JPH059496Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、増圧ピストンによつて燃料を加圧
するようにした増圧式燃料噴射装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、この種の燃料噴射装置は、大径部およ
び小径部を有するピストンと、このピストンの大
径部に臨んで設けられたピストン室と、このピス
トン室に導入路を介して接続され、ピストン室を
作動流体供給源と作動流体タンクとのいずれか一
方に対して接続し、他方に対して遮断する切換弁
と、ピストンの小径部に臨んで設けられた燃料加
圧室とを備えており、切換弁を切換動作させてピ
ストン室と作動流体供給源とを接続すると、作動
流体供給源から切換弁および導入路を介してピス
トン室内に作動流体が導入され、ピストンが大径
部から小径部側へ向かつて移動（以下、加圧移動
いう。）する。これによつて、燃料加圧室内の燃
料が燃料加圧室とピストン室との面積比に応じて
加圧される。加圧された燃料は、燃料噴射ノズル
から機関の燃焼室に噴射される。一方、燃料噴射
終了後、切換弁を切換動作させてピストン室と作
動流体タンクとを接続すると、燃料加圧室内に燃
料が導入されるとともに、この燃料によつてピス
トンが小径部側から大径部側へ向かつて移動（以
下、復動という。）せしめられる。

ところで、上記従来の燃料噴射装置において
は、ピストンの加圧移動時における停止位置が常
に一定に定められており、燃料噴射量を調量する
場合には、停止位置から復動方向へ向かつて移動
するピストンの移動距離によつて燃料噴射量が調
量されている。この場合、ピストンの加圧移動時
における停止位置が一定であるから、ピストンの
復動時における停止位置は、燃料噴射量によつて
異なる。復動方向におけるピストンの停止位置が
異なつてもピストンの大径部とピストン室の壁面
とが突き当たらないよう、大径部の加圧移動方向
を向く端面とこれに対向するピストン室の壁面と
の間には、隙間が形成されている。

［考案が解決しようとする課題］ ところが、ピストンの大径部とこれに対向する
ピストン室の壁面との間に隙間を形成した従来の
増圧式燃料噴射装置においては、ピストン室への
作動流体の導入と同時に作動流体の圧力が大径部
の端面全体に作用するため、燃料を短期間噴射さ
せることが困難になるという問題があつた。

すなわち、ピストン室と作動流体供給源とが接
続するように切換弁を切換動作させた場合、全閉
状態から全開状態になるまでには若干の時間がか
かり、その間半開状態が続く。半開状態において
は、切換弁に絞り効果が生じてしまい、ピストン
室内の圧力が徐々に上昇することになる。

しかるに、従来の増圧型燃料噴射装置において
は、作動流体の導入当初から大径部の端面全体に
作動流体の圧力が作用するため、ピストン室内の
圧力が作動流体の圧力に達しない低圧の状態にお
いても、ピストンが加圧移動を開始する。つま
り、切換弁が半開状態であるときに加圧移動を開
始してしまう。ところが、半開状態では、上記の
ように、切換弁自体によつてピストン室内への作
動流体の流入が絞られているため、ピストンの移
動速度が遅い。このため、噴射開始後、切換弁が
全開状態になるまでの間は、低率の噴射が行なわ
れることになる。この結果、短期間噴射をさせる
ことが困難になるという問題が生じていたのであ
る。

この考案は、上記課題を解決するためになされ
たもので、燃料噴射開始当初から高率の噴射を行
わせることができ、したがつて短期間噴射を容易
に実現することができる増圧式燃料噴射装置を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この考案は、上記の目的を達成するために、導
入路を大径部の端面とを対向するピストン室の壁
面にピストン室の断面積よりも小さい面積をもつ
て開口させるとともに、ピストン室の壁面に大径
部が突き当たつた際に大径部の端面が導入路の開
口部を遮蔽するように大径部の端面とピストン室
の壁面との少なくとも開口部を囲む部分を接触さ
せ、さらにピストンの大径部がピストン室の壁面
に突き当たつている際に、ピストン室と作動流体
供給源とが接続するように切換弁を切換動作さ
せ、ピストンが燃料噴射量に応じた距離だけ加圧
移動した際に、ピストン室と作動流体タンクとが
接続するように切換弁を切換動作させる制御部を
設けたものである。

