JP2539668Y2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はディーゼル機関の燃料噴射装置に関する。

〔従来の技術〕

第５〜６図は従来形の蓄圧管制弁方式の電子制御噴射
システムの一例を示したもので、01は燃料タンク、02は
高圧ポンプ、03は蓄圧用パイプ、04は蓄圧器、05はタイ
ミング弁、06は油圧駆動ピストン、07はメータリング
弁、08は給油ポンプ、09はコントローラ、010は噴射パ
イプ、011は燃料弁である。

次に前記従来例の作用について説明する。

第５図において、燃料タンク01より高圧ポンプ02を介
して吐出された油（蓄圧器に蓄えられる油は燃料弁011
から噴射される燃料油だけに限定されることなく別の流
体、例えば作動油でも差支えない。）は蓄圧器04に蓄え
られる。タイミング弁05がコントローラ09の指示により
開かれると、蓄圧器04内に蓄えられた油は油圧駆動ピス
トン06の大径側に作用して同ピストンが動きはじめる。
この際、油圧駆動ピストン06の小径側には予め給油ポン
プ08から送られメータリング弁07の開弁時間により調量
された燃料油が供給されており、この燃料油は油圧駆動
ピストン06の運動により圧縮されて高圧化される。

この高圧化された燃料の圧力波は、噴射パイプ010を
伝播して燃料弁011に到達し、該燃料弁内の図示しない
油溜り部の圧力も高圧となる。この油溜り部の圧力が予
め設定された燃料弁011の開弁圧力以上に達すると、燃
料油が燃料弁011よりエンジンの図示しない燃焼室に噴
射される。

この従来形噴射システムの特徴は （１）噴射タイミングはタイミング弁05の開弁時期で規
定され、該開弁時期はコントローラ09により自在に設定
できる。

（２）燃料噴射量はメータリング弁07の開弁期間で規定
され、該開弁期間はコントローラ09で自在に設定でき
る。

（３）噴射圧は基本的に蓄圧器04の圧力及び油圧駆動ピ
ストン06の大径側面積と小径側面積との比で規定され、
現実的には蓄圧器圧力のコントロールにより噴射圧力を
自在に設定し高圧噴射が可能である。

〔考案が解決しようとする課題〕

機関を高性能化するには燃料噴射圧力を高くし、且噴
射期間を短縮する必要がある。このためには前述した蓄
圧管制弁方式の噴射システムにおいて、燃料弁の噴口面
積の増大と蓄圧器の圧力上昇をはかれば、高圧高噴射率
と該噴射システムの性能上の特徴として矩形の噴射モー
ドとなるので平均噴射圧力の高い噴射が実現できる。

この場合の燃料噴射圧力を模式的に示すと第６図のよ
うになる。この結果、機関性能は向上するが高圧噴射と
したため着火遅れ期間中の燃料量が増加しディーゼルノ
ックを発生し、燃焼がスムーズで行われず騒音も高くな
る。特に低セタン価燃料を使用した場合には上記問題点
が著しく発生する。

本考案の目的は前記従来装置の問題点を解消し、高圧
高噴射率で燃料を噴射し、しかも低セタン価燃料使用の
場合でもディーゼルノックが少なく、高性能でしかも低
騒音の燃料が実現できる燃料噴射装置を提供するにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本考案の燃料噴射装置は、高圧ポンプにより圧送され
た燃料油を蓄圧器に貯溜し、該蓄圧器と燃料弁との間の
燃料噴射管路中に燃料の噴射タイミングを制御するタイ
ミング弁及び該タイミング弁を経た作動用の油の圧力に
より、メータリングされた燃料油を高圧化して燃料弁に
送る油圧駆動ピストンを備えた燃料噴射装置において、
前記蓄圧器出口から前記油圧駆動ピストンをバイパス
し、逆止弁を介して前記燃料弁に至る燃料油の分岐通路
と、該分岐通路内に直列に設けられて分岐通路を開閉す
るノルマルクローズ型電磁弁及びノルマルオープン型電
磁弁と、前記両電磁弁の開度を調整して前記分岐通路を
経た燃料油の燃料弁からの噴射を制御するコントローラ
とを有してなることを特徴としている。

〔作用〕

前記両電磁弁の作動をコントローラにより制御する。
即ち （Ｉ）ノルマルクローズ型電磁弁の作動開始時期により
パイロット噴射の噴射開始時期が設定できる。

（II）ノルマルクローズ型電磁弁が作動開始後ノルマル
オープン型電磁弁が作動を開始するまでの時間によりパ
イロット燃料の噴射量を設定できる。この場合、圧力及
び通路面積を一定としているので開弁時間のみで噴射量
が規定される。

なお本考案では、パイロット噴射は電磁弁１個でコン
トロールするのでなく、電磁弁を２個設けているのは噴
射期間が極めて短時間で１個の電磁弁により開，閉を規
定することが困難なためである。

