JPS6013977A - 直接噴射式デイ−ゼルエンジン - 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】 この発明は直接噴射式ディーゼルエンジンに係り、特に
、燃料＠耐ポンプの噴剛期間制御装置を備えＩＣ直接噴
射式ディーゼルエンジンに関づる。

直接噴射式ディーゼルエンジンにおける燃料噴射ノズル
は、一般的に、エンジンの各気筒内に配置されて所謂直
接Ｉｊ！！射されるようになっている。

この場合、エンジンの各気筒における燃焼室内で、吸入
空気と噴射ノズルからの噴霧燃料とをいかに良好にミキ
シングさせるかは、燃費、ディーゼルスモークの排出釜
、排気エミッションの性質等のエンジンの諸性能に大き
な影響を与えるものである。

かかる観点から、従来は、エンジンの吸入ボート等の形
状により、吸入空気が、燃焼室内で所謂スワールと称さ
れる旋回流を生ずるようにしｌｃエンジンが用いられて
いるが、このようにスワールを生じるような吸気ボート
の形状は、一般的に吸気効率を低下させるものであって
、強力なスワールによって＠霧燃料と吸気を混合させる
ことには限界がある。

一般に、燃料１ＩＪ１剣期間はポンプ能力および噴射ノ
ズルの流路面積が決定すれば、エンジン回転速屓および
エンジン負荷によって第１図に示されるように一義的に
決定されるものであるが、エンジンの要求噴射期間は吸
気スワールの状態等により変化し、第１図に示される特
性と一致しないのが一般的である。

特に、エンジンの低負荷時には、前述の吸気スワールも
弱く、これに対して短い噴射期間で少量の燃料を噴射し
ても、良好なミキシングは困難である。

これに対して、例えば、実開昭５６−１２７３６０号公
報等に見られるように、軸方向に往復動じて燃料の吸入
圧送を行うプランジャの先端側プランジャ室に連通して
配置されたシリンダと、このシリンダに摺動自在に嵌装
され、前記プランジャ室の容積を可変とづるピストンと
、このピストンを前記プランジャ室縮小方向に付勢する
スプリングと、を有し、エンジン運転状態に応じて前記
ピストンのストロークを変化させることにより、前記プ
ランジャ室の容積を変化させて燃料噴射率、換呂すれば
燃料噴射期間を制御づる燃料噴射ポンプの噴射率制ｔｉ
ｌｌ装置が提案されている。

即ち、燃料噴射ポンプにお【ブるプランジャ室の容積を
可変とし、例えば、エンジンの低速回転時に、低速で吸
入される吸気に応じて、プランジャ室の圧力を小さくし
て、燃料噴射期間を長くし、これによって、噴霧燃料と
吸気の混合を良好に（るものである。

しかしながら、上記のような燃料ｌ１ｊｉ射期間制御装
置は、電子制御回路によって制御されるサーボモータ、
スクリューシャフト、ストッパ等を備えるものであって
、その構造が複雑であり、ストッパを変位させるための
カム等を用いているために、その作動も複雑であって、
エンジンルーム内の高温、誂振動等の苛酷な条件に適合
しない恐れがあるという問題点がある。

この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、
単純な構成で、且つ、苛酷な条件下でもその作動を確実
にすることができる燃料噴射期間か！１罪装置を備えた
直接噴射式ディーゼルエンジンを提供づることを目的と
する。

この発明は、燃焼至内に吸入される吸気が、該燃焼至内
で旋回運動されるとともに、燃焼至内に燃料を直接噴射
して、噴霧燃料が前記旋回吸気左混合され、且つ、燃焼
される直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、軸方向
に往復動じて燃料の吸入圧送を行うプランジャの先端側
プランジャ室に連通して配置されたシリンダと、このシ
リンダにｌｉ！！動自在に嵌装され、前記プランジャ室
の容積を可変とするピストンと、このピストンを前記プ
ランジャ室縮小方向に付勢するスプリングと、前記ピス
トンの前記プランジャ室と反対側位置に、エンジン駆動
の燃料フィードポンプの吐出圧に応じて、該ピストンの
ストロークを、該吐出圧が高い時短く、低い時長く制御
づるストローク制御機楢と、を有してなる噴射期間制御
装置を設けることにより上記目的を達成覆るものである
。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

