JPH09195881A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御ピストンの動きに対して圧力制御室の容
積変化を小さくし、燃料流量が追随できるようにした燃
料噴射装置を提供する。 【解決手段】 制御室８１の圧力が高圧から低圧になる
と、制御ピストン２２がリフトし、ノズルニードルがリ
フトし、噴孔から燃料を噴射する。制御室８１が低圧の
状態から電磁弁によりアウタバルブ５４が弁座３２ａに
着座すると、高圧燃料が燃料通孔５４ｂ、油圧室８８、
オリフィス孔１０を経て制御室８１に徐々に導入される
と、制御室８１の高圧燃料の一部はオリフィス孔８４を
通して油溜室８２に導入されるので、油溜室８２の圧力
は徐々に上昇する。これにより、可動オリフィス８３が
緩衝材となり、制御室８１の圧力が緩慢に上昇し、制御
室圧力の急上昇、急降下及び圧力脈動がなくなるので、
制御ピストン２２及びノスルニードルの後戻り的な挙動
を回避し、噴射期間中の安定した燃料噴射量を確保する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コモンレールに蓄
圧された高圧燃料が供給され、ディーゼルエンジンに噴
射する蓄圧式の燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、コモンレールと呼ばれる一種
のサージタンクに高圧燃料を蓄圧し、この蓄圧した高圧
燃料をディーゼルエンジンへ噴射する燃料噴射装置が公
知である。この蓄圧式の燃料噴射装置では、初期噴射率
を低くするための手段として、油圧ピストンの背圧を制
御する制御室に可動弁体を配する構成のものがある。こ
の可動弁体には、制御室から流出する燃料の流量を押さ
えるためのオリフィスが設けられている。また、可動弁
体は、制御室内でスプリングによって制御室に連通する
連通路を閉塞する方向へ押圧されている。

【０００３】したがって、燃料噴射開始時には、制御室
の燃料は可動弁体のオリフィスを通って連通路より排出
されることから、制御室より流出する燃料の流出流量が
抑えられる。その結果、油圧ピストンにより駆動される
ニードルがゆっくりと上昇するため、初期噴射率が低く
なる。また、燃料噴射終了時には、連通路を介して高圧
燃料が制御室へ導入されるが、このとき、可動弁体は、
流入する高圧燃料の圧力がスプリングの付勢力を上回る
ため、制御室内で押し下げられて連通路を開口する。こ
の結果、高圧燃料が瞬時に制御室へ導入されることによ
り、油圧ピストンとともにニードルが一気に下降して燃
料噴射が終了する。

【０００４】噴射終了後は、制御室に高圧燃料が充満
し、制御室の内部圧力が連通路の内圧と等しくなること
により、可動弁体がスプリングの付勢力によって再び連
通路を閉塞する初期位置に復帰する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本出願人
は、この蓄圧式の燃料噴射装置において、制御室の圧力
が高圧側から低圧側に切替わるとき、可動弁体の挙動に
よっては制御室の圧力を不安定にするため、可動弁体を
なくし制御室に連通する燃料排出経路の途中に通路断面
積を小さくした固定オリフィスを設けた燃料噴射装置を
提案している。この固定オリフィスを設けた蓄圧式燃料
噴射装置においては、オリフィス流量と制御室の容積と
の組合わせにより、制御室の圧力が不安定になる傾向が
ある。例えば、油圧ピストンの動きに伴う制御室の容積
変化にオリフィス流量が追従できないため、制御室の圧
力が不安定になるという現象が発生することがある。

【０００６】この現象を図６に示す従来例と図７に示す
噴射特性に基づいて詳述する。制御ピストン２２は、イ
ンジェクタボディ１３の制御圧力室６４の圧力により制
御ピストン２２をニードル閉弁方向に作用する力と、制
御ピストン２２の図示しない下方側の燃料溜りの圧力に
よりニードル開弁方向に制御ピストン２２を押す力と図
示しないスプリング力によりニードル閉弁方向に作用す
る力との和とがバランスした位置にある。また、バルブ
ボディ３２に当接するアウタバルブ５４は、図６に示す
位置にあるとき、弁座３２ａに当接することにより燃料
通孔５４ｂから油圧室８８に高圧の燃料が供給されてい
る。アウタバルブ５４がバルブボディ３２から離座する
と、油圧室８８が低圧通路６３と連通し油圧室８８が低
圧となる。制御圧力室６４は、固定オリフィス９のオリ
フィス孔１０を経由して油圧室８８と連通している。

