JPH04234561A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の上位概念部
分に記載の種類の内燃機関用燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来技術】燃料噴射装置内の直接噴射式噴射ポンプは
、押しのけ原理に従って作業し、内燃機関により駆動さ
れる。したがって、燃料供給量は、低回転数時には小量
となり、高回転数時には多量になる。つまり、燃料の噴
口の横断面積が一定の場合には、低回転数時には噴射圧
が小さくなり、高回転数時には大きくなる。このため、
低回転数時には燃料供給が不都合となる。これを防止す
るには、低回転数時に噴口の横断面積を小さくすればよ
い。

【０００３】したがって、これまでにも、噴口の横断面
積を２段階以上に分けて噴射圧に応じて拡大する提案が
なされている（ＤＥ−Ｐ３９４１１５１．６）。この提
案は、ニードル弁と、いわゆる追従ピストンとの間には
さまれた燃料のクッションにより生じる液圧ストッパに
よって実現される。この追従ピストンは、それぞれが１
つの閉止ばねによる負荷を受けている。その場合、個々
の閉止ばねの戻し力が相互に段階づけられている。追従
ピストンの移動距離は、ケーシングに固定されたストッ
パにより制限されている。噴射過程の開始時には、噴射
ポンプに利用される燃料圧力が、まず上昇し、その結果
、ニードル弁と固定結合された一次ピストンに対して燃
料により及ぼされ、かつ燃料クッションを介して追従ピ
ストンへ伝えられる合成力が、最低の力で予圧を与えら
れた追従ピストンの閉止ばねの力より大となる。このた
め追従ピストンは、ケーシングに固定されたそのストッ
パまで移動する。そのさい、ニードル弁が行なう部分行
程は追従ピストンの行程より小さい。この過程のさい、
ニードル弁の閉止ヘッドは弁座から離れ、かつまた、ノ
ズル本体の下方端縁に最も近い位置の噴口がノズル本体
から出て行くため、燃料の制限先立ち噴射量が僅かの圧
力で内燃機関の燃焼室内に達する。ニードル弁の一次ピ
ストンは、その最初の部分行程の終了時に、この一次ピ
ストンと分路ピストンとの間に存在する燃料クッション
を介して、最も近い位置の追従ピストンに突当る。この
追従ピストンは、閉止ばねによりいくぶん、より強く予
圧を与えられている。この追従ピストンは、上昇を続け
る燃料圧が前記閉止ばねの力を克服し、追従ピストンが
ストッパに当って退くまで、ニードル弁をその第１の部
分行程位置に保持する。ニードル弁は、いまや第２の部
分行程を行なう。この行程のさい、燃料は、より高い圧
力で、より大きい噴口横断面積を通って内燃機関の燃焼
内へ噴射される。この経過は、更に、別の追従ピストン
によって続けられることができる。このようにして、噴
射のために開放される噴口横断面積と噴射圧との関係が
互いに適応せしめられ、あらゆる回転数時に良好な、燃
料の霧化が達成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種の公知噴射ノズ
ルを用いた実験で明らかになった点は、噴口横断面が段
階的にしか開放されないため、噴射時間は、負荷が大き
い場合には比較的長くなる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による、請求項１
記載の特徴を有する燃料噴射装置は、次の効果を有する
。すなわち、ニードル弁により開放される噴口横断面と
噴射圧レベルとを変化させることができ、かつまた、内
燃機関の瞬間作動条件に最適適応させることができる。 これにより、低回転数の場合には、噴射された燃料がよ
りよく噴霧され、高回転数時には、燃焼室内への噴射ジ
エットの進入深さがより大となる。これによってまた、
一方では、噴射圧の範囲を制限できる結果、１０００バ
ールを超える噴射圧が避けられ、他方では、ノイズ発生
や、すす、窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）な
どの発生が低減される。

【０００６】請求項２以下の各項に記載の手段により、
請求項１に記載の燃料噴射装置を、効果的に改良するこ
とができる。

【０００７】本発明の第１実施例によれば、ニードル弁
により開放される噴口横断面は、負荷と回転数とに応じ
て調節される液圧ストッパにより確定される。この液圧
ストッパは、分路ピストンにより実現される。分路ピス
トンは、このピストン自体と、ニードル弁に結合された
圧力負荷面との間に燃料により生じるクッションを閉じ
込めており、分路ピストンの行程は、ニードル弁行程調
節器を介して内燃機関の回転数及び負荷に応じて調節可
能である。

【０００８】本発明によるニードル弁行程調節器は、有
利な一実施例によれば、分路ピストンの行程方向に調節
可能の調節部材と、この調節部材を制御する調節装置と
によって形成される。この調節装置は、調節部材の位置
を回転数と負荷とに応じて変化させる。調節部材は、分
路ピストン用のストッパを保持している。調節部材と分
路ピストンとの間には戻しばねが配置されている。

【０００９】噴射予定の燃料から分離された燃料クッシ
ョンは、更に次のような付加的な利点を有している。す
なわち、液圧ストッパが、全噴射過程の間か、又は噴射
過程の一部の間か、いずれかの間、選択的に解消するこ
とができる点である。この解消は、遮断弁を開くことで
可能になる。噴射開始時に閉じられている遮断弁が噴射
終了前に開くようにすると、噴射終了の頃に横断面全開
で噴射を行なうことができる。このようにして、全負荷
時に、ノイズ低減に効果的であるような一種の先立ち噴
射が実現できる。

