JPH08100740A - 燃料噴射装置のパイロット噴射量制御機構およびパイロット噴射量制御方法 - Google Patents

燃料噴射装置のパイロット噴射量制御機構およびパイロット噴射量制御方法

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JPH08100740A
JPH08100740A JP6259694A JP25969494A JPH08100740A JP H08100740 A JPH08100740 A JP H08100740A JP 6259694 A JP6259694 A JP 6259694A JP 25969494 A JP25969494 A JP 25969494A JP H08100740 A JPH08100740 A JP H08100740A
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cam
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宏 石渡
Takuji Oishi
卓史 大石
Nobuhiro Kitahara
伸浩 北原
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 パイロット噴射用圧送ストロークが固定式
であるタイプの燃料噴射装置において、プランジャの実
圧送速度を一定とするように制御することにより、エン
ジンの広い回転域において一定のパイロット噴射量を得
ることができる燃料噴射装置のパイロット噴射量制御機
構およびパイロット噴射量制御方法を提供することを課
題とする。 【構成】 パイロット噴射量がプランジャの実圧送速
度に比例すること、実圧送速度はカムの速度定数と回転
数との積に比例するから低回転域においてはカムの速度
定数を大きくするとともに高回転域においてはカムの速
度定数を小さくすれば実圧送速度をほぼ一定に維持可能
であることに着目したもので、カムの回転速度が高くな
るにしたがって、このプリストロークを調整することに
より、該カムの使用域を低圧送速度域へ変化させること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃料噴射装置のパイロッ
ト噴射量制御機構およびパイロット噴射量制御方法にか
かるもので、とくにプランジャによるパイロット噴射用
圧送ストロークが固定式の燃料噴射装置において、当該
プランジャの圧送速度を制御することにより、エンジン
回転数の広い範囲において最適なパイロット噴射量を得
ることができる燃料噴射装置のパイロット噴射量制御機
構およびパイロット噴射量制御方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来から燃料噴射装置においては、エン
ジンに連結したカムを用いてプランジャを往復動させ、
燃料圧室内の燃料を圧送するようにしているが、燃焼騒
音の低減および窒素酸化物(NOx)の低減などのため
に、メイン噴射に先立って、より噴射量の少ないパイロ
ット噴射を行うものがある。たとえば、特開昭62−5
5436号などがある。
【0003】こうしたパイロット噴射量は一般的に、た
とえば5mm3程度が望ましいが、パイロット噴射用と
してプランジャのパイロット噴射用圧送ストロークが固
定式の燃料噴射装置では、パイロット噴射量はエンジン
あるいはカムの回転数に大きく依存する。すなわち、低
速回転域では燃料の圧送エネルギーが小さいためにパイ
ロット噴射量はゼロもしくは小さくなるのに対して、高
速回転域では動的効果によるいわゆるプリフロー効果に
よって逆にパイロット噴射量が過大になり、著しい場合
には、パイロット噴射自体がメイン噴射とつながってし
まって、パイロット噴射の機能を果たし得ないこともあ
る。
【0004】なお、メイン噴射量およびパイロット噴射
量をすべて電子式に制御するような燃料噴射装置におい
ては(たとえば特開平3−233142号など)、上述
のような回転数の高低、その他の諸条件に応じて電磁弁
の開閉を適宜行うことなどによってパイロット噴射量を
適宜制御可能ではあるが、装置の複雑化および大型化、
さらにはコストアップにつながるばかりか、実際には上
記電磁弁自体の開閉の応答性の問題があり、所望の迅速
な制御を行うことができるか否かは問題である。
【0005】そこで電子式ではなく機械的にパイロット
噴射量を制御可能とすれば、機構的に簡素化が可能とな
り、コストアップも避けられるが、とくにパイロット噴
射用の燃料圧送ストロークが固定式で任意に変更するこ
とができないタイプの燃料噴射装置においては、一般的
には上述のように、回転数の高低によってパイロット噴
射量が変化してしまうため、とくに低速回転域において
十分なパイロット噴射量を得ることができないという問
題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、エンジンの広い回転
域において一定のパイロット噴射量を得ることができる
燃料噴射装置のパイロット噴射量制御機構およびパイロ
ット噴射量制御方法を提供することを課題とする。
【0007】また、本発明は、パイロット噴射用圧送ス
トロークが固定式であるタイプの燃料噴射装置におい
て、広い範囲でパイロット噴射量を最適にすることがで
きるような燃料噴射装置のパイロット噴射量制御機構お
