JPH0192535A - 燃料噴射ポンプの噴射量制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ディーゼルエンジン用の燃料噴射ポンプの噴
射量制御装置に関し、詳しくはピエゾ素子等の電気機械
変換素子によって弁体を作動させる噴射量側ｆ＃装置に
関する。

［従来の技術およびその問題点コ 従来、この種の噴射量制御ａｊ装置として、例えは、第
３図に示すような特開昭６１−１１８５２８号公報のも
のが知られている。すなわち、本制御装置２００は、ハ
ウジング２０２に形成した収容室２０３内にピエゾアク
チュエータ２０４を設け、このピエゾアクチュエータ２
０４の伸縮でピストン２０６を介して圧力室２０Ｂ内の
燃料を加圧して燃料噴射ポンプ本体（図示省略）に連通
している高圧通路２１０と低圧通路２１４とを弁体２１
６で開閉するものである。この装置２００の弁体２１Ｇ
内には、紋り２１２が形成されており、圧力室２０日と
高圧通路２１０とを常時連通させている。

しかし、この装置２００では、弁体２１６を動かす力は
、主として、ピエゾアクチュエータ２゜４の加圧による
圧力室２０８の液圧と、弁体２１６に加わる噴射圧とで
あり、これらの圧力差により弁体２１６を動かしている
が、プランジャ室（図示省略）が高圧通路２１０、紋り
２１２を介して圧力室２０日に連通しているために、プ
ランジャ室の実質的容量が大きくなり噴射圧をより高く
することができない。また、圧力室２０Ｂ側からみれば
、圧力室２０日がプランジャ室に連通していることにな
るので、加圧した液圧が低下してしまい、小型のアクチ
ュエータ２０４では弁体２１６のストローク量を上げる
ことができず、ピエゾアクチュエータ２０４が大型化す
るという問題点がある。

また、弁体２１６の摺動面に異物がかみ込んだ場合に、
弁体２１６を移動させる力が小さいためにそれ自体の力
で異物を除去するような復帰動作ができないという問題
があった。

この問題を解決する技術として、第４図に示すように、
高圧通路２２０および低圧通路２２１と、圧力室２０日
とを分離する弁体２２２を設け、この弁体２２２に対し
て閉弁方向にばね力を付勢するばね２２４を設け、ピエ
ゾアクチュエータ２０４の伸縮により弁体２２２を開閉
するものも提案されている。

しかし、この構造は、噴射圧を弁体２２２、圧力室２０
Ｂの液圧を介してピエゾアクチュエータ２０４で受ける
ため、将来求められるような超高圧の燃料噴射ポンプに
適用するにはピエゾアクチュエータの耐久性等に聞届が
残る。また、ばね２２４によって弁体２２２が閉弁方向
に付勢されているため、溢流時に圧力室２０日の液圧と
プランジャ室に連通ずる高圧通路２２０との燃料圧の釣
合により、−旦開弁じても噴射圧が小さくなったときに
ばね力により再度間じたりして、開閉を繰り返して２次
噴射の原因となる。

本発明は、上記従来の技術の問題点を解決するためにな
されたもので、電気機械変換素子への負荷が小さくて耐
久性に優れ、弁体の動きも安定して２次噴射の発生しな
く、その上、故障し難い燃料噴射ポンプの噴射量制御装
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］ 上記問題点を解決するためになされた本発明は、液体を
充満した圧力室と、圧力室にピストンを介して加圧する
電気機械変換素子と、 上記ピストンより圧力室に対する受圧面積が小さく、か
つ燃料噴射ポンプから吐出される高圧燃料を高圧通路か
ら低圧通路へ溢流させるために両通路間を開閉する弁体
と、 弁体に対して開弁方向へばね力を付勢するばねと、 を備え、 高圧通路の燃料ζこ対する弁体の受圧面積が低圧通路の
燃料に対する受圧面積より小さくなるように弁体を形成
したことを特徴とする。

