JPS6239267B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、機関の作動状態に応じて燃料の噴射
時期、噴射期間を任意に制御することが可能な燃
料噴射弁に関する。

一般に、デイーゼル機関には燃料噴射弁が機関
シリンダ内に噴射口を突出させて設けられてお
り、燃料噴射ポンプから圧送される燃料をシリン
ダ内に間欠的に噴射するようになつている。

従来の燃料噴射弁は、燃料噴射ポンプから圧送
される燃料の圧力が針弁を閉弁方向に押圧するノ
ズルばねの設定荷重を越えると針弁がリフトし
て、シリンダ内に燃料が噴射される構成の自動弁
である。

しかしながら、この構成にあつては、燃料の噴
射時期および燃料期間を任意に制御することは困
難であり、かつ、閉弁は針弁にかかる燃料圧を低
下させることにより行なうため噴射終了時期にお
いては低圧噴射になつて燃料の霧化状態が悪化す
るという欠点がある。

本発明は上述した実情に鑑みてなされたもの
で、針弁の開閉動作を制御する手段として、燃料
の圧力の増減に依存せずに、あらかじめ所定の噴
射時期および噴射期間に従つて供給制御される作
動油にて針弁の開閉動作を制御するようにした構
成を採用し、もつて、噴射口への供給燃料圧とは
独立して燃料の噴射時期および噴射期間を任意に
制御可能として機関の作動状態に最適な燃料噴射
特性を確保するようにした燃料噴射弁を提供する
ものである。

本発明の実施例を添付図面を参照して説明す
る。第１図は本発明の一実施例にかかる燃料噴射
弁を示す図であり、この燃料噴射弁１は図示しな
い機関シリンダ内に挿着されている。この噴射弁
１の本体２は製造の便宜上４ピース構造に形成さ
れており（以下、本体２の各段部を機関シリンダ
側から第１段部、第２段部、第３段部、第４段部
という）、この４段構造の本体２はノズルナツト
３およびノツクピン４により軸心方向に芯合せを
して一体的に連結されている。すなわち、円筒形
状に成形されたノズルナツト３の先端には第１段
部（ノズル）２ａが外周の段部を係合して嵌挿さ
れ、この第１段部２ａに第２段部２ｂ続いて第３
段部２ｃが隣接してノズルナツト３内に嵌合され
ており、この状態で、ノズルナツト３は第４段部
２ｄにねじ部３ａにて螺着されて第１、第２、第
３段部２ａ，２ｂ，２ｃ同志を締め付けることに
よりこれらを連結させている。

第１段部２ａの先端面には機関シリンダ内に臨
む燃料噴射口４が穿設されている。第１段部２ａ
内には針弁５が軸心に沿つて摺動自在に嵌挿され
ており、この針弁５は噴射口４に連通する弁座６
に離着座して、噴射口４を開閉するようになつて
いる。第１段部２ａの弁座６に隣接する部分には
燃料室７が形成されており、この燃料室７には、
他端を図示しない燃料噴射ポンプに第４段部２ｄ
に取付けられた噴射パイプ取付口８ａに連通する
燃料供給通路８の一端が開口している。

本体２の第２段部２ｂにシリンダ室９が軸心に
沿つて形成されており、このシリンダ室９内には
制御ピストン１０が前記針弁５に一体的に連結し
て摺動自在に嵌挿されている。前記シリンダ室９
の制御ピストン１０の針弁５側に形成された第１
室９ａには、他端を後述する作動油圧供給装置に
連通する作動油圧供給通路１１が連通しており、 他方、前記シリンダ室９における制御ピストン
１０の反針弁５側に形成された第２室９ｂ内に
は、ばね１２が一対のばね受け１３，１３ａを介
して制御ピストン１０を針弁５方向へ常時付勢す
るように装架されている。また、この第２室９ｂ
には、他端が大気に連通した通気路１４の一端が
連通している。前記制御ピストン１０の針弁側端
には受圧面１０ａが針弁５の噴射口４側端部には
受圧面５ａが夫々形成されている。

