JP2000130282A - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】運転条件によって燃料の噴射特性を切換え、常
に良好な燃焼特性を実現する。 【解決手段】燃料供給ポンプ１で加圧された燃料を高圧
状態で蓄える燃料蓄圧室９と、燃料蓄圧室９からの高圧
燃料を噴射するインジェクタ１４とを備え、このインジ
ェクタ１４は、高圧の燃料圧力を受けるとリフトして開
く針弁１９を備える。インジェクタ１４と燃料蓄圧室９
を結ぶ燃料通路１６を選択的に連通、遮断する切換弁１
８と、インジェクタ１４の圧力室２２の圧力を制御する
圧力制御弁２５と切換弁１８を制御するコントローラ５
０とを備える。コントローラ５０が切換弁１８を開弁保
持したまま、圧力制御弁２５を開閉して燃料の噴射を制
御する噴射モードと、圧力制御弁２５を開弁保持したま
ま切換弁１８を開閉して燃料の噴射を制御する噴射モー
ドとに切換える。

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、燃料蓄圧式のデ
ィーゼルエンジンの燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの燃料噴射装置とし
て、高圧に加圧した燃料を蓄圧室に溜めておき、この燃
料噴射時期にインジェクタからこの蓄圧燃料を噴射する
ようにしたものが知られており、このためのインジェク
タの構成が、特開平9-158811号公報によって提案されて
いる。

【０００３】このインジェクタの構成を図９を用いて説
明する。

【０００４】蓄圧室の高圧燃料は供給通路１０１からノ
ズル室１０２に導かれるとともに、一部は充填オリフィ
ス１０６を経てノズルピストン１０４の上部の圧力室１
０５にも導かれる。圧力室１０５をドレン側と接続する
放出オリフィス１０８が、電磁弁１０７によって閉状態
にあるときは、この燃料圧力を受けるノズルピストン１
０４により針弁１０３が押されて着座し、燃料は噴射さ
れない。なお、ノズルピストン１０４の受圧面積は針弁
１０３の受圧面積よりも大きい。

【０００５】この状態から電磁弁１０７が開弁すると、
放出オリフィス１０８を介して圧力室１０５の圧力が低
下し、このためノズル室１０２に作用する燃料圧力で針
弁１０３が上方にリフトし、燃料が噴射される。

【０００６】電磁弁１０７が閉弁すると、圧力室１０５
に充填オリフィス１０６を介して高圧燃料が充填され、
針弁１０３よりも受圧面積を大きく設定したノズルピス
トン１０４により、針弁１０３が押し下げられて着座
し、燃料の噴射が停止する。

【０００７】リターンスプリング１０９はエンジン停止
時等にノズル室１０５の燃料が燃焼室内に漏れ出すこと
のないようにするためのものであり、エンジン運転時に
は、針弁１０３、ノズルピストン１０４にかかる油圧力
により縮められ、針弁１０３とノズルピストン１０４と
が常に一体となって動く。

【０００８】このようなインジェクタでは、圧力室１０
５の圧力とノズルピストン１０４の摺動部の受圧面積の
積である閉弁方向の力と、ノズル室１０２の圧力と針弁
１０３の受圧面積の積である開弁方向の力のバランスに
より、針弁１０３の動きが決まる。この場合、ノズル室
１０２は常に供給通路１０１を介して図示しない蓄圧室
と連通しているため、その圧力がほぼ一定であるのに対
して、圧力室１０５の圧力は電磁弁１０７の開閉により
大きく変化する。

【０００９】ノズルピストン１０４の受ける油圧力は、
電磁弁１０７の開弁時に充填オリフィス１０６と放出オ
リフィス１０８の各有効流路面積およびノズルピストン
１０４の受圧面積に依存し、また電磁弁１０７の閉弁時
には充填オリフィス１０６の有効流路面積とノズルピス
トン１０４の受圧面積に影響される。これより、充填オ
リフィス１０６と放出オリフィス１０８の各有効流路面
積およびノズルピストン１０４の径の、３つのパラメー
タを変えることにより、針弁１０３の上昇、下降速度、
つまり燃料噴射率を変えることができる。

【００１０】燃料噴射率は、噴射初期に着火遅れ期間中
の噴射量を減らすことに伴う燃焼騒音の低減とＮＯｘの
排出抑制のため、立ち上がりの勾配を緩く、また、噴射
終期にはスモーク排出の抑制のため下降側の勾配を大き
くすることが一般的であることから（『内燃機関』Vol.
31 No.393 1992.7 p.21〜p.29参照）、上記３つのパラ
メータのマッチングにより、針弁16のリフト時の上昇速
度を遅く、下降速度を速くしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料噴霧の
状況は燃焼状態に大きく影響を及ぼし、そこで、本発明
者が、蓄圧室式燃料噴射装置のインジェクタから噴射さ
れる噴霧が実際にどうなるかを調べたところ、次のよう
な知見を得た。