次に、主噴射時及びパイロット噴射時における開弁圧
力及び噴射圧力につき説明する。

燃料弁11の開弁圧力は自動弁である燃料弁の開弁を決
める圧力であって燃料噴射圧力とは異なる圧力値であ
る。前記開弁圧力は一般に蓄圧器内の圧力値程度の低い
圧力である。この値が高い場合は、少ない量の噴射が要
求される低負荷での確実な噴射が不可能となる。

通常燃料噴射弁のノズルの開孔面積が噴射パイプ10の
断面積の1/10程度まで絞られているので、噴射量の多い
高負荷時には油圧駆動ピストンで生じる圧力に応じて、
開弁後も開弁圧力以上に噴射圧力が上昇する。

従って、本考案においては、開弁圧力は低負荷におけ
る少ない噴射量も確実に噴射できる圧力に設定されてい
るので、パイロット燃料噴射も確実に行い得る。また、
パイロット燃料噴射の終了後ノルマルクローズ型電磁弁
12が閉じ、かつ燃料弁11が閉弁状態にあり、さらに逆止
弁17が作用していることから、前記電磁弁12,13や噴射
パイプ14,15が無い通常の油圧経路を形成することにな
り、前記のように、開弁圧力が蓄圧器内の圧力程度であ
るから、パイロット噴射後の主噴射は高圧の高噴射率を
実現することができる。

〔実施例〕

以下第１〜４図を参照し本考案の一実施例について説
明する。

第１〜３図は第１実施例の系統図であって、パイロッ
ト燃料噴射系統の油と主噴射系の油が同一の場合を示
す。

第１図において、１は燃料タンク、２は高圧ポンプ、
３は蓄圧用パイプ、４は蓄圧器、５はタイミング弁、６
は油圧駆動ピストン、７はメータリング弁、８は給油ポ
ンプ、９はコントローラ、10は噴射パイプ、11は燃料弁
であり、これらの構成は従来のものと同様である。

14は蓄圧器４出口とタイミング弁５入口との間の燃料
管路31から分岐された分岐通路、12及び13は該分岐通路
14中に直列に配設されたノルマルクローズ型電磁弁及び
ノルマルオープン型電磁弁、15はノルマルオープン型電
磁弁13の燃料出口と前記噴射パイプ10とを接続するパイ
ロット用パイプ、17は同パイプ15中に介装された逆止弁
である。前記２個の電磁弁12,13はコントローラ９から
の制御信号が入力されて開閉制御される。

次に前記実施例の作用につき説明する。

先ず主噴射系統の作用につき説明する。

高圧ポンプ２により燃料タンク１から圧送された油
（燃料油）は蓄圧器４に高圧で蓄えられる。タイミング
弁５がコントローラ９の指示によって開くと、この蓄圧
された油は油圧駆動ピストン６の大径側に作用し、同ピ
ストン６が動き始める。この際、油圧駆動ピストン６の
小径側には予め給油ポンプ８から送油され、コントロー
ラ９により制御されるメータリング弁７にて調量された
燃料油が供給されており、この燃料油は油圧駆動ピスト
ン６の運動により圧縮され高圧となり、この高圧化され
た燃料の圧力波は噴射ポンプ10をへて燃料弁11に到達
し、燃料弁11内の図示しない油溜り部内の圧力とする。
この油溜りの圧力が上昇し、少ない噴射量を確実に噴射
可能となるように蓄圧器４の圧力程度に予め設定された
開弁圧力以上になると、燃料弁11が開弁する。燃料弁11
のノズル面積（噴口面積）は、通常、噴射パイプ10の断
面積の1/10程度に絞られているので、油圧駆動ピストン
６によって生じた圧力に応じて、燃料弁11の噴射圧力が
これの開弁圧力よりもはるかに高くなって、燃料弁11よ
り燃料油が図示しない燃料室に噴射される。上記噴射系
において、噴射タイミングはタイミング弁５、燃料噴射
量はメータリング弁７によりコントローラ９を介して自
在に設定される。また、噴射圧力は油圧駆動ピストン６
の大径側面積と小径側面積との比と、蓄圧器４内圧力の
コントロールにより自在に設定でき、これにより高圧噴
射が可能となる。

次に本考案の要部であるパイロット噴射系統について
説明する。

高圧ポンプ２より吐出された油は、蓄圧器４に蓄えら
れている。タイミング弁５がコントローラ９の指示によ
り開弁し前記の主燃料噴射が開始される前に、第２図に
示すようにコントローラ９の指示により、ノルマルクロ
ーズ型電磁弁12に通電されて、該電磁弁が開かれる。次
に直列に配設されたもう一方の電磁弁13はノルマルオー
プン型でり非通電時には開かれているため、蓄圧器４に
蓄えられた燃料油は分岐通路14よりパイロット用の噴射
パイプ15に至り、さらに逆止弁17を押し上げ噴射パイプ
10を通り燃料弁11に至る。燃料油の圧力が燃料弁の開弁
圧力以上になると燃料油が燃焼室に噴射される。但しこ
の時、蓄圧器４の圧力を燃料弁の開弁圧力より高くして
おく必要がある。

