JPH06100105B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関するものであ
り、詳しくは内燃機関の燃焼に直接影響を及ぼす噴射波
形、すなわち噴射率の制御が可能な燃料噴射装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

一般に内燃機関の燃料噴射の仕方によって性能が大きく
変化し、直接噴射式ディーゼルエンジンの場合には燃料
噴射ポンプから噴射ノズルを通じて噴射される噴射率が
燃焼に直接影響を及ぼす。

たとえばディーゼルエンジンはアイドリング運転時の燃
焼騒音が大きいという問題をもっているが、これに対し
てアイドリング運転時は燃焼噴射時間を長くすると有効
であることが知られている。また中、高速回転領域にお
いては、着火時までの噴射率を低減して着火時に急激に
噴射率を上げると効率のよい燃焼を行わせることが可能
となる。

そこで従来から種々の噴射率を制御する燃料噴射装置、
例えば特開昭58−82060号公報等に開示されたものなど
があるが、これらの燃料噴射率はステップモータ等の機
械的な作動によって制御しているため、高速時の制御が
精度良く行われないという問題がある。

また、このようなアキュムレートタイプのものでは、ノ
ズル及び運転状態によっては噴射弁からの噴射が途中で
一旦停止した後再び噴射する即ち２段階噴射を引き起こ
すという問題が、本発明者らの実験によって判明した。
後者の問題は、プランジャの圧送行程途中で加圧された
ポンプ加圧室内の燃料によってピストンが移動する際
に、このピストンの移動速度が速くなりピストンがプラ
ンジャより離間して一時的にポンプ加圧室内の圧力が減
少して燃料の送出が行われないことに起因するものであ
った。また、低負荷時での燃焼を良好にすることを目的
として、特開昭60−125754号公報、実開昭60−34559号
公報等に示されるようなパイロット噴射を行う燃料噴射
装置が提案されている。しかしこのような噴射形態で
は、いまだ低噴射量による燃料期間が短いため、低騒音
化が確実に行われない。また、この装置の場合パイロッ
ト噴射する際には、加圧室内の油圧が隣接するピストン
の絞り等を介して流出する構成となっている。この流出
量はバネにより付勢されたバランスピストンのリフト
量、絞り等に依存しているため、油温の変化によってそ
の流出量も変化し安定して低噴射率を確保することがで
きないという問題がある。

また、特開昭58−187537号公報、特開昭56−154134号公
報においては、加圧室内の圧油を電磁弁の開閉制御を利
用して直接低圧側へ溢流させる構成により、噴射の開始
時期、終了時期を調整制御する噴射装置が示されてい
る。しかし、内燃機関の運転状況に応じて、圧送工程中
の低噴射率と、高噴射率及びそれらの期間を任意に調整
する等の制御が行われていないため、燃費の悪化や低負
荷時での騒音の発生をまねいていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、エ
ンジンの運転状況に応じてプランジャの送油率を変化さ
せることにより、エンジンの全運動域に亘って最適な噴
射率が得られる燃料噴射ポンプの燃料噴射装置を提供し
ようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明は、上記課題を解決するため、ハウジン
グに摺動自在に挿入されたプランジャを往復運動させて
ポンプ加圧室内の燃料を加圧送出する燃料噴射装置にお
いて、前記ハウジングにシリンダと、該シリンダ内にあ
って前記ポンプ加圧室の燃料圧力により一方向へ押圧移
動するピストンとを設けるとともに、前記プランジャお
よび前記ピストンは、前記プランジャの先端にある連結
部と前記ピストンの一端にある係止部とを介して連結
し、前記ピストンと前記シリンダによって加圧される油
密室と、この油密室に開口して前記油密室と低圧燃料部
とを連通する連通孔と、前記油密室と前記低圧燃料部と
の連通、閉塞を制御する弁と、この弁を作動する電気的
駆動手段とを備え、前記プランジャによる圧送工程にお
いて、前記弁を前記電気的駆動手段により駆動制御して
前記連通孔を連通、閉塞することにより、前記ピストン
の移動を制御するという技術的手段を採用するものであ
る。

