JPS5999060A - 燃料噴射ポンプの噴射率制御装置 - 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、ディーゼル機関などの燃料噴射ポンプの燃料
噴射率制御装置に関する。

・ディーゼル機関においては、燃料噴射量を機関回転数
や要求出力（負荷）に応じて可変的に制御している（日
産自動車株、昭和５３年６月発行１９８０年技術解説書
「ディーゼルエンソ／」Ｐ。

９３〜Ｐ、１０６参照）。

その制御手段の一例が、第１図に示すような分配型燃料
噴射ポンプで最も広く実用化されている。

まず燃料は、ボ／プ本体の人口１から機関出力軸に連結
したドライブシャフト２により駆動されるフィードポン
プ３によって吸引される。

フィードポンプ３からの吐出燃料は、圧力調整弁４によ
り供給圧を制御されて、ポンプハウジング３１の内部の
ポンプ室５へと供給される。

ポンプ室５の燃料は、作動部分の潤滑を行なうと同時に
吸入ボート１２を通って高圧グラ／ツヤポンプ６に送ら
れる。

このボンプロのプランジャ７は、ドライブシャフト２に
連結したカムディスク８に固定されておシ、継手２人を
介して、前記ドライブシャフト２によシ機関回転に同期
して駆動される。

また、カムディスク８は、機関シリンダ数と同数の７エ
イスカム９をもち、回転しながらローシリング１０に配
設されたローラ１１をこの７エイスカム９が乗シ越える
たびに、所定のカムリフトだけ往復運動する。

従って、プランツヤ７は回転しながら往復運動をし、こ
の往復運動によって吸入ボート１２から吸引された燃料
が分配ボート１３よりデリバリノ々ル２１４を通って図
示しない噴射ノズルへと圧送される。

一方、燃料の噴射量は、プランツヤ７に形成したカット
オフボート１５を被覆するコントロールスリーブ１６の
位置により決められる。例えば、カットオフボート１５
の開口部がプランツヤ７の右行により、コントロールス
リーブ１６の右端部を越えると、それまでプランジャ高
瓜室６Ａ内から分配ボート１３へと圧送されていた燃料
が、カットオフボート１５を通って低圧のポンプ室５へ
と解放されるので分配ボート１３への圧送を終了する。

したがってコントロールスリーブ１６をプランツヤ７に
対して右方向に相対的に変位させると、燃料噴射終了時
期が遅くなって燃料噴射量が増加し、逆に左方向に変位
させると燃料噴射終了時期が早まって燃料噴射量が減少
するのである。

コントロールスリーブ１６は、図示しないアクセルペダ
ルと連動するリンクレバー装置１９に支持され、踏み込
み量に応じて変位する。これと同時にドライブシャフト
２の回転で駆動されるガバナ機構１８は、リンクレバー
装置１９を補正制御して、アクセル開度に対応した機関
回転数を常に一定に保つべく燃料噴射量を増減する。

このリンクレバー装置１９１ｄ、コレクタレバー２１、
テンションレバー２２、スタートレバー２３およびスタ
ートスプリング２４よりなる。

コレクタレバー２１は支点Ｂを中心に回動自在にボンプ
ハウノング３１に支持され、圧縮スプリング２５によっ
て、フルロ−ドアツヤストスクリュー２６に押しつけら
れて静止している。

マタ、テンションレバー２２とスタートレバー２３はこ
のコレクタレバー２１に支点Ａを中心に回動自在に設け
られ、テ／ションレ−Ｚ−２２にはコントロールレバー
２０の回動ニ伴っテコントロールシャフト２７を介して
増減するテンションスプリング２８の付勢力が与えられ
、この付勢力がスタートスプリング２４を介してスター
トレ／？　−２３に伝達され、スタートレバー２３を後
述するガバナ機構１８のガバナスリーブ１８ｆに押し付
けている。

そして、このスタートレバー２３に／１−６−ルソヨイ
／）１８ｇを介して上記コントロールスリーブ１６が支
持される。

したがって、レバー２０を回してテンションスプリング
２８の張力を強めれば、テ／７ヨ／レバー２２が反時計
方向に回動し、スタートスプリング２４を介してスター
トレバー２３を押し、支点Ａを中心にしてコントロール
スリーブ１６を右方へ移動させて燃料噴射量を増量させ
る。