【００１２】これを説明すると、上記のインジェクタで
は、針弁１０３の上昇速度を遅くしているため、噴射初
期は針弁リフトが低く、燃料がノズルシート部の非常に
狭いクリアランスを高速で通過したあとにノズル噴孔に
流入する。

【００１３】図１０にノズル先端部の断面図を示すと、
このタイプは、針弁１０３の着座時に針弁１０３のノズ
ルシート部１０９により噴孔１１０がふさがれる形状で
あることから、ＶＣＯ(Ｖalve Ｃovered Ｏrifice)タイ
プといわれている。

【００１４】ここで、噴孔１１０の軸に垂直な断面内で
の燃料流速分布をみてみると、理想的なノズルでは図１
１に示すように、針弁１０３の中心軸に対し、左右対称
な弱い流れが生じる。これは、ノズルシート部１０９か
らまず噴孔１１０上部に燃料が流入することに関連する
ためである。

【００１５】しかしながら、実際のノズルにおいては、
針弁１０３に針弁摺動部のガタや製造精度の問題から若
干の偏心が生じてしまう。たとえば、図１２（図１０の
Ａ−Ａ線矢視図）に示したように左側への偏心が生じて
いる場合は、ノズルシート部１０９に隙間が狭いところ
から広いところに向けて、針弁１０３の周囲に対称的な
周方向流れ（矢印で示す）が発生する。この場合、流れ
の速い部位に位置する噴孔である１１０ａと１１０ｂの
内部に図１３に示したように、内周に沿った強力な旋回
流が発生する。

【００１６】こうした噴孔の軸に垂直な面での旋回流
は、針弁リフトが小さいときに、また、ノズル室圧が高
いときに強くなる。これはノズルシート部１０９が狭い
ほど、ノズルシート部１０９の周方向の燃料流速が速く
なり、また、ノズル室１０２が高圧であるほうがノズル
シート部１０９の燃料流速が速くなるためである。

【００１７】このように噴孔の軸に垂直な面での旋回流
が大きいと、燃料の噴霧は、その噴射率の割には噴霧円
錐角が広く、ペネトレーションが弱いが、微粒化が促進
された噴霧（つまり着火性のよい噴霧）となる。このよ
うな現象はＶＣＯタイプのノズルで特に顕著である。

【００１８】こうした燃料噴霧は着火性がよく、蒸発お
よび周囲空気との混合が促進されるため、従来からある
ジャーク式燃料噴射装置の噴霧（詳細は後述する）に比
べ着火遅れ期間が短くなる。したがって、燃焼初期の予
混合燃焼量が減り、燃焼騒音やＮＯｘの排出が抑制され
るというメリットがある。しかしながらその反面、高負
荷域等の空気過剰率が小さい運転域では、予混合燃焼割
合が減ることに加えて流動の弱い燃焼室中央付近に、初
期に噴射されたペネトレーションの弱い噴霧が残留して
しまうため、スモークの発生が多くなるというデメリッ
トがある。

【００１９】以上は発明者が今回初めて得た知見であ
る。

【００２０】一方、ジャーク式燃料噴射装置は、プラン
ジャで燃料を急激に加圧し、発生させた圧力波を燃料噴
射管を通してノズル室に導き、ノズル室の燃料圧力を略
山型に推移させ、その圧力により、リターンスプリング
による針弁着座方向の力に逆らって針弁をリフトさせ、
燃料を噴射させるように構成される。

【００２１】このようなジャーク式燃料噴射装置では、
噴射初期のノズル室圧が低いこと、また、針弁が急激に
リフトするため、低針弁リフトで燃料を噴射している期
間が短いことなどから、高負荷域のスモーク排出が少な
い反面、燃焼騒音やＮＯｘ排出が多いというデメリット
がある。また、蓄圧式燃料噴射装置で得られる燃料噴霧
に比べ、着火性が悪いため、特に冷機時の失火を抑制す
るのに、燃料噴射時期をよりアドバンスする必要があ
り、冷機時のＮＯｘ排出が多いというデメリットもあ
る。

【００２２】また、排気中のスモークあるいは微粒子と
ＮＯｘを同時に低減させる方法として低温予混合燃焼さ
せる考えがある（特開平７−４２８７号公報参照）。

【００２３】これは着火遅れ期間中に燃料を噴射しきっ
てしまい、予混合燃焼を主体として低温で燃焼させるも
のであり、排気微粒子とＮＯｘの同時低減に加え、燃焼
騒音低減の効果もある。このような燃焼を実現するため
には、ＥＧＲにより吸気酸素濃度を下げ、燃焼速度を適
度に遅くすること、燃料噴射時期をＴＤＣ前後付近まで
遅らせることなどが挙げられる。また、このような燃焼
のためには、着火遅れ期間が適度に長い方が都合がよ
く、この点、上記した蓄圧式燃料噴射装置で得られるよ
うな着火性のよい噴霧では、着火遅れ期間が短く、着火
遅れ期間中に全ての燃料を噴射することが困難なため、
低温予混合燃焼による排気微粒子とＮＯｘの同時低減が
可能な運転領域が狭くなってしまうという問題があっ
た。

