JPS6032971A - 内燃機関の燃料噴射装置 - 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】 く技術分野〉 本発明は内燃機関における電磁弁を使用した燃料噴射装
置の改良に関し、特に電磁弁の作動の安定、負荷軽減並
びに機関異常時の安全性を図ったユニットインジェクタ
に関する。

く背景技術〉 内燃機関例えばディーゼル機関における燃料噴射装置は
一般にその燃料噴射量、噴射時期を精度良くかつ簡単に
制御できることが要求され、この要求に沿って例えばＳ
ＡＥペーパー７５０７７３号に見られる如く、噴射ポン
プと噴射弁とを一体的に構成することにより、長大な噴
射パイプを省いてデッドスペースを大巾に減少し、もっ
て噴射特性を良好にしたいわゆるユニットインジェクタ
が提案されている。

しかしこのものは、コントロールラックの制御位置によ
りプランジャの回動位置が定まり、ひいては噴射時期及
び噴射量も一義的に決定される構成であるから、これら
噴射時期と噴射量の制御を相互に独立してなし得ないと
いう不都合があった。

そこで、このような不都合を解消するために、電磁弁を
利用して噴射量及び噴射時期を独立かつ精度良く電子制
御しようとしたもの力ｔ、例えば、特開昭５４−５０７
２６号公報に見うけられる。

このものは第１図に示すように、機関回転に同期して往
復動するプランジャ１によってポンプ室２内の燃料を噴
射燃料通路４を介しニードル室５内に圧送し、このニー
ドル室５内の燃料圧力がニードルバルブ６に作用して、
閉弁方向に作用するスプリング７０弾性力に抗しニード
ルパルプ６をリフトして噴口８を開弁することにより、
該噴口８から９図示しない燃焼室内に燃料を噴射供給す
るよう罠なっている。

前記ポンプ室２には図示しない燃料タンクからフィード
ポンプによって低圧燃料が送られる燃料供給通路１１が
接続されており、該燃料供給通路１１を電磁弁１２によ
って開閉する。即ち機関運転状態に応じて電磁弁１２の
ソレノイド１２ａの通電励磁を行い、もって弁体１３を
開弁方向に作用するスプリング１４０弾性力に抗して閉
弁するのである。

従って、プランジャ１の圧縮行程（図で下動）があって
も電磁弁１２が開弁していれば、ポンプ室２内の燃料が
燃料供給通路１１を通じて低圧側にリリーフされるから
、ニードル室５内の燃料圧力が上昇せず、このためニー
ドルバルブ６が開弁しないので燃料噴射がなされなくな
る。一方、電磁弁１２が閉弁されれば、その時点からニ
ードル室５内の燃料圧力が急上昇し、スプリングＴの弾
性力に抗してニードルパルプ６をリフトし噴口８を開弁
して燃料噴射がなされる。

このように電磁弁１２の開閉により燃料噴射時期ひいて
は噴射期間が自由に制御できるのである。

ところが、上記従来のユニットインジェクタでは、電磁
弁１２がソレノイド非通電時にスプリング１４０弾性力
で常時開弁状態を維持するいわゆる常開型である。この
ため、燃料噴射期間中ソレノイド１２ａによって大きな
電磁力を弁体１３に付与して閉弁状態を維持しなければ
ならず、いぎおいソレノイド１２ａが大型となってしま
う。また閉弁時に弁体１３を弁座に着座させたとき、閉
弁力に抗してポンプ室２内の大きな燃料圧力とスプリン
グ１４の開弁力とが作用するから、着座後列び弁体１３
がはね返るいわゆるバウンシング現象が生じ、このため
噴射率の精度良い制御を期待することができない。

〈発明の目的〉 本発明は電磁弁を利用したユニットインジェクタにおい
て、電磁弁を常閉型として上記従来装置の欠点を解消す
ると共に電磁弁の負荷をも低減し更には電磁弁のひいて
はユニットインジェクタの応答性及び精度の向上を図る
ことを目的とする。

また本発明は常閉型電磁弁では電磁弁等の誤動作成いは
故障があったときに電磁弁が閉弁するから、このときユ
ニットインジェクタから最大の燃料量が噴射されること
となって内燃機関が暴走することになるおそれがあるた
めに、その場合には電磁弁が閉弁しても適当な燃料量を
低圧側にＩＪ　ＩＪ−フして噴射量を安全な値に維持す
るいわゆるフェールセーフ機構を付設して機関を保護す
ることを目的とする。

