JPH1054323A

JPH1054323A - エンジンの燃料噴射装置

Info

Publication number: JPH1054323A
Application number: JP22736596A
Authority: JP
Inventors: Terukazu Nishimura; 輝一西村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、バランスチャンバへの燃料圧の
供給を開閉弁によって開閉制御することにより、燃料の
無駄な排出や漏れを無くすとともに燃料噴射パターンに
柔軟性を持たせた圧力バランス型燃料噴射装置を提供す
る。【解決手段】バランスチャンバ３０の排出路であるオ
リフィス３１を第一開閉弁３４で開閉することにより、
バランスチャンバ３０内の燃料圧を変えて、針弁１７に
よる噴孔１９の開閉を制御する。燃料入口１１から燃料
チャンバ２５を経てバランスチャンバ３０に燃料を供給
する供給路２８が、第一開閉弁３４とは独立して作動可
能な第二開閉弁４０によって開閉される。第一及び第二
開閉弁の作動時間、タイミングを制御することにより燃
料噴射パターンを制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ディーゼル機関
等のエンジンに適用されるエンジンの燃料噴射装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディーゼル機関等のエンジンにお
いて、燃焼室への燃料の噴射量や噴射時期等の制御を行
う燃料噴射装置として、例えば、特開平３−９６４号公
報、特開平６−１０８９４８号公報、特開平２−１６１
１６５号公報、又は特公平４−１９３８１号公報に開示
されたものがある。

【０００３】特開平３−９６４号公報又は特開平６−１
０８９４８号公報に開示されている燃料噴射装置は、噴
射ノズルの先端に形成された噴孔を開閉する針弁を有し
ており、噴射ノズル先端側において噴孔を開放する方向
に作用する燃料圧を受けて針弁を開く方向に作用する力
と、バランスチャンバ内の燃料圧に基づいて針弁を閉じ
る方向に作用する力とのバランスによって燃料噴射を制
御している。図５は、上記の従来の燃料噴射装置におい
て燃料噴射を制御するためのバランスチャンバ付近の要
部を示す図であるが、針弁（図示せず。）に連結された
コントロールピストン５０の上部における燃料噴射装置
本体５１（又はプラグ等の当該本体と一体的な部品）内
にはバランスチャンバ５２が形成されている。バランス
チャンバ５２には、図示しない燃料供給源から燃料を供
給する供給路５３が連通しており、その途中に絞り５４
が設けられている。バランスチャンバ５２から燃料を排
出する排出路５５は、燃料路５６及びオリフィス５７か
らなり、オリフィス５７は、図示しないコントロールユ
ニットからの制御信号によって動作する電磁弁５８によ
って開閉制御される。即ち、電磁弁５８によってオリフ
ィス５７を開くと排出路５５から燃料は排出されるが、
供給路５３からの燃料の供給は絞り５４によって制限さ
れているので、バランスチャンバ５２内の燃料圧は低下
し、コントロールピストン５０即ち針弁がリフトされて
燃料の噴射が行われる。一方、電磁弁５８によってオリ
フィス５７を閉じると、排出路５５からの燃料の排出は
停止される。絞り５４を介して供給路５３から燃料が供
給されるので、バランスチャンバ５２内の燃料圧は回復
し、コントロールピストン５０即ち針弁が下降されて燃
料の噴射は停止される。

【０００４】また、特開平６−１０８９４８号公報に開
示された燃料噴射装置は、針弁のリフト制御について
は、電磁弁によって排出路が開閉制御される圧力制御部
材に形成された燃料通路の一部である小孔、即ちオリフ
ィスの断面の大きさを設定することによって、針弁をゆ
っくりとリフトさせるという制御を行っており、このよ
うな制御によって初期噴射率の低減を図っている。

【０００５】一方、特開平２−１６１１６５号公報や特
公平４−１９３８１号公報には、三方弁を用いた電磁制
御式の燃料噴射装置が開示されている。図６に示すよう
に、この形式の燃料噴射装置における三方弁６４は、バ
ランスチャンバ６０に連通する通路６１と、コモンレー
ル７１を介して燃料供給ポンプ７０と接続した供給路６
２と、リザーバ７２に至る排出路６３とをコントロール
ユニット７９からの制御信号により切り換えて、燃料噴
射の開始と終了とを制御している。針弁７３の周囲には
通路７４を介してコモンレール７１から燃料が供給され
る。三方弁６４がバランスチャンバ６０と排出路６３と
を連通すると同時に供給路６２を閉鎖すると、バランス
チャンバ６０内の高圧燃料が三方弁６４を経て排出路６
３に漏れ出てバランスチャンバ６０内の燃料圧を下げる
ので、針弁７３は、リフトして燃料の噴射を可能とす
る。そして、供給路６２の閉鎖によって高圧燃料がバラ
ンスチャンバ６０に流入するのを防止しようとするもの
である。また、三方弁６４が供給路６２と通路６１とを
連通して排出路６３を閉鎖すると、バランスチャンバ６
０内に高い燃料圧が回復するので、針弁７３は、下降し
て燃料の噴射を停止する。そして、特開平２−１６１１
６５号公報に開示されている燃料噴射装置においては、
小径及び大径のコマンドピストン７５，７６と、順次作
用する荷重の異なる二つのリターンスプリング７７，７
８を用いることにより、初期噴射率を階段状に制御する
という針弁７３のリフト制御を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示すように、上記特開平３−９６４号公報や特開平６−
１０８９４８号公報に開示されている燃料噴射装置は、
バランスチャンバ５２からの排出路５５に二方弁として
電磁弁５８を設けて、排出路５５の開閉を制御する方式
を採っているので、バランスチャンバ５２内の燃料圧
は、バランスチャンバ５２に対する燃料の供給路５３に
おける絞り５４と燃料の排出路５５におけるオリフィス
５７の断面積の比によって一義的に決定され、しかも絞
り５４とオリフィス５７とは一旦製作されると断面積の
変更は事実上不可能である。したがって、バランスチャ
ンバ５２内の燃料圧の制御、即ち、燃料の噴射パターン
を任意に制御することができない。

