(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃焼室(３)に直接に行われるように構成した、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始されるように構成して、気化した予備噴射燃料が、吸気によって拡散され、予備混合気となって燃焼室(３)に行き渡るようにし、
低負荷領域では予備噴射(１)がなされないようにし、
始動領域でも予備噴射(１)がなされないもの。
【請求項２】
予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃焼室(３)に直接に行われるように構成した、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始されるように構成して、気化した予備噴射燃料が、吸気によって拡散され、予備混合気となって燃焼室(３)に行き渡るようにし、
低負荷領域では予備噴射(１)がなされないようにし、
中高負荷領域では負荷が小さくなるにつれて、予備噴射量が次第に０に近づくもの。
【請求項３】
予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃焼室(３)に直接に行われるように構成した、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始されるように構成して、気化した予備噴射燃料が、吸気によって拡散され、予備混合気となって燃焼室(３)に行き渡るようにし、
低負荷領域では予備噴射(１)がなされないようにし、
中高負荷領域では負荷が小さくなるにつれて、予備噴射量が次第に０に近づくようにし、
始動領域では予備噴射(１)がなされないもの。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載したディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
１の燃焼室(３)への予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃料噴射ポンプ(８)に接続された１の燃料噴射管(２０)と、この燃料噴射管(２０)に接続された１の燃料噴射ノズル(１９)とを介して行われるようにしたもの。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載したディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
１の燃料噴射カム(９)に１の予備噴射用突起(１０)と１の主噴射用突起(１１)とが設けられ、予備噴射用突起(１０)と主噴射用突起(１１)とが、燃料噴射カム(９)の回転中心(９ａ)を間に挟んで、相互反対側に配置されているもの。
【請求項６】
予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃焼室(３)に直接に行われるように構成した、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始されるように構成して、気化した予備噴射燃料が、吸気によって拡散され、予備混合気となって燃焼室(３)に行き渡るようにし、
低負荷領域では予備噴射(１)がなされないようにし、
１の燃料噴射カム(９)に１の予備噴射用突起(１０)と１の主噴射用突起(１１)とが設けられ、予備噴射用突起(１０)と主噴射用突起(１１)とが、燃料噴射カム(９)の回転中心(９ａ)を間に挟んで、相互反対側に配置され、
逃げ孔式の燃料噴射ポンプ(８)が用いられ、プランジャ(１２)の周面のリフト側端縁(１３)のうちの中高負荷部分(１３ａ)が低負荷部分(１３ｂ)の端部からプランジャ(１２)のリフト方向に上り傾斜し、負荷が増加するにつれてプランジャ(１２)の予備噴射有効ストローク(２９)が増加するとともに、負荷が減少するにつれてプランジャ(１２)の予備噴射有効ストローク(２９)が減少するように構成したもの。
【請求項７】
予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃焼室(３)に直接に行われるように構成した、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始されるように構成して、気化した予備噴射燃料が、吸気によって拡散され、予備混合気となって燃焼室(３)に行き渡るようにし、
低負荷領域では予備噴射(１)がなされないようにし、
１の燃料噴射カム(９)に１の予備噴射用突起(１０)と１の主噴射用突起(１１)とが設けられ、予備噴射用突起(１０)と主噴射用突起(１１)とが、燃料噴射カム(９)の回転中心(９ａ)を間に挟んで、相互反対側に配置され、
逃げ孔式の燃料噴射ポンプ(８)が用いられ、予備噴射(１)と主噴射(２)の終了がいずれも、プランジャ室(３７)内の燃料を逃げ孔(２３)から燃料溜め室(２２)に逃がすことによって行われるもの。
【請求項８】
請求項７に記載したディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
