JP2000073916A

JP2000073916A - 蓄圧式燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2000073916A
Application number: JP10240237A
Authority: JP
Inventors: Sachihiro Tsuzuki; 祥博都筑; Akikazu Kojima; 昭和小島
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄圧式燃料噴射装置において、霧化の良好な
噴霧を得ることとＨＣの排出量を抑制することとを両立
する。【解決手段】先端に噴孔２４を設けた中空のノズルボ
ディ内を摺動するニードル弁３は、噴孔２４を開閉する
ために先端に形成されるスプール弁としてのガイド部３
０と、このスプール弁の入口側に直列に形成されるポペ
ット弁としてのシート部２０とを有する。このニードル
弁３の後端面に面して形成される制御室は、内部に充填
される高圧燃料の圧力によってニードル弁３を閉弁方向
に付勢する。ポペット弁が閉状態から所定のリフト量に
なるまでスプール弁は閉状態にあり、所定のリフト量を
超えるとスプール弁３が開状態になる。したがって、燃
料の噴射切れが良好であるし、ニードル弁３の軸長を短
縮できるし、噴射応答性を向上できるし、無効噴射範囲
を小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の各気筒
へ燃料を噴射するために使用される蓄圧式燃料噴射装置
に関し、特に燃料の噴射を制御する噴射ノズルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン等の内燃機関の各気
筒内へ燃料を噴射するシステムの１つとして、所謂蓄圧
式燃料噴射装置が用いられている。蓄圧式燃料噴射装置
は、エンジンの各気筒に装着される燃料噴射弁に共通の
蓄圧配管（コモンレール）を備え、高圧ポンプによって
蓄圧配管内の燃料圧力を一定に保持しつつ、燃料噴射弁
により所定のタイミングで蓄圧配管内の燃料を各気筒内
に噴射する。この種の蓄圧式燃料噴射装置としては、例
えば特開平７−２９３３８７号明細書に記載されたもの
がある。この従来例では、噴孔を開閉するニードル弁の
背圧を電磁弁によって制御することにより燃料の噴射を
制御している。そして、ニードル弁と一体的に上下動す
るロッドの背面に高圧燃料が供給される制御室を設け、
噴射停止の状態では制御室内に蓄圧される燃料の圧力に
よりニードル弁を下方に付勢し、噴孔を閉鎖している。
制御室とドレン通路との間には、これを開閉するための
電磁弁の弁部材が配設してあり、弁部材はソレノイドに
よって吸引駆動されるアーマチャと一体に設けられてい
る。運転状態においてソレノイドに通電すると、アーマ
チャが吸引されて弁部材が開弁位置をとるので、制御室
とドレン通路とが連通して制御室内が低圧になり、ニー
ドル弁を押し上げる方向に作用している燃料の油圧によ
ってニードル弁が上方に移動して噴孔が開き、燃料がエ
ンジンの各気筒内へ噴射される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ような蓄圧式燃料噴射装置において、ＨＣ（炭化水素）
の排出を抑制するため、一般的に用いられているＶＣＯ
（ＶａｌｖｅＣｏｖｅｒｅｄＯｒｉｆｆｉｃｅ）ノ
ズルを用いると、噴孔間のバラツキが大きいこととサッ
ク部の容積がないことのため、リフトが小さい噴射初期
にはシートしぼりとなって噴孔から噴出するときの噴霧
の霧化が低下するといった不具合を生じてしまう。本発
明は、前記問題点に鑑み、実噴射圧の低下をさせること
なく、霧化の良好な噴霧を得ることとＨＣの排出量を抑
制することとを両立する蓄圧式燃料噴装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の請求項１に記載の蓄圧式燃料噴射装置によ
れば、先端に噴孔を設けた中空のノズルボディ内を摺動
するニードル弁は、噴孔を開閉するために先端に形成さ
れるスプール弁と、このスプール弁の入口側に直列に形
成されるポペット弁とを有することを特徴とする技術的
手段を採用する。このニードル弁の後端面に面して形成
される制御室は、内部に充填される高圧燃料の圧力によ
ってニードル弁を閉弁方向に付勢する。制御室内へ高圧
燃料を導入する導入路と、制御室から高圧燃料を外部へ
導出するドレン通路に連通する導出路とが設けられる。
電磁弁を構成するためにノズルボディの後端部内に収容
されるソレノイドの制御室側端面に対向するアーマチュ
アは、ソレノイドによって吸引駆動される。アーマチャ
と一体に設けられる弁部材は、ソレノイドへの通電時に
制御室と導出路とを連通させて制御室内の圧力を低下さ
せる。この燃料噴射装置によれば、ポペット弁が閉状態
から所定のリフト量になるまでスプール弁は閉状態にあ
り、所定のリフト量を超えるとスプール弁が開状態にな
る。したがって、燃料の噴射切れが良好であるし、ニー
ドル弁の軸長を短縮できるし、噴射応答性を向上できる
し、無効噴射範囲を小さくすることができる。

