JPS6213741A - 燃料噴射ポンプの噴射率制御機構 - 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、特にディーゼル機関に設けられる燃料噴射ポ
ンプの噴射率制御装置に関する。

〔従来の技術および問題点〕

従来数に知られているように、ディーゼル機関において
、燃料噴射における初期の噴射率を低下させたり、ある
いはいわゆるパイロット噴射を行うことにより、騒音お
よび有害排気を低減させるとともに燃費を向上させるこ
とができる。ところが、このようなパイロット噴射を行
なうためには、燃料噴射孔を開閉する弁を高速で作動さ
せなければならず、従来の燃料噴射ポンプの構成によっ
てはパイロット噴射を行なうことは困難である。

本発明はパイロット噴射を行なうことのできる１　　　
　　噴射率制御機構を得ることを目的としてなされたも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、プランジャがシリンダボア内を進退動じてこ
のシリンダボア内のポンプ室を拡縮し、このポンプ室が
拡大される時ポンプ室内に燃料が吸入され、ポンプ室が
圧縮される時ポンプ室内の燃料が吐出される燃料噴射ポ
ンプの改良であり、本発明に係る噴射率制御機構は、上
記ポンプ室に連通可能な固定容積室を形成し、上記ポン
プ室と固定容積室を連通もしくは遮断する弁体を配設す
るとともにこの弁体を駆動する制御手段を設け、上記弁
体は、上記プランジャによるポンプ室の圧縮行程中に上
記ポンプ室と固定容積室を一時的に連通させることを特
徴としている。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第１図は本発明の第１実施例を適用した分配型燃料噴射
ポンプの要部を示し、燃料噴射ポンプのハウジング１０
の前面に噴射率制御機構４０が取付けられている。

燃料噴射ポンプの本体、すなわち噴射率制御機構４０以
外の部分は、次に説明するように、従来公知の構成を有
する。ハウジング１０に設けられた筒状部材９内のシリ
ンダボア１１内にはプランジャ１２が摺動自在に収容さ
れ、このプランジャ１２の先端とシリンダボア１１によ
り区画形成されるポンプ室１３の容積はプランジャ１２
の進退動により拡大収縮される。プランジャ１２は、エ
ンジン回転数の２に同期して回転往復運動を行う。

すなわち、エンジンの回転はギヤ又はタイミングベルト
を介して駆動軸（図示せず）に伝達され、プランジャ１
２はこの駆動軸により同軸的に回転駆動されるとともに
、フェイスカム１４がローラ１５に係合することにより
往復運動をする。フェイスカム１４はバネ（図示せず）
により常時図の左方に付勢されてローラ１５に係合して
おり、これにより、プランジャ１２は、軸心周りに回転
してフェイスカム１４のカム面の形状に従って往復運動
する。

ハウジング１０には、低圧室１６とこの低圧室１６をシ
リンダボア１１に連通させる吸入通路１７と、外部の各
噴射弁１８をシリンダボア１１に導通可能な分配通路１
９が形成される。分配通路１９はエンジン気筒数と同数
設けられるとともに、その途中にはそれぞれデリバリ弁
２０が設けられる。デリバリ弁２０はバネ２１に抗して
分配通路１９を開放可能であり、逆止弁としての機能及
び吸戻し弁としての機能を有する。

プランジャ１２は１個の分配ポート２２と、機関気筒数
と同数の吸入ボー）　２３　、２４とをその外周部に有
する。またプランジャ１２の基部すなわち低圧室１６へ
の突出部分には、ポンプ室１３と低圧室１６とを連通可
能にするためのスピルポート２５が形成される。短い円
筒形のスピルリング２６は、プランジャ１２に摺動自在
に嵌合してスピルポート２５を開閉可能であり、アクセ
ルレバ−（図示せず）に連動するレバー２７により支持
される。すなわち、プランジャ１２が進退動することに
より、スピルポート２５はスピルリング２６によって開
閉され、スピルボート２５が開閉する時のプランジャ１
２の位置はレバー２７を変位させのることにより変えら
れる。スピルリング２６の位置により、ポンプ室１３か
ら低圧室１６への燃料の還流量が定まり、すなわちポン
プ室１３から噴射弁１８へ供給される燃料供給量が定ま
る。

しかして、プランジャ１２が左行してポンプ室１３が膨
張する時、いずれかの吸入ポート２３　、２４が吸入通
路１７に導通して低圧室１６内の燃料がポンプ室１３に
吸入され、逆に、プランジャ１２が右行してポンプ室１
３が圧縮される時、分配ポート２２がいずれかの分配通
路１９に導通してポンプ室１３内の燃料が外部に吐出さ
れる。燃料の吐出はプランジャ１２が右行を始めた時に
始まり、さらにプランジャ１２が右行してスピルポート
２５がスピルリング２６の右端部から低圧室１６内へ開
放された時に終わる。

