JPH02233864A - ユニットインジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はユニットインジェクタに関する。

〔従来の技術〕

機関により駆動されるプランジャと、燃料で満たされか
つプランジャにより加圧される燃料加圧室と、燃料加圧
室内の燃料圧に応動してこの燃料圧が予め定られた圧力
を越えたときに開弁ずるニードルと、燃料加圧室内の燃
料を溢流させる燃料溢流通路と、アクチュエータによっ
て駆動されかつ燃料溢流通路内に配置された溢流弁とを
具備し、溢流弁が燃料溢流通路を遮断したときに燃料噴
射が行われるユニットインジエクタが公知である（実開
昭６１−１８７９６５号公報参照）。このようにアクチ
ュエータによって噴射燃料を制御するようにしたユニッ
トインジエクタにおいては溢流弁が開弁したときにでき
るだけ早《燃料加圧室内の燃料を溢流させてできるだけ
早く燃料加圧室内の燃料圧を低下させ、それによってで
きるだけ早くニドルが閉弁するように通常燃料溢流通路
の流れ抵抗をできるだけ小さくしている。更にこのユニ
ットインジェクタのようにアクチュエータとして応答性
のよいピエゾ圧電素子を用いると溢流弁が急速度で開弁
ずるために燃料加圧室内の燃料圧は象、激に低下せしめ
られる。

〔発明が解決しようとする課題］ ところでこのようなユニットインジエクタでは通常ニー
ドルはばね力により閉弁状態に保持され、ニ一ドルの外
周面上に形成された円錐状のニードル受圧面に高圧の燃
料圧を作用させることによりニ一ドルを持ち上げて燃料
噴射が行われる。次いで溢流弁が開弁じて燃料加圧室内
の燃料圧が急激に低下せしめられるとそれと同時にニー
ドル受圧面に作用する燃料圧も急激に低下するのでニー
ドルがばね力により閉弁方向に移動してノズルロを閉鎖
せしめる。ところがニードルはそれ自身の慣性によりお
よび周囲との摩擦によって応答性がさほどよくなく、従
ってニードル受圧面に作用する燃料圧が急激に低下して
もニードルがノズル口をただちに閉弁せず、暫らくして
からニードルがノズル口を閉弁する。従ってニードル受
圧面に作用する燃料圧が急激に低下して燃焼室内の圧力
よりも低くなるとニードルが閉弁するまでの間に燃焼室
内の燃焼ガスがノズルロを介してニードル周りに流入す
るという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば機関により
駆動されるプランジャと、燃料で満たされかつブランジ
ャにより加圧される燃料加圧室と、燃料加圧室内の燃料
圧に応動してこの燃料圧が予め定められた圧力を越えた
ときに開弁ずるニードルと、燃料加圧室内の燃料を溢流
させる燃料溢流通路と、アクチュエータによって駆動さ
れかつ燃料溢流通路内に配置された溢流弁とを具備し、
溢流弁が燃料溢流通路を遮断したときに燃料噴射が行わ
れるユニットインジェクタにおいて、溢流弁下流の燃料
溢流通路をニードル背圧室に連結して溢流弁開弁時に高
圧をニードル背圧室内に加えるようにしている。

〔作　用〕

溢流弁が開弁じたときに高圧がニードル背圧室に加えら
れるので溢流弁が開弁ずるや否やニードル背圧室内の高
圧によってニードルが象，速に閉弁せしめられる。その
結果、燃焼室内の燃焼ガスがニードル周りに流入するの
が阻止される。

〔実施例〕

第１図、第２図、第４図および第５図を参照すると、１
はユニットインジェクタのハウジング本体、２はその先
端部にノズルロ３を形成したノズル、４はスベーサ、５
はスリーフ、６はこれらノズル２、スベーサ４、スリー
ブ５をハウジング本体ｌに固締するためのノズルホルダ
を夫々示す。

ノズル２内にはノズルロ３の開閉制御を行うニードル７
が摺動可能に挿入され、ニ一ドル７の頂部は加圧ピン８
を介してスプリングリテーナ９に連結される。このスプ
リングリテーナ９は圧縮ばね１０により常時下方に向け
て押圧され、この押圧力は加圧ビン８を介してニードル
７に伝えられる．従ってニードル７は圧縮ばね１０によ
って常時閉弁方向に付勢されることになる。

