JP3932688B2

JP3932688B2 - Fuel injection device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3932688B2
Application number: JP24004798A
Authority: JP
Inventors: 昭和小島; 英嗣竹本; 猪頭　　敏彦; 義広楢原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: JP2000073905A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に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内燃機関に噴射供給する内燃機関用燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関より排出される排気ガスのエミッションの低減や運転フィーリングの向上を図るために、内燃機関への燃料噴射を電子制御する電子制御燃料噴射システムの開発が盛んに行われている。その一例を図１０に示す。この電子制御燃料噴射システムによれば、電子制御されるフィードポンプ１０１ａにより燃料タンク１０２から燃料を汲み上げて高圧ポンプ１０１により高圧にして、コモンレール１０３に送り込む。
【０００３】
例えばコモンレール圧力は圧力センサ１０４により検出し、この値がエンジン回転数や冷却水温度センサ１０５の検出値、アクセル開度センサ１０６の検出値等により定められる値となるよう電磁弁１０７で制御して所定量を送り込むようにしている。そして、コモンレール１０３からはエンジン１０８の各気筒に設置された、電子制御される燃料噴射ノズル（インジェクタ）１０９に燃料配管１１０を介して燃料が供給される。これらの制御は全てＥＣＵ１１１により行われる。
【０００４】
次に、このような電子制御燃料噴射システムの燃料噴射時の作動を図１１に基づいて説明する。
図１１に示した燃料噴射ノズルは二方電磁弁方式のインジェクタ１２０で、無噴射時には、二方電磁弁のバルブ１２１が閉じているため、コモンレールの高圧燃料が制御室１２２に満たされている。この結果、コマンドピストン１２４を下向きに押さえる力が大きく、ノズルニードル１２５がシート部に押さえ付けられて燃料が噴射されない。
【０００５】
噴射時には、ＥＣＵ１１１からの信号を受けてドライブ回路等からなるＥＤＵ１１２から二方電磁弁のコイル１２６に電流が流れ、バルブ１２１を図示上方に引き上げる。すると、制御室１２２の高圧燃料は絞り部１２８を通ってリークされるため、制御室圧力は低下する。この時、高圧燃料が絞り部１２７を介して制御室１２２に供給されるため制御室１２２の圧力低下速度は絞り部１２７、１２８の選択により任意に変えることができる。圧力低下速度はともかく、制御室圧力は確実に低下するため、コマンドピストン１２４を図示下方に押す力が減り、図示上向きの力が打ち勝ってノズルニードル１２５が図示上方に上がり、噴孔１２９から高圧燃料が噴射される。ここで、１２３は燃料溜り室である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような電子制御燃料噴射システムにおいては、噴射初期から高圧の燃料噴射が可能であり、噴射終了時の噴射切れも速いために、パティキュレートの排出を大幅に抑えることができる反面、特に高負荷時には初期噴射率が大きいために窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出が大となるという問題が生じている。
【０００７】
したがって、この対策のためには高負荷時の初期噴射率を下げることが望ましく、その噴射率パターンの例を図１２（ａ）、（ｂ）に示す。図１２（ａ）は徐々に噴射率を高めるタイプで、図１２（ｂ）は２段階（または多段階）に噴射率を高める（初期低噴射率、その後に緩やかに高噴射率になる）タイプである。
【０００８】
先ず、図１２（ａ）のタイプは、図１１に示す絞り部１２７、１２８の絞り量の調整により実現が可能である。しかしながら、これらの絞り部１２７、１２８は、他の性能、例えば噴射終了時の噴射切れや、主噴射に先立って少量の噴射を行うパイロット噴射の噴射間隔等にも影響を及ぼすため、絞り部１２７、１２８の絞り量を自由に変更できるわけではない。
【０００９】
一方、図１２（ｂ）のタイプは、例えば特開平７−３３２１９９号公報に示されるようなインジェクタ１４０で実現可能である。このインジェクタ１４０は、図１３に示したように、ノズルニードル１４１の先端部に突起部１４２を設け、ノズルボデー１４３の先端部に内部で突起部１４２が摺動する筒状の摺動部１４４を設け、その摺動部１４４にノズルニードル１４１の上昇量（リフト量）に応じて開放される第１、第２噴孔１４５、１４６を設けている。そして、突起部１４２には、インジェクタ１４０の開弁時に、ノズルニードル１４１のシート部１４７よりも上流側の燃料溜り室と摺動部１４４の先端側のサック室１４８とを連通する連通路１４９が形成されている。
【００１０】
このインジェクタ１４０によれば、ノズルニードル１４１のリフトが低い時には、ノズルニードル１４１の突起部１４２内に設けた連通路１４９を介して高圧燃料がサック室１４８内に流入して先端側（図示下方側）の第１噴孔１４５のみから燃料噴射が行われる。また、ノズルニードル１４１のリフトが高くなると、第１噴孔１４５だけでなく、その第１噴孔１４５よりも後端側（図示上方側）の第２噴孔１４６からも燃料噴射が行われる。したがって、この種のインジェクタ１４０は、ノズルニードル１４１のリフト量に応じて噴孔面積を変えることができるので、一般に「可変噴孔ノズル」と呼ばれる。可変噴孔ノズルでは、さらに低負荷時に小噴孔からのみ噴射することでエミッション（特にＨＣ、スモーク）を低減し、高負荷時には、全噴孔から噴射することで、噴射期間短縮による、燃費、スモークの低減が可能となる。
【００１１】
ところが、上記のインジェクタ１４０のような可変噴孔ノズル構造では、ノズルニードル１４１の突起部１４２とノズルボデー１４３とがクリアランスシールであるため、ノズルニードル１４１が小リフトした時に、本来燃料噴射を行うべき、図示下方の第１噴孔１４５のみだけでなく、突起部１４２とノズルボデー１４３とのクリアランスを通って、燃料噴射をしてはいけない第２噴孔１４６からも燃料が噴出してしまう。この時、クリアランスを介して燃料が噴射されるために噴射圧力がかなり低く、微粒化の劣った噴霧となり、燃焼が悪化するため、排出される排気ガス中の黒煙（スモーク）や炭化水素（ＨＣ）等が多く、エミッションの悪化を招くという問題が生じる。
【００１２】
また、独国公開公報第ＤＥ１９６３７１８６Ａ１号に見られるコモンレールと可変噴孔ノズルとの組み合わせで、通常のインジェクタでは油溜り室に常に高圧燃料が供給されるため、外側のピースは開いてしまうので、油溜り室に加わる圧力を何らかの手段（公開公報には図示されていない）で制御する必要があり、電磁弁等の制御部品が余分に必要となり、部品点数が増加し、且つ製品コストを上昇させてしまうという問題が生じる。
【００１３】
【発明の目的】
本発明の目的は、比較的に簡単な構造で、しかも初期噴射率を小さくすることにより窒素酸化物の排出を抑えることのできる内燃機関用燃料噴射装置を提供することにある。また、初期噴射率の低減効果を持つ可変噴孔ノズルで、リフト時に、クリアランスシールを持たないノズルニードルのリフト量に応じて噴射、非噴射を確実に制御することのできる内燃機関用燃料噴射装置を提供することにある。さらに、多段階噴射を実現すると共に、高噴射率から急激に噴射を終了するシャープカットを実現することのできる内燃機関用燃料噴射装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、無噴射時には、電磁弁が閉弁しているため、コモンレールの高圧燃料が第１燃料通路を通って第１制御室内に満たされ、更に第２燃料通路を通って第２制御室内に満たされる。これにより、第２制御室圧力が高いので、弁体がリフトせず高圧燃料が噴射されない。
【００１５】
噴射時には、電磁弁が開弁することにより第２制御室より第３燃料通路を通って高圧燃料が低圧通路に排出される。これにより、第２制御室圧力が低下するので、弁体および第２ピストンがリフトし、噴孔から高圧燃料が噴射される。そして、弁体がプレリフト量だけリフトすると、第２ピストンが第１ピストンに当接する。
【００１６】
ここで、第１制御室内の高圧燃料も第２燃料通路、第２制御室および第３燃料通路を通って低圧通路に排出されるが、第２燃料通路の途中に第２絞り部を設けているので、第２制御室圧力の低下速度に対して第１制御室圧力の低下速度が遅い。これにより、弁体がプレリフト量だけリフトすると、一旦そのリフト量で弁体が保持されるので、初期噴射率を少なくすることができる。したがって、比較的に簡単な構造で、窒素酸化物の排出を抑えることができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、電磁弁が開弁することにより第２制御室圧力が低下する。これにより、弁体および第２ピストンがリフトして弁体がプレリフト量だけ変位すると、第２ピストンが、第１ピストンの閉塞部分の、第２ピストンが当接する端面に設けられた第１弁座に当接する。その後に、第１制御室圧力が低下するまでそのリフト量で弁体が保持される。そして、第１制御室圧力が低下することにより、弁体、第１ピストンおよび第２ピストンがリフトして弁体がフルリフト量だけ変位する。すると、弁体が、シリンダに連結されたインジェクタ本体の、弁体が当接する端面に設けられた第２弁座に当接するので、弁体のリフトが終了する。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、第２燃料通路と第３燃料通路とを連通する連通路を第１ピストンまたは第２ピストンに設けることにより、弁体がプレリフト量だけ変位した際に第２ピストンが第１ピストンに当接した場合でも、第１制御室内の高圧燃料が第２燃料通路、連通路および第３燃料通路を通って低圧通路に排出される。これにより、第１制御室圧力を低下させることができ、弁体、第１ピストンおよび第２ピストンをプレリフト量からフルリフト量まで変位させることができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、噴射時に第１弁体のリフト量が少ない場合には、第２噴孔の第２弁体による閉塞状態が継続されるが、第１噴孔のみが第１弁体から開放されることにより、燃料溜り部内の高圧燃料が第１弁体に形成された連通路を通って第１噴孔の入口に至り、第１噴孔のみから高圧燃料が内燃機関に噴射される。
【００２０】
また、第１弁体が所定のリフト量以上リフトすると、第２弁体も第１弁体と一緒にリフトするようになる。それによって、第１弁体および第２弁体の両方がリフトすることで、第１噴孔および第２噴孔の両方が開放されることにより、燃料溜り部内の高圧燃料が連通路を通って第１噴孔の入口および第２噴孔の入口に至り、第１噴孔および第２噴孔の両方から高圧燃料が内燃機関に噴射される。
【００２１】
