JPS6267281A - 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】 技術分野 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。

背景技術 一般に内燃機関特にディーゼル機関１こおいては、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ながる。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
り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
［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炉る場合、カムのカム軸・＼
の設定位置を変えることが必要であり、−且内燃機関を
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、当山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
ｆ３１９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
イ・ｊ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開の通
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・ｒ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においですでに公知で
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り、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まり、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
が必要であり、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り、運転コストが嵩むと
いう問題がある。

前記装置において、電気油圧式サーボ弁の代りに、安価
で汚損にも強い電磁弁を採用すれば、初期コストや運転
コストを軽減することができるであろうが、電気油圧式
サーボ弁に匹敵するような応答性（たとえば１　ｍｓ）
を有した電磁弁は入手不可能である。

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り、装置が高価と
なる。

発明が解決すべき問題点 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、容易に気筒毎に燃料噴射時期や、噴射量や燃料噴射
圧力の調節が可能であり、また燃料噴射の高圧力化のた
めに部材や継手の補強を必要としない内燃機関の燃料噴
射制御装置を提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明は、燃料弁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により駆動されがっポ
ンプピストン１８の一端面によって規定されるポンプ室
３３が■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に電磁弁７を介して燃料を供
給し、一方、第２圧力源２と燃料弁３における前記サー
ボピストン１７の一端面によって規定されるサーボ圧力
室２１との開に内燃機関と同期して動くカム５により軸
線方向に駆動されるスプール６３を有する制御弁４が接
続され、さらにスプール６３は軸線まわりに角変位調整
可能となっていて、制御弁４は、第１切換え位置で、燃
料弁３のサーボ圧力室２１が出口孔５７がら戻し孔７０
を経て燃料を排油し、制御弁４の第２切換え位置で、第
２圧力源２の燃料を、入口孔５６がら出口孔５７を経て
、サーボ圧力室２１に供給し、 サーボ圧力室２１から制御弁４を介する排油経路の途中
に紋り部材１９．９０を設け、前記制御弁４の前記スプ
ール６３に周方向に対し斜めに２つの前制御縁１００，
１０１を軸線方向に間隔をあけて有する前制御溝１０２
が形成されており、ｆｐＪ２圧力源２に通じる制御弁４
のバレル６２の周方向１カ所に形成された入口孔５６と
協働して、サーボ圧力室２１への流路が戻し孔７０から
入口孔５６に切換わるときにサーボ圧力室２１と第２圧
力源２どの間の流路が一時的に遮断され、 ポンプピストン１８の充填の期間が前記電磁弁７によっ
て制御可能であり、充填の速度が絞り部材１９．９０で
規制可能であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制
御装置である。

以下、図面によって本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の基礎となる構成を示す構成図である。

第１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２６制御弁４
を介して制御導’ｌ’４９により燃料弁３に接続されて
いる。制御弁４は内燃機関の主軸６と同期して動くカム
５によって駆動され、電磁弁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、第２の部分およ
び第３の部分から成り、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１ｉｌＯであり、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４
９を介して制御弁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、流出するときは紋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、サーボピストン１７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との断面積比だけ倍
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に内股された紋り部材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紋り部材１９
で規定可能になっている。

排油に要する時間はＬＭは噴射に要する時間１Ｅより充
分に長く、しかし１＋１＋　１Ｅが内燃機関の１サイク
ルに要する時間ｔｚ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、［Ｈの値を大トくすることは制御制度の向上
に役立つ。

第３の部分は周知の閉止弁材の自動噴射ノズル１２であ
り、ばねケーシング２２、ニードルケーシング２３およ
１／Ｘニル２４が袋ナツト２５により包み込まれており
、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８Ｂ２７ａには、ばねケーシング２２内のばね室２
８の内部において、ばね受は皿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、前記ばね受は皿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′ζ
、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、３
４ｂが形成されており、その−刃端は３１１０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！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１１１１
１する通路３９が形成されてす；す、ポンプピストン１
８の１６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
ド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。すなわち、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。

閉止ニードル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
して排油導管４４がら燃料弁３外のタンク８６（第１図
参照）に流出する。サーボピストン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の下端よりもわずかに上部に形
成された環状隙間４５に集められる。この環状隙間４５
は前記排油路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、−且徘油
導管４４に排油された燃料が環状隙間４５やばね室２８
に逆流釘るのを防ぎ、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３２の下面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　（第
３図参照）。

