JPH0459465B2

JPH0459465B2 -

Info

Publication number: JPH0459465B2
Application number: JP58016819A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Saito; Hiromichi Miwa; Akinobu Moryama
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-02-03
Filing date: 1983-02-03
Publication date: 1992-09-22
Also published as: JPS59141763A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、内燃機関、特に、デイーゼル機関
の燃料噴射装置に関する。

従来の燃料噴射装置としては、例えば米国特許
3516395号明細書に記載されたものがある。この
装置は、第１図に示すように、燃料タンク１と燃
料ポンプ２と、噴射ユニツト３と、該ユニツト３
のピストンストローク制御手段４と、から構成さ
れている。噴射ユニツト３は、大径シリンダ５内
に摺動自在に支持されたサーボピストン６と、小
径シリンダ７内に摺動自在に支持されたポンプピ
ストン８と、これらの両ピストン６，８が接する
ように付勢するスプリング９と、を有しており、
大径シリンダ５のサーボ圧力室１０には三方切換
弁１１を介して、また、小径シリンダ７のポンプ
作業室１２には電磁弁１３およびチエツク弁１４
を介してそれぞれ燃料ポンプ２から所定圧力下の
燃料が供給されるようになされている。また、ポ
ンプ作業室１２は図示していない噴射ノズルに連
通している。また、１５は大径シリンダ５のリー
ク室を示し、このリーク室１５に漏出した燃料は
燃料タンク１へ戻される。前記電磁弁１３は制御
回路１６によつて開閉制御され、また、前記三方
切換弁１１はサーボ圧力室１０と燃料タンク１ま
たは燃料ポンプ２とを選択的に連通する。なお、
１７は調圧弁である。前述した電磁弁１３、制御
回路１６、燃料ポンプ２、チエツク弁１４は全体
として噴射ユニツト３のピストン６，８のストロ
ークを制御するピストンストローク制御手段４を
構成している。

したがつて、このような燃料噴射装置にあつて
は、燃料ポンプ２によつて加圧された燃料は、一
方では三方切換弁１１を介してサーボ圧力室１０
に、他方では電磁弁１３を介してポンプ作業室１
２にそれぞれ供給され、サーボピストン６とポン
プピストン８との受圧面積に比例してポンプ作業
室１２内の燃料は増圧された後、噴射ノズルより
噴射される。

しかしながら、このような従来の燃料噴射装置
にあつては、サーボ圧力室１０への燃料の供給を
三方切換弁１１により制御する構成となつていた
ため、小型直噴式デイーゼル機関では、高速運転
時、特に、高周波数で燃料噴射を繰り返す場合、
以下の不具合が生じていた。すなわち、燃料噴射
時において、サーボ圧力室１０内の圧力と供給燃
料圧力との差を大きくとれないため（もし、これ
らの圧力差を大きくとるとすると、供給燃料圧力
が一定ならばサーボ圧力室１０内の圧力を小さく
とらねばならず、その結果、ポンプ作業室１２内
の圧力が大きくならない）、切換弁１１が大型化
したり、あるいは、該切換弁１１によつて制御さ
れるストロークの大きなスリーブ弁を介してサー
ボ圧力室１０内への燃料の供給を制御しなければ
ならず、燃料噴射装置そのものが大型化したり、
複雑な機構が必要となり、あるいは、高速運転を
制限しなければならないという問題点があつた。

この発明はこのような従来の問題点に着目して
なされたもので、燃料ポンプからサーボ圧力室へ
の燃料の給排を、油圧駆動の制御弁の開閉作動に
応動する高圧弁により切換制御することにより、
作動応答性を向上させ機関高速運転時の噴射制御
を可能とすることを目的としている。

