JPH1150930A - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 噴射開始直後の燃料圧力の低下を抑制し、圧
力回復を迅速にする。 【解決手段】 燃料溜まり室１８に連なる第１燃料供給
孔２７と第２燃料供給孔２８をノズルボディ２及びノズ
ルホルダに設け、第１燃料供給孔２７はフィルタを介し
て蓄圧配管に接続し、第２燃料供給孔２８はフィルタを
介さずに蓄圧配管に接続する。第１燃料供給孔２７の途
中には逆止弁としてのボール３０を設け、第２燃料供給
孔２８の途中にはピストン収納孔３２を設けスプリング
３４とピストン３３を収納する。ニードル弁７が上昇し
てシール部２４が弁座部１７から離反すると、燃料が第
１燃料供給孔２７から通路２３を通って噴孔１９から噴
射される。噴射直後に通路２３内の燃料圧力が降下する
と、ピストン３３がスプリング３４の弾性に抗して下流
側に移動し、通路２３内の燃料圧力を上昇させる。

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
射装置に関するものであり、特に燃料ポンプによって加
圧された燃料を蓄える蓄圧室（コモンレールとも呼ばれ
る）を備える蓄圧式燃料噴射装置に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン等の内燃機関に多く
用いられている蓄圧式燃料噴射装置は、特開平８−２９
６５２０号公報等に開示されているように、燃料通路を
介して蓄圧室に接続された噴孔をニードル弁によって開
閉し、ニードル弁をリフトすることによって噴孔を開
き、蓄圧室の燃料を噴孔から噴射するようになってい
る。

【０００３】ところで、噴孔近傍の燃料圧力の挙動を調
べると、図６（Ｇ）において破線で示すように、噴孔が
開口した直後に燃料圧力がニードル弁の定常閉弁時より
も低下し、その後、燃料噴射中に徐々に圧力が回復して
いき、噴射終了直後に定常閉弁時よりも若干上昇し、そ
の後、再び定常閉弁時の圧力に復帰している。この圧力
挙動は噴孔の開閉に起因している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように噴射開始直
後の噴孔近傍の燃料圧力が低下すると、噴射初期に噴射
される燃料の貫徹力が弱まるとともに、噴射率が低減す
る。一般に、内燃機関の高速高負荷域における燃焼で
は、噴射率パターンをできるだけ矩形に近付けて短時間
に燃料を噴射することが、スモーク発生の低減に有利で
あるとされており、前述のように噴射初期における噴射
率の低減はその意味からも具合が悪い。また、貫徹力の
低下は燃料の微粒化不足をもたらし、スモークを発生し
易くし具合が悪い。

【０００５】したがって、燃料噴射中に噴孔近傍の圧力
を低下させないようにするのが望ましいが、これは現実
的に無理である。また、噴射初期の燃料圧力低下を見込
んで噴射圧力を高めに設定することも一つの方法である
が、そのようにすると燃料ポンプの負荷が高まり、内燃
機関の機械損失が大きくなって不利になるだけでなく、
燃料噴射系機器の耐圧性、耐久性の点で不利であり、コ
ストアップを招く。

【０００６】そこで、噴射初期の燃料圧力の低下は致し
方ないとして、低下後の燃料圧力の回復を可能な限り速
くすることが考えられる。そのためには、蓄圧室から噴
孔までの流路長さをできるだけ短くするとともに流路面
積を大きくすることが必要である。

【０００７】しかしながら、多気筒の内燃機関において
一つの蓄圧室から各気筒の噴射系に分配する場合には、
各気筒への流路を短くすることは現実的に不可能に近
く、流路面積を大きくすることも内燃機関の大型化を招
き困難である。特に、車両用内燃機関では設置スペース
に限りがあり、流路面積の拡大は困難を極める。

【０００８】また、ニードル弁とその弁座との間に異物
を噛むと燃料噴射を完全に停止できなくなる虞れがある
ので、一般に前記燃料通路の途中にはフィルタを設置す
るが、このフィルタの抵抗が低下後の燃料圧力の回復を
遅らせる一因になる。

