JP4146018B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射弁の開弁圧を調整可能とした燃料噴射装置、特にソレノイド駆動のポペット弁によって燃料噴射時期を調整する電磁式ユニットインジェクタからなる燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４〜図５は、内燃機関用電磁式ユニットインジェクタの従来技術の一例を示し、図４はその要部縦断面図、図５は作動説明図である。
【０００３】
図４において、３は本体で、これのプランジャ孔３ｊにはプランジャ１が往復摺動自在に嵌合され、上部のタペット孔５ａにはタペット５が往復摺動自在に嵌合されている。
前記プランジャ１は、タペット５の上端係合部に係合されて該タペット５とともに往復動するようになっている。６は戻しスプリングで、上記プランジャ１及びタペット５を上方に戻すように付勢されている。
前記タペット５はロッカアーム（不図示）を介して燃料カム（不図示）に連結され、該燃料カムによってプランジャ１及びタペット５が一体で前記戻しスプリング６の弾力に抗して往復動するようになっている。
【０００４】
３ａはプランジャ室で、前記プランジャ１の頂面が臨み、これに導入される燃料を加圧するようになっている。
１１は燃料噴射ノズル、９はスプリングケージ、４はスペーサであり、該燃料噴射ノズル１１のノズルボデー１１ａ、スプリングケージ９及びスペーサ４はノズルナット７を本体３の下部のねじにねじ込むことにより、該本体３に強固にかつ流体密に固定されている。
【０００５】
前記本体３の、前記プランジャ１挿入用の孔３ｊの側方にはポペット弁孔３ｆが穿設され、該ポペット弁孔３ｆにはポペット弁２が往復動可能に嵌合されている。
３ｇは前記ポペット弁孔３ｆの下方に連設された下部孔である。また、前記ポペット弁孔３ｆの上部にはポペット弁２の弁座３ｈが設けられている。
３ｐは前記下部孔３ｇ内に形成された燃料溜で、該燃料溜３ｐは本体３の下面にボルト２ｂによって固定された蓋１８及び下部孔３ｇによって区画形成されている。
【０００６】
前記ポペット弁２の下方には移動制限機能を有する蓋１８がボルトにより固定されている。前記蓋１８の上面は前記下部孔３ｇとともに上記のように燃料溜３ｐを形成している。該燃料溜３ｐには本体３の下部の燃料溜２４から本体内の供給通路３ｄを経て燃料が供給されるようになっている。この燃料は後述する排油通路３ｅを経て燃料タンク（不図示）へ排出されるようになっている。前記弁座３ｈの上部には排油溜３ｃが形成されており、前記燃料溜３ｐと排油溜３ｃの間には連通路３ｋが開けられ、両溜間の圧力が均等化されるようになっている。
【０００７】
前記プランジャ室３ａへの燃料の出入りのための燃料通路３ｂは一端が前記ポペット弁孔３ｆの環状円錐形の弁座３ｈよりも所定距離下方に開口している。前記排油溜３ｃと前記燃料通路３ｂとの間の燃料流はソレノイド作動の前記ポペット弁２により制御される。
３ｅは排油孔で、前記連通路３ｋを介して前記燃料溜３ｐ及び排油溜３ｃに連通されている。
【０００８】
前記ポペット弁２は円錐形の弁フェース２ｍをそなえ、摺動部２ｂと、上方に延びる弁軸部２ｃとにより形成されている。該摺動部２ｂの周囲にはポペット弁２の開閉運動時に燃料通路３ｂと排油溜３ｃを連通する環状溝２１が本体３内に設けられている。前記ポペット弁２の弁軸部２ｃの上端面はアーマチュア室１３ａに開放され、該上端面には長方形のアーマチュア１３が締付け固定されており、該アーマチュア１３には、これの運動時に燃料を通過させるため複数の孔２３が穿けられている。
【０００９】
また、前記ポペット弁２は円錐形の弁フェース２ｍの上方に肩部を形成し、ここに下部ばね受け２６が係合されている。該下部ばね受け２６の上方にはポペット弁２を開放させる方向に付勢されたスプリング１５と該スプリング１５を固定し制限する上部ばね受け２７とが設置されている。１２はソレノイドステータであり、該ソレノイドステータ１２はソレノイドスペーサ１４を介してボルト２２により本体３に締付け固定されている。
【００１０】
ソレノイドステータ１２は、例えば合成樹脂材からなるソレノイドケース１２ｄ、ソレノイドコイル１２ｃを保持するコイルボビン１２ｂと磁気回路を構成するＥ字形コア１２ａより構成されている。前記ソレノイドコイル１２ｃと本体３の間には前記アーマチュア１３が設置されている。図はポペット弁２が閉鎖した状態を示しており、この状態ではソレノイドステータ１２とアーマチュア１３の対向する作動面の間には最小隙間（０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ程度）が存在する。
【００１１】
また、前記ポペット弁２の開放状態では、該ポペット弁２の下端面２ａが蓋１８の上面に当接している。該蓋１８は前記ポペット弁２との当接状態において、該ポペット弁２の空洞部２ｐと燃料溜３ｐとを連通させる通路（孔もしくは溝）１８ｃを有する。
