JPS6027775A - 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】

この発明は、ディーゼル機関に用いられる燃料噴射装置
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
を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なるので、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を各気筒に配設した燃
料ａＪＩ射装置が例えば特開昭５４−５０７２６＠公報
（米国特許４１２９５３＞に提案されており、これを第
１図、第２図に示Ｊ０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にプランジャ４
ａが摺動自在に嵌挿し、このプランジャ４ａはプランジ
ャ４ｂに連結される。プランジャ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によリ、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）が頭部に上がら当接しており、カムの１回転
毎にプランジャ４ｂは押し下げられるため、プランジャ
４ｂと連結されているプランジ＋ｙ　４　ａは上下に往
復動することになる。 プランジャ４ａの一端に臨ｌν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８
ａ、８Ｌ＋を介して連通しており、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
ズル１０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を介して連通Ｊるニードル室１１．ニ
ードルバルブ（副弁）１２、スプリング１３、噴孔１４
、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
してニードルバルブ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、ニードルバルブ１２を上方に
付勢して噴孔１４をｇｌ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Ｊ：リノズル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により付勢されて開弁じており、
ソレノイド２４に駆動電流が通電されると、ソレノイド
２４の電磁力により、アマチュア２６がスプリング２２
に抗して弁体２１を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ｉｆｆ弁時Ｋ１プランジャ４ａの下降によ
り高圧となる圧ノコ室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、図りフィス１７がこのと
きの燃料流量を規制することにより、圧力室７２通路８
１）、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？ｆｆｌ　’ｌ？
シリンダランク角を検出゛す゛るクランク角センサなと
）からの検出信号に基づき、機関運転状態に最適な駆動
パルス幅を持つ信号をソレノイド２４に出力し、電磁弁
１８を開開制御する。 スプリング室１６に連通ずる燃料逃し通路２８ａ及びシ
リンダ上部に形成される環状溝２９に連通する燃料逃し
通路２８１）は合流した後、電磁弁１Ｂ上流の燃料供給
通路８ａに連通しており、余分な燃料を通路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１８（開弁じてい
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１８を介
して逃げ、オリフィス１７により燃料流量を規制され、
圧力室７９通路８ａ、９の燃圧は所定値以上には達しな
い。 プランジャ４ａの下降途中でソレノイド２／Ｉ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
れて燃圧を増し、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
１３の下方へのイ」勢力（ノズル１０の開弁圧）に打ち
勝つと、ニードルバルブ１２を上方に押し上げて噴孔１
