JPS593161A - 燃料噴射装置の制御方法 - 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】 本発明は内燃機関の燃料噴射装置の改良に関するもので
あり、詳しくは、内燃機関の燃焼に及ぼす噴射波形、す
なわち、噴射率及び噴射時期の制御方法に関するもので
ある。

従来、噴射率や噴射時期を内燃機関の運転状態に応じて
任意に制御する方法は殆ど提案されていない。特に、ユ
ニットインジェクタ等の小型の燃料噴射装置においては
、噴射時期を制御できる様な機構は一般的に備えてはい
ない。噴射波形を制御することは、間接的に燃焼を制御
することを意（２） 味するので、噴射のし方によって性能が大きく変化する
ディーゼルエンジン、特に直接噴射式ディーゼルエンジ
ンにおいては、噴射波形の制御方法に関して強い要望が
あった。

本発明は、上記要望に答えるためになされたものであり
、噴射開始時期と噴射量とをアキエムレートピストン１
０１とプランジャ１の回動制御により、内燃機関の運転
条件に応じて任意に制御し、燃費向上、排気ガスの清浄
化、騒音低減、運転性の向上等を目的とするものである
。

まず、本発明の第１実施例について説明する。

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に関するもの
である。

第１図は燃料噴射装置全体の系統図を示しており、ｌは
噴射ポンプのプランジャで、シリンダ部１０と油密的に
摺動および回動自在に嵌合されている。プランジャ１の
中心軸に沿った縦溝６と、該縦溝６と連通した放射状孔
７とがプランジャに穿設され、放射状孔７の外周端には
環状溝５が設けられており、環状溝の１端面ば傾斜のつ
いた制（３） 開面１ａとなっている。また、プランジヤニの回動制御
用に２面幅の平面部８が設けられている。

シリンダ部１０には、加圧室４内の最大圧力制御装置２
００と、噴射開始時期制御装置１（１０とが設置されて
いる。２は加圧室４に燃料室１１から燃料を供給するた
めの吸入孔であり逆止弁１２の作用で燃料室１１から加
圧室４への流入のみを許している。３はスピル孔であり
、加圧室４から噴射管３１への燃料圧送の終了時期を制
御するためのものであり、加圧室４を縦孔６、放射状孔
７、環状溝５、スピル孔３とを介して燃料室１１に連通
した場合には燃料圧送が中断される。

噴射開始時期制御装置１００の構造について説明すると
１０１はアキュムレートピストンであり、該アキュムレ
ートピストン１０１の外周部はシリンダ部１０と油密的
に摺動および回動自在に嵌合しである。アキュムレート
ピストン１０１はスプリング１０５により図の右方に付
勢されている。

アキュムレートピストン１０１は傾斜した制御面１０１
ａを有している。１０６は制御孔であり油（４） 密室１０９と燃料室１１とを連通させている。１０３は
吸入孔で、逆止弁１０４の作用により燃料室１１から油
密室１０９への流入だけを許している。

最大圧力制御装置２００の構造について説明すると、２
０１は圧力制御弁であり、スプリング２０５により図中
左方に付勢されている。２０４はスプリング２０５のセ
ット荷重を可変制御するための制御部材であり、ネジ部
２０６が設けられている。２０３は漏出室２０９と燃料
室１１とを連通させている漏出孔である。

また、１０２．２０２は加圧室４内の燃料をそれぞれ噴
射開始時期制御装置１００と最大圧力制御装置２００と
に導くための連通孔である。加圧室４は噴射管３１を介
して燃料噴射ノズル３０に連なっている。

第１図ないし第４図によって作動を説明する。

プランジャ１は第１図の上下方向の往復運動を行なう。

プランジャ１が下方向に運動する吸入行程において、燃
料室１１内の燃料はスピル孔３、（５） 環状溝５、放射状孔７、縦孔６を介して、あるいは吸入
孔２を介して加圧室４内に送られる。プランジャｌが図
の状態によりさらに下降し、制御面ｌａがスピル孔３を
塞いでからは、吸入孔２を介してのみ加圧室４内への燃
料吸入が行なわれる。

プランジャ１が最下点に達し、プランジャ１の上昇によ
る圧縮行程が開始されると、加圧室４内の圧力は上昇し
始める。すると、加圧室４内の圧力によるアキュムレー
トピストン１０１の左方向への付勢力が増大し、油密室
１０９内のスプリング１０５の付勢力に勝つに至ると、
アキュムレートピストン１０１は左方に移動を開始しは
じめ、制御面１０１ａが制御孔１０６の上端開口部を塞
ぐ位置において油密室１０９内は油圧ロック状態となり
、アキュムレートピストン１０１の移動は停止する。

