JPH05546B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、デイーゼル機関に代表される筒内
燃料噴射式内燃機関に適した高圧燃料噴射装置の
改良に関する。

（従来の技術） 小型高速デイーゼル機関に適した燃料供給装置
として第５図に示したような分配型燃料噴射ポン
プが知られている。

これを説明すると、機関回転と同期してクラン
ク軸２回転につき１回転するように駆動されるポ
ンプ軸１０には軸方向に相対運動可能なようにプ
ランジヤ１２が取り付けられており、フエイスカ
ム１４とローラ１６との間の相対回転によりポン
プ軸１０が１回転する毎にプランジヤ１２が機関
気筒数分の往復運動をするようになつている。内
部のポンプ室１８にフイードポンプ２０を介して
導入された燃料は前記プランジヤ１２の回転往復
運動によつて吸入ポート２２から吸引され、分配
ポート２４よりデリバリバルブ２６を通つて図示
しない噴射ノズルへと圧送されることになる。

このときの燃料の噴射量はブランジヤ１２に形
成されたスピルポート２８を被覆するスリーブ３
０の位置によつて決まり、例えばスピルポート２
８の開口部がプランジヤ１２の右行により図中ス
リーブ３０の右端面を越えると、それまでプラン
ジヤ圧力室１３から分配ポート２４へと圧送され
ていた燃料がスピルポート２８を通つてポンプ室
１８へと解放されるため圧送が終了する。つま
り、スリーブ３０をプランジヤ１２に対して右方
向に相対変位させると燃料噴射終了時期が遅くな
つて噴射量が増加し、同じく左方向に変位させる
と噴射終了時期が早くなつて噴射量が減少する。

上記スリーブ３０の位置は、アクセルペダルに
連動するリンク機構３２及び遠心ガバナ３４を介
して要求負荷及び回転速度に応じた燃料噴射量に
なるように制御され、また噴射開始時期はポンプ
室１８の内圧に基づいて作動するタイマピストン
３６（実際にはポンプ軸１０の回転接線方向に配
置される）がフエイスカム１４に対するローラ１
６の位相を変化させることにより自動制御され
る。（昭和55年３月20日(株)山海堂発行「自動車工
学全書第５巻デイーゼルエンジン」pp.192〜194
参照。） （発明が解決しようとする問題点） ところで、こうしたプランジヤタイプの燃料噴
射ポンプでは、噴射終了時の燃料のあとだれ現象
防止と噴射管の予圧を目的として、噴射ノズルと
ポンプとを連通する高圧燃料通路の途中にデリバ
リバルブ２６が設けられている。このデリバリバ
ルブは基本的には逆止弁であるが、その弁体の一
部がピストン構造になつており、噴射終了時の圧
力低下により着座するまでの弁ストロークの間に
噴射ノズル側燃料の一部を吸い戻すことにより噴
射ノズルに作用する燃料圧力を速やかに低下さ
せ、これによりあとだれ現象を防ぐ機能を発揮す
る。また同時に、安定した噴射特性が得られるよ
うに、非噴射時における噴射ノズルに至る高圧燃
料通路内の燃料圧力（以下「残留圧力」という）
を一定に保つ機能をも担つている。

しかしながら、上記残留圧力は実際には回転数
や噴射量の多募に影響されて変動し、高速高負荷
運転域ほど高圧になる。この傾向は、良好な燃料
噴霧を得るために噴射圧力が高めに設定される直
接噴射式機関用の噴射ポンプでは殊に顕著であ
り、これはアングライヒ構構等で対処しても完全
には防止できない。その一方、残留圧力が高すぎ
ると高負荷運転域で噴射後の燃料圧力波の影響に
よる２次噴射が起きやすくなる。従つて、残留圧
力はその圧力変動を考慮したうえで２次噴射を防
止するという観点から高負荷域重視で設定される
ことになるのであるが、この結果低速低負荷運転
域では残留圧力が低くなりすぎるという問題を生
じる。つまり、残留圧力が低すぎるとプランジヤ
１２が吐出行程を開始してから噴射ノズルの開弁
圧に達するまでの無効ストロークが長くなり、こ
れをカム１４のリフトカーブとの関係で見ると結
果的に送油速度の大きい部分で噴射が行なわれる
ことになるため噴射率が高くなつてノツキングな
いし燃焼騒音が増大するのである。

