JPS6013975A - 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】 本発明はディーゼル機関に用いられるユニットインジェ
クタの燃料噴射制御装置に関する。

ディーゼル機関は、燃料噴射を行なうために、通常は燃
料を高圧化する噴射ポンプと、この噴射ポンプから圧送
される燃料をノズルに供給する燃料噴射管と、高圧燃料
全噴射するノズルとを備えているが、これらを一体化し
たものとしてユニットインジェクタがある。このユニッ
トインジェクタでは、長い燃料噴射管が不要となるので
、噴射遅れが小さく、圧縮すべき容積が、燃料噴射管が
なくなった分だけ小さくガるので、高い噴射圧力を得て
燃料の微粒化がよいなどの利点の他、噴射率を大きくで
きる、噴射終了時の燃料の後だれが少ない等の利点も有
する。

このようなユニットインジェクタ會各気筒に配設した燃
料噴射装置が例えば特開昭５４−５０７２６号公報（米
国特許第４１２９２５３号明細書）に提案されておシ、
これを第１図、第２図に示す。

第１，２図で、ユニットインジェクタ１の本体２に穿設
されたシリンダ３にプランツヤ４ａが摺動自在に嵌挿し
、このプランツヤ４ａはプランツヤ４ｂに連結される。

プランツヤ４ｂは、その頭部と本体２との間に介装され
たスプリング６によシ、図中上方に付勢されるとともに
、機関に同期して回転するカム（図示せず）が頭部に上
から当接しており、カムの１回転毎にプランツヤ４ｂは
押し下げられるため、プランツヤ４ｂと連結されている
プランツヤ４ａは上下に往復動することになる。

プランツヤ４ａの一端に臨んで形成されるシリンダ３の
圧力室７は、図示しない燃料タンクに燃料供給通路８ａ
、８ｂ’ｒ介して連通しておυ、機関に同期して回転す
る低圧の燃料供給ポンプ（図示せず）が燃料タンク内の
燃料を圧力室７に供給するようになっている。

本体２下部には、プランジャ４ａの下降により加圧され
る圧力室７内の燃料を、図示しない燃焼室に噴射するノ
ズ）ｖｌｏが形成される。具体的にはノズル１０は、圧
力室７と燃料通路９に介して連通ずるニードル室１１、
ニードルパルプ（針弁）１２、スプリング１３、噴孔１
４、スプリングガイド１５、スプリング室１６から構成
され、常時はスプリング１３がスプリングガイド１５を
介してニードルパルプ１２を下方に付勢して噴孔１４を
閉じているが、圧力室７の燃料が燃料通路９を介してニ
ードル室１１に送られ、このニードル室１１の燃圧がス
プリング１３に打ち勝つと、ニードルパルプ１２′（＋
７上方に付勢して噴孔１４全開き、ニードル室１１の燃
料が噴孔１４から噴射されるようになっている。従って
、スプリング１３によシノズル１０の開弁圧が設定され
ることになる。

圧力室７に連通ずる燃料供給通路８ａ　、８ｂには弁装
置としての電磁弁１８が介装される。電磁弁１８には、
バルブホルダ１９に穿設したシリンダ２０を摺動する弁
体２１がスプリング２２によシ付勢されて開弁じておシ
、ソレノイド２４に駆動電流が通電されると、ソレノイ
ド２４の電磁力によシ、アマチュア２６がスプリング２
２に抗して弁体２１會閉弁方向に付勢し着座させるよう
になっている。

電磁弁１８の開弁時に、プランジャ４ａの下降によシ高
圧となる圧力室７の燃料は、電磁弁１８を介して燃料供
給通路８ａに逃げるが、オリフィス１７がこのときの燃
料流量を規制することによシ、圧力室７、通路８ｂ、９
内の燃圧を、ノズル１０の開弁圧より小さい所定値に保
つようにしている。

電磁弁１８への駆動電流を制御する制御回路（図示しな
い）は機関の運転状態を検出する手段（たとえば機関回
転数センサ、アクセルペダルの踏角を検出するアクセル
センサ、機関の冷却水温を検出する水温センサ、クラン
ク角を検出するクランク角センサなど）からの検出信号
に基づき、機関運転状態に最適な駆動パルス幅？持つ信
号をソレノイド２４に出力し、電磁弁１８を開閉制御す
る。

スプリング室１６に連通する燃Ｊ逃し通路２８＆及びシ
リンダ上部に形成される環状溝２９に連通ずる燃料逃し
通路２８ｂは合流した後、電磁弁１８上流の燃料供給通
路８ａに連通しておシ、余分々燃料を通路８ａに戻すも
のである。

