JPS6022051A - 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】 （技術分野） 本発明は内燃機関の燃料噴射装置、Ｂ’ｆ　Ｌ、　＜は
ディーゼル機関に使用され機関の運転状態に応じて噴射
率を制御する内燃機関の燃料噴射装置に関する。

（従来技術） 従来の内燃機関の燃料噴射装置としては、例えば、特開
昭５７−１５９９５４号公報に記載されたものが知られ
ている。この装置を第１〜３図に基づき説゛明すると一
１ｌは列型噴射ポンプを示し、燃料は図中矢印で示すよ
うに燃料タンク２より噴射ポンプｌのフィードポンプに
より吸い上げられ水分離器（セジメンタ）３、ツユエル
フィルタ４を経て噴射ポンプ１に送られる。噴射ポンプ
ｌに流入した燃罎′１は加圧され、所定の噴射順序に従
ってデリバリバルブを内蔵するデリバリホルダｌａから
各気筒に配設されたホール型の噴射ノズル５に圧送され
る。噴射ノズル５は第２図に示すように加圧燃料が燃料
通路６を通して油溜り室７に供給されると、スブリング
８の（；ｊ勢力に抗し”ζニードｌレノ〈ル）′９を図
中上方ヘリフトさ・ＵノズルボディｌＯの先端に形成さ
れた複数の噴孔ＩＩから燃焼室に直接燃料を噴射する。

この場合、ニードルバルブ９のリット１ｆｉＬは゛ニー
１゛′ルバルブ９のｌｉ　６１ｉ１１部とスぺ〜す１２
との間隙ｌによって決定されζおり、噴１・１期間にお
けるリフト量１ｏ　（すなわち、噴射イ４）は第３図に
示すようにリフト開始から終了まで略一定の値となって
いる。なお、噴射ポンプ（ｔりよび噴射ノズル５の過剰
燃料はオーハフｌ：Ｉ−通路１３を通しＵ　（ｆｆＡ料
タンク２に戻される。

ところで、このよ・）な燃：ｒ１噴射装置においては、
噴射ポンプｌの送油率（燃１′、１圧送量を圧送期間で
除した値）を高めたり、あるいは噴射ノズル５の開弁圧
を高くして噴射ネ（単位時間（ＱＢ位回転角度）あたり
の燃料の噴射■）を１ｔｌｉめる等の方法により、噴射
１ｒＡ１’、１の霧化や微粒化を促進し゛ζ燃焼効率を
高める一方、噴射期間を短ｔｉｄ化して燃料のあと燃え
（後期燃焼）を防ぎ、スモークの発生が抑制されている
。

しカルながら、このような従来の内燃機関の燃料噴射装
置にあっては、噴射ノズル５としてニードルバルブ９の
リフト量に対する噴孔流量の変化が極めて大きい１ｌｌ
ｌ當のホール型噴射ノズルを用いていたため、上述した
燃焼効果（霧化促進やあと燃え防止等）を得ようと単に
噴射率全体（噴射初期から後期までの噴射率全体）高め
た場合には、噴射初期の噴射率が著しく増大し、着火に
至るまでの着火遅れ期間中に大半の燃料が噴射されてし
まい、着火後これらの燃料が瞬時に燃焼する。その結果
、ＮＯｘの排出量が多（なるとともに、大きな燃焼Ｍ音
が発生するという問題点があった。一方、このような不
其合を解消するために、例えばボッシュ型のセントラル
プランジャホルダを用いた噴射ポンプとホール型噴射ノ
ズルとを組合わせてニードルバルブのリフトを抑制し初
期噴射率を低くするという方法も考えられるが、この場
合には機関の高速高負荷域においてニー１ルパルブのリ
フト抑制効果が過大となって噴射期間が大幅に増大する
。その結果、噴射燃料のあと燃えＧこよりスモーク濃度
が増大するとともに、燃焼状態の悪化に伴い燃費が悪く
なるという問題点が発生ずる。

