JPH0120306B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は圧縮着火機関用の分配型燃料噴射ポ
ンプの改良に関し、詳しくは排気有害物質及び燃
料騒音の低減を目的として要求量の燃料を段階的
に噴射するようにした装置に関する。

乗用車用デイーゼル機関に代表される比較的小
型の高速型圧縮着火機関によく適合する燃料噴射
ポンプとして、第１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、図において燃料はポンプ本
体の入口１から、機関に同期して通常はそのクラ
ンク軸の二分の一の速度で回転するドライブシヤ
フト２により駆動されるフイードポンプ３によつ
て吸引される。

フイードポンプ３からの吐出燃料は、圧力調整
弁４により供給圧を制御された後、ポンプハウジ
ング５Ａの内部のポンプ室５へと供給される。

ポンプ室５の燃料は作動部分の潤滑を行なうと
同時に、吸入ポート６を通つてプランジヤバレル
７Ａとプランジヤ８よりなるプランジヤポンプ７
に送られる。

プランジヤ８は、エキセントリツクデイスク９
に固定されており、スプライン状の継手２Ａを介
して前記ドライブシヤフト２により回転駆動され
る。

そして、エキセントリツクデイスク９は、スプ
リング１１によつて常に第１図の左方に押圧され
ている。

また、このエキセントリツクデイスク９は、図
示しない機関シリンダと同数のフエイスカム１０
をもち、ローラリング１２に配設されたフエイス
カム１０と同数のローラ１３を乗り越えて回転す
る。

従つて、プランジヤ８は回転しながら所定のカ
ムリフトだけプランジヤバレル７Ａ内を軸方向に
往復運動することになり、この回転往復運動に伴
い吸入ポート６から導入溝１６を通つて圧縮室１
７に吸引された燃料が通路１８を通つて分配通路
１４へ圧送され、その後デリバリバルブ１５を通
過して、図示しない噴射ノズルへと供給される。

ところで、燃料の噴射量はプランジヤ８に、通
路１８と連通して形成されたスピルポート１９を
被覆するスピルリング２０の位置により、つまり
プランジヤ８の有効ストロークを変化することに
より決められるのであり、プランジヤ８の右行に
よりスピルポート１９がスピルリング２０の被覆
を脱して開くと高圧燃料をポンプ室５の内部へ解
放して圧送を終了する。

スピルリング２０の位置は、ドライブシヤフト
２の回転に連動して駆動されるガバナ機構２１及
びコントロールレバー３１等からなる噴射量制御
装置を介してフイードバツク制御される。

すなわち、ドライブシヤフト２に固定されたギ
ヤ２Ｂの回転力を受けて、ガバナシヤフト３２に
取付けられたギヤ３３が回転すると、このギヤ３
３と一体的に回転するフライウエイトホルダ３４
に支点を中心に回転自在に固定されたフライウエ
イト３６が回転遠心力を生じ、支点を中心に拡が
る。

この時、フライウエイト３６は、ガバナシヤフ
ト３２に摺動自由に嵌合されたガバナスリーブ３
７を押圧し、右行させるように付勢力が働く。

ところで、コントロールレバー３１はテンシヨ
ンレバー３８と共に、ガイドレバー３９に支点Ａ
を中心に回転自在に取付けられており、このコン
トロールレバー３１の延長状先端に、ボールジヨ
イント４０を介してスピルリング２０が係合して
いる。そして、コントロールレバー３１は、テン
シヨンレバー３８に与えられるコントロールスプ
リング４１の引張力を、スタートスプリング４２
を介して受けることにより、ガバナスリーブ３７
に密着している。

従つて、ガバナスリーブ３７がコントロールス
プリング４１の引張力に打ち勝つて右行すると、
コントロールレバー３１が支点Ａを中心に回転
し、スピルリング２０を変位させ、前記の要領に
従つて噴射量のフイードバツク制御を行なう。

なお、コントロールスプリング４１の引張力
は、アクセルペダル（図示せず）に連結するアジ
ヤステイングレバー４３を回動させることによつ
て調節され、負荷に応じた噴射量の制御ができ
る。

一方、燃料の噴射時期は、ローラリング１２を
回転させることにより制御させる。

すなわち、エキセントリツクデイスク９のフエ
イスカム１０がローラ１３に乗り上げたときに燃
料が噴射されるので、例えばデイスク９の回転方
向と逆方向にローラリング１２を回転させると、
フエイスカム１０のローラ１３に乗り上げる時期
がそれだけ早くなるため、燃料の噴射時期が早ま
る。

