JPH05157018A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 燃料噴射ポンプのプランジャの直径を大きく
したりあるいはカムのリフトを増すことなくしかも高圧
噴射を行なうことを目的とする。 ［構成］ 燃料噴射ポンプ２５のカムシャフト２９に取
付けられているカム３０を凹みカムから構成するととも
に、燃料噴射ポンプ２５の各ポンプユニット２６のデリ
ベリバルブ６４をスロットル型の高残圧弁から構成する
ようにし、しかも燃料噴射ノズル２０の圧縮コイルばね
４０のセット圧を大きくし、これによって燃料噴射ノズ
ル２０の開弁圧を１８０ｋｇ／ｃｍ² 以上の値に設定す
るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料噴射装置に係り、と
くに燃料噴射ポンプによって燃料を加圧するとともに、
加圧された燃料を噴射管を通して燃料噴射ノズルに供給
し、その噴口から燃料を噴射するようにした燃料噴射装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンはピストンを上死点
側へ移動させることによって、吸気を圧縮して高温の状
態にしておき、ピストンがほぼ上死点に達するのに同期
して燃料噴射ノズルから燃料を噴射するようにし、燃料
の噴霧を吸気の熱によって自然着火させて燃焼を行なう
ようにしている。従ってディーゼルエンジンには燃料噴
射ポンプが付設されており、この燃料噴射ポンプによっ
て燃料を加圧し、噴射管を通して燃料噴射ノズルに供給
するようにしており、この燃料噴射ノズルの噴口から燃
料をシリンダ内に噴射するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ディーゼルエンジンの
性能および排ガス改善のために、高圧噴射を行なうこと
が望ましい。燃料を高圧で燃料噴射ノズルの噴口から噴
射すると、良好な噴霧が形成され、空気との混合がより
良好に行なわれることにより、粒子状物質や煤の発生が
抑えられるようになる。そこで従来より、燃料噴射ノズ
ルの噴口の面積を小さくすることが試みられている。あ
るいは燃料噴射ポンプのカムのリフトを増大させ、さら
には燃料噴射ポンプのプランジャの直径を大きくして燃
料噴射ポンプの吐出圧力を高くするようにしている。し
かし燃料噴射ポンプの吐出圧力を上げるようにすると、
強度上の問題が発生し、あるいはまた燃料噴射ポンプの
架体の重量が増大し、さらにはコストが高くなる問題が
ある。

【０００４】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、とくに燃料噴射ポンプのカムのリフト
を増大させたりあるいはプランジャの直径を大きくした
りすることなく、しかも高圧噴射を達成するようにした
燃料噴射装置を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料噴射ポン
プによって燃料を加圧するとともに、加圧された燃料を
噴射管を通して燃料噴射ノズルに供給し、その噴口から
燃料を噴射するようにした燃料噴射装置において、前記
燃料噴射ポンプのカムシャフトに取付けられているカム
を凹みカムから構成するとともに、前記燃料噴射ポンプ
のデリベリバルブをスロットル型の高残圧弁から構成す
るようにしたことを特徴とする燃料噴射装置に関するも
のである。

【０００６】

【作用】本発明によれば、スロットル型の高残圧弁から
成るデリベリバルブによって、噴射管内の残圧が高い状
態で維持され、凹みカムによって高速でプランジャが突
上げられ、高い圧力伝播速度で燃料が圧送されることに
なり、高残圧に重畳されて燃料噴射ノズルに供給される
ようになる。従って燃料噴射ノズル側には高い圧力が加
わって高圧噴射が行なわれる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る燃料噴射装置
を備えるディーゼルエンジンの要部を示すものであっ
て、シリンダブロック１０には貫通孔から成るシリンダ
１１が設けられており、このシリンダ１１内にピストン
１２が摺動可能に配されている。そしてピストン１２は
ピストンピン１３によってコンロッド１４と連結される
ようになっている。

【０００８】シリンダ１１の上部開口はシリンダヘッド
１５によって閉塞されるようになっており、しかもこの
シリンダヘッド１５には吸気ポート１６と排気ポート１
７とがそれぞれ形成されている。これらの吸気ポート１
６および排気ポート１７はそれぞれ吸気バルブ１８およ
び排気バルブ１９によって開閉されるようになってい
る。またシリンダヘッド１５には燃料噴射ノズル２０が
取付けられており、ピストン１２の頂面に形成されてい
る燃焼室２１に向けて燃料を噴射するようにしている。

