JPH0370113B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は可変量の燃料を可変タイミングをも
つて内燃機関のタイミングに噴射する燃料インゼ
クタに関するものである。

背景技術 市販されている燃料インゼクタの設計におい
て、低いコスト、高い性能および信頼性の基本的
目的がしばしば相反するため、普通最適よりも劣
るいくつかの特性が甘受されている。たとえば米
国特許第3544008号明細書に記載されているよう
なカム駆動ユニツトインゼクタは米国特許第
3577765号明細書に記載されているようにポンプ
から複数の噴射ノズルへの燃料の流れをメータリ
ングし時間調節するための単一の中心高圧ポンプ
およびデイストリビユータバルブを有するデイス
トリビユータ式燃料インゼクタシステムよりも高
価であるが、信頼性および正確性が高い。

高いエンジン効率および汚染緩和が要求された
とき、エンジン運転状態の変化に応じて燃料の噴
射タイミングを変えるためのいくつかの経済的手
段を設けねばならない。デイストリビユータ式燃
料インゼクタシステムは噴射時期が単一の中心位
置で制御されるため、このような制御は比較的進
んでいるということができる。しかしながらユニ
ツトインゼクタシステムでは噴射タイミングに対
する制御は普通各ユニツトインゼクタの変更が要
求され、これによつてシステムの全体のコストが
大きく増大される。

米国特許第2997994号および第2863438号明細書
にはユニツトインゼクタの可変タイミングを得る
ための相当簡単な機構によつてこのジレンマを解
決する試みの例が記載されている。特にこれら特
許明細書には消失する液圧リンクを使用し、カム
駆動燃料インゼクタプランジヤの有効長さを選択
的に変化させることが記載されている。しかしな
がらこれらの液圧タイミング制御の簡略化は液圧
リンクを完全膨張または完全消失モードで操作す
ることによつて達成されるだけである。したがつ
て噴射タイミングを段階的に変化させることがで
きるだけであり、必ずしもエンジンの運転のと
き、普通に生じる広い範囲の状態に適合しない。
液圧リンクを使用する場合も噴射タイミングの無
制限の変化を提供する試みには一般に液圧リンク
の大きさおよび消失のポイントを制御する機械的
ラツクが使用されていた。このような液圧的機械
的システムの例が米国特許第3847510号および第
409264号明細書に記載されている。そのほかの手
段によつてユニツトインゼクタのタイミングの無
制限変化を得るための技術の例が米国特許第
3035523号および第3083912号明細書に記載され、
この目的のための相当複雑な液圧構成が記載され
ている。しかしながらこれらのシステムにおいて
燃料の噴射タイミングおよび噴射量は送関関係を
持ち、互いに独立させて制御することはできな
い。

燃料の噴射タイミングおよび噴射量の独立制御
は燃料噴射内燃機関の高い効率、非汚染運転を達
成する上に重要である。しかしながらこのような
制御によつて信頼性および経済性を損なうことは
できない。米国特許第4249499号および第3951117
号明細書には噴射タイミングおよび噴射量に対す
る独立制御を達成するようにした燃料インゼクタ
が記載されている。各特許明細書には液圧可変圧
力信号に応答して噴射タイミングを制御する圧力
時間ユニツトインゼクタの例が記載されている。
企図された目的には有効であるが、米国特許第
4249499号および第3951117号明細書に記載されて
いるインゼクタは噴射タイミングおよび噴射量の
制御機能を完全に分離させるものではなく、しか
も複雑であり望ましいレベルの低いコストおよび
信頼性を得ることはできない。たとえば米国特許
第3951117号明細書に記載されているインゼクタ
の可変タイミングチヤンバおよび可変メータリン
グチヤンバは一定長さのシヤツトルピストンによ
つて分離されているだけであり、シヤツトルピス
トンの移動は一方のチヤンバの容量の変化に応答
し、他方のチヤンバの容量および流体の圧力に直
接影響する。米国特許第4249499号明細書に記載
されているシステムは無制限可変タイミングシス
テムであるが、タイミングチヤンバ、一対のスプ
リング付勢ピストンエレメントおよび普通のイン
ゼクタ本体の外側に配置された外方取付部材を有
する相当複雑な構成を設けることによつてこの目
的を達成することができるだけである。このよう
なシステムは市販されているインゼクタのコスト
を著しく増加させる。

インゼクタのタイミングに対し作用する液圧リ
ンクを使用したそのほかの形式のインゼクタがデ
ンマーク特許第56902号明細書および米国特許第
3029737号および第3782864号明細書に記載されて
いる。しかしながらこれらの明細書には燃料の噴
射タイミングと噴射量の両方をいかにして完全に
独立させて制御するかについては教示されていな
い。

要するに、これまで、燃料の噴射タイミングと
噴射量を独立させて制御することができるコスト
の低い燃料インゼクタは知られていなかつたもの
である。

したがつて、この発明は、燃料の噴射タイミン
グと噴射量を独立させて制御することができるコ
ストの低い燃料インゼクタを提供することを目的
としてなされたものである。

この発明によれば、サイクル毎に燃料源４８か
ら供給される燃料の圧力の関数としての可変量の
燃料を、各サイクルにおいてタイミング流体源５
４から供給されるタイミング流体の圧力の関数と
しての可変タイミングをもつて周期的に噴射する
ための燃料インゼクタ２であつて、 (a) 中央内孔１２および下端の噴射オリフイス１
４を有するインゼクタ本体１０と、 (b) 前記中央内孔１２内に順次取り付けられた上
方プランジヤ部分２６、中間プランジヤ部分３
０および下方プランジヤ部分２８を有する往復
運動プランジヤ組立体２４を備え、 [1] 前記下方プランジヤ部分２８と前記噴射オ
リフイス１４を有する前記インゼクタ本体１
０の下端間に噴射チヤンバ３４が形成され、
前記噴射チヤンバは各噴射サイクルの一部分
において前記燃料源４８と連通し、 [2] 前記上方および中間プランジヤ部分２６，
３０間にタイミングチヤンバ３２が形成さ
れ、前記タイミングチヤンバは各噴射サイク
ルの一部分において前記タイミング流体源５
４と連通し、さらに [3] 前記中間および下方プランジヤ部分２８，
３０間に補償チヤンバ３６が形成され、さら
に (c) 前記補償チヤンバ３６内に配置され、前記中
間プランジヤ部分３０を前記下方プランジヤ部
分２８の位置と関係のない力で上向きに付勢
し、前記下方プランジヤ部分２８を前記中間プ
ランジヤ部分３０の位置と関係のない力で下向
きに付勢する手段３８を備えたことを特徴とす
る燃料インゼクタが提供される。

