JPS6217363A - 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】

に産業上の利用分野】 本発明は燃料噴射装置に係り、とくに加圧された燃料を
燃料噴射ノズルによって霧状にして噴射するようにした
燃料噴射装置に関する。 Ｋ発明の概要】 本発明は、調量手段を調量弁によって構成するとともに
、この調量弁を燃料噴射ノズルの一噴口の部分に設け、
噴口の大きさを制御することによって調量動作を達成す
るようにした燃料噴射装置に関するものであって、燃料
噴射ポンプ、メカニカルガバナ、タイマ等の複雑な装置
を必要とすることなく、しかも容易に電子制御が行ない
得るようにしたものである。 Ｋ従来の技術】 ディーゼルエンジンの各シリンダに燃料を噴射するため
に、燃料噴射ポンプが用いられており、このポンプによ
って燃料を加圧し、燃料噴射ノズルに供給するようにし
ている。そしてこの燃料の噴射のタイミングを調整する
ために、燃料噴射ポンプのカムシャフトにはタイマが設
けられている。 また燃料噴射ノズルが１回に噴射する燃料の供給量を調
整するために、燃料噴射ポンプのコントロールラックと
連結されたメカニカルガバナを必要とし、エンジンの状
態に応じて最適な量の燃料を供給するようにしている。 Ｋ発明が解決しようとする問題点】 このような従来の燃料噴射装置によれば、燃料噴射ポン
プ、メカニカルガバナ、タイマ等の機械的に複雑な装置
を必要とする。従って燃料噴射装置のコストが高くなる
という欠点を有していた。 しかも複雑な機構を備えているために、調整やメインテ
ナンスが難しく、あるいはまた高度の熟練を要する欠点
があった。ざらにこのような機械的に複雑な装置によれ
ば、燃料の噴射の電子制御が困難になるという欠点があ
った。 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、機械的に複雑な構造を用いることなく、間中な構造
によって燃料の噴射を行なうようにするとともに、とく
にその調量動作を正確に行ない得るようにし、しかもそ
の電子制御を容易に達成可能にした燃料噴射装置を提供
することを目的とするものである。 Ｋ問題点を解決するための手段】 本発明は、加圧された燃料を燃料噴射ノズルに供給し、
このノズルによって燃料を霧状にして噴射フるとともに
、噴射時の燃料の単位時間当りの噴射量を１ｌｆｆｉ手
段によって制御するようにした装置において、前記調量
手段を調量弁から構成するとともに、この調量弁を燃料
噴射ノズルの噴口の部分に設け、噴口の大きさを制御す
るようにしたものである。

【作用】

従って本発明によれば、調量弁によって噴射時の燃料の
単位時間当りの噴射量を制御することが可能になり、簡
単な構造によって調量動作を達成することが可能になる
。しかもこの調量弁の移動量をアクチュエータを介して
電子制御することにより、燃料噴射装置の電子化が容易
に行ない得るようになる。

【実施例】

以下本発明を図示の実施例につき説明する。まず本発明
の第１の実施例を第１図〜第８図につき説明する。第２
図はこの第１の実施例に係る燃料噴射装置の全体を示す
ものであって、ディーゼル゛エンジン１０のシリンダ１
１内にはピストン１２が摺動可能に支持されるとともに
、シリンダ１１の上部はシリンダヘッド１３によって閉
塞されている。そしてこのシリンダヘッド１３には燃料
噴射ノズル１４が取付けられており、シリンダ１１内へ
燃料を噴射して供給するようになっている。 この燃料はピストン１２の移動によって圧縮された高温
の空気で点火され、燃焼爆発を起して出力が得られるよ
うになっている。 上記燃料噴射ノズル１４は燃料供給バイブ１５を介して
アキュムレータ１６と接続されている。 このアキュムレータ１６内にはピストン１７が配されて
おり、圧縮コイルばね１８によって押されている。従っ
てこのばね１８によってアキュムレータ１６内の燃料が
加圧された状態で保持されることになる。そしてアキュ
ムレータ１６はさらに燃料タンク１９と、高圧のフィー
ドポンプ２０を接続したフィードパイプ２１を介して接
続されている。 またこの燃料噴射装置は、上記燃料噴射ノズル１４を制
御するためにマイクロコンピュータ２２を備えており、