この発明はこうした問題点に着目してなされた
もので、非噴射時の高圧燃料通路内の残留圧力を
可変制御することによりこの問題点を解消するこ
とを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するためにこの発明では、燃料
噴射ポンプと噴射ノズルとを連通する高圧燃料通
路の途中に等圧デリバリ弁を介装するとともに、
この等圧デリバリ弁と噴射ノズルとの間の高圧燃
料通路を燃料系統の低圧部分に連通する圧力制御
通路と、この圧力制御通路の開度を可変制御する
圧力制御弁と、この圧力制御弁を機関運転状態に
応じて駆動制御する制御手段とを設ける。前記等
圧デリバリ弁は燃料噴射ポンプの圧送リフト初期
の低送油速度域にて燃料噴射が開始するように残
留圧力特性を設定する一方、制御手段は機関要求
負荷の増加に伴い非噴射期間内に圧力制御弁を開
いて高圧燃料通路内の残留圧力を低下させるよう
に構成する。

（作用） 上記等圧デリバリ弁は、周知のように噴射終了
後に噴射ノズル側から作用する燃料圧力に基づい
て開弁する機能を併せ持つており、残留圧力がス
プリングのセツト荷重によつて定められた所定圧
力以下に低下するまで噴射ノズル側燃料を噴射ポ
ンプ側に戻すようになつている。従つて、噴射燃
料量や回転数などの運転条件に影響されにくく、
比較的安定した残留圧力が得られる。この発明で
は、上述のようにこの等圧デリバリ弁を介しての
残留圧力を、噴射行程開始時に噴射ポンプリフト
の低送油速度域にて実際の噴射が始まるように、
すなわち従来よりも比較的高圧に設定する。これ
により、低速低負荷運転時には噴射率の小さい状
態で燃料噴射が行なわれることになるため、着火
遅れに原因する予混合燃焼の割合が減少して燃焼
騒音が低減する。

ただし、このままでは高速高負荷運転時に残留
圧力過大となつて２次噴射等の弊害がもたらされ
るおそれがあるが、このような運転域では非噴射
時期に同期して圧力制御弁及び圧力制御通路が開
かれ、これにより高圧燃料通路内の燃料の一部が
燃料系統の低圧部分、例えば分配型燃料噴射ポン
プにおけるポンプ室内に逃されるため残留圧力が
低下する。従つて、２次噴射等の不都合が回避さ
れるとともに以後の噴射はカムリフトの高送油速
度域にて開始されることになるため、高速あるい
は高負荷運転に対応した高い噴射率が確保され
る。

なお、このような圧力制御弁の開閉制御を行う
制御手段は周知のもので容易に構成することがで
き、例えば圧力制御弁として電磁作動型のものも
用いて、これをクランク角度センサからの出力あ
るいは噴射ノズルに取り付けた圧電式リフトセン
サからの信号に基づいて噴射時期（非噴射時期）
及び噴射量を判定するように構成した制御回路を
介して駆動するようにする。

次に、この発明を第５図に示したような分配型
燃料噴射ポンプに適用した実施例につき図面に基
づいて説明する。なお、第５図と実質的に同一の
部分には同一の符号を付して示すことにする。

（実施例） 第１図ＡまたはＢにおいて、４０はポンプ本体
４の一端部に固着されたプランジヤバレル、４１
はこのプランジヤバレル４０に摺動回転可能に嵌
装されたプランジヤ１２の分配ポート２４に対
し、プランジヤ１２の回転に応じて順次面するよ
うに放射状に形成された複数（この場合４個）の
分配通路、４２は各分配通路４１の出口端に接続
するようにポンプ本体４に螺着された等圧デリバ
リ弁、４３は各等圧デリバリ弁４２の出口端にナ
ツト４４を介して接続された圧力制御弁である。

