JPS6030469A - 増圧プランジャ式の噴射率形状型切換燃料噴射装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃エンジン用の増圧プランジャ式の燃料噴射
装置、特にエンジン運転状態に応じ、低負荷時と高負荷
時とで燃料噴射ノズルからの各噴射の噴射風の形状型を
切換える増圧プランジャ式の噴射率形状型切換燃料噴射
装置に関する。

（従来技術） 一般に、内燃エンジンの排気ガス成分で問題とされるの
は一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物（以下ＮＯｘとい
う）である。−酸化炭素と炭化水素とは不完全燃焼によ
り発生するものであり、酸素不足の状態で多量に発生す
る。これに対してＮＯｘのほうは酸素と窒素を高温にさ
らすことにより発生するものであり点火時期に大きく左
右され、着火時期が早いほど発生量は多くなる。増圧プ
ランジャ式の燃料噴射装置では、燃料の噴射風が高く、
噴射期間も短かく、燃費効率も高いため、排気ガス濃度
が薄くなるという利点を有するが、逆にそれだけ燃焼が
よくなるので、最高燃焼温度が高くなり易＜ＮＯｘの発
生も多くなる。

（従来技術の問題点） このように従来の増圧プランジャ式の燃料噴射装置では
、ＮＯｘが発生し易くなるので、排気ガス濃度を薄く維
持したままＮＯｘの発生を抑える必要がある。

（発明の目的） 本発明はこのような背景にもとづいてなされたものであ
り、高負荷時には各噴射毎に噴射率の高い噴射が続き噴
射量が特に多くなるために燃料の着火前の噴射量が増加
し、燃焼初期の燃焼室内ガス温度が高くなり過ぎて、　
ＮＯＸの増加をもたらすので、エンジン運転状態に応じ
て増圧プランジャの作動油室に入る作動油の圧力を制御
し、各噴射の噴射率形状を初期激増型から初期漸増型な
どに切換えて制御する電磁切換弁を備えた増圧プランジ
ャ式の噴射率形状型切替燃料噴射装置を提供することを
目的とする。

（発明の概要） 本発明の増圧プランジャ式の噴射率形状型切換燃８＋噴
射装置は、燃料噴射ノズル１２１と、一端に燃料噴射ノ
ズル１２１と通じ燃料を入れる燃料室１３、他端に燃料
室に入る燃料を加圧するための作動油を入れる作動油室
１１などを有する増圧プランジャ１と１作動油室１１に
通じ作動油室に入る作動油の圧力を制御し、燃料噴射ノ
ズル１２１からの各噴射の噴射率形状を初期激増型から
初期漸増型などに切換えて制御する電磁切換弁２１と、
燃料を計量する計量手段９７とを備えたものである。

（実施例） 第１図は１本発明の実施例を示す概略構成図である。

同図において、１は増圧プランジャであり、そのシリン
ダ３の内部に設置された段付プランジャ５は、軸方向に
内接摺動することができる。段付プランジャ５は大径円
柱７と小径円柱９との軸方向が一致して結合しており、
その両側のシリンダ３内には大径空間からなる作動油室
１１と小径空間からなる燃料室１３とが形成されている
。作動油室１１には作動油口１５、燃料室１５には燃料
導入口１７と燃料導出口１９とが開けられている。

２１は電磁切換弁例えば直流ソレノイド２５により操作
される４ボ一ト２位置切換スプール弁（以下スプール弁
という）２５である。

スプール弁２５は中空円筒のスリーブ２７内でスプール
２９が軸方向に直線的に移動し、スリーブ２７に開けら
れた流れ口であるボート（後述する）などを開閉し、計
量時と加圧時とで作動油の流れの方向を切換える。スプ
ール２９は一端に第１ランド３１、中間に第２ランド３
３、他端に第５ランド３５を配設し、それらのランド間
を外周を切り欠いた小径円柱５７．３９によって軸方向
をすべて一致させて結合している。第１〜第３ランド３
１．３３．３５はスリーブ２７内を軸方向に摺動する。