（発明の目的） そこで本発明は、燃料噴射ノズルのニーＩ・ルバルブ後
端側に圧力室を配設するとともに、この圧力室の流体圧
力に応じて移動が抑制されニー１ルパルブのリフト量を
変えるプランジャを設り、圧力室の流体圧力をエンジン
の運転状態にＪｌ（ついて制御−Ｊることにより、プラ
ンジャの移動を制御し゛Ｃニートルバルフのリフ（・量
を変えｊｔＮ料の噴射率をエンジンの運転状態に対応す
るよう最適に制御して、燃焼効率を高めるとともにＮ　
Ｏｘ、スモーク等の排出量や燃焼騒音を低減さ・Ｕるこ
とを目的としζいる。

（発明の構成） 本発明による内燃機関の燃料噴射装置は、内部に低圧室
を画威し、該低圧室に吸入した３１４１′１タンクから
の燃料を加圧して圧送する燃料噴射ポンプと、圧送され
る燃料により噴孔を開閉するニードルバルブの後端側に
流体が導かれる圧力室を配設するとともに、これらの間
に圧力室の流体圧力によりその移動が抑制されニードル
バルブのリフトを抑制して燃料の噴射率を変え・ｂプラ
ンジャを設りた燃料噴射ノズルと、燃η′：ｌ噴射ノズ
ルの圧力室と燃料タンクあるいは該圧力室と燃料噴射ポ
ンプの低圧室との接続を択一的に切換える切換手段と、
エンジンの運転状態に基づいて切換手段の作動を制ｆＪ
Ｉする作動制御手段と、を備えており、燃料の噴射率を
エンジンの運転状態に対応するよう最適に制御するもの
である。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第４〜７図は本発明の第１実施例を示す図である。

まず、構成を説明すると、２１はディーゼルエンジンに
装着された分配型（特にＶＢ型）の燃料噴射ポンプ（以
下、噴射ポンプと略称する）ごあり、燃料タンク２２か
らゾレフイーｔ’　ｓ；ンゾ２３により吸い上げられた
燃料は燃料通路２４により水う）離器２５、ツユエルフ
ィルタ２６を順次介して噴射ポンプ２１は供給される。

噴射ポンプ２１に供給された燃料はフィート°ポンプに
より２〜６　ｋｇ　／　ｃｆ程度に加圧され、噴射ポン
プ２１の内部に画成された低圧室（図示時）に送油され
る。

低圧室の燃料はツユエル力ソトソレノイドハルブ２７を
経て高圧室に導かれ、ここで図示していないシランジャ
により２００　ｋｇ　／　ｃｔａ以上の高圧に加圧され
デリバリボルダ２８から高圧噴射通路２９を通し゛Ｃ各
気筒に配設された燃料噴射ノズル３０に圧送される。な
お、デリバリボルダ２８内にはデリバリバルブが設番ノ
られでおらず、代わりにオリフィス径が０．６　ｍｍ以
上であるダンピングバルブが内設されている。これは、
高圧噴射通路２９内の燃料が噴射後に脈動し、いわゆる
二次噴ｆ１１が発生ずるという不具合を防止するためで
ある。燃料噴ｔＩ４ノズル３０は第５図に詳４１を示す
よ・）に、ノズルボディ３Ｉと、該ノズルボディ３１の
後端側（図示上方）にスペー−！Ｉ・３２を介し゛Ｃ配
設されたケーシング３３と、これら３者を一体に固定支
持するホルダ３４と、を有している。ノズルボディ３Ｉ
にはニードルバルブ３５が摺動自在に収納されており、
ニードルバルブ３５はノズルボディ３１の先端に形成さ
れた複数のポール型噴孔３６を開閉可能である。ケーシ
ング３３にはニードルバルブ３５と同一軸線上を図中上
下方向に移動可能にプランジャ３７が収納されており、
このプランジャ３７は先端側にロッＩ：３日を、また後
端側にピストン３９をそれぞれ有している。ビスｌン３
９はケーシング３３とともに圧力室４０を画成しζおり
、このピストン３９によりプランジャ３７は圧力室４０
の８債を可変とすることができる。また、ピストン３９
の下部外周面には移動方向に複数のスリット４１が形成
されており、このスリット４Ｉを通して圧力室４０は図
中下方のロンド３８周囲に形成されたスプリング室４２
と連通可能である。

