JPS60259757A - ガス燃料噴射装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明はガスエンジンにガス燃料を噴射する装置に関す
る。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近時、ガソリンや軽油などの液体燃料に代って天然ガス
などのガス燃料を使用するガスエンジンの開発が要求さ
れている。天然ガスは約−１６０℃以上では液化しない
ためエンジンに供給する段階ではガス状態となる。この
ガス燃料をエンジンの吸気管へインジェクタなどで供給
すると、液体と異って体積が大きいため、ガス燃料の吸
入空気に対する体積割合が多くなり、吸入空気量が減じ
られて最適なＡ／Ｆが得られず、出力の低下を招く。

したがって、小型軽量で大出力が要求される乗用車用の
ガスエンジンには不向きである。

このような・不具合を防止するため、エンジンの吸気行
程時にガス燃料を供給せず、空気だけを吸入して所定量
の空気量を確保したのち、圧縮行程時にガス燃料を燃焼
室へ直接噴射することが有効となる。

この場合、圧縮行程時の終期にガス燃料を噴射しようと
すると、燃焼室の空気圧が高められているのでガス燃料
の噴射圧をきわめて高圧にしなければならず、増圧手段
が複雑、面倒になる。したがってガス燃料の噴射時期は
圧縮行程中の前半時期に行われることが有利となり、し
かもエンジンの運転状況に応じ・た所定量のガスを供給
しなければならない。このことは、ガス燃料をきわめて
短時間のうちに多量に供給することを必要とする。

短時間のうちに多量のガス燃料を供給するためには、ガ
ス噴孔の開口面積を増せばよいが、噴孔の開口面積を大
きくすると、この噴孔を開閉するため大形のポベツ］へ
弁が必要となる。そして大形のポペット弁をきわめて短
時間のうちに作動させるには大きな力と速度が要求され
る。

大形のボペッ１へ弁を作動させるため電磁ノコを利用し
ようとするとソレノイドコイルが大形化するとともに大
電力を必要とし、またカム軸によって直接ポペット弁を
駆動とようとするとガス供給量をエンジンの運転状況に
応じて制御することが困雌になる。

［発明の目的］ したがって本発明の目的とするところは、大形のポペッ
ト弁であっても大きな力でかつ迅速に作動させることが
でき、しかもガス燃料の噴射量および噴射時期をエンジ
ンの運転状況に応じて高精度に噴射することができるガ
ス燃料噴射装置を提供しようとすものである。

［発明の概要］ 上記の目的を達成するため本発明は、油圧プランジャに
よりポペット弁の開閉を行わせるとともに、この油圧プ
ランジャに作用する油圧をエンジンにより駆動される分
配型あるいは朝型などの燃料噴射ポンプで制御するよう
にし、エンジンの運転状態に応じたガス噴射量およびガ
ス噴射時期を得るようにしたことを特徴とする。

［発明の実施例コ 以下本発明について第１図に示す一実施例にもとづき詳
細に説明する。

図において５０はガス燃料噴口１弁、１００は分配型燃
料噴射ポンプをそれぞれ示す。

まずガス燃料噴射弁５０の構成について説明すると、１
はシリンダであり、このシリンダ１はホルダ２に螺挿さ
れている。ホルダ２はエンジンのシリンダヘッド３に螺
合されており、０リング４およびガスケット５を介して
気密に取着されている。上記シリンダ１の下端部とホル
タ２の下端部の間には弁座６が挾み込まれている。弁座
６内に１はポペット弁７が摺動自在に挿通されており、
このポペット弁７の下端に形成したシート部８は弁座６
の下端に開口した噴孔９を開閉する。ポペット弁７のロ
ッド部１０にはストッパ１１により抜は止めされたスプ
リングシー］・１２が取り付けられており、このスプリ
ングシート１２と上記弁座６の間にスプリング１３が介
在されている。スプリング１３はポペット弁７を常に上
向きに押圧付勢しており、したがってポペット弁７のシ
ート部８゛は噴孔９に着座して気密を保つ。

シリンダ１の側壁およびホルダ２の側壁にはガス導入口
１４．１５が開口されている。エンジンのシリンダヘッ
ド３にはガス導入通路１６が設けられ、このガス導入通
路１６はジヨイント１７、調圧弁１８を介してガス燃料
のタンク１９に接続されている。ガス燃料タンク１９は
圧縮されたガス燃料を貯えており、このタンク１９内の
ガスは上記調圧弁１８によって所定圧力に調整されたの
ち、上記ジヨイント１７、ガス導入通路１６、ガス導入
口１５．１４を介してシリンダ１内のガス室２０に供給
される。弁座６に形成した通孔２１はガス室２０のガス
燃料を噴孔９へ導ひく。なお５− ポペッ１へ弁７にはスパイラル状のガス通路２２が形成
されている。