このマイクロコンピュータ２２はエンジン１０の回転を
検出する回転検出センサ２３およびエンジン１０の負荷
を検出するロードセンサ２４と接続されている。さらに
上記アキュムレータ１６内の燃料の圧力を検出する圧力
センサ２５がマイクロコンピュータ２２と接続されてい
る。そしてこのマイクロコンピュータ２２は燃料噴射ノ
ズル１４に設けられている調量用アクチュエータ２６と
ｒＲ閉用アクチｌエータ２７とをそれぞれ制御するよう
にしている。 つぎに上記燃料噴射ノズル１４の構造について説明する
と、第１図に示すようにこのノズル１４はボディ３０を
備えるとともに、このボディ３０の下端にはノズル本体
３１が取付けられるようになっており、スリーブ３２に
よってボディ３０と結合されている。そしてノズル本体
３１内にはノズルニードル３３が軸線方向に移動可能に
保持されている。またこのノズル本体３１には、ボディ
３０の燃料通路３４お−びノズル本体３１の燃料通路３
５と連通ずるように燃料溜め３６が設けられており、こ
の燃料溜め３６内に加えられる燃料によってノズルニー
ドル゛３３を軸線方向上方に移動させるようにしている
。 上記ノズルニードル３３の上端部は、ブツシュロッド３
７の下端と当接するようになっている。 このブツシュロッド３７はボディ３０によって軸線方向
に移動可能に支持されるとともに、その上端にはばね受
け３８が設けられている。そしてこのばね受け３８は圧
縮コイルばね３９の下端を受けるようになっている。な
お圧縮コイルばね３９の上端部は、ボディ３０内に設け
られているばね受け４０で受けられている。 ボディ３０の内部であってばね受け４０の上側には調量
用アクチュエータ２６が設けられている。 このアクチュエータ２６はコイル４１を備えるとともに
、このコイル４１の内側にはロータ４２が回転自在に支
持されている。そしてロータ４２の中心部に形成された
雌ねじ孔４３には、ストッパ４４の外周面に形成されて
いる雄ねじが螺合されている。またこのストッパ４４に
は縦溝４５が形成されており、上記ばね受け４０に支持
されているビン４６を受入れており、これによってスト
ッパ４４の回転運動を防止し、軸線方向の運動のみを可
能としている。 つぎにこの燃料噴射ノズル１４に設けられている開閉弁
４７について説明すると、開閉弁４７はケーシング４８
内において移動可能に支持されるとともに、コイル４つ
によって開放動作が行なわれるようになっている。そし
てこの開閉弁４７はケーシング４８内に保持された圧縮
コイルばね５０によって閉じる方向に付勢されている。 またこの開閉弁４７の上端部には吸戻し弁５１が一体に
連設されており、この開閉弁４７が閉じるのに先立って
吸い戻し弁５１が閉じ、これによって燃料通路３４．３
５および燃料溜め３６内の燃料を吸引し、燃料の切れを
良くするようにしている。 つぎにこの燃料噴射ノズル１４に設けられている開閉弁
５２について説明すると、第３図および第４図に示すよ
うに、ノズルニードル３３の先端部には細い円柱状をな
す調量弁５２が一体に設けられており、この開閉弁５２
の外周面上には、ノズル本体３１の噴口５３と対応する
長溝５４が形成されている。そしてこの長溝５４は燃料
供給溝５５と連通されるようになっている。またこの調
量弁５２の中心部には連通孔５６が形成されており、ノ
ズル本体３１の先端部であって調量弁５２の先端部に溜
った燃料を逃がすようにしている。 以上のような構成において、燃料タンク１９内に蓄えら
れている燃料は高圧フィードポンプ２０によって吸引さ
れるとともに、加圧されてアキュムレータ１６内に押込
まれる。そしてこのアキュムレータ１６内の燃料の圧力
は圧力センサ２５によって検出されるとともに、この値
がマイクロコンピュータ２２に入力されるようになって
おり、マイクロコンピュータ２２はこの検出した圧力に
応じて高圧フィードポンプ２０を制御するようにしてい
る。従ってアキュムレータ１６内にほぼ一定の圧力に加
圧した状態で燃料を蓄えておくことが可能になる。そし
てこの燃料は燃料噴射ノズル１４の開閉用アクチュエー
タ２７によって開閉弁４７が開かれたときに燃料供給パ
イプ１５を通してこのノズル１４に供給され、その先端
の噴口５３から噴射されることになる。しかもこのとき
の単位時間当りの噴射量は、燃料噴射ノズル１４に設け