なお、ビスＩ−ン３９は図示の静止位置から距Ｐ１ｔβ
２だり上方へ移動すると、スリット４１を通して圧力室
４０とスプリング室４２とを連通ずる。圧力室４０には
ダンピングバルブ４３を内設する導入通路４４が開１」
シており、この導入通路４４は圧力室４０に流体、例え
ば噴射ポンプ２１からの低圧燃料（低圧室の燃料）を流
入させるとともに、圧力室４０から燃料を流出させる。

ダンピングバルブ４３は圧力室４０の燃料流入流出量を
規制するもので、圧力室４０に燃料を流入させるときは
該燃料の圧力によりスプリング４５の付勢力に抗して弁
体４６を１ｍｍ上下方押し下げ導入通路４４の通路面積
を人さくし、一方、圧力室４０から燃料を流出させると
きはスプリング４５のイｔＪ勢力により弁体４６を」二
方に移動させ通路面積を弁体４６に形成された小径のオ
リフィス４７によっ°ζ規制される値まで小さくする。

このオリフィス４７の内（５ｄｌｊ＝０−２　’ｍｍ程
度に設定される。スプリング室４２にはニー　ドルスプ
リング４８が縮設されており、ニードルスプリング４８
はリテーナ４９を介してニードルバルブ３５を閉弁方向
−（図中上方）にイ］勢している。このニードルスプリ
ング４８のイ（１勢力は、該ニードルスプリング４８の
上座面とケーシング゛３３との間に介装されたシム５０
．５１あるいはスペーサ５２により所定圧力に設定され
る。また、リテーナ４９とロッド３８との間には間隙ｅ
、が設Ｃ）られており、こ６間隙１１によりニードルバ
ルブ３５の第１リフ）ＩＳｔＬ、が設定される。なお、
間隙ｌ、の大きさはシム５１の厚さあるいはリテーナ４
９の高さを変えることにより調整され、この間隙！、に
よって設定される第１リフト量Ｌｌはフルリフ１ｔＬｐ
の１／３以下に設定されている。フルリフト量ＬＦはニ
ードルバルブ３５の最大リフト量であり、このフルリフ
トｉＪ’Ｌｐ　はニードルバルブ３５の後端部とスペー
サ３２との間に形成される間隙ＩｌＦによって決定され
ている。

したが−で・”プ）ｋ　′＜　／Ｌ／ブ３５Ｌよ噴射４
Ｌｙブ２１から高圧噴射通路２９を介して圧送される商
用燃料がケーシング３３、スペーサ３２およびノズルボ
ディ３１にそれぞれ形成された供給通路５３を通して油
溜り室５４に供給されると、ニードルスプリング４８の
イＫＪ勢力に抗して図中上方にリフトシ、噴孔３Ｇを開
弁する。この場合、ニードルバルブ３５のリフトは圧力
室４０にＭａ　！ｌ’ｌが充満されているときにば、第
１リフトＩＬ、と第２リフト１ｌＬ２　（第２リフト量
Ｌ２はＬ２”ｆｆ＋　＋β２で決定される■である）の
間でプランジャ３７がニー１ルバルブ３５に連動して上
方に移動し圧力室４０の容積を狭めてその燃圧を高める
ことによって抑制される。一方、圧力室４０に燃１゛、
ｌが充満され′Ｃいないときには、ニードルバルブ３５
は瞬時にフルリフＩ−に達する。なお、プランジャ３７
の移モ１ｊ速度、すなわちニー１ルバルブ３５のリフｌ
−ｉｔ’１ｌｉｌ＋ｌ　ｌは、ピストン３９の外径ｄと
二−トルバルジ３５のガイｔＳ（＋＋ｓ　３５　ａの外
径りとによって決定される面積比α−（Ｄ　／　ｄ　）
”　およびオリフィス４７の内径ｄｏにより適切に調整
される。前記スプリング室４２にはスピル通路５５が開
目しており、このスピル通路５５はニードルバルブ３５
が第２１７フｌ−１ｉ　Ｌ　２までリフトした時点にお
りる圧力室４０の燃料やニートルバルジ３５後端部にお
ける漏れ３ｒＡｔ’！を後述するりターン通路を介して
燃料タンク２２にリターンさせる。