よびパイロット噴射量制御方法を提供することを課題と
する。
【0008】さらに、本発明は、プランジャの実圧送速
度を一定とするように制御することによって、広い範囲
でパイロット噴射量を最適にすることができるような燃
料噴射装置のパイロット噴射量制御機構およびパイロッ
ト噴射量制御方法を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、パイ
ロット噴射量がプランジャの実圧送速度に比例するこ
と、この実圧送速度はカムの速度定数(カムリフトの角
度微分)と回転数との積に比例するから、低回転域にお
いてはカムの速度定数を大きくするとともに高回転域に
おいてはカムの速度定数を小さくすれば実圧送速度をほ
ぼ一定に維持することが可能であること、およびプリス
トロークの可変制御が可能な燃料噴射装置においては、
そのプリストロークを制御することによってカムの速度
定数を可変とすることができること、などに着目したも
ので、第一の発明は、エンジンにより回転駆動するカム
と、燃料圧室を有するプランジャバレルと、上記カムに
よる駆動によりこのプランジャバレル内を上下往復動し
て燃料溜まり室から燃料吸排孔を介して上記燃料圧室に
燃料を吸い込みこの燃料を圧送するプランジャと、この
プランジャに摺動自在に外嵌した制御スリーブと、を有
するとともに、メイン噴射に先立って行うパイロット噴
射用の圧送ストロークが固定式の燃料噴射装置のパイロ
ット噴射量制御機構であって、上記制御スリーブと上記
プランジャとの軸方向の相対位置を変えてプリストロー
クを調節するようにするとともに、上記カムの回転速度
が高くなるにしたがって、このプリストロークを調整す
ることにより、該カムの使用域を低圧送速度域へ変化さ
せることを特徴とする燃料噴射装置のパイロット噴射量
制御機構である。
【0010】上記プランジャの上記燃料吸排孔に連通す
る制御用傾斜溝をこのプランジャの外表面に形成すると
ともに、この制御用傾斜溝に軸方向において相対する位
置の上記制御スリーブにメイン噴射用カットオフポート
を形成し、かつ上記プランジャの上記燃料吸排孔および
上記制御用傾斜溝の少なくともいずれか一方に連通する
パイロットスピル用スリットを、該燃料吸排孔および該
制御用傾斜溝のいずれよりも下方の位置において上記プ
ランジャの外周面に所定長さにわたって環状に形成する
とともに、このパイロットスピル用スリットに軸方向に
おいて相対する位置の上記制御スリーブにパイロット噴
射用カットオフポートを上記メイン噴射用カットオフポ
ートとは別に形成することができる。
【0011】上記カムは、これをコンケーブカムとする
ことができる。
【0012】第二の発明は、エンジンにより回転駆動す
るカムと、燃料圧室を有するプランジャバレルと、上記
カムによる駆動によりこのプランジャバレル内を上下往
復動して燃料溜まり室から燃料吸排孔を介して上記燃料
圧室に燃料を吸い込みこの燃料を圧送するプランジャ
と、このプランジャに摺動自在に外嵌した制御スリーブ
と、を有するとともに、メイン噴射に先立って行うパイ
ロット噴射用の圧送ストロークが固定式の燃料噴射装置
のパイロット噴射量制御方法であって、上記制御スリー
ブと上記プランジャとの軸方向の相対位置を変えてプリ
ストロークを調節するようにするとともに、上記カムの
回転速度が高くなるにしたがって、このプリストローク
を調整することにより、該カムの使用域を低圧送速度域
へ変化させることを特徴とする燃料噴射装置のパイロッ
ト噴射量制御方法である。
【0013】上記プリストロークの調整にともなう燃料
噴射のタイミングを、タイマーにより補正制御可能とす
ることができる。
【0014】
【作用】本発明による燃料噴射装置のパイロット噴射量
制御機構およびパイロット噴射量制御方法においては、
エンジンないしカムの回転数が高くなるにしたがってカ
ムの使用域を低圧送速度域に変化させるようにしたの
で、つまり換言すれば回転数が低い場合にはカムの使用
域を高圧送速度域とするようにしたので、低回転数域で
あってもカムの速度定数が高いカムの部分を使用するこ
とができ、カムの速度定数と回転数との積に比例するプ
ランジャの実圧送速度を広い回転域において一定とする
ことにより、パイロット噴射量をその所定回転範囲内で
一定とすることができる。
【0015】また、こうしたパイロット噴射量の制御を
行うために、カムの使用域(速度定数)を選択可能とす
る機構として、燃料噴射装置のプリストローク可変機構
を採用することに着目したので、複雑でコストがかかる
電子式制御機構を必要とせず、簡便かつ廉価にパイロッ
ト噴射量の制御を行うことができる。
【0016】
【実施例】つぎに、本発明の第1の実施例による燃料噴
射装置のパイロット噴射量制御機構をそのパイロット噴
射量制御方法とともに図1ないし図6にもとづき説明す
る。図1は、プリストローク可変機構付きの燃料噴射ポ
ンプ(燃料噴射装置)1の縦断面図であって、そのポン
プハウジング2にはエンジンの気筒数に対応した数の縦
孔3を形成し、この縦孔3内で下部プランジャバレル4
をポンプハウジング2に挿入固定し、該下部プランジャ
バレル4にプランジャ5を回動かつ上下往復動自在に挿
入してある。
【0017】このプランジャ5の上端は、下部プランジ
ャバレル4を介してポンプハウジング2に固定した上部
プランジャバレル6にこれを挿入する。この上部プラン
