JPH09151826A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御圧力室の燃料圧力を調節する電磁弁の弁
体の摺動性が良い燃料噴射装置を提供する。 【解決手段】 円筒状の圧力制御弁３２の内壁３３ｂに
よりインナバルブ３４が摺動可能に案内され、インナバ
ルブ３４と圧力制御弁３２の内壁とによって圧力バラン
ス室３５が区画形成されている。圧力バランス室３５
は、蓄圧室８からの高圧燃料が導入される制御圧力室４
２と連通している。圧力バランス室３５を形成する部分
の圧力制御弁３２の外周壁３２ａとバルブボディ３１と
の間には環状の低圧室３６が設けられている。圧力制御
弁３２の弁座３１ｃへの着座時、制御圧力室４２の高圧
燃料により圧力バランス室３５は低圧室３６に対して高
圧となるため圧力制御弁３２が径方向に膨張するが、低
圧室３６により外周壁３２ａとバルブボディ３１との間
には充分な隙間が確保されるため、この部分の油膜切れ
や異物の噛込みによる摺動不良が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料噴
射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の燃料噴射装置のインジ
ェクタにおいて、弁体の反噴孔側に高圧燃料を導入可能
な制御圧力室を設け、圧縮コイルスプリングの付勢力と
ともにこの制御圧力室の圧力により弁体を閉弁方向に付
勢し、電磁弁を用いて制御圧力室と低圧側とを断続する
ことにより燃料噴射タイミングを制御するものが知られ
ている。

【０００３】上記燃料噴射装置では、前記電磁弁として
例えば制御圧力室と低圧燃料通路とを断続する二方弁を
設けることにより制御圧力室の圧力が調節される。この
二方弁の弁体は、電磁コイルへの通電により開弁方向に
駆動され、圧縮コイルスプリングにより閉弁方向に付勢
されている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】制御圧力室を備えた上記
の燃料噴射装置に用いられるこのような二方弁の一例を
図４に示す。二方弁２００は、バルブボディ２２０と圧
力制御弁２３０とからなる。バルブボディ２２０は、大
径内壁２２０ａにより形成され低圧燃料通路２４０に連
通する摺動孔２２１および小径内壁２２０ｂにより形成
された連通路２２２を有する。連通路２２２は図４の下
方に位置する図示しない制御圧力室と連通しており、制
御圧力室には図示しないコモンレールから高圧燃料が供
給されている。小径内壁２２０ｂ、大径内壁２２０ａ
は、制御圧力室側からこの順で設けられており、大径内
壁２２０ａにより圧力制御弁２３０が往復移動可能に案
内されている。

【０００５】大径内壁２２０ａと小径内壁２２０ｂとの
間には環状の弁座２２３が設けられている。圧力制御弁
２３０が弁座２２３から離座すると低圧燃料通路２４０
と制御圧力室とが連通し、圧力制御弁２３０が弁座２２
３に着座すると低圧燃料通路２４０と制御圧力室との連
通が遮断される。圧力制御弁２３０は円筒状に形成され
ており、その内壁と摺動する封止部材２１０の制御圧力
室側端面と圧力制御弁２３０の内壁とにより、圧力制御
弁２３０の内部に圧力バランス室２１２が区画形成され
ている。この圧力バランス室２１２は連通路２２２を介
して制御圧力室に連通している。

【０００６】圧力制御弁２３０の図４における上方に
は、圧力制御弁２３０を着座方向に付勢する図示しない
圧縮コイルスプリングおよび圧力制御弁２３０を離座方
向に駆動可能な図示しない電磁コイルが設けられてい
る。電磁コイルへの非通電時、圧縮コイルスプリングの
付勢力により圧力制御弁２３０は弁座２２３に着座して
おり、制御圧力室と低圧燃料通路２４０との連通は遮断
されている。このとき、コモンレールから供給される高
圧燃料により制御圧力室および圧力バランス室２１２の
燃料圧力は高圧となっている。この状態から電磁コイル
に通電すると、圧力制御弁２３０が弁座２２３から離座
し、制御圧力室と低圧燃料通路２４０とが連通する。こ
れにより、制御圧力室内の高圧燃料が低圧燃料通路２４
０へと流出するので制御圧力室の圧力は低下する。この
ように、電磁コイルへの通電をオンオフすることにより
圧力制御弁２３０を駆動し、制御圧力室と低圧燃料通路
２４０とを断続することにより制御圧力室の圧力を調節
している。