この実施例は、第２図ないし第４図に示されるように、
燃焼至２内に吸入される吸気が、吸気ポート４の形状に
より、該燃焼呈２内ｒ：旋回運動されるとともに、噴射
ノズル６から燃焼至２内に燃料を直接＠躬して、Ｉｌｊ
！霧燃料が前記旋回吸気と混合され、且つ、燃焼される
直接噴射式ディーゼルエンジン１においで、軸方向に往
復動して燃料の吸入圧送を行うプランジャ１２の先端側
プランジ１７Ｉ’１４に連通して配置されたシリンダ１
６と、このシリンダ１６に摺動自在に嵌装され、前記プ
ランジＡ２至１４の容積を可変とづるピストン１８と、
このピストン１８を前記プランジャ案１４縮小り向に付
！６−Ｊるスプリング２０と、前記ピストン１８の前記
プランジャ室１４と反対側位置に、Ｊレジン２２により
駆動される燃料フィードポンプ２４の吐出圧に応じて、
）該ピストン１８のストロークを、該吐出圧が高い時短
く、低い時長く制御するストローク制ｉｌ１機４ｉ１１
２６と、を有してなる噴射期間制御装置装置１０を設け
たものである。

この噴射期間制御装置１０は、第２図に示されるように
、燃料噴射ポンプ２８における前記プランジャ１２の先
端と対向して同軸的にポンプハウジング２８Ａに螺合さ
れて取付けられている。

第１図の符号３０はプランジャ１２によって加圧され、
燃料通路３０Ａおよび分配ボート３０Ｂを通って圧送さ
れた燃料をエンジン１に設けた噴射ノズル６に供給する
ためのデリバリバルブ、３４はフューエルカットソレノ
イドバルブ、３６はプランジＡ７１２の有効ストローク
を制御するスピルリング、３８はプランジャ１２と一体
的に設けられ、エンジン１によって回転駆動される時に
、ローラ４０との関係からプランジャ１２を往復動さゼ
るカムプレートをそれぞれ示づ。

前記噴射ノズル６は、エンジン１のピストン４２頂部に
形成された燃焼室２に向けて取付（プられ、吸気ボート
４を通って吸入され、スワールを形成された吸気と噴霧
燃料を良好に混合され得るように配置されている。

前記噴射期間制御装＠１０は、第２図に拡大して示され
るように、その略円筒状のボディ１０Ａをポンプハウジ
ング２８Ａに、オーリング５０を介して前記プランジャ
１２と同軸的に螺合することによって燃料噴射ポンプ２
８に取付けられるものである。

この噴射期間制御装置１０における前記シリンダ１６は
、前記ボディ１０’Ａのプランジャ１２側先端に螺合し
て取付（プられ、ボディ１０Ａのポンプハウジング２８
Ａの取付は詩に、その先端部がプランジャ室１４の外端
壁を形成するようにされている。

このシリンダ１６の中心には前記プランジャ室１４に連
通され、且つ、プランジャ室１４と反対側に貫通づる連
通ボート１６Ａが形成され、前記ピストン１８は、この
シリンダ１Ｇの連通ボート１６Ａに外側から摺動自在に
嵌装されて、前記プランジャ室１４に対して進退するこ
とにより、該プランジャ室１４の容積を可変とするよう
にされている。