【０００７】具体的には、噴射率特性が、バランスチャ
ンバ５２の排出路５５の径とリターンスプリング（図示
せず。）のばね荷重により決定されてしまうため、エン
ジンの運転状態に応じて様々な噴射率特性を使い分ける
ことが困難である。また、特開平６−１０８９４８号公
報に開示されているような燃料噴射装置の制御装置にお
いても、噴射率特性は小孔であるオリフィス径で決定さ
れてしまうため、初期噴射率の低減に限界があるととも
に、オリフィス径の加工誤差等に基づいて噴射率特性に
バラツキが生じる。

【０００８】更に、バランスチャンバ５２の排出路５５
に設けられた電磁弁５８である二方弁の開閉により燃料
噴射の開始と終了を制御しているが、コモンレール等の
燃料供給源に連通する供給路５３が常に開放されている
ため、燃料噴射期間中には常に高圧燃料が供給路５３、
バランスチャンバ５２及び排出路５５を経てリークされ
続ける構造となっており、燃料ポンプの無駄な仕事が増
加し、燃費悪化の原因となっている。

【０００９】一方、特開平２−１６１１６５号公報や特
公平４−１９３８１号公報に開示されているような燃料
噴射装置においては、上記のようにバランスチャンバ６
０に連通する通路６１と、燃料供給ポンプからの供給路
６２と、リザーバ７２に至る排出路６３とを切り換える
三方弁６４を設けることにより、二方弁としての電磁弁
を設けた燃料噴射装置において見られるような燃料がバ
ランスチャンバを通して流れ続ける現象を回避しようと
している。しかし、図７及び図８に示されるように、燃
料噴射中においては、三方弁６４は、バランスチャンバ
６０に連通する供給路６２を閉鎖しているから、燃費を
悪化させることがないようでも、実際には三方弁６４に
おける摺動間隙から高圧燃料がリークし、二方弁以上に
燃費が悪化してしまうことが分かっている。即ち、図７
に示すように、電磁弁のソレノイド弁体６６が弁軸６５
に対して相対的に下降して、バランスチャンバ６０に連
通する通路６１が、開放されたシール部６８を介して供
給路６２に連通され、リザーバに至る排出路６３が、シ
ール部６７によって通路６１と供給路６２とに対して閉
鎖されているとき、或いは、図８に示すように、ソレノ
イド弁体６６が上昇し、その結果開放されたシール部６
７を介してバランスチャンバ６０に連通する通路６１が
排出路６３に連通され、供給路６２が弁軸６５との間で
シール部６８によって閉鎖されているときにも、供給路
６２からの高圧燃料は、ソレノイド弁体６６と燃料噴射
装置本体との間の摺動間隙６９からリークすることが分
かっている。

【００１０】したがって、従来の燃料噴射装置において
は、燃料噴射量及び噴射時期等の燃料噴射特性をエンジ
ンの運転状況に応じて柔軟に対応させることができない
という状況にあり、このような状況を背景として、特に
初期噴射率の制御パターンを柔軟性良く変更できるよう
にすることが燃料噴射制御上好ましいという技術的な課
題が存在している。また、燃料噴射期間中に供給路から
バランスチャンバを通って排出路へ燃料が常時排出され
ることがなくなれば、燃料供給ポンプの無駄な仕事が減
少し、省エネルギーの観点からも好ましいという課題が
ある。