【０００５】本発明の請求項２に記載の蓄圧式燃料噴射
装置によれば、ニードル弁の上昇に伴ってアキュームレ
ータ室と噴孔が連通するまでにプレリフト距離を設けて
いるため、実噴射直前まで噴射圧を高圧に保持するの
で、噴霧の微粒化を高度に達成することができる。

【０００６】本発明の請求項３に記載の蓄圧式燃料噴射
装置によれば、プレリフト距離は、ニードル弁のシート
部の流路面積と噴孔の流路面積とが同等になるニードル
弁リフト量の１から３倍の範囲となるように設定したた
め、フラットな噴射特性が的確に得られる。

【０００７】本発明の請求項４に記載の蓄圧式燃料噴射
装置によれば、噴孔の有効開口面積をニードル弁のリフ
ト量に対して増加する設定にしたため、ニードルリフト
量により燃料噴射量を調節することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
実施例について図面に基づいて説明する。本発明の一実
施例による内燃機関の蓄圧式燃料噴射装置の全体構成を
図３に示す。図中、燃料タンクＴ内の燃料は、低圧ポン
プＰ１によって高圧ポンプＰ２に供給され、高圧ポンプ
Ｐ２によって高圧に加圧されてコモンレール（高圧蓄圧
配管）Ｒに送出される。コモンレールＲはコモンレール
圧力を検出する圧力センサＳを備えている。エンジン制
御コンピュータＥＣＵは、この圧力センサＳからの信号
が、アクセル開度、エンジン回転数などのエンジン運転
条件に基いて決定された圧力となるように、高圧ポンプ
Ｐ２を制御する。

【０００９】４気筒のエンジンＥの各気筒にそれぞれ対
応して設けられた複数の燃料噴射装置１がコモンレール
Ｒに接続され、複数の燃料噴射装置１はエンジン制御コ
ンピュータＥＣＵによって噴射制御されている。燃料噴
射装置１からは余剰の燃料がドレン通路Ｄとその集合部
とを経由して燃料タンクＴに戻される。第１実施形態の
燃料噴射装置１の構成を図２に基づいて説明する。図２
（ａ）に示すように、先端に燃料を噴射するための噴孔
２４を有すると共に、その噴孔２４を開閉するニードル
弁３を受け入れている中空の比較的短いノズルボディの
第１部分４を備えている。その第１部分４を貫通するよ
うに形成されてニードル弁３の大径部分３ｂを摺動自在
に受け入れる穴４ａが形成される。第１部分４と隣接す
るノズルボディの第２部分５は、リング状の形状を有
し、ニードル弁３の第１段の小径部分３ａに対応してニ
ードル弁３の大径部分３ｂよりも小径の穴５ａを有す
る。従って、ノズルボディの第２部分５はニードル弁３
の最大リフト量を決定するストッパとしての作用をする
ことになる。６はノズルボディの第３部分であって、第
２部分５と隣接している中空の筒状のものであるが、そ
の穴６ａは後述のコネクタを摺動自在に受け入れるため
の内面を有する。７は第３部分６に隣接しているノズル
ボディの第４部分であって、中空となっている内部空間
の一部にスプリング室７ａを形成する他、後述の多くの
部分の構成や指示のために役立っている。そして、ノズ
ルボディの第１部分４から第４部分７まで直列に接続さ
れる４つの部分は、それらに被せられた中空のユニオン
ナット８によって締めつけられて一体化される。なお、
この実施形態ではノズルボディを直列に４つの部分に分
割しているが、本発明では必ずしも４分割する必要はな
い。