本体２の第３段部２ｃの後半部分には第２のシ
リンダ室１５が軸心に沿つて形成されており、こ
の第２シリンダ室１５内にはプレツシヤピストン
１６が前記制御ピストン１０に一体に形成されて
摺動自在に嵌挿されている。前記第２シリンダ室
１５のプレツシヤピストン１６の制御ピストン１
０側に形成された第１室１５ａは前記第１シリン
ダ室９の大気に連通した第２室９ｂに連通してい
る。他方、第２シリンダ室１５におけるピストン
１６の反制御ピストン１０側に形成された第２室
１５ｂには、他端が前記燃料供給通路８に連通し
た分岐通路１７の一端が連通している。プレツシ
ヤピストン１６の後端の受圧面１６ａは、針弁５
の軸部断面積とほぼ等しい受圧面積に設定されて
おり、よつて、プレツシヤピストン１６と針弁５
とは開弁時に燃料圧によつて相互に均衡するよう
になつている。更に、制御ピストン１０の受圧面
１０ａはプレツシヤピストン１６の受圧面１６ａ
よりはるかに大きい受圧面積に設定されている。

本体２の第４段部には、前記燃料供給路８の取
付口８ａの他に、前記作動圧供給通路１１の導入
口１１ａおよび前記通気路１４の大気開放口１４
ａがそれぞれ形成されている。

第２図は第１図に示した燃料噴射弁１を異なる
位相角度で切断した部分図を示すものであり、第
２図に示すように、制御ピストン１０に当接した
ばね受け１３の外周部には、ロツド１８が本体２
の第３段部２ｃと第４段部２ｄとに亘つて軸心と
平行に穿設されたガイド穴１９内を摺動自在に取
付けられており、このロツド１８の自由端には磁
性体２０が固着されている。第４段部２ｄの前記
磁性体２０が位置する部分には、位置センサとし
てのコイル２１が磁性体２０を若干の空隙を置い
て囲繞するように設けられており、このコイル２
１は後述する電子制御装置に接続され、制御ピス
トン１０に追随する磁性体２０の変位に対応する
電気信号（例えばインダクタンス変化）を電子制
御装置に供給するようになつている。

第３図は、第１図の燃料噴射弁１への作動油の
供給を制御する作動油圧供給装置の一実施例を示
す回路図であり、この装置３１は、作動油タンク
３２と、このタンク３２に吸入側が連通した送油
ポンプ３３と、このポンプ３３の吐出側と前記タ
ンク３２との間に介設されたリリーフ弁３５と、
フイルタ３４を介してポンプ３３と接続された電
磁方向切換弁３６と、この電磁方向切換弁３６を
切換制御する電子制御装置３７とを備えている。
前記電磁弁３６は３ポート２位置弁であり、入口
ポート３６ａはフイルタ３４を介して前記油圧ポ
ンプ３３の吐出側に、第１の出口ポート３６ｂは
戻り路３８を介して前記タンク３２に、第２の出
口ポート３６ｃは導入路３９を介して前記燃料噴
射弁１の作動圧供給通路１１の導入口１１ａにそ
れぞれ接続されている。この電磁弁３６は電子制
御装置３７からの制御信号を受けて一対のソレノ
イド３６ｄ，３６d′が付勢・消勢されることによ
り２位置のいずれかに切換えられ、右位置で入口
ポート３６ａと第２出口ポート３６ｃとを接続し
て油圧ポンプ３３からの作動油を前述の作動油圧
供給通路１１に供給し、左位置で第２出口ポート
３６ｃと第１出口ポート３６ｂとを接続して前記
供給路１１中の作動油圧をタンク３２へ戻すよう
になつている。

