JPH0362906B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料噴射式内燃機関の噴射時期を任意
に制御可能な燃料噴射装置に関する。

燃料噴射式内燃機関例えばデイーゼル機関にお
ける燃料噴射装置としては、特開昭54−50726号
公報或いはSAEペーパー750773に記載されたよ
うなユニツトインジエクタと称されるものがあ
る。

このものは通常の噴射装置のようにポンプと噴
射弁とを長い高圧パルスを介して連結する必要が
ないので、噴射率を容易に高くすることができ、
このため噴射時期のコントロールを容易化して、
排気エミツシヨン、燃費その他への影響を小さく
できる利点がある。

即ち前掲SAEペーパーに開示されたものを第
１図及び第２図に示すと、機関の回転に同期して
回転するカム１とロツカーアーム２とをプツシユ
ロツド３を介して連動させ、従動スプリング４に
抗して従動ロツド５をロツカーアーム２で押し下
げることにより、プツシユ６内でプランジヤ７を
押し下げ、圧力室８内の燃料を加圧する機構と、
フイルタ９よりスピルデフレクタ１０の周辺を通
して上部ポート１１、燃料逃がし孔１２乃至下部
ポート１３を経てプレツシヤチヤンバに燃料を送
り込む機構と、圧力室８で加圧された燃料を燃料
通路１４を経て圧力室１５に送り込み、この圧力
室１５の圧力上昇に伴つてスプリング１６に抗
し、ニードルバルブ１７をリフトさせてノズルチ
ツプ１８に設けた噴口１９から燃料を噴射する機
構と、コントロールラツク２０の変動に伴いギヤ
２１を回転させてプランジヤ７を回転させる機構
と、を備えてなる。そして、計量溝２２の上縁２
３及び下縁２４の位置、形状によつて噴射量と噴
射開始及び終了の時期を決めるよう、コントロー
ルラツク２０でギヤ２１を介しプランジヤ７を回
転させるようにしている。

従つて、かかる燃料噴射装置では、噴射量に応
答してプランジヤ回動位置が特定され、これによ
つて噴射時期が固定されてしまうものである。し
かも、このものによると最適噴射時期をすべての
機関運転条件において選択し、もつて排気性能及
び燃費の向上を図ることができないという不都合
があり、かつ装置そのものに高精度の機械加工が
要求されるものであつた。

本発明は上記不都合に鑑み、ユニツトインジエ
クタなる噴射装置の噴射量及び噴射時期を任意に
制御して、上記従来装置の不都合を解消すること
を目的とする。

そのために本発明では、機関回転に同期して往
復動するプランジヤにより、容積変化する主圧力
室と副圧力室の２つを設け、該主圧力室を燃料吸
入を許容する方向に取りつけられたチエツクバル
ブを介して吸入通路に接続すると共に、燃料噴射
通路に接続し、更に該主圧力室を低圧燃料源にリ
リーフする逃し通路にスプール弁を介装して、該
スプール弁の軸方向所定位置で前記逃し通路を開
通するように構成し、該スプール弁を前記副圧力
室内の圧力によつて位置制御する。即ち、前記主
圧力室と副圧力室との燃料圧力を常に受圧し、該
副圧力室の圧力が主圧力室の圧力に対して所定差
圧以上になつたときに副圧力室を低圧燃料源に開
放する制御弁と、前記燃料逃し通路をバイパスし
て主圧力室と低圧燃料源とを結ぶバイパス通路の
連通を開閉する計量弁と、機関運転状態検出装置
からの検出信号を入力して前記計量弁の開閉作動
を制御する制御装置と、を設けて、スプール弁の
位置制御を行い、もつて計量弁１個を開閉制御す
るだけで主圧力室の低圧源へのリリーフ時期を制
御して、燃料噴射時期及び燃料噴射量を任意かつ
高精度に制御でき、かつ、該計量弁には弁に加わ
る燃料圧力が低圧である時期に開閉されるため、
該計量弁の駆動電磁力が小さくでき電磁アクチユ
エータを小型化できる。