【００１２】
前記ソレノイドコイル１２ｃは一対の端子が接続されており、この端子には電気配線によりソレノイド制御装置３１（燃料噴射電子制御回路）及び電源に接続されている。また、該ソレノイド制御装置３１には、エンジン回転速度、油温、給気圧等を検出する検出器３２が接続されている。
【００１３】
かかる従来の電磁式ユニットインジェクタにおいて、エンジンの運転中、燃料タンクからの燃料が、燃料ポンプ及び燃料パイプを経てシリンダヘッド内燃料供給通路より、本体３下部の燃料溜２４に所定の比較的低い圧力で供給される。該燃料溜２４に供給された燃料は、本体３内の供給通路３ｄを経て燃料溜３ｐに供給され、さらに排油路３ｅを経て、燃料タンクへ排出される。
【００１４】
図５（Ａ）はプランジャ１が下降している状態を示し、ポペット弁２が閉じるとプランジャ室３ａに充填された燃料は加圧され、スペーサ４の燃料通路４ａを通過して噴射ノズル１１に嵌合された針弁１０を開弁させ、燃料噴射が始まる。次いで図５（Ｂ）に示すように、ポペット弁２が開くと、プランジャ１により加圧されていたプランジャ室３ａ内の燃料は燃料通路３ｂへ押し出されて、燃料噴射は終了する。さらに図５（Ｃ）に示すように、プランジャ１が下降より上昇に転ずると、プランジャ室３ａへ燃料通路３ｂを介して供給圧（通常１〜６Ｋｇｆ／ｃｍ²）に加圧された燃料が流入し、充填され、これにより燃料噴射の１サイクルが終了する。
【００１５】
図６には、図４〜図５に示す従来の電磁式ユニットインジェクタのソレノイド制御装置によるポペット弁の開閉制御ブロック図である。
図６において、エンジン回転数、アクセル量（アクセル踏み込み量、あるいは燃料ラック移動量でも可）、給気圧力、水温、油温、排気温度等の各部温度は、夫々エンジン回転数検出器１０１、アクセル量検出器１０２、給気圧力検出器１０３、温度検出器１０４等によって検出され、ソレノイド制御装置３１の入力装置１０６に受け入れられる。
【００１６】
上記各検出信号は、入力装置１０６からソレノイド制御部１０８に入力される。
１０７は噴射時期設定部で、上記エンジン回転数、アクセル量等の運転状態と燃料噴射時期との関係が設定されている。
ＲＯＭは読み出し専用メモリ、ＲＡＭは読み出し、読み込み両用のメモリである。
【００１７】
ソレノイド制御部１０８においては、前記運転状態の検出信号と前記噴射時期設定部に設定された燃料噴射時期とを突合せて、該運転状態の検出値に適合する燃料噴射時期を求め、該噴射時期に対応するポペット弁２の開閉時期を算出し、前記Ｅ字形コア１２ａ、コイルボビン１２ｂ、ソレノイドコイル１２ｃ等からなるソレノイド装置１２に出力する。
該ソレノイド装置１２は、前記のようにして入力された開閉時期に従い、ポペット弁２を開閉制御する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
図４〜図６に示すような従来技術に係る電磁式ユニットインジェクタにおいては、ソレノイド制御装置３１に入力されるエンジン回転数、アクセル量等のエンジン運転状態の検出信号に基づき、該ソレノイド制御装置３１において、上記運転状態に適合する燃料噴射時期を算出し、該噴射時期になるようにソレノイド装置１２を介してポペット弁２を開閉制御している。
【００１９】
一方、かかる従来技術においては、針弁１０の開弁圧は針弁スプリング８のセット荷重によって一義的に求められており、エンジンの運転状態に無関係に一定となる。また、燃料噴射モード（噴射圧の変化状況）は、プランジャ１を駆動する燃料カム（不図示）の形状によって一義的に定まる。
【００２０】
即ち、図９には、上記従来技術に係る電磁式ユニットインジェクタ（図４参照）のポペット弁２及び針弁１０の作動線図を示しており、（Ａ）は燃料カム（不図示）のカム速度、（Ｂ）はソレノイドステータ１２におけるポペット弁制御電流、（Ｃ）はポペット弁２のリフト、（Ｄ）は噴射圧、（Ｅ）は針弁１０のリフトである。
【００２１】
またｔ₁ はポペット弁２の閉方向へのリフト始め、ｔ₂ はポペット弁２の閉止及び噴射圧Ｐの上昇始め、ｔ₃ はソレノイド電流の整定時期（低下時期）、ｔ₄ はソレノイド電流遮断、ｔ₅
はポペット弁２の閉止、ｔ₆ は針弁１０のリフト始め、ｔ₇
は針弁閉止の時刻を夫々示す。
【００２２】
図９に示すように、かかる従来技術にあっては、ｔ₂にてポペット弁２が閉じて噴射圧が上昇し始め、針弁１０に作用するプランジャ室３ａからの燃料の圧力が開弁圧Ｐ₁に達すると針弁１０が開き、燃料噴射ノズル１１から燃焼室（不図示）内に燃料が噴射されるが、針弁１０の開弁圧は上記のように一定であり、噴射圧のモードは燃料カムによって一義的に定まるため、ポペット弁２による噴射時期を制御のみが可能であって、噴射圧の制御は不可能であるため、エンジンの運転状態に対応して噴射圧を上昇させることは不可能となり、高圧噴射により、高い燃焼効率、及び燃料消費率の低下がなされたエンジンを得るのは困難となっている。