一方、ガバナ機構１８は、ｌ］ｊｔ射ポンプ本体の上層
部に内蔵され、ギヤ１８ａと一体的に構成された７ライ
ウエイトホルダ１８ｂにはフライウェイト１８Ｃが接合
点１８ｄを中心に回動自在にとシつけられている。フラ
イウェイトホルダ１８ｂが５ギヤ１８ａを介して伝えら
れるドライブシャフト２の回転に従ってガパナシャフ）
１８ｅを中心に摺動回転すると、フライウェイト１８ｃ
も回動し接合点１８ｄを中心に回転遠心力をうけ拡がる
。

例えば、アクセル開度が変わらないのに回転数が上昇し
たとすると、ガノクナシャフ）１８ｅに嵌合し、かつフ
ライウェイト１８ｃに係合するがバナスリーブ１８ｆは
、フライウェイト１８ｃにおされて前進する。このガバ
ナスリーブ１８ｆの前進に伴って、スタートレバー２３
が、スタートスプリング２４の押圧力に抗して支点Ａを
中心に回転し、コントロールスリーブ１６を図中左方へ
移動させて燃料噴射量を減少させる。このため回転数が
下降してアクセル開度に対応した機関回転数に収束する
のである。

また、燃料の噴射時期はローシリング１０を回転させる
ことによシ制御される。

具体的にはカムディスク８の７エイスカム９力゛ローラ
１１に乗り上げたときに燃料が噴射されるので、例えば
カムディスク８の回転方向と逆方向にローシリング１０
を回転させると、フェイスカム９のロー２１１に乗り上
げる時期がそれだけ早くなるため、燃料の機関クランク
角に対する噴射時期が早まる。

そのために、ローラリ／ブト０はタイマスライドビン２
９を介してタイマピストン３０に回動自在に嵌合されて
いる。

シリンダ３０Ａの中で摺動するタイマピストン３０の端
面の高圧室３２には、通路３３を経てポンプ室５の燃圧
が導かれ、また反対側の低圧室３４はフィードポンプ３
の吸込側に連通して負圧に近い状態になるが、スプリン
グ３５０弾性力でタイマピストン３０を押し戻している
。なお、第１図はタイマピスト／３０の軸線を９０度回
転させた状態を示しており、実際にはローシリング１０
の回転接線方向に一致する。同様に説明の便宜上からフ
ィードポンプ３の軸線も９０度回転させたものが同一図
面中に図示しである。

ポンプ室５の燃圧はフィードポンプ３の回転数に比例し
て上昇するので、タイマピストン３０は機関回転数の上
昇に伴って、左方へと押され、これによシカムディスク
８の回転と逆方向ヘローラリング１０を回動し、噴射時
期を相対的に早めるように作用する。

ところで、この装置では噴射率（単位クランク角に対す
る噴射量）がプランヅヤ径と７エイスカム９のプロフィ
ルによって定まるプランジャ速度によって一義的に決ま
ってお９、運転条件に合わせて噴射率を変化させること
が出来ない。このため、特にこの装置とホール型ノズル
を組合せて燃なって燃焼初期の熱発生率を高め、ＮＯｘ
エミツショｙレベル並びに騒音レベルが増大するという
問題点があった。

本発明は一本のプランジャが回転しながら往復運動を行
ないポンプ室の燃料を吸入ポートから高王室に吸引しセ
ンタ孔を経て分配ポートから各気筒に分配供給するディ
ーゼル機関の燃料噴射ポンプにおいて、前記吸入ポート
と分配ポートの間の前記プランツヤの周囲にあって前記
ポンプ室に燃料逃し通路を介して連通ずるグループと、
前記センタ孔からこのプランツヤ軸方向と直角に穿設さ
れ前記プランジャが前記高圧室の燃料を加圧しての噴射
初期に前記グループと連通ずる連通孔と、前記燃料逃し
通路に介装され運転条件に応じて通路断面積を変える可
変断面オリフィスとを設けることによシ、運転条件に応
じて前記高圧室の高圧燃料の一部を前記ポンプ室に逃が
し、初期噴射率を低減して特に直接噴射式ディーゼル機
関での初期熱発生率の低下によるＮＯｘの低減並びに騒
音の低減を図る燃料噴射ポンプの噴射率制御装置を提供
することを目的とする。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の一実施例の要部断面図を示す。

図中、吸入ポート１２と分配ポート１３の間にあってプ
ランツヤ７を取勺囲むグルー２（溝）４０をポンプハウ
ジング３１に形成するとともに、このグループ４０と、
フィードポンプ３によシ燃料の供給されているポンプ室
５とを連通ずる燃料逃し通路４２を同じくポンプハウジ
ング３１に穿設する（実際にはグループ４０並びに燃料
逃し通路４２の一部はポンプハウジング３１に固定され
るプランツヤ軸方向３６に形成される）。

