JPS6229760A - 内燃機関の燃料噴射装置 - 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） この発明は、ディーゼル機関に代表される部内燃料噴射
式内燃機関に適した高圧燃料噴射装置の改良に関する。

（従来の技術） 小型高速ディーゼル機関に適した燃料供給装置として第
５図に示したような分配型燃料噴射ポンプが知られてい
る。

これを説明すると、機関回転と同期してクランク軸２回
転につき１回転するように駆動されるポンプ軸１０には
軸方向に相対運動可能なようにプランジャ１２が取り付
けられており、７エイスカム１４とローラ１６との間の
相対回転によりポンプ軸１０が１回転する毎にプランジ
ャ１２が機関気筒数分の往復運動をするようになってい
る。内部のポンプ室１８にフィードポンプ２０を介して
導入された燃料は前記プランツヤ１２の回転往復運動に
よって吸入ボート２２から吸引され、分配ポート２４よ
りデリバリバルブ２６を通って図示しない噴射ノズルへ
と圧送されることになる。

このときの燃料の噴射量はプランツヤ１２に形成された
スピルボート２８を被覆するスリーブ；（０の位置によ
って決まり、例えばスピルポート２８の開口部がプラン
ジャ１２の右行により図中スリーブ３０の右端面を越え
ると、それまでプランジャ圧力室１３から分配ポート２
４へと）を送されていた燃料がスピルボート２８を通っ
てポンプ室１８へと解放されるため圧送が終ｒする。つ
まり、スリーブ３０をプランジャ１２に対して石り向に
相対変位させると燃料噴射終ｒ時期が遅くなって噴射量
が増加し、同じく左方向に変位させると噴射終了時期が
早くなって噴射量が減少する。。

上記スリーブ３０の位置は、アクセルペダルに連動する
リンク８！構３２及び遠心〃バナ３４を介して要求負荷
及び回転速度に応じた燃料噴射量になるように制御され
、また噴射開始時期はポンプ室１８の内圧に基づいて作
動するタイマピストン３６（実際にはポンプ紬１０の回
転接線方向に配！される　）が７エイスカム１４に対す
るローラ１６の位相を変化させることにより自動制御さ
れる。

（昭和５５年３月２０日（株）山海堂発行１自動車工学
全書ｆＪＳ５巻ディーゼルエンジンＪｐｐ、　１９２〜
１９４参照、）（発明が解決しようとする問題点） ところで、こうしたプランジャタイプの燃料噴射ポンプ
では、噴射終了時の燃料のあとだれ現象防止と噴射管の
予圧を目的として、噴射ノズルとポンプとを連通する高
圧燃料通路の途中にデリバリパルプ（２６）が設けられ
ている。このデリバリバルブは基本的には逆止弁である
が、その弁体の一部がピストン構造になっており、噴射
終了時の圧力低下により着座するまでの弁ストロークの
間に噴射ノズル側燃料の一部を吸い戻すことにより噴射
ノズルに作用する燃料圧力を速やかに低下させ、これに
よりあとだれ現象を防ぐ機能を発揮する。また同時に、
安定した噴射特性が得られるように、非噴射時における
噴射ノズルに至る高圧燃料通路内の燃料圧力（以下「残
留圧力」という）を一定に保つ８！能をも担っている。

しかしながら、上記残留圧力は実際には回転数や噴射量
の多寡に影響されて変動し、高速高負荷運転域はど高圧
になる。この傾向は、良好な燃料噴霧を得るために噴射
圧力が高めに設定される直接噴射式機関用の噴射ポンプ
では殊に顕者であり、これはアングライヒ機構等で対処
しても完全には防止できない。その−刀、残留圧力が高
すぎると高負荷運転域で噴射後の燃料圧力波の影響によ
る２次噴射が起きやすくなる。従って、残留圧力はその
圧力変動を考慮したうえで２次噴射を防止するという観
点から高負荷域重視で設定されることになるのであるが
、この結果低速低負荷運転域では残留圧力が低くなりす
ぎるという問題を生じる。

つまり、残留圧力が低すぎるとプランジャ（１２）が吐
出行程を開始し−Ｃから噴射ノズルの開弁圧に達するま
での無効ストロークが艮くなり、これをカム（１４）の
リフトカーブとの関係で見ると結果的に送油速度の大き
い部分で噴射が行なわれることになるため噴射率が高く
なって７ツキングないし燃焼騒音が増大するのである。

