JPH0436261B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はデイーゼル機関に用いられるユニツト
インジエクタの燃料噴射制御装置に関する。

デイーゼル機関は、燃料噴射を行なうために、
通常は燃料を高圧化する噴射ポンプと、この噴射
ポンプから圧送される燃料をノズルに供給する燃
料噴射管と、高圧燃料を噴射するノズルとを備え
ているが、これらを一体化したものとしてユニツ
トインジエクタがある。このユニツトインジエク
タでは、長い燃料噴射管が不要となるので、噴射
遅れが小さく、圧縮すべき容積が、燃料噴射管が
なくなつた分だけ小さくなるので、高い噴射圧力
を得て燃料の微粒化がよいなどの利点の他、噴射
率を大きくできる、噴射終了時の燃料の後だれが
少ない等の利点も有する。

このようなユニツトインジエクタを各気筒に配
設した燃料噴射装置が例えば特開昭56−50726号
公報（米国特許第4129253号明細書）に提案され
ており、これを第１図、第２図に示す。

第１，２図で、ユニツトインジエクタ１の本体
２に穿設されたシリンダ３にプランジヤ４ａが摺
動自在に嵌挿し、このプランジヤ４ａはプランジ
ヤ４ｂに連結される。プランジヤ４ｂは、その頭
部と本体２との間に介装されたスプリング６によ
り、図中上方に付勢されるとともに、機関に同期
して回転するカム（図示せず）が頭部に上から当
接しており、カムの１回転毎にプランジヤ４ｂは
押し下げられるため、プランジヤ４ｂと連結され
ているプランジヤ４ａは上下に往復動することに
なる。

プランジヤ４ａの一端に臨んで形成されるシリ
ンダ３の圧力室７は、図示しない燃料タンクに燃
料供給通路８ａ，８ｂを介して連通しており、機
関に同期して回転する低圧の燃料供給ポンプ（図
示せず）が燃料タンク内の燃料を圧力室７に供給
するようになつている。

本体２下部には、プランジヤ４ａの下降により
加圧される圧力室７内の燃料を、図示しない燃焼
室に噴射するノズル１０が形成される。具体的に
はノズル１０は、圧力室７と燃料通路９を介して
連通するニードル室１１、ニードルバルブ（針
弁）１２、スプリング１３、噴孔１４、スプリン
グガイド１５、スプリング室１６から構成され、
常時はスプリング１３がスプリングガイド１５を
介してニードルバルブ１２を下方に付勢して噴孔
１４を閉じているが、圧力室７の燃料が燃料通路
９を介してニードル室１１に送られ、このニード
ル室１１の燃圧がスプリング１３に打ち勝つと、
ニードルバルブ１２を上方に付勢して噴孔１４を
開き、ニードル室１１の燃料が噴孔１４から噴射
されるようになつている。従つて、スプリング１
３によりノズル１０の開弁圧が設定されることに
なる。

圧力室７に連通する燃料供給通路８ａ，８ｂに
は弁装置としての電磁弁１８が介装される。電磁
弁１８には、バルブホルダ１９に穿設したシリン
ダ２０を摺動する弁体２１がスプリング２２によ
り付勢されて開弁しており、ソレノイド２４に駆
動電流が通電されると、ソレノイド２４の電磁力
によりアマチユア２６がスプリング２２に抗して
弁体２１を閉弁方向に付勢し着座させるようにな
つている。

電磁弁１８の開弁時に、プランジヤ４ａの下降
により高圧となる圧力室７の燃料は、電磁弁１８
を介して燃料供給通路８ａに逃げるが、オリフイ
ス１７がこのときの燃料流量を規制することによ
り、圧力室７、通路８ｂ，９内の燃圧を、ノズル
１０の開弁圧より小さい所定値に保つようにして
いる。

電磁弁１８への駆動電流を制御する制御回路
（図示しない）は機関の運転状態を検出する手段
（たとえば機関回転数センサ、アクセルペダルの
踏角を検出するアクセルセンサ、機関の冷却水温
を検出する水温センサ、クランク角を検出するク
ランク角センサなど）からの検出信号に基づき、
機関運転状態に最適な駆動パルス幅を持つ信号を
ソレノイド２４に出力し、電磁弁１８を開閉制御
する。

