JPS639673A - 内燃機関用燃料噴射装置 - 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、内燃機関用燃料噴射装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、内燃機関用燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁
は、圧送燃料圧力がノズル針弁の受圧面積と設定された
スプリングの荷重との関係で所定値以上になると開弁じ
、所定値以下になるとスプリングの力によって閉弁する
という作動をする。

近年の排気浄化、省燃費の要求から、噴射率の初期は噴
射率をゆるやかに増加し、終期は噴射率を瞬時に減少す
る噴射パターンが望ましいことがわかってきた。

そこで、従来、例えば特公昭５９−４８３０２にみられ
るようにノズル針弁に対し背圧室を設けその油圧によっ
てノズル針弁の動きを望ましい形に制御しようとするも
のが公知である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これら従来のものでは油圧源を必要とし
、また、得られる噴射率パターンもゆるやかな噴射率の
増加だけであり、また、従来の他の例でも噴射終期にお
いて瞬時の減少だけしか得られず、さらに他の例では、
噴射初期にはゆるやかに増加し、噴射終期には瞬時に減
少する噴射パターンをねらったものがあるがその効果は
満足できなかった。

また、低速回転時には、背圧室の残圧上昇により異常噴
射が発生したり、噴射量がばらついたりするおそれがあ
るという問題があった。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされるもので、
簡易な構成により、噴射初期における噴射率のゆるやか
な増加と噴射終期における噴射率の瞬時の減少を同時に
達成する噴射率パターンを噴射後の残圧燃料の加圧エネ
ルギーを有効に利用してエネルギーロスなしで実現する
とともに、残圧変動による異常噴射及び噴射量のばらつ
きが発生しない内燃機関用燃料噴射装置を提供すること
を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために次のような技術的手
段を講じた。

本発明は、燃料加圧室内の燃料を高圧に加圧するととも
に吐出弁を介して加圧燃料を圧送する燃料噴射ポンプと
、この燃料噴射ポンプの吐出弁の吐出側と燃料加圧室側
とを連通ずる連通通路と、噴孔を有するノズル本体と、
燃料噴射ポンプから圧送される加圧燃料の燃料圧を受け
てノズル本体内で往復動するとともにノズル本体の噴孔
を開閉させて内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するノズ
ル針弁と、このノズル針弁の燃焼室と反対側の端面に当
接するスプリングと、ノズル針弁の燃焼室と反対側に形
成されるとともにノズル針弁を閉弁させる方向の圧力を
保持する背圧室と、燃料噴射ポンプとノズル針弁の燃焼
室側端面とを連通ずるとともに背圧室に連通ずる燃料通
路と、この燃料通路の途中であって、背圧室への流入部
付近に設けられる開閉弁と、この開閉弁をバイパスする
バイパス通路の途中において設けられるバイパス絞りと
を備え、開閉弁の開閉により費圧室内の圧力の調整して
燃料噴射初期における燃料噴射率のゆるやかな増加と燃
料噴射終期における燃料噴射率の瞬時の減少を行ない、
ノズル針弁による燃料の噴射後には燃料噴射ポンプの吐
出弁の吐出側の所定圧燃料を燃料加圧室側に連通通路を
介して逆流させて、該所定圧燃料の加圧エネルギーを燃
料噴射ポンプの次の加圧行程における加圧エネルギーと
して有効に利用するとともに噴射量特性を悪化させる残
圧変動を防止する。

〔実施例〕

次に、第１図を用いて本発明の第１実施例を説明する。

第１図は本実施例の構成を示す断面図である。

第１図において、燃料噴射ポンプ１００は従来公知の噴
射ポンプで、シリンダ１０２内にはプランジャ１０１が
油密を保って摺動自在に配設されている。

シリンダ１０２内の燃料加圧室１１３には、燃料室（図
示せず）からフィードホール（図示せず）を介して燃料
が供給され、プランジャ１０１が図中上方に摺動するこ
とにより燃料加圧室１１３内の燃料は加圧される。

