JPH031508B2

JPH031508B2 -

Info

Publication number: JPH031508B2
Application number: JP57213598A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Saito; Hiromichi Miwa; Toyoaki Nakagawa; Akinobu Moryama
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-12-06
Filing date: 1982-12-06
Publication date: 1991-01-10
Also published as: JPS59103960A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はデイーゼル機関に用いられるユニツト
インジエクタの燃料噴射制御装置に関する。

デイーゼル機関は、燃料噴射を行なうために通
常は燃料を高圧化する噴射ポンプと、この噴射ポ
ンプから圧送される燃料をノズルに供給する燃料
噴射管と、高圧燃料を噴射するノズルとを備えて
いるが、これらを一体化したものとしてユニツト
インジエクタがあり、このユニツトインジエクタ
を各気筒に配設した燃料噴射装置が例えば
SAEpaper750773号に提案されている。

このようなユニツトインジエクタの一例を第１
図、第２図に示すと、ユニツトインジエクタ１
は、機関の回転に同期して回転するカムシヤフト
２により、プツシユロツド３、ロツカアーム４を
介してプランジヤ５を図中上下動させることによ
つて圧力室６内の燃料の圧力を高め、この高圧燃
料をノズル７のニードル室８に導き、ニードルバ
ルブ９をバルブスプリング１０に抗して持ち上
げ、スプレーチツプ１１の噴孔１２より燃料を噴
射するものである。

この場合、燃料噴射量の制御はコントロールラ
ツク１３によつて（コントロールラツク１３はガ
バナに連動する）プランジヤブツシング１４を介
してプランジヤ５をその軸線回りに回転させるこ
とにより行なう。すなわち、プランジヤ５の下降
時において、スパイラル状の溝であるメータリン
グリセス１５の上部が前記ブツシング１４のアツ
パポート１６に、メータリングリセス１５の下部
がロアポート１７に、それぞれ連通する時期を変
更することにより、圧力室６内での圧縮開始及び
終了時期を変えて噴射量の制御を行つている。

しかしながら、このような従来のユニツトイン
ジエクタ１にあつては、噴射量はいわゆる機械式
（コントロールラツク１３によるプランジヤ５を
回転する）の制御であつたため、このようなあら
かじめコントロールラツク１３により決定された
噴射量、あるいは機械式の噴射時期調整装置等で
定められた噴射量は、大略直線的ないしは緩やか
な曲線で変化する（メータリングリセス１５の形
状等に起因する）ように変更できるのみである。
したがつて、機関の運転条件（回転数、出力、水
温等）の変化に対応して最適の噴射量を得ること
ができないという問題点があつた。

したがつて、この噴射量をいわゆる電気的に制
御し、機関、車輛の特性に、また、その運転条件
に応じて、正確に燃費、排気、騒音、出力等に対
し常に適切なマツチングを行うことを目的とする
ものが特開昭54−50726号公報に前記ユニツトイ
ンジエクタとして提案されている。

しかしながら、このような従来のユニツトイン
ジエクタにあつては、電磁弁で高圧燃料の噴射ノ
ズルへの供給を直接的に制御する（噴射圧力を直
接制御する）ようになされていたため、例えば噴
射圧力を1000気圧とした場合、この圧力が電磁弁
の弁体のシート部先端に作用すると、たとえシー
ト面積を直径１mm程度と極微小にしても開弁に８
Kg／cm²程度の力を必要とする。一方、この電磁弁
の応答速度については、小型高速デイーゼル機関
に適用する場合、例えば4600r.p.mではクランク
角度で最大でもTDC前40゜〜45゜の期間に燃料を噴
射することが要求されており、この期間はおよそ
1.6msecであり極めて短かく、さらに、低負荷運
転時にあつてはこの噴射期間は約0.4msecとさら
に短時間に噴射を終了しなければならない。

このような高い開弁力と速い応答速度を有する
電磁弁を得ることは、たとえ可能としても高価に
ならざるを得ない。従つてこのような電磁弁は低
速でかつ高価な大型デイーゼル機関でなければ適
用出来ないという問題点があつた。

