JPS62225759A - 燃料噴射ポンプの噴射率制御装置 - 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〕 本発明はディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの噴射率
制御装置に係り、より詳しくは、噴射弁からの燃料噴射
開始直後に噴射ポンプのポンプ室内の燃料圧力を一時低
下させることにより噴射弁にパイロット噴射を行わせる
ことの可能な噴射率制御装置に関する。

〔従来技術と問題点〕

ディーゼルエンジンにおいて各噴射サイクル毎に主噴射
に先行してパイロット噴射を行えば燃焼騒音やＮＯｘエ
ミツションを低減させ得ることが知られている。このた
め、噴射率制御装置を用いて、噴射開始直後に噴射プン
プのポンプ室内の燃料圧力を一時的に低下させて噴射を
一時中断させ、これによりパイロッＩ・噴射パルスを形
成することが提案されている。

機械的な噴射率制御装置はアキュームレータ型とリリー
フ弁型とに大別することができる。前者は、例えば実開
昭５６−１０５６５６号に開示されている様に、噴射ポ
ンプのポンプ室に連通した可変容積室を設け、スプリン
グによって付勢されたピストンを可変容積室に装着して
噴射ポンプからの噴射圧力に応じて可変容積室の容積が
増減する様になし、可変容積室内に噴射ポンプのポンプ
室からの高圧燃料を一時的に貯蔵する様にしたものであ
る。

ピストンの頂面には小さなくぼみが設けてあり、ピスト
ン移動前は小径の受圧面積に燃料圧力が作用する様にな
っている。くぼみの受圧面績およびスプリングのばね定
数は噴射圧力が噴射弁の開弁圧以上となった時にピスト
ンが移動開始する様に設定されているので、噴射弁から
燃料噴射が開始した直後にピストンが移動開始する。ピ
ストン移動開始後はピストンの全断面積に噴射圧力が作
用するので、ピストンはスプリングの力に抗して急速に
移動し、噴射ポンプからの高圧燃料の一部は可変容積室
に流入し、噴射圧力が一時低下してパイロット噴射が行
われる。噴射ポンプの圧送行程が更に進むに伴い噴射圧
力は再び上昇し、主噴射が行われる。圧送行程が終期に
達し、噴射弁の開弁圧よりかなり低い圧力に噴射圧力が
低下した時にはピストンは初期位置に復帰し、可変容積
室の容積はゼロとなる。

このアキュームレータ型噴射率制御装置の問題点は、ピ
ストン移動後はその全断面績に噴射圧力が作用する様な
構造となっているので、ピストン付勢用スプリングのば
ね定数を非常に大きくしなければならない事である。ピ
ストン背後の小さなばね室内に収容することが可能でし
かも必要な大きなばね定数を有するスプリングは実際に
は製作が不可能であるか著しく困難であった。他の問題
点は、この噴射率制御装置はエンジン回転数全域にわた
ってアキュームレータ効果を発揮してパイ四ツ１〜噴射
と主噴射との間で噴射率を低下させるので、高速高貴時
の噴射量が不十分となり、必要な出力を得ることができ
ないということである。

高置高負荷時の噴射量を増加させるため噴射終了時期を
遅延させる様に噴射ポンプを設計した場合には、スモー
クが増大し、燃費が悪化する。

リリーフ弁型の噴射率制御装置は噴射圧力が所定圧力以
上になった時に噴射ポンプのポンプ室内の燃料を逃がす
様に構成されている。（例えば、実公昭３０−９１０４
号）。この装置は、弁のハンチングに因り不整噴射が発
生する、所定噴射量を得るためには噴射ポンプの圧送量
を倍以上にしなければならない、等の難点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は容易に製作することが可能な噴射率制御
装置を提供することである。