【０００９】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、噴射開始直後の燃料圧力の低下を抑制するとと
もに圧力回復を迅速にすることにより、内燃機関の燃焼
改善を図ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本発明の蓄圧式燃
料噴射装置は、蓄圧室と噴孔とを接続する燃料通路がニ
ードル弁によって開閉される蓄圧式燃料噴射装置におい
て、前記燃料通路におけるニードル弁の弁座部よりも上
流部分と前記蓄圧室とがバイパス通路を介して接続さ
れ、このバイパス通路には、自身の前後圧を平衡させる
べく可動するピストンが挿入されていることを特徴とす
る。

【００１１】この蓄圧式燃料噴射装置では、バイパス通
路のピストン上流にはニードル弁の開閉に拘わらず常に
蓄圧室内の燃料圧力が加わっている。ニードル弁が開弁
して噴孔から燃料が噴射されると、燃料通路における噴
孔の上流側の燃料圧力が低下するが、噴孔の上流側はバ
イパス通路のピストン下流に連なっており、ピストンの
下流が上流よりも低圧になるので、ピストンは下流方向
に移動することによって下流側を加圧し、ピストンの上
流側圧力と下流側圧力とを平衡させようとする。これに
よって、燃料通路における噴孔の上流側の燃料圧力が加
圧される。したがって、噴射開始直後の燃料圧力の低下
を小さく抑えることができるとともに、迅速な燃料圧力
の回復が達成される。これにより、噴射初期における燃
料の貫徹力を大きくすることができ、初期噴射率を大き
くすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の蓄圧式燃料噴射装
置の一実施の形態を図１から図６の図面に基いて説明す
る。

【００１３】図１は第１の実施の形態における蓄圧式燃
料噴射装置（以下、噴射装置と略す）の概略全体システ
ムを示しており、燃料タンク１００内の燃料は、燃料ポ
ンプ１０１によって吸い上げられて蓄圧配管（蓄圧室）
１０２に圧送され、蓄圧配管１０２内に高圧状態で貯蔵
される。この蓄圧配管１０２の燃料圧力は圧力センサ１
０３によって検出され、電気信号に変換されてエンジン
コントロールユニット（以下、ＥＣＵと略す）２００に
入力される。この圧力センサ１０３からの出力信号等に
基づいて燃料ポンプ１０１がフィードバック制御され、
蓄圧配管１０２内の燃料が所定の圧力に保たれるように
なっている。

【００１４】蓄圧配管１０２内の高圧の燃料は、第１燃
料供給管１０４を介してディーゼルエンジン等の内燃機
関の各気筒のインジェクタ１に導かれ、このインジェク
タ１から各気筒の燃焼室（図示せず）に噴射される。ま
た、インジェクタ１には、余分な燃料を燃料タンク１０
０に戻すリターン配管１０５が接続されている。尚、イ
ンジェクタ１の開閉は内燃機関の運転条件に応じてＥＣ
Ｕ２００によって制御される。

【００１５】インジェクタ１は、図２に示すように、ノ
ズルボディ２、ノズルホルダ３、ノズルナット４、ホル
ダヘッド５、キャップ６、ニードル弁７、第１ステム
８、第２ステム９、制御弁１０、電磁アクチュエータ１
１を主要構成としている。

【００１６】ノズルボディ２はノズルホルダ３の下側に
配置されノズルナット４によってノズルホルダ３に固定
されている。ノズルホルダ３の中央には軸線方向に貫通
するステム収納孔１２ａ，１２ｂが連続して設けられて
おり、ステム収納孔１２ａには第１ステム８が液密に上
下摺動可能に挿入され、ステム収納孔１２ｂには第２ス
テム９が上下動可能に挿入されている。尚、ステム収納
孔１２ａにおいて第１ステム８の上面よりも上側の空間
は背圧室４５を形成する。

【００１７】図３に示すように、ノズルボディ２は先端
部が細く形成されており、その中央には上面から軸線方
向に沿って下方に延びる有底のニードル弁収納孔１３設
けられている。ニードル弁収納孔１３は、ノズルボディ
２の上面に開口してノズルホルダ３のステム収納孔１２
ｂに連通する大径孔部１４と、大径孔部１４の下方に連
なる燃料通路孔１５と、燃料通路孔１５の下方に連なる
小径孔部１６とから構成されており、燃料通路孔１５の
底部がテーパ状の弁座部１７になっている。また、ノズ
ルボディ２には大径孔部１４と燃料通路孔１５との境界
部分に環状の燃料溜まり室１８が設けられている。さら
に、ノズルボディ２の先端部には小径孔部１６に連なる
複数の噴孔１９が周方向所定間隔おきに設けられてい
る。