【０００７】ところで、上記の電磁弁２００において、
圧力制御弁２３０の外周壁とバルブボディ２２０の内壁
２２０ａとのクリアランス２２４は、圧力制御弁２３０
と内壁２２０ａとが摺動可能であり、かつ、圧力制御弁
２３０の外周壁とバルブボディ２２０の内壁２２０ａと
の間に燃料による油膜が形成される程度の幅に設定され
ている。これは、この油膜を利用してバルブボディ２２
０に対して圧力制御弁２３０を滑らかに摺動させるため
である。

【０００８】しかし、圧力制御弁２３０の着座時、前述
のように圧力バランス室２１２は高圧となり、これに対
してクリアランス２２４は低圧であるため、図４に点線
で示すように、圧力バランス室２１２を形成する部分の
圧力制御弁２３０が径外方向に膨張するように弾性変形
する。これにより、圧力制御弁２３０の離座時に比べて
クリアランス２２４が小さくなるので、前記油膜が切れ
て圧力制御弁２３０の摺動不良が発生する。さらに、ク
リアランス２２４が小さくなると、制御圧力室に供給さ
れる燃料を濾過する図示しない燃料フィルタを通り抜け
た微細な異物が圧力制御弁２３０の外周壁と内壁２２０
ａとの間に噛込まれ、この異物によっても圧力制御弁２
３０の摺動不良が発生する。このように、圧力制御弁２
３０の摺動不良が発生すると、制御圧力室の圧力が適正
に調節されなくなるため、燃料噴射量および燃料噴射タ
イミングの精度が低下するという問題がある。

【０００９】本発明の目的は、制御圧力室の燃料圧力を
調節する電磁弁の弁体の摺動性が良い燃料噴射装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の燃料噴射装置は、請求項１に記載の手段
を採用する。すなわち、第２の弁部材とバルブボディの
内周壁との間に、第２の弁部材と前記弁座との着座位置
から封止部材と第２の弁部材との摺動部の弁座側端部よ
りも第２の弁部材のリフト側まで延びる環状の低圧室を
形成する。これにより、圧力バランス室と低圧室との圧
力差により圧力制御弁が径方向に膨張変形しても圧力制
御弁の外周壁と低圧室を形成するバルブボディとの間に
は充分な隙間が確保される。また、低圧室よりも第２の
弁部材のリフト側にバルブボディと第２の弁部材との摺
動部を形成し、圧力バランス室と低圧室との圧力差によ
る圧力制御弁の膨張変形がこの摺動部まで及ばないよう
にできるので、この摺動部において油膜が切れたり異物
を噛込んだりすることが防止される。これにより、電磁
弁の開閉時に圧力制御弁の往復移動が滑らかに行われる
ので、燃料噴射量および燃料噴射タイミングを精度よく
制御することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。 （第１実施例）本発明の燃料噴射装置を蓄圧式のディー
ゼル内燃機関に適用した第１実施例を図１および図２に
示す。