この発明の構成は、小径シリンダに往復動自在
に収納されて該シリンダ内にポンプ作業室を画成
するポンプピストンと、ポンプピストンと連動す
るように大径シリンダに往復動自在に収納されて
該大径シリンダ内にサーボ圧力室を画成するサー
ボピストンと、これらのサーボ圧力室およびポン
プ作業室に所定圧力の燃料を供給する燃料ポンプ
と、ポンプ作業室内の燃圧に応動して開弁し燃料
を噴射する噴射ノズルと、を備えた燃料噴射装置
において、一方側に燃料ポンプからの燃圧を受け
る大径部を有し、燃料ポンプからサーボ圧力室へ
の燃料の供給を断続するよう開、閉弁するシート
部を有する高圧弁と、一方側に高圧弁の他方側に
当接し、サーボ圧力室と燃料タンクの連通を断続
するシート部を有するとともに、他方側に高圧弁
の大径部よりも大径の大径部を有し、開弁時、シ
ート部がサーボ圧力室と燃料タンクを連通して高
圧弁のシート部を閉弁させるとともに、閉弁時、
シート部がサーボ圧力室と燃料タンクの連通を遮
断して高圧弁のシート部を開弁させる制御弁と、
該制御弁の大径部および制御弁を摺動自在に収納
するシリンダによつて画成され、燃料ポンプおよ
び燃料タンクに連通される制御圧室と、該制御圧
室と燃料ポンプとを連通する第１切換位置および
制御圧室と燃料タンクとを連通する第２切換位置
に切換えられ、制御圧室の作動油圧の流れを切換
えることにより制御弁のシート部を開、閉弁させ
ることができる１つの切換弁と、該切換弁を第
１、２切換位置に切換えるタイミングおよび第
１、２切換位置にそれぞれ位置する時間を制御す
る制御手段と、を備え、前記切換手段が第２切換
位置に位置するとき、制御弁のシート部を開弁さ
せてサーボ圧力室を燃料タンクに連通するととも
に該位置に位置する時間を制御することにより、
燃料ポンプからポンプ作業室に供給される燃料量
を調整し、該切換弁を第２切換位置から第１切換
位置に所定のタイミングで切換え、制御弁のシー
ト部を閉弁させて燃料ポンプからサーボ圧力室に
燃料を供給することにより、ポンプ作業室を加圧
して該作業室内の燃料を噴射ノズルから噴射する
ようにしたことを特徴とするものである。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

第２図、第３図はこの発明に係る燃料噴射装置
の一実施例を示すものである。まず構成を説明す
ると、第２図において、２１は噴射ユニツトであ
るポンプノズルを示し、このポンプノズル２１
は、上部ハウジング２２に形成された大径シリン
ダ２３と、下部ハウジング２４に形成された小径
シリンダ２５と、ホルダ２６によつてこれらのハ
ウジング２２，２４に一体に組み付けられた噴射
ノズル２７と、を有している。

大径シリンダ２３内には摺動自在にサーボピス
トン３１が収納されており、このサーボピストン
３１によつて該シリンダ２３内の一端側に（図中
下端側に）低圧室３２が、同じく他端側に（上端
側に）サーボ圧力室３３が、それぞれ画成されて
いる。この大径シリンダ２３の一端側に固着され
て大径シリンダ２３より小径の小径シリンダ２５
内にはサーボピストン３１と同軸上に配設された
ポンプピストン３４が摺動自在に収納されてい
る。ポンプピストン３４の一端部は小径シリンダ
２５内にポンプ作業室３５を画成するとともに、
その他端部は大径シリンダ２３内に突出してサー
ボピストン３１の下端面に当接している。また、
サーボ圧力室３３には作用スプリング３６が縮設
されており、このスプリング３６によつてサーボ
ピストン３１およびポンプピストン３４は一体と
つて図中上下方向に往復動するようになされてい
る。

