JPS6157466B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は圧縮着火機関用の分配型燃料噴射ポ
ンプの改良に関し、詳しくは排気有害物質及び燃
焼騒音の低減を目的として要求量の燃料を段階的
に噴射するようにした装置に関する。

乗用車用デイーゼル機関に代表される比較的小
型の高速型圧縮着火機関によく適合する燃料噴射
ポンプとして、第１図に示したような分配型燃料
噴射ポンプが知られている。

これを説明すると、図において燃料はポンプ本
体の入口１から、機関に同期して通常はそのクラ
ンク軸の二分の一の速度で回転するドライブシヤ
フト２により駆動されるフイードポンプ３によつ
て吸引される。

フイードポンプ３からの吐出燃料は、圧力調整
弁４により供給圧を制御された後、ポンプハウジ
ング５Ａの内部のポンプ室５へと供給される。

ポンプ室５の燃料は作動部分の潤滑を行なうと
同時に、吸入ポート６を通つてプランジヤバレル
７Ａとプランジヤ８よりなるプランジヤポンプ７
に送られる。

プランジヤ８は、エキセントリツクデイスク９
に固定されており、スプライン状の継手２Ａを介
して前記ドライブシヤフト２により回転駆動され
る。

そして、エキセントリツクデイスク９は、スプ
リング１１によつて常に第１図の左方に押圧され
ている。また、このエキセントリツクデイスク９
は、図示しない機関シリンダと同数のフエイスカ
ム１０をもち、ローラリング１２に配設されたフ
エイスカム１０と同数のローラ１３を乗り越えて
回転する。

従つて、プランジヤ８は回転しながら所定のカ
ムリフトだけプランジヤバレル７Ａ内を軸方向に
往復運動することになり、この回転往復運動に伴
い吸入ポート６から導入溝１６を通つて圧縮室１
７に吸引された燃料が通路１８を通つて分配通路
１４へと圧送され、その後デリバリバルブ１５を
通過して、図示しない噴射ノズルへと供給され
る。

ところで、燃料の噴射量はプランジヤ８に、通
路１８と連通して形成されたスピルポート１９を
被覆するスピルリング２０の位置により、つまり
プランジヤ８の有効ストロークを変化することに
より決められるのであり、プランジヤ８の右行に
よりスピルポート１９がスピルリング２０の被覆
を脱して開くと高圧燃料をポンプ室５の内部へ解
放して圧送を終了する。

スピルリング２０の位置は、ドライブシヤフト
２の回転に連動して駆動されるガバナ機構２１及
びスタートレバー３１等からなる噴射量制御装置
を介してフイードバツクされる。すなわち、ドラ
イブシヤフト２に固定されたギヤ２Ｂの回転力を
受けて、ガバナシヤフト３２に取付けられたギヤ
３３が回転すると、このギヤ３３と一体的に回転
するフライウエイトホルダ３４に支点を中心に回
転自在に固定されたフライウエイト３６が回転遠
心力を生じ、支点を中心に拡がる。

この時、フライウエイト３６は、ガバナシヤフ
ト３２に摺動自由に嵌合されたガバナスリーブ３
７を押圧し、右行させるように付勢力が働く。

ところで、スタートレバー３１はテンシヨンレ
バー３８と共に、コレクタレバー３９に支点Ａを
中心に回転自在に取付けられており、このスター
トレバー３１の延長上先端に、ボールジヨイント
４０を介してスピルリング２０が係合している。
そして、スタートレバー３１は、テンシヨンレバ
ー３８に与えられるコントロールスプリング４１
の引張力を、スタートスプリング４２を介して受
けることにより、ガバナスリーブ３７に密着して
いる。

従つて、ガバナスリーブ３７がコントロールス
プリング４１の引張力に打ち勝つて右行すると、
スタートレバー３１が支点Ａを中心に回転し、ス
ピルリング２０を変位させ、前記の要領に従つて
噴射量のフイードバツク制御を行なう。

なお、コントロールスプリング４１の引張力
は、アクセルペダル（図示せず）に連結するコン
トロールレバー４３を回動させることによつて調
節され、負荷に応じた噴射量の制御ができる。