逃げ孔(２３)として、主ポート(２３ａ)とサブポート(２３ｂ)とが用いられ、サブポート(２３ｂ)は主ポート(２３ａ)よりも小孔とされ、プランジャ(１２)の周面で主ポート(２３ａ)が閉じられてからプランジャ(１２)の斜め溝(１４)で主ポート(２３ａ)が開かれるまでのストローク(４６)間に、プランジャ室(３７)内の燃料がサブポート(２３ｂ)から燃料溜め室(２２)に逃がされるようにし、予備噴射用突起(１０)によるプランジャ(１２)のリフト速度が主噴射用突起(１１)によるプランジャ(１２)のリフト速度よりも遅く設定されることにより、同一負荷で比較して、予備噴射(１)の際のサブポート(２３ｂ)からの燃料の逃げ量が、主噴射(２)の際のサブポート(２３ｂ)からの燃料の逃げ量よりも多くなるもの。
【請求項９】
予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃焼室(３)に直接に行われるように構成した、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始されるように構成して、気化した予備噴射燃料が、吸気によって拡散され、予備混合気となって燃焼室(３)に行き渡るようにし、
低負荷領域では予備噴射(１)がなされないようにし、
１の燃料噴射カム(９)に１の予備噴射用突起(１０)と１の主噴射用突起(１１)とが設けられ、予備噴射用突起(１０)と主噴射用突起(１１)とが、燃料噴射カム(９)の回転中心(９ａ)を間に挟んで、相互反対側に配置され、
燃料噴射ポンプ(８)のプランジャ(１２)が予備噴射用突起(１０)によってリフトされる最大リフト寸法が、主噴射用突起(１１)によってリフトされる最大リフト寸法と実質的に同一とされているもの。
【請求項１０】
請求項９に記載したディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
予備噴射用突起(１０)と主噴射用突起(１１)とが異なる形状とされ、予備噴射用突起(１０)によるプランジャ(１２)のリフト速度が主噴射用突起(１１)によるプランジャ(１２)のリフト速度よりも遅く設定されているもの。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載したディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
排気行程(４１)の上死点(４１ａ)前に予備噴射(１)が開始されるように構成したもの。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれかに記載したディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
排気行程(４１)の上死点(４１ａ)後に予備噴射(１)が開始されるように構成したもの。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載したディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が終了するように構成したもの。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれかに記載したディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)後に予備噴射(１)が終了するように構成したもの。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載したディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
同一負荷で比較して、予備噴射量が主噴射量よりも少なくなるもの。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、予備噴射と主噴射とが燃焼室に直接に行われるものがある。主噴射前に予備噴射を行い、燃焼を改善するためである。
この種の燃料噴射装置として、特開平１０−１８９４０号公報に開示されたものがある。これは、排気弁の閉弁後、吸気行程の初期に予備噴射を開始して、燃焼室内に希薄混合気を形成し、これに主噴射を行うものである。この装置によれば、予備噴射による希薄混合気により、主噴射燃料の着火遅れが短縮され、ＮＯX低減、黒煙の排出量減少を図ることができるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、排気弁の閉弁後、吸気行程の初期に予備噴射が開始されるため、次の問題がある。
この期間には、吸気が急速に導入され、燃焼室内ガスの温度が急速に低下する。この低温の燃焼室内ガスに予備噴射が行われると、予備噴射燃料は速やかに気化せず、液体のまま燃焼室の内面に付着する。この液体の予備噴射燃料は、圧縮行程で発生する圧縮熱で気化を始めるが、圧縮熱のみでは予備噴射燃料の気化が完了せず、予備噴射燃料が予備混合気となって燃焼室全体に行き渡る前に主噴射が行われる。このため、目指す効果が得られるどころか、未燃燃料や未燃ガスの排出量が増大し、その分燃費も悪化する。
【０００４】
本発明の課題は、上記問題を解決することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
(請求項１の発明)
請求項１の発明の構成は次の通りである（図４〜図６参照）。
予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃焼室(３)に直接に行われるように構成した、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始されるように構成して、気化した予備噴射燃料が、吸気によって拡散され、予備混合気となって燃焼室(３)に行き渡るようにし、