〔作用〕

本発明は、以上のような構成により、圧送工程において
電気的駆動手段により弁を駆動制御して連通孔を連通し
た際、油密室は低圧燃料部と連通する事から油密室内の
油圧は低下し、ピストンは連結部および係止部を介して
プランジャとともに一体的に移動する。そのためプラン
ジャによる実加圧断面積が減少し、噴射率は低く抑えら
れる。このとき噴射率は、プランジャの移動量と実加圧
断面積により規定されるため、温度等の影響を受けるこ
となく安定した低噴射率を確保することができる。さら
に電気的駆動手段により弁を閉塞するよう制御すること
によって前記油密室は密閉され、ピストンの移動が停止
し、プランジャの実加圧断面積が増加し、燃料送出量即
ち噴射率を増加させることができる。そのため噴射率の
切替えは内燃機関の運転条件に応じたタイミングで任意
に設定できるため、内燃機関の運転条件に応じ広範囲に
わたって最適に制御可能で、しかもその噴射率の変化
は、ピストンの移動、停止を制御することにより行われ
るため、高速に制御することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図ないし第７図は本発明の第１実施例に関するもの
で、第１図は燃料噴射装置の要部を示す部分断面側面
図、第２図は第１図のコントローラ30付近の構造を示す
詳細図、第３図はプランジャ２の先端部分の詳細構造を
示す斜視図、第４図はポンプカム回転角とプランジャの
有効面積及び噴射率との関係を示す特性図、第５図はソ
レノイドの制御タイミングと噴射率との関係を示す特性
図である。また第６図はポンプカム回転角と送油量との
関係を示す特性図、第７図はポンプカム回転角と噴射率
との関係を示す特性図である。

第１図および第２図において１はハウジングであり、プ
ランジャ２が摺動自在に挿入されている。プランジャ２
は図示しないディーゼルエンジンと同期して回転するト
ライブシャフト３に、カップリング４およびフェイスカ
ム５を介して連結されている。カップリング４はシャフ
ト３の回転を常にフェイスカム５およびプランジャ２に
伝えるとともに、シャフト３に対してフェイスカム５お
よびプランジャ２の軸方向への移動を許容するようにな
っている。

プランジャ２に設けたフェイスカム５と該フェイスカム
５に対向して設けたカムローラ６との摺接で、プランジ
ャ２はその１回転中にエンジンの気筒の数に応じた回数
だけ往復運動させられる。その各往復運動におけるプラ
ンジャ２が第１図の左方へ動くように運動させられる吸
入行程にある場合、プランジャ２の端面に形成されるポ
ンプ加圧室７内には、プランジャ２の先端外周に設けら
れた複数の吸入溝８の１つと、ハウジング１内に延びる
吸入孔９とを介してポンプ室10内の燃料が吸入される。
そしてプランジャ２の回転により吸入溝８と吸入孔９と
の連通がたたれると同時にプランジャ２が図示右方へ動
く圧縮行程が始まり、ポンプ加圧室７内にある燃料はプ
ランジャ２内部に設けられた縦孔11と、プランジャ２の
外周面に設けられた１つの分配溝12を介して吐出口13へ
供給され、該吐出口13を通じて図示しないエンジンの対
応する気筒の燃料噴射弁に至る。燃料噴射量の調節部材
であるスピルリング14は、プランジャ２上を移動可能で
あり、プランジャ２の圧縮行程の途中で前記縦孔11に連
通したスピルポート15を開き、このスピルポート15を開
くタイミングによって前記吐出口13から供給される燃料
噴射量を決定する。このスピルポート15が開かれるとポ
ンプ加圧室７内の燃料は縦孔11およびこの孔15を経てポ
ンプ室10へ戻されるものである。

スピルリング14はサポーティングレバー16によって、フ
ライウェート17の動きに応動するガバナスリーフ18に連
結されているとともに、テンションレバー19およびメイ
ンスプリング20によってアジャスティングレバー21に連
結され、車速ないしはアクセルペダルの踏込みに応じた
燃料噴射量制御を行うようになっていることはすでに知
られている。

ポンプ室10にはドライブシャフト３上に設けられたフィ
ードポンプ25によって加圧された燃料が充満しており、
この燃料圧力は図示しない圧力制御弁により公知の如く
エンジン回転数に関連して制御されるので、回転の上昇
に応じてポンプ室10の燃料圧力が増大するようになって
いる。

