JPS6036770A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - 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、内燃機関を停止することなく、また内燃機関
の回転速度に依存せず、燃料噴射時期および燃料噴射量
、燃料噴射圧力を容易に調節できる内燃機関の燃料噴射
制御装置に関する。

一般に内燃機関特にディーゼル機関においては、燃料噴
射時期は内燃機関性能特に燃料消費率に大きく影響する
。また燃料噴射圧力は高圧力化して噴射期間を短縮して
燃焼効率を高めることにより燃料消費率の低減が図れる
が、内燃機関が低負荷のときの高圧力噴射は、ディーゼ
ルノックの原因となり内燃機関に無理が生じ、内燃機関
の寿命の短縮や過大な騒音につ々がる。

噴射の時期や圧力の最適値は、内燃機関の運転状態や燃
料油の質によυ大きく変化するので、内燃機関の運転中
でも燃料噴射時期や燃料噴射圧力が自由に調節できれば
、燃料の大幅な節約が内燃機関に無理を強いることなく
可能となり、石油価格の高騰する現状から考え、大きな
利益を生む。

従来、内燃機関の運転に同期して駆動される定行程式燃
料噴射ポンプと、閉止弁付自動噴射ノズルとを直接燃料
噴射管を介して接続して構成される内燃機関の燃料噴射
装置は、広く世界で採用されている。この従来式の燃料
噴射装置において、燃料噴射時期はカム設定位置により
定まり、燃料噴射時期を変更する場合、カムのカム軸へ
の設定位置を変えることが必要であり、一旦内燃機関を
停止しなければならなかった。

この問題を解決するために、画用願人においてすでに出
願中の特願昭５７−４２３９１および特願昭５７−４６
６１９における燃料噴射装置によれば、定行程式燃料噴
射ポンプと閉止弁付自動噴射ノズルとの間に進角装置付
カムにより駆動される燃料制御弁を設け、定行程式燃料
噴射ポンプと閉止弁付自動噴射ノズルとの間の通路の接
続時期を前記進角装置付カムを用いて変更し、もって燃
料噴射時期の調節が内燃機関を停止することなく行なえ
る。しかし、このような装置においては、燃料噴射圧力
は、内燃機関の回転速度と噴射ノズルの寸法とによって
定まり、自由に調節することはできない。

一方、特開昭５６−１４３３４４においてすでに公知で
ある燃料噴射装置では、閉止弁付噴射ノズルに電気油圧
式サーボ弁を装備し、燃料とは別の液体圧を利用して燃
料流路を切換えることによシ、高圧力燃料源に蓄圧され
た燃料を噴射ノズルから気筒内に噴射供給し、その噴射
の開始および終了は前記電気油圧式サーボ弁に与える電
気パルス信号で制御される。このような装置によれば、
燃料噴射時期および燃料噴射量は前記電気パルス信号の
送出時期とパルス幅とにより決ｔ＃）、また高圧力燃料
源に蓄圧された燃料圧力により燃料噴射圧力が決まるの
で、燃料噴射時期、燃料噴射量および燃料噴射圧力は内
燃機関の速度やカムの取付けに関係なく自由に調節する
ことができる。しかしながら、このような装置では、高
価な電気油圧式サーボ弁のほか該弁を作動せしめる油圧
源が必要であシ、初期コストが嵩み、さらに電気油圧式
サーボ弁は一般に油中の不純物による汚損に弱いので、
油圧油の汚れを管理する必要があｐ、運転コストが嵩む
という問題がある。

さらに、以上３種の燃料噴射装置において燃料噴射の高
圧力化を実現しようと試みる場合、燃料噴射用ポンプを
始め、燃料噴射管、燃料噴射弁等燃料噴射圧力が作用す
る部材や接続部の強度を増す必要があシ、装置が高価と
なる。

本発明の目的は、上述のような技術的課題を解決し、内
燃機関の運転中において、内燃機関を一旦停止しなくて
も、容易に燃料噴射時期や、噴射量や燃料噴射圧力の調
節が可能であり、ｔた信頼性を向上させるとともに価格
の低減を図ることができるようにした内燃機関の燃料噴
射制御装置を提供することである。

以下１図面によって本発明の詳細な説明する。第１図は
本発明の一実施例を示す構成図である。ｉｉ圧力源１は
電磁弁７を介して給油導管３８により燃料弁３に接続さ
れており、また第２圧力源２も電磁弁４を介して制御導
管４９により燃料弁３に接続されている。電磁弁４゜７
は制御回路８からの電気信号によって制御される。構成
品の個々について順次説明を行なう。

第２図は本発明に係る燃料弁３の一実施例を示す断面図
である。この燃料弁３は、第１の部分、給２の部分およ
び第３の部分から成シ、これらはねじによって螺合され
て１つの燃料弁３を形成している。すなわち第１の部分
は蓋１０であυ、ボルト１４によって第２の部分に取付
けられている。蓋１０の中央部に穿設された制御孔１５
は、制御導管４９を介して電磁弁４に接続されている。

この制御孔１５の内部には、絞り部材１９とチェック弁
２０とが配設されており、作動油が制御導管４９から燃
料弁３に自由に流入するが、流出するときは絞られるよ
うに構成されている。