この発明を実施するための好ましいモード 以下、この発明の実施例を図面について詳細に
説明する。

この発明の基本原理の理解を得る目的をもつて
第１Ａ図ないし第１Ｃ図に燃料を内燃機関のシリ
ンダに直接供給するため使用されるこの発明に従
つて構成された燃料インゼクタが示されている。
特に、第１Ａ図はロツカーアーム６およびプツシ
ユチユーブ８を有するカム駆動インゼクタ操作機
構４を介してカム（図示せず）によつて機械的に
操作される燃料インゼクタ２を示す。カムは内燃
機関の普通のカムシヤフト（図示せず）に取り付
けられ、燃料インゼクタ２によつて生じる燃料噴
射はエンジンシリンダ内のピストンの移動と時間
同期させることができる。

特に、第１Ａ図を参照すると、燃料インゼクタ
２は中央内孔１２および本体１０の下端の噴射オ
リフイス１４を含むインゼクタ本体１０を有す
る。この記載において、用語“上方”および“下
方”の部分はインゼクタがエンジンに取り付けら
れたときエンジンシリンダから遠いインゼクタの
部分およびエンジンシリンダに近いインゼクタの
部分を意味する。噴射オリフイス１４は一方側が
エンジンシリンダの内部に連通し、他方側が噴射
流路１６を介して中央内孔１２と連通するよう配
置されている。第１Ａ図に示されているように、
噴射オリフイス１４は常時は尖端バルブ組立体１
８によつて閉じられ、尖端バルブ組立体１８は軸
方向にスライドする尖端バルブ２０およびバルブ
スプリング２２を有し、バルブスプリング２２は
尖端バルブ２０を第１Ａ図に示されている位置に
付勢し、噴射流路１６内の燃料の圧力が予め定め
られたレベルに達すると、尖端バルブは第１Ｂ図
に示されているように上方に移動し、燃料が噴射
オリフイス１４を通り、エンジンシリンダ内に流
れることを可能にする。噴射オリフイス１４を通
る燃料の流れの量およびタイミングを独立させて
制御することがこの発明の目的である。

インゼクタ本体１０の中央内孔１２内に往復運
動プランジヤ組立体２４が取り付けられ、往復運
動プランジヤ組立体２４は上方プランジヤ部分２
６、下方プランジヤ部分２８および中間プランジ
ヤ部分３０を有する。上方プランジヤ部分２６が
スプリング（図示せず）によつて上方に機械的に
付勢され、プツシユチユーブ８、ロツカーアーム
６およびカム（図示せず）によつて下方に移動す
る。中間プランジヤ部分３０および下方プランジ
ヤ部分２８は上方プランジヤ部分２６と独立して
往復運動するよう取り付けられ、上方および中間
プランジヤ部分間のタイミングチヤンバ３２、下
方プランジヤ部分２８とインゼクタ本体１０の下
端間の噴射チヤンバ３４、中間および下方プラン
ジヤ部分間の補償チヤンバ３６を形成する。補償
チヤンバ３６に付勢手段３８が配置され、付勢手
段３８は中間プランジヤ部分３０を下方プランジ
ヤ部分２８の位置と関係のない力で上方に付勢
し、下方プランジヤ部分２８を中間プランジヤ部
分３０の位置と関係のない力で下方に付勢する。
付勢手段３８は上方圧縮スプリング４０、下方圧
縮スプリング４２および各圧縮スプリングの一端
を中央内孔１２内の固定軸方向位置に保持するた
めの径方向内向きの保持突起４６からなる保持手
段４４を有する。上方圧縮スプリング４０は保持
突起４６と中間プランジヤ部分３０間にのび、タ
イミングチヤンバ３２を消失させる。下方圧縮ス
プリング４２は保持突起４６と下方プランジヤ部
分２８間にのび、噴射チヤンバ３４を消失させ
る。

第１Ａ図に示されているように、燃料は燃料源
４８によつて燃料インゼクタに供給され、燃料源
４８は燃料をチエツクバルブ５２を有する燃料供
給流路５０によつて噴射チヤンバ３４に供給し、
チエツクバルブ５２は燃料が燃料源４８から噴射
チヤンバ３４内に流れ、逆方向に流れないよう構
成されている。第１Ａ図に示されているように、
タイミング流体をタイミング流体源５４からタイ
ミング流体供給流路５６に通し、タイミングチヤ
ンバ３２に供給することができ、タイミング流路
流体供給５６は第１Ａ図に示されているように、
上方プランジヤ部分２６の最も上方の位置に近接
した位置でタイミングチヤンバ３２と接続されて
いる。タイミング流体はタイミングチヤンバ３２
からタイミング流体ドレン流路５２を通つて排出
され、タイミング流体ドレン流路５８の一端は流
体ドレン６０と接続され、他端は各噴射サイクル
において限られた時間、すなわち上方プランジヤ
部分２６がその最も下方の位置に近接している時
間タイミングチヤンバ３２と連通する。補償チヤ
ンバ３６は補助流路６２を介して流体ドレン６０
と連通している。流体ドレン６０は低い比較的一
定の圧力（たとえば、5psiよりも小さい圧力）に
維持され、保持突起４６の上方および下方の両方
において補償チヤンバ３６は補償チヤンバ３６が
膨張および収縮するとき補助流路６２に流れる流
体で満たされる。