一方、プランツヤ７の軸中心に沿って穿設されるセンタ
孔３７からは、プランツヤ７の往路（図で右方向）の途
中で前記グループ４０と所定区間連通ずる連通孔４１を
プランツヤ７軸中心に対し直角に設ける。

具体的には、カムディスク８のフェイスカム９がローラ
１１に乗シ上げていない状態のときは連通孔４１がグル
ープ４０よりも左側にあって連通せず、フェイスカム９
がローラ１１に乗勺上がることによりプランツヤ７が右
へ移動し噴射を始めるが、その噴射初期に連通孔４１が
グルーｆ４０と連通し、その後噴射中期から連通孔４１
はグループ４０を横切シ、今度はグループ４１よシも右
側にあって同じく連通しないようになっている。

そして連通孔４１とグループ４０が連通している状態で
はプランツヤ７の右への移動によって加圧された高圧室
６Ａ内の高圧燃料の一部が連通孔４１、グループ４０、
燃料逃し通路４２を経てポンプ室５に戻されるようにな
っている。

燃料逃し通路４２には可変断面オリスイス（絞夛）４３
を介装する。この可変断面オリフィス４３は燃料逃し通
路４２の途中ならばどこでもよく、本実施例ではポンプ
室５よシ可変断面オリフィス４３の本体４３Ａをねじ部
４３Ｂによりポンプハウソング３１に固定している。

第６図はこの可変断面オリフィス４３の拡大断面図で、
弁室４３Ｃには弁体４３Ｋがスプリング４３Ｄによシ本
体４３Ａの軸方向（図で右方向）に付勢されて弁体４３
Ｅの座面４３Ｈが本体４３Ａの座面４３Ｉに押しつけら
れるとともに、弁体４３Ｅには燃料逃し通路４２とポン
プ室５を連通ずる通路４３Ｇと、この通路４３Ｇには小
径の絞シ４３Ｆを形成している。

連通孔４１とグループ４０が連通したときの燃料逃し通
路４２に逃がれる燃圧は運転条件によって異なる（高速
高負荷域のほうが低速低負荷域よシも燃圧が高くなる）
ので、低速低負荷域の燃圧が低い場合には、弁体４３Ｅ
の受圧面Ｓ（第７図は第６図囚のＰ矢視図で、図の斜線
部が受圧面Ｓとなる）に加わる燃圧による力よシもスプ
リング４３Ｄによる初期荷重（初期荷重はシム４３Ｊの
厚さによって調整される）の方が大きくて弁体４３Ｅを
本体４３Ａに押し付けた状態となるように、また高速高
負荷域の燃圧が高い場合には、弁体４３Ｅの受圧面Ｓに
加わる力がスプリング４３Ｄの初期荷重に打ち勝って弁
体４３Ｅを開度を増大するようにスプリング４３Ｄのバ
ネ定数、初期荷重並びに受圧面Ｓの面積を選ぶ。

このため、低速低負荷域では燃料は通路４３Ｇを通して
逃け、この時の燃料の逃し量は絞ｐ　４３Ｆの口径（断
面積）によって規定される。高速高負荷域では燃圧に応
じて弁体４３Ｅの座面４３Ｈと本体４３Ａの座面４３Ｉ
との開度を増大し、通路４３Ｇを通しての他、弁体４３
Ｆの周囲からも燃料を逃して燃料の逃し量を増大するよ
うになっている。

従って可変断面オリフィス４３は燃料逃し通路４２の燃
圧に応じて通路断面積を変えるようになっている。

また、３８はプランツヤ７の周上にシリンダ数と同数形
成され、吸入行程のプランツヤ７の回転左動時にポンプ
室５と高圧室６Ａを連通ずるインテークスリット、３９
はセンタ孔から分岐して形成され、噴射時のプランツヤ
７の回転右動時に高圧室６　Ａｌ）配；Ｎ　−ト１３を
連通するディストリヒ：ｘ、−タ、ｘ、リツ）、４４ｉ
ｉ、噴射後のプランツヤ７の回転左動時に分配ボート１
３とポンプ室５を連通し分配ボート１３からデリパ１ル
ぐルプ１４の間の通路の残圧（高圧）を逃す均圧スリッ
トである。その他の構成要素は第１図と同一であり同一
構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。