従って、燃料供給ポンプによシ予圧される燃料タンクの
燃料は、燃料供給通路８ａから電磁弁１８（開弁してい
る）を介して圧力室７に供給されると、機関に同期して
回転するカムによりプランジャ４ａが下降して圧力室７
の燃料を加圧し始めるが、この時点では電磁弁１８は開
いているため、加圧される燃料の一部が電磁弁１Ｂ’ｒ
介して逃げ、オリフィス１７によ多燃料流量全規制され
、圧力室７、通路８ａ、９の燃圧は所定値以上には達し
々い。

プランツヤ４ａの下降途中でソレノイド２４に通電され
電磁弁１８が閉じると、圧力室７の燃料は閉じ込められ
て燃圧ケ増し、この燃圧は燃料通路９を介してニードル
室１１に達する。ニードル室１１の燃圧がスプリング１
３の下方への付勢力（ノズルｌＯの開弁圧）に打ち勝つ
と、ニードルパルプ１２を上方に押し上げて噴孔１４を
開き、ニードル室１１の燃料が図示゛し々い燃焼室に噴
射される。

所定のクランク角でソレノイド２４への通ｔ′（＋７や
め、電磁弁１８が開かれると、前述のように圧刃室７の
燃料の一部が電磁弁１８を介して燃料供給通路８ａに逃
げるため、ニードル室１１の燃圧はすみやかに下降し、
ノズル１０の開弁圧以下となって噴射を終了する。

す々わち、燃料の噴射は電磁弁１８を閉じている期間に
行なわれることになシ、この電磁弁１８を開閉するソレ
ノイド２４への通電時期及び通電時間を運転状態に応じ
て変えることによシ、ノズル１０から噴射される燃料の
噴射時期及び噴射量が最適に制御されるのである。

ところで、電磁弁１８の最大リフト量はアマチュアとコ
アとの間のギャップ量によシー義的に定まっておシ、電
磁弁１８の弁体２１のリフトによシ弁体２１と弁座との
間に形成されるリークオリフィス面積はこの最大リフト
量によシ制限されるため、最大リフト量が小さいと、噴
射終了時の噴射圧力の低下が遅く、噴射のきれが悪い。

そこで、リークオリフィス面積を増大するには弁体のシ
ート径？大きくするか弁体の最大リフト量を大きくする
ことが考えられる。シート径の増大を行なう前者では、
シート径の増大に応じて弁体全着座させる電磁力も増大
しなければならず、たとえば、噴射圧力’ｋ　１０００
気圧程度とした場合、シート径ｆ　２　ｖａｎ程度と小
さくしても着座には少なくとも３０　ｉｇ以上の力を必
要とする。

他方、弁体の最大リフト量を大きくする後者では、吸引
電磁力がギャップ量の２乗に比例するため、最大リフト
量を大きくすると、リフト量の２乗に比例して電磁力全
増大しなければならガい。

いずれの場合も、駆動電磁力を大きなものにするには電
磁弁を大型化しなければならず、また小型高速機関への
適用を考える場合、電磁弁には早い応答性が要求され、
これらを満足する電磁弁は大型化あるいは高価なものに
なってしまうという問題があった。

そこで本発明は、駆動電磁力を大きくすることなく、シ
ート径？増大させて、リークオリフィス面積増大による
燃料噴射のきれを良くすることを目的とする。

このため本発明では、機関に同期して往復動するプラン
ツヤと、このプランツヤの一端に臨んで形成される圧力
室と、圧力室と連通し所定圧以上で開弁するノズルと、
圧力室に連通ずる燃料供給通路圧介装され、常時は弾性
部材によシ弁体が開弁方向に付勢され、ソレノイドへの
通電により閉弁方向に弁体がリフトして閉弁する弁装置
とを備え、機関の運転状態に応じて弁装置を開閉する燃
料噴射制御装置に以下のものを追加して設ける。

すなわち、弁体背部に臨んでシリンダ全配設し、このシ
リンダには弁体頭部のシート径とほぼ同一の径を有する
ピストンが摺動するように、このピストンを弁体と一体
に設ける。さらに、シリンダとピストンで区画形成され
る背圧室を、シート部上流の燃料供給通路と連通させる
。

こうすると、弁体頭部に作用する高圧の燃圧による開弁
力と、弁体背部に作用する同じ燃圧による閉弁力とがバ
ランスし、弁体駆動に対する燃圧の影響を取シ除くこと
ができるので、駆動電磁力は比較的小さなものでよく、
あらためてシート径を増大しても電磁力はそれほど影響
を受けない。