ここで、内燃機関の軽負荷時、すなわち、燃料噴射量が少ない時には、第１噴孔のみから高圧燃料を噴射することになるため、噴射率を低く抑えることができるので、内燃機関の予混合燃焼が抑えられ、窒素酸化物の排出および騒音の発生を抑制することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、弁体がプレリフト量だけ変位した際に、第２ピストンが第１弁座に当接して、第２燃料通路の開口面積を減少させることにより、弁体がプレリフト量だけ変位してからは、第２制御室圧力の低下速度に対して第１制御室圧力の低下速度が遅くなる。すなわち、弁体がプレリフト量だけリフトすると、一旦そのリフト量で弁体が保持されるので、初期噴射率を少なくすることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、無噴射時に第１ピストンの筒状部分が第３弁座に着座すると、第１ピストンがドレーン通路の開口を閉塞することにより、無噴射時にドレーン室とドレーン通路との連通状態を確実に遮断することができる。したがって、無噴射時、つまり燃料噴射の停止期間中にドレーン室への第１制御室および第２制御室からのリークを防止できるので、エネルギー損失を低減することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
〔第１実施例の構成〕
図１および図２は本発明の第１実施例を示したもので、図１は電子制御燃料噴射システムの主要構造を示した図である。
【００２５】
本実施例の電子制御燃料噴射システム１は、本発明の内燃機関用燃料噴射装置に相当するもので、図示しない制御装置（以下ＥＣＵと呼ぶ）により電子制御される高圧ポンプ２と、この高圧ポンプ２から高圧燃料が供給されるコモンレール３と、ＥＣＵにより電子制御される燃料噴射ノズル（以下インジェクタと呼ぶ）４とを備える。
【００２６】
なお、高圧ポンプ２は、燃料タンク５から燃料を汲み上げて高圧にしてコモンレール３に送る。また、コモンレール３は、本発明の燃料蓄圧部に相当するもので、比較的に高い圧力（コモンレール圧力：例えば２０ＭＰａ〜１２０ＭＰａ）の高圧燃料を蓄えるサージタンクの一種で、燃料通路６、７を介してインジェクタ４と連結されている。
【００２７】
インジェクタ４は、内燃機関（例えばディーゼルエンジン）の各気筒に取り付けられたノズルボディ１１、このノズルボディ１１内を摺動するノズルニードル１２、ノズルボディ１１の後端側にインジェクタ本体１３を介して連結されたシリンダ１４、およびこのシリンダ１４内を摺動する２個の第１、第２ピストン１５、１６等から構成されている。
【００２８】
ノズルボディ１１は、内周でノズルニードル１２を摺動自在に保持し、先端部に高圧燃料を内燃機関の各気筒内に噴射する複数の噴孔２０を形成している。このノズルボディ１１のノズルニードル１２の周囲には、常に高圧燃料が供給される燃料溜り室２１が形成されている。
【００２９】
ノズルニードル１２は、本発明の弁体に相当するもので、先端部にノズルボディ１１の弁座（シート部）２２に着座するようにテーパ形状のシート部２３が形成されている。また、ノズルニードル１２の後端部（ジャーナル部）は、プレッシャピン２４を介して丸棒形状のプッシュロッド２５の先端部に連結されている。なお、プレッシャピン２４とインジェクタ本体１３との間には、ノズルニードル１２を弁座２２に着座する側に付勢する付勢手段としてのコイルスプリング２６が保持されている。
【００３０】
シリンダ１４の内周には、ノズルニードル１２が弁座２２に着座している時に第１ピストン１５の先端面が着座する円環形状の座部３０が形成されている。シリンダ１４の内部空間は、第１ピストン１５によって第１制御室３１と第２制御室３２とに区画されている。第１制御室３１は、第１ピストン１５の円環状部分の後端面とシリンダ１４の後端側の内周面とに囲まれたノズルニードル１２の背圧室で、燃料入口が燃料通路７に連通している。
【００３１】
また、第２制御室３２は、第１ピストン１５の円環状部分の前端面と円筒状部分の内周面と第２ピストン１６の後端面とに囲まれたノズルニードル１２の背圧室で、第１制御室３１よりもノズルニードル１２に近い側に形成されている。そして、第２制御室３２の燃料出口は、ドレーン通路９に連通している。
【００３２】
第１ピストン１５は、ノズルニードル１２側に対して逆側の後端部が閉塞された円筒状に形成され、シリンダ１４の内周に摺動自在に保持された大径ピストンである。この第１ピストン１５は、円環状部分（閉塞部分）と円筒状部分とからなる。また、第１ピストン１５の円環状部分の中心部には、燃料通路８が形成されている。なお、第１ピストン１５の円筒状部分の一部には、その円筒状部分の内周面と外周面、つまり第２制御室３２とドレーン通路９とを連通する連通穴（本発明の連通路に相当する）３４が形成されている。
【００３３】
第２ピストン１６は、第１ピストン１５の円筒状部分の内周、つまり第２制御室３２内に摺動自在に保持されたコマンドピストンである。この第２ピストン１６の外径は、シリンダ１４の座部３０の内径よりも小さく作られている。また、第２ピストン１６のノズル側端面は、プッシュロッド２５の後端部に連結されている。これにより、第２ピストン１６は、ノズルニードル１２、プレッシャピン２４およびプッシュロッド２５と共に常に連動してシリンダ１４内を往復変位する。なお、シリンダ１４の中央部分には、ドレーン通路９と連通穴３４とを連通するように連通溝（本発明の連通路に相当する）３５が形成されている。
【００３４】
ここで、第１ピストン１５の円環状部分の前端面は、ノズルニードル１２がプレリフト｛プレリフト量（Ｌ1 ）だけリフト｝した際に第２ピストン１６の後端面が着座する第１弁座を構成する。また、インジェクタ本体１３の先端面は、ノズルニードル１２がフルリフト｛フルリフト量（Ｌ2 ）だけリフト｝した際にノズルニードル１２の後端面が着座する第２弁座を構成する。
【００３５】
そして、燃料通路６は、コモンレール３の高圧燃料をノズルニードル１２の先端部の周囲、つまりノズルボディ１１の燃料溜り室２１内に常に導入する第１導入通路である。この燃料通路６は、コモンレール３と燃料溜り室２１とを連通するようにインジェクタ本体１３およびノズルボディ１１内に形成されている。
【００３６】
燃料通路７は、本発明の第１燃料通路に相当する通路で、コモンレール３の高圧燃料をシリンダ１４内に導入する第２導入通路である。この燃料通路７は、コモンレール３と第１制御室３１の燃料入口とを連通するようにインジェクタ本体１３およびシリンダ１４内に形成されている。そして、燃料通路７の途中、つまり燃料通路６から分岐した下流側の通路途中には、通路断面積を絞る絞り部（本発明の第１絞り部に相当する）４１が設けられている。このため、燃料通路７は、第１制御室３１のインオリフィスとして機能する。
【００３７】
燃料通路８は、本発明の第２燃料通路に相当する通路で、第１ピストン１５の円環状部分の両端面、つまり第１制御室３１と第２制御室３２とを連通するようにその円環状部分の中心に形成された連通通路である。この燃料通路８の途中には、燃料通路７と同様にして、通路断面積を絞る絞り部（本発明の第２絞り部に相当する）４２が設けられている。ここで、絞り部４１、４２には、例えばオリフィス等の固定絞りが使用されている。なお、燃料通路８の入口から出口に至るまでの通路全体に絞り部４２を形成しても良い。このため、燃料通路８は、第１制御室３１のアウトオリフィスとして機能し、第２制御室３２のインオリフィスとして機能する。
【００３８】
ドレーン通路９は、本発明の第３燃料通路に相当する通路で、制御室３１、３２内の高圧燃料をリーク通路（本発明の低圧通路に相当する）４３に排出する排出通路である。このドレーン通路９は、第２制御室３２とリーク通路４３とを連通するようにシリンダ１４およびリーク配管内に形成されている。そして、ドレーン通路９の途中には、通路を開閉する電磁弁１０が設けられている。そして、第２ピストン１６の頂部には、第２ピストン１６が第１ピストン１５に当接した際に燃料通路８を塞がないよう逃がし溝４４が形成されている。
【００３９】
電磁弁１０は、最適な時期にドレーン通路９を開閉するようにＥＣＵにより電子制御される開閉弁である。この電磁弁１０は、具体的には、ドレーン通路９を開閉するバルブ、通電されるとバルブを開弁させる電磁コイル、およびこの電磁コイルへの通電が停止された際にバルブを閉弁させるためのリターンスプリング（いずれも図示せず）等よりなる周知の構造を有している。
【００４０】
〔第１実施例の作動〕
次に、本実施例の電子制御燃料噴射システム１の作動を図１および図２に基づいて簡単に説明する。
【００４１】
１）無噴射時
電磁弁１０はドレーン通路９を閉じているため、コモンレール３から高圧燃料が燃料通路７の絞り部４１を通って第１制御室３１内に満たされ、更に燃料通路８の絞り部４２を通って第２制御室３２内に満たされている。
【００４２】
このため、第１、第２ピストン１５、１６が共に図示下方に押し付けられた状態となると共に、コイルスプリング２６の図示下方への付勢力により、第２ピストン１６にプッシュロッド２５およびプレッシャピン２４を介して連結するノズルニードル１２がノズルボディ１１の弁座２２に着座する。これにより、ノズルニードル１２はリフトせず、高圧燃料は噴射されない。
【００４３】
２）噴射時
電磁弁１０がＥＣＵからの指令により開弁するため、ドレーン通路９が開かれる。このため、先ず絞り部を介さない連通穴３４およびドレーン通路９を通って第２制御室３２内の高圧燃料がリーク通路４３に排出されて低圧にリークし、第２制御室３２の内部圧力（第２制御室圧力）が一気に低圧となる。すると、ノズルニードル１２は、燃料通路６を通って燃料溜り室２１に導入される高圧燃料により図中上向きの力を受けて、図２のタイムチャートに示したように、第２ピストン１６の後端面が第１ピストン１５の円環状部分の前端面（第１弁座）に当接するプレリフト量Ｌ1 だけ図示上方にリフトする。
【００４４】
さらに、電磁弁１０の電磁コイルへの通電が続くと、第１制御室３１内の高圧燃料は、第１ピストン１５の円環状部分に設けた燃料通路８（絞り部４２）および第１ピストン１５の側面に形成した連通穴３４を介してリーク通路４３に排出されて低圧にリークし、第１制御室３１の内部圧力（第１制御室圧力）が徐々に低下する。これにより、図中上向きの力が勝って図２のタイムチャートに示したように、ノズルニードル１２は図示上方にリフトし、ノズルニードル１２がインジェクタ本体１３に当接するフルリフト量Ｌ2 まで動く。
【００４５】
３）噴射終了時
電磁弁１０がＥＣＵからの指令により閉弁すると、先ず第１制御室３１の内部圧力が回復し、続いて第２制御室３２の内部圧力が回復する。このため、第１、第２ピストン１５、１６が共に図示下方に押し付けられ、ノズルニードル１２がノズルボディ１１の弁座２２に着座して噴射が終了する。
【００４６】
〔第１実施例の効果〕
以上のように、本実施例の電子制御燃料噴射システム１は、ノズルニードル１２の作動を２段階になるように制御することで、図２のタイムチャートに示したようなノズルニードルリフト波形が得られるため、噴射初期には燃料噴射量を少なくすることができる。これにより、当初の目的である初期噴射率の低減化を図ることができるので、内燃機関より排出される排気ガスのエミッション、特に、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減および運転フィーリングの向上を図ることができる。
【００４７】
また、ノズルニードル１２のリフト量を制御するためのピストンの構造を第１、第２ピストン１５、１６による大小２段構造とすることで、ピストンの構造が簡単でコンパクトな構造となるので、その大小２段構造のピストン構造を小型エンジン用のインジェクタに搭載することもできる。
【００４８】
〔第２実施例の構成〕
図３ないし図５は本発明の第２実施例を示したもので、図３は電子制御燃料噴射システムに組み込まれるインジェクタの主要構造を示した図、図４および図５はノズル先端部形状を示した図である。