以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第３図〜第７図に示すユニツトインジエクタ３
１の第１プランジヤ３２は機関のクランク軸に同
期して回転するカム機構によつて、先の従来装置
の例と同様に或いは該カム機構によつて直接、シ
リンダ部３３内を押し下げられ、又従動スプリン
グ３４の弾性力によつて上動される。該第１プラ
ンジヤ３２の下端はユニツトインジエクタのバレ
ル部３７内に摺動自由に嵌挿された第２プランジ
ヤ３５の上端が、爪３６を介して連結され、第１
プランジヤ３２と第２プランジヤ３５とが一体に
往復動するように構成されている。そして第１プ
ランジヤ３２の下端外径は第２プランジヤ３５の
外径よりも大となつていて、第１プランジヤ３２
の往復動に従つて副圧力室３９の容積変化がなさ
れると共に、第２プランジヤ３５の下方に形成さ
れた主圧力室４０を第２プランジヤ３５の往復動
によつて、その容積変化を行うようになつてい
る。そして主圧力室４０には燃料タンク４２から
予圧ポンプ４３によつて予圧された燃料（低圧燃
料源）が吸入通路４４を通り、燃料吸入を許容す
る方向に取りつけられた４５を介して導入される
一方、副圧力室３９には同じく予圧ポンプ４３か
ら通路４６を介して燃料が導入される。

主圧力室４０、噴射通路４７を通じ、ノズルチ
ツプ部４８の噴口４９に連通しており、該噴射通
路４７を開閉する弁体としてのニードルバルブ５
０は噴射通路４７に設けた圧力室５１内の燃料圧
を受圧し、該燃料圧が所定値以上に上昇したとき
にニードルスプリング５２に抗してリフトするこ
とにより噴射通路４７を開通し、燃料を図示しな
い機関の燃焼室に噴射供給するようになつてい
る。

圧力室５１からニードルバルブ５０の周囲を経
て洩れる燃料は、スプリング室５３、スピル通路
５４を通じ、リターン通路５５を介し燃料タンク
４２内に還流されると共に、前記副圧力室３９、
主圧力室４０から夫々第１プランジヤ３２及び第
２プランジヤ３５の周囲を通つて洩れ出た燃料
は、同じくスピル通路５４の途中に設けた第１プ
ランジヤ３２外周の環状通路５６を介しリターン
通路５５に還流されるようになつている。

主圧力室４０の燃料圧力は、スプール弁６０を
介し、逃がし通路６１を通つて予圧ポンプ４３
（正圧燃料源）へリリーフされる。即ちスプール
弁６０はその外周に環状溝６２を有し、スプール
弁６０の軸方向所定位置で逃し通路６１を開通さ
せる弁で、該スプール弁６０の位置制御はその軸
方向両端の面積の等しい受圧面に面する制御室６
３及び背圧室６４の圧力差によつていずれか一方
向に移動され、若しくは停止されることになつて
なされる。かかる制御室６３、背圧室６４の圧力
制御は副圧力室３９内の燃料圧力と制御弁７０と
によつて行う。即ち、副圧力室３９と制御室６３
とを制御通路６５によつて連通接続し、該制御通
路６５を通路４６を介して低圧燃料源に接続し、
該通路４６を制御弁７０によつて開閉制御する。

制御弁７０は通路４６が閉塞状態でも副圧力室
３９内の圧力を受けるが、その受圧面積は開弁状
態の受圧面積よりも小さく、その背面側に形成し
た制御圧力室７１には制御弁７０を閉弁方向に付
勢するスプリング７２が介装されている。該制御
圧力室７１には主圧力室４０内の圧力が通路７３
を介して常に導入されており、該通路７３は計量
弁８０を介して低圧燃料源に接続される。即ち、
通路７３（燃料逃し通路６１をバイパスして主圧
力室４０と低圧燃料源とを結ぶバイパス通路）の
連通を開閉する位置に計量弁８０が介装される。
また前記背圧室６４は常に予圧ポンプ４３から送
られる低圧燃料が供給されている。

前記計量弁８０は、例えば機関のクランク角度
を検出するクランク角センサ等の機関回転速度を
検出するための回転センサ９１、例えばアクセル
ペダルの踏込角度を検出するアクセル開度センサ
等の負荷センサ９２及び機関冷却水温度を検出す
る水温センサ９３等の機関運転状態検出装置か
ら、機関運転状態検出信号を入力した制御装置と
しての制御回路９４が該機関運転状態に応じて最
適な燃料噴射量並びに燃料噴射開始終了を演算
し、その出力信号を電磁アクチユエータ９５に入
力してオン・オフ制御されるものである。尚図中
９８は予圧ポンプ４３から吐出される燃料圧力を
一定に制御するプレツシヤレギユレータである。