４を聞き、ニードル室１１の燃料が図示しない燃焼室に
噴射される。 所定のクランク角でソレノイド２４への通電をやめ、電
磁弁１８が開かれると、前述のように圧力室７の燃料の
一部が電磁弁−１８を介して燃料供給油路８ａに逃げる
ため、ニードル室１１の燃圧はずみやかに下降し、ノズ
ル１０の開弁圧以下となって噴射を終了づ゛る。 すなわち、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り、この電磁弁１８を６ｎ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り、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、このような燃料噴射装置にｄ３いて、燃料の
一噴射行程当りに電磁弁１８を２度開閉し、例えば第３
図に示すように主の噴射の直前にもいくらか燃料を噴射
させることが考えられている。 いわゆるパイロット噴射で、この場合大部分の燃料が噴
射される主噴射（イ）は機関の圧縮上死点付近にて、パ
イロット噴射（ロ）はその着火遅れを考慮した上死点前
にて行なうにうに定められる。 これによれば、主噴射による燃焼に先立ってパイロット
噴射による燃焼が行なわれ、良好な燃焼状態が得られる
と共に、燃焼が一時ＪＩＩＪに急激に行なわれることが
なく、したがって特に機関低回転域での燃焼ピーク圧力
が緩和され、騒音の低減や排気中のＮＯＸの低減および
燃費やスモークの改善等が図れる。 ところが、このようなパイロット噴射を行なわせるため
には、電磁弁１８として極めて応答性の高いものが要求
される。例えば、燃料を噴則する期間は通常運転時で数
ｍ５ｅｃで、この１１１１間中に電磁弁１８を２度開閉
しなければならず、さらに噴射量の少ない低負荷運転時
等ではその開閉機関が一層短くなるのである。 このため、電磁弁１８が大型化Ｊる一方、電磁弁１８の
耐久性の悪化や作動の不安定を１０きかねないという問
題があった。また、制御も難しくなるという問題があっ
た。 この発明は、ノズルの閉弁圧が開弁圧より低いことを利
用し、−噴射行程中に電磁弁を２度ＩＦｉｌ閉せずども
パイロット噴射が行なえるようにした燃料噴射装置の提
供を目的としている。 そのために、この発明は、プランジャで加圧された高圧
燃料を噴射す゛るノズルと、この高圧燃料を機関の運転
状態に応じて逃が′！ｌ電磁弁装置を備えた燃料噴射装
置において、ノズルと電磁弁装置との間に、ノズルの開
弁圧とほぼ同圧で開き高圧燃料の一部を逃がすと共に、
この逃がした高圧燃料に応動して次に閉じ側に切換える
弁手段を設け、かつこの弁手段の切換ねり時間を機関の
運転状態に応じて設定づ“る制御手段を設

【プる。 即ち、プランジャから圧送される燃料の圧力がノズルの
ｆｆｔｌ弁圧を越えると、ノズルが聞いて高圧燃料、を
噴則し始めるが、これとほぼ同時に弁手段を聞いて高圧
燃料の一部を逃が１ことにより、その燃料の圧力をノズ
ルの閉弁圧以下に下げ、ノズルをいったｌυ閉じる。そ
して、次にこの逃がした高圧燃料によって、弁手段を閉
じ側に切換えることにより、燃料の圧力を高め、ノズル
を再び聞かせるのである。 これにより、−噴射時期中に電磁弁装置の一層の開閉で
パイロット噴Ｑ１と主噴射とを行なわせ、またこの際弁
手段の切換ねり時間を機関の運転状態に応じて制御する
ことにより、そのパイロット噴射から主噴射に入るまで
の期間を適正値に維持するものである。゛ 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。 第４図はこの発明の実施例を示す構成断面図で、３１は
機関に同期して回転するカム（図示しない）によりシリ
ンダ３２内を往復動づ゛るユニット−インジェクタ３０
のプランジャ、３３はそのシリンダ３２の圧力室３４に
燃料ポンプ３５からの燃料を導く燃料供給通路、３６は
その圧力室３４で加圧された燃料をノズル３７のニード
ルバルブ３８のニードル室３９へ送る燃料通路である。 燃料供給通路３３の途中には、機関の運転状態を検出す
るアクセルセンサ４０、回転センサ４１、水温センザ４
２等からの信弓に暴づく制御回路４３からの指令により
、該通路３３を開閉する電磁弁４４が介装される。 電磁弁４４は、前記プランジャ３１の圧縮行程における
所定時期にのみ閉じるように制御され、この閉弁期間中
に圧力室３４の燃料がプランジャ３１により加圧される
。 また、ノズル３７は、圧力室３４がらニードル室３９に
圧送された燃料の圧力が、スプリング４５のバネ力つま