一方、ハウジング本体ｌ内にはニードル７と共軸的にプ
ランジャ孔１１が形成され、このプランジャ孔１１内に
プランジャ１２が摺動可能に挿入される。プランジャ１
２の上端部はタペット１３に連結され、このタベット１
３は圧縮ばね１４により常時上方に向けて付勢される。

このタペットｌ３は機関駆動のカム（図示せず）により
上下動せしめられ、それによってプランジャ１２がプラ
ンジャ孔ｌｌ内において上下動せしめられる。

方、プランジャ１２下方のプランジャ孔１１内にはプラ
ンジャ１２の下端部１２ａによって画定された燃料加圧
室１５が形成される。この燃料加圧室１５は棒状フィル
タ１６および燃料通路１７（第５図）を介してニードル
加圧室１８に連結され、このニードル加圧室１日はニー
ドル７周りの環状燃料通路１９を介してノズルロ３に連
結される。

また、ブランジャ孔１１の内壁面上には第４図に示すよ
うにブランジャ１２が上方位置にあるときに燃料加圧室
１５内に開口する燃料供給ポート２０が形成され、この
燃料供給ポート２０から燃料加圧室ｌ５内に２〜３　ｋ
ｇ　／　ｃｉ程度のフイード圧の燃料が供給される。こ
の燃料供給ポート２０は燃料供給ポート２０から直角方
向に延びる燃料排出通路２０ａおよび開弁圧が２〜３　
ｋｇ／ｃｆｆｌ程度のリリーフ弁（図示せず）を介して
例えば燃料タンク（図示せず）に接続される。また、第
４図に示されるようにプランジャ孔１１に対して燃料供
給ポート２０と反対側には燃料供給ボート２０の穿設作
業上必然的に形成される燃料ボート２１が形成され、こ
の燃料ポート２１の外端部は盲栓２２によって閉鎖され
る。この燃料ボート２１は燃料供給ポート２０と共軸的
に延びてプランジャ孔１１内に開口する。ブランジャ孔
１１の内壁面上には燃料供給ポート２０から燃料ポート
２１に向けて延びる円周溝２３が形成される。従ってプ
ランジャ１２が下降してプランジャ１２が燃料供給ポー
ト２０および燃料ポート２１を閉鎖したときに燃料供給
ポート２０と燃料ポート２１とは円周溝２３を介して互
いに連通せしめられ、従って燃料ボート２１内の燃料圧
は燃料供給ボート２０内と同じフィード圧に維持される
。一方、プランジャ下端面１２ａよりもわずかばかり上
方のプランジャ１２の外周面上には円周溝２６が形成さ
れ、この円周溝２６はプランジャ１２内に穿設された燃
料逃し孔２７を介して燃料加圧室１５内に連通せしめら
れる。

一方、ハウジング本体１内にはプランジャ孔１１内の側
方近傍において横方向に延びる摺動孔３０が形成される
。従ってこの摺動孔３０はその軸線がプランジャ１２と
ニードル７の共通軸線にほぼ直交する直線に対し間隔を
隔てて平行をなすように形成される。この摺動孔３０内
には溢流弁３ｌが摺動可能に挿入される。第１図および
第２図に示されるように摺動孔３０は互いに共軸的に配
置された小径孔３２と大径孔３３からなり、これら小径
孔３２と大径孔３３の間には段部３４が形成される。一
方、小径孔３２に関して大径孔３３と反対側のハウジン
グ本体１内には小径孔３２と共軸的に円錐状３５が形成
され、この円錐状３５内には円錐状外周面を有する弁シ
ート部材３６が嵌着される。この弁シート部材３６はハ
ウジング本体１に螺着されたナット３７によって円錐孔
３５内に固定される。小径孔３２に対面した弁シート部
材３６の端面３８上には凹溝３９が形成され、凹溝３９
の内周面上にはほぼ円錐状をなす弁シート部４０が形成
される。一方、溢流弁３１の一端部は凹溝３９内に突出
し、この溢流弁３１の一端部の外周部４１は円錐状に形
成される．円錐状弁シート部４０を形成する円錐の頂角
は溢流弁３１の円錐状外周部４１を形成する円錐の頂角
よりも小さく、従って溢流弁３ｌの円錐状外周部４ｌの
外周縁が円錐状弁シート部４０上に着座する。従ってこ
のとき溢流弁３１は弁シート部４０と線接触することに
なる。

