JPH02157472A - 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】

本発明はディーゼルエンジンに燃料を供給する燃料噴射
装置に関する。

【従来技術】

近年、ディーゼルエンジンの燃焼特性を向上させるため
、燃料の噴射圧力を高めることが要求されている。この
ため、エンジンと同期して作動される圧送プランジャに
より油圧を発生させ、この油圧で噴射プランジャを駆動
し、この噴射プランジャによって予め噴射ポンプ室内に
導入した燃料を高圧力に加圧し、この高圧燃料を噴射ノ
ズルから高圧で噴射する装置が考えられている。 そのうち、噴射終了を、圧送ポンプ室に連設された受圧
室に形成されたドレインポートが噴射プランジャの移動
により開口されて圧送ポンプ室の圧力をリークすること
により制御するタイプのものがある。

【発明が解決しようとする課題】

しかし、上記装置では、ドレインポートが開口されて圧
送ポンプ室の圧力が低下する時、噴射ポンプ室の圧力は
高いので噴射プランジャは圧送ポンプ室の方へ、即ち、
ドレインポートを塞ぐ方向に移動し、圧送ポンプ室の圧
力低下を妨げる。このことから、圧送ポンプ室の圧力低
下、従って、噴射ポンプ室の圧力低下が緩慢となり、燃
焼特性を悪化させると共に圧送プランジャの駆動負荷を
増大させるとう欠点があった。 本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので
あり、噴射終了時の噴射率を急峻に減少させることによ
り、燃焼特性の改善と圧送プランジャの駆動負荷を減少
させることを目的とする。 ［ｖＡａを解決するための手段］ 上記課題を解決するための発明の構成は、エンジンと同
期して駆動される圧送プランジャにより圧送ポンプ室の
燃料を加圧し、その圧送ポンプ室に発生する油圧によっ
て噴射プランジャを作動させ、この噴射プランジャによ
って噴射ポンプ室内の燃料を加圧して噴射ノズルより噴
射させるようにした燃料噴射装置において、圧送ポンプ
室と排出ギヤラリ間を結ぶ通路に、開閉動作により圧送
ポンプ室の燃料をリーク又は閉鎖させることにより噴射
を制御する電磁弁を設け、圧送ポンプ室に連通し前記噴
射プランジャが圧力を受けて摺動する受圧室において、
噴射終了時期に対応する位置にその受圧室の圧力を排出
ギヤラリにスピルさせるドレインポートを設け、そのド
レインポートを介して受圧室の圧力を電磁弁を開動作さ
せる作用力に加えるように、ドレインポートから電磁弁
まで通路を形成し、噴射終了時期で電磁弁を開動作させ
るようにしたことである。

【作用】

圧送プランジャの圧縮工程で、電磁弁が開状態から閉状
態に転すると、圧送ポンプ室は排出ギヤラリに対して遮
蔽されてその圧力が向上する。すると、噴射プランジャ
はその圧力を受けて、噴射ポンプ室を加圧する方向に移
動し、噴射ポンプ室の圧力を向上させる。その結果、噴
射ノズルから高圧燃料が噴射される。 次に、燃料噴射が進行し、噴射プランジャが受圧室のド
レインポートを開口すると、圧送ポンプ室の圧力は排出
ギヤラリにリークされ、その圧力が低下する。又、この
タイミングに同期して電磁弁が閉状態から開状態に変化
させられる。すると、圧送ポンプ室の燃料はこの電磁弁
を介して排出ギヤラリにリークされるので、圧送ポンプ
室の圧力は急速に低下する。又、ドレインポートと電磁
弁とは通路で連絡されているので、ドレインポートから
スピルされた燃料の圧力は電磁弁の開動作の作用力とし
て加えられる。この結果、電磁弁の開動作はこの圧力を
受けて加速されて瞬時に開状態となり、圧送ポンプ室及
び噴射ポンプ室の圧力や噴射圧は急激に減少される。 このようにして、噴射終了時の噴射率の減衰が急峻とな
ることから、燃焼特性が良好となる。又、圧送プランジ
ャの駆動負荷も減少する。