第２の部分は前記制御孔１５を介して導入される油圧に
よって駆動されるポンプ１１である。

ポンプ１１は、ケーシング１６の内部にサーボピストン
１７、ポンプピストン１８および逆流防止弁４６を有し
ている。ポンプピストン１８は、その外径よりも大きな
外径を有するサーボピストン１７とともに、ケーシング
１６内の軸線方向に案内されており、サーボピスト／１
７とポンプピストン１８とは互いに作用を及ぼし合うよ
うに接続されている。このためサーボピストン１７の上
面と蓋１０とに制限されるサーボ圧力室２１に導入され
る油圧は、サーボピストン１７とポンプピストン１８と
の断面積比だケ倍圧され、ポンプピストン１８の下面に
よって制限されるポンプ室３３に作用する。

なお、蓋１０に内設された絞９部材１９の流路断面積は
制御孔１５や制御導管４９に比べ充分小さく、このため
サーボ圧力室２１からの排油の速度はこの絞シ部材１９
で規定可能になっている。排油に要する時間ｔＭは噴射
に要する時間ｔＥよυ充分に長く、しかしｔＭ＋ｔＥが
内燃機関の１ザイクルに要する時間１２よりも小さくな
るように選ぶ必要がある。ポンプ室３３に充填する燃料
量すなわち噴射量の調量は、電磁弁７の作動時間を調節
することにより成されるので、ｔＭＯ値を大きくするこ
とは制御精度の向上に役立つ。

第３の部分は周知の閉止弁封の自動噴射ノズル１２であ
り、ばねケーシング２２、ニードルケーシング２３およ
びノズル２４が袋ナツト２５によシ包み込まれており、
ポンプ１１の下部すなわちケーシング１６に螺合して取
付けられている。ニードルケーシング２３内には閉止ニ
ードル２７が案内されており、この閉止ニードル２７の
上部２７ａ　には、ばねケーシング２２内のばね室２８
の内部において、ばね受け皿２９が嵌合されている。ば
ね室２８の上部にあり、閉止ニードル２７の開行程を制
限するばね受け３０と、前記ばね受け皿２９との間には
、ばね３１が閉止ニードル２７を閉止方向に付勢して取
付けられている。閉止ニードル２７の下部２７ｂ　には
、燃料貯め２６とノズル２４とが配設されており、閉止
ニードル２７と協働して閉止弁を形成している。燃料貯
め２６は、ばねケーシング２２内およびニードルケーシ
ング２３内に形成された通路３６ａ、　３６ｂを介して
、ポンプ１１のポンプ室３３に連通している。

ポンプ１１のケーシング１６内には、給油孔３４ａ　、
　３４ｂ　が形成されており、その−刃端は蓋１０に設
けられた供給孔３５に接続されており、他方端はばねケ
ーシング２２の上面に設けられた凹部３７を介してポン
プ室３３に接続されている。この給油孔３４内に逆流防
止弁４６が設けられており、自動噴射ノズル１２から燃
料が噴射するとき、燃料が給油導管３８に逆流するのを
防ぐとともに、給油導管３８を介して供給される燃料が
ポンプ室３３に充填可能となっている。

ポンプピストン１８内部には、ポンプ室３３に開口する
通路３９が形成されており、ポンプピストン１８の上部
側面に形成された環状通路４０と連通している。これら
の通路３９．４０は、ポンプピストン１８の下降行程の
終り近くにおいて、ポンプ室３３内の燃料を供給側に排
油し、もっていわゆる燃料の”切れ″をよくするために
有効に作用する。ずなわち、ケーシング１６内に形成さ
れた横孔４１の一端は、給油孔３４内で逆流防止弁４６
の上流側に開口しており、他端は前記環状通路４０と連
通可能になっている０ 閉止＝−ドル２７に沿ってばね室２８に洩出した燃料は
、排油路４２およびそれに接続している排油孔４３を介
しで排油導管４４から燃料弁３外のタンク８６（第１図
参照）に流出する。

１−−ボビストン１７やポンプピストン１８に沿って洩
出する燃料は、サーボピストン１７が嵌挿されている縦
穴３２の下端やや上部に形成された環状隙間４５に集め
られる。この環状隙間４５け前記排油路４２に開口して
いる。

他の実施例として、排油路４２の途中にチェック弁（図
示せず）を設けてもよい。このチェック弁は、一旦排油
導管４４に排油された燃料が環状隙間４５やばね室２８
に逆流するのを防ぎ、したがって洩出燃料がサーボピス
トン１７の下降を妨げることを防いでいる。

なお、ポンプピストン１８が下降してばねケーシング２
２に衝突する位置、すなわちサーボピストン１７の下限
位置よりもやや上部に環状隙間４５が位置しているので
、縦穴３２０下面３２ａ　とサーボピストン１７の内面
との間に封入された燃料はサーボピストン１７の下限位
置で圧縮され、サーボピストン１７およびポンプピスト
ン１８のその下限位置における衝撃を緩和している。

ポンプ室３３に導入される燃料の最大」゛、すなわち最
大噴射−１ＥＶは蓋１０の突出部４８の高さにより制限
されるので、この高さを変えることにより、種々の内燃
機関に対し、その最大噴射量を規制することができる。