圧力制御弁４３は、その本体４５を軸方向に貫
通する高圧通路部４６が分配通路４１及び等圧デ
リバリ弁４２に対応して複数個設けられ、この高
圧通路部４６の入口端にあたる口金４７が上述の
ようにナツト４４を介して等圧デリバリ弁４２に
接続されるとともに、同出口端は図示しない燃料
噴射ノズルに至る噴射管４８にナツト４９を介し
て接続され、これにより一連の高圧燃料通路５０
を構成している。また、各高圧通路部４６には本
体４５の中央部に軸方向に形成されたシリンダ状
の弁室５１に向かつて各々集合するように第一圧
力制御通路部５２が分岐形成されている。

上記シリンダ状の弁室５１には、環状のグルー
プ５３Ａを有するスプール５３が摺動可能に収装
されている。このスプール５３は、その一端側
（図の右方）に介装されたスプリング５４の張力
に基づいて常閉付勢されており、通常は弁室５１
に面した各圧力制御通路部５２の開口部を閉ざし
ている。ただし、スプール５３は本体４５の右端
面に取り付けられた電磁ソレノイド５５にロツド
５６を介して連結されており、ソレノイド５５が
通電されるとその吸引力によりスプリング５４に
抗して右方向に移動し、圧力制御通路部５２を開
放して相互に連通させる（図示状態）。また、本
体４５にはこのときグルーブ５３Ａを介して複数
の第一圧力制御通路部５２に同時に連通する第二
圧力制御通路部５７が形成されている（第１図Ｂ
参照）。この第二圧力制御通路部５７は本体４５
に挿入された口金５８と、この口金５８に一端を
接続されたホース５９、及びホース５９の他端部
が接続されるポンプ本体側の口金６０を介してポ
ンプ室１８に連通し、一連の圧力制御通路６１を
構成している。

上記圧力制御弁４３は図示しない制御手段を介
して開閉駆動されるのであるが、この制御手段は
例えば噴射ノズルに取り付けられた周知のリフト
センサからの信号に基づいて噴射の有無と噴射量
とを検出し、所定基準値以上の噴射量となる高負
荷運転時に機関各気筒の非噴射期間と同期して電
磁ソレノイド５５に駆動電流を供給するように構
成される（第３図Ｃ参照）。このような制御手段
を介して、非噴射期間内にソレノイド５５がオン
となつて圧力制御弁４３が開弁すると、上述した
ように第一、第二の圧力制御通路部５２と５７が
互いに接続状態となつて圧力制御通路６１と高圧
燃料通路部４６とが連通し、従つて噴射終了後の
高圧燃料通路５０内の圧力が低圧側であるポンプ
室１８へと解放される。このため、燃料噴射量の
多い高負荷運転時には残留圧力が減少する。ただ
し、燃料噴射量が所定基準値に満たない比較的低
負荷の運転状態ではソレノイド５５に駆動電流が
供給されず、従つて圧力制御弁４３は噴射の有無
に拘わらず閉弁保持するため、残留圧力は次に説
明する等圧デリバリ弁４２を介して設定される比
較的高い圧力に保たれることになる。

次に、上記等圧デリバリ弁４２の一例を第２図
に基づいて説明する。これは、筒状の本体７０に
図の左方にあたる噴射ポンプ側から嵌合した環状
スリーブ７１のシート部７２に、コイルスプリン
グ７３を介して閉弁付勢された逆止弁７４が着座
している。逆止弁７４は、噴射ポンプからの噴射
圧力が入口通路７５を介して作用するとコイルス
プリング７３に抗してリフトし、噴射ノズルに向
けて出口通路７６及び高圧燃料通路５０へと燃料
を通過させるが、噴射が終了して入り口側圧力が
低下するとシート部７２に着座して燃料の逆流を
防止する。ただし、単なるデリバリ弁とは異な
り、前記逆止弁７４には、その中心部を貫通して
上下流を連通する燃料通路部７７が形成されてお
り、そのポンプ側開口端のシート部７８にコイル
スプリング７９の張力によりボール状の等圧弁８
０が着座している。等圧弁８０は、噴射終了後の
高圧燃料通路５０内の圧力が設定値よりも高いと
きは、この高圧を受けてコイルスプリング７９を
押し縮めながらリフトし、燃料通路部７７を開い
て高圧燃料の一部を入口通路７５及び噴射ポンプ
側へと逃すようになつている。