ジャバレル6内にはデリバリバルブ7を設けて、このデ
リバリバルブ7とプランジャ5との間に燃料圧室8を構
成し、さらにデリバリバルブ7の上方には燃料出口9を
形成してある。
【0018】またプランジャ5の下端は、カムシャフト
10に設けたカム11に、タペット12を介してこれを
当接している。このカムシャフト10はエンジン(図示
せず)にこれを連結してあり、同エンジンによって回転
駆動され、スプリング13と協動してカム11の周縁に
沿ってプランジャ5を当接させ、これを図中上下方向に
往復動させるようになっている。
【0019】さらにこのプランジャ5には、ドライビン
グフェース14を形成し、このドライビングフェース1
4を噴射量調節用スリーブ15に係合させてある。ま
た、噴射量調節用スリーブ15には突起16を係合さ
せ、この突起16に係合した噴射量調節用ロッド17を
アクセルペダル(図示せず)の踏込み量に応じて紙面直
角方向に駆動することにより、この噴射量調節用スリー
ブ15がプランジャ5を回動させることができるように
なっている。すなわち、燃料噴射(後述するメイン噴
射)のための圧送の有効ストロークは、上記噴射量調節
用ロッド17によってプランジャ5を回動することによ
りこれを調節することができる。
【0020】さらに、プランジャ5の上方部には、制御
スリーブ18を摺動自在に外嵌してある。この制御スリ
ーブ18にはその図中左方に縦方向の案内溝19を、図
中右方には横方向の係合溝20をそれぞれ形成する。こ
の案内溝19には、下部プランジャバレル4に設けた案
内ピン21を係合し、係合溝20にはタイミングコント
ロールロッド22の係合ピンなどの係合部23を挿入し
てある。
【0021】このタイミングコントロールロッド22
は、ポンプハウジング2に形成した横孔24にこれを挿
入してあり、軸受け(図示せず)を介してポンプハウジ
ング2に回動自在にこれを支持する。また電子制御シス
テムの場合には、このタイミングコントロールロッド2
2をステップモータ等のアクチュエータ(図示せず)に
連結し、このアクチュエータによりこれを回動駆動する
ものである。
【0022】なお、プリストロークは、このようなタイ
ミングコントロールロッド22の回動によって制御スリ
ーブ18を上下に移動させることによりこれを調節する
ことができるものである。
【0023】すなわち、タイミングコントロールロッド
22を図中時計方向あるいは反時計方向に正逆回動させ
ると、このタイミングコントロールロッド22とともに
タイミングコントロールロッド22の係合部23が一体
に回動し、このタイミングコントロールロッド22の係
合部23の回動によって制御スリーブ18が上下動し、
プランジャ5と制御スリーブ18との上下方向の相対的
な位置が変化することとなる。
【0024】したがって、制御スリーブ18とプランジ
ャ5の下死点における燃料吸排孔26(後述)の位置と
の間の寸法として定義されるプランジャ5のプリストロ
ークを調節することができる。
【0025】つまり、プランジャ5の下死点から燃料吸
排孔26が閉じられるまでの寸法がプランジャ5のプリ
ストロークであり、燃料吸排孔26が閉じられるときが
燃料の噴射始めとなる。
【0026】具体的には、タイミングコントロールロッ
ド22を時計方向に回動して制御スリーブ18を上方に
移動させると、プリストロークは大きくなり、噴射開始
時期は遅くなって(遅角)、エンジン回転数の少ない低
速回転域に適合した高い噴射率(前記カムシャフト10
の単位回転角度に対する燃料噴射量の割合、つまり噴射
量の時間的変化割合)を得ることができる。
【0027】逆に、タイミングコントロールロッド22
を反時計方向に回動して制御スリーブ18を下方に移動
させると、プリストロークは小さくなり、噴射時期は早
くなって(進角)、高速回転域に適合したより低い噴射
率を得ることができる。
【0028】さらに、下部プランジャバレル4に摺動自
在に挿入したプランジャ5が前記カムシャフト10およ
びカム11を介してエンジンの回転駆動力を受けること
により、下部プランジャバレル4および上部プランジャ
バレル6内を往復動し、燃料溜まり室25内の燃料を燃
料圧室8内に吸入するとともに、さらにこの燃料圧室8
内の燃料を燃料出口9から噴射管(図示せず)を介して
圧送して噴射ノズル(図示せず)から噴射するようにな
っている。
【0029】すなわちこのプランジャ5は、上記燃料溜
まり室25に開口する燃料吸入ポートである直径方向の
燃料吸排孔26と、この燃料吸排孔26および燃料圧室
8を連通するようにその中心軸方向に形成した中心連通
孔27と、その外表面に形成した制御用傾斜溝28と、
この制御用傾斜溝28および燃料吸排孔26の開口部を
連通する連通用縦溝29とを有している。
【0030】さらに、このプランジャ5に摺動自在に外
嵌した前記制御スリーブ18には、その半径方向にメイ
ン噴射用カットオフポート30を貫通形成してある。こ
のメイン噴射用カットオフポート30は、プランジャ5
の上下方向の動きに応じて制御用傾斜溝28と連通可能
な上下位置関係にあるようにこれを配置するものとす
る。
【0031】なお燃料溜まり室25は、ポンプハウジン
グ2に形成した前記横孔24を介して燃料入口31に通
じている。
【0032】さらに、上述のプランジャ5の制御用傾斜
溝28および制御スリーブ18のメイン噴射用カットオ
フポート30に加えて、図2に要部を拡大して示すよう