この発明はこうした問題、αに着目してなされたもので
、非噴射時の高圧燃料通路内の残留圧力を＝ｒｒ変制御
すること１こ上りこの問題点を解消することを目的とし
ている。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するためにこの発明では、燃料噴射ポン
プと噴射ノズルとを連通する高圧燃料通路の途中に等圧
デリバリ弁を介装するとともに、この等圧デリバリ弁と
噴射ノズルとの間の高圧燃料通路を燃料系統の低圧部分
（こ連通する圧力制御通路と、この圧力制御通路の開度
を可変制御する圧力制御弁と、この圧力制御弁をＷＩＩ
３ｇ運転状態に応じて駆動制御する制御手段とを設ける
。前記等圧デリバリ弁は燃料噴射ポンプの圧送リフト初
期の低送油速度域にて燃料噴射が開始するように残留圧
力特性を設定する一方、制御手段はｔｆｉｌｓｌｉ要求
負荷の増加に伴い非噴射期間内に圧力制御弁を開いて高
圧燃料通路内の残留圧力を低下させるように構成する。

（作用） 上記等圧デリバリ弁は、周知のように噴射終了後に噴射
ノズル側から作用する燃料圧力に基づいて開弁する機能
を併せ持っており、残留圧力がスブリングのセット荷重
によって定められた所定圧力以下１こ低下する土で噴射
ノズル側燃料を噴射ポンプ側に戻すようになっている。

従って、噴射燃料量や回転数などの運転染着に影響され
にくく、比較的安定した残留圧力が得られる。この発明
では、上述のよう１ここの等圧デリバリ弁を介しての残
留圧力を、噴射行程開始時に噴射ポンプリフトの低送油
速度域に゛Ｃ実際の噴射が始まるように、すなわち従来
よりも比較的高圧に設定する。これにより、低速低負荷
運転時には噴射率の小さい状態で燃料噴射が行なわれる
ことになるため、着火遅れに原因する予混合燃焼の割合
が減少して燃焼騒音が低減する。

ただし、この虫までは高速高負荷運転時に残留圧力過大
となって２次噴射等の弊害がもたらされるおそれがある
が、このような運転域では非噴射時期に同期して圧力制
御弁及び圧力制御通路が開かれ、これにより高圧燃料通
路内の燃料の一部が燃料系統の低圧部分、例えば分配型
燃料噴射ポンプにおけるポンプ室内に逃されるため残留
圧力が低下する。従って、２次噴射等の不都合が回避さ
れるととも１こ以後の噴射はカムリフトの高送油速度域
にて開始されることになるため、高速あるいは高負荷運
転に対応した高い噴射率が確保される。

なお、このような圧力制御弁の開閉制御を行う制御手段
は周知のもので容易に構成することがでト、例えば圧力
制御弁として電磁作動型のものも用いて、これをクラン
ク角度センサからの出力あるいは噴射ノズルに取り付け
た圧電式す７トセンサからの信号１こ基づいて噴射時期
（非噴射時期）及び噴射量を判定するように構成した制
御回路を介して駆動するようにする。

次に、この発明を第５図に示したような分配型燃料噴射
ポンプに適用した実血例につト図面に基づいて説明する
。なお、第５図と実質的に同一の部分ｔこは同一の符号
を付し一〇示すことにする。

（実施例） 第１図ＡまたはＢにおいて、４０はポンプ本体４の一端
部に固着されたプランジャバレル、４１はこのプランツ
ヤバレル４０に摺動回転可能に嵌装されたブランツヤ１
２の分配ボート２４に対し、プランジャ１２の回転シこ
応し゛Ｃ順次面するように放射状に形成された複数（こ
の場合４個）の分配通路、４２は各分配通路４１の出口
端に接続するようにポンプ本体４に蝶着された等圧デリ
バリ弁、４３は各等圧デリバリ弁４２の出口端シこナツ
ト４４を介して接続された圧力制御弁である。

