JPS58210357A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、車両等に搭載され、電気的に作動する燃料噴
射ポンプを備えた燃料噴射装置に関するものである。

従来、この種の燃料噴射装置として、ソレノイド、電歪
素子等に通電することにより、あるいは磁歪素子に磁力
を作用させること等により電気的に発生する力を、プラ
ンジャに作用させてこれを駆動し、このプランジャの往
復運動によりポンプ作用を行なう燃料噴射ポンプと、こ
の燃料噴射ポンプから供給される燃料をエンジンに対し
て噴射する燃料噴射弁とを備えたものが知られている。

このようにプランジャを電気的に駆動する構成を有する
燃料噴射装置は、高精度に制御を行なえること、また制
御の自由度が大きいこと等の利点金もつ反面、電気的に
発生する力によっては、一般にプランジャの大きなスト
ロークを得ることが困難である。すなわち、従来の燃料
噴射装置は、燃料の噴射量を大きくすることができず、
また噴射量の制御範囲が小さいという問題を有している
。

本発明は以上の点に鑑み、燃料噴射量を大きくすること
ができるとともに燃料噴射量の制御範囲を拡大すること
が可能で、しかも外形の小さい燃料噴射装置を得ること
を目的としてがされたもので、燃料噴射ポンプを複数個
設けるとともに、これらのポンプのうち少なくとも１個
のポンプのプランジャの往復運動を、他のポンプのプラ
ンジャに対し位相差をもたせるべく構成したことを特徴
としている。

以下図示実施例によシ本発明を説明する。第１図におい
て、ユニットインジェクタ１は、燃料噴射弁２と、この
噴射弁２の両側に配設された２個のピエゾ式噴射ポンプ
３，４とから構成されており、ディーゼルエンジンの燃
焼室内に燃料を噴射供給する装置として用いられる。ピ
エゾ式噴射ポンプ３．４は、それぞれ全く同一の構成を
有し。

ユニットインジェクタ１のボディ５の両側に、これの中
心軸に対して直角に設定して螺着される。

図の左方に位置するピエゾ式噴射ポンプ３のケーシング
６は、略筒状を呈し、その内部孔７には円柱状のピエゾ
スタック８が収容される。ピエゾスタック８の上記ボデ
ィ５側端面には有底筒状のプランジャ９が嵌着され、こ
のプシンジャ９の前端面と内部孔７の壁面との間には皿
ばね１０が弾装される。皿ばね１０は、プランジャ９を
常時図の左方へ附勢するもので、プランジャ９が右方へ
変位する程、その附勢力は大きくなる。プランジャ９は
内部孔７に対し摺動自在であり、ピエゾスタック８が伸
長した時、皿ばね１０の弾発力に抗して右行し、またピ
エゾスタック８が収縮すると、これとともに左行する。

一方、ピエゾスタック８の後端部にはホルダ１１が取付
けられる。このホルダ１１の先端は、内部孔７よシやや
小径の開口ｓ１２からケーシング６外方へ突出し、また
ホルダ肩部１２ｆｉ皿ばね１０の弾発力によシ、内部孔
７の端部壁面に常時弾接する。

ピエゾスタック８はＰＺＴと呼ばれる圧電素子を軸方向
に積層して成る焼結体（セラミックス）である。圧電素
子の接合面には白金電極が焼付けられておシ、この白金
電極は、Ａ！状態において。

電位が軸方向に正、負、正、負となるよう構成されてい
る。この圧電素子に通電を行なうためのリード線１３は
、ホルダ１１を貫通してケーシング６の外部へ吹出され
る。しかして、ピエゾスタック８は１通電されると膨張
し、プランジャ９を皿ばね１０に抗して右行させる。こ
の結果、プランジャ９の前端面と内部孔７の壁面との間
に形成されたポンプ室１４内の燃料は圧縮され、吐出孔
１５から吐出されて噴射弁２へ圧送される。これに対し
、ピエゾスタック８への電力供給を遮断すると、プラン
ジャ９は皿ばね１０の弾発力、および後述する供給口１
６よシ供給される燃料の圧力を受けて左行し、吸入口１
７を介してポンプ室１４内に燃料が吸入される。

なお、ピエゾ式噴射ポンプ３．４の吐出孔、吸入口の穿
設された外端面は、平面状に成形さ扛てお夛、これらの
ポンプ３１，４は、この外端面をボディ５に密着させて
取付けられる。

