JPS6371564A - 蓄圧型燃料噴射装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ディーゼルエンジン等に使用される蓄圧型燃
料噴射装置に関し、特に、エンジンの定格運転時の運転
騒音を減少できるようにするとともに、許される範囲で
最大の熱効率を得られるようにした蓄圧型燃料噴射装置
に関するものである。

〈従来技術〉 一般に、蓄圧型燃料噴射装置は、蓄圧型燃料噴射ノズル
と、このノズルに燃料を圧入するプランジャポンプと、
このプランジャポンプのプランジャを駆動するカムを備
えており、上記蓄圧型燃料噴射ノズルとプランジャポン
プとはユニットインジェクタとして一体に組立てられる
ことが多い。

例えば第８図に示すように、蓄圧型燃料噴射ノズルＡの
本体１内に、プランジャポンプＰをＡ、１込んだユニ、
トインジェクタＵは、ユニットインジェクタＵの本体１
内に形成された燃料通路２の終端部に該燃料通路２を開
閉する噴射弁３を設けると共に、該燃料通路２の途中に
プランジャポンプの逆止弁４を介在させて上記噴Ｕ・ｌ
弁３と逆止弁４との間に蓄圧室５を形成し、逆止弁４の
上流と下流との差圧が所定値、即ち、閉弁ハネ２６の付
勢力を超えるときに上記噴射弁３が開弁されるように構
成されている。

即ち、上記本体１の一例の底面に燃料通路２の人ロアが
開口され、本体１の中央下面から突出させた噴射管６の
下端に噴射孔８が開口される。上記人ロアから噴射孔８
にいたる燃料通路２には、プランジャポンプＰのプラン
ジャ３５を進退可能に嵌入させるプランジャ室１０と、
逆止弁４とを介在させてあり、その終端部には噴射弁３
が設けられる。この噴射弁３はニードル弁からなり、そ
の弁軸１１は噴射管６の土壁を貫通して本体ｌの中央上
部に設けられた閉弁ハネ室１２に突入させである。上記
弁軸１１の周囲には噴射管６内の上部から下端にいたる
燃料通路２の部分が形成されている。この燃料通路２の
部分の」一部には弁軸１１を径方向に拡大した逆止弁座
１３が設＆ノられ、この逆止弁座１３の下面に接離する
逆止弁４が燃料通路２に摺動可能に内嵌される。この逆
止弁４は閉弁ハネ１４によって閉弁付勢され、閉弁時に
上記燃料通路２の部分をプランジャ室１０に連通ずる閉
弁圧力室１５と蓄圧室３６とに区分する。

上記プランジャ室１０は本体１の一側に弁軸１１と平行
に形成され、その上端の開口から挿入されたプランジャ
３５の内部にはこれと同心の人口弁室３７が形成されて
いる。この人口弁室３７には燃料通路２を開閉するシー
ト弁３８が進退可能に収納される。このシート弁３８は
開弁ハネ３９により開弁付勢されるでいる。また、この
人口弁室３７の上流には、上記閉弁バネ室１２を介して
調整用蓄圧室４０が接続される。

尚、上記プランジャ３５は、プランジャ室１０の内圧で
上昇付勢され、その上面（第８図では左端面）に転接さ
れる図示しないカムによってその上昇量を制限されると
ともに所定の位相範囲において下降駆動される。このカ
ムは、第６図（１）に破線で示すように、燃料噴射開始
時点から急激にリフト量が減少するリフトダウン部を有
する。