低負荷領域では予備噴射(１)がなされないようにし、
始動領域でも予備噴射(１)がなされないもの。
(請求項２の発明)
請求項２の発明の構成は、次の通りである(図１〜図６参照)。
予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃焼室(３)に直接に行われるように構成した、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始されるように構成して、気化した予備噴射燃料が、吸気によって拡散され、予備混合気となって燃焼室(３)に行き渡るようにし、
低負荷領域では予備噴射(１)がなされないようにし、
中高負荷領域では負荷が小さくなるにつれて、予備噴射量が次第に０に近づくもの。
(請求項３の発明)
請求項３の発明の構成は、次の通りである(図４〜図６参照)。
予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃焼室(３)に直接に行われるように構成した、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始されるように構成して、気化した予備噴射燃料が、吸気によって拡散され、予備混合気となって燃焼室(３)に行き渡るようにし、
低負荷領域では予備噴射(１)がなされないようにし、
中高負荷領域では負荷が小さくなるにつれて、予備噴射量が次第に０に近づくようにし、
始動領域では予備噴射(１)がなされないもの。
(請求項６の発明)
請求項６の発明の構成は、次の通りである(図２(Ｃ)(Ｄ)参照)。
予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃焼室(３)に直接に行われるように構成した、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始されるように構成して、気化した予備噴射燃料が、吸気によって拡散され、予備混合気となって燃焼室(３)に行き渡るようにし、
低負荷領域では予備噴射(１)がなされないようにし、
１の燃料噴射カム(９)に１の予備噴射用突起(１０)と１の主噴射用突起(１１)とが設けられ、予備噴射用突起(１０)と主噴射用突起(１１)とが、燃料噴射カム(９)の回転中心(９ａ)を間に挟んで、相互反対側に配置され、
逃げ孔式の燃料噴射ポンプ(８)が用いられ、プランジャ(１２)の周面のリフト側端縁(１３)のうちの中高負荷部分(１３ａ)が低負荷部分(１３ｂ)の端部からプランジャ(１２)のリフト方向に上り傾斜し、負荷が増加するにつれてプランジャ(１２)の予備噴射有効ストローク(２９)が増加するとともに、負荷が減少するにつれてプランジャ(１２)の予備噴射有効ストローク(２９)が減少するように構成したもの。
(請求項７の発明)
請求項７の発明の構成は、次の通りである(図４〜図６参照)。
予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃焼室(３)に直接に行われるように構成した、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始されるように構成して、気化した予備噴射燃料が、吸気によって拡散され、予備混合気となって燃焼室(３)に行き渡るようにし、
低負荷領域では予備噴射(１)がなされないようにし、
１の燃料噴射カム(９)に１の予備噴射用突起(１０)と１の主噴射用突起(１１)とが設けられ、予備噴射用突起(１０)と主噴射用突起(１１)とが、燃料噴射カム(９)の回転中心(９ａ)を間に挟んで、相互反対側に配置され、
逃げ孔式の燃料噴射ポンプ(８)が用いられ、予備噴射(１)と主噴射(２)の終了がいずれも、プランジャ室(３７)内の燃料を逃げ孔(２３)から燃料溜め室(２２)に逃がすことによって行われるもの。
(請求項９の発明)
請求項９の発明の構成は、次の通りである(図４〜図６参照)。
予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃焼室(３)に直接に行われるように構成した、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始されるように構成して、気化した予備噴射燃料が、吸気によって拡散され、予備混合気となって燃焼室(３)に行き渡るようにし、
低負荷領域では予備噴射(１)がなされないようにし、
１の燃料噴射カム(９)に１の予備噴射用突起(１０)と１の主噴射用突起(１１)とが設けられ、予備噴射用突起(１０)と主噴射用突起(１１)とが、燃料噴射カム(９)の回転中心(９ａ)を間に挟んで、相互反対側に配置され、
燃料噴射ポンプ(８)のプランジャ(１２)が予備噴射用突起(１０)によってリフトされる最大リフト寸法が、主噴射用突起(１１)によってリフトされる最大リフト寸法と実質的に同一とされているもの。
【０００６】
【発明の作用及び効果】
（請求項１の発明）
請求項１の発明は、次の作用効果１〜３を奏する（図４〜図６参照）。
《作用効果１》