前記ポンプ加圧室７の位置にはコントローラ30が取り付
けられている。つまりポンプ加圧室７はハウジング１と
プランジャ２およびコントローラ30によって囲まれた空
間により実質的に構成されたものである。コントローラ
30は第１図および第２図に示されている。すなわち、34
はコントローラ30のシリンダであり、ハウジング１にイ
ンロー部32にて位置決めされコントローラのボデー31の
ねじ部33をハウジング１に螺着することにより固定され
ている。前記コントローラ30のシリンダ34にはピストン
35が油密的かつ摺動自在に嵌挿されている。また前記ね
じ部33によりボデー31をハウジング１に締着することに
より、シリンダ34をハウジング１に押し付け当り面1aに
て油密を保っている。

プランジャ２の先端にはピストン35が離間することを防
止するための連結部70が設けてあり、第３図で詳細を示
すような形状となっている。ピストン35はスプリング71
によって第２図中の右方に付勢されている為、第２図に
示す状態のようにピストン35の係止部78はプランジャ２
の先端の連結部70に接触する位置にあって連結されてい
る。

72は吸入溝８と縦孔11をつなぐ連通孔であり、ピストン
35の係止部78がスプリング収納孔73を塞ぐような時の、
加圧室の油圧ロック防止用に設けてある。

また、前述の様にボデー31の当たり面31aにおいてボデ
ィー31がシリンダ34をハウジング１に押しつけ固定して
いる。

また、ボデー31の内部にはバルブハウジング100が装着
され、ソレノイドハウジング107のねじ部108をボデー31
に締着することにより、バルブハウジング100の左端面
をシリンダ34の右端面に押しつけている。バルブハウジ
ング100には弁室109と弁室119が設けられており、弁室1
09内には球弁101が装着されスプリング103により球弁10
1は右方に付勢されていて、球弁101がバルブハウジング
100に設けられた制御孔106を閉塞する構造となってい
る。

また弁室119内にはチェック弁49が装着され、スプリン
グ48によりチェック弁49は右方に付勢されていてバルブ
ハウジング100に設けられたフィード孔116を塞ぐ構造と
なっている。またバルブハウジング100には連通孔104が
設けられており、制御孔106、フィード孔116は連通孔10
4、41、42を介してポンプ室10即ち低圧燃料部に連通し
ている。

弁室109と弁室119は連通溝111により連通しており弁室1
09は油密室38と連通している。

以上でわかる通り、弁球101が制御孔106を閉塞し、チェ
ック弁49がフィード孔116を閉塞した第２図に示す状態
では、油密室38、弁室109及び119は油密的に閉じられた
空間となる。

200は電気的駆動手段であるソレノイドであり、107はソ
レノイドハウジング、110はコイル、203はスプール、20
1はリアプレート、202はコネクタ、120は電極用の端子
である。また105はコア、102はピンでありピン102の右
端部はコア105に圧入され、ピン102の左端部は球弁101
と当接しておりピン102とソレノイドハウジング107の内
面は摺動自在に嵌合してある。またリアプレート201は
ソレノイドハウジング107の右端部にてかしめにより固
定されている。また67はシール用のＯリングである。

第２図でわかる様に端子120に電圧を加えると、コア105
及びピン102は左方に移動し、ピン102の左端面が球弁10
1を左方に押し、制御孔106が開放され、連通孔104と弁
室109が連通する構造となっている。

ピン102の内部には、コア105の動きがスムーズになるよ
うに連通孔102aが設けてある。

以上のような構成にもとづく第１実施例の作動について
説明する。

今、端子120に電圧を加え、制御孔106が開孔されている
時にプランジャ２が図示右方へ移動されてポンプ加工室
７内の燃料を加圧し始めるとピストン35は左端面に燃料
圧力を受けるので、プランジャ２とピストン35は連結部
70、係止部78によって離間することなく一体となって右
方に移動させられる。

この時、油密室38内の燃料はピストン35によって弁室10
9、制御孔106、連通孔104及び41、42を通過し、ピスト
ン35の移動量に相当した分だけポンプ室10へ逃がされ
る。ここでコイル110への電流を切るとコア105、ピン10
2、球弁101は、スプリング103の付勢力により右方に移
動し、球弁101が制御孔106を閉塞する位置に達すると、
油密室38内の燃料は逃げ場がなくなるため、ピストン35
の移動はほとんど停止状態となる。