【００１１】この発明の目的は、上記課題を解決するこ
とであり、バランスチャンバへの燃料圧の供給をオリフ
ィス径に依存したり、バランスチャンバへの燃料圧の供
給と排出とを連動させた三方弁のような制御弁に依存す
るのではなく、バランスチャンバへの燃料圧の供給を、
排出路に設けた開閉弁とは独立した開閉弁によって開閉
制御することにより、燃料噴射中は、供給路からバラン
スチャンバへの燃料の供給を停止することで燃料の無駄
な排出や漏れを無くして省エネルギーに寄与し、しか
も、燃料噴射率及び燃料噴射時期等の制御パターンを変
更して、エンジンの運転状態に応じた柔軟性を持った、
特に初期噴射率のような燃料噴射率制御を可能としたエ
ンジンの燃料噴射装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を解決するため、以下のように構成されている。即ち、
この発明は、燃料を噴射する噴孔を備えた本体内を往復
動し且つ前記噴孔を開放する方向に作用する燃料圧を受
ける第一受圧面を有する弁体、前記本体内で前記弁体の
回りに形成された燃料チャンバ、前記本体内に形成され
且つ前記噴孔を閉じる方向に作用して前記弁体のリフト
を制御する燃料圧を受ける前記弁体の第二受圧面が露出
されたバランスチャンバ、前記燃料チャンバと前記バラ
ンスチャンバとを連通して燃料圧を供給する供給路、前
記バランスチャンバ内の燃料圧を解放する排出路を開閉
する第一開閉弁、燃料噴射を開始するために前記第一開
閉弁を駆動して前記排出路を開く第一アクチュエータ、
前記供給路を開閉する第二開閉弁、及び燃料噴射を終了
するために前記第二開閉弁を駆動して前記供給路を開く
第二アクチュエータから成るエンジンの燃料噴射装置に
関する。

【００１３】この燃料噴射装置は、上記のように構成さ
れているため、二つの開閉弁を開閉制御することによっ
て、様々な噴射率特性、特に初期噴射率特性を得ること
ができる。即ち、燃料圧を解放する排出路に設けられた
第一開閉弁、及び燃料チャンバとバランスチャンバとを
連通して燃料圧を供給する供給路に設けられた第二開閉
弁を、それぞれ第一及び第二のアクチュエータで開閉作
動可能にしているので、第一開閉弁の作動は第二開閉弁
の作動と一義的に設定されるのではなく、第二開閉弁の
開閉制御の元で第一開閉弁の開閉制御を任意に設定する
ことが可能となる。このような両開閉弁の開閉制御によ
り、バランスチャンバ内の燃料圧が変わり、したがって
針弁のリフト量、即ち燃料噴射率が変わり、微細な燃料
噴射率制御を行うことができる。例えば、第二開閉弁を
閉じておくと、燃料供給源からは高い燃料圧がバランス
チャンバに供給されないので、たとえバランスチャンバ
内の燃料圧が低下しても高い燃料圧に回復させることが
できない。この状態で第一開閉弁を開くと、バランスチ
ャンバから燃料が排出路に排出され、燃料の排出分だけ
バランスチャンバ内の燃料圧は低下していき、燃料圧の
低下分だけ針弁のリフト量が増加する。しかも、第二開
閉弁が閉じているためバランスチャンバに燃料が供給さ
れないので、大量の燃料が排出されるという無駄な仕事
もない。第二アクチュエータの作動によって第二開閉弁
が駆動されると、供給路が開かれるので、バランスチャ
ンバ内に高い燃料圧が回復し、燃料噴射が終了する。

【００１４】また、上記燃料噴射装置において、前記バ
ランスチャンバは、前記本体の一部を構成し且つ前記弁
体を摺動可能に嵌入した中空穴部を備えたコントロール
スリーブにおいて前記第二受圧面上の前記中空穴部内に
形成されており、前記燃料チャンバは前記コントロール
スリーブの回りに形成されており、前記供給路は前記コ
ントロールスリーブを貫いて形成されている。

【００１５】このように構成されたエンジンの燃料噴射
装置によれば、バランスチャンバ、燃料チャンバ及び燃
料圧の供給路等の燃料噴射装置の主要な構造をコントロ
ールスリーブの回りに集結させることができ、燃料噴射
装置としての構造が簡素化されるとともに、組立やコス
ト等の燃料噴射装置の製作の点からも有利である。

【００１６】また、上記燃料噴射装置において、前記第
一アクチュエータ及び第二アクチュエータはソレノイド
を有する電磁アクチュエータであり、前記第一開閉弁は
ばねによって閉じる方向に付勢され且つ前記ソレノイド
で開く方向に駆動されるアーマチュアを具備しており、
前記第二開閉弁はばねによって開く方向に付勢され且つ
前記ソレノイドで閉じる方向に駆動されるアーマチュア
を具備している。

【００１７】このように構成されたエンジンの燃料噴射
装置によれば、電磁アクチュエータである第一アクチュ
エータ及び第二アクチュエータの作動は、ソレノイドの
励磁又は解磁の作動であって、また、通常はばねによっ
て閉じる方向に付勢されているアーマチュアで構成され
ている第一開閉弁、及び通常はばねによって開く方向に
付勢されているアーマチュアで構成されている第二開閉
弁は、かかる第一アクチュエータ及び第二アクチュエー
タのソレノイドの励磁によって開く又は閉じる方向に駆
動されるものであるので、結局、第一開閉弁及び第二開
閉弁の開閉制御を電子回路的に簡単に行うことができ
る。また、第二開閉弁については、第二開閉弁の閉弁の
ために行うソレノイドの励磁を、燃料噴射期間を含む短
時間だけ行えば良いので、消費電力が少なくて済む。