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始されるようになっているため、次の利点がある。バルブオーバーラップ期間(４０)内は、燃焼室(３)への吸気の導入が全くないか、あっても僅かであり、燃焼室(３)内ガスの温度が高い。この高温の燃焼室(３)内ガスに予備噴射(１)が行われると、予備噴射燃料は速やかに気化する。気化した予備噴射燃料は、バルブオーバーラップ期間(４０)後に急速に燃焼室(３)に導入される吸気によって拡散され、予備混合気となって燃焼室(３)全体に行き渡る。そして、圧縮行程中に低温酸化反応（燃焼前反応）を起こし、燃焼室(３)内に極めて着火しやすい雰囲気を作る。ここに主噴射(２)が行われると、主噴射燃料の着火が助けられ、着火遅れが短くなる。また、着火後の燃焼も促進される。更に、燃料と空気の混合もよくなるので、吸入空気の利用度が上がる。これらの理由で、未燃焼燃料や未燃焼ガスの排出量が低減され、その分燃費も安くなる。また、熱効率と同時に出力も向上し、排煙もきれいになる。同時に振動や騒音も下がり、滑らかな運転が得られる。
《作用効果２》
低負荷領域で予備噴射(１)がなされないため、次の利点がある。低負荷領域では燃料の総噴射量を少なくする必要があり、この領域で予備噴射(１)が行われると、少量の噴射燃料を予備噴射(１)と主噴射(２)とで分け合うことになり、予備噴射(１)による混合気が希薄になり過ぎるうえ、主噴射(２)による燃焼熱も低くなり過ぎ、火炎伝播が遅れ、予備噴射(１)による混合気が未燃焼のまま排出される不具合がある。これに対し、低負荷領域で予備噴射(１)がなされない場合には、このような不具合を抑制できる。
《作用効果３》
始動領域では予備噴射(１)がなされないため、次の利点がある。始動領域で予備噴射(１)がなされると、予備噴射燃料の気化によって燃焼室(３)が冷却され、始動が円滑に行われなくなる不具合がある。始動領域で予備噴射(１)がなされない場合には、このような不具合を回避できる。
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
（請求項２の発明）
請求項２の発明は、請求項１の発明の作用効果１・２に加え、次の作用効果４を奏する（図１〜図６参照）。
《作用効果４》
低負荷領域では予備噴射(１)がなされず、中高負荷領域では負荷が小さくなるにつれて、予備噴射量が次第に０に近づくため、次の利点がある。低負荷領域と中高負荷領域の境界付近では、予備噴射量の急激な変化がなく、エンジン回転速度のハンチングが起こりにくい。
(請求項３の発明)
請求項３の発明は、請求項１の発明の作用効果１〜３と、請求項２の発明の作用効果４を奏する。
【００１４】
（請求項４の発明）
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかの発明の作用効果に加え、次の作用効果５を奏する（図１(Ａ)、図３(Ａ)、図４(Ａ)参照）。
《作用効果５》
１の燃焼室(３)への予備噴射(１)と主噴射(２)とが燃料噴射ポンプ(８)に接続された１の燃料噴射管(２０)と、この燃料噴射管(２０)に接続された１の燃料噴射ノズル(１９)とを介して、燃焼室(３)に直接に行われるため、次の利点がある。予備噴射(１)と主噴射(２)とが単一の噴射経路を介して行われるため、燃料噴射装置の構造が簡素化され、その製造コストが安くなるとともに、その故障が起こりにくい。
【００１５】
（請求項５の発明）
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかの作用効果に加え、次の作用効果６を奏する（図１(Ａ)、図３(Ａ)、図４(Ａ)参照）。
《作用効果６》
１の燃料噴射カム(９)に１の予備噴射用突起(１０)と１の主噴射用突起(１１)とが設けられるため、既存の燃料噴射カムに予備噴射用突起(１０)を追加して製作することができ、その製作を容易に行うことができる。また、予備噴射突起(１０)と主噴射突起(１１)とが、燃料噴射カム(９)の回転中心を間に挟んで、相互反対側に配置されているため、これらを十分に離して配置することができ、燃料噴射カム(９)のカムプロフィールの設計や製作を容易に行うことができる。
【００１６】
（請求項６の発明）
請求項６の発明は、請求項１の発明の作用効果１・２と請求項５の発明の作用効果６に加え、次の作用効果７・８を奏する（図２(Ｃ)(Ｄ)参照）。
《作用効果７》
逃げ孔式の燃料噴射ポンプ(８)が用いられ、負荷が増加するにつれてプランジャ(１２)の予備噴射有効ストローク(２９)が増加するため、次の利点がある。
逃げ孔式の燃料噴射ポンプ(８)は、プランジャ(１２)のプレストローク中、プランジャ室(３７)の燃料が逃げ孔(２３)から逃げるようになっている。その逃げ量は、エンジン回転速度が低下するにつれて増加し、プレストローク終了時のプランジャ室(３７)の燃料油圧は低くなる。この油圧低下が補われない場合には、図２(Ｅ)の線分(３０)で示すように、エンジンの回転速度が中速回転(２６)に低下した段階で、予備噴射(１)が中止されてしまう。しかし、本発明では、負荷の増加によってエンジン回転速度が低下すると、プランジャ(１２)の予備噴射有効ストローク(２９)が増加し、上記燃料油圧の低下が補われるので、図２(Ｅ)の線分(３１)に示すように、低速回転(２７)まで予備噴射(１)が維持される。このため、黒煙の発生を抑制しながら出力を向上させる機能が、より低回転領域まで維持される。
【００１７】
《作用効果８》
また、図２(Ｃ)(Ｄ)に示すように、負荷が減少するにつれてプランジャ(１２)の予備噴射ストローク(２９)が減少するため、次の利点がある。図２(Ｅ)の線分(３１)で示すように、エンジン回転速度が高い場合には、エンジン負荷が中負荷(３３)に低下した段階で早期に予備噴射(１)が停止される。この機能がないと、図２(Ｅ)の線分で示すように、低負荷(３２)まで予備噴射(１)が継続される。本発明では、これに比べ、燃費が安くなり、ＨＣの排出量が少なくなる。