尚、上記蓄圧室３６は、本体１の噴射管６内に形成され
、その容量は最大噴射量に対応させて設定される。また
、上記閉弁ハネ室１２には閉弁ハネ２６が挿入される。

このように構成された従来の蓄圧型燃料噴射装置では、
プランジャ９が例えば上死点に位置する状態で、図示し
ない燃料供給装置から調圧され、かつ、調量された燃料
がプランジャポンプＢに圧入され、この燃料の供給によ
りプランジャポンプＢのプランジャ室１０の内圧が上昇
する。そして、図示しないカムあるいはカムで駆動され
るロッカーアームによってプランジャ９を下死点に向か
って押し下げると、まず、プランジャ室１０の内圧が上
昇してプランジャ室１０内の燃料が調整用蓄圧室３９に
圧入され、プランジャ室１０の内圧が所定値まで上昇す
るとシート弁３８に作用する差圧が開弁ハネ３９の付勢
力に打ち勝ってシート弁３８が閉弁される。つまり、こ
のシート弁３８が閉弁されるまでのプランジャ９の下降
ストロークはプランジャポンプＢの吐出がない無効スト
ロークとなる。シート弁３８が閉弁された後にプランジ
ャ９は更に下降されると、プランジャ室１０の内圧は急
激に上昇し、この内圧が逆止弁４の開弁圧以上になると
逆止弁４が開弁されて、プランジャ室１０の燃料が蓄圧
室３６に圧入される。プランジャ９が下死点に達して逆
止弁５が閉弁された後、プランジャ９の上面にカムのリ
フトダウン部が転接し、プランジャ９が上昇し始める。

これによりプランジャ室１０の内圧は減少し始め、プラ
ンジャ室１０の内圧と蓄圧室３６との内圧の差圧が閉弁
バネ２６の付勢力を上回ると噴射弁３が開弁され噴射が
開始される。上記カムのリフトダウン部は急激にリフト
量が減少するように形成されているので、噴射弁３は第
６図（２）に破線で示すように急激に開弁され、第６図
（３）に破線で示すように短時間で噴射孔８の開口面積
と同じ面積まで開かれること、即ち、全開になり、燃料
噴射圧は噴射弁３の開弁開始時に最大となり、以後次第
に減少する。また、燃料噴射率は第６図（４）に破線で
示すように噴射弁３の開口面積がノズル孔８の開口面積
と同じ面積になるときに最大になり、以後次第に減少す
ることになる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、ディーゼルエンジン等においては、燃料噴射
の開始からある程度たってから燃料が燃焼室内で着火す
ること（いわゆる着火遅れ）がよく知られている。上記
のように燃料噴射開始時直後に燃料噴射率が最大に達す
る従来の蓄圧型燃料噴射装置ではこの着火遅れの期間に
多量の燃料が噴射されるために、着火時の爆発力が大き
く、大きな爆発音が発生する。このために、エンジンの
運転騒音が大きくなるといった問題がある。

このような爆発音を減少させるためには、着火時までの
燃料噴射量を少なくすれば良いのであるが、全体として
の燃料噴射量が減少すると熱効率が低下するといった問
題が生じてくる。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであって
、エンジンの定格運転時の運転騒音を減少できるように
するとともに、許される範囲で最大の熱効率を得られる
ようにした蓄圧型燃料噴射装置を捉供することを目的と
するものである。

く問題点を解決するための手段〉 本発明に係る蓄圧型燃料噴射装置は、上記の目的を達成
するために、蓄圧型燃料噴射ノスルと、ごのノズルに燃
料を圧入するプランジャポンプと、このプランジャポン
プのプランジャを駆動するカムを備える蓄圧型燃料噴射
装置において、上記カムのリフトダウン部ΔＶゝ、エン
ジンの定格運転時の燃料噴射開始時点から着火時点に相
当する位相にわたって緩慢にリフト量が減少し、かつ、
着火時点に相当する位相において蓄圧型燃料噴射ノズル
の噴射弁の開弁面積と噴射孔の総開口面積とが等しくな
る位置に上記プランジャの位置を制限するように形成さ
れたことを特徴としている。

〈発明の作用〉 本発明によれば、上記カムのカムダウン部が、エンジン
の定格運転時の燃料噴射開始時点から着火時点に相当す
る位相にわたって緩慢にリフト量が減少し、かつ、着火
時点に相当する位相において蓄圧型燃料噴射ノズルの噴
射弁の開弁面積と噴射孔の総開口面積とが等しくなる位
置に上記プランジャの位置を制限するように形成されて
いるので、着火遅れ期間の噴射弁の開弁面積が噴射孔の
開口面積よりも狭く絞られて着火前の噴射量が少な（な
る。その結果、着火時の爆発音が小さくなり、運転騒音
が減少される。