【００１８】ニードル弁７はノズルボディ２のニードル
弁収納孔１３に上下動可能に収納されており、ニードル
弁収納孔１３の大径孔部１４に液密に摺動可能な大径部
２０と、燃料通路孔１５に挿通された小径部２１と、大
径部２０と小径部２１との間に形成され燃料溜まり室１
８内に位置するテーパ部２２とから構成されている。

【００１９】燃料通路孔１５の内周面と小径部２１の外
周面との間は燃料が流通可能な通路２３になっており、
この通路２３と後述する第１燃料供給孔２７はこの実施
の形態において燃料通路を構成している。ニードル弁７
の小径部２１の先端部はノズルボディ２の弁座部１７に
対して着座離反可能なシール部２４になっていて、シー
ル部２４が弁座部１７に着座すると通路２３から噴孔１
９への燃料の流通が阻止され、シール部２４が弁座部１
７から離反すると通路２３から噴孔１９への燃料の流通
が可能になる。つまり、燃料通路はニードル弁７によっ
て開閉されることとなる。

【００２０】ニードル弁７の上端部の突起２５は第２ス
テム９の下端部に連結固定され、第２ステム９はステム
収納孔１２ｂに収納されたスプリング２６によって下方
に付勢されており、これによって、ニードル弁７は閉弁
方向に付勢されている。

【００２１】また、ノズルボディ２及びノズルホルダ３
には、一端が燃料溜まり室１８に連なり他端がノズルホ
ルダ３の外表面に開口する第１燃料供給孔２７と第２燃
料供給孔（バイパス通路）２８が設けられている。第１
燃料供給孔２７は第１燃料供給管１０４を介して蓄圧配
管１０２に接続されており、第２燃料供給孔２８は第２
燃料供給管１０６を介して蓄圧配管１０２に接続されて
いる。

【００２２】ノズルホルダ３における第１燃料供給孔２
７にはフィルタ４４が装着されている。ノズルボディ２
における第１燃料供給孔２７の途中には逆止弁収納孔２
９が設けられており、この逆止弁収納孔２９には、逆止
弁としてのボール３０と、このボール３０を閉弁方向に
付勢するスプリング３１が収納されている。

【００２３】一方、ノズルボディ２における第２燃料供
給孔２８の途中にはピストン収納孔３２が設けられてお
り、このピストン収納孔３２には、ピストン収納孔３２
を液密に摺動可能なピストン３３と、ピストン３３を第
２燃料供給孔２８の上流側に付勢するスプリング３４が
収納されている。このピストン３３は、第２燃料供給孔
２８におけるピストン３３の前後の圧力、即ちピストン
３３を境にして上流側の圧力と下流側の圧力とを平衡さ
せるように動く。つまり、第２燃料供給孔２８において
ピストン３３よりも下流側の圧力が上流側の圧力よりも
小さくなると、ピストン３３はスプリング３４の付勢力
に抗してピストン収納孔３２内を下方に移動し、下流側
を加圧して圧力を平衡させる。

【００２４】ホルダヘッド５と電磁アクチュエータ１１
はノズルホルダ３の上側に配置されキャップ６によって
ノズルホルダ３に固定されており、ノズルホルダ３とホ
ルダヘッド５との間にはプレート３６，３７が挟装され
ている。

【００２５】ホルダヘッド５には制御弁収納孔３８が設
けられ、ホルダヘッド５とプレート３６，３７には制御
弁収納孔３８と背圧室４５とを連通する背圧通路３９が
設けられ、ノズルホルダ３とプレート３６には第１燃料
供給孔２７と背圧通路３９とを連通する第３燃料供給孔
４０が設けられ、ホルダヘッド５とキャップ６には一端
が制御弁収納孔３８に連なり他端がリターン配管１０５
に接続されたリターン通路４１が設けられ、ノズルホル
ダ３とプレート３６，３７にはステム収納孔１２ｂとリ
ターン通路４１とを連通する導圧孔４２が設けられてい
る。