本発明の他の目的は、エンジンの高速高負荷運転時には
噴射率が低下しない様にすることである。

〔問題点を解決するための手段および作用の概要〕本発
明の噴射率制御装置はケーシングを有し、このケーシン
グには、噴射ポンプのポンプ室に接続可能な入口ポート
と、この入口ポートに連通した固定容積室とが設けられ
ている。この固定容積室は実質的に不変の一定の容積を
有するものと定義され、従来のアキュームレータ型噴射
率制御装置において容積室の容積が可変であるのと著し
く相異している。入口ポートと固定容積室との間の連通
は、入口ポートの燃料圧力に応じて開閉する弁機構によ
り導通および遮断される。この弁Ｉ７１！横は噴射弁の
開弁時のポンプ室圧より高い圧力で開弁じ、低い圧力で
閉弁する。この弁機構の特徴は開弁量が極めて小さく制
限されていることである。

本発明の実施態様では、この弁機構は、扁平な弁座部と
、円柱形の可動弁体と、可動弁体用付勢手段と、可動弁
体の移動量を小さく制限するストッパ手段とで構成され
る。

噴射ポンプの噴射圧力が噴射弁の開弁圧を超え噴射が開
始されるとすぐに可動弁体が移動し、噴射ポンプのポン
プ室は固定容積室に導通し、噴射圧力は一時低下するの
で、噴射は一時中断され、パイロット噴射が実現する。

可動弁体の移動量は制限されているので、弁機構は一種
の絞りとして作用する。高速運転時には弁機構の絞り効
果が増大するので、噴射中期で噴射圧力が低下せず、高
速高負荷時の噴射率が増大する。

本発明の装置では、弁機構の可動弁体は入口ポートと固
定容積室との連通を導通または遮断することのみを目的
としている。即ち、ピストンの移動に伴い可変容積室の
容積が拡張して噴射圧力を低下させる従来のアキューム
レータ型噴射率制御装置と異なり、本発明の装置では噴
射圧力の低下は固定容積室と入口ポートが導通すること
によって実現され、可動弁体は開弁後はストッパによっ
て規制されるので、極めて小さなばね定数のスプリング
を使用することが可能となる。

本発明の好ましい実施態様では、可動弁体を閉弁方向に
付勢する付勢手段は油圧シリンダ機構により構成される
。この油圧シリンダのピストンには噴射ポンプのフィー
ド圧が印加される。このフィード圧はエンジン回転数の
増加に伴い上昇するので、回転数の増加に応じて弁機構
の開弁量が強制的に減少せられる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１実施例に係る噴射率制御装置１０
を分配型噴射ポンプ１２に取付けたところを示すが、本
発明の装置は何型噴射ポンプにも装着することができる
。噴射ポンプ１２は基本的に従来型のものであり、噴射
率制御装置１０を取付けるため若干改造されているだけ
である。周知の様に、噴射ポンプ１２のディストリビュ
ータハウジング１４にはポンプシリンダ１６が圧入して
あり、このシリンダ１６内にはポンププランジャ１８が
回転かつ往復運動可能に嵌合しである。図示しないフィ
ードポンプによりフィード圧に加圧された燃料はポンプ
室２０内に送られ、プランジャ１８の圧送ストロークに
伴い高圧に加圧され、プランジャ１８の回転に伴い各気
筒用のデリバリポート（図示せず）を介して各気筒の噴
射弁（図示せず）に分配される。

ディストリビュータハウジング１４には内ねじ部２２が
設けてあり、噴射率制御装ＦＦ　１０のハウジング２４
の外ねじ部２６が螺合される。このハウジング２４は噴
射率制御装置１０のケーシング２８の一部を構成すると
共に、ポンプシリンダ１４の側板を構成するもので、ポ
ンプ室２０をシールするためハウジング２４の端面には
ポンプシリンダ１６の端面に圧接する環状の突起３０が
設けである。

図示した実施例では、噴射率制御装置１０のケーシング
２８は、ハウジング２４と、弁板３２と、シリンダ３４
と、ストッパ部材３６とで構成される。ハウジング２４
の中央部には円柱形の凹部３８が設けてあり、この中に
弁板３２とシリンダ３４を圧入した上でねじ部４０によ
りストッパ部材３６を螺合することによりケーシング２
８の構成要素が一体的に締結される。

