JPH059498Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は主にデイーゼルエンジンに用いられる
ユニツトインジエクタに関する。

〔従来の技術〕 ユニツトインジエクタは従来の燃料噴射ポンプ
の役目である燃料圧送部と燃料噴射弁とが一体的
に構成された燃料噴射装置として公知である。従
来のユニツトインジエクタは複雑なリンク機構を
含む機械調量方式であつたために、調整や組付け
が難しかつたり、緻密な制御が難しいという問題
点を抱えていた。これを解決する手段として、電
気的或いは電子的な制御手段を組みこんだユニツ
トインジエクタが実開昭56−31655号公報や特開
昭59−103960号公報等に提案されている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

実開昭56−31655号公報に示されるユニツトイ
ンジエクタでは、圧力室に通じる燃料排出通路に
電磁弁が配置され、この電磁弁の制御によつて燃
料の噴射時期及び噴射量を制御可能としている。
しかしながら、ユニツトインジエクタの油圧室に
は高油圧が発生するために、これに抗して電磁弁
を作動させる必要があり、非常に大きな駆動電力
が必要である。又、現在利用可能な電磁弁には最
小応答時間の制限があるために、パイロツト噴射
等の緻密な制御ができないという問題点がある。

特開昭59−103960号公報に示されるユニツトイ
ンジエクタでは、電磁弁に加わる力は軽減されて
電力量も減少できるようになつているが、応答性
に関しては上記したのと同様の問題点が残り、さ
らに、燃料通路が多く且つ計量弁の背後をユニツ
トインジエクタの圧力室に連通させているために
ユニツトインジエクタの圧力室の圧縮体積が大き
くなり、従来の燃料噴射ポンプからパイプを介し
て燃料噴射ノズルに至る高圧空間の容積を減少す
ることができるというユニツトインジエクタの特
徴が半減する。

これらの電磁弁の代りに圧電素子アクチユエー
タを利用した弁装置を使用すれば応答性を改善す
ることができる。しかしながら、圧電素子と弁体
とを結合するためには機械的結合手段が必要であ
り、これらの間の微少な位置関係の調節は困難な
場合が多い。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、前記問題点を解決するための手段と
して、本体の一部にシリンダとそれに摺動可能に
挿入されたプランジヤとによつて形成される圧力
室を設けて燃料圧送部を構成し、前記本体の先端
部に前記圧力室に連通する燃料噴射ノズルを設け
ると共に、前記圧力室に連通させて燃料供給通路
と燃料排出通路とをそれぞれ設けてなるユニツト
インジエクタにおいて、前記燃料排出通路を開閉
可能な弁体を備えた制御弁と、前記弁体の背後側
に配置されるピストンを備えた圧電素子アクチユ
エータと、前記弁体と前記ピストンとの間に形成
され作動液体が充填されている弁作動圧力室と、
前記弁体と前記ピストンとの間に配置されて前記
弁体を背後から押圧することにより、前記弁作動
圧力室内の前記作動流体が前記ピストンによつて
加圧されていないときに前記燃料噴射ノズルのニ
ードル弁の開弁圧よりも低いがそれに近い所定の
開弁圧を前記弁体に与え得るスプリングとを設
け、更に、前記弁作動圧力室に面する前記ピスト
ンの端部面積が前記弁体のそれよりも大きくなる
ように構成したことを特徴とするユニツトインジ
エクタを提供する。

〔作用〕

本考案のユニツトインジエクタの燃料圧送部に
おいて、燃料は燃料供給通路から圧力室に吸入さ
れてプランジヤによつて加圧される。圧力室には
制御弁によつて開閉される燃料排出通路が設けら
れており、制御弁はその弁体を背後から押圧して
いるスプリングの強さによつて決まる一定の高さ
の開弁圧を有するから、プランジヤによつて加圧
された圧力室の燃料圧力が制御弁の開弁圧を越え
ると、制御弁は僅かに開いて圧力室内の燃料を燃
料排出通路へ流出させ、圧力室の燃料圧力を制御
弁の開弁圧に調整する。従つて、圧力室がプラン
ジヤによつて加圧されている状態において、燃料
噴射ノズルのニードル弁が開弁することによりエ
ンジンの燃料室内への燃料の噴射が停止したとき
には、圧力室の燃料圧力は制御弁の自動的な調圧
作用によつて制御弁の開弁圧に維持されており、
燃料噴射ノズルのニードル弁が再び開弁するのを
待つている状態にある。