最大噴射量の規制のための他の構造として、サーボピス
トン１７とポンプピストン１８との間に中間片４７を配
設し、この中間片４７の長さを選定してもよい。

再び第１図を参照して、燃料弁３以外の構成部分の説明
を続ける。第１圧力源１は、燃料導管５０、電磁弁７お
よび給油導管３８を介して、燃料弁３の供給孔３５に接
続されている。第１圧力源１は、燃料タンク５１とこの
燃料タンク５１からの燃料を昇圧し、燃料導管５０に燃
料を送り出す燃料ポンプ５２と、燃料導管５０内の燃料
圧力を一定に保つための圧力調整弁５３とが設けられて
構成される。燃料導管５０内の圧力の脈動を防ぐだめに
、アキュムレータ５４を燃料導管の途中に設けてもよい
。燃料導管５０と給油導管３８との流路の接続を制御す
る電磁弁７は、制御回路８からの電気信号により駆動さ
れる。つまり、電磁弁７の駆動時間が調量時間ｔＭとな
り、この間燃料弁３に燃料が充填される。充填速度は燃
料の粘度にも影響を受けるので、１ｉ１１ｉｔの制御精
度を向上させるために、第１圧力源１に温度制御装置（
図示せず）を設けてもよい。

第２圧力源２は、圧力導管５５、電磁弁４および制御導
管４９を介して燃料弁３０制御孔１５に接続される。第
２圧力源２は、タンク５８と、このタンク５８からの燃
料を昇圧し圧力導管５５に燃料を送り出す昇圧ポンプ５
９と、圧力導管５５内の圧力を調節するための圧力調節
弁６０とが設けられて構成される。圧力導管５５内の圧
力の脈動を防ぐためにアキュムレータ６１を圧力導管５
５の途中に設けてもよい。タンク５８は、燃料タンク５
１を第１圧力源１と第２圧力源２とで共用することによ
シ省略可能でおる。

電磁弁４には、出口ボート６２と圧力ポートロ３とドレ
ンボート６４とがあり、制御導管４９は出口ボート６２
に接続され、圧力導管５５は圧力ポートロ３に接続され
、戻し導管７６はドレンボート６４に接続される。なお
戻し導管７６の他端ね、タンク５８に接続されている。

電磁弁４は、制御回路８から送出される電気信号に応答
して、出口ボート６２を圧力ポートロ３かまたはドレン
ボート６４のいずれか一方に接続させる。１なわち制御
導管４９が圧力導管５５に接続されるか、あるいは戻し
導管７６に接続されるか選択可能になっている。制御回
路８には、内燃機関の回転に同期して動く角度検出器（
図示せず）から送出される電気信号が入力される。

そして内燃機関の回転角度が予め設定された値（噴射時
期）に達すると制御回路８は、電磁弁４を駆動し、制御
導管４９を戻し導管７６から圧力導管５５に切換える。

多気筒より成る内燃機関の場合は、燃料導管５０の分岐
管５０Ｂ＋５０ｂ、５０６に電磁弁および燃料弁を、ま
た圧力導管５５の分岐管５５＆。

５５ｂ、５５ｃ　に制御弁を、第１図と同様にしてそれ
ぞれ接続して構成可能である。

第１圧力源１は、燃料弁３内の絞り部材１９における排
油時の圧力損失を考慮した上で、少なくともサーボピス
トン１７やポンプピストン１８を、その摩擦力に抗して
押し上げるに足るだけの圧力を必要とする。また圧力調
整弁５３の設定圧力を内燃機関の回転数および負荷もし
くはそのどちらか一方に応動して制御することも考えら
れる。設定圧力の変更には、圧力調整弁５３のばねの設
定位置を図示しない周知のポジショナを利用するか、圧
力調整弁５３の弁体に斜めの切欠きを設け、その弁体を
回動させることによって、弁座に形成された排油孔と前
記切欠きとが連通する弁ストロークを変更せしめて構成
してもよい。

第２圧力源２の圧力は、燃料の噴射圧力を規定し、たと
えばサーボピストン１７とポンプピストン１Ｂとの直後
の比を２，５　：　１とすると、第２の圧力源の圧力を
２００気圧に選定すれば、２００　Ｘ　２．５　：１，
２５０　気圧の高圧力噴射が達成できる。また圧力調節
弁６０の設定圧力を内燃機関の回転数および負荷もしく
はそのどちらか一方に応動して制御することも考えられ
る。このことは、内燃機関が低温状態にあるときに噴射
圧力を下げて、したがって燃料噴射率を下げることによ
って、ディーゼルノックを防止するのに有効に働く。設
定圧力の変更には、圧力調節弁６０のばねの設定位置を
図示しない周知のポジショナを利用するか、圧力調節弁
６０の弁体に斜めの切欠きを設け、その弁体を回動させ
ることによって、弁座に形成された排油孔と前記切欠き
とが連通ずる弁ス）ＣＩ−りを変更せしめて構成しても
よい。

次に第１図および第２図示の実施例の動作について説明
をする。第１図に示す状態では、電磁弁４は励磁されず
出口ボート６２とドレンボート６４とが接続されている
。すなわち制御導管４９は戻し導管７６に接続されてい
るので、燃料弁８のサーボ圧力室２１はタンク５８の圧
力（大気圧）に開放され、第２図に示す状態に留まって
いる。ポンプ室３３には燃料が充填されている。内燃機
関の回転角度が予め設定された値（噴射時期）に達する
と、制御回路８は角度検出器（図示せず）からの出力に
応答して電磁弁１を駆動させる。これによって、電磁弁
４の出口ボート６２がドレンポート６４から圧力ポート
ロ３に切換えられ、すなわち制御導管４９社圧力導管５
５に接続される。したがって、第２圧力源２の昇圧ポン
プ５・９から圧力導管５５に流れる作動油（燃料）は、
電磁弁４を介して制御導管４９に流れる。