シリンダ３４には軸方向にボア４２が形成してあり、そ
の中に可動弁体４４が摺動自在に精密嵌合しである。シ
リンダ３４には弁板３２の側においてボア４２と同軸状
の円柱形切欠きが設けてあり、弁板３２とシリンダ３４
と可動弁体４４との間に環状の固定容積室４６が形成さ
れている。

可動弁体４４はばね室４８内に収容されたスプリング５
０によって弁板３２に向って付勢されており、可動弁体
４４の扁平な頂面が弁板３２の扁平な弁座部５２に密着
する様になっている。弁体４４の頂面には小さな円柱形
くぼみ５４が設けである。このくぼみ５４と整列して弁
板３２およびハウジング２４には入口ポート５６が設け
てあり、ポンプ室２０内の燃料圧力がくぼみ５４に作用
する様になっている。従って、このくぼみ５４は弁休４
４の閉弁時に弁体４に作用する燃料圧力を受ける受圧部
を構成するもので、弁体４４の開弁圧はスプリング５０
によって設定される。シリンダ３４と可動弁体４４との
間の隙間から僅かに漏洩する燃料をタンクに戻すためス
トッパ部材３６にはドレーンバイブ５８が螺合してあり
、このドレーンバイブ５８はスプリング５０の一端を支
承している。このドレーンバイブ５８をいずれかの方向
に回転させることによりスプリング５０の力を調節する
ことができる。

ストッパ部材３６の内径はボア４２の直径より僅かに小
さくしてあり、可動弁体４４がその肩部６０に衝当する
様になっている。肩部６０は弁体４４のリフト量を規制
するストッパ手段を構成するもので、この実施例では弁
体４４のリフト量は約０．ＩＩ帥に設定しである。

以上の弁座部５２、可動弁体４４、スプリング５０、ス
トッパ手段により弁機＄１６２が構成される。

前述の如く、可動弁体４４の閉弁時には、噴射ポンプの
ポンプ室２０からの燃料圧力はポート５６を介して弁体
４４のくぼみ５４に作用し、この力にスプリング５０が
対抗する。従って、可動弁体４４の開弁圧はくぼみ５４
の受圧面積とスプリング５０の力によって定まる。噴射
弁の開弁圧を１２０ｋＨ／ａｍ２とし、くぼみ５４の直
径を２１とすれば、可動弁体４４の開弁圧を１４０ｋｇ
／ｃ…２にしたい場合にはスプリング５０のばね力は４
．４ｋｇｆにしなければならない。

開弁後は燃料圧力は可動弁体４４の全断面積に作用する
ので、可動弁体４４の閉弁圧は全断面積により定まる。

閉弁圧を１０ｋｇ／ｃｍ２にしたい場合には、くぼみ５
４の受圧面積と弁体４４の全断面積との比は１：１４に
すればよい。

次に、この実施例の作動を第１図および第２図を参照し
て説明する。第２図において、実線は低速運転時の、破
線は高速運転時の作動を示す。

低速時においては、ポンププランジャ１８の圧送行程が
始まりポンプ室２０の圧力が１２０ｋｇ／ｃＩ＋＋２に
なると噴射弁（図示せず）が開弁じて燃料噴射が開始す
る（第２図（Ｄ））。更に圧送行程が進みポンプ室２０
の圧力が１４０ｋＨ／　ｃｍ２になると、可動弁体４４
が開弁じ（第２図（Ｂ））、ポンプ室２０と固定容積室
４６とが導通する。その際、可動弁体４４はストッパ部
材３６の肩部６０に衝当するまで移動し、燃料圧力が閉
弁圧に低下するまでその位置に留まる。前記導通の結果
、固定容積室４６内の圧力が上昇すると同時にポンプ室
２０内の圧力が低下する（第２図（Ａ）および（Ｃ））
。圧力は噴射弁の開弁圧以下となるため燃料噴射は一時
中断される。この様にしてパイロット噴射が行われる。