【００１８】更に、上記燃料噴射装置において、前記第
一開閉弁は燃料噴射期間の初期に一旦閉じることができ
る。第一開閉弁を閉じると、バランスチャンバからの燃
料の排出がなくなりバランスチャンバ内の燃料圧は第一
開閉弁の閉弁時の圧力が維持され、針弁のリフト量も第
一開閉弁を閉じた時のリフト量が維持される。第一開閉
弁の開閉を繰り返すと、その開弁の都度、バランスチャ
ンバから燃料が排出されてバランスチャンバ内の燃料圧
が低下する。したがって、燃料噴射期間中、第一開閉弁
の開弁の都度針弁リフト量を階段状に順次上昇させるこ
とができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、こ
の発明の実施例を説明する。図１はこの発明によるエン
ジンの燃料噴射装置の一実施例を示す断面図、図２はそ
の要部拡大断面図、図３は燃料噴射サイクルにおける第
一開閉弁と第二開閉弁との開閉作動と針弁のリフト量と
の関係の一例を示すグラフ、そして図４はエンジン回転
速度と負荷の大きさに応じた各種の燃料噴射制御パター
ンを示す図である。

【００２０】この燃料噴射装置は、コモンレール噴射シ
ステム、或いはアキュムレータ噴射システム（図示せ
ず。）に適用される。燃料噴射ポンプから燃料が供給さ
れる共通の通路や蓄圧室（以下、「コモンレール」とい
う。）を通じて供給された燃料は、エンジンに設けた各
燃焼室に噴射される。この燃料噴射装置における本体１
はシリンダヘッド等のベースに設けた穴部（図示せ
ず。）にシール部材を介して密封状態に取り付けられ
る。本体１の下端には、ノズルが密封状態に固定されて
いる。

【００２１】燃料入口プラグ２は、本体１の上部に形成
されたプラグ取付け穴３に螺入して取り付けられてい
る。本体１と燃料入口プラグ２との間のシールは、シー
ル部材４によって達成されている。また、本体１の上端
部には、後述する針弁を往復動させるためのソレノイド
式動弁機構５がスリーブナット６を本体１のねじ部に螺
入することによって固定されている。ソレノイド式動弁
機構５及び本体１とスリーブナット６との間はシール部
材７，８でシールされている。高圧燃料供給源であるコ
モンレールからの燃料は、燃料入口プラグ２を通じてこ
の燃料噴射装置に供給される。また、ソレノイド式動弁
機構５は、コントロールユニット９から供給される制御
信号によってソレノイドの励磁と消磁とを行う。ソレノ
イド式動弁機構５は、バランスチャンバ３０内の燃料圧
を排出路（後述の燃料路３２、オリフィス３１、中空室
３３及び燃料戻りパイプ３９）を通じて解放する第一ア
クチュエータを構成している。

【００２２】本体１には、コントロールピストン１４と
コントロールピストン１４に連結された針弁１７とから
なる弁体を貫通させる中央貫通孔１０が形成されると共
に、中央貫通孔１０と燃料入口プラグ２の燃料入口１１
とを連通する送油穴１２が形成されている。また、本体
１の中央貫通孔１０のほぼ中央部には、中央貫通孔１０
が縮径されたガイド部１３が形成され、ガイド部１３に
はコントロールピストン１４が貫通して摺動可能となっ
ている。また、本体１の先端にばね１５ａに抗してねじ
込まれて固定されたノズル本体１５には、中央貫通穴１
８が形成されている。針弁１７は、中央貫通穴１８内に
隙間２０を残す状態で摺動可能に挿通されている。針弁
１７の回りに形成される隙間２０は高圧燃料の通路を形
成している。針弁１７の先端に形成されたテーパ面２２
は、ノズル本体１５のシート面２１と座着可能であり、
座着したときには針弁１７は閉弁する。テーパ面２２は
燃料圧を受けて弁体を上昇させる第一受圧面を構成して
いる。ノズル本体１５の燃焼室側先端部に設けられたノ
ズル先端１６には燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する噴
孔１９が形成されている。針弁１７の先端のテーパ面２
２とノズル本体１５に形成された噴孔１９が形成された
シート面２１との間が離れると針弁１７が開いた状態と
なり、高圧燃料は噴孔１９から燃焼室へ噴射される。

