JPS623167A - 内燃機関の燃料噴射弁 - 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〕 本発明は内燃機関の燃料噴射弁に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関、特にディーゼル機関において騒音や振動の発
生を抑制し、燃料消費量を低減するためには機関の運転
状況に応じて燃料噴射率を適切に制御する必要がある。

燃料噴射率を制御するために各燃料噴射弁がピエゾ圧電
素子を具え、ピエゾ圧電素子の伸長作用によってニード
ルを閉弁方向に付勢する燃料圧およびニードルを閉弁方
向に付勢するばね圧を制御してニードルの開弁圧を機関
の運転状態に応じて制御するようにした燃料噴射弁が公
知である（特開昭５９−２３１１７０号公報参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらこの燃料噴射弁では燃料噴射弁毎にニード
ルの開弁圧を制御するようにしているので多数個の燃料
噴射弁を具えている場合には複雑な制御が必要となり、
しかも燃料噴射弁毎にニードルの開弁圧がばらつくとい
う問題を生じる。　　　　　　　　、〔問題点を解決す
るための手段〕 上記問題点を解決するために本発明によればニードルを
閉弁方向に付勢する制御油圧室を具備し、制御油圧室を
圧力調整弁を介して制御油供給ポンプに連結し、圧力調
整弁を制御することにより制御油圧室内の油圧を制御し
てニードルの開弁圧を制御するようにしている。

〔実施例〕

第１図を参照すると、１は燃料噴射弁、２は燃料噴射弁
本体、３はスペーサ、４はノズル、５はスペーサ３およ
びノズル４を燃料噴射弁本体２に固締するためのノズル
ホルダ、６は燃料流入口、７はノズル孔を夫々示す。ノ
ズル４、スペーサ３および燃料噴射弁本体２内には直列
配置のニードル８、加圧ピン９および制御ロッド１０が
摺動可能に挿入される。ニードル８はその中間部に円錐
状をなす受圧面１１が形成され、この受圧面１１の周り
にはニードル加圧室１２が形成される。このニードル加
圧室１２は燃料通路１３を介して燃料流入口６に連結さ
れ、他方ではニードル８周りに形成された環状の燃料通
路１４を介してノズル孔７に連結される。ニードル８の
上端面と当接する加圧ピン９は拡大部１５を有し、拡大
部１５と燃料噴射弁本体２間には圧縮ばね１６が挿入さ
れる。従ってニードル８は圧縮ばね１６のばね力によっ
て常時閉弁方向に付勢される。

燃料噴射弁本体２内には互いに整列した大径孔１７と小
径孔１８が形成され、小径孔１８内に制御ロッド１０の
上端部が突出する。制御ロッド１０の上端部には受圧ピ
ストン１９が当接する。一方、大径孔１７および小径孔
１８内には一体的に形成された大径ピストン２０および
小径ピストン２１が夫々摺動可能に挿入され、これら大
径ピストン２０および小径ピストン２１は油圧力を高め
るためのサーボピストン２２を形成する。小径ピストン
２１と受圧ピストン１９間には制御油圧室２３が形成さ
れ、大径ピストン２０の上方には制御油導入室２４が形
成される。

第１図に示されるように燃料噴射弁１に燃料および制御
油を供給するための燃料供給ポンプ３０および制御油供
給ポンプ３１が設けられる。燃料供給ポンプ３０は噴射
時期制御弁３２および一定容積のアキュムレータ３３を
介して燃料噴射弁１の燃料流入口６に連結される。一方
、制御油供給ポンプ３１は圧力調整弁３４を介して一方
では燃料噴射弁１の制御油導入室２４に連結され、他方
では制御油圧室２３に開口するポート２５を介して制御
油圧室２３に連結される。制御油供給ポンプ３１は例え
ばベーンポンプからなり、圧力調整弁３４は制御油供給
ポンプ３１から吐出した加圧制御油の一部を制御油圧ポ
ンプ３１の吸込口に返戻させることによって制御油導入
室２４および制御油圧室２３内に供給される制御油の圧
力を制御する。なお、ここで制御油として燃料が使用さ
れる。燃料供給ポンプ３０、噴射時期制御弁３２、制御
油供給ポンプ３１および圧力調整弁３４は全燃料噴射弁
１に対して共通であり、従ってこれらは夫々−個ずつ設
けられている。