【００４９】
本実施例のノズルボディ（本発明の摺動部に相当する）１１のシート部（弁座部）２２を形成するテーパ形状の側壁には、２個以上の第１噴孔５１、およびこの第１噴孔５１よりも後端側に２個以上の第２噴孔５２が設けられている。そして、コモンレール３で蓄圧された高圧燃料は、燃料通路６を介してノズルボディ１１内に形成された燃料溜り室２１に供給されるように構成されている。
【００５０】
そして、本実施例では、第１実施例のインジェクタ４のノズル先端部形状を図３に示すような形状に変更している。すなわち、インジェクタ４のノズルニードルの先端部を径方向に、つまり丸棒形状の第１ノズルピース５３と円筒形状の第２ノズルピース５４とに２分割している。
【００５１】
第１ノズルピース５３は、本発明の第１弁体に相当するもので、先端部が第２ノズルピース５４の内周に摺動自在に保持されている。そして、第１ノズルピース５３の内部には、燃料溜り室２１と第１、第２噴孔５１、５２とを連通する連通路としての略Ｔ字型のフィード孔５５が形成されている。また、第１ノズルピース５３の先端に設けられた略円錐台形状の突起部５６の先端面には、ノズルボディ１１の弁座２２に着座するテーパ形状のシート部（シート面）５７が形成されている。
【００５２】
第２ノズルピース５４は、本発明の第２弁体に相当するもので、円環状部分と円筒状部分とからなり、先端側に対して逆側の後端部が縮径された円筒形状に形成され、ノズルボディ１１の内周に摺動自在に保持されている。また、第２ノズルピース５４の先端に設けられた略円錐台形状の突起部５８の先端面には、ノズルボディ１１の弁座２２に着座するテーパ形状のシート部（シート面）５９が形成されている。なお、第１、第２ノズルピース５３、５４によってノズルニードルを構成する。
【００５３】
さらに、プレッシャピン２４の後端面とインジェクタ本体１３の内壁面との間には、第１ノズルピース５３を閉弁方向に付勢する第１付勢手段としてのコイルスプリング６１が保持されている。また、第２ノズルピース５４の後端面とノズルボディ１１の内壁面との間には、第２ノズルピース５４を閉弁方向に付勢する第２付勢手段としてのコイルスプリング６２が保持されている。ここで、ノズルボディ１１の内周面（摺動面）と第２ノズルピース５４の外周面（摺動面）との間からスプリング室６３内に漏洩した燃料は、燃料通路６４を経てリーク通路４３に排出される。
【００５４】
〔第２実施例の作動〕
次に、本実施例の電子制御燃料噴射システム１の作動を図３ないし図５に基づいて簡単に説明する。
【００５５】
１）無噴射時
電磁弁１０はドレーン通路９を閉じているため、コモンレール３で蓄圧された高圧燃料が燃料通路７の絞り部４１を通って第１制御室３１内に満たされ、更に燃料通路８の絞り部４２を通って第２制御室３２内に満たされている。それによって、第２ピストン（コマンドピストン）１６は図３において図示下方の力を受けて第１、第２ノズルピース５３、５４が共に図示下方に押し付けられて高圧燃料の噴射は成されない。
【００５６】
２）噴射時
電磁弁１０がドレーン通路９を開くと、第２制御室３２が低圧となり、第１ノズルピース５３の下端面の燃料圧で生じる図示上向きの力が、コイルスプリング６１の図示下方の付勢力に打ち勝ち、第２ピストン１６がプレリフト量（Ｌ1 ）だけ図示上方に押し上げられたところで第２ピストン１６のリフトが第１ピストン１５の円環状部分に規制される。これにより、第１ノズルピース５３が、図４に示した低リフト状態となるので、第１噴孔５１のみから高圧燃料の噴射が成される。
【００５７】
その後に、第１制御室３１の高圧燃料は第１ピストン１５に設けた燃料通路８（絞り部４２）および第２ピストン１６に設けた連通溝３５を介して徐々にリーク通路４３に排出され、ある程度、第１制御室３１の内部圧力が下がったところで第１ノズルピース５３の下端面に加わる圧力で生じる上向きの力が第１ピストン１５に加わる下向きの力を上回った時に第１、第２ピストン１５、１６が一体となって上昇する。
【００５８】
それによって、第１ノズルピース５３が更に所定のリフト量（Ｌ3 ）以上リフトすると、第２ノズルピース５４を引っ掛ける形で上昇し、第１、第２ノズルピース５３、５４が、図５に示した高リフト状態となり、第１噴孔５１および第２噴孔５２の両方から高圧燃料の噴射が成される。
【００５９】
〔第２実施例の効果〕
以上のように、本実施例の電子制御燃料噴射システム１は、燃料噴射ノズルとしてインジェクタ（噴孔面積を変更可能な可変噴孔ノズル）４を使用し、ノズルニードルを径方向に２分割した第１、第２ノズルピース５３、５４を時間差を持って作動（リフト）させることにより、噴射初期は第１噴孔５１のみから燃料噴射を行うことができるため、初期噴射率を低減することが可能となると共に、２段階に噴射率を高めることができる。これにより、当初の目的である排気ガスの低減時に窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑えることができる。
【００６０】
以上は、内燃機関の高負荷時、燃料噴射量が多い時の効果であるが、内燃機関の軽負荷時、燃料噴射量が少ない時には、第１噴孔５１のみから確実に燃料噴射することになるため、噴射率を低くすることができる。したがって、内燃機関の予混合燃焼を抑えることができるので、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出および騒音の発生を抑制することができる。
【００６１】
〔第３実施例の構成〕
図６および図７は本発明の第３実施例を示したもので、図６はインジェクタの全体構成を示した図である。
【００６２】
本実施例の電子制御燃料噴射システム１は、高圧ポンプおよびコモンレールを含む高圧源６５と、本発明の低圧通路に相当する低圧源６６と、最適な時期にドレーン通路９を開閉するようにＥＣＵにより電子制御される電磁弁１０を備えたインジェクタ４とを備えている。インジェクタ４は、ノズルボディ１１内を摺動するノズルニードル１２、ノズルボディ１１の後端側に連結されたシリンダ１４、およびこのシリンダ１４内を摺動する２個の第１、第２ピストン１５、１６等から構成されている。
【００６３】
ノズルボディ１１とシリンダ１４との間のインジェクタ本体１３には、ノズルニードル１２をシート部２２に着座する側に付勢するコイルスプリング６７を収容するスプリング室６８が設けられている。このスプリング室６８は、噴孔２０付近のサック室６９と同一圧力となる構造にするために、燃料通路６を介して高圧源６５から高圧燃料が供給される燃料通路を形成している。
【００６４】
シリンダ１４の中央部分には、ドレーン通路９と第２制御室３２とを連通するように環状溝（本発明の連通路に相当する）７０が形成されている。シリンダ１４の図示下側には、ドレーン通路７１およびドレーン通路９を介して低圧源６６と連通する円環状のドレーン室７２が設けられている。なお、ドレーン通路７１は、ドレーン室７２とドレーン通路９とを連通する通路である。
【００６５】
第１ピストン１５の円筒状部分には、第２制御室３２とドレーン通路９とを連通する連通穴（本発明の連通路に相当する）３４が形成されている。また、第１ピストン（大ピストン）１５の円環状部分の前端面は、ノズルニードル１２がプレリフト量だけ変位した際に第２ピストン１６の後端面（図示上端部）が当接する第１弁座を構成する。また、第１ピストン１５の円環状部分には、第１制御室３１と第２制御室３２とを連通する複数本（本例では２本）の燃料通路（オリフィス通路）８ａ、８ｂが形成されている。
【００６６】
これらの燃料通路８ａ、８ｂは、第１ピストン１５の円環状部分の前端面（第１弁座）に開口を有し、第１制御室３１のインオリフィスとして機能し、第２制御室３２のアウトオリフィスとして機能する。複数本の燃料通路８ａ、８ｂの途中（本例では図示上端部）には、通路断面積を絞る絞り部（本発明の第２絞り部に相当する）４２ａ、４２ｂが設けられている。ここで、絞り部４２ａ、４２ｂは、例えばオリフィス等の固定絞りが使用されている。
【００６７】
第２ピストン１６は、第１ピストン１５の円筒状部分の内周、つまり第２制御室３２内に摺動自在に保持されたコマンドピストンである。この第２ピストン（小ピストン）１６は、第１弁座に当接した際に、複数本の燃料通路８ａ、８ｂの開口面積を減少させるように、複数本の燃料通路８ａ、８ｂの開口のうち燃料通路８ａの開口のみを閉塞（シール）する。
【００６８】
〔第３実施例の作動〕
次に、本実施例の電子制御燃料噴射システム１の作動を図６および図７に基づいて簡単に説明する。ここで、図７は電磁弁の通電状態、電磁弁のバルブ開度、第１制御室の内部圧力、第２制御室の内部圧力、第１ピストンのリフト量および第２ピストンのリフト量を示したタイムチャートである。
【００６９】
１）無噴射時
電磁弁１０はドレーン通路９を閉じているため、高圧源６５から高圧燃料が燃料通路７の絞り部４１を通って第１制御室３１内に満たされ、更に燃料通路８の絞り部４２を通って第２制御室３２内に満たされている。
【００７０】
このため、第１、第２ピストン１５、１６が共に図示下方に押し付けられた状態となると共に、コイルスプリング２６の図示下方への付勢力により、第２ピストン１６に連結するノズルニードル１２がノズルボディ１１の弁座２２に着座する。これにより、ノズルニードル１２はリフトせず、高圧燃料は噴射されない。
【００７１】
２）噴射時
図７（ａ）に示したように電磁弁１０を通電（ＯＮ）すると、図７（ｂ）に示したように電磁弁１０がドレーン通路９と環状溝７０とを連通させる（ｔ1 時刻→ｔ2 時刻）。すると、第２制御室３２の内部圧力は、図７（ｄ）に示したように、低圧源６６に開放されて降下し、ノズルニードル１２がリフトして、噴射初期から高圧の燃料噴射が成される。
【００７２】
そして、ノズルニードル１２に連結する第２ピストン１６は、図７（ｅ）に示したように、第１ピストン１５の第１弁座に当接して一旦停止するため、ノズルニードル１２のリフトも止まり、初期噴射率が低減される（ｔ3 時刻）。このとき、第２ピストン１６は、第１ピストン１５の第１弁座に当接した際に、燃料通路８ａの開口のみを閉塞（シール）する。
【００７３】
その後に、１本の燃料通路８ｂを利用して、第１制御室３１内の高圧燃料の排出が行われる。これにより、ノズルニードル１２の第２ピストン１６は、図７（ｃ）に示したような第１制御室３１の内部圧力の低下に従って、図７（ｅ）、（ｆ）に示したように、第１ピストン１５と一体になって緩やかにリフトして、噴孔２０からの高噴射率の燃料噴射が成される（ｔ4 時刻→ｔ5 時刻）。
【００７４】
３）噴射終了時
図７（ａ）に示したように電磁弁１０への通電を停止（ＯＦＦ）すると、図７（ｂ）に示したようにドレーン通路９と環状溝７０との連通状態を遮断する（ｔ5 時刻→ｔ6 時刻）。すると、図７（ｃ）、（ｆ）に示したように、第１制御室３１の内部圧力が高圧となり、第２ピストン１６とノズルニードル１２とは一体となって降下する（ｔ6 時刻→ｔ7 時刻）。
【００７５】
第１ピストン１５がシリンダ１４の座部３０に当接すると、ノズルニードル１２は単独で下降するが、このとき、第２制御室３２へは第１制御室３１内の高圧燃料が燃料通路８ａ、８ｂを介して流入する。このため、ノズルニードル１２は十分な下降速度で下降を継続できる。そして、ノズルニードル１２が弁座２２に着座して燃料噴射が終了する（ｔ7 時刻→ｔ8 時刻）。このときの噴射パターンは、図７（ｆ）に示したように、第２ピストン１６のリフトから推定できるようにブーツ噴射（２段階噴射）となる。
【００７６】