保持突起４６は下方プランジヤ部分２８の上向
きの延長部分６６が貫通する中央孔を有する。中
間プランジヤ部分３０の下向きの延長部分６８は
延長部分６６に向かつて突出し、上方プランジヤ
部分２６の下方ストロークのとき延長部分６６と
接触し、後述するように燃料噴射を開始させる。

燃料インゼクタ２がどのように作用するかにつ
いて理解を得るため、第１Ａ図ないし第１Ｃ図に
燃料インゼクタの種々の作用モードが示されてい
る。第１Ａ図は上方プランジヤ部分２６が操作カ
ム（図示せず）のセクタによつて決定される上方
位置にとどまつているときの燃料インゼクタを示
し、カムは最大量の燃料が噴射チヤンバ３４内に
導びかれ、メータリングされ、最大量のタイミン
グ流体（燃料であつてもよい）がタイミングチヤ
ンバ３２内に導びかれ、メータリングされること
を可能にするに必要な時間を提供するに十分な周
方向範囲を有する。噴射チヤンバ３４に流れる実
際量の燃料（矢印７０および７２によつて示され
ている）は燃料供給流路５０を通つて供給される
燃料の圧力（たとえば、10psi〜20psi）を変化さ
せることによつて制御することができる。下方圧
縮スプリング４２のスプリングレート（spring
rate）が実質上直線的であり、燃料供給流路５０
が十分に大きい場合、実際に噴射チヤンバ３４内
に導びかれ、メータリングされる燃料の量は燃料
源４８によつて供給される燃料の圧力に対し実質
上直線的になる。しかしながら、スロツトリング
オリフイスを燃料供給流路５０に設け、実際にメ
ータリングされる燃料の量をメータリング時間お
よび圧力の関数にすることもできる。この形式の
メータリング（いわゆるPTメータリング）は米
国特許第3951117号明細書に記載されているよう
に、他の形式のインゼクタ構成において知られて
いる。同様に、タイミングチヤンバ３２内に流れ
るタイミング流体の量（矢印７４によつて示され
ている）は上方圧縮スプリング４０およびタイミ
ング流体供給流路５６の特性の関数である。上方
圧縮スプリング４０が直線的スプリングレートを
もち、タイミング流体供給流路５６が十分に大き
い場合、タイミングチヤンバ３２内に導びかれ、
メータリングされる流体の量はタイミング流体源
５４によつて供給される流体の圧力（たとえば、
10〜50psi）の関数になる。スロツトリングオリ
フイスをタイミング流体供給流路５６に配置し、
メータリングされる流体の量がメータリング時間
および圧力の関数になるようにしてもよい。

上方プランジヤ部分２６の下方ストロークがタ
イミング流体供給流路５６を遮断するに十分な大
きさになると、タイミングチヤンバ３２内に導び
かれ、メータリングされる流体は上方および中間
プランジヤ部分２６，３０間に一定長さの液圧リ
ンクを形成する（タイミング流体は実質上圧縮さ
れないと仮定する）。

上方および中間プランジヤ部分２６，３０がさ
らに下方に移動すると、補償チヤンバ３６が消失
され、タイミング流体が補助流路６２（矢印７６
を通つて排出され、これによつて延長部分６６，
６８が直接機械的に接触する。この状態が第１Ｂ
図に示され、矢印７８，８０，８２は各プランジ
ヤ部分２６，２８，３０が同調し、一体プランジ
ヤのように動作することを示す。下方プランジヤ
部分２８の下方移動が開始されると、チエツクバ
ルブ５２が閉じられ、燃料のメータリングが中断
され、噴射チヤンバ３４内の燃料の圧力は尖端バ
ルブ組立体１８を開き、矢印８４によつて示され
ているように燃料が噴射流路１６および噴射オリ
フイス１４を通つて流れることを可能にするに十
分なレベルまで増加する。第１Ａ図および第１Ｂ
図を考慮すると明らかなように、上方プランジヤ
部分２６の各下方ストロークにおいて噴射が開始
される時間はタイミングチヤンバ３２に形成され
る液圧リンクの長さの関数になり、したがつて、
タイミング流体の圧力の関数である。スプリング
レートおよび上方圧縮スプリング４０の有効長さ
によつて決定される範囲内で噴射のタイミングを
タイミング流体の圧力の変化に応じて無制限に変
化させることができる。

第１Ｃ図に示されているように、噴射は下方プ
ランジヤ部分が噴射チヤンバ３４の底端に達した
とき完了する。特別な装置がない場合、しかしな
がら、下方プランジヤ部分２８が噴射チヤンバの
底端との衝撃によつて跳ね返り、燃料噴射が円滑
に遮断されない。従来は、わずかに圧縮するバン
パ（bump）をカム上に配置することによつてこ
の現象に対処していたが、この解決策は非常に高
い圧縮荷重がカム駆動インゼクタ操作機構全体に
加えられ、著しく摩耗が生じていた。圧縮バンパ
の必要を除去するため、タイミング流体ドレン流
路５８にスロツトリングオリフイス８６が設けら
れ、スロツトリングオリフイス８６はタイミング
チヤンバ３２内のタイミング流体がタイミング流
体ドレン流路５８を通つて排出されるとき非常に
高い圧力がタイミングチヤンバ３２内に生じるこ
とを保証する。スロツトリングオリフイス８６は
1981年12月31日付米国特許出願第336308号明細書
に記載されているようにカム駆動インゼクタ操作
機構の摩耗の自動補償作用も提供する。

互いに独立して動作する上方および下方圧縮ス
プリング４０，４２を補償チヤンバ３６内に設け
ることによつてメータリングされる燃料の量を各
サイクルにおいて実質上メータリングされるタイ
ミング流体の量から独立させることができる。こ
れは燃料の噴射タイミングおよび噴射量の両方に
対する簡単な信頼性のある制御を可能にする。