電子制御装置３７は、前記電磁方向切換弁３６
に切換指令信号を供給するものであり、この制御
装置３７内部において、予め設定された燃料噴射
時期および噴射期間に関するプログラムに基づい
て、機関の現在の作動状態を表わす諸元に対応す
る噴射時期信号および噴射期間信号を前記指令信
号として電磁弁３６に供給する。ここで、実際の
噴射時期および噴射期間は前述したコイル２１か
ら制御装置３７に入力される。前記作動状態を表
わす諸元としては、機関回転数、機関のピストン
の上死点位置、機関負荷等があり、回転数センサ
３７ａ、ピストン上死点センサ３７ｂ、負荷セン
サ３７ｃ等からそれぞれの検出値信号が電子制御
装置３７に入力される。前記噴射時期および噴射
期間に関するプログラムは、適用すべき機関の仕
様に対応して経験則等により決定され、制御装置
３７内部の中央処理装置に記憶されている。この
中央処理装置は、前記各種センサからの検出値信
号に従つて予め設定されたプログラムに基づいて
演算処理を行い、この処理結果に基づく所定の指
令信号を電磁弁３６に供給し、電磁弁３６をして
所定の切換動作を行わしめて作動圧の供給または
停止が実行される。

前記構成にかかる燃料噴射弁の作用を説明す
る。

先ず、燃料噴射弁１に作動油圧供給装置３１か
ら作動油圧が供給されておらず、かつ、燃料が燃
料室７に供給されていない場合、針弁５は単にば
ね１２の付勢力のみで弁座６に着座して噴射口４
を閉塞している。次に、燃料噴射ポンプから燃料
が燃料供給路８を通じて燃料室７に圧送されて
も、この燃料の圧力は針弁５に一体のプレツシヤ
ピストン１６の受圧面が臨む第２シリンダ室１５
の第２室１５ｂにも供給されるため、燃料室７と
第２室１５ｂにおける燃料圧同志の均衡により針
弁５はばね１２の付勢力のみで噴射口を閉塞して
いる。続いて、作動油圧供給装置３１において電
子制御装置３７の指令信号に基づいて方向切換弁
３６が右位置に動作する。すなわち、現在の機関
作動状態に対する噴射時期および噴射期間に応じ
て指令信号が弁３６に印加され、上記右位置にて
作動油圧が燃料噴射弁１の作動油圧供給通路１１
を介してピストン１０の受圧面１０ａが臨む第１
シリンダ室９の第１室９ａに供給される。この作
動油圧と針弁５にかかる燃料圧との合力が第２室
１５ｂ内の燃料圧とばね１２の設定荷重との合力
に打ち勝つと、制御ピストン１０がリフトし、燃
料圧と作動油圧との差圧により針弁５がリフトし
て弁座６から離座し、噴射口４からシリンダ内に
燃料が噴射される。

次に、作動油圧供給装置３１の電子制御装置３
７の指令信号に基づいて電磁弁３６が左位置に切
換えられると作動油圧の第１室９ａへの供給が遮
断されて同室内の油圧が開放され、これに伴な
い、制御ピストン１０は第２室１５ｂ内の燃料圧
とばね１２の付勢力により下降させられる。この
下降に追随して針弁５が弁座６に着座し、噴射口
４を閉塞せしめ、燃料噴射を停止させる。

第４図は、噴射圧の供給期間、作動油圧の供給
期間および燃料噴射期間の相互関係を示すグラフ
であり、この第４図から明らかなように、燃料噴
射時期および期間は、作動油圧の供給時期および
期間に依存しており、前者は後者を適当に選定す
ることにより、燃料圧の供給期間の範囲内におい
て自由に制御することができる。しかも、前記作
動油の供給圧は上述した構成により立上りおよび
立下り性が良いので、燃料噴射圧の立上りおよび
立下り性を改善することができ、燃料噴射開始お
よび終了時の噴射性状を改善することができる。