【００１８】
（請求項７の発明）
請求項７の発明は、請求項１の発明の作用効果１・２と請求項５の作用効果６に加え、次の作用効果９〜１１を奏する（図４〜図６参照）。
《作用効果９》
予備噴射(１)と主噴射(２)の終了がいずれも、プランジャ室(３７)内の燃料を逃げ孔(２３)から燃料溜め室(２２)に逃がすことによって行われるため、次の利点がある。予備噴射(１)と主噴射(２)の終了条件が一致し、予備噴射終了時に燃料噴射管(２０)の残圧が低下する不備を防止することができる。このため、これに起因する噴射の欠落や、噴射タイミングの狂いを防止でき、円滑な運転を行うことができる。
【００１９】
《作用効果１０》
１サイクル中の必要噴射量が予備噴射(１)と主噴射(２)とに分割されるため、１噴射当たりの燃料噴射ポンプ(８)の燃料吐出量が少なくて済み、これが小型小能力の安価なもので済む。
【００２０】
《作用効果１１》
予備噴射(１)と主噴射(２)の終了時には、プランジャ室(３７)の燃料油圧が速やかに低下し、吸い戻し弁(４５)が速やかに閉弁するため、燃料噴射後の燃料噴射ノズル(１９)からの燃料の後だれを防止できる。
【００２１】
（請求項８の発明）
請求項８の発明は、請求項７の発明の作用効果に加え、次の作用効果１２を奏する（図５または図６参照）。
《作用効果１２》
逃げ孔(２３)として、主ポート(２３ａ)とサブポート(２３ｂ)とが用いられ、同一負荷で比較して、予備噴射(１)の際のサブポート(２３ｂ)からの燃料の逃げ量が、主噴射(２)の際のそれよりも多くなるので、簡単な構造によって、予備噴射量を主噴射量よりも少なくできる。
【００２２】
【００２３】
（請求項９の発明）
請求項 ９の発明は、請求項１の発明の作用効果１・２と請求項５の発明の作用効果６に加え、次の作用効果１３・１４を奏する（図４〜図６参照）。
《作用効果１３》
燃料噴射ポンプ(８)のプランジャ(１２)が予備噴射用突起(１０)によってリフトされる最大リフト寸法が、主噴射用突起(１１)による最大リフト寸法と実質的に同一とされるので、次の利点がある。
予備噴射(１)と主噴射(２)の終了条件が実質的に同一とされ、或いは極めて近くなる。このため、予備噴射と主噴射の終了時に行われる吸い戻し弁による燃料の吸い戻し条件が実質的に同一とされ、或いは極めて近くなり、予備噴射終了時に燃料噴射管の残圧が低下する不備を防止できる。このため、これに起因する噴射の欠落や、噴射タイミングの狂いを防止でき、円滑な運転を行うことができる。
【００２４】
《作用効果１４》
１サイクル中の必要噴射量が予備噴射(１)と主噴射(２)とに分割されるため、１噴射当たりの燃料噴射ポンプ(８)の燃料吐出量が少なくて済み、これが小型小能力の安価なもので済む。
【００２５】
【００２６】
【００２７】
（請求項１０の発明）
請求項１０の発明は、請求項９の発明の作用効果に加え、次の作用効果１５を奏する（図４参照）。
《作用効果１５》
予備噴射用突起(１０)によるプランジャ(１２)のリフト速度が主噴射用突起(１１)によるプランジャ(１２)のリフト速度よりも遅く設定されているので、予備噴射量が主噴射量よりも少なくなり、過早着火やノッキングの抑制がより効果的に行われる。
（請求項１１の発明）
請求項１１の発明は、請求項１から１０のいずれかの発明の作用効果に加え、次の作用効果１６を奏する（図１(Ｂ)、図３(Ｂ)、図４(Ｂ)参照）。
《作用効果１６》
排気行程(４１)の上死点(４１ａ)前に予備噴射(１)が開始されるようになっているため、次の利点がある。その上死点(４１ａ)前は、燃焼室(３)への吸気の導入が全くなく、燃焼室(３)内ガスの温度が特に高く、予備噴射燃料がより速やかに気化する。
（請求項１２の発明）
請求項１２の発明は、請求項１から１０のいずれかの発明の作用効果に加え、次の作用効果１７を奏する（図１(Ｃ)(Ｄ)、図３(Ｃ)(Ｄ)、図４(Ｃ)(Ｄ)参照）。
《作用効果１７》
排気行程(４１)の上死点(４１ａ)後に予備噴射(１)が開始されるようになっているため、次の利点がある。その上死点(４１ａ)後は、排気弁が次第に全閉に近づくので、燃焼室(３)に噴射された予備噴射燃料が未燃焼のまま排気ポートに吹き抜けるのを抑制できる。このため、未燃焼燃料の排出量の低減効果が特に高められる。
（請求項１３の発明）
請求項１３の発明は、請求項１から１２のいずれかの発明の作用効果に加え、次の作用効果１８を奏する（図１(Ｂ)(Ｃ)、図３(Ｂ)(Ｃ)、図４(Ｂ)(Ｃ)参照）。
《作用効果１８》
バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が終了するようになっているため、次の利点がある。バルブオーバーラップ期間(４０)内は、燃焼室(３)への吸気の導入が全くないか、あっても僅かであり、燃焼室(３)内ガスの温度がより高く、予備噴射燃料がより速やかに気化する。
（請求項１４の発明）
請求項１４の発明は、請求項１から１２のいずれかの発明の作用効果に加え、次の作用効果１９を奏する（図１(Ｄ)、図３(Ｄ)、図４(Ｄ)参照）。
《作用効果１９》
