オリフィスａを
開閉する他方の端部は自由端となっているため取り付け
が容易である利点がある。

尚上記実施例ではユニットインジェクタに本発明を適用
した例を示したが、これに限ることなく内燃機関の回転
に同期して往復運動することにより、燃料を高圧室内に
吸入し、これより噴口に圧送するプランジャと、常時は
ばねカを受けて噴口を閉弁し、高圧室から圧送される所
定値以上の燃料圧を受けて噴口を開弁する弁体と、を備
えた燃料噴射装置にあまねく適用可能なものであること
はいうまでもない。

以上述べたように本発明によれば、機関回転に同期して
往復運動するプランジャにより、燃料を吸入圧送する高
圧室を低圧燃料側へ連通する通路中に計量弁を介装し、
該Ｈ計量弁に作用する高圧室側燃料圧力に抗すべく、該
高圧室側燃料を計量弁の他端部に設けた背圧室に導いて
計量弁に作用する圧力を相殺するように構成したため、
計量弁を開閉作動させる外力としてはわずかな値で足り
るようになる。これによって、計量弁の駆動機構を小型
にすることが可能であシ、ひいては燃料噴射装置全体を
小型、軽量化して低コスト化を図ることができると共に
応答性が向上し小型高速機関への適用が良好になる。ま
た高圧室内の燃料圧力が機関回転速度に応じて増減変更
しても、その変更した圧力に応じて計量弁の駆動力を増
減変更する必要がないため、計量弁が開閉する計量オリ
フィスの径を大きく設定することができ、これによって
、高圧室内の燃料圧力を早期に所定の圧力にまで低下さ
せることが可能となる。その結果、燃料噴射直前の高圧
室内の燃料圧力がほぼ一定に保たれ、燃料噴射特性を安
定させることができると共に、燃料の後だれ並びに二次
噴射現象の発生を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料噴射装置の要部の縦断面図、第２図
は本発明に係る燃料噴射装置の一実施例を示す縦断面図
、第３図及び第４図は夫々本発明の計量弁部の他の実施
例を示す横断面図である。 １１・・・ユニットインジェクタ　　１２・・・プラン
ジャ　　１３・・・リターンスプリング　　１５・・・
高圧室　　１８・・・燃料供給通路　　１９・・・燃料
通路２０・・・弁体　　２１・・・噴口　　２３・・・
パルプスプリング　　３０・・・計量弁　　３１・・・
ソレノイドコイル　　３２・・・リターンスプリング　
　３４・・・導油路　　３５・・・背圧室　　３６・・
・固定ピストン４０・・・制御装置　　４１・・・機関
回転センサ４２・・・機関負荷上ンサ　　４３・・・機
関冷却水温度センサ　　４８・・・制御圧力室　　４９
・・・オリフィス通路　　４５・・・開閉弁　　４６・
・・リリーフ通路５１．５３・・・チェックパルプ　　
５２・・・燃料戻し通路 特　許　出　願　人　日産自動車株式会社代　理人弁理
士笹　島　畠二雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の回転に同期して往復運動することにより燃料
   を高圧室内に吸入しこれより噴口に圧送するグランジャ
   と、常時はばね力を受けて噴口全閉弁し高圧室から圧送
   される所定値以上の燃料圧を受けて噴口を開弁する弁体
   と、を備えた燃料噴射装置において、前記高圧室を低圧
   燃料側へ連通する通路と、該通路を開閉する計量弁と、
   前記通路の計量弁よシも前記高圧室側圧力が導入され、
   計量弁に対して前記高圧室側圧力に抗する圧力を及ぼす
   背圧室と、機関運転状態検出装置の検出信号に基づき前
   記Ｎ１３を弁開閉時期を制御する制御装置と、全備えた
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。