次に、第１実施例の特徴部分を構成する噴射率制御機構
４０を説明する。

有低筒状を有するケーシング４１は、その開口端部の雄
ねじ４２をハウジング１０の雌ねじに螺合させることに
よりこのハウジングｌＯに固定される。ケーシング４１
内は、開口端部側が大径ボア４３、底部側が小径ボア４
４であり、大径ボア４３内にはインナケーシング４５と
弁体４６と仕切板４７とが収容され、小径ボア４４内に
は電歪式アクチュエータ４８が収容される。

インナケーシング４４は、内側に位置する内筒部４９と
、外側に位置する外筒部５０と、これら内筒部４９と外
筒部５０とを連結する環状板部５１とから成り、内筒部
４９の軸方向長さは外筒部５０の軸方向長さより短い。

外筒部５０はケーシング４１の大径ボア４３に密着して
嵌合し、環状板部５１は大径ボア４３と小径ボア４４の
間に形成される段部５２に当接するようになっている。

仕切板４７はケーシング４１の開口端部、すなわちイン
ナケーシング４５とハウジング１０の間に配設され、イ
ンナケーシング４５の外筒部５０の端面により固定され
る。しかして仕切板４７の左側面はポンプ室１３に面し
、インナケーシング４５と仕切板４７の右側面とにより
環状の固定容積室５３が形成される。一方、インナケー
シング４４の内筒部４８は仕切板４７から離間しており
これらの間に環状の通路５４が形成される。

仕切板４７の中央には、ポンプ室１３とケーシング４１
の内部とを連通可能な孔５５が形成され、この孔５５の
周囲には弁体４６が密着可能な円錐面状の弁座５６が形
成される。弁体４６が弁座５６に密着した時、ポンプ室
１３は弁体４６により固定容積室５３から遮断され、弁
体４６が弁座５６から離座した時、ポンプ室１３は、孔
５５および通路５４を介して固定容積室５３と連通ずる
。

弁体４６は略筒状を呈し、その左端部は弁座５６に密着
すべく円錐状を有し、内部孔５７にはオリフィス５８が
形成される。弁体４６はインナケーシング４４の内筒部
４９内に摺動自在に支持され、後述するように、可変容
積室５９内の圧力が低下した時右行して弁座５６から離
れ、またこの圧力がポンプ室１３内の圧力と略等しくな
った時ばね６０に押圧されて弁座５６に着座する。しか
して可変容積室５９とポンプ室１３とは、弁体４６が弁
座５６に着座しているか否かに拘らず孔５５およびオリ
フィス５８を介して常時連通する。

電歪式アクチュエータ４８は、その一端がケーシング４
１の底部に支持され、他端にはピストン６１が固定され
る。ピストン６１は小径ボア４４に摺動自在に支持され
、このピストン６１の外周には可変容積室５９内のオイ
ルがアクチュエータ４８側へ洩れるのを防止するために
Ｏリング６２が嵌着される。可変容積室５９は、ピスト
ン６１とインナケーシング４５の環状板部５１と弁体４
６と小径ボア４４とにより形成され、その容積は、アク
チュエータ４８が伸縮してピストン６１が進退動するこ
とにより、変化する。ばね６０はピストン６１と弁体４
６の間に設けられて、弁体４６を常時孔５５側へ付勢す
る。

電歪式アクチュエータ４８は薄い円盤状（φ１５ｘｔｏ
、５）の電歪素子を約５０枚積層して円柱状に成形した
ものである。この電歪素子はＰＺＴと呼ばれるセラミッ
ク材であり、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分としており
、その厚み方向に５００Ｖ程度の電圧を印加すると／μ
ｍ程度伸びる。これを電極板を介在させながら５０枚積
層し、電極板を使って各々の素子の厚み方向に５００ｖ
印加すると全体として５０μｍの伸長が得られる。この
電圧を解除するか又は若干の負電圧を印加すれば５０μ
ｍの縮小を起こして元の長さに戻る。また、この電歪式
アクチュエータ４８に軸方向圧縮の荷重をかけた時、各
電歪素子にはその荷重に応じた電圧、例えば荷重５００
ｋｇの時５００■の電圧が発生し、次にこの電圧を短絡
、すなわちショートさせた時、電歪式アクチュエータ２
１全体として５０μｍの縮小を生じる。電歪式アクチュ
エータ４８への所定の時期に於ける電圧の印加、ショー
ト、解除等の操作はリード綿６３を介して外部の制御回
路であるコントローラ（図示せず）によって制御される
。電歪式アクチュエータ４８の伸縮作用はピストン６１
に伝えられて可変容積室５９の容積を拡４　　　　　大
・縮小する。