〈発明の構成〉 上記目的達成のため罠本発明に係る内燃機関の燃料装置
は、噴射燃料をポンプ部からノズル部に導く噴射燃料通
路に連通した燃料供給通路に、ポンプ部方向への流れの
み許容する逆止弁と、前記噴射燃料通路内圧力と弾性ぜ
勢力とを閉弁方向に受ける常閉型電磁弁と、常閉型のリ
リーフ弁装置と、を相互に並列に介装すると共に、機関
異常状態検出装置の信号に基づき前記ＩＪ　ＩＪ−フ弁
装置の開弁設定圧力を所定値に低下させるリリーフ弁調
整装置を設けたことを特徴とする。

く実　施　例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

構成 第２図に示す一実施例において、ユニットインジェクタ
２１のプランジャ２２は図示しない圧縮着火式内燃機関
例えばディーゼル機関のクランク軸に同期して回転する
カム機構２３により押し下げられると共に、リターンス
プリング２４のばね力を受けて上動し、もってシリンダ
２５内を往復摺動する。

そしてプランジャ２２の圧縮（下動）行程によリ、その
先端に臨むポンプ室２６内の燃料を噴射燃料通路２７に
圧送する一方、吸引（上動）行程によりポンプ室２６内
に燃料供給通路２８を介して低圧燃料を吸引するポンプ
部が構成される。燃料供給通路２８ヲヨ、燃料タンク３
１内の燃料をフィルタ３２を介してフィードポンプ３３
により吸引しこれを低圧で圧送してプレッシャレギュレ
ータ３４の調圧作用により所定の低圧力に維持してポン
プ室２６に導く。

燃料供給通路２８の中間には後述の逆止弁５０゜電磁弁
６０及びリリーフ弁装置７０が相互に並列に介装されて
いる。

一方、上記ポンプ部から圧送される高圧燃料な噴口４１
から機関燃焼室に噴射供給するノズル部においては、前
記噴射燃料通路２７にニードル室４２が介装されており
、該ニードル室４２に受圧面が臨むニードルパルプ４３
に対し、ニードル室４２内の燃料圧力が噴口開弁方向に
作用するよう罠なっている。ニードルバルブ４３を閉弁
方向に弾性付勢するパルプスゲリング４４が介装されて
通路４６の一部として利用されており、該余剰燃料通路
４６はリターン通路４１を介して燃料夕／り３１に接続
される。

従ツ′〔、前記ニードルパルプ４３は、開弁方向に作用
する噴射燃料圧力がパルプスプリング４４の閉弁方向の
単性付勢力に抗して所建値以上に達したとき開弁するこ
ととなる。尚、図中４８はニードルパルプ４３の支持体
、４９はポンプ部と噴射弁部とを一体的に連結するホル
ダである。

前記燃料供給通路２８は中間において３つの並列な通路
部２８ａ〜２８ｃに分岐され、このうちの１つの通路部
２８ａに介装された逆止弁５０はポンプ室２６方向への
燃料流れのみを許容する。

他の通路部２８ｂ　Ｋ介装された電磁弁６０は常閉型で
あって噴射燃料通路２７内の燃料圧力とスプリング６１
０弾性力とを共に閉弁方向に受ける弁体６２を有し、該
弁体６２に連結したアーマチュア６３と、ソレノイド６
４により励磁されるコア６５と、をギャップ６６を介し
て対峙させている。

そして、該コア６５又はアーマチュア６３の相対の最大
リフト時にアーマチュア６３がこわに衝突した際罠該衝
突力を緩衝する作用を営む。

また、残りの通路部２８ｃに介装したリリーフ弁装置７
θは、通路部２８ｃを開閉する弁体７１とピストンＴ２
を介して弁体７１を閉弁方向に付勢するスプリングＴ３
とを有する。そしてスプリングＴ３が収納されたスプリ
ング室Ｔ４には、フィルタ３２を介して燃料タンク３１
内の燃料がフィードポンプ７５により圧送され、プレッ
シャレギュレータ７６により所定圧に調整されて導入さ
れていて、該燃料圧とスプリング６１０弾性力勢力とが
ピストン７２を介して弁体７１を閉弁させる。