シリンダ１の上部にはポペット弁７の軸線延長上に位置
して摺動孔２３が形成されている。この摺動孔２３の下
部には油圧プランジャ２４が摺動自在に嵌挿されており
、このプランジャ２４よりも上部に位置する摺動孔２３
の内部は加圧室２５をなしている。加圧室２５には上記
油圧プランジャ２４を常に図示下向きに押圧するスプリ
ング２６が収容されている。

シリンダ１の上端には高圧パイプ２７がリテーナナツト
２８により連結されており、この高圧パイプ２７は孔２
９を介して上記加圧室２５に連通している。また高圧パ
イプ２７は前記分配型燃料噴射ポンプ１００に接続され
でいる。

つぎに分配型燃料噴射ポンプ１００について説明する。

ハウジング１０１に設けたカム軸１０２はエンジンと同
期して回転され、このカム軸１０２に取着した作動油ポ
ンプ１０３は作動油タンク１０４６− 内の作動油を吸込室１０５へ供給する。なお１０６は圧
力制御弁であり、吸込室１０５内の作動油圧力を一定に
保つ。上記カム軸１０２には継手１０７を介してフェイ
スカム１０８およびプランジャ１０９が連結されており
、フェイスカム１０８はカムローラ１１０に転接してい
る。フェイスカム１０８とカムローラ１１０の転接によ
り上記プランジャ１０９は１回転中に気筒数に応じて複
数回往復動される。

なおりムローラ１１０はローラリング１１１に支持され
ており、このローラリング１１１はビン１１２、ボール
１１３によってタイマピストン１１４に連結されている
。タイマピストン１１４はタイマシリンダ１１５内でエ
ンジンの運転状況に応じて移動され、これによりローラ
リング１１１を回動させてカムローラ１１０とフェイス
カム１０８との相対的周方向位置を制御する。このため
カムローラ１１０とフェイスカム１０８は相対的に進角
もしくは遅角されて作動油の圧送タイミングを調整する
ようになっている。なお、タイマピストン１１４とタイ
マシリンダ１１５はその軸方向が実際上は第１図の紙面
と直交する方向となるように配置される。

前記プランジャ１０９の戻り行程時にこのプランジャ１
０９に形成した吸入溝１１６が吸入孔１１７を開くと前
記吸込室１０５内の作動油が吸入通路１１８から、吸入
孔１１７および吸入溝１１６を通じて圧送ポンプ室１１
９に導入される。

なお吸入通路１１８は作動油の供給カット電磁弁１２０
によって開閉される。

プランジャ１０９の圧縮行程時に圧送ポンプ室１１９内
の作動油が加圧され、この作動油はプランジャ１０９の
連通孔１２１および分配ボート１２２を経て吐出通路１
２３に圧送され、該吐出通路１２３から高圧室１２４へ
供給される。この高圧室１２４に前記高圧パイプ２７が
接続されているものである。

上記連通路１２１はスピルボート１２５により吸込室１
０５に通じており、このスピルポート１２５はスピルリ
ング１２６によって開閉される。

スピルリング１２６はプランジャ１０９に軸方向へ摺動
自在に取着されており、このスピルリング１２６が摺動
変位されてスピルポート１２５を開くと、圧送ポンプ至
１９の作動油はスピルポート１２５から吸込室１０５へ
戻される。したがってスピルリング１２６がスピルポー
ト１２５を開くタイミングに応じてガス燃料噴射弁５０
側へ供給される作動油が吸込室１０５側に戻されるので
、該スピルリング１２５はガス燃料噴射弁５０への作動
油供給量を制御する。

スピルリング１２６にはコントロールレバー１２７の一
端が係合溝１２８によって係合されている。このコン］
・ロールレバー１２７は途中において枢軸１２９に枢支
されており、よってこの枢軸１２９を中心として回動す
る。コントロール１ツバ−１２７の他端はリニアソレノ
イド形アクチュエータ１３０に連結されている。

リニアソレノイド形アクチュエータ１３０はリニアソレ
ノイド１３１に電流を流すとこの電磁力でムービングコ
ア１３２を、復帰用コイルばね９− １３３に抗して吸引作動する。上記ムービングコア１３
２はロッド１３４に圧入されており、このロッド１３４
はコア１３２と一体に作動される。