【００１０】ノズルボディの第４部分７には、スプリン
グ室７ａの上部にそれに連通するようにシリンダ状の穴
７ｂが形成されており、その穴７ｂによってピストンロ
ッド９の大径部分９ａとピストン頭部９ｂを手動自在に
受け入れている。その結果、ピストン頭部９ｂの頂面と
穴７ｂの上部とによって制御室１０が形成される。ま
た、ノズルボディの第４部分７には高圧の燃料を受け入
れる入口通路（高圧通路）１１がピストン頭部９ｂの下
の穴７ｂ内へ連通している。なお、図示していないが、
入口通路１１は同じ機関の他の気筒のための燃料噴射装
置と共通の蓄圧容器に連通しており、蓄圧容器は比較的
大きな容積を有していて、燃料噴射ポンプによって高圧
に加圧された燃料を貯溜している。

【００１１】公知の事項であるから詳細な説明は省略す
るが、制御室１０の燃料油圧を制御してピストンロッド
９とニードル弁３を上下方向に移動させることにより燃
料噴射を開始あるいは停止させるために、ノズルボディ
の第４部分７の上部には油圧制御弁１２が設けられる。
図２に示す第１実施形態における油圧制御弁１２はソレ
ノイド駆動式で、ソレノイドによって上下に駆動される
弁棒１２ａの下端が、弁プレート１３に形成された弁ポ
ート１３ａを開閉するようになっている。弁ポート１３
ａの下側の通路は、弁プレート１４に形成された通路を
介して制御室１０に連通していると共に、オリフィス１
４ａを介して入口通路１１にも常時連通している。ま
た、弁ポート１３ａの上側の通路はドレイン側に通じる
低圧通路１５に常時連通している。従って、油圧制御弁
１２は所謂２方弁であって、弁棒１２ａによる弁ポート
１３ａの開閉によって、制御室１０の燃料油圧が入口通
路１１の油圧に近いか又は同じ高圧、あるいは低圧通路
１５の油圧に近いか又は同じ低圧に変化する。

【００１２】ノズルボディの第３部分６に形成された穴
６ａには、図２（ｂ）に拡大して示されているような形
状のコネクタ１６が摺動自在に挿入されている。コネク
タ１６はニードル弁３の上端とピストンロッド９の下端
を、径方向に自由に相対的に移動することができるよう
に、しかし軸方向には相対的に移動することができない
ように接続するもので、図２（ｂ）に明示したような一
側方に開いた内部空間１６ａと、上下からそれに通じる
スリット１６ｂ、１６ｃを具えている。コネクタ１６は
概ね三角柱の形状を有し、外部の平面１６ｄと穴６ａの
内面との間に高圧の燃料が通過する通路を形成すること
ができる。コネクタ１６の内部空間１６ａはニードル弁
３の上端に形成されたフランジ３ｃと、ピストンロッド
９の下端に形成されたフランジ９ｃとを同時に受け入れ
て、それらのフランジ３ｃ、９ｃを上下方向には実質的
に自由度がないように、しかし径方向には相互に自由に
移動することができるようにクランプする。そのために
ニードル弁３側においては、第１段の小径部分３ａとフ
ランジ３ｃとの間に、コネクタ１６のスリット１６ｃの
幅よりも十分に細い第２段の小径部分３ｄが形成されて
いると共に、ピストンロッド９側においても、フランジ
９ｃに接続する部分にコネクタ１６のスリット１６ｂの
幅よりも十分に細い小径部分９ｄが形成されている。

【００１３】スプリング１７は、ノズルボディの第４部
分７内に形成されたスプリング室７ａに収容され、コネ
クタ１６を介してニードル弁３とピストンロッド９を常
に下方へ付勢している。また、入口通路１１の高圧の燃
料がニードル弁３の先端付近まで大きな抵抗を受けない
で流れることができるように、ピストンロッド９の大径
部分９ａやニードル弁３の大径部分３ｂには、平面や、
場合によっては図示しない縦溝などが形成される。この
構成では、高圧燃料は、入口通路１１から、ノズルボデ
ィの中央を通って、ノズル先端部付近まで導入されてい
るため、従来のノズルのようにニードル弁３の大径部分
３ｂのクリアランスは１〜２μｍのような精密な精度は
必要とせず、たとえば、ひとけた上の、１０〜２０μｍ
といったクリアランスでも十分である。図１に本実施形
態の特徴の一つであるノズル先端部の詳細を示す。