に、パイロット噴射用として、プランジャ5にはパイロ
ットスピル用スリット32を形成するとともに、制御ス
リーブ18にはパイロット噴射用カットオフポート33
を形成してある。
【0033】図2に示すように、プランジャ5のパイロ
ットスピル用スリット32は、これを燃料吸排孔26、
中心連通孔27、制御用傾斜溝28および連通用縦溝2
9のいずれよりも下方位置に、かついずれかに連通可能
に形成してある。
【0034】パイロットスピル用スリット32は、プラ
ンジャ5の外周面に所定の長さ、たとえば全周、あるい
はプランジャ5の回動範囲内の所定長さにわたって、か
つプランジャ5の軸方向とは垂直の平面内(水平面内)
において、環状にこれを形成するものとする。
【0035】パイロット噴射用カットオフポート33
は、このパイロットスピル用スリット32にプランジャ
5の軸方向において相対する位置の制御スリーブ18に
これを形成するものである。
【0036】ただし、このパイロット噴射用カットオフ
ポート33は、大径部33Aと小径部33Bとからこれ
を形成するとともに、メイン噴射用カットオフポート3
0よりも制御スリーブ18の下端部側にこれを形成す
る。
【0037】パイロットスピル用スリット32の幅H1
は、加工時のカッターの歯幅のみで決定され、従来のよ
うに燃料吸排孔26との相対位置に影響されないため、
エンジンの各気筒間のプランジャ5によりバラツキが生
じることなく、高精度の加工を行うことができ、しかも
安価な加工が可能となる。
【0038】さらに、パイロットストローク中の燃料の
もれ量について述べると、パイロットスピル用スリット
32をプランジャ5の全周に巡らすなど、これを長くす
ることにより、パイロットスピル用スリット32部分の
容積に応じて当該もれ量は大きくなり、結果として、同
一パイロットストロークに対して得られるパイロット噴
射量が少なくなる。
【0039】逆に言えば、同一のパイロット噴射量を得
るために、大きなパイロットストロークを適用可能とな
り、かくしてパイロットストローク量を大きくすること
ができれば、その分だけ各気筒間でのバラツキを相対的
に少なくすることができる効果をもたらす。
【0040】以上のような構成の燃料噴射ポンプ1の作
用を概説する。まず、プランジャ5が下死点から上昇す
る当初にあっては、燃料吸排孔26が燃料溜まり室25
に開口し、この燃料溜まり室25と燃料圧室8とが燃料
吸排孔26および中心連通孔27を介して連通している
ので、燃料圧室8内の燃料の圧力は上昇せず、デリバリ
バルブ7は閉じたままとなる。
【0041】実際の燃料の送出については、図2がパイ
ロット噴射開始の状態を示す。すなわち、プランジャ5
の上昇にともない、パイロットスピル用スリット32の
下端が制御スリーブ18の下端部により閉鎖されること
により燃料圧室8内の燃料の圧力が上昇して噴射圧力が
デリバリバルブ開弁圧をこえるとデリバリバルブ7を開
いて燃料出口9から燃料を送出し(燃料の圧送)、パイ
ロット噴射が開始される。
【0042】ついで、プランジャ5のパイロットスピル
用スリット32と、制御スリーブ18のパイロット噴射
用カットオフポート33の小径部33Bとが連通するこ
とにより、燃料圧室8内の燃料が燃料溜まり室25内に
スピルすることによってパイロット噴射が終了する。
【0043】したがって、パイロット噴射用圧送ストロ
ークは、制御スリーブ18の下端部からパイロット噴射
用カットオフポート33の小径部33Bの下端までの距
離H2から、パイロットスピル用スリット32の幅H1
を差し引いた(H2−H1)と、固定されている。
【0044】さらにプランジャ5が上昇すると、パイロ
ットスピル用スリット32と、パイロット噴射用カット
オフポート33の小径部33Bとの連通が遮断されるこ
とにより燃料圧室8は再度閉鎖された状態となってメイ
ン噴射が開始する。
【0045】そして、制御用傾斜溝28がメイン噴射用
カットオフポート30と係合することによりメイン噴射
が終了する。つまり、さらにプランジャ5が上昇して、
燃料吸排孔26と連通した制御用傾斜溝28が制御スリ
ーブ18のメイン噴射用カットオフポート30に連通す
ると、メイン噴射用カットオフポート30、制御用傾斜
溝28、連通用縦溝29、燃料吸排孔26、および中心
連通孔27を介してメイン噴射用カットオフポート30
と燃料圧室8とが連通することにより、燃料圧室8内の
燃料が燃料溜まり室25に逃げ、燃料圧室8内の燃料の
圧力が下降し、デリバリバルブ7が閉じられ、噴射(燃
料の圧送)が終了するものである。
【0046】ついで、プランジャ5が下降するときに、
燃料溜まり室25から燃料圧室8内に燃料の負圧により
燃料吸排孔26を通して燃料が吸入されることとなる。
【0047】メイン噴射のための圧送有効ストローク
は、前記噴射量調節用ロッド17によってプランジャ5
を回動することにより、制御用傾斜溝28とメイン噴射
用カットオフポート30との軸方向における間隔を制御
してこれを調節することができる。
【0048】さらに、タイミングコントロールロッド2
2を回動させることにより制御スリーブ18を上下に移
動させプリストロークすなわち燃料噴射のタイミングを
制御することができる。
【0049】図3は、プランジャ5の実圧送速度に対す
るパイロット噴射量の関係を示すグラフであって、両者
がほぼ線形関係にあることがわかる。図中、N.O.