スプリング室１６に連通する燃料逃し通路２８
ａ及びシリンダ上部に形成される環状溝２９に連
通する燃料逃し通路２８ｂは合流した後、電磁弁
１８上流の燃料供給通路８ａに連通しており、余
分な燃料を通路８ａに戻すものである。

従つて、燃料供給ポンプにより予圧される燃料
タンクの燃料は、燃料供給通路８ａから電磁弁１
８（開弁している）を介して圧力室７に供給され
ると、機関に同期して回転するカムによりプラン
ジヤ４ａが下降して圧力室７の燃料を加圧し始め
るが、この時点では電磁弁１８は開いているた
め、加圧される燃料の一部が電磁弁１８を介して
逃げ、オリフイス１７により燃料流量を規制さ
れ、圧力室７、通路８ａ，９の燃圧は所定値以上
には達しない。

プランジヤ４ａの下降途中でソレノイド２４に
通電され電磁弁１８が閉じると、圧力室７の燃料
は閉じ込められて燃圧を増し、この燃圧は燃料通
路９を介してニードル室１１に達する。ニードル
室１１の燃圧がスプリング１３の下方への付勢力
（ノズル１０の開弁圧）に打ち勝つと、ニードル
バルブ１２を上方に押し上げて噴孔１４を開き、
ニードル室１１の燃料が図示しない燃焼室に噴射
される。

所定のクランク角でソレノイド２４への通電を
やめ、電磁弁１８が開かれると、前述のように圧
力室７の燃料の一部が電磁弁１８を介して燃料供
給通路８ａに逃げるため、ニードル室１１の燃圧
はすみやかに下降し、ノズル１０の開弁圧以下と
なつて噴射を終了する。

すなわち、燃料の噴射は電磁弁１８を閉じてい
る期間に行なわれることになり、この電磁弁１８
を開閉するソノレイド２４への通電時期及び通電
時間を運転状態に応じて変えることにより、ノズ
ル１０から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量
が最適に制御されるのである。

ところで、電磁弁１８の最大リフト量はアマチ
ユアとコアとの間のギヤツプ量により一義的に定
まつており、電磁弁１８の弁体２１のリフトによ
り弁体２１と弁座との間に形成されるリークオリ
フイス面積はこの最大リフト量により制限される
ため、最大リフト量が小さいと、噴射終了時の噴
射圧力の低下が遅く、噴射のきれが悪い。

そこで、リークオリフイス面積を増大するには
弁体のシート径を大きくするか弁体の最大リフト
量を大きくすることが考えられる。シート径の増
大を行なう前者では、シート径の増大に応じて弁
体を着座させる電磁力も増大しなければならず、
たとえば、噴射圧力を1000気圧程度とした場合、
シート径を２mm程度と小さくしても着座には少な
くともも30Kg以上の力を必要とする。

他方、弁体の最大リフト量を大きくする後者で
は、吸引電磁力がギヤツプ量の２乗に反比例する
ため、最大リフト量を大きくすると、リフト量の
２乗に比例して電磁力を増大しなければならな
い。

いずれの場合も、駆動電磁力を大きなものにす
るには電磁弁を大型化しなければならず、また小
型高速機関への適用を考える場合、電磁弁には早
い応答性が要求され、これらを満足する電磁弁は
大型化あるいは高価なものになつてしまう。

そこで、駆動電磁力を大きくすることなく、シ
ート径を増大させて、リークオリフイス面積増大
による燃料噴射のきれを良くする装置が本出願と
同一の発明者により考案されている。

それは、弁体背部に臨んでシリンダを配設し、
このシリンダには弁体頭部のシート径とほぼ同一
の径を有するピストンが摺動するように、このピ
ストンを弁体と一体に設け、シリンダとピストン
で区画形成される背圧室と、シート部上流の燃料
供給通路とを連通する圧力バランス通路を弁体の
軸中心に貫通している。