一方、燃料の噴射の時期は、ローラリング１２
を回転させることにより制御される。

すなわち、エキセントリツクデイスク９のフエ
イスカム１０がローラ１３に乗り上げたときに燃
料が噴射されるので、例えばデイスク９の回転方
向と逆方向にローラリング１２を回転させると、
フエイスカム１０のローラ１３に乗り上げる時期
がそれだけ早くなるため、燃料の噴射時期が早ま
る。

デイスク９に対する位相を変化させるため、ロ
ーラリング１２にはドライビングピン２３が一体
的に固着しており、このドライビングピン２３に
後述するシリンダ２５内を摺動自由なタイマピス
トン２４が結合されている。

上記タイマピストン２４が摺動するシリンダ２
５の右端高圧室２６には、通路２７を経てポンプ
室５の燃圧が導かれ、また反対側の低圧室２８は
フイードポンプ３の吸込側に燃料逃し孔２９によ
つて連通させ、高圧室２６の圧力と、タイマスプ
リング３７の弾性力とがバランスする位置へとタ
イマピストン２４を変位させる。なお、第１図
は、ピストン２４の軸線を90゜回転させた状態を
示しており、実際にはローラリング１２の回転接
線方向に一致する。

同様に説明の便宜上からフイードポンプ３の軸
線も90゜回転させたものが図示してある。

ポンプ室５の燃圧は、フイードポンプ３の回転
数に比例して上昇するので、ピストン２４は機関
回転数の上昇に伴つて左方へと押され、これによ
りエキセントリツクデイスク９の回転と逆方向へ
ローラリング１２を回動し、噴射時期を相対的に
早めるように作用する。

このようにしてポンプ室の燃圧に応動するタイ
マピストン２４により、ローラリング１２の回転
位相を変える燃料噴射時期制御装置を構成する。

以上のようにして、この分配型燃料噴射ポンプ
によれば、要求運転状態に応じて適正な燃料噴射
量及び噴射時期に制御することができる。

ところで、そのプランジヤポンプ７の作用に着
目すると、プランジヤ８のストローク量は常に一
定で、スピルポート１９を開く噴射終りの時期を
変化させることにより有効ストローク及び噴射量
を制御するようになつており、有効ストロークの
範囲では噴射率はほぼ一定である。

このため、相対的に初期噴射率が大きく、結果
的には燃焼騒音が目立ち、また燃焼初期にNOx
を発生しやすいという問題を生じる。

つまり、一般に圧縮着火機関では燃焼室に燃料
を噴射供給してから僅かな時間を経てはじめて着
火するという着火遅れ現象が見られ、この着火遅
れの間に噴射される燃料の量が多くなるほぼ燃焼
初期の圧力及び温度上昇が急激になるからであ
る。

これに対して、例えば実公昭56−156459号公報
では、プランジヤポンプの圧縮室を同軸的に２個
設け、それぞれの噴射終り時期を２つのスピルリ
ング（リングスライダ）で個々に変化させること
により噴射量と無関係に噴射時間を制御して騒音
を低減するようにしたものが開示されているが、
この場合、２つのスピルリングの位置を機械的に
制御するのは精度上困難であり、実用上は高価な
電気的制御システムが必要になると考えられる。

この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、プランジヤポンプに２個の圧
縮室を同軸的に画成し、一方の圧縮室に面した吸
入ポートの円周上の位置を可変制御して各圧縮室
相互間の圧縮開始時期を機関運転状態に応じてず
らすことにより段階的に噴射を開始させるように
した分配型燃料噴射ポンプの多段階噴射装置を提
供するものである。

上記段階的噴射を実現するためにこの発明で
は、２個の圧縮室の各々に対応して、スピルポー
ト並びに分配ポートを備えた燃料通路をプランジ
ヤに形成するとともに、同じく前記分配ポートか
らの燃料を逆止弁を介して対応機関気筒に供給す
る分配通路をプランジヤポンプの周囲に配設す
る。