【実施例】

以下、本発明を具体的な一実施例に基づいて説明する。 第１図において、１は燃料噴射ユニットであり、このユ
ニット１はディーゼルエンジンのシリンダへラド２に嵌
挿され、０１Ｊング３とガスケット５でシールされてシ
リンダへラド２との間で環状空間のメインギヤラリ４を
形成している。 上記ユニット１は圧送シリンダ１１、その下方に圧送シ
リンダ１１に連設した噴射シリンダ１２、ノズルホルダ
１３及び噴射ノズル１４を主構成部品としている。そし
て、リテーニングナツト１５が圧送シリンダ１１の一端
の外周部に螺合することにより、噴射シリンダ１２は圧
送シリンダ１１と結合すると共に噴射シリンダ１２、ノ
ズルホルダ１３及び噴射ノズル１４は軸方向に沿って相
互に結合される。 圧送シリンダ１１には圧送プランジャ１７が慴動自在に
嵌挿されており、上記圧送シリンダ１１と圧送プランジ
ャ１７で圧送ポンプ室１８が構成されている。 圧送プランジャ１７はカムフォロア１９に連結されてお
り、このカムフォロア１９は図示しないエンジンの回転
に同期されるカムに慴接し、このカムによって下向に押
される。カムフォロア１９と圧送シリンダ１１との間に
はフォロアスプリング２０が架は渡されており、このス
プリング２０により圧送プランジャ１７は上方へ押圧復
帰される。 又、噴射シリンダ１２内には噴射プランジャ３１が慴動
自在に嵌挿されている。噴射プランジャ３１の上部には
受圧室３２が形成されており、この受圧室３２は圧送ポ
ンプ室１８に連通されている。したがって、圧送ポンプ
室１８内の圧力が上昇されると、受圧室３２内の圧力も
上昇し、噴射プランジャ３１は下向きに押される。噴射
プランジャ３１と噴射シリンダ１２及びノズルホルダ１
３とで囲まれる空間に噴射ポンプ室３３が形成されてい
る。 噴射ポンプ室３３は圧送通路４２を介して噴射ノズル１
４に通じている。噴射ノズル１４は図示しない公知のニ
ードル弁形式のものであり、このニードル弁はノズルス
プリング室４３に収容されたノズルスプリング４４によ
って押されることにより噴孔を閉じているが、圧送通路
４２を介して高圧燃料が送られてきた場合にスプリング
４４の付勢力に抗して上昇することにより噴孔を開くよ
うに構成されている。 一方、燃料の噴射タイミングを制御するために電磁弁５
０が圧送シリンダ１１に取り付けられている。 その電磁弁５０は圧送シリンダ１１への取り付は螺子を
兼ねたボディ５８とケーシング５９を有し、その内部に
上下動するニードル５１とそのニードル５１に連設され
たアーマチュア６０を通電により吸引して閉弁状態とす
るコイル５７とスプリング室６１に配設されニードル５
１を開弁方向（図示上方向）に付勢するスプリング５２
とが配設されている。又、ニードル５１の中央の外周部
には環状溝５４が形成され、先端部には弁体５３が構成
され、その弁体５３はスプリング室６１の上部に形成さ
れた弁座６３に当接する。 又、スプリング室６１は一方で油留室６４に連通し、他
方で通路６６に接続されている。通路６６は逆止弁５６
、排出管６７、排出ギヤラリ７を介してタンク８へと接
続されている。 圧送ポンプ室１８には噴射率制御ポー１−２１とタイミ
ングポート２２とが開口している。噴射率制御ポート２
１は通路２４を介して閉弁状態でニードル５１の環状溝
５４に接続され、更に、通路６５、絞弁５５を介して通
路６６に接続されている。又、タイミングポート２２は
タイミング通路２５を介して電磁弁５０の油留室６４に
接続されている。 噴射シリンダ１２の受圧室３２にはドレインポート２３