第２図は第１Ａ図ないし第１Ｃ図に示されてい
るこの発明の特徴を使用した燃料インゼクタ８８
の詳細な実施例の断面図である。さらに、燃料イ
ンゼクタ８８がそれを収容するための凹部９２を
有するエンジンヘツド９０の破断断面図と組合わ
せて示されている。凹部９２は軸方向に間隔を置
いた位置で燃料供給流路（一般にレールと呼ばれ
ている）９４、ドレン流路９６およびタイミング
流体供給流路９８を含む３つの内部流路と交差し
ている。各流路はマルチシリンダエンジンの複数
のインゼクタ収容凹部と交差する単一の内孔をド
リルで穿設することによつて形成することができ
る。各流路はシール手段によつて流体隔離され、
シール手段はインゼクタ本体１０６の内面を包囲
する凹部９２の３つの環状チヤンバ１００，１０
２および１０４を流体隔離する。特に、シール手
段はインゼクタ本体１０６の外面の対応環状凹部
に収容された銅ワツシヤ１０８および第20リング
シール１１０を有し、燃料供給流路９４を燃料イ
ンゼクタ８８と接続する環状チヤンバ１００を形
成している。Ｏリング１１０およびＯリング１１
２はドレン流路９６と燃料インゼクタ８８を接続
するための環状チヤンバ１０２を形成する。最後
のＯリング１１４はＯリング１１２とともにタイ
ミング流体供給流路９８を燃料インゼクタ８８と
接続するための環状チヤンバ１０４を形成してい
る。

インゼクタ本体１０６は上方銅部分１１６、下
方銅部分１１８、およびノズル組立体１２２を有
するマルチ要素によつて形成されている。第２図
に示されているように、ノズル組立体は尖端バル
ブ１２６（第１Ａ図ないし第１Ｃ図の尖端バルブ
２０に対応する）を収容するための軸方向内孔を
含むノズルハウジング１２４、バルブスプリング
１２８を収容するためのキヤビテイを含むスプリ
ングハウジング１２７、尖端バルブ１２６の上端
に連結されたスプリングシート１２９およびノズ
ルハウジング１２４とスプリングハウジング１２
７間に配置されたノズルストツパ１３０を有す
る。

カツプ形状の保持器１３２は上方銅部分１１
６、スプリングの保持手段１２０、下方銅部分１
１８、スプリングハウジング１２７、ノズルスト
ツパ１３０およびノズルハウジング１２４を軸方
向に重ね、緊密に係合させた状態に保持するよう
に構成されている。保持器１３２の下端に内向き
径方向フランジ１３４がノズルハウジング１２４
の肩部分と係合し、保持器１３２の内面の内ねじ
が上方銅部分１１６の下方部分の外ねじとねじ合
わされ、全体を緊密に係合させた状態に保持して
いる。燃料インゼクタ８８はクランプ（図示せ
ず）によつて適所に保持され、上方銅部分１１６
の上方の部分に設けられた径方向孔１３６に係合
する工具によつて取り外すことができる。

タイミング流体供給流路９８からの可変制御圧
力のタイミング流体が環状チヤンバ１０４と上方
銅部分１１６の中央内孔１４２間で上方銅部分１
１６に形成されたタイミング流体供給流路１４０
を通り、タイミングチヤンバ１３８に送られる
（第２図にその消失状態が示されている）。下方銅
部分１１８は中央内孔１４２と整合された中央内
孔１４４を有する。

中央内孔１４２および１４４に収容されている
往復運動プランジヤ組立体１４６は第１Ａないし
１Ｃ図の上方、下方および中間プランジヤ部分２
６，２８および３０にそれぞれ対応する上方プラ
ンジヤ部分１４８、下方プランジヤ部分１５０お
よび中間プランジヤ部分１５２を有する。さら
に、往復運動プランジヤ組立体１４６はプランジ
ヤスプリング１４７を有し、プランジヤスプリン
グ１４７は保持部分１４７ａによつて上方プラン
ジヤ部分１４８に連結され、上方プランジヤ部分
１４８を上方に付勢する。上方プランジヤ部分１
４８は環状凹部１５４を有し、環状凹部１５４は
タイミング流体供給流路１４０の上方に位置し、
往復運動プランジヤ組立体１４６とインゼクタ本
体１０６間から上方に漏れるすべてのタイミング
流体および燃料を受ける。漏れ流路１５６が環状
チヤンバ１０２への環状凹部１５４に近接した中
央内孔１４２に開口する位置から軸方向および径
方向に下方にのびている。上方銅部分１１６内に
含まれているタイミング流体ドレン流路１５８
（第１Ａないし１Ｃ図のタイミング流体ドレン流
路５８に対応する）が径方向流路１５８ａによつ
て形成され、径方向流路１５８ａは一端にスロツ
トリングオリフイス１５８ｂを有し、他端にねじ
プラグ１５８ｃを有する。タイミング流体ドレン
流路１５８はさらに環状チヤンバ１０２と接続さ
れた下向きの角度のある排出分岐管１６０を有す
る。

燃料は保持器１３２内の一対の対向する径方向
流路１６６を有する燃料供給流路１６４を通り、
噴射チヤンバ１６２（第２図に消失状態で図示さ
れている）に入る。径方向流路１６６から燃料は
スプリングハウジング１２７の頂面の円形溝１７
０に開口するスプリングハウジング１２７の径方
向流路１６８および軸方向流路に導かれる。径方
向流路１６８は供給圧力の燃料をスプリングハウ
ジング１２７の内部に供給し、燃料供給圧力を尖
端バルブ１２６に与える。燃料は軸方向流路の頂
端に配置されたチエツクバルブ１７２を通り、噴
射チヤンバ１６２に入り、スプリングハウジング
１２７、ノズルストツパ１３０およびノズルハウ
ジング１２４内の分岐管１７４ａ，１７４ｂ，１
７４ｃによつて形成されている噴射流路１７４を
通つて排出される。