【０００９】燃料噴射ノズル２０は図２に示すように、
噴射管２４によって燃料噴射ポンプ２５の対応するポン
プユニット２６に接続されている。燃料噴射ポンプ２５
はメカニカルガバナ２７を備え、このメカニカルガバナ
２７によってコントロールラック２８を動かし、１回に
噴射される燃料の供給量を調整するようにしている。ま
た燃料噴射ポンプ２５はカムシャフト２９を備え、この
カムシャフト２９に取付けられているカム３０が各ポン
プユニット２６を駆動するようになっている。またカム
シャフト２９にはタイマ３１が設けられており、このタ
イマ３１によって噴射のタイミングを調整するようにし
ている。

【００１０】燃料噴射ノズル２０は図２に示すように、
その先端部がノズル本体３４から構成されており、この
ノズル本体３４の先端部に４〜１０個の噴口３５が形成
されている。そしてノズル本体３４はリテーナ３６によ
ってノズルホルダ３７に取付けられている。ノズル本体
３４内にはノズルニードル３８が摺動可能に保持されて
いる。そしてこのノズルニードル３８の上端は押圧ロッ
ド３９を介してノズルホルダ３７内の圧縮コイルばね４
０によって下方へ押圧されるようになっている。これに
よってノズルニードル３８はノズル本体３４に形成され
ているバルブシート４１に圧着され、燃料の遮断を行な
うようになっている。またノズルホルダ３７には噴射管
２４と連通する燃料通路４２が形成されている。この燃
料通路４２はノズル本体３４の燃料通路４３と連通され
るようになっている。燃料通路４３の終端には燃料だめ
５１が形成されている。

【００１１】押圧ロッド３９を押圧しているばね４０は
その上端がばね受け４４によって受けられている。そし
てこのばね受け４４の上端側には調整ねじ４５が取付け
られるようになっている。そしてこの調整ねじ４５はノ
ズルホルダ３７の内周面に形成されている雌ねじ４６と
螺合している。またノズルホルダ３７の側面側には突部
４８が形成されており、この突部４８には雄ねじ４９が
形成され、この雄ねじ４９と螺合する接続用ナット５０
によって噴射管２４がノズルホルダ３７に接続されるよ
うになっている。

【００１２】つぎに燃料噴射ポンプ２５の各ポンプユニ
ットの構成を説明すると、図３および図４に示すよう
に、プランジャ５４の下端部にはタペット５５が取付け
られている。そしてタペット５５は圧縮コイルばね５６
によって下方に押圧されており、これによってカム３０
の外周面に押付けられている。カム３０は図５に示すよ
うに、その外周面に凹部を有する凹みカムから構成され
ている。そしてプランジャ５４が摺動可能に嵌合してい
るバレル５７にはスピルポート５８が形成されるととも
に、このスピルポート５８とほぼ対向するように、プラ
ンジャ５４の外周面には傾斜溝５９が形成されている。

【００１３】バレル５７の外周側にはピニオン６０が回
転可能に支持されている。そしてこのピニオン６０には
コントロールスリーブ６１が固着されるとともに、この
コントロールスリーブ６１に形成されている切欠き６２
は係合板６３を受入れている。この係合板６３はプラン
ジャ５４に固着されている。

【００１４】各ポンプユニット２６の出口側には図６に
拡大して示すように、スロットル型のデリベリバルブ６
４が設けられており、ケーシング６５の下部に設けられ
ているバルブシート６６上に配されている。そしてコイ
ルばね６７によってデリベルバルブ６４はバルブシート
６６側に押圧されている。デリベリバルブ６４はその下
部に吸い戻し弁を備えず、スロットル型の高残圧弁を構
成している。

【００１５】つぎに以上のような構成に成る燃料噴射装
置の動作の概要を説明する。

【００１６】エンジンの出力の一部によってタイマ３１
を介してカムシャフト２９が駆動されると、図５に示す
ような形状の凹みカム３０の凹面がタペット５５のロー
ラを押上げることになり、これによってプランジャ５４
がバレル５７内を上方へ移動する。するとプランジャ５
４の頂面がスピルポート５８を閉じ、燃料の圧送を開始
する。プランジャ５４がさらに上方へ移動すると、やが
て傾斜溝５９がスピルポート５８に整合し、これによっ
てプランジャ５４の上側の空間の圧力が傾斜溝５９を通
してスピルポート５８側に逃げるようになり、燃料の圧
送が終了する。