ポンプ室３３に導入される燃料の最大１１すなわち最大
噴射１１ＥＶ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ｍｆ
ｉ関に対し、その最大噴射量を規＄りすることができる
。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との間に申開片４７を
配設し、この申開片４７のｆｆｃさを選定してもよい。

再び＃Ｓ１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ため
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開ｔｎ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、調量の制御精度を向
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を介して制御弁４の入口
孔５６に接続され、また制御弁４の出口孔５７は制御導
管４９を介して燃料弁３の制御孔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に燃料を送り出す外圧ポンプ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７キユムレータ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
り省略可能である。

制御弁４には、バレル６２内において軸線方向にスプー
ル６３が摺動可能でかつ回転可能に案内されており、こ
のスプール６３はタペット６４により支持されている。

バレル６２とタペット６４との間には、ばね６５が介在
されており、スプール６３をローラ６Ｇを介してカム５
に押し付ける役目を果している。スプール６３はばね６
５の力に抗してカム５によって駆動され、圧力導管５５
または戻し導管７１を制御導管４９に接続する。

なお戻し導管７１の他端はタンク５８に接続されている
。スプール６３には軸線方向に斜めの制御縁６７があり
、斜めの制御縁６７の下方には軸線方向に直角なもう１
つの制御縁６８がある。この２つの制御縁６７．６８に
面して制御溝６９が形成されている。一方バレル６２の
側面には、圧力導管５５に接続されている入口孔５６と
、戻し導管７１に接続されている戻し孔７０と、制御導
管４９に接続されている出口孔５７とが設けられている
。入口孔５６は斜めの制御縁６７により開閉可能になっ
ており、また戻し孔７０は下方の制御縁６８により開閉
可能になっている。

また出口孔５７はバレル６２内で前記制御溝６９に常に
開口している。第１図示の状態では、出口孔５７は制御
溝６９を介して戻し孔７０に連通している。スプール６
３が軸線方向に移動すると、すなわち上昇すると、出口
孔５７と入口孔５６とが制御溝６９を介して連通し、戻
し孔７０は閉じる。スプール６３に沿って洩出する燃料
は、バレル６２内部の空洞７４に集められ通路７５を介
して戻し孔７０に流れる。バレル６２下部の空気孔７６
はスプール６３の駆動力を軽減するのに役立つ。

制御弁４の下方には、ビニオン７２がスプール６３と同
軸に内設されており、このビニオン７２はスプール６３
の軸線方向の動きには滑動するが、回転方向には結合さ
れているので、ビニオン７２に噛合するラック７３を移
動することによりスプール６３が回転可能になっている
。このラック７３は制御弁４を軸線方向に直角に貫通し
ており、図示しない駆動装置を介してこのラック７３を
操作することにより制御弁４の作動タイミングすなわち
燃料噴射時期が調節可能となっている。

一方カム５を取付けたカム軸７７は、歯車７８ａ、７８
ｂ、７８ｃ、７８ｄおよびチェン７９ａ、？９ｂを介し
て主軸６によって駆動されるが、カム軸７７の駆動方法
は本発明において本質的なものではなく、内燃機関の回
転に同期しているならば、他の方法でもよい。

多気筒より成る内燃機関の場合は、燃料導管５０の分岐
管５０ａ、５０ｂ＝５０ｃに電磁弁および燃料弁を、ま
た圧力導管５５の分岐管５５ａ、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内の紋り部材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１
ｌｌＩ整弁５３の設定圧力を内燃８！開の回転数および
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ｉ１＋！整弁
５３のばねの設定位置を図示しない周知のボノショナを
利用するか、圧力ｌｌｉ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、噴射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１８との直径
の比を２．５：１とすると、第２の圧力源の圧力を２０
０気圧に選定すれば、２００Ｘ２．５２＝１，２５０気
圧の高圧噴射が達成できる。また圧力調整弁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れら
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で
、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１こ働く。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
周知のボノ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す
る弁ストロークを変更せしめて構成してもよい。

次に第１図〜第３図示の構成の動作について説明をする
。第１図に示す状態において、制御弁４のスプール６３
は上死点にあり、制御導管４９は制御溝６９を介して戻
し孔７０に接続されているので、燃料弁；）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１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。カム５が回転をし、ローラ６６を介
してばね６５の力に抗してスプール６３を押し上げると
、スプール６３の制御縁６七］は戻し孔７０を閉じ、−
）ｊスプール６３の斜めの制御縁６７は人［ｌ孔５６を
開く。これによって制御弁４の出１１孔５７と入Ｌ１孔
５６とが制御溝６９を介して連通する。