第２図の燃料インゼクタの構造および作用の理
解を得る目的で第３ａ図に燃料インゼクタ８８の
中央部分の一部破断拡大断面図が示されている。
第３ａ図は中間プランジヤ部分１５２および下方
プランジヤ部分１５０間に形成された補償チヤン
バ１７６の状態を示す。エンジンドレン流路は一
定の低い圧力が維持されているため、補償チヤン
バ１７６は環状チヤンバ１０２から補助流路１７
８を通つて供給される燃料で満たされた状態に保
たれる。上方および下方圧縮スプリング１８０お
よび１８２は第１Ａ図ないし１Ｃ図に示されてい
る上方および下方圧縮スプリング４０および４２
と同様に構成されている。タイミングチヤンバ１
３８および噴射チヤンバ１６２に供給される圧力
変化に対する周知の信頼性のある応答性が得られ
るようにこれらのスプリングは慎重に選定され、
補償チヤンバ１７６の大きさは慎重に制御され
る。たとえば下方圧縮スプリング１８２の長さを
±0.001inに保持し、スプリングレート（spring
rate）を±２％に保持すると信頼性のある結果が
得られることが経験によつて知られている。下方
胴部分１１８の大きさａは±0.001inに保持すべ
きであり、保持手段１２０の大きさｂは±
0.001inに保持すべきであり、下方プランジヤ部
分１５０の大きさｃも±0.0015inに保持すべきで
ある。詰め金（shims）を使用すると、±0.005in
のスプリング長さおよび±0.6％のスプリングレ
ートを持つ低いコストのスプリングを使用するこ
とができる。下方プランジヤ部分１５０は上向き
の延長部分１８４を有し、延長部分１８４は保持
手段１２０の中央孔１８６を貫通する径の減少し
た部分１８４ａを有することに注意を払うべきで
ある。流体が保持手段１２０の上方および下方の
補償チヤンバ１７６に流れることを可能にするに
十分な径方向スペースが部分１８４ａと中央孔１
８６ｂ間に形成されている。上向きの延長部分１
８４の下側部分は中央孔１８６の径よりも大きい
径を持ち、これによつて噴射チヤンバ１６２の最
大容量を決定する下方プランジヤ部分１５０のた
めのストツパが形成されている。

第３Ａ図は燃料ドレン流路を含む下方胴部分１
１８を示し、燃料ドレン流路はスプリングハウジ
ング１７２の頂面の周方向溝１９２に向かつての
びる軸方向溝１９０と中央内孔１４４間にのびて
いる。下方プランジヤ部分１５０がその最も下方
の位置に近づくと径方向部分１９４ａおよび軸方
向部分１９４ｂを有する燃料ドレン流路延長部分
１９４が噴射チヤンバ１６２と燃料ドレン流路１
８８間を連通する流路を形成する。燃料ドレン流
路１８８の目的は噴射チヤンバ１６２内の圧力を
迅速に減少させ、噴射の積極的な、かつ信頼性の
ある終了を提供することにある。これはタイミン
グチヤンバの流体によつて生じる大きい“押し下
げ（hold down）”力の必要性も減少させ、カム
シヤフトの負荷を軽減させる。しかしながらスプ
リングハウジング１２７の上面に対する下方プラ
ンジヤ部分１５０の著しい衝撃速度を防止するた
め、スロツトリングオリフイスが燃料ドレン流路
１８８に形成されている。噴射チヤンバ１６２か
ら燃料ドレン流路１８８を通つて排出される燃料
を環状流路１０２を通つてエンジンドレン流路に
帰還させることができ、この好ましい試みは下方
胴部分１１８と保持器１３２間にシール１９６を
設け、スプリングハウジング１２７の外面と保持
器１３２の内面間に小さい間〓を設けることによ
つて燃料ドレン流路１８８および軸方向溝１９０
からの排出燃料供給流路に導き返す。

燃料インゼクタ８８の作用を理解するには第２
図、第３Ａ図および第３Ｂ図を参照すればよい。
特に第３Ａ図はタイミング流体がタイミングチヤ
ンバ１３８内に流れ、中間プランジヤ部分１５２
をタイミング流体の圧力に比例した距離だけ下方
に移動させる状態が示されている。同様に燃料は
燃料供給流路１６４を通りチエツクバルブ１７２
を通り噴射チヤンバ１６２内に導かれメータリン
グされる。実際に噴射チヤンバ１６２内に導かれ
メータリングされる燃料の量は燃料供給流路１６
４を通つて供給される燃料の圧力によつて決定さ
れる。

第３Ｂ図を参照すると、上方プランジヤ部分１
４８がその下方ストロークを完了し、上方プラン
ジヤ部分と中間プランジヤ部分１５２間に液圧リ
ンクが形成されるようタイミング流体供給流路１
４０が閉じられている噴射時期の終端の状態の燃
料インゼクタ８８が示されている。下方ストロー
クが継続されると、中間プランジヤ部分１５２の
下向きの延長部分１９８は下方プランジヤ部分１
５０の上向きの延長部分１８４と接触し、噴射を
開始させる。上方インゼクタ部分１４８の下方ス
トロークが継続されると、噴射チヤンバ１６２に
導かれメータリングされる実質上すべての燃料が
噴射流路１７４を通り噴射オリフイス２００から
排出される（第２図）。このとき、燃料ドレン流
路延長部分１９４が燃料ドレン流路１８８と合致
し、噴射チヤンバ１６２内の圧力は低下してお
り、噴射を迅速に終わらせる。燃料ドレン流路延
長部分１９４および燃料ドレン流路１８８を通つ
て排出される小さい量の燃料は燃料供給流路１６
４に再循環する。下方プランジヤ部分とスプリン
グハウジング１２７の上面が接触するとき、下方
プランジヤ部分の下方移動が終わる。

第３Ｂ図に示されているように下方プランジヤ
部分１５０をその最も下方の位置に保持するた
め、タイミング流体排出流路１５８は下方プラン
ジヤ部分１５０がその最も下方の位置に達する直
前に開かれるよう配置されている。したがつて、
タイミングチヤンバ１３８に導かれメータリング
されたタイミング流体はスロツトリングオリフイ
ス１５８ｂを通つて排出される。スロツトリング
オリフイス１５８ｂの大きさは上方プランジヤ部
分１４８の下方移動の残りの部分全体にわたつて
実質的押し下げ圧力が得られるように選定されて
いる。上方プランジヤ部分の大きさおよびタイミ
ング流体排出流路の位置は各噴射サイクルのとき
いくらかのタイミング流体が排出されることを保
証するよう選定されているため、この適当な押し
下げ圧力を保証するための技術は自動摩耗補償特
徴も提供する。したがつて、燃料噴射の遅れモー
ドでも少なくともいくらかのタイミング流体がタ
イミングチヤンバに導かれメータリングされ前述
した液圧押し下げ圧力を生じさせる。