本発明における制御弁は、このように弁体を背
後から押圧しているスプリングの作用によつて圧
力室の燃料圧力を一定値に調整する自動的な調圧
作用を有するが、それだけではなく、制御弁本来
の作動として、ピストンを備えた圧電素子アクチ
ユエータによつて弁作動圧力室にある燃料等の作
動液体を介して駆動制御され、燃料噴射ノズルの
ニードル弁の開閉を制御する。

即ち、エンジンの燃料室内へ燃料を噴射する時
期が来ると、圧電素子が電気的に付勢されて伸長
することにより、ピストンが移動して弁作動圧力
室にある作動液体の圧力が高くなる。それによつ
て制御弁の弁体が押圧されて燃料排出通路を強制
的に閉じるので、プランジヤが燃料圧送部の圧力
室を圧縮することによつて、圧力室にある燃料の
圧力が制御弁のスプリングによる開弁圧を越えて
上昇し、それが燃料噴射ノズルのニードル弁の開
弁圧を越えるとニードル弁は開弁して燃料をエン
ジンの燃料室内へ噴射する。この噴射開始時にお
ける圧力の立ち上がりは、本考案の場合は圧力室
に予め制御弁の開弁圧に相当する高圧が維持され
ているために非常に速くなる。

それと反対に、噴射停止の時期が来ると、圧電
素子への電気的付勢が除去されることによつて圧
電素子が縮小してピストンが後退し、弁作動圧力
室にある燃料等の作動液体の圧力が低下するの
で、その圧力によつて背後から押圧されていた制
御弁の弁体も後退して燃料排出通路を開き、圧力
室にある燃料の一部が排出されて圧力室の燃料圧
力が低下する。その結果、圧力室の圧力が燃料噴
射ノズルのニードル弁の開弁圧を下回ることによ
つて、ニードル弁は開弁してエンジンの燃料室内
への燃料の噴射が停止する。

例えば、パイロツト噴射の場合は、燃料噴射の
一時的な停止がプランジヤの圧縮行程の途中で起
こるが、この時は圧力室の燃料圧力が燃料供給通
路の圧力まで低下しないで、制御弁の自動的な開
弁圧までの低下に止まる。従つて、再び燃料噴射
が始まるときには、圧力室の燃料圧力が燃料噴射
ノズルのニードル弁の開弁圧よりも僅かに低い制
御弁の開弁圧に維持されているので、圧力室の燃
料圧力は直ちにニードル弁の開弁圧に達し、圧電
素子の優れた応答性とも相まつて噴射再開がきわ
めて迅速に行われる。また、燃料噴射を停止する
ときに、圧力室の燃料圧力が急激に燃料供給通路
の圧力まで低下しないので、エンジンの燃料室内
の燃焼ガスが燃料噴射ノズルのニードル弁から侵
入するのを防止することができる。

しかも、本考案のユニツトインジエクタにおい
ては、弁作動圧力室に面する圧電素子アクチユエ
ータのピストンの端部面積が、同じく弁作動圧力
室に面する弁体の端部面積よりも大きくなつてい
るため、圧電素子の伸長量が僅かであつても、ピ
ストンの広い端部面積によつて移動させられる作
動液体の量が比較的多く、それが比較的小さい端
部面積を有する弁体に作用する結果、変位が増幅
されて、比較的大きい変位を弁体に生じさせるこ
とになる。その結果、制御弁は開弁状態では圧力
室の燃料を速やかに、且つ抵抗少なく流出させる
と共に、閉弁状態では速やかに完全な遮断を行つ
て圧力室の燃料圧力の急上昇を可能とする。従つ
て、開弁及び閉弁のいずれの場合にも高い応答性
が得られ、燃料の噴射開始及び停止を正確に行う
ことができるから、燃料の噴射時期及び噴射量を
精密に制御することが可能となる。また、圧電素
子アクチユエータのピストンと制御弁の弁体とは
機械的に連結されておらず、燃料等の作動液体を
介して油圧的に連結されているので、圧電素子に
偏つた荷重が作用することがなく、圧電素子の割
れ（クラツク）を防止することができ、その耐久
性が向上する。