【０００７】そして、この固定オリフィス９を備えた燃
料噴射装置では、制御ピストン２２の上下動に伴う制御
圧力室６４の容積変化にオリフィス孔１０の流量が追従
できないため、制御圧力室６４の圧力が不安定になるこ
とがある。このため、制御ピストン２２の挙動が不安定
となり、例えば図８に示すように、アウタバルブ５４が
バルブボディ３２の弁座３２ａに着座している状態か
ら、離座している状態に移行するとき、低圧通路６３か
ら油圧室８８の高圧燃料が導出され、アウタバルブ５４
がバルブボディ３２の弁座３２ａから離座している状態
から着座する状態に移行するとき、燃料通孔５４ｂから
油圧室８８に高圧の燃料が導入されるが、このとき、油
圧室８８にオリフィス孔１０を経由して連通する圧力制
御室６４の圧力が不安定になりやすい。このような圧力
制御室６４の不安定な圧力挙動は、ニードルリフト量の
不安定な挙動を誘発する。

【０００８】本発明は、このような観点からなされたも
ので、制御ピストンの動きに対して圧力制御室の容積変
化を小さくし、燃料流量が追随できるようにした燃料噴
射装置を提供することを目的とする。本発明の他の目的
は、制御ピストンの位置を決めるのに大きく寄与する制
御室の圧力変化を噴射毎に安定にするようにした内燃機
関用燃料噴射装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関用燃料
噴射装置は、請求項１に記載の技術的手段を採用する。
請求項１に記載の内燃機関用燃料噴射装置によると、制
御室に高圧燃料が流入および流入するとき制御室の圧力
脈動を抑制する制御室容積可変手段を備えるため、簡単
な手段により噴射期間中における制御室圧力の急変化を
防止し、弁部材の後戻り的な挙動を回避し、噴射毎の噴
射量を安定にすることができる。

【００１０】請求項２に記載の内燃機関用燃料噴射装置
によると、電磁弁と制御室とを結ぶ通路に設けられる固
定オリフィスと、一方の端面が制御室の一部を区画し他
方の端面が弁部材の反噴射側端面とともに油溜室の一部
を区画する可動オリフィスと、制御室の圧力上昇時に制
御室の容積急増大を抑制する弾性体とを有するため、固
定オリフィスと可動オリフィスと弾性体との有機的な機
械的挙動により、制御室に高圧燃料が導入または導出さ
れるときの制御室の圧力の急上昇、急降下及び圧力脈動
がなくなるので、弁部材の後戻り的な挙動を回避し、噴
射期間中の安定した燃料噴射量を確保することができ
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）多気筒内燃機関の各気筒ごとに取り付け
られるインジェクタに本発明を適用した内燃機関用燃料
噴射装置の第１の実施例を図１〜図３に示す。

【００１２】図１に示すように、インジェクタ１の下端
部に設けられた噴射ノズル２のノズルボディ１１には噴
孔３を開閉するノズルニードル２０が往復移動可能に収
容されている。ノズルボディ１１およびインジェクタボ
ディ１３はディスタンスピース１２を挟んでリテーニン
グナット１４により結合されている。ノズルニードル２
０の反噴射側にはプレッシャピン２１、およびこのプレ
ッシャピン２１と反噴射側で接触あるいは連結する制御
ピストン２２が配設されている。プレッシャピン２１は
圧縮コイルスプリング２３内に貫挿されており、圧縮コ
イルスプリング２３はプレッシャピン２１を図１の下方
に付勢している。制御ピストン２２の反噴射側には制御
室８１が設けられている。ノズルニードル２０、プレッ
シャピン２１および制御ピストン２２は後述する燃料供
給通路６１と噴孔３とを断続する噴射側弁部材を構成し
ている。

【００１３】燃料インレット７０内に収容された燃料フ
ィルタ７１を通して高圧燃料が図示しないコモンレール
から燃料供給通路６１に供給される。インジェクタ１内
の余剰燃料は燃料アウトレット７２からインジェクタ外
部に排出される。電磁弁５０の電磁コイル部５１および
バルブボディ３２は、リテーニングナット１７によりイ
ンジェクタボディ１３と連結されている。バルブボディ
３２内にはアウタバルブ５４が往復移動可能に収容され
ており、このアウタバルブ５４にインナバルブ５５が収
容されている。アウタバルブ５４はアーマチャ５６に連
結されており、スプリング３０によりアーマチャ５６が
図１の下方に付勢されることによりアウタバルブ５４は
バルブボディ３２の内壁に形成された弁座３２ａに着座
している。