このような作動により、等圧デリバリ弁４２に
よれば噴射終了後の高圧燃料通路５０の内圧が運
転状態の影響を受けずにほぼ一定に保たれるの
で、噴射料の少ない低速低負荷運転時にあつても
精度の良い噴射量制御特性が期待できる。

次に、上記構成に基づく燃料噴射装置としての
総合的な作用について説明する。

まず、燃料噴射ポンプに関して、これは第５図
と同様であり、すなわちプランジヤ１２の往復及
び回転運動に伴つて圧力室１３から４つの分配通
路４１へと順次高圧燃料が吐出される。これによ
つて分配通路４１の下流側が高圧化すると、この
高圧により等圧デリバリ弁４２及び高圧燃料通路
５０の末端に接続された噴射ノズルが各々開弁し
て所定量の燃料が機関気筒内へと噴射供給され
る。そして、噴射終了時期に至つて噴射ポンプの
吐出圧が低下すると、この圧力低下に応じて噴射
ノズル及び等圧デリバリ弁４２が閉弁する。この
とき、低負荷運転時にあつては圧力制御弁４３が
閉ざされているため、高圧燃料通路５０の内圧つ
まり残留圧力は上述した等圧デリバリ弁４２の作
用により比較的高圧の所定値に保たれる。その反
面、高負荷運転時にあつては噴射終了後に圧力制
御弁４３が開かれるので残留圧力は比較的低圧あ
るいはゼロになる（第３図Ａ，Ｂ参照）。

上記等圧デリバリ弁４２の残留圧力設定は、既
述したようにプランジヤ１２を駆動するカム（フ
エイスカム１４…第５図参照）のリフト速度ある
いは送油速度が比較的遅いリフト初期の部分で実
際の噴射が開始されるように従来に比較して高め
に設定され、具体的には例えば第４図に示したよ
うにカム角度θ₁のＡ点で噴射開始となるように設
定されている（プレリフトH₁）。従つて、この等
圧デリバリ弁４２によつて設定される高圧側の残
留圧力がそのまま維持される低負荷運転時にはＡ
点で噴射が開始される。これに対して、従来のよ
うに高負荷重視で低めの残留圧力設定がなされて
いたとすると、噴射ノズルの開弁圧力に達するま
でそれだけ余分なカムリフトが必要となるので、
例えばカム角度θ₂（θ₂＞θ₁）のＢ点になつて初め
て噴射が始まることになる（プレリフトH₂）。

いま、プレリフトH₁からの噴射がカム角度θ₃
のＣ点で、またプレリフトH₂からの噴射がカム
角度θ₄のＤ点でそれぞれ終了するものとして、そ
こに至るまでの圧送ストロークは各々H₀で同一
（すなわち同一噴射量）とすると、カムプロフア
イルはリフト開始初期の領域では緩衝曲線を描く
関係から、θ₃−θ₁＞θ₄−θ₂となる。言い替えれ
ば、カムリフトの開始初期には平均送油速度が低
いので、それだけ同一噴射量における噴射期間は
長くなり、すなわち噴射率が低下する。

デイーゼル機関における低負荷運転時のノツキ
ングや過大な燃焼騒音は、着火遅れにより予混合
状態となつた多量の燃料粒子が同時に燃焼を開始
することが原因であり、従つて上述のように低噴
射率として着火遅れに担当する期間内に噴射する
燃料の量を低減することにより機関の騒音も顕著
に減少する。