噴射ノズル２７は、ホルダ２６によつて下部ハ
ウジング２４の下端に固定されたノズルボデイ４
１と、ノズルボデイ４１に上下動可能に保持され
たニードルバルブ４２と、ノズルボデイ４１の先
端に形成された燃料噴射孔４３を閉止する方向に
リテーナ４４を介してニードルバルブ４２を付勢
するバルブスプリング４５と、を有している。バ
ルブスプリング４５はニードルバルブ４２の後端
側にスペーサ４６によつて画成されたスプリング
室４７に縮設されており、このスペーサ４６とノ
ズルボデイ４１との間には該バルブ４２のリフト
量を規制するストツパ４８が介装されている。４
９はノズルボデイ４１に形成された燃料溜であ
り、この燃料溜４９にはニードルバルブ４２のプ
レツシヤステージが位置している。また、５０は
燃料溜４９と前記ポンプ作業室３５とを連通する
高圧通路を示している。

５１は燃料タンク５２から燃料を吸い上げて所
定圧力（例えば200Kg／cm²）に加圧する燃料ポン
プであり、機関により駆動されるこの燃料ポンプ
５１からの加圧燃料は燃料供給路５３によつて前
記サーボ圧力室３３およびポンプ作業室３５にそ
れぞれ供給される。すなわち、加圧燃料はアキユ
ムレータ５４およびプレツシヤレギユレータ５５
によつて所定圧力に保持され、途中から三叉に分
岐した燃料供給路５３のうちの一つの分岐路５３
ａを介して高圧通路５０に、他の分岐路５３ｂを
介してサーボ圧力室３３に供給される。また、さ
らに他の分岐路５３ｃには切換弁としての三方電
磁弁５７の第１ポート５８に接続されている。５
９は前記分岐路５３ａに介装されたチエツク弁で
あり、このチエツク弁５９は高圧通路５０から燃
料供給路５３への燃料の逆流を妨げている。分岐
路５３ｂには高圧弁６１が介装されており、この
高圧弁６１は、分岐路５３ｂの内壁面に着座可能
な円錐状のシート部６２と、他方側に形成され分
岐路５３ｂ内に遊挿された小径部６３と、一方側
に形成され、燃料ポンプ５１からの燃圧を受ける
とともに外周面に複数の軸方向溝６４が形成され
分岐路５３ｂに摺動自在に（図中左右方向）支持
された大径部６５と、からなる。すなわち、高圧
弁６１は分岐路５３ｂを開閉して燃料ポンプ５１
からサーボ圧力室３３への加圧燃料の供給を断続
するものである。７１は高圧弁６１の開閉作動を
制御する制御弁であり、この制御弁７１は前記上
部ハウジング２２に形成されたシリンダ７２に摺
動自在（図中左右動可能）に収納されている。シ
リンダ７２には、その右端に形成されて分岐路５
３ｂの高圧弁６１とサーボ圧力室３３の途中に接
続された第１ポート７３と、その右端側に形成さ
れてリターン通路７４を介して燃料タンク５２に
接続された第２ポート７５と、その左端に形成さ
れて通路７６を介して前記三方電磁弁５７の第２
ポート７７に接続された第３ポート７８と、を有
している。また、制御弁７１の他方側に形成され
た大径部としての大径左端部Ａ（その径は前記高
圧弁６１の大径部６５の径よりも大きい）はシリ