【００１４】ニードル弁３の小径部３ａの先端に形成さ
れるシート部２０は公知のノズルと同様である。第１円
錐部２７と第２円錐部２８の境界線が円状のシート部２
０になっている。このシート部２０がノズルボディの第
１部分４の円錐内壁面に当接可能である。当接時、弁閉
状態であり、離間時、弁開時である。くびれ部２９は、
第２円錐部２８の先端側に接続しており、このくびれ部
２９の先端側に円筒状のガイド部３０が形成されてい
る。このくびれ部２９の径方向に連通孔２１が貫通され
ている。ガイド部３０は、ニードル弁３の最先端に形成
される部分で、第１部分４の内壁面３２の先端側に形成
される内壁面３３に摺動自在に設けられている。このガ
イド部３０の内部に軸方向に通孔３１が形成され、通孔
３１の奥端は連通孔２１に連通し、他端はアキュームレ
ータ室２３に連通している。ガイド部３０のリフト量が
所定値以上のときアキュームレータ室２３と噴孔２４と
が連通する。

【００１５】ここで、噴孔２４とアキュームレータ室２
３とが連通するまでのプレリフト距離２５は、ニードル
弁３の下端部から噴孔２４の下端部までの距離をいう。
このプレリフト距離２５は、シート部２０のシート径に
もよるが、シートしぼりのなくなるリフト量以上とする
のが霧化を良好とするのに好適である。燃料噴射時、シ
ート部２０から連通孔２１と通孔３１を経由してアキュ
ームレータ室２３へと導入される燃料が噴孔２４から外
部へ噴射される。説明を補足すると、噴射ノズルのニー
ドル弁リフトに対する流路面積の特性を図６に示す。図
６において、たとえば、噴孔５−φ０．１８の場合、ニ
ードル弁リフト０．０６ｍｍまでは、シート部がしぼり
となって流路面積が規制されるため、ニードル弁リフト
の増加とともに流路面積が増大する。ニードル弁リフト
０．０６ｍｍ以上では、シート部よりも噴孔５−φ０．
１８の方が流路面積を規制することとなるので、ニード
ル弁リフトがそれ以上に増大しても流路面積は増加しな
い。図６において、噴射ノズルの最長のニードル弁リフ
ト量は黒丸印で示したように、特性の変化する０．０６
ｍｍでなく経験的にその３倍程度をとっている。この最
長のニードル弁リフト量は、図６に示すように、それぞ
れの噴孔諸元により変化する。いわゆるシートしぼりに
より霧化が悪化し大粒な液滴が大量に発生するのは、ニ
ードル弁リフトの増加に伴って、流路面積が増大する領
域である。従って、前述のプレリフト距離２５として
は、たとえば、５−φ０．１８の噴孔諸元であれば、
０．０６〜０．１８ｍｍの間に設定すればよい。

【００１６】次に、作動を簡単に説明する。図１はリフ
トしてないいわゆる全閉状態を示し、図４は中間リフト
状態を示し、図５はフルリフト状態を示す。（１）全閉状態では、シート部２０が内壁面３２に当接
することにより高圧燃料はシールされている。ここで、
油圧制御弁１２をオンして、ニードル弁３が着座位置か
ら上昇すると、やがて図４に示す中間リフト状態とな
る。（２）中間リフト状態では、シート部２０は内壁面３２
から離座しており、高圧燃料は、連通孔２１と通孔３１
を経由してアキュームレータ室２３へ導入される。この
中間リフト状態で、噴孔２４の直前までアキュームレー
タ室２３で高圧が維持されている。さらにニードル弁３
がリフトすると図５に示すフルリフト状態となる。（３）フルリフト状態では、アキュームレータ室２３に
蓄えられた高圧燃料が噴孔２４から噴射される。フルリ
フト状態に至る初期動作時に噴射前の適切なプレリフト
を確保しているため、噴孔２４から噴射される噴霧は、
シートしぼりをうけていない微粒化の良好な噴霧であ
る。

【００１７】上記本発明の実施形態では、噴孔形状が単
なる円状であったが、本発明の他の実施形態として、図
７に示したように、長円状のスリット２４１や、図８に
示すように、三角溝状の噴孔２４２にすることができ
る。これにより、複雑な構成や、付加的な脈動回路を追
加することなく、初期噴射率を抑制し、噴射率制御を容
易に実施することが可能である。本発明の他の実施形態
では、噴孔の有効開口面積をニードル弁のリフト量に対
して増加する設定にすることができる。このようにした
した場合、ニードルリフト量により燃料噴射量を調節す
ることができる。以上のように本発明の蓄圧式燃料噴射
装置によれば、実噴射率を低下させることなく霧化の良
好な噴霧を得ることと、サック容積をなくして、ＨＣの
排出を抑制することを両立することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による蓄圧式燃料噴射装置の
噴射ノズル先端部の断面図である。