ここで、本燃料噴射ポンプは、例えば、エンジンの駆動
力を受けたプランジャによりプランジャ室の燃料を圧縮
して高圧燃料を圧送するものであればよく、例えば、後
述の実施例で説明するようなインナーカム方式のポンプ
の外に、フェースカム方式のポンプや判型の燃料噴射ポ
ンプに適用される。

上記電気機械変換素子とは、ピエゾ素子のような圧電素
子、電歪素子、磁歪素子等電気信号により形状が伸縮す
るものをいう。

［作用］ 本発明の噴射量制御装置の電気機械変換素子に電気信号
を加えると、電気機械変換素子が伸張して、ピストンを
介して圧力室の液体が圧縮されて高圧になる。この流体
の高圧が、弁体の端面に加えられ、弁体は、ばね力およ
び高圧◆低圧通路の液圧に抗して閉じる。この状態で弁
体に対して開弁方向に加わっている力は、高圧通路の噴
射圧と、低圧通路の燃料圧およびばね力であるが、弁体
の燃料に対する受圧面積は、高圧通路の方が低圧流路よ
り小さく形成されているから、弁体を介して圧力室には
、高圧通路からの燃料圧に相当する高圧が加わらない。

したがって、噴射圧によって、弁体を押して圧力室の液
圧からピストンを介して電気機械変換素子に加わる圧力
が小さくなり、電気機械変換素子の耐久性が増す。

また、弁体によって、プランジャ室に連通している高圧
通路が圧力室に対して分離しているから、燃料を圧送す
るためのプランジャ室が実質的に小さな容量となり、よ
って、噴射圧が増大する。

さらに、電気機械変換素子への電気信号が停止すると、
該素子が縮小するから圧力室の液圧が低下する。これに
より、圧力室の液圧によって弁体に加えられる力が、は
ね力や噴射圧の和より小さくなって素早く開弁する。そ
して、−旦開弁じたら、噴射圧が低下してもはねにより
開弁状態が維持されるので、２次噴躬が生じない。

［実施例コ 以下本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

第１図はディーゼルエンジン用の燃料噴射ポンプおよび
その周辺装置を示し、該装置は、フィートポンプ１、燃
料噴射ポンプ本体３および噴射量制御装置９を主要な構
成としている。

フィードポンプ１は、通路１１を通じてタンク１３から
燃料を汲み上げ、通路１５を通じて燃料噴射ポンプ本体
３および噴射量制御装置９に燃料を供給するものである
。そして、この燃料噴射ポンプ本体３から燃料は、通路
１７によりリターンされる。この通路１７と上記通路１
３との間には、燃料供給圧を調整する圧力調整弁２３が
設けられている。

燃料噴射ポンプ本体３は、ハウジング３１の嵌合孔３２
に嵌合されたスリーブ３３を有し、上記スリーブ３３の
貫通孔３７内に、軸受３９とともに支持され、かつエン
ジン（図示省略）により回転駆動されるロータ４１を備
えている。また、この燃料噴射ポンプ本体３は、燃料を
加圧して高圧燃料を発生させる加圧機構４３を備え、さ
らに加圧機構４３からの高圧燃料を導く通路を、ロータ
４１内やハウジング３１等に有している。

次に、加圧機構４３およびその周辺部を説明すると、ロ
ータ４１には、プランジャ室４５を中心にして半径方向
に複数の円筒穴４６が形成され、この円筒穴４６のそれ
ぞれにプランジャ／１７が摺動自在に移動できるように
嵌合されており、ブランシャ４７の半径方向の外側端部
には、ローラシュー５１がローラ５３を回転自在に保持
して配設されている。また、ローラ５３の外側には、そ
の内面にカム山が形成されたインナーカム５５が配置さ
れており、したがって、ロータ４１の回転によりローラ
５３がインナーカム５５の内周面に形成されたカム面を
摺動すると、ローラ５３はカム面に基づき半径方向に往
復運動をし、このロータ５３の運動はローラシュー５１
を通じてプランジャ４７に伝達される。ここで、プラン
ジャ４７がロータ４１の半径方向外側に向かう行程が吸
入行程であり、内側に向かう行程が吐出行程となる。

