JPH03199664A

JPH03199664A - 内燃機関の燃料噴射弁

Info

Publication number: JPH03199664A
Application number: JP33871989A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Tsuzuki; 尚幸都築; Makoto Koike; 誠小池
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1991-08-30
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: DE4041878C2; DE4041878A1; JP2616825B2

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〕この発明はニードルに関し弁座と反対側に背圧室を形成
した内燃機関の燃料噴射弁に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の燃料噴射弁はニードルに燃料噴射ポンプから
の圧力を加えることによりニードルをスプリングに抗し
て開弁変位させ、燃料噴射を行わせるものである。スプ
リングが配置される弁座と反対側のニードル端部に形成
されるスプリング室は通常は燃料系の低圧側に接続され
ており、スプリングによる閉鎖力に対してニードルに加
わる燃料圧力が上回ったときにニードルは開弁に至る。

一方、ディーゼル機関等において燃焼性能を向上するた
めには燃料噴射圧力が高いことが好ましい。

そのために、スプリングを強くしなければならず、また
ニードルがバルブシートに着座するときの閉鎖圧力が大
きいため耐久性等の点で好ましくない。

そこで、実開昭５５−９８５４号ではスプリング室（背
圧室）に燃料供給ポンプからの圧力を導き、ニードルに
対してスプリングによる閉鎖力に加え燃料供給ポンプ圧
による閉鎖力を印加するものを提案している。燃料供給
ポンプと燃料噴射弁のニードルとの間には通常の燃料噴
射ポンプが配置されている。燃料噴射弁は非作動時には
背圧室とニ−ドルとの圧力は等しく、スプリングによっ
て閉弁する。燃料噴射時には燃料噴射ポンプからの圧力
性だけニードルに加わる開弁圧力が背圧室から加わる閉
弁圧力より高くなり、ニードルは開弁じ燃料噴射が行わ
れる。この従来技術では、スプリングは燃料噴射ポンプ
の前後圧力に打ち勝つだけでよいから、スプリングを強
くすることなく燃料噴射弁からの燃料噴射圧力を高める
ことを狙ったものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術では背圧室に燃料供給ポンプからの圧力を印加
し、ニードルに燃料噴射ポンプからの圧力を印加してい
る。これは、燃料噴射圧を上げつつスプリングとして弱
いものでも可能とするため、背圧室に燃料供給ポンプか
らの圧力を印加しておき、これに対して燃料噴射ポンプ
の前後圧だけニードルの圧力が上がったとき開弁を可能
としするためである。そして、この場合、燃料噴射ポン
プからの吐出圧の減衰特性に応じて燃料噴射弁の作動が
制御され、燃料噴射ポンプからの燃料噴射圧は燃料噴射
の終了と共に急速に減衰する。それは、燃焼性の向上の
ため燃料噴射の終わりは鋭いことが要求されるからであ
る。ところが、従来技術では燃料噴射ポンプからの圧力
そのもので閉鎖時の挙動が支配されるため、燃料噴射終
了後の圧力減衰を早くする特性に選定すると、ニードル
閉弁時にノズル室の圧力（残圧）が低くなり、筒内圧か
らノズル室への燃焼ガス逆流が発生し、ノズルニードル
のシート部の耐久性上好ましくないことがある。

この発明は、燃料噴射終了後のニードル背圧室の圧力の
減衰を燃料噴射ポンプからの燃料圧力の減衰に比較して
抑制することにより上記問題点の解決を図るものである
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明によれば、ニードルに対してスプリングによる
閉鎖方向の力を付与すると共に、ニードルに関し弁座と
反対側に形成される背圧室に燃料圧力を印加する内燃機
関の燃料噴射弁において、背圧室に燃料噴射ポンプから
の吐出圧を導き、背圧室に加わる吐出圧によるニードル
の閉弁方向の圧力特性をニードルに加わる開弁方向の圧
力特性とは変化させることにより吐出圧に応じたニード
ルの開弁を行わせる背圧室圧力制御手段と、燃料噴射ポ
ンプから背圧室への配管系に設けられ、ニードルの閉弁
直後の背圧室の圧力を維持する絞り手段とを具備したこ
とを特徴とする内燃機関に燃料噴射弁が提供される。

〔作用〕

閉弁時はニードルはスプリング＋背圧室の圧力によって
決まる閉弁力によって閉鎖している。

背圧室圧力制御手段は、燃料噴射ポンプから背圧室に加
わる燃料噴射圧力を、ニードルに加わる燃料噴射圧力と
は変化させて、燃料噴射圧力によるニードルの開弁を行
わしめる。即ち、ニードルに加わる噴射圧による開弁力
がスプリング＋背圧室の圧力による閉弁力を上回るとニ
ードルは開弁し、燃料噴射が行われる。