られている調量用アクチュエータ２６を介して調量弁５
２によって制御されるようになっている。 この動作をより詳細に説明すると、マイクロコンピュー
タ２２は第７図に示すように、回転検出センサ２３およ
びロードセンサ２４によってエンジン１０の回転数およ
び負荷の読込みを行なう。 さらにこのマイクロコンピュータ２２は、そのときに設
定されている各種の条件の読込みを行なう。 この条件とは始動増量、定速回転等の各種の条件であっ
てよい。そしてこのような情報に基づいてマイクロコン
ピュータ２２は最適な燃料の供給ｍの計算を行なう。そ
してこの計算に基づいて噴口５３の有効面積の計算を行
ない、この計算結果に応じた信号を調量用アクチュエー
タ２６に供給する。 このアクチュエータ２６による調量動作についてさらに
詳細に説明すると、アクヂュエータ２６はステップモー
タを構成するコイル４１を備えており、マイクロコンピ
ュータ２２からの制御信号に基づいてコイル４１が励磁
され、ロータ４２が回転されることになる。ロータ４２
の中心部には雌ねじ孔４３が形成されており、この雌ね
じ孔４３はストッパ４４の外周面に形成されている雄ね
じと螺合するようになっており、しかもこのストッパ４
４の縦溝４５はビン４６によってその回転が防止されて
いる。従ってコイル４１に通電してロータ４２を回転駆
動すると、ストッパ４４が軸線方向に移動することにな
る。このようにしてストッパ４４の下端と、ばね受け３
８の上端との間のギャップＳが調整されることになる。 ストッパ４４はブツシュロッド３７の上方への移動槽を
規制するようにしており、第１図に示す場合にはギャッ
プＳに相当するストロークだけ上方へ移動することが可
能になる。しかもこのブツシュロッド３７の下端はノズ
ルニードル３３と当接されているために、ノズルニード
ル３３もストロークＳだけしか移動できなくなる。従っ
てマイクロコンピュータ２２はアクチュエータ２６を介
して、ノズルニードル３３の上方への移ｌ７１ｍを規制
することになる。すなわち開閉弁４７が開かれた場合に
、アキュムレータ１６内で加圧された燃料がこの開閉弁
４７および燃料通路３４．３５を通して燃料溜め３６に
供給され、ノズルニードル３３はこの燃料の圧力によっ
て圧縮コイルばね３９に抗して上方へ移動する。そして
このときのノズルニードル３３の移動のストロークがＳ
となる。 ノズルニードル３３の下端部には第３図および第４図に
示すように、調量弁５２が一体に設けられている。そし
てこの調量弁５２の外周面には長溝５４と燃料供給ＷＰ
ｉ５５とがそれぞれ形成されている。いまノズルニード
ル３３の上方への移動量が小さい場合には、第５図に示
すように、このノズルニードル３３が上方へ移動した場
合において、長溝５４の一部のみが噴口５３と整合する
ことになる。従ってこの場合には噴口５３の有効面積が
非常に小さくなり、単位時間当りの燃料の噴射量が少な
くなる。これに対してノズルニードル３３の上方への移
動ωが大きい場合には、第６図に示すように長溝５４と
噴口５３とがほぼ完全に一致するようになり、噴口５３
の有効面積が非常に大きくなる。従ってこの場合には単
位時間当りの燃料の噴１ｆｆｌが非常に大きくなる。従
ってマイクロコンピュータ２２によってアクチュエータ
２６を介してストッパ４４の軸線方向の位置を調整する
ことによって、ノズルニードル３３のストロークＳが調
整されるようになり、これによって噴口５３と整合する
調量弁５２の長溝５４の長さあるいは面積が変化するよ
うになる。従って噴口５３の有効面積を調整して燃料の
噴射量を制御することが可能になる。 マイクロコンピュータ２２は第７図に示すように、重量
弁の制御信号を発生した後に、開弁時間の計算を行なう
。さらにマイクロコンピュータ２２は、再び回転検出セ
ンサ２３によってエンジン１０のクランクシャフトの回
転角度の読込みを行なうとともに、最適なタイミングで
開弁信号を発生する。この開弁信号は開開用アクチュエ
ータ２７のコイル４９に供給され、開閉弁４７が圧縮コ
イルばね５０に抗して開くことになる。従って７キユム
レータ１６内に加圧状態で蓄えられていた燃料がバイブ
１５およびこの開閉弁４７のケーシング４８を通してノ
ズル１４の先端部に供給されることになる。そして計算