また、２個の圧縮室相互間の圧縮開始時期位相
をずらすために、いずれか一方の圧縮室を、プラ
ンジヤの周りに回転自由に支持した環状の補助バ
レルで包囲し、当該圧縮室に面して開口するよう
に前記バレルに形成した吸入ポートの円周上の位
置をバレルを回動させることにより制御して、他
方の圧縮室に面した吸入ポートとの間で開閉タイ
ミングに差を設ける。

なお、補助バレルは、例えばポンプ室内圧に基
づいて作動する油圧アクチユエータなどを設け
て、機関運転状態に応じて吸入ポートが所定の位
置をとるように駆動する。

以下、図示実施例に基づいてこの発明を説明す
る。なお、第１図に対応する部分については同一
の符号を付して示すことにする。

第２図または第３図において、８は機関回転に
同期して回転しつつプランジヤバレル７Ａの中で
往復運動するプランジヤで、その頭部は段付き状
をなし、プランジヤバレル７Ａとの間に内外２個
の圧縮室１７Ａ，１７Ｂを画成する。ただし、内
側の圧縮室１７Ａは、プランジヤ頭部の細径部８
Ａが摺動可能なように嵌合するシリンダ孔５１Ａ
を備えた略環状の補助バレル５１との間に画成さ
れる。

プランジヤ８には、内外の圧縮室１７Ａ，１７
Ｂの各々に対応して２つの互いに独立した燃料通
路１８Ａ，１８Ｂが形成される。２つの燃料通路
１８Ａ，１８Ｂはそれぞれスピルリング２０に面
して開口するスピルポート１９Ａ，１９Ｂ並びに
プランジヤバレル７Ａの内周面に面して開口する
分配ポート５０Ａ，５０Ｂを備える。

プランジヤバレル７Ａないしポンプ本体（図示
せず）には、上記２つの分配ポート５０Ａ，５０
Ｂの各々に対応して、それぞれ吐出行程域に面し
て開口するように一組の分配通路１４Ａ，１４Ｂ
が形成される。一組の分配通路１４Ａ，１４Ｂ
は、それぞれ途中に逆止弁（またはデリバリバル
ブ）１５Ａ，１５Ｂが介装され、その下流側にて
合流し、所定機関気筒の噴射ノズル（図示せず）
に接続される。なお、分配通路１４Ａ，１４Ｂ
は、例えば６気筒機関の場合、プランジヤ８を包
囲するように６組が配設される。

一方、補助バレル５１は、プランジヤバレル７
Ａにその端面側から固着される略有底筒状のカバ
ープレート５２に、プランジヤ８の回りに回動可
能なように保持され、既述したようにプランジヤ
細径部８Ａとの間に圧縮室１７Ａを画成する。

この補助バレル５１とプランジヤバレル７Ａに
は、それぞれポンプ室（図示せず）からの燃料通
路６Ｃに連通する吸入ポート６Ａ，６Ｂが形成さ
れ、このポート６Ａ，６Ｂが各々プランジヤ８の
肩部に形成された内外の導入溝１６Ａ，１６Ｂを
介して圧縮室１７Ａ及び１７Ｂへと燃料を供給す
る。ただし、燃料通路６Ｃのポート６Ａとの接続
部は、補助バレル５１がある程度回動しても接続
状態を保つように円弧状に形成される（第３図参
照）。なお、５３，５４は補助バレル５１とプラ
ンジヤバレル７Ａ及びカバープレート５２との間
の油密を確保するめのシールリング、５５，５６
は補助バレルシリンダ孔５１Ａの開口端部及びこ
れに対応してカバープレート５２に開口形成され
た通孔５２Ａを塞ぐためのプラグスクリユーであ
る。前記２つのプラグスクリユー５５，５６を取
り去ることにより、通孔５２Ａ及びシリンダ孔５
１Ａを通してプランジヤ８のリフトを測定するこ
とができる。また、第２図、第３図で内外の導入
溝１６Ａ，１６Ｂは各々１つだけ示されている
が、多気筒機関では気筒数に応じた数だけ放射状
に設けられる。