こうすると、弁体頭部に作用する高圧の燃圧に
よる開弁力と、弁体背部に作用する同じ燃圧によ
る閉弁力とがバランスし、弁体駆動に対する燃圧
の影響を取り除くことができるので、駆動電磁力
は比較的小さなものでよく、このような電磁弁に
あつてはあらためてシート径を増大しても電磁力
はそれほど影響を受けない。

したがつて電磁力は大きくしなくともシート径
を増大できることになり、シート径の増大にあわ
せてリークオリフイス面積は拡大し、噴射圧力が
急激に低下して噴射のきれが良好になる。

ところで、第６図Ａはこのような電磁弁の開弁
リフト途中の状態（詳しくは後述する）に流線分
布を書き入れたものである。

すなわち、弁体４３は右方にリフトしており、
圧力室７からの高圧の燃料は弁体４３頭部で二手
に分かれる。一手は弁体４３と弁座５９との間の
リークオリフイスを通つて燃料供給通路８ａへ逃
げるもので、他の一手は圧力バランス通路７３を
通つて背圧室にむかうが、背圧室は閉じられた空
間であるため、燃料は閉じ込められたままであ
る。

したがつて燃料の流速方向と一致する流線はシ
ート部上流の通路５５では通路中心ほどふくらむ
分布となつており、このような流線分布を有する
燃料が弁体４３頭部に流れると、このときの弁体
４３頭部に作用する圧力Ｐの分布は第６図Ｂのよ
うに弁体４３の軸心Ｃ付近が最も高くなる。

弁体４３の軸心Ｃ付近に作用する燃圧が総じて
高いが、この弁体４３の軸心Ｃには圧力バランス
通路７３が貫通しているため、この軸心Ｃ付近の
高い燃圧は圧力バランス通路７３を経由して背圧
室に達し、この高い燃圧は弁体４３を閉弁方向
（左方）に作用する一方、弁体４３を開弁方向
（右方）に作用する燃圧は、軸心Ｃより圧力バラ
ンス通路４３の開口半径以上離れた部分の比較的
低い燃圧となる。

すなわち、弁体４３の開弁リフト時に、弁体４
３の開弁方向に作用する燃圧が、弁体４３の閉弁
方向に作用する燃圧よりも低くなり、弁体４３の
頭部と背部とで圧力のバランスを崩す。この燃圧
差に応じた弁体駆動力は、弁体４３の開弁リフト
を阻止する向きに働くため、電磁弁の動特性が不
安定になる。

この対策としては弁体４３を閉弁方向に付勢す
る弾性部材（スプリング）のセツト荷重を大きく
することが良好であるが、セツト荷重を大きくす
ると、これにあわせて駆動電磁力を大きくしなけ
ればならず、そうなると電磁力を増大させずにシ
ート径を増大させるという当初の目的に反してし
まうという恐れがある。

そこで本発明は、駆動電磁力を現状に維持しつ
つ、電磁弁の動特性を安定させることを目的とす
る。

このため本発明では、弁装置の弁体背部に臨ん
で配設されるシリンダを摺動するピストンを弁体
と一体に設け、シリンダとピストンで区画形成さ
れる背圧室を、圧力バランス通路を介してシート
部上流の燃料供給通路と連通する構成を追加した
前述の燃料噴射制御装置に、さらに以下のものを
追加して設ける。

すなわち、シート部上流の燃料供給通路に、フ
ローガイドを圧力バランス通路の開口部から離間
して対向する位置に設け、弁体の開弁リフト時
に、フローガイド周囲を流れる逃し燃料による最
大付近の燃圧が開口部より外側の弁体頭部に作用
するように逃し燃料流れを規制する。

こうすると、弁体頭部には開弁方向に最大付近
の燃圧が作用するのに対し、圧力バランス通路を
介しては、比較的圧力の低い燃圧が背圧室に達
し、この圧力が弁体を閉弁方向に作用することに
なるので、これらの燃圧差に応じた弁体駆動力
が、今度は弁体４３の開弁リフトを助勢する向き
に働くことになる。