【００２６】制御弁収納孔３８には、背圧通路３９の上
部開口を開閉するボール１０ａを備えた制御弁１０が上
下動可能に収納されている。制御弁１０は図示しないス
プリングによって下方に付勢されており、電磁アクチュ
エータ１１のＯＮ・ＯＦＦによって開閉されるようにな
っている。即ち、電磁アクチュエータ１１をＯＮにする
と、制御弁１０はアーマチャ４３によってスプリングの
付勢力に抗して上方に引き上げられ、図５に示すように
ボール１０ａが背圧通路３９の上部開口から離反してを
背圧通路３９とリターン通路４１とを連通させる。一
方、電磁アクチュエータ１１をＯＦＦにすると、制御弁
１０はスプリングによって押し下げられ、図４に示すよ
うにボール１０ａが背圧通路３９の上部開口を塞いで背
圧通路３９とリターン通路４１とを遮断する。

【００２７】次に、この装置の作用を説明する。インジ
ェクタ１の第１燃料供給孔２７及び第２燃料供給孔２８
には常に蓄圧配管１０２内の燃料が供給され、蓄圧配管
１０２内の燃料圧力が印加されている。

【００２８】電磁アクチュエータ１１がＯＦＦの時に
は、制御弁１０のボール１０ａが背圧通路３９の上部開
口を塞いで背圧通路３９とリターン通路４１とを遮断す
るので、第１燃料供給孔２７から第３燃料供給孔４０を
通って背圧通路３９に供給された燃料は、リターン通路
４１に流れることなく、背圧室４５に流入し、蓄圧配管
１０２内の燃料圧力が第１ステム８の上面に作用して第
１ステム８を押し下げる力が生じ、この力は第２ステム
９を介してニードル弁７に伝達される。

【００２９】この状態では、ニードル弁７には、背圧室
４５内の燃料圧力が第１ステム８に作用して第１ステム
８を下方に押し下げる力と、スプリング２６が第２ステ
ム９に作用してニードル弁７を下方に押し下げる力と、
燃料溜まり室１８内の燃料圧力がニードル弁７のテーパ
部２２に作用してニードル弁７を上方に押し上げる力が
加わるが、ニードル弁７を下方に押し下げる力の方が上
方に押し上げる力に勝るので、ニードル弁７は下方に押
し下げられる。その結果、ニードル弁７のシール部２４
がノズルボディ２の弁座部１７に着座し、インジェクタ
１は閉弁状態となり、電磁アクチュエータ１１がＯＦＦ
状態である限り、インジェクタ１は閉弁状態に保持され
る。

【００３０】電磁アクチュエータ１１をＯＮにすると、
制御弁１０が上方に引き上げられ、ボール１０ａが背圧
通路３９の上部開口から離反してを背圧通路３９とリタ
ーン通路４１とを連通するので、第１燃料供給孔２７か
ら第３燃料供給孔４０を通って背圧通路３９に供給され
た燃料及び背圧室４５内の燃料は、リターン通路４１に
流出し、リターン配管１０５を介して燃料タンク１００
に排出される。その結果、背圧室４５内の燃料圧力が低
下し、前記ニードル弁７を閉弁状態に保持していた圧力
バランスが崩れ、ニードル弁７を上方に押し上げる力が
下方に押し下げる力よりも勝るようになり、ニードル弁
７は第１ステム８及び第２ステム９と共に上昇してシー
ル部２４を弁座部１７から離反させて開弁する。する
と、第１燃料供給孔２７に供給された燃料は逆止弁とし
てのボール３０を押し下げ、燃料溜まり室１８、通路２
３を通って噴孔１９から噴射される。

【００３１】ニードル弁７は第１ステム８の上面がプレ
ート３６の下面に突き当たるまで上昇を続ける。そし
て、インジェクタ１が開弁している間、第１燃料供給孔
２７に供給された燃料の一部は少量ながら第３燃料供給
孔４０、背圧通路３９、リターン通路４１、リターン配
管１０５を通って燃料タンク１００に排出され続ける。

【００３２】ところで、ニードル弁７のシール部２４が
弁座部１７から離反すると同時に、通路２３内の燃料圧
力は降下する。しかしながら、このインジェクタ１は第
２燃料供給孔２８とピストン３３を備えており、ピスト
ン３３の上流には常に蓄圧配管１０２内の燃料圧力が加
わっているので、通路２３内の燃料圧力が低下してピス
トン３３の上流と下流の間に所定の大きさ以上の差圧が
生じると、ピストン３３は圧力を平衡させるべくスプリ
ング３４の弾性に抗して下流側に移動し、下流側を加圧
する。