ンダ７２の左端側に第３ポート７８が開口する制
御圧室７９を画成し、この制御弁７１の一方側に
形成されたシート部としての小径右端部Ｂは前記
第１ポート７３を開閉可能になされている。さら
に、この制御弁７１の右端面には前記高圧弁６１
の小径部６３の端面が当接している。すなわち、
これらの高圧弁６１と制御弁７１とは略同一軸線
上に配設されて作動油圧により一体となつて往復
動するようになされている。具体的には、制御弁
７１のシート部（小径右端部）Ｂは開弁時、第１
ポート７３を開放して分岐路５３ｂと第２ポート
７５を連通するとともに、高圧弁６１のシート部
６２を閉弁して分岐路５３ｂと燃料供給路５３と
の連通を遮断し、また、閉弁時、第１ポート７３
を閉塞して分岐路５３ｂと第２ポート７５の連通
を遮断するとともに、高圧弁６１のシート部６２
を開弁して分岐路５３ｂと燃料供給路５３を連通
するようになつている。前記三方電磁弁５７は、
スプリング８１と、スプリング８１によつて図中
下方に付勢されて前記第１ポート５８と第２ポー
ト７７との連通を遮断するアーマチユア８２と、
該アーマチユア８２を通電により図中上方に吸引
移動するソレノイド８３と、を有しており、該ソ
レノイド８３への通電は、アクセルセンサ８４、
クランク角センサ８５、水温センサ８６等の検出
信号により機関の運転状態を判別する制御手段と
しての制御回路８７によつてその通電時期および
時間が演算制御されている。また、８８はリター
ン通路７４に接続された第３ポートであり、この
第３ポート８８はソレノイド８３への通電時第２
図に示すようにアーマチユア８２によつて閉止さ
れる。したがつて、この三方電磁弁５７は、通電
時、アーマチユア８２が第１切換位置に切換えら
れて第３ポート８８を閉じ、非通電時、アーマチ
ユア８２が第２切換位置に切換られて第１ポート
５８を閉じ、第２ポート７７と第３ポート８８と
を接続連通し、その結果、前記制御弁７１の作動
油圧、すなわち制御圧室７９への高圧燃料の給排
を、切換えるものであり、このように高圧燃料の
給、排を切換えることにより制御弁７１のシート
部（小径右端部）Ｂは前述したように第１ポート
７３を開閉するように図中左右方向に移動するこ
とができる。また、前記リターン通路７４は前記
制御弁７１の第２ポート７５に接続される他、前
記低圧室３２および前記スプリング室４７、さら
に、小径シリンダ２５の軸方向中間部に開口する
逃しポート９１にそれぞれ接続されている。この
逃しポート９１は、前記ポンプピストン３４に形
成されて一端がポンプ作業室３５に、他端が該ピ
ストン３４の軸方向中間部に環状溝９２として開
口する逃し通路９３に、連通可能になされてい
る。すなわち、ポンプピストン３４が図示のよう
に上方位置にあるときは逃しポート９１と環状溝
９２との連通は遮断されているが、ポンプピスト
ン３４が所定ストロークだけ下降すると逃しポー
ト９１と環状溝９２とは連通することになる。