ボディ５の上部に形成された供給口１６には。

図示しないアキュムレータによシ約１００＃／−の圧力
で燃料が供給される。この供給口１６の下方には、供給
通路１８が穿設される。供給通路１８はボディ５の軸心
に沿って下方へ延び、両側へ分岐して、上記ポンプ３．
４の吸入口１７．１９と連通ずる。供給通路１８の分岐
した部分には、それぞれポール状の逆止弁２０．２１が
収容され。

ポンプ室１４内の燃料が供給通路１８へ流入するのを阻
止する。

ボディ５の、上記供給通路１８の分岐部よシ下方には、
このボディ５の径方向に延びる内径約４閣のピストン孔
２２が穿設される。ピストン孔２２の両端部は、中央部
よりも約１ｍｍだけ段状に大径に形成され、鎖孔２２は
その大径部２３．２４を介して、上記ポンプの吐出口１
５．２５と連通ずる。このピストン孔２２の中央部には
、鎖孔２２の軸方向長さよりも約１００μ短い円柱状の
ピストン２６が摺動自在に支持される。ピストン２６は
１両端面が平面状に成形されており、吐出口１５．２５
から吐出される燃料圧に応じて左右のいずれかに移動し
、これら吐出口１５．２５のいずれか一方に密着してこ
れを閉塞することができる。

ピストン孔２２の下方には、ボディ５の軸心方向に延び
る吐出通路２７が形成される。吐出通路２７の主力は１
分岐してそれぞれピストン孔２２の大径部２３．２４に
連通し、ｉた下方は燃料噴射弁２に連通ずる。燃料噴射
弁２は、公知の構造を有するディーゼルエンジン用噴射
弁であって。

燃料の圧力が設定値μ上になると、ニードル２８がはね
２９に抗して上昇し、開弁するものである。

上記構成を有する実施例装置は１次のように動作して燃
料噴射を行なう。

ピエゾスタック８に電圧を印加すると、このピエゾスタ
ック８は伸長し、プランジャ９を皿ばね１０に抗して右
行させる。この結果、ポンプ室１４内の燃料は圧縮加圧
されて、吐出口１５からピストン２６を押しのけてピス
トン孔２２内へ流入し、吐出通路２７を介して燃料噴射
弁２へ供給され、外部へ噴射される。次いでピエゾスタ
ック８の電圧を解除するとともに、噴射ポンプ４のピエ
ゾスタック３０に電圧を印加すると、ピエゾスタック８
が収縮するとともに、ピエゾスタック３０が伸長し、こ
の結果、吐出口２５側の燃料圧が高くなってピストン２
６が左行し、吐出口１５が閉塞され、吐出口２５が開放
される。しかしてピエゾスタック３０により、上記ピエ
ゾスタック８と同様な燃料供給工程が行なわれるが、こ
の間、ピエゾスタック８のプランジャ９は１皿ばね１０
の弾発力と、吸入口１７よシ供給される燃料の圧力を受
けて左行し、ポンプ室１４内には、逆止弁２０を介して
新たな燃料が吸入される。

このように、ピエゾスタック８．３０は交互に動作し、
これにより、噴射弁２には連続的に高圧の燃料が供給さ
れる。

このピエゾスタック８．３０による燃料の供給状態を第
２図により詳細に説明すると、第２図（、）は噴射弁２
から噴射される燃料量が少ない場合。

第２図（ｂ）は、この燃料量が多い場合、第２図（Ｃ）
は時１間当りの噴射率が高い場合すなわち燃料圧が高い
場合を示す。

第２図（ａ）において、曲線Ａはピエゾスタック８の電
圧を示し、この電圧は１時刻Ｔｔから時刻Ｔ２までの間
、すなわち約４００μｓｅｃの間、直線的に増加して、
時刻Ｔ２において■１＝約５００Ｖに達し、このｔ′を
時刻Ｔ３まで維持される。一方。

曲線Ｂによう示されるように１時刻Ｔ８においてピエゾ
スタック３０に電圧が印加され、この電圧は、上記時刻
Ｔ１から時刻Ｔ２におけるピエゾスタック８の電圧の増
加率と同じ増加率でもって増加し１時刻Ｔ３において解
除される。また、この時刻Ｔ、において、ピエゾスタッ
ク８の電圧も同時に解除される。