【００２３】また、本体１の中央貫通孔１０にはコント
ロールスリーブ２３が嵌合しているとともに、中央貫通
孔１０の上部段部にコントロールスリーブ２３の肩部が
当接して突き当てシール面２４が形成されている。コン
トロールスリーブ２３の回りには中央貫通孔１０との間
において、環状の燃料チャンバ２５が形成されている。
コントロールスリーブ２３は、本体１の上端部のねじ部
に螺入され且つ中空孔２７を備えたプラグ２６で固定さ
れている。燃料チャンバ２５は、本体１に形成された送
油穴１２を通じて燃料入口プラグ２の燃料入口１１と連
通している。コントロールスリーブ２３の下方に開放す
る中空穴部２９には、コントロールピストン１４が摺動
可能に嵌入されており、中空穴部２９の上部にはコント
ロールピストン１４の上面との間でバランスチャンバ３
０が形成されている。コントロールピストン１４の上面
は、噴孔１９を閉じる方向にバランスチャンバ３０内の
燃料圧を受けて弁体のリフトを制御する第二受圧面１４
ａを構成している。コントロールスリーブ２３には、バ
ランスチャンバ３０からコントロールスリーブ２３の上
面に通じるオリフィス３１及び燃料路３２が形成されて
いる。更に、バランスチャンバ３０と燃料チャンバ２５
の上部とを連通する燃料圧の供給路２８が、コントロー
ルスリーブ２３を貫通して形成されている。供給路２８
は、後述する第二開閉弁４０によって開閉制御される。

【００２４】第一アクチュエータを構成するソレノイド
式動弁機構５において、コントロールスリーブ２３を本
体１に固定するプラグ２６の上部中空室３３には、ソレ
ノイド３６の付勢によって上下動する第一開閉弁３４の
アーマチュア３５が臨んでおり、アーマチュア３５の下
端面は、コントロールスリーブ２３の上端に形成された
オリフィス３１の出口を開閉可能である。ソレノイド
は、スリーブナット６によって本体１に固定されてい
る。ソレノイドの上部にはばね３７が配設されており、
設定ばね力が可変となるようにセットねじ３８でセット
されている。ソレノイド３６にはコントロールユニット
９からの制御信号として制御電流が供給される。ソレノ
イド３６への通電によって、アーマチュア３５はばね３
７のばね力に打ち勝って引き上げられる。また、ソレノ
イド式動弁機構５の上部にはスリーブナット６から延び
出した燃料戻りパイプ３９が配設されており、燃料戻り
パイプ３９は中空室３３に連通している。

【００２５】バランスチャンバ３０内に供給されている
圧燃圧は、アーマチュア３５の先端がオリフィス３１を
開放することによって、バランスチャンバ３０から燃料
路３２、オリフィス３１及び中空室３３を通じて燃料戻
りパイプ３９へ解放される。即ち、ソレノイド式動弁機
構５が作動すると、アーマチュア３５がオリフィス３１
を開放し、バランスチャンバ３０内の燃料圧は、燃料の
排出に応じて低下することになる。圧力が低下したバラ
ンスチャンバ３０内の燃料圧に基づいてコントロールピ
ストン１４を下げようと作用する力、テーパ面２２に作
用する燃料圧に基づいて針弁１７を押し上げようとする
力、及びコントロールピストン１４の下部と本体１との
間に配設されたリターンスプリング４５の力とのバラン
スにより、針弁１７はリフトする。

【００２６】コントロールスリーブ２３の回りに形成さ
れている環状の燃料チャンバ２５からバランスチャンバ
３０に燃料圧を供給する供給路２８を開閉するために、
第二開閉弁４０が設けられている。第二開閉弁４０は、
第二アクチュエータ４１を構成するソレノイド４２及び
ばね４３によって駆動される。第二開閉弁４０は、全体
をナット４２ａで覆うようにノズル本体１にねじ込むこ
とにより固定されている。第二開閉弁４０は、ばね４３
が第二開閉弁４０のアーマチュアと一体になったロッド
４４を供給路２８を開放する方向に常に付勢している常
開弁として構成されている。ソレノイド４２を励磁する
と、ばね４３の付勢力に抗してロッド４４が進出するの
で供給路２８が閉じられる。そして、ソレノイド４２を
消磁すると、ばね４３の付勢力によってロッド４４は供
給路２８を開く。