次に作用について説明する。

第３図ａ〜ｅは、それぞれ時間ｔに対するソレ
ノイド８３の電流値ｉ、制御弁７１のリフト量
Ｓ、サーボ圧力室３２の圧力Ｐ、ポンプピストン
３４の下降ストローク量Hp、ニードルバルブ４
２のリフト量H_oの関係を示している。

今、時点t₁まではソレノイド８３へ通電されて
おり、その結果、第２図に示すように、三方電磁
弁５７のアーマチユア８２は第１切換位置に位置
して第１、第２ポート５８、７７を接続し、制御
弁７１は制御圧室７９の油圧により第１ポート７
３を閉じ、高圧弁６１は分岐路５３ｂを開き、サ
ーボ圧力室３３に所定圧力（200Kg／cm²）の燃料
が供給されている。同時に、ポンプ作業室３５お
よび燃料溜４９にもこの圧力（200Kg／cm²）が作
用しているが、バルブスプリング４５によつてニ
ードルバルブ４２はリフトしておらず、燃料噴射
は行われていない。

まず、t₁時点において、ソレノイド８３への電
流ｉを遮断する（第３図ａ）と、アーマチユア８
２が第２切換位置に切換られてアーマチユア８２
の下動により第２、第３ポート７７，８８が連通
して制御圧室７９はリターン通路７２に連通し、
高圧弁６１の大径部６５への作用圧により所定遅
れ時間τ₁後、時点t₂にて制御弁７１が左動し（第
３図ｂ）（高圧弁６１も左動して分岐路５３ｂを
閉じる）、第１ポート７３を開きリターン通路７
４に連通したサーボ圧力室３３の圧力がさらに所
定遅れ時間τ₂経過後t₃時点より低下する（第３図
ｃ）。このため、燃料ポンプ５１からチエツク弁
５９を経てポンプ作業室３５に流入した燃料の圧
力によつてポンプピストン３４は第２図中上昇す
る（第３図ｄ）。すなわち、アーマチユア８２が
第２切換位置に位置する時間（パルス幅τp）に
おいてポンプ作業室３５内に燃料が蓄えられ、こ
の燃料が噴射量となる。この後、制御回路８７は
前述のt₁時点よりパルス幅τp時間経過後、所定の
タイミングt₄時点において、ソレノイド８３に再
び通電すると、アーマチユア８２が第１切換位置
に切換られて第１、第２ポート５８，７７を接続
し、所定遅れ時間τ₄経過後t₅時点で制御圧室７９
が分岐路５３ｃ、燃料供給路５３を介して燃料ポ
ンプ５１と連通して高圧（200Kg／cm²）が作用す
るため制御弁７１は右動して第１ポート７３を閉
じ、かつ、高圧弁６１を右動させてシート部６２
が分岐路５３ｂを開く。この結果、サーボ圧力室
３３は所定遅れ時間τ₅経過後t₆時点から圧力が急
上昇し、（第３図ｃ）、サーボピストン３１とポン
プピストン３４との受圧面積の差に比例した力に
よりポンプピストン３４は押し下げられる（第３
図ｄ）。すなわち、ポンプ作業室３５内の燃圧は
増圧されて燃料溜４９に作用する結果、所定遅れ
時間τ₆経過後t₇時点にてニードルバルブ４２がリ
フトし高圧化で燃料噴射が行われる（第３図ｅ）。
この後、ポンプピストン３４がさらに下降する
と、逃し通路９３が逃しポート９１に連通し、ポ
ート作業室３５の燃圧が急激に低下する。この結
果、ニードルバルブ４２は下降して燃料噴射孔４
３を閉じ噴射は終了する（第３図ｅ）。この噴射
期間は第３図ｅ中τ₈で示している。なお、ポンプ
ピストン３４の下降は所定時間τ₇だけ続き、t₈時
点にてゼロ位置（最下端位置）に至り、停止す
る。以後、上記サイクルが繰り返されることにな
る。

なお、噴射量を減少するのは、第３図中破線で
示すように、パルス巾τpを小さくしてニードル
バルブ４２のリフト時間τ₈を短縮すればよい。ま
た、噴射時期の変更はソレノイド８３への通電時
期t₄を変えるとよい。これらの変更は制御回路８
７により適宜機関の運転状態に応じて設定できる
ことはいうまでもない。

以上説明してきたように、この発明によれば、
一方側に燃料ポンプからの燃圧を受ける大径部を
有し、燃料ポンプとサーボ圧力室の連通を断続す
るシート部を有する高圧弁と、一方側に高圧弁の
他方側に当接し、サーボ圧力室と燃料タンクの連
通を断続するシート部を有するとともに、他方側
に高圧弁の大径部よりも大径の大径部を有する制
御弁と、を設け、サーボ圧力室への燃料の流出入
は制御弁並びに高圧弁のシート部の開閉により行
うため、制御弁の小さなストローク量で燃料の供
給を制御することができる。このため、切換弁の
動作に対する制御弁の動作遅れ時間を短縮可能と
なり、更に制御弁のシート部の面積を大きくする
ことができ、高圧弁のシート部のそれも大きくで
きるため、制御弁の動作に対する遅れ時間も短縮
可能となり、切換弁の動作に対するサーボ圧力室
内の圧力の上昇、下降時間を大幅に短縮でき、こ
れらの結果、作動応答性の向上による高速運転時
の噴射制御が可能となつた。また、切換弁を１つ
だけ設け、該切換弁によつて制御弁を作動してい
るので、噴射装置を小型化および軽量化すること
ができ、該装置のコストを低減することができ
る。また、アーマチユアを小型化できるできる結
果、ソレノイド等切換弁としての三方電磁弁を全
体として小型高応答性のものにすることができ
た。