溢流弁３１が弁シート部材３６上に着座したときに溢流
弁３１の外周面と凹溝３９の内壁面とハウジング本体１
間には環状の加圧燃料導入室４２が形成され、溢流弁３
１の先端面と凹溝３９の内周面間には第１の燃料溢流室
４３が形成される．一方、摺動孔３０の大径孔３３内に
は第２の燃料溢流室４４が形成され、第１燃料溢流室４
３と第２燃料溢流室４４とは溢流弁３１内に形成された
燃料通路４５を介して互いに連通せしめられる。

第２燃料溢流室４４内には溢流弁３１の拡大端部３１ａ
と段部３４間に溢流弁３ｌを右方に向けて付勢する圧縮
ばね４６が挿入される。この第２燃料溢流室４４は第８
図に示すように燃料排出通路４７を介して例えば燃料タ
ンク（図示せず）に連結される。一方、第１図および第
２図に示されるように溢流弁３１の燃料通路４５内には
絞り４８が嵌着固定される。また、第１燃料溢流室４３
は燃料通路２５を介して圧縮ばね１０を収容するニード
ル背圧室２４に連結される。

第５図に示されるようにハウジング本体１内には燃料通
路１７から上方に延びて常時加圧燃料導入室４２内に開
口する燃料溢流路４９が形成される。この燃料溢流路４
９は常時燃料加圧室１５に連通しており、従って加圧燃
料導入室４２は常時燃料加圧室１５に連通している。

第１図および第２図に示されるように摺動孔３０の大径
孔３３の外端部にはロッド５０を案内支持するロンドガ
イド５１が嵌着され、このロッドガイド５１はその内部
にロンド孔５２を具備する．ロッド５０はロッド孔５２
内に摺動可能に挿入された中空円筒状の小径部５３と、
大径孔３３内に位置する大径部５４からなり、大径部５
４の端面が溢流弁３１の端面に当接せしめられる。大径
部５４と反対側のロッド５０の端部には小径部５３の端
面により画定された圧力制御室５５が形成される。この
圧力制御室５５の上方にはアクチュエータ６０が配置さ
れる。第１図および第２図に示されるようにロッド５０
は中空円筒状をなしており、従ってロンド５０の質量は
かなり小さくなる。

第１図および第６図に示されるようにアクチュエータ６
０はハウジング本体１と一体形成されかつその内部にピ
ストン孔６１を形成したアクチュエータハウジング６２
と、ピストン孔６１内に摺動可能に挿入されたピストン
６３と、アクチュエータハウジング６２の頂部を覆う端
板６４と、端板６４をアクチュエータハウジング６２の
頂部に固定するための端板ホルダ６５と、端板６４の上
端部を覆う合成樹脂製キャップ６６とを具備する。

ピストン６３と端板６４間には多数の圧電素子板を積層
したビエゾ圧電素子６７が挿入され、ピストン６３下方
のピストン孔６１内にはピストン６３の下端面によって
画定された可変容積室６８が形成される。この可変容積
室６８は燃料通路６９を介して圧力制御室５５に連通ず
る。ピストン６３とアクチュエータハウジング６２間に
は環状の冷却室７０が形成され、この冷却室７０内には
ピストン６３を常時上方に向けて付勢する圧縮ばね７１
が挿入される。ビエゾ圧電素子６７に電荷をチャージす
るとピエゾ圧電素子６７は軸方向に伸長し、その結果可
変容積室６８の容積が減少する。一方、ビエゾ圧電素子
６７にチャージされた電荷をディスチャージするとピエ
ゾ圧電素子６７は軸方向に収縮し、その結果可変容積室
６８の容積が増大する。