かかる構成の燃料噴射装置の作用を次に説明す
る。

機関回転に同期して第１プランジヤ３２及びこ
れと一体の第２プランジヤ３５が押し下げられる
と、主圧力室４０内の燃料は吸入通路４４及び噴
射通路４７内に圧送されるが、チエツクバルブ４
５が閉じるため、燃料は噴射通路４７を介し圧力
室５１に導かれ、ニードルバルブ５０をニードル
スプリング５２の弾性力に抗してリフトさせ、噴
口４９を開いて図示しない燃焼室に燃料が噴射供
給される。一方、第１及び第２プランジヤ３２，
３５が上動する吸入行程にあつては、圧力室５１
内の圧力が低下してニードルスプリング５２の弾
性力によりニードルバルブ５０が噴口４９を閉鎖
する。そしてチエツクバルブ４５を開弁して燃料
タンク４２内の燃料が予圧ポンプ４３を介し、吸
入通路４４を通じて主圧力室４０内に吸入される
のである。

そして前記第１及び第２プランジヤ３２，３５
の圧縮行程において、スプール弁６０はその制御
位置によつて環状溝６２を介し、逃し通路６１を
開通することによつて主圧力室４０内の圧縮燃料
を低圧燃料源側にリリーフし、燃料噴射終了時期
が決定される。一方、燃料噴射開始時期は計量弁
８０を閉弁することによつて行われる。また燃料
噴射量を決定する燃料噴射期間は、スプール弁６
０が逃し通路６１を開通する燃料噴射終了時期に
至るまでのスプール弁６０の軸方向移動ストロー
クであつて、スプール弁６０の左端位置に依存す
る。該スプール弁６０の左端位置は第１及び第２
プランジヤ３２，３５の吸入行程において、制御
弁７０が閉弁して副圧力室３９内に制御室６３の
燃料が吸入され、スプール弁６０を図で左方位置
に移動させることによつて制御され、その移動量
は制御弁７０の閉弁時期によつて制御される。そ
して、該制御弁７０の閉弁時期は、計量弁８０の
開弁によつて制御されるものである。

かかる燃料噴射装置の作用を作動行程の順に説
明する。

第３図は燃料噴射前の圧縮行程にある状態を示
す。即ち、このとき計量弁８０は開弁している。
従つて第１プランジヤ３２及び第２プランジヤ３
５が押し下げられて主圧力室４０内の燃料が押し
出されても、チエツクバルブ４５は閉鎖されてい
るが、計量弁８０が開弁して通路７３が低圧燃料
源へ連通しているため、該押し出された燃料は、
通路７３を通つて吸入通路４４側へリリーフされ
る。一方、副圧力室３９内の燃料は、制御弁７０
を、リリーフされた主圧力室４０内の圧力と、ス
プリング７２の弾性力と、に抗して開弁し、通路
４６を介して吸入通路４４内にリリーフされる。
つまりこのことは主圧力室４０内の燃料圧力が噴
射通路４７を介して圧力室５１に伝達されても、
その値が低圧であるためニードルバルブ５０をニ
ードルスプリング５２の弾性力に抗してリフトさ
せることはできない状態にあり、かつ副圧力室３
９内の燃料は、第１プランジヤ３２が押し下げら
れてもその中の燃料圧力が上昇せず、従つて制御
室６３に導入された副圧力室３９内の圧力と背圧
室６４に導入された主圧力室４０内の燃料圧力と
は等しくなり、スプール弁６０をいずれの位置に
も動かさない（但し、スプリング７２の弾性力分
だけ、制御弁７０を開弁する程度の副圧力室３９
内の圧力は、主圧力室４０内の圧力よりもわずか
に高く、このためスプール弁６０を図で右行させ
る傾向にあるが、スプール弁６０の摺動抵抗その
他燃料オイルの粘性抵抗のためスプール弁６０の
右行はほとんどない）。

つまり、第１及び第２プランジヤ３２，３５が
押し下げられても、燃料噴射のための有効ストロ
ークとはなり得ないのである。

次に燃料噴射の開始をするためには、前記回転
センサ９１、負荷センサ９２、水温センサ９３等
の機関運転条件に応じた燃料噴射開始時期を制御
回路９４が演算し、その出力信号を電磁アクチユ
エータ９５に供給して計量弁８０を閉弁する。こ
のため、主圧力室４０内の燃料は通路７３のリリ
ーフが計量弁８０で閉鎖され、吸入通路４４がチ
エツクバルブ４５によつて閉鎖されるため、噴射
通路４７を通じ圧力室５１内の燃料圧力が上昇し
てニードルスプリング５２の弾性力に抗し、ニー
ドルバルブ５０を開弁して噴口４９から図示しな
い燃焼室に燃料を噴射供給する。

これと同時に計量弁８０の閉弁作動により、制
御圧力室７１内の燃料圧力が上昇して制御弁７０
を図で左行させ、通路４６を閉弁する。かかる制
御弁７０の閉弁状態では、副圧力室３９側の受圧
面積が小さいため一旦閉弁された状態が確実に維
持され得る。