【００１２】インジェクタ１０のノズルボディ１１に
は、燃料溜まり１３と噴孔１６とが弁体摺動孔１４を介
して連通するように形成され、弁体摺動孔１４を形成す
るノズルボディ１１の内壁にニードル弁２１が往復移動
可能に収容されている。ニードル弁２１の反噴孔側に
は、プレッシャピン２４、およびこのプレッシャピン２
４と反噴孔側で接触あるいは連結する制御ピストン２５
が配設されている。プレッシャピン２４はスプリング２
３内に貫挿されており、スプリング２３は、図１の下方
つまり噴孔閉塞方向にプレッシャピン２４を付勢してい
る。ここで、ニードル弁２１、プレッシャピン２４およ
び制御ピストン２５は特許請求の範囲に記載の「第１の
弁部材」に相当し、スプリング２３は特許請求の範囲に
記載の「第１の付勢手段に相当する。

【００１３】サプライポンプ７により汲上げられコモン
レールの蓄圧室８に蓄圧された高圧燃料は、高圧燃料通
路５１を通って燃料溜まり１３に供給され、燃料溜まり
１３内の高圧燃料の圧力がニードル弁２０をリフトさせ
る方向に働く。また、蓄圧室８の高圧燃料は、第１の絞
り孔５２が設けられた高圧燃料通路５３を通って制御圧
力室４２にも供給される。

【００１４】ノズルボディ１１の上方には、バルブボデ
ィ３１と圧力制御弁３２とからなる電磁弁３０が設けら
れている。この電磁弁３０は、制御圧力室４２と後述す
る低圧燃料通路５６とを断続する二方弁である。第２の
弁部材としての圧力制御弁３２は円筒状に形成されてお
り、その内部にはテーパ面３３ａおよび内壁３３ｂによ
って圧力制御弁３２を軸方向に貫通する摺動孔３３が形
成されている。テーパ面３３ａおよび内壁３３ｂは、制
御圧力室側からこの順番で設けられている。封止部材と
してのインナバルブ３４は内壁３３ｂに摺動可能に案内
されており、インナバルブ３４、テーパ面３３ａおよび
内壁３３ｂによって圧力制御弁３２の内部に圧力バラン
ス室３５が区画形成されている。この圧力バランス室３
５は制御圧力室４２側に開放されている。圧力制御弁３
２およびインナバルブ３４の図１における上方向への移
動は、ストッパ３９により規制されている。

【００１５】バルブボディ３１には、圧力制御弁３２の
外周よりも大径の環状凹溝３１ａが圧力制御弁３２と同
軸に設けられている。この環状凹溝３１ａと圧力制御弁
３２の外周壁３２ａとの間には環状の低圧室３６が形成
されている。この低圧室３６は、図２に示すように、イ
ンナバルブ３４がストッパ３９に当接した上端位置にお
いて、低圧室３６は、弁座３１ｃから圧力制御弁３２と
インナバルブ３４との摺動部の制御圧力室側端部よりも
距離Ｈだけ圧力制御弁３２のリフト側まで形成されてい
る。また、バルブボディ３１に設けられた低圧燃料通路
５６は低圧室３６に連通している。

【００１６】環状凹溝３１ａの制御圧力室側に続いて、
連通路４１を形成する小径内壁３１ｂがバルブボディ３
１の軸方向に延びている。図１に示すように、連通路４
１と制御圧力室４２とは、第２の絞り孔５４が設けられ
た高圧燃料通路５５を介して連通している。ここで、第
２の絞り孔５４の流路面積は、第１の絞り孔５２の流路
面積よりも小さい。環状凹溝３１ａと小径内壁３１ｂと
の間には圧力制御弁３２が着座可能な環状の弁座３１ｃ
が形成されている。圧力制御弁３２は環状凹溝３１ａの
反制御圧力室４２側に続く摺動内壁３１ｄによって軸方
向に往復移動可能に案内されている。摺動内壁３１ｄと
圧力制御弁３２の外周壁３２ａとからなる摺動部４３に
おいて、摺動内壁３１ｄと外周壁３２ａとの間のクリア
ランスは、圧力制御弁３２と摺動内壁３１ｄとが摺動可
能であり、かつ、摺動内壁３１ｄと外周壁３２ａとの間
に燃料による油膜が形成される程度の幅に設定されてい
る。