第６図に示されるようにハウジング本体１には逆止弁７
２が挿入される。この逆止弁７２は弁ボート７３の開閉
制御をするボール７４と、ボール７４のリフト量を規制
するロッド７５と、ボール７４およびロッド７５を常時
下方に向けて押圧する圧縮ばね７６とを具備し、従って
弁ポート７３は通常ボール７４によって閉鎖される。逆
止弁７２の弁ポート７３は燃料流入通路７７を介して例
えば低圧燃料ポンプ（図示せず）に連結され、２〜３　
ｋｇ　／　ｃ｛の低圧の燃料が燃料流入通路７７から供
給される。逆止弁７２は可変容積室６８に向けてのみ流
通可能であり、従って可変容積室６８内に燃料圧が２〜
３ｋｇ／ｃＪよりも低下すると燃料が逆止弁７２を介し
て可変容積室６８内に補給される。従って可変容積室６
８内は常時燃料によって満たされている。一方、第６図
に示されるように冷却室７０の下端部は燃料流入通路７
８を介して例えば低圧燃料ポンプ（図示せず）に連結さ
れ、２〜３　ｋｇ／ｄの低圧の燃料が燃料流入通路７８
から冷却室７０内に供給される。この燃料によってピエ
ゾ圧電素子６７が冷却される。また、第４図に示される
ように冷却室７０の下端部は燃料流出通路７９を介して
燃料供給ポート２０に連結され、この燃料供給ポート２
０内に冷却室７０から燃料供給ボート２０に向けてのみ
流通可能な逆止弁８０が配置される。この逆止弁８０は
弁ボート８１の開閉制御をするボール８２と、ボール８
２のリフト量を規制するロンド８３と、ボール８２およ
びロッド８３を常時上方に向けて押圧ずる圧縮ばね８４
からなる。冷却室７０内の燃料はピエゾ圧電素子６７を
冷却した後、燃料流出通路７９を介して燃料供給ポート
２０に供給される。

前述したように燃料は燃料流入通路７８を介して冷却室
７０内に供給され、次いでこの燃料はピエゾ圧電素子６
７を冷却した後、燃料流出通路７９および逆止弁８０を
介して燃料供給ポート２０内に供給される。第４図に示
すようにプランジャｌ２が上方位置にあるときには燃料
供給ボート２０から燃料加圧室１５内に燃料が供給され
、従ってこのときには燃料加圧室１５内は２〜３ｋｇ／
　ｃｉ程度の低圧になっている。一方、このときビエゾ
圧電素子６７は最大収縮位置にあり、このとき可変容積
室６８および圧力制１１室５５内の燃料圧は２〜３　ｋ
ｇ　／　ｃｉ程度の低圧になっている。従ってこのとき
溢流弁３１は圧縮ばね４６のばね力により第１図および
第２図において右方に移動して弁シート部４０から離れ
ている、即ち溢流弁３１が開弁じている。従って燃料加
圧室１５内の低圧の燃料は燃料溢流路４９、加圧燃料導
入室４２、第１燃料溢流室４３および溢流弁３１内の燃
料通路４５を介して第２燃料溢流室４４内に供給され、
第２燃料溢流室４４内に供給された燃料は燃料流出通路
４７から排出される。従ってこのとき加圧燃料導入室４
２、第１燃料溢流室４３および第２燃料溢流室４４内も
２〜３　ｋｇ　／　ｃｎ！の低圧の燃料で満たされてい
る。

次いでプランジャｌ２が下降すると燃料供給ボート２０
および燃料ボート２１がプランジャ１２によって閉鎖さ
れるが溢流弁３１が開弁じているために燃料加圧室１５
内の燃料は燃料溢流路４９および加圧燃料導入室４２を
介して第２燃料溢流室４４内に流出する。従ってこのと
きも燃料加圧室１５内の燃料圧は２〜３ｋｇ／ｃｔＡ程
度の低圧となっている。