【００１０】本発明の別の実施例によれば、開放される
噴口横断面と噴射圧レベルとを相互適応させるために、
圧力室内の燃料圧が主噴射開始前に回転数と負荷とに応
じて調節される。これによって、閉止ばねが液圧により
補助される。その場合、この補助は、当該燃料量が外部
に対し密封されるようにして行なわれる。この燃料量を
圧縮することにより、付加的な弾性が得られる。燃料圧
の調節により、閉止ばねの予圧力やばね特性線を、相応
に上昇もしくは下降させることができる。これによって
、また、低回転数時には、一定不変の噴口横断面の場合
より、開放された噴口横断面が小さくとも、より高い噴
射圧が得られる。

【００１１】噴射開始前にばねの予圧力を負荷及び回転
数に応じて確定することにより、噴射弁の開弁圧を特性
域に応じて制御することができる。噴射過程中に予圧力
を変更することにより、噴射される燃料量を特性域に応
じて付加的に制御できる。

【００１２】本発明の有利な一実施例によれば、圧力室
内の燃料圧の調節は、付加的に圧力室を、噴射ノズルと
接続された噴射ポンプに、切換え弁を介して接続するこ
とで実現される。ニードル弁の開弁方向に圧力負荷する
ために、ニードル弁のところには第１の圧力負荷面より
横断面の小さい第２の圧力負荷面が設けられている。第
２の負荷面は、噴射ポンプと接続された第２の圧力室内
に設けられている。第１の圧力負荷面の横断面は、第２
の負荷面のそれより大であるため、噴射ノズルは、切換
え弁が第１圧力室と噴射ポンプとの間の接続を断つまで
閉じたままである。この接続が断たれたのち、はじめて
第２圧力室内の圧力が第１圧力室内の圧力を上回り、こ
の結果、ニードル弁が開放される。要するに、切換え弁
は、噴射ポンプの供給開始後に第１圧力室と噴射ポンプ
との間の連絡路を開放状態にしておけば、それだけ多く
の燃料が第１圧力室内へ供給され、閉止ばねの予圧力が
強くなる。したがって、切換え弁の開放時間を介して噴
射ノズルの開弁圧を規定することができる。

【００１３】噴射ポンプと第１圧力室との間の連絡を先
立って遮断したのち再び切換え弁を開くと、ニードル弁
は第１の圧力負荷面を介して強制的に閉じられる。この
開弁は、したがって噴口前方の圧力とは無関係に行なわ
れる。噴射ノズルが閉じるさいには、このため圧力室内
には未だ高圧が存在しているので、噴霧は急激にカット
され、あとだれは生じない。

【００１４】システムの圧力を制限するため、本発明の
別の一実施例によれば、第１の圧力室と切換え弁との間
の連絡管に逃がし管へ向って開く逃がし弁が接続され、
連絡管内の圧力は約３００バールに制限されている。

【００１５】切換え弁を介して、既述のように、噴射燃
料量の制御が可能であると同時に、噴射時間を人為的に
先立ち噴射により延長できる。すなわち、切換え弁が、
噴射の間に短時間だけ第１圧力室と噴射ポンプとの間を
接続し、それによって噴射過程を中断する。これを可能
にするため、本発明の別の一実施例によれば、切換え弁
として、開放横断面の小さい急速電磁弁が用いられてい
る。

【００１６】

【実施例】次に本発明の実施例を添付図面につき詳説す
る。

【００１７】図１に略示した燃料噴射装置は、公知の形
式で燃料噴射ポンプ１０を有している。このポンプの内
室には、燃料タンク１２から燃料供給ポンプ１１により
燃料が供給される。噴射ポンプ１０は、図示されていな
いプランジャにより、内燃機関の作動パラメータに応じ
て配量された燃料を噴射圧で噴射ノズル１３へ供給する
。配量された燃料は、このノズル１３を介して内燃機関
燃焼室内へ噴射される。

【００１８】図２から分かるように、噴射ノズル１３は
ノズル本体１４を有している。ノズル本体１４は、直径
の小さい上方孔部分１８１と直径の大きい下方孔部分１
８２とを有する段付き中心孔１８を有している。