前記ピストン１８の、プランジャ室１４と反対側の端部
は、シリンダ１６の外側且つボディ１０Ａの内側に形成
された第１のスプリング至５２内に突出づる大径部１８
Ａとされ、この大〜径部１８Ａの外端と第１のスプリン
グ室５２の外端との間に装架された第１のスプリング５
４により、ピストン１８がプランジャ室１４の容積縮小
方向に付勢されている。

前記ピストン１８は、第１のスプリング５４に抗して外
端（図の右方向）に移動され得るものであるが、そのス
トロークは、前記ストローク制御機構２６によって制御
される。

このストローク制ｔｉ１機構２６は、前記燃料フィード
ポンプ２４の吐出圧に対応して前記ピストン１８の裏面
側に離接して、該ピストン１８のストロークを変化させ
るダンパピストン５６を含むものである。

このダンパピストン５６は、ボディ１０Ａ内において、
ガイド５８により、前記ピストン１８と同軸的に軸方向
移動自在に配置され、その外端側の大径部５６Ａはガイ
ド５８の外端側に、このガイド５８とボディ１０Ａの外
端に螺合されるロックナツトプレート６０との間で形成
される第２のスプリング室６２内に配置されている。

又、ダンパピストン５６の小径部５６Ｂは、前記ガイド
５８から前記第１のスプリング至５２内に突出し、その
中心に形成された燃料通路６４の先端が、前記ピストン
１８の外端中心軸上に配置された制御ピストン１８Ｂと
摺動自在に嵌合されている。

前記燃料通路６４は、前記小径部５６　Ｂ　ｒＪ３よひ
大径部５６Ａを貫通して、ダンパピストン５６の外端側
の受圧面５６Ｃに、第１のスプリング至５２内の燃料圧
力を導入−づることかできるようにされている。

前記ダンパピストン５６の小径部５６８１ａには、第１
のスプリング至５２内の部分において、第３図および第
４図に示されるように、前記燃料通路６４と小径部５６
Ｂ外周とを連通ずる切欠き溝６４Ａが形成されている。

この切欠き溝６４Ａの長さは、前記ピストン１８におけ
る制御ピストン１８Ｂの長さより＋）短くされ、該制υ
１１ピストン１８Ｂが燃料通路６４内を外端方向に一定
以上移動した時、燃料通路６４が閉じられ得るようにさ
れている。

図の符号６６は前記第２のスプリング至６２内に配置さ
れ、前記ガイド５８と、ダンパピストン５６の大径部５
６Ａとの間に装架され、該ダンパピストン５６を外端方
向に付勢する第２のスプリングを示す。

ここで、ダンパピストン５６の大径部５６Ａは、前記＠
２のスプリング至６２の内周と水密状態で摺動するよう
にされている。又、前記受圧面５６Ｃの面積は、小径部
５６Ｂの断面積よりも大きくされている。

この受圧面５６Ｇはダンパピストン５６を貫通Ｊ゛る前
記燃料通路６４、第１のスプリング苗５２、この第１の
スプリング苗５２と連通してボディ１０Ａに形成された
燃料通路６８、この燃料通路６８の内端に連通し、且つ
、シリンダ１６を軸方向に貫通して形成された燃料通路
７０、燃料噴射ポンプ２８における前記プランジャ１２
の外周のシリンダ７４の外端と噴射期間制御装置１０側
のシリンダ１６の内端との間において、隔壁７６により
前記プランジャ室１４と隔絶してその外側に形成された
環状燃料通路７８と、この環状燃料通路７８に連接して
前記シリンダ７４に形成された燃料通路８０を介して前
記燃料フィードポンプ２４の吐出側に連通されている。

＠２図の符号８２はシリンダ７４に形成された燃料吸入
ボート、８４はプランジャ１２の吸入グループをそれぞ
れ示す。

又、第３図の符号８６は燃料噴射ポンプ２８のポンプハ
ウシング２８Ａとシリンダ７４との間に介在されるオー
リング、８８はボディＩＯＡの外端とこれに螺合さるロ
ックナットブｌノート６０との間に介在されるガスケッ
ト、９０は前記第２のスプリング室６２内の圧力を逃が
すためのリークボートをそれぞれ示し、このリークボー
ト９０は、燃料噴射ポンプ２８のオーバーフローボート
（図示省略）に連接されている。