［作用］ ピストンの大径部の端面がこれと対向するピス
トン室の壁面に突き当たつた状態において、ピス
トン室と作動流体供給源とが接続するように切換
弁を切換動作させる。すると、導入路のピストン
室に臨む開口部がピストンの大径部によつて遮蔽
されているから、作動流体はピストン室に流入す
ることなく、導入路内にのみ流入し、導入路内の
圧力を上昇させる。導入路内の圧力によつて、ピ
ストンが加圧移動方向へ押圧される。このとき、
ピストン室の壁面における導入路の開口面積がピ
ストン室の断面積よりも小さいから、ピストンの
増圧作用も小さい。したがつて、導入路内の圧力
が従来の増圧式燃料噴射装置におけるピストンの
加圧移動開始圧力よりも高圧になるまでピストン
が加圧移動を開始することはない。しかも、高圧
になるまでピストンが加圧移動しないから、加圧
移動を開始するまでの時間が、従来のものに比し
て長くなり、ピストンが加圧移動を開始するとき
には、切換弁がより全開状態に近い状態になつて
いる。したがつて、ピストンは移動開始直後から
高速移動することになる。よつて、燃料噴射率が
噴射開始当初から高率になり、短期間噴射が行な
われる。

［実施例］ 以下、この考案の一実施例について添付図を参
照して説明する。

図において、符号１はブロツク状をなす装置本
体である。この装置本体１の内部には、軸線を上
下方向に向けた大径孔１１と、これより小径で大
径孔１１と軸線を一致させた小径孔１２とが連設
されている。

大径孔１１には、ピストン２の大径部２１が摺
動自在に設けられている。この大径部２１によつ
て大径孔１１が上端側のピストン室１３と下端側
のリーク室１４とに２分されている（ただし、図
示の場合、ピストン室１３の容積は零になつてい
る。）。ピストン室１３は、後述する電磁切換弁
（切換弁）３を介して燃料ポンプ（作動流体供給
源）４と燃料タンク（作動流体タンク）５とに切
換可能に接続されている。一方、リーク室１４
は、燃料タンク５に接続されている。

また、小径孔１２には、ピストン２の小径部２
２が摺動自在に挿入されている。この小径部２２
によつて小径孔１２の下端部に燃料加圧室１５が
区画形成されている。この燃料加圧室１５は、逆
止弁６を介して燃料ポンプ４に接続されている。
したがつて、ピストン室１３が燃料タンク５に接
続されている際には、燃料加圧室１５内に供給さ
れる燃料によつてピストン２がその小径部２２側
から大径部２１側へ向かつて復動せしめられるこ
とになる。この場合、ピストン２の復動位置は、
大径部２１がピストン室１３の上壁面１３ａに突
き当たることによつて一定位置に定められてい
る。

なお、燃料加圧室１５は燃料噴射ノズル７に接
続されており、この燃料噴射ノズル７から機関の
燃焼室に燃料が噴射されるようになつている。

上記電磁切換弁３は、装置本体１に形成された
スプール孔３１と、このスプール孔３１に摺動自
在に設けられたスプール３２とを備えている。ス
プール孔３１には、燃料ポンプ４に接続されたＰ
ポート３１ａと、導入孔（導入路）６を介してピ
ストン室１１ａに接続されたＡポート３１ｂと、
燃料タンク５に接続されたＴポート３１ｃとがそ
れぞれ形成されている。そして、スプール３２が
ソレノイド３３の磁力によりリターンばね３４の
付勢力に抗して図の右方へ移動した際には、Ｐポ
ート３１ａとＡポートとの間が連通し、燃料ポン
プ４からピストン室１１ａへ燃料が供給される。
一方、ソレノイド３３が消磁し、ソレノイド３３
の付勢力によつてスプール３２が図の左方へ移動
すると（図示の状態）、Ｐポート３１ａとＡポー
トとの間が遮断されるとともに、Ａポート３１ｂ
とＴポート３１ｃとの間が連通するようになつて
いる。