ロッド１３４は後述するスピルポジションセンサ１４６
に連結されている。

コントロールレバー１２７はスプリング１３５の吸引力
を受けており、このためコンｉ・ロールレバー１２７の
先端は上記ムービングコア１３２の一端に常に圧接され
ている。したがってムービングコア１３２が変位される
とコントロールレバー１２７が回動され、スピルリング
１２６を軸方向に移動させる。

上記リニアソレノイド形アクチュエータ１３０はコンピ
ュータなどのエレクトリックコントロールユニット（Ｅ
ＣＵ）１４１により、エンジンの運転状況に応じて作動
される。ＥＣＵ１４１は以下のごとき信号を受ける。す
なわち、１４２は回転数センサであり、この回転数セン
サ１４２はカム軸１０２に取着されたギア１４３が回転
することにより生じるパルスを検出し、これを電圧に変
１０− 換して上記ＥＣＵ１４１に伝える。１４４はタイマポジ
ションセンサであり、前述の作動油噴射タイミングを制
御するタイマピストン１１４の位置を検出して電圧に変
換し、これをアンプ１４５に伝える。１４６は前述のス
ピルポジションセンサであり、スピルリング１２６の位
置、実際にはロッド１３４もしくはコントロールレバー
１２７の位置を検知して電圧に変換し、これを上記アン
プ１４５に伝える。アンプ１４５は上記タイマポジショ
ンセンサ１４４およびスピルポジションセンサ１４６か
らの信号を増幅して上記ＥＣＵ１４１に伝える。また１
４７はアクセルポジションセンサであり、図示しないア
クセル踏込量を検出して電圧に変換し、これをＥＣＵ１
４１に伝える。

１４８は吸気圧センサであり、気筒への吸入空気圧力を
検知し、電圧に変換してＥＣＵ１４１に伝える。１４９
は水温センサでありエンジンの冷却水濃度を検知しこれ
を電圧に変えてＥＣＵ１４１に伝える。１５０は吸気温
センサでありエンジンへの吸入空気温度を検知して電圧
に変え、ＥＣＵ１４１に伝える。

上記ＥＣＩＪ１４１は上記各種センサ１４２゜１４４．
１４６，１４７．１４．８，１４９，１５０、その他必
要な情報を受けてエンジン運転状況を知り、これらを演
算して前述のアクチュエータ　１３０、作動油供給カッ
ト電磁弁１２０およびタイマ制御弁１５１を制御する。

なお作動油供給カット電磁弁１２０はエンジンが停止し
た場合に吸入通路１１８を閉止してガス燃料噴射弁５０
に燃料を供給しないようにし、またタイマ制御弁１５１
はエンジン運転状況に応じて作動油の圧送タイミングを
制御する。

しかして上記ＥＣＵ１４１はエンジン運転状況に応じて
作動油供給量を演算し、これに応じた指令電流をアクチ
ュエータ１３０のリニアソレノイド１３１に投入する。

このためムービングコア１３２は上記リニアソレノイド
１３１の電磁力に応じて作動される。コア１３２と一体
にロッド１３４が作動し、よってコン］−ロールレバー
　１２７が回動される。コントロールレバー１２７が時
計回り方向へ回動されるとスピルリング１２６は図示左
側へ稼動され、作動油供給量を減じる。また逆にコント
ロールレバー１２７が反時計回りに回動されるとスピル
リング１２６は図示右側へ移動され、この場合は作動油
供給量を増す。

また、ＥＣＬＪ１４１はエンジン運転状況に応じて作動
油の圧送時期を演算し、これに応じた指令信号をタイマ
制御弁１５１に送ってこのタイマ制御弁１５１を開閉す
る。タイマ制御弁１５１が開かれると、タイマピストン
１１４が図示右方へ移動され、これによりローラリング
１１１を回動させるので、カムローラ１１０とフェイス
カム１０８の相対的周方向位置が変化され、したがって
プランジャ１０９の往復動開始時期が変わる。このこと
から高圧室１２４に向けて作動油を圧送するタイミング
が調整されるものである。

このような燃料噴射ポンプ１００を使用したガス燃料噴
射弁５０の作用を説明する。

ガス燃料は、ガス燃料タンク１９から調圧弁１８によっ
て一定圧力に保たれて噴孔１９まで送１３− られできているが、ポペット弁７で噴孔９を閉止してい
ることによりエンジンの燃焼室３０へは供給されない。