次に上記実施例の作用を説明する。

エンジン１の運転時には、このエンジン１によってプラ
ンジャ１２が回転且つ往復動され、これにより、燃料フ
ィードポンプ２４がら供給され、且つ、燃料吸入ボート
８２から吸入された燃料はプランジャ室１４内で加圧さ
れ、プランジャ１２に形成された燃料通路３０Ａ、分配
ボート３０Ｂおよびデリバリバルブ３０を介してエンジ
ン１の各気筒における噴射ノズル６からエンジン１の燃
焼￥２内に＠射されて、吸気ボート４によってスワール
を形成された吸気と混合される。

ｌ］ＩＪ記プランジャ１２がプランジャ苗１４内の燃料
を加圧する時、その圧力増大によって、プランジャ￥１
４に連通づるシリンダ１６の連通ボートに嵌装されてい
るピストン１８は、プランジャ室１４の圧力による外方
への荷重が、第１のスプリング５４のセット荷重を越え
た時、その付勢力に抗して第２図において右方向即ち外
端方向に移動され、これによって、プランジャ室１４の
容積が拡大される。

従って、プランジャ苗１４内の燃料圧力はピストン１８
の移動量に対応して減圧され、且つ、燃料通路３０Ａ／
ｉ′３よび分配ボート３０Ｂを介して噴射ノズル６に燃
料を供給（る過程にＪ３いＣ１ピストン１８が第１のス
プリング５４によって／ランジャ苗１４の絆小り向に押
圧されるために、プランジャ室１４のｊ台加量、即ち、
減圧に対応して噴射ノズル６からの燃料噴射期間が増大
されることになる。

即ち、一定のエンジン出力を得るためには、一定の燃料
量が必要であり、この燃料量は、周知の如く、プランジ
へ７至１４内に発生した圧力により、噴射ノズル６が開
弁し、その開弁期間を制御することにより確保されてい
るが、プランジャ室１４内の圧力が、上記の如く抑制さ
れれば一定の燃料量を得るには、それだけ長い期間＠割
を継続しなければならない。即ら、第５図の如く、噴射
期間が長くなるわけである。

この噴！１期間の増大量は、以下の如くストローク制ｔ
ｉｌｌｌ！構２６によって制御される。

即ち、ダンパピストン５６の受圧面５６Ｃには、燃料フ
ィードポンプ２４の吐出圧が燃料通路８０環状燃料通路
７８、燃料通路７０．６８、＠１のスプリング至５２、
切欠ぎ１６４Ａおよび燃料通路６４を介して導入される
が、この吐出圧は燃料フィードポンプ２４がエンジン１
によって駆動されているために、エンジンの回転速度に
対応して高速回転時程高圧となる。

前記受圧面５６Ｃはダンパピストン５６の小径部５６Ｂ
の断面積よりも大きいために、ダンパピストン５６は受
圧面５６Ｇにかかる圧力に応じて、第２のスプリング６
６の付勢力に抗して第２図においてん行、即ち、ピスト
ン１８方向に移動される。

この状態で、前述の如く、プランジャ１２によるプラン
ジャ室１４内の燃料の加圧行程で、ピストン１８が右行
されると、該ピストン１８の制御ピストン１８Ｂがダン
パピストン５６の燃料通路６４内に深く入り込んでくる
。

制御ピストン１８Ｂが燃料通路６４内に、切欠き溝６４
Ａの長さを越えて進入づると、燃料通路６４は制御ピス
トン１８Ｂによって閉塞されるので、燃料通路６４丙の
燃料圧力が増大して制υ１１ピストン１８Ｂのも行を阻
止りる。