更に圧送行程が進み、固定容積室４６の圧力と釣合いな
がらポンプ室２０の圧力が再び上昇すると、噴射弁から
の噴射が再開される。プランジャ１８の圧送行程が終期
に近づき、ポンプ室２０内の圧力が１２０ｋｇ／ｃＴ１
１２以下に低下すると、噴射弁からの噴射が終了する。

この様にして主噴射が行われる。

圧送行程が終了し、ポンプ室２０の圧力が１０ｋｇ／ｃ
「ＩＩ２以下に低下すると可動弁体４４は閉弁する。

この時、固定容積室４６内には１０ｋｇ／ｃｍ２の圧力
をもった燃料が閉じ込められる。ポンプ室２０内の圧力
は噴射ポンプのフィード圧（１〜５　ｋｇ／ａｍ２）ま
で低下する。以上で噴射の一サイクルが終り、次のサイ
クルに備える。

高速時においては、可動弁体４４の移動量が制限されて
おり（例えば、０　、１　ｍ　ｍ　）、弁機構６２は絞
り効果を有するので、可動弁体４４が開弁じてもポンプ
室２０から固定容積室４６への圧力伝達は遅延される。

このため、第２図に破線で示した様に、固定容積室４６
内の圧力の立上りが遅れ、ポンプ室２０の圧力低下が減
少する。従って、噴射率波形は第２図（Ｄ）破線の様に
なり、パイロッＩ・噴射は行われない。こうして高速時
には噴射量が増大し、大きな機関出力が得られる。この
傾向は回転数が高いほど増強される。

次に、第３図を参照して本発明の第２実施例を説明する
。第１実施例との相違点は、可動弁体の背後に油圧シリ
ンダ機構を設け、噴射ポンプのフィード圧の上昇に伴い
可動弁体の移動量を強制的に制限したことである。この
実施例は、噴射ボンプのフィード圧が回転数に比例して
上昇することに着目し、特定回転数以上では可動弁体の
開弁量をゼロにしようというものである。

第３図において、噴射率制御装置１００は噴射ポンプ１
０２に取付けである。噴射ポンプ１０２は、ポンプシリ
ンダ１０４、ポンププランジャ１０６、ディストリビュ
ータハウジング１０８、ポンプ室１１０を有する。

第１実施例と同様に、噴射率制御装置１００のケーシン
グ１１２の一部をなすハウジング１１４は、ディストリ
ビュータハウジング１０８に螺合されていてポンプシリ
ンダ１０４の側板を兼ねている。ハウジング１１４の中
央四部には弁板１１６、第１シリンダ１１８、第２シリ
ンダ１２０がこの順に圧入され、ハウジング１１４に螺
合したキャップ１２２によ固定されている。ハウジング
１１４と弁板１１６と第１シリンダ１１８によりケーシ
ング１１２が構成されるものと考えることができる。第
１シリンダ１１８の中央ボアには弁機構１２４の可動弁
体１２６が液密かっ摺動自在に嵌合しである。可動弁体
１２６と弁板１１６と第１シリンダ１１８との間には第
１実施例と同様に固定容積室１２８が形成されている。

可動弁体１２６の頂面に設けた中央くぼみ１３０は入口
ボ−１−１３２，１３４を介してポンプ室１１０に連通
している。

可動弁体１２６は油圧シリンダｆｉｉ１３６により弁板
１１６に向って付勢される。この油圧シリンダ機構１３
６は第２シリンダ１２０内に液密かっ摺動自在に嵌合さ
れたピストン１３８を有し、このピストン１３８と第２
シリンダ１２０とキャップ１２２との間には圧力室１４
０が形成されている。ハウジング１１４とキャップ１２
２の間は０リング１４２によってシールされる。噴射ポ
ンプ１０２の内蔵フィードポンプ（図示せず）によって
発生したフィード圧は、通路１４４，１４６，１４８を
介して圧力室１４０に印加される。第１シリンダ１１８
と可動弁体１２６との間から空間１５０に漏洩した燃料
はドレーンポート１５２，１５４を介して燃料タンクに
戻される。