【００１４】電磁コイル部５１への通電オフ時、アウタ
バルブ５４はスプリング３０の付勢力により弁座３２ａ
に着座しており、アウタバルブ５４の内壁に形成された
弁座５４ａとインナバルブ５５との間にはクリアランス
が形成されている。このため、燃料供給通路６１に供給
される高圧燃料はアウタバルブ５４を軸方向に貫通して
形成される燃料通孔５４ｂを経て油圧室８８に供給され
る。電磁コイル部５１への通電オフ時、制御室８１に高
圧燃料が供給されていると、ノズルニードル２０が圧縮
コイルスプリング２３から噴孔３近傍の弁座２ａに向け
て受ける付勢力と制御室８１内の燃料圧力から弁座２ａ
に向けて受ける力との和はノズルニードル２０の周囲の
燃料圧力によりリフト方向に受ける力よりも大きくなる
ので、ノズルニードル２０は弁座２ａに着座して閉弁状
態にある。

【００１５】電磁コイル部５１への通電オン時、アウタ
バルブ５４がリフトし制御室８１内の高圧燃料が低圧通
路６３から排出され、制御室８１内の燃料圧力が低下す
るとノズルニードル２０は弁座２ａから離座しリフトす
る。次に、制御室８１の近傍の構造を図１に基づいて詳
述する。ここで、特許請求範囲に記載の圧力安定手段と
容積可変手段は、図１に示す固定オリフィス９、可動オ
リフィス８３、制御室８１、油溜室８２、第１圧縮コイ
ルスプリング８５、第２圧縮コイルスプリング８６等か
ら構成されている。

【００１６】図１に示すように、バルブボディ３２とイ
ンジェクタボディ１３との間には固定オリフィス９が介
装されている。固定オリフィス９には、軸方向に板厚を
貫通するオリフィス孔１０が形成されている。このオリ
フィス孔１０の図１で上側は油圧室８８に連通し、下側
は制御室８１に連通している。可動オリフィス８３は、
制御ピストン２２の上端に形成される円筒状内壁面２２
ａに軸方向に摺動可能に収容されている。可動オリフィ
ス８３の下面と制御ピストン２２との間には油溜室８２
が形成されている。また、可動オリフィス８３と固定オ
リフィス９との間には、制御室８１がインジェクタボデ
ィ１３の内壁により区画形成されている。可動オリフィ
ス８３には、制御室８１と油溜室８２とを常時連通する
オリフィス孔８４が形成されている。

【００１７】第１圧縮コイルスプリング８５の一端は固
定オリフィス９に当接し、他端は可動オリフィス８３の
上面に当接している。また、第２圧縮コイルスプリング
８６の一端は可動オリフィス８３の下面に当接し、他端
は制御ピストン２２の上面に当接している。第２圧縮コ
イルスプリング８６の付勢力は、可動オリフィス８３が
制御室８１と油溜室８２との圧力差により挙動する範囲
において常時可動オリフィス８３が制御ピストン２２に
衝突しない程度の付勢力に設定されている。また、第１
圧縮コイルスプリング８５も同様に、固定オリフィス９
と可動オリフィス８３とが衝突しない程度の付勢力に設
定されている。

【００１８】電磁弁５０が励磁されると、バルブボディ
３２の弁座３２ａからアウタバルブ５４がリフトし、油
圧室８８と低圧通路６３とが連通し、油圧室８８内の高
圧燃料が低圧通路６３へ排出される。これにともない、
制御室８１内の高圧燃料がオリフィス孔１０を通して油
圧室８８を経て低圧通路６３へ排出され、制御室８１内
の圧力が徐々に低下していく。このとき、油溜室８２内
の高圧燃料もオリフィス孔８４を通して制御室８１内へ
流入する。制御室８１の圧力が一定値まで低下すると、
制御ピストン２２の上昇とともにノズルニードル２０が
上昇する。この時、制御ピストン２２の上昇速度が速く
なり、制御室８１からオリフィス孔１０を通して油圧室
８８へ流出する流量が制御室８１の容積変化に追従でき
なくなると、制御室８１の圧力よりも油溜室８２の圧力
が相対的に低くなるため、可動オリフィス８３を押し下
げ、制御室８１の容積変化を小さくする。従って、固定
オリフィス９のオリフィス孔１０を通して制御室８１か
ら流出する高圧燃料の流出流量が制御室８１の容積変化
に追従することができるので、制御室８１の安定した圧
力挙動が得られる。つまり、図７に示すようなニードル
２０のリフト量が大きくなるとき不安定な挙動は発生し
ない。従って、図３に示すように安定した制御ピストン
２２の動きが確保できる。これにより燃料噴射量のばら
つきが小さく、安定した燃料噴射量を確保できるという
効果がある。