菖２図を参照して、制御導管４９に流れた作動油は、燃
料弁３０制御孔１５に流れ、チェック弁２０を介してサ
ーボ圧力室２１に流れ、サーボピストン１７を下方に付
勢する。このためサーボピストン１７と互いに作用を及
はし合うように配設されたポンプピストン１８も下方に
付勢され、ポンプ！３３に充填された燃料を圧縮するの
でポンプ室３３内の燃料は昇圧する。

サーボピストン１７の外径は、ポンプピストン１８の外
径よりも大きいので、その断面積比だけサーボ圧力室２
１の圧力が倍圧され、ポンプ室３３に作用する。ポンプ
室３３内で昇圧した燃料は、逆流防止弁４６が介在され
るため給油孔３４には逆流せずに、通路３６ａ、３６ｂ
　を介して周知の閉止弁封の自動噴射ノズル１２の燃料
貯め２６に流れ、ノズル２４から図示しない気筒内に噴
射される。

燃料噴射によりポンプピストン１８が下降してその下限
位置に至ると、ポンプピストン１８の側面に形成された
環状通路４０と横孔４１とが連通する。ポンプ室３３内
の燃料は、ポンプピストン１Ｂ内の通路３９から横孔４
１を介して給油孔３４に流れる。そうすると、ポンプ室
３３内の燃料の圧力は急激に低下するので、閉止弁封の
自動噴射ノズル１２から図示しない気筒内へ噴射してい
た燃料は、ばね３１で付勢された閉止ニードル２７によ
って遮断され、噴射は終了する。燃料の噴射が終了する
まで、少なくとも電磁弁４は励磁されており、その励磁
時間は、最大噴射時間よシ多少長くとっである。

大型４サイクル内燃機関の場合は、たとえばクランク角
度で４５度程度である。

燃料の噴射が終了後、制御回路８からの電気信号が遮断
され、電磁弁４が消磁されて、再び出口ボート６２とド
レンボート６４とが連通する。したがって燃料弁３内の
サーボ圧力室２１内の作動油は、制御導管４９および戻
し導管７６を介してタンク５８に流れ、サーボ圧力室２
１は大気圧となる。なお、燃料噴射時期は、制御回路８
に設けた調節器により容易に変更可能である。内燃機関
の運転状態（たとえば回転数やトルク）に応じて最適々
燃料噴射時期を算出するようにすれば、前記調節器を操
作する手間が省ける。

次に制御回路８から送出されゐ電気信号によって電磁弁
７が励磁されると、第１圧力源１の燃料は、燃料導管５
０から電磁弁７を介して給油導管３８に流れ、燃料弁３
に供給される。再び第２図を参照して、給油導管３８か
ら供給孔３５に流れる燃料は、逆流防止弁４６を介して
ポンプ室３３に流れる。一部の燃料は、逆流防止弁４６
をバイパスして、横孔４１、環状通路４０および通路３
９を通ってポンプ室３３に、横孔４１がポンプピストン
１８の側面で塞がれるまで流入する◇ ポンプ室３３に流れた燃料は、ポンプピストン１８を上
方に付勢し、ポンプピストン１８およびこれに連接して
いるサーボピストン１７は、摩擦力に抗して押し上げら
れる。サーボピストン１７の上昇によりサーボ圧力室２
１内で排除された作動油は、絞り部材１９を介して制御
孔１５から制御導管４９へ流出し、電磁弁４が第１図示
の状態にあるので、戻し導管７６からタンク５８に流れ
る。力おポンプ室３８に連通ずる自動噴射ノズル１２に
も燃料が流れるけれども、第１圧力源１の圧力（２０気
圧前後）は自動噴射ノズル１２の啓開圧力（たとえば２
００気圧）よりも低いので、噴射は起こらない。

制御回路８からの電気信号が遮断して電磁弁７が消磁す
ると、第１圧力源１から燃料導管５０と給油導管３８と
を介して燃料弁３に流れていた燃料は遮断され、ポンプ
ピストン１８の上昇行程（Ｉｌｌ量行程）は停止し、第
１図示の状態に戻る。このようにして電磁弁７が励磁し
ているときに、ポンプ室３３に充填された燃料が、次回
のブイクルで噴射される燃料量となる。そしてその最大
量は、中間片４７の長さや突出ｓ４８の高さにより決ま
るので、内燃機関の規模に応じた最大噴射量が規制でき
、電磁弁７が故障したときでも内燃機関か破壊する程の
トルクを発生することはない。なお、電磁弁７を励磁す
る電気信号の送出は、前述の電磁弁４が消磁中に行なう
ものとする。そして図示し々い回転速度検出器から送出
される信号を制御回路８で解読して電磁弁７の励磁時間
を加減することによシ機関の回転速度が制御可能である
。

絞シ部材１９はポンプ室３３への燃料の充填速度を規制
する働きをし、燃料の充填量の制御および調量の精度の
向上に役立つ。すなわち絞り部材１９を用いて調量をゆ
っくり行なえば精密表調量が可能となるので、さらに電
磁弁７の高い応答性（たとえば１ｍ５）　は必要なくな
る。

たとえば１０００　ｒｐｍで噴射期間がクランク角度３
５度の４サイクル内燃機関の場合、噴射時間ｔＥは・ ｔＨ＝３５／６Ｘ１０００＝５．８ｍｓとなり、前述の
特開昭５６−１４３３４４に示されているように、この
期間ｔＢを直接電磁弁で制御しようとする場合には、電
磁弁の応答性としては少なくとも０．５ｍｓが必要であ
如、電気油圧式サーボ弁を採用する方法しかなかった。

