JPS5958127A - 燃料噴射装置の噴射率制御システム - 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もの
であり、詳しくは、内燃機関の燃焼に直接影響を及ばず
噴射波形ずなわら、噴射率の制御システムに関するもの
である。

従来、噴射率を内燃機関の運転状態に応じて広範囲に制
御する方法は殆ど提案され“ζいない。噴射率を制御す
ることは、間接的に燃焼を制御することを意味するので
、噴射のし方によって性能が大きく変化するディーゼル
エンジン、特に直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて
は、噴射率の制御方法に関して強い要望があった。

第２図は燃料噴射圧力が時間経過に伴っ°ζ変化する様
子を燃料噴射装置の商速回転時１ａｌと低速回転時ｆｂ
ｌとに分けて各々示したものであるが、一般に噴射ポン
プでは、第２図（ｂｌの如く低速になると圧力が低下す
るので、噴射圧力を制御することによっ°Ｃ噴射率を制
御することが困難になる。そこで、低速でもＣの如く高
圧を得るためには、ノスルの開孔面積ずなわちリフト量
を小さくすることにより、低速であっＣも噴射圧力を自
由に制御することができ、したがっ°ζ噴射率を制御で
きる。

本発明は、前記のような考え方に基づいてなされたもの
であり、噴射率を内燃機関の運転条件に応じて広範囲に
ねたっ°（任意に制御し、燃費向上、排気ガス浄化、騒
音低減、運転性の向上をすることを目的とし、燃料噴射
装置に噴射圧力制御装置と噴射量制御装置とを設けると
ともに、燃料噴射ノスルに油圧制御装置によって駆動さ
れるノズルリフト量制御装置を設け、前記噴射圧力制御
装置、噴射量制御装置およびノズルリフト量制御装置を
電子制御装置によって連動して制御する構成している。

　第３図は本発明の燃料噴射装置の噴射率制御システム
を用いた場合の燃料噴射率が時間経過に伴っ°ζ変化す
る様子を燃料噴射装置の＾速回転時＋ａｌと低速回転時
（ｂｌとに分番〕で各々示したものであるが、第３図に
おい”（、＾速ではリフト量大のままでも噴射率をａ→
ａ　の如く制御でき、また、低速ではリフト量を小さく
することでｂ→ｂの如く制御できる。

以Ｉ・本発明を具体的な実施例に晶づい−ζ説明する。

本発明の燃料噴射装置の噴射率制御システムの第１実施
例の全体図を第１図に示す。

１はディーゼルエンジン用燃料噴射装置であり、噴射禁
制ｆｉｌｌｌ装置３としてはりニヤソレノイド等を用い
た公知電子式噴射量制御装置を用いている。

燃料噴射装置の１内の図示しないプランジャ先端の加圧
室に面した位置に後述する構造の噴射圧力１１制御装置
２が取り付け°（あり噴射装置の吐出口は噴射パイプ１
１を介し゛Ｃ後述する構造のノズルリフト量制御装置６
を装置した燃料噴射ノズル４に連結されζいる。

ノズルリット門制御装置６には制御油圧パイプ■２を介
して電気信号により油圧制御可能な油圧制御装置５が連
結され°ζおり、油圧制御装置５には制御油圧ポンプ９
により、タンク１ｏから一定圧以上の油圧の流体が供給
されている。また油圧制御装置５とタンク１０の間には
オーバーフロー用のリターンパイプ１３が設けられ”Ｃ
いる。

７は各々２．３．５の制御装置を作動さセるための電子
制御装置であり、図示しない種々のセンサーからの信号
を処理し、そのセンサー信号により決定される制御信号
を噴射圧刃用ケーブル７ａ、噴射量用ケーブル７ｂ、ノ
スルリフト量用ゲーブル７ｃによっ”Ｃ各４ｆ＋２．３
，５の制御装置に送る構成となっている。