加圧室４内の圧力はアキュムレートピストン１０１の移
動開始と同時に上昇がおさえられる。これは、プランジ
ャ１の圧送燃料がアキュムレートピストン１０１の移動
によってアキュムレートビ（６） ストン１０１の先端にできた空間への燃料補充に用いら
れるためである。

アキュムレートピストン１０１の移動が停止すると加圧
室４内圧力は再び上昇しはじめ、燃料噴射ノズル３０の
開弁圧に達すると噴射が開始する。

加圧室４内の圧力がさらに上昇し、圧力制御弁２０１へ
の付勢力がスプリング２０５の付勢力に勝つと、加圧室
４内の燃料は漏出孔２０３を通過して燃料室１１にもど
されるため、加圧室４内の圧力はこれ以上は上昇しなく
なる。

さらにプランジャ１が上昇し、スピル孔３が第１図に図
示した状態の様に開放され、加圧室４と燃料室１１が連
通ずると、加圧室４内の圧力は急速に低下し、連通孔２
０２の右端面開口は圧力制御弁２０１によって塞がれ、
次に燃料噴射ノズル３０の噴孔が塞がれ、次のアキュム
レートピストン１０１がスプヤング１０５の付勢力によ
り右端の停止位置までもどされる。この時油密室１０９
内には燃料室１１から吸入孔１０３及び制御孔１０６を
介して燃料が導入される。

（７） そして、プランジャｌの上昇が終わると圧縮行程は終了
し、それぞれの部品は初期の状態に戻り、■サイクルが
終了し、以下このサイクルをくり返す。

以上の圧縮行程における加圧室４内の圧力上昇モデル図
と、その時の噴射率波形のモデル図とを第３図に各々示
す。第３図中の■で圧縮が開始され・■がアキュムレー
トピストン１０１の移動開始、■がアキュムレートピス
トン１０１の移動終了、■がノズル３０からの噴射開始
、■が圧力制御弁２０１の作動開始、■がスピル孔３の
連通時、■がノズル３０の噴射終了、■が初期状態に戻
された時点を各々示す。■−■、■→■、の傾きはポン
プの送油率で決定され■→■の傾きはスプリング１０５
のスプリング定数によって決まり、■→■の傾きはポン
プの送油率からノズルの噴射率を引いたもので決定され
る。Ｐａはスプリング１０５のセット荷重、Ｐｖはスプ
リング２０５のセット荷重に釣り合う時の圧力で、Ｐｎ
はノズルの開弁圧である。第３図の破線は、再装置を作
動さく８） せない時のもので、一点鎖線はアキュムレートピストン
１０１だけを、二点鎖線は圧力制御弁２０１だけを作動
させた時のものである。

以上のサイクルにおいて、最大圧力制御袋Ｗ２Ｏ０だけ
を作動させて制御部材２０４を回転し、圧力制御弁２０
１のセット圧ｐｖを変えることによって、第２図＋ａ）
の様に最大噴射率を規制することができる。

また、噴射開始時期制御装置１００だけを作動させてア
キエムレートピストン１０１を回動制御した場合、制御
面１０１ａが制御孔１０６の上端を塞ぐまでにアキュム
レートピストン１０１の先端の空間に加圧室４から流入
する燃料の量、すなわちアキエムレート量は制御面１０
１ａが傾斜面であるがゆえに可変制御される。アキュム
レート量が小さい場合、第３図の■から■までの期間は
短くなり、■の時点は以前より早くなる。従って、アキ
ュムレートピストン１０１を回動制御することにより、
第２図（ｂｌに示す様に、噴射開始時期を制御すること
ができる。

（９） また、プランジャ１を回動制御することにより、傾斜面
である制御面１ａがスピル孔３を開放する時期、すなわ
ち第３図における■の時点を可変制御できるため、第２
図ｔｃ＞に示す様にプランジャ１を回動制御することに
より噴射終了時点を制御することができる。