この実施例では、可動弁体１２６のくぼみ１３０の受圧
面積と弁体全断面積との比は約１　：　１３．５にしで
ある。また、可動弁体全断面積とピストン１３８の断面
績との比は約１　：　６．５にしである。即ち、くぼみ
１３０、可動弁体１２６、ピストン１３８の直径は、夫
々、１．５＋ｎ＋ｎ、５．５ｍｍ、１４ｍｍである。ピ
ストン１３８のスカート部１５６の端部はキャップ１２
２の内側端面１５８に衝当して可動弁体１２６の最大リ
フト量を制限するもので、両者間の距離は０．１ｍｍに
することができる。

次に、第３図および第４図を参照して第２実施例の作動
を説明する。

アイドル運転時（例えば、７００ｒｐ＋ａ）においては
、噴射ポンプのフィード圧は約１．６ｋＨ／　ｃｏ＋２
であり、この圧力は圧力室１４０に伝達されピストン１
３８に作用している。ピストン１３８の直径は１４ｍｍ
であるから、２．４６ｋｇｆの荷重がピストン１３８に
作用する。

ポンププランジャ１０６が吸入行程にある時には、ポン
プ室１１０もフィード圧下にあり、可動弁体１２６のく
ぼみ１３０に作用する圧力も１．６ｋＨ／ｃ…２のフィ
ート圧である。従って、ピストン１３８に働らく油圧が
１塁っており、可動弁板１２６は弁体１１６に着座して
いる。

ポンププランジャ１０６の圧送行程が始まり、ポンプ室
１１０内の圧力が上昇して噴射弁の開弁圧（例えば、１
２０ｋｇ／ｃｍ２）を超えると噴射が開始する。

更に圧力が上昇し１４０ｋｇ／　ｃｍ２以上になると、
くぼみ１３０から可動弁体１２６に作用する荷重は２．
４７ｋｇｆになり、ピストン１３８からの荷重に打克つ
。従って、可動弁体１２６は弁板１１６から離れて上昇
し始める。可動弁体１２６が一旦揚弁するとその全断面
積にポンプ室からの圧力が作用するので、可動弁体１２
６はピストン１３８のスカート部１５６がキャップ１２
２に衝当するまで上昇する。従って、ポンプ室１１０は
固定容積室１２８に導通し、体積増加によりポンプ室１
１０の圧力が一時低下するので噴射が中断され、パイロ
ット噴射が終了する（第４図の実線）。

圧送行程が更に進むと再び噴射が再開し、主噴射が行わ
れる。可動弁体１２６の直径は５．５１としたのでポン
プ室１１０内の圧力が１０ｋｇ７ｃｍ２の時に可動弁体
１２６の全断面績にはフィード圧によりピストン１３８
に作用する前記荷重２．４６ｋｇｆと等しい荷重が作用
することになる。従って、圧送行程が終期に達し、ポン
プ室内圧力が１０ｋｇ／ａｍ”以下に低下したところで
可動弁体１２６はピストン１３８に押されて弁板１１６
に着座し、閉弁する。以上のサイクルが繰返される。

エンジン回転数がアイドル回転数より上昇した場合には
、噴射ポンプのフィード圧はこれに比例して上昇するの
で、可動弁体１２６の開弁圧も回転数に応じて高くなる
。従って、第４図に示す様に、回転数の上昇に応じて噴
射率低下時期は噴射サイクル後半へとずれてゆき、２５
００ｒｐｍにおいては可動弁体１２６は開弁ぜず噴射率
の制御は停止される。