以下図示実施例に基いて説明する。

第３図は本発明の第１実施例の概略構成図で、
４は第１，２図の２つのプランジヤ４ａ，４ｂを
一体としたプランジヤ、３０は機関に同期して回
転するカム、３１はプランジヤ４の抜け止め防止
用のピン、３２は支持体、３３はホルダ、３４は
ノズルホルダ、３５はニードルバルブ１２のリフ
ト量を規制するデイスタンスピース、３６はノズ
ルホルダ３４とデイスタンスピース３５をホルダ
３３に固定するノズルナツト、３８は燃料タンク
への燃料逃し通路、３９はノズル１０の開弁圧を
調整するシムである。

４０は燃料供給通路８ａ，８ｂに介装される弁
装置としての電磁弁で、その拡大断面図が第４図
に示される。

図中、バルブホルダ４１に形成されるシリンダ
４２に、針状の弁体（針弁）４３が摺動自在に嵌
装し、バルボホルダ４１のケース４４内には、弁
体４３上端周囲にビス４５にてシム５８を介して
固定されるアマチユア４６、アマチユア４６を吸
引するコア４７、コア４７を励磁するソノレイド
４８、ソノレイド４８への制御信号が供給される
端子４９、ストツパ５０を介して弁体４３を図中
上方に付勢するスプリング５１が収納される。

弁体４３の頭部（弁体下端）に臨んで形成され
る弁室５２は通路５３、室５２を介して燃料供給
通路８ａに連通するとともに、通路５５を介して
燃料供給通路８ｂに連通している。

このため、常時はスプリング５１の上方への付
勢力によりアマチユア４６をコア４７から離間
し、弁体４３が、バルブホルダ４１に形成した弁
座５９から離れ（開弁し）、燃料供給通路８ａと
８ｂを連通しているが、所定のクランク角で制御
回路（図示しない）からソノレイド４８に通電さ
れると、コア４７が励磁してアマチユア４６を吸
引し、弁体４３が弁座５９に着座する（閉弁す
る）ことになる。

第５図上はこのような電磁弁４０のソノレイド
４５に通電される印加電圧及びリフト特性を示
す。

すなわち、電磁弁４０にT₁からT₃の期間通電
されると、電磁弁４０は応答遅れをもつてT₂か
らT₄の期間閉弁することになる。

第４図に戻り、弁体背部（弁体上部）に臨んで
シリンダ７０を設け、このシリンダ７０に摺動自
在に嵌装するピストン７１を弁体４３の背部に一
体に形成する。

シリンダ７０とピストン７１で区画形成される
背圧室７２には弁体４３と弁座５９とのシート部
上流の燃圧が導かれように、弁体４３の軸中心に
背圧室７２と通路５５とを連通する圧力バランス
通路７３を貫通する。

このため、弁体４３頭部に作用するシート部上
流の燃圧と弁体４３背部に作用する背圧室７２の
燃圧がほぼ等しくなる。

ここで、弁体に作用する力は燃圧と、この燃圧
が作用する受圧面積とにより決定されるため、弁
体４３頭部のシート部上流の燃圧及びシート部の
受圧面積により決定される開弁力と、弁体４３背
部の背圧室７２の燃圧及びピストン７１の受圧面
積により決定される閉弁力とがほぼバランスする
ように、ピストン７１の径を設定している。

本発明ではさらに、弁体４３頭部の圧力バラン
ス通路７３の開口部のオリフイス８０を設け、圧
力バランス通路７３への開口面積を小さくする。

一方、弁体４３頭部のシート部のすぐ上流の通
路５５に、前記オリフイス８０に対向し、オリフ
イス径よりも大きい外径を有するフローガイド８
１が離間して位置するように、そのフランジ部８
２をホルダ３３とバルブホルダ４１との間に挾持
し、このフランジ部８２には連通孔８３を穿設す
る。

ただし、フローガイド８１の周囲の通路５５は
燃料流量が充分に確保されるように、環状通路５
５の面積は、弁体４３と弁座５９との間に形成さ
れるリークオリフイス面積よりも４倍以上大きく
なるように、フローガイド８１の外径が設定され
ている。

ケース４４上部の５６は、シリンダ７０を固定
するストツパ、５７はこのストツパ５６をねじ込
み固定するストツパロツクである。

また、６０は燃料逃し通路で、グループ６１、
通路６２、スプリング室６３、通路６４を介して
アマチユア室６５と連通しており、余剰燃料を燃
料タンクに戻すようになつている。６６はシール
リングである。