【００１７】燃料噴射ポンプ２５のメカニカルガバナ２
７がコントロールラック２８を移動させると、ピニオン
６０が回転され、これによってコントロールスリーブ６
１が回転されるようになる。このコントロールスリーブ
６１の回転は切欠き６２および係合板６３を介してプラ
ンジャ５４に伝達され、バレル５７内においてプランジ
ャ５４が回転されることになる。従ってスピルポート５
８と整合する傾斜溝５９の位置によって決まる有効スト
ロークが変化するようになり、燃料の調量が行なわれ、
１回に噴射される燃料の供給量が制御されるようにな
る。また燃料噴射ポンプ２５のカムシャフト２９に設け
られているタイマ３１によって、カムシャフト２９の位
相角が制御され、燃料の噴射のタイミングが調整される
ようになっている。

【００１８】バレル５７内においてプランジャ５４が燃
料を圧送すると、デリベリバルブ６４が開かれ、噴射管
２４を通して燃料噴射ノズル２０に燃料が圧送されるよ
うになる。図２に示す燃料噴射ノズル２０の燃料通路４
２および４３を通して燃料だめ５１に燃料圧が加えられ
ると、ノズルニードル３８はロッド３９を介してばね４
０を圧縮しながら上方へ移動するようになり、これによ
ってノズルニードル３８の先端側の部分がバルブシート
４１から離れ、噴口３５を通して燃料が噴射されるよう
になる。燃料の圧送を終了すると、ばね４０の弾性復元
力によってロッド３９を介してノズルニードル３８が下
方へ押圧され、その先端部がバルブシート４１に圧着さ
れて燃料の噴射を停止する。

【００１９】燃料の噴霧は燃料噴射ノズル２０の噴口３
５から、図１に示すピストン１２の頂面に形成されてい
る燃焼室２１に向けて噴射されるようになる。そしてこ
の燃料の噴霧は、圧縮された吸気の熱によって自然着火
され、シリンダ１１内で燃焼が起り、ピストン１２が下
方へ押され、エンジンの出力が取出されるようになる。
そしてこの後に排気弁１９が開かれ、排気ポート１７を
通して排気ガスが排出されるようになる。

【００２０】このようにして燃料の噴射を行なう燃料噴
射装置において、燃料噴射ポンプのカムシャフト２９に
設けられているカム３０が図５に示すような凹みカムか
ら構成されており、凹面でタペット５５のフォロアを押
上げるようにしている。このような凹みカム３０による
と、図７に示すように、プランジャ５４の突上げの速度
が従来の燃料噴射ポンプよりも速くなり、プランジャ５
４の直径を大きくしなくても燃料圧を高くすることがで
きるようになる。

【００２１】またこの燃料噴射ポンプ２５のデリベリバ
ルブ６４は図６に示す高残圧弁から構成されている。こ
のような高残圧弁６４を用いることによって、図８に示
すように噴射が終ったときの噴射管２４内の噴射圧を高
めることが可能になる。すなわち噴射管２４内に残留す
る燃料圧を高めるようにし、好ましくは７０〜２２０ｋ
ｇ／ｃｍ² の範囲の残圧としている。そしてこの残圧に
つぎの噴射時の燃料圧を重畳することにより、より高い
噴射を可能にしている。

【００２２】燃料噴射ノズル２０の開弁圧は、図２に示
すノズルホルダ３７内に組込まれている圧縮コイルばね
４０によって設定される。ばね受け４４を介して調整ね
じ４５をねじ込むことによって圧縮コイルばね４０を圧
縮すると、より大きな力でノズルニードル３８を押圧す
ることができ、開弁圧を高い値に設定できるようにな
る。本実施例においては、調整ねじ４５によってばね４
０を強く圧縮することにより、３００〜７００ｋｇ／ｃ
ｍ² の値に設定するようにしている。

【００２３】高圧噴射を行なうためには、少なくとも開
弁圧を１８０ｋｇ／ｃｍ² 以上の値に設定することを要
する。ちなみに従来の燃料噴射ノズルにおいては、開弁
圧が１５０〜２００ｋｇ／ｃｍ² の値に設定されてい
た。