そこで特願昭57−67980号では燃料噴射量を計
量する弁を別に設け、この計量弁を電磁弁の開閉
駆動によつて制御する装置を提案している。この
案では電磁弁が開くと燃料圧力がピストンを作動
し、このピストンが前記計量弁を駆動して圧力室
の燃料圧力を開放するようになつており、燃料供
給ポンプからの供給圧がピストンを駆動するた
め、ある程度の供給圧（例えば５〜数10Kg／cm²）
が要求される。また制御特性を良くするためには
計量弁を大きくする必要があり、そうなるとピス
トンも大型となる。このためピストンやポペツト
弁を小型化するにはなお充分ではない面があつ
た。

本発明はこの案をさらに改良するものであり、
機関に同期して回転するカムと、燃料供給ポンプ
により燃料供給通路を介して燃料の供給される圧
力室と、前記カムに応動して圧力室の燃料を加圧
するプランジヤと、圧力室と連通し開弁圧以上で
開くノズルと、前記圧力室と低圧側とを連通する
燃料逃し通路と、小径部と大径部を有する段付き
で形成されこの小径部前面で前記燃料逃し通路を
開閉する弁体と、この弁体を閉弁方向に付勢する
スプリングと、前記弁体の大径部背面に形成され
る背圧室と、この背圧室に前記圧力室からの高圧
燃料の一部を導く圧力通路と、この圧力通路を絞
るオリフイスと、前記背圧室上流の燃料供給通路
を開閉する弁装置と、機関の運転状態を検出する
手段からの信号に基づき前記弁装置を開閉駆動す
る制御手段とを設けることにより、弁装置自体は
背圧室の圧力を保持あるいは解放するためにだけ
使用して、弁装置の小型化を図る燃料噴射制御装
置を提供することを目的とする。

以下本発明を図示実施例に基づいて説明する。

第３図は本発明の一実施例の概略構成図で、図
中ユニツトインジエクタ２０の本体２１に穿設さ
れたシリンダ２２にプランジヤ２３が摺動可能に
嵌合しており、プランジヤ２３はプランジヤ２３
の頭部と本体２１との間に介装されたスプリング
２４により図中上方に付勢されるとともに、機関
に同期して回転するカム２５に頭部を当接してお
り、カム２５の１回転毎にプランジヤ２３は押し
下げられ、圧力室２６の燃料を加圧する。

圧力室２６は燃料タンク３９に連通する燃料供
給通路２８に連通しており、燃料供給通路２８に
介装され機関に同期して回転する燃料供給ポンプ
３７が燃料タンク３９内の燃料を圧力室２６に供
給するようになつている。

本体２１の下部には圧力室２６で加圧された高
圧燃料を図示しない燃料室に噴射するノズル２７
が形成される。

具体的にはノズル２７は圧力室２６と燃料通路
２９を介して連通するニードル室２７Ｄ、ニード
ルバルブ２７Ｃ、スプリング２７Ｂ、噴孔２７Ｅ
並びにスプリング室２７Ａから構成されており、
常時はスプリング２７Ｂがニードルバルブ２７Ｃ
を下方に付勢して噴孔２７Ｅを閉じているが、圧
力室２６の高圧燃料が燃料通路２９を介してニー
ドル室２７Ｄに伝わり、この圧力がスプリング２
７Ｂの付勢力（ノズル２７の開弁圧）に打ち勝つ
と、ニードルバルブ２７Ｃを上方に付勢して噴孔
２７Ｅを開き圧力室２６の燃料が噴孔２７Ｅから
噴射されるようになつている。

圧力室２６に連通する燃料供給通路２８からは
燃料逃し通路３１が分岐し、この燃料逃し通路３
１を開閉する計量弁３５が設けられる。

また、燃料供給通路２８のさらに上流（図で右
側）には、この燃料供給通路２８を開閉する弁装
置として電磁弁３６が介装される。電磁弁３６が
閉じると、後述のように計量弁３５も閉じるの
で、圧力室２６の高圧燃料は燃料逃し通路３１へ
と逃げることができず、ノズル２７に供給される
ことになる。

