JPS6146424A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関するものであり
、詳しくは内燃機関の燃焼に直接影響を及ぼす噴射波形
、すなわち噴射率の制御が可能な燃料噴射装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

一般に内燃機関の燃料噴射の仕方によって性能が大きく
変化し、直接噴射式ディーゼルエンジンの場合には燃料
噴射ポンプから噴射ノズルを通じて噴射される噴射率が
燃焼に直接影響を及ぼす。

たとえばディーゼルエンジンはアイドリング運転時の燃
焼騒音が大きいという問題をもっているが、これに対し
てアイドリング運転時は燃料噴射時間を長くすると有効
であることが知られている。

また中、両速回転領域においては、着火時までの噴射率
を低減して着火時に急激に噴射率を上げると効箪のよい
燃焼を行わせることが可能となる。

そこで従来から種々の噴射率を制御する燃料噴射装置、
例えば特開昭５８−８２０６０号公報等に開示されたも
のなどがあるが、これらの燃料噴射率はステップモータ
等の機械的な作動によって制御しているため、高速時の
制御が精度良く行われないという問題がある。

また、このようなアキュムレートタイプのものでは、ノ
ズル及び運動状態によっては噴射弁からの噴射が途中で
一旦停止した後再び噴射する即ち２段階噴射を引き起こ
すという問題が、本発明者らの実験によって判明した。

後者の問題は、プランジャの圧送行程途中で加圧された
ポンプ加圧室内の燃料によってピストンが移動する際に
、このピストンの移動速度が速くなりピストンがプラン
ジャより離間して一時的にポンプ加圧室内の圧力が減少
して燃料の送出が行われないことに起因するものであっ
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はこのような事情にもとづきなされたもノテ、エ
ンジンの運転状況に応じてプランジャの送油率を変化さ
せることにより、エンジンの全運動域に亘って最適な噴
射率が得られる燃料噴射ポンプの燃料噴射装置を提供し
ようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明は、ハウジングに摺動自在に挿入された
プランジャを往復運動させてポンプ加圧室内の燃料を加
圧送出する燃料噴射装置において、前記ハウジングにシ
リンダと、このシリンダ内にあって前記ポンプ加圧室の
燃料圧力により一方向へ押圧移動するピストンとを設け
るとともに、前記プランジャの先端にある連結部と前記
ピストンの一端にある係止部とを連結して前記プランジ
ャと前記ピストンとが離間することを防止し、前記プラ
ンジャが加圧行程にある時前記ピストンと前記シリンダ
によって加圧される油密室と、この油密室に開口して前
記油密室と低圧燃料部とを連通ずる連通孔とこの連通孔
の途中にあって前記油密室と前記低圧燃料部との連通、
閉塞を制御する弁と、この弁を作動する電気的駆動手段
とを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

すなわち本発明は、プランジャの先端から離間すること
を防止して連結されたピストンをポンプ圧送行程の初期
においてはプランジ中と一体に移動させ、圧送行程の途
中において内燃機関の運転条件に応じたタイミングで電
気的駆動手段を制御することによってピストンの移動を
停止させて、プランジャの実加圧断面積を変えてその燃
料送出料即ち噴射率を変更可能にするものであって、燃
料噴射率を内燃機関の運転条件に応じて広範囲にわたっ
て最適にしかも高速に制御することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図ないし第７図は本発明の第１実施例に関するもの
で、第１図は燃料噴射装置の要部を示す部分断面側面図
、第２図は第１図のコントローラ３０付近の構造を示す
詳細図、第３図はプランジャ２の先端部分の詳細構造を
示す斜視図、第４図はポンプカム回転角とプランジャの
有効面積及び噴射率との関係を示す特性図、第５図はソ
レノイドの制御タイミングと噴射率との関係を示す特性
図である。また第６図はポンプカム回転角と送油量との
関係を示す特性図、第７図はポンプカム回転角と噴射率
との関係を示す特性図である。