第４図ないし第７図のグラフは前述した特徴に
従つて構成された実際の燃料インゼクタのモデル
に施された実験的テストの結果を示す。特に第４
図はタイミング流体のスロツトリング排出構造お
よび噴射チヤンバからのメータリングされた流体
の還流式排出構成を含む第２図、第３Ａ図および
第３Ｂ図に示されている形式のモデルの作用の３
つの分離したグラフを示す。特にプツシユチユー
ブ速度はプツシユチユーブ速度の確実な上昇およ
び降下を示し、プツシユチユーブ荷重は第４図に
示されているエンジンパラメータでの比較的早い
降下を示している。

第５図は提示された条件下で動作するテスト装
置（test rig）に装備されたときの第２および第
３Ａ図および第３Ｂ図に示されている形式の燃料
インゼクタのプツシユチユーブ荷重（曲線Ｘ）お
よびサツク（sac）圧力（曲線Ｙ）のグラフを示
す。サツク圧力は噴射オリフイス（200）の直前
の噴射チヤンバの燃料の圧力である。比較する目
的で普通の燃料インゼクタのサツク圧力が第５図
に曲線Ｚによつて示されている。曲線Ｚと曲線Ｙ
を比較すると、この発明に従つて構成された燃料
インゼクタによつて得られるサツク圧力はカミン
ズエンジンカンパニイによつて製造されている
PTDインゼクタのような市販の燃料インゼクタ
によつて得られる圧力よりも噴射のときの高い圧
力および鋭い遮断特性を持つことが明らかであ
る。

比較する目的で第６図は第５図に示されている
ものと同一の特性のグラフを示し、その燃料供給
圧力およびタイミング流体圧力は第５図に示され
ている遅れタイミング状態から第６図に示されて
いる進みタイミング状態に変化している。しかし
ながらこの発明に従つて構成された燃料インゼク
タのサツク圧力（曲線Y′によつて示されている）
は特性が曲線Z′によつて示されている普通のカミ
ンズPTDインゼクタのサツク圧力よりも高く、
迅速に降下する。

第７図は提示された条件下で動作するテスト装
置に装備され、タイミング圧力が15ないし70psi
に変化するときの噴射の開始および終了の実質的
リニアテイ（linearity）を示している。

産業上の利用性 前述した燃料インゼクタの構成は比較的簡単な
容易に製造することができる燃料インゼクタによ
つて燃料のメータリングおよび噴射のタイミング
に対する正確な独立した制御を得ることができ
る。このような燃料インゼクタは特に圧縮点火式
の幅広い内燃機関に使用することができる。この
燃料インゼクタは特にトラツク、自動車、他の形
式の自動車および固定動力装置の小さい圧縮点火
エンジンに適している。