圧力制御弁４３は、その本体４５を軸り向に貫通する高
圧通路部４６が分配通路４１及び等圧デリバリ弁４２に
対応して複数個設けられ、この高圧通路部４６の入口端
にあたる口金４７が一ヒ述のようにナツト４４を介して
等圧デリバリ弁４２に接続されるとともに、同出口端は
図示しない燃料噴射ノズルに至る噴射管４８にナツト４
９を介して接続され、これにより一連の高圧燃料通路５
゜を構成し−Ｃいる。また、各高圧通路部４６には本体
４５の中央部に軸り向に形成されたシリング状の弁室５
１に向かって各々集合するように第一圧力制御通路５Ｓ
５２が分岐形成されている。

プ５３Ａを有するスプール５　Ｘ（が摺動可能に収装さ
れている。このスプール５３は、その一端側（図の右方
）に介装されたスプリング５４の張力に基づい゛Ｃ常閉
付勢されでおり、通゛ｇは弁室５１に面した各圧力制御
通路部５２の開口部を閑ざしている。ただし、スプール
５３は本体４５の右端面に取り付けられた電磁ゾレノイ
１１５５にａラド５６を介して連結されており、ソレノ
イド５５が通屯されるとその吸引力によりスプリング５
４に抗し−Ｃ右ノｊ向１こ移動し、圧力制御通路部５２
を開放して相互に連通させる（図示状態）。また、本体
４５にはこのときグループ５３Ａｉ介して複数の第−圧
力制御通路部５２に同時に連通ずる第二圧力制御通路部
５７が形成されている（第１図Ｂ参照）。

この第二圧力制御通路部５′１は本体４５に挿入された
口金５８と、この口金５８に一端を接続されたホース５
９、及びホース５９の他端部が接続されるポンプ本体側
の口金６０を介してポンプ室１８に連通し、一連の圧力
制御通路６１を構成してい７、 上記圧力制御弁４３は図示しない制御手段を介し一〇開
閉駆＊されるのであるが、この制御手段は例えば噴射ノ
ズルに取り付けられた周知のリフトセンサからの（ｍ号
１こ基づいて噴射の有無と噴射量とを検出し、所定基準
値以上の噴射量となる高負荷運転特番ご機関各気筒の非
噴射期間と同期して電磁ソレノイド５５に駆動電流を供
給するようにｈ５成される（第３図Ｃ参照）。このよう
な制御手段を介して、非噴射期間内にソレノイド５５が
オンとなって圧力制御弁４３が開弁すると、上述したよ
うに第一、第二の圧力制御通路部５２と５７が互いに接
続状態となり一〇圧力制御通路６１と高圧燃料通路部４
６とが連通し、従って噴射終ｊ゛後の高圧燃料通路５０
内の圧力が低圧側であるポンプ室１８へと解放される。

このため、燃料噴射量の多い高負荷運転時には残留圧力
が減少する。ただし、燃料噴射量が所定基準値に満たな
い比較的低負荷の運転状態ではソレノイド５５に駆動電
流か供給されず、従って圧力制御弁４３は噴射の有無に
拘わらす閉弁保持するため、残留圧力は次に説明する等
圧デリバリ弁４２を介しで設定される比較的高い圧力に
保たれることになる。

次に、上記等圧デリバリ弁４２の一例を第２図に基づい
゛Ｃ説明する。これは、筒状の本体７０に図の左方にあ
たる噴射ポンプ側から嵌合した環状スリーブ７１のシー
ト部７２に、コイルスプリング７３を介して閉弁付勢さ
れた逆止弁７４が着座している。逆止弁７４は、噴射ポ
ンプからの噴射圧力が入口通路７５を介して作用すると
コイルスプリング７３に抗してリフトし、噴射ノズルに
向けて出口通路７６及び高圧燃料通路５（）へと燃料を
通過させるが、噴射が終了し−Ｃ入り口側圧力が低下す
るとシート部７２に着座して燃料の逆流を防止する。た
だし、単なるデリバリ弁とは異なり、曲記逆止弁７４に
は、その中心部を貫通して上下流を連通する燃料通路部
７７が形成されており、そのポンプ側開口端のシート部
７８にコイルスプリング７９の張力によりボール状の等
圧弁８０が着座している。等圧弁８０は、噴射終了後の
高圧燃料通路５０内の圧力が設定値よりも高いときは、
この高圧を受けでコイルスプリング°１９を押し縮めな
がらリフトし、燃料通路部７７を開いて高圧燃料の一部
を入口通路７５及び噴射ポンプ側へと逃すようになって
いる。