しかし本発明に係る調量構造によれば、調量時間ｔＭは
、１サイクル内で終了すればよいので、とカリ、１（ｊ
ｍｓ程度の応答性があればよく、電気油圧式サーボ弁は
必要なくなり、したがって汚損に強くしかも安価な電磁
弁により調量が可能となる。

表お、ポンプｗ１３３への燃料の充填速度を規定するた
めに、本発明のようにポンプ１１の排油側に絞シ部材を
設ける構造は、流入側に絞シ部材を設ける構造に比べて
、次のような点で優れている。すなわち、後者の構造は
絞り部材１９を制御孔１５にでは々く、給油孔３４内部
に設ける構造であるが、この構造では燃料の調量に際し
外乱の影響を受け易く、制御精度の向上に限界がある。

以下このことに関１７て第３図を参照して説明する。ポ
ンプ１１に関する諸量の関係は次の方程式群で表わせる
。

ｐｌ−Ａ１＋（Ａ２−ＡＩ）Ｐｍ−Ｐ２−Ａ２＋Ｆ’　
−−−（１１△ｒ’ｌ　”ＰＯ−Ｐｔ　＝に１　・Ｊ　
・−（２１△Ｐ２　＝　Ｐ２　＝　Ｋ２−Ｑｏ　−−−
（３１ここに、Ａ１：ポンプピストン１８のＦｒ？１ｌ
ｉＡ２．サーボピストン１７の断面積 ＰＱｉ第１圧力源１の圧力（一定） ｐｌ、ポンプ室３３の圧力 Ｐ２１サーボ圧力室２１の圧力 Ｐｍ；排油路４２の圧力 Ｆ　；ポンプ作業の摩擦力 Ｑｌ；充填流量 Ｑ２；排油流量 に、　＋流入・側の流路抵抗 に２：排油側の流路抵抗 ただしタンク圧力は０とし、第１圧力源１の圧力り一定
とする。今、流入側および排油側の流路抵抗を一定とす
ると（Ｋｌ、に、２＝一定）、ポンプ室３３への充填速
度Ｑ１は差圧△Ｐ１により定まるが、ｐ□が一定に調節
されているのでＰｌによυ支配される（第２式）。また
燃料弁３からの排油の速度ＱＯを規定しても充填速度Ｑ
ｉは定まるので（第４式）、同様にＰ２によりＱｉが規
定される（第３式）。したがってＰｌまたはＰ２を一定
にすれば、充填速度は一定の値に規定できるが、ポンプ
作業に伴なう摩擦力Ｆや排油路４２内の圧力Ｐｍの変動
が外乱として働くのでＰｌおよびＰ２は変動しく記、１
式）、電磁弁７の作動時間ｔＭを規定しても充填量は変
化する。このような外乱の影響を小さくするためにＦｉ
ｐｌ　、ｐ２を大きくすれによい。すなわち、第１式を
変形して、 Ｐ２−Ａ２＋　（Ｆ−（Ａ２−Ａｌ）Ｐｍ）＝Ｐｌ−Ａ
ｌ　−−−（１ａ）において、 Ｐ２　・Ａ２＞＞Ｆ　−（Ａ２−Ａ１　）　Ｐｍ　”・
（５１であれば、外乱（第１．式の左辺第２項）の影響
は無視できる。燃料弁３の寸法を変えずにＰｉ　、ｐ２
を大きくするためには、ｐ□を大きくするか、またはに
２を大きくするかの２通り考えられるが、ｐ□を大きく
すれば充填速度Ｑ１が大きくなり、調量時間ｔＭが短く
なるという不都合を生ずる。このことは、調量時間ｔＭ
が長い方が調量の精度の向上を図れるという理由による
。したかつて調量時間ｔＭを短くすることなく、外乱の
影響を小さくするためにはに２を大きくすればよい。さ
らにに１を小さくすれば、Ｐｌも大きくなる。以上のよ
うに、流入側の絞り部材を廃し、排油側に絞り部材を配
置する方が調量の制御精度の向上に効果がある。

この実施例における燃料の噴射圧力に関しては、サーボ
圧力室２１内の作動油の圧力にょシ規定されるので、第
２圧力源２の圧力を調節することによって、従来の噴射
装置のように自撚機関回転数に依存せず、噴射圧力を自
由に選ぶことが可能である。そのため内燃機関の運転の
経済性および操作性が向上される。また第２圧力源２の
作動油の圧力は、燃料弁３の内部でサーボピストン１７
とポンプピストン１８との断面積比だけ倍圧されて燃料
噴射されるので、燃料の高圧力噴射（たとえば１２００
気圧）が容易にかつ安価に実現できる。すなわち、第２
圧力源２や電磁弁４を始め、圧力導管５５や制御導管４
９の耐圧は小さくてもよく（例えば３５０気圧）、各部
のシール方法や管継手も特に開発を要せず、従来の技術
がそのｔま使用できる。事実、従来より広く採用されて
いる定行程式燃料噴射ポンプと閉止弁付自動噴射ノズル
とを直接噴射管を介して接続ｌ、７て構成される噴射装
置は、１０００気圧以上の耐圧を必要としている。