第１図および第２図において１はハウジングであり、プ
ランジャ２が摺動自在に挿入されている。

プランジャ２は図示しないディーゼルエンジンと同期し
て回転するドライブシャフト３に、カップリング４およ
びフェイスカム５を介して連結されている。カップリン
グ４はシャフト３の回転を常にフェイスカム５および１
ランジ中２に伝えるとともに、シャフト３に対してフェ
イスカム５およびプランジ中２の軸方向への移動を許容
するようになっている。

プランジャ２に設けたフェイスカム５と該フェイスカム
５に対向して設けたカムローラ６との摺接で、プランジ
ャ２はその１回転中にエンジンの気筒の数°に応じた回
数だけ往復運動させられる。

その各往復運動における１ランジヤ２が第１図の左方へ
動くように運動させられる吸入行程にある場合、プラン
ジャ２の端面に形成されたポンプ加圧室７内には、プラ
ンジャ２の先端外周に設けられた複数の吸入溝８の１つ
と、ハウジング１内に延びる吸入孔９とを介してポンプ
室１０内の燃料が吸入される。そしてプランジャ２の回
転により吸入溝８と吸入孔９との連通がたたれると同時
にプランジャ２が図示右方へ動く圧縮行程が始まり、ポ
ンプ加圧室７内にある燃料はプランジャ２内部に設けら
れた縦孔１１と、プランジャ２の外周面に設けられた１
つの分配溝１２を介して吐出口１３へ供給され、該吐出
口１３を通じて図示しないエンジンの対応する気筒の燃
料噴射弁に至る。燃料噴射量の調節部材であるスピルリ
ング１４は、プランジャ２上を移動可能であり、プラン
ジャ２の圧縮行程の途中で前記縦孔１１に連通したスピ
ルポート１５を開き、このスピルポート１５を開くタイ
ミングによって前記吐出口１３から供給される燃料噴射
量を決定する。このスピルポート１５が開かれるとポン
プ加圧室７内の燃料は縦孔１１およびこの孔１５を経て
ポンプ室１０へ戻されるものである。

スピルリング１４はサポーテイングレバー１６によって
、フ与イウエート１７の動きに応動するガバナスリーフ
１８に連結されているとともに、テンションレバー１９
およびメインスプリング２０によってアジヤスティング
レバー２１に連結され、車速ないしはアクセルペダルの
踏込みに応じた燃料噴射量制御を行うようになっている
ことはすでに知られている。

ポンプ室１０にはドライブシャフト３上に設けられたフ
ィードポンプ２５によって加圧された燃料が充満してお
り、この燃料圧力は図示しない圧力制御弁により公知の
如くエンジン回転数に関連して制御されるので、回転の
上昇に応じてポンプ室１０の燃料圧力が増大するように
なっている。

前記ポンプ加圧室７の位置にはコントローラ３０が取り
付けられている。つまりポンプ加圧室７はハウジング１
とプランジャ２およびコントローラ３０によって囲まれ
た空間により実質的に構成されたものである。コントロ
ーラ３０は第１図および第２図に示されている。すなわ
ち、３４はコントローラ３０のシリンダであり、ハウジ
ング１にインロ一部３２にて位置決めされコントローラ
のボデー３１のねじ部３３をハウジング１に螺着するこ
とにより固定されている。前記コントローラ３０のシリ
ンダ３４にはピストン３５が油密的かつ摺動自在に嵌挿
されている。また前記ねじ部３３によりボデー３１をハ
ウジング１に締着することより、シリンダ３４をハウジ
ング１に押し付は当り面１ａにて油密を保っている。

プランジャ２の先端にはピストン３５が離間することを
防止するための連結部７０が設けてあり、第３図で詳細
を示すような形状となっている。ピストン３５はスプリ
ング７１によって第２図中の右方に付勢されている為、
第２図に示す状態のようにピストン３５の係止部７８は
プランジャ２の先端の連結部７０に接触する位置にあっ
て連結されている。