このような作動により、等圧デリバリ弁４２によれば噴
射終了後の高圧燃料通路５０の内圧が運転状態の影響を
受けずにほぼ一定に保たれるので、噴射量の少ない低速
低負荷運転時にあっても精度の良い噴！４量制御特性が
期待でｂる。

太番こ、上記構成に基づく燃料噴射装置としての総合的
な作用について説明する。

まず、燃料噴射ポンプに関しＣ１これは第５図と同様で
あり、すなわちプランジャ１２の往復及び回転運動に伴
って圧力室１３から４つの分配通路４１へと順次高圧燃
料が吐出される。これにより分配通路４１の下流側が高
圧化すると、この高圧により等圧デリバリ弁４２及び高
圧燃料通路５０の末端に接続された噴射ノズルが各々開
弁し゛Ｃ所定量の燃料が機関気筒内へと噴射り（給され
る。

＋　Ｉ−テ、ｌＩｎ　Ｏ−ｔ　ｊｆ４−　Ｔ　１１５期
ｅ　５、、−（哨Ｑ、ｔ　ポンプの叶、【（１、圧が低
下すると、この圧力低下に応じて噴射ノズル及び等圧デ
リバリ弁４２が閉弁する。このとき、低負荷運転時にあ
っては圧力制御弁４３が閑ざされているため、高圧燃料
通路５０の内圧つまり残留圧力は上述した等圧デリバリ
弁４２の作用により比較的高圧の所定値に保たれる。そ
の反面、高負荷運転時にあっては噴射路ｒ後に圧力制御
弁４３が開かれるので残留圧力は比較的低圧あるいはゼ
ロになる（第３図Ａ、Ｂ参照）。

上記等圧デリバリ弁４２の残留圧力設定は、既述したよ
うにプランジャ１２を駆動するカム（７エイスカム１４
・・・第５図参照）のリフト速度あるいは送油速度が比
較的遅い９７Ｆ初期の部分で実際の噴射が開始されるよ
うに従来に比較して高めに設定され、具体的には例えば
第４図に示したようにカム角度θ１のＡ点で噴射開始と
なるように設定されている（プンリ７）Ｈｌ）。従って
、この等圧デリバリ弁４２によって設定される高圧側の
残留圧力がそのまま維持される低負荷運転時にはＡ点で
噴射が開始される。これに対し一〇、従来のように高負
荷重視で低めの残部圧力設定がなされ−Ｃいたとすると
、噴射ノズルの開弁圧力に達するまでそれだけ余分なカ
ムリフトが必要となるので、例えばカム角度θ２（θ２
〉θ１）のＢ点になって初めて噴射が始まることになる
（プレリアトド（２）。

いま、プレリフトＨ３からの噴射がカム角度θ。

の０点で、またプレリフトＨ２からの噴射がカム角度θ
４のＤ点でそれぞれ終ｒするものとし−６そこに至るま
での圧送ストロークは各々］ＩＯで同一（すなわち同一
噴射量）とすると、カムプロファイルはす７ト開始初期
のｉ域では緩衝曲線を描く関係から、θ、−０１〉θ、
−０２となる。ｄい替えれば、カムリフトの開始初期に
は平均送油速度が低いので、それだけ同一噴射量ｌこお
ける噴射期間は艮くなり、すなわち噴射率が低下する。

ディーゼル機関における低負荷運転時のノッキングや過
大な燃焼騒音は、着火遅れにより予混合状態となった多
量の燃料粒子が同時に燃焼を開始することが原因であり
、従って上述のように低噴射率として着火遅れに相当す
る期間内に噴射する燃料の量を低減することにより機関
の騒音も顕著に減少する。

一万、高負荷運転時には残留圧力は゛低負荷運転時より
も低くなるので、上述したところを・ら明らかなように
燃料噴射は送油速度の高いところで行なわれ、噴射率が
上昇する。従って短時間の間に比較的大量の燃料を供給
して所期の機関出力性能を発揮させられる。また、残留
圧力の低下により２次噴射が防止される。なお、占うま
でもなし１ことであるが高負荷運転時には燃焼室温度が
上昇して着火遅れ期間が短縮することなどから、燃焼騒
音が問題となることはない。