【００２４】このように本実施例に係る燃料噴射装置に
おいては、噴射管２４内の燃料の残圧を高残圧弁６４に
よって図８に示すように、高残圧状態にしておき、凹み
カム３０によって高速でプランジャ５４を突上げるよう
にし、しかも噴射管２４を蓄圧室とするとともに、噴射
管２４内で生ずる圧力波の反射波を利用し、ノズル２０
側へ行くに従って増圧されるようにし、燃料噴射ポンプ
２５よりも燃料噴射ノズル２０の方が燃料圧が高くなる
ようにしている。しかも燃料噴射ノズル２０内の圧縮コ
イルばね４０によって高い開弁圧に設定するようにし、
超高圧噴射を達成するようにしている。

【００２５】従って図１に示す燃料噴射ノズル２０によ
って燃焼室２１内に燃料の高圧噴射を行なうことが可能
になり、超微粒子化され、もしくは蒸発化された噴霧が
ピストン１２の燃焼室２１に向けて噴射されるようにな
る。従って理想的な燃焼が行なわれ、これによって煙お
よび煤の発生が抑えられ、排ガスの大幅な改善が達成さ
れるようになる。また燃料が蒸発されることによって周
囲の熱を奪い、燃焼温度を下げることによって窒素酸化
物の発生を抑えることが可能になる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、燃料噴射ポンプのカムシャフ
トに取付けられているカムを凹みカムから構成するとと
もに、燃料噴射ポンプのデリベリバルブをスロットル型
の高残圧弁から構成するようにしたものである。

【００２７】従って高残圧弁によって噴射管内の残圧が
高められた状態で維持され、初速度の速い凹みカムによ
って噴射管内へ高い圧力伝播速度で燃料が圧送されるよ
うになり、このような燃料圧が燃料噴射ノズルに供給さ
れるために、燃料噴射ノズル側においては高圧噴射状態
となり、理想的な燃焼を達成することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る燃料噴射装置を備える
ディーゼルエンジンの要部の縦断面図である。

【図２】燃料噴射ノズルの縦断面図である。

【図３】燃料噴射ポンプの要部斜視図である。

【図４】同燃料噴射ポンプの縦断面図である。

【図５】カムの形状を示す正面図である。

【図６】高残圧弁を示す縦断面図である。

【図７】カム角に対するプランジャの速度を示すグラフ
である。

【図８】噴射管内の圧力を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ シリンダブロック １１ シリンダ １２ ピストン １３ ピストンピン １４ コンロッド １５ シリンダヘッド １６ 吸気ポート １７ 排気ポート １８ 吸気バルブ １９ 排気バルブ ２０ 燃料噴射ノズル ２１ 燃焼室 ２４ 噴射管 ２５ 燃料噴射ポンプ ２６ ポンプユニット ２７ メカニカルガバナ ２８ コントロールラック ２９ カムシャフト ３０ カム ３１ タイマ ３４ ノズル本体 ３５ 噴口 ３６ リテーナ ３７ ノズルホルダ ３８ ノズルニードル ３９ 押圧ロッド ４０ ばね ４１ バルブシート ４２、４３ 燃料通路 ４４ ばね受け ４５ 調整ねじ ４６ 雌ねじ ４７ キャップ ４８ 突部 ４９ 雄ねじ ５０ 接続用ナット ５１ 燃料だめ ５４ プランジャ ５５ タペット ５６ コイルばね ５７ バレル ５８ スピルポート ５９ 傾斜溝 ６０ ピニオン ６１ コントロールスリーブ ６２ 切欠き ６３ 係合板 ６４ デリベリバルブ（高残圧弁） ６５ ケーシング ６６ バルブシート ６７ コイルばね

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射ポンプによって燃料を加圧する
   とともに、加圧された燃料を噴射管を通して燃料噴射ノ
   ズルに供給し、その噴口から燃料を噴射するようにした
   燃料噴射装置において、 前記燃料噴射ポンプのカムシャフトに取付けられている
   カムを凹みカムから構成するとともに、 前記燃料噴射ポンプのデリベリバルブをスロットル型の
   高残圧弁から構成するようにしたことを特徴とする燃料
   噴射装置。