ピストン35がプランジャ２と一体となって右方へ移動し
ている時の加圧室７内の燃料の実加圧断面積は〔プラン
ジャ２の断面積〕−〔ピストン35の断面積〕であった
が、ピストン35が停止状態となった時の実加圧断面積
は、〔プランジャ２の断面積〕と同程度になるため、ピ
ストン35が停止した時点以降は実加圧断面積は急に増加
し、たとえば第４図（Ａ）の破線で示す様になりポンプ
加圧室７から送出される燃料が増加する。よって、その
噴射率は第４図（Ｂ）に示す如く上昇する。

一方、燃料の圧送が終ってプランジャ２が吸入行程に至
ると、ポンプ加圧室７内の燃料圧力が減少するとともに
プランジャ２が左方に移動するので、プランジャ２の連
結部70がピストン35の係止部78を引張りながらピストン
35はプランジャ２と共に左方へ移動する。ピストン35が
左方へ移動すると油密室38内の圧力が低下するためピス
トン35の移動にともないポンプ室10内の燃料が連通孔4
2、41、104、フィード孔116、弁室119、連通溝111、弁
室109通過し、油密室38に導入される。この吸入過程の
途中で、コイル110に電流を流し、制御孔106を開ける
と、ポンプ室10内の燃料は制御孔106、弁室109をも介し
て油密室38に導入される。したがって、ピストン35は次
の加圧行程までに初期位置にもどる。

しかして前述の作動から判るように、コイル10への通電
を切る時期は送油率が急に増大する時期を決定するもの
である。

今、コイル110に流れる電流を切る時期を遅らせ送油率
の増大時期を第６図のＡ→Ｂ→Ｃと遅らせた場合には、
噴射弁が開弁圧に達する時の送油量がｑであれば第６図
中に対応する同一条件での状態を同一の符号で対応付け
て記載した第７図に示すように噴射率は送油率が低下し
た分だけ低下するため、同一期間内での噴射量は減少す
る。ここでアジャスティングレバー21の位置を調整して
噴射期間を長くすれば、同一噴射量にて噴射率を第７図
の→→のように変えることができる。

またコイル110に流れる電流を切る時期を早め送油率の
増大時期を第６図のＡからＤのように早めることによ
り、噴射弁の開弁時期をＡからＥに早めることができる
ため、第７図の→のように噴射時期を進めることも
可能である。

具体的にはエンジンのアイドリング運転時などのような
低回転運転域にあっては、第７図のように噴射率を下
げて噴射時期を長く延ばすことによってアイドル運転時
の燃焼騒音を低減することができるし、特に小型の直噴
ディーゼルエンジンにおいては低速時の燃焼を大幅に改
善することができる。

エンジン回転の高速域においては第７図のように噴射
率を高くすると共に噴射時期を進めることによって良好
なエンジン性能を受けることができる。

すなわち、第１実施例においての実際の操作としては、
第５図の様に回転位置信号に対してソレノイド電流を切
るタイミングをマイコン等により計算してエンジンの運
転状態に応じ最適にかつ高速に制御することで、大幅な
エンジン性能向上を達成することができる。

なお、チェック弁49はピストン35が左方に移動する時に
油密室38内における気泡発生を防止するためのものであ
る。

またソレノイド200はポンプ吸入行程において通電され
て球弁101を開弁させ、ポンプ圧送行程の初期の状態で
も球弁101を開弁状態を維持しているが、開弁状態では
ソレノイド200のコア105が図中最も左方にありソレノイ
ドハウジング107とのギャップが小さくなっているた
め、ポンプ圧送行程中においても小さな電磁力でもって
球弁101の開弁状態を維持することができる。このた
め、ソレノイド200は小型のものを使用することができ
る。

次に第８図に基づいて第２実施例を説明する。

本実施例は、第１実施例とは逆にコイル110に電流を流
すことによって制御孔106を閉塞する構造の実施例であ
る。

コイル110に電流が流れない状態では弁101′はスプリン
グ103′だけの弱い付勢力により制御孔106を閉塞してい
るため、油密室38内の圧力が上昇すれば油圧がスプリン
グ103′の付勢力に打ち勝ち制御孔106を開放する。ここ
でコイル110に電流を流すとスプリング103′の付勢力に
電磁力が加わるため再び弁101′は制御孔106を閉塞し、
油密室38は油の逃げ場がなくなりピストン35の移動は停
止する。ソレノイド200の右方の付勢力が油密室38の油
圧力より弁101′を右方へ押す付勢力よりも十分に大き
い場合は、この様な構成にすることができる。尚、他の
構成、作動は前述の実施例と同様であるので同一の符号
を付して説明は省略する。