燃料加圧室１１３には弁体１０４が連結固定されており
、この弁体１０４内には吐出弁１０３が摺動自在に配設
されている。

この吐出弁１０３は、燃料加圧室１１３と反対側に形成
される吐出室１１４内に配設されているバルブスプリン
グ１０５により燃料加圧室１１３側に付勢されている。

従って、燃料加圧室１１３内の燃料が加圧されて吐出弁
１０３の開弁圧以上になると、燃料はバルブスプリング
１０５に抗して吐出弁１０３を開いて吐出室１０３内に
流入し、パイプ１０６を通って圧送される。

吐出弁１０３内には、燃料加圧室１１３と吐出室１１４
とを連通する連通通路１１２が設けられており、この連
通通路１１２内には吐出室１１４から燃料加圧室１１３
への燃料の流れのみを許容する逆止弁１１０が設けられ
ている。

ノズル本体２内にはノズル針弁１が油密を保って摺動自
在に配設されており、ノズル本体２及びノズル針弁１に
より通常のノズル弁が構成されている。ノズル針弁１は
燃料噴射ポンプ１００から圧送される加圧燃料の燃料圧
を受けてノズル本体２内で往復動する。この往復動に伴
ない、ノズル針弁１の一端１ａはノズル本体２の噴孔２
ａを開閉し、図示しない内燃機関の燃焼室内に燃料を噴
射する。

ノズル針弁１の他端ｌｂ側には、このノズル針弁１を閉
弁させる方向の圧力を保持する背圧室８が形成されてい
る。また、この背圧室８内にはノズル針弁１の他端ｌｂ
側の端面に当接するスプリング３が配設されており、ス
プリング３はノズル針弁１を閉弁させる方向に付勢して
いる。

燃料通路６は、燃料噴射ポンプ１００とノズル針弁１の
一端ｌａ側の端面とをパイプ１０６を介して連通ずると
ともに背圧室８に開閉弁３０及び絞り７を介して連通し
ている。また、背圧室８は開閉弁３０をバイパスするバ
イパス通路９０を介して燃料通路６に連通しており、バ
イパス通路９０には絞り７より通過抵抗の大きいバイパ
ス絞り９が設けられている。なお、バイパス通路９ｏに
バイパス絞り９を設けるかわりにバイパス通路９０を細
い絞り通路としても別に差しつかえない。

開閉弁３０は、ノズル針弁３１．弁体３２．スプリング
３３からなり、ノズル針弁３１は弁体３２内で油密を保
って摺動する。ノズル針弁３１は第１図に示されるよう
に着座状態となるようにスプリング３３により着座方向
に付勢されている。

なお、開閉弁３０の開弁圧はノズル弁の開弁圧より僅か
に高く設定しである。

次に、本実施例の作動について説明する。

第１図において、燃料加圧室１１３に燃料が供給され、
プランジャ１０１がシリンダ１０２内を図中上方へ摺動
すると燃料加圧室１１３内の燃料は加圧される。燃料加
圧室１１３内の燃料が加圧されて吐出弁１０３の開弁圧
以上になると、燃料はバルブスプリング１０５に抗して
吐出弁１０３を開いて吐出室１１４内に流入する。

吐出室１１４に吐出された燃料は、パイプ１０６を介し
て燃料通路６内に圧送される。その後、燃料は二方向に
分岐され、一方はノズル弁、他方は開閉弁３０に圧送さ
れる。

圧送燃料の圧力が上昇してゆき、ノズル弁の開弁圧（ス
プリング３とノズル針弁１の受圧面積によって決定され
る）に達するとノズル針弁１がスプリング３の付勢力に
抗して上昇し、ノズル弁が開弁じて燃料噴射が開始され
る。

このノズル弁の開弁直後において、圧送燃料によって燃
料圧力が上昇し、開閉弁３０の開弁圧（スプリング３３
の設定荷重と針弁３１の受圧面積によって決まる）に達
して開閉弁３０が開弁する。これにより燃料通路６から
の圧送燃料の一部が絞り７を介して背圧室８に流入する
。

この時、背圧室８の圧力とノズル針弁１のガイド部断面
積で決まる力をノズル針弁１が閉弁方向に受ける。従っ
て、ノズル針弁１は急激に上昇せずにゆるやかに上昇し
、初期のゆるやがな燃料噴射率が達成される。