仕切板４７と筒状部材９には、固定容積室５３とポンプ
室１３とを連通可能な導通孔６４が穿設される。導通孔
６４のシーリンダボアｌｌ内への開口６５の位置は、プ
ランジャ１２が最も左側へ位置した時初めていずれかの
吸入ポート２３　、２４と導通するような位置である。

したがって、プランジャ１２が吸入行程を終ろうとする
時、固定容積室５３がポンプ室１３と導通することにな
る。

本実施例は、次のように作動する。

プランジャ１２が右行して吐出行程にある時、ポンプ室
１３内には約１５０ｋｇ／ｃ＋ａの油圧が発生している
。この油圧は分配通路１９から噴射弁１８まで、また孔
５５および内部孔５７から可変容積室５９まで伝達され
る。この油圧は、弁体４６の右端面全体に作用してこの
弁体４６を左方へ押すとともに、弁体４６の弁座５６と
の接触面以外の左端面に作用してこの弁体４６を右方へ
押す。すなわち、弁体４６の受圧面は、右端面の方が大
きく、したがって弁体４６は左方へ押圧されて弁座５６
に密着し続ける。またこの時、ピストン６１の直径を２
０ｍとすると、電歪式アクチュエータ４８には４７１ｋ
ｇ（＝２０”　ＸＬＯ−２Ｘπ÷４　ｘ１５０ｋｇ）の
力が作用し、４７１Ｖの電圧が発生している。

この電圧を短絡すると電歪式アクチュエータ４８は約４
７μｍの縮小を起こし、可変容積室５９の体積は一瞬の
うちに１４．８ｍｍ３（＝　４７　Ｘ　１０−　”　Ｘ
２０２×π÷４　ｍｍ３）だけ拡大する。可変容積室５
９の元の体積を１００〜２００ｍｍ３とすると、この体
積の拡大による圧力降下は極めて大きい。したがって、
弁体４６のオリフィス５８　（直径０．３〜０．５龍）
を介してポンプ室１３から圧力が伝達されても、オリフ
ィス５８の流路面積が十分に小さく、また可変容積室５
９の容積拡大が十分に速いので、弁体４６は可変容積室
５９側へ吸引されて右方へ移動し、ポンプ室１３は固定
容積室５３と導通ずる。

固定容積室５３内の圧力はポンプ回転数が高い程低い圧
力となるが、概ね大気圧に近く、またその容積は２ｃｍ
’程度であって、それ迄１５０ｋｇ／ｃＪが行き渡って
いたポンプ室１３、内部孔５７および分配通路１９等の
容積にほぼ等しい。したがってポンプ室１３内の圧力は
半減し、噴射弁１８からの燃料噴射が中断する。その直
後、弁体４６の左右の端面に作用する圧力が略等しくな
り、弁体４６ばばね６０の付勢力によって再び弁座５６
に密着する。これにより、ポンプ室１３は固定容積室５
３から遮断される。このような燃料噴射の中断期間は０
．５〜１．５　ｍ５ｅｃ位であってポンプ回転数が低い
程長い。

中断の後再び噴射弁１８は燃料噴射を開始するが、この
時固定容積室５３内には７０〜９０　ｋｇ　／　ｃｄの
燃料圧が残存する。燃料噴射が終了し、プランジャ１２
が左行してポンプ室１３が吸入行程を行ない、プランジ
ャ１２が後端位置の近傍まで後退して吸入行程を終ろう
とする時、開口６９が吸入ポート２３または２４内に臨
む。したがって固定容積室５３はポンプ室１３と導通し
、この固定容積室５３の圧力はポンプ室１３の吸入行程
末期の圧力まで低下する。吸入行程末期のポンプ室圧力
は概ね大気圧であり、ポンプ回転数が大きいほど低圧で
ある。

以上のように、本実施例は、ポンプ室１３の吐出行程中
に高圧のポンプ室１３を低圧の固定容積室５３に導通さ
せることによって、ポンプ室１３の圧力を一時的に降下
させ、これにより噴射弁１８に燃料噴射を中断させてパ
イロット噴射を行なわせるものである。したがってディ
ーゼル機関の騒音が低減し、また有害排気物が減少する
。また本実施例は、固定容積室５３をポンプ室１３に一
時的に連通させて圧力を降下させているので、圧力の降
下量が安定しており再現性に優れているという効果を奏
する。さらに本実施例は、吸入行程末期のポンプ室１３
に固定容積室５３を導通させてこの固定容積室５３を調
圧させているので、エンジンの回転数や負荷によらず安
定した圧力を固定容積室５３に生じさせることができる
。