第４図は本発明の他の実施例を示す構成図であり、前述
の実施例と対応する部分には同一の参照符を付す。この
実施例では、燃料導管５０の途中に流量計８７を配置し
たところが前述の実施例と異なる。前述の実施例におい
て充填速度は絞り部材１９によシ規制されるが、その速
度は燃料の温度や第１圧力源１の圧力により影響を受け
、制御回路８からの電気信号のパルス幅が同じであって
も充填される燃料の量ＫＭ千の差が生ずる。流量計８７
からの信号は制御回路８に与えられ、この流量計８７か
らの信号に応じて制御回路８から送出される電気信号の
パルス幅の最大値を制限することにより、期待しないま
たは望ましくない程多量の燃料が気筒内に噴射供給され
るのを防ぐことが可能となる。

すなわち、流量計８７は制御回路８と協働して内燃機関
のトルクリミットを実現し、オーツ（ロードを未然に防
ぐ。流量計８７の他に温度計を燃料導管５０の途中に設
け、この信号を制御回路８に接続することによって、さ
らに密度補正をすることもで色る。

４５図は本発明に係る燃料弁３の他の実施例を示す断面
図である。第２図示の実施例とは絞シ部材の形が異なっ
ておシ、この実施例においては薄刃オリフィスにより絞
り部材８８が形成される。前述の実施例の絞シ部材１９
は寿命および強度において優れるが、燃料油の温度が変
化すれは粘度が変わるので充填速度が変わるという欠点
を有している。この実施例において採用した薄刃オリフ
ィスによれば、強度的には劣るが、燃料油の温度により
充填速度は変化しない。

第６図は本発明に係る燃料弁３のさらに他の実施例を示
す断面図である。この実施例で注目すべき点は、り°−
シング１６の内部に位置検出器８９が設けられていると
ころにある。前述のごとく、充填速度は燃料の温度や第
１圧力源１の圧力により影響を受けるので、第２図示の
実施例では噴射量の制御精度にも限界がある。この実施
例によれば、位置検出器８９からの信号は制御回路８に
与えられる。この位置検出器８９の信号に応じて電気信
号のパルス幅を制御すれば、燃料の温度や第１圧力源１
の圧力に依存せず、精密に噴射量を希望する値に調節す
ることが可能となる。

本発明の他の実施例として、ポンプ１１と噴射ノズル１
２は一体構造としたが、配置や保守の都合からポンプ１
１と噴射ノズル１２を分離し、それらを噴射管により接
続する構造をとってもよい。

第７図は本発明のさらに他の実施例を示す構成図である
。前述の実施例では、絞り部材１９が燃料弁３に内蔵さ
れていたが、この実施例のように絞り部材９０を戻し導
管７６の途中に配置してもよい。なお、燃料弁３におい
て絞り部材１９およびチェック弁２０は不要となる。

第８図は本発明のさらに他の実施例を示す構成図である
。前述の実施例では２つの電磁弁４゜７を使用したが、
この実施例のように１つの電磁弁９１でも制御可能とな
る。電磁弁９１０制御動作においては、制御回路８から
の電気信号に応答して行なわれ、制御導管４９、圧力導
管５５、戻し導管７６および給油導管３８、燃料導管５
０の接続状態を変換させる。この実施例では電磁弁が１
つで済むので、部品点数が削減でき、より安価な燃料噴
射制御装置が実現できるＯ 内燃機関においては燃料噴射時期は燃料の燃焼性能を左
右する重要な要因であり、しかも燃焼室内におけるピス
トン位置に対応してクランク角度で設定されるため機関
回転数が大きくなるほどクランク角度１度あたシの時間
が短かくなる。したがって本発明において燃焼噴射時期
を精密に制御するためには、電磁弁４の作動速度の向上
が不可欠である◇特に、出口ボート６２がドレンポート
６４から圧力ポートロ３に切換わる時間の短縮が必要と
なる。

電磁弁の切換え時間の短縮あるいは応答速度の向上を図
るには、 （１）スプール１０５０寸法を小さくし重量を軽減する
０ （２）　ソレノイド１０８，１０９の応答性を高める。

（３）　スプール１０５の移動距離すなわちストローク
を短縮する。

などの方法があるが、前記（１）に関しては、スプール
を小さくすると最大流量が小さくなるので最大流量を確
保するために圧力源の圧力を高くする必要があり、圧力
源および管系統の設備費が高価になるという問題点があ
る。また前記（２）に関しては、ソレノイドに対する印
加電圧を上げる必要があるが、その分ソレノイドにおけ
る発熱が増大するのでエネルギの損失が大きくなりまた
ソレノイドの焼損の恐れもあり、上げ得る印加電圧値に
も制限があるという問題がある。

本発明は、上記（３１に関連してスプール１０５のスト
ロークを短縮することにより電磁弁４の切換え時間を短
縮し、もって燃焼噴射時期の精密な制御をおこなうこと
を目的とする。

第９図および第１０図に電磁弁の一般的な構成をしめす
。電磁弁４は、左右一対のソレノイド１０８，１０９と
切換え弁１１０　とにょシ構成されている。ソレノイド
１０８　、１０９では、ケーシング１１１　、１１２の
中に、プランジャ１０２　、１０４が軸方向に案内され
ており、かつプランジャ１０２゜１０４の周Ｕ■にはコ
イル１０１，１０３が取付けられている。切換え弁１１
０はケーシング１１３　の内にスプール１０５が軸方向
に案内されている。スプール１０５は、左右のプランジ
ャ１０２，１０４に接続されているので、右側のコイル
１０１が励磁されると、スプール１０５はプランジャ１
０２に押されて左側に移動し、出口ボート６２と圧力ポ
ートロ３とが連通ずる。一方、左側のコイル１０３を励
磁するとプランジャ１０４　は右に移動し、出口ボート
６２とドレンボート６４とが連通ずる。第９図は左側ソ
レノイド１０９が励磁された状態を示し、第１０図は右
側ソレノイド１０８が励磁された状態を示している。