【図２】本発明の一実施例による蓄圧式燃料噴射装置を
示すものであって、（ａ）は断面図、（ｂ）はその一部
品を示す拡大斜視図である。

【図３】本発明の一実施例による蓄圧式燃料噴射装置の
システム構成図である。

【図４】本発明の一実施例による蓄圧式燃料噴射装置の
噴射ノズル先端部の中間リフト状態を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の一実施例による蓄圧式燃料噴射装置の
噴射ノズル先端部のフルリフト状態を示す断面図であ
る。

【図６】本発明の一実施例によるニードル弁リフトと流
路面積との関係を示す特性図である。

【図７】本発明の他の実施例によるノズルボディの噴孔
の形状を示す特性図である。

【図８】本発明のさらに他の実施例によるノズルボディ
の噴孔の形状を示す特性図である。

【符号の説明】

１燃料噴射装置２噴孔３ニードル弁４第１部分（ノズルボディ）５第２部分（ノズルボディ）６第３部分（ノズルボディ）７第４部分（ノズルボディ）９ピストンロッド１０制御室１１入口通路１２油圧制御弁（ソレノイド）１３弁プレート２０シート部（ポペット弁）２１連通孔２３アキュームレータ室２４噴孔２５プレリフト２７第１円錐部２８第２円錐部２９くびれ部３０ガイド部（スプール弁）３１通孔３２内壁面３３内壁面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小島昭和愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA03 BA26 CC06T CC08T CC14 CC18 CC20 CC21 CC23 CC37 CC64T CC66 CC67 CC68T CD25 CD30 CE24 DA01 DA06 DA15 DC04 DC09 DC18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端に噴孔を設けた中空のノズルボディ
内を摺動して前記噴孔を開閉するニードル弁と、前記ニードル弁の後端面に面して形成され、内部に充填
される高圧燃料の圧力によって前記ニードル弁を閉弁方
向に付勢する制御室と、前記制御室内へ高圧燃料を導入する導入路と、前記制御室から高圧燃料を外部へ導出するドレン通路に
連通する導出路と、電磁弁を構成するために前記ノズルボディの後端部内に
収容されるソレノイドと、前記ソレノイドの前記制御室側端面に対向し前記ソレノ
イドによって吸引駆動されるアーマチャと、前記アーマチャと一体に設けられ、前記ソレノイドへの
通電時に前記制御室と前記導出路とを連通させて前記制
御室内の圧力を低下させる弁部材とを備え、前記ニードル弁は、前記噴孔を開閉するために先端に形
成されるスプール弁と、前記スプール弁の入口側に直列
に形成されるポペット弁とを有することを特徴とする蓄
圧式燃料噴射装置。
【請求項２】先端に噴孔を設けた中空のノズルボディ
内を摺動して前記噴孔を開閉するニードル弁と、前記ニードル弁の後端面に面して形成され、内部に充填
される高圧燃料の圧力によって前記ニードル弁を閉弁方
向に付勢する制御室と、前記制御室内へ高圧燃料を導入する導入路と、前記制御室から高圧燃料を外部へ導出するドレン通路に
連通する導出路と、電磁弁を構成するために前記ノズルボディの後端部内に
収容されるソレノイドと、前記ソレノイドの前記制御室側端面に対向し前記ソレノ
イドによって吸引駆動されるアーマチャと、前記アーマチャと一体に設けられ、前記ソレノイドへの
通電時に前記制御室と前記導出路とを連通させて前記制
御室内の圧力を低下させる弁部材とを具備する蓄圧式燃
料噴射装置において、前記ニードル弁は、ノズルボディ内壁に着座可能なシー
ト部と、このシート部から先端側へ向かう部分に形成さ
れるくびれ部と、このくびれ部から先端側へ形成され、
ノズルボディ内壁面に摺動自在なガイド部と、このガイ
ド部の反先端側のシート部の離座状態でシート部から連
通孔を経由して通じるアキュームレータ室とを具備し、前記ニードル弁の上昇に伴って前記アキュームレータ室
と噴孔が連通するまでにプレリフト距離を設けたことを
特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項３】前記プレリフト距離は、ニードル弁のシ
ート部の流路面積と噴孔の流路面積とが同等になるニー
ドル弁リフト量の１から３倍の範囲となるように設定し
たことを特徴とする請求項２に記載の蓄圧式燃料噴射装
置。
【請求項４】前記噴孔の有効開口面積は、ニードル弁
のリフト量に対して増加することを特徴とする請求項２
に記載の蓄圧式燃料噴射装置。