【００１９】ノズル本体１４の自由端部には、中心孔１
８を取囲む環状弁座１９が構成されている。ニードル弁
２１の閉止ヘッド２０が、この弁座１９と協働する。ニ
ードル弁２１は、上方孔部分１８１内では直接に、下方
孔部分１８２内ではニードル弁２１と固定結合された弁
スリーブ２２を介して、それぞれ軸方向に変位可能に案
内されている。弁スリーブ２２は、複数の噴口２３を有
している。これらの噴口２３は、ニードル弁２１と弁ス
リーブ２２との間に位置する環状通路２４と接続されて
いる。環状通路２４のほうは、弁スリーブ２２の半径方
向孔２５を介して、上方区域が弁スリーブ２２でふさが
れていない孔部分１８２と接続されている。孔部分１８
２のこの上方区域には、ノズル本体１４内を軸方向に延
びる供給孔２６が続いている。これら供給孔２６は環状
室２７から始まっており、環状室２７は、弁座１９とは
反対側の、ノズル本体１４の端側にみぞとして形成され
ている。この環状室２７からは、中間ブッシュ１５の壁
部内を燃料取入れ孔２８が延びている。この取入れ孔２
８は、ノズルホルダ１７内に続いており、ノズルホルダ
１７のところで、接続ねじ山３０を有する第１の接続孔
２９につながっている（図１）。この第１の接続孔２９
には、燃料噴射ポンプ１１と吸もどし弁３１とが接続さ
れている。吸もどし弁３１は、そのノーマル位置では接
続口２９を吸もどし管３２に接続し、その切換え位置で
は接続口２９を吸もどし管３２から遮断する。更に、中
間ブッシュ１５の壁部内には連絡通路３３が延びている
。この通路３３は、同じくノズルホルダ１７内を、接続
ねじ山３５を有する第２の接続口３４まで延び（図１）
、他端は中間ブッシュ１５の内室３６に、それもノズル
本体１４の側の下端区域に開口している（図２）。

【００２０】この内室３６と同軸的に、中間ブッシュ１
５の側の、ノズルホルダ１７の端側からは、袋孔３７が
延びている。この袋孔３６の内径は内室３６のそれにほ
ぼ合致する。袋孔３７の底部には、同軸的に中心孔３８
が形成され、この孔内をニードル弁行程センサ４０（図
１）の検知ピン３９が案内されている。加えて、袋孔３
７の底部には燃料もどし孔４１が開口している。中間ブ
ッシュ１５の内室３６内と、ノズルホルダ１７の袋孔３
７内には、内部孔４３を有するプランジャ４２が軸方向
に変位可能に案内されている。ニードル弁２１は、内部
孔４３を貫通し、袋孔３７内に位置する端部のところが
、ヘッド状に構成されたニードル弁端部を形状接続式に
取囲む固定キャップ４４を介してプランジャ４２のとこ
ろに固定されている。プランジャ４２は、閉止ばね４５
によって固定キャップ４４に押付けられる。閉止ばね４
５は、一端が中間ブッシュ１５の環状肩４６に支えられ
、他端がばねカラー４７を介してプランジャ４２に支え
られている。固定キャップ４４は形状接続式にニードル
弁２１のヘッド状端部に支えられている。これにより、
閉止ばね４５は、ニードル弁２１の閉止ヘッド２０を、
十分な押圧力をもって弁座１９に押圧する。圧力負荷面
４８は閉止ばね４５の力に抗して作用する。この負荷面
４８は、弁座１９と反対側の、弁スリーブ２２の端部に
形成され、燃料取入れ孔２８、環状室２７、供給孔２６
を介して孔部分１８２と環状通路２４とに噴射圧下の燃
料が供給されると直ちに、ニードル弁２１を変位させる
。ニードル弁２１の変位とともに閉止ヘッド２０が弁座
１９から離れ、噴口２３がノズル本体１４の孔部分１８
２から出て来る。これにより、燃料が燃焼室内へ噴射さ
れる。ニードル弁行程が長くなるにつれて、噴口横断面
が大きく開放される。このことは、軸方向に複数噴口２
３を並置することで可能になる。しかし、有利な実施例
の場合、４つの噴口２３が方形のスリットとして構成さ
れており、これらのスリットは０．６ｍｍの軸方向幅を
有し、弁座１９のところに位置する、弁スリーブ２２の
端部から０．３ｍｍ前方に終っている。

【００２１】ノズルホルダ１７内の第２の接続孔３４（
図１）は、ケーシング４９内に設けられた分路チャンバ
５０と接続され、チャンバ５０は分路ピストン５１によ
り制限されている。ケーシング４９内にはニードル弁行
程調節器５３の調節部材をねじ付け可能である。調節部
材は、ねじスピンドル５２として構成されている。ねじ
スピンドル５２は、分路チャンバ５０と同軸的な内ねじ
山５４にねじ付けられる。ねじスピンドル５２の端面は
、分岐ピストン５１の行程ストッパ６２を形成している
。ねじスピンドル５２は中心の袋孔５５を有し、この袋
孔５５内には、一端が袋孔底部に、他端が分路ピストン
５１に支えられた戻しばね５６が配置されている。ねじ
スピンドル４２は、歯車伝動部５７を介して、逆転可能
のサーボモータ５８により駆動され、サーボモータ５８
は電子式制御装置５９により制御される。制御装置５９
には、内燃機関の作動パラメータ、たとえば回転数や負
荷の値が送られ、更にはニードル弁２１の実際の開放行
程を検知するニードル弁行程センサ４０の出力信号が送
られる。制御装置５９は、サーボモータ５８用の制御電
圧を生ぜしめ、それによって、歯車伝動部５７を介して
ねじスピンドル５２が相応に調節される。分路ピストン
５１の行程は、こうして内燃機関の負荷と回転数に応じ
て決定される。