【００２３】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、燃料噴射時期と噴射圧の制御を、双方を関連させて容易になし得、これによって高圧噴射を実現し、燃焼効率が向上され、燃料消費率の低下が実現できる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、燃料をシリンダ内に噴射する噴孔を備えた燃料噴射ノズルと、該燃料噴射ノズルに往復摺動可能に嵌合された針弁と、該針弁を閉弁方向に押圧する針弁スプリングと、クランク軸に連動されるタペットにより本体内を往復摺動せしめられプランジャ室内に供給された燃料を加圧し、燃料通路を経て前記針弁に送り、該針弁の下端部に作用させてこれを開弁するプランジャとを備えた燃料噴射装置において、前記本体の下端部に前記針弁スプリングが収納されるスプリングケージを取付け、前記針弁の上面が臨み該針弁を閉弁方向に加圧する前記プランジャ室からの燃料である作動油が収容される油室を前記針弁スプリングが収納される室によって構成し、該油室と前記プランジャ室とをプランジャ軸方向に延びる連通路で接続し、該連通路の途中で分岐して排油路に接続される排出通路を設け、前記油室、連通路および排出通路を前記スプリングケージ内に形成し、さらに該排出通路を開閉する開閉弁及び該開閉弁を開閉制御する弁制御装置をそなえて該油室内の作動圧力を調整する圧力調整手段を前記スプリングケージ内に設け、前記針弁は該針弁の下端部に作用する燃料の圧力が前記針弁スプリングによる圧力と前記圧力調整手段によって調整される油室内の作動油圧力との和よりも大きくなったとき開弁し、かつ前記針弁スプリングによる圧力と油室内の作動油圧力との和が針弁の下端部に作用する燃料の圧力よりも大きくなったとき閉弁するように構成され、さらに、前記弁制御装置には前記燃料通路と排油路との間に設けられたポペット弁を駆動するソレノイド装置に開閉信号を出力して燃料噴射時期を制御するソレノイド制御部と、前記圧力調整手段に開閉信号を出力して開弁圧力を制御する開弁圧制御部とを備え、前記開弁圧制御部は前記ポペット弁が閉じてから前記開閉弁が開くまでの時間を変化させることによって前記開弁圧力を制御するように構成したことを特徴とする燃料噴射装置を提案する。
かかる発明によれば、ソレノイド制御部で燃料噴射時期の制御が、開弁圧制御部で開弁圧力の制御が可能となる。
開弁圧制御部において、エンジン運転状態の検出値と、該運転状態に対応する基準開弁圧とを突合せて該運転状態の検出値に適合する開弁圧になるような開閉弁の開閉時期を求めて圧力調整手段（例えば圧電素子）に出力する。該弁制御装置においては、前記開閉時期に開閉弁を開閉せしめる。
従って、かかる発明によれば、エンジンの運転状態に対応して開閉弁の開閉時期を制御することが可能となり、エンジンの運転状態に適合した開弁圧を得ることができ、エンジンの高出力域における高圧噴射を実現できる。
すなわち、開弁圧制御部は前記ポペット弁が閉じてから前記開閉弁が開くまでの時間を変化させることによって前記開弁圧力を調整して燃料噴射圧力を制御するこが可能となる。
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
また好ましくは、請求項２に記載のように、前記圧力調整手段は圧電素子からなる。
【００２９】
かかる発明によれば、針弁の上面が臨む油室内に加圧された作動油が導入され、この作動油の圧力が針弁の上面に該針弁の閉弁方向に作用することにより、針弁の開弁圧は前記油室内の圧力と針弁スプリングのセット荷重による圧力との和となり、従来技術に較べて高い開弁圧となる。
【００３０】
該開弁圧は、圧力調整手段によって開閉弁の開閉時期を変化させることにより、油室内の圧油の排油時期を変化させて調整する。
【００３１】
また、前記油室内の作動油を排出して油室内の圧力を解放すれば、従来技術と同様な針弁スプリングのセット荷重のみによって開弁圧の設定も可能となる。
【００３２】
これによって燃料噴射弁の噴射圧が上昇して噴霧の微粒化が促進されて燃焼効率が向上し、黒煙の発生が低減される。
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
請求項３記載の発明は、前記連通路は、前記排出通路との交叉部よりも前記プランジャ室側にある上部連通路と、該交叉部よりも前記油室側にある下部連通路よりなり、前記上部連通路の内径をｄ₁、前記下部連通路の内径をｄ₂、前記排出通路の内径をｄ₃としたとき、
ｄ₂ ²＞ｄ₁ ²
で、かつ、
ｄ₃ ²＞（ｄ₁ ²＋ｄ₂ ²）
に設定されてなる。
【００３９】
さらに請求項４記載の発明は、前記連通路は、前記排出通路との交叉部よりも前記プランジャ室側にある上部連通路と、該交叉部よりも前記油室側にある下部連通路よりなり、
前記上部連通路の内径をｄ₁、長さをＬ₁、前記下部連通路の内径をｄ₂、長さをＬ₂ としたとき、