燃料噴射終了時、絞り手段は背圧室の圧力を暫時維持し
、この圧力による閉鎖力によってニードルは迅速に閉弁
に至らしめられる。

〔実施例〕

第１図において、ディーゼル機関は判型燃料噴射ポンプ
ｌＯを有し、判型燃料噴射ポンプｌＯは各気筒の燃料噴
射弁１１に接続される燃料吐出部１２を有し、かつ燃料
タンク１４に接続される。

燃料噴射ポンプｌＯは判型に限らず分配型であっても構
わない。

各気筒のシリンダヘッド１６に設けられる燃料噴射弁１
１は直列にしたノズル本体１８と、スペーサ２０と、ス
プリング室本体２２とを有し、これらはホルダスリーブ
２４及びナツト部材２５によって相互に連結される。ニ
ードル２６がノズル本体Ｉ８内に上下摺動自在に嵌合さ
れ、ニードル２６はノズル本体１８の下端に形成される
バルブシート２８を開閉し、ノズル３０からの燃料噴射
を制御する。ニードル２６の上端２６−１は径の幾分大
きな部分を形成し、下端部との接続箇所に受圧面２６−
２が形成され、受圧面２６−２の周囲においてノズル本
体内に燃料溜室３２が形成され、この燃料溜室３２に加
わる燃料圧力によってニードル２６の開弁制御が行われ
る。即ち、燃料溜室３２は主燃料通路３４を介して燃料
噴射弁の上端の燃料受は室３８に連通され、ニードル３
０とノズル本体１８との間の通路４０を介して弁座２８
まで延びている。

スプリング室本体２２の内部にこの実施例で背圧室とな
るスプリング室４２が形成され、スプリング室４２内に
おいてニードル２６の上端にブツシャ４４が連結される
。スプリング４６の下端はこのブツシャ４４に接触し、
スプリング４６の上端はシム４８を介して減圧弁５０に
連結される。

減圧弁５０は上端にフランジ５０−１を形成したロッド
状に形成され、フランジ部５０−１はスプリング４４に
よってナツト部材２５の下面に向かって接触付勢される
。減圧弁５０はその中心軸線方向にオリフィス５４を貫
通形成し、オリフィス５４の一端はスプリング室４２に
開口し、他端はナツト部材２５により形成される凹所２
５ａに開口する。一方ナット部材２５はその中心軸線方
向にオリフィス５６を形成し、その一端は凹所２５ａに
開口し、他端は燃料噴射ポンプ１０の吐出部１２からの
燃料受は室３８に開口している。

この実施例の作動を説明すると、燃料噴射ポンプｌＯか
らの圧力はその気筒の燃料噴射時期が来ると上昇を開始
する（第２図（０）ｆ）。この圧力は通路３４を介して
燃料溜室３２に導入され、ニードル２６をスプリング４
６に抗して上方に付勢する。一方、燃料噴射ポンプ１０
からの圧力はオリフィス５６．５４を介してスプリング
室４２に導入され、ニードル２６を閉鎖方向に付勢する
。オリフィス５６．５４の存在によってスプリング室４
２の圧力上昇は燃料溜室３２の圧力上昇特性より緩慢な
ｍの特性となる（第２図（ロ））。二′−ドル２６に掛
かる燃料圧による上方力がスプリングカ＋スプリング室
４２の燃料圧による下方力を上回るとニードルはリフト
し、通路４０及び弁座２８を介し燃料噴射が開始される
にいたる（（イ）の線Ｘ）。

燃料噴射ポンプ１０からの燃料圧力の増加の過程で、減
圧弁５０の前後差圧がスプリング４６に打ち勝つと、減
圧弁５０は下方に動き（第２図（ハ）のａ）、ナツト部
材２５の下面から離間し、この分スプリング室４２の圧
力は今までの上昇より急激にその圧力上昇を行う（ｍ′
）。そして、減圧弁前後の差圧が解消すると減圧弁５０
は再びナツト面に着座する。

燃料噴射ポンプ１０からの噴射圧力はそのピークに到達
したのち降下を開始しく線ｎ）、燃料溜室３２の圧力は
この線ｎに沿って降下する。一方、スプリング室４２か
らは、減圧弁５０が着座しているとともに、オリフィス
５４．５６を介して圧力が抜け、そのため圧力の降下特
性はｐのように、緩慢となり、スプリング室４２は暫時
高圧に維持される。その結果、ニードル２６に大きな閉
弁方向の力が依然付与され、ニードル２６の閉鎖が急激
に行われ（第２図（イ）のｙ）、早い噴射切れと、高い
閉弁時圧力とを両立させることができる。