【００２２】分路ピストン５０は、横孔６０を介して燃
料供給ポンプ１１に接続されている。連絡管内には遮断
弁６１が設けられている。遮断弁６１は、そのノーマル
位置では、燃料供給ポンプ１１と分路チャンバ５０との
間を接続し、作業位置では、この接続を遮断するので、
分路チャンバ５０と、プランジャ４２の端面４２１によ
り制限される中間ブッシュ内室３６との間に閉込められ
た燃料量は隔離される。

【００２３】次に前述の燃料噴射ノズルの作用形式を述
べる：噴射過程の開始時には遮断弁６１は閉じられる。 次いで吸もどし弁３１が閉じられる。噴射ポンプ１０が
噴射圧下の燃料をノズル１３内へ供給する。段状の孔１
８の孔部分１８２内での燃料圧は、まず、弁スリーブ２
２の圧力負荷面４８に燃料が及ぼす合成力が閉止ばね４
５の力を克服する程度まで上昇する。ニードル弁２１が
開行程を開始し、その閉止ヘッド２０が外方へ向って弁
座１９から離れ、行程とは無関係の噴孔横断面がノズル
本体１４から出て来、燃料が噴射される。

【００２４】孔部分１８２内の燃料圧ｐに応じたニード
ル弁２１の行程の推移ｈを図３に示してある。ニードル
弁２１は行程ｈｏを行なう。その推移は、もっぱら閉止
ばね４５の特性線により決定される（特性線の分枝ａ）
。ニードル弁２１の行程のさい、プランジャ４２は連行
され、圧力負荷面として作用するプランジャ端面４２１
が、閉込められた燃料クッションを介して分路ピストン
５１を、ねじスピンドル５２のところのストッパ６２の
ところまで押しずらす。ニードル弁５１が行程ｈｏを完
了すると、分路ピストン５１がストッパ６２に密接する
。ニードル弁２１のそれ以降の行程の推移は、プランジ
ャ４２の圧力負荷面４２１と分路ピストン５１との間に
閉込められた燃料量の弾性によって決定される。ニード
ル弁２１の行程の推移は、図３の特性線分枝ｂに合致す
る。噴射口２３は、ニードル弁の行程に応じて多少の差
はあれノズル本体１４から出て来るので、噴射のために
開放される横断面は、ニードル弁２１に作用する圧力ｐ
に応じて変化する。制御装置５９とサーボモータ５８を
介して分路ピストン５１の行程ｄを調節することにより
、ニードル弁２１の行程ｈｏは、内燃機関の回転数や負
荷に応じて調節される。分路ピストン５１の行程ｈが小
さくなると、ニードル弁２１は、液圧ストッパにぶつか
るまでに、図３の行程ｈ´ｏないしｈ″ｏまでの行程距
離しか移動しない。噴射口の開放横断面は、相応に小さ
くなる。

【００２５】遮断弁６１が、噴射過程の終り頃に再び開
かれると、液圧ストッパが解消され、ニードル弁２１は
図３の特性線分枝ｃで示した行程を行なう。そのさい、
噴口横断面が全開される。このように、噴射過程開始時
に遮断弁６１を閉じ、終了前に開放することにより、前
負荷時に一種の先立ち噴射が実現でき、ノイズ低減の効
果が得られる。加えて、遮断弁６１を全噴射過程の間、
開放しておくこともできる。この場合には、液圧ストッ
パが働かず、ニードル弁２１は、もっぱら、閉止ばね４
５の特性線により規定される行程距離を、破線で示した
延長部を含む特性線分枝ａに従って噴口横断面が全開す
るまで移動する。

【００２６】分路チャンバ５０と分路ピストン５１とを
有するケーシング４９は、ノズルホルダ１７と一体に構
成するか、ノズルホルダ１７内に統合しておくことがで
きる。しかし、ケーシング４９は、有利には別個の構造
部品として構成し、多シリンダ内燃機関のすべての噴射
ノズルが接続されるようにする。図１には、４シリンダ
機関の別の噴射ノズルＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶへの接続管が
示されている。燃料噴射装置全体にとっては、必要な噴
射ノズル１３の数とは無関係に単一のニードル弁行程調
節器５３が必要となるだけである。