その他の構成要素は第１，２図と同一であり、
同一構成要素には同一符号を付して説明は省略す
る。

以上の構成による作用を説明する。

燃料ポンプにより予圧される燃料タンクの燃料
は、燃料供給通路８ａから室５４、通路５３、リ
ークオリフイス、通路５５を経由して圧力室７に
供給される。

機関に同期して回転するカム３０によりプラン
ジヤ４が下降して圧力室７の燃料を加圧し始める
と、この燃圧は前述の燃料供給の逆の順で、すな
わち、燃料供給通路８ｂから通路５５、リークオ
リフイス、通路５３、室５４を経由して燃料供給
通路８ａに逃げるとともに、フローガイド８１と
オリフイス８０開口部とは離間しているため、燃
圧はオリフイス８０、圧力バランス通路７３を経
て背圧室７２に達する。

弁体４３頭部のシート部上流の燃圧と、弁体４
３背部の背圧室７２の燃圧はほぼ等しく、これら
の燃圧が作用する受圧面積も弁体４３頭部と弁体
４３背部とでほぼ等しくなるようにピストン径は
設定しているので、弁体４３頭部に作用する開弁
力と、弁体４３背部に作用する閉弁力とが打ち消
し合うため、弁体４３はスプリング５１の図中上
方への付勢力のみで弁座５９から離れている。

すなわち、圧力室７からの燃圧が低圧の間は、
その燃圧は弁体４３の頭部と背部とでバランスし
ているため、電磁弁４０の弁体４３を閉弁方向に
駆動する電磁力は弁体４３、アマチユア４６など
の重量並びに燃料の粘性に抗する力に対抗できれ
ばよく、比較的小さな電磁力でも、高圧燃料にか
かわらず開閉駆動される。

したがつて、シート径を増大しても、駆動電磁
力は比較的小さく維持でき、本実施例ではシート
径を大きく設定している。

このため、プランジヤ４の下降途中でソノレイ
ド４８に通電されると、弁体４３は小さな電磁力
でダウンして弁座５９に着座する（閉弁する）。

この閉弁により燃料供給通路８ａと８ｂの連通
が遮断されるため、圧力室７の燃料は閉び込めら
れて燃圧を増す。この燃圧は燃料通路９を経てニ
ードル室１１に達し、ニードル室１１の圧力（噴
射圧力）を上昇させ、ノズル１０の開弁圧を越え
ると、ニードルバルブ１２が上方にリフトし、噴
孔１４から燃料が噴射され、以降圧力室７の燃圧
上昇とともに噴射圧力は上昇する。

所定のクランク角でソノレイド４８への電圧印
加を終了すると、弁体４３は開弁方向にリフトを
始めるが、フローガド８１の外径はオリフイス８
０の開口径よりも大きく設定されているため、高
圧の燃料はフローガイド８１周囲の通路５５より
リークオリフイスにつながり良く流れる。

この弁体４３の開弁リフト途中を示したのが第
７図Ａで、流線分布はフローガイド８１周囲で図
のようになり、弁体４３頭部に作用する圧力Ｐの
分布は、第７図Ｂのように、フローガイド８１の
燃料流れの規制のために、弁体４３の軸心Ｃ付近
に作用する燃圧が低くなり、その外側に燃圧のピ
ークを有する特性となる。

すなわち、弁体４３の開弁リフト時にフローガ
イド８１の周囲を流れる燃料による、このピーク
付近の高い燃圧が丁度オリフイス８０の開口部よ
り外側の弁体４３に、開弁方向に作用することに
なる。

一方、オリフイス８０開口部より圧力バランス
通路７３を介して背圧室７２に達する燃圧は、前
述のように、軸心Ｃ付近の圧力の低下した燃圧と
なり、この低い燃圧が弁体４３の閉弁方向に作用
する。

この弁体４３頭部と弁体４３背部との燃圧差に
よる作用力のアンバランスは、今度は弁体４３の
開弁リフト時に開弁力を増加することに寄与する
ため、弁体４３はすみやかに開弁位置までリフト
する。