P.は燃料噴射ノズルの開弁圧、R2はプランジャ5の
実圧送速度とパイロット噴射量との寄与率(相関係数の
二乗)である。
【0050】またプランジャ5の実圧送速度は、カム1
1の速度定数と回転数との積に比例することから、パイ
ロット噴射量を回転数にかかわらず一定に維持するため
には、低回転域においてはカム11の速度定数を大きく
するとともに、高回転域においてはカム11の速度定数
を小さくすればよい。
【0051】さらに、カム11の速度定数を制御するこ
とはカム11の使用範囲を選択することと同等であり、
燃料噴射ポンプ1のプリストロークを可変とすることに
よりカム11の使用域もこれを変化させることができる
ので、結果的にプリストロークを制御することによっ
て、カム11の速度定数を制御し、さらにプランジャ5
の実圧送速度を制御して、パイロット噴射量を一定に保
持することが可能となる。
【0052】つぎに、プリストロークを変化させるプリ
ストローク可変機構についてその例を以下に述べる。図
4は、回転数に応じてプリストロークを機械的に可変と
するプリストローク可変機構40および従来からのメカ
ニカルガバナー41の概略斜視図であって、ポンプ本体
42側には、プランジャ5と、制御スリーブ18と、タ
イミングコントロールロッド22と、制御スリーブ18
の係合溝20に係合しているタイミングコントロールロ
ッド22の係合部23とを描いてある。
【0053】メカニカルガバナー41側では、ポンプ本
体42においてプランジャ5を往復動させるカムシャフ
ト10に、ガイドスリーブ43と、ガイドスリーブ43
に連結したフライウェイト44とを取り付けてある。
【0054】燃料噴射ポンプのプリストローク可変機構
40は、フライウェイト44と、フライウェイト44の
移動に応じて回動用固定軸45のまわりに回動するプリ
ストローク制御用レバーとしてのテンションレバー46
と、タイミングカム47と、タイミングコントロールロ
ッド22に連結したカウンターウェイト48と、カウン
ターウェイト48に一体に形成したカム面当接片49
と、を有する。
【0055】タイミングカム47は、テンションレバー
46の先端部の連結レバー50を介してテンションレバ
ー46にこれを連結してあるもので、回動用固定軸51
のまわりに回動可能であり、このタイミングカム47の
カム面47Aにはカム当接片49のカム面当接端部49
Aがカウンターウェイトスプリング52(リターンスプ
リング)の付勢力により所定の押圧力で当接している。
【0056】なお、テンションレバー46の他の先端部
にはメカニカルガバナー41のガバナー機構の一部であ
るトルクカム53を連結し、エンジンへの負荷の変動に
応じて燃料噴射量を自動調節する所定のガバナー機構を
構成しているが、この構成の説明はこれを省略する。
【0057】こうした構成の燃料噴射ポンプのプリスト
ローク可変機構40において、エンジンの回転数(ポン
プスピード)の上昇にともなってフライウェイト44が
遠心力によってリフトし、ガイドスリーブ43がカムシ
ャフト10の軸方向に沿って図4中右方に移動する。し
たがってテンションレバー46が回動用固定軸45を軸
として回動し、メカニカルガバナー41が所定のガバナ
ー機能を果たすとともに、連結レバー50を介してタイ
ミングカム47が回動用固定軸51のまわりに回動す
る。
【0058】このタイミングカム47の回動にともなっ
てそのタイミング制御用のカム面47Aとカム当接片4
9のカム面当接端部49Aとの当接位置が変化し、カム
当接片49ないしカウンターウェイト48がタイミング
コントロールロッド22の軸線を回動軸線として回動す
る。
【0059】したがって、タイミングコントロールロッ
ド22も所定角度だけ回動することとなり、制御スリー
ブ18を上下動させることにより制御スリーブ18とプ
ランジャ5との相対位置関係を変化させ、燃料噴射のタ
イミングすなわちプリストロークを変化させることがで
きる。
【0060】上述のように、プリストローク可変機構4
0によって制御されるポンプ本体42の燃料の圧送始め
は、制御スリーブ18とプランジャ5との軸方向の相対
位置を変えることによりこれを制御するものであるが、
こうした制御スリーブ18の位置を変えるために上記タ
イミングコントロールロッド22を操作するようにして
いる。
【0061】上述のようなプリストローク可変機構4
0、タイミングコントロールロッド22、制御スリーブ
18、およびカム11などにより、本発明の第1の実施
例による燃料噴射装置のパイロット噴射量制御機構54
を構成する。
【0062】図5は、カム角度に対するカムリフトおよ
びカムの速度定数の関係を示すグラフであって、カムの
速度定数はカムリフトLの角度微分dL/dθとして定
義される。既述のように低速回転域ではプリストローク
を高くしてカム11の速度定数を上昇させ、パイロット
噴射およびメイン噴射を行わせるとともに、高速回転域
では逆にプリストロークを低くしてカムリフトの先行部
分を利用し、カム11の速度定数をより低く制御する。
【0063】なお、カム11のプロフィールは、パイロ
ット噴射量が必要な領域において所望の速度定数を得る
ことができるようにこれを設定するものとする。
【0064】したがって、エンジンの回転数とカムの速
度定数ないし使用速度域との組み合わせを適宜選択する
ことによって、カム11の速度定数と回転数との積に比
例するプランジャの圧送速度をほぼ一定とすることが可
能となり、図3において説明したように、パイロット噴
射量がプランジャ5の実圧送速度にしたがって変化する
ので、回転数の高低にかかわりなく、パイロット噴射量
をほぼ一定に維持することができる。
【0065】すなわち、図6に示すようにプリストロー
クを回転数の上昇にともない低下させ(図中実線)、広
い回転数の領域においてパイロット噴射量(図中点線)
をほぼ一定とすることができる。なお、図中仮想線は、
従来のパイロット噴射量の変化を示す。