燃料噴射ポンプ本体３のハウジング３１やロータ４１内
の通路として、上記フィードポンプ１からの通路１５に
接続される通路５９、さらにこの通路５９に接続された
環状のギヤラリ−６１が設けられ、このギヤラリ−６１
内の燃料をプランジャ室４５に供給するためにスリーブ
３３の通路６３、ロータ４１内の吸入用の通路６５、軸
方向の通路６６が形成されている。また、この通路６６
に連通した吐出用の通路６７および？ｕ　？Ｍ用の通路
６９が該ロータ４１の半径方向に向かい、かつスリーブ
３１に設けた通路７１．７３とそれぞれ連通可能に形成
されており、このうち通路７１は通路７５を介してデリ
バリバルブ７７に、他方の通路７３はギヤラリ−６１に
連通ずる通路７４に接続されている。なお、スリーブ３
３およびロータ４１の各通路の位置関係は、吸入行程時
に通路６３と通路６５とが連通し、通路６７と通路７１
および通路７３と通路６９とが遮断され、吐出行程時に
は逆となる。

次に、本実施例の動作について説明する。

エンジン駆動されるフィードポンプ１によりタンク１３
から汲み上げられた燃料は、圧力調整弁２３により調圧
され、通路１５．５９を通じてハウジング３１内のギヤ
ラリ−６１に常時供給される。

いま、エンジンによって駆動されるロータ４１が吸入行
程に入ると、スリーブ３３に対して通路６３と通路６５
が連通する位置になり（第１図の硝線で示す通路の位置
）、ギヤラリ−６１は、ロータ４１の通路６５．６６を
通じてプランジャ室４５に連通ずる。そして、プランジ
ャ４７がシュー５１を介してインナーカム５５の内周面
に沿って外周側へ移動することによって、ギヤラリ−６
１から上記各通路を介してプランジャ室４５に燃料が供
給される。

ざらに、ロータ４１が回転し、通路６５と通路６３間が
徐々に閉じられて、プランジャ室４５が密閉される。そ
して、後述する噴射量制御装置９を閉弁して通路７４を
閉じることにより吐出行程が始まる。

この状態にて、ロータ４１がさらに回転すると、ローラ
５３がインナーカム５５のカム山のカム面に沿って摺動
し、ローラ５３がカム面に基づき半径方向の内方へ移動
する。これにより、ローラ５３の運動がローラシュー５
１を通じてプランジャ４７に伝達される。プランジャ４
７によりプランジャ室４５内の燃料が加圧され、通路６
６．６７．７５を介してデリバリバルブ７７から燃料が
圧送される。続いて、噴射量制御装置９を消勢して開弁
すると、通路７４と通路６０とが連通状態になって、プ
ランジャ室４５の燃料が溢流され、燃料噴射が終了する
。その後、再度吸入行程を繰り返す。

次に上述した燃料噴射ポンプの燃料を溢流する燃料噴射
量制御装置９の構成および動作について第２図の拡大図
を用いて説明する。噴射量制御装置９は、ケーシング９
１内に設けられ、上記プランジャ室４５に連通ずる高圧
側の通路７４と低圧側の通路６０間を開閉する。上記ケ
ーシング９１には、収納室９３が形成され、この収納室
９３にピストン９４に当接したピエゾアクチュエータ９
５が収納されている。このピエゾアクチュエータ９５は
、厚さ約０．５ｍｍの円盤状のピエゾ素子を約８０枚積
層して円筒状としたものであり、例えば、チタン酸ジル
コン酸鉛を主成分としたセラミックから形成され、素子
に約５００Ｖの電圧を印加すると、約４０ｕ伸張する。