また、着火時まで噴射弁の開弁量を小さく絞り、着火時
に噴射弁の開弁面積を噴射孔の総開口面積に等しくさせ
るので、着火遅れ期間の噴射圧の減少が小さく抑えられ
、着火時に最大噴射圧に近い高圧で燃料が噴射されるこ
とになる。このように着火時の噴射圧が高いので、着火
時点での燃料噴射率が大きく、短時間内に多量の燃料を
噴射できる。その結果、着火遅れ期間の燃料噴射量が小
量に制限されるにもかかわらず、燃焼期間内に多量の燃
料が噴射されることになる。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明によれば、着火遅れ期間の噴射弁
の開弁面積が噴射孔の開口面積よりも狭く絞られ、着火
前の噴射量が少なくなるので、着火時の爆発音が小さく
なり、運転騒音を減少させることができる。しかも、着
火前の燃料噴射圧の減少を小さく抑えて着火時に噴射弁
の開弁面積を噴射孔の総開口面積とを等しくさせること
により着火時点以降の燃焼期間内に多量の燃料を噴射で
きるので、許される限りで最大の熱効率を得ることがで
きる。

〈実施例〉 本発明の一実施例を図面に基づいて説明すると以下の通
りである。

第１図ないし第４図は本考案の一実施例に係るユニット
インジェクタの各縦断面図であり、第１図は蓄圧室への
燃料圧入直前の状態を、第２図は蓄圧室への燃料圧入中
の状態を、第３図は燃料噴射中の状態を、第４図は噴射
終了直後の状態をそれぞれ示している。

このユニットインジェクタしは、蓄圧型燃料噴射ノズル
の本体１内にプランジャポンプＢを組込んだものであっ
て、本体１の一例の底面に燃料通路２の入日７が開口さ
れ、本体１の中央下面から突出させた噴射管６の下端に
噴射孔８が開口されている。上記人ロアから噴射孔８に
いたる燃料通路２には、プランジャポンプＢのプランジ
ャ９を進退可能に嵌入させるプランジャ室１０と、逆止
弁４とを介在させてあり、その終端部には噴射弁３が設
けられる。この噴射弁３はニードル弁からなり、その弁
軸１１は噴射管６の土壁を貫通して本体１の中央上部に
設けられた閉弁ハネ室１２に突入させである。上記弁軸
１１の周囲には噴射管６内の上部から下端にいたる燃料
通路２の部分が形成されている。この燃料通路２の部分
の上部には弁軸１１を径方向に拡大した逆止弁座１３が
設けられ、この逆止弁座１３の下面に接離する逆止弁４
が燃料通路２に摺動可能に内嵌される。この逆止弁４は
閉弁バネ１４によって閉弁付勢され、閉弁時に上記燃料
通路２の部分をプランジャ室１０に連通する閉弁圧力室
１５と第１蓄王室１６とを区画する。

上記プランジャ室ＩＯは、本体Ｉの一側に弁軸１１と平
行に形成され、その上端の開口から挿入されたプランジ
ャ９の内部にはこれと同心のスプール室１７が形成され
る。このスプール室１７に摺動自在に収納されたスプー
ル１８には、その下端面から中間高さ部にいたる中心穴
１９が形成され、この中心穴１９の上端部と中間高さ部
とに周面に直角に延びる弁孔２０，２１がそれぞれ開口
される。これに対して、プランジャ９の周壁の中間高さ
には、スプール１８が上死点に位置するときに弁孔２０
，２１と遮断され、その他のときに弁孔２０，２１と連
通する各弁孔２２．２３が設けられる。上記弁孔２２は
燃料通路２の人ロアに接続され、弁孔２３はプランジャ
室１ｏの下端に区画される圧力室２４に連通させである
。この圧力室２４が閉弁圧力室１５と接続される。上記
スプール１８はスプール室１７の上端部に挿入されたバ
ネ３３によって下方に付勢される。尚、この圧力室２４
とスプール室１７の下端のスプール蓄圧室３４とは圧力
室２４とスプール蓄圧室３４への逆流を阻止する逆止弁
２５を介在させた流路断面が微小な通路４１により断続
されるようになっている。