圧送燃料がさらに圧送されると、開閉弁３ｏは開弁状態
であるので、燃料圧力の上昇によりノズル針弁Ｉは閉弁
方向に作用する力に抗してしだいに開弁じ、燃料噴射が
行われる。

その後所定の量だけ燃料噴射が行われると、圧送が減少
し、燃料通路６の圧力が低くなる。この時、絞り７によ
って背圧室８内の圧力が燃料通路６内の圧力よりも遅れ
て低下するので、常に背圧室内の圧力が高くなり、その
レベルは絞り７によって調整され〜る。

この圧力差とノズル針弁１のガイド部断百積とで決まる
力とスプリング３の力との合力によ２閉弁力が掻めて大
きくなる（すなわち閉弁力が高くなる）ので急激にノズ
ル針弁１の閉弁挙動がなされる。

さらに圧力が下がると開閉弁３０も閉弁し、第１図に示
される状態になる。

この時、背圧室８内にはまだ残圧があるが、バイパス絞
り９により圧力の低下した燃料通路６内へ燃料が流出す
る。さらに、この燃料はパイプ１０６を介して燃料噴射
ポンプ１００側に導入され、着座状態にある吐出弁１０
３に設けられた連通通路１１２及び逆止弁１１０を順次
介して低圧側である燃料加圧室１１３内に逆流する。従
って、次の噴射までには背圧室８．燃料通路６及びパイ
プ１０６は低圧レベルに回復し、燃料加圧室１１３内の
残圧は燃料噴射ポンプ１００の加圧行程における加圧エ
ネルギーとして有効に再利用され、エネルギーロスとい
う問題は生じない。

さらにこれによって、低速回転域における、背圧室８及
び燃料通路６の残圧上昇とノズル弁の開弁圧上昇との相
乗作用による異常噴射、無噴射の発生及び噴射量のばら
つきを防止することができる。

なお、バイパス通路９０は常時背圧室８に連通している
が、バイパス通路９０はバイパス絞り９により通路面積
が絞られているので、初期の流入量は小さく、ノズル弁
の開弁にはほとんど影響を与えない。

また、燃料噴射完了後の低圧レベルは逆止弁１１０、絞
り１１２で予め設定されるが、デッドデリューム（背圧
室８．パイプ１０６等により決定される）の大きさ等に
より、必要に応じて、吐出弁１０３に吸い戻しピストン
を設けて吸戻し作用により３同型する。

次に、第２図及び第３図を用いて本発明の第２実施例を
説明する。第２図は本発明の第２実施例の構成を示す断
面図、第３図は時間経過につれて各部の動きを示した作
動説明図である。

第２図において、ノズル針弁ｌの他端Ｉｂ側には、この
ノズル針弁１を閉弁させる方向の圧力を保持する背圧室
８ａが形成されている。この背圧室８内にはノズル針弁
１の他端１ｂ側の端面に当接する第１のスプリング３が
配設されており、スプリング３はノズル針弁ｌを閉弁さ
せる方向に付勢している。

また、ノズル針弁ｌの他端ｌｂ側には、所定間隙を介し
てピン４が設けられており、ノズル針弁１が所定量上昇
すると、ピン４の一端４ａにより係止されるようになっ
ている。

ピン４の他端４ｂ側には、ピン４を図中下方に付勢する
方向の圧力を保持する背圧室８ｂが形成されている。ま
た、この背圧室８内にはピン４の他端４ｂ側の端面に当
接する第２のスプリング５が設けられている。

開閉弁３０は、ノズル針弁３１．弁体３２．スプリング
３３からなり、ノズル針弁３１の一端３１ａ側にはノズ
ル針弁５を図中下方に付勢する方向の圧力を保持する背
圧室３５が形成されている。

スプリング３３は背圧室３５内に配設されており、ノズ
ル針弁３を図中下方に付勢している。背圧室３５は背圧
室８ｂと絞り３４を介して連通している。

なお、他の構成は前記第１実施例と同様となっている。

次に、本実施例の作動について説明する。

燃料噴射ポンプｌＯＯで加圧された燃料はパイブ１０６
を介して燃料通路６内に圧送される。その後、燃料は二
方向に分岐され、一方はノズル弁、他方は開閉弁３０に
圧送される。