７２は吸入Ｒ８と縦孔１１をつなぐ連通孔であり、ピス
トン３５の係止部７８がスプリング収納孔７３を塞ぐよ
うな時の、加圧室の油圧ロック防止用に設けである。

また、前述の様にボデー３１の当たり面３１ａにおいて
ボディー３１がシリンダ３４をハウジング１に押しつけ
固定している。

また、ボデー３１の内部にはバルブハウジング１００が
装着され、ソレノイドハウジング１０７のねじ部１０８
をボデー３１に締着することにより、バルブハウジング
１００の左端面をシリンダ３４の右端面に押しつけてい
る。バルブハウジング１００には弁室１０９と弁室１１
９が設けられており、弁室１０９内には球弁１０１が装
着されスプリング１０３により球弁１０１は右方に付勢
されていて、球弁１０１がバルブハウジング１００に設
けられた制御孔１０６を閉塞する構造となっている。

また弁室１１９内にはチェック弁４９が装着され、スプ
リング４８によりチェック弁４９は右方に付勢されてい
てバルブハウジング１００に設けられたフィード孔１１
６を塞ぐ構造となっている。

またパルプハウジング１００には連通孔１０４が設けら
れており、制御孔１０６、フィード孔１１６は連通孔１
０４．４１．４２を介してポンプ室１０即ち低圧燃料部
に連通している。

弁室１０９と弁室１１９は連通溝１１１により連通して
おり弁室１０９は油密室３８と連通している。

以上でわかる通り、弁球１０１が制御孔１０６を閉塞し
、チェック弁４９がフィード孔１１６を閉塞した第２図
に示す状態では、油密室３８、弁室１０９及び１１９は
油密的に閉じられた空間となる。

２００は電気的駆動手段であるソレノイドであり、１０
７はソレノイドハウジング、１１０はコイル、２０３は
スプール、２０１はリアプレート、２０２はコネクタ、
１２０は電極用の端子である。

また１０５はコア、１０２はピンでありピン１０２の右
端部はコア１０５に圧入され、ピン１０２の左端部は球
弁１０１と当接しておりピン１０２とソレノイドハウジ
ング１０７の内面は摺動自在に嵌合しである。またリア
プレート２０１はソレノイドハウジング１０７の右端部
にてかしめにより固定されている。また６７はシール用
の０リングである。

第２図でわかる様に端子１２０に電圧を加えると、コア
１０５及びピン１０２は左方に移動し、ピン１０２の左
端面が球弁１０１を左方に押し、制御孔１０６が開放さ
れ、連通孔１０４と弁室１０９が連通する構造となって
いる。

ピン１０２の内部には、コア１０５の動きがスムーズに
なるように連通孔１０２ａが設けである。

以上のような構成にもとづく第１実施例の作動について
説明する。

今、端子１２０に電圧を加え、制御孔１０６が開孔され
ている時にプランジャ２が図示右方へ移動されてポンプ
加工室７内の燃料を加圧し始めるとピストン３５は左端
面に燃料圧力を受けるので、プランジャ２とピストン３
５は連結部７０、係止部７８によって離間することなく
一体となって右方に移動させられる。

この時、油密室３８内の燃料はピストン３５によって弁
室１０９、制御孔１０６、連通孔１０４及び４１．４２
を通過し、ピストン３５の移動量に相当した分だけポン
プ室１０へ逃がされる。ここで、コイル１１０への電流
を切るとコア１０５、ピン１０２、球弁１０１は、スプ
リング１０３の付勢力により右方に移動し、球弁１０１
が制御孔１０６を閉塞する位置に達すると、油密室３８
内の燃料は逃げ場がなくなるため、ピストン３５の移動
はほとんど停止状態となる。

ピストン３５がプランジャ２と一体となって右方へ移動
している時の加圧室７内の燃料の実加圧断面積は〔プラ
ンジャ２の断面積〕−〔ピストン３５の断面積〕であっ
たが、ピストン３５が停止状態となった時の実加圧断面
積は、〔プランジャ２の断面積〕と同程度になるため、
ピストン３５が停止した時点以降は実加圧断面積は急に
増加し、たとえば第４図（Ａ）の破線で示す様になりポ
ンプ加圧室７から送出される燃料が増加する。よって、
その噴射率は第４図（Ｂ）に示す如く上昇する。