【００２７】図４には、燃料噴射装置の別の実施例の細
部構造を示してある。この噴射装置は、ＰＥ型又はＰＥ
Ｓ型の直列構造形式であり、噴射圧を発生させる燃料噴
射ポンプ、燃料を燃料タンクから吸込んで噴射ポンプの
吸込室へ送る機械式の供給ポンプ、機械式の回転数調整
器、噴射開始を回転数に応じて調節する噴射調節器を有
しており、これらすべてが一式の噴射集合装置にまとめ
られている。直接噴射用の噴射ポンプは、内燃機関の各
シリンダごとに１つのポンプ装置７０を有している。ポ
ンプ装置７０は、バレル７１とプランジャ７２とから成
っている（図４）。プランジャ７２は、ポンプケーシン
グ６９内に保持されたバレル７１内を軸方向に変位可能
に案内され、内燃機関のカム軸７３上の別々のカム７４
により行程運動を生ぜしめられる。プランジャ７２、バ
レル７１、ケーシング６９内にねじ込まれた圧力片７５
により、ポンプ作業室７６が画定されている。ポンプ作
業室７６は、圧力片７５内の軸方向孔７７と圧力管７９
とを介して噴射ノズル１３（図１と図２）の第１接続口
２９と接続されている。圧力弁７８は圧力管７９をポン
プ作業室７６から切離し、それによって除圧する役割を
有している。加えて、圧力管７９内の残留圧力を維持も
する。ポンプ作業室７６には、バレル７１内の吸込み孔
８０とケーシング８０内の燃料取入れ口８１とを介して
噴射ポンプの吸込み室から燃料が充填される。プランジ
ャ７２がコンスタントな行程を行なうので、その時々で
ポンプ作業室７６内で必要となる燃料充填量は、制御縁
を介して調節される。この制御縁は、プランジャ７２に
ら旋状の切欠き８２として形成されている。プランジャ
７２の下死点で、燃料が吸込み孔８０を介してポンプ作
業室７６内に流入する。上行するプランジャ７２が吸込
み孔８０を閉じ、燃料を圧力弁７８を介して噴射ノズル
１３へ圧送する。一定の行程高さに達すると、切欠き８
２がポンプ作業室７６を吸込み孔８０と連通させ、ポン
プ作業室７６内の燃料は、吸込み孔８０を介して吸込み
室へ流出する。この制御ののち、プランジャ７２は、上
死点に達するまで噴射ポンプ１３へ燃料を送らない。切
欠き８２の制御縁はプランジャ７２の周面を斜めに延び
ているため、プランジャ７２が制御終了までに進む距離
は、吸込み孔８０に対して制御縁がどの位置にあるかに
よって決まる。この位置は、プランジャ７２の回転によ
り変えられる。この操作は、プランジャ７２に回転方向
で作用する調節棒８３により行なわれる。調節棒８３は
調速機により操作され、調節スリーブ８４を介してプラ
ンジャ７２を回転させる。

【００２８】圧力部７５内には、半径方向孔８５が、軸
方向孔７７から接続口８６へ通じている。この接続口８
６には、２ポート２位置方向制御弁として構成された電
磁弁８７が、その一方の弁接続部８８と接続されている
。電磁弁８７の他方の弁接続部８９は、圧力管９０を介
してノズル１３（図１及び図２）の第２の接続口３４と
接続されている。圧力管９０には逃がし弁９１が接続さ
れ、逃がし弁９１は、約３００バールの圧力を超えると
、逃がし管９２の方向へ開放される。

【００２９】ポンプ装置７０により造出される噴射圧レ
ベルに対しノズル１３の噴口２３の瞬間開放横断面を相
互適合させるために、電磁弁８７によりニードル弁２１
のところに閉じ方向に作用する液圧反力が生ぜしめられ
る。この反力の値と噴射過程間の作用時期とは、内燃機
関の回転数と負荷とに応じて、また場合によっては別の
作動パラメータ、たとえば黒煙度やエンジン温度に応じ
て調節される。この調節は、制御装置９３を介して電磁
弁８７が開・閉位置に制御される結果、ニードル弁２１
の圧力負荷面４２１と電磁弁８７との間に存在する燃料
クッションを、ポンプ装置７０に接続するか、同装置７
０から切離すかすることで行なわれる。電磁弁８７が開
かれれば、圧力負荷面４２１に作用する圧力が、ポンプ
装置７０により造出される噴射圧に合致する。これによ
り閉止ばね４５の予圧力Ｆが高まり、その特性線は上昇
する。図５に示した線図は、噴射圧ｐとニードル弁２１
の行程ｈとの関係を示したものである。ニードル弁２１
に対す予圧力Ｆが前記の液圧により増大することにより
、閉止ばねのばね特性線と液圧反力とのいわば合計であ
る特性線は、より大きい圧力ｐのほうへ変位せしめられ
る（図５の矢印Ｆの方向）。図２の説明のところで挙げ
た噴口２３の寸法（ノズル本体端部からの間隔＝０．３
ｍｍ、軸方向スリット幅＝０．６ｍｍ）に応じて、噴口
２３は、行程ｈが０．３ｍｍになると開き始める。行程
ｈが０．９ｍｍになると、噴口横断面は全開する。この
２つの行程値の間には、図５に示した吐出特性線が生じ
る。この特性線は、回転数が増すと、矢印ｎ方向に変位
する。

【００３０】液圧による予圧力Ｆが一定の場合、ニード
ル弁２１は部分行程を行ない、作業点Ｉが得られる。予
圧力Ｆが高まると、作業点ＩＩが得られる。明らかに認
められる点は、低回転数時には、予圧力Ｆの増強により
噴射圧が高められる点である。圧力に応じて噴口横断面
を開放する措置がなされず、ニードル弁行程とは無関係
に噴口横断面がコンスタントな場合には、作業点ＩＩＩ
が得られることになろう。この作業点ＩＩＩでは、噴射
圧は著しく低くなろう。噴口圧及び噴口横断面をこの特
性域に応じて制御するには、制御装置９３を介して、無
電流時に開放される電磁弁８７が次のように制御される
：噴射過程の開始前には、電磁弁８７が開放され、噴射
ノズル１３内の圧力室３６がポンプ装置７０のポンプ作
業室７６と接続されている。ポンプ作業室７６内の圧力
は、ニードル弁２１の圧力負荷面４２１に閉じ方向で負
荷される。圧力弁７８の開放後、等しい圧力がニードル
弁２１の圧力負荷面４８に開方向で負荷される。圧力負
荷面４２１は、圧力負荷面４８より大きい横断面を有し
ているので、ノズル１３は閉じたままである。電磁弁８
７が閉じたのち初めて負荷面４２１に作用する圧力が、
上昇する噴射圧から切離され、段状の孔１８の孔部分１
８２内の圧力が十分に上昇すると、ニードル弁２１が開
方向に変位し、ノズル１３が開放される。要するに、燃
料噴射過程の開始前に電磁弁８７が開いたままとなる時
間の長さによって、負荷面４２１に加わる圧力が、また
ニードル弁２１に作用する予圧力Ｆが確定されうる。