【００２７】この実施例は、上記のように構成されてお
り、次のように作動する。この燃料噴射装置では、第一
アクチュエータであるソレノイド式動弁機構５が付勢さ
れていなければ、アーマチュア３５がばね３７のばね力
によって下方へ押され、オリフィス３１はアーマチュア
３５の下端によって閉鎖されている。即ち、この状態で
は第一開閉弁３４は閉じている。この状態でコモンレー
ルからの高圧燃料は燃料入口プラグ２を通じて燃料入口
１１に供給されている。燃料は、燃料入口プラグ２から
燃料入口１１を経て、針弁１７の外周のノズル本体１５
との間に形成される隙間２０にも至り、隙間２０を満た
している。また、燃料は、送油穴１２を通じて燃料チャ
ンバ２５内にも充満され、バランスチャンバ３０内には
燃料圧が燃料チャンバ２５から第二開閉弁４０によって
開かれた供給路２８を通じて供給されている。アーマチ
ュア３５によってオリフィス３１が閉鎖されているとき
には、バランスチャンバ３０内の燃料圧は、コントロー
ルピストン１４の上面である第二受圧面１４ａに作用し
てコントロールピストン１４を下方へ押し下げる力を付
与する。また、リターンスプリング４５のばね力は弁体
を押し下げるばね力として作用する。一方、ノズル本体
１５の噴孔１９に着座して噴孔１９を開閉する針弁１７
の先端のテーパ面２２にかかる燃料圧は、弁体を上昇さ
せる力として作用する。この実施例では、第一開閉弁３
４が閉じられて、バランスチャンバ３０内のコントロー
ルピストン１４に作用する燃料圧による押下げ力とリタ
ーンスプリング４５のばね力との総和の押し下げ力が、
針弁１７の先端のテーパ面２２にかかる燃料圧に基づく
押し上げ力より大きいと、針弁１７が噴孔１９を閉鎖す
る。

【００２８】そこで、コントロールユニット９からの指
令でソレノイド式動弁機構５のソレノイド３６に通電さ
れるとアーマチュア３５が持ち上げられるので、第一開
閉弁３４がオリフィス３１を開放する。オリフィス３１
が開放すると、バランスチャンバ３０内の高圧燃料が燃
料路３２、オリフィス３１を通じて中空室３３に排出さ
れ、次いで、中空室３３から燃料戻りパイプ３９を通じ
て燃料リザーバへ戻される。バランスチャンバ３０内の
高圧燃料が排出されると、針弁１７の先端のテーパ面２
２に作用する押し上げる押圧力が、リターンスプリング
４５の力と第二受圧面１４ａにかかるバランスチャンバ
３０の燃料圧との総和に打ち勝って、針弁１７が上昇
し、噴孔１９が開放して燃焼室への燃料噴射が行われ
る。

【００２９】この場合、第二開閉弁４０は、コントロー
ルユニット９からの指令によって、エンジンサイクルに
おいて、遅くとも燃料噴射を開始する時から燃料噴射を
終了しようとする時まで、実質的に燃料噴射期間にある
ときには、閉弁してバランスチャンバ３０に燃料圧を供
給しないように制御されている。そして、それ以外の期
間は、開弁状態を維持して供給路２８を介して燃料チャ
ンバ２５からバランスチャンバ３０に燃料圧が供給され
る。

【００３０】このような第二制御弁４０の作動の中で、
コントロールユニット９からの指令でソレノイド式動弁
機構５のソレノイド３６への通電が絶たれると、ばね３
７のばね力でアーマチュア３５が下降してオリフィス３
１が閉鎖される。即ち第一開閉弁３４は閉じられること
になる。オリフィス３１が閉鎖して第一開閉弁３４が閉
じている限りは、バランスチャンバ３０内の燃料圧の低
下はなく、そのときの燃料圧が維持される。したがっ
て、針弁１７はそのときのリフト量を維持したままとな
り、そのときの針弁１７の開度、即ちそのときの燃料噴
射率で燃料が噴孔１９から燃焼室へ噴射される。第一開
閉弁３４を再度開弁すると、バランスチャンバ３０内の
燃料圧は更に低下し、針弁１７は更にリフトして、今ま
で以上の割合で燃料が噴射される。

【００３１】第二開閉弁４０が開くときには第一開閉弁
３４は閉じており、バランスチャンバ３０には、開いた
供給路２８を通って燃料チャンバ２５から補充される燃
料によって高圧の燃料圧が回復することになる。このと
き、コントロールピストン１４はバランスチャンバ３０
内の高い燃料圧を受けて下降し、針弁１７をシート面２
１に座着させるので、燃料の噴射が停止される。バラン
スチャンバ３０内の燃料圧は、閉じている第一開閉弁３
４のために排出路から解放されない。