この実施例において、減圧弁５０を省略することが可能
である。この場合、スプリング室４２の圧力変化は第２
図（０）のｑのようになる。この場合でも、閉弁時のス
プリング室４２の圧力は通常の場合より高くする効果が
奏される。

第３図に示す第２実施例はチエツク弁６０が具備される
点が特徴である。チエツク弁６０は燃料受は室３８と減
圧弁５０との間に設けられ、スプリング６２によってチ
エツク弁６０は減圧弁５０のフランジ部５０−ｌの上面
に接触するように付勢される。チエツク弁６０及び減圧
弁５０は本体２０の内周部との間に適当なりリヤランス
若しくは溝を有しており、ここを燃料が通過することが
できる（第４，５図参照）。

この第２実施例の作動を説明すると、燃料噴射ポンプか
らの圧力が上昇すると（第６図（ｏ）　１−１）、最初
は減圧弁５０はナツト部材２５に着座状態を維持してお
り、オリフィス５４はチエツク弁６０により閉鎖される
ため、スプリング室４２は初期圧力ｋを維持する。

減圧弁５０の前後圧力差がスプリング４６に打ち勝つと
、減圧弁５０はチエツク弁６０と一体になって下方に移
動する（第６図（ハ）のａ−１）。そのため、燃料噴射
圧力がチエツク弁６ｏと本体２２との間の隙間（第４図
）、減圧弁５ｏと本体２２との間の隙間（第５図）とで
形成されるオリフィスを介してスプリング室４２に導入
される。即ち、スプリング室の圧力増加（第６図のｍ−
１）は燃料噴射圧の増加とは所定の時間遅れをもって行
われる。

また、チエツク弁６０のクリヤランスは極めて小さいた
め、噴射初期の背圧室の圧力上昇を少なくすることがで
き、ニードルの開弁圧の変化が小さい利点がある。

ニードル２６に加わる圧力差がスプリング４６に打ち勝
つと、ニードル２６はリフトを開始する（第６図（イ）
のＸ）。ニードルが動き出すと、スプリング室４２の容
積が減少し、スプリング室４２の圧力は上昇し、下方力
が増大するため初期のニードルリフト量を抑制すること
ができ、初期噴射率の低減か可能である。

燃料噴射圧力が最大に到達した後、減圧弁５０の前後圧
力差がスプリング４６のセット圧より小さくなると減圧
弁５０はナツト２５の下面に着座し、燃料噴射圧力が減
少するときスプリング室４２の圧力はオリフィス５４を
介してチエツク弁６゜の下面に作用し、チエツク弁６ｏ
はスプリング６２に抗して減圧弁５０より離間され、ス
プリング室４２の燃料は徐々に放出される。そのため、
燃料噴射路わりにおいてスプリング室の圧力を高く維持
することができる（第６図（０）ｐ−１）。そして、ス
プリング室４２からの圧力開放がある程度進むと、スプ
リング６２によってチエツク弁６ｏは再び減圧弁５０と
接触し、オリフィス５４を閉鎖するためスプリング室の
圧力は適当な値に維持される（第６図（ロ）のｋ）。即
ち、チエツク弁の減圧弁側の受圧面と、スプリング６２
の設定力によってニードル２６の開弁圧を適当に調整す
る１とが可能となる。

第７図は第３実施例であり、第１実施例の変形であり次
の点で相違する。即ち、減圧弁５０の下面に背圧室とし
ての圧力室７０が形成され、圧力室７０の圧力をコマン
ドピストン７２を介してニードル２６に伝達する構造と
している。７３はシムでありスプリング４６によるニー
ドル２６の閉鎖力を調節する。圧力室７０内に燃料圧は
オリフィス５６を介して導入され、コマンドピストン７
２を介してニードル２６に閉鎖方向への力を付与してい
る。燃料噴射圧力の上昇の過程の減圧弁５０の作動は第
１実施例と同様である。燃料噴射圧力が高まる過程では
減圧弁５０は背圧室としての圧力室７０の圧力上昇を燃
料噴射圧力の上昇より抑制し、ニードルの前後圧力を大
きくし、ニードルの開弁を行わせる。燃料噴射を終了す
る燃料噴射圧力が降下するときは減圧弁５０は着座し、
圧力室７０からオリフィス５６を介して徐々に圧力を抜
き、圧力室７０の圧力降下速度を燃料噴射圧力の降下速
度より相当緩慢とし、ニードル閉鎖方向の力を増大せし
め、噴射を急速に停止せしめることができる。