りノズル３７０聞弁圧を越えると、ニードルバルブ３８
がリフト】°ることにＪ：り開がれ、その高圧燃料を噴
孔４６より噴射する。 この噴射後、燃料の圧力が低下すると、ニードルバルブ
３８が降下してノズル３７は閉じるようになるが、この
とき噴射される燃料の圧力がニードルバルブ３８の先＠
（シー１〜而）にもかかるから、ノズル３７はＵ口片圧
よりもいくらが低い圧力で閉じる。 即ち、ノズル３７がいったんｌかれると、燃料はその圧
力がノズル３７の開弁圧より低い閉弁圧に下がるまで噴
射を続けるようになっている。 そして、このノズル３７の開弁圧と閉弁圧との差を利用
して、前記電磁弁４４とノズル３７の間の燃料供給通路
３３に、ノズル３７の開弁圧とほぼ同圧で開いて高圧燃
料の一部を逃がすと共に、この逃がした高圧燃料に応動
して次に閉じ側に切換わる弁手段４７が設けられる。 この弁手段４７は、第５図に示すように、燃料供給通路
３３に接続する高圧ボー１〜４８と作用室４９を介して
燃料タンク５０に接続づるリターンボート５１とを形成
したバルブスリーブ５２ど、このバルブスリーブ５２に
摺動自由に収装され、高圧ボー１−４８とリターンボー
ト５１とを選択的に開閉、連通する弁体５３とから構成
され、弁体５３の軸部５４後方のダンパ室５５には弁体
５３を高圧ボート４８測に付勢づるリターンスプリング
５６が介装される。 具体的には、バルブスリーブ５２の作用室４９に対する
高圧ボート４８の間口部５７およびリターンボート５１
の開口部５８とがテーパ状のシート面となるように形成
されると共に、これに対応して作用室４９内を摺動する
弁体５３の頭部５９が対称円錐形に形成され、リターン
スプリング５６の付勢力による弁体５３の最前位置（図
示位置）で高圧ボー１〜４８が閉じられ、最後位置（図
で右端位＠）でリターンボート５１が閉じられる。 このリターンスプリング５６のバネ力は、この場合高圧
ボー１〜４８にかかる燃料の圧力が、前述したノズル３
７の開弁圧とほぼ等しくなると、弁体５３が後退し始め
、高圧ボート４Ｂが聞かれるように設定される。 また、この弁体５３はその移動により両ボート４８．５
１を素早く開閉するように、短いスト〇−ク（例えば数
ｍｍ）に設定される。 そして、この弁体頭部５９により作用室４９が前後に仕
切られると共に、弁体頭部５９にその前室６０と後室６
１とを連通ずる逃がし孔６２が形成され、この逃がし孔
６２に所定径のオリフィス６３が配設される。 即ち、高圧ボート４８に送られ１＝燃斜の圧力が、ノズ
ル３７の開弁圧にほぼ等しくなると、高圧ボート４８が
開いて弁体５３の前室６０に高圧燃料が流入する。この
流入した燃料の一部は、逃がし孔６２からオリフィス６
３、後室６１、リターンボート５１を通って燃料タンク
５０へと徐々に戻され、これにより前室６０の圧力はオ
リフィス６３で定められる割合で低下Ｊる。そして、こ
の際前室６０の圧力が弁体５３の前面に作用することに
より、圧力の低下と並行して弁体５３が後退し、次にリ
ターンボー１〜５１が閉じられるのである。 したがって、高圧ボート４８にかかる燃料の圧力、つま
りプランジャ３１の圧ノｊ室３４より圧送される燃料の
圧力は、ノズル３７の開弁圧まで上昇した後、いったん
閉弁圧以下に下がり、再び開弁圧以上に上昇する。これ
により、プランジャ３１の一圧縮行程においてノズル３
７が２度開かれ、パイロット噴射と主噴射とが行なわれ
のである。 一方、前記弁体５３の移動速度（後退速度）は、プラン
ジャ３１から圧送される燃わ１の流速に応じて変化し、
その流速が高いときほど速くなるから、例えば機関の回
転が高いときほどパイロン１−噴則と主噴射との間隔が
短くなり、適正値を維持することが難しい。 そこで、弁体５３の移動速度を、前記流速にかかわらず
調整できるにうに、弁手段４７の切換わる時間を機関の
運転状態に応じて設定する制御手段が設けられる。 具体的には、弁体５３後方のダンパ室５５に、燃料ポン
プ３５からの燃料（低圧）を導入すると共に、その燃料
の圧力を調整する圧力制御弁６４が設番プられる。 そして、燃料ポンプ３５の吐出側に圧力レンサ６５を設
置し、この圧力センサ６５からの信号を制御回路４３に
送り、制御回路４３が前記各センサ４０〜４１からの信
号に基づいて圧力制御弁６４の設定圧をコントロールす
る。この場合、例えば機関の回転が高いときほど、その
燃料の圧力を高めるように制御する。なＪ３．６６はオ
リフィス７１はアキュームレータである。 これにより、機関回転等に応じ゛Ｃ弁体５３の後退方向
に対する抗力が強められ、その移動速度が任意に変えら
れるのである。したがって、機関の運転状態に合わせて