バルブオーバーラップ期間(４０)後に予備噴射(１)が終了するようになっているため、次の利点がある。バルブオーバーラップ期間(４０)後は燃焼室(３)に吸気が急速に導入され、燃焼室(３)内ガスの温度が低下する。この低温の燃焼室(３)内ガスに噴射された噴射終了期の予備噴射燃料は、その気化が抑制されるので、吸気の充填効率が高くなる。このため、不完全燃焼が起こりにくく、黒煙抑制の効果が特に高められる。なお、気化を抑制された噴射終了期の予備噴射燃料は、圧縮行程で発生する圧縮熱で気化され、燃焼に供される。
（請求項１５の発明）
請求項１５の発明は、請求項１から１４のいずれかの発明の作用効果に加え、次の作用効果２０を奏する（図１、図３、図４参照）。
《作用効果２０》
同一負荷で比較して、予備噴射量が主噴射量よりも少なくなるので、過早着火が起こりにくく、適性な出力が得られる。また、予備噴射燃料の自発火燃焼によるノッキングを抑制できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は本発明の第１実施形態を説明する図である。この実施形態では、直接噴射式の多気筒エンジンが用いられている。
【００２９】
このエンジンの構成は、次の通りである。
図１（Ａ）に示すように、シリンダ(１６)にピストン(４)が内嵌され、ピストン(４)の頂面(５)にキャビティ(６)が設けられ、このキャビティ(６)内が燃焼室(３)とされている。シリンダ(１６)にシリンダヘッド(１７)が組み付けられ、このシリンダヘッド(１７)に燃料噴射ノズル(１９)が取り付けられている。図中の符号(１８)は吸気弁である。
【００３０】
このエンジンの燃料噴射装置の構成は、次の通りである。
図１（Ａ）に示すように、燃料噴射ポンプ(８)に燃料噴射管(２０)が接続され、この燃料噴射管(２０)の先端に燃料噴射ノズル(１９)が接続され、予備噴射(１)と主噴射(２)とが行われるように構成されている。予備噴射(１)と主噴射(２)とは、燃焼室(３)に直接に行われ、１の燃焼室(３)への予備噴射(１)と主噴射(２)とが、燃料噴射ポンプ(８)に接続された１の燃料噴射管(２０)と、この燃料噴射管(２０)に接続された１の燃料噴射ノズル(１９)とを介して行われるように構成されている。予備噴射(１)と主噴射(２)は、キャビティ(６)内に向けて行われる。このため、シリンダ(１６)の内周面の潤滑油の洗い流しが抑制され、ピストン(４)の焼き付きが抑制される。
【００３１】
燃料噴射時期は、次の通りである。
図１(Ｂ)のように設定されているが、図１(Ｃ)または図１(Ｄ)のように設定してもよい。図１(Ｂ)〜(Ｄ)の設定では、いずれも圧縮行程(４３)の上死点(４３ａ)付近で主噴射(２)が行われ、バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が開始される。このうち、図１(Ｂ)の設定では、排気行程(４１)の上死点(４１ａ)前に予備噴射(１)が開始される。図１(Ｃ)(Ｄ)の設定では、排気行程(４１)の上死点(４１ａ)後に予備噴射(１)が開始される。図１(Ｂ)(Ｃ)の設定では、バルブオーバーラップ期間(４０)内に予備噴射(１)が終了する。図１(Ｄ)の設定では、バルブオーバーラップ期間(４０)後に予備噴射(１)が終了する。バルブオーバーラップ期間(４０)はクランク角度で排気行程(４１)の上死点(４１ａ)の前後各１２゜の範囲に設定されている。なお、図１(Ｂ)〜(Ｄ)中の符号(４２)は吸気行程、(４４)は膨張行程である。また、縦軸は噴射率である。
【００３２】
図１(Ｂ)〜(Ｄ)に示すように、同一負荷で比較して、予備噴射量が主噴射量よりも少なくなる。予備噴射(１)と主噴射(２)との総噴射量に対し、予備噴射量は２〜２５％とするのが望ましい。２％未満であると、燃焼室(３)内で生じる混合気が希薄になり過ぎ、主噴射(２)の着火遅れを短くできず、２５％を越えると、燃焼室(３)内で生じる混合気が濃くなり過ぎ、過早着火が起こるおそれがある。これに対し、２〜２５％では、このような問題が生じにくい。これらの問題を確実に回避するためには、予備噴射量を５〜２０％とするのがより望ましい。また、図２(Ｅ)に示すように、低負荷領域では予備噴射(１)がなされない。また、中高負荷領域では、負荷が小さくなるにつれて、予備噴射量が次第に０に近づく。
【００３３】
燃料噴射ポンプ(８)の構成は、次の通りである。
図１（Ａ）に示すように、この燃料噴射ポンプ(８)は逃げ孔式の列型ポンプである。バレル(２１)にプランジャ(１２)が内嵌されている。プランジャ(１２)は燃料噴射カム(９)によってリフトされ、戻しバネ(３６)によって戻される。プランジャ(１２)のリフト側にはプランジャ室(３７)が設けられる。バレル(２１)の周囲に燃料溜め室(２２)が設けられている。バレル(２１)の周壁に燃料入口(２４)と逃げ孔(２３)とが設けられ、これらを介してプランジャ室(３７)と燃料溜め室(２２)とが連通されている。プランジャ(１２)に斜め溝(１４)が設けられている。斜め溝(１４)は縦溝(３８)でプランジャ室(３７)と連通されている。バレル(２１)は燃料調量ラック(２５)を介してガバナ部に連動連結されている。１の燃料噴射カム(９)に１の予備噴射用突起(１０)と１の主噴射用突起(１１)とが設けられ、予備噴射突起(１０)と主噴射突起(１１)とが燃料噴射カム(９)の回転中心(９ａ)を間に挟んで、相互反対側に配置されている。
【００３４】