第８図の第４実施例ではコマンドピストンを圧力室７０
の側の第１ピストン９０と、ニードル２６の側の第２ピ
ストン９２との、直列の二段ピストンによって構成して
いる。第２ピストン９２の上端のフランジ部９２−１に
スプリング４６の上端が係合され、第１ピストン９０は
第２ピストン９２を介してスプリング４６によって上方
に付勢されている。

減圧弁５０の作動は第１実施例、第３実施例と同様であ
る。即ち、燃料噴射圧の上昇過程では減圧弁５０は圧力
室７０の圧力上昇特性を制御し、ニードル２６に加わる
閉鎖方向への流体圧力を制御する。ニードルへの付加力
はフランジ部９２−１の面積によって調整することも可
能である。燃料噴射の終了過程では減圧弁５０は着座し
、加圧室７０内の圧力をオリフィス５６を介して徐々に
抜くことによりニードルへの大きな閉鎖力を維持し、噴
射の終了を迅速に行わしめる。

また、第８図の第４実施例ではブツシャ４４と第２ピス
トン９２との間に幾分の隙間を持たせることにより二段
開弁特性を得ることかできる。

第３実施例及び第４実施例ではコマンドピストン径を変
えることにより下方力を調整できる利点がある。

〔効果〕この発明によれば、ニードルだけでなく背圧室にも燃料
噴射ポンプからの圧力を導き、絞り５４゜５６や減圧弁
５０ないしはチエツク弁６０により背圧室内の圧力をニ
ードルの圧力とは変化するように制御し、ニードルの開
弁を行わしめ、一方、絞り手段によって噴射終了時の背
圧室圧力を暫時維持することで迅速な噴射路わり特性を
実現することができ、内燃機関の燃焼特性を良好とする
こと・ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の燃料噴射弁の要部構
成を示す断面図。第２図は第１図の実施例の燃料噴射時の動作を説明する
図。第３図はこの発明の第２の実施例の燃料噴射弁の要部構
成を示す断面図。第４図、第５図は第３図のチエツク弁、減圧弁の箇所の
断面図（クリヤランス状態を誇張して示す）。第６図は第３図の第２実施例の燃料噴射時の動作を説明
する図。第７図、第８図はそれぞれ第３実施例、第４実施例の燃
料噴射弁の要部構成を示す断面図。１０・・・燃料噴射ポンプ、１１・・・燃料噴射弁、１
２・・・燃料吐出部、１４・・・燃料タンク、１６・・
・シリンダヘッド、１８・・・ノズル本体、２０・・・
スペーサ、２４・・・ホルダ、２５・・・ナツト部材、
２６・・・ニードル、２８・・・バルブシート、３０・
・・ノズル、３２・・・燃料溜室、３８・・・燃料受は
室、４２・・・スプリング室、４４・・・ブツシャ、４
６・・・スプリング、５０・・・減圧弁、５４．５６・
・・オリフィス、６０・・・チエツク弁、７０・・・圧
力室、７２・・・コマンドピストン、９０・・・第１ピ
ストン、９２・・・第２ピストン。他気筒噴射弁へ〆−ノ（−）１４・・・燃料タンク１８・・・ノズルボディ２６・・・ニードル２８・・・バルブシート３０・・・ノズル５０・・・渥圧弁５４．５６・・・オリフィス第２図第３図６ｏ・・・チエツク弁第７　図２６−Ｎニードル５０・・・減圧弁７０・・・圧力室７２・・・コマンドピストン第図第チエツク弁変位萬６図５０・・・減圧弁６０・・・チエツク弁２６・・・ニードル９２・・・第２ピストン

Claims

【特許請求の範囲】

　ニードルに対してスプリングによる閉鎖方向の力を付
与すると共に、ニードルに関し弁座と反対側に形成され
る背圧室に燃料圧力を印加する内燃機関の燃料噴射弁に
おいて、背圧室に燃料噴射ポンプからの吐出圧を導く通
路と、該通路に設けられ、背圧室に加わる圧力によるニ
ードルの閉弁方向の圧力特性をニードルに加わる開弁方
向の圧力特性とは変化させることにより吐出圧に応じた
ニードルの開弁を行わせ、かつニードルの閉弁直後の背
圧室の圧力を維持する絞り手段とを具備したことを特徴
とする内燃機関の燃料噴射弁。