第５図ないし第７図は、本発明の他の実施例を
示すものであり、前記実施例と異なる点は針弁の
噴射口閉塞動作を作動油圧供給装置から供給され
る第２の作動油圧によつて行なうようにしたこと
にある。

第５図において、本体２の第１段部２ａにおけ
る針弁５の後端に隣接する位置には第３のシリン
ダ室２２が軸心に沿つて制御ピストン１０との連
結部５ｂを囲繞するように形成されており、この
シリンダ室２２内には前記連結部５ｂに摺動自在
に外嵌されたスリーブ２３が摺動自在に嵌挿され
ている。このシリンダ室２２の針弁５後端に隣接
する第１室２２ａには、一端を作動油圧供給装置
３１の第２電磁方向切換弁３６′に連通した第２
作動油圧供給通路２４の一端が連しており、この
シリンダ室２２におけるスリーブ２３に対し針弁
５と反対側に位置する第２室２２ｂは前記制御ピ
ストン１０の針弁５側に位置する第１シリンダ室
９の第１室９ａに連通している。前記スリーブ２
３は第３シリンダ室２２の第１室２２ａと第２室
２２ｂとを完全に遮断するようになつている。

また、第６図において、作動油圧供給装置３１
の２電磁方向切換弁３６′は電磁方向切換弁３６
と油圧回路上で並例に設けられており、この第２
電磁方向切換弁３６′の出口ポート３６′ｃに接続
された供給路３９′は前記第２作動圧供給通路２
４に接続されている。この第２電磁方向切換弁３
６′も電子制御装置３７により切換制御可能にさ
れており、制御装置３７から燃料噴射終了時期に
関する指令信号を受けて作動油圧を前記通路２４
に供給するようになつている。

本実施例にかかる燃料噴射弁の燃料噴射までの
動作は前記実施例とほぼ同様である。燃料噴射動
作における針弁５のリフト動作に追随してスリー
ブ２３は第３シリンダ室２２内を上動し、第３シ
リンダ室２２の後端壁に当接した状態となる。ち
なみに第３シリンダ室２２の第２室２２ｂは第１
シリンダ室９の第１室９ａに連通しているため、
スリーブ２３を介して針弁５に下降即ち閉弁方向
の作動油圧が作用するが、室２２ａ内に臨む針弁
５の受圧面積よりも制御ピストン１０の受圧面１
０ａの受圧面積が十分に大きく設定されているの
で、制御ピストン１０が図示しない（第１図と同
様の構成）他端のばね力及び燃料圧に抗してリフ
トし針弁５は燃料圧により制御ピストン１０に追
随してリフトする。

次に、作動油圧供給装置３１において、制御装
置３７の指令信号に基づいて第２電磁方向切換弁
３６′が右位置に変位し（このとき、第１電磁方
向切換弁３６は左位置に変位する）、作動油圧が
現在の機関作動状態に対応する噴射終子時期にて
前記第２作動油圧供給通路２４を通じて第３シリ
ンダ２２の第１室２２ａに供給される。この作動
油圧はスリーブ２３と当接した針弁５の後端受圧
面にかかり、針弁５を下降させて弁座６に着座せ
しめ、噴射口４を閉塞させ、燃料噴射が停止す
る。その後、噴射動作させるべく、第１電磁方向
切換弁３６が作動油圧供給方向に変位すると同時
に、第２電磁方向切換弁３６′が左位置に切換え
られて、第２作動油圧は解除される。

尚、本実施例における燃料圧供給期間と、第１
作動油圧供給期間と、第２作動油圧供給期間と、
燃料噴射期間との相互関係は、第７図のグラフに
示す通りであり、燃料噴射期間が第１および第２
作動油圧供給時期に依存することが理解される。

以上説明したように、本発明の噴射弁において
は噴射時期および噴射期間の制御を燃料圧の増減
即ち供給・遮断に依存せずに、機関の作動状態に
対応して予め供給制御される作動油圧によつて噴
射時期および噴射期間を決定する構成としたの
で、次の如き効果を得ることができる。