圧力制御弁２０１のセット圧Ｐｖ−，アキュムレートピ
ストン１０１によるアキエムレート量Ａ　ｃ　−。

プランジャｌの回転制御角θを同時に制御することによ
り、様々な機関状態に応じて最適な噴射波形を作り出す
ことができる。

なお、第２図の噴射率波形の積分値、すなわち波形の面
積が噴射量を示すため、（ａ）、（ｂｌ、（Ｃ１のどの
制御機構を利用しても噴射量を調整することができる。

従って、第４図で示す様に斜線部の面積で示される噴射
量を一定にしたまま第４図中のＡの様に噴射時期の遅い
噴射率波形を、第４図中のＢの様に噴射波形をほとんど
変えずに噴射時期を進めることもできるし、第４図中の
Ｂから第４図中のＣの様に噴射時期は変えずに噴射期間
を変え（１０） ることもできる。なお、第４図中の０は最大可能噴射量
時のもので、第２図におけるＰｖ最大、Ａｃ＝Ｑ、θ最
大の各々の場合に相当する。ＡはＯの状態からアキュム
レートピストンを作動させ噴射開始時期を遅らせた波形
で、ＢはＡの状態からアキュムレートピストンにより噴
射開始時期を進めるとともにスピル孔開放時期を進めた
時のもので、ＣはＢの状態から噴射開始時期を進めると
ともにスピル孔開放時期を遅らせ、かつ圧力制御弁を作
動させて圧力制御弁のセット圧を下げた時の波形であり
、Ａ、Ｂ、Ｃの斜線面積がそれぞれ等しい時のものであ
る。

以上の説明で示した様に、本発明を用いれば同一噴射量
で噴射時期、噴射期間等を任意に調整することができる
。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

第５図ないし第８図は本発明の第２実施例に関するもの
であり、ユニットインジェクタに使用した、例を示して
おり、第６図は第５図の■−■断面図、第７図は最大圧
力制御装置２００の詳細構造を示す断面図、第８図は噴
射開始時期制御装置１００の詳細構造を示す断面図であ
る。

ノズル本体４０内にはその軸線方向にニードル３２が往
復可能に設けられる。２１はホルダボデーでリテーニン
グナツト２０のねじ部にねじ込まれ、ノズル本体４０を
はさんで締め付は固定している。

スプリング３４はスプリングシート３３に当接していて
、ニードル３２の頂部を燃料圧力によるニードル３２の
開弁付勢力に抗してニードル３２を閉弁方向に付勢する
働きをしている。ホルダボデー２１には噴射燃料を圧送
するための吐出孔３５が穿設されている。ボデー２２の
ねじ部はホルダボデー２１にねじ込まれ、シリンダ１ｏ
をはさんで締め付は固定している。また、噴射開始時期
制御装置１００と、最大圧力制御装置２００とがボデー
２２にねじ込まれている。

制御シリンダ１９とプランジャ１は油密的に摺動および
回動自在に嵌合され、また制御シリンダ１９はボデー２
２とも油密的に回動自在に嵌合されている。シリンダ１
０には加圧室４と連通ずる連通孔２０２ａが穿設され、
ボデー２２の連通孔２０２ｂ介して連通孔２０２Ｃに連
なっている。

同様に連通孔１０２Ｃは図示しない連通孔１０２ａや１
０２ｂを介して、加圧室４と連通している。

そして図示しないフィードポンプより送られた燃料は、
燃料孔１３、吸入孔２を介して加圧室４に送られる。

また燃料孔１３は環状溝１４、漏出孔２０３ａ、２０３
ｂを介して漏出室２０９に連通し、また低圧孔１１０ａ
、１１０ｂ、吸入孔１０３、制御孔１０６を介して油密
室１０９に連通している。カムプレート２３は、図示し
ないエンジンと同期したカム１７の回転運動により上下
の往復運動を行なう。ビン１５はカムプレート２３とプ
ランジャ１とを連結させるためのものである。カムプレ
ート２３はスプリング１６によって常にカムと接触する
様に付勢されている。

第５図の例ではプランジャ１を回動制御するかわりに、
２面幅の平面部８によりプランジャ１の回動を規制し、
制御シリンダ１９に穿孔されたス（１３） ビル孔３の回動制御を行なう機構を用いると共にプラン
ジャｌの制御面１ａを螺旋形状とした。制御シリンダ１
９の制御方式はランクギヤ１８によって行なう。ラック
ギヤ１８の制御は機械的に行なっても良いし、油圧にて
行なってもよい。