第１図に示されるように大径ピストン２０と燃料噴射弁
本体２間には圧縮ばね２６が挿入される。

制御油導入室２４内の圧力が低いときは圧縮ばね２６の
ばね力によりサーボピストン２２は下降せず、このとき
サーボピストン２２は第１図に示す位置にある。従って
このときには受圧ピストン１９に制御油圧室２３内の制
御油圧が作用する。受圧ピストン１９に作用した制御油
圧は制御ロッド１０および加圧ピン９を介してニードル
８に加わる。

従ってニードル８には圧縮ばね１６によるニードル閉弁
方向の力と、制御油圧によるニードル閉弁方向の力とが
作用する。斯くして制御油圧が変化すればニードル８の
開弁圧が変化し、燃料噴射率が変化する。制御油導入室
２４内の圧力が低いとき、即ち圧力調整弁３４によって
調圧された制御油圧が低いときは上述したように圧縮ば
ね２６のばね力によりサーボピストン２２は下降せず、
従　　　　　　□“ってこのときにはニードル８の開弁
圧は制御油圧室２３内の制御油圧、即ち圧力調整弁３４
により調圧された制御油圧の増大に伴なって大きくなる
。

一方、制御油導入室２４内の°制御油圧が高くなる降し
て弁ボート２５を閉鎖し、このときサーボピ　　　　　
　′とサーボピストン２２が圧縮ばね２６に抗して下ス
トン２２による昇圧作用によって制御油圧室２３内の制
御油圧は制御油導入室２４内の制御油圧よりも高くなる
。次いで制御油圧導入室２４内の制御油圧の上昇に伴な
って制御油圧室２３内の制御油圧が高くなる。従ってニ
ードル８の開弁圧Ｐは第３図に示されるように制御油導
入室２４内の制御油圧Ｐ０が一定圧Ｐ、を越えると急激
に上昇する。

ところで機関負荷に対する最適なニードル開弁圧Ｐは第
３図に示す曲線と同じ形になる。即ち、最適な開弁圧Ｐ
は機関負荷が小さなときは機関負荷が高くなるにつれて
徐々に大きくなり、機関負荷が大きなときは機関負荷が
高くなるにつれて急速に大きくなる。従って第１図に示
される燃料噴射弁１を用いると機関負荷に比例して制御
油導入室２４内の制御油圧を制御すれば最適な開弁圧Ｐ
が確保でき、斯くしてニードル開弁圧Ｐの制御を容易に
行なうことができる。また、サーボピストン２２を用い
ることにより低い制御油圧でもってニードル８に大きな
開弁圧を与えることができ、斯くして制御油供給ポンプ
３１は小型かつ低圧のもので十分であるという利点があ
る。

第２図は燃料供給ポンプ３０の一部と、噴射時期制御弁
３２を示す。燃料供給ポンプ３０はそのハウジング４０
内に摺動可能でかつ回転可能に挿入されたプランジャ４
１と、プランジャ４１により画定された加圧室４２を具
備する。プランジャ４１は図示しない駆動機構を介して
機関により回　　　　　　　、転しつつ軸線方向に往復
動せしめられる。プランジャ４１の内部には加圧燃料流
出孔４３が形成され、プランジャ４１の外周面には燃料
流入溝４４が形成される。また、ハウジング４０には加
圧燃料流出孔４３に連通可能な加圧燃料流出ポート４５
、および燃料流入溝４４に連通可能な燃料流入ボート４
６が形成され、加圧燃料流出ポート４５はアキュムレー
タ３３を介して燃料噴射弁ｌの燃料流入口６に連結され
る。プランジャ４１が回転しつつ下降すると燃料流入ボ
ート４６が燃料流入溝４４内に開口し、燃料が加圧室４
２内に供給される。次いでプランジャ４１が回転しつつ
上昇して燃料流入ボート４６がプランジャ４１によって
閉塞されるとプランジャ４１の上昇に伴なって加圧室４
２内の燃料が加圧される０次いで加圧燃料流出孔４３が
加圧燃料流出ポート４５ζ連通すると加圧室４２内の加
圧燃料が加圧燃料流出孔４３、加圧燃料流出ポート４５
、アキエムレータ３３、燃料流入口６および燃料通路１
３を介してニードル加圧室１２内に供給される。この加
圧燃料はニードル８の受圧面１１に作用してニードル８
にニードル開弁方向の力を与え、このニードル開弁方向
の力がニードル開弁圧を越えるとノズル孔７から燃料が
噴射される。なお、このときのニードル開弁圧は前述し
たように圧力調整弁３４によって制御されている。