ｄ₁≒ｄ₂
のとき、
Ｌ₁＞Ｌ₂
に設定されてなる。
【００４０】
かかる発明によれば、油室内に圧油を供給することにより、開弁圧を上昇させた後、開閉弁を開放すると、前記上部連通路の直径ｄ₁あるいは長さＬ₁と下部連通路の直径ｄ₂あるいは長さＬ₂との関係が上記のように設定されているので、上部連通路の流路抵抗が下部連通路よりも大きくなり、かつ、排出通路の通路面積が上部、下部連通路のそれよりも大きく構成されているので、油室内の圧油を円滑に排出通路から排出することができ、開弁圧の制御を正確にかつ高い応答性で以てなすことができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００４２】
図１は本発明の実施形態に係る電磁式ユニットインジェクタの縦断面図、図２は針弁の開弁圧調整部の拡大断面図、図３はポペット弁の開閉及び開弁圧の制御ブロック図である。
【００４３】
図１〜図２において、３は本体で、これのプランジャ孔３ｊにはプランジャ１が往復摺動自在に嵌合され、上部のタペット孔５ａにはタペット５が往復摺動自在に嵌合されている。前記プランジャ１は、タペット５の下端係合部の係合溝５ｂに上下を拘束されて該タペット５とともに往復動するようになっている。
【００４４】
６は戻しスプリングで、上記プランジャ１及びタペット５を上方に戻すように付勢されている。
前記タペット５はロッカアーム（不図示）を介して燃料カム（不図示）に連結され、該燃料カムによってプランジャ１及びタペット５が一体で前記戻しスプリング６の弾力に抗して往復動するようになっている。
【００４５】
３ａはプランジャ室で、前記プランジャ１の頂面が臨み、これに導入される燃料を加圧するようになっている。
３ｂは前記本体３に穿設された燃料通路で、前記プランジャ室３ａに連通されている。
３ｄは前記本体３に設けられた燃料の供給通路で、その開口部が前記プランジャ１により開閉されるようになっている。
１１は燃料噴射ノズルで、ノズルボデー１１ａと該ノズルボデー１１ａ内に往復摺動自在に嵌合された針弁１０からなる。
前記ノズルボデー１１ａの先端部には燃料溜１１ｃ及び燃料噴射用の複数の噴孔１１ｂが設けられている。１０ａは、下端が該燃料溜１１ｃに開口される燃料通路である。
【００４６】
９はスプリングケージ、４はスペーサであり、該スプリングケージ９、スペーサ４及び前記ノズルボデー１１ａはノズルナット７ａによって前記本体３の下部に螺着されて、前記各部材間の接合面３５，３６を流体密に圧接している。
【００４７】
８は前記スプリングケージ９内に収納された針弁スプリングで、前記本体３の下面と前記針弁１０の頭部に当接されるばね受８ａとの間に介装され、所定のセット荷重（取付荷重）、即ち後述するような前記針弁１０の開弁圧に相当するセット荷重で以て取付けられている。
１０ａは前記スプリングケージ９内に穿設された燃料通路で、下端が前記ノズルボデー１１ａ内の燃料通路１０ａに連通されるとともに、上端が前記プランジャ室３ａに連通されている。
【００４８】
前記本体３の、前記プランジャ１が嵌合されるプランジャ孔３ｊの側方にはポペット弁孔３ｆが設けられ、該ポペット弁孔３ｆには中空の弁ケース３０が挿入されている。
３７はスプリングケースで、前記本体３のポペット弁孔３ｆの上部のねじ部に螺合されて、前記弁ケース３０をその上下接合面３９，３８にて流体密になるように押し込んでいる。
【００４９】
２はポペット弁で、前記弁ケース３０の内周に往復摺動自在に嵌合されるとともに、円錐形の弁フェース２ｍを備え、該弁フェース２ｍと該弁ケース３０のシート部３ｈとが当接されたとき閉弁し、該弁フェース２ｍとシート部３ｈとが離れたとき開弁するようになっている。
【００５０】
１５は前記ポペット弁２の戻し用のスプリングで、前記スプリングケース３７に形成された排油溜３ｃ内に収納され、該スプリングケース３７の支持面と前記ポペット弁２の支持面２ｈとの間に介装され、該ポペット弁２を開弁する方向に付勢されている。
２ｎは前記ポペット弁２の外周に形成された燃料溝、３０ｂは前記ポペット弁２のシート部３ｈと弁フェース２ｍとのシート部に連なる燃料溝で、双方の燃料溝２ｎと３０ｂとの間を前記ポペット弁２の開閉によって連通あるいは遮断するようになっている。
【００５１】
３ｂは前記本体３に設けられた燃料通路、３０ｃは前記弁ケース３０に設けられ、前記燃料溝３０ｂに連通される燃料通路で、双方の燃料通路３０ｃ，３ｂは前記プランジャ室３ａに連通されている。
【００５２】
また、３０ｅは前記弁ケース３０に円周方向に沿って複数個設けられた排油路で、該排油路３０ｅは本体３に設けられた排油路（排油出口）３ｅに連通されている。
前記排油路３ｅ，３０ｅ及びスプリング１５が収納される排油溜３ｃは微小通路を介して後述するアーマチュア室１３ａに連通され、ポペット弁２に不要な残圧が掛からないようにしている。
【００５３】