プランジャ(１２)が燃料噴射カム(９)の主噴射用突起(１１)でリフトされた後、戻しバネ(３６)によって戻されると、バレル(２１)内のプランジャ室(３７)が負圧になり、燃料溜め室(２２)内の燃料が燃料入口(２４)からプランジャ室(３７)に吸入される。予備噴射用突起(１０)でプランジャ(１２)が下死点からリフトされ、プランジャ(１２)の周面で燃料入口(２４)と逃げ孔(２３)とが塞がれると、予備噴射(１)が開始される。予備噴射用突起(１０)の突出寸法は短く、斜め溝(１４)が逃げ孔(２３)に到達する前に、プランジャ(１２)のリフトが終了して、予備噴射(１)は終了する。
【００３５】
次に、プランジャ室(３７)に燃料が吸入された後、主噴射用突起(１１)でプランジャ(１２)が下死点からリフトされ、プランジャ(１２)周面で燃料入口(２４)と逃げ孔(２３)とが塞がれると、主噴射(２)が開始される。そして、斜め溝(１４)が逃げ孔(２３)に到達すると、プランジャ室(３７)の燃料が縦溝(３８)と斜め溝(１４)と逃げ孔(２３)とを順に介して燃料溜め室(２２)に逃げ、主噴射(２)が終了する。以降、同様の動作が繰り返される。
【００３６】
エンジンにかかる負荷が減少すると、エンジンの回転速度が増加するので、ガバナ部から燃料調量ラック(２５)を介してバレル(２１)が燃料減量方向に回転連動される。逆に、エンジンにかかる負荷が増加すると、バレル(２１)が燃料増量方向に回転連動される。
【００３７】
プランジャ(１２)の構成は、次の通りである。
プランジャ(１２)は、図２(Ａ)(Ｂ)のものが用いられているが、図２(Ｃ)(Ｄ)に示すものを用いてもよい。図２(Ａ)(Ｂ)に示すプランジャ(１２)は周面のリフト側端縁(１３)のうちの中高負荷部分(１３ａ)と低負荷部分(１３ｂ)とがプランジャ(１２)のリフト方向と実質的に直交する向きに段差なく連続形成されている。
【００３８】
このプランジャ(１２)の場合、負荷の高低に拘わらず予備噴射有効ストローク(２９)は一定になるが、予備噴射量は主噴射量と同様、負荷が高くなるにつれて増加するようになっている。理由は次の通りである。負荷が高いほど、主噴射量が多くなり、燃料噴射管内の残圧も高くなる。また、負荷が高いほど、予備噴射有効ストローク(２９)の途中、斜め溝(１４)から逃げ孔(２３)までの距離が遠くなるので、斜め溝(１４)からプランジャ(１２)の周面とバレル(２１)との隙間を介して逃げ孔(２３)に漏れ出る燃料が少なくなる。これらの理由により、予備噴射量は負荷が高くなるにつれて増加する。
【００３９】
図２(Ｃ)(Ｄ)に示すプランジャ(１２)は、その周面のリフト側端縁(１３)のうちの低負荷部分(１３ｂ)が、プランジャ(１２)のリフト方向に対して実質的に直交し、中高負荷部分(１３ａ)が低負荷部分(１３ｂ)の端部からプランジャ(１２)のリフト方向に上り傾斜し、負荷が増加するにつれてプランジャ(１２)の予備噴射有効ストローク(２９)が増加するとともに、負荷が減少するにつれてプランジャ(１２)の予備噴射有効ストローク(２９)が減少するように構成されている。斜め溝(１４)のリフト側端縁(１５)のうちの中高負荷部分(１５ａ)は、低負荷部分(１５ｂ)の中高負荷側の仮想延長線(１５ｃ)よりもプランジャ(１２)のリフト方向にずらされている。周面のリフト側端縁(１３)の中高負荷部分(１３ａ)を傾斜させるのみでは、主噴射有効ストロークが増大しすぎるため、これを調節するためである。
【００４０】
各プランジャ(１２)を用いた場合の予備噴射領域は、図２(Ｅ)に示す通りで、図２(Ａ)(Ｂ)に示すものの場合、下限を示す線分(３０)よりも上の領域が予備噴射領域となり、図２(Ｃ)(Ｄ)に示すものの場合、下限を示す線分(３１)よりも上の領域が予備噴射領域となる。
【００４１】
上記第１実施形態では、燃焼室(３)として直接噴射式のものが用いられているが、図３に示す第２実施形態では、副室式のものが用いられている。この燃焼室(３)は主燃焼室(３ａ)と副燃焼室(３ｂ)とで構成され、これらは噴口(３ｃ)で連通されている。副燃焼室(３ｂ)はうず室として構成されている。燃料噴射ノズル(１９)は副燃焼室(３ｂ)に臨んでいる。他の構成及び機能は、第１実施形態と同一であり、図３中、第１実施形態と同一の要素には、同一の符号を付しておく。
【００４２】
図４〜図６に示す第３実施形態では、燃料噴射装置の構成は、次の通りである。
図４(Ａ)に示すように、燃料噴射カム(９)の予備噴射用突起(１０)と主噴射用突起(１１)との最大リフト寸法は、実質的に同一とされ、予備噴射(１)と主噴射(２)の終了がいずれも、プランジャ室(３７)内の燃料を逃げ孔(２３)から燃料溜め室(２２)に逃がすことによって行われるようになっている。
【００４３】
燃料噴射ポンプ(８)の構成は、次の通りである。
図５(Ｄ)に示すように、逃げ孔(２３)として、主ポート(２３ａ)とサブポート(２３ｂ)とが用いられている。サブポート(２３ｂ)は主ポート(２３ａ)よりも小孔とされている。そして、プランジャ(１２)の周面で主ポート(２３ａ)が閉じられてからプランジャ(１２)の斜め溝(１４)で主ポート(２３ａ)が開かれるまでのストローク(４６)間に、プランジャ室(３７)内の燃料がサブポート(２３ｂ)から燃料溜め室(２２)に逃がされるようになっている。
【００４４】
燃料噴射カム(９)の構成は、次の通りである。
図４(Ａ)に示すように、プランジャ(１２)のリフトに用いる予備噴射用突起(１０)のリフト面(１０ａ)が、主噴射用突起(１１)のリフト(１１ａ)面よりも、基礎円から緩やかに上昇している。このため、予備噴射用突起(１０)によるプランジャ(１２)のリフト速度が主噴射用突起(１１)によるプランジャ(１２)のリフト速度よりも遅く設定される。このリフト速度が遅くなるにつれて、サブポート(２３ｂ)からの燃料の逃げ量が多くなり、予備噴射量は主噴射量よりも少なくなる。