制御弁７０の上記閉弁によつて副圧力室３９内
の燃料は、制御通路６５を介して制御室６３内に
導入され、背圧室６４内の予圧ポンプ４３の吐出
圧力との差圧によつてスプール弁６０を図で右行
させる。

スプール弁６０が右行を続けて環状溝６２が逃
し通路６１を開通させると、主圧力室４０内の燃
料は該逃し通路６１を介して低圧側にリリーフさ
れる。その結果、圧力室５１内の燃料圧力が低下
しニードルスプリング５２の弾性力によつてニー
ドルバルブ５０を閉弁し、燃料噴射を終了する。

従つて燃料噴射期間はスプール弁６０の左端位
置から右行によつて環状溝６２が逃し通路６１を
開通するまでの期間となる。

次に第１及び第２プランジヤ３２，３５がカム
によるリフト作動を終了し、従動スプリング３４
の弾性付勢力で上動を始めると、副圧力室３９及
び主圧力室４０に燃料が吸入される。このとき主
圧力室４０にあつては、予圧ポンプ４３の熱料吐
出圧力との差圧によつてチエツクバルブ４５が開
いて燃料が吸入通路４４を介し導入される。また
副圧力室３９にあつては、吸入燃料を制御通路６
５を介して制御室６３内の燃料に求めることがで
きる。従つて、制御通路６５内の燃料圧に比べ、
チエツクバルブ４５を開弁するに足る主圧力室４
０内の熱料圧力が低下し該圧力が制御圧力室７１
に作用すると共に、制御弁７０の閉弁時の受圧面
積差によつて、スプリング７２の弾性力に抗し、
制御弁７０が図で右行し開弁される。ことため、
副圧力室３９内には開通した通路４６を通じて予
圧ポンプ４３からの低圧吐出燃料が導入される。

尚、吸入行程初期における制御弁７０の前記閉
弁は実際には制御弁７０が開弁する瞬間的なもの
であるから、副圧力室３９に制御室６３内の燃料
が導入されてスプール弁６０を左行するには至ら
ないと考えてよい。かかる吸入行程前期の状態を
第６図に示す。

このような吸入行程前期の状態は、第１及び第
２プランジヤ３２，３５が上動しても、スプール
弁６０を左行させるための有効ストロークとはな
らないことを示す。

次に吸入行程後期にあつては、計量弁８０を開
弁する。このため予圧ポンプ４３からの吐出燃料
は、通路７３を通つて主圧力室４０内に吸入され
ることができるから、チエツクバルブ４５はその
前後の差圧がなくなり閉弁する。その結果、制御
弁７０の制御圧力室７１内の燃料圧力が上昇して
制御弁７０を閉弁する。このためそれ以後、主圧
力室４０内には通路７３或いは多少開弁するチエ
ツクバルブ４５を介して、燃料が吸入される一
方、副圧力室３９内にあつては第１プランジヤ３
２が上昇すれば、その増大した副圧力室３９内に
スプール弁６０の制御室６３内の燃料が流入する
ようになり、このためスプール弁６０は左行す
る。そして、該スプール弁６０の左行は、第１プ
ランジヤ３２が上死点位置に来るまで継続する。
つまり、スプール弁６０の左端位置は、計量弁８
０を開弁した状態の位置からの、第１プランジヤ
３２のスプール弁６０を左行させる有効ストロー
クによつて決定されるのであり、ひいてはスプー
ル弁６０の左端位置はすでに計量弁８０を開いた
段階で決定されるのである。

かかる状態で再び第３図に示す第１及び第２プ
ランジヤ３２，３５の下降行程に入り、第４図に
示すように計量弁８０を閉鎖して通路７３を遮断
すれば、その時から燃料噴射が始まり、スプール
弁６０の右行に従つて燃料噴射がなされ、環状溝
６２が逃し通路６１を開通した段階で燃料噴射が
終ることになる。

上記から明らかなように、燃料噴射開始点は計
量弁８０の閉弁時であり、燃料噴射終了時点は環
状溝６２が逃し通路６１を連通する時点であり、
燃料噴射量即ち燃料噴射期間はスプール弁６０の
右行ストローク（クランク角度）となる。そして
その右行ストロークは、吸入行程における計量弁
８０開弁時期によつて決定される。

従つて機関運転条件に応じて制御回路９４が電
磁アクチユエータ９５を作動して計量弁８０の開
閉弁時期を制御することにより、本装置の燃料噴
射開始及び終了時期並びに燃料噴射量を任意に制
御可能となるのである。