第２の圧力源２の昇圧ポンプ５９から圧力導管５５に流
れる作動油（燃料油）は、制御弁４を介して制御導管４
９に流れる。

第２図を参照して、制御導管４９に流れた作動油は、燃
料弁３の制御孔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と互いに作用を及ぼ
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、ポンプ室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２１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
回付の自動噴射ノズル１２の燃料貯め２６に流れ、７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、第３図に
示す状態になると、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３
３内の燃料は、ポンプビストン１８内の通路３９から横
孔４１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、閉止回
付の自動噴射ノズル１２から図示しないＰＡ＃Ｊ内・＼
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
が終了するまで制御弁４の入口孔５６と出口孔５７とが
連通するようにカム５のプロフィールは設計されている
。たとえば最大負荷における噴射期間がクランク角度で
３５度の４サイクル内燃機関の場合、制御弁４のスプー
ル６３が戻し孔７０を閉じてから入口孔５６を開くまで
の期間すなわち、いわゆる切換え“しろ”をクランク角
度に換算して１０度程度見込むと、クランク角度で４５
度程度のカムが必要であり、カム幅の全周に対する割合
は４５度／７２０度＝１／１６程度となる。

カム５が回転を続は上死点を過ぎると、スプール６３は
カム５のプロフィールに沿ってばね６５の反力に抗して
ｒ降を始め、制ゲ弁４は逐には制動弁４と第２圧力源２
との間の通路を切換える。

すなわちスプール６３がＦ降してスプール６３の斜めの
制御縁６７が人口孔５６を閉じ、−７ｊスプール６３の
制御縁６８は戻し孔７０を開く。これによって制御溝６
９を介して連通していた出口孔５７と入口孔５６とが遮
断され、代りに出口孔５７と戻し孔７０とが制御溝６９
を介して連通するので、燃料弁３内のサーボ圧力室２１
内の作動油は戻し導管７１を介してタンク５８に流れ、
サーボ圧力室２１は大気圧となる。

制御回路８から送出される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５０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３９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、戻し導管７１からタ
ンク５８に流れる。なおポンプ室３３に連通ずる自動噴
射／ズル１２にも燃料が流れるけれども、第１圧力源１
の圧力は自動噴射／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、次回のサイクルで噴射
される燃料量となる。そしてその最大量は、中間片４７
−２３＝ の長さや突出部４８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が破壊する程のトルクを発生する
ことはない。

絞り部材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（調Ｊｉ）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な調量が可能となり、さらに電磁弁
７の高い応答性（たとえば１　ａｓｓ）は必要なくなる
。たとえば１０００ｒｐ鴎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ＬＥは、 ｔＥ＝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Ｌ＝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
り、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、調量構造によれ
ば、調量時間ＬＨは、１サイクル内で終了すればよいの
で、 となり、１０ＩＩＩｓ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ｉり損に強
くしかも安価な電磁弁に上り調量が可能となる。

なおポンプ室３３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の排油側に絞り部材を設け
る構造は、流入側に紋り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、後者の構造は紋り部材１９を制御孔１５にで
はなく、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６Ｌの影響を受は易く、制御
精度の向上に限界がある。以ｆこのことに関して第４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。