上記導入孔６は、大径部２１の上端面と対向す
るピストン室１３の上壁面１３ａの中央部に開口
しており、その直径d₀は、大径部２１の直径Ｄよ
りも小さくなつている。しかも、この実施例にお
いては、導入孔６を介してピストン室１３内に導
入される作動流体として燃料が用いられており、
その燃料は燃料加圧室１５内に導入される燃料と
同一の供給源である燃料ポンプ４から供給されて
いる。したがつて、それらの燃料の圧力は同一に
なつている。このため、仮に導入孔６の直径d₀が
燃料加圧室１５の直径ｄよりも小さいと、第１図
に示す状態において、導入孔６内に燃料を導入し
たとしてもピストン２が加圧移動し得なくなつて
しまう。そこで、この実施例においては、導入孔
６の直径d₀を燃料加圧室１５の直径ｄよりも大き
く設定している。

勿論、ピストン室１３内に導入する作動流体と
して、燃料加圧室１５に導入される燃料と異なる
流体を用い、その圧力を燃料加圧室１５に導入さ
れる燃料よりも高圧にすれば、導入孔６の直径d₀
を燃料加圧室１５の直径ｄより小さくしてもよ
い。作動流体として燃料と異なる流体を用いる場
合には、作動流体供給源および作動流体タンクを
別途用意する必要がある。

また、上記の電磁切換弁３を切換動作させるた
めに、マイクロコンピユータを備えた制御部９が
設置されている。この制御部９は、電磁切換弁３
のソレノイド３３に駆動パルスを出力して電磁切
換弁３を切換動作させるものであり、機関の運転
状態を示す情報、例えば機関の回転数、アクセル
開度等の情報が入力されている。これらの情報に
基づいて、制御部９は、機関の運転状態に応じた
目標噴射量および目標噴射時期を演算し、さらに
目標噴射量からソレノイド３３に出力すべき駆動
パルスの幅を演算する。そして、機関の実際の回
転角度が目標噴射時期に相当する回転角度と一致
したときに、駆動パルスをソレノイド３３に出力
するようになつている。

次に、上記構成の燃料噴射装置の作用について
説明する。

第１図は、ソレノイド３３に対する通電を停止
した状態を示すものであり、スプール３により、
Ｐポート３１ａとＡポート３１ｂとの間が遮断さ
れ、Ａポート３１ｂとＴポート３１ｃとが連通せ
しめられている。この状態においては、ピストン
２が燃料加圧室１５に供給される燃料によつて復
動し、ピストン室１３の上壁面１３ａに突き当た
つて停止している。

機関の実際の回転角度が制御部９によつて演算
された目標噴射時期に対応した回転角度と一致す
ると、制御部９が駆動パルスを切換弁３のソレノ
イド３３に出力する。この結果、電磁切換弁３が
切換動作し、Ａポート３１ｂがＴポート３１ｃに
対して遮断される一方、Ｐポート３１ａに対して
連通される。この結果、導入孔６内の圧力が上昇
し、その圧力によつてピストン２が加圧移動方向
へ押圧される。この押圧力から燃料加圧室１５内
に導入される燃料によるピストン２に対する復動
方向への押圧力を差し引いた押圧力が燃料噴射ノ
ズル８の開弁圧よりも大きくなると、ピストン２
が加圧移動を開始する。

ここで、導入孔６の直径d₀が大径孔１１の直径
Ｄよりも小さく設定されているから、作動油をピ
ストン室に直接導入するようにした従来のものに
比して、導入孔６内の圧力が高圧に上昇してから
ピストン２が加圧移動を開始する。しかも、高圧
になつてからピストン２が加圧移動を開始するの
で、ピストン２が加圧移動を開始するまでの間に
時間がかかる。したがつて、ピストン２が加圧移
動を開始する際には、切換弁３がより全開状態に
近い状態になつている。したがつて、ピストン２
は、加圧移動開始直後から高速移動する。

なお、後述するように、ピストン２が加圧移動
した次の瞬間に、燃料の流入箇所が導入孔６から
ピストン室１３になり、容積が急激に上昇するた
め、ピストン２の加圧移動速度が低下するが、速
度低下は僅かなものであり、問題になることはな
い。

ピストン２に対する加圧移動方向への押圧力と
復動方向への押圧力の差が噴射ノズル８の開弁圧
よりも大きくなると、噴射ノズル８から燃料が噴
射される。この場合、ピストン２が高速で加圧移
動しているから、噴射開始当初から高噴射率にな
る。したがつて、短期間噴射が実現される。