〔第３実施例の効果〕
したがって、本実施例のインジェクタ４は、図１２（ｂ）に示したようなブーツ噴射（初期低噴射率、その後緩やかに高噴射率になる）を実現することができ、且つ最適な噴射切れ（高噴射率から急激に噴射を終了する）を実現することができる。また、初期噴射率を低くすることができるため、内燃機関の予混合燃焼を抑えることができ、低ＮＯｘおよび低騒音を実現することができる。
【００７７】
ここで、上記のような第３実施例のインジェクタ４において、燃料通路８ａを設けない構造の場合の第２ピストン１６のリフトは、図７（ｆ）の図示破線のようになるので、高噴射率から急激に噴射を終了するシャープカットを実現することはできない。
【００７８】
〔第４実施例〕
図８は本発明の第４実施例を示したもので、図８はインジェクタの主要構成を示した図である。
【００７９】
本実施例のインジェクタ４は、第１ピストン１５の円環状部分に、第１制御室３１と第２制御室３２とを連通する燃料通路（オリフィス通路）８が形成されている。そして、燃料通路８の途中（本例では図示上端部）には、通路断面積を絞る絞り部（本発明の第２絞り部に相当する）４２が設けられている。この燃料通路８は、第１ピストン１５の円環状部分の前端面（第１弁座）に開口を有している。
【００８０】
本実施例の第２ピストン１６は、第１弁座に当接した際に、燃料通路８の開口面積を減少させるように、燃料通路８の開口を閉塞（シール）する。そして、第２ピストン１６は、燃料通路８と第２制御室３２とを連通する燃料通路７４が形成されている。そして、燃料通路７４の途中（本例では図示上端部）には、通路断面積を絞る絞り部７５が設けられている。燃料通路７４の入口側の開口は、第２ピストン１６の後端面（図示上端面）に形成され、燃料通路７４の出口側の開口は、第２ピストン１６の外周面に形成されている。
【００８１】
〔第５実施例の構成〕
図９は本発明の第５実施例を示したもので、図９はインジェクタの全体構成を示した図である。
【００８２】
本実施例のシリンダ１４には、無噴射時に第１ピストン１５の筒状部分が着座する弁座（本発明の第３弁座に相当する）７６が設けられている。そして、シリンダ１４の弁座７６付近には、ドレーン通路９およびドレーン通路７１を介して低圧源６６と連通する円環状のドレーン室７２が設けられている。そして、ドレーン通路７１の入口側の開口は、シリンダ１４の弁座（ストッパ）７６に形成されている。
【００８３】
そして、第１ピストン１５は、所定量リフトすると、円筒状部分の内周面と外周面とを連通する連通穴３４とシリンダ１４の内周面に形成された環状溝７０との連通状態を遮断するように構成されている。また、第１ピストン１５は、無噴射時に筒状部分の先端面が弁座７６に着座すると、ドレーン通路７１の入口側の開口を閉塞（シール）する。
【００８４】
〔第５実施例の作動〕
次に、本実施例の電子制御燃料噴射システム１の作動を図９に基づいて簡単に説明する。
【００８５】
電磁弁１０が開くと、第２制御室３２の内部圧力が低圧となり、ノズルニードル１２および第２ピストン１６がリフトして燃料噴射を開始する。その後に、絞り部４２を介して第１制御室３２の圧力がドレーンされ、所定値まで降下すると、第１、第２ピストン１５、１６とは一体となってリフトし、連通穴３４と環状溝７０との連通面積が所定量まで下がった時にリフトを停止する。
【００８６】
電磁弁１０を閉じると、第１制御室３１の内部圧力は高圧となり、第１、第２ピストン１５、１６は一体となって降下し、第１ピストン１５の図示下端面が弁座７６に当接して停止し、同時にドレーン室７２とドレーン通路７１との連通状態が遮断される。その後に、第２ピストン１６のみが下降し、ノズルニードル１２が弁座２２に着座して燃料噴射を停止する。
以上の作動によりブーツ噴射を実現することができる。
【００８７】
〔第５実施例の効果〕
本実施例では、燃料噴射の停止期間中に、第１ピストン１５の円筒状部分の先端面でドレーン通路７１の入口側の開口を閉塞することにより、ドレーン室７２とドレーン通路７１との連通状態を遮断できるので、このドレーン室７２への第１、第２制御室３１、３２からの高圧燃料のリーク、およびスプリング室６８からの高圧燃料のリークを防止することができる。したがって、高圧燃料のエネルギー損失を低減することができる。
【００８８】
〔変形例〕
本実施例では、ドレーン通路（第３燃料通路）９の途中に設ける電磁弁として電磁弁１０を利用したが、燃料通路７およびドレーン通路９の途中に設ける電磁弁として三方電磁弁を利用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子制御燃料噴射システムの主要構造を示した概略図である（第１実施例）。
【図２】ノズルニードルのリフト量を示したタイムチャートである（第１実施例）。
【図３】電子制御燃料噴射システムの主要構造を示した概略図である（第２実施例）。
【図４】第１ノズルピースの低リフト状態を示した説明図である（第２実施例）。
【図５】第１、第２ノズルピースの高リフト状態を示した説明図である（第２実施例）。
【図６】インジェクタの全体構成を示した概略図である（第３実施例）。
【図７】電磁弁の通電状態、電磁弁のバルブ開度、第１制御室の内部圧力、第２制御室の内部圧力、第１ピストンのリフト量および第２ピストンのリフト量を示したタイムチャートである（第３実施例）。
【図８】インジェクタの主要構造を示した概略図である（第４実施例）。
【図９】インジェクタの全体構造を示した概略図である（第５実施例）。
【図１０】電子制御燃料噴射システムの全体構成を示した概略図である（従来の技術）。
【図１１】電子制御燃料噴射システムの主要構造を示した概略図である（従来の技術）。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は噴射率を示したタイムチャートである（従来の技術）。
【図１３】インジェクタの主要構造を示した断面図である（従来の技術）。
【符号の説明】
１電子制御燃料噴射システム（内燃機関用燃料噴射装置）
３コモンレール（燃料蓄圧部）
４インジェクタ
６燃料通路
７燃料通路（第１燃料通路）
８燃料通路（第２燃料通路）
９ドレーン通路（第３燃料通路）
１０電磁弁
１１ノズルボディ（摺動部）
１２ノズルニードル（弁体）
１４シリンダ
１５第１ピストン
１６第２ピストン
２０噴孔
２１燃料溜り室（燃料溜り部）
３１第１制御室
３２第２制御室
３４連通穴（連通路）
３５連通溝（連通路）
４１絞り部（第１絞り部）
４２絞り部（第２絞り部）
４２ａ絞り部（第２絞り部）
４２ｂ絞り部（第２絞り部）
４３リーク通路（低圧通路）
５１第１噴孔
５２第２噴孔
５３第１ノズルピース（第１弁体）
５４第２ノズルピース（第２弁体）
６１コイルスプリング（第１付勢手段）
６２コイルスプリング（第２付勢手段）
６６低圧源（低圧通路）
７０環状溝（連通路）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention particularly relates to a fuel injection device for an internal combustion engine that accumulates high-pressure fuel in a kind of surge tank called a common rail and supplies the accumulated high-pressure fuel to the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, electronically controlled fuel injection systems that electronically control fuel injection to an internal combustion engine have been actively developed in order to reduce emissions of exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine and improve operation feeling. Has been done. An example is shown in FIG. According to this electronically controlled fuel injection system, the fuel is pumped up from the fuel tank 102 by the electronically controlled feed pump 101 a, is made high pressure by the high pressure pump 101, and is sent to the common rail 103.
[0003]
For example, the common rail pressure is detected by the pressure sensor 104, and this value is controlled by the electromagnetic valve 107 so that the value is determined by the engine speed, the detected value of the coolant temperature sensor 105, the detected value of the accelerator opening sensor 106, or the like. A predetermined amount is sent. From the common rail 103, fuel is supplied via a fuel pipe 110 to a fuel injection nozzle (injector) 109 that is installed in each cylinder of the engine 108 and is electronically controlled. All of these controls are performed by the ECU 111.
[0004]
Next, the operation at the time of fuel injection of such an electronically controlled fuel injection system will be described with reference to FIG.
The fuel injection nozzle shown in FIG. 11 is a two-way solenoid valve type injector 120. When no injection is performed, the valve 121 of the two-way solenoid valve is closed, so that the common-rail high-pressure fuel is filled in the control chamber 122. As a result, the force that presses the command piston 124 downward is large, the nozzle needle 125 is pressed against the seat portion, and fuel is not injected.