〔実施例〕

第１図において、本体１０は圧送部本体１２と
ノズル部本体１４とにより形成され、これらは螺
合により一体化される。圧送部本体１２には圧力
室１６が形成され、圧力室１６には燃料供給孔１
８が開口し、燃料供給孔１８には燃料タンク２０
の燃料がフイードポンプ２２により供給されるよ
うになつている。圧力室１６はノズル部本体１４
に設けた燃料通路２４を介してノズル部本体１４
の先端部に設けられた燃料噴射ノズルに連通して
いる。ノズル部本体１４の詳細な構造は省略して
あるが、その中にニードル弁がルードルスプリン
グに付勢されて配置されることは容易に理解され
るであろう。圧力室１６にはさらに燃料排出孔２
６が開口し、この燃料排出孔２６はリターンパイ
プ２８により燃料タンク２０に連結されることが
できるようになつている。

圧送部本体１２の中心にはシリンダ３０が形成
され、その中にプランジヤ３２が摺動可能に挿入
される。前述の圧力室１６はプランジヤ３２によ
つて閉じられたシリンダ３０内に形成される。プ
ランジヤ３２の上端はタペツト３４に連結され、
タペツト３４はデイーゼルエンジンにより同期し
て回転されるカム（図示せず）に当接する。タペ
ツト３４（従つてプランジヤ３２）をカムの方向
に向かつて付勢するスプリング３６が配置され
る。カムの運動に従つてプランジヤ３２が下降す
る途中で、プランジヤ３２の先端が燃料供給孔１
８を遮断すると圧力室１６内の燃料が加圧される
ことになる。尚、燃料排出孔２６は燃料供給孔１
８よりもノズル寄りの位置で圧力室１６に開口
し、プランジヤ３２が最下位置に達しても遮断さ
れないようになつている。

圧送部本体１２には制御弁３８の本体４０が横
から螺着される。制御弁本体４０の内部は段付き
の中空に形成され、その先端中央部の適切な径の
小孔４２により圧送部本体１２の燃料排出孔２６
と制御弁の本体４０の内部通路が連通する。制御
弁本体４０にはその先端近くに横方向貫通孔４４
が形成されていて前述したリターンパイプ２８に
結合されることができるようになつている。制御
弁本体４０の内部には、前述した先端の小孔４２
を開閉することのできる弁体４６、弁作動圧力室
４８、及び圧電素子アクチユエータ５０が順番に
挿入されている。圧電素子アクチユエータ５０は
公知のように薄板状の圧電素子を制御弁本体４０
の軸線方向に積層したものをピストン５２内の挿
入して形成されたものであり、ピストン５２は制
御弁本体４０の内部に形成されるシリンダ内に摺
動可能に挿入されたものである。圧電素子は制御
手段５４からの電圧印加により膨張し、ピストン
５２を動かす。圧電素子の第１図で右方向への膨
張は止め板５６により制限されるので、電圧印加
によるピストン５２の運動は左方向、即ち弁体４
６の背後側に向かう方向になる。圧電素子への電
圧印加を中止すると圧電素子は元の位置へ収縮
し、ピストン５２も元の位置へ戻る。

この場合、圧電素子の伸縮による僅かな変位量
を増幅するために、弁体４６の径に対して圧電素
子及びその端面に設けられたピストン５２の径が
大きくされている。それによつて、圧電素子が伸
長するときに排除する作動液体（燃料）の量が増
加し、径の小さい弁体４６に大きな変位を与える
ことができる。弁体４６の変位量を大きくするこ
とにより、制御弁３８の開弁時に燃料の流れに抵
抗を与えず、速やかに圧力室１６の燃料圧力を低
下させて燃料噴射を停止させると共に、閉弁時に
速やかに圧力室の燃料圧力を上昇させて、燃料噴
射を開始させ、応答性の良い噴射制御を実現する
ことを可能にする。