第２図は第２実施例を示す。上記第１実施例においては
、電歪式アクチュエータ４８によりポンプ室１３と固定
容積室５３とを連通もしくは遮断していたが、第２実施
例においては、ソレノイド７０を利用している。すなわ
ち１．第２図において、ポンプ室１３と固定容積室５３
は、仕切板４７の孔５５および通路５４を介して連通可
能であり、孔５５はアーマチュア７０に連設された弁体
４６により開閉される。弁体４６はインナハウジング４
５の内筒部４９内に摺動自在に支持されて弁座５６に接
離可能であり、環状板部５１からの突出部分にアーマチ
ュア７０が固定される。ソレノイド７２は、ケーシング
４１の軸心部分に形成された柱状部７３の周囲に嵌着さ
れ、その右端面はケーシング４１の底面に当接し、その
左端面インナケーシング４５の環状板部５１に当接する
。アーマチュア７０は、ソレノイド７２と柱状部７３の
端部と環状板部５１との間により形成される室７３内に
収容され、柱状部７３の端部に形成された凹部７４内に
配設されたばね６０はアーマチュア７０に係合してこの
アーマチュア７０および弁体４６を弁座５６側へ付勢す
る。

しかしてソレノイド７２に通電した時、アーマチュア７
０はソレノイド７２の近傍に発生する電磁力によりばね
６０に抗して図の右方へ吸引され、弁体４６は弁座５６
から離座して孔５５を開放し、ポンプ室１３と固定容積
室５３を連通させる。逆に、ソレノイド７２への通電を
遮断した時、アーマチュア７０はばね６０に押圧されて
左方へ変位し、弁体４６は孔５５を閉塞してポンプ室１
３と固定容積室５３を遮断する。また、第１実施例と同
様に、プランジャ１２が後端位置まで後退した吸入行程
の終わりにおいて、固定容積室５３は導通孔６４を介し
てポンプ室１３に連通ずる。

なお、ソレノイド７２への通電は１〜２　ｍ５ｅｃのパ
ルス状とし、孔５５を介して固定容積室５３とポンプ室
１３とを導通させた後はこれらの室５３゜１３を遮断す
るようにしている。これはパイロットの後の噴射率を高
くし、また噴射終了時における噴霧切れをよくするため
である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、パイロット噴射が可能に
なり、エンジン騒音を低減させるとともに有害排気を減
少させ、燃費を向上させることができるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を適用した燃料噴射ポンプ
の要部を示す断面図、第２図は第２実施例を適用した燃
料噴射ポンプの要部を示す断面図である。 １１・・・シリンダボア、 １２・・・プランジャ、 １３・・・ポンプ室、 ４６・・・弁体、 ４８・・・電歪式アクチュエータ、 ５３・・・固定容積室、 ７２・・・ソレノイド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プランジャがシリンダボア内を進退動してこのシリ
   ンダボア内のポンプ室を拡縮し、このポンプ室が拡大さ
   れる時ポンプ室内に燃料が吸入され、ポンプ室が圧縮さ
   れる時ポンプ室内の燃料が吐出される燃料噴射ポンプで
   あって、上記ポンプ室に連通可能な固定容積室を形成し
   、上記ポンプ室と固定容積室を連通もしくは遮断する弁
   体を配設するとともにこの弁体を駆動する制御手段を設
   け、上記弁体は、上記プランジャによるポンプ室の圧縮
   行程中に上記ポンプ室と固定容積室を一時的に連通させ
   ることを特徴とする燃料噴射ポンプの噴射率制御機構。 ２、上記制御手段が電歪式アクチュエータと、この電歪
   式アクチュエータおよび上記弁体の間に設けられるばね
   とを備え、上記弁体の固定容積室とは反対側に可変容積
   室が形成され、上記電歪式アクチュエータが収縮した時
   、上記可変容積室の容積が拡大し、上記弁体が吸引され
   て上記ポンプ室と固定容積室が連通し、上記電歪式アク
   チュエータが収縮した後、上記弁体は上記ばねに押圧さ
   れて上記ポンプ室と固定容積室を遮断することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の噴射率制御機構。 ３、上記制御手段がソレノイドと、このソレノイドによ
   って惹起される電磁力によって進退動するアーマチュア
   と、このアーマチュアを上記孔を閉塞する方向に付勢す
   るばねとを備え、このアーマチュアに上記弁体が連設さ
   れ、上記アーマチュアがソレノイドにより吸引される時
   、上記弁体は上記ポンプ室と固定容積室を連通させ、上
   記アーマチュアがソレノイドにより吸引されない時、上
   記弁体はばねに押圧されて上記ポンプ室と固定容積室を
   遮断することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   噴射率制御機構。 ４、上記プランジャによる吸入行程の終わりに、上記固
   定容積室とポンプ室とを連通させる導通孔が形成される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の噴射率制
   御機構。