前述の噴射圧力制御装置２の詳細な構造を第４図に示す
。

第４図は燃料噴射装置ｌをなす分配型燃料噴射ポンプの
ハウジング１０２に噴射圧力制御装置２を取り付けた図
である。プランジャ１０１はハウシング１０２に摺動自
在に挿入され回転かつ往復運動を行なう。ボデー２０４
とハウジング１０２はオルト２０６によっ′ζ油密的に
固定され、ボデー　２０５とボデー２０４はボルト２０
９によっ゛Ｃ油密的に固定され“ζいる。シート２０８
はハシンクＩ　０２とボデー２０４に油密的に圧接され
ている。制御ビスＩ・ン２１０はボデー２０４にＪｉｌ
ｊ動・回転自在に、かつ油密的に嵌合されている。ギヤ
ホルダ２２２と制御ピストン２１０には鋼球２２０がは
いるだけの溝が切ってあり、ギヤホルダ２２２と制御ピ
ストン２１０は相対的に回転方向には規制されるがピス
トン軸方向の運動には摺動自在に嵌合されている。ギヤ
２１８はギヤボルダ２２２にしまりばめされζいる。ス
ｉ・ツバピン２１７はプレート２１５に圧入され、ギヤ
ボルダ２２２の凸部と接触し、制御ピストン２１０の回
転位置決めに用いられる。プレート２１５にはスプリン
グ２１２によって第４図の左方向に付勢されているプレ
ッシャープレート２１’６のストッパの役目をはたず突
起部があり、この突起部とプレッシャープレー１・の接
触時に制御ピストン２１０に対してスプリング２１２に
よるイ々重が加わらない様になっている。スプリング２
１２の第４図における右端にはスラストベアリング２２
１が設けられていて、ボデー２０５とスプリング２１２
間のｌ動は自在となっている。逆止弁２１３はスプリン
グ２０７によっ゛Ｃプランジャ方向に（＝Ｊ勢されＣい
る。

前述のノズルリフト量制御装置６の詳細な構造を第５図
に示す。第５図を用い゛ζノズルリフト量制御装置６の
構造を説明する。

ノズル本体４０８内に゛Ｃ軸線方向にニードル４０１が
往復可能に設けられる。４１２はボルダボデーでリテー
ニングナツト４１１のねじ部にねじ込まれ、ノズル本体
４０８をはさんで締め上げている。スプリング６１０　
ｉｌｌ制御ピストン６０２に当接してい°ζ、連結棒６
０９を介し゛ζニードル４０１の頂部を燃料圧力による
ニードル４０１の開弁付勢力に抗し゛ζニードル４０１
を閉弁方向に付勢する働きをしている。ホルダボデー４
１２にはＵ１ｉ射燃料を供給するための燃料孔４１２ａ
と漏洩燃料の通過を許容する漏洩孔４１２ｂが穿設され
ζいる。シート６１３はスプリング６１０とスプリング
６０６の一端を固定するだめのもので、ボルダポデー４
１２とキャップ６０４にはさまれ、ボルダポデー４１２
のねじ部にキャップ６０４をねし、込むことによっ−ζ
締め上げられている。

バルブリング６０３はキャップ６０４の内径とキャップ
６０４の突起部６０４ａのり）周及び制御ピストン６０
２のり１周に対し、油密的に摺動自在に睦合されζい”
ζスプリング６０６により第５図の上方に付勢されζい
る。バルブリング６０３には制御孔６０３ａが穿設され
、ギャップ６０４の内径表面に設けられた環状溝６０４
ｄに連なっている。キャンプ６０４には圧力室６１４に
油圧制御された油を供給するための油圧孔６０４ｂが穿
設され、油密室に燃料を供給するための吸入孔６０４　
Ｃ，と油密室６０５から燃料を流出さ・ピるための吐出
孔６０４ｆが穿設されている。また吸入孔６０４Ｃ１７
）−一部に油密室６０５から燃料が吸入孔６０４Ｃを流
出しない様に逆止弁６０７が設けられ−Ｃいる。キャッ
プの１′：端面には環状？＋’ｌｊ　６０４　ｅがあり
、吸入孔６０４ｃの入口端と吐出口６０４「の出口端は
連通しＣいる。またホルダボデー４１２には環状溝６０
４０と漏洩孔４１２ｂとを連通させるための連通孔４１
２Ｃが穿設され′Ｃいる。