以上の如き構造においては、夫々のボートの位置はドレ
ンボート６４がスプール１０５により゛完全に閉じられ
てのちはじめて圧力ポートロ３が開口するように選ばれ
ているので、スプール１０５のストロークが長くなり電
磁弁４の切換えに要する時間の短縮に制約を受けるとい
う問題がある。またボートの幅を小さく　ｔ、スプール
の直径を大きくしてボートの開口面積を確保することに
より弁における圧力損失を保ったままスプールのストロ
ークを短縮する方法も考えられるが、この場合スプール
の重量が増加するのでかえって切換えに要する時間は長
くなるという問題がある。

第１１図および第１２図に関連して述べる本発明の実施
例は上記の問題点を解決するためになされたもので、電
磁弁４の切換え途中において圧力ポートロ３とドレンボ
ート６４が一時的に連通ずるようにボートの位置を選ぶ
ことによってスプール１０５のストロークを短縮しもっ
て電磁弁の切換えに要する時間の短縮を図ったことを特
徴とするものであり、すなわち第９図、第１０図に関連
する従来の構成においてはスプール１０５のストローク
をｂとするとｂは圧力ポートロ３、ドレンボート６４の
ボートの幅ａにたいしてｂ＞２ａであるが第１１図、第
１２図に関連する本発明の実施例においてはａ＜ｂ＜２
ａと−ａｔ〜得るので、電磁弁４の切換え時間を最大に
おいて約２分の１に短縮可能である。第１３図および第
１４図は第９図乃至第１２図における切換え弁１１０の
出口ポート６２、圧力ポートロ３、ドレンボート６４お
よびスプール１０５の関係を比較するだめに拡大図示し
だものであり、第１３図は第９図、第１０図に関連する
ものであり第１４図は本発明に係る第１１図、第１２図
に関連するものでありａは夫々圧力ポ−）　６３、ドレ
ンボート６４の幅をあられし、ｂはスプール１０５０ス
トロークをおられすものである。第１４図においてこの
場合圧力ポートロ３とドレンボート６４の切換え途中に
おける一時的々連通により圧力ポートロ３からドレンボ
ート６４へ圧油が漏洩してエネルギ損失を生じるが、電
磁弁４の切換え時間が短いのでその量は僅少である。

例えば差圧”　”ｔ／ｃｒ！にて８０　ｔ／ｍｉ□　の
流量をもつ電磁弁のスプールが３ｍ／Ｂ６ｃ、の速度に
て作動するときボートが一時的に連通ずる時間を切換え
時間の２分の１とすれば、圧油の漏洩による損失エネル
ギＷは次式で表し得る。

ここで、Ｐは差圧（’９／１ｙｎ２）　、Ｑは流量（ｌ
／／ｒｒｌｉｎ）、Ｅは連通する時間でスプールの往復
により２回連通するので２倍としている。ｔｏはスプー
ルのサイクルの周期であり１／ｌｏは１秒間におけるス
プールの往復回数をあられす。Ｐ量は馬力をあられす単
位である。ここで回転数６００回転／分の４−サイクル
機関では’／ｌｏ　＝　６００／６０　Ｘ１／２＝５で
あるから上式のＷの値は となる。この損失エネルギは機関のシリンダ馬力を７５
０Ｐｆとすれば僅か０．４％であり無視し得る値である
。

本発明の実施態様では、圧力ポートロ３とドレンボート
６４のそれぞれの開口面積を圧力ポートロ３に対してド
レンボート６４が相対的に小さくなるように選択して、
ドレンボートでの絞りを大きくすることにより燃料噴射
時期の制御の精度を維持したまま前記漏洩油量を少くす
ることもできる。

例えば、スプール１０５を案内するケーシング１１３の
内面に設けた半径方向環状のドレンボートを全周に設け
ずに半周あるいは４分の１周に設けるとか、また戻し導
管７６に絞υを設けるようにすれば、出口ボート６２が
タンク５８の大気圧に解放される時間は若干長くなるが
漏洩油量をかなり減少させることができる。すなわち、
ドレンボート６４を８分の１周ボートとし圧力ボートを
全周ボートとすれば圧力ポートロ３とドレンボート６４
が連通ずるときの絞りの大きさはほとんどドレンボート
６４の開口面積で定まるので、漏洩油量によるエネルギ
損失は前記の約８分の１程度に減少する。

動作について説明する。制御回路８からの電気信号によ
υ左側のソレノイド１０９が励磁されておシ、右側のソ
レノイド１０８が消磁されている第１１図に示す状態に
おいて、出口ボート６２はドレンボート６４に連通して
おり、圧力ポートロ３は遮断されている。内燃機関が回
転し、噴射時期になると、制御回路８からの信号により
、左側のソレノイド１０９が消磁し、右側のソレノイド
１０８が励磁される。スプール１０５はソレノイド１０
８の力により左方向に付勢され出口ポート６２け圧力ポ
ートロ３と連通し第１２図示の状態となる。出口ボート
６２を経て圧力ポートロ３から燃料弁３のサーボ圧力室
２１に圧油が供給されるので、サーボピストン１７が下
降し燃料噴射がおこなわれる。