【００３２】図３は、ある燃料噴射期間における噴射特
性の一例を示すグラフである。横軸は時間を表してお
り、縦軸は、上段が第二開閉弁４０の開閉制御の内容
を、中段が第一開閉弁３４の開閉制御の内容を、そして
下段が針弁１７のリフト量を表している。図３に示すよ
うに、燃料噴射期間が開始される直前の時刻ｔ₀に第二
開閉弁４０が閉じられる。したがって、バランスチャン
バ３０内への燃料圧の供給が停止される。その後、時刻
ｔ₁（時刻ｔ₁は時刻ｔ₀と同時であってもよい。）
で、第一開閉弁３４が開いてバランスチャンバ３０から
燃料圧が排出され始めるので、バランスチャンバ３０内
の燃料圧は次第に低下して燃料噴射が開始される。ニー
ドルリフト、即ち針弁１７のリフト量が増加していく
が、時刻ｔ₂において、第一開閉弁３４を閉じるとバラ
ンスチャンバ３０からの燃料圧の解放が停止されるた
め、バランスチャンバ３０内には第一開閉弁３４が閉じ
たときの燃料圧が維持される。したがって、針弁１７の
リフト量はＬ₁に維持され、燃料噴射率もそのときの噴
射率が維持される（以下、リフト量をＬ₁に維持する時
刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの期間を「中間リフト量維持期
間Ｔ₂」という。）。時刻ｔ₃において、再び第一開閉
弁３４を開くと、バランスチャンバ３０内の燃料圧が再
び低下し始め、針弁１７のリフト量が再び増加し始め
る。第一開閉弁３４を開き続けても、針弁１７のリフト
量が時刻ｔ₄において最大リフト量Ｌ₂に至るとその最
大リフト量Ｌ₂が維持される。燃料噴射期間Ｔ₁の終了
時刻が近づいた時刻ｔ₅では、第一開閉弁３４を閉じる
と同時に第二開閉弁４０を開く。バランスチャンバ３０
内には高い燃料圧が供給され、バランスチャンバ３０内
の燃料圧は急速に回復して時刻ｔ₆において針弁１７の
リフト量はゼロに戻る。なお、第一開閉弁３４は時刻ｔ
₅よりも前（例えば、針弁１７が最大リフト量Ｌ₂に至
る前、又は後）に閉じてもよい。

【００３３】以上、簡単な噴射パターンの一例を説明し
たが、これ以外にも様々の噴射パターンを得ることがで
きる。例えば、図３に示した噴射パターン一つを採って
みても、エンジン回転速度及び負荷の大きさに応じて燃
料噴射期間Ｔ₁や中間リフト量維持期間Ｔ₂を適宜必要
な長さに設定することができる。即ち、図４に示すよう
に、アイドル運転時（Ａ）にはエンジン負荷も小さくし
たがって必要な燃料噴射量も少ないので、最大噴射量も
低い値になるように第一開閉弁の開度を制御して中間リ
フト量Ｌ_A1を少なくするとともに中間リフト量維持期間
Ｔ_A2を長く設定して針弁のリフト量を制限する。アイド
ル運転から加速運転に移行するがまだエンジン回転速度
が小さいとき（Ｂ）には、中間リフト量Ｌ_B1を大きくす
るとともに中間リフト量維持期間Ｔ_B2を短くして、素早
く針弁を最大リフト位置に移行させる。こうすることで
高い加速度を得やすくする。また、負荷が大きい場合
（Ｃ）には中間リフト量Ｌ_C1を更に大きくするとともに
燃料噴射期間Ｔ_C1が長くなるように第一開閉弁及び第二
開閉弁を制御して、燃料噴射率及び燃料噴射量を大きく
する。エンジン回転速度が中程度の回転速度になった場
合、大きな加速力を必要としていないときには、例え
ば、図示のように燃料噴射期間での燃料噴射量を少なく
するために、中間リフト量維持期間Ｔ₂（Ｔ_D2，Ｔ_E2，
Ｔ_F2）を低回転数運転（（Ｂ），（Ｃ））の場合よりも
長くする。この場合、負荷が大きいほど燃料噴射期間
（Ｔ_D1，Ｔ_E1，Ｔ_F1）を長く、且つ中間リフト量維持期
間を短くして大きな馬力を得ることができるようにす
る。低負荷の場合には、中速回転時の最大リフト量に達
しない場合もある。エンジン回転数が高回転数の場合
（（Ｇ），（Ｈ））にはエンジン回転毎の必要トルクが
小さいから、高回転数運転に適用するように中間リフト
量維持期間が短く設定され（（Ｈ）の場合は、実質的に
ゼロに設定されている。）、最大リフト量は負荷の大き
さに合わせて設定される。

【００３４】

【発明の効果】この発明は、上記のように構成されてい
るので、次のような効果を奏する。即ち、この燃料噴射
装置は、二つの開閉弁を制御することによって、様々な
燃料噴射パターンを得ることができる。特に、針弁を段
階的にリフトさせることができるので、初期噴射率特性
をエンジン回転数や負荷の大きさに応じて変更すること
ができる。各開閉弁を電磁弁で構成すると、開閉弁の開
閉をコントロールユニットで電子的にきめ細かく制御す
ることができる。また、燃料噴射率を制御することによ
り、窒素酸化物ＮＯ_Xを低減させることができるととも
に、エンジンの燃料噴射率を必要な限度に抑制すること
ができるので、騒音の低減にも貢献することができる。
更に、噴射時のバランスチャンバから排出路へ排出され
るリーク量が低減するので、燃料排出のための余分な仕
事が減り、燃費が向上する。

【００３５】また、上記燃料噴射装置において、バラン
スチャンバを、本体の一部を構成し且つ弁体を摺動可能
に嵌入した中空穴部を備えたコントロールスリーブにお
いて第二受圧面上の中空穴部内に形成し、燃料チャンバ
をコントロールスリーブの回りに形成し、更に供給路を
コントロールスリーブを貫いて形成したときは、バラン
スチャンバ、燃料チャンバ、及び燃料圧の供給路等の燃
料噴射装置の主要な構造をコントロールスリーブとその
周囲に集結させることができるので、燃料噴射装置とし
ての構造が簡素化され、燃料噴射装置の製作の点でも有
利となる。