次に、本発明の第１実施例の作動につい°ζ説明する。

ｍ１図におい一ζ燃料噴射ポンプＩの吐出行程では燃料
噴射ポンプｌより吐出された燃料は、噴射パイプｌｌ内
を通過し、燃料噴射ノズル４の図示し７ないノズルニー
ドルを持ら上げ°ζ噴孔より噴射される。一般に燃料噴
射ポンプｌの単位時間あたりの送油殖、つまり送油率が
大きいほど噴孔からの単位時間あたりの噴射量、つまり
噴射率は大きくなる。理論的送油率はポンプ回転数に比
例して大きくなるためイ１速回転時には送油率は低く、
したがっ゛Ｃ噴射率も低くなる。

ここで噴射率ムは周知の様に噴孔の有効面積μＦと噴射
圧力Ｐ（Ｐ＝Ｐｏ　　、Ｐａ：Ｐｏ噴孔上流加速度、Ｔ
；燃料密度、Ｐ；噴射圧力）で表される。

ポンプ回転数に対し“ζ噴孔有効断面積μＦが変化しな
いものであればイ１射率δの低む）低速回転時は（１）
式かられかる様に噴射圧力Ｐも低くなる。

ここでノズルリフト量制御装置６によつ−ζノスルの最
大ニードルリフト量を極めて小さり４゛るとスロソトル
ノスル、ピントルノスル等でｌ；Ｊ：　噴ＪＬ　Ｙ４効
断面積μｌ・”を小さくすることができる。同一送油率
のポンプ状態においてノズルリフト量制御装置６によっ
”Ｃノズルの最大ニードルリフト量を小さくすれば送油
率一定であるため、噴射バイブ１１及び燃料の体積弾性
により噴射率Ｑは第６図＋ａ）で示すようにわずかに低
ドするだけであるが、有効断面積μｌ＝”が小さくなる
ため（１）式よりわかる様に噴孔上流側圧力ＰＯは第６
図（ｂｌに示し通り大幅に大きくなる。第６図（ｂｌの
１）〃はノズルの開弁圧であり、ｐ　ｏ＜　ｐ　Ｂでは
噴射は行なわれない為、噴射圧力制御装置２によっ゛Ｃ
制御されうる圧力範囲は第６図（ｂｌのｐ’−ｐと広く
なる。制御の必要な噴射率を規定する噴孔上流側圧力Ｐ
Ｏの圧力制御範囲を広くとることにより、噴射率の制御
性能をアップできるとともに噴射圧力上昇の効果による
噴霧の微粒化を図り、１１徹力の強化が実現でき、効率
の良い燃焼を行なわゼることができる。

ＩＩＧ速回転域においては噴孔上流圧力ＰＯが大きくな
りすぎ、噴射圧力制御装置２の圧力制御範囲よりも大き
くなる為、ノズルリフト量制御装置６によりノズルの最
大ニードルリフトを大きくとることにより噴孔有効断面
積μｌ・”を大きくとり、噴射率Ｑをほとんど変えずに
噴孔上流側圧力Ｐｏを小さくおさえ、噴射圧力制御装置
２にょる圧力制御をｎＪ能と４゛るごとかできる。

従っ゛ζ咳射圧力制御装置２とノズルリットｌ制御装置
６を連動し゛Ｃ制御することにより、あらゆる回転数に
おいて最大噴射率を良好に制御することができまた噴射
量制御装置３とともに連動し“ζ制御すれば噴射期間等
も制御できるため様々な状態の機関に対する噴射率の最
適制御が可能となる。

次に噴射圧力制御装置２およびノズルリフトｍ制御装Ｍ
６の各々の作動の詳細について説明する。

まず噴射圧力制御装置２の作動について第４図を用いて
説明する。プランジャ１０１は図示しないディーゼルエ
ンジンと同期し゛（回転運動を行ムイ、マた同時に図ボ
しないフェイスカムによっ°ζ第４図の左右方向への往
ｆｊ（運動を行なう。その往復運動におい°ζプランジ
ャ１０１が図の左右に動く吸入行程にある時は、プラン
ジャ１０１に切られた吸入溝１’０１ａとハウジング１
０２中に延びる吸入孔１０２ａが連通し、ポンプ室１０
０内の燃料を加圧室１０３に導入する。またプランジャ
１０１が図の右方に動く吐出行程にある時は、プランジ
ャ１０１の中心に設けられた図示しない孔を介し°ζ加
圧室１０３と連通ずる吐出溝１０１ｂとハウジング１０
２中に延びる吐出孔１０２Ｍ：が連通し加圧室１０３内
の燃料を吐出孔１０２ｂから図示しないノズルへと導入
する。