さらに、上記実施例では、制御弁と高圧弁とを
別部材により形成したため、両弁間のセンタリン
グ精度は厳密さが要求されず、組付工程の簡略化
等により該燃料噴射装置そのものを極めて安価に
生産できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料噴射装置を示すその概略回
路図、第２図はこの発明に係る燃料噴射装置の一
実施例を示すその概略全体図、第３図は同装置の
作用説明図である。２３……大径シリンダ、２５……小径シリン
ダ、２７……噴射ノズル、３１……サーボピスト
ン、３３……サーボ圧力室、３４……ポンプピス
トン、３５……ポンプ作業室、５１……燃料ポン
プ、５２……燃料タンク、５７……三方電磁弁、
６１……高圧弁、６２……シート部、６３……小
径部、６５……大径部、７１……制御弁、７９…
…制御圧室、８７……制御回路（制御手段）、Ａ
……大径左端部（大径部）、Ｂ……小径右端部
（シート部）。

Claims

【特許請求の範囲】

１小径シリンダに往復動自在に収納されて該シ
リンダ内にポンプ作業室を画成するポンプピスト
ンと、ポンプピストンと連動するように大径シリ
ンダに往復動自在に収納されて該大径シリンダ内
にサーボ圧力室を画成するサーボピストンと、こ
れらのサーボ圧力室およびポンプ作業室に所定圧
力の燃料を供給する燃料ポンプと、ポンプ作業室
内の燃圧に応動して開弁し燃料を噴射する噴射ノ
ズルと、を備えた燃料噴射装置において、一方側
に燃料ポンプからの燃圧を受ける大径部を有し、
燃料ポンプからサーボ圧力室への燃料の供給を断
続するよう開、閉弁するシート部を有する高圧弁
と、一方側に高圧弁の他方側に当接し、サーボ圧
力室と燃料タンクの連通を断続するシート部を有
するとともに、他方側に高圧弁の大径部よりも大
径の大径部を有し、開弁時、シート部がサーボ圧
力室と燃料タンクを連通して高圧弁のシート部を
閉弁させるとともに、閉弁時、シート部がサーボ
圧力室と燃料タンクの連通を遮断して高圧弁のシ
ート部を開弁させる制御弁と、該制御弁の大径部
および制御弁を摺動自在に収納するシリンダによ
つて画成され、燃料ポンプおよび燃料タンクに連
通される制御圧室と、該制御圧室と燃料ポンプと
を連通する第１切換位置および制御圧室と燃料タ
ンクとを連通する第２切換位置に切換えられ、制
御圧室の作動油圧の流れを切換えることにより制
御弁のシート部を開、閉弁させることができる１
つの切換弁と、該切換弁を第１、２切換位置に切
換えるタイミングおよび第１、２切換位置にそれ
ぞれ位置する時間を制御する制御手段と、を備
え、前記切換手段が第２切換位置に位置すると
き、制御弁のシート部を開弁させてサーボ圧力室
を燃料タンクに連通するとともに該位置に位置す
る時間を制御することにより、燃料ポンプからポ
ンプ作業室に供給される燃料量を調整し、該切換
弁を第２切換位置から第１切換位置に所定のタイ
ミングで切換え、制御弁のシート部を閉弁させて
燃料ポンプからサーボ圧力室に燃料を供給するこ
とにより、ポンプ作業室を加圧して該作業室内の
燃料を噴射ノズルから噴射するようにしたことを
特徴とする燃料噴射装置。