Ｐ、・Ａ　Ｉ＋（Ａ　２−　Ａ　＋　）Ｐ伯＝Ｐ、・Ａ
　２　十Ｆ・・・（１）ΔＰ　＋　＝　Ｐ　ｏ　−Ｐ　
、＝　Ｋ　、・　Ｑｌ　　　　　　・・・（２）ΔＰ２
＝Ｐ２＝に２−　　Ｑ、　　　　　　　　　　　、、、
（３）ユニに、Ａ、；ポンプピストン１８の断面積Ａ２
；サーボピストン１７の断面積 Ｐｏ；第１圧力源１の圧力（一定） Ｐ　、　；ポンプ室３３の圧力 Ｐ２；サーボ圧力室２１の圧力 Ｐ醜；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の圧力は一定
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（Ｋ、、に２＝一定）、ポンプ室３３への充填速度
Ｑ１は差圧ΔＰ、により定まるが、Ｐｏが一定に調節さ
れているのｒＰｌにより支配される（第２式）。また燃
料弁３からの排油の速度Ｑ。を規定しても充填速度Ｑｉ
は定まるので（第４式）、同様にＰ２によりＱｌが規定
される（第３式）。したがってＰｌまたはＰ２を一定に
１れば、充填速度は一定の値に規定できるが、ポンプ作
業しイ１′なう摩擦力Ｆや排油路４２内の圧力ＰＩ１１
の変動が外乱として働くのでＰｌおよびＰ２は変動しく
第１式）、電磁弁７の作動時間をＬＭを規定しても充填
量は変化する。このような外６Ｌの影響を小さくするた
めにはＰ、Ｐ２を大きくすればよい。すなわち、第１式
を変形して、 Ｐ　２　・　Ａ２＋　　ＩＦ　　−（Ａ　　２−Ａ＋）
　　Ｐ　１１１１＝　　Ｐ　、　　・　　Ａ　。

・・・（１ａ） において、 Ｊ）２・Ａ　２）Ｆ　−（Ａ　２＋　Ａ　、）Ｐ輸　　
　・・べ５）であれば、外乱（第１ａ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Ｐ、、
Ｐ２を大きくするためには、Ｐｏ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、Ｐｏを大
きくすれば充填速度Ｑ１が大きくなり、調量時間１ｈが
短くなるという不都合を生ずる。このことは、調量時間
ＬＨが艮いノｊが１！４量の精度の向上を図れるという
理由による。したがって調量時間１＋＋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、を小さくすれば、Ｐ、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。

電磁弁７を励磁する電気信号の送出時期は、第１図に示
されたカム軸７７に図示しない角度検出器を取付け、そ
の検出器の信号を制御回路８で解読することによＩ）制
御可能である。制御回路８から送出される電気信号のパ
ルス幅は、主軸６に取付けられた図示しない回転数計と
図示しない指令信号とを比較し、その大小に応じてパル
ス幅を増減する周知の制御装置（たとえばＰＩ制御装置
など）を用いればよい。

燃料弁３から燃料が噴射される時期、１なわち燃料噴射
時期の！Ｒ整は、ラック７３を繰作することにより可能
である。ラック７３を操作すれば、ピニオン７２が回転
するので、これに４’Ｐないスプール６３も回転し、し
たがって斜めの制御縁６７と入Ｌ」孔５６とのリード量
が変わり、入口孔５６の開くタイミングが制御できるの
で、燃料噴射時期が内燃機関の運転中でも可能となる。

また、内燃機関の回転数および負荷またはそのと札らか
一力に応じて、ラック７３を図示しない駆動装置を介し
て駆動側ることにより、回転数や負荷に応じた最適燃料
消費率運転が可能となる。

さらに本発明の他の実施例として、制御縁６８を斜めの
制御縁６７と平行になるように設ければ、スプール６３
の上昇行程において制御溝６９内が負圧になるのが防止
でき、したがって制御弁４を駆動する力は軽減できる。

しかし、この上うなスプールは第１図に示されたスプー
ル６３に比べて製造価格は尚くなる。

この構成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より規定されるので、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
置のように内燃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や制御弁４を始め、圧力導管５
５や制御導管４９の耐圧は小さくてもよく（たとえば３
５０気圧）、各部のシール方法や管継手も特に開発を要
せず、従来の技術がそのまま使用できる。

第５図は本発明の基礎となる他の構成を示す構成図であ
り、前述の構成と対応する部分には同一の参照符を付す
。この構成では、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。前述の構成にお
いて充填速度は絞り部材１９により規制されるが、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に若モの差が生ずる。流量計８
７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４ｇ
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篩内に噴射供給
されるのを防ぐことが可能となる。すなわち、流量計８
７は制御回路１（と協働して内燃機関のトルクリミット
を実現し、オーバ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
こともできる。

第６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り部材の形が異なっ
ており、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。

前述の実施例の絞り部材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ば粘度が変わるので
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アイスによれば、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７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。こり実施例で注目すべか点は、ケーシ
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／ズル１
２は一体構造としたが、ポンプ１１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。