【0066】図7は、プリストロークを機械的に制御可
能な他のプリストローク可変機構を有する燃料噴射ポン
プ60の概略斜視図である。この燃料噴射ポンプ60
は、列型の前記ポンプ本体42と、プリストローク可変
機構61と、前記メカニカルガバナー41と、を有す
る。
【0067】図8は、メカニカルガバナー41と反対側
のカウンターウェイトケース62側からみた側面断面図
であって、タイミングコントロールロッド22のメカニ
カルガバナー41とは反対側の端部にU字レバー63
と、カウンターウェイト64と、当接レバー65とを取
り付けるとともに、当接レバー65に対向して進角調整
用付加デバイス66を設けてある。
【0068】進角調整用付加デバイス66は、デバイス
ハウジング67および制御シャフト68を有し、エンジ
ンの負荷状態ないしはアクセル開度その他の運転状態あ
るいは雰囲気温度などに応じて制御シャフト68がデバ
イスハウジング67から出没ないしは移動して当接レバ
ー65に当接することによってタイミングコントロール
ロッド22の回動を規制することによってプリストロー
クを調節制御可能としてある。
【0069】なお、圧縮スプリングにより構成したリタ
ーンスプリング52によりU字レバー63を介して、カ
ウンターウェイト64およびタイミングコントロールロ
ッド22を常時遅角方向に付勢している。
【0070】また、プリストローク可変機構61のメカ
ニカルガバナー41側においてはメカニカルガバナー4
1のフライウェイト44を共用してエンジンの回転数
(ポンプスピード)に応じてプリストロークを制御可能
としてある。
【0071】すなわち、前記テンションレバー46(図
4)に中間リンク69およびガイドレバー70を取り付
け、この中間リンク69に制御レバー71を取り付けて
ある。
【0072】タイミングコントロールロッド22が対向
するメカニカルガバナー41側の端部には、円筒カム7
2を設け、そのカム面72Aを制御レバー71の当接ピ
ン73に当接可能としてある。
【0073】なおまた、トルクカム53に関連して噴射
量コントロールラック74を設けてある。この噴射量コ
ントロールラック74はプランジャ5をその軸まわりに
回動することにより噴射量を制御するものである。
【0074】上記円筒カム72には、図9に示すような
マグネットカップリング75を内蔵し、円筒カム72の
回動に応じてタイミングコントロールロッド22を回動
可能とし、既述のようにプランジャ5に対して制御スリ
ーブ18を上下動させプリストロークを制御可能として
いる。
【0075】すなわち、図9は、メカニカルガバナー4
1とポンプ本体42との連結部分(変位伝達部分)の要
部拡大断面図であり、フライウェイト44からテンショ
ンレバー46その他を介してタイミングコントロールロ
ッド22に至る変位伝達軸76に、隔壁77を介してマ
グネットカップリング75を設けてある。
【0076】マグネットカップリング75は、変位伝達
軸76の先端内壁部の駆動側外極磁石78と、従動側内
極磁石79とを有し、変位伝達軸76の回動によってマ
グネットカップリング75を介してタイミングコントロ
ールロッド22に回動力を伝達可能となっている。
【0077】なお、円筒カム72のカム面72Aの形状
は、プリストロークの制御特性によって任意にこれを設
計可能であるが、図示の例ではたとえばタイミングコン
トロールロッド22側から直線的に延びる平面部分とこ
れに続く曲面部分との組み合わせからなっている。
【0078】こうした構成のプリストローク可変機構6
1において、図4のプリストローク可変機構40と同様
にエンジンの回転数の上昇にともない燃料噴射ポンプの
プリストローク可変機構40が移動することによってこ
れを駆動源としてテンションレバー46が回動し、中間
リンク69および制御レバー71が矢印のように回動す
る。
【0079】したがって、当接ピン73が円筒カム72
のカム面72Aを押して円筒カム72を図7中反時計方
向に回動させ、タイミングコントロールロッド22が係
合部23を介して制御スリーブ18を下方に移動させ、
プリストロークを減少させることにより、燃料噴射のタ
イミングを進角させることができる。
【0080】このような進角特性は、ポンプ本体3の回
転数に依存したもので、いわゆるスピードタイマーとし
ての機能によるものであるが、円筒カム72の部分がマ
グネットカップリング75を採用しており、機械的に結
合したいわゆる直動式ではないために、タイミングコン
トロールロッド22側に他の付加機構を作用させること
により、回転数に依存せずに独立にタイミングコントロ
ールロッド22を動かすことが可能である。
【0081】すなわち、進角調整用付加デバイス66の
制御シャフト68を伸ばすことにより、フライウェイト
44の移動がまだ不十分であって円筒カム72がまだ回
動しないときであっても、タイミングコントロールロッ
ド22を図7中反時計方向に回動させて制御スリーブ5
を下降させ、燃料噴射のタイミングを進角させることが
可能である。したがって、回転数の上昇によるフライウ
ェイト44の移動とは独立してプリストロークを制御す
ることができる。
【0082】上述のようなプリストローク可変機構6
1、メカニカルガバナー41、タイミングコントロール
ロッド22、制御スリーブ18、およびカム11などに
より、本発明の第2の実施例による燃料噴射装置のパイ
ロット噴射量制御機構80を構成する。
【0083】なお本発明において、カム11の速度定数
の上がり勾配をさらに立てる必要があるときには、図1
0に示すようなコンケーブカム90を採用することがで
きる。このコンケーブカム90は、カムシャフト10に
設けた凹面部分91を有している。
【0084】図11は、図5と同様の、このコンケーブ
カム90および一般のカム11の速度定数を示すグラフ
である。図11に示すように、コンケーブカム90を用
いれば、カム角度に対する速度定数の当初の勾配を一般
のカム11に比較して急勾配とすることができるので、