[0005]
At the time of injection, a current flows from the EDU 112 including a drive circuit or the like to the coil 126 of the two-way electromagnetic valve in response to a signal from the ECU 111, and the valve 121 is pulled upward in the figure. Then, since the high-pressure fuel in the control chamber 122 leaks through the throttle portion 128, the control chamber pressure decreases. At this time, since the high-pressure fuel is supplied to the control chamber 122 through the throttle portion 127, the pressure drop rate in the control chamber 122 can be arbitrarily changed by selecting the throttle portions 127 and 128. Regardless of the pressure drop speed, the pressure in the control chamber is reliably reduced, so that the force pushing the command piston 124 downward is reduced, the upward force is overcome and the nozzle needle 125 rises upward in the figure, and the high pressure fuel is injected from the nozzle hole 129. Is injected. Here, 123 is a fuel reservoir chamber.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the electronically controlled fuel injection system as described above, high-pressure fuel injection is possible from the initial stage of injection, and since the injection is quickly cut off at the end of injection, it is possible to greatly suppress particulate discharge, In particular, when the load is high, since the initial injection rate is large, there is a problem that the discharge of nitrogen oxide (NOx) becomes large.
[0007]
Therefore, for this measure, it is desirable to lower the initial injection rate at high load, and examples of the injection rate pattern are shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b). FIG. 12 (a) is a type that gradually increases the injection rate, and FIG. 12 (b) is a type that increases the injection rate in two stages (or multiple stages) (initially low injection rate and then gradually becomes a high injection rate). It is.
[0008]
First, the type shown in FIG. 12A can be realized by adjusting the diaphragm amounts of the diaphragm units 127 and 128 shown in FIG. However, these throttle parts 127 and 128 also affect other performances, for example, injection interruption at the end of injection, injection interval of pilot injection that performs a small amount of injection prior to main injection, and the like. , 128 can not be freely changed.
[0009]
On the other hand, the type shown in FIG. 12B can be realized by an injector 140 as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-332199. As shown in FIG. 13, the injector 140 is provided with a projection 142 at the tip of the nozzle needle 141, and a cylindrical sliding portion 144 inside which the projection 142 slides at the tip of the nozzle body 143. The sliding portion 144 is provided with first and second nozzle holes 145 and 146 that are opened according to the amount of lift (lift amount) of the nozzle needle 141. The projecting portion 142 has a communication passage 149 that communicates the fuel reservoir chamber upstream of the seat portion 147 of the nozzle needle 141 and the sac chamber 148 on the distal end side of the sliding portion 144 when the injector 140 is opened. Is formed.
[0010]
According to this injector 140, when the lift of the nozzle needle 141 is low, the high-pressure fuel flows into the sac chamber 148 via the communication passage 149 provided in the protrusion 142 of the nozzle needle 141, and the tip side (the lower side in the figure) ) Fuel injection is performed only from the first injection hole 145. Further, when the lift of the nozzle needle 141 becomes high, fuel injection is performed not only from the first injection hole 145 but also from the second injection hole 146 on the rear end side (upper side in the drawing) of the first injection hole 145. Therefore, this type of injector 140 can change the nozzle hole area in accordance with the lift amount of the nozzle needle 141, and thus is generally called “variable nozzle nozzle”. With variable injection nozzles, emissions (especially HC and smoke) are reduced by injecting only from the small injection holes at lower loads, and fuel consumption is achieved by reducing the injection period by injecting from all injection holes at high loads. Smoke can be reduced.
[0011]
However, in the variable nozzle nozzle structure such as the injector 140 described above, the protrusion 142 and the nozzle body 143 of the nozzle needle 141 are clearance seals, so that when the nozzle needle 141 is slightly lifted, fuel injection should be originally performed. The fuel is ejected not only from the first nozzle hole 145 in the lower part of the figure but also from the second nozzle hole 146 that should not be injected through the clearance between the projection 142 and the nozzle body 143. At this time, since the fuel is injected through the clearance, the injection pressure is considerably low, the spray is inferior in atomization, and the combustion deteriorates. Therefore, black smoke (smoke) and hydrocarbons ( HC) and the like are many, resulting in a problem that the emission is deteriorated.
[0012]
In addition, since the high pressure fuel is always supplied to the oil sump chamber in a normal injector in a combination of a common rail and a variable injection hole nozzle found in German Patent Publication No. DE19637186A1, the outer piece opens, so that It is necessary to control the pressure applied to the reservoir chamber by some means (not shown in the official gazette), and additional control parts such as a solenoid valve are required, increasing the number of parts and increasing the product cost. Problem arises.
[0013]
OBJECT OF THE INVENTION
An object of the present invention is to provide a fuel injection device for an internal combustion engine that has a relatively simple structure and can suppress emission of nitrogen oxides by reducing the initial injection rate. In addition, a fuel injection device for an internal combustion engine that can reliably control injection and non-injection according to the lift amount of a nozzle needle that does not have a clearance seal at the time of lift with a variable injection hole nozzle having an effect of reducing the initial injection rate Is to provide. It is another object of the present invention to provide a fuel injection device for an internal combustion engine that can realize a multi-stage injection and a sharp cut that suddenly terminates the injection from a high injection rate.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, since the solenoid valve is closed when there is no injection, the high pressure fuel of the common rail is filled in the first control chamber through the first fuel passage, and further the second fuel passage. And is filled into the second control chamber. Thereby, since the second control chamber pressure is high, the valve body does not lift and high-pressure fuel is not injected.
[0015]
At the time of injection, the electromagnetic valve is opened to discharge high pressure fuel from the second control chamber through the third fuel passage to the low pressure passage. Thereby, since the second control chamber pressure is lowered, the valve body and the second piston are lifted, and high-pressure fuel is injected from the injection hole. When the valve body is lifted by the pre-lift amount, the second piston comes into contact with the first piston.
[0016]
Here, the high-pressure fuel in the first control chamber is also discharged to the low-pressure passage through the second fuel passage, the second control chamber, and the third fuel passage. A second throttle portion is provided in the middle of the second fuel passage. Therefore, the rate of decrease in the first control chamber pressure is slower than the rate of decrease in the second control chamber pressure. Thereby, when the valve body is lifted by the pre-lift amount, the valve body is once held by the lift amount, so that the initial injection rate can be reduced. Therefore, the emission of nitrogen oxides can be suppressed with a relatively simple structure.
[0017]
According to the second aspect of the present invention, the second control chamber pressure is lowered by opening the electromagnetic valve. As a result, when the valve body and the second piston are lifted and the valve body is displaced by the pre-lift amount, the second piston is The closed portion of the first piston is provided on the end surface with which the second piston abuts. Abuts on the first valve seat. Thereafter, the valve body is held at the lift amount until the first control chamber pressure is reduced. When the first control chamber pressure is reduced, the valve body, the first piston, and the second piston are lifted, and the valve body is displaced by the full lift amount. Then, the disc is The injector body connected to the cylinder is provided on the end surface with which the valve body abuts. Since it contacts the second valve seat, the lift of the valve body is completed.
[0018]
According to the third aspect of the present invention, when the first piston or the second piston is provided with the communication passage that communicates the second fuel passage and the third fuel passage, the first and second pistons are displaced when the valve body is displaced by the prelift amount. Even when the two pistons contact the first piston, the high-pressure fuel in the first control chamber is discharged to the low-pressure passage through the second fuel passage, the communication passage, and the third fuel passage. Thereby, the first control chamber pressure can be reduced, and the valve body, the first piston, and the second piston can be displaced from the pre-lift amount to the full lift amount.
[0019]
According to the fourth aspect of the present invention, when the lift amount of the first valve body is small at the time of injection, the closed state of the second nozzle hole by the second valve element is continued, but only the first nozzle hole is By being released from the first valve body, the high-pressure fuel in the fuel reservoir passes through the communication passage formed in the first valve body and reaches the inlet of the first injection hole, and the high-pressure fuel is injected into the internal combustion only from the first injection hole. It is injected into the engine.
[0020]
When the first valve body is lifted by a predetermined lift amount or more, the second valve body is also lifted together with the first valve body. As a result, both the first valve body and the second valve body are lifted to open both the first injection hole and the second injection hole, so that the high-pressure fuel in the fuel reservoir passes through the communication path. High pressure fuel is injected into the internal combustion engine from both the first nozzle hole and the second nozzle hole through the inlets of the first nozzle hole and the second nozzle hole.
[0021]
Here, when the internal combustion engine is lightly loaded, that is, when the fuel injection amount is small, high-pressure fuel is injected only from the first injection hole, so that the injection rate can be kept low. Combustion is suppressed, and emission of nitrogen oxides and generation of noise can be suppressed.
[0022]
According to the sixth aspect of the present invention, when the valve body is displaced by the pre-lift amount, the second piston comes into contact with the first valve seat, and the opening area of the second fuel passage is reduced. Is displaced by the amount of pre-lift, the first control chamber pressure decrease rate becomes slower than the second control chamber pressure decrease rate. That is, when the valve body is lifted by the pre-lift amount, the valve body is once held by the lift amount, so that the initial injection rate can be reduced.
[0023]
According to the seventh aspect of the present invention, when the cylindrical portion of the first piston is seated on the third valve seat at the time of non-injection, the first piston closes the opening of the drain passage, thereby The communication state with the drain passage can be reliably blocked. Therefore, since no leakage from the first control chamber and the second control chamber to the drain chamber can be prevented during no injection, that is, during the fuel injection stop period, energy loss can be reduced.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the invention will be described based on examples with reference to the drawings.
[Configuration of the first embodiment]
1 and 2 show a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a diagram showing the main structure of an electronically controlled fuel injection system.
[0025]
An electronically controlled fuel injection system 1 of the present embodiment corresponds to a fuel injection device for an internal combustion engine according to the present invention. The high pressure pump 2 is electronically controlled by a control device (hereinafter referred to as ECU) not shown, and the high pressure pump. 2 includes a common rail 3 to which high-pressure fuel is supplied from 2 and a fuel injection nozzle (hereinafter referred to as an injector) 4 that is electronically controlled by an ECU.
[0026]
The high-pressure pump 2 draws fuel from the fuel tank 5 and sends it to the common rail 3 at a high pressure. The common rail 3 corresponds to the fuel pressure accumulating portion of the present invention, and is a type of surge tank that stores high-pressure fuel having a relatively high pressure (common rail pressure: 20 MPa to 120 MPa, for example). And connected to the injector 4.
[0027]
The injector 4 is connected to a nozzle body 11 attached to each cylinder of an internal combustion engine (for example, a diesel engine), a nozzle needle 12 that slides in the nozzle body 11, and a rear end side of the nozzle body 11 via an injector body 13. And the two first and second pistons 15, 16 that slide in the cylinder 14.