デイスク９に対する位相を変化させるため、ロ
ーラリング１２にはドライビングピン２３が一体
的に固着しており、このドライビングピン２３に
後述するシリンダ２５内を摺動自由なタイマピス
トン２４が連結されている。

上記タイマピストン２４が摺動するシリンダ２
５の右端高圧室２６には、通路２７を経てポンプ
室５の燃圧が導かれ、また反対側の低圧室２８は
フイードポンプ３の吸込側に燃料逃し孔２９によ
つて連通させ、高圧室２６の圧力と、タイマスプ
リング３０の弾性力とがバランスする位置へとタ
イマピストン２４を変位させる。なお、第１図は
ピストン２４の軸線を90゜回転させた状態を示し
ており、実際にはローラリング１２の回転接線方
向に一致する。同様に説明の便宜上からフイード
ポンプ３の軸線も90゜回転させたものが図示して
ある。

ポンプ室５の燃圧は、フイードポンプ３の回転
数に比例して上昇するので、ピストン２４は機関
回転数の上昇にともなつて左方へと押され、これ
によりエキセントリツクデイスク９の回転と逆方
向へローラリング１２を回動し、噴射時期を相対
的に早めるように作用する。

以上のようにして、この分配型燃料噴射ポンプ
によれば、要求運転状態に応じて適正な燃料噴射
量及び噴射時期に制御することができる。

ところで、そのプランジヤポンプ７の作用に着
目すると、プランジヤ８のストローク量は常に一
定で、スピルポート１９を開く噴射終りの時期を
変化させることにより有効ストローク及び噴射量
を制御するようになつており、有効ストロークの
範囲では噴射率はほぼ一定である。

このため、相対的に初期噴射率が大きく、結果
的には燃焼騒音が目立ち、また燃焼時期にNOx
を発生しやすいという問題を生じる。

つまり、一般に圧縮着火機関では燃焼室に燃料
を噴射供給してから僅かな時間を経てはじめて着
火するという着火遅れ現象が見られ、この着火遅
れの間に噴射される燃料の量が多くなるほど燃焼
初期の圧力及び温度上昇が急激になるからであ
る。

これに対して、例えば実公昭56−156459号公報
には、プランジヤポンプの圧縮室を同軸的に２個
設け、それぞれの噴射終り時期を２つのスピルリ
ング（リングスライダ）で個々に変化させること
により噴射量と無関係に噴射時間を制御して騒音
を低減するようにしたものが開示されているが、
この場合、２つのスピルリングの位置を機械的に
制御するのは精度上困難であり、実用上は高価な
電気的制御システムが必要になると考えられる。

本発明は、このような従来の問題点に着目して
なされたもので、プランジヤポンプに互いに位相
差を有する複数の圧縮室を画成し、圧縮開始時期
を相互の圧縮室間でずらして段階的に噴射を開始
させることにより上記従来の問題点を解消するこ
とを目的とする。

本発明では上記多段階噴射を実現するために、
機関に同期して回転しつつ往復運動するプランジ
ヤポンプと、そのプランジヤに摺動自由に嵌合し
てプランジヤ圧縮室に通じるスピルポートの開時
期を制御するスピルリングと、機関運転状態に応
じてスピルリングの位置を制御する噴射量制御装
置とを備えた分配燃料噴射ポンプにおいて、前記
プランジヤの頭部を段付状として同軸的に複数の
圧縮室を画成し、前記各圧縮室毎の吸入ポートと
これに面するようにプランジヤ段付肩部に形成し
た導入溝との間の回転方向の位置関係を、圧縮開
始時期が各圧縮室間で所定の位相差を有するよう
に設定するとともに、前記複数の圧縮室の各々に
対応してスピルポート並びに分配ポートを備えた
通路を並列にプランジヤに形成し、さらに前記各
分配ポートからの燃料を各分配ポート毎に並列に
設けた逆止弁を介して対応機関気筒の燃料噴射弁
に供給する複数組の分配通路をプランジヤポンプ
の周囲に配設した。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

以下、本発明を図面に示した実施例に基づいて
説明する。なお、第１図に対応する部分には同一
の符号を付して示すことにする。

第２図において、８は機関回転に同期して回転
しつつプランジヤバレル７Ａの中で往復運動する
プランジヤで、その頭部並びにバレル７Ａの末端
部は互いに段付状をなし、これにより２つの圧縮
室１７Ａ，１７Ｂが同軸的に画成される。

プランジヤ８には、内外の圧縮室１７Ａ，１７
Ｂの各々に対応して２つの互いに独立した通路１
８Ａ，１８Ｂが形成される。２つの通路１８Ａ，
１８Ｂはそれぞれ、スピルリング２０に面して開
口するスピルポート１９Ａ，１９Ｂ並びにプラン
ジヤバレル７Ａの内周面に面して開口する分配ポ
ート５０Ａ，５０Ｂを備える。