燃料噴射開始後、制御部９から発せられていた
駆動パルスが立ち下がりると、ソレノイド３３が
消磁する。すると、スプール３２がリターンばね
３４によつて第１図に示す状態に復帰せしめられ
る。この結果、Ａポート３１ｂがＰポート３１ａ
に対して遮断されるとともに、Ｔポート３１ｃに
対して連通される。したがつて、ピストン室１３
内の圧力が大気圧に低下するため、ピストン２が
停止する。これによつて、燃料噴射が終了する。

燃料噴射ノズル８による燃料噴射が開始してか
ら、ピストン２が停止するまでの間に、制御部９
によつて演算された噴射量が噴射される。

ピストン２が停止した次の瞬間、ピストン２
は、燃料加圧室１５内に導入される燃料により、
復動方向へ移動せしめられる。そして、ピストン
室１３の上壁面１３ａに突き当たつて停止する。
これによつて、装置全体が第１図に示す元の状態
に復帰する。

以下上記の動作を繰り返す。

なお、駆動パルスの立ち上がり時期について
は、燃料噴射ノズル８のニードル弁（図示せず）
がリフトしてからの時間、またはピストン２の加
圧移動距離をセンサで計測することによつて制御
することもできる。

次に、上記のようなこの考案に係る燃料噴射装
置の効果を確認するために行つた実験データを述
べることにより、この考案をより一層明らかにす
る。

以下に述べる実験においては、ピストン２をピ
ストン室１３の上壁面１３ａに突き当たつた状態
においてＡポート３１ｂとＰポート３１ａとを連
通させた場合（以下、考案仕様という。）と、ピ
ストン２を上壁面１３ａから離間させた状態にお
いてＡポート３１ｂとＰポート３１ａとを連通さ
せた場合（以下、従来仕様という。）との比較を
行つた。比較対象は、ピストン室１３内の圧力
と、ピストン２の加圧移動速度である。

なお、考案仕様と従来仕様とで同一の燃料噴射
装置を用いているのは勿論である。また、用いた
増幅型燃料噴射装置の主な緒元は次のとおりであ
る。緒元中、断面積は、小径部１２の断面積を１
としたときの面積比である。

大径部２１の断面積 10 小径部２２の断面積 １ 導入孔６の断面積 1.6 燃料ポンプ４の吐出圧 200Kg／cm² 燃料噴射ノズル８の開弁圧 400Kg／cm² 第２図に示すように、従来仕様の燃料噴射装置
においては、Ａポート３１ｂとＰポート３１ａと
を連通（以下、開弁という。）させると同時に、
ピストン室１３内の圧力が徐々に上昇する。ピス
トン室１３内の圧力が20Kg／cm²を越えると、大径
部２１と小径部２２との面積比が10：１になつて
いるので、ピストン２が低速で加圧移動を開始す
る。そして、ピストン室１３内の圧力が40Kg／cm²
を越えると、燃料噴射ノズル８から燃料が噴射さ
れる。このとき、ピストン１３が低速で加圧移動
している。したがつて、燃料噴射率は低率であ
る。電磁切換弁３が全開状態になると、ポンプ室
１３内の圧力が急上昇する。これに伴つて、ピス
トン２が高速で加圧移動するようになる。そし
て、ピストン室１３内の圧力が燃料ポンプ４の吐
出圧に達して一定になると、ピストン２の加圧移
動速度も一定になる。

一方、考案仕様の燃料噴射装置においては、ピ
ストン室１３がピストン２によつて遮蔽され、そ
の容積が零になつているので、電磁切換弁３の開
弁直後にはピストン室１３内の圧力は上昇せず、
導入孔６内の圧力だけが上昇する。導入孔６と小
径部２２との断面積の比が1.6：１であるので、
導入孔６内の圧力が125Kg／cm²になると、ピスト
ン２が加圧移動を開始する。加圧移動した次の瞬
間にピストン２の受圧面積が導入孔６の断面積か
ら大径部２１の断面積に増大するので、ピストン
２は加圧移動開始直後から高速で移動する。ま
た、加圧移動と同時に、燃料がピストン室１３内
に流入し、ピストン室１３内の圧力が導入孔６内
の圧力と同一になるまで上昇する。このとき燃料
の流入箇所が導入孔６からピストン室１３に変わ
り、その容積が急激に増大するため、ピストン室
１３内の瞬間的に100Kg／cm²程度にまで下がるが、
移動速度は高速を保つたままであり、それが問題
になることはない。その後は、従来仕様のものと
同様に、ピストン室１３内の圧力が燃料ポンプ４
の吐出圧まで上昇するとともに、従来仕様のもの
と同一の一定速度になる。