[0028]
The nozzle body 11 slidably holds the nozzle needle 12 on the inner periphery, and has a plurality of injection holes 20 for injecting high-pressure fuel into each cylinder of the internal combustion engine at the tip. Around the nozzle needle 12 of the nozzle body 11, a fuel reservoir chamber 21 to which high-pressure fuel is always supplied is formed.
[0029]
The nozzle needle 12 corresponds to the valve body of the present invention, and a tapered seat portion 23 is formed at the tip so as to be seated on the valve seat (seat portion) 22 of the nozzle body 11. Further, the rear end portion (journal portion) of the nozzle needle 12 is connected to the front end portion of a round rod-shaped push rod 25 via a pressure pin 24. Note that a coil spring 26 is held between the pressure pin 24 and the injector body 13 as a biasing means that biases the nozzle needle 12 toward the side where the nozzle needle 12 is seated on the valve seat 22.
[0030]
On the inner periphery of the cylinder 14, an annular seat 30 is formed on which the tip surface of the first piston 15 is seated when the nozzle needle 12 is seated on the valve seat 22. The internal space of the cylinder 14 is partitioned into a first control chamber 31 and a second control chamber 32 by the first piston 15. The first control chamber 31 is a back pressure chamber of the nozzle needle 12 surrounded by the rear end surface of the annular portion of the first piston 15 and the inner peripheral surface on the rear end side of the cylinder 14, and the fuel inlet is connected to the fuel passage 7. Communicate.
[0031]
The second control chamber 32 is a back pressure chamber of the nozzle needle 12 surrounded by the front end surface of the annular portion of the first piston 15, the inner peripheral surface of the cylindrical portion, and the rear end surface of the second piston 16. It is formed closer to the nozzle needle 12 than the first control chamber 31. The fuel outlet of the second control chamber 32 communicates with the drain passage 9.
[0032]
The first piston 15 is a large-diameter piston that is formed in a cylindrical shape whose rear end on the opposite side to the nozzle needle 12 side is closed and is slidably held on the inner periphery of the cylinder 14. The first piston 15 includes an annular portion (a closed portion) and a cylindrical portion. A fuel passage 8 is formed at the center of the annular portion of the first piston 15. A part of the cylindrical portion of the first piston 15 has a communication hole (the communication passage of the present invention) that connects the inner and outer peripheral surfaces of the cylindrical portion, that is, the second control chamber 32 and the drain passage 9. 34) is formed.
[0033]
The second piston 16 is a command piston slidably held in the inner periphery of the cylindrical portion of the first piston 15, that is, in the second control chamber 32. The outer diameter of the second piston 16 is made smaller than the inner diameter of the seat portion 30 of the cylinder 14. Further, the nozzle side end surface of the second piston 16 is connected to the rear end portion of the push rod 25. As a result, the second piston 16 is reciprocally displaced in the cylinder 14 always in conjunction with the nozzle needle 12, the pressure pin 24 and the push rod 25. A communication groove (corresponding to the communication path of the present invention) 35 is formed in the central portion of the cylinder 14 so as to communicate the drain passage 9 and the communication hole 34.
[0034]
Here, the front end surface of the annular portion of the first piston 15 constitutes a first valve seat on which the rear end surface of the second piston 16 is seated when the nozzle needle 12 is pre-lifted {lifted by a pre-lift amount (L1)}. . The front end surface of the injector body 13 constitutes a second valve seat on which the rear end surface of the nozzle needle 12 is seated when the nozzle needle 12 is fully lifted (lifted by the full lift amount (L2)).
[0035]
The fuel passage 6 is a first introduction passage that always introduces the high-pressure fuel of the common rail 3 around the tip of the nozzle needle 12, that is, into the fuel reservoir chamber 21 of the nozzle body 11. The fuel passage 6 is formed in the injector body 13 and the nozzle body 11 so as to communicate the common rail 3 and the fuel reservoir chamber 21.
[0036]
The fuel passage 7 is a passage corresponding to the first fuel passage of the present invention, and is a second introduction passage for introducing the high-pressure fuel of the common rail 3 into the cylinder 14. The fuel passage 7 is formed in the injector body 13 and the cylinder 14 so as to communicate the common rail 3 and the fuel inlet of the first control chamber 31. In the middle of the fuel passage 7, that is, in the middle of the downstream passage branched from the fuel passage 6, a throttle portion (corresponding to the first throttle portion of the present invention) 41 for reducing the passage cross-sectional area is provided. For this reason, the fuel passage 7 functions as an in-orifice of the first control chamber 31.
[0037]
The fuel passage 8 is a passage corresponding to the second fuel passage of the present invention, and has a circular shape so that both end faces of the annular portion of the first piston 15, that is, the first control chamber 31 and the second control chamber 32 communicate with each other. This is a communication passage formed at the center of the annular portion. In the middle of the fuel passage 8, a throttle portion (corresponding to the second throttle portion of the present invention) 42 for reducing the cross-sectional area of the passage is provided in the same manner as the fuel passage 7. Here, for the throttle portions 41 and 42, for example, a fixed throttle such as an orifice is used. The throttle portion 42 may be formed in the entire passage from the inlet to the outlet of the fuel passage 8. For this reason, the fuel passage 8 functions as an out-orifice of the first control chamber 31 and functions as an in-orifice of the second control chamber 32.
[0038]
The drain passage 9 is a passage corresponding to the third fuel passage of the present invention, and is a discharge passage for discharging the high-pressure fuel in the control chambers 31 and 32 to the leak passage (corresponding to the low-pressure passage of the present invention) 43. The drain passage 9 is formed in the cylinder 14 and the leak pipe so as to communicate the second control chamber 32 and the leak passage 43. In the middle of the drain passage 9, an electromagnetic valve 10 for opening and closing the passage is provided. An escape groove 44 is formed at the top of the second piston 16 so as not to block the fuel passage 8 when the second piston 16 contacts the first piston 15.
[0039]
The electromagnetic valve 10 is an on-off valve that is electronically controlled by the ECU so as to open and close the drain passage 9 at an optimal time. Specifically, the electromagnetic valve 10 is a valve that opens and closes the drain passage 9, an electromagnetic coil that opens the valve when energized, and a valve that closes when energization of the electromagnetic coil is stopped. The return spring (none of which is not shown) has a known structure.
[0040]
[Operation of the first embodiment]
Next, the operation of the electronically controlled fuel injection system 1 of this embodiment will be briefly described with reference to FIGS.
[0041]
1) No injection
Since the solenoid valve 10 closes the drain passage 9, high-pressure fuel is filled from the common rail 3 into the first control chamber 31 through the throttle portion 41 of the fuel passage 7 and further passes through the throttle portion 42 of the fuel passage 8. The second control chamber 32 is filled.
[0042]
Therefore, the first and second pistons 15 and 16 are both pressed downward in the figure, and the push rod 25 and the pressure pin 24 are attached to the second piston 16 by the biasing force of the coil spring 26 in the downward direction in the figure. The nozzle needle 12 connected via the valve seats on the valve seat 22 of the nozzle body 11. Thereby, the nozzle needle 12 is not lifted, and high-pressure fuel is not injected.
[0043]
2) During injection
Since the solenoid valve 10 is opened by a command from the ECU, the drain passage 9 is opened. For this reason, first, the high-pressure fuel in the second control chamber 32 is discharged to the leak passage 43 through the communication hole 34 and the drain passage 9 without passing through the throttle portion, and leaks to a low pressure. The pressure in the second control chamber is reduced at a stretch. Then, the nozzle needle 12 receives an upward force in the figure by the high-pressure fuel introduced into the fuel reservoir chamber 21 through the fuel passage 6, and as shown in the time chart of FIG. The end face is lifted upward in the figure by a pre-lift amount L1 that contacts the front end face (first valve seat) of the annular portion of the first piston 15.
[0044]
Further, when energization of the electromagnetic coil of the solenoid valve 10 continues, the high-pressure fuel in the first control chamber 31 flows from the fuel passage 8 (throttle portion 42) provided in the annular portion of the first piston 15 and the first piston 15. It is discharged to the leak passage 43 through the communication hole 34 formed in the side surface of the gas and leaks to a low pressure, and the internal pressure (first control chamber pressure) of the first control chamber 31 gradually decreases. As a result, the upward force in the figure wins and the nozzle needle 12 is lifted upward as shown in the time chart of FIG. 2, and the nozzle needle 12 moves to the full lift amount L2 at which it abuts against the injector body 13.
[0045]
3) At the end of injection
When the solenoid valve 10 is closed by a command from the ECU, the internal pressure in the first control chamber 31 is first recovered, and then the internal pressure in the second control chamber 32 is recovered. For this reason, the first and second pistons 15 and 16 are both pressed downward in the figure, the nozzle needle 12 is seated on the valve seat 22 of the nozzle body 11 and the injection is completed.
[0046]
[Effects of the first embodiment]
As described above, the electronically controlled fuel injection system 1 according to the present embodiment obtains a nozzle needle lift waveform as shown in the time chart of FIG. 2 by controlling the operation of the nozzle needle 12 in two stages. Therefore, the fuel injection amount can be reduced at the initial stage of injection. As a result, the initial injection rate, which is the initial purpose, can be reduced, so that emission of exhaust gas discharged from the internal combustion engine, in particular, reduction of nitrogen oxides (NOx) and improvement of operation feeling are achieved. be able to.
[0047]
In addition, since the piston structure for controlling the lift amount of the nozzle needle 12 is a large and small two-stage structure with the first and second pistons 15 and 16, the piston structure is simple and compact. A large and small two-stage piston structure can be mounted on an injector for a small engine.
[0048]
[Configuration of Second Embodiment]
FIGS. 3 to 5 show a second embodiment of the present invention. FIG. 3 shows the main structure of an injector incorporated in an electronically controlled fuel injection system. FIGS. 4 and 5 show the shape of the nozzle tip. FIG.
[0049]
In the tapered side wall forming the seat portion (valve seat portion) 22 of the nozzle body (corresponding to the sliding portion of the present invention) 11 of the present embodiment, two or more first injection holes 51 and the first nozzle holes 51 are provided. Two or more second nozzle holes 52 are provided on the rear end side of the one nozzle hole 51. The high-pressure fuel accumulated in the common rail 3 is configured to be supplied to the fuel reservoir chamber 21 formed in the nozzle body 11 via the fuel passage 6.
[0050]
In this embodiment, the shape of the nozzle tip of the injector 4 of the first embodiment is changed to the shape shown in FIG. That is, the tip of the nozzle needle of the injector 4 is divided into two in the radial direction, that is, the first nozzle piece 53 having a round bar shape and the second nozzle piece 54 having a cylindrical shape.