上記収納室９３のピストン９４側の一部は、圧力室９７
となっている。この圧力室９７の下部には、中央に貫通
孔９９ａを有する円盤状のストッパ９９がケーシング９
１に対して段部９１ａと弁本体１０１で固定されている
。この弁本体１０１には、上記圧力室９７に連設した嵌
合孔１０３が設けられており、この嵌合孔１０３に弁体
１０５が摺動自在に嵌合されている。この弁体１０５は
、嵌合孔１０３に嵌合する径を有する大径部１０７と、
この大径部１０７より細い径の小径部１０９とが連設さ
れており、その間の外周面がテーパ面１１１に形成され
、さらに小径部１０９の先端部に先端面１１３、その周
縁部にテーパ面１１５が弁座１１７に当接するように形
成されている。上記弁本体１０１には、上述したプラン
ジャ室４５に連通した通路７４が形成されており、この
通路７４の一部は、上記弁体１０５の周囲を取り巻くよ
うな環状通路７４ａとなっている。そして、この環状通
路７１ａの図示下端に連通ずる低圧側の通路６０が形成
されている。したがって、上記弁体１０５は、大径部１
０７と小径部１０９とから構成されることで、高圧側の
通路７４の液圧に対する弁体１０５の受圧面積がほぼテ
ーパ面１１１に相当し、低圧側の通路６０の液圧に対す
る先端面１１３等の受圧面積より小さくなっている。

また、弁体１１５の先端面１１３と低圧側の通路６０の
内壁に当接したばね１１９が設けられており、とのばね
１１９により弁体１０５に対して圧力室９７側にばね力
を付勢している。

なお、圧力室９７は、第１図に示すように、弁本体１０
１内の通路１３１→スリーブ３３内の通路１３３→ロ一
タ４１外周部の通路１３５→スリーブ３３の通路６３を
介してギヤラリ−６１に接続可能になっており、ロータ
４１の吸入行程位置でロータ４１の通路１３５が通路１
３３と通路間６３を連通させてギヤラリ−６１から圧力
室９７に燃料を供給する。

この噴射量制御装置９は、エンジンの運転状態を示す信
号、例えば、第１図に示すアクセル開度センサ１２１や
、ディストリビュータに内蔵された回転角センサ１２３
などの検出信号に基づいて電子制御装置１２５によりピ
エゾアクチュエータ９５に制御信号が加えられることに
より駆動される。

上記噴射量制御装置９の動作について説明すると、いま
、吐出行程にあるときに、ピエゾアクチュエータ９５に
制御電圧が出力されると、該ピエゾアクチュエータ９５
が伸張してピストン９４を介して圧力室９７の燃料の圧
力を高くする。この高い）音圧が、弁体１０５の端面に
加えられ、弁体１０５がばね力および弁体１０５にかか
る燃料圧に抗して矢印方向ａへ移動して通路７４を閉じ
る。

このときに弁体１０５に対して矢印方向すに加わってい
る力は、高圧側の通路７４の噴射圧が弁体１０５のテー
パ面１１１に加わる力と、弁体１０５の先端面１１３に
かかる低圧側の通路６０の燃料圧と、はね力の和である
。

そして、通路７４を遮断している上述した状態にて、燃
料噴射ポンプによる燃料噴射が行われる。

次に、燃料噴射の停止を行うには、ピエゾアクチュエー
タ９５に加えられている電圧を消勢する。

これにより、圧力室９７の液圧が低下すると、弁体１０
５に加えられる矢印方向すの力の方が矢印方向ａの力よ
り上回って弁体１０５がリフトする。

この結果、高圧側の通路７４の燃料が低圧側の通路６０
へ溢流して燃料噴射が停止する。そして、再度、吸入行
程を経て燃料噴射行程になったときに、ピエゾアクチュ
エータ９５に制御電圧を印加して弁体１０５により通路
７４を閉じて）益流時まで待機する。

なお、ロータ４１の外周部の通路１３５によりスリーブ
３３の通路６３．１３３とが吸入行程時に連通ずるから
、ギヤラリ−６１から圧力室９７への燃料が補充され、
圧力室９７の初期圧力の安定化が行われる。