上記燃料噴射ポンプ１００のプランジャ１０９が右方へ
押されることにより高圧室１２４へ作動油が圧送される
と、この作動油は高圧バイブ２７、孔２９を介して加圧
室２５に送り込まれ、よって油圧プランジャ２４を押し
下げる。油圧プランジャ２４はポペット弁７をスプリン
グ１３の付勢力に抗して押し下げるので、ポペット弁７
のシート部８は噴孔９から離れ、よって噴孔９が開く。

このためこの噴孔９まで供給されていたガス燃料がエン
ジンの燃焼室３０へ噴射される。

こののち、燃料噴射ポンプ１００のプランジャ１０９が
さらに右方へ移動されることによりスピルボート１２５
が開かれると、連通孔１２１の高圧作動油が吸込室１０
５へ逃がされ、同時に高圧室１２４、高圧パイプ２７、
加圧室２５の作動油も逆流して吸込室１０５側に戻され
る。このため加圧室２５の圧力が減じられ、ポペット弁
７がス１４− プリング１３により復帰されるので噴孔９を閉止し、ガ
ス燃料の噴射を終了する。

ここで、ガス燃料の噴射量は噴孔９の開口面積と開口時
間によって決まり、開口面積を一定とすれば開口時間つ
まり燃料噴射ポンプ１００の作動油供給量により決定さ
れる。この作動油供給量はすでに述べた通り、スピルリ
ング１２６の位置すなわちリニアソレノイド形アクチュ
エータ１３０によりコントロールレバー１２７を制御す
ることによって調整することができる。

またガス燃料の噴射時間は、加圧室２５へ作動油を圧送
し始めるタイミングによって決まり、これは燃料噴射ポ
ンプ１００のタイマ制御弁１５１を制御してプランジャ
１０９による作動油圧送開始タイミングを決定すること
により調整することができる。

燃料噴射ポンプ１００はディーゼル機関においてすでに
公知であるから、このような公知のポンプ１００を利用
することにより、ガス燃料の噴射量および噴射時期を容
易にコントロールすることが可能となる。

第２図に示す他の実施例の係るガス燃料噴射弁９０にお
いては、ガスインレツ１−６０がシリンダ１に対しガス
ケツｔ−６１、０リング６２お−よびリテーナナラ１へ
６３により気密に取り付けられている。ガス燃料はテー
パねじ部６０ａに取り付けられた図示しないガス管によ
り第１図のガスタンク１９から導入され、ガス通路６４
・・・よりガス室２０に導びかれる。またポペツ１〜弁
７には周方向に間隔を存して突状のガイド６５・・・を
形成し、ポペット弁７の傾きを防止している。これらガ
イド６５・・・間にガス通路２２が形成されている。

このようなガス燃料噴射弁９０であれば、エンジンのシ
リンダヘッド３（第１図に示す）にガス導入通路１６を
形成する必要がなく、加工を大幅に省略することができ
る。

なお、第１図の実施例では電子制御式分配型燃料噴射ポ
ンプ１００を用いた場合について説明したが、本発明は
機械副部式分配型燃料噴射ポンプを使用してもよく、ま
たは朝型燃料噴射ポンプ苓利用してもよい。

［発明の効果］ 以上述べた通り本発明によると、ガス燃料噴射弁のポペ
ット弁を、燃料噴射ポンプによって開閉作動させるよう
にしたので、上記燃料噴射ポンプが本来的に備えている
調量機構によりポペット弁の開弁時間を制御してガス燃
料噴射量を制御することができるとともに、上記燃料噴
射ポンプの噴射タイミング制御機構によりポペット弁の
開弁時期を制御してガス燃料の噴射タイミングを制御す
ることができ、よってエンジンの運転状況に応じたガス
噴射特性を高精度にコントロールすることができる。し
かもポペット弁は燃料噴射ポンプから供給される作動油
の油圧により作動されるから、大形のポペット弁であっ
ても迅速な作動が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示し、ガス燃料噴射弁と分
配型燃料噴射ポンプの構成を示す断面図、第２図はガス
燃料噴射弁の他の実施例を示す断面１７− 図である。 ５０．９０・・・ガス燃料噴射弁、１００・・・分配型
燃料噴射ポンプ、１・・・シリンダ、７・・・ポペット
弁、９・・・ガス噴孔、２４・・・油圧プランジャ、２
５・・・加圧室、１０９・・・プランジャ、１０８・・
・フェイスカム、１１０・・・カムローラ、１２６・・
・スピルリング。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 １８−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 油圧プランジャによりポペット弁の開閉を行なうガス燃
   料噴射弁を備えたガス燃料噴射装置において、上記油圧
   プランジャの油圧をエンジンにより駆動される燃料噴射
   ポンプで制御することを特徴とするガス燃料噴射装置。