が開口しており、受圧室３２はフィード通路２６を介し
て電磁弁５０のスプリング室６１及び通路２７を介して
ノズルスプリング室４３と連通している。 メインギヤラリ４にはシリンダヘッド２に形成された導
入路９を介して調量ポンプ６から低圧燃料が供給される
。又、メインギヤラリ４は開ロア０゜７１を介して、リ
テーニングナツト１５の内面と、圧送シリンダＬＬ噴射
シリンダ１２、ノズルホルダ１３及び噴射ノズル１４と
の間に形成された間隙であるサブギヤラリ７２に連通し
、更にサブギヤラリ７２は開口２９．３０を介してフィ
ード通路２６、通路２７に連通している。そして、低圧
燃料は圧送ポンプ室１８、スプリング室６１、油留室６
４、ノズルスプリング室４３、通路２４、タイミング通
路２５、フィード通路２６等に充填されていると共に余
分な低圧燃料は逆止弁５６、排出管６７等を介してタン
ク８に排出されている。 一方、調量ポンプ６から供給される調量された噴射のた
めの高圧燃料は圧送シリンダ１１に形成された燃料通路
１０を介して導入され、更に、逆止弁３５、調量通路３
４を介して噴射ポンプ室３３に導入される。 次に、本燃料噴射ユニットの作用を第２図を参照して説
明する。 圧送プランジャ１７が下死点から上死点に移行する過程
において電磁弁５０は開弁状態にあり、圧送ポンプ室１
８には低圧燃料が、サブギヤラリ７２、開口２９、フィ
ード通路２６、スプリング室６１、油留室６４、タイミ
ング通路２５、タイミングポート２２を介して吸入され
る。又、圧送プランジャ１７が上死点に達すると、第２
図（ロ）に示すように、適当なタイミングｔｌで調量ポ
ンプ６から運転状態に応じて調量された高圧燃料が上述
した経路により噴射ポンプ室３３に導入され、第２図（
Ｃ）に示すように噴射プランジャ３１は導入された燃料
分だけ低圧の圧送ポンプ室１８側に移動する。 次に、電磁弁５０を開状態としたまま、圧送プランジャ
１７が図示しないカムによりカムフォロア１９を介して
時刻ｔ２から下方に押されると、圧送ポンプ室１８内の
燃料はタイミングポート２２、タイミング通路２５、油
質室６４、スプリング室６１、通路６６、逆止弁５６、
排出管６７、排出ギャラＩＪ　７を介してタンク８に排
出される。したがって、圧送ポンプ室１８の内圧は上昇
しないので噴射プランジャ３１は移動しない。 次に、第２図（ｄ）に示すように、時刻ｔ３にて電磁弁
５０のコイル５７に通電すると、その電磁力により弁体
５３はスプリング５２の付勢力に抗して、弁座６３に当
接し閉弁状態となる。すると、タイミングポート２２は
排出ギヤラリ７に対して閉状態となるが、圧送ポンプ室
１８内の燃料は噴射率制御ポート２１、通路２４、環状
溝５４、通路６５、絞弁５５、通路６６、逆止弁５６、
排出管６７、排出ギヤラリ７を介してタンク８に排出さ
れる。しかし、この排出系統には絞弁５５が存在するの
で、タイミングポート２２から排出した場合に比べて抵
抗が大きく、圧送ポンプ室１８の内圧は上昇する。従っ
て、噴射プランジャ３１は受圧室３２から圧力を受けて
下方に移動し、噴射ポンプ室３３の内圧を上昇させる。 しかし、圧送ポンプ室１８は噴射率制御ポート２１を介
してリークしているので、第２図（匂に示すように噴射
圧は緩やかに上昇する。そして、噴射圧が噴射可能圧に
達した時刻ｔ４において、ニードル４５が持ち上がり、
第２図（ｊ）に示すように、緩やかに上昇する噴射率で
噴射が開始される。このように噴射開始時の噴射率は緩
やかに上昇するので、エンジンの爆発音を抑制すること
かできる。 次に、時刻ｔ５において、圧送プランジャ１７のタイミ