以上の構成による作用を第３図（５）〜同図（５））の
作用説明図を基に説明する。

カムディスク８の７エイスカム９がローラ１１から降シ
ることにより、プランツヤ７は回転しながら左側へ移動
し、吸入ボート１２とプランツヤ７のインテークスリッ
ト３８が連通ずると、ポンプ室５の燃料が高圧室６Ａに
吸入される吸入行程に移り、この高圧室６Ａに連通しフ
リンソヤ７内−に穿設されているセンタ孔３７等の各通
路に燃料が満たされる、この時センタ孔３７に連通する
連通孔４１はグループ４ｏよシも左側にあるため、高圧
室６Ａに供給された燃料がポンプ室５へ逃げることはな
い（第３図（５））。

フェイスカム９が回転してローラ１１より１１、次のロ
ーラ１１に乗シ上げると、プランツヤ７も回転しながら
右側へ移動し、プランツヤ７の回転により吸入ボート１
２とインテークスリット３８の位相がずれ、吸入ボート
１２が閉じる。このためプランツヤ７は高圧室６Ａの燃
料を加圧し、続いてディストリビュータ−スリット３９
と分配ボート１３が連通して、加圧された高圧燃料はデ
リバリバルブ１４（第２図）のスプリングを押し上げて
、ノズルを経て機関の燃焼室内へ噴射が開始される噴射
行程が始まる。この時連通孔４１はグループ４０に接近
して来る（第３図（Ｂ））。

噴射行程の噴射初期に連通孔４１がグループ４０と連通
ずると、高圧室６Ａの高圧燃料の一部が燃料逃し通路４
２よシ町変断面オリフィス４３（第２図）を通ってポン
プ室５に逃げるため、分配ボート１３から供給される燃
料流量（すなわち噴射率）はそれ以上増えず頭打ちとな
る（第３図（Ｃ））。

噴射中期では連通孔４１がグループ４０の右側に来て連
通が遮断され、高圧室６Ａの燃料圧力が再び上昇を始め
るため１分配ポート１３から送出される燃料流量が頭打
ちの状態から再び増加する（第３図（Ｄ））。

噴射後期ではカットオフボート１５がコントロールスリ
ーブ１６の右端面から外れるため、高圧室６Ａの高圧燃
料はカットオフボート１５からポンプ室５へ流出して高
圧室６Ａの燃料圧力が低下し、燃料の圧送が終わる（第
３図（Ｆ２１　）。

燃料の圧送が終わると、プランジャ７が今度は回転しな
がら左に移動する（フェイスカム９がローラ１１から降
りる）が、その途中で均圧スリット４４と分配ボート１
３が連通し、デリバリバルブ１４（第２図）までの通路
内の圧力（残圧）をポンプ室５内の送油圧に等しくする
。

一方、プランジャ７の左動に伴い連通孔４１がグループ
４０を横切り、その後吸入ポート１２と次のインテーク
スリット３８が連通し、ポンプ室５の燃料を高圧室６Ａ
に吸入する吸入行程（第３図（Ａ））に戻シ、前述の動
作が繰シ返される。

但し、インテークスリット３８はプランジャ７の周上に
シリンダ数と同数、また分配ボート１３もプランツヤ７
の周囲にシリンダ数と同数あるので、プランツヤ３８が
一往復して１番目のインテークスリット３８から燃料が
高圧室６Ａに吸入され、１番目の分配ボート１３から燃
料が圧送されたとすると、次のプランジャ３８の一往復
では２番目のインテークスリット３８から燃料が吸入さ
れ、２番目の分配ボート１３から燃料が圧送されること
になり、シリンダ数と同数の往復運動をプランジャ７が
して初めて全気筒への燃料の供給が終わることになる。

従って、燃料の噴射率特性は第４図の実線のようＫな９
、従来装置による噴射率特性（第４図の破線）に比べ、
噴射初期の噴射率が低く押さえられている。この時、熱
発生率は第５図の実線のようになシ、従来装置による熱
発生率（第５図の破線）に比べ、噴射初期に急激なピー
クを持たないなめらかな曲線となっている。

ところで、高圧室６Ａから燃料逃し通路４２を通して逃
す燃料逃し量が一部゛だと、すべての運転領域において
噴射率特性を第４図の実線のようにするのは困難である
。

例えば高速高負荷域ではプランツヤ速度の増加に伴い噴
射率が高くなるため、燃料逃し通路４２全通しての燃料
逃し量も増加しないと、噴射初期の噴射率を低く押さえ
ることが出来ず、また低速低負荷では噴射率が低くなる
ため、高速高負荷域にマツチングした燃料逃し量では多
くなり過ぎ、要求される噴射率が得られず、機関の出力
が不足することになる。

このため、運転条件に応じて燃料逃し通路４２を通して
の燃料逃し量を変える必要があり、この逃し量を、可変
断面オリフィス４３で通路断面積を変えることによ多制
御するのである。