【００１７】圧力制御弁３２の図１における上方には、
圧力制御弁３２を弁座３１ｃ側に付勢する第２の付勢手
段としての圧縮コイルスプリング３７と、通電により圧
力制御弁３２を弁座３１ｃからの離座方向に駆動する電
磁コイル３８とが設けられている。次に、この燃料噴射
装置の作動について説明する。 （１）電磁コイル３８への通電オフ時、圧力制御弁３２
は圧縮コイルスプリング３７の付勢力により弁座３１ｃ
に着座し、制御圧力室４２と低圧燃料通路５６との連通
を遮断しているので、制御圧力室４２の燃料圧力は高圧
である。この制御圧力室の燃料圧力から受ける力とスプ
リング２３の付勢力との和により、燃料溜まり１３の燃
料圧力によるニードル弁２１のリフト方向への力に抗し
てニードル弁２１は噴孔１６を閉塞している。また、制
御圧力室４２と連通している圧力バランス室３５の燃料
圧力も高圧であり、圧力制御弁３２に対して図１の上向
きに圧力が作用する面積よりも下向きに圧力が作用する
面積の方が大きいため、圧縮コイルスプリング３７の付
勢力に加えて圧力バランス室３５の燃料圧力も圧力制御
弁３２の着座方向に働いている。一方、低圧燃料通路５
６に連通する低圧室３６は圧力バランス室３５に比べて
低圧である。

【００１８】このとき、圧力バランス室３５と低圧室３
６との圧力差により、図２に点線で示すように、圧力バ
ランス室３５を形成する部分の圧力制御弁３２は径外側
にやや膨張する。しかし、この膨張する部分の圧力制御
弁３２の外周壁３２ａとバルブボディ３１との間には低
圧室３６が設けられているため、圧力制御弁３２が膨張
しても圧力制御弁３２の外周壁３２ａと低圧室３６を形
成する環状凹溝３１ａとの間には充分な隙間が確保され
ている。また、バルブボディ３１の摺動内壁３１ｄと圧
力制御弁３２の外周壁３２ａとの摺動部４３は、圧力制
御弁３２とインナバルブ３４との摺動部の制御圧力室側
端部よりも距離Ｈだけ圧力制御弁３２のリフト側に設け
られているため、圧力制御弁３２の膨張による変形がこ
の摺動部４３まで及ぶことはない。したがって、圧力バ
ランス室３５の燃料圧力が高圧のときにも、摺動内壁３
１ｄと外周壁３２ａとの間のクリアランスが所定幅に保
たれるため、摺動部４３における油膜切れや異物の噛込
みによる圧力制御弁３２の摺動不良を防止することがで
きる。 （２）電磁コイル３８への通電オン時、スプリング３７
および圧力バランス室３５内の燃料圧力による付勢力に
抗して圧力制御弁４２が弁座３１ｃから離座して制御圧
力室４２と低圧室３６とが連通する。これにより、制御
圧力室４２の高圧燃料は第２の絞り孔５４を通って低圧
室３６に流入し、さらに低圧室３６から低圧燃料通路５
６へと流出する。ここで、蓄圧室８から制御圧力室４２
に導入される燃料流量を規定する第１の絞り孔５２の流
路面積に比べて、制御圧力室４２から低圧室３６に導入
される燃料流量を規定する第２の絞り孔の流路面積の方
が大きく設定されているため、制御圧力室４２の燃料圧
力は高圧燃料通路５１の燃料圧力に比べて相対的に低く
なる。燃料溜まり１３の燃料圧力によりニードル弁２１
のリフト方向に働く力と、制御圧力室４２の燃料圧力お
よびスプリング２３の付勢力によりニードル弁２１の閉
弁方向に働く力とのバランスが逆転すると、ニードル弁
２１がリフトして噴孔１６から燃料が噴射される。

