JPS63208630A - 燃料噴射率制御装置 - 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Ｊ 本発明は、ディーゼル機関における燃料噴射ポンプの燃
料噴射率制御装置に関し、特に、パイロット噴射を行わ
せるに好適な装置に関する。

「従来の技術」 従来から、ディーゼル機関の燃料噴射時において、その
初期の噴射率を低下する、もしくはパイロット噴射（メ
イン噴射の前に予備的に噴射するもの）をする、という
ことがディーゼル機関の騒音、有害排気ガスを低減する
とともに燃費を向上させるといった効果を発揮すること
は知られている。これを実現する装置として、ピエゾ素
子（電歪素子）を数十枚積層して電歪式アクチュエータ
を構成し、燃料噴射ポンプのポンプ室の容積を電歪式ア
クチュエータで増減できるようにし、燃料噴射開始直後
に容積を増加させ、噴射を中断させることによりパイロ
ット噴射を行うものが提案されている（特開昭６１−２
５９２５号）。

「発明が解決しようとする問題点」 しかし、ディーゼル機関の機種によっては、パイロット
間隔（パイロット噴射から主噴射開始までの間隔）を拡
げ、適切なパイロット噴射を実行させるために上記容積
の変化量を大きくする必要があるものがある。従来の装
置では、容積の変化量を大きくするためにはピエゾ素子
の積層枚数の増加または直径の拡大といった手段を採ら
ねばならず、電歪式アクチュエータ自体の形状が大きく
なってしまい、燃料噴射ポンプに搭載するに不具合が生
ずるという問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためなされたもので
あり、電歪式アクチュエータのわずかな縮み量によりポ
ンプ室の容積の実質的な増加量（アキュムレート量）を
大きくすることができ、小さな電歪式アクチュエータで
大きなパイロット間隔を得ることができる燃料噴射率制
御装置を提供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 このため本発明では、シリンダボアと該シリンダボア内
に摺動自在に嵌合されたプランジャとによって形成され
るポンプ室内に燃料を導入すると共に、ポンプ室の容積
を変化させて燃料を加圧送出して噴射弁から噴出させる
ものにおいて、前記ポンプ室に連通ずる小室と、その小
室とポンプ室との連通路を開閉すると共に、その開位置
により小室の容積を可変する弁体と、その弁体を移動さ
せる電歪式アクチュエータと、を備えることを特徴とす
る燃料噴射率制御装置が提供される。

「作用」 上記の構成によれば、ポンプ室内の燃料が加圧され噴射
が開始された直後に電歪式アクチュエータを作動させる
と、高圧燃料がポンプ室に連通ずる小室に導入され、ポ
ンプ室内の燃料圧が低下し、噴射弁を経て噴射される燃
料の噴射率が低下し、噴射を中断させることができる。

そして、高圧燃料のアキュムレート量の変化量には、電
歪式アクチュエータの作動量だけでなく小室の容積も付
加されるから、ポンプ室の燃料圧力の落ち込みが大きく
なり、小さな電歪式アクチュエータの作動量により、大
きなパイロット間隔を得ることができる。

「実施例」 本発明の実施例について図面に従って具体的に説明する
。

第１区は分配型燃料噴射ポンプに本発明を適用した部分
断面図である。この構成上の特徴は、分配型燃料噴射ポ
ンプ１のポンプ室２と直結して噴射率制御装置３が設け
られていることである。

まず燃料噴射ポンプ１について説明する。ケーシング４
のシリンダボア５内に摺動自在に支持された１ランジヤ
６は、エンジン回転数の１／２に同期して回転往復運動
を行う、即ち、エンジンの回転はギヤ又はタイミングベ
ルトを介して駆動軸（図示せず）に伝達され、プランジ
ャ６はこの駆動軸により同軸的に回転駆動されるととも
に、フェイスカム７がローラ８に係合することにより往
復運動する。フェイスカム７はバネ（図示せず）により
常時図の左方に付勢されてローラ８に係合しており、プ
ランジャ６の往復運動は、軸心周りに回転してフェイス
カム７のカム面の形状に従うことにより行われる。プラ
ンジャ６はその外周に、１ケの分配ボート９とエンジン
気筒数と同数の吸入ボート１０とが形成され、この１ラ
ンジヤ６の先端面とシリンダボア５との間にはポンプ室
２が形成される。