スリーブ２７には制量、加圧用の作動油の流れ口である
第１ポート４１、第２ボート４３、第３ボート４５、第
４ボート４７などと、スプール操作口４９とが開けられ
ている。スプール弁２５内ことはスリーブ２７と第１、
第２ランド３１．６３間とで形成される第１空間５１、
スリーブ２７と第２、第６ランド５’ｔ、５５　とで形
成される第２空間５３などが存在する。第１ランド３１
の側面にはスプール駆動バネ５５が設置されており、ス
プール２９を一方から他方に常に押している。

直流ソレノイド２３は一端を強磁性体の円板５７他端を
非磁性体の円板５９によって閉じ、コイル６１を取り付
けた中空円筒の固定鉄心６３の中に、レバ６５を結合し
た可動鉄心６７が組み込まれている。レバ６５は円板５
７の中心を貫通し、スリーブ２７のスプール操作口４９
を通り、スプール２９と結合している。コイル６１に電
流を流すと、可動鉄心６７が吸引されレバ６５により、
スプール２９をスプール駆動バネ５５に抗して押すこと
によって、増圧プランジャ１の作動油室１１への作動油
の流れを切換えて計量、加圧の操作を行なう。非磁性体
の円板５９はスト・ソバであり、スプール駆動バネ５５
ζこよる可動鉄心６７の移動を一定の範囲に制限してお
り、円板の中心にダンパ調整孔６９が開けである。中空
円筒の固定鉄心６５内はダンパ調整孔６９を通じてダン
パ油室（図示なし）などと連通しており、可動鉄心６７
などの移動に伴なうダンパを吸収することができる。

７１は直流ソレノイド２３の可動鉄心６７を駆動するコ
イル電流を制御するコイル電流制御回路であり、パワー
トランジスタ７３とパルス発生器７７とからなっている
。パワートランジスタ７３のベースにはパルス発生器７
７よりエンジン運転状態に応じた所定のパルス入力信号
が与えられる。

このパルス入力信号に応じてパワートランジスタ７３の
コレクタ、エミッタ間が導通し、２４ボルトの直流電源
がコイル６１に加わりエンジン運転状態に応じた制御電
流がコイル４１に流れる。なオ、パワートランジスタ７
３のコレクタ、ベース間には逆起電力バイパス用のツェ
ナーダクオード７５を接続する。

ｙｐは’ｔｌ子コシコントロールユニットす、エンジン
各部に設置したセンサ（図示なし）などからエンジン運
転状態に応じた入力信号を受け、パルス発生器７７に必
要な信号を与えるものである。

以下、直流ソレノイド２３にょるスプ今２５の駆動操作
を説明する。第２図は、直流ソレノイド２３の電磁石部
をパワートランジスタ７３との等何回路を示す図である
。

同図にぶいて、直流ソレノイド２３の電磁石部は抵抗几
とインダクタンスＬとに、パワートランジスタ７６はベ
ースＢを操作片としてコレクタＣ。

エミッタ８間を断続するスイッチとにそれぞれ等価とみ
なすことができる。コイル６１に流れる電流を直とする
と、パワートランジスタ７３のコレクタＣ，エミッタＥ
が遮断から導通する時、すな／Ｒ・・・（２）となる。

そこで、第３図（ａ）のようにパワートランジスタ７３
のベースＢ、エミッタＥ間に、方形波電流１ＢＢを加え
ると、上記した式（１）、（２）よりコイル゛戒流産は
第３図（ｂ）のように流れる。また第４図（ａ）のよう
にベースＢ１エミッタＥ間に加える方形波電流ｉＢｇｔ
ｚ小パルス幅（τ、）、大パルス幅（τ２）、大小パル
ス間隔（τ１）とすると、上記した式（１）、（２）よ
りコイル電流区は第４図（ｂｌのように流れる。

さらに第５図（ａ）のようにベースＢ、エミ７りＢ間に
加える方形波電流ＩＢＥを、パルス幅の異なる複数個の
小パルス幅と１つの大パルス幅とで構成し、それらを所
定のパルス間隔を持たせて配設すると、φ 上記した式（１）、（２）よりコイル電流１は第５図（
ｂ）ようにも実現することができる。