なお、上記スピルリング２０の位置を機関運転
状態に応じて制御する噴射量制御装置は、例えば
第１図に示したものと同様に構成されている。

プランジヤバレル７Ａ及びポンプ本体（図示せ
ず）には、上記２つの分配ポート５０Ａ，５０Ｂ
の各々に対応して、それぞれ吐出行程域に面して
開口するように一組の分配通路１４Ａ，１４Ｂが
形成される。一組の分配通路１４Ａ，１４Ｂはそ
れぞれ途中に逆止弁（またはデリバリバルブ）１
５Ａ，１５Ｂが介装され、その下流側にて合流
し、所定の機関気筒（噴射ノズル：図示せず）に
接続される。なお、分配通路１４Ａ，１４Ｂは、
例えば６気筒機関の場合、プランジヤ８を包囲す
るように６組が配設される。

本実施例ではさらに、上記２つの圧縮室１７
Ａ，１７Ｂでの圧縮開始時期に位相差を設けるの
であるが、このためにポンプ室（図示せず）から
途中で分岐して各圧縮室１７Ａ，１７Ｂに燃料を
案内する吸入ポート６Ａ，６Ｂと、このポート６
Ａ，６Ｂを開閉するためにプランジヤ８の段付肩
部に設けられる内外の導入溝１６Ａ，１６Ｂとの
位置関係を、例えば第３図〜第５図に示したよう
に設定する。

第３図は２つの吸入ポート６Ａ，６Ｂを互いに
同位相になるように形成する一方、内外の導入溝
１６Ａ，１６Ｂの一方の位置を円周方向に若干ず
らしたもの、第４図は内外導入溝１６Ａ，１６Ｂ
を互いに同位相として、２つのポート６Ａ，６Ｂ
の開口位置をずらしたもの、第５図は互いに異な
る円周上の位置に開口した２つの吸入ポート６
Ａ，６Ｂがなす中心角θ₁と、同じく内外の導入溝
１６Ａ，１６Ｂがなす中心角θ₂との間に若干の差
異を設けたものである。なお、第２図〜第５図で
内外の導入溝１６Ａ，１６Ｂはそれぞれ１つだけ
示されているが、多気筒機関では気筒数に応じた
数だけ放射状に設けられる。また、各導入溝１６
Ａ，１６Ｂは圧縮開始時期つまり各々のポート６
Ａ，６Ｂを閉じるタイミングに位相差を生じれば
よいのであり、従つてポート６Ａまたは６Ｂを開
くタイミングについては同一であつて構わない。

このような構成に基づき、プランジヤ８が回転
しながら退避動作するときに２つの吸入ポート６
Ａ，６Ｂに面した導入溝１６Ａ，１６Ｂを介して
それぞれの圧縮室１７Ａ，１７Ｂにポンプ室から
の燃料が吸引され、次にプランジヤ８が進入動作
するにつれて内外の導入溝１６Ａ，１６Ｂが順次
閉じて圧縮行程に入る。

いま、内側の導入溝１６Ａが外側の導入溝１６
Ｂよりも先に閉じるように位相差を設定したとす
ると（第３図参照）、内側導入溝１６Ａが吸入ポ
ート６Ａを閉じて圧縮を開始したときに外側導入
溝１６Ｂはまだポート６Ｂを開いているため圧縮
が行なわれることはなく、内側の圧縮室１７Ａの
燃料が通路１８Ａ及び分配ポート１４Ａを介して
ある程度の量の燃料を所定気筒に噴射供給してか
らはじめて吸入ポート６Ｂが閉じて外側圧縮室１
７Ｂでの圧縮作用が開始される。

このため、燃料は外側の圧縮室１７Ｂでの圧縮
立ち上りが遅れる分だけ第６図に示したように段
階的な特性で噴射され、噴射の初期には内側圧縮
室１７Ａでの圧送作用に基づく比較的少量の燃料
だけが噴射されることになる。換言するならば、
初期噴射率が小さくなるのである。

これにより、着火遅れの間に機関燃焼室に供給
される燃料の量すなわち予混合状態で燃焼する量
が減少するため、燃焼初期の圧力及び温度の上昇
が比較的緩やかになり、この結果としてNOxの
発生量及び燃焼騒音が減少するのである。なお、
２つの分配通路１４Ａ，１４Ｂの途中にはそれぞ
れ逆止弁１５Ａ，１５Ｂが介装されているので、
この場合先に噴射行程に入つた内側圧縮室１７Ａ
の燃料が外側の圧縮室１７Ｂに向つて逆流するよ
うなことはない（先に噴射圧が作用する方の逆止
弁１５Ａは必ずしも無くてもよい）。