該弁体Ｔ１には噴射燃料通路２７の燃料圧力が開弁方向
に作用するが、正常時にはこれよりも閉弁方向の力が充
分大なるようにプレッシャレギュレータ７６の一調整圧
を設定しておく。

そして、リリーフ弁調整装置として機能する電磁アクチ
ュエータ８０は、電磁弁６０が故障する等機関に異常が
生じた場合に通電励磁されプレッシャレギュレータ７６
のレギュレータパルプをシフトしてレギュレータ吐出圧
を所定値まで低下させる。

このため、スプリング室７４内の圧力が低下して弁体Ｔ
１の閉弁力が弱まり、噴射燃料通路２Ｔ内の燃料圧によ
る開弁力が勝ったときに弁体Ｔ１が開弁し噴射燃料通路
２７内の燃料を通路部２８ｃを通って低圧側にリリーフ
させる。

電磁弁６０及び電磁アクチュエータ８０は機関異常状態
検出装置をも兼ねるコンピュータ等の制御装置９０によ
って制御される。即ち１機関回転速度９機関負荷等の関
連要素並びに機関冷却水温度等の機関運転状態に関連す
る信号を制御装置９０に入力させ、ここで予め定めてお
いた燃料噴射量。

噴射時期を前記機関運転状態に応じて読み出し、これを
ドライバー９１を介して電磁弁６０のソレノイド６４に
出力して弁体６２の開閉時期を制御する。また、前記機
関運転状態により例えば電磁弁６０の故障等に基づく機
関異常を検出したとき、ドライバ−９２を介して電磁ア
クチュエータ８０にプレッシャレギュレータ７６の吐出
圧を低下させるべく出力信号を供給する。

作用 上記構成の作用を説明する。

カム機構２３によるプランジャ２２の圧送（押し下げ）
行程開始前においては、制御装置９０の出力信号により
ドライバー９１を介してソレノイド６４を通電励磁し、
アーマチュア６３を介し弁体６２を図で下方に吸引して
通路部２８ｂを開弁しておく。

従って、カム機構２３によってプランジャ２２が下降し
圧縮行程に入っても、ポンプ室２６内の燃料は開弁され
た電磁弁６０を介して燃料供給通路２８を通り、低圧燃
料源にリリーフされるから、この段階ではまだ燃料噴射
がなされない。

そして、燃料噴射開始時点において制御装置９０の出力
信号により、ソレノイド６４への通電な断つ。これによ
り弁体６２はスプリング６１０弾性力により上動され、
通路部２８ｂを閉弁する。

この弁体６２の閉弁着座の際、弁体６２とそのシート部
とのクリアランスが減少すればポンプ室２６内の圧力は
これにつれて増大する。この増大した燃料圧力は弁体６
２に対し閉弁方向（図で上方）Ｋ作用する。従って弁体
６２は徐々に増大する大きな閉弁力によって閉弁される
一方、スプリング６１の収納室側圧力は逆に小さくなる
から。

閉弁が確実になされてバウンシングが非常に小さくなる
。このため、ポンプ室２６内の燃料の圧縮は効率良く行
われ、ニードル呈４２内の噴射燃料圧力はすみやか罠上
昇し、ニードルパルプ４３をバ　。

ルブスプリング４４０弾性付勢力に抗して応答性良く開
弁させ、噴口４１から直ちに噴射がなされる。このこと
から明らかなように、電磁弁６０の閉弁時期が燃料噴射
開始時点を決定することとなる。

尚、このとき逆上弁５０が閉鎖されていてポンプ室２６
内から低圧側への燃料リリーフはない。

燃料噴射の終了は制御装置９０の判断に基づき、ソレノ
イド６４に電流を印加する。するとソレノイド６４はコ
ア６５を励磁してアーマチュア６３を吸引し弁体６２を
図で下方にリフトする。

このようにして電磁弁６０が開弁することにより、ポン
プ室２６内の燃料が燃料通路２８を介して低圧燃料側に
リリーフされ、ニードル室４２内の燃料圧力が低下して
、パルプスプリング４４の弾性付勢力によりニードルパ
ルプ４３が噴口４１を閉弁して、燃料噴射を終了する。