以上説明したように、この発明によれば、往復
プランジヤ組立体２４の上方プランジヤ部分２
６、中間プランジヤ部分３０および下方プランジ
ヤ部分が２８がインゼクタ本体１０の中央孔１２
内に順次取り付けられ、下方プランジヤ部分２８
とインゼクタ本体１０の下端間に噴射チヤンバ３
４が形成され、インゼクタ本体１０の下端に噴射
オリフイス１４が設けられる。さらに、上方およ
び中間プランジヤ部分２６，３０間にタイミング
チヤンバ３２が形成され、中間および下方プラン
ジヤ部分２８，３０間に補償チヤンバ３６が形成
され、付勢手段３８が補償チヤンバ３６内に配置
され、補償チヤンバ３６内の付勢手段３８によ
り、中間プランジヤ部分３０が下方プランジヤ部
分２８の位置と関係のない力で上向きに付勢さ
れ、下方プランジヤ部分２８が中間プランジヤ部
分３０と関係のない力で下向きに付勢される。そ
して、各噴射サイクルの一部分において、タイミ
ングチヤンバ３２がタイミング流体源５４と連通
する。したがつて、タイミング流体がタイミング
チヤンバ３２に導かれ、その圧力によつて中間プ
ランジヤ部分３０が押し下げられる。さらに、各
噴射サイクルの一部分において、噴射チヤンバ３
４が燃料源４８と連通する。したがつて、燃料が
噴射チヤンバ３４に導かれ、その圧力によつて下
方プランジヤ部分２８が押し上げられる。したが
つて、その後、たとえば、カム駆動インゼクタ操
作機構４によつて上方プランジヤ部分２６を押し
下げると、タイミングチヤンバ３２のタイミング
流体を介して中間プランジヤ部分３０が押し下げ
られ、下方および中間プランジヤ部分２８，３０
が互いに係合する。第１Ａ図〜第１Ｃ図の実施例
では、下方および中間プランジヤ部分２８，３０
がその延長部分６６，６８を介して係合する。そ
の後、中間プランジヤ部分３０によつて下方プラ
ンジヤ部分２８が押し下げられ、燃料が噴射チヤ
ンバ３４から排出され、噴射オリフイス１４から
噴射されるものである。したがつて、燃料の噴射
タイミングについては、タイミング流体の圧力が
これに関係する。タイミング流体がタイミングチ
ヤンバ３２に導かれ、その圧力によつて中間プラ
ンジヤ部分３０が押し下げられるとき、タイミン
グ流体の圧力が高いほど、中間プランジヤ部分３
０の押し下げ量が大きく、タイミング流体の導入
量は大きい。そして、そのタイミング流体を介し
て中間プランジヤ部分３０が押し下げられる。し
たがつて、燃料の噴射タイミングは早い。反対
に、タイミング流体の圧力が低いほど、その導入
量が小さく、燃料の噴射タイミングは遅い。した
がつて、タイミング流体の圧力によつて燃料の噴
射タイミングを制御することができる。また、燃
料の噴射量については、燃料の圧力によつてこれ
が決定される。燃料が噴射チヤンバ３４に導か
れ、その圧力によつて下方プランジヤ部分２８が
押し上げられるとき、燃料の圧力が高いほど、下
方プランジヤ部分２８の押し上げ量が大きく、燃
料の導入量は大きい。したがつて、燃料の噴射量
も大きい。反対に、燃料の圧力が低いほど、燃料
の導入量および噴射量は小さい。したがつて、燃
料の圧力によつてその噴射量を制御することがで
きる。また、補償チヤンバ３６内の付勢手段３８
により、中間プランジヤ部分３０が下方プランジ
ヤ部分２８の位置と関係のない力で上向きに付勢
され、下方プランジヤ部分２８が中間プランジヤ
部分３０と関係のない力で下向きに付勢されるの
は前述したとおりであり、タイミング流体がタイ
ミングチヤンバ３２に導かれ、その圧力によつて
中間プランジヤ部分３０が押し下げられても、下
方チヤンバ部分２８はその影響を受けず、燃料が
噴射チヤンバ３４に導かれ、その圧力によつて下
方プランジヤ部分２８が押し上げられても、中間
プランジヤ部分３０はその影響を受けない。した
がつて、燃料の噴射タイミングと噴射量を独立さ
せて制御することができる。しかも、その構成が
簡単であり、コストは低く、所期の目的を達成す
ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図はこの発明にかかる燃料インゼクタの
上方プランジヤ部分がその最も上方の位置にあ
り、燃料およびタイミング流体が燃料インゼクタ
に流れている状態を示す横断面図、第１Ｂ図は第
１Ａ図の上方プランジヤ部分が下方ストロークを
開始し、噴射チヤンバに導かれメータリングされ
た燃料が噴射オリフイスを通つて排出される状態
を示す横断面図、第１Ｃ図は第１Ａ図および第１
Ｂ図の上方プランジヤ部分の下方ストロークのと
き、下方プランジヤ部分がその最も下方の位置に
達し、タイミングチヤンバの残りのタイミング流
体がスロツトリングオリフイスを通つて排出さ
れ、強い“押し下げ”圧力が下方プランジヤ部分
に生じている状態を示す横断面図、第２図は第１
Ａ図ないし第１Ｃ図に示されている燃料インゼク
タの基本的特徴に従つて構成された好ましい燃料
インゼクタの横断面図、第３Ａ図は第２図に示さ
れている燃料インゼクタのタイミング流体および
燃料の両方が噴射チヤンバおよびタイミングチヤ
ンバに導かれメータリングされている状態を示す
一部破断断面図、第３Ｂ図は第２図の下方プラン
ジヤ部分がその最も下方の位置に達した状態を示
す一部破断断面図、第４図はこの発明に従つて構
成された燃料インゼクタが設けられているエンジ
ンのクランクシヤフトの位置に対するプツシユチ
ユーブの荷重および速度を示すグラフ、第５図は
普通の燃料インゼクタと比較して示されているこ
の発明に従つて構成された燃料インゼクタのプツ
シユチユーブ荷重および噴射チヤンバサツク圧力
のグラフ、第６図はエンジンが第５図に示されて
いる状態と異なつた状態で駆動されているときの
普通の燃料インゼクタと比較して示されているこ
の発明に従つて構成された燃料インゼクタのプツ
シユチユーブ荷重およびサツク圧力のグラフ、第
７図はエンジン速度に対する燃料インゼクタの早
めおよび遅れ作用のための噴射の開始および終端
の変化のグラフである。 ２……燃料インゼクタ、１０……インゼクタ本
体、１２……中央内孔、１４……噴射オリフイ
ス、２４……往復運動プランジヤ組立体、２６…
…上方プランジヤ部分、２８……下方プランジヤ
部分、３０……中間プランジヤ部分、３２……タ
イミングチヤンバ、３４……噴射チヤンバ、３６
……補償チヤンバ、３８……付勢手段、４８……
燃料源、５４……タイミング流体源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ サイクル毎に燃料源４８から供給される燃料
   の圧力の関数としての可変量の燃料を、各サイク
   ルにおいてタイミング流体源５４から供給される
   タイミング流体の圧力の関数としての可変タイミ
   ングをもつて周期的に噴射するための燃料インゼ
   クタ２であつて、 (a) 中央内孔１２および下端の噴射オリフイス１
   ４を有するインゼクタ本体１０と、 (b) 前記中央内孔１２内に順次取り付けられた上
   方プランジヤ部分２６、中間プランジヤ部分３
   ０および下方プランジヤ部分２８を有する往復
   運動プランジヤ組立体２４を備え、 [1] 前記下方プランジヤ部分２８と前記噴射