次いで燃料噴射を開始すべくビエゾ圧電素子６７に電荷
がチャージされるとピエゾ圧電素子６７は軸線方向に伸
長し、その結果ピストン６３が下降するために可変容積
室６８および圧力制御室５５内の燃料圧か急激に上昇す
る。圧力制御室５５内の燃料圧が上昇するとロンド５０
が第１図および第２図において左方に移動するためにそ
れに伴って溢流弁３１も左方に移動し、溢流弁３１の端
部が弁シート部４０に当接して溢流弁３１が閉弁せしめ
られる。溢流弁３１が閉弁すると燃料加圧室１５内の燃
料圧はプランジャ１２の下降運動により急激に上昇し、
燃料加圧室１５内の燃料圧が予め定められた圧力、例え
ば１５００ｋｇ　／　ｃ＋＋１以上の一定圧を越えると
ニードル７が開弁してノズルロ３から燃料が噴射される
。このとき燃料溢流路４９を介して加圧燃料導入室４２
内にも高圧が加わるがこの高圧によって溢流弁３１に駆
動力が作用しない。

次いで燃料噴射を停止すべくピエゾ圧電素子６７にチャ
ージされた電荷がディスチャージされるとビエゾ圧電素
子６７が収縮する。その結果、ピストン６３が圧縮ばね
７ｌのばね力により上昇せしめられるために可変容積室
６８および圧力制御室５５内の燃料圧が低下する。前述
したようにロッド５０の質量は小さく、従って圧力制御
室５５内の燃料圧が低下するとロッド５０および溢流弁
３１が圧縮ばね４６のばね力によりただちに第１図およ
び第２図において右方に移動し、溢流弁３１が弁シート
部４０から離れて溢流弁３工が即座に開弁ずる。溢流弁
３１が開弁ずると燃料加圧室１５内の高圧の燃料が燃料
溢流路４９および加圧燃料導入室４２を介して第１燃料
溢流室４３内に噴出する。ところが溢流弁３１の燃料通
路４５内に絞り４８が設けられているので溢流弁３１が
開弁ずると第１燃料溢流室４３内の燃料は一時的に高圧
となり、次いで徐々に低下する。従って溢流弁３ｌが開
弁ずると第１燃料溢流室４３内の高圧の燃料が燃料通路
２５を介してニードル背圧室２４内に加わるためにニー
ドル背圧室２４内の燃料圧も一時的に高くなる。その結
果、ニ一ドル７はニードル背圧室２４内の燃料圧の上昇
作用により急速に閉弁せしめられる。このように溢流弁
３１が開弁せしめられて燃料加圧室１５内の燃料圧が低
下し、同時に環状燃料通路１９内の燃料圧が低下しても
ニードル７が急速に閉弁せしめられるので燃焼室（図示
せず）内の燃焼ガスがノズルロ３を介して環状燃料通路
ｌ９内に流入するのが阻止される。

また、溢流弁３１の燃料通路４５内には絞り４８が配置
されているので第１燃料溢流室４３内の燃料は絞り４８
を介して比較的ゆっくりと第２燃料溢流室４４内に溢流
せしめられる。その結果、燃料加圧室１５内の燃料圧も
比較的ゆっくりと低下するために環状燃料通路１９内の
燃料全体が燃料加圧室１５内に向けて移動することがな
くなる．その結果、環状燃料通路１９内の圧力が一時的
に低圧、例えば大気圧以下になることがなく、斯くして
環状燃料通路１９内において微少な気泡が発生するのが
阻止される。次いで第１燃料溢流室４３内の燃料圧がフ
ィード圧まで低下するとニードル背圧室２４内の燃料圧
もフィード圧まで低下する。一方、溢流弁３１を開弁ず
るためにピエゾ圧電素子６７が収縮せしめられて可変容
積室６８の燃料圧が低下せしめられたときに可変容積室
６８の燃料圧が燃料流入通路７７（第６図）内の燃料圧
よりも低くなれば逆止弁７２を介して低圧の燃料が可変
容積室６８内に補給される。

次いでプランジャ１２が更に下降するとプランジャ１２
の外周面上に形成された円周溝２６が燃料供給ポート２
０および燃料ポート２１に連通ずる。このとき燃料加圧
室１５内の燃料圧が燃料供給ボート２０および燃料ポー
ト２１内の燃料圧よりも高いときは燃料加圧室ｌ５内の
燃料がブランジャ１２内に形成された燃料逃し孔２７お
よび円周溝２６を介して燃料供給ボート２０および燃料
ポート２１内に排出される。次いでプランジャｌ２が上
昇して上端位置まで戻り、再び下降を開始する。