(1) 噴射時期および噴射期間を自由に制御でき、
機関の作動状態に最適な噴射時期および噴射期
間を確保することができる。

(2) 針弁の前後に燃料圧をそれぞれ供給して、針
弁に作用する付勢力を均衡させているため、針
弁を閉弁方向に押圧するばねの設定荷重および
針弁を動作させるための作動油圧は比較的低く
てもよい。よつて、供給燃料圧を高くすること
により燃料噴射の高圧化が実現でき、高圧噴射
により噴霧燃料の微粒子化が促進できる。

(3) 針弁にばねの付勢力またはばねの付勢力並び
に第２作動油圧を閉弁期間中作用させておくこ
とができるので、閉弁のために燃料圧を常時作
用させておく必要がない。

(4) シヤープな燃料噴射圧波形を得ることがで
き、優れた排気特性を得ることができる。

(5) 前記(1)の事項から、外航船用のデイーゼル機
関に要求される燃料性状の多様化に応ずること
ができ、また、前記(2)の事項から、燃料の重油
化、粗悪化等に対処することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示すも
ので、第１図は縦断面図、第２図は第１図とは異
なる位相における部分縦断面図、第３図は作動油
圧供給装置の一例を示す回路図、第４図は作動特
性を示すグラフ、第５図乃至第７図は本発明の他
の実施例を示すもので、第５図は一部省略縦断面
図、第６図は作動油圧供給装置の一例を示す回路
図、第７図は作動特性を示すグラフである。 １……燃料噴射弁、２……本体、３……ノズル
ナツト、４……噴射口、５……針弁、６……弁
座、７……燃料室、８……燃料供給通路、９……
第１シリンダ室、１０……制御ピストン、１１…
…作動油圧供給通路、１２……ばね、１３……ば
ね受、１４……通気孔、１５……第２シリンダ
室、１６……プレツシヤピストン、１７……分岐
路、１８……ロツド、２０……磁性体、２１……
コイル、２２……第３シリンダ室、２３……スリ
ーブ、２４……第２作動油圧供給路、３１……作
動油圧供給装置、３３……油圧ポンプ、３６，３
６′……電磁方向切換弁、３７……電子制御装
置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 先端に噴射口を、この噴射口に連通して燃料
   供給通路を夫々形成された本体と、この本体内に
   摺動自在に設けられて前記噴射口を開閉する針弁
   とを備え、前記針弁の噴射口側端の受圧面に前記
   燃料供給通路を介して加圧燃料を導びくようにさ
   れた燃料噴射弁において、前記本体内の針弁の反
   噴射口側に制御ピストンおよびプレツシヤピスト
   ンを針弁と一体的に連設し、前記プレツシヤピス
   トンの反針弁側端に形成された受圧面に前記燃料
   供給通路と連通する分岐通路を介して加圧燃料を
   導びき、且つ、前記制御ピストンの針弁側端に形
   成された受圧面に作動油圧供給装置と連通する作
   動油圧供給通路を介して作動油を導びくととも
   に、前記制御ピストンの反針弁側端に形成された
   受圧面に制御ピストンに対し針弁方向への付勢力
   を付与する手段を設け、更に、前記作動油圧供給
   装置は実際の機関作動状態を表わす諸元に関連し
   て、予め設定された噴射時期および噴射期間に基
   づいて作動油圧を前記作動油圧供給通路に供給す
   るようにしたことを特徴とする燃料噴射弁。 ２ 前記の制御ピストンに対し針弁方向への付勢
   力を付与する手段がばねである、特許請求の範囲
   第１項記載の燃料噴射弁。 ３ 前記の制御ピストンに対し針弁方向への付勢
   力を付与する手段がばねであるとともに針弁の反
   噴射口側端に形成された受圧面に作動油を導びく
   ように配された第２作動圧供給通路である、特許
   請求の範囲第１項記載の燃料噴射弁。