【００１９】電磁弁５０が消磁されると、燃料供給通路
６１、高圧通路６２を経て燃料通孔５４ｂから油圧室８
８内に高圧燃料が導入され、オリフィス孔１０を通して
制御室８１内に高圧燃料が流入し、制御室８１の圧力が
上昇する。そして、制御室８１の圧力上昇初期時、制御
室８１の圧力上昇により制御ピストン２２が押し下げら
れる。このとき、油圧室８８からオリフィス孔１０を通
して制御室８１に流入する高圧燃料の一部はオリフィス
孔８４を通して油溜室８２に流入する。このとき制御ピ
ストン２２の降下測度が速くなり、油圧室８８からオリ
フィス孔１０を通して制御室８１に流入する流量が制御
室８１の容積変化に追従できなくなると制御室８１の圧
力よりも油溜室８２の圧力は相対的に高くなるため、可
動オリフィス８３を押し上げ、制御室８１の容積変化を
小さくする。したがって、固定オリフィス９のオリフィ
ス孔１０を通して制御室８１に流入する高圧燃料の流入
流量が制御室８１の容積変化に追従することができるの
で、制御室８１の安定した圧力上昇が得られる。つま
り、図８に示すような制御室８１の圧力急上昇後の圧力
急降下現象は発生しない。したがって、図３に示すよう
に安定した制御ピストン２２の動きが確保できるので、
制御ピストン２２の動きが安定し、制御ピストン２２の
速やかな降下によるシャープカットを実現することがで
きる。これにより、燃料噴射量のばらつきが小さく、安
定した燃料噴射量を確保できるという効果がある。

【００２０】図３に示す第１実施例の噴射特性では、制
御室８１の圧力が最低値から次第に上昇するとき、制御
室８１の圧力変化が図３に示すように階段状あるいは、
なめらかとなり、その過渡状態において圧力低下等の不
安定部が発生しない。このような制御室の圧力挙動によ
り、ニードルリフト量が大きくなるとき、なめらかにノ
ズルニードルが上昇し、噴射量のばらつきが小さくな
り、ニードルリフト量が小さくなるとき、速やかにノズ
ルニードルを弁座に着座させ、シャープカットによる燃
料の安定化を図ることができる。

【００２１】（第２実施例）本発明の第２実施例を図４
に示す。図４に示す第２実施例では、可動オリフィス８
３が制御ピストン２２の端面に当接するときの衝撃を和
らげるために当接する部分に弾性体８８を設けている。
この弾性体８８は、可動オリフィス８３のフランジ下端
部に円環状に挿入されている。制御室８１には圧縮コイ
ルスプリングは存在しないし、油溜室８２にも圧縮コイ
ルスプリングは存在しない。可動オリフィス８３は、制
御室８１の圧力と油溜室８２の圧力との差圧により上下
動する。

【００２２】この第２実施例においては、実施例１の可
動オリフィス８３の上下動による効果に加え、弾性体８
８が設けられていることから油溜室８２の圧力に比べ制
御室８１の圧力が急上昇したとき、可動オリフィス８３
が制御ピストン２２に衝突するときの衝撃を弾性体８８
が緩和するので、衝撃による可動オリフィス８３のはね
返り、およびそれに伴う制御ピストン２２の不斉挙動が
抑えられ、制御室８１の圧力上昇時には速やかに低圧か
ら高圧に移行し、ニードルリフトが最大リフト量から弁
閉状態のリフト量ゼロに至る過程でニードルが逆方向に
移動するような現象はない。したがって、燃料カットが
適正に行われる。