ケーシング４には、低圧室１１とこの低圧室１１を吸入
ボート１０に連通ずる吸入通路１２と、分配ボート９に
導通可能な分配通路１４が形成される０分配通路１４は
エンジン気筒数と同数設けられるとともに、その終端に
はそれぞれ分配弁１５が設けられる０分配弁１５はばね
１ｂに抗して開放可能であり、逆止弁としての機能及び
吸戻し弁としての機能を有する。各分配弁１５は、それ
ぞれ外部の噴射管を経由して各気筒に設けられた噴射弁
１３に連通される。

ぞして、プランジャ６が左行してポンプ室２がｔ６張す
る時、いずれかの吸入ボート１０が吸入通路１２に導通
して低圧室１１内の燃料がポンプ室２に吸入され、これ
とは逆に、プランジャ６が右行してポンプ室２が加圧さ
れる時、分配ボートつがいずれかの分配通路１４に導通
してポンプ室２内の燃料が外部に送出される。燃料の送
出はプランジャ６が右行を始めた時に始まり、さらにプ
ランジャ６が右行してスピルボート１７がスピルリング
１８の右端面より低圧室１１内へと開放された時に終わ
る。ここでスピルボート１７とはプランジャ６に設けら
れて、ポンプ室２と低圧室１１とを導通する為の開口で
あり、スピルリング１８は、短いシリンダ状であって、
その内孔をプランジャ０が摺動するものである。スピル
リング１８はレバー１９によってその固定位置をかえろ
ことができ、スピルリング１８の位置によってポンプ室
２の吐出量をかえることができる。レバー１つは間接的
にアクセルレバ−と連動している０以上は公知部分の説
明である。

次に、本発明に係る噴射率制御装置について説明する。

噴射率制御装置３のハウジング２１は略円筒状をなし、
雄ねじ２２によって噴射ポンプ本体のケーシング４に取
付られ固定されている。ハウジング２１の底壁２３は高
圧室２の底面をなしている。

ハウジング２１の内部には円筒状のシリンダボア２４が
形成され、段付ピストン２５が摺動可能に嵌挿されてい
る０段付ピストン２５とシリンダボア２４とでチャンバ
（小室）２６を構成している。

ハウジング２１の底壁２３には透孔２７が明けられ、噴
射ポンプ１の高圧室２とチャンバ２６とを連通ずる連通
路２７をなしている。

連通路２７のチャンバ２６への開口部周縁２８は、シー
ト用エツジ２８をなしている。そして、段付ピストン２
５の小径部先端は円錐状に形成され、その円錐面２つが
シート用エツジ２８に当接するシート面２つをなす、シ
ート用エツジ２８と段付ピストン２５の先端部とで、連
通路２７を開開する弁を楕成し、段付ピストン２５はそ
の弁体をなしている。

段付ピストン２５の大径部には円筒状の凹所３１が設け
られ、その凹所３１に円柱状の電歪式アクチュエ−タ３
２が挿入されている。

電歪式アクチュエータ３２の背面はディスタンスピース
３３に密接され、ディスタンスピース３３はハウジング
２１に袋ねじ３４によって取付られな盟休３５により固
定される。

電歪式アクチュエータ３２は薄い円盤状（φ１５ｘｔ０
．５）の電歪素子を数十枚積層して円柱状となしたもの
である。この電歪素子はＰＺＴと呼ばれるセラミック材
であり、チタン酸ジルコン酸ｆＪ　（Ｐ　ｂ（Ｔ　ｉ−
Ｚ　ｒ）Ｏ、）を主成分としており、その厚み方向に５
００■程度の電圧を印加すると１μ【へ程度伸びる。こ
れを数十枚積層して各々の素子の厚み方向に５００■印
加すると全体として数十μ哨の伸張が得られる。この電
圧を解除するか又は若干の負電圧を印加すれば縮小を起
こして元の長さに戻る。また、この電歪式アクチュエー
タ３２に軸方向圧縮の荷重をかけた時１枚１枚の電歪素
子に電圧が発生ずる。たとえば５００ｋｇの負荷で５０
０■の電圧が発生する。これらの電歪索子及び電歪式ア
クチュエータの性質は公知である。