ングリード２８が噴射率制御ポート２１を塞ぐと、圧送
ポンプ室１８のリークが無くなると共に通路２４等の排
出系統が急激に遮断されて実効的な圧縮容遣が急激に減
少するため、圧送ポンプ室１８の内圧は急激に上昇する
。すると、噴射プランジャ３１は受圧室３２から圧力を
受けて急速度で下方に移動し、噴射ポンプ室３３の内圧
を急上昇させる。その結果、噴射率も急激に大きくなり
、良好な噴射が継続される。 次に、時刻ｔ６において、ドレインポート２３が受圧室
３２に開口する位置まで噴射プランジャ３１が降下する
と、圧送ポンプ室１８の燃料はドレインポート２３、フ
ィード通路２６、通路６６、逆止弁５６、排出管６７、
排出ギヤラリ７を介してタンク８に排出される。その結
果、圧送ポンプ室１８の内圧が減少し、それに伴って噴
射ポンプ室３３の内圧も減少して噴射圧が減少する。し
かし、圧送ポンプ室１８の内圧が減少すると噴射プラン
ジャ３１は噴射ポンプ室３３の内圧を受けて圧送ポンプ
室１８側に移動し、ドレインポート２３の開口を妨げる
ように作用し、そのことが圧送ポンプ室１８の内圧の減
少を妨げることになり、圧送ポンプ室１８の内圧、噴射
ポンプ室３３の内圧、噴射圧は緩やかに低下しようとす
る。 しかし、上記時刻ｔ６に略同期させた時刻ｔ７において
、電磁弁５０のコイル５７の通電を遮断すると、弁体５
３はスプリング５２の付勢力を受けて持ち上がり、開弁
状態となる。すると、圧送ポンプ室１８は上記経路にて
タンク８にリークされるため、その内圧が急激に減少し
、従って、噴射ポンプ室３３の内圧も減少して噴射圧が
減少し噴射が停止される。 この時、ドレインポート２３及びフィード通路２６を介
して圧送ポンプ室１８の内圧がスプリング室６１に印加
されることになり、弁体５３の持ち上がり速度を向上さ
せる。従って、電磁弁５０の開弁状態への切り換えが急
速になり、圧送ポンプ室１８の内圧、噴射ポンプ室３３
の内圧、噴射圧は急速に減少し、従って噴射率も急速に
低下する。又、圧送ポンプ室１８の内圧はドレインポー
ト２３及び通路２７を介してノズルスプリング室４３に
印加され、ニードル４５の閉塞を加速させる。 尚、上記実施例では絞弁５５を用いて、噴射当初の噴射
圧の急上昇を抑制しているが、第３図に示すように、電
磁弁５０のニードル５１に環状溝５４に連通する横孔７
３とその横孔７３とスプリング室６１に連通ずる縦孔７
４を形成し、その縦孔７４をオリフィスとして絞弁の機
能を持たせても良い。 又、第４図に示すように、同様な機構を圧送プランジャ
１７に形成しても良い。即ち、圧送プランジャ１７に圧
送ポンプ室１８と連通する縦孔７７と横孔７６及び環状
溝７５を形成し、噴射開始当初において、その環状溝７
５と対面する位置に噴射率制御ポート２１を設け、その
噴射率制御ポート２１をフィード通路２６又は通路６６
に接続して、電磁弁５０の機構を簡略化しても良い。 ここで、電磁弁５０のコイル５７への通電開始タイミン
グは燃料の噴射開始タイミングとなり、通電遮断タイミ
ングは燃料の噴射終了タイミングとなる。従って、これ
らのタイミングはエンジンの運転状態に応じて決定され
る必要がある。 次に、電磁弁５０の制御方法について述べる。 エンジンの回転数を検出する回転角センサ１０４、気筒
判別のための気筒判別センサ１０２．１０３はエンジン
の回転に同期して回転する図示しないドライブシャフト
の回転により所定角でパルス信号を出力するセンサであ
る。第５図に示すように、気筒判別センサ１０２の出力
する信号Ｇ１は第１１第５、第３気筒の上死点より４５
度進角位置（４５°ＢＴＤＣ）で出力され、気筒判別セ