ｖＪ８図は本発明に係る制御弁４の一実施例を示す断面
図である。この実施例における制御弁４は、スプール６
３に周方向に対し斜めに２つの前制御縁ｉｏｏ、ｚｏｉ
を有する前制御溝１０２が形成されており、第２圧力源
２に接続された入口孔５６と協働して、スプール６３が
上昇するとき、入口孔５６と出口孔５７どの間の接続が
一時的に遮断されるように構成されている。なおスプー
ル６３には、前制御溝１０２と制御溝６９とを連絡する
連通孔１０３が穿設されている。

次にこの実施例の作動状態について説明する。

第８図示の制御弁４において、出口孔５７と戻し孔７０
とは制御溝６９を介して連通しており、スプール６３の
前制御縁１００が入口孔５６を閏じている。２つの前制
御縁１００，１０１に面した前制御溝１０２は、連通孔
１０３を介して制御溝６９に連通している。スプール６
３が上方に移動すると、制御縁６８が戻し孔７０を閉じ
る。

一方、前制御縁１００が入口孔５６を開くので、入口孔
５６は２つの前制御縁１００．１０１に面した前制御溝
１０２から連通孔１０３を介して制御溝６９に連通する
。このため圧力導管５５を介して入口孔５６に達した第
２圧力源２の作動油は、制御溝６９から出口孔５７に流
れ、制御導管４９を介して燃料弁３のサーボ圧力室２１
に至り、す−ボビストン１７を押し下げ、前述の実施例
で説明したごとく噴射が行なわれる。

スプール６３がさらに」１昇すると、１；ｊ制御溝１０
２と制御溝６９との開に形成されたカラー１０４によっ
て入口孔５６が閉じるので、人Ｌ」孔５６から制御溝６
９に流れていた作動油は一時的に遮断される。これによ
って、燃料弁３のサーボピストン１７の下降も一時的に
中断され、この結果噴射も停止する。しかしスプール６
３がさらにト昇すると、カラー１０４により閉鎖されて
いた人［」孔５６が開くので、遮断されていた作動油が
再び出口孔５７へと流れ、噴射は再開される。

そして噴射の中断される期間は、前制御溝１０２と制御
溝６９との間にあるカラー１０４の幅すなわち前制御溝
１０１と制御縁６７との開の長さにより規制される。こ
のとき燃料噴射は、第９図に示されるように２段に分か
れた形となり、先行した短い前噴射とそれに続く長い主
噴射が形成される。なお燃料のｉｌｌ量は、この前噴射
と主噴射との合計した値として行なわれることはいうま
でもない。

第８図の実施例で示されるようなｉス噴射とそれに続く
主噴射は、中速または高速内燃機関において、燃料の燃
焼効率を高めるのに役立ち、特に高速内燃機関において
その効果は著しい。

また本発明において、ランク７３を気筒毎に独りに操作
できるように構成１れば、気筒毎に燃料噴射時期の調節
が可能となり、気前間の負荷や燃焼圧力のアンバランス
を、内燃機関を停止することなく修正できるという利点
も有している。

以上各実施例において、絞り部材を燃料弁３に内蔵ｒる
場合について示したが、本発明の他の実施例として絞り
部材は制御弁４や戻し導管７１に配置してもよい。第１
０図は戻し導管７１の途中に絞り部材９０を配置した本
発明の基礎となる構成を示す構成図である。絞り部材９
０を戻し孔７０に螺合すれば取付けの費用が節減できる
。このような実施例において、燃料弁３は第１１図に示
されるようになり、絞り部材とチェック弁は不要となる
。

第１２図は、本発明の基礎となる制御弁４の断面図であ
る。この構成では、スプール６３には軸線方向に直角な
２つの制御縁８４．６８が形成されており、さらにバレ
ル６２内でスプール６３の外周に、スプール６３と同一
軸線を有する内筒８１が案内されている。第１３図で示
されるように、内筒８１の下部にはねしスリーブ８２が
結合されており、内＃Ｊ８１の外周に設けられた外ねじ
８５とねじスリーブ８２の内周に設けられた内ねじ８６
とが嵌合される。このねじスリーブ８２の外面にはビニ
オン７２が設けられており、ラック７３と協働してねし
スリーブ８２を回転可能に構成している。ねじスリーブ
８２はバレル６２内で−１１−Ｆ動しないように案内さ
れているので、ねじスリーブ８２が回転すると、内筒８
１は回転し、上下摺動する。したがって内筒８１の制御
孔８３，８３ａが上下動することになる。なおバレル６
２の入１］孔５６と制御孔８３、また戻し孔７０と制御
孔８３ａとは常に連通している。以のごとく、ラック７
３によりスプール６３の空走距離すなわちスプ−ル６３
が１−昇して制御孔８３を開くまでの時間を変更できる
ので、噴射タイミングが制御可能となる。