第３図は考案仕様と従来仕様との各燃料噴射装
置における燃料噴射率の時間変化を示すものであ
り、電磁切換弁３の切換動作は同一時期に行なわ
れている。この図から明らかなように、従来仕様
のものにおいては、燃料噴射が開弁後早期に行な
われる。しかも、燃料噴射開始当初の噴射率が低
い。これに対し、考案仕様のものは、電磁切換弁
３の開弁後時間がたつてから、燃料噴射が開始
し、しかも噴射率が噴射開始当初から高率であ
る。

［考案の効果］ 以上説明したように、この考案の増圧式燃料噴
射装置によれば、導入路を大径部の端面と対向す
るピストン室の壁面にピストン室の断面積よりも
小さい面積をもつて開口させるとともに、ピスト
ン室の壁面に大径部が突き当たつた際に大径部の
端面が導入路の開口部を遮蔽するように大径部の
端面とピストン室の壁面との少なくとも開口部を
囲む部分を接触させ、さらにピストンの大径部が
ピストン室の壁面に突き当たつている際に、ピス
トン室と作動流体供給源とが接続するように切換
弁を切換動作させ、ピストンが燃料噴射量に応じ
た距離だけ加圧移動した際に、ピストン室と作動
流体タンクとが接続するように切換弁を切換動作
させる制御部を設けたものであるから、燃料噴射
開始当初から高率の噴射を行わせることができ、
したがつて短期間噴射を容易に実現することがで
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す概略構成
図、第２図はこの考案の燃料噴射装置と従来の燃
料噴射装置とにおけるピストン室の圧力上昇とピ
ストンの移動速度とを示す図、第３図はこの考案
の燃料噴射装置と従来の燃料噴射装置との燃料噴
射率を示す図である。 １……装置本体、２……ピストン、３……電磁
切換弁（切換弁）、４……燃料ポンプ（作動流体
供給源）、５……燃料タンク（作動流体タンク）、
６……導入孔（導入路）、９……制御部、１３…
…ピストン室、１５……燃料加圧室、２１……大
径部、２２……小径部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 一端部に大径部が形成されるとともに、他端部
   に小径部が形成されたピストンと、このピストン
   の大径部に臨んで設けられたピストン室と、この
   ピストン室に導入路を介して接続され、ピストン
   室を、作動流体供給源と作動流体タンクとのいず
   れか一方に接続し、他方に対して遮断する切換弁
   と、上記ピストンの小径部に臨み、内部に燃料が
   導入される燃料加圧室とを備え、上記作動流体供
   給源から切換弁および導入路を介して上記ピスト
   ン室に導入される作動流体によつて上記ピストン
   を大径部側から小径部側へ向かつて移動させるこ
   とにより、上記燃料加圧室内の燃料を加圧するよ
   うにした増圧式燃料噴射装置において、上記導入
   路を大径部の端面と対向するピストン室の壁面に
   ピストン室の断面積よりも小さい面積をもつて開
   口させるとともに、上記ピストン室の壁面に大径
   部が突き当たつた際に大径部の端面が上記導入路
   の開口部を遮蔽するように大径部の端面とピスト
   ン室の壁面との少なくとも開口部を囲む部分を接
   触させ、さらに上記ピストンの大径部がピストン
   室の壁面に突き当たつている際に、上記ピストン
   室と作動流体供給源とが接続するように上記切換
   弁を切換動作させ、上記ピストンが燃料噴射量に
   応じた距離だけ加圧移動した際に、上記ピストン
   室と上記作動流体タンクとが接続するように切換
   弁を切換動作させる制御部を設けたことを特徴と
   する増圧式燃料噴射装置。