一方、燃料の圧送が終ってプランジャ２が吸入行程に至
ると、ポンプ加圧室７内の燃料圧力が減少するとともに
プランジャ２が左方に移動するので、プランジャ２の連
結部７０がピストン３５の係上部７８を引張りながらピ
ストン３５はプランジャ２と共に左方へ移動する。ピス
トン３５が左方へ移動すると油密室３８内の圧力が低下
するためピストン３５の移動にともないポンプ室１０内
の燃料が連通孔４２．４１．１０４、フィード孔１１６
、弁室１１９、連通溝１１１、弁室１０９通過し、油密
室３８に導入される。この吸入過程の途中で、コイル１
１０に電流を流し、制御孔１０６を開けると、ポンプ室
１０内の燃料は制御孔１０６、弁室１０９をも介して油
密室３８に導入される。したがって、ピストン３５は次
の加圧行程までに初期位置にもどる。

しかして前述の作動から判るように、コイル１０への通
電を切る時期は送油率が急に増大する時期を決定するも
のである。

今、コイル１１０に流れる電流を切る時期を遅らせ送油
率の増大時期を第６図のＡ−Ｂ−Ｃと遅らせた場合には
、噴射弁が開弁圧に達する時の送油量がｑであれば第６
図中に対応する同一条件での状態を同一の符号で対応付
けて記載した第７図に示すように噴射率は送油率が低下
した分だけ低下するため、同一期間内での噴射量は減少
する。

ここでアジヤスティングレバー２１の位置を調整して噴
射期間を長くすれば、同一噴射量にて噴射率を第７図の
〇−■−０のように変えることができる。

またコイル１１０に流れる電流を切る時期を早め送油率
の増大時期を第６図のＡからＤのように早めることによ
り、噴射弁の開弁時期をＡから已に早めることができる
ため、第７図の◎−■のように噴射時期を進めることも
可能である。

具体的にはエンジンのアイドリング運転時などのような
低回転運転域にあっては、第７図◎のように噴射率を下
げて噴射時期を長く延ばすことによってアイドル運転時
の燃焼騒音を低減することができるし、特に小型の直噴
ディーゼルエンジンにおいては低速時の燃焼を大幅に改
善することができる。

エンジン回転の高速域においては第７図＠のように噴射
率を高くすると共に噴射時期を進めることによって良好
なエンジン性能を受けることができる。

すなわち、第１実施例においての実際の操作としては、
第５図の様に回転位置信号に対してソレノイド電流を切
るタイミングをマイコン等により計算してエンジンの運
転状態に応じ最適にかつ高速に制御することで、大幅な
エンジン性能向上を達成することができる。

なお、チェック弁４９はピストン３５が左方に移動する
時に油密室３８内における気泡発生を防止するためのも
のである。

また゛ソレノイド２００はポンプ吸入行程において通電
されて球弁１０１を開弁させ、ポンプ圧送行程の初期の
状態でも球弁１０１を開弁状態を維持しているが、開弁
状態ではソレノイド２００のコア１０５が図中最も左方
にありソレノイドハウジング１０７とのギャップが小さ
くなっているため、ポンプ圧送行程中においても小さな
電磁力でもって球弁１０１の開弁状態を維持することが
できる。このため、ソレノイド２００は小型のものを使
用することができる。

次に第８図に基づいて第２実施例を説明する。

本実施例は、第１実施例とは逆にコイル１１０に電流を
流すことによって制御孔１０６を閉塞する構造の実施例
である。

コイル１１０に電流が流れない状態では弁１０１′はス
プリング１０３′だけの弱い付勢力により制御孔１０６
を閉塞しているため、油密室３８内の圧力が上昇すれば
油圧がスプリング１０３′の付勢力に打ち勝ち制御孔１
０６を開放する。ここでコイル１１０に電流を流すとス
プリング１０３′の付勢力に電磁力が加わるため再び弁
１０１′は制御孔１０６を閉塞し、油密室３８は油の逃
げ場がなくなりピストン３５の移動は停止する。ソレノ
イド２００の左方の付勢力が油密室３８の油圧力より弁
１０１′を右方へ押す付勢力よりも十分に大きい場合は
、この様な構成にすることができる。尚、他の構成、作
動は前述の実施例と同様であるので同一の符号を付して
説明は省略する。