なお、第６図は、第３図のような１個の制御パルスをパ
ワートランジスタ７３に加えるためのパルス発生器７７
であり、ワンショットパルスジェネレータから構成され
、トリガ信号とパルス幅制御信号が入力として与えられ
ている。また、第７図は、第４図（ａｌのような制御パ
ルス信号をパワートランジスタ７３に加えるためのパル
ス発生器７７でアリ、第１〜第３のワンショットジェネ
レータ８１．８５．８５、オアゲート８７、抵抗８９な
どにより構成されている。電子コントロールユニ・ノド
７９より第１ワンシヨツトパルスジエネレータ８１に対
してはトリガ信号とパルス幅制御信号が与えられ、第２
、第３の各ワンショットパルスジェネレータ８３．８５
に対してはパルス幅制御信号が寿えられる。第１ワンシ
ヨツトパルスジエネレータ８１の出力は第２ワンシヨツ
トパルス、ジェネレータ８３のトリガ入力と、オアゲー
ト８７の一方の入力信号などとなる。第２ワンシヨツト
パルスジエネレータ８３の出力は第６ワンシヨツトパル
スジエネレータ８５のトリガ入力となる。第３ワンシヨ
ツトパルスジエネレーク８５の出力はオアゲート８７の
他方の入力信号となり、オアゲート８７の出力は抵抗８
９を介してパワートランジスタ７６に与えられる。

次に、コイル電流五とスプール弁位置Ｘ（コイル６１に
電流五が流れることによりスプール弁２５が駆動され移
動する距離）との関係を検討する。一定の距離だけ離れ
た位置におかれた磁性体に働く瞬時の電磁石の吸引力Ｆ
と、コイル電流ｉとの関係は、Ｆ＝Ｋｉ”・・・（３）
となる。ただしＫは比例定数である。

一般に、固定鉄心と可動鉄心とが平面で対峙して吸引す
る平面プランジャ形電磁石では、コイル電流が一定の場
合の吸引力Ｆと、それらの空１８Ｘとの関係は、Ｆ　＝
　Ｋ１　／　（−ｘ２＋　α）　・・・（４）となる。

ただしに１は比例定数、αは平面プランジャ形電磁石に
おける補正値である。

式（３）、（４）よりＦ　＝　Ｋ、・、２／（Ｘ２＋α
）・・・（５）となる。

ただしに２は比例定数である。

一方％機械系の運動方程式は、ｐ＝＝ｍ−ｄｘ２　／ａ
ｔｔ十μ・ｄｘ／ｄｔ十Ｋｘ　・・・（６）となる。た
だしｍ：質量、μ：ダンパー係数、Ｋ：バネ定数である
。

式（５）では補正値αを、式（６）では第３項に比べ、
第１項、第２項を、いずれも無視しつるように設計する
と、式（５）、（６）よりＸ　””　Ｋｇ　ｉ　６・・
・［７）　となり、コイル電流ｌを変えて、スプール弁
の位置Ｘを制御することができる。ただし、Ｋ、は比例
定数である。これらの関係を示すのが第９図（ａ）、（
ｂ）、（Ｃ１である。なお、第１図に示したダンパー調
整孔６９の内径を最適化することにより、すなわち式（
６）の第２項を大きめにする事により％第６図（Ｃ）の
特性は、第６図（ｄｌの実線のように、多少時間遅れを
生じるが、移動が滑らかに行なわれるためスプール弁の
位置制御がより容易となる。

なお、スプール弁の位置を制御するために、第８図のよ
うに、電子コントロールユニット７９からトリガ信号と
パルス幅制御信号とが与えられるワンショットパルスジ
エネレ〜り９１　ト、　電子コントロールユニット７９
からパルス幅制御信号が与えられる連続パルスジェネレ
ータ９３との両出力を入力とするアンドゲート９５の出
力をパワートランジスタ７３に与えることもできる。す
なわち、連続パルスジェネレータ９３のデユーティ比を
制御すれば、スプール弁位置の変化速度を自在に制御す
ることができる。

９７は計量手段例えばＨ量制御電磁弁であり。

シリンダ９９同で、バネ１０１によって常に一方向に押
されたピストン１０３は、エンジン運転状態に応じた電
磁力を受けると反対方向に摺動して作動油を計介油とし
て吸引する。シリンダ９９の一端には計量前日１０５が
開いており、ピストン１０！Ｉとの間で計量油室１０７
を形成する。このようにして計量油室１０７に入る計量
前が制御され、それに応じて燃料室１３に入る燃料の計
量も行なわれる。