[0051]
The first nozzle piece 53 corresponds to the first valve body of the present invention, and the tip portion is slidably held on the inner periphery of the second nozzle piece 54. A substantially T-shaped feed hole 55 is formed in the first nozzle piece 53 as a communication passage that communicates the fuel reservoir chamber 21 with the first and second injection holes 51 and 52. A tapered seat portion (seat surface) 57 seated on the valve seat 22 of the nozzle body 11 is formed on the tip surface of the substantially frustoconical protrusion 56 provided at the tip of the first nozzle piece 53. ing.
[0052]
The second nozzle piece 54 corresponds to the second valve body of the present invention, and is composed of an annular portion and a cylindrical portion, and has a cylindrical shape in which the rear end portion on the opposite side is reduced in diameter relative to the distal end side. It is formed and is slidably held on the inner periphery of the nozzle body 11. A tapered seat portion (seat surface) 59 seated on the valve seat 22 of the nozzle body 11 is formed on the distal end surface of the substantially truncated cone-shaped protrusion 58 provided at the distal end of the second nozzle piece 54. ing. The first and second nozzle pieces 53 and 54 constitute a nozzle needle.
[0053]
Further, a coil spring 61 as a first urging means for urging the first nozzle piece 53 in the valve closing direction is held between the rear end surface of the pressure pin 24 and the inner wall surface of the injector body 13. Further, a coil spring 62 is held between the rear end surface of the second nozzle piece 54 and the inner wall surface of the nozzle body 11 as second urging means for urging the second nozzle piece 54 in the valve closing direction. Yes. Here, the fuel leaked into the spring chamber 63 from between the inner peripheral surface (sliding surface) of the nozzle body 11 and the outer peripheral surface (sliding surface) of the second nozzle piece 54 passes through the fuel passage 64 and leaks. 43 is discharged.
[0054]
[Operation of the second embodiment]
Next, the operation of the electronically controlled fuel injection system 1 according to the present embodiment will be briefly described with reference to FIGS.
[0055]
1) No injection
Since the solenoid valve 10 closes the drain passage 9, the high-pressure fuel accumulated in the common rail 3 is filled into the first control chamber 31 through the throttle portion 41 of the fuel passage 7, and further, the throttle portion 42 of the fuel passage 8. The second control chamber 32 is filled therethrough. As a result, the second piston (command piston) 16 receives the downward force in the drawing in FIG. 3 and the first and second nozzle pieces 53 and 54 are both pressed downward in the drawing so that the high pressure fuel is not injected.
[0056]
2) During injection
When the solenoid valve 10 opens the drain passage 9, the second control chamber 32 becomes low pressure, and the upward force generated by the fuel pressure at the lower end surface of the first nozzle piece 53 overcomes the downward biasing force of the coil spring 61. When the second piston 16 is pushed upward by a pre-lift amount (L1), the lift of the second piston 16 is restricted by the annular portion of the first piston 15. As a result, the first nozzle piece 53 is in the low lift state shown in FIG. 4, and high pressure fuel is injected only from the first injection holes 51.
[0057]
Thereafter, the high-pressure fuel in the first control chamber 31 is gradually discharged to the leak passage 43 via the fuel passage 8 (throttle portion 42) provided in the first piston 15 and the communication groove 35 provided in the second piston 16. When the upward force generated by the pressure applied to the lower end surface of the first nozzle piece 53 exceeds the downward force applied to the first piston 15 when the internal pressure of the first control chamber 31 decreases to some extent, the first and second pistons 15 and 16 rise together.
[0058]
As a result, when the first nozzle piece 53 is further lifted by a predetermined lift amount (L3) or more, the second nozzle piece 54 is lifted by being hooked, and the first and second nozzle pieces 53, 54 are shown in FIG. A high lift state is established, and high-pressure fuel is injected from both the first injection hole 51 and the second injection hole 52.
[0059]
[Effect of the second embodiment]
As described above, the electronically controlled fuel injection system 1 of the present embodiment uses the injector (variable nozzle hole nozzle capable of changing the nozzle hole area) 4 as the fuel injection nozzle, and the nozzle needle is divided into two in the radial direction. By operating (lifting) the first and second nozzle pieces 53 and 54 with a time difference, fuel injection can be performed only from the first injection hole 51 at the initial stage of injection, so the initial injection rate can be reduced. In addition, the injection rate can be increased in two stages. Thereby, it is possible to suppress the generation of nitrogen oxide (NOx) when reducing the exhaust gas, which is the initial purpose.
[0060]
The above is the effect when the fuel injection amount is large when the internal combustion engine is at a high load. However, when the fuel injection amount is small when the internal combustion engine is light, the fuel is reliably injected only from the first injection holes 51. Therefore, the injection rate can be lowered. Therefore, since premix combustion of the internal combustion engine can be suppressed, emission of nitrogen oxides (NOx) and generation of noise can be suppressed.
[0061]
[Configuration of Third Embodiment]
6 and 7 show a third embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows the overall configuration of the injector.
[0062]
The electronically controlled fuel injection system 1 of the present embodiment includes a high pressure source 65 including a high pressure pump and a common rail, a low pressure source 66 corresponding to the low pressure passage of the present invention, and an ECU so as to open and close the drain passage 9 at an optimal time. And an injector 4 having an electronically controlled electromagnetic valve 10. The injector 4 includes a nozzle needle 12 that slides within the nozzle body 11, a cylinder 14 that is coupled to the rear end side of the nozzle body 11, and two first and second pistons 15 that slide within the cylinder 14, 16 or the like.
[0063]
The injector body 13 between the nozzle body 11 and the cylinder 14 is provided with a spring chamber 68 that houses a coil spring 67 that urges the nozzle needle 12 toward the side where the nozzle needle 12 is seated on the seat portion 22. The spring chamber 68 forms a fuel passage through which high-pressure fuel is supplied from the high-pressure source 65 via the fuel passage 6 so that the spring chamber 68 has the same pressure as the sac chamber 69 near the nozzle hole 20.
[0064]
An annular groove (corresponding to the communication path of the present invention) 70 is formed in the central portion of the cylinder 14 so as to communicate the drain path 9 and the second control chamber 32. An annular drain chamber 72 that communicates with the low pressure source 66 through the drain passage 71 and the drain passage 9 is provided on the lower side of the cylinder 14 in the figure. The drain passage 71 is a passage that connects the drain chamber 72 and the drain passage 9.
[0065]
A communication hole (corresponding to the communication path of the present invention) 34 for communicating the second control chamber 32 and the drain passage 9 is formed in the cylindrical portion of the first piston 15. Further, the front end surface of the annular portion of the first piston (large piston) 15 has a first valve seat with which the rear end surface (the upper end portion in the drawing) of the second piston 16 abuts when the nozzle needle 12 is displaced by the prelift amount. Constitute. Further, a plurality of (two in this example) fuel passages (orifice passages) 8a and 8b communicating with the first control chamber 31 and the second control chamber 32 are formed in the annular portion of the first piston 15. ing.
[0066]
These fuel passages 8 a and 8 b have an opening in the front end surface (first valve seat) of the annular portion of the first piston 15, function as an in-orifice of the first control chamber 31, and Functions as an out orifice. In the middle of the plurality of fuel passages 8a and 8b (the upper end portion in the figure in this example), throttle portions (corresponding to the second throttle portion of the present invention) 42a and 42b for narrowing the passage cross-sectional area are provided. Here, for the throttle portions 42a and 42b, for example, a fixed throttle such as an orifice is used.
[0067]
The second piston 16 is a command piston slidably held in the inner periphery of the cylindrical portion of the first piston 15, that is, in the second control chamber 32. When the second piston (small piston) 16 abuts on the first valve seat, the opening of the plurality of fuel passages 8a and 8b is reduced so as to reduce the opening area of the plurality of fuel passages 8a and 8b. Of these, only the opening of the fuel passage 8a is closed (sealed).
[0068]
[Operation of the third embodiment]
Next, the operation of the electronically controlled fuel injection system 1 of this embodiment will be briefly described with reference to FIGS. Here, FIG. 7 shows the energized state of the solenoid valve, the valve opening degree of the solenoid valve, the internal pressure of the first control chamber, the internal pressure of the second control chamber, the lift amount of the first piston, and the lift amount of the second piston. It is a time chart.
[0069]
1) No injection
Since the solenoid valve 10 closes the drain passage 9, high-pressure fuel from the high-pressure source 65 fills the first control chamber 31 through the throttle portion 41 of the fuel passage 7 and further passes through the throttle portion 42 of the fuel passage 8. The second control chamber 32 is filled.
[0070]
Therefore, the first and second pistons 15 and 16 are both pressed downward in the drawing, and the nozzle needle 12 connected to the second piston 16 is moved to the nozzle body by the downward biasing force of the coil spring 26 in the drawing. 11 seats 22. Thereby, the nozzle needle 12 is not lifted, and high-pressure fuel is not injected.
[0071]
2) During injection
When the solenoid valve 10 is energized (ON) as shown in FIG. 7 (a), the solenoid valve 10 communicates the drain passage 9 and the annular groove 70 as shown in FIG. 7 (b) (t1 time → t2 Times of Day). Then, as shown in FIG. 7D, the internal pressure of the second control chamber 32 is released to the low pressure source 66 and drops, the nozzle needle 12 is lifted, and high pressure fuel injection is performed from the beginning of injection. Is done.
[0072]
Then, as shown in FIG. 7E, the second piston 16 connected to the nozzle needle 12 comes into contact with the first valve seat of the first piston 15 and temporarily stops, so the lift of the nozzle needle 12 is also stopped. The initial injection rate is reduced (time t3). At this time, the second piston 16 closes (seals) only the opening of the fuel passage 8a when contacting the first valve seat of the first piston 15.
[0073]
Thereafter, the high-pressure fuel in the first control chamber 31 is discharged using one fuel passage 8b. Thereby, as shown in FIGS. 7E and 7F, the second piston 16 of the nozzle needle 12 follows the decrease in the internal pressure of the first control chamber 31 as shown in FIG. The fuel is slowly lifted integrally with the first piston 15 and fuel injection at a high injection rate from the nozzle hole 20 is performed (time t4 → time t5).
[0074]
3) At the end of injection
When the energization of the solenoid valve 10 is stopped (OFF) as shown in FIG. 7A, the communication state between the drain passage 9 and the annular groove 70 is shut off as shown in FIG. 7B (time t5). → t6 time). Then, as shown in FIGS. 7C and 7F, the internal pressure of the first control chamber 31 becomes high, and the second piston 16 and the nozzle needle 12 drop together (t6 time → t7). Times of Day).
[0075]
When the first piston 15 comes into contact with the seat portion 30 of the cylinder 14, the nozzle needle 12 is lowered independently. At this time, the high pressure fuel in the first control chamber 31 is fed to the fuel passage 8a, the second control chamber 32, and the like. Flows in through 8b. For this reason, the nozzle needle 12 can continue to descend at a sufficient descending speed. Then, the nozzle needle 12 is seated on the valve seat 22 and the fuel injection is completed (time t7 → time t8). The injection pattern at this time is boot injection (two-stage injection) as can be estimated from the lift of the second piston 16, as shown in FIG. 7 (f).