再び第４図においζ、５６は噴射ポンプ２１の低圧室内
の低圧燃料を取出す取出［Ｉであり、この取出口５６に
は制御通路５７およびリターン通路５８が接続されてい
る。制御通路５７は取出１コ５６と各気筒に配設された
燃料噴射ノズル３０の導入通路４４とを接続しており、
その通路途中には三方電磁弁（切換手段）５９が介装さ
れている。一方、リターン通路５８は取出口５６と燃ネ
・１クンク２２とを接続しており、その通路途中には燃
料タンク２２への返油ｍを規制するオリフィス６０が介
装され°ζいる。オリフィス６０下流側のリターン通路
５８には、三方電磁弁５９に接続された逃がし通１ｉ’
８６１および各燃料噴射ノズル３０のスピル通路５５に
接続されたオーバフロー通路６２がそれぞれ開口しＣい
る。三方電磁弁５９は燃料噴射ノズル３０の圧力室４０
と燃料タンク２２あるいは該圧力室４０と噴射ポンプ２
１の低圧室との接続を択一的に切換えるもので、通電さ
れると、逃がし通路６１と該三方電磁弁５９下流側（す
なわち燃料噴射ノズル３０側）の制御通路５７とを連通
して圧力室４０の燃料を燃料タンク２２にリターンさせ
、一方非通電時には、三方電磁弁５９の上流側および下
流側の制御通路５７を連通し゛ζ噴射ポンプ２１の低圧
室の低圧燃料を圧力室４０に導く。この三方電磁弁５９
への通電制御は第６図にそのｉ’ｒ綱を示ずコントロー
ルユニット６３により行われており、コントロールユニ
ット６ ー開度センサ６５からの各出力信号が入力されている。

回転数１！ンジ・６４はエンジンの回転数Ｎを検出して
回転１＜Ｓｑを出力し、またレバー開度センリ゛６５は
噴！ＩＪポンプ２１のコンｊ・１：Ｊ−ルレバー２１　
ｃの開度Ｃを検出して開度信号Ｓｃを出力ず乙。回転数
信号ＳＮは増幅器６６を介して比較器（；ｌのプラス端
子に入力されており、比較器６７のマイナス端子には調
整抵抗６８を介して基ｉ１ｎ，電源６９かも所定回転数
ＮＯに対応する基準電圧Ｖ）ｌが印加されている。した
がって、比較器６７ばＮ〉１鵠０であるとき、すなわち
回転数Ｎが所定回転数Ｎｏを超えると（１１）信号をア
ンド回路７。

に出力する。また、開度信号ＳＣは増幅器７１介して比
較器７２のプラス端子に入力されており、比較器７２の
マイナス端子には調整抵抗７３を介し“ζ基準電源７４
からコントロールレバー２１ｃの所定開度Ｃｏに対応す
る基準電圧Ｖｃが入力されている。したがって、比較器
７２はｃ＞ｃｏであるとき、すなわちコントロールレバ
ー２１ｃの開度Ｃが所定開度ＣＯを超えると〔１１〕信
号をアンド回路７０に出力する。アント回１／ａ　７０
は各比較器６７、７２からともに（　１１　）信号が入
力されると、増幅器７５を介して三方電磁弁５９に（Ｈ
）信号を出力する（すなわち、三方電磁弁５９に通電す
る）。上記増幅器６６、７１、７５、比較器６７、７２
、調整抵抗６８、７３、基準電源６９、７４およびアン
ト゛回路７０は全体として前記コントロールユニット６
３を構成し“Ｃいる。また、コントロールユニット６は
全体として作動制御手段７６を構成しており、作動制御
手段７６はエンジンの運転状態に基づいて（本実施例で
は回転数Ｎおよびコントロールレバー２１　ｃの開度Ｃ
に基づいて）三方電磁弁５９の作動を制御している。

