JPS6027774A - 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】 本発明はディーゼル機関に用いられるユニットインジェ
クタの燃料噴射制御装置に関する。

ディーゼル機関線、燃料噴射を行なうために、通常は燃
料を高圧化する噴射ポンプと、この噴射ポンプから圧送
される燃料をノズルに供給する燃料噴射管と、高圧燃料
を噴射するノズルとを備えているが、これらを一体化し
たものとしてユニットインジェクタがある。このユニッ
トインジェクタでは、長い燃料噴射管が不要となるので
、噴射遅れが小さく、圧縮すべき容積が、燃料噴射管が
なくなった分だけ小さくなるので、高い噴射圧力を得て
燃料の微粒化がよいなどの利点の他、噴射率を大きくで
きる、噴射終了時の燃料の後だれが少ない等の利点も有
する。

このようなユニットインジェクタを各気筒に配設した燃
料噴射装置が例えは特開昭５４−５０７２６号公報（米
国特許第４１２９２５３号明細書）に提案されておシ、
これを第１図、第２図に示す。

第１．２図で、ユニットインジェクタ１の本体２に穿設
されたシリンダ３にプランジャ４ａが摺動自在に嵌装し
、このプランジャ４ａはプランジャ４ｂに連結される。

プランジャ４ｂは、その頭部と本体２との間に介装され
たスプリング６によシ、図中上方に付勢されるとともに
、機関に同期して回転するカム（図示せず）が頭部に上
から当接しておシ、カムの１回転毎にグランジャ４ｂは
押し下げられるため、シランジャ４ｂと連結されている
グランジャ４ａは上下に往復動することになる。

プランジャ４ａの一端に臨んで形成されるシリ、ンダ３
の圧力室７は、図示しない燃料タンクに燃料供給通路８
ａ　、８ｂを介して連動しており、機関に同期して回転
する低圧の燃料供給ポンプ′（図示せず）が燃料タンク
内の燃料を圧力室７に供給するようになっている。

本体２下部には、シランジャ４ａの下降によシ加圧され
る圧力室７内の燃料を、図示しない燃焼室に噴射するノ
ズル１０が形成される。具体的にはノズル１０は、圧力
室７と燃料通路９を介して連通ずるニードル室１１．ニ
ードルパルプ（針弁）１２、スプリング１３．噴孔１４
．スプリングガイド１５．スプリング室１６刀）ら構成
され、常時はスプリング１３がスプリングガイド１５を
介してニードルパルプ１２を下方に付勢して噴孔１４を
閉じているが、圧力室７の燃料が燃料通路９を介してニ
ードル室１１に送られ、このニードル室１１の燃圧がス
プリング１３に打ち勝つと、ニードルパルプ１２を上方
に付勢して噴孔１４を開き、ニードル室１１の燃料が噴
孔１４から噴射されるようになっている。従って、スプ
リング１３によシノズル１０の開弁圧が設定されること
になる。

圧力室７に連通する燃料供給通路８ａ　、８ｂに鉱制御
弁装置としての電磁弁１８が介装される。電磁弁１８に
蝶、パルプホルダ１９に穿設しｆｃシリンダ２０を摺動
する弁体２１がスプリング２２によシ付勢されて開弁し
ておシ、ソレノイド２４に駆動電流が通電されると、ソ
レノイド２４の電磁力によシ、アマチュア２６がスプリ
ング２２に抗して弁体２１を閉弁方向に伺勢し着座させ
るようになっている。

電磁弁１８の開弁時に、プランジャ４ａの下降によシ高
圧となる圧力室７の燃料は、電磁弁１８を介して燃料供
給通路８ａに逃げるが、オリフィス１７がこのときの燃
料流量を規制することによシ、圧力室７１通路８ｂ、９
内の燃圧を、ノズル１０の開弁圧よシ小さい所定値に保
つようにしている。

電磁弁１８への駆動電流を制御する制御回路（図示しな
い）は機関の運転状態を検出ツーる手段（たとえば機関
回転数センサ、アクセルペダルの踏角を検出するアクセ
ルセンサ、機関の冷却水温を検出する水温センサ、クラ
ンク角を検出するクランク角センサなと）からの検出信
号に基づき、機関運転状態に最適な駆動ノ臂ルス幅を持
つ信号をソレノイド２４に出力し、電磁弁１８を開閉制
御する。

スプリングＮ１６に連通ずる燃料逃し通路２８ａ及びシ
リンダ上部に形成される環状溝２９に連通する炉料逃し
通路２８ｂは合流した後、電磁弁１８上流の燃料供給通
路８ａに連通しておシ、余分な燃料を通路８ａに戻すも
のである。