そして、電歪式アクチュエータ３２が伸張したときに、
段付ピストン２５の先端部の円錐状シート面２つがシー
ト用エツジ２８に当接押圧され、連通ｎ２７を閉塞し、
電歪式アクチュエータ３２が収縮したときにポンプ室２
とチャンバ２６との連通路２７を開くように構成されて
いる。段付ピストン２５の摺動を可能とするため、段付
ピストン２５の後端とディスタンスピース３３との間に
は空所３６が設けられ、その察所３６の油を逃がすため
低圧室１１に連〕ｍする油通路３７が設けられている。

また、ディスタンスピースに設けられた０−シール３８
は空所３６を油密に構成するためのものである。

電歪式アクチュエータ３２は電子制御装置′ｆｆ４゜に
接続される。電子制御装置４ｏには回転センサ４１から
の下死点信号が入力される。電子制御装置４０は適当な
りランク角で電歪式アクチュエータ３２に電圧を印加し
て伸張させ、また、適当なタイミングで短絡して縮小さ
せる。

第２図は作動を説明する波形図である。

プランジャ６が圧縮行程に入いる前に、たとえば回転セ
ンサ４１からの下死点信号が入力された時点に電歪アク
チュエータ３２に電圧が印加充電され、電歪アクチュエ
ータ３２が伸張されて、第３図に示す様に、段付ピスト
ン２５がシート用エツジ２８に当接押圧されて連通路２
７が閉じられる。

図示しないポンプ駆動軸の回転に伴い、フェイスカム７
がリフトし始めるとポンプ室２の圧力が上昇を開始する
。ポンプ室２の圧力の上昇に従い、電歪アクチュエータ
に更に荷重がかかり、その発生電圧が上昇する。ポンプ
室の圧力が噴射弁１３の開弁圧以上に達すると噴射弁１
３が開き、気筒への高圧燃料の噴射が開始される。フェ
イスカム７のリフトに従い、ポンプ室２の圧力がさらに
上昇し７、電工式アクチュエータ３２の発生電圧が所定
の基量電圧ひ超えるど電子制御装置４０では電歪式アク
チュエータ３２を短絡する。この結果、第４図に示す様
に、電歪式アクチュエータ３２は収縮し、段付ピストン
２５が図面右方向に移動して連通路２７が開かれ、ポン
プ室２とチャンバ２６とが連通される。この結果、ポン
プ室２の高圧燃料がチャンバ２６に流入し、チャンバ２
６の室圧が上昇すると共に、ポンプ室２の圧力が低下す
る。ポンプ室２の圧力が噴射弁１３の閉弁圧以下に低下
すると燃料の噴射が中断される。ここまでの噴射がパイ
ロット噴射である。

さらに、フェイスカム７のリフトに従いプランジャ６が
押し込まれポンプ室２及びチャンバ２６の圧力が上昇す
ると、再び噴射弁１３が開き燃料噴射が再開される。主
噴射の開始である。プランジャ６が所定員だけ押し込ま
れ、所定量の燃料が噴射されると、１ランジヤ６に設け
られたスピルボート１７がスピルリング１８の位置を外
れ、ポンプ室２の高圧燃料が低圧室１１に溢流（スピル
）されて今回の燃料噴射を終了する。

フェイスカム７の回転が進み、カム高さが下降して下死
点に至ると回転センサ４１からの下死点信号により電歪
式アクチュエータ３２に電圧が印加され、電歪式アクチ
ュエータ３２が伸張し、段付ピストン２５により連通路
２７を閉じて次の燃料噴射に備える。ポンプ室２と分離
されたチャンバ２６の圧力は次に連通路２７が開かれる
まで低圧のまま維持される。

以上の様に、カム角度に応じて電歪式アクチュエータ３
２に電圧を印加充電し、電歪式アクチュエータ３２の発
生電圧に応じて短絡するサイクルを繰返すことにより、
各噴射毎にパイロット噴射を行うことができる。

本実施例は次の様な利点を有する。

第１に、噴射率制御装置１！３の内部にチャンバ２６を
内蔵しているため、電歪式アクチュエータ３２を作動さ
せたときの高圧燃料のアキュムレート量の増加量を電歪
式アクチュエータ３２−の作動旦より大きくすることが
でき、ポンプ室２の圧力の落ち込みが大きくなるように
設定することができる。このため、パイロット噴射の開
始時点から主噴射を開始するまでの間隔、即ち、パイロ
ット間隔（第２図に０Ｍで示す）を大きく設定すること
ができ、パイロット噴射を可能とする機関回転数を高く
することができる。また、従来と同程度のパイロット間
隔でよいエンジンであれば電歪式アクチュエータ３２を
構成するピエゾ素子の直径及び積層枚数を減少させるこ
とができ、電歪式アクチュエータ３２をより小型のもの
として噴射呈制御装′Ｊ１３を小型にすることができる
。