このことかられかるよ５に、ソレノイド６４へ通電する
時期によって噴射時期が決定されるのである。

また、電磁弁６０が一旦開弁ずれば、噴射燃料通路２７
内の高圧燃料が弁体６２の低圧側にまわり込むから、弁
体６２の開弁力はスプリング６１０弾性力に抗するだけ
で足りるようになり、電磁弁６０の負荷はさほど大きく
なくなる。

更に、アーマチュア６３を収納しているアーマチュア６
３ａには弁体６２下流の燃料供給通路２８内の燃料が通
路６９を介して導入されている。従って前記電磁弁６０
の開弁動作において、アーマチュア６３とシート材６Ｔ
との間に存在する燃料のダンピング作用により及びシー
ト材６７の弾性緩衝作用によりアーマチュア６３はダン
ピングされつつコア６５に当接する。このため、弁体６
２バウンシングを非常に小さく抑制することができる。

従って、前記電磁弁６０の閉弁時においても開弁時にお
いても弁体６２のバウンシングが小さくなり、ニードル
室４ス内の燃料圧力の立上がり、立下がりを速やかに行
うことができ、もって大流量から小流量に至る燃料噴射
時期及び噴射量の制御が精度良く行えるのである。

プランジャ２２の圧送行程終了時点でソレノイド６４へ
の通電が遮断され電磁弁６０が閉弁する。

そしてプランジャ２２が図で上動する吸入行程に移行す
ると、逆止弁５０が開弁じて通路部２８ａを通じポンプ
室２６内に燃料が吸入される。

従って、吸入行程罠あってはソレノイド６４への通電が
不用となり電磁弁６０の負荷が軽減される。

プランジャ２２が圧送行程に移行する直前でソレノイド
６４に通電し電磁弁６ｏを開いて次期噴射制御のために
備える。

尚、電磁弁６００通電励磁は、アーマチュア６３が＝７
６５に吸引された後の印加電圧を下げるよ５にするのが
よい。これＫよってソレノイド６４０発熱を防止し或い
は通電遮断時の磁束立下がりに対して応答性を速めるこ
とができる。

これまでの作用の説明は電磁弁６０等が正常に機能する
状態であってリリーフ弁装置７ｏがまだ開弁機能してい
ない段階を示す。そこで、第３図（ｐ４リリーフ弁装置
７０等を省いた図を示し、電磁弁６０等の故障による不
都合発生を説明する。

一般に、常閉型の電磁弁は伺らがの故障・誤動作が発生
すると閉弁状態を保持する傾向にある。

即ち、ソレノイド６４への電気信号大刀が遮断されると
スプリング６１０作用で閉弁状態となる。

そこで、第３図に示すような電磁弁６ｏ閉弁状態になる
と、プランジャ２２の圧送行程開始時点から終了時点に
至るまでポンプ室２６内の燃料が噴射燃料通路２７に圧
送され噴射に供されて燃料噴射量は最大となり１機関を
暴走させ、最悪の場合機関破損に至らしめる。

このような危険状襲になったときに、第２図に立返って
説明すると、本発明では機関運転状態から制御装置９０
が機関に異常が発生したことを知ってこれをドライバー
９２に出力し、電磁アクチュエータ８０を作動させて、
プレッシャレギュレータＴ６の吐出圧を低下させる。従
って、リリーフ弁装置ＴＯのスプリング室７４内の燃料
圧力（通常は噴射燃料通路２Ｔ内の溶料圧力がいかに上
昇しようともリリーフ弁装置ＴＯを閉弁保持できるだけ
のプレッシャレギュレータ７６の吐出圧としである。）
が低下する。

一方、電磁弁６０が閉弁、逆止弁５０が閉弁という状態
であるから、プランジャ２２の圧送により噴射燃料通路
２７内の圧力が急上昇する。

このため、弁体７１に対して開弁方向に作用する噴射燃
料通路２７内の圧力と、ピストン７２に対して弁体Ｔ１
の閉弁方向に作用するスプリング７３の弾性力及びスプ
リング室Ｔ４内の圧力と、のバランスが崩れ、弁体Ｔ１
が前記力のバランス位置までリフトし、それまで確実に
閉鎖していた通路部２８ｃを所定通路面積まで開放する
。これによって得られる噴射燃料通路２Ｔ内の燃料圧力
Ｐ１がニードルパルプ４３の開弁圧Ｐｏ以下であれば、
ニードルパルプ４３はリフトすることなく噴口４１を閉
弁して何ら噴射を行うことがないし、Ｐｌ　がＰｏより
大きければ、その差に応じたニードルパルプ４３のリフ
ト量を得て、このリフト量に応じた燃料量が噴口４１か
ら噴射供給される。