上記閉弁バネ室Ｉ２内には、弁軸１１を閉弁付勢する閉
弁バネ２６が挿入されており、噴射弁３はこの閉弁バネ
２Ｇの付勢力および閉弁圧力室１５の内圧に第１蓄圧室
１６の内圧が打ち勝っときに開弁され、前二者の和が後
者に打ち勝っときに閉弁される。

本体１の中央部には弁軸１１の周囲を取り囲む円環状の
第２蓄圧室２７が形成され、上記第１蓄圧室１６はこの
第２蓄圧室２７に流入路２８とこれに並列な流出路２９
とを介して接続される。この流入路２８には第２蓄圧室
２７から第１蓄圧室１６への逆流を阻止する逆止弁３０
が介在させてあり、」二記流出路２９は第２蓄圧室２７
の内圧を所定の設定圧以上に維持させる圧力設定弁３１
で開閉されるようになっている。これら逆止弁３゜及び
圧力設定弁３１は本体１のプランジャ室１゜とは反対側
に設けられている。

上記プランジャ９は、その上面に転接されるカム３２（
第１図）によって駆動される。

上記の構成において、プランジャ９が上死点に位置し、
スプール１８が下死点に位置する状態（第４図の状態）
で、外部の燃料供給装置から燃料通路２の入ロアに定圧
の燃料がエンジン回転数に対応して調量されて供給され
る。この燃料はプランジャ９の弁孔２２、スプール１８
の弁孔２０゜中心穴１９を通ってスプール室１７の下端
のスプール蓄圧室３４に導入され、第１図に示すように
、スプール１日を上死点と下死点との中間の高さまで上
昇させる。次に、カム３２がプランジャ９を上死点から
下死点に向かって押し下げると、圧力室２４の容積が減
少し、この減少に見合う量の燃料が弁口２３．２１及び
中心穴１９を介してスプール蓄圧室３４に流入し、プラ
ンジャ１８が下死点に達する簡にスプール１８が上死点
まで上昇する。これにより、第２図に示すように弁口２
３゜２１間の接続が遮断され、更にプランジャ１８が下
降することにより圧力室２４の内圧、従って閉弁圧力室
１５の内圧が上昇し、逆止弁４の開弁圧以上になると逆
止弁４が開弁される。これにより、第１蓄圧室１６に燃
料が圧入され、その内圧が上昇し、第１蓄圧室１６の内
圧が第２蓄圧室２７の圧力設定弁３１の閉弁圧、即ち設
定圧を上回ると逆止弁３０が開弁されて第２蓄圧室２７
にも燃ｔ１が圧入される。そして、第２蓄圧室２７の内
圧が圧力設定弁３１の開弁圧を上回ると圧力設定弁３１
が開弁され、第１Ｎ圧室１６と第２蓄圧室２７の内圧が
ほぼ同じになると逆止弁３０が閉弁される。

ところで、最大噴射量に対応して形成された比較的容量
の大きい１室で蓄圧室５が形成されている場合には、噴
射量と噴射圧力は第５図の破線で示すように一直線にな
る。これに対して、本実施例のように、蓄圧室５を、プ
ランジャポンプＢ及び噴射弁３に直結された小容量の第
１蓄圧室１６と、この第１蓄圧室１６に所定の設定圧以
上で接続される人容足の第２蓄圧室２７とで構成すると
、噴射量が少ない場合には小容量の第１蓄正室１６に燃
料が圧入されるので、噴射量に対する燃料噴射圧の変化
率が第５図の実線で示すように大きくなり、噴射量が比
較的少量でも第１蓄圧室１６の内圧が噴射弁３の開弁圧
以上になるので、無噴射領域を狭くすることができ、ま
た、比較的少量の燃料で高圧の第２蓄圧室２７の内圧以
上に噴射圧が上昇することから、噴射可能領域全体にわ
たって噴射量に対する噴射圧を高めることができる。