第１図に示す第１の実施例においては制御部材２０４を
回動制御を行なうことによって、圧力制御弁２０１のセ
ット圧を制御していたが、この第２の実施例においては
ノズルの開弁圧程度にスプリング２０５のセント荷重を
大まかに調整し、微妙な調整は油圧制御室２０７への制
御油圧Ｐ２でもって行なう。従って圧力制御弁２０１の
開弁方向への付勢力は、（スプリング２０５の付勢力）
＋（油圧制御室２０７内の油圧による付勢力）となる。

従って、制御油圧Ｐ２を大きくすると圧力制御弁２０１
のセット圧が大きくなり、Ｐ２を小さくするとセット圧
は小さくなる。

また、第１図に示す第１の実施例においてはアキュムレ
ートピストン１０１を回動することによりアキュムレー
トピストン量を制御していたが、（１４） この第２実施例においては制御孔１０６をスライド制御
する機構を用いた。このため、圧力制御された油圧ＰＩ
は油圧孔１０Ｂを介して油圧制御室１０７に導かれ、ス
リーブ１１２をスプリングＩ１１からの図中の右方への
付勢力と油圧Ｐ１による付勢力との釣り合う位置にて静
止させる。アキュムレートピストン１０１は、その制御
面１０１ａが制御孔１０６を塞ぐ位置まで右方に移動す
ることができる。制御孔１０６は、スリーブ１１２にき
られた連通溝１１３と、スプリング１１１の室とを介し
て低圧孔１１０ｂに連通している。

第９図ないし第１１図は噴射開始時期制御装置１００の
他の実施例であり、第１０図は第９図のＩ−１面におけ
る断面図である。

第９図の実施例では、第８図の様にスリーブｌ１２をス
ライドして制御面１０１ａと制御孔１０６の相対距離を
制御したが、第９図では更に制御面１０１ａを傾斜面に
し制御孔１０６を穿設された制御シリンダ１２１を回動
することによって制御孔１０６と制御面１０１ａとの相
対距離を制御している。制御シリンダ１２１の回動方法
は制御油圧Ｐ１とねじりコイルばね１２４との力のつり
合いで行なうが、この作動を第９図および第１０図で説
明する。油圧孔１０８は高圧室１２６に連通しており、
高圧室１２６は端面１２８ａとスペーサ１２３と端面１
２９と制御シリンダ１２１とで形成される。スペーサ１
２３と制御シリンダ１２１には部屋を区切るための突起
部１２３ａ、１２１ａを有しスペーサ１２３は固定され
ているが、制御シリンダ１２１が油密的に回動自在な様
に嵌合されている。１２７は低圧室で連通孔１２８等を
介して低圧孔１１０ｂと連通している。１２４はねじり
コイルばねで、右端はキャップ１１９に固定され、左端
は制御シリンダ１２１に固定され、制御シリンダ１２１
を高圧室１２６の容積が小さくなる方向、すなわち第１
０図における時計回転方向に付勢している。制御圧力Ｐ
Ｉが大きくなると、高圧室１２６内圧力が上昇し、高圧
室１２６内圧力と低圧室１２７内圧力との差による第１
Ｏ図の反時計回転方向の制御シリンダ１２１への付勢力
が、ねじりコイルばね１２４の付勢力と釣り合う位置ま
で、制御シリンダ１２１は回動する。

また、アキュムレートピストン１０１は、左右方向への
摺動は自在であるが、アキエムレートピストン１０１の
外周に中心軸方向に沿って切られた溝にころがり自在に
はめ込まれた鋼球１２２によってその回動は規制されて
いる。従って、制御シリンダ１２１を回動すれば、傾斜
面である制御面１０１ａが制御孔１０６を塞ぐまでのア
キュムレートピストン１０１の移動量を変えることがで
きる。

第１１図は、制御孔１０６を固定して、制御面１０１ａ
を有するアキエムレートピストン１０１をステップモー
タ１３０で回動する実施例である。

ステップモータ１３０の軸の先端部分は２面幅１３０ａ
となっていて、プレッシャプレート１３２と相対的な回
動を規制されているアキュムレートピストン１０１ヘス
テンプモータ１３０の回転トルクを伝達する。ここで、
第３図のＰａで示す様なアキエムレートピストン１０１
のセット圧はノ（１７） ズルの開弁圧Ｐｎに比べてかなり小さい方がアキュムレ
ートピストン１０１が作動しやすいため、スプリング１
０５はかなり小さくでき、また回動トルクは小さくても
すむので、！！！８１１図の様な機構をステップモータ
１３０で回動することができる訳である。また、第８図
、第９図では、作動部分でない部品を回動、あるいはス
ライド制御するため、かなり小さな力で制御することが
可能である。