【００３３】その結果、燃料噴射開始直後の噴孔１９近
傍の燃料圧力の低下が小さくなるとともに、圧力回復が
従来よりも速くなり、実噴射圧が大きくなって噴射初期
の燃料の貫徹力が大きくなり燃料の微粒化が促進され
る。また、噴射初期の燃料噴射率も大きくなる。したが
って、内燃機関の燃焼を向上することができ、高速高負
荷域におけるスモーク発生の抑制や、低温時の始動性向
上及び白煙発生の抑制などを達成することができる。

【００３４】尚、ピストン３３はその上流側圧力と下流
側圧力が平衡すると、スプリング３４の弾性によって上
流側に押し上げられ、通常はピストン収納孔３２内にお
いて上流端に位置している。

【００３５】図６はインジェクタの特性図であり、
（Ａ）は駆動パルス波形を示す図、（Ｂ）は背圧室４５
内の燃料圧力の変化を示す図、（Ｃ）は第１燃料供給孔
２７に供給される燃料の流量変化を示す図、（Ｄ）はリ
ターン通路４１から排出される燃料の流量変化を示す
図、（Ｅ）はニードル弁７のリフト量変化を示す図、
（Ｆ）は燃料噴射率の変化を示す図、（Ｇ）は通路２３
内の燃料圧力変化を示す図である。また、（Ｅ）、
（Ｆ）、（Ｇ）において実線はこの実施の形態における
インジェクタ１の特性を示し、破線は従来のインジェク
タの特性を示しており、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、
（Ｄ）については本実施の形態のものも従来のものも同
じである。

【００３６】図６（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）からも、この
インジェクタ１が従来のものよりも、噴射開始直後の噴
孔１９近傍の燃料圧力の低下が小さくなること、圧力回
復が従来よりも速くなること、噴射初期の燃料噴射率が
大きくなることがわかる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の蓄圧式燃
料噴射装置によれば、蓄圧室と噴孔とを接続する燃料通
路がニードル弁によって開閉される蓄圧式燃料噴射装置
において、前記燃料通路におけるニードル弁の弁座部よ
りも上流部分と前記蓄圧室とがバイパス通路を介して接
続され、このバイパス通路には、自身の前後圧を平衡さ
せるべく可動するピストンが挿入されていることによ
り、噴射開始直後の噴孔近傍の燃料圧力の低下を小さく
することができ、実噴射圧が大きくなって噴射初期の燃
料の貫徹力が大きくなり燃料の微粒化を達成できるとと
もに、噴射率を大きくすることができる。したがって、
内燃機関の燃焼を向上することができ、高速高負荷域に
おけるスモーク発生の抑制や、低温時の始動性向上及び
白煙発生の抑制などを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の蓄圧式燃料噴射装置の全体システム
を示す図である

【図２】 本発明の蓄圧式燃料噴射装置の一実施の形態
におけるインジェクタの全体縦断面図である。

【図３】 本発明の蓄圧式燃料噴射装置の一実施の形態
におけるインジェクタのノズルボディの拡大縦断面図で
ある。

【図４】 本発明の蓄圧式燃料噴射装置の一実施の形態
におけるインジェクタの閉弁時の制御弁近傍の要部拡大
縦断面図である。

【図５】 本発明の蓄圧式燃料噴射装置の一実施の形態
におけるインジェクタの開弁時の制御弁近傍の要部拡大
縦断面図である。

【図６】 インジェクタの特性図である。

【符号の説明】

７ ニードル弁 １７ 弁座部 １９ 噴孔 ２３ 隙間（燃料通路） ２７ 第１燃料供給孔（燃料通路） ２８ 第２燃料供給孔（バイパス通路） ３３ ピストン １０２ 蓄圧配管（蓄圧室）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蓄圧室と噴孔とを接続する燃料通路がニー
   ドル弁によって開閉される蓄圧式燃料噴射装置におい
   て、 前記燃料通路におけるニードル弁の弁座部よりも上流部
   分と前記蓄圧室とがバイパス通路を介して接続され、こ
   のバイパス通路には、自身の前後圧を平衡させるべく可
   動するピストンが挿入されていることを特徴とする蓄圧
   式燃料噴射装置。