一方、高負荷運転時には残留圧力は低負荷運転
時よりも低くなるので、上述したところから明ら
かなように燃料噴射は送油速度の高いところで行
なわれ、噴射率が上昇する。従つて短時間の間に
比較的大量の燃料を供給して所期の機関出力性能
を発揮させられる。また、残留圧力の低下により
２次噴射が防止される。なお、言うまでもないこ
とであるが高負荷運転時には燃焼室温度が上昇し
て着火遅れ期間が短縮することなどから、燃焼騒
音が問題となることはない。

ところで、上記実施例は残留圧力を高低の２段
階に制御することを前提として説明してあるが、
これに限らず例えば圧力制御弁４３を高周波のパ
ルス信号により駆動してその開弁時間比をデユー
テイ制御することで連続可変的に残留圧力を制御
することも可能であり、これにより広範囲の運転
状態についてさらに適切な噴射率を付与すること
ができる。また、この発明では上述したように噴
射が開始されるカムリフト、つまりプレリフトを
変化させられるので、プレリフトの初期調整作業
またはプレリフト調整のためにフエイスカム（１
４）とプランジヤ（１２）との間に介装するシム
等の部品は不要となり、従つて噴射ポンプの製造
コストを低減することも可能である。

（発明の効果） 以上の通り、この発明によれば燃料噴射ポンプ
と噴射ノズルとを連通する高圧燃料通路の途中に
等圧デリバリ弁を介装して比較的高圧の残留圧力
が安定して得られるように図る一方、この等圧デ
リバリ弁から噴射ノズルに至る高圧燃料通路を燃
料系統の低圧部分に連通する圧力制御通路とこれ
を開閉する圧力制御弁とを設け、この圧力制御弁
を燃料噴射量が少ない低負荷運転時には閉ざして
残留圧力を比較的高い圧力に保つことにより噴射
率を抑え、その反面燃料噴射量が増大する高負荷
運転時には閉ざして残留圧力を低下させることに
より噴射率を高めるようにしたので、高負荷運転
時の機関出力の確保及び２次噴射の防止という要
求を満たしたうえで、低負荷運転時の燃焼騒音を
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａはこの発明の一実施例の要部正面図、
第１図Ｂはその−断面図、第２図は等圧デリ
バリ弁の一例の縦断面図である。第３図と第４図
は前記実施例の作用を説明するための特性線図で
あり、第３図ＡとＢはそれぞれ噴射管内の圧力波
形を低負荷運転時と高負荷運転時とについて示し
たもの、第３図Ｃは圧力制御弁に付与する駆動電
流の波形を前記管内圧力と関連付けて示したも
の、第４図は送油速度並びにカムリフトとカムの
回転角度との関係を示したものである。第５図は
従来例の縦断面図である。 ４……ポンプ本体、１２……プランジヤ、１４
……フエイスカム、１６……ローラ、１８……ポ
ンプ室、２４……分配ポート、４０……プランジ
ヤバレル、４１……分配通路、４２……等圧デリ
バリ弁、４３……圧力制御弁、４５……圧力制御
弁の本体、４６……高圧燃料通路部、４８……噴
射管、５０……高圧燃料通路、５２……第一圧力
制御通路部、５３……スプール、５４……スプリ
ング、５５……電磁ソレノイド、５７……第二圧
力制御通路部、６１……圧力制御通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃料噴射ポンプと噴射ノズルとを連通する高
   圧燃料通路の途中に等圧デリバリ弁を介装すると
   ともに、この等圧デリバリ弁と噴射ノズルとの間
   の高圧燃料通路を燃料系統の低圧部分に連通する
   圧力制御通路と、この圧力制御通路の開度を可変
   制御する圧力制御弁と、この圧力制御弁を機関運
   転状態に応じて駆動制御する制御手段とを備え、
   かつ等圧デリバリ弁は燃料噴射ポンプの圧送リフ
   ト初期の低送油速度域にて燃料噴射が開始するよ
   うに残留圧力特性を設定する一方、制御手段は機
   関負荷の増加に伴い非噴射期間内に圧力制御弁を
   開いて高圧燃料通路内の残留圧力を低下させるよ
   うに構成したことを特徴とする内燃機関の燃料噴
   射装置。