次に作用を説明する。

エンジン低速時（Ｎ＜Ｎｏ）あるいは低負荷時（Ｃ＜Ｃ
ｏ）には、三方電磁弁５９に通電されず、燃料照射ノズ
ル３０の圧力室４０には噴射ポンプ２１の低圧室から低
圧燃料が供給されている。

いま、所定の噴射時期に噴射ポンプ２１から燃料噴射ノ
ズル３０に高圧燃料が圧送され、第７図に示ず開弁タイ
ミングｔ、でニー１゛ルハルブ３５の開弁圧に達すると
、ニードルバルブ３５がリフ１−を開始し′（噴孔３６
を開弁する。ニードルバルブ３５がリフトして第１リフ
ト量り、に至ると、このニー１゛ルハルブ３５にリテー
ナ４９をを介してプランジャ３１の先端（すなわち、ｌ
コノＩ３８　）が当接し該プランジャ３゛１がニードル
バルブ３５のリフトに連動して上方へ移動を開始する。

プランジャ３５の移動により圧力室４０の容「ｌが狭め
られるが、このとき圧力室４０の燃料はダンピングハル
ツ４３によっζその流出量が所定量（オリフィス４７の
内径ｄｏにより規制される量）に規制されているため、
圧力室４０の燃圧がプランジャ３７の移動に応じて上昇
する。このため、プランジャ３７の上方への移動、すな
わちニードルバルブ３５のリフトが抑制され、ニードル
バルブ３５が第７図に示すように緩やかにリフトしてタ
イミングｔ２で第２リフトＷｋ　Ｌ　２に至る。ニード
ルバルブ３５が第２リフｌ　ｍ　Ｌ　２までリフトする
と、圧力室４０とスプリング室４２がスリット４１を通
して連通ずるため、圧力室４０の燃圧が急激に低下し′
ζプランジャ３７の移動抑制が解除される。これにより
、ニードルバルブ３５がフルリフトｆｆ１Ｌｐに至る。

そし′Ｃ２所定の閉弁タイミングｔ、で噴射ポンプ２１
からの燃圧が低ドすると、ニーｌ用バルブ３５が噴孔３
６を閉弁する。

このよう番ご、低速あるいは低負（１む時においては、
ニードルバルブ３５のリフトが第１リフトｍＬｒ〜第２
リフトｔｆ　Ｌ　２の間で抑制され緩やかなリフト特性
となる。したがって、噴射初期における燃料の噴射率を
低くし噴射後期における噴射率を高くするとともに、噴
射期間（ｔ３−１．に相当）の増加も少ない、いわゆる
理想的な噴射特性を得ることができる。この結果、着火
遅れ期間中に噴射される燃料の星が少なく初期り＆）焼
が緩慢となることから、ＮＯｘの１ノ１出　□量セ；た
焼騒音を低減することがＣきる。

次に、エンジンが高速高′ｆＬ荷になると、すなわら回
転数Ｎが所定回転数ＮＯを超える（Ｎ〉Ｉ＼Ｉｏ）とト
モに」ントｌ二Ｉ　−）レレノ入−２１Ｃの開度Ｃが所
定開度Ｃｏを超える（Ｃ＞ＣＯ）と、三方電磁弁５９に
通電され燃料噴射ノズル３０の圧力室４０内の夕＆１料
が燃料クンク２２に戻される。このため、プランジャ３
７によるニー１・゛ルパルブ３５のリフト抑制作用が解
除され、ニー１゛ルハルブ３５が開弁タイミングで直り
にツルリットするととｂに閉弁夕・Ｃミングでリフトが
ゼロとなる。

したかっ”乙噴射初期および後期の噴射率がｉ！’６め
られるとともに、噴射期間が短縮される。その結果、初
期燃焼の時点から燃焼速度が大きくなってエンジンの要
求する出力性（ＨＦを高足させることができるとともに
、噴射期間の短縮Ｇこよりあと燃えを少なくして燃焼効
率を１もめスモーク濃度を低減させることができる。