【００３６】また、上記燃料噴射装置において、第一ア
クチュエータ及び第二アクチュエータをソレノイドを有
する電磁アクチュエータとし、通常はばねによって閉じ
る方向に付勢されているアーマチュアで構成されている
第一開閉弁及び通常はばねによって開く方向に付勢され
ているアーマチュアで構成されている第二開閉弁は、か
かる第一アクチュエータ及び第二アクチュエータのソレ
ノイドの励磁によって開く又は閉じる方向に駆動される
ものであるので、結局、第一開閉弁及び第二開閉弁の開
閉制御を電子回路的に簡単に行うことができる。また、
ソレノイドの励磁を燃料噴射期間を含む短時間だけ行え
ば良いので、消費電力が少なくて済む。

【００３７】更に、上記燃料噴射装置において、第一開
閉弁を燃料噴射期間の初期に一旦閉じると、バランスチ
ャンバ内の燃料圧が第一開閉弁の閉鎖時の圧力となり、
針弁のリフト量も第一開閉弁を閉じた時のリフト量が維
持されるので、第一開閉弁の開閉を繰り返すと、噴射時
間の経過に従って針弁リフト量を階段状に順次上昇させ
る多様な燃料噴射パターンを得ることができ、噴射率制
御の柔軟性が格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明によるエンジンの燃料噴射装
置の一実施例を示す断面図である。

【図２】図２は、図１に示すエンジンの燃料噴射装置の
要部拡大断面図である。

【図３】図３は、燃料噴射サイクルにおける第一開閉弁
と第二開閉弁との開閉作動と針弁のリフト量との関係の
一例を示すグラフである。

【図４】図４は、エンジン回転速度と負荷の大きさに応
じた各種の燃料噴射制御パターンを示す図である。

【図５】図５は、二方弁としての電磁弁を用いた従来の
エンジンの燃料噴射装置の要部を示す図である。

【図６】図６は、三方弁としての電磁弁を用いた従来の
エンジンの燃料噴射装置を示す概略図である。

【図７】図７は、図６に示す従来のエンジンの燃料噴射
装置における電磁弁の作動状態を示す図である。

【図８】図８は、図７に示す電磁弁の別の作動状態を示
す図である。

【符号の説明】１本体５ソレノイド式動弁機構（第一アクチュエータ）１４コントロールピストン１４ａ第二受圧面１５ノズル本体１７針弁１９噴孔２２テーパ面（第一受圧面）２３コントロールスリーブ２５燃料チャンバ２８供給路２９中空穴部３０バランスチャンバ３１オリフィス３２燃料路３４第一開閉弁３６ソレノイド４０第二開閉弁４１第二アクチュエータ４２ソレノイド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料を噴射する噴孔を備えた本体内を
往復動し且つ前記噴孔を開放する方向に作用する燃料圧
を受ける第一受圧面を有する弁体、前記本体内で前記弁
体の回りに形成された燃料チャンバ、前記本体内に形成
され且つ前記噴孔を閉じる方向に作用して前記弁体のリ
フトを制御する燃料圧を受ける前記弁体の第二受圧面が
露出されたバランスチャンバ、前記燃料チャンバと前記
バランスチャンバとを連通して燃料圧を供給する供給
路、前記バランスチャンバ内の燃料圧を解放する排出路
を開閉する第一開閉弁、燃料噴射を開始するために前記
第一開閉弁を駆動して前記排出路を開く第一アクチュエ
ータ、前記供給路を開閉する第二開閉弁、及び燃料噴射
を終了するために前記第二開閉弁を駆動して前記供給路
を開く第二アクチュエータから成るエンジンの燃料噴射
装置。
【請求項２】前記バランスチャンバは、前記本体の
一部を構成し且つ前記弁体を摺動可能に嵌入した中空穴
部を備えたコントロールスリーブにおいて前記第二受圧
面上の前記中空穴部内に形成されており、前記燃料チャ
ンバは前記コントロールスリーブの回りに形成されてお
り、前記供給路は前記コントロールスリーブを貫いて形
成されている請求項１に記載のエンジンの燃料噴射装
置。
【請求項３】前記第一アクチュエータ及び第二アク
チュエータはソレノイドを有する電磁アクチュエータで
あり、前記第一開閉弁はばねによって閉じる方向に付勢
され且つ前記ソレノイドで開く方向に駆動されるアーマ
チュアを具備しており、前記第二開閉弁はばねによって
開く方向に付勢され且つ前記ソレノイドで閉じる方向に
駆動されるアーマチュアを具備している請求項１に記載
のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項４】前記第一開閉弁は燃料噴射期間の初期
に一旦閉じられる請求項１に記載のエンジンの燃料噴射
装置。