この発明では上記補助バレル５１をプランジヤ
８の周りに相対回転させて外側圧縮室１７Ｂに対
する内側圧縮室１７Ａの圧縮開始時期を制御する
ことにより段階的な噴射開始を実現するのである
が、この補助バレル５１の回動を制御するための
アクチユエータとして、この実施例では油圧シリ
ンダ装置６０が設けられる。

油圧シリンダ装置６０は、第３図に示したよう
に補助バレル５１に対して接線方向に向けてカバ
ープレート５２に設けられるシリンダ部６１と、
このシリンダ部６１に摺動可能に嵌装されるピス
トン６２などを備え、補助バレル５１に半径方向
に植設されたピン６３が前記ピストン６２に係合
している。

シリンダ部６１はピストン６２の両側に２つの
圧力室６４，６５が画成され、図で左方の第１圧
力室６４にはピストン６２を右方の第２圧力室６
５の方向へ付勢するコイルバネ６６が介装され
る。第１圧力室６４にはフイードポンプ吸込側の
圧力が、第２圧力室６５にはポンプ室圧力が導入
され、これによりピストン６２の位置は第１室６
４の圧力とコイルバネ６６との合成力と、第２室
６５のポンプ室圧力との釣り合いに応じて決ま
る。

ポンプ室圧力はポンプ回転に比例することか
ら、機関回転の上昇に伴つてピストン６２は左方
へ移動し、補助バレル５２は時計方向へ回動する
といる特性になるが、この補助バレル５２の位置
制御をさらに精度良く行ない、あるいは機関負荷
等の要素を考慮した位置制御を可能とするため
に、ポンプ室圧力を第２圧力室６５に導入する通
路６７の途中に電磁リリーフ弁６８が介装され
る。

電磁リリーフ弁６８は、これをデユーテイ制御
して第１圧力室６５へのポンプ室圧力を加減する
もので、例えばそのリリーフをデユーテイを増す
ほど第１圧力室６５の圧力を減らしてピストン６
２の左方への移動量ないし補助バレル５１の時計
方向への回動量を減じることができる。つまり、
これにより機関回転のみならず負荷や機関の特性
に応じた補助バレル５１の位置制御が可能にな
る。

いま、第３図でプランジヤ８の回転が時計方向
である場合に、油圧シリンダ装置６０の第１圧力
室６５に供給する圧力をある程度高めて上述した
ようにして補助バレル５１を時計方向へ回動させ
ると、外側圧縮室１７Ｂに面した吸入ポート６Ｂ
に較べて内側圧縮室１７Ａの吸入ポート６Ａの位
置が遅れ側に移動し（図示状態）、従つてそれぞ
れの圧縮室１７Ａ，１７Ｂにおいて圧縮行程に入
る時期にずれを生じて、この場合、内側圧縮室１
７Ａでの噴射開始時期が遅れることになる。

つまり、外側導入溝１６Ｂが吸入ポート６Ａを
閉じて燃料の圧送を開始したときに内側導入溝１
６Ａは未だポート６Ａを開いており、外側圧縮室
１７Ｂの燃料が通路１８Ｂ及び分配通路１４Ｂを
介してある程度噴射供給されてからはじめて吸入
ポート６Ａが閉じて内側圧縮室１７Ａでの圧送作
用が開始される。

このため、燃料は内側圧縮室１７Ａでの圧送開
始が遅れる分だけ第４図に示したような段階的な
特性で噴射され、噴射の初期には外側圧縮室１７
Ｂでの圧送作用に基づく比較的少量の燃料だけが
噴射されることになる。すなわち、初期噴射率が
小さくなるのである。

これにより、着火遅れの間に機関燃焼室に供給
される燃料の量、つまり予混合状態で燃焼する量
が減少するため、燃焼初期の圧力及び温度の上昇
が比較的緩やかになり、この結果NOxの発生量
及び燃焼騒音が減少するのである。

また、内側圧縮室１７Ａでの噴射開始時期は油
圧シリンダ装置６０へのポンプ室圧力の加減によ
り補助バレル５１及び吸入ポート６Ａの位置を可
変制御して遅進させることができ、従つて機関の
運転状態や特性、用途等に応じて最適の初期噴射
率に制御することが可能である。