この可変断面オリフィス４３を第６図囚、（Ｂ）の作用
説明図に基づいて説明すると、低速低負荷域では燃料逃
し通路４２に逃げる燃圧が低いため、弁体４３Ｅの受圧
面Ｓ（第７図の斜線部）に加わる燃圧忙よる力よりもス
プリング４３Ｄによる初期荷重の方が大きいため弁体４
３Ｅの座面４３Ｈは本体４３Ａの座面４３Ｉに押しイ」
けられており、高圧室６Ａからの逃し燃料は通路４３Ｇ
を通して流れ、燃料の逃し量は絞Ｄ４３Ｆの断面積によ
って規定される（第６図（５））。

高速高負荷域では、高圧室６Ａの燃圧が増大し、弁体４
３Ｅの受圧面Ｓに加わる燃圧による力がスプリング４３
Ｄの初期荷重よシも大きくなるため、スプリング４３Ｄ
に抗して弁体４３Ｅの開度を増太し、弁体４３Ｅの座面
４３Ｈと本体４３Ａの座面４３Ｉとの間の通路断面積を
増大し、オリフィス４３Ｆを通して逃す他に弁体４３Ｅ
の周囲からも逃して燃料の逃し量を増大する（第６図（
Ｂ））。

従って、可変断面オリフィス４３が燃圧に応じて通路断
面積を制御するため、燃料の逃し量が運転状態に応じて
制御されることになり、あらゆる運転領域で噴射率特性
は第４図の実線のようになるのである。

第８図は、第６図で弁体４３Ｋに貫通する通路４３Ｇが
袋状になっているのに対し、単なるストレート状に通路
４３Ｋを形成した他の実施例である。

燃料の逃し量はスプリング４３Ｄのバネ定数、シム４３
Ｊの厚さによって定まるスプリング４３Ｄの初期設定荷
重並びに弁体４３Ｅの受圧面Ｓの面積の組合せによって
決まるが、受圧面積をほとんど必要としない場合には通
路４３Ｋをストレート状にしたこの弁体４３Ｅを使用す
ればよい。

以上のように、吸入ボートと分配ボートの間のプラノツ
ヤの周囲にポンプ室と連通ずるグループと、プラノツヤ
のセンタ孔からプランヅヤ軸方向と直角に連通孔を形成
し、プランツヤの往路の噴射初期にグループと連通孔を
連通して高圧燃料の一部を逃がすとともに、グループと
ポンプ室を連通ずる燃料逃し通路に燃圧に応じて通路断
面積を変える可変断面オリフィスを設け、あらゆる運転
条件で初期噴射率を低減したので、特に直接噴射式ディ
ーゼル機関では燃焼初期の熱発生がなめらかとなり、Ｎ
Ｏｘ並びに騒音レベルが低下するという効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の断面図、第２図は本発明の要部断面
図、第３図囚〜凹）は作用説明図、第４図は噴射率特性
図、第５図は熱発生率特性図、第６図は可変断面オリフ
ィスの拡大断面図で、同図図は低速低負荷域を、同図（
Ｂ）は高速高負荷域をそれぞれ示す作用説明図、第７図
は第６回置のＰ矢視図、第８図は可変断面オリフィスの
弁体の他の実施例の断面図である。 ５・・・ポンプ室、６Ａ・・・高圧室、７・・・プラン
ツヤ、１２・・・吸入ボート、１３・・・分配ボート、
３７・・・センタ孔、４０・・・グループ、４１・・・
連通孔、４２・・・燃料逃し通路、４３・・・可変断面
オリフィス。 特許出願人　　日産自動車株式会社 第２図 ・−４０３− 第３図（Ａ） 第６図（Ｄ） 第３図（Ｅ） ス１ 第４図 第５図 丁りし　　クフンフＰＪ（度）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一本のブランツヤが回転しながら往復運動を行ないポン
   プ室の燃料を吸入ボートから高圧室に吸引しセンタ孔を
   経て分配ボートから各気筒に分配供給するディーゼル機
   関の燃料噴射ポンプにおいて、前記吸入ボートと分配ボ
   ートの間の前記ブランツヤの周囲にあって前記ポンプ室
   に燃料逃し通路を介して連通ずるグループと、前記セン
   タ孔からこのブランツヤに穿設され前記ブランツヤが前
   記高圧室の燃料を加圧しての噴射初期に前記グループと
   連通する連通孔と、前記燃料逃し通路に介装され運転条
   件に応じて通路断面積を変える可変断面オリフィスとを
   設けたことを特徴とする燃料噴射ポンプの噴射率制御装
   置。