また、内外圧縮室１７Ａ，１７Ｂでの噴射終り
時期は、それぞれのスピルポート１９Ａ，１９Ｂ
がスピルリング２０から脱する時期で決まるの
で、２つのスピルポート１９Ａ，１９Ｂがプラン
ジヤ８の軸方向について同位置に開口していると
きは同時に噴射を終了する。因みに、２つの分配
通路１４Ａ，１４Ｂのそれぞれに、逆止弁１５
Ａ，１５Ｂの上流側に位置して例えば電磁式のリ
リーフ弁（図示せず）を介装し、このリリーフ弁
の何れか一方または双方を噴射行程の途中で開く
ことにより、このリリーフ作用で噴射量が減少す
る分だけ噴射を段階的または早期に終了させるこ
とができる。さらに、特定の気筒について２つの
リリーフ弁を共に開いたままにすることにより、
その気筒への燃料の噴射供給が停止するので、燃
費向上効果をもたらす部分気筒運転が可能にな
る。

ところで、２つの圧縮室１７Ａ，１７Ｂのシー
ルを確保するためにプランジヤ８とバレル７Ａに
は精密な嵌合精度が要求されるので、この高精度
を容易に達成するために、例えば第７図に示した
ように内側の圧縮室１７Ａを形成する補助バレル
７Ａを別部品として形成し、プランジヤ８との嵌
合部分を独立した機械加工が可能な構造とするの
がよい。

なお、上記各実施例では２つの圧力室１７Ａ，
１７Ｂを設けたが、これに限らずプランジヤ８と
さらに多段にして３つ以上の圧縮室を設け、それ
ぞれの噴射開始時期をずらすようにしてもよい。

以上のように本発明によれば、プランジヤポン
プに互いに圧縮開始時期に位相差を有する複数の
圧縮室を同軸的に画成するとともに、該複数の圧
縮室の各々に対応してスピルポート並びに分配ポ
ートを備えた通路をプランジヤに並列に形成した
ので、燃料噴射量を段階的に増量でき、これに伴
い初期噴射率を相対的に低減して燃焼騒音及び
NOxを減少させることができる。また各分配ポ
ートからの燃料を並列に設けた逆止弁を介して対
応気筒に供給するので、複数の圧縮室からの燃料
を各々独立的に送り出し、したがつて燃料の噴射
開始並びに停止が正確かつ応答よく制御できると
いう効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の縦断面図である。第２図は本
発明の一実施例の要部縦断面図、第３図〜第５図
は各々第２図のＡ矢視によるプランジヤ及び吸入
ポートの形状説明図である。第６図は前記実施例
の作用説明図である。第７図は本発明の他の実施
例の要部縦断面図である。 ７…プランジヤポンプ、７Ａ…プランジヤバレ
ル、８…プランジヤ、１４Ａ，１４Ｂ…分配通
路、１５Ａ，１５Ｂ…逆止弁、１６Ａ，１６Ｂ…
導入溝、１７Ａ，１７Ｂ…圧縮室、１８Ａ，１８
Ｂ…通路、１９Ａ，１９Ｂ…スピルポート、２０
…スピルリング、５０Ａ，５０Ｂ…分配ポート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関に同期して回転しつつ往復運動するプラ
   ンジヤポンプと、そのプランジヤに摺動自由に嵌
   合してプランジヤ圧縮室に通じるスピルポートの
   開時期を制御するスピルリングと、機関運転状態
   に応じてスピルリングの位置を制御する噴射量制
   御装置とを備えた分配型燃料噴射ポンプにおい
   て、前記プランジヤの頭部を段付状として同軸的
   に複数の圧縮室を画成し、前記各圧縮室毎の吸入
   ポートとこれに面するようにプランジヤ段付肩部
   に形成した導入溝との間の回転方向の位置関係
   を、圧縮開始時期が各圧縮室間で所定の位相差を
   有するように設定するとともに、前記複数の圧縮
   室の各々に対応してスピルポート並びに分配ポー
   トを備えた通路を並列にプランジヤに形成し、さ
   らに前記各分配ポートからの燃料を各分配ポート
   毎に並列に設けた逆止弁を介して対応機関気筒の
   燃料噴射弁に供給する複数組の分配通路をプラン
   ジヤポンプの周囲に配設したことを特徴とする分
   配型燃料噴射ポンプの多段階噴射装置。