上記計量弁３５の弁体３５Ａは小径部と大径部
からなる段付きに形成され、小径部前面（圧力室
側）にシート部が設けられる。これに対して大径
部の背面には背圧室としてのスプリング室３５Ｂ
が形成され、このスプリング室３５Ｂに備えたス
プリング３５Ｃにより弁体３５Ａが図で左方（閉
弁方向）に付勢される。さらに弁体３５Ａには圧
力室２６からの高圧燃料をスプリング室３５Ｂに
導く圧力通路３５Ｄを穿設するとともに、この通
路３５Ｄの圧力室２６側には圧力調整用のオリフ
イス３５Ｅを形成している。

従つて、仮に電磁弁３６が開いたとすると、圧
力室２６からの高圧燃料の一部は計量弁３５の圧
力通路３５Ｄ、スプリング室３５Ｂから電磁弁３
６を経て燃料供給通路２８へ逃げる。この時圧力
調整用のオリフイス３５Ｅによつてオリフイス３
５Ｅの前後差圧が生じ（オリフイス３５Ｅの後の
スプリング室３５Ｂ側の圧力がオリフイス３５Ｅ
手前の圧力室２６側に圧力よりも低くなる）、こ
の前後差圧により大きな駆動力が生じ、この駆動
力により弁体３５Ａをスプリング３５Ｃに抗して
図で右方に迅速に移動し計量弁を開く。ここで前
後差圧による駆動力を損わないようにスプリング
３５Ｃの付勢力を決めており、計量弁３５が開く
と、高圧燃料は燃料逃し通路３１へ逃げ、ノズル
２７に達する燃料圧力を開弁圧以下に下げ、燃料
噴射を遮断するようになつている。

また、電磁弁３６を閉じると、スプリング室３
５Ｂの圧力が圧力室２６と同じ圧力まで上昇し、
オリフイス前後差圧がなくなる。この状態ではス
プリング室３５Ｂの燃料圧力が背圧として作用す
るので、弁体３５Ａの小径部前面と大径部背面の
受圧面積差に応じた駆動力が発生し、この力と閉
弁方向に付勢するスプリング力との合計で弁体３
５Ａを図で左方に移動して計量弁３５を閉じる。

前述の電磁弁３６は弁室３６Ａ、弁体３６Ｂ、
ソレノイド３６Ｃから構成され、ソレノイド３６
Ｃが制御回路４０からの信号により通電される
と、弁体３６Ｂが弁室３６Ａを閉じて閉弁し、通
電が解除されると開弁してスプリング室３５Ｂが
圧力を燃料供給通路２８に逃がすものである。

制御回路４０は機関の運転条件を検出する手段
（例えば機関回転数を検出する回転数センサ４１、
アクセルペダルの踏角を検出するアクセルセンサ
４２、機関の冷却水温を検出する水温センサ４
３、クランク角を検出するクランク角センサ等）
からの検出信号に基づき、機関運転条件に最適な
駆動パルス幅を持つ信号をソレノイド３６Ｃに出
力し、電磁弁３６を開閉制御する。

シリンダ２２の上部に形成される環状溝３２は
燃料戻し通路３３を介して燃料タンク３９に連通
するとともに、燃料逃し通路３１を介して計量弁
２５に、また燃料逃し通路３１から分岐する燃料
逃し通路３１Ａを介してスプリング室２７Ａにそ
れぞれ連通しており、余分な燃料を燃料タンク３
９に戻すようになつている。

また、燃料供給通路２８と燃料戻し通路３３と
を連通する通路に介装される圧力調整弁３８は燃
料供給通路２８の燃料圧力を所定値に保ち、所定
値以上になつた時は開弁して燃料を燃料戻し通路
３３に逃がすようになつている。