前記ポペット弁２の上方に延びる弁軸部２ｃの上端部には磁性体からなるアーマチュア１３がナット２ｑによって固着されている。
該アーマチュア１３は、例えばアルミ等の非磁性材料からなるスペーサ１４に形成された前記アーマチュア室１３ａ内に収納されている。
【００５４】
１２はソレノイド装置で、次のように構成されている。１２ａは、例えば合成樹脂材等の非電導材料からなるソレノイドケースで、前記スペーサ１４とともに前記本体３の上面に複数のボルト（不図示）によって固着されている。
１４はスペーサ、１２ａはＥ字形コアで、該Ｅ字形コア１２ａの内部にはソレノイドコイル１２ｃを保持するコイルボビン１２ｂが収納されて磁気回路を構成している。
図１は前記ソレノイドコイル１２ｃの電流が遮断され、スプリング１５の弾力でポペット弁２が開弁している状態を示している。
【００５５】
前記ソレノイドコイル１２ｃには、図３に示す制御装置１００のソレノイド制御部１０８からの制御信号が入力されるようになっている（詳細は後述する）。
【００５６】
また、前記針弁スプリング８が収納される室は油室４０となっており、該油室４０は下部連通路４５及び上部連通路４４を介して前記プランジャ室３ａに連通されている。
そして、該上部連通路４４と下部連通路４５との接続部からは排出通路４６が分岐され、該排出通路４６は後述する開閉弁４１を介して排油路４７に接続されている。
【００５７】
図２に示すように、前記上部連通路４４、下部連通路４５及び排出通路４６の直径を夫々ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃とすると、これらの大きさの関係は次のように設定されている。
ｄ₂ ²＞ｄ₁ ²
で、かつ、
ｄ₃ ²＞（ｄ₁ ²＋ｄ₂ ²） ……（１）
【００５８】
あるいは、上記（１）式に代えて、前記上部連通路４４の長さをＬ₁、下部連通路４５の長さをＬ₂とすると、上記ｄ₁≒ｄ₂として、Ｌ₁＞Ｌ₂のように構成してもよい。
【００５９】
図１、図２において、４１は前記排出通路４６を開閉する球形弁からなる開閉弁、４２は該開閉弁４１を開閉駆動する圧電素子、４３は該圧電素子４２を取付けるためのプラグである。
後述する圧力調整手段１１６（図３参照）を構成する前記圧電素子４２は周知の部材で、電圧に応じて伸縮することにより、これに取付けられた前記開閉弁４１を開閉するものであり、後述する制御装置１００から制御電圧が供給されるようになっている。
【００６０】
尚、前記圧電素子４２に代えて、次の手段によって前記開閉弁４１を開閉するようにしてもよい。
その第１の手段は、磁歪素子に前記開閉弁４１を取付け、外部から該磁歪素子に与える磁力を変化させることにより、その長さを変化させ、前記開閉弁４１を開閉するように構成する。
【００６１】
また、第２の手段は、前記開閉弁４１をソレノイドによって開閉できる弁に構成し、該ソレノイドに通電あるいは遮断することにより、該開閉弁を開閉するように構成する。
【００６２】
かかる構成からなる電磁式ユニットインジェクタを備えたエンジンの運転時において、燃料ポンプ及び燃料パイプを経てシリンダヘッド内燃料供給通路より本体３下部の燃料溜２４に所定の比較的低い圧力（１〜６Ｋｇｆ／ｃｍ²程度）で燃料が供給される。該燃料溜２４に供給された燃料は、本体３内の供給通路３ｄに導かれる。
【００６３】
そして、前記タペット５の戻し用のスプリング６の弾力により、該タペット５を介してプランジャ１が上昇して、該プランジャ１の下端縁が供給通路３ｄを開き、かつ後述するようにソレノイド装置１２とアーマチュア１３との共働によりポペット弁２が開かれると、該供給通路３ｄ内の燃料がプランジャ室３ａ内に導入される。
【００６４】
次に図１〜図４を参照して、ソレノイド装置１２、及びこれによって駆動されるポペット弁２の作動を説明するに、後述する制御装置１００からの制御信号によってソレノイドコイル１２ｃが通電されると、電圧Ｖ₁によりソレノイド磁気回路に磁束が発生し、ソレノイド装置１２とアーマチュア１３との間に電磁吸引力Ｆｃが発生するが該電磁吸引力Ｆｃがポペット弁２のスプリング１５のセット荷重よりも大きくならないとアーマチュア１３とポペット弁２の結合体は上方へ動き出さない。
【００６５】
時刻ｔ₂に前記電磁吸引力Ｆｃがスプリング１５のセット荷重より大きくなると図５（ｃ）に示すように、アーマチュア１３がソレノイド装置１２側の吸引力Ｆｃによって吸引され、ポペット弁２は上昇（リフト）し、時刻ｔ₃になると該ポペット弁２の弁座３ｈに着座し、弁開口部は閉鎖される。
その後、ソレノイドコイル１２ｃの駆動電圧は、図５（ａ）に示すように、ポペット弁２を閉鎖保持するに必要な電圧Ｖ₂へ低下せしめられる。
【００６６】
一方、プランジャ１は、タペット５を介して下降せしめられており、該プランジャ１の下端面３ａ₁が前記供給通路３ｄを閉じ、さらに前記のようにしてソレノイドコイル１２ｃが通電されてアーマチュア１３がＥ字形コア１２ａに吸引されてポペット弁２が閉じると、プランジャ室３ａ及びこれに通ずる燃料通路３ｂ，３０ｃ，１０ａ及び燃料溜１１ｃ等は密閉となって圧力が上昇する。