即ち、ピストン１８の外端方向への移動ストロークは、
ダンパピストン５６の内端り向即ち第２図において左方
向の移＠量に応じて減少されることになる。

このことは、燃料フィードポンプ２４の吐出圧が大きい
詩、即ち、エンジン１の回転速度が高い時にピストン１
８のストロークが短くされ、逆に、エンジン１の回転速
度が低い時にはピストン１８の移動ストロークが大きく
されるものである。

従って、エンジン１の回転速度が低い時は、プランジャ
苗１４の容積拡張による減圧効果が大ぎく、従って、噴
射ノズル６からの燃料噴射期間も長くされ、例えば第５
図に示されるように、実線で示される従来の場合と比較
して、破線で示されるように、噴射ノズルの耐大リフト
状態が長く維持され、即も、噴射期間が長くされること
になる。

尚、上記実施例における噴射期間制御装置１０は、噴射
期間拡大のみを行うものであり、このため、この実施例
においては、ポンプ能力およびノズル流路面積を適当に
選択することによって、燃料噴射期間をエンジンの要求
値よりも短い状態に適合しておぎ、該噴射期間制御装置
１０によりエンジンの運転状態に応じて噴射期間を拡大
制御する。

又この実施例においては、例えば、燃料通路６８．７０
又は８０に適当な絞りを設けることにより、ピストン１
８のプランジャ室１４縮小方向への移動速度を制御して
、噴射ノズル６からの燃料噴射波形の制御も可能である
。

次に第６図に示される本発明の第２実施例につぎ説明す
る。

この＠２実加剰は、前記第１実施例における制御ピスト
ン１８Ｂの代わりにダンパピストン５６の小径部５６Ｂ
の外側に同軸的に嵌装されるスリーブ１８Ｃを受けたも
のである。

このスリーブ１８Ｃは、その内周に外端から一定長さで
形成された切欠き溝９２を備え、又、前記ダンパピスト
ン５６の小径部５６Ｂには、燃料通路６４と連通して径
方向に形成され、且つ、常態で前記スリーブ１８Ｃの内
側の切欠き満９２と連通ずる連通孔９４が設けられてい
る。

この第２実施例におけるストローク制ｔｉｌ＋機構２６
Ａは、ピストン１８と一体のスリーブ１８Ｃが図におい
て６行して、その内側の切欠き溝９２が、前記連通孔９
４よりも僅かに右側にまで移動した時、該連通孔９４お
よびダンパピストン５６の燃料通路６４が閉じられて密
閉されることにより、それ以上のも行が阻止され、これ
によって、ピストン１８のストロークが制御されるよう
にしＩＣものである。

図の符号９６はシリンダ１６をボディ１０Ａに固定する
ためのノックビンを示す。

他の構成は前記第１実施例と同一であるので説明を省略
する。

この実施例においても、前記＠１実施例と同様に、ダン
パピストン５６は受圧面５６Ｇに導入される燃料フィー
ドポンプ２４の吐出圧に対応して、図においてん行し、
これによって、ピストン１８のプランジャ室１４拡張方
向のストロークを制御するものである。

次に第７図に示される本発明の＠３実施例につき説明す
る。

この第３実施例は、前記第１および第２実施例における
ダンパピストン５６を使用せずにピストン１８のストロ
ークを制御するものであり、ストローク制ｆｉｌＦＩｓ
Ｍ４２６Ｂは、燃料フィードポンプ２４の吐出圧を前記
ピストン１８の背圧として導入する燃料通路６８Ａと、
この燃料通路６８Ａの途中に配置された絞り９８と、こ
の絞り９８よりも上流側から前記燃料フィードポンプ２
４の吐出圧を導（第２の燃料通路１００と、この第２の
燃料通路１００の途中に設けられ、前記ピストン１８の
背圧室１０’２縮小方向への燃料流れを阻止し、且つ、
背圧室１０２拡大方向への燃料流れを許容する逆止弁１
０４と、から構成されている。