一方、第２図に示すように噴射時期制御弁３２はその内
部に整列配置された小径孔５０と大径孔５１とを有し、
小径孔５０内には溢流制御弁５２が摺動可能に挿入され
る。溢流制御弁５２は小径孔５０内において摺動可能な
大径部５３と、小径孔５０と大径孔５１との連結部を開
閉可能な弁体５４とを具備する。大径部５３と弁体５４
との間には溢流室５５が形成され、この溢流室５５は溢
流路５６を介して加圧室４２に連結される。一方、大径
孔５１内には燃料排出室５７が形成され、この燃料排出
室５７は燃料返戻通路５８を介して燃料流入孔４６に連
結される。溢流制御弁５２の大径部５３に関して溢流室
５５と反対側の小径孔５０内にはばね室５９が形成され
、このばね室５９内には溢流制御弁５２の押圧用圧縮ば
ね６０が挿入される。ばね室５９内に漏洩した加圧燃料
は溢流　　　　　　７゜制御弁５２内に形成された燃料
排出路６１を介して燃料排出室５７内に排出される。

一方、噴射時期制御弁３２にはスペーサ６２が嵌着され
、このスペーサ６２は噴射時期制御弁３２の一端部に固
着された駆動装置６３により噴射時　　　　　　。

期制御弁３２内で固定支持される。スペーサ６２　　　
　　　　ン゛内には制御ロッド６４が摺動可能に挿入さ
れ、この制御ロッド６４内には溢流制御弁５２内に形成
　　　　　　、“−ブされた燃料排出路６１と燃料排出
室５７とを連通　　　　　　］１′する燃料排出路６５
が形成される。制御ロッド６４の一端は溢流制御弁５２
に当接し、制御ロッド６４の他端はスペーサ６２かられ
ずかばかり突出する。　　　　　　′駆動装置６３はそ
のハウジング６６内に摺動可能に配置された油圧ピスト
ン６７を有し、油圧ピストン６７とハウジング６６間に
はピエゾ圧電素子６８が挿入される。このピエゾ圧電素
子６８は薄板状の圧電素子を多数枚積層した積層構造を
なしており、このピエゾ圧電素子６８に電圧を印加する
とピエゾ圧電素子６８は電歪効果によって長手方向の歪
を生ずる、即ち長手方向に伸びる。この伸び量は例えば
５０μｍ程度の少量であるが応答性が極めて良好であり
、電圧を印加してから伸びるまでの応答時間は８０μｓ
ｅｃ程度である。電圧の印加を停止すればピエゾ圧電素
子６８はただちに縮む、第２図に示されるように油圧ピ
ストン６７とハウジング６６間には皿ばね６９が挿入さ
れ、この皿ばね６９のばね力によって油圧ピストン６７
はピエゾ圧電素子６８に向けて押圧される。油圧ピスト
ン６７とスペーサ６２間には加圧室７０が形成され、制
御ロッド６４はこの加圧室７０内に突出する。油圧ピス
トン６７内には燃料通路７１が形成され、この燃料通路
７１は一方では加圧室７０に向けてのみ流通可能な逆止
弁７２を介して加圧室７０内に連結され、他方ではハウ
ジング６６およびスペーサ６２内に形成された燃料通路
７３を介して燃料排出室５７内に連結される。