以上の構成による作用を第３図Ａ〜Ｅに基づい
て説明する。

燃料供給ポンプ３７により燃料タンク３９の燃
料は予圧され、燃料供給通路２８から、開弁して
いる電磁弁３６、計量弁３５を経て圧力室２６に
供給され、圧力室２６の圧力は燃料供給ポンプ３
７による供給圧力となつている（第３図Ａ参照）。
尚、第４図に示すように燃料供給通路２８と圧力
室２６とを、連通路４５で直接連通し、その間
に、通路２８から圧力室２６側へは流れるが逆方
向には閉となる逆止弁４６を介装すれば、より速
やかなプランジヤ２３の吸入行程を達成すること
ができる。

機関に同期して回転するカム２５によりプラン
ジヤ２３が下降し（第３図Ｂが下降始めの時点を
示す）、圧力室２６の燃料を加圧するが、この時
点では電磁弁３６は開いており、加圧される燃料
の一部はオリフイス３５Ｅ、圧力通路３５Ｄ、ス
プリング室３５Ｂから電磁弁３６の弁室３６Ａを
経て燃料供給通路２８へ逃げる。このためオリフ
イス３５Ｅの前後差圧が発生し、この前後差圧に
よる駆動力がスプリング３５Ｃに抗して弁体３５
Ａを図で右に駆動し、計量弁３５を開く。計量弁
３５が開くと、加圧された燃料は燃料逃し通路３
１へ逃げるので、ノズル２７は開弁圧以上になら
ず、燃料は噴射されない。

プランジヤ２３がさらに下降し、所定のクラン
ク角でソレノイド３６Ｃに通電し電磁弁３６が閉
じると、スプリング室３５Ｂの燃料は逃げる場所
がなくなるため、スプリング室３５Ｂの燃料圧力
が上昇し、オリフイス３５Ｅによる前後差圧がな
くなる。この前後差圧がなくなつた状態ではスプ
リング室３５Ｂに閉じ込められた燃料圧力が背圧
として作用するので、弁体３５Ａの小径部前面と
大径部背面の受圧面積差に応じた大きな駆動力が
発生し、この力が弁体３５Ａを図で左に移動さ
せ、電磁弁３６が閉じた所定時間経過後に計量弁
３５を閉じる。

ることができる。

この所定時間は弁体３５Ａの作動に生ずる応答
遅れであるが、スプリング室３５Ｃが弁体３５Ａ
の閉作動を助けることより、応答遅れ時間が短く
される。

このため圧力室２６の燃料は閉じ込められ、プ
ランジヤ２３の下降につれて圧力を増し、この高
圧燃料が燃料通路２９を介してノズル２７のニー
ドル室２７Ｄに伝わる。ニードル室２７Ｄの圧力
がニードルバルブ２７Ｃを下方に付勢するスプリ
ング２７Ｂの付勢力（ノズル２７の開弁圧）以上
になると、ニードルバルブ２７Ｃを上方に押し上
げて噴孔２７Ｅを開き、圧力室２６の高圧燃料は
図示しない燃焼室に噴射される（第３図Ｃ参照）。

プランジヤ２３がさらに下降し、所定のクラン
ク角でソレノイド３６Ｃへの通電をやめ、電磁弁
３６が開かれると、前述のように圧力室２６の高
圧燃料の一部がオリフイス３５Ｅ、圧力通路３５
Ｄを通して逃げることによりオリフイス３５Ｅに
前後差圧が生じ、この差圧による大きな駆動力が
スプリング３５Ｃに抗して計量弁３５を迅速に駆
動して開き、高圧燃料のほとんどを燃料逃し通路
３１に逃すので、燃料通路２９の圧力はすみやか
に下降し、ノズル２７の開弁圧以下となつて燃料
の噴射を停止する（第３図Ｄ参照）。

プランジヤ２３が最下点に達した後再び上昇を
始めると、圧力室２６の圧力が低下するため計量
弁３５は再び閉じるが電磁弁３６は開いており、
電磁弁３６からスプリング室３５Ｂ、圧力通路３
５Ｄ、オリフイス３５Ｅを経て圧力室２６に燃料
が供給される（第３図Ｅ参照）。