【００４５】
プランジャ(１２)の構成は、次の通りである。
プランジャ(１２)は、図５のものが用いられているが、図６のものを用いてもよい。
図５のものは、周面のリフト側端縁部に切り欠き(５０)が設けられている。このため、図５(Ｄ)に示すように、ストローク(４１)の開始時期には、切り欠き(５０)のためにサブポート(２３ｂ)が閉じられず、この時期にはサブポート(２３ｂ)から燃料が逃がされる。このプランジャ(１２)は、既存のものに簡単な切り欠き(４２)を形成することによって簡単に製作できる。
【００４６】
図６のものは、周面のリフト側端縁(１３)から反リフト側に偏った位置に溝(３４)が設けられている。このため、ストローク(４１)の途中までプランジャ(１２)の周面で閉じられていたサブポート(２３ｂ)が同ストローク(４１)の終了時期に溝(３４)によって開かれ、この時期にサブポート(２３ｂ)から燃料が逃がされる。この図６のものは、図５のものに比べ、予備噴射(１)の開始時期の遅れを抑制することができる。このプランジャ(１２)は、既存のものに簡単な溝(３４)を形成することによって簡単に製作できる。尚、図５と図６のものの切り欠き(５０)と溝(３４)は、いずれも始動領域で、リフト方向の幅が大きくなっており、始動領域では予備噴射(１)が行われないようになっている。
【００４７】
第３実施形態では、上記以外の構成及び機能は、第１実施形態と同一とされており、同一の要素については、図４〜６中に同一の符号を付しておく。なお、図５(Ａ)、図６(Ａ)中の符号(４７)は始動位置、(４８)は定格負荷位置、(４９)は燃料無噴射位置を示す。
【００４８】
図７に示す第１参考形態と、図８に示す第２参考形態とは、第３実施形態と次の点で一致する。
燃料噴射カム(９)の予備噴射用突起(１０)と主噴射用突起(１１)との最大リフト寸法が、実質的に同一とされ、予備噴射(１)と主噴射(２)の終了がいずれも、フランジャ室(３７)内の燃料を逃げ孔(２３)から燃料溜め室(２２)に逃がすことによって行われる。
【００４９】
しかし、逃げ孔(２３)として単一のものが用いられている点、プランジャ(１２)が図２(Ａ)(Ｂ)と同じものである点が第３実施形態とは異なる。また、第１参考形態のものでは、予備噴射用突起(１０)と主噴射用突起(１１)とが実質的に同一形状とされている点が第３実施形態とは異なる。第２参考形態のものでは、同一負荷で比較して、予備噴射量と主噴射量とが等量となる。第２参考形態のものでは、第３実施形態と同様、予備噴射用突起(１０)と主噴射用突起(１１)とが異なる形状とされ、予備噴射用突起(１０)によるプランジャ(１２)のリフト速度が主噴射用突起(１１)によるプランジャ(１２)のリフト速度よりも遅く設定されている。第２参考形態のものでは、同一負荷で比較して、予備噴射量が主噴射量よりも少なくなる。
【００５０】
他の構造及び機能は、第３実施形態と同じである。図７及び図８中、第３実施形態と同一の要素には、同一の符号を付しておく。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係るエンジンの燃料噴射装置を説明する図で、図１(Ａ)は縦断面図、図１(Ｂ)〜(Ｄ)は噴射時期の各種設定状態の説明図である。
【図２】  図１の燃料噴射装置に用いるプランジャの説明図で、図２(Ａ)はプランジャの要部斜視図、図２(Ｂ)は同プランジャの周面の展開図、図２(Ｃ)は他のプランジャの要部斜視図、図２(Ｄ)は同プランジャの周面の展開図、図２(Ｅ)は各プランジャを用いた場合の各予備噴射領域の説明図である。
【図３】  本発明の第２実施形態に係るエンジンの燃料噴射装置を説明する図で、図３(Ａ)〜(Ｄ)は図１(Ａ)〜(Ｄ)相当図である。
【図４】  本発明の第３実施形態に係るエンジンの燃料噴射装置を説明する図で、図４(Ａ)〜(Ｄ)は図１相当図である。
【図５】  図４の燃料噴射装置に用いるプランジャの説明図で、図５(Ａ)はプランジャの周面の展開図、図５(Ｂ)はプランジャの平面図、図５(Ｃ)はプランジャの側面図、図５(Ｄ)はプランジャを内嵌したバレルの縦断面図である。
【図６】  図４の燃料噴射装置で用いる他のプランジャの説明図で、図６(Ａ)〜(Ｄ)は、図５(Ａ)〜(Ｄ)相当図である。
【図７】  本発明の第１参考形態に係るエンジンの燃料噴射装置を説明する図で、図７(Ａ)〜(Ｄ)は図１(Ａ)〜(Ｄ)相当図である。
【図８】  本発明の第２参考形態に係るエンジンの燃料噴射装置を説明する図で、図８(Ａ)〜(Ｄ)は図１(Ａ)〜(Ｄ)相当図である。
【符号の説明】
(１)…予備噴射、(２)…主噴射、(３)…燃焼室、(８)…燃料噴射ポンプ、(９)…燃料噴射カム、(１０)…予備噴射用突起、(１１)…主噴射用突起、(１２)…プランジャ、(１３)…リフト側端縁、(１３ａ)…中高負荷部分、(１３ｂ)…低負荷部分、(１９)…燃料噴射ノズル、(２０)…燃料噴射管、(２２)…燃料溜め室、(２３)…逃げ孔、(２３ａ)…主ポート、(２３ｂ)…サブポート、(２９)…予備噴射有効ストローク、(３７)…プランジャ室、(４０)…バルブオーバーラップ期間、(４１)…排気行程、(４１ａ)…上死点、(４６)…ストローク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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