同じカム角度に対して、より大きな速度定数の部分を使
用することが可能となる。
【0085】また、プリストロークを可変制御するため
の制御スリーブ18のプランジャ5に対する上下方向の
移動可能範囲には物理的に制限があるため、プリストロ
ークの制御範囲自体に制限があるが、コンケーブカム9
0を用いれば、一般のカム11に対して制御可能範囲を
拡大することができる。
【0086】すなわち、回転数がより高い場合であって
も、プリストロークをより低くしてプランジャ5の実圧
送速度をほぼ一定に維持することができる。たとえば、
一般のカム11を用いた場合には適正なパイロット噴射
量が得られる回転範囲として600〜900rpmであ
るが、コンケーブカム90を用いれば、400〜100
0rpmとすることができる。
【0087】本発明においては、上述の第1および第2
の実施例におけるプリストローク可変機構54および8
0のようにプリストロークを機械的に制御することも可
能であるが、プリストロークを電子式に制御することも
できる。すなわち、図12は、プリストロークを電子式
に可変制御することが可能な燃料噴射装置100の概略
説明図で、この燃料噴射装置100は、前記ポンプ本体
42と、プリストローク可変アクチュエーター101
と、タイマー102と、電子制御手段103と、スピー
ドセンサー104と、ラックセンサー105あるいはア
クセルセンサー106と、を有し、ポンプ本体42から
圧送した燃料を燃料噴射ノズル107から噴射可能とし
てある。
【0088】プリストローク可変アクチュエーター10
1は、図1、図4あるいは図7に示したようなタイミン
グコントロールロッド22を回動駆動するステップモー
タなどからこれを構成してある。
【0089】電子制御手段103は、図13に示すプリ
ストロークマップ108を有し、スピードセンサー10
4、およびラックセンサー105あるいはアクセルセン
サー106などからの回転数および負荷の検出信号に応
じて、最適なプリストロークの目標値をプリストローク
アクチュエーター101に出力することにより、タイミ
ングコントロールロッド22を介して、ポンプ本体42
の前記制御スリーブ18を上下制御してプリストローク
を調整制御する。
【0090】なお、プリストロークマップ108には、
負荷による補正を入れてもよい。すなわち、負荷が大と
なった場合は残圧が低下するために、プリストロークを
高めにするような補正処理(図中仮想線)を行うことも
できる。
【0091】また、プリストローク可変アクチュエータ
ー101によるプリストロークの調整制御により実際に
は燃料の噴射タイミングが進角あるいは遅角するため、
それぞれの回転数において必要なタイミングをタイマー
102により補正するようにすることもできる。
【0092】上述のようなプリストローク可変アクチュ
エーター101、タイマー102、電子制御手段10
3、スピードセンサー104、ラックセンサー105あ
るいはアクセルセンサー106、タイミングコントロー
ルロッド22、制御スリーブ18およびカム11などに
より、本発明の第3の実施例による燃料噴射装置のパイ
ロット噴射量制御機構109を構成する。
【0093】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、パイロッ
ト噴射用の圧送ストロークが固定式の燃料噴射装置にお
いて、プリストローク可変機構を用いることにより、高
速回転域においてプリストロークを低くするとともに、
低速回転域においてプリストロークを高くすることによ
って、エンジンの回転数にかかわらず、パイロット噴射
量をほぼ一定とすることができる。
【0094】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による燃料噴射装置のパ
イロット噴射量制御機構54を説明するためのプリスト
ローク可変機構付き燃料噴射ポンプ1の縦断面図であ
る。
【図2】同、パイロット噴射開始の状態を示す要部拡大
縦断面図である。
【図3】同、プランジャ5の実圧送速度に対するパイロ
ット噴射量の関係を示すグラフである。
【図4】同、回転数に応じてプリストロークを機械的に
可変とするプリストローク可変機構40および従来から
のメカニカルガバナー41の概略斜視図である。
【図5】同、カム角度に対するカムリフトおよびカムの
速度定数の関係を示すグラフである。
【図6】同、回転数に対するプリストロークおよびパイ
ロット噴射量の制御特性を示すグラフである。
【図7】本発明の第2の実施例による燃料噴射装置のパ
イロット噴射量制御機構80を説明するための、プリス
トロークを機械的に制御可能な他のプリストローク可変
機構を示すもので、列型のポンプ本体42と、プリスト
ローク可変機構61と、メカニカルガバナー41とを有
する燃料噴射ポンプ60の概略斜視図である。
【図8】同、メカニカルガバナー41と反対側のカウン
ターウェイトケース62側からみた側面断面図である。
【図9】同、メカニカルガバナー41とポンプ本体42
との連結部分(変位伝達部分)の要部拡大断面図であ
る。
【図10】同、コンケーブカム90の説明図である。
【図11】同、図5と同様の、コンケーブカム90およ
び一般のカム11の速度定数を示すグラフである。
【図12】本発明の第3の実施例によるプリストローク
を電子式に可変制御することが可能な燃料噴射装置10
0の概略説明図である。
【図13】同、プリストロークマップ108の説明図で
ある。
【符号の説明】
1 燃料噴射ポンプ(燃料噴射装置) 2 ポンプハウジング 3 縦孔 4 下部プランジャバレル 5 プランジャ 6 上部プランジャバレル 7 デリバリバルブ 8 燃料圧室 9 燃料出口 10 カムシャフト 11 カム 12 タペット 13 スプリング 14 ドライビングフェース 15 噴射量調節用スリーブ 16 突起 17 噴射量調節用ロッド 18 制御スリーブ 19 案内溝 20 係合溝 21 案内ピン 22 タイミングコントロールロッド 23 タイミングコントロールロッド22の係合部 24 横孔 25 燃料溜まり室 26 燃料吸排孔 27 中心連通孔 28 制御用傾斜溝 29 連通用縦溝 30 メイン噴射用カットオフポート 31 燃料入口 32 パイロットスピル用スリット 33 パイロット噴射用カットオフポート 33A パイロット噴射用カットオフポート33の大径