[0076]
[Effect of the third embodiment]
Therefore, the injector 4 of the present embodiment can realize boot injection (initial low injection rate, and then gradually becomes high injection rate) as shown in FIG. The injection is abruptly terminated from the high injection rate). Further, since the initial injection rate can be lowered, premixed combustion of the internal combustion engine can be suppressed, and low NOx and low noise can be realized.
[0077]
Here, in the injector 4 of the third embodiment as described above, the lift of the second piston 16 in the case where the fuel passage 8a is not provided is as shown by the broken line in FIG. It is impossible to realize a sharp cut that terminates the injection suddenly from the rate.
[0078]
[Fourth embodiment]
FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a view showing a main configuration of the injector.
[0079]
In the injector 4 of this embodiment, a fuel passage (orifice passage) 8 that connects the first control chamber 31 and the second control chamber 32 is formed in the annular portion of the first piston 15. A throttle portion (corresponding to the second throttle portion of the present invention) 42 for reducing the cross-sectional area of the passage is provided in the middle of the fuel passage 8 (the upper end portion in the figure in this example). The fuel passage 8 has an opening on the front end surface (first valve seat) of the annular portion of the first piston 15.
[0080]
The second piston 16 of this embodiment closes (seals) the opening of the fuel passage 8 so as to reduce the opening area of the fuel passage 8 when contacting the first valve seat. The second piston 16 is formed with a fuel passage 74 that allows the fuel passage 8 and the second control chamber 32 to communicate with each other. In the middle of the fuel passage 74 (in the illustrated example, the upper end portion in the figure), a throttle portion 75 that restricts the cross-sectional area of the passage is provided. The opening on the inlet side of the fuel passage 74 is formed on the rear end surface (the upper end surface in the drawing) of the second piston 16, and the opening on the outlet side of the fuel passage 74 is formed on the outer peripheral surface of the second piston 16.
[0081]
[Configuration of Fifth Embodiment]
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a diagram showing the overall configuration of the injector.
[0082]
The cylinder 14 of this embodiment is provided with a valve seat (corresponding to the third valve seat of the present invention) 76 on which the cylindrical portion of the first piston 15 is seated when there is no injection. An annular drain chamber 72 communicating with the low pressure source 66 through the drain passage 9 and the drain passage 71 is provided near the valve seat 76 of the cylinder 14. An opening on the inlet side of the drain passage 71 is formed in a valve seat (stopper) 76 of the cylinder 14.
[0083]
When the first piston 15 is lifted by a predetermined amount, the communication state between the communication hole 34 that connects the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the cylindrical portion and the annular groove 70 formed on the inner peripheral surface of the cylinder 14 is interrupted. Is configured to do. Further, the first piston 15 closes (seals) the opening on the inlet side of the drain passage 71 when the distal end surface of the cylindrical portion is seated on the valve seat 76 during no injection.
[0084]
[Operation of the fifth embodiment]
Next, the operation of the electronically controlled fuel injection system 1 of this embodiment will be briefly described with reference to FIG.
[0085]
When the solenoid valve 10 is opened, the internal pressure of the second control chamber 32 becomes low, and the nozzle needle 12 and the second piston 16 are lifted to start fuel injection. Thereafter, when the pressure in the first control chamber 32 is drained through the throttle portion 42 and drops to a predetermined value, the first and second pistons 15 and 16 are lifted together, and the communication hole 34 and the annular groove When the communication area with 70 is lowered to a predetermined amount, the lift is stopped.
[0086]
When the solenoid valve 10 is closed, the internal pressure of the first control chamber 31 becomes high, the first and second pistons 15 and 16 are lowered together, and the lower end surface of the first piston 15 contacts the valve seat 76. At the same time, the communication is stopped between the drain chamber 72 and the drain passage 71. Thereafter, only the second piston 16 is lowered, and the nozzle needle 12 is seated on the valve seat 22 to stop fuel injection.
The boot injection can be realized by the above operation.
[0087]
[Effect of the fifth embodiment]
In the present embodiment, the communication between the drain chamber 72 and the drain passage 71 is achieved by closing the opening on the inlet side of the drain passage 71 with the tip surface of the cylindrical portion of the first piston 15 during the stop period of the fuel injection. Therefore, leakage of high-pressure fuel from the first and second control chambers 31 and 32 to the drain chamber 72 and leakage of high-pressure fuel from the spring chamber 68 can be prevented. Therefore, the energy loss of the high pressure fuel can be reduced.
[0088]
[Modification]
In this embodiment, the electromagnetic valve 10 is used as an electromagnetic valve provided in the middle of the drain passage (third fuel passage) 9, but a three-way electromagnetic valve is used as an electromagnetic valve provided in the middle of the fuel passage 7 and the drain passage 9. Also good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing the main structure of an electronically controlled fuel injection system (first embodiment).
FIG. 2 is a time chart showing a lift amount of a nozzle needle (first embodiment).
FIG. 3 is a schematic view showing the main structure of an electronically controlled fuel injection system (second embodiment).
FIG. 4 is an explanatory view showing a low lift state of a first nozzle piece (second embodiment).
FIG. 5 is an explanatory view showing a high lift state of the first and second nozzle pieces (second embodiment).
FIG. 6 is a schematic view showing an overall configuration of an injector (third embodiment).
FIG. 7 is a time chart showing the energization state of the solenoid valve, the valve opening of the solenoid valve, the internal pressure of the first control chamber, the internal pressure of the second control chamber, the lift amount of the first piston, and the lift amount of the second piston. It is a chart (3rd Example).
FIG. 8 is a schematic view showing the main structure of an injector (fourth embodiment).
FIG. 9 is a schematic view showing the overall structure of an injector (fifth embodiment).
FIG. 10 is a schematic diagram showing the overall configuration of an electronically controlled fuel injection system (prior art).
FIG. 11 is a schematic diagram showing the main structure of an electronically controlled fuel injection system (prior art).
12A and 12B are time charts showing injection rates (conventional technology).
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the main structure of an injector (prior art).
[Explanation of symbols]
1 Electronically controlled fuel injection system (fuel injection system for internal combustion engines)
3 Common rail (fuel accumulator)
4 Injector
6 Fuel passage
7 Fuel passage (first fuel passage)
8 Fuel passage (second fuel passage)
9 Drain passage (third fuel passage)
10 Solenoid valve
11 Nozzle body (sliding part)
12 Nozzle needle (valve)
14 cylinders
15 First piston
16 Second piston
20 nozzle hole
21 Fuel reservoir (fuel reservoir)
31 1st control room
32 Second control room
34 Communication hole (communication passage)
35 Communication groove (communication passage)
41 Aperture (first aperture)
42 Aperture (second aperture)
42a Aperture (second aperture)
42b Aperture (second aperture)
43 Leakage passage (low pressure passage)
51 First nozzle hole
52 Second nozzle hole
53 First nozzle piece (first valve body)
54 Second nozzle piece (second valve element)
61 Coil spring (first biasing means)
62 Coil spring (second biasing means)
66 Low pressure source (low pressure passage)
70 Annular groove (communication path)

Claims

(A) a cylinder into which high pressure fuel is introduced and discharged;
(B) a valve body that constantly introduces high-pressure fuel to the surroundings and opens a nozzle hole when high-pressure fuel is discharged from within the cylinder;
(C) A block provided on the inner periphery of the cylinder so as to be slidable, and divides the internal space of the cylinder into a first control chamber on the opposite side to the valve body side and a second control chamber on the valve body side. A first piston having a portion and a cylindrical portion extending from the outer peripheral end of the closed portion toward the valve body;
(D) It is slidably provided on the inner periphery of the cylindrical portion of the first piston, and is displaced in conjunction with the valve body, and is interlocked with the first piston when the valve body is displaced by a pre-lift amount. A second piston that is displaced,
(E) a first fuel passage provided so as to communicate the fuel accumulator and the first control chamber, and provided with a first throttle part in the middle;
(F) a second fuel passage provided so as to communicate with the first control chamber and the second control chamber, and provided with a second throttle portion in the middle;
(G) A fuel injection device for an internal combustion engine provided with a third fuel passage provided so as to communicate the second control chamber and the low pressure passage, and provided with an electromagnetic valve in the middle.

The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1,
A first valve seat with which the second piston abuts when the valve body is displaced by a pre-lift amount; and a second valve seat with which the valve body abuts when the valve body is displaced by a full lift amount ;
The cylinder is connected to a nozzle body that slidably holds the valve body via an injector body,
The first valve seat is provided on an end surface of the closed portion of the first piston, on which the second piston abuts,
The fuel injection device for an internal combustion engine, wherein the second valve seat is provided on an end surface of the injector body on which the valve body comes into contact .

The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The fuel injection device for an internal combustion engine, wherein the first piston or the second piston is provided with a communication passage that connects the second fuel passage and the third fuel passage.

The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1,
The valve body slidably supports the first valve body that is displaced in conjunction with the first piston, and the inner periphery of the first valve body, and when the first valve body is displaced by a predetermined lift amount or more. A second valve body that is displaced in conjunction with the first valve body;
The cylinder has a fuel passage for supplying high-pressure fuel accumulated in the fuel accumulator to the fuel reservoir, and a cylindrical sliding portion that slidably supports the second valve body on the inner periphery. And
The nozzle hole is provided on one end side of the sliding portion, and is opened when the first valve body is displaced, and the sliding on the other end side from the first nozzle hole. Provided with a second nozzle hole that is opened when the second valve body is displaced,
The first valve body has a communication path that communicates the outlet of the fuel reservoir, the inlet of the first nozzle hole, and the inlet of the second nozzle hole according to the displacement of the first valve body. A fuel injection device for an internal combustion engine.

The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 4,
First urging means for urging the first valve body in a valve closing direction;
A fuel injection device for an internal combustion engine, comprising: a second urging unit that urges the second valve body in a valve closing direction.

The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1,
The first piston has a first valve seat against which the second piston comes into contact when the valve body is displaced by a prelift amount;
The second fuel passage has an opening in the first valve seat;
The fuel injection device for an internal combustion engine, wherein the second piston reduces an opening area of the second fuel passage when abutting against the first valve seat.

The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1,
The cylinder includes a third valve seat on which a cylindrical portion of the first piston is seated when there is no injection, a drain chamber provided near the third valve seat, and a drain passage for discharging fuel in the drain chamber. Have
The drain passage has an opening in the third valve seat;
The fuel injection device for an internal combustion engine, wherein the first piston closes an opening of the drain passage when seated on the third valve seat.