従って、スプリング７３のセット荷重と、プレッシャレ
ギュレータ７６の調整された吐出圧とを適当に選ぶこと
によって、後間異常時に燃料を全く噴射させずに標：関
を停止させてしまうが、或いは所望の小さな噴射量を得
て、走行中の急激な減速を防止することにより後続車と
の不慮の事故を未然に防ぎ、史には近くの修理所まで車
両を走らせることかできるようにするかを自由に選択設
計することが可能となる。勿論このときＫは噴射燃料通
路２７内の燃料圧力がＰｌ　に維持されるからユニット
インジェクタの破壊９機関の暴走１機関の破壊等は確実
に防止できる。

尚、多気筒機関に本発明を適用した場合、プレッシャレ
ギュレータ７６及び電磁アクチュエータ８０は気筒側々
に股、けることも全体をまとめて１個ずつにすることも
可能である。

上記実施例において、ＩＪ　ＩＪ−フ弁調整装置として
のプレッシャレギュレータ７６及び電磁アクチュエータ
８０は、これに限らず、油圧又は機械的手段によってプ
レッシャレギュレータ７６ｆ７）吐出圧を制御するよう
にしてもよいし、リリーフ弁装置７０も他の構成の採用
は自由である。

〈発明の効果〉 以上説明したよ５に本発明では、噴射燃料通路内圧力と
弾性付勢力とを閉弁方向に受ける常閉型電磁弁を、噴射
燃料通路に接続した燃料供給通路に介装したので、燃料
圧力な閉弁力として利用できるから、電磁弁の負荷を軽
減できると共に、弁体のバウンシングを小さくして電磁
弁のひいてはユニ”ットインジエクタの応答性及び精度
を向上することができる。また、該電、磁弁に並列に逆
止弁を介装したので、−１−ニットインジェクタのポン
プ部吸入行程にあっても電磁弁を閉弁状態にしても逆止
弁を通じてポンプ部に燃料を供給できるから、同じく電
磁弁の負荷を軽減できる。更に、これらと並列にリリー
フ弁装置を設け、リリーフ弁装置の開弁圧を機関異常時
に制御するリリーフ弁調整装置を設けたので、常閉型電
磁弁に特有な欠点即ち機関異常時例えば電磁弁故障時の
ユニットインジェクタの破損或いは機関の暴走、破損を
未然に防止できる。このとき、リリーフ弁装置の開弁圧
の調整値によっては、燃料噴射量を零にして機関を停止
方向に持ってい（か、ある所定量を噴射して機関暴走に
至らない程度の機関回転を得るかを選択することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料噴射装置として従来のユニットインジェク
タの例を示す縦断面図、第２図は本発明の一実施例を示
すユニットインジェクタの縦断面図、第３図は同上の作
用を説明するためにリリーフ弁装置等を省略した説明的
縦断面図である。 ２１・・・ユニットインジェクタ　２２・・・プランジ
ャ２６・・・ボング室　２Ｔ・・・噴射燃料通路２８・
・・燃料供給通路　２８ａ〜２８ｃ・・・通路部４１・
・・噴口　４２・・・ニードル室　４３・・・ニードル
バルブ　５０・・・逆止弁　６ｏ・・・電磁弁７０・・
・リリーフ弁装置　７６・・・プレッシャレギュレータ
　８０川電磁アクチユエータ ９０・・・制御装置 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　富二雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ポンプ部とノズル部とを一体的に備えた燃料噴射装置に
   おいて、噴射燃料をポンプ部からノズル部罠導く噴射燃
   料通路に連通した燃料供給通路に、ポンプ部方向への流
   れのみ許容する逆止弁と、前記噴射燃料通路内圧力と弾
   性付勢力とを閉弁方向に受ける常閉型電磁弁と、常閉型
   のＩＪ　ＩＪ−フ弁装置と、を相互に並列に介装すると
   共に、機関異常状態検出装置の信号圧基づき前記リリー
   フ弁装置の開弁設定圧力を所定値に低下させるすＩＪ−
   フ弁調整装置を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料
   噴射装置。