したがって、上記噴射量制御装置９によれは、以下に示
すような効果がある。

■　吐出行程時に、プランジャ室４５に連通している通
路７４は高い噴射圧となるが、この噴射圧により弁体１
０５に作用する力は、テーパ面１１１に作用する力だけ
であるから、ピエゾアクチュエータ９５にかかる押圧力
が小さくなり、ピエゾアクチュエータ９５の負担が軽く
なり、装置の耐久性が増大する。

■　ピエゾアクチュエータ９５に対する制御電圧を消勢
すると、ピエゾアクチュエータ９５目体は元の状態に戻
り、圧力室９７の液圧は低下するが、開弁させる力は、
テーパ面１１１に加わる噴射圧に加えて、ばね１１９に
よるばね力も弁体１０５に作用するので、素早く開弁じ
て燃料の溢流が行われて噴射が停止する。しかも、−旦
開弁じた後は、はね１１９のばね力が常時開弁方向へ作
用しているので、従来の技術（第４図）で説明したよう
に、通路７４の噴射圧の増減にかかわらず、−時的にも
閉弁することなく、よって、２次噴射が起きることもな
い。

■　噴射量制御装置９の圧力室９７と、通路７４とが弁
体１０５によって分離されているので、弁体１０５の摺
動部付近での燃料の流れが少ないために、燃料に含まれ
ている異物等が弁体１０５と嵌合孔１０３との間にかみ
込みにくく、仮に、弁体１０５にかみ込んでも圧力室９
７の加圧時に高い液圧を受けた弁体１０５が素早く動き
、速やかに異物が容易に除去されるので、自己復帰力が
大きい。

■　プランジャ室４５が圧力室９７に対して分離されて
いるので、燃料を加圧するプランジャ室４５の実質的容
量が小さくなり、噴射圧の高圧化を実現できる。逆に、
圧力室９７側からみれば、圧力室９７自体の実質的容量
も小さくなるので、ピエゾアクチュエータ９５も小型の
ものでよい。

■　また、噴射量制御装置９の圧力室９７が油密となっ
ているので、ばね１１５にはね力の大きいものを用いな
くても、弁体１０５の戻りが速い。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、燃料噴射圧のか
かる弁体の受圧面積を小さくしているために、圧力室の
液圧を介して電気機械変換素子に、高圧が加わらないの
で、ピエゾアクチュエータへの負荷が小さくなり、装置
の耐久性を増大させることができる。

また、電気機械変換素子の制御電圧の印加を停止して圧
力室の液圧が小さくなって、−旦開弁すると、ばねによ
る開弁方向の力で安定した開弁状態が維持されるので、
２次噴射が起きることもない。

さらに、弁体が圧力室の高い液圧で素早く動くので、弁
体の移動を妨げる異物が容易に除去され、自己復帰力が
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による燃料噴射ポンプおよび
その周辺装置を示す構成図、第２図は同実施例の噴射量
制御装置を示す拡大断面図、第３図および第４図は従来
の燃料噴射制御弁を示す断面図である。 ３・・・燃料噴射ポンプ本体　９・・・噴射量制御装置
９３・・・収納室 ９５・・・ピエゾアクチュエータ（電気機械変換素子） ９７・・・圧力室　　１０１・・・弁本体１０５・・・
弁体　　１０７・・・大径部１０９・・・小径部　１１
９・・・はね代理人　　弁理士　　定立　勉（ほか１名
）第２図 Ｑ９ 第４図 、（／ 〜□

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　液体を充満した圧力室と、圧力室にピストンを介して
   加圧する電気機械変換素子と、 上記ピストンより圧力室に対する受圧面積が小さく、か
   つ燃料噴射ポンプから吐出される高圧燃料を高圧通路か
   ら低圧通路へ溢流させるために両通路間を開閉する弁体
   と、 弁体に対して開弁方向へはね力を付勢するばねと、 を備え、 高圧通路の燃料に対する弁体の受圧面積が低圧通路の燃
   料に対する受圧面積より小さくなるように弁体を形成し
   たことを特徴とする燃料噴射ポンプの噴射量制御装置。