第３図に別の実施例を示す。この実施例では溢流弁３１
の燃料通路４５内にＩＪ　ＩＪ−フ弁９０が設けられる
。このリリーフ弁９０は弁ポート９１と、弁ポート９１
の開閉制御をするボール９２と、ボール９２を弁ボート
９１に向けて付勢する圧縮ばね９３からなる。

この実施例では溢流弁３１が開弁じて燃料加圧室１５内
の高圧燃料が第１燃料溢流室４３内に流入するとリリー
フ弁９０がただちに開弁ずるために燃料加圧室ｌ５内の
燃料圧は急激にリリーフ弁ｇｏの開弁圧まで低下する。

次いでプランジャ１２が下降している間、燃料加圧室１
５および第１燃料溢流室４３内の燃料圧はＩＪ　ＩＪ−
フ弁９０の開弁圧に維持される。従ってこの実施例では
溢流弁３１が開弁ずると第１燃料溢流室４３内にはリリ
ーフ弁９０の開弁圧で定まる比較的高圧が発生し、この
高圧が燃料通路２５を介してニードル背圧室２４内に加
わる。その結果、ニ一ドル７が急速に閉弁せしめられる
ために燃焼室（図示せず）内の燃焼ガスがノズルロ３を
介して環状燃料通路１９内に流入するのが阻止される。

また、溢流弁３ｌが開弁ずると燃料加圧室１５内の燃料
圧が急激に低下するために環状燃料通路１９内の燃料全
体が燃料加圧室１５に向けて移動するが燃料加圧室１５
内の燃料圧がリリーフ弁９０の開弁圧までしか低下しな
いために環状燃料通路１９内の圧力はさほど低下せず、
斯くして微少な気泡が発生するのが阻止される。

次いでプランジャ１２が上昇を開始するとニードル背圧
室２４内の燃料圧はフィード圧まで低下する。

〔発明の効果〕

溢流弁が開弁じたときにニードル背圧室内の燃料圧が上
昇せしめられてニードルが急速に閉弁せしめられる．そ
の結果、燃焼室内の燃焼ガスがニードル周りに流入する
のを阻止することができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は第５図のＩ−１線に沿ってみたユニットインジ
エクタの側面断面図、第２図は第１図の一部の拡大側面
断面図、第３図は別の実施例を示す拡大側面断面図、第
４図は第５図のＴＶ−ＩＶ線に沿ってみた側面断面図、
第５図は第１図のＶ−Ｖ線に沿ってみた側面断面図、第
６図は第１図および第８図のＶＩ−Ｖｌ線に沿ってみた
側面断面図、第７図は第１図の平面図、第８図は第１図
の■−■線に沿ってみた平面断面図である。 ３・・・ノズル口、　　　　７・・・ニ一ドル、１１・
・・ブランジャ孔、ｌ２・・・ブランジャ、１５・・・
燃料加圧室、　２０・・・燃料供給ポート、３０・・・
摺動孔、　　　　３１・・・溢流弁、３５　．　３５　
ａ・・・円錐孔、　３６　．　３６’・・・弁シート部
材、３９・・・凹溝、　　　　　４０・・・弁シート部
、４２・・・加圧燃料導入室、 ４３・・・第１燃料溢流室、 ４４・・・第２燃料溢流室、 ４８・・・絞り、　　　　　５５・・・圧力制御室、６
７・・・ピエゾ圧電素子、 ６８・・・可変容積室、　　９０・・・ＩＪ　リーフ弁
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　機関により駆動されるプランジャと、燃料で満たされ
   かつプランジャにより加圧される燃料加圧室と、燃料加
   圧室内の燃料圧に応動して該燃料圧が予め定められた圧
   力を越えたときに開弁するニードルと、燃料加圧室内の
   燃料を溢流させる燃料溢流通路と、アクチュエータによ
   って駆動されかつ該燃料溢流通路内に配置された溢流弁
   とを具備し、溢流弁が燃料溢流通路を遮断したときに燃
   料噴射が行われるユニットインジェクタにおいて、溢流
   弁下流の燃料溢流通路をニードル背圧室に連結して溢流
   弁開弁時に高圧をニードル背圧室内に加えるようにした
   ユニットインジェクタ。