部 33B パイロット噴射用カットオフポート33の小径
部 40 燃料噴射ポンプ1のプリストローク可変機構 41 メカニカルガバナー 42 ポンプ本体 43 ガイドスリーブ 44 フライウェイト 45 回動用固定軸 46 テンションレバー(プリストローク制御用レバ
ー) 47 タイミングカム 47A タイミングカム47のカム面 48 カウンターウェイト 49 カム当接片 49A カム当接片49のカム面当接端部 50 連結レバー 51 回動用固定軸 52 カウンターウェイトスプリング(タイミングコン
トロールロッド6のリターンスプリング) 53 トルクカム 54 燃料噴射装置1のパイロット噴射量制御機構(第
1の実施例) 60 燃料噴射ポンプ(燃料噴射装置) 61 燃料噴射ポンプ60のプリストローク可変機構 62 カウンターウェイトケース 63 U字レバー 64 カウンターウェイト 65 当接レバー 66 進角調整用付加デバイス 67 デバイスハウジング 68 制御シャフト 69 中間リンク 70 ガイドレバー 71 制御レバー 72 円筒カム 72A 円筒カム72のカム面 73 当接ピン 74 噴射量コントロールラック 75 マグネットカップリング 76 変位伝達軸 77 隔壁 78 マグネットカップリング75の駆動側外極磁石 79 マグネットカップリング75の従動側内極磁石 80 燃料噴射装置60のパイロット噴射量制御機構
(第2の実施例) 90 コンケーブカム 91 コンケーブカム90の凹面部分 100 燃料噴射装置 101 プリストロークアクチュエーター 102 タイマー 103 電子制御手段 104 スピードセンサー 105 ラックセンサー 106 アクセルセンサー 107 燃料噴射ノズル 108 プリストロークマップ 109 燃料噴射装置100のパイロット噴射量制御機
構(第3の実施例) H1 パイロットスピル用スリット32の幅 H2 制御スリーブ18の下端部からパイロット噴射用
カットオフポート33の小径部33Bの下端までの距離

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンにより回転駆動するカムと、 燃料圧室を有するプランジャバレルと、 前記カムによる駆動によりこのプランジャバレル内を上
    下往復動して燃料溜まり室から燃料吸排孔を介して前記
    燃料圧室に燃料を吸い込みこの燃料を圧送するプランジ
    ャと、 このプランジャに摺動自在に外嵌した制御スリーブと、
    を有するとともに、 メイン噴射に先立って行うパイロット噴射用の圧送スト
    ロークが固定式の燃料噴射装置のパイロット噴射量制御
    機構であって、 前記制御スリーブと前記プランジャとの軸方向の相対位
    置を変えてプリストロークを調節するようにするととも
    に、 前記カムの回転速度が高くなるにしたがって、このプリ
    ストロークを調整することにより、該カムの使用域を低
    圧送速度域へ変化させることを特徴とする燃料噴射装置
    のパイロット噴射量制御機構。
  2. 【請求項2】 前記プランジャの前記燃料吸排孔に連
    通する制御用傾斜溝をこのプランジャの外表面に形成す
    るとともに、この制御用傾斜溝に軸方向において相対す
    る位置の前記制御スリーブにメイン噴射用カットオフポ
    ートを形成し、かつ前記プランジャの前記燃料吸排孔お
    よび前記制御用傾斜溝の少なくともいずれか一方に連通
    するパイロットスピル用スリットを、該燃料吸排孔およ
    び該制御用傾斜溝のいずれよりも下方の位置において前
    記プランジャの外周面に所定長さにわたって環状に形成
    するとともに、このパイロットスピル用スリットに軸方
    向において相対する位置の前記制御スリーブにパイロッ
    ト噴射用カットオフポートを前記メイン噴射用カットオ
    フポートとは別に形成したことを特徴とする請求項1記
    載の燃料噴射装置のパイロット噴射量制御機構。
  3. 【請求項3】 前記カムは、これをコンケーブカムと
    したことを特徴とする請求項1記載の燃料噴射装置のパ
    イロット噴射量制御機構。
  4. 【請求項4】 エンジンにより回転駆動するカムと、 燃料圧室を有するプランジャバレルと、 前記カムによる駆動によりこのプランジャバレル内を上
    下往復動して燃料溜まり室から燃料吸排孔を介して前記
    燃料圧室に燃料を吸い込みこの燃料を圧送するプランジ
    ャと、 このプランジャに摺動自在に外嵌した制御スリーブと、
    を有するとともに、 メイン噴射に先立って行うパイロット噴射用の圧送スト
    ロークが固定式の燃料噴射装置のパイロット噴射量制御
    方法であって、 前記制御スリーブと前記プランジャとの軸方向の相対位
    置を変えてプリストロークを調節するようにするととも
    に、 前記カムの回転速度が高くなるにしたがって、このプリ
    ストロークを調整することにより、該カムの使用域を低
    圧送速度域へ変化させることを特徴とする燃料噴射装置
    のパイロット噴射量制御方法。
  5. 【請求項5】 前記プリストロークの調整にともなう
    燃料噴射のタイミングを、タイマーにより補正制御可能
    としたことを特徴とする請求項4記載の燃料噴射装置の
    パイロット噴射量制御方法。
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