次に、第８図は本発明の第２実施例を示す図であり、こ
の実施例では燃料噴射ノズル８０の構成が前記実施例と
異なっ°ζいる。ずなわら、プランジャ８１のピストン
８２下部外周面にスリ・ノドが設りられておらず、該ピ
ストン８２外周面が円筒状に形成され−Ｃいる。その他
の部分は前記実施例と同様である。なお、第８図には主
要部の番号のみが付されている。

したがって、この実施例では前記実施例と同様に三方電
磁弁５９への通電を制御すれば、噴射後期の噴射率が前
記実施例に比して低くなるとともに、噴射期間も長くな
る。しかしながら、負荷の大きさに基づき高負荷時のの
、ずなわぢコントロールレバー２１　Ｃの開度Ｃが所定
開度ＣＯを超えたとき（ＣＴＣ□のとき）のめ、回転数
Ｎの大きさに拘わらず低速から高速まで三方電磁弁５９
へ通電することにより、プランジャ８１による二−トル
ハルゾ３５のリフト抑制作用を解除し゛Ｃ噴射期間の短
縮比を図り、前記実施例同杼に１１負１１１時におりる
スモーク濃度を低減さ−Ｕるごとができる。

なお、上記各実施、例におい°ζは、三方電磁弁の故障
により通電時の切換作用をさせることができず、燃料噴
射ノスルの圧力室に噴射ポンプからの低圧燃ｔ′ｔが供
給されたままの状態となっても、高速高負荷時でのスモ
ーク濃度が増大′Ｊる程度で通電の運転には全く支障が
ない。したがっ′Ｃ１本装置においては、いわゆるフェ
ールセーフ機能を必要と・Ｕず運転に対する信頼度をＡ
くすることができるとともに、装置自体を１１；　＝１
ストとするごとができる。

また、上記各実施例においては、ニードルバルブのリフ
トを抑制する圧力室の流体として噴射ポンプの低圧燃料
を利用しているため、例えば圧力室に加圧流体を送油す
る送油筒等を設りる必要がなく、比較的簡単でかつコン
パクトな員料噴Ｒ１装置を提供することができる。

（効果） 本発明によれば、燃料の噴射率をエンジンの運転状態に
応じて適切に制御することができ、ＮＯｘ、スモーク等
の排出量や燃焼騒音を低減させることができるとともに
、燃焼効率を高めてり熱費を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】 第１〜３図は従来の内燃機関の燃料噴射装置を示す図で
あり、第１図はその全体構成図、ｆｆ３２図はその燃料
噴射ノズルの断面図、第３図はその噴射特性を示す図、
第４〜７図は本発明の第１実施例を示す図であり、第４
図はその全体構成図、第５図はその燃料噴！１１ノズル
の断面図、第６図はその作動制御手段の構成を示す回路
図、第７図はその低速低負荷時における噴射特性を示す
図、第８図は本発明の第２実施例を示すその燃料噴射ノ
ズルの断面図である。 ２ｍ−・−燃料噴射ポンプ、 ２２−−−一燃料タンク、 ３０．８０−・−−一一燃料噴射ノスル、３５−−一二
一ドルハルブ、 ３（ｉ−−−−−一噴孔、 ３７．８Ｉ・−一−−−プランジャ、 ４０−一一−−圧力室、 ５９−・−・−三方電磁弁（切換手段）、７ローーーー
・−作動制御手段。 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人弁理士　有我軍一部 第１図 ３ 第２図 第３図 杵開−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内部に低圧室を画威し、該低圧室に吸入しノζ燃料タン
   クからの燃料を加圧し°（圧送する燃料噴射ポンプと、
   圧送される燃料により噴孔を開閉するニードルバルブの
   後端側に流体が導かれる圧力室を配設するとともに、こ
   れらの間に圧力室の流体圧力によりその移動が抑制され
   ニードルバルブのリフトを抑制して燃料の噴射率を変え
   るプランジャを設りだ燃料噴射ノズルと、燃１′；１噴
   射ノズルの圧力室と燃料タンクあるいは該圧力室と燃料
   噴射ポンプの低圧室との接続を択一的に切換える切換手
   段と、エンジンの運転状態に基づいて切換手段の作動を
   制御する作動制御手段と、を備えたことを特徴とする内
   燃機関の燃料噴射装置。