弁体４６と圧電素子アクチユエータ５０との間
に形成される弁作動圧力室４８はチエツク弁５８
及びフイードポンプ２２を介して燃料タンク２０
に連結される。弁作動圧力室４８内には、弁体４
６とピストン５２との間でスプリング６０が配置
されている。このスプリング６０のばね力は、燃
料噴射ノズルのニードル弁の開弁圧よりも僅かに
低い所定の開弁圧を弁体４６に与えるように設定
されている。このようにして、弁体４６はその前
側から燃料排出孔２６を介した圧力室１６の圧力
を受け、その背後側から弁作動圧力室４８の圧力
を受けるようになつており、さらに、弁体４６は
段付きに形成されていて、燃料排出孔２６の圧力
を受ける前側の受圧面積が弁作動圧力室４８の圧
力を受ける背後側の受圧面積より小さくなつてい
る。この受圧面積比は例えば１：５くらいに設定
されることができる。尚、チエツク弁５８は弁作
動圧力室４８に常に燃料を充満させておくもので
あり、例えば絞り等によつて形成されることもで
きる。

次に第２図を参照しつつ作動を説明する。

前述したカムの運動に従つてプランジヤ３２が
下降する途中で燃料供給孔１８を遮断する（点
Ａ）。このときに弁体４６はスプリング６０によ
り付勢されて燃料排出孔２６に通じる小孔４２を
閉じている。プランジヤ３２がさらに下降を続け
ると、圧力室１６及び燃料排出孔２６内の圧力が
上昇する。この圧力上昇の過程で、弁作動圧力室
４８のスプリング６０のばね力によつて決まる制
御弁３８の弁体４６の開弁圧が、ノズル部本体１
４内の燃料噴射ノズルに設けられる図示しないニ
ードル弁のスプリングのばね力によつて決まる開
弁圧よりも僅かに低い値として設定されているの
で、圧力室１６及び燃料排出孔２６内の圧力が弁
作動圧力室４８のスプリング６０のばね力に抗し
て弁体４６を駆動して（点Ｂ）弁体４６が小孔４
２を開き、圧力室１６及び燃料排出孔２６内の燃
料を微量ずつ溢流させることによつて圧力室１６
及び燃料排出孔２６内の圧力を予め定められた高
圧に維持する。この予め定められた高圧は燃料噴
射ノズルのニードル弁の開弁圧よりも低い。

然る後、デイーゼルエンジンの運転状態、例え
ばエンジン回転数ａや負荷ｂ等に応じて最適の噴
射時期及び噴射量を計算することのできる制御手
段５４から、圧電アクチユエータ５０に電圧が印
加され（点Ｃ）、ピストン５２を第１図において
左方向に移動させる。このために、弁作動圧力室
４８内の圧力が急激に上昇し、この圧力室１６及
び燃料排出孔２６内の圧力に打ち克つて弁体４６
を駆動し、弁体４６が小孔４２を閉じる。この間
に、プランジヤ３２は下降運動を続けており、小
孔４６が閉じると圧力室４６及び燃料排出孔２６
内の圧力が上昇する。前述したように、圧力室１
６及び燃料排出孔２６内の圧力は弁作動圧力室４
８のスプリング６０の設定ばね力によつて燃料噴
射ノズルのニードル弁の開弁圧には到らないがそ
れに近い予め定められた高圧に維持されていたの
で、小孔４２が閉じると容易に燃料噴射ノズルの
ニードル弁の開弁圧になり、直ちに噴射が開始さ
れる。制御手段５４はデイーゼルエンジンの運転
状態に応じて計算した噴射量を与える時間Ｔが経
過すると圧電アクチユエータ５０への電圧印加を
中止する（時点Ｄ）。するとピストン５２が右方
に動いて弁作動圧力室４８の圧力が急激に低下
し、圧力室１６及び燃料圧力室２６内の圧力によ
つて弁体４６が右方に駆動されて圧力室１６及び
燃料排出孔２６内の燃料を溢流させ、それによつ
て噴射が終了する。従つて、噴射開始（点Ｃ）及
び噴射終了（点Ｄ）を簡単に電気的に制御するこ
とができる。

第３図は電圧印加をｔとT₂に分けて行うこと
によつて（点Ｅ，Ｆ）パイロツト噴射ができるこ
とを示した図である。これは圧電素子の応答性の
良さにより可能になることである。例えば、パイ
ロツト噴射を行うためには0.2〜0.3msecの短い時
間で制御する必要があり、これは現在の電磁弁で
はかなり難しいことである。デイーゼルエンジン
でパイロツト噴射すれば騒音や燃費の改善に有効
であることが認められている。