、パイロン１〜噴射から主噴射に入るまでの機関を適正
値に維持づ゛ることか可能となる。 このように構成したので、従来例のように一噴剣行程中
に電磁弁４４を２度開閉せずとも、第３図のように容易
にパイロット噴射を行なうことができる。 このため、それほど応答性の高い電磁弁４４を用いる必
要はなく、電磁弁４４の安定した作動性を保てると共に
、その耐久性の向上が図れる。 また、パイロット噴射から主噴射に入るまでの期間を機
関の運転状態に応じて的確に制御することができ、した
がって運転状態に合った最適な噴射特性が得られる。 その結果、機関の燃焼状態が常に最良状態に維持され、
機関性能の大幅な向上が図れると共に、特に機関低回転
域での騒音や排気中のＮＯＸ等の低減おＪ：び燃費等の
改善を図ることができる。 なお、パイロット噴射から主噴射を終了す゛るまでの期
間およびその時期は、電磁弁４４の閉弁期間、閉弁時期
に対応し、またパイロン１へ噴射の期間は、弁手段４７
の逃がし孔６２に設【ノたオリフィス６３の口径によっ
て定められる。したがって、パイロン１〜噴射と主噴射
による噴ｔＡ量は、それぞれオリフィス６３の口径およ
び電磁弁４４の閉弁期間によって設定ならびに制御する
ことができる。 第６図は本発明の他の実施例を承りもので、弁手段４７
のダンパ５５に燃料ポンプ３５からの燃料圧力を加えた
ことに対して、弁体５３の開弁圧〈高圧ボー１−４８が
間かれる圧力）が変化しないようにしたものである。 具体的には、弁体５３の軸部５４後方にブツシュロッド
６７を一体的に取付け、このブツシュロッド６７に弁体
５３を高圧ポート４８側にイ」勢するリターンスプリン
グ６が係合する。そして、このブツシュロッド６７と弁
体５３との間にダンパ室５５を摺動づ゛るピストン６８
が同じく摺動自由に嵌装されると共に、このピストン６
８と、ブツシュロッド６７と、弁体５３との間には軸方
向に小さい間隙（遊び）６９．７０が設けられる。この
間隙６９．７０は弁体５３およびピストン６８の図示位
置において、それぞれ所定の寸法に定められる。 したがって、弁体５３が開き始めるときには、弁体５３
にダンパ室５５の燃圧が作用することはなく、弁体５３
がピストン６８に当接後作用するのである。 これにより、ダンパ室５５の燃圧にかかわらず、弁体５
３の開弁圧を常に一定（リターンスプリング５６のバネ
力のみにより定まる）に保つことができ、即ち安定した
パイロット噴射が行なえる。 以上説明した通り、本発明によれば、−噴口」行程中に
電磁弁装置を２度開閉せずとも、機関の運転状態に応じ
て最適゛なパイロット噴射を行なうことができ、装置の
制御性、信頼性が著しく高められると共に、機関性能特
に低回転域での機関性能の一層の向上が図れるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置のユニットインジェクタの断面図、第
２図はその部分断面図、第３図はパイロット噴射と主噴
射を示す特性図、第４図は本発明の実施例を示す構成断
面図、第５図はその要部詳細断面図、第６図は本発明の
伯の実施例を示す要部詳細断面図である。 ３０・・・ユニットインジェクタ、３１・・・プランジ
ャ、３２・・・シリンダ、３３・・・燃料供給通路、３
４・・・圧力室、３５・・・燃料ポンプ、３６・・・燃
料通路、３７・・・ノズル、３８・・・ニードルバルブ
、３９・・・ニードル室、４０・・・アクセルセンサ、
４１・・・回転センサ、４２・・・水温センサ、４３・
・・制御回路、４４・・・電磁弁、４７・・・弁手段、
４９・・・作用室、５３・・・弁体、５５・・・ダンパ
室、５６・・・リターンスプリング、６２・・・逃がし
孔、６３・・・オリフィス、６４・・・圧力制御弁、６
５・・・圧力センサ、６７・・・ブツシュロッド、６８
・・・ピストン、６９．７０・・・間隙。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１１１１に同期して往復動するプランジ１７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機関の運転状態に応じて
   高圧燃料を逃がす電磁弁装置とを備えた燃料噴射装置に
   おいて、前記ノズルと電磁弁装置との間にノズルの量弁
   圧とほぼ同圧で問いて高圧燃料の一部を逃がすと共に、
   この逃がした高圧燃料に応動して次に閉じ側に切換わる
   弁手段と、この弁手段の切換り時間を機関の運転状態に
   応じて設定する制御手段とを股りたことを特徴とする燃
   料噴射装置。