次に第９図に基づいて第３実施例について説明する。

本実施例においては電気的駆動手段であるソレノイド２
００の変わりに、圧電式アクチュエータ３００を用いて
制御孔１０６の開閉制御するものである。

圧電式アクチュエータ３００はハウジング３０７と、Ｐ
ＺＴ等の電歪素子を複数積層した圧電体３０３と、圧電
体３０３を収納するケース３０４、圧電体３０３の伸縮
によりハウジング３０７内を摺動可能な圧電ピストン３
０２、油圧連結室３０９、ビン３０１とから主に構成さ
れている。圧電体３０３１よ、電極端子１２０に電圧を
印加することにより伸縮するが、そのストロークは数十
ミクロン程度であるため、圧電ピストン３０２とピン３
０１との油圧連結室３０９に油を充填して油圧連結する
とともに、ビン３０１の断面積を圧電ピストン３０２の
断面積と比較して小さくすることにより、圧電体３０３
の小さいストロークを大きくしてピン３０１に伝達する
構造である。３０５はチェック弁で油圧連結室３０９内
に吸入される油のみを許容する。３１０は油圧連結室３
０９内に設けられた波形リング状の板バネであって、圧
電ピストン３０２を図中右方向に常に付勢している。

また、圧電体は応答性が極めて良いので燃料を噴射して
いる途中で、圧電体を０Ｎ−ＯＦＦ作動させることがで
きるので、例えば、噴射中に噴射率を上昇させて、噴射
の終了間近で噴射率を下げる様な作動もできる。あるい
は、噴射初期にノズルの開弁によって噴射率が落ち込む
（息つき現象）のような場合は、落ち込み時のみ、噴射
率を上げる様な制御も容易に可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、内燃機関の運転条件に応じて電気的
駆動手段によって弁を制御するため、その燃料噴射率は
広範囲にわたって最適に且つ高速に制御することが可能
となり、その結果アイドリング運転時の燃焼騒音を低減
することができると共に、中、高速回転領域においても
内ｆｔＡ機関の出力、燃費等を大幅に向上できるという
優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の第１実施例に関するも、
ので、第１図は燃料噴射率制御装置の要部を示す部分断
面側面図、第２図は第１図のコントローラ３０付近の構
造を示す詳細図、第３図はフランジ中２の先端部分の詳
細構造を示す斜視図、第４図はポンプカム回転角とプラ
ンジャの有効面積及び噴射率との関係を示す特性図、第
５図はソレノイドの制御タイミングと噴射率との関係を
示す特性図、第６図はポンプカム回転角と送油量との開
襟を示す特性図、第７図はポンプカム回転角と噴射率と
の関係を示す特性図、第８図は第２実施例を示す部分断
面図、第９図は第３実施例を示す部分断面図である。 １・・・ハウジング、２・・・プランジャ５７・・・ポ
ンプ加圧室、３４・・・シリンダ、３５・・・ピストン
、３８・・・油密室、７０・・・連結部、７８・・・係
止部、４１゜４２．１０４，１０６・・一連通孔、制御
孔、１０１゜１０１′・・・球弁、弁、２００，３００
・・・電気的駆動手段となるソレノイド、電歪式アクチ
ュエータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ハウジングに摺動自在に挿入されたプランジャを往復
   運動させてポンプ加圧室内の燃料を加圧送出する燃料噴
   射装置において、前記ハウジングにシリンダと・このシ
   リンダ内にあって前記ポンプ加圧室の燃料圧力により一
   方向へ押圧移動するピストンとを設けるとともに、前記
   プランジャの先端にある連結部と前記ピストンの一端に
   ある係止部とを連結して前記プランジャと前記ピストン
   とが離間することを防止し、前記プランジャが加圧行程
   にある時前記ピストンと前記シリンダによって加圧され
   る油密室と、この油密室に開口して前記油密室と低圧燃
   料部とを連通する連通孔と、この連通孔の途中にあって
   前記油密室と前記低圧燃料部との連通、閉塞を制御する
   弁と、この弁を作動する電気的駆動手段とを備えたこと
   を特徴とする燃料噴射装置。