換言すれば、最高噴射圧に近い高圧で噴射できる領域が
広くなる。

上記第１蓄圧室１６への燃料の圧入開始後、逆止弁４の
上流側と下流側の差圧が閉弁ハネ１４の付勢力とバラン
スする時点で逆止弁４も閉弁され、第１蓄圧室１６と第
２蓄圧室２７に上記のように高圧の燃料が蓄圧される。

上記プランジャ１Ｂは圧力室２４の内圧により上昇付勢
されてカム３２に押圧される。

蓄圧室５への燃料の圧入が終わった状態から、プランジ
ャ１８の上面にはカム３２のリフトダウン部が転接され
、カム３２のリフト量が減少し始めてプランジャ９が上
昇し始め、圧力室２４の容積が増大する。この容積の増
大により閉弁圧力室１５及び圧力室２４の内圧が減少す
るが、同時に、圧力室２４の容積の増大に見合う量より
も少量の燃料がスプール蓄圧室３４から微小な通路４１
を介して圧力室２４に流入することにより閉弁圧力室１
５及び圧力室２４の内圧の減少が小さく抑えられる。こ
の微小な通路４１の逆止弁２５の開弁により、スプール
蓄圧室３４の内圧が減少し、スプール１８は開弁ハネ３
３によって下死点方向に下降させられる。スプール１８
が所定の位置まで下降するとスプール１８の弁孔２１と
プランジャ９の弁孔２３が連通する。この後、スプール
蓄圧室３４の燃料は急激に圧力室２４に流入してスプー
ル１８が下死点に移動される一方、閉弁圧力室１５及び
圧力室２４の内圧の減少が小さく抑えられる。尚、スプ
ール１８が下死点に達した後は、スプール蓄圧室３４か
ら圧力室２４への燃料流入による減圧緩和作用はなくな
る。

圧力室２４及び閉弁圧力室１５の内圧が所定の開弁圧以
下に下降し、噴射弁３が開弁じて燃料の噴射が開始され
る。

エンジンの定格回転時には、この噴射弁３の開弁開始か
ら着火に対応する位相までは、プランジャ９の上昇がカ
ム３２のリフトダウン部によって緩慢にされ、閉弁圧力
室１５及び圧力室２４の内圧の減少が小さく抑えられる
。従って、噴射弁３は第６図（２）、第６図（３）に示
すように緩慢に開弁され、着火時までは燃料噴射率が小
さく制限されることになる。そして、この噴射による噴
射圧力の圧力降下は第６図（４）に示すようにきわめて
僅かになる。定格回転時の着火に対応する位相までカム
３２が回転したときに噴射弁３の開口面積は噴射孔８の
開口面積と等しくなるようにカムのリフト量が設定され
ているので、噴射弁３ばこの着火に対応する位相で全開
となる。このときに噴射圧力は最高噴射圧に近い高圧で
あり、燃料の噴射率は最大になる。従って、短時間で多
量の燃料を噴射することができ、燃焼室で燃焼が維持さ
れる燃焼期間内に多量の燃料を噴射することができるこ
とになる。その結果、許される範囲で最大の熱効率を得
ることができる。

着火の後、噴射弁３はさらに最大リフトまで上昇され、
後に第１蓄圧室１６の内圧が所定の閉弁開始圧ＰＯまで
降下したときに噴射弁３は閉弁動作に入る。そして、噴
射弁３の開口面積が噴射孔８の開口面積と等しくなるま
で噴射弁３の全開状態が維持される。蓄圧室５の内圧が
圧力設定弁３】の設定圧まで降下すると、圧力設定弁３
１が閉弁され、これ以後は小容量の第１蓄圧室１６内の
燃料のみが噴射孔８から噴出されることになる。

その結果、噴射圧力の減圧率が太き（なり、短時間内に
第１蓄圧室１６の内圧が所定の閉弁圧Ｐｃに降下し、噴
射弁３が閉弁される。

このようにこのユニットインジェクタＵでは、カム３２
のリフトダウン部のリフト量の減少をエンジンの定格回
転における噴射開始から着火までの期間にわたって緩慢
にし、噴射弁３の開弁量を小さく抑えて着火前の燃料噴
射量を小量に制限することにより着火時の爆発音が低減
され、運転騒音が減少される。