なお、２つの分配通路１４Ａ，１４Ｂの途中に
はそれぞれ逆止弁１５Ａ，１５Ｂが介装されてい
るので、この場合先に噴射工程に入つた外側圧縮
室１７Ｂの燃料が通路１４Ａを通つて内側圧縮室
１７Ａへと逆流するようなことはない（もし２つ
の圧縮室１７Ａ，１７Ｂのいずれか一方、例えば
内側圧縮室１７Ａの噴射開始時期が他方の圧縮室
１７Ｂよりも必ず遅れるように設定する場合は、
先に噴射圧が作用する分配通路１４Ｂの逆止弁１
５Ｂは無くてもよい。） また、内外圧縮室１７Ａ，１７Ｂでの噴射終り
時期は、それぞれのスピルポート１９Ａ，１９Ｂ
がスピルリング２０から脱する時期で決まるの
で、２つのスピルポート１９Ａ，１９Ｂがプラン
ジヤ部の軸方向について同位置に開口している場
合は、同時に噴射を終了する。

第５図はこの発明の第２の実施例で、補助バレ
ル５１を外側圧縮室１７Ｂを包囲するように設け
て、外側圧縮室１７Ｂでの噴射開始時期を可変制
御するように図つたものである。その他の点につ
いては第２図と同様であるので、実質的に同一の
部分に同一の符号を付してその説明を省略する。

以上説明してきたようにこの発明によれば、プ
ランジヤポンプに同軸的に画成した２個の圧縮室
の一方をプランジヤの周りに回動可能に支持した
補助バレルで包囲し、その吸入ポートの円周上の
位置を可変制御して当該圧縮室での噴射開始時期
を他方の圧縮室に対してずらすことにより、燃料
噴射量を段階的に増加して機関運転状態に応じた
最適の初期噴射率に制御しうるようにしたので、
機関の燃焼騒音及びNOxを効果的に低減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の縦断面図である。第２図はこ
の発明の第１の実施例の要部縦断面図、第３図は
その−線による断面図である。第４図は前記
第１の実施例の作用説明図である。第５図はこの
発明の第２の実施例の要部縦断面図である。 ６Ａ，６Ｂ……吸入ポート、７Ａ……プランジ
ヤバレル、８……プランジヤ、１４Ａ，１４Ｂ…
…分配通路、１５Ａ，１５Ｂ……逆止め弁、１６
Ａ，１６Ｂ……導入溝、１７Ａ，１７Ｂ……圧縮
室、１８Ａ，１８Ｂ……燃料通路、１９Ａ，１９
Ｂ……スピルポート、２０……スピルリング、５
０Ａ，５０Ｂ……分配ポート、５１……補助バレ
ル、６０……油圧シリンダ装置（アクチユエー
タ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関に同期して回転しつつ往復運動するプラ
   ンジヤポンプと、このプランジヤに摺動自由に嵌
   合してプランジヤ圧縮室に通じるスピルポートの
   開時期を制御するスピルリングと、要求運転状態
   に応じてスピルリングの位置を制御する噴射量制
   御装置と、同じくプランジヤに往復運動を付与す
   るローラリングの位相を制御する噴射時期制御装
   置とを備えた分配型燃料噴射ポンプにおいて、前
   記プランジヤポンプに同軸的に２個の圧縮室を画
   成するとともに、前記２個の圧縮室の各々に対応
   して、スピルポート並びに分配ポートを備えた燃
   料通路をプランジヤに、同じく前記分配ポートか
   らの燃料を対応機関気筒に供給する分配通路をプ
   ランジヤポンプの周囲にそれぞれ形成し、さらに
   ２個の圧縮室のうちの一方は、プランジヤの周り
   に回転可能に支持されかつ当該圧縮室に面して開
   口する吸入ポートを備えた略環状の補助バレルで
   包囲するとともに、機関運転状態に応じて前記補
   助バレルを駆動してその吸入ポートの円周上の位
   置を制御するアクチユエータを設けたことを特徴
   とする分配型燃料噴射ポンプの多段階噴射装置。