【００３１】制御装置９３が電磁弁８７を制御するさい
の制御特性線を示したのが、図６の線図である。カム７
４のカム角αとプランジャ７２の行程推移との関係が、
先ず示されている。こ特性線は、符号ＨＰで示してある
。カム角αに対して、プランジャ７２の下死点は符号Ｕ
Ｔで、上死点は符号ＯＴで示されている。特性線ＱＳは
、切欠き８２によりプランジャ７２に形成される制御孔
の横断面を示している。この横断面が、ゼロより大であ
れば、ポンプ作業室７６には燃料が注がれることになる
。制御穴が閉じられると（横断面＝０）プランジャ７２
の供給行程が始まる。破線で示した特性線ＭＶは、電磁
弁８７の開放横断面を示している。見られる通り、電磁
弁８７は、プランジャ７２のＵＴ内で磁石の励磁が消え
ることにより開き、予圧時間ｔｖを経たのち、閉止パル
スにより閉じられる。既述のように、噴射圧と噴口横断
面を内燃機関の作動条件に適合させるため、予圧時間ｔ
ｖは、回転数に、負荷ｈＲ、更にはエンジン温度Ｔ、黒
煙度ＳＺに応じて制御される。これらの値は、すべて制
御装置９３に供給される。同時に、制御装置９３には、
カム７４の瞬間カム回転角αの値も供給される。制御装
置９３は、電磁弁の閉弁開始をカム回転角αを基準にし
て決定し、このカム回転角にポンプ装置７０が適合する
時点に電磁弁８７が閉位置に制御される。その場合、予
圧時間ｔｖの値が、ニードル弁２１に閉じ方向で作用す
る液圧反力Ｆの値を決定し、ひいては噴射弁１３の開弁
圧の値を確定する。図６に示したように、低回転数（ｎ
ｍｉｎ）時には予圧時間ｔｖが増大し、高回転数（ｎｍ
ａｘ）時には予圧時間ｔｖが減少する。内燃機関の回転
数ｎは、回転数センサ９４から制御装置９３に供給され
る。回転数センサ９４は、カム軸７３の回転角の変化を
検知するが、同時にカム回転角αを制御装置９３へイン
プットすることにも用いられる。内燃機関の負荷は調整
ロッド８３又はアクセルペダルにより減じられ、負荷セ
ンサ９５を介して電気的な実際値信号ｈＲとして制御装
置へ送られる。制御装置９３を介して、噴射圧と噴口横
断面とが適合せしめられるほかに、燃料噴射ノズル１３
から噴射される燃料量に影響を与えることができる。ポ
ンプ装置７０の供給終了を決める制御穴の制御前に（特
性線ＱＳがゼロより大きい値をとる）、電磁弁８７が開
かれると、圧力負荷面４２１に達する噴射圧により、供
給終了前に強制的にノズル１３が閉じられる。この時点
に未だ高い圧力が、弁座１９の前方の下方孔部分１８２
内に存在するので、ニードル弁２１が閉じるさいに噴射
ジェットは急激にカットされ、後だれは生じない。ニー
ドル弁２１が一行程を行ない、燃料が噴射されるカム角
度範囲が、図６に最低回転数の場合について符号αＳＤ
で示してある。予圧時間ｔｖの値に応じて、この角度範
囲は、カム角度が小さくなる方向へ増大する。

【００３２】制御装置９３により、加えて、先立ち噴射
を実現できる。すなわち、電磁弁８７が、燃料噴射の開
始後に短時間開弁されるのである。この目的のために、
図６の制御特性線に従って、電磁弁８７の閉弁後にカム
角度αのときに励磁を短時間停止することにより開弁位
置へ電磁弁８７が切換えられる。この先立ち噴射を実現
する前提となるのが、電磁弁８７の切換え速度が急速な
ことである。しかし、これは容易に実現可能である。電
磁弁８７は極めて小さな開口横断面を開閉するのみだか
らである。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料噴射ノズルを部分的に縦断面して示した燃
料噴射装置の略示図である。