吐出行程の際、加圧室１０３内の圧力が上昇しスプリン
グ２０７の荷重に抗する大きさとなった時、加圧室１０
３内の燃料は油密室２３０内へ流入し制御ピストン２１
０を右方へ移動さセ、油密室２３０と制御孔２１４とが
連通した時点で制御ピストン２１０は停止し、加圧室１
０３内の燃料の一部が油密室２３０、制御孔２１４を通
過しポンプ室１００に戻される。つまり加圧室１０３内
の圧力がこの油密室２３０と制御孔２１４とが連通ずる
時点のスプリング２１２θ月１：丁重に釣り合う圧力量
ＩＪの時は加圧室１０３内の燃料は吐出孔１０２ｂに送
られるが、油密室２３０と制御孔２１４とが連通ずる時
点のスプリング２１２の荷重に釣り合・）圧力以上にな
ろうとすると加圧室１０３内の燃料の一部は制御孔２１
４を通過しポンプ室１００内へ逃けてしまうため、加圧
室内の圧力上昇はおさえられる。

次に、噴射が終ｒし加圧室１０３内の圧力が低１・しく
いく場合、逆止弁２１３の作用にょっ゛Ｃ油蜜室２３０
内の燃料は加圧室１０３に戻ることはできず制御ピスト
ン２１０に設けられたリード向２１０ａが制御孔２１４
を塞ぐ位置で、油密室２３０は外部と遮断され油圧ロッ
ク状態となる。そのため、制御ピストン２１０は最初の
位置にもどるごとはできず、次の吐出行程の際は制御ピ
ストン２１０はほとんど移動することなく加圧室１゜３
内の圧力制御を行なうこととなる。

次に、ステップモータ２１１を回転するごとによりその
回転トルクはギヤ２１９、ギヤ２１８により増幅されギ
ヤ２１８にしまりばめされたギヤボルダ２２２、鋼球２
２０を介し゛ＣＣ制御ピストノン２１０伝達される。図
の状態がらＪ＋制御ピストン２１０が例えば１８ｏ゛だ
け回転すると制御ピストン２１０の先端面であるリード
面２１０ａは傾斜している為、制御孔２１４とリード１
ｆｉｉ２１０ａとの軸方向の相対距離が炎化し、油密室
２３０を制御孔２１４を介してポンプ室１ｏｏと連通さ
セるためには、さらに制御ピストン２１０を図の右方向
へ移動さ−Ｕ：なくてはならない状態となり、ピストン
回転後の第１回目の吐出行程において加圧室１０３内の
圧力が十分に上昇した場合、油密室２３０とポンプ室１
００との間に制御孔２１４を介した連通状態が実現され
る。この時のスプリング２１２による荷重は制御ビスＩ
・ン２１０を回動する以前の釣り合い状態よりも大きく
なり、その荷重に釣り合うだけの油密室２３０内の圧力
も大きくなる。加圧室１０３内の圧力が、このスプリン
グ２１２の前垂と釣り合う圧力以上になろうとすると油
密室２３０内の燃料は制御孔２１４を通過しポンプ室１
００に流出するため圧力上昇はおさえられる。

制御ピストン２１０を回動制御するごとに゛制御孔２１
４が開けられる時のスプリング２１２の荷車を変化でき
るため、加圧室１０３内の最大圧力を制御できることと
なる。

スラストベアリング２２１とプレート２１５のプレッシ
ャプレー１・２１６との接触部にあたる突起部２１５ａ
は制御ピストン２１０の回転トルクを低減するためのも
ので初期状態のプレッシャプレー１２１６と突起部２１
５ａとの接触時はスプリング２１２の１′４重を全て突
起部２１５ａが受け、スフリング２１２の荷重が制御ビ
スＩ・ン２１０？、、：加わらないｑ法となっている。