【００２４】このように、蓄圧式とジャーク式の各燃料
噴射装置には、それぞれ一長一短があるので、要求の異
なる噴霧を得るためには、２つの燃料噴射装置を備えさ
せ、要求に応じて２つの燃料噴射装置のいずれかを選択
して用いることであるが、２つの燃料噴射装置を独立に
備えさせるのでは、コストアップとなるばかりか、装置
が大型化してしまう。

【００２５】本発明は、運転条件によって燃料の噴霧特
性を切換えることを可能として、上記した問題の解決を
図ったディーゼルエンジンの燃料噴射装置を提供するこ
とを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、燃料供給
ポンプで加圧された燃料を高圧状態で蓄える燃料蓄圧室
と、この燃料蓄圧室からの高圧燃料を圧力制御弁により
制御される圧力室の圧力に応じて開閉する弁を介して噴
射するインジェクタとを備えたディーゼルエンジンの燃
料噴射装置において、前記インジェクタと前記燃料蓄圧
室を結ぶ燃料通路を選択的に連通、遮断する切換弁と、
前記圧力制御弁と前記切換弁を制御するコントローラと
を備え、このコントローラが前記切換弁を開弁保持した
まま、前記圧力制御弁を開閉して燃料の噴射を制御する
噴射モードと、前記圧力制御弁を開弁保持したまま前記
切換弁を開閉して燃料の噴射を制御する噴射モードとに
切換える。

【００２７】第２の発明は、第１の発明において、前記
切換弁が蓄圧室とインジェクタの間の燃料通路を遮断し
たときにインジェクタ側の燃料通路を低圧側に解放す
る。

【００２８】第３の発明は、第１、第２の発明におい
て、前記インジェクタが、高圧の燃料圧力を受けるとリ
フトして噴孔を開く針弁と、針弁を閉じ方向に付勢する
スプリングと、前記燃料圧力が導かれる圧力室と、この
圧力室の圧力に応じて針弁を開き方向に押圧するピスト
ンと、ピストンを針弁の閉弁方向と反対方向に付勢する
バネと、圧力室のドレン流路を開閉してその圧力を調整
する圧力制御弁とを有する。

【００２９】第４の発明は、第３の発明において、前記
針弁を閉弁方向に付勢するバネと、ピストンを針弁の閉
弁方向と反対方向に付勢するバネとが、共通の単一のバ
ネで構成される。

【００３０】第５の発明は、第３または第４の発明にお
いて、前記インジェクタの圧力室には、前記ピストンが
リフトしたとき着座するシート部と、このピストンがシ
ート部に着座したときに圧力室から前記ドレン流路に微
量の燃料を導くリーク通路とが形成される。

【００３１】第６の発明は、第１〜第５の発明におい
て、前記切換弁が、高圧の燃料圧力を受けるとリフトし
て開弁する摺動弁と、前記燃料圧力が導かれる押圧室
と、この押圧室の圧力に応じて前記摺動弁を閉弁方向に
押圧するピストンと、押圧室の圧力を調整する制御弁と
を備える。

【００３２】第７の発明は、第６の発明において、前記
押圧室には前記ピストンがフルリフトしたとき着座する
シート部と、このピストンがシート部に着座したときに
押圧室から前記ドレン流路に微量の燃料を導くリーク通
路とが形成される。

【００３３】

【発明の作用、効果】第１の発明では、第１の噴射モー
ドで、切換弁を開弁保持したまま圧力制御弁を開閉す
る。圧力制御弁の開弁により、圧力室の圧力が低下する
と、弁がリフトし、高圧燃料が噴射され、圧力制御弁の
閉弁により圧力室の圧力が上昇すると弁が閉弁し、燃料
の噴射が停止する。したがってこの場合には、蓄圧式燃
料噴射と同じ着火性の良好な燃料噴霧が得られ、エンジ
ン低負荷、低回転時などで、燃焼騒音やＮＯｘの低減が
図れる。

【００３４】また、第２の噴射モードでは、圧力制御弁
を開弁保持したまま、切換弁を開閉する。切換弁が開く
と、高圧燃料が弁に作用し、このとき圧力制御弁が開い
たままで、圧力室の圧力が低いため、燃料圧力の急上昇
と共に弁が急激にリフトし、ジャーク式燃料噴射と同じ
ような、強いペネトレーションにより、燃料が噴射さ
れ、高負荷運転時などでもスモークの発生を抑制するこ
とができる。