ピエゾスタック８．３０の上記電圧増加率が等しいこと
により１時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの間における噴射弁
２へ供給される燃料の圧力は１曲線０で示されるように
、実質的に一定値Ｐｌ　となる。また５時刻Ｔ３におい
て、ピエゾスタック８．３０の両者の電圧が同時に解除
されることにより、ピエゾ式噴射ポンプ３．４が同時に
吸入工程を行なうこととなシ、ピストン２６は両社出口
１５．２５を同時に開放する。したがって、吐出通路２
７内の燃料はポンプ室１４等に吸戻されて急激な圧力低
下を生じ、燃料噴射弁２からの燃料噴射はスムーズに停
止する。すなわち、時刻Ｔ３は、噴射弁２から必要燃料
量が全て噴射された時期である。なお１時刻Ｔ、とＴ３
の間隔は１時刻Ｔ１とＴ、の間隔よりも短かく、シたが
って、ピエゾスタック３０の最大電圧Ｖｓは、ピエゾス
タック８の最大電圧■１よりも小さい。

第２図（ｂ）に示した例は、第２図（−）の場合と異な
り、ピエゾスタック８．３０への電源供給が、それぞれ
２回行なわれるもので、燃料圧力Ｐ１を維持する時間が
、第２図（、）の場合よりかなり長くなっている。すな
わち１曲線り、Ｅで示すように。

ピエゾスタック８の電圧は１時刻ＴＩから時刻Ｔ。

まで直線的に増加し１時刻Ｔ２において■、に達して解
除され、これと同時にピエゾスタック３゜の電圧が増加
する。この電圧は１時刻Ｔ４において■１に達して解除
され、同時にピエゾスタック８への電圧印加が再び行な
われる。ピエゾスタック８の電圧は５時刻Ｔｓまで直線
的に増加するが。

時刻ＴＩから時刻Ｔ−までは、　Ｖｌに保持され２時刻
Ｔ６において解除される。一方１時刻Ｔｓにおいて、ピ
エゾスタック３ｏの電圧が再び増加し、この電圧も時刻
Ｔ６において■３に達した後解除される。この例におい
て、ピエゾスタック８．３０の電圧増加率は全て等しく
、また、　Ｔ２−Ｔｌ＝Ｔ４−Ｔｘ＝ＴＨ−Ｔ４であり
、　Ｔ６−Ｔｌｌ＜Ｔ２−Ｔｌである。

したがって電圧Ｖｌはｖｌよ勺も小さい。

しかして１曲線Ｆで示されるように、噴射弁２へ供給さ
れる燃料の圧力は１時刻ＴＩか−ら時刻Ｔ６までの間、
一定値Ｐｉを維持し、その時間は第２図（、）に示す例
よシも長く、また噴射弁２がら噴射される燃料量も、そ
の時間に比例して多い。

さて、上記２つの例においては、吐出通路２７内の燃料
圧Ｐ１は、互に等しく、シたがって１時間当りの燃料噴
射率も互に等しい。時間当りの噴射率を大きくするには
、吐出通路２７内の燃料圧を高くする必要があるが、こ
のためにはピエゾスタック８．３０へ印加する電圧の時
間当りの増加率を大きくすればよい。

第２図（ｃ）はこれを示すもので、ピエゾスタック８の
電圧は１曲線Ｇで示されるように１時刻Ｔ。

から時刻Ｔ７までの間、上記第２図（ａ）、　（ｂ）の
例における増加率よりも高い増加率で直線的に増加し。

時刻Ｔ７においてＶｌに達し、その直後解除される。す
なわち１時刻Ｔ１から時刻Ｔ１までの時間は、上記時刻
Ｔ１から時刻Ｔ２までのそれよシも短い。一方、ピエゾ
スタック３ｏの電圧は１曲線Ｈで示されるように、時刻
１丁から時刻Ｔ８までの間、上記ピエゾスタック８の電
圧と同様に、高い増加率で増加し１時刻Ｔｌにおいてｖ
ｌに達した後１時刻ＴｓまでＶｌを保持し、その後、解
除される。また１時刻Ｔｓから時刻Ｔ１１までの間、ピ
エゾスタック８の電圧は再び直線的に増加し１時刻Ｔ＠
において解除される。この結果、プランジャの移動速度
は上記第２図（ａＬ（ｂ）の例よりも大きくなり、燃料
圧Ｐ２は１曲線Ｉで示されるように、上記第２図（ａ）
、（ｂ）の例における燃料圧Ｐ１よりも高くなる。