された上記開弁時間を経過した後に、マイクロコンピュ
ータ２２は閉弁信号を発生することになり、これによっ
てアクチュエータ２７のコイル４９が消勢される。従っ
て圧縮コイルばね５０によって開閉弁４７が閉じること
になる。なおこの開閉弁４７が弁座に接触する前に、吸
い戻し弁５１が閉じるようになり、このために燃料噴射
ノズル１４の燃料供給通路３４．３５および燃料溜め３
６内の燃料の圧力が急激に低下する。従ってこれによっ
て燃料の噴射を正確に終了させることができるようにな
る。 第８図は本実施例に係る燃料噴射装置による燃料の噴射
のパターンを示すものであって、このパターンの特徴は
方形のパターンが得られることである。そしてこの方形
のパターンの幅、すなわち時間軸方向の長さは、開閉弁
４７の開弁時間に比例する。これに対してこのパターン
の高さは噴口５３の有効面積にほぼ比例することになる
。従って開閉弁４７の開弁時間と噴口５３の有効面積と
を組合わせることによって、各種の噴射のパターンが得
られるようになり、第８図において実線で示す標準パタ
ーンに対して、噴口５３の有効面積を絞るとともに、開
弁時間を長くすることによって鎖線で示すパターンが得
られ、逆に開弁時間を短くするとともに噴口５３の有効
面積を広くすることによって点線で示す特性が得られる
ようになる。さらにこの噴射パターンを時間軸に沿って
移動させることによって、進角あるいは遅角を行なうこ
とができるようになる。 つぎに本発明の第２の実施例を第９図および第１０図に
つき説明する。なおこの第２の実施例において、上記第
１の実施例と対応する部分には同一の符号を付すととも
に、同一の構成の部分についてはその説明を省略する。 この第２の実施例の特徴は、ノズルニードル３３の先端
部に設けられている調量弁５２がノズル本体３１と別体
に構成されており、互いに独立の運動を行なうようにな
っていることである。すなわちｖＡｆｆｉ弁５２は弁体
２たは別体になっている連結ロッド６０と連結されると
ともに、この連結ロンドロ０がノズルニードル３３の中
心部に形成されている貫通孔６１を貫通しており、しか
も連結ロッド６０の先端部は調量用アクチュエータ２６
の出力軸４４と連結されていることである。なおこの出
力軸４４は上記実施例と同様になっており、その外周面
の雄ねじの部分がロータ４２の雌ねじ孔４３と係合され
ており、しかも出力軸４４の縦１ｍ！４５はばね受け４
０のビン４６を受入れており、これによってその回転が
防止されている。 従ってこの第２の実施例によれば、マイクロコンピュー
タからの指示に基づいてコイル４１が励磁され、ロータ
４２が回転すると、このロータ４２の回転は出力軸４４
の直線運動に変換されるとともに、この直線運動が連結
ロッド６０を介してｖＡｆｌ弁５２に伝達され、調量弁
５２は軸線方向の所定の位置に移動することになる。こ
のことは調量弁５２の長溝５４と噴口５３との整合する
面積が調整されることになり、これによって噴口５３の
有効面積が調整されることになることを意味する。そし
て噴口５３の有効面積が調整されると、その位置で調量
弁５２は停止することになる。 モして調量弁５２はノズルニードル３３と別体になって
いるために、噴射のたびに上下方向に移動することなく
、開門動作を行なわない場合にはその位置で静止するこ
とになる。従ってこの実施例によれば、開閉弁４７が開
かれて燃料溜め３６に加圧された燃料が供給されると、
ノズルニードル３３は第１０図において実線で示す位置
から鎖線で示す位置へ上昇することになり、弁座から離
れる。従って燃料はｖＡｆａ弁５２の燃料供給溝５５お
よび長溝５４を通して噴口５３に供給され、この噴口５
３から霧状にして噴射されるようになる。 つぎに本発明の第３の実施例を第１１図〜第１４図につ
き説明する。この第３の実施例においても上記第１およ
び第２の実施例と対応する部分には同一の符号を付すと
ともに、同一の構成の部分についてはその説明を省略す
る。この第３の実施例の特徴は、開閉弁５２の噴口５３
を制御するための長溝５４が円周方向に延びていること
であって、この重量弁５２を回転させることによって噴
口５３の有効面積を変化させるようにしている。 モして調量用アクチュエータ２６のロータ４２は出力軸
４４に固着されるようになっており、このアクチュエー