【００１９】このように、電磁弁３０の圧力制御弁４２
がバルブボディ３１の軸方向に往復移動して弁座３１ｃ
に着座または離座することにより、制御圧力室４２と低
圧燃料通路５６とを断続して制御圧力室４２の圧力を調
節し、この制御圧力室４２の圧力により燃料の噴射タイ
ミングおよび燃料噴射量を制御している。本発明の第１
実施例の燃料噴射装置によると、バルブボディ３１に環
状凹溝３１ａを設けることにより、圧力制御弁３２の外
周壁３２ａとバルブボディ３１との間に、弁座３１ｃか
ら圧力制御弁３２とインナバルブ３４との摺動部の制御
圧力室側端部よりも距離Ｈだけ圧力制御弁３２のリフト
側まで延びる低圧室３６を形成している。そして、バル
ブボディ３１と圧力制御弁３２との摺動部４３は、この
低圧室３６よりも圧力制御弁３２のリフト側に形成され
ている。これにより、圧力バランス室３５と低圧室３６
との圧力差により圧力制御弁３２が径方向に膨張して
も、この膨張は摺動部４３にまで及ぶことはない。した
がって、摺動内壁３１ｄと外周壁３２ａとの間のクリア
ランスが所定幅に保たれるので圧力制御弁３２の往復移
動が滑らかに行われ、燃料噴射量および燃料噴射タイミ
ングを精度よく制御することができるという効果があ
る。

【００２０】なお、距離Ｈを設定する方法としては、図
２に示すように、環状凹溝３１ａの軸方向長Ａおよびイ
ンナバルブの軸方向長Ｂを変数としてＦＥＭ（有限要素
法）による変形解析を行うことにより、距離Ｈの最適値
を求めることができる。 （第２実施例）本発明の第２実施例を図３に示す。第１
実施例と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。

【００２１】電磁弁１３０は二方弁であり、大径内壁１
３１ａによって形成される摺動孔１３１およびこの摺動
孔１３１に連通し小径内壁１３１ｂによって形成された
連通路４１を有するバルブボディ１３１と、大径内壁１
３１ａに往復移動可能に案内されバルブボディ１３１に
設けられた弁座３１ｃに着座可能な圧力制御弁１３２と
からなる。

【００２２】圧力制御弁１３２は円筒状に形成されてお
り、その内壁３３ｂによってインナバルブ３４が摺動可
能に案内されている。インナバルブ３４、テーパ面３３
ａおよび内壁３３ｂによって圧力制御弁１３２の内部に
圧力バランス室３５が区画形成されている。圧力バラン
ス室３５を形成する部分の圧力制御弁１３２の外周壁１
３２ａには環状の除肉部１３２ｂが設けられており、こ
の除肉部１３２ｂとバルブボディ１３１の大径内壁１３
１ａとの間には、図示しない低圧燃料通路に連通する環
状の低圧室１３６が形成されている。除肉部１３２ｂ
は、圧力制御弁１３２とインナバルブ３４との摺動部の
制御圧力室側端部よりも距離Ｈだけ圧力制御弁１３２の
リフト側まで形成されている。低圧室１３６の図３で上
方には、大径内壁１３１ａと除肉されていない圧力制御
弁１３２の外周壁１３２ａとにより、摺動部１４３が形
成されている。

【００２３】圧力制御弁１３２の弁座３３ｃへの着座
時、図示しない制御圧力室に供給される高圧燃料により
圧力バランス室３５は低圧室１３６に比べて高圧とな
り、図３に点線で示すように、圧力バランス室３５を形
成する部分の圧力制御弁１３２が径方向に膨張する。し
かし、圧力バランス室３５の高圧が作用する部分の圧力
制御弁１３２の外周壁１３２ａとバルブボディ１３１と
の間には低圧室１３６が設けられているため、外周壁３
２ａと大径内壁１３１ａとの間には隙間が確保されてい
る。また、摺動部１４３は低圧室１３６よりも圧力制御
弁１３２のリフト側に形成されているため、圧力バラン
ス室３５の高圧により圧力制御弁１３２が径方向に膨張
しても、この膨張による変形が摺動部１４３にまで及ぶ
ことはない。したがって、大径内壁１３１ａと外周壁１
３２ａとの間のクリアランスが所定幅に保たれるので圧
力制御弁１３２の往復移動が滑らかに行われ、燃料噴射
量および燃料噴射タイミングを精度よく制御することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射装置を示す
模式的断面図である。