ンサ１０３の出力する信号Ｇ２は第６、第２、ｓ４気筒
の上死点より４５度進角位置で出力される。又、回転角
センサ１０４の出力する信号Ｈｅは各気筒の上死点より
３０度進角位置（３０°ＢＴ口Ｃ）カラ上死点ヨリ２０
度遅角位１ｉ！　　（２０’　ＡＴＤＣ）までの５０度
の間で５度毎に出力される。 このような、気筒判別センサ１０２．１０３や回転角セ
ンサ１０４及びエンジンの運転状態を検出する他のセン
サ、例えば、アクセル開度センサ、吸入空気圧センサ、
冷却水温センサ等が電子制御ユニット１００に接続され
、電子制御ユニット１００はそれらのセンサの出力信号
に応じてエンジンの運転状態を判別し、最適な噴射開始
タイミングと噴射終了タイミングや噴射量等を算出し、
第５図に示すようなタイミングで駆動回路１０１を介し
て電磁弁５０の開閉を制御する。 正常時の制御においては、信号Ｇ１の次に出力される信
号Ｇ２の最初のパルスの次に出力される信号Ｎｅの最初
のパルスを第６気筒の上死点の３０°進角位置（３０”
　ＢＴＤＣ）と判定し、以後信号Ｇ２のパルスが検出さ
れた後の信号Ｎｅの最初のパルスの検出時を第２気筒の
３０°ＢＴＤＣ，第４気筒の３０”　ＢＴＤＣと判定す
る。更に、その後に検出される信号Ｇ１のパルスが検出
される毎に、その各パルスの後で検出される信号Ｎｅの
最初のパルスの検出時を第１気筒の３０°ＢＴＤＣＸ第
５気筒の３０°ＢＴＤＣ，第３気筒の３０゜ＢＴＤＣと
、それぞれ、判定する。 このようにして、各気筒の３０°８ＴＤＣが検出される
のであるが、エンジンの運転状態から噴射開始タイミン
グが、例えば７６ＢＴＤＣと判定されると、１０°［１
ＴＤＣまでは、３０°ＢＴＩ）Ｃから信号Ｎｅのパルス
を計数することで判別し、１０”　ＢＴＤＣから７　”
　ＢＴＤＣまでの３度は信号Ｎｅの周期から予測された
時間によって制御される。このようにして演算された噴
射開始タイミングで電磁弁５０が閉状態とされ、更にこ
の噴射開始タイミングとエンジンの運転状態により決定
される噴射量に基づいて噴射終了タイミングが決定され
、そのタイミングで電磁弁５０が開状態とされる。 次に、センサの故障時の処理について述べる。 信号Ｎｅが正常に出力されない場合には、信号Ｇｌ。 Ｇ２を信号Ｎｅとして代用する。即ち、信号Ｇｌ、Ｇ２
は１２０度周期であるので、そのパルス信号の周期を測
定して、１度当たりの時間が求められ、その値から各気
筒の４５°ＢＴＤＣが検出されてから所定の噴射開始角
度位置までに要する時間が予測され、その時間で噴射開
始タイミングが制御される。 信号Ｇ１又は信号Ｇ２のうち一方が正常に出力されない
場合には、同様に一方の信号のパルス周期から時間換算
して、実測できない各気筒の４５°ＢＴＤＣ及び噴射開
始タイングを制御する。 信号Ｇｌ、　Ｇ２．　Ｎｅが全て正常に出力されない場
合には、電磁弁５０の制御を停止し、弁体５３をスプリ
ング５２の付勢力により開状態とする。これにより、圧
送ポンプ室１８の内圧は上昇しなくなり、噴射プランジ
ャ３１は°下方に駆動されなくなる。しかし、調量ポン
プ６からは調量された燃料が噴射ポンプ室３３に引続き
圧送されてくるので、噴射プランジャ３１は上方に押上
られ、受圧室３２の上面に当接して停止する。この後は
、調量ポンプ６から圧送されてくる燃料は逃げ場がなく
、噴射ポンプ室３３の内圧は噴射可能圧まで上昇し、調
量ポンプ６からの輿鳳、燃料の圧送タイミングで噴射が
開始される。 このように、気筒判別センサ１０２．１０３．回転角セ
ンサ１０４が故障しても、運転を継続することができる
。