タ２６はその出力として出力軸４４の回転運動を生ずる
ようにしている。そしてこの出力軸４４の下端は、連結
ロンドロ０を介して上記調量弁５２と連結されている。 従ってこの実施例によれば、マイクロコンピュータによ
ってコイル４１に通電を行ない、ロータ４２を回転させ
ると、この回転が出力軸４４、および連結ロッド６０を
介して調量弁５２に伝達される。従ってこの開閉弁５２
の長溝５４と噴口５３との整合する面積が第１３図のよ
うに小さくなると、単位時間当りの燃料の噴射筒が非常
に少なくなる。これに対して調量弁５２の長溝５４を噴
口５３と第１４図に示すようにほぼ一致させることによ
って、噴口５３の有効面積が非常に大きくなり、単位時
間当りの燃料の噴射量を大きくすることができるように
なる。従ってこのような回転式の調量弁５２によって燃
料の単位時間当りの噴射量を制御することが可能になる
。 以上本発明を図示の実施例につき述べたが、本発明は上
記実施例によって限定されることなく、本発明の技術的
思想に基づいて各種の変更が可能である。例えば上記実
施例に係るアクチュエータ２６はステップモータから構
成されているが、このようなアクチュエータ２６に代え
て流体式アクチュエータ等の他の形式のアクチュエータ
を用いることが可能である。またこの場合において、燃
料をアクチュエータの作動流体として利用することも可
能である。また上記実施例においては、開閉用のアクチ
ュエータ２７によって燃料供給路に設けられた開閉弁４
７を開閉させるようにしているが、このような構成に代
えて、ノズルニードル３３あるいはブツシュロッド３７
をアクチュエータ２７によって直接移動させて燃料の供
給の制御を行なうようにしてもよい。また上記実施例に
おいては、調量弁５２に長溝５４と燃料供給溝５５とを
設けるようにしているが、これらをそれぞれ貫通孔に置
換えることも可能である。また燃料噴射ノズル１４の噴
口５３の数が多い場合には、調量弁５２によって開かれ
る噴口５３の数を変更することによりその有効面積を制
御することも可能である。 （発明の効果１ 以上のように本発明は、ｍ吊手段を！ｌ吊弁から構成す
るとともに、この調量弁を燃料噴射ノズルの噴口の部分
に設け、噴口の大きさを制御するようにしたものである
。従って本発明によれば、調量弁によって噴口の大きさ
を制御することにより、噴射時の単位時間当りの燃料の
噴ｔＩ４量を制御することが可能になる。従って機械的
に複雑な構造を有する装置を用いることなく燃料噴射装
置を構成することが可能になり、ざらにＷｆｆｉ弁をア
クチュエータを介して移動させることにより、容易に電
子制御を行なうことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る燃料噴射装置の燃
料噴射ノズルの縦断面図、第２図はこの燃料噴射装置の
全体の構成を示すブロック図、第３図は燃料噴射ノズル
に設けられている調量弁の外観斜視図、第４図はこの調
ｍ弁の設けられている部分のノズル本体の拡大断面図、
第５図および第６図は調ｍ動作を示すＩＩ員弁の拡大展
開正面図、第７図はこの燃料噴射装置の動作を示すフロ
ーチャート、第８図はこの燃料噴射装置による噴射パタ
ーンを示すグラフ、第９図は本発明の第２の実施例に係
る燃料噴射ノズルの縦断面図、第１０図は１ｉｉｌ要部
拡大断面図、第１１図は本発明の第３の実施例に係る燃
料噴射ノズルの縦断面図、第１２図はこの燃料噴射ノズ
ルに設けられている調量弁の要部拡大斜視図、第１３図
および第１４図はこの調量弁の調量動作を示す拡大展開
正面図である。 なお図面に用いた符号において、 １４・・・燃料噴射ノズル ５２・・・調量弁 ５３・・・噴口 ５４・・・長溝 ５５・・・燃料供給溝 である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加圧された燃料を燃料噴射ノズルに供給し、このノズル
   によって燃料を霧状にして噴射するとともに、噴射時の
   燃料の単位時間当りの噴射量を調量手段によつて制御す
   るようにした装置において、前記調量手段を調量弁から
   構成するとともに、この調量弁を燃料噴射ノズルの噴口
   の部分に設け、噴口の大きさを制御するようにしたこと
   を特徴とする燃料噴射装置。