１０９はスプ一ル弁２５の第２ボート４３と計量制御電
磁弁９７の計量袖口１０５とを連通ずる計量油路である
。

１１１は燃料ポンプであり、燃料油を燃料油路１１５を
経て燃料導入口１７より増圧プランジャ１の燃料室１３
へ送り込むものである。なお、燃料油路１１３の途中に
は逆止弁１１４が介在しており、燃料の逆流を防止する
。

１１５は燃料ポンプ１１１の出口と、スプール弁２５の
第１ボート４１とを連通ずる作動油路、１１７はスプー
ル弁２５の第３ボート４５からタンク１１９に戻る排出
油路である。

１２１は増圧プランジャ１の燃料室１３から燃料導出口
１９を経て、燃料が送り込まれる燃料噴射ノズルである
。

なお、計量手段を燃料ポンプ１１１と燃料室１３とを結
ぶ燃料油路１１５に設けることもできるが、当然スプー
ル弁２５などの構造が変更する。

また、スプール弁２５のストッパ５９を直流ソレノイド
２３の電磁石側シこ設けるのは、可動鉄心６７の方が断
面積が大きくなるため、可動部が受けるショックを吸収
し易く、耐久性が向上するためであり、当然スプール弁
２５側で行なってもよい。またスプール駆動バネ５５と
ストッパ５９とを第１０図のように一体としてスプール
弁２５と直流ソレノイド２３との間に設けることもでき
る。

また、直流ソレノイド２６の固定鉄ｒ９である強磁性体
の円板５７と可動鉄心６７とを平面で対峙させるばかり
でなく、両平面に凹凸例えば第１図に示すような溝と突
起とを対峙させることもてきる。

才だ、スプール弁２５の作動油導入口である第１ボート
４１の構造を第１１図（ａｌのようにして、第１ランド
３１の移動と共に圧力を壜加または減少させるばかりで
なく％４”図（１））のようにして、２段圧力変換型な
どとすることもできる。

（発明の効果） 本発明は以上説明したような構成を有するので、高負荷
時には各噴射における噴射初期の唄射率を下げて漸増型
とすることができるため、燃料着火前の咳射盪が小さく
、燃疵初期の燃焼温度も低（なるので、最高燃焼源にも
数度低下し、その結果ＮＯｘの発生を低く抑えることが
できると共に、工ンジン内ガス圧力も低下する。また、
低負荷時には従来どおりの初期激増型とすることができ
るため、低負荷時での最高燃焼温度は低下せず、排気ガ
ス濃度を薄く維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す概略構成図である。 第２図は、直流ソレノイドの電磁石部とパワートランジ
スタとの等価回路を示す図である。 第３図、第４図および第５図は、いずれも方形波電流＋
ＢＥとコイル電流五との相互関係を示す図である。 第６図、第７図および第８図は、いずれもパルス発生器
のブロック構成何回である。 第９図は、方形波電流ＩＢＢ％　コイル電流１．スプー
ル弁位置Ｘとの相互関係を示す図である。 第１０図は、電磁切換弁の他の実施例を示す図である。 第１１図は、スプール弁の作動油導入口の実施例を示す
図である。 １・・・増圧プランジャ、１１・・・作動油室、１３・
・・燃料室、２１・・・電磁切換弁、９７・・・計重量
手段、１２１・・・噴射ノズル 特許出願人　いすｙ自動車株式会社 代理人　弁理士　辻　實 第１図 ７ 第２図 第３図 第４図 第５図 第９図 ０嘗 第１０図 ７ 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料噴射ノズルと、一端に燃料噴射ノズルと通じ燃料を
   入れる燃料室、他端に燃料室に入る燃料を加圧するため
   の作動油を入れる作動油室などを有する増圧プランジャ
   と、作動油室に通じ作動油室に入る作動油の圧力を制御
   し、燃料噴射ノズルからの各噴射の噴射率形状を初期激
   増型から初期漸増型などに切換えて制御する電磁切換弁
   と、燃料室に入る燃料を計量する計量手段とを備えた増
   圧プランジャ式の噴射率形状型切換燃料噴射装置。