ピエゾ圧電素子６８への電圧の印加が停止されるとピエ
ゾ圧電素子６８が縮むために油圧ピストン６７は皿ばね
６９のばね力によって左方に移動する。このとき溢流制
御弁５２は圧縮ばね６０のばね力により制御ロッド６４
と共に左方に移動し、弁体５４が開弁じて溢流室５５を
燃料排出室５７に連通せしめる。従ってこのとき燃料供
給ポンプ３０のプランジャ４１が上昇しても加圧室４２
内の燃料が溢流路５６、および溢流室５５を介して燃料
排出室５７内に排出されるために加圧室４２内の燃料が
加圧されることがなく、斯くしてプランジャ４１に形成
された加圧燃料流出孔４３が加圧燃料流出ボート４５に
連通していても燃料噴射弁１からの燃料噴射は行なわれ
ない。

次いでピエゾ圧電素子６８に電圧が印加されるとピエゾ
圧電素子６８が伸長し、その結果油圧ピストン６７が右
方に移動するために加圧室７ｏ内の燃料が加圧される。

加圧室７０内の燃料圧が高　−くなると制御ロッド６４
が右方に移動し、それによって溢流制御弁５２が圧縮ば
ね６０に抗して右方に移動して弁体５４が第２図に示す
ように溢流室５５を閉塞する。従ってこのとき燃料供給
ポンプ３０のプランジャ４１が上昇すると加圧室４２内
の燃料が加圧され、燃料噴射弁１のニードル加圧室１２
内の燃料圧が高まると燃料噴射が行なわれる。一方、ピ
エゾ圧電素子６８への電圧の印加が停止されるとピエゾ
圧電素子６８が縮み、前述したように溢流制御弁５２の
弁体５４が開弁して噴射が停止する。このとき燃料排出
室５７内の燃料が燃料通路７３．７２および逆止弁７２
を介して加圧室７０内に補給される。

上述したようにピエゾ圧電素子６８の応答性、は速く、
従って燃料噴射時期および燃料噴射完了時期を正確に制
御することができる。また、本発明を例えば４気筒デイ
一ゼル機関に適用する場合には第２図の加圧燃料流出ポ
ート４５がハウジング４０上に等角度間隔で４個形成さ
れ、各加圧燃料流出ポート４５が各燃料噴射弁１に連結
される。

また、この場合プランジャ４１は一回転する間に４回往
復動せしめられる。従って燃料噴射弁１の数に関係なく
燃料供給ポンプ３０および噴射時期制御弁３２は夫々−
偏設ければ足りる。

第１図に示されるように噴射時期制御弁３２および圧力
調整弁３４は電子制御ユニット８０に連結され、電子制
御ユニット８０の出力信号により制御される。電子制御
ユニッ）８０はディジタルコンピュータからなり、双方
向性バス８１によって相互に接続されたＲＯＭ　（リー
ドオンメモリ）Ｓ２、ＲＡＭ　（ランダムアクセスメモ
リ）８３、ＣＰＵ　（マイクロプロセッサ）８４、入力
ポート８５および出力ボート８６を具備する。入力ポー
ト８５には回転数センサ８７が接続され、更に入力ポー
ト８５には負荷センサ８８および水温センサ８９が夫々
対応するＡＤ変換器９０．９１を介して接続される。一
方、出力ボート８６は対応する駆動回路９２．９３を介
して噴射時期制御弁３２のピエゾ圧電素子６８、および
圧力調整弁３４のソレノイドに接続される。回転数セン
サ８７は機関回転数に比例した数の出力パルスを発生し
、この出力パルスから機関回転数が計算される。負荷セ
ンサ８８はアクセルペダルの踏込み量に比例した出力電
圧を発生し、この出力電圧から負荷が計算される。水温
センサ８９は機関冷却水温に比例した出力電圧を発生す
る。電子制御ユニット８０ではこれら機関回転数、負荷
および水温に基いて最適な噴射時期および最適なニード
ル開弁圧となるように噴射時期制御弁３２および圧力調
整弁３４が制御される。