そして該圧力、即ち燃料溜１１ｃ内の圧力が、後述するように前記油室４０内の油圧と針弁スプリング８のセット荷重による圧力との和に打ち勝つと、該針弁１０が開弁し、プランジャ室３ａ内から燃料通路１０ａを経て燃料溜１１ｃに導かれていた燃料が噴孔１１ｂからエンジンの燃焼室（不図示）内に噴射される。
【００６７】
次に図３に示す制御ブロック図を参照して、この実施形態に係る電磁式ユニットインジェクタにおけるポペット弁２の開閉制御及び針弁１０の開弁圧の制御について説明する。
図３において、エンジン回転数、アクセル量（アクセル踏み込み量、あるいは燃料ラック移動量でも可）、給気圧力、水温、油温、排気温度等の各部温度は、夫々エンジン回転数検出器１０１、アクセル量検出器１０２、給気圧力検出器１０３、温度検出器１０４等によって検出され、制御装置１００の入力装置１０６に受け入れられる。
【００６８】
前記各検出信号は入力装置１０６からソレノイド制御部１０８及び開弁圧制御部１１４に入力される。
１０７は噴射時期設定部で、上記エンジン回転数、アクセル量等の運転状態と燃料噴射時期との関係が設定されている。
ＲＯＭは読み出し専用メモリ、ＲＡＭは読み出し、読み込み両用のメモリである。
【００６９】
前記ソレノイド制御部１０８においては、図６に示す従来技術と同様に前記運転状態の検出信号と前記噴射時期設定部に設定された燃料噴射時期と突合せて、該運転状態の検出値に適合する燃料噴射時期を求め、該噴射時期に対応するポペット弁２の開閉時期を算定し、前記Ｅ字形コア１２ａ、コイルボビン１２ｂ、ソレノイドコイル１２ｃ等からなるソレノイド装置１２に出力する。
該ソレノイド装置１２は前記のようにして入力された開閉時期に従い、ポペット弁２を開閉制御する。
【００７０】
一方、１１５は開弁圧設定部で、上記エンジン回転数、アクセル量等のエンジン運転状態と針弁１０の開弁圧との関係が設定されている。
前記開弁圧制御部１１４においては、前記入力装置１０６を経て入力された運転状態の検出信号と前記開弁圧設定部１１５に設定されている運転状態に対応する基準開弁圧とを突合せて、該運転状態の検出値に適合する開弁圧になるような開閉弁４１の開閉時期を求め、圧電素子４２の電圧として圧力調整手段１１６に入力する。
【００７１】
圧力調整手段１１６においては、これに入力された電圧値を圧電素子４２に与える。該圧電素子４２は、上記電圧値に従い伸縮して、前記開閉弁４１の開度を変化させる。
【００７２】
ここで、前記のように油室４０にはプランジャ室３ａから上部連通路４４及び下部連通路４５を経て燃料が導入されており、前記のようにしてプランジャ１の下降中ポペット弁２が閉じ、さらに前記開閉弁４１が閉じるとプランジャ室３ａ内の高圧燃料が上部、下部連通路４４，４５を経て導入されて針弁１０の上面に作用し、該針弁１０を閉弁方向に押圧する。
即ち、前記ポペット弁２及び開閉弁４１の双方の閉弁時には、前記油室４０にはオリフィス機能を有する最小径(ｄ₁＜ｄ₂)の上部連通路４４の面積＝(πｄ₁ ²)／４で決まる油圧Ｐ₁が発生し、この油圧Ｐ₁と針弁スプリング８の開弁圧Ｐとの合力が、針弁１０の開弁圧となり、高い噴射圧が得られる。
【００７３】
また、前記開弁圧制御部１１５からの開弁圧制御信号に基づく電圧が減少して、圧力調整手段１１６によって圧電素子４２が収縮せしめられ、開閉弁４１が開弁すると、上部連通路４４、下部連通路４５及び排出通路４６の面積の関係が前記（１）式のように設定されているので、油室４０内の圧油は下部連通路４５から排出通路４６に入り、開閉弁４１を通って排油路４７に円滑に排出される。
これにより、針弁１０の開弁圧は針弁スプリング８のセット荷重による開弁圧（従来技術と同様な開弁圧）に低下せしめられる。
【００７４】
次に、図７〜図８に示すタイムチャートにおいて、（Ａ）は燃料カム（不図示）の速度、（Ｂ）はソレノイド装置１２により出力されるソレノイド制御電流、（Ｃ）はポペット弁２のリフト、（Ｄ）は圧電素子４２からなる圧電アクチュエータの変位、（Ｅ）は噴射圧、（Ｆ）は針弁リフトの時間変化を夫々示す。
【００７５】
図７において、ポペット弁２が開、開閉弁４１が閉の状態から、時刻ｔ₁にて前記ソレノイド制御部１０８からの制御信号によりソレノイド装置１２が通電されてアーマチュア１３を吸引し、ポペット弁２が閉弁方向に上動し始める。このときソレノイド装置１２に供給される電圧はＶ₁となる。そして時刻ｔ₂において、ポペット弁２が閉弁し、プランジャ室３ａ側が密閉され、（Ｅ）に示す噴射圧の上昇が始まる。
【００７６】
この時、前記開弁圧制御部１１４からの制御信号による圧電素子４２からなる圧電アクチュエータの伸張によって開閉弁４１は閉弁しており、プランジャ１の下降に従い燃料圧力（噴射圧Ｐ）が上昇するとともに、前記開閉弁４１の閉弁によって密閉された油室４０内に前記プランジャ室３ａ内の圧油が上部連通路４４及び下部連通路４５を通って該油室４０内に供給され、該油室４０内の圧力も前記プランジャ１の下降に従い上昇する。