言うまでもなく、噴射率制御が停止される回転数は前記
面積比を変えることにより自由に選択することができる
。

以上の実施例では本発明の噴射率制御装置は分配型噴射
ポンプに適用されたものとして説明したが、本発明はこ
の様な適用例に限定されるものではなく、列型噴射ポン
プの噴射率制御にも適用できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明の第１の効果は、低速軽負荷時のパイッロト噴射
を可能にしながら、高速高負荷時の噴射量を増大させ高
出力を確保できることである。即ち、ケーシングに固定
容積室を設け、開弁量め制限された弁機構によりポンプ
室との導通を開閉して噴射率を制御する様にしたので、
高速時には弁機構の絞り効果が増大し、噴射量が増加ず
ろからである。

本発明の第２の効果は、スプリング５０のばね定数を小
さくすることができ、噴射率制御装置の製作が現実に可
能となり又は容易となることである。

また、弁機構の可動弁体の移動量が小さいので、スプリ
ングに加わる応力変化が少なくなり、スプリングの劣化
が防止され、初期設定荷重が長期にわたり維持される。

可動弁体の付勢手段を油圧シリンダ機構１３６で構成し
た実施態様においては、エンジン回転数の上昇に応じて
強制的に弁１７％構の開弁量を制限できるので、高速回
転域で噴射率制御を強制的に停止し、高出力を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例に係る噴射率制御装置を噴射ポンプ
に取付けたところを示す断面図、第２図は第１実施例の
噴射の１サイクルにおけるポンプ室圧力、弁体位置、固
定容積室圧、および噴射率の変化を示すグラフで、横軸
はクランクアングルを表し、 第３図は第２実施例に係る噴射率制御装置を噴射ポンプ
に装置したところを示す断面図、第４図は第２実施例に
おける噴射率の変化を種々のエンジン回転数について示
したグラフである。 １０．１００・・・噴射率制御装着、 １２．１０２・・・分配型噴射ポンプ、２０．１１０・
・・ポンプ室、　２８，１１２・・・ケージング、３２
．１１６・・・弁板、　　　４４，１２６・・・可動弁
体、４６．１２８・・・固定容積室、５０・・・スプリ
ング、５６．１．３２，１３４・・・入口ポート、６２
　、１２４・・弁機構、　　１３６・・・油圧シリンダ
機構、１３８・・・ピストン、　　　１４０・・・圧力
室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料噴射弁に燃料を周期的に圧送するポンプ室を有
   するディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの噴射率を制
   御するための噴射率制御装置であって、 （イ）噴射ポンプのポンプ室（２０、１１０）に接続可
   能な入口ポート（５６；１３２、１３４）と、該入口ポ
   ートに連通した固定容積室（４６、１２８）、とを有す
   るケーシング（２８、１１２）と、 （ロ）該入口ポートにおける燃料圧力に応じて開閉して
   入口ポートと固定容積室とを導通および遮断する弁機構
   （６２、１２４）であって、噴射弁の開弁時のポンプ室
   圧より高い燃料圧力で微少量だけ開弁し前記閉弁時のポ
   ンプ室圧より低い燃料圧力で閉弁する弁機構、とを備え
   てなる噴射率制御装置。 ２、前記弁機構は、入口ポートを横切ってケーシングに
   設けた偏平な弁座部（５２）と、入口ポートと同軸的に
   ケーシングに設けたボア内に摺動自在に嵌合され前記弁
   座部と協働して入口ポートを開閉する可動弁体（４４、
   １２６）と、該可動弁体を弁座部に向って付勢する付勢
   手段（５０、１３６）と、該可動弁体の移動量を制御す
   るストッパ手段（６０、１５８）とを備えてなる特許請
   求の範囲第１項記載の噴射率制御装置。 ３、前記付勢手段は、噴射ポンプのフィード圧に応じて
   該可動弁体を付勢するピストン（１３８）を備えた油圧
   シリンダ機構（１３６）からなる特許請求の範囲第２項
   記載の噴射率制御装置。