上述したように噴射時期制御弁３２の制御にピエゾ圧電
素子６８を用いることによってパイロット噴射が可能と
なる。以下、パイロット噴射制御について説明する。

第１図を参照すると、燃料噴射弁１のスペーサ３内にニ
ードルリフト検出器９４が配置される。

このニードルリフト検出器９４は加圧ピン９の拡大部１
５とニードルリフト検出器９４間の間隔に比例した出力
電圧、即ちニードル８のリフトに比例した出力電圧を発
生する。ニードルリフト検出器９４はＡＤ変換器９５を
介してコンパレータ９６の一方の入力端子に接続される
。コンパレータ９６の他方の入力端子には基準電圧が印
加され、コンパレータ９６の出力端子は入力ボート８５
に接続される。ニードルリフト検出器９４の出力電圧が
予め定められた電圧よりも大きくなったとき、即ちニー
ドル８のリフト量が予め定められたリフト量よりも大き
くなったときにコンパレータ９６の出力電圧が高レベル
となる。

次に第５図および第６図を参照してパイロット噴射を行
なうときの燃料噴射制御について説明す　　　　　　　
；テ。

る。第５図を参照すると、まず始めにステップ１００に
おいて機関回転数Ｎを表わす回転数センサの出力信号、
負荷りを表わす負荷センサ８８の出力信号および水温Ｔ
を表わす水温センサ８９の出力信号を取込む。次いでス
テップ１０１ではパイロット噴射すべき運転状態である
か否かが判別され、パイロット噴射すべきときはステッ
プ１０２に進む。

ステップ１０２では機関回転数Ｎ、負荷りおよび水温Ｔ
から最適なパイロット噴射開始時期τａが計算され、次
いでステップ１０３でバイロフトフラグがセットされる
。次いでステップ１０４で機関回転数Ｎ、負荷りおよび
水温Ｔから主噴射開始時期τＣおよび主噴射完了時期τ
ｄが計算され、ステップ１０５においてτａ、τＣ９τ
ｄが出力ボート８６に出力される。

バイロフト噴射開始τａになると第４図（ｂ）に示され
るようにピエゾ圧電素子６８に電圧Ｅが印加され、加圧
燃料が燃料噴射弁ｌに供給される。その結果、第４図（
ａ）に示すようにニードル８が上昇し、ニードルリフト
検出器９４の出力電圧Ｖが上昇する。ニードル８が上昇
するとパイロ−／　）噴射が開始される。ニードルリフ
ト検出器９４の出力電圧Ｖが予め定められた電圧ｖ０を
越えるとコンパレータ９６の出力電圧が高レベルとなり
、コンパレータ９６の出力電圧が高レベルになると第６
図に示す割込みルーチン、が実行される。第６図におい
てまず始めにステップ１１０においてパイロットフラグ
がセットされているか否かが判別される。

パイロットフラグがセットされているときにはステップ
１１１に進んでピエゾ圧電素子６８への電圧の印加が停
止され、パイロット噴射が停止される。

次いでステップ１１２ではパイロットフラグがリセット
される。次いで主噴射開始時期τＣになると第４図（ｂ
）に示すようにピエゾ圧電素子６８へ電圧が印加され、
主噴射が行なわれる。このときパイロットフラグがリセ
ットされているためにニードルリフト検出器９４の出力
電圧Ｖがｖｏを越えても主噴射完了時期τｄまで主噴射
が続行される。

〔発明の効果〕

ニードル開弁圧を自由に制御しうるので機関運転状態に
応じた最適の噴射率を得ることができる。

また、複数の燃料噴射弁を具えている場合でも各燃料噴
射弁の開弁圧を一個の圧力調整弁で制御しろるので噴射
制御装置を簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料噴射袋装置の全体図、第２図は燃料供給ポ
ンプの一部および噴射時期制御弁の側面断面図、第３図
はニードル開弁圧を示す線図、第４図はバイロフト噴射
制御を示す線図、第５図および第６図はパイロット噴射
制御を実行するためのフローチャートである。 １・・・燃料噴射弁、　　８・・・ニードル、１０・・
・制御ロッド、　　２２・・・サーボピストン、２３・
・・制御油圧室、　３１・・・制御油供給ポンプ、３４
・・・圧力調整弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ニードルを閉弁方向に付勢する制御油圧室を具備し、
   該制御油圧室を圧力調整弁を介して制御油供給ポンプに
   連結し、該圧力調整弁を制御することにより制御油圧室
   内の油圧を制御してニードルの開弁圧を制御するように
   した内燃機関の燃料噴射弁。