   オリフイス１４を有する前記インゼクタ本体
   １０の下端間に噴射チヤンバ３４が形成さ
   れ、前記噴射チヤンバは各噴射サイクルの一
   部分において前記燃料源４８と連通し、 [2] 前記上方および中間プランジヤ部分２６，
   ３０間にタイミングチヤンバ３２が形成さ
   れ、前記タイミングチヤンバは各噴射サイク
   ルの一部分において前記タイミング流体源５
   ４と連通し、さらに [3] 前記中間および下方プランジヤ部分２８，
   ３０間に補償チヤンバ３６が形成され、さら
   に (c) 前記補償チヤンバ３６内に配置され、前記中
   間プランジヤ部分３０を前記下方プランジヤ部
   分２８の位置と関係のない力で上向きに付勢
   し、前記下方プランジヤ部分２８を前記中間プ
   ランジヤ部分３０の位置と関係のない力で下向
   きに付勢する手段３８を備えたことを特徴とす
   る燃料インゼクタ。 ２ シリンダ内を往復運動するピストンおよびこ
   のピストンと予め定められた位相関係をもつて往
   復動作するカム駆動インゼクタ操作機構４を有す
   る内燃機関のシリンダに燃料を噴射するための燃
   料インゼクタ２であつて、前記上方プンランジヤ
   部分２６は前記カム駆動インゼクタ操作機構４に
   よつて往復運動し、前記上方プランジヤ部分２６
   を燃料が噴射されるシリンダのピストンと固定位
   相関係をもつて往復運動させるようにした特許請
   求の範囲第１項に記載の燃料インゼクタ。 ３ 前記インゼクタ本体１０はタイミング流体供
   給流路５６を有し、前記タイミング流体供給流路
   の一端は前記タイミング流体源５４と連通し、他
   端は前記上方プランジヤ部分２６が前記中央内孔
   １２内の最も上方の位置に近接しているときだけ
   前記タイミングチヤンバ３２と連通する特許請求
   の範囲第２項に記載の燃料インゼクタ。 ４ 流体ドレン６０を有する内燃機関に使用する
   燃料インゼクタ２であつて、前記インゼクタ本体
   １０はタイミング流体ドレン流路５８を有し、前
   記タイミング流体ドレン流路の一端は前記流体ド
   レン６０と連通し、他端は前記上方プランジヤ部
   分２６が前記中央内孔１２内の最も下方の位置に
   近接しているときだけ前記タイミングチヤンバ３
   ２と連通するようにした特許請求の範囲第３項に
   記載の燃料インゼクタ。 ５ 前記インゼクタ本体１０は燃料供給流路５０
   を有し、前記燃料供給流路の一端は前記燃料源４
   ８と連通し、他端は前記噴射チヤンバ３４と連通
   する特許請求の範囲第３項に記載の燃料インゼク
   タ。 ６ 流体ドレン６０を有する内燃機関に使用する
   燃料インゼクタ２，８８であつて、前記インゼク
   タ本体１０，１０６は燃料ドレン流路１８８を有
   し、前記燃料ドレン流路の一端は前記流体ドレン
   ６０と連通し、他端は前記下方プランジヤ部分２
   ８，１５０が前記中央内孔１２，１４４内の最も
   下方の位置に近接しているときだけ前記噴射チヤ
   ンバ３４，１６２と連通するようにした特許請求
   の範囲第５項に記載の燃料インゼクタ。 ７ 前記下方プランジヤ部分２８，１５０は燃料
   ドレン流路延長部分１９４を有し、前記燃料ドレ
   ン流路延長部分の一端は前記噴射チヤンバ３４，
   １６２と連通し、他端は前記下方プランジヤ部分
   ２８，１５０が前記中央内孔１２，１４４内の最
   も下方の位置に近接しているときだけ前記燃料ド
   レン流路１８８と連通するようにした特許請求の
   範囲第６項に記載の燃料インダクタ。 ８ 前記燃料ドレン流路延長部分１９４は径方向
   部分１９４ａおよび軸方向部分１９４ｂを有し、
   前記軸方向部分１９４ｂは前記下方プランジヤ部
   分２８，１５０がその最も下方の位置に達したと
   き閉じられる特許請求の範囲第６項に記載の燃料
   インゼクタ。 ９ 前記付勢手段３８は上方圧縮スプリング４
   ０、下方圧縮スプリング４２および前記各圧縮ス
   プリング４０，４２の一端を前記中央内孔１２内
   の固定軸方向位置に保持するための保持手段４４
   を有し、前記保持手段は前記中央内孔１２内に径
   方向内方にのびる保持突起４６を含み、この突起
   は前記各圧縮スプリング４０，４２の一端に係合
   し、前記上方および下方圧縮スプリング４０，４
   ２はそれぞれ前記保持突起４６、前記中間プラン
   ジヤ部分３０および前記下方プランジヤ部分２８
   間にのびている特許請求の範囲第１項、第２項、
   第４項または第６項のいずれか一つの項に記載の
   燃料インゼクタ。 １０ 前記突起４６は中央孔を含み、前記中間プ
   ランジヤ部分３０は下向きの延長部分６８を有
   し、前記下方プランジヤ部分２８は上向きの延長
   部分６６を有し、前記延長部分６６，６８の少な
   くとも一方は前記突起４６の中央孔を貫通し、前
   記上方プランジヤ部分２６の各下方ストロークの
   とき前記各延長部分６６，６８が直接接触し、前
   記中間および下方プランジヤ２８，３０が前記延
   長部分６６，６８を介して互いに係合するように
   した特許請求の範囲第９項に記載の燃料インゼク
   タ。 １１ 前記インゼクタ本体１０，１０６は上方胴
   部分１１６と、前記保持手段４４，１２０によつ
   て前記上方胴部分１１６から間隔を置いて配置さ
   れている下方胴部分１１８と、噴射オリフイスを
   有するノズル組立体１２２と、前記上方胴部分１
   １６、前記下方胴部分１１８および前記ノズル組
   立体１２２を単一のユニツトに連結する保持器１
   ３２とを有する特許請求の範囲第１０項に記載の
   燃料インゼクタ。 １２ 前記ノズル組立体１２２は前記噴射オリフ
   イス２００が開かれる開位置と前記噴射オリフイ
   ス２００が閉じられる閉位置間を移動することが
   できる尖端バルブ１２６、および前記尖端バルブ
   １２６を前記閉位置に向かつて付勢し、前記噴射
   チヤンバ１６２内の燃料の圧力が予め定められた
   レベルに達したとき前記尖端バルブ１２６が前記
   開位置に移動することを可能にするバルブスプリ
   ング１２８を有する特許請求の範囲第１１項に記
   載の燃料インゼクタ。 １３ 前記上方胴部分１１６は洩れ流路１５６を
   有し、前記洩れ流路の一端は前記タイミングチヤ
   ンバ１３８の上方において前記中央内孔１４２の
   上方部分と連通し、他端は前記流体ドレン６０と
   連通し、前記上方プランジヤ部分２６，１４８は
   前記タイミングチヤンバ１３８の上方において前
   記中央内孔１４２内の上方に洩れる燃料およびタ
   イミング流体を回収するための環状凹部１５４を
   有し、前記環状凹部１５４は常時前記洩れ流路１
   ５６と連通し、洩れた燃料およびタイミング流体
   を前記洩れ流路１５６に導びくことができる軸方
   向位置に配置されている特許請求の範囲第１２項
   に記載の燃料インゼクタ。