したがって電磁力は太きくしなくともシート径を増大で
きることになり、シート径の増大分だけリークオリフィ
ス面積は拡大する。

以下図示実施例に基いて説明する。

第３図は本発明の第１実施例の概略構成図で、４は第１
，２図の２つのプランツヤ４ａ、４ｂ？１１−一体とし
たプランツヤ、３０は機関に同期して回転するカム、３
１はプランジャ４の抜は止め防止用のビン、３２は支持
体、３３はホルダ、３４はノズルホルダ、３５はニード
ルパルプ１２のリフト量を規制するディスタンスピース
、３６はノズルホルダ３４とディスタンスピース３５を
ホルダ３３に固定するノズルナツト、３８は燃料タンク
への燃料逃し通路、３９はノズル１０の開弁圧を調整す
るシムである。

４０は燃料供給通路８ａ　、８ｂに介装される弁装置と
しての電磁弁で、その拡大断面図が第４図に示される。

図中、パルプホルダ４１に形成されるシリンダ４２に、
針状の弁体（針弁）４３が摺動自在に欽装し、パルプホ
ルダ４１のケース４４内には、弁体４３上端周囲にビス
４５にてシム５８全介して固定されるアマチュア４６、
アマチュア４６を吸引するコア４７、コア４７を励磁す
るソレノイド４８、ソレノイド４８への制御信号が供給
される端子４９、ストッパ５０を介して弁体４３を図中
上方に付勢するスプリング５１が収納される。

弁体４３の下端に臨んで形成される弁室５２は通路５３
、室５４を介して燃料供給通路８ａに連通ずるとともに
、通路５５を介して燃料供給通路８ｂに連通している。

このため、常時はスプリング５１の上方への付勢力によ
シアマチニア４６會コア４７から離間し、弁体４３が、
パルプホルダ４１に形成した弁座５９から離れ（開弁じ
）、燃料供給通路８ａと８ｂを連通しているが、所定の
クランク角で制御回路（図示しない）からソレノイド４
８に通電されると、コア４７が励磁してアマチュア４６
を吸引し、弁体４３が弁座５９に着座する（閉弁する）
ことになる。

第５図上はこのような電磁弁４０のソレノイド４５に通
電される印加電圧及びリフト特性を示す。

すなわち、電磁弁４０にＴ、からＴ、の期間通電される
と、電磁弁４０は応答遅れをもってＴ２からＴ４の期間
閉弁することになる。

第４図に戻ｐ、本発明ではさらに弁体背部（弁体上部）
に臨んでシリンダ７０を設け、このシリンダ７０に摺動
自在に嵌装するピストン７１を弁体４３に一体に形成す
る。

シリンダ７０とピストン７１で区画形成される背圧室７
２には弁体４３と弁座５９とのシート部上流の燃圧が専
かれるように、弁体４３の軸中心に背圧室７２と通路５
５とを連通ずる圧力バランス通路７３を貫通する。

このため、弁体４３頭部に作用するシート部上流の燃圧
と弁体４３背部に作用する背圧室７２の燃圧がほぼ等し
くなる。

ここで、弁体に作用する力は燃圧と、この燃圧が作用す
る受圧面積とにより決定されるため、弁体４３頭部のシ
ート部上流の燃圧及びシート部の受圧面積によシ決定さ
れる開弁力と、弁体４３背部の背圧室７２の燃圧及びピ
ストン７１の受圧面積によシ決定される閉弁力とがほぼ
バランスするように、ピストン７１の径を設定している
。

ケース４４上部の５６は、シリンダ７０を固定するスト
ッパ、５７はこのストッパ５６をねじ込み固定するスト
ッパロックである。

また、６０は燃料逃し通路で、グループ６１、通路６２
、スプリング室６３、通路６４を介してアマチュア室６
５と連通しておシ、余剰燃料を燃料タンクに戻すように
なっている。６６はシールリングである。

その他の構成要素は第１，２図と同一であり、同一構成
要素には同一符号を付して説明は省略する。

以上の構成による作用を説明する。

燃料ポンプにより予圧される燃料タンクの燃料は、燃料
供給通路８ａから電磁弁４０（開弁じている）を介して
圧力室７に供給される。

機関に同期して回転するカム３ｏにょシブランジャ４が
下降して圧力室７の燃料を加圧し始めると、この燃圧は
開弁している電磁弁４０の弁室５２を経由して燃料供給
通路８ａに逃げるとともに、圧力バランス通路７３を経
て背圧室７２に達する。