すなわち、燃料の噴射は電磁弁３６を閉じた所
定時間後から電磁弁３６を開くまでの間に行なわ
れることになる。

従つて電磁弁３６を開閉するソレノイド３６Ｃ
への通電時期並びに通電時間を運転条件に応じて
変えることにより、ノズル２７から噴射される燃
料の噴射時期並びに噴射量が制御される。

そして高圧燃料の供給を直接制御する計量弁３
５の開閉駆動は、オリフイス前後差圧による駆動
力により開き、スプリング室３５Ｂの燃料圧力と
弁体３５Ａの小径部前面と大径部背面の受圧面積
差の積にて定まる駆動力と閉弁方向に付勢するス
プリング力の合計で閉じるため、電磁弁３６とし
てはスプリング室３５Ｂの圧力を逃がしあるいは
閉じ込めるだけでよく大きな駆動力は必要としな
い。

従つて、電磁弁が計量弁として使われ、高圧燃
料を直接制御するために高い開弁力と速い応答速
度を要求される特開昭54−50726号公報と異なり、
電磁弁３６は小型で安価なもので良い。また燃料
供給ポンプにある程度（例えば５〜数10Kg／cm²）
の供給圧を要求され、計量弁を駆動するためのピ
ストンが必要である特願昭57−67980号と異なり、
燃料供給ポンプ３７は低圧の安価なもので良く、
ピストンも不要で構成が簡単である。

以上のように本発明によれば、高圧燃料の一部
を流すことにより前後差圧を生じさせ、この差圧
による駆動力で弁体の開作動を行い、また背圧と
弁体３５Ａの小径部前面と大径部背面の受圧面積
差から定まる駆動力と閉弁方向に付勢するスプリ
ング力との合計で弁体の閉作動を行い、弁装置は
背圧室の圧力を逃がすために使用しているので、
弁装置は小型で安価なものでよく、また同時に燃
料供給ポンプも低圧で安価なものでよく、コスト
ダウンが図れるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の概略構成図、第２図は第１
図の要部断面図、第３図は本発明の一実施例の概
略構成図で同図Ａ〜Ｅはそれぞれ作用を説明する
図、第４図は本発明の他の実施例の概略構成図で
ある。２０……ユニツトインジエクタ、２３……プラ
ンジヤ、２５……カム、２６……圧力室、２７…
…ノズル、２８……燃料供給通路、３５……計量
弁、３５Ａ……弁体、３５Ｂ……スプリング室、
３５Ｄ……圧力通路、３５Ｅ……オリフイス、３
６……電磁弁、３７……燃料供給ポンプ、４０…
…制御回路、４１……回転数センサ、４２……ア
クセルセンサ、４３……水温センサ。

Claims

【特許請求の範囲】

１機関に同期して回転するカム２５と、燃料供
給ポンプ３７により燃料供給通路２８を介して燃
料の供給される圧力室２６と、前記カム２５に応
動して圧力室２６の燃料を加圧するプランジヤ２
３と、圧力室２６を連通し開弁圧以上で開くノズ
ル２７と、前記圧力室２６と低圧側とを連通する
燃料逃し通路３１と、小径部と大径部を有する段
付きで形成されこの小径部前面で前記燃料逃し通
路３１を開閉する弁体３５Ａと、この弁体３５Ａ
を閉弁方向に付勢するスプリング３５Ｃと、前記
弁体３５Ａの大径部背面に形成される背圧室３５
Ｂと、この背圧室３５Ｂに前記圧力室２６からの
高圧燃料の一部を導く圧力通路３５Ｄと、この圧
力通路３５Ｄを絞るオリフイス３５Ｅと、前記背
圧室３５Ｂ上流の燃料供給通路２８を開閉する弁
装置３６と、機関の運転状態を検出する手段４１
〜４３からの信号に基づき前記弁装置３６を開閉
駆動する制御手段４０とを設けたことを特徴とす
る燃料噴射制御装置。