従って、燃料供給ポンプによシ予圧される燃料タンクの
燃料は、燃料供給通路８ａから電磁弁１８（開弁してい
る）を介して圧力室７に供給されると、咄関に同期して
回転するカムによりシランジャ４ａが下降して圧力室７
の燃料を加圧し始めるが、この時点では電磁弁１８は開
いているため、加圧される燃料の一部が電磁弁１８を介
して逃け、オリフィス１７によ多燃料流量を規制され、
圧力室７１通路８ａ、９の燃圧は所定値以上には達しな
い。

グランジャ４ａの下降途中でソレノイド２４に通電され
電磁弁１８が閉じると、圧力室７の燃料は閉じ込められ
て燃圧を増し、この燃圧は燃料通路９を介してニードル
室１１に達する。ニードル室１１の燃圧がスプリング１
３の下方への付勢力（ノズル１０の開弁圧）に打ち勝つ
と、ニードルパルプ１２を上方に押し上けて噴孔１４を
開き、ニードル室１１の燃料が図示しない燃焼室にツ（
射される。

所定のクランク角でソレノイド２４への通電をやめ、電
磁弁１８が開かれると、前述のように圧力室７の燃料の
一部が電磁弁１８を介して燃料供給通路８ａに逃げるた
め、ニードル室１１の燃圧はずみやかに下降し、ノズル
１０の開弁圧以下となって噴射を終了する。

すなわち、燃料の噴射は電磁弁１８を閉じている期間に
行なわれることになシ、この電磁弁１８を開閉するソレ
ノイド２４への通電時期及び通電時間を運転状態に応じ
て変えることによシ、ノズル１０から噴射される燃料の
噴射時期及び噴射量が最適に制御されるのである。

ところで、このようなユニットインジェクタにあっては
、シランジャ径やグランジャをリフトするカムプロフィ
ル等によシ基本的な噴射特性が定まってしまうため、例
えばアイドリング時のような低回転低負荷域では、噴射
圧力が高すぎて噴射期間が短くなシ、燃焼温度が上昇し
てＮＯｘ　（窒素酸化物）の増加あるいは燃焼騒音を招
きやすいという問題があった。

そこで本発明は、燃料の主噴射に先立つパイロット噴射
を行なわせることによシ、燃焼温度の急激な上昇を回避
し、低回転低負荷域でのＮＯｘ濃度あるいは燃焼騒音を
低減することを目的とする。

このため本発明は、機関に同期して往復動するプランジ
ャと、このグランジャの一端に臨んで形成される圧力室
と、圧力室と連通し所定圧以上で開弁するノズルと、圧
力室に連通する燃料供給通路に介装され、機関の運転状
態に応じて高圧燃料を逃がす制御弁装置に、さらに以下
のものを追加して設ける。

すなわち、前記圧力室とノズルとを連通ずる燃料通路の
途中で分岐し通路径の異る複数の分岐通路と、これらの
通路を圧力室からの燃圧に応じて選択的に切換連通する
パイロット弁装置とを設ける。

たとえば通路径の小さなものと通路径の大きなものとの
２個の分岐通路を設けているとすると、小さな通路径を
有する通路を通して燃料を供給することによシ、小量の
燃料が噴射され、大きな通路径を有する通路を通して燃
料を供給することによシ、大量の燃料が噴射されるので
、噴射開始時には前者にて燃料供給を行ない、その後の
所定時間線燃料供給を遮断し、その後に後者にて燃料供
給を行なうように、パイロット弁装置を切換制御するの
である。

こうすると、後に噴射される主噴射に先立ってパイロッ
ト噴射が得られることになる。

以下図示実施例に基いて説明する。

第３図は本発明の第１実施例の概略構成図で、４は第１
，２図の２つのプランジャ４ａ、４ｂを一体としたプラ
ンジャ、３０は機関に同期して回転するカム、３１はプ
ランジャ抜は止め防止用のビン、３２は支持体、３３は
ホルダ、３４はノズルホルダ、３５はニードルパルプ１
２のリフト量を規制するディスタンスピース、３６はノ
ズルホルダ３４とディスタンスピース３５をホルダ３３
に固定するノズルナツト、３８は燃料タンクへの燃料逃
し通路、３９はノズル１０の開弁圧を調整するシムであ
る。

４０１１ｍ燃料供給通路８ａ　、８ｂに介装される制御
弁装置としての電磁弁で、ホルダ３３に形成されるシリ
ンダ４１に、針状の弁体（針弁）４２が摺動自在に嵌装
し、上部には弁体４２の上端周囲に固定されるアマチュ
ア４３、アマチュア４３を吸引するコア４４、コア４４
を励磁するソレノイド４５、ソレノイド４５への制御信
号が供給される端子４６、並びにスプリング室４７には
弁体４２を図中上方に付勢するスプリング４８が配設さ
れている。