第２に、段付ピストン２５を用いているため、連通路２
７閑塞時の受圧面積が小さくなり、電歪式アクチュエー
タ３２への荷重を圧送燃料の圧力に比べて小さくするこ
とができ、電歪式アクチュエータ３２を小型にすること
ができる。

第３に、段付ピストン２５の内部に電歪式アクチュエー
タ３２を組み込む構造としているから、噴射率制御装置
３をより小型にすることができる。

本発明は前記実施例のほか、種々の変形例が考えられる
。

第５図に示す実施例は、段付ピストン５１の先端にリン
グ状のエツジ５２を設け、ハウジング２１側にシート面
５３を設けてチャンバ２６と連通路２７を開閉する弁構
造としたものである。また、第６図に示す実施例は、連
通路２７に２段ピストン５５の小径部５６が嵌挿される
ようにし、ハウジング２１には連通路２７とチャンバ２
６とを導通する側路５７を設けて、この側路５７を２段
ピストン５５の小径部５６により開閉するようにしたも
のである。第７図に示す実施例は、ピストン６１に段を
設けず先端部を円錐形状にし、その円錐面６２をコニカ
ルシートとして連通路２７側縁のエツジ６３と当接させ
、チャンバ２６との連通を１ｍ閉するものである。第８
図に示す実施例は、シリンダボア２４の端面に環状の溝
６５を設けてチャンバ２６とし、一方、ピストン６６は
先端を平面にしたフラ・ソトタイブとし、その平面の端
面６７をシート面としてチャンバ２６と連通路２７との
開閉を行うものである。この他にも、ポンプ室２に連通
ずるチャンバを設け、電歪式アクチュエータによって開
閉される弁体をコンパクトに組み込む種々の変形例が考
えられることは、当業者において容易に理解されよう。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明は上記の構成を有し、ポン
プ室に連通ずる小室（チャンバ）？偏えろものであるか
ら、電工式アクチュエータのわずかな容望変化址により
ポンプ室の実質的なアキュムレート量を大きく変化させ
ることができ、燃［）噴射ポンプに搭載するに不都合の
ない極く小型の電歪式アクチュエータでちって、：庖切
なバイ１７ツト噴射を実現することができるという優れ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は第１の実施例を
示す断面図、第２図は作動を説明する波形図、第３図及
び第４図は作動状態を示す断面図、第５図、第６図、第
７１］及び第８図はそれぞれその他の実施例を示す断面
図である。 １９．、燃ｆ１噴射ポンプ、　２１０．ポンプ室、３１
１．噴射率制御装置、　６１１．プランジャ、１１　、
、、低圧室、　１３．、、噴射弁、　１８．、、スピル
リング、　　２１　、、、ハウジング、　　２５０１段
付ピストン（弁体）、　　２６　、、、チャンバ（小室
）、２７、、、連通路、　２８　、、、シート用エツジ
、２Ｑ、、、シート面、　　３２．、、電歪式アクチュ
エータ、　４０　、、、電子制御装置。 第　３図 第４［！２１ 第５図 第６図 、ｌ−／　　Ｊｆ５ 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　プランジャが往復動してポンプ室を膨張収縮させる
   ことにより、燃料を該ポンプ室内に吸入するとともに加
   圧送出して燃料噴射弁から噴射させ、上記ポンプ室に連
   通する可変容積室の容積を変化させることにより、上記
   燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率を変化させる燃
   料噴射率制御装置において、前記ポンプ室に連通する小
   室と、その小室とポンプ室との連通路を開閉すると共に
   、その開位置により小室の容積を可変する弁体と、その
   弁体を移動させる電歪式アクチュエータと、を備えるこ
   とを特徴とする燃料噴射率制御装置。 ２　前記弁体は、大略ピストン状をなし、前記電歪式ア
   クチュエータはその弁体内に組み込まれていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料噴射率制御装
   置。