【発明の効果】

本発明は、圧送ポンプ室と排出ギヤラリ間を結ぶ通路に
、開閉動作により圧送ポンプ室の燃料をリーク又は閉鎖
させることにより噴射を制御する電磁弁を設け、受圧室
において、噴射終了時期に対応する位置にその受圧室の
圧力を排出ギヤラリにスピルさせるドレインポートを設
け、そのドレインポートを介して受圧室の圧力を電磁弁
を開動作させる作用力に加えるように、ドレインポート
から電磁弁まで通路を形成し、噴射終了時期で電磁弁を
開動作させているので、電磁弁の開動作が圧送ポンプ室
の圧力により加速されて急速に行われ、圧送ポンプ室の
圧力はこの電磁弁を介してリークされるため、圧力低下
が急峻となる。従って、噴射終了時の噴射率の低下が急
峻となり燃焼特性が向上する。又、圧送ポンプ室の圧力
低下が急峻となることから圧送プランジャの駆動負荷が
低減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的な実施例に係る燃料噴射ユニッ
トの構成を示した断面図、第２図はその燃料噴射ユニッ
トの動作を説明するタイミングチャート、第３図、第４
図は他の実施例に係る燃料噴射ユニットの特徴部を示し
た断面図、第５図は燃料噴射ユニットの電磁弁の制御方
法を示したタイミングチャートである。 １　・・燃料噴射ユニット　６　調量ポンプ７・排出ギ
ヤラリ　１１　　圧送シリンダ１２　　噴射シリンダ　
１７　　圧送プランジャ１８　　圧送ポンプ室　２１　
　噴射率制御ポート２２　　タイミングポート　２３　
　　ドレインポート２６・・フィード通路　３１・・・
噴射プランジャ３２・・・受圧室　３３・噴射ポンプ室
５０・°・電磁弁　５４　・環状溝 ６１・・スプリング室

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　エンジンと同期して駆動される圧送プランジャにより
   圧送ポンプ室の燃料を加圧し、その圧送ポンプ室に発生
   する油圧によって噴射プランジャを作動させ、この噴射
   プランジャによって噴射ポンプ室内の燃料を加圧して噴
   射ノズルより噴射させるようにした燃料噴射装置におい
   て、 前記圧送ポンプ室と排出ギャラリ間を結ぶ通路に、開閉
   動作により圧送ポンプ室の燃料をリーク又は閉鎖させる
   ことにより噴射を制御する電磁弁を設け、 前記圧送ポンプ室に連通し前記噴射プランジャが圧力を
   受けて摺動する受圧室において、噴射終了時期に対応す
   る位置にその受圧室の圧力を排出ギャラリにスピルさせ
   るドレインポートを設け、そのドレインポートを介して
   受圧室の圧力を前記電磁弁を開動作させる作用力に加え
   るように、前記ドレインポートから前記電磁弁まで通路
   を形成し、 噴射終了時期で前記電磁弁を開動作させることを特徴と
   する燃料噴射装置。