圧送燃料の圧力が上昇してゆき、ノズル弁の開弁圧（第
１のスプリング３とノズル針弁１の受圧面積によって決
定される）に達する（第３図中のＡ）とノズル針弁１が
第１のスプリング３の付勢力に抗して上昇し、ノズル弁
が開弁する。

ノズル弁のノズル針弁１は設定された所定間隙だけ上昇
した所でビン４に当接し停止する（第３図中のＡ’）。

この状態ではノズル弁が開弁しているので燃料が噴射さ
れる。

ただし、ノズル針弁１はフルストロークまでは上昇せず
、小さく設定された所定間隙骨だけしか上昇しない。こ
のため、燃料の流路面積は小さく、また圧送圧力もまだ
小さいので噴射率は小さい。

次に圧送燃料がさらに圧送されると、燃料圧力が上昇し
、開閉弁３０の開弁圧（スプリング３３の設定荷重と針
弁３１の受圧面積によって決まる）に達して開閉弁３０
が開弁する。これにより燃料通路６からの圧送燃料は絞
り３４を介して背圧室３５へ流入するとともに絞り７を
介して背圧室８ｂに流入する。また、背圧室８ｂは背圧
室８ａと連通しているので、圧送燃料は更に背圧室８ａ
へも流入する。従って、背圧室３５と前圧室８ａと背圧
室８ｂは等圧力となる。

この時、ノズル針弁１は背圧室８ａの圧力とノズル針弁
１のガイド部断面積で決まる力と閉弁方向に受ける。こ
れによってノズル針弁１は下降して閉弁しく第３図中の
Ｂ′）、噴射が一端休止する。

閉弁したことで燃料通路６内の圧力はさらに上昇し、第
１のスプリング３による付勢力と背圧室８ａの圧力によ
る力との合力とノズル針弁１の受圧面積とで決まる開弁
圧（当初より高くなっている）を超える（第３図中のＣ
）と再びノズル針弁１は上昇して噴射が再開する。

圧送燃料がさらに圧送されると、開閉弁３０は開弁状態
であるので、燃料圧力の上昇によりノズル針弁１は第１
のスプリング３をたわめ、次にスプリング５もたわめて
主噴射が行われる。

その後所定の量だけ噴射が行われると、圧送が減少し、
燃料通路６の圧力が低くなる。この時、絞り７によって
背圧室８ａ、８ｂ内の圧力が燃料通路６内の圧力よりも
遅れて低下するので、常に背圧室８ａ、８ｂ内の圧力が
燃料通路６内の圧力よりも高くなり、そのレベルは絞り
７によって調整される。

この圧力差とノズル針弁１のガイド部断面積とで決まる
力とスプリング３及び５の付勢力の合力によってノズル
弁に対する閉弁力が極めて太き（なる（すなわち閉弁圧
が高くなる）ので急激にノズル針弁１の閉弁挙動がなさ
れる（第３図中のＤ）。

また、この時背圧室３５内の圧力も燃料通路６内の圧力
より遅れて低下するので、ノズル針弁３１にはこの燃料
圧とスプリング３２の付勢力との合力による閉弁方向の
力が作用し、燃料通路６内の圧力低下に伴い開閉弁３０
も閉弁（第３図中のＥ−Ｅ’）Ｌ、第２図に示される状
態になる。

なお、以下の作動は前記第１実施例と同様である。

以上の説明したように、本実施例の構成によれば、全回
転速度域あるいは特定回転速度域におけるバイロフト噴
射を達成することができる。

また、本実施例と同一の構成でバイロフト噴射を行わず
に初期の噴射率を低くおさえることも可能である。

この場合には例えば開閉弁３０の開弁圧を第２のスプリ
ング５によって決まる第２の開弁圧より高く設定し、ノ
ズル弁のノズル針弁１が最大リフトまで上昇した後に開
弁することで達成できる。