この開弁により高圧の燃料は、弁体４３と弁座
５９との間に形成されるリークオリフイスを経由
して燃料供給通路８ａに逃げるが、このリークオ
リフイス面積は燃圧の抜け速度を決定しているた
め、シート径を増大している本実施例にあつては
シート径増大によりオリフイス面積が拡大してお
り、したがつて噴射圧力は第５図のように、開弁
後に急激に立ち下り、ノズル１０の閉弁圧以下と
なる。

このため、噴射率もこの噴射圧力の急激な低下
にあわせて同図のように、噴射終わりに急激に立
ち下り、噴射終わりまでの時間が短縮されてい
る。

したがつて、弁体４３の開弁駆動は安定するの
で、作用力のアンバランスを補正するために、ス
プリング５１の付勢力を大きくする必要がなく、
これにより電磁力は小さなものに抑えられる。

以上のように本発明によれば、弁体頭部の着座
するシート部のすぐ上流の燃料供給通路に、弁体
頭部に貫通する圧力バランス通路の開口部断面積
よりも一回り大きな断面積を有するフローガイド
を、圧力バランス通路の弁体頭部側開口部から離
間した位置に設け、弁体の開弁リフト時に、フロ
ーガイド周囲を流れる逃し燃料による最大付近の
燃圧が圧力バランス通路の弁体頭部側開口部より
外側の弁体頭部に作用するように逃し燃料流れを
規制したので、弁体の頭部と背部に作用する力の
アンバランスが、弁体の開弁リフトを助勢するよ
うに働くことになり、駆動電磁力を増大すること
なく、電磁弁の動特性を向上できるという効果が
得られる。

また、電磁弁の動特性の安定により、開弁時の
噴射のきれがよくなるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置に使用されるユニツトインジ
エクタの縦断面図、第２図は第１図の要部断面図
である。第３図は本発明の第１実施例のユニツト
インジエクタの概略構成図、第４図は電磁弁の拡
大断面図、第５図は印加電圧に対する電磁弁の弁
体リフト、噴射圧力、噴射率のそれぞれの特性を
示す図である。第６図Ａは従来装置による作用説
明図、同図Ｂは同じく弁体頭部に作用する圧力分
布を示す図、第７図Ａは本発明による作用説明
図、同図Ｂは同じく弁体頭部に作用する圧力分布
を示す図である。 ４…プランジヤ、７…圧力室、８ａ，８ｂ…燃
料供給通路、１０…ノズル、４０…電磁弁、４３
…弁体、４８…ソノレイド、５１…スプリング、
５５…通路、７０…シリンダ、７１…ピストン、
７２…背圧室、７３…圧力バランス通路、８０…
オリフイス、８１…フローガイド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関に同期して往復動するプランジヤと、こ
   のプランジヤの一端に臨んで形成される圧力室
   と、圧力室と連通し所定圧以上で開弁するノズル
   と、圧力室に連通する燃料供給通路に介装され、
   常時は弾性部材により弁体が開弁方向に付勢さ
   れ、ソレノイドへの通電により閉弁方向に弁体頭
   部がリフトしてシート部に着座することにより閉
   弁するとともに、弁体背部に臨んで配設されるシ
   リンダを摺動するピストンを弁体背部と一体に設
   け、前記シリンダとピストンで区画形成される背
   圧室を、この背圧室に臨むピストンから前記弁体
   頭部までを貫通する圧力バランス通路を介して前
   記シート部上流の燃料供給通路と連通する弁装置
   とを備え、機関の運転状態に応じて弁装置を開閉
   する燃料噴射制御装置において、前記シート部の
   すぐ上流の燃料供給通路に、前記弁体頭部に貫通
   する圧力バランス通路の開口部断面積よりも一回
   り大きな断面積を有するフローガイドを圧力バラ
   ンス通路の弁体頭部側開口部から離間した位置に
   設け、弁体の開弁リフト時に、前記フローガイド
   周囲を流れる逃し燃料による最大付近の燃圧が前
   記圧力バランス通路の弁体頭部側開口部より外側
   の弁体頭部に作用するように逃し燃料流れを規制
   したことを特徴とする燃料噴射制御装置。