従ってこの状態でステソプモーク２１１を回動した場合
、制御ピストン２１０は回動するがプレッシャプレート
２１６とスプリング２１２は回動しない。またポンプが
作動状態となり、プレッシャプレート２１らと突起部２
１５ａｌＪ＜１４１１れた場合はプレッシャプレート２
１６とスプリング２１２は制御ピストン２ＩＯと共に回
動するが、スラスｉ・ベアリング２２１によっ“（回転
抵抗は極めて小さくなる。

ストッパーピン２１７は制御ピストン２１０の回転位置
決めのためで、ギヤホルダ２２２の突起６Ｂとの接触に
より回転の原点が決定される。

次に、ノズルリフトＢｔ制御装置６の作動について第５
図を用い°ζ説明する。図示しない燃料噴射ポンプより
圧送された「（１圧燃料は図示しない噴射パイプを通過
し、燃１′４孔、１１２ａを通過した後ノズルニードル
４０１を図に上方に付勢する。燃料圧１）ｏが上方に付
勢しているスプリング６１０のセント荷重に対しｉ＞す
るセント圧に達するとニードル４０１、連結棒６０９、
Ｍｉｌ制御ピストン６０２は上方へ持ち上げられノズル
本体４０８の先端に設けられた噴孔より燃料は燃焼室に
噴射される。制御ピストン６０２が」三方に持ら」二け
られると油密室６０５内の燃料はバルブリング６０３に
穿孔された制御孔６０３ａ、環状溝６０４ｄ、吐出孔６
０４ｆ、環状１ｌＶｊ　６０４　ｅ　、連通孔４１２Ｃ
を通過し漏洩孔４１２ｂより図示しないポンプもしくは
タンクに戻される。燃料圧が開弁圧に比べさほど大きく
ない時にはノズルニードル４０１のリフ１は燃料圧によ
る」一方への（＝Ｊ勢力とスプリング６１０による一ト
方へのイ］勢力が釣り合った位置で停止４゛るか、さら
に燃料圧が」−昇し、ニー１ζル４０１が持ら上げられ
た場合、制御ピストン６０２はさらに」二屓し、制御面
６０２ａがついには制御孔６０３ａを塞ぐ位置に到達し
、油密室６０５内の流体は逃げ路を失い油圧ロック状態
となり制御ピストン６０２の上方移動はこの地点で規制
されごごまでのニードル４０１のリフト星が最大リフト
材となる。次に燃料圧ｌ）ｏが降下し燃料圧によるニー
ドル４０１の上方への付勢力が低ドすると連結棒６０９
、ニードル４０１と共に制御ピストン６０２は降［ζし
はじめ、油密室６０５の体積増加分たけの流体が連通孔
４１２ｃ、環状溝６０４＃、吸入孔６０４　（：の経過
をへて、あるいは連通孔４１２Ｃ，環状ｌ＋Ｖｊ　６０
４　ｅ　、吐出孔６（１４ｒ、環状溝ら０４ｄ１制御孔
６０３ａをへ゛ζ油密室６０５へ補充される。

さらに燃料圧１）ｏが低ドしてゆくと、ついにはノズル
ニードル４０１が最ト端まで降ドし、ノズル本体４０８
の先端の噴孔を塞ぐごとにより噴射が終了する。

以上の噴射行程が繰り返されるなかで、キャップ６０４
の上端へ供給される制御油圧を上昇さセた場合、圧力室
６１４内の流体圧によるバルブリング６０３への１・一
方向への付勢力が増大し、パルシリング６０３は圧力室
６１４内の流体圧による１ζ方付勢力と、スプリング６
０６による上方付勢力の釣り合う位置までスライド下降
する。この時バルブリング６０３に穿孔された制御孔６
０３ａが下降するため、制御孔６０３ａと制御ピストン
６０２の上端にあるＩ制御面６０２ａとの相対距離は減
少する。制御ピストン６０２は、制御面６０　　　　・
２ａが制御孔６０３ａを塞ぐ位置にてリフトが規制され
る為、この時の制御ピストン６０２の最大リフト！ｉｌ
、つまりニードル４０１の最大リフト材しｎ１ａＸは以
ｎｉ＋より小さくなる。Ｌｒｎａｘが小さくなると最大
有効ノズル面イ♂ｉμｌｉ”　ｒｒｔ　ａ　Ｘも小さく
なり、その絞り効果で燃料人ｌ−１の燃４゛４圧１）　
ｏ、つまりは噴射圧力は増大する。制御圧力Ｐ１を小さ
くするとパルプリング６０３が上昇し、ニードル４（Ｌ
ｌの最大リソ）ｊｄＬｍａｘは大となり、最大有効ノズ
ル面積μＦ　ｍ　ａ　ｘも人となる。