このため、常時はスプリング４８の上方への付勢力によ
シアマチュア４３をコア４４から離間し、弁体４２がホ
ルダ３３に形成した弁座４９から離れ（開弁じ）、燃料
供給通路８ａと８１）を連通しているが、所定のクラン
ク角で制御回路（図示しない）からソレノイド４５に通
電されると、コア４４が励磁してアマチュア４３を吸引
し、弁体４２が弁座４９に着座する（閉弁する）ことに
なる。

第４図はこのような電磁弁４０のソレノイド４５に通電
される印加電圧及びリフト特性を丞す。

すなわち、電磁弁４０にＴＩからＴ３の期間通電される
と、電磁弁４０は応答遅れをもってＴ２からＴ４の期間
閉弁することになる。

第３図に戻シ、本発明では、さらに圧力室７とニードル
室１１を連通ずる燃料通路９の途中に、通路径の異る複
数の分岐通路を設ける。

すなわち、圧力室７に連通する燃料供給通路８ｂから２
つの分岐通路５０．５１を形成しく後述するノ母イロッ
ト弁を中心に上を５０ａ、５１．ａ、下を５０ｂ、５１
ｂとする）、合流後は燃料通路９に連通ずるとともに、
一方の通路５０ａに通路径が通路５１ａ、！ｔ）も小さ
くなるようにオリフィス５２を設ける。

さらに、これらの通路５０．５１の開閉を切換制御する
パイロット弁装置としてのパイロット弁５５を設ける。

すなわち、通路５０．５１に連通ずるとともに、この通
路５０．５１を直角に形成されるシリンダ５６に弁体５
７を摺動自在に嵌装する。この弁体゛　５７を作動する
ために、弁体頭部には圧力室７に連通する通路６０を形
成して圧力室７の高圧燃料を導くとともに、弁体５７を
図中左方に付勢するスプリング５８をスプリング室５９
に設け、弁体５７が燃圧とスプリング５８の力によシ位
置決めされるようにする。

また、弁体５７の周囲に溝６１を設け、閉弁状態で控通
路５０ａと５０ｂを連通させており、弁体５７かリフト
すると、溝６１が移動して通路５０ａと５０ｂが遮断さ
れ、弁体５７がストッパ６２（弁体５７のリフト量を規
制する）に当接すると溝６１によシ今度は通路５１ａと
５１ｂが連通ずるようにする。

このため、常時紘、スプリング５８の左方への付勢力に
よシ弁体５７拡、ホルダ３３に形成した弁座６３に着座
するとともに、一方の通路５０ａと５０ｂを連通してお
シ、ｌｆｉ、ｖｔ弁４０の閉弁時１は圧力室７にて高圧
となる燃圧Ｖ（応じて弁体５７がリフトし、溝６１が移
動して一方の通路５’０’ａと５０ｂを遮断し、弁体５
７がさらにリフトしてストッパ６２に当接すると、溝６
１によシ他方の通路５１ａと５１ｂが連通する。この場
合、弁体５７の作動開始圧はノズルｌＯの開弁圧伺近と
なるように、スプリング５８の付勢力と弁体頭部の受圧
面積を設定している。

なお、オリフィス５２の通路面積線ノズル１０の全噴孔
面積よシも小さく設定されている。

また、５９ａはスプリング室５９の燃料を燃料タンクに
戻す燃料逃し通路である。

その他の構成要素は第１．２図と同一なので、同一構成
要素には同一符号を付して説明れ省略する。

以上の構成による作用を第５図の作用説明図を主にして
説明する。

燃料ポンプによシ予圧される燃料タンクの燃料は、燃料
供給通路８ａから電磁弁４０（開弁している）を介して
圧力室７に供給される。

機関に同期して回転するカム３０によシブランツヤ４が
下降して圧力室７の燃料を加圧し始め、プランジャ４の
下降途中でソレノイド４５に通電され電磁弁４０が閉じ
ると、圧力室７の燃料拡開じ込められて燃圧を増す。

この燃圧は通路６０から弁体５７頭部に達し、弁体５７
をリフトしようとするが、スプリング５８の付勢力のほ
うがこの状態では強く弁体５７鉱着座している。このた
め、溝６１によシ通路６０ａと６０ｂが連通しておシ、
燃圧は燃料供給通路８ｂ。