このようにしてノルマルクローズ型電磁弁12の通電開
始によりパイロット噴射が始まる。この後コントローラ
９の指示によりノルマルオープン型電磁弁13に通電され
ると該電磁弁13は閉となる。このため蓄圧器４に蓄えら
れた油の燃料弁11に至る流れが遮断され、パイロット燃
料噴射は終了する。

其の後特定時間が経過すると、タイミング弁５がコン
トローラ９の指示により開き主噴射が開始される。

パイロット噴射終了後の主噴射においては、ノルマル
クローズ型電磁弁12が閉じており、かつ燃料弁11が閉弁
しており、さらに逆止弁17が噴射パイプ10側からパイロ
ット用噴射パイプ15側への流れを停止していることか
ら、分岐通路14から電磁弁12,13を経て噴射パイプ10へ
の合流部までのバイパス管路が無い燃料油経路を形成す
ることとなり、前記と同様な主噴射が実現できる。

これにより、パイロット燃料噴射後の主噴射は高圧か
つ高噴射率を実現できる。

第２図にコントローラ９によるノルマルクローズ型電
磁弁12、ノルマルオープン型電磁弁13、タイミング弁５
およびメータリング弁７の駆動信号のパターンを示す。
また第３図にこの時のパイロット噴射及び主噴射の噴射
圧力を模式的に示したものである。

この場合パイロット噴射と主噴射の間隔は燃料の着火
性、機関の回転速度等によるコントローラを介して適切
に調整され、またパイロット噴射と主噴射とを独立した
系にすることにより、機関が最適な燃焼のために要求さ
れる噴射特性を実現できるような設計が可能となる。即
ち微量のパイロット噴射によりディーゼルノックを少な
くし、主噴射は高圧でしかも短噴射期間とすることによ
り高性能の噴射が実現できる。

なお本考案でパイロット噴射を電磁弁１個でコントロ
ールするのでなく、電磁弁を２個設けている理由は次の
通りである。

即ち高速ディーゼル機関のパイロット噴射を対象とし
て考える場合、機関回転数N_R＝2000rpmでパイロット噴
射する期間をθ_fp＝５°クランク角とすれば、この時間
は約0.42msecのように非常に短時間となり、１個の電磁
弁の開，閉で規定することが困難なためである。

またパイロット噴射に使用されるノルマルクローズ型
電磁弁12とノルマルオープン型電磁弁13の配置順序は、
いずれを先にしても差支えなく、要は直列につながれて
いれば十分である。

第４図は本考案の第２実施例を示す。この実施例にお
いては、パイロット噴射系統は軽油等の高セタン価燃料
とし、主噴射系統は経済的な低セタン価燃料を使用する
ように別系統としている。その作用は第１実施例と同様
であるが、油タンクが２台必要である。即ち、第４図に
おいて高セタン価燃料油タンク１及び低セタン価燃料油
タンク18を備えた点が第１図の実施例と異っており、設
備上は第１図のものよりも高コストとなるが、ディーゼ
ルノックの軽減はより確実に実現できる。

〔考案の効果〕

本考案の燃料噴射装置は、蓄圧管制弁方式の電子制御
噴射システムにおいて、着火性の悪い低セタン価燃料を
使用した場合にも、主噴射の着火源として少量の燃料を
パイロット噴射させることにより、ディーゼルノックが
防止できスムーズな燃焼が実現できると共に、主噴射を
高圧高噴射率にすることが可能となり、高性能でかつ低
騒音のディーゼル機関を提供できる。

【図面の簡単な説明】 第１〜４図は本考案に係るもので、第１図は噴射システ
ムの構成図、第２図はコントローラの信号線図、第３図
は噴射圧力、針弁リフトの波形図、第４図は第２実施例
の第１図応当図、第５〜６図は従来例で第５図は第１図
応当図、第６図は第３図応当図である。 １……燃料タンク、２……高圧ポンプ、４……蓄圧器、
５……タイミング弁、６……油圧駆動ピストン、７……
メータリング弁、９……コントローラ、11……燃料弁、
12……ノルマルクローズ型電磁弁、13……ノルマルオー
プン型電磁弁、14……分岐通路。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧ポンプにより圧送された燃料油を蓄圧
   器に貯溜し、該蓄圧器と燃料弁との間の燃料噴射管路中
   に燃料の噴射タイミングを制御するタイミング弁及び該
   タイミング弁を経た作動用の油の圧力により、メータリ
   ングされた燃料油を高圧化して燃料弁に送る油圧駆動ピ
   ストンを備えた燃料噴射装置において、前記蓄圧器出口
   から前記油圧駆動ピストンをバイパスし、逆止弁を介し
   て前記燃料弁に至る燃料油の分岐路と、該分岐通路内に
   直列に設けられて分岐通路を開閉するノルマルクローズ
   型電磁弁及びノルマルオープン型電磁弁と、前記両電磁
   弁の開度を調整して前記分岐通路を経た燃料油の燃料弁
   からの噴射を制御するコントローラとを有してなる燃料
   噴射装置。