以上説明した工程は、１回の燃料噴射であり。

４サイクルデイーゼルエンジンの場合には、各圧縮工程
における上死点付近毎に、す彦わちエンジン２回転毎に
、この燃料噴射が繰返される。

以上のように本実施例装置は、複数の電気式噴射ポンプ
３．４から共通の噴射弁２に交互に燃料を供給する構成
としたので、プランジャ９０ストロークが小さいという
電気式噴射ポンプの欠点を除去することができる。特に
、１回の噴射に当ってプランジャ９を数回ストロークさ
せることができるので、全噴射量を大きくすることがで
き、しかもポンプ自体は小型でよいという優れた効果が
得られる。さらに１本実施例装置は、燃料噴射ポンプ３
．４から共通の制御弁を介して燃料が吐出され、この制
御弁のピストン２６は、吐出圧の低い方のポンプの吐出
口を閉じる構造となっているので、ピストン２６のスト
ロークを小さくすることができ、したがって燃料のトラ
ップボリュームを小さくして燃料の給送効率を向上させ
るとともに、応答性を高くすることができる。また、燃
料噴射弁２からの燃料噴射の終了において、噴射ポンプ
３．４が同時に吸入行程を行なうようにしたので、吐出
通路２７内の燃料圧が迅速に低下し。

燃料噴射はスムーズに停止する。

なお、燃料曖、燃料圧の制御は、アクセルレバ−の開度
やエンジン回転数に応じて１図示しないコントローラか
らピエゾスタック８．３０への電圧印加、解除を行なう
ことによシなされ、第２図（、）〜（Ｃ）に示した例に
限らず１種々の制御方法が可能である。また、上記実施
例においては、ピエゾスタック８．３０への電圧の印加
が、完全に交代するようになっているが１両ピエゾスタ
ック８゜３０の通電を多少重複して行なうことも勿論よ
く。

これによシ燃料噴射がよシなめらかなものとなり得ゐ。

さらに１通常の作動において、燃料噴射は連続的に行な
われるが、ピエゾスタック８．３０のいずれか一方に１
パルスの電圧印加を行ない。

主噴射に先立って行なう少量の燃料噴射であるパイロッ
ト燃料噴射を行なうことも可能である。

また、上記実施例においては、供給口１６を共通として
いるが、これを分離して、各々異種の燃料を供給するよ
う構成してもよく、プランジャに作用させる力の発生源
としてンレノイドや磁歪素子を用いてもよい。

さらに本発明は、ガソリンエンジンにおける吸気管内噴
射にも、またガスタービン等の連続燃焼機関、あるいは
外燃機関にも適用することが可能である。

以上のように本発明によれば、噴射ポンプのストローク
が小さいにも拘らず、燃料噴射１ｔ−大きくでき、また
その噴射量の制御範囲を拡大することのできる小型の燃
料噴射装置を得られるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図（、）
　、　（ｂ）　、　（ｃ）は、実施例装置の作動状態を
示す作２・・・燃料噴射弁、３．４・・・燃料噴射ポン
プ。 ９・・・プランジャ、　　　２６・・・ピストン。 特許出願人 株式会社　日本自動車部品総合研究所 特許出願代理人 弁理士　　青　　木　　　　　朗 弁理士　　西　　舘　　和　　之 弁理士　　中　　山　　恭　　介 弁理士　　山　　口　　昭　　之 ｆｆｉ ８ ＴＩ　　　　　　　　７３ τ１Ｔ３ ＴＩ　　　　Ｔ２　　　　Ｔ４　　　　　　　Ｔ６Ｔ＋
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｔ６■１Ｔ７
　　　Ｔ８　　Ｔ９ ＴＩ　　　　　　　　　　　Ｔ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料噴射弁と、プシンジャを電気的に駆動して往復
   運動させ、燃料を上記燃料噴射弁へ供給する燃料噴射ポ
   ンプとを備えた燃料噴射装置において、上記燃料噴射ポ
   ンプを複数個設けるとともに、これらのポンプのうち少
   なくとも１個のポンプのプランジャの往復運動を、他の
   ポンプのプランジャの運動に対し位相差をもたせるべく
   構成し次ことを特徴とする燃料噴射装置。 ２、上記燃料噴射弁は単一であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の燃料噴射装置。 ３　上記複数の燃料噴射ポンプの各吐出圧の差圧によっ
   て作動し、吐出圧の低い方の燃料噴射ポンプの吐出口を
   閉塞する弁機構を設けたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の燃料噴射装置。 ４、上記複数の燃料噴射ポンプを、相互に位相差をも九
   せて圧縮工程を行表わせるとともに、吸入行程を同時に
   行なわせることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第
   ３項のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。