また、このように設定した場合には、ノズル針弁１は噴
射ｍ続途中では閉弁せず、このためパイロット噴射とは
ならないが、ノズル針弁１が２段のリフト挙動し、１段
目のリフト時点は流路が狭いため初期の噴射率を低めて
燃料噴射率の増加をゆるやかにすることができ、かつ閉
弁時には開閉弁３０の開弁により、背圧室８ａ、８ｂの
圧力上昇により閉弁力が上げられ、急激な閉弁を可能に
する。

また１台のエンジンにおいて開閉弁３０の開弁圧と絞り
７とを調整することにより、圧送燃料の時間当りの送油
率の小さい低速回転においてはパイロット噴射し、送油
率の大きい高速回転においては噴射中の一時的な閉弁を
行わないように圧送燃料が背圧に打ち勝つようにしてパ
イロット噴射せず、単に初期噴射率を低くおさえた噴射
をさせることも可能である。

次に、第４図を用いて本発明の第３実施例を説明する。

第４図は前記２つの実施例に示される燃料噴射ポンプ１
００の吐出弁１０３の変形例を示す要部断面図である。

第４図において、吐出弁１０３には連通通路１１２が設
けられており、吐出室１１４側の連通通路１１２は絞り
１１５になっている。すなわち、噴射後の残圧を低圧レ
ベルに回復するための燃料の逆流を絞り１１５を通して
行なうようにしたもので、簡単構成で前記第１実施例と
同様の効果を達成することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、噴射初期におけ
る噴射率のゆるやかな増加と噴射終期における噴射率の
瞬時の減少とを同時に達成する噴射率パターンを、噴射
後の残圧燃料の加圧エネルギーを有効に利用してエネル
ギーロスなしで、さらに残圧変動による異常噴射、噴射
量のばらつき無く実現とともに、残圧変動による異常噴
射及び噴射量のばらつきを防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示す断面図である
。 第２図及び第３図は第２実施例に関するもので、第２図
は第２実施例の構成を示す断面図、第３図は時間経過に
つれての各部の動きを示した作動説明図である。 第４図は本発明の第３実施例を示す要部断面図である。 １・・・ノズル針弁、２・・・ノズル本体、２ａ・・・
噴孔。 ３・・・スプリング、６・・・燃料通路、８・・・背圧
室、９・・・バイパス絞り、３０・・・開閉弁、９０・
・・バイパス通路、ｉｏｏ・・・燃料噴射ポンプ、１０
３・・・吐出弁。 １１２・・・連通通路、１１３・・・燃料加圧室、１１
４・・・吐出室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃料加圧室内の燃料を高圧に加圧するとともに吐出弁を
   介して加圧燃料を圧送する燃料噴射ポンプと、 前記燃料噴射ポンプの吐出弁の吐出側と燃料加圧室側と
   を連通する連通通路と、 噴孔を有するノズル本体と、 前記燃料噴射ポンプから圧送される加圧燃料の燃料圧を
   受けて前記ノズル本体内で往復動するとともに、一端が
   前記ノズル本体の噴孔を開閉させて内燃機関の燃焼室内
   に燃料を噴射するノズル針弁と、 このノズル針弁の他端側端面に当接するスプリングと、 前記ノズル針弁の他端側において形成されるとともに前
   記ノズル針弁を閉弁させる方向の圧力を保持する背圧室
   と、 前記燃料噴射ポンプと前記ノズル針弁の一端側端面とを
   連通するとともに前記背圧室に連通する燃料通路と、 この燃料通路の途中であって、前記背圧室への流入部付
   近に設けられる開閉弁と、 この開閉弁をバイパスするバイパス通路の途中において
   設けられるバイパス絞りとを備え、前記開閉弁の開閉に
   より前記背圧室内の圧力を調整して燃料噴射初期におけ
   る燃料噴射率のゆるやかな増加と燃料噴射終期における
   瞬時の減少を行ない、前記ノズル針弁による燃料噴射完
   了後に前記燃料噴射ポンプの吐出弁の吐出側の所定圧燃
   料を燃料加圧室側に前記連通通路を介して逆流させて、
   該所定圧燃料の加圧エネルギーを前記燃料噴射ポンプの
   次の加圧行程における加圧エネルギーとして有効に利用
   するとともに噴射量特性を悪化させる残圧変動を防止す
   ることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。