尚、本考案においては弁体４６を弁作動圧力室
４８を介して圧電素子アクチユエータ５０により
作動させるようにしているので、弁体４６と圧電
素子アクチユエータ５０との機械的連結が必要で
なく、これら間の位置関係を精密に調整する必要
もなくなる。さらに、電圧の印加によつて弁体４
６が小孔４２を閉じるときに、弁作動圧力室４８
の圧力は圧力室１６及び燃料排出孔２６の圧力よ
り高くする必要なく、従つて、圧電素子の駆動電
力が小さくてよいことになる。これは弁体４６を
油圧により駆動し、且つ弁体４６の受圧面積が背
後側の受圧面積より小さいことによるものであ
る。

〔考案の効果〕

本考案によれば、ユニツトインジエクタにおい
て制御に対する燃料噴射の開始及び停止の応答性
がきわめて高くなるので、デイーゼルノツクを防
止するために行われるパイロツト噴射を行う場合
のような精密な噴射制御に適している。燃料噴射
が行われていないときには、弁体がスプリングに
よつて支持されていることにより、制御弁自体が
調圧弁となつて自動的に圧力室の圧力を比較的高
い値に調圧する作用をするので、噴射の再開がき
わめて迅速に行われる。そのために特別の調圧弁
を設けるというような必要もなくなり、優れた性
能に反して構成が簡単になる。更に、噴射停止時
には圧力室の圧力低下が急激に起こらないので、
燃焼ガスが燃料噴射ノズルに侵入してトラブルを
発生させる恐れもない。

また、制御弁の弁体と圧電素子アクチユエータ
が液圧によつて連結されているので、それらが機
械的に連結されている場合に比して、ユニツトイ
ンジエクタをエンジンに装着するときの組み付け
作業や調整を容易にすることができる。しかも、
制御弁の弁作動室に面している圧電素子アクチユ
エータのピストンの面積を弁体のそれよりも大き
くしているため、圧電素子の僅かな変位量が増幅
されて弁体に大きな変位量を与え、これもまた制
御弁の応答性を良くするので、圧電素子の優れた
応答性が活かされて、きわめて速くて正確な噴射
の開始及び停止を可能にする。更に、圧電素子ア
クチユエータと弁体との間には燃料等の作動液体
が介在するため、圧電素子に偏荷重が作用するこ
とがなく、圧電素子の割れが防止されてユニツト
インジエクタの耐久性、信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案によるユニツトインジエクタの
断面図、第２図は第１図のユニツトインジエクタ
の作動を説明する図、第３図は同じく他の作動例
を説明する図である。 １０……本体、１６……圧力室、１８……燃料
供給孔、２４……燃料通路、２６……燃料排出
孔、３２……プランジヤ、３８……制御弁、４６
……弁体、４８……弁作動圧力室、５０……圧電
素子アクチユエータ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 本体の一部にシリンダとそれに摺動可能に挿入
   されたプランジヤとによつて形成される圧力室を
   設けて燃料圧送部を構成し、前記本体の先端部に
   前記圧力室に連通する燃料噴射ノズルを設けると
   共に、前記圧力室に連通させて燃料供給通路と燃
   料排出通路とをそれぞれ設けてなるユニツトイン
   ジエクタにおいて、前記燃料排出通路を開閉可能
   な弁体を備えた制御弁と、前記弁体の背後側に配
   置されるピストンを備えた圧電素子アクチユエー
   タと、前記弁体と前記ピストンとの間に形成され
   作動液体が充填されている弁作動圧力室と、前記
   弁体と前記ピストンとの間に配置されて前記弁体
   を背後から押圧することにより、前記弁作動圧力
   室内の前記作動流体が前記ピストンによつて加圧
   されていないときに前記燃料噴射ノズルのニード
   ル弁の開弁圧よりも低いがそれに近い所定の開弁
   圧を前記弁体に与え得るスプリングとを設け、更
   に、前記弁作動圧力室に面する前記ピストンの端
   部面積が前記弁体のそれよりも大きくなるように
   構成したことを特徴とするユニツトインジエク
   タ。