以上、本発明の第１実施例につぃ゛ζ説明したが、本発
明の他の実ｈｈ例として、燃料噴射装置１としては、分
配型ポンプを用いても型彫ポンプを用いても良い。また
、噴射圧力制御装置２とし一ζは第１実施例で示した噴
射圧力制御装置の他に種々の変形例を用いることができ
る。また、噴射量制御装置３としＣは電子式でなくとも
機械的にアジヤスナインダレバーを移動することにょっ
゛（スピルリンクを移動さ・Ｕるものでもよいし、列形
ポンプのランクを用いた様なものでもかまわない。更に
、ノズルリフト量制御装置６とし一ζも第１実施例で示
したノズルリフト量制御装置の他に種々の変形例を用い
ることができる。

以上詳細に説明したように、本発明は燃料噴射装置１と
、噴射圧力制御装置２と、噴射量制御装置３と、燃料晴
射ノズル４と、油圧制御装置５と、該油圧制御装置５か
ら供給される油圧に基づい”ζ燃料噴射ノス°ル４を構
成するノズルニードル４０１の最大リット量を制御する
ノズルリフト量制御装置６と、電子制御装置７とを備え
、該電子制御装置７に入力されるアクセル開度、エンジ
ン回転数、エンジン冷却水温、吸気絞り弁開度等の各種
のエンジンパラメータに柄づい°ζ１）１１記噴射圧力
制御装置２、噴射量制御装置３および油圧制御装置５を
稠整するごとにより燃料噴射ノズル４から内燃機関の燃
焼室内に噴射供給される燃料噴射量を制御するようにし
ているので燃料噴射率を内燃機関の運転条件に応じて極
めて広範囲かつ精密に制御でき、その結果、燃費の向上
、排気ガス浄化、騒音低減、運転性の向上等の優れた効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の実施例に関するものであ
り、第１図はシステム全体の系統図、第４図は噴射圧力
Ｘｌｌ１１御装置２の断面構成図、第５図はノズルリフ
Ｉ・量制御装置６の断面構成図、第２図、第３図、第６
図は性能特性図を各々示１゜■・・・燃料噴射装置、２
・・・噴射圧力制御装置、３・・・噴Ｊ１＋１量制御装
置、４・・・燃料ノズル、４ｏ１・・・ノズルニードル
、５・・・油圧制御装置、６・・・ノズルリフト量制御
装置、７・・・電子制御装置。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 第　５　図 一、ｄ３Ｆｋ利卸１詞 １４３− 第　６　図 Ｐｏ　　　　　　　　−→ＦＪ＋間Ｔ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射供給する燃料噴射装置
   の噴射率制御システムにおい′ζ、燃料噴射装置と、噴
   射圧力制ｆｆ１ｌ装置と、噴射量制御装置と、燃料噴射
   ノズルと、油圧制御装置と、該油圧制御装置から供給さ
   れる油圧に基づい′Ｃ燃料噴射ノスルを構成するノズル
   ニードル最大リフト蛍を制御Ｊるノスルリフト量制御装
   置と、電子制御装置とを備え、該電子制御装置に入力さ
   れるエンジンの運転条件を表わす信号に基づいて前記噴
   射圧力制御装置、噴射量制御装置および油圧制御装置を
   間接することにより前記燃料噴射ノズルから噴４・１供
   給される燃料噴射量を制御することを特徴とする燃料噴
   射圧力の噴射率制ｆｉｌｌシステム。