以トのように本発明によれば内燃機関を一且停止するこ
となく、容易に気筒毎に燃料噴射時期、噴射量および噴
射圧力の調節かり能となる。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
きる。さらに燃料の噴射は、一時的に停止して中断する
のがＤｒ能であり、燃焼状態を良好にすることができる
。

さらに本発明によれば、紋り部材１！Ｊ、９０を燃料の
排油側に設けたので、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
影響を受けず精密な調量が可能となる。

さらにまた本発明によれば制御弁４のスプール６３には
２つの前制御縁１００．１０１を形成し、これによって
サーボ圧力室２１・＼の流路が戻し孔７０から入１」孔
５６、すなわち第２圧力源２に切換わるとき、サーボ圧
力室２１と第２圧力源２との間の流路が一時的に遮断さ
れる。そのため燃料噴射の動作は、先行した短い前噴射
と、それに続く長い主噴射とが形成される。これによっ
て中速または高速の内燃機関において、燃料の燃焼効率
を高めることかで外、特に高速内燃機関においてその効
果は者しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基礎となる構成を示す構成図、第２図
は本発明に係る燃料弁３を示す断面図、第３図は絡２図
示のポンプピストン１８が下降した状態を示す断面図、
第４図は本発明の一実施例の原理を説明するための図、
第５図は本発明の基礎となる他の構成を示す構成図、第
６図は本発明に係る燃料弁３を示す断面図、第７図は燃
料弁３のさらに他の構成を示す断面図、第８図は本発明
に係る制御弁４の一実施例を示す断面図、第９図は第８
図示の実施例の燃料噴射における時間と圧力との関係を
示すグラフ、第１０図は本発明のさらに他の基礎となる
構成を示１構成図、１１１図は第１０図示の燃料弁３の
断面図、第１２図は制御弁４のさらに他の構成を示す断
面図、第１３図は内筒８１とねじスリーブ８２付近の関
係を示した図て゛ある。 １・・・第１圧力源、２・・・第２圧力源、３・・・燃
料弁４・・・制御弁、５・・・カム、７・・・電磁弁、
１２・・・自動噴射ノズル、１７・・・サーボピストン
、１８・・・ポンプピストン、１９．９０・・・絞り部
材、２１・・・サーボ圧力室、３３・・・ポンプ室、５
６・・・入口孔、６２・・・バレル、６３・・・スプー
ル、６７．６８．８４・・・制御縁、７１・・・戻し導
管、８１・・・内筒、８３，８３ａ・・・制御孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃料弁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の一端面によつて規定されるポンプ室３３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に電磁弁７を介して燃料を供給し、一方
   、第２圧力源２と燃料弁３における前記サーボピストン
   １７の一端面によつて規定されるサーボ圧力室２１との
   間に内燃機関と同期して動くカム５により軸線方向に駆
   動されるスプール６３を有する制御弁４が接続され、さ
   らにスプール６３は軸線まわりに角変位調整可能となつ
   ていて、制御弁４は、第１切換え位置で、燃料弁３のサ
   ーボ圧力室２１が出口孔５７から戻し孔７０を経て燃料
   を排油し、制御弁４の第２切換え位置で、第２圧力源２
   の燃料を、入口孔５６から出口孔５７を経て、サーボ圧
   力室２１に供給し、 サーボ圧力室２１から制御弁４を介する排油経路の途中
   に絞り部材１９、９０を設け、 前記制御弁４の前記スプール６３に周方向に対し斜めに
   ２つの前制御縁１００、１０１を軸線方向に間隔をあけ
   て有する前制御溝１０２が形成されており、第２圧力源
   ２に通じる制御弁４のバレル６２の周方向１カ所に形成
   された入口孔５６と協働して、サーボ圧力室２１への流
   路が戻し孔７０から入口孔５６に切換わるときにサーボ
   圧力室２１と第２圧力源２との間の流路が一時的に遮断
   され、 ポンプピストン１８の充填の期間が前記電磁弁７によつ
   て制御可能であり、充填の速度が紋り部材１９、９０で
   規制可能であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制
   御装置。