【００７７】
この際において、プランジャ室３ａ内の燃料は、上記のように、上部連通路４４の通路面積が下部連通路４５の通路面積よりも小さく、即ち、ｄ₁ ²＜ｄ₂ ²となるように形成されているため、上部連通路４４のオリフィス効果によって決まる流量及び圧力で以て、油室４０内に供給されることとなる。
【００７８】
そして、該油室４０内の油圧は前記針弁１０の上面に閉弁方向に作用し、これによって該針弁１０の開弁圧Ｐは針弁スプリング８のセット荷重による圧力Ｐ₁と前記油室４０内の油圧Ｐ₂との和：Ｐ＝Ｐ₁＋Ｐ₂となり、針弁スプリング８のみの場合（Ｐ₁）よりも高い開弁圧となり、噴射圧が上昇する。
【００７９】
次いで前記ポペット弁２の閉弁後期間ｔ₀を経た時刻ｔ₆において、前記開弁圧制御部１１４が圧力調整手段１１６に開閉弁４１の開信号を出力し、該圧力調整手段１１６が（Ｄ）に示す圧電素子４２からなる圧電アクチュエータを収縮せしめて開閉弁４が開弁されると（Ｆ）に示す針弁１０が開弁を始め、針弁リフトが大きくなり、燃料溜１１ｃ内の燃料は燃焼室（不図示）内に噴射される。
【００８０】
かかる開閉弁４１の開弁時において、前記のように排出通路４６の通路面積が上部連通路４４の通路面積と下部連通路４５の通路面積の和よりも大きく、即ち、ｄ₃ ²＞（ｄ₁ ²＋ｄ₂ ²）であり、かつ下部連通路４５の通路面積が上部連通路４４のそれよりも大きい、即ちｄ₂ ² ＞ｄ₁ ² であり、あるいは前記上部連通路４４の長さＬ₁と下部連通路の長さＬ₂との関係がＬ₁＞Ｌ₂（ｄ₁≒ｄ₂として）であるため、上部連通路４４の流路抵抗が下部連通路４５のそれよりも大きくなることから、油室４０内の圧油は下部連通路４４を通って排出通路４６に円滑に流出することが可能となり、プランジャ室３ａ側が上記圧油の流動抵抗となることはない。
【００８１】
前記のようにして、開閉弁４１が開弁して油室４０内の圧油が排油路４７側に排出されると、油室４０内の油圧は針弁１０に作用しなくなり、該針弁１０は従来技術と同様に、針弁スプリング８のセット荷重によって開閉されることとなる。
【００８２】
また、時刻ｔ₃になると、前記ソレノイド制御部１０８はソレノイド装置１２への制御電圧をＶ₂に減じて、該ポペット弁２を閉弁状態に維持せしめる。
【００８３】
さらに時刻ｔ₄において、前記ソレノイド装置１２の電流が遮断されると、ポペット弁２はアーマチュア１３とともにスプリング１５の弾力によって下動して、時刻ｔ₅において全開となる。
さらに時刻ｔ₇において、圧電アクチュエータ（圧電素子４２）が伸張して開閉弁４１が閉弁し、また前記ポペット弁２の開弁によって噴射圧は減少し、時刻ｔ₈において、針弁１０が閉弁して噴射が終了する。
【００８４】
従って、かかる実施形態によれば開弁圧制御部１１４により、ポペット弁２が閉じてから開閉弁４１が開くまでの期間ｔ₀を変化させることにより、開弁圧を変化させることが可能となる。
【００８５】
また図７〜図８に示すように、開閉弁４１の開弁後、時刻ｔ _１０ において、圧電アクチュエータを伸張させて開閉弁４１を閉弁させ、期間ｔ₁₂経過後の時刻ｔ₁₁に開弁させると、（Ｆ）に示すように針弁１０がｔ₁₃で閉弁した後、ｔ₁₄で開弁するという２段噴射が可能となり、噴射圧は、図７のＰs₁及び図８のＰs₂のように前記１段噴射の場合よりも高くすることができる。
【００８６】
即ち、図８は図７の場合に較べて、ポペット弁２の閉弁時：ｔ₂から開閉弁４１の開弁時（＝針弁１０の開弁時）ｔ₆までの期間ｔ₀が小さい場合を占めしているが、両図から明らかなように、上記期間ｔ₀を図７のように大きくするとポペット弁２の閉弁後における油室４０内の圧力上昇が大きくなって開弁圧が上昇し、また図８のように上記期間ｔ₀を小さくすると、開閉弁４１の開時期が早くなるため、開弁圧は図７の場合よりも小さくなる。
【００８７】
【発明の効果】
以上記載のごとく、本発明によれば、油室内に加圧された作動油を導き、該作動油の圧力を針弁に加えることにより、針弁の開弁圧を針弁スプリングのセット荷重による圧力に前記作動油の圧力を加えた圧力に上昇させることができて該開弁圧を上昇させ、高い噴射圧での燃料噴射をなすことができ、これによって噴霧の微粒化が促進され、黒煙の発生が防止されて、燃焼を改善することができる。
【００８８】
また、本発明によれば、ポペット弁の閉時期と油室を開閉するための開閉弁の開閉時期との時間差を変化させることによって開弁圧の調整が可能となり、エンジンの運転状態に適合した開弁圧を得ることができる。
すなわち、開弁圧制御部は前記ポペット弁が閉じてから前記開閉弁が開くまでの時間を変化させることによって前記開弁圧力を調整して燃料噴射圧力を制御するこが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る電磁式ユニットインジェクタの縦断面図である。