ところで、上記実施例は残留圧力を高低の２段階に制御
することを曲提として説明しであるが、これに限らず例
えば圧力制御弁４３を高周波のノ（ルス信号により駆動
してその開弁時間比をデユーティ制御することで連続可
変的に残留圧力を制御することも可能であり、これによ
り広範囲の運転　　。

状態についてさら１こ適切な噴射率を付与することかで
ｂる。また、この発明では上述したように噴射が開始さ
れるカムリフト、つまりプレリフトを変化させられるの
で、プレリフトの初期＃４！！作業またはプレリアトＩ
ｉｌ整のために７エイスカム（１４）とプランジャ（１
２）との間に介装するシム等の部品は不要となり、従っ
て噴射ポンプの製造コストを低減することも可能である
。

（発明の効果） 以上の通り、この発明によれば燃料噴射ポンプと噴射ノ
ズルとを連通する高圧燃料通路の途中に等圧デリバリ弁
を介装して比較的高圧の残留圧力が安定して得られるよ
うに図るーｈ１この等圧デリバリ弁から噴射ノズル１ご
至る高圧燃料通路を燃料系統の低圧部分に連通する圧力
制御通路とこれを開閉する圧力制御弁とを設け、この圧
力制御ナトを燃料噴射量が少ない低負荷運転時には閉ざ
し゛Ｃ残留圧力を比較的高い圧力に保つこと１こより噴
射率を抑え、その反面燃料噴射量が増大する高負荷運転
時には閉ざして残留圧力を低下させることにより噴射率
を高めるようにしたので、高負荷運転時の代関出力の確
保及Ｖ２次噴射の防止という要求を満たしたうえで、低
負荷運転時の燃焼騒音を低減することがでトる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａはこの発明の一実施例の要部正面図、第１図Ｂ
はそのＩ−Ｉ断面図、第２図は等圧デリバリ弁の一例の
縦断面図である。第３図とｆｊＳ４図は前記実施例の作
用を説明するための特性線図であり、第３図ＡとＢはそ
れぞれ噴射管内の圧力波形を低負荷運転時と高負荷運転
時とについて示したもの、第３図Ｃは圧力制御弁に付与
する駆動電流の波形を前記管内圧力と関連付けて示した
もの、ＰＩＳ４図は送油速度兼ｖ１こカッ、９７Ｆとカ
ムの回転角度との関係を示したものである。ｔｌＳ５図
は従来例の縦断面図である。 ４・・・ポンプ本体、　　　　　１２・・・プランジャ
、１４・・・７エイスカム、　　　　１６・・・ローラ
、１８・・・ポンプ室、　　　　　　２４・・・分配ボ
ート、４０・・・プランジャバレル、　　４１・・・分
配通路、４２・・・等圧デリバリ弁、　　　４：（・・
・）正方制御弁、４５・・・圧力制御弁の本体、４６・
・・高圧燃料通路部、４８・・・噴射管、　　　　　　
　５（）・・・高圧燃料通路、５２・・・第−圧力制御
通路部、５３・・・Ｋプール、５４・・・スプリング、
　　　　５５・・・電磁ソレノイド、５７・・・第二Ｊ
１Ｅ力制御通路部、６１・・・圧力制御通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料噴射ポンプと噴射ノズルとを連通する高圧燃料通路
   の途中に等圧デリバリ弁を介装するとともに、この等圧
   デリバリ弁と噴射ノズルとの間の高圧燃料通路を燃料系
   統の低圧部分に連通する圧力制御通路と、この圧力制御
   通路の開度を可変制御する圧力制御弁と、この圧力制御
   弁を機関運転状態に応じて駆動制御する制御手段とを備
   え、かつ等圧デリバリ弁は燃料噴射ポンプの圧送リフト
   初期の低送油速度域にて燃料噴射が開始するように残留
   圧力特性を設定する一方、制御手段は機関負荷の増加に
   伴い非噴射期間内に圧力制御弁を開いて高圧燃料通路内
   の残留圧力を低下させるように構成したことを特徴とす
   る内燃機関の燃料噴射装置。