【図２】図１の燃料噴射ノズルの部分縦断面図である。

【図３】図１及び図２の燃料噴射装置の場合に、ニード
ル弁行程ｈを噴射圧ｐの関数として示した線図である。

【図４】燃料噴射装置の別の実施例の構造を略示した部
分縦断面図である。

【図５】図４の燃料噴射装置について、閉止ばねの液圧
予圧力が異なる場合の、噴射圧ｐとニードル弁行程ｈと
の関係を示した特性線域の図である。

【図６】図４の燃料噴射装置について、制御カムの回転
角に関連する種々の制御特性線を示した図である。

【符号の説明】

１０　　　　燃料噴射ポンプ １１　　　　燃料供給ポンプ １２　　　　燃料タンク １３　　　　噴射ノズル １４　　　　ノズル本体 １５　　　　中間ブッシユ １６　　　　ユニオンナット １７　　　　ノズルホルダ １８　　　　段付き中心孔 １８１　　　　上方孔部分 １８２　　　　下方孔部分 １９　　　　弁座 ２０　　　　閉止ヘッド ２１　　　　ニードル弁 ２２　　　　弁スリーブ ２３　　　　噴口 ２４　　　　環状の燃料流入通路 ２５　　　　半径方向孔 ２６　　　　供給孔 ２７　　　　環状室 ２８　　　　燃料量取入れ孔 ２９　　　　第１の接続口 ３０　　　　接続ねじ山 ３１　　　　吸もどし弁 ３２　　　　吸もどし管 ３３　　　　連絡通路 ３４　　　　燃料取入れ口 ３５　　　　接続ねじ山 ３６　　　　内室 ３７　　　　袋孔 ３８　　　　中心孔 ３９　　　　検知ピン ４０　　　　ニードル弁行程センサ ４１　　　　漏れオイル穴 ４２　　　　プランジャ ４３　　　　内穴 ４４　　　　固定キャップ ４５　　　　閉止ばね ４６　　　　環状肩 ４７　　　　ばねカラー ４８　　　　圧力負荷面 ４９　　　　ケーシング ５０　　　　分路チャンバ ５１　　　　分路ピストン ５２　　　　ねじスピンドル ５３　　　　ニードル弁行程調節器 ５４　　　　内ねじ山 ５５　　　　袋孔 ５６　　　　戻しばね ５７　　　　歯車伝動部５７ ５８　　　　サーボモータ ５９　　　　電子式制御装置 ６０　　　　横孔 ６１　　　　遮断弁 ６２　　　　ストッパ ７０　　　　ポンプ装置 ７１　　　　バレル ７２　　　　プランジャ ７３　　　　カム軸 ７４　　　　カム ７５　　　　圧力部 ７６　　　　ポンプ作業室 ７７　　　　軸方向孔 ７８　　　　圧力弁 ７９　　　　圧力管 ８０　　　　吸込み孔 ８１　　　　燃料取入れ口 ８２　　　　切欠き ８３　　　　調節棒 ８４　　　　調節スリーブ ８５　　　　半径方向孔 ８６　　　　接続口 ８７　　　　電磁弁 ８８　　　　弁接続部 ８９　　　　弁接続部 ９０　　　　圧力管 ９１　　　　逃がし弁 ９２　　　　逃がし管 ９３　　　　制御装置 ９４　　　　回転数センサ ９５　　　　負荷センサ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　燃料噴射圧を生ぜしめる燃料噴射ポン
   プと、内燃機関の燃焼シリンダ内へ配量燃料を噴射する
   ための、燃料噴射ポンプと接続されたノズルとを有する
   内燃機関用燃料噴射装置であって、前記燃料噴射ポンプ
   が、弁座を有するノズル本体と、噴口の開閉のために弁
   座と協働するニードル弁とを有し、このニードル弁が、
   噴射圧を受けた燃料により噴口の開方向に、また閉止ば
   ねにより噴口の閉方向に負荷され、更に、このニードル
   弁の行程が噴口の瞬間流過横断面の大きさを規定する形
   式のものにおいて、ニードル弁（２１）に対して、噴口
   （２３）の閉方向に液圧による反力が作用し、この反力
   の大きさ及び（又は）作用時点が、噴射過程の間に内燃
   機関の回転数と負荷に応じて調節されることを特徴とす
   る、内燃機関の燃料噴射装置。
2. 【請求項２】　　液圧の反力を発生させるために、圧力
   負荷面（４２１）がニードル弁（２１）と接続されてお
   り、この圧力負荷面（４２１）が燃料を充填された圧力
   室（３６）を制限していることを特徴とする、請求項１
   記載の燃料噴射装置。
3. 【請求項３】　　圧力室（３６）が、分路チャンバ（５
   ０）と接続されており、このチャンバ内には軸方向に変
   位可能の分路ピストン（５１）が配置されており、この
   ピストンがピストン自体と圧力負荷面（４２１）との間
   に燃料を閉じ込めており、かつまた、分路ピストン（５
   １）の行程が、ニードル弁行程調節器（５３）を介して
   、内燃機関の回転数と負荷に応じて調節可能であること
   を特徴とする、請求項２記載の燃料噴射装置。
4. 【請求項４】　　ニードル弁行程調節器（５３）が、分
   路ピストン（５１）の行程方向に調節可能な調節部材（
   ５２）と、調節部材（５２）のところ及び分路ピストン
   （５１）のところに支えられた戻しばね（５５）と、電
   気式調節装置（５８，５９）とを有しており、前記調節
   部材（５２）が分路ピストン（５１）の行程区間内に位
   置するストッパ（６２）を保持しており、更に前記電気
   式調節装置（５８，５９）が調節部材（５２）の位置を
   、内燃機関の回転数と負荷に応じて変化させることを特