また、第１１図の実施例において、ステップモータ１３
０の代わりにＤＣモータやロータリーソレノイドを使用
してもよいし、第９図の実施例で示した様に制御油圧に
より回動する機構であってもかまわない。要は、アキュ
ムレートピストン１０１の制御面１０１ａと制御孔１０
６との軸方向の相対距離を制御する手段であれば何でも
良い。

また、スピル孔３を制御面１ａで塞ぐ機構にしても同様
に、スピル孔３と制御面１ａとの軸方向の相対距離を制
御する手段であれば何でも良い。

以上詳細に説明したように、本発明はポンプの（１８） 加圧室４と連通した位置にアキュムレートピストン１０
１と圧力制御弁２０１とが設けられており、アキュムレ
ートピストン１０１はアキュムレート量を、圧力制御弁
２０１はセット圧を可変制御できるため、圧力制御弁２
０１を制御することにより第２図（ａ）の様に噴射率Ｑ
の上限と噴射量とを制御でき、弱いスプリング１０５に
よって付勢されるアキュムレートピストン１０１を制御
することにより第２図（ｂｌの梯に噴射開始時期と噴射
量を、そしてプランジャ１の回転角を制御することによ
り第２図（Ｃ１の様に噴射終了時期と噴射量を制御でき
るという効果がある。また、セット圧Ｐｖ１アキュムレ
ート量Ａ　ｃ−、プランジ十回転制御角θの３つの制御
量を同時にシステム制御することにより、多種多様な噴
射波形を設定することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に関するもの
で、第１図は全体の系統図、第２図は時間の経過につれ
て変化する燃料噴射率を示す燃料噴射特性図、第３図お
よび第４図はクランク角変化（もしくは時間の経過）に
つれて変化する加圧室４内の圧力および燃料噴射率を示
す特性図である。 第５図ないし第８図は本発明の第２実施例に関するもの
で、第５図は燃料噴射装置の中心軸に沿う断面図、第６
図は第５図の■−■断面図、第７図は最大圧力制御袋ｗ
２００の詳細構造を示す断面図、第８図は噴射開始時期
制御袋！１００の詳細構造を示す断面図である。 第９図ないし第１１図は噴射開始時期制御装置１００の
他の実施例であり、第９図は噴射開始時期制御装置１０
０の中心軸に沿う断面図、第１０図は第９図のＩ−Ｉ面
における断面図であり、第１１図は第９図とは別のタイ
プの実施例である。 ＩＯ・・・シリンダ部、１・・・プランジャ、ｌａ・・
・制御面、２０１・・・圧力制御弁、４・・・加圧室、
１ｏ１・・・アキュムレートピストン、１０１ａ・・・
制御面。 １０６・・・制御孔、１０９・・・油密室、３０・・・
欝料噴射ノズル、３・・・スピル孔。 代理人弁理士　岡　部　　　隆

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 シリンダ部（１０）に挿入したプランジャ（１）を往復
   動させて燃料を圧送る燃料噴射装置において、 （１）圧力制御弁（２０１）への付勢力を可変制御する
   ことにより前記プランジャ（１）先端に形成された加圧
   室（４）内の圧力上限を制御して燃料噴射率と燃料噴射
   量とを調整する方式、（ｉｉ　）アキエムレートピスト
   ン（１０１）の制御面（１０１ａ）と制御孔（１０６）
   の油密室（１０９）内周面への開孔部との間のストロー
   クを可変制御することにより圧送燃料を燃料噴射ノズル
   （３０）の開弁圧力よりも低圧でアキュムレートするア
   キュムレート量を可変制御して燃料噴射開始時期と燃料
   噴射量とを調整する方式、 （ｉｉｉ　）プランジャ（１）の制御面（１ａ）とス（
   １） ビル孔（３）のシリンダ内周への開孔部との間のストロ
   ークを可変制御することにより圧送燃料を逃がす時期を
   可変制御して燃料噴射終了時期と燃料噴射量とを調整す
   る方式、 の（ｉ）ないしく　ｉｉｉ　）の方式を単独もしくは組
   み合わせて用いることにより燃料噴射開始時期、燃料噴
   射率、燃料噴射終了時期等の燃料噴射特性を設定制御す
   ることを特徴とする燃料噴射装置の制御方法。