また、着火前は噴射弁３の開弁量を小さく抑えて噴射圧
力の減少を小さくし、着火時に噴射弁３を全開させるこ
とにより、着火時以後の燃焼期間内に多量の燃料を高圧
で噴射させることができ、許される範囲内で最大の熱効
率を得ることができるとともに、噴射期間を短縮してエ
ンジンの高速化を図ることができる。特に、本実施例で
は、蓄圧室５を小容量の第１蓄圧室１６と大容量で高圧
に維持される第２蓄圧室２７とで形成し、噴射時に蓄圧
室５の内圧が第２蓄圧室２７の設定圧まで降下すると、
圧力設定弁３１が閉弁され、噴射される燃料を収容する
蓄圧室５の実効容積が小容量の第１蓄圧室１６の容積に
減少するように構成されているので、噴射圧が設定圧を
下回ると急速に噴射圧が減圧されて燃料噴射期間が短縮
されるから、エンジンの高速化を図る上で一層有利にな
る。

尚、上記の実施例では、プランジャ室１０と燃料通路２
とを断続させる弁、即ち、スプール１８がプランジャ９
の内部に組こまれているが、例えば第７図に示すように
、このスプール１８をプランジャ９の外部に設けること
も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本考案の一実施例に係るユニット
インジェクタの各縦断面図であり、第１図は蓄圧室への
燃料圧入直前の状態を、第２図は蓄圧室への燃料圧入中
の状態を、第３図は燃料噴射中の状態を、第４図は噴射
終了時の状態をそれぞれ示し、第５図は本発明と従来例
との噴射量変化に対する噴射圧力の変化率の関係の比較
図、第６図（１）はプランジャを駆動するカムの要部の
カムプロフィル図、第６図（２）は噴射弁のリフト量の
変化を示すタイミング図、第６図（３）は噴射弁の開弁
面積の変化を示すタイミング図、第６図（４）は噴射圧
力及び燃料噴射率の変化を示すタイミング図、第７図は
本発明の他の実施例の縦断面図、第８図は従来例の縦断
面図である。 Ａ・・・蓄圧型燃料噴射ノズル、Ｂ・・・プランジャポ
ンプ、３・・・噴射弁、８・・・噴射孔、９・・・プラ
ンジャ、３２・・・カム。 、・　・・′ １１閏日ＲＧ３−７１５６４　（１３）手続補正書 昭和６２年　３月／゛口 昭和６１年特許願第２５３０８０号 ２、発明の名称 蓄圧型燃料噴射装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名　　称　　　久保田鉄工株式会社 ４、代理人 ６、補正の対象 図面の簡単な説明の項、及び図面 ７、補正の内容 １、明細書第２１頁７行から１３行目に、［第６図（１
）は・・・・・・タイミング図」とあるのを、下記の通
り訂正します。 記 第６図はクランク軸の上死点付近の回転角に対する燃料
噴射のための各部の作動タイミング図２、願書に添附の
図面中、第６図の図番表示を別紙の通り訂正します。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．蓄圧型燃料噴射ノズルＡと、このノズルＡに燃料を
   圧入するプランジャポンプＢと、このプランジャポンプ
   Ｂのプランジャ９の上昇を制限するとともに該プランジ
   ャ９を所定の位相範囲において下降駆動するカム３２を
   備える蓄圧型燃料噴射装置において、 上記カム３２のリフトダウン部が、エンジ ンの定格運転時の燃料噴射開始時点から着火時点に相当
   する位相にわたって緩慢にリフト量が減少し、かつ、着
   火時点に相当する位相において蓄圧型燃料噴射ノズルＡ
   の噴射弁３の開弁面積と噴射孔８の総開口面積とが等し
   くなる位置に上記プランジャ９の位置を制限するように
   形成されたことを特徴とする蓄圧型燃料噴射装置