【００２３】（第３実施例）本発明の第３実施例を図５
に示す。図５に示す第３実施例は、前記図４に示す第２
実施例の制御室８１に圧縮コイルスプリング８５を設け
た例である。圧縮コイルスプリング８５の一端は、固定
オリフィス９に当接し、他端は可動オリフィス８３に当
接する。

【００２４】この第３実施例では、電磁弁５０を励磁す
るとき、アウタバルブ５４がリフトし、油圧室８８と低
圧通路６３を連通することにより油圧室８８の高圧燃料
を低圧側に流出する。この燃料の流出とともに制御室８
１の圧力はオリフィス孔１０を通して次第に降下する
が、圧縮コイルスプリング８５が可動オリフィス８３を
制御ピストン２２側に付勢しているため、制御ピストン
２２の上昇速度が抑えられ、ニードルリフト量がゆっく
りと大きくなるので、初期噴射率を抑えることができる
という効果がある。

【００２５】この第３実施例においても、弾性体８８が
設けられていることにより可動オリフィス８３と制御ピ
ストン２２との当接時にその衝撃は緩和されている。し
たがって、ノズルニードル２０の着座時、ノズルニード
ルが一旦逆方向にリフトするような現象が防止される。
したがって、燃料カットを適正に行え、噴射量を安定に
することができる。

【００２６】以上説明したように、上記実施例において
は、油溜室８２と可動オリフィス８３を設けることによ
り制御室８１の容積変化量を相対的に小さくし、燃料の
導出と導入に伴う制御室８１の圧力変化を安定にするこ
とができる。したがって、制御室に高圧燃料が導出およ
び導入される場合、ノズルニードルの閉弁状態から開弁
状態および開弁状態から閉弁状態への移行時に速やかに
ノズルニードルを上昇および下降させ、噴射量を安定に
することができる。

【００２７】本説明は、３方弁方式を例に挙げて行って
いるが、本発明は制御室の圧力制御による他の噴射装
置、例えば２方弁方式にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の主要部を示すもので、図
２に示すＩ部分の拡大図である。

【図２】本発明の第１実施例のインジェクタの断面図で
ある。

【図３】本発明の第１実施例の燃料噴射特性を示すタイ
ムチャートである。

【図４】本発明の第２実施例の主要部を示すもので、図
１に対応する図である。

【図５】本発明の第３実施例の主要部を示すもので、図
１に対応する図である。

【図６】従来例の主要部を示す断面図である。

【図７】従来例の燃料噴射特性を示すタイムチャートで
ある。

【符号の説明】

１ インジェクタ ２ 噴射ノズル ９ 固定オリフィス １０ オリフィス孔 １３ インジェクタボディ（弁本体） ２０ ノズルニードル（弁部材） ２２ 制御ピストン（弁部材） ３２ バルブボディ（弁本体） ５０ 電磁弁 ８１ 制御室 ８２ 油溜室（圧力安定手段、制御室容積可変手
段） ８３ 可動オリフィス ８４ オリフィス孔 ８５ 第１圧縮コイルスプリング（弾性体） ８６ 第２圧縮コイルスプリング（弾性体） ８８ 弾性体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 往復動可能な弁部材と、 この弁部材を収容する収容孔、この収容孔と外部とを連
   通する噴孔、および前記弁部材を摺動可能に案内する摺
   動部、前記弁部材が当接することにより弁閉状態にする
   弁座を有する弁本体と、 内部圧力が増大すると前記弁部材を前記弁座に当接する
   方向に押す制御室と、 前記制御室の圧力を高圧と低圧に切換え可能な電磁弁
   と、 前記制御室の圧力変化を緩和する圧力安定手段とを備
   え、前記圧力安定手段は、前記制御室に高圧燃料が流入
   および流出するとき前記制御室の圧力脈動を抑制する制
   御室容積可変手段を備えたことを特徴とする燃料噴射装
   置。
2. 【請求項２】 前記制御室容積可変手段は、前記電磁弁
   と前記制御室とを結ぶ通路に設けられる固定オリフィス
   と、一方の端面が前記制御室の一部を区画し他方の端面
   が前記弁部材の反噴射側端面とともに油溜室の一部を区
   画する可動オリフィスと、前記可動オリフィスと前記弁
   部材の反噴射側端面との間に設けられ、前記制御室の圧
   力上昇時に前記制御室の容積急増大を抑制する弾性体と
   を有することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装
   置。