【図２】本発明の第１実施例による燃料噴射装置の電磁
弁を示す模式的断面図である。

【図３】本発明の第２実施例による燃料噴射装置の電磁
弁を示す模式的断面図である。

【図４】従来の燃料噴射装置の電磁弁を示す模式的断面
図である。

【符号の説明】

８ 蓄圧室 １０ インジェクタ １１ ノズルボディ １３ 燃料溜まり １６ 噴孔 ２１ ニードル弁（第１の弁部材） ２３ スプリング（第１の付勢手段） ２４ プレッシャピン（第１の弁部材） ２５ 制御ピストン（第１の弁部材） ３０ 電磁弁 ３１ バルブボディ ３１ａ 環状凹溝 ３１ｂ 小径内壁 ３１ｃ 弁座 ３１ｄ 摺動内壁 ３２ 圧力制御弁（第２の弁部材） ３４ インナバルブ（封止部材） ３５ 圧力バランス室 ３６ 低圧室 ３７ 圧縮コイルスプリング（第２の付勢手段） ３８ 電磁コイル ３９ ストッパ ４１ 連通路 ４２ 制御圧力室 ４３ 摺動部 ５１、５３、５５ 高圧燃料通路 ５６ 低圧燃料通路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の各気筒ごとに設けられたイン
   ジェクタに蓄圧室で蓄圧した高圧燃料を供給し、前記イ
   ンジェクタの噴射ノズルから各気筒の燃焼室に燃料を噴
   出する燃料噴射装置であって、 噴射ノズルの噴孔に高圧燃料を供給可能な高圧燃料通路
   と前記噴孔とを断続する第１の弁部材と、 前記第１の弁部材を前記噴孔遮断方向に付勢する第１の
   付勢手段と、 前記第１の弁部材の反噴孔側に設けられ前記高圧燃料通
   路から供給される燃料圧力により前記第１の弁部材を前
   記噴孔遮断方向に付勢する制御圧力室と低圧燃料通路と
   を断続する電磁弁であって、軸方向両端に開口し前記制
   御圧力室と連通する圧力バランス室を設けた第２の弁部
   材、前記圧力バランス室を形成する第２の弁部材の内壁
   と摺動し前記圧力バランス室の反制御圧力室側の開口を
   封止する封止部材、前記第２の弁部材が着座することに
   より前記制御圧力室と前記低圧燃料通路との連通を遮断
   する弁座を形成するとともに前記第２の弁部材を往復移
   動可能に支持するバルブボディ、前記第２の弁部材を前
   記弁座への着座方向に付勢する第２の付勢手段、およ
   び、通電により前記第２の弁部材を前記弁座からの離座
   方向に駆動する電磁コイルからなる電磁弁と、 を備え、 前記第２の弁部材と前記バルブボディの内周壁との間に
   は前記低圧燃料通路と連通し前記第２の弁部材により前
   記制御圧力室と断続される環状の低圧室が形成され、前
   記低圧室は前記第２の弁部材と前記弁座との着座位置か
   ら前記封止部材と前記第２の弁部材との摺動部の前記弁
   座側端部よりも前記第２の弁部材のリフト側まで延びて
   いることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 前記低圧室は、前記弁座に続いて前記封
   止部材と前記第２の弁部材との摺動部の前記弁座側端部
   よりも前記第２の弁部材のリフト側まで延びる環状凹溝
   を前記バルブボディに設けることにより形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。