弁体４３頭部のシート部上流の燃圧と弁体４３背部の背
圧室７２の燃圧はほぼ等しく、これらの燃圧が作用する
受圧面積も弁体４３頭部と弁体４３背部とでほぼ等しく
なるようにピストン径を設定しているので、弁体４３頭
部に作用する開弁力と弁体４３背部に作用する閉弁力と
が打ち消し合うため、弁体４３はスプリング５１の図中
上方への付勢力のみで弁座５９から離れている。

すなわち、圧力室７からの燃圧が高圧となっても、その
燃圧は弁体４３の駆動には影響を及はさず、したがって
電磁弁４０の弁体４３を閉弁方向に駆動する電磁力は弁
体４３、アマチュア４６などの重量並びに燃料の粘性に
抗する力に対抗できればよく、比較的小さな電磁力でも
高圧燃料にかかわらず、開閉駆動される。

通常、シート径を増大すると、燃圧による影響によシ閉
弁電磁力を増大しなければ々らないことは前述したが、
本実施例では燃圧の影響が除かれているので、シート径
を増大しても、駆動電磁力は小さく維持できるため、こ
こではシート径を大きく設定している。

従って、ブランツヤ４の下降途中でソレノイド４８に通
電されると、弁体４３は小さな駆動電磁力でリフトして
弁座５９に着座する（閉弁する）。

この閉弁によシ燃料供給通路８＆と８ｂの連通が遮断さ
れるため、圧力室７の燃料は閉じ込められて燃圧を増す
。この燃圧は燃料通路を経てニードル室１１に達し、ニ
ードル室１１の圧力（噴射圧力）會上昇させ、ノズル１
０の開弁圧を越えると、ニードルパル２１２が上方にリ
フトし、噴孔１４から燃料が噴射され、以降圧力室７の
燃圧上昇とともに噴射圧力は上昇する。

所定のクランク角でソレノイド４８への電圧印加を終了
すると、弁体４３は前述のように、弁体４３頭部に作用
する高圧の燃圧による開弁力と、弁体４３背部に作用す
る背圧室の燃圧による閉弁力とがバランスしているので
、弁体４３はスプリング５１の付勢力のみによって、図
中上方にリフトし開弁する。

この開弁によシ高圧の燃料は、弁体４３と弁座５９との
間に形成されるオリフィスを経由して燃料供給通路８ａ
に逃げるが、このオリフィス面積は燃圧の抜は速度を決
別しているため、シート径？増大している本実施例にあ
ってはシート径増大によりオリフィス面積が拡大してお
り、したがって噴射圧力はＷＥ５図のように開弁後に急
激に立ち下シ、ノズル１０の閉弁圧以下となる。

このため、噴射率も、この噴射圧力の急激な低下にあわ
せて、同図のように噴射終わシに急激に立ち下シ、噴射
終わシまでの時間が短縮されている。

以上のように本発明によれば、弁体頭部に作用する高圧
の燃圧による開弁力？、弁体背部から作用する同じ燃圧
による閉弁力によりバランスさせたので、弁体駆動紮行
なう電磁力はシート径全太きくしても比較的小さなもの
でよく、シたがって電磁弁の電磁力を増大させなくとも
、シート径増大によりリークオリフィス面積が拡大して
噴射の切れがよくなるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置に使用されるユニットインジェクタの
縦断面図、第２図は第１図の要部断面図である。 第３図は本発明の第１実施例のユニットインジェクタの
概略構成図、第４図は電磁弁の拡大断面図、第５図は印
加電圧に対する電磁弁のリフト、噴射圧力、噴射率のそ
れぞれの特性を示す図である。 ４・・・ブランツヤ、７・・・圧力室、８ａ、８ｂ・・
・燃料供給通路、１０・・・ノズル、４０・・・電磁弁
、４３・・・弁体、４８・・・ソレノイド、５１・・・
スプリング、５９・・・弁座、７０・・・シリンダ、７
１・・・ピストン、７２・・・背圧室、７３・・・圧力
バランス通路。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関に同期して往復動するプランツヤと、このプランジ
   ャの一端に臨んで形成される圧力室と、圧力室と連通し
   所定圧以上で開弁するノズルと、圧力室に連通ずる燃料
   供給通路に介装され、常時は弾性部材により弁体が開弁
   方向に付勢され、ソレノイドへの通電によシ閉弁方向に
   弁体がリフトして閉弁する弁装置と全備え、機関の運転
   状態に応じて弁装置を開閉する燃料噴射制御装置におい
   て、弁体背部に臨んで配設されるシリンダを摺動するピ
   ストンを弁体と一体に設け、シリンダとピストンで区画
   形成される背圧室？、シート部上流の燃料供給通路と連
   通させたことを特徴とする燃料噴射制御装置。