通路５０ａ、溝６１１通路５０ｂ２通路９を経てニード
ル室１１に達し、ニードル室１１の圧力（噴射圧力）を
高める。

噴射圧力が上昇してノズル１０の開弁圧となるａ点（第
７図）を越えると、ニードルパルプ１２が上方にリフト
し、噴孔１４から燃料が小量噴射される。

一方、パイロット弁５５の作動開始圧はノズル１０の開
弁圧付近に設定されているため、弁体頭部の燃圧が開弁
圧付近に達すると、弁体５７がリフトし、溝６１が移動
して通路５０ａと５０ｂの連通が遮断される。このため
、噴射圧力はすみやかにノズル１０の閉弁圧以下となる
ｂ点（第７図）にまで低下し、ノズル１０が閉弁して噴
射を中断する。

圧力室７内の燃圧上昇は弁体５７をさらにリフト量、弁
体５７をストッパ６２に当接させる。

この状態では溝６１によシ通路５１ａと５１ｂが連通す
るので、圧力室７の燃圧は、今度は通路８ｂから通路５
１ａ、溝６１２通路５１ｂ２通路９を経て二〜ドル室１
１に伝達され、噴射圧力が再び上昇して開弁圧となる０
点（第５図）を越えると、ノズル１０が開弁し、燃料が
大量に噴射される。

所定のクランク角で電磁弁４０が開くと、圧力室７の高
圧燃料は電磁弁４０を通して逃げるため。

噴射圧力はすみやかに低下し、ノズルの閉弁圧であるｄ
点（第５図）以下となシ、ノズル１０が閉弁して噴射を
終了する。

また、電磁弁４０による圧力開放によ！ｌｌパイロット
弁５５の弁体頭部に作用する燃圧はノズル１０の開弁圧
以下に下降するため、弁体５７はスプリング５８に付勢
されて元の状態に戻る（着座する）。

すなわち、第５図上の噴射圧力特性に対し、噴射率は同
図下のように、燃料のはとんどが噴射される主噴射ｇ−
ｈに先立って小量の燃料が噴射されるパイロット噴射ｅ
　−ｆが得られることになる。

ここで、オリフィス５２の通路面積はノズル１０の全噴
孔面積よシも小さく設定されているので、パイロット噴
射のときはオリアイス面積によυ燃料流量が規制される
ため、パイロット噴射による噴射量はオリフィス面積に
よυ自由に設定されることになる。

したがって、パイロット噴射での燃焼によυ主噴射燃焼
へのつながシがよくなシ、燃焼室の熱発生に急激なピー
クを生じさせることが避けられるため、低回転低負荷域
に安定した燃焼が得られることになる。

以上のように本発明によれば、圧力室からの高圧燃料が
ノズルに供給される燃料通路の途中に通路径の異る複数
の通路を分岐し、これらの通路に、これらの通路を圧力
室からの燃圧に応じて切換えるノやイロット弁装置を介
装することによシ、このパイロット弁が噴射開始後に所
定時間ノズルへの燃料通路を遮断するようにしたので、
堕射圧力が噴射初期にノズルの閉弁圧以下にまで低下し
、その後再び噴射が行なわれることになシ、いわゆる主
噴射に先立つパイロット噴射を行なわせることが可能で
、特にアイドル時などの低回転低負荷域でのＮＯｘ濃度
や燃焼騒音を低減できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置に使用されるユニットインジェクタの
縦断面図、第２図れ第１図の要部断面図である。 第３図は本発明の第１実施例のユニットインジェクタの
概略構成図、第４図は印加電圧に対する電磁弁のリフト
特性を示す図、第５図は噴射圧力、噴射率のそれぞれの
特性を示す図である。 ４・・・グランジャ、７・・・圧力２ｍ、８　ａ　、　
８　ｂ−燃料供給通路、９・・・燃料通路、１０・・・
ノズル、４０・・・電磁弁、５０　ａ　、　５０　ｂ　
、　５１　ａ　、　５　ｌ　ｂ　−分岐燃料通路、５２
・・・オリフィス、５５・・りゃイロット弁、６０・・
・通路、５７・・・弁体、６１・・・溝。 特許出願人　日産自動車株式会社 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関に同期して往復動するプランジャと゛、このプラン
   ジャの一端に臨んで形成される圧力室と、圧力室と連通
   し所定圧以上で開弁するノズルと、圧力室に連通する燃
   料供給通路に介装され、機関の運転状態に応じて高圧燃
   料を逃がす制御弁装置とを備えた燃料噴射制御装置にお
   いて、前記圧力室とノズルとを連通ずる燃料通路の途中
   で分岐する通路径の異る複数の分岐通路と、これらの通
   路を圧力室からの燃圧に応じて選択的に切換連通ずるノ
   ぐイロット弁装置とを設けたことを特徴とする燃料噴射
   制御装置。