次に第９図に基づいて第３実施例について説明する。

本実施例においては電気的駆動手段であるソレノイド20
0の変わりに、圧電式アクチュエータ300を用いて制御孔
106の開閉制御するものである。

圧電式アクチュエータ300はハウジング307と、PZT等の
電歪素子を複数積層した圧電体303と、圧電体303を収納
するケース304、圧電体303の伸縮によりハウジング307
内を摺動可能な圧電ピストン302、油圧連結室309、ピン
301とから主に構成されている。圧電体303は、電極端子
120に電圧を印加することにより伸縮するが、そのスト
ロークは数十ミクロン程度であるため、圧電ピストン30
2とピン301との油圧連結室309に油を充填して油圧連結
するとともに、ピン301の断面積を圧電ピストン302の断
面積と比較して小さくすることにより、圧電体303の小
さいストロークを大きくしてピン301に伝達する構造で
ある。305はチェック弁で油圧連結室309内に吸入される
油のみを許容する。310は油圧連結室309内に設けられた
波形リング状の板バネであって、圧電ピストン302を図
中右方向に常に付勢している。

また、圧電体は応答性が極めて良いので燃料を噴射して
いる途中で、圧電体をON−OFF作動させることができる
ので、例えば、噴射中に噴射率を上昇させて、噴射の終
了間近で噴射率を下げる様な作動もできる。あるいは、
噴射初期にノズルの開弁によって噴射率が落ち込む（息
つき現象）のような場合は、落ち込み時のみ、噴射率を
上げる様な制御も容易に可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の構成によれば、燃料噴射
率の変化を正確に行えるとともに、噴射率の切り換え時
期を内燃機関の運転条件に応じ広範囲にわたって最適に
制御することが可能となる。特にアイドリング時におけ
る低噴射率の期間を長くすることができるため、より確
実な低騒音化を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の第１実施例に関するもの
で、第１図は燃料噴射率制御装置の要部を示す部分断面
側面図、第２図は第１図のコントローラ30付近の構造を
示す詳細図、第３図はフランジャ２の先端部分の詳細構
造を示す斜視図、第４図はポンプカム回転角とプランジ
ャの有効面積及び噴射率との関係を示す特性図、第５図
はソレノイドの制御タイミングと噴射率との関係を示す
特性図、第６図はポンプカム回転角と送油量との関係を
示す特性図、第７図はポンプカム回転角と噴射率との関
係を示す特性図、第８図は第２実施例を示す部分断面
図、第９図は第３実施例を示す部分断面図である。 １……ハウジング,2……プランジャ,7……ポンプ加圧
室,34……シリンダ,35……ピストン,38……油密室,70…
…連結部,78……係止部,41,42,104,106……連通孔，制
御孔,101,101′……球弁，弁,200,300……電気的駆動手
段となるソレノイド，電歪式アクチュエータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジングに摺動自在に挿入されたプラン
   ジャを往復運動させてポンプ加圧室内の燃料を加圧送出
   する燃料噴射装置において、前記ハウジングにシリンダ
   と、該シリンダ内にあって前記ポンプ加圧室の燃料圧力
   により一方向へ押圧移動するピストンとを設けるととも
   に、前記プランジャおよび前記ピストンは、前記プラン
   ジャの先端にある連結部と前記ピストンの一端にある係
   止部とを介して連結し、前記ピストンと前記シリンダに
   よって加圧される油密室と、この油密室に開口して前記
   油密室と低圧燃料部とを連通する連通孔と、前記油密室
   と前記低圧燃料部との連通、閉塞を制御する弁と、この
   弁を作動する電気的駆動手段とを備え、前記プランジャ
   による圧送工程において、前記弁を前記電気的駆動手段
   により駆動制御して前記連通孔を連通、閉塞することに
   より、前記ピストンの移動を制御することを特徴とする
   燃料噴射装置。