又、前記ピストン１８の大径部１８Ａは、背圧室１０２
の内周と密接して摺動自在に嵌合されている。更に、前
記シリンダ１６に相当する部分はボディＩＯＡと一体に
形成されている。

この実施例においても、第２の燃料通路１００および燃
料通路６８．７０を介して燃料フィードポンプ２４の吐
出圧が背圧室１０２内に導入され、且つ、ピストン１日
が図において右行する時は、絞り９８および逆止弁１０
４の作用によって該背圧室１０２の圧力が維持されるの
で、ピストン１８のストロークが燃料フィードポンプ２
４の吐出圧力即ちエンジン回転速度に応じて制御される
ことになる。

ここで、逆止弁１０４は、ピストン１８がプランジャ室
１４を圧縮づる方向に戻る時に、その抵抗を小さくづべ
く、第２の燃料通路１００を開くものである。

尚、上記実施例は、第２図に示されるように、単一噴孔
を有する噴射ノズル６から燃料を噴射するようにしたも
のであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、例
えば、多噴孔ノズルにより燃料を噴射するようにした場
合にも適用されるものである。

本発明は上記のように構成したので、簡単な構成、且つ
、作動でもって燃料噴射ポンプにおける燃料プランジャ
室の容積を、エンジンの運転状態に応じて可変とし、こ
れによって、エンジンの燃焼至内でスワールを形成され
た吸気に対して噴射燃料を最適にミキシングできる噴射
期間でもって燃料を噴射させることができるという優れ
た効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な燃料噴射ポンプにおける噴射期間とエ
ンジン回転速度との関係を示づ線図、第２図は本発明に
係る直接噴射式ディーゼルエンジンの実施例を示１断面
図、第３図は同実施例の要部を拡大して示す断面図、第
４図は第３図の■−■線に沿う拡大断面図、第５図は同
実施例における燃料噴射時の噴射ノズルのリフト置とク
ランク角度との関係を示づ線図、第６図および第７図は
本発明の第２および第３実施例を示す第３図と同様の断
面図である。 １・・・エンジン、　２・・・燃焼苗、４・・・吸気ポ
ート、　６・・・ｒＩｉＩＩＪＪノズル、１０・・・＠
副期間制御装置、　１２・・・プランジャ、１４・・・
プランジャ室、　１６・・・シリンダ、１８・・・ピス
トン、　２０・・・スプリング、２４・・・燃料フィー
ドポンプ、 ２６．２６Ａ、２６Ｂ・・・ストローク制御機構、２８
・・・燃料噴射ポンプ、 ５６・・・ダンパピストン、５６Ｃ・・・受圧面、６８
．７０．８０・・・燃料通路、 ７８・・・環状燃料通路、　９８・・・絞り、１００・
・・第２の燃料通路、　１０２・・・背圧室、１０４・
・・逆止弁。 代理人　松　山　圭　佑 （ほか１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼室内に吸入される吸気が、該燃焼室内で旋回
   運動されるとともに、燃焼室内に燃料を直接噴射して、
   噴霧燃料が前記旋回吸気と混合され、且つ、燃焼される
   直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、軸方向に往復
   動して燃料の吸入圧送を行うプランジャの先端側プラン
   ジャ至に連通して！［されたシリンダと、このシリンダ
   に摺動自在にＶ、装され、航記プランジャ至の容積を可
   変とするピストンと、このピストンを前記プランジャ至
   縮小方向に付勢するスプリングと、前記ピストンの前記
   プランジャ至と反対側位置に、エンジン駆動の燃料フィ
   ードポンプの吐出圧に応じて、該ピストンのストローク
   を、該吐出圧が高い時短く、低い時長く制御するストロ
   ーク制御機構と、を有してなる＠銀期間制御装置を設け
   たことを特徴とづ°る直接噴射式ディーゼルエンジン。