つぎに燃料噴射が完了して第１２図の状態より第１１図
の状態に切換えるときは、左側のソレノイド１０９が励
磁され右側のソレノイド１０８が消磁される。この場合
スプール１０５は右方向に付勢されて圧力ポートロ３と
ドレンボート６４の一時的連通状態を経て出口ボート６
２はドレンボート６４と連通し第１１図示の状態となる
が、ドレンボートは相対的に絞られているので流出量が
制限され、出口ボート６２の圧力降下に要する時間が若
干長くなる。しかし燃料噴射が完了しているのでこの場
合の応答性は機関の制御性に影響しない。

以上の如くに１−で本発明による電磁弁においてはスプ
ール１０５の移動時、圧力ポートロ３とドレンボート６
４が一時的に連通ずるようにボートの位置を選ぶことに
よってスプール１０５のストロークを短縮することを可
能にするとともに、一時的連通による問題点すなわち圧
力ポートロ３からドレンボート６４への圧油の漏洩油量
を、ドレンボート６４の開口面積を相対的に絞ることに
より僅少に制限して解決を図ったもので、切換弁１１０
の作動時間を短縮し、噴射時期の更に正確な制御を可能
にしたものである。

以上のように本発明によれば内燃機関を一旦停止するこ
となく、容易に燃料噴射時期、噴射量および噴射圧力の
調節が可能となる。燃料弁３のポンプピストン１８がそ
れよりも直径の大きいサーボピストン１７によって駆動
されるので、噴射圧力を高圧力にすることができ、さら
に絞り部材１９．８８．９０　を燃料の排油側に設けだ
ので、燃料弁３におけるポンプ室３３の圧力を高圧力に
することができ、したがって摩擦力等の影響を受けず精
密々ｖＩ４量が可能となり、信頼性が向上される。

また電磁弁４，７．９１を使用しているので、従来のよ
うなカム、カム軸、進角装置など複雑々駆動機構が不要
となるため、低コストで実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明に係る燃料弁３の一実施例を示す断面図、第３図は本
発明の一実施例の原理を説明するための図、第４図は本
発明の他の実施例を示す構成図、第５図は本発明に係る
燃料弁３の他の実施例を示す断面図、第６図は燃料弁３
のさらに他の実施例を示す断面図、第７図は本発明のさ
らに他の実施例を示す構成図、第８図は本発明のさらに
他の実施例を示す構成図、第９図は一般的な電磁弁４の
断面図、第１０図は第９図に示された電磁弁４の他の動
作状態を示す断面図、第１１図は、宙発明の他の実施例
の電磁弁４の断面図、詔１２図は第１１図に示された電
磁弁４の他の動作状態を示す断面図、第１３図は第９図
、１１．１０図の部分拡大図、第１４１は第１１図、第
１２図の部分拡大図である。 １−・・第１圧力源　２・・・第２圧力源３・・・燃料
弁　４，７．９１・・・電磁弁８・・・制御回路　１２
・・・自動噴射ノズル１７・・・サーボピストン　１８
・・・ポンプピストン　１９，８８．９０・・・絞り部
材２１・・・サーボ圧力室　３３・・・ポンプ室４９・
・・制御導管　５５・・・圧力導管７６・・・戻し導管
　６２・・・出口ポート６３・・・圧力ボート　６４・
・・ドレンボート１０１．１０３・・・コイル　１０２
　、１０４・・・プランジャ１０５・・・スプール　１
０８，１０９・・・ソレノイド１１０・・・切換え弁 出　願　人　川崎重工業株式会社 代理人　弁理士高　雄次部　゛ Ｎ９図 ＬＱ 第１０！Ｑ 第１１図 第１２図 第１頁の続き ０発　明　者　東　忠　則　神戸市中央区東Ｊ社神戸工
場内 ０発　明　者　佐　藤　修　−神戸市中央区東Ｊ社神戸
工場内 ［Ｉ崎町３丁目１番１号　川崎重工業株式会［１崎町３
丁目１番１号　川崎重工業株式会手続補正書（自発） １：事件の表示 昭和５８年　特　許　願第１４５４５３５事件との関係
　特許出願人 ４、　代　理　人　〒　１０３ ６、　補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 図面（第１図、第４図、第７図、第８図）８、補正の内
容　−ロリ７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｍ　ｆｆ１Ｒ弁３のポンプピストン１８がそれよりも直
   径の大きなサーボピストン１７により駆動されかつポン
   プピストン１８の一端面によって規定されるポンプ室３
   ３が閉止弁付自動噴射ノズル１２に接続され、第１圧力
   源１は前記ポンプ室３３に第１の電磁弁７を介して燃料
   を供給し、一方、第２圧力源２と前記サーボピストン１
   ７の一端面によって規定されるサーボ圧力室２１との間
   に、第２の電磁弁４が設けられ、前記サーボ圧力室２１
   が第２圧力源２に接続されるか、または絞シ部材１９を
   介して排油側に接続されるかが前記第２の電磁弁４によ
   って制御可能なる燃料噴射装置の第２の電磁弁４におい
   て前記サーボ圧力室２１が排油側から第２圧力源２に切
   換わるとき、該電磁弁４の切換え途中において圧力ボー
   トとドレンポートが一時的に連通するように夫々のボー
   トの位置を定めることによりスプール１０５のストロー
   クの短縮を可能にしたことを特徴どする内燃機関の燃料
   噴射制御装置０ （２）前記第１の電磁弁７と前記第２の電磁弁４を一体
   として構成せられたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。