【図２】 上記実施形態における針弁の開弁圧調整部の拡大断面図である。
【図３】 上記実施形態におけるポペット弁の開閉時期及び開弁圧の制御ブロック図である。
【図４】 従来技術に係る電磁式ユニットインジェクタの縦断面図である。
【図５】 従来技術におけるポペット弁の作動説明図である。
【図６】 従来技術に係る電磁式ユニットインジェクタのポペット弁の開閉制御ブロック図である。
【図７】 本発明の実施形態における燃料噴射特性線図（その１）である。
【図８】 本発明の実施形態における燃料噴射特性線図（その２）である。
【図９】 従来技術における図７〜図８対応図である。
【符号の説明】
１ プランジャ
２ ポペット弁
３ 本体
３ａ プランジャ室
３ｂ 燃料通路
３ｃ 排油溜
３ｅ 排油路
３ｆ ポペット弁孔
５ タペット
６ 戻しスプリング
７ａ ノズルナット
８ 針弁スプリング
９ スプリングケージ
１０ 針弁
１０ａ 燃料通路
１１ 燃料噴射ノズル
１１ａ ノズルボデー
１１ｂ 噴孔
１１ｃ 燃料溜
１２ ソレノイド装置
１２ａ Ｅ字形コア
１２ｂ コイルボビン
１２ｃ ソレノイドコイル
１２ｄ ソレノイドケース
１３ アーマチュア
１３ａ アーマチュア室
１４ スペーサ
１５ スプリング
３０ 弁ケース
３０ｂ 燃料溝
３０ｃ 燃料通路
３２ スプリング
３２ａ スプリング室
３７ スプリングケース
４０ 油室
４１ 開閉弁
４２ 圧電素子
４３ プラグ
４４ 上部連通路
４５ 下部連通路
４６ 排出通路
４７ 排油路
１００ 制御装置
１０１ エンジン回転数検出回路
１０２ アクセル量検出器
１０３ 給気圧力検出器
１０４ 温度検出器
１０８ ソレノイド制御部
１１４ 開弁圧制御部
１１６ 圧力調整手段

Claims (4)

1. 燃料をシリンダ内に噴射する噴孔を備えた燃料噴射ノズルと、該燃料噴射ノズルに往復摺動可能に嵌合された針弁と、該針弁を閉弁方向に押圧する針弁スプリングと、クランク軸に連動されるタペットにより本体内を往復摺動せしめられプランジャ室内に供給された燃料を加圧し、燃料通路を経て前記針弁に送り、該針弁の下端部に作用させてこれを開弁するプランジャとを備えた燃料噴射装置において、
   前記本体の下端部に前記針弁スプリングが収納されるスプリングケージを取付け、前記針弁の上面が臨み該針弁を閉弁方向に加圧する前記プランジャ室からの燃料である作動油が収容される油室を前記針弁スプリングが収納される室によって構成し、該油室と前記プランジャ室とをプランジャ軸方向に延びる連通路で接続し、該連通路の途中で分岐して排油路に接続される排出通路を設け、前記油室、連通路および排出通路を前記スプリングケージ内に形成し、さらに該排出通路を開閉する開閉弁及び該開閉弁を開閉制御する弁制御装置をそなえて該油室内の作動圧力を調整する圧力調整手段を前記スプリングケージ内に設け、前記針弁は該針弁の下端部に作用する燃料の圧力が前記針弁スプリングによる圧力と前記圧力調整手段によって調整される油室内の作動油圧力との和よりも大きくなったとき開弁し、かつ前記針弁スプリングによる圧力と油室内の作動油圧力との和が針弁の下端部に作用する燃料の圧力よりも大きくなったとき閉弁するように構成され、さらに、前記弁制御装置には前記燃料通路と排油路との間に設けられたポペット弁を駆動するソレノイド装置に開閉信号を出力して燃料噴射時期を制御するソレノイド制御部と、前記圧力調整手段に開閉信号を出力して開弁圧力を制御する開弁圧制御部とを備え、前記開弁圧制御部は前記ポペット弁が閉じてから前記開閉弁が開くまでの時間を変化させることによって前記開弁圧力を制御するように構成したことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記圧力調整手段が圧電素子からなる請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 前記連通路は、前記排出通路との交叉部よりも前記プランジャ室側にある上部連通路と、該交叉部よりも前記油室側にある下部連通路よりなり、
   前記上部連通路の内径をｄ ₁ 、前記下部連通路の内径をｄ ₂ 、前記排出通路の内径をｄ ₃ としたとき、
   ｄ ₂ ² ＞ｄ ₁ ²
   で、かつ、
   ｄ ₃ ² ＞（ｄ ₁ ² ＋ｄ ₂ ² ）
   に設定されてなる請求項１記載の燃料噴射装置。
4. 前記連通路は、前記排出通路との交叉部よりも前記プランジャ室側にある上部連通路と、該交叉部よりも前記油室側にある下部連通路よりなり、
   前記上部連通路の内径をｄ ₁ 、長さをＬ ₁ 、前記下部連通路の内径をｄ ₂ 、長さをＬ ₂ としたとき、
   ｄ ₁ ≒ｄ ₂
   のとき、
   Ｌ ₁ ＞Ｌ ₂
   に設定されてなる請求項１記載の燃料噴射装置。

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