   徴とする、請求項３記載の燃料噴射装置。
5. 【請求項５】　　調節部材（５２）の位置がニードル弁
   行程を検知するニードル行程センサ（４０）の出力信号
   に応じて、付加的に、適応するように調整されることを
   特徴とする、請求項４記載の燃料噴射装置。
6. 【請求項６】　　噴射ポンプに燃料タンクから燃料を供
   給するための供給ポンプを備え、圧力室（３６）が燃料
   取入れ口（３４）を介して供給ポンプ（１１）と接続さ
   れており、かつまた、燃料取入れ口（３４）から燃料噴
   射過程の間に遮断可能であることを特徴とする請求項２
   から５までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
7. 【請求項７】　　燃料取入れ口（３４）が、遮断弁（６
   １）を介して供給ポンプ（１１）と接続されていること
   を特徴とする、請求項６記載の燃料噴射装置。
8. 【請求項８】　　遮断弁（６１）が、燃料噴射過程の間
   は閉じられていることを特徴とする、請求項７記載の燃
   料噴射装置。
9. 【請求項９】　　遮断弁（６１）が、燃料噴射過程の間
   に開かれたままであることを特徴とする、請求項７記載
   の燃料噴射装置。
10. 【請求項１０】　　遮断弁（６１）が、燃料噴射過程の
    開始と同時に閉じられ、噴射過程の終了前に再び開かれ
    ることを特徴とする、請求項７記載の燃料噴射装置。
11. 【請求項１１】　　遮断弁（６１）が２ポート２位置方
    向制御弁として構成されていることを特徴とする、請求
    項７から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
12. 【請求項１２】　　複数のシリンダを有する内燃機関の
    場合に、各シリンダに１個の燃料噴射ノズル（１３）が
    配属されており、かつまたすべてのノズル（１３）が唯
    一のニードル弁行程調節器（５３）と接続されているこ
    とを特徴とする、請求項３から１１までのいずれか１項
    記載の燃料噴射装置。
13. 【請求項１３】　　圧力室（３６）内の燃料圧が噴射過
    程の開始前に、内燃機関の回転数と負荷に応じて調節さ
    れることを特徴とする、請求項２記載の燃料噴射装置。
14. 【請求項１４】　　噴射圧を受けて噴口（２３）の開方
    向でニードル弁（２１）に作用する燃料が、ニードル弁
    （２１）のところに設けられた第２の圧力負荷面（４８
    ）に負荷を与え、この負荷面（４８）が、第１の負荷面
    （４２１）よりも小さい横断面を有し、噴射ポンプ（７
    ０）と接続された第２の圧力室（１８２）内に設けられ
    ており、また、第１の圧力室（３６）が、切換え弁（８
    ７）を介して噴射ポンプ（７０）と接続されており、切
    換え弁（８７）は、一方の弁位置でこの接続を遮断でき
    、更にまた、第１の圧力室（３６）内の圧力調節が、切
    換え弁の、遮断位置への切換えの時点を介して行なわれ
    ることを特徴とする、請求項１３記載の燃料噴射装置。
15. 【請求項１５】　　噴射ポンプ（７０）と第２の圧力室
    （１８２）との間の連絡路内に、所定圧力レベルで開く
    圧力弁（７８）が間そうされており、かつまた第１の圧
    力室（３６）から噴射ポンプ（７０）への連絡が、圧力
    弁（７８）を迂回して行なわれていることを特徴とする
    、請求項１４記載の燃料噴射装置。
16. 【請求項１６】　　第１の圧力室（３６）と切換え弁（
    ８７）との間の連絡路に、逃がし管（９２）の方へ開く
    逃がし弁（９１）が配置されていることを特徴とする、
    請求項１４又は１５記載の燃料噴射装置。
17. 【請求項１７】　　切換え弁が、ばねにより戻される戻
    し位置を有する２ポート２位置方向制御弁（８７）とし
    て構成されており、この弁（８７）が、制御されていな
    いノーマル位置では開かれ、制御された作業位置では閉
    じられており、かつまた、制御装置（９３）が弁閉鎖パ
    ルスを２ポート２位置方向制御弁（８７）へ送り、この
    パルスの開始が、内燃機関の回転数及び負荷、また場合
    によっては、その他のパラメータ、例えば黒煙度、エン
    ジン温度等に応じて定められていることを特徴とする、
    請求項１４から１６のいずれか１項記載の燃料噴射装置
    。
18. 【請求項１８】　　弁スリーブ（２２）が、弁座（１９
    ）の近くでニードル弁（２１）を取囲み、燃料流入通路
    （２４）を形成し、ニードル弁と固定結合されており、
    かつまた、弁スリーブ（２２）は、スリット形状の半径
    方向噴口（２３）を有し、これらの噴口は、ニードル弁
    行程が増すにつれてノズル本体（１４）の噴口横断面が
    大きく開放されるように配置され、かつ構成されている
    ことを特徴とする、請求項１から１７までのいずれか１
    項記載の燃料噴射装置。