上記装置におけるプランジヤリフト計量弁の開
閉作動、スプール弁作動、制御弁作動、圧力室内
圧力変動を第８図にタイムチヤートとして示す。

主圧力室４０内の燃料圧力を制御弁７０の制御
圧力室７１に導く通路は、本実施例の場合、スプ
ール弁６０の環状溝６２を介して構成したが、必
ずしもスプール弁６０を経由しなくてもよいこと
はいうまでもない。

以上述べたように、本発明によれば、機関運転
状態に応じて計量弁の開閉時期をコントロールす
るだけで、燃料噴射量及び燃料噴射時期を夫々独
立して任意に制御できるため、機関の運転状態が
いかに変化しようとも常に最適な燃料噴射率を得
ることができ、排気の洗浄化並びに燃費向上をよ
り一層図ることができるものである。

また本発明によれば、ニードルバルブ、第１及
び第２プランジヤ、主圧力室、副圧力室を同一線
上に配設し、その制御系統即ち制御弁、スプール
弁、計量弁、等をこれとは別に構成することがで
きるため、噴射弁の全高を低くでき、従つてエン
ジンの高さを低下させて車両のボンネツトを低く
し、視界を良好にすることが可能となる。更に、
計量弁はその開閉する通路が低圧のときに作動す
ればよく、従つて小型の比較的低出力の電磁アク
チユエータによつて作動が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料噴射装置を示す断面図、第
２図は同上の一部拡大断面図、第３図は本発明の
燃料噴射装置の一実施例を示す縦断面図で、図は
燃料噴射前のプランジヤ下降行程を示す、第４図
〜第７図は同上実施例の作動状態を示す図で、第
４図は燃料噴射状態を示し、第５図は燃料噴射終
了状態、第６図は燃料吸入行程前期、第７図は燃
料吸入行程後期の状態を夫々示す、第８図は同上
実施例の各構成部分の作動タイミングを示すタイ
ムチヤートである。 ３１……ユニツトインジエクタ、３２……第１
プランジヤ、３５……第２プランジヤ、３９……
副圧力室、４０……主圧力室、４２……燃料タン
ク、４３……予圧ポンプ、４４……吸入通路、４
５……チエツクバルブ、４６……通路、４７……
噴射通路、４９……噴口、５０……ニードルバル
ブ、５１……圧力室、５２……ニードルスプリン
グ、６０……スプール弁、６１……逃し通路、６
２……環状溝、６３……制御室、６４……背圧
室、７０……制御弁、７１……制御圧力室、７３
……通路、８０……計量弁、９１……回転セン
サ、９２……負圧センサ、９３……水温センサ、
９４……制御回路、９５……電磁アクチユエー
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 噴射通路４７内の所定値以上の燃料圧力を受
   けて該噴射通路４７を開弁する弁体５０と、 機関回転に同期して往復動するプランジヤ３
   ２，３５と、 該プランジヤ３２，３５の往復動に従つて容積
   変化し、かつ前記弁体５０上流の噴射通路４７に
   接続する主圧力室４０と、 一端が前記主圧力室４０に接続すると共に他端
   が低圧燃料源４２に接続される吸入通路４４に介
   装され、燃料吸入を許容する方向に取りつけられ
   たチエツクバルブ４５と、 前記主圧力室４０を低圧燃料源４２にリリーフ
   する逃し通路６１を軸方向所定位置で開通し、か
   つ一側受圧面が低圧燃料源４２に接続されると共
   に両側受圧面の面積が等しく形成されたスプール
   弁６０と、 前記プランジヤ３２，３５の往復動に従つて容
   積変化し、かつ前記スプール弁６０の前記低圧燃
   料源接続側とは反対側の受圧面に接続する副圧力
   室３９と、 一端に前記主圧力室４０の燃料圧力を他端に副
   圧力室３９の燃料圧力を常に受圧し、副圧力室３
   ９の圧力が主圧力室４０の圧力より所定差以上に
   なつた時に副圧力室３９を低圧燃料源４２に開放
   する制御弁７０と、 前記逃し通路６１をバイパスして主圧力室４０
   と低圧燃料源４２とを結ぶバイパス通路７３の連
   通を開閉する電磁駆動式の計量弁８０と、 機関運転状態検出装置９１，９２，９３からの
   検出信号を入力して燃料噴射量を演算し、該燃料
   噴射量に基づいて、前記計量弁８０を、前記プラ
   ンジヤ３２，３５が前記主圧力室４０の容積を拡
   大する方向に移動中の所定時期に開弁させ、前記
   プランジヤ３２，３５が前記主圧力室４０の容積
   を縮小する方向に移動中の所定時期に閉弁させる
   ように開閉作動を制御する制御装置９４と、を設
   けたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。