【００３５】このようにして、運転条件によって簡単に
燃料噴射特性を切換えられ、要求に応じた最良の燃焼状
態に制御できる。

【００３６】第２の発明では、切換弁を閉じて燃料の噴
射を停止するときに、インジェクタ内部の燃料圧力が低
圧側により速やかに解放されるので、針弁が応答よく閉
じ、スモークやＨＣの排出をより低減できる。

【００３７】第３の発明では、バネによりピストンを針
弁リフト方向に付勢するので、圧力制御弁が開弁保持さ
れている状態で、切換弁が開いて高圧燃料が供給された
ときに、針弁を急速にリフトさせることができ、より強
いペネトレーションにより、スモークの発生を抑制する
など燃焼を改善できる。

【００３８】第４の発明では、共通のバネにより、ピス
トンと針弁を相反方向に付勢でき、構成部品の削減など
が図れる。

【００３９】第５の発明では、圧力制御弁が開弁保持し
ているときの、圧力室からの燃料リーク量を減少させ、
高圧燃料の無駄な消費を防ぎ、またピストンの最大リフ
ト時にも圧力室の圧力を安定的に減圧でき、そのピスト
ンや針弁の挙動を安定させられる。

【００４０】第６の発明では、切換弁の開閉作動に燃料
圧力を利用することができ、圧力制御弁を電磁弁などで
構成したときに、その駆動回路の小型化などが図れる。

【００４１】第７の発明では、切換弁を開弁保持してい
るときの、押圧室からの燃料リーク量を減少させ、高圧
燃料の無駄な消費を防ぎ、またピストンの最大リフト時
にも押圧室の圧力を安定的に減圧でき、摺動弁の挙動を
安定させられる。

【００４２】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態について
図に基づいて説明する。

【００４３】図１は燃料供給系統の構成、図２はインジ
ェクタの概略断面図を示すものである。燃料供給ポンプ
１はエンジン回転に同期して回転駆動されるカム２によ
り往復運動するプランジャ３を備え、プランジャ３の往
復運動に伴い、燃料タンク４の燃料は吸入通路６から吸
入され、逆止弁８をもつ吐出通路５に吐出され、蓄圧室
９に高圧状態で蓄えられる。

【００４４】蓄圧室９の燃料圧力を制御するため、吸入
通路６には有効ストローク制御弁７が設けられる。この
有効ストローク制御弁７はプランジャ３の吸入行程では
開いたままであるが、プランジャ３の圧縮行程の途中で
閉弁され、この閉弁により燃料の圧送が開始され、圧縮
行程での閉弁期間中は燃料の圧送が維持される。したが
ってこれに応じてポンプ吐出量、ひいては蓄圧室９の燃
料圧力が決まる。

【００４５】この蓄圧室９の燃料圧力を制御するため、
有効ストローク制御弁７の開閉を制御するコントローラ
５０が備えられる。コントローラ５０には、蓄圧室９の
燃料圧力を検出する圧力センサ１０、アクセル開度セン
サ１２、エンジン回転数センサ１３、燃料噴射気筒判別
センサ１５からの各検出信号が入力し、これらに基づい
て、運転状態に応じて設定される目標燃料圧力と、蓄圧
室９の燃料圧力とが一致するように、有効ストローク制
御弁７の閉弁期間を調整する。例えば目標圧力よりも蓄
圧された燃料圧力が低いときは、プランジャ３による燃
料の圧送量を増やすように、有効ストローク制御弁７の
閉弁期間が延ばされ、逆に高いときは圧送量を減らすよ
うに閉弁期間が縮められる。

【００４６】なお目標圧力はエンジン運転状態に応じて
予め決められているマップにしたがって検索する。

【００４７】次に図２によってインジェクタ１４の構成
を説明する。

【００４８】インジェクタ１４の燃料通路１６は前記蓄
圧室９の高圧の供給通路１１と接続する。燃料通路１６
の途中には切換弁としての第１の電磁弁１８が介装さ
れ、電磁弁１８が開くと燃料通路１６を内部通路１７と
接続し、高圧燃料を導入するし、電磁弁１８が閉じる
と、高圧燃料が遮断される。

【００４９】内部通路１７はノズル室２７と連通すると
共に、充填オリフィス２３を介して圧力室２２と連通す
る。ノズル室２７の噴孔２７ａを開閉する針弁１９は、
押圧部材２０を介してノズルピストン２１に当接する。
ここでノズルピストン２１の直径は、針弁摺動部１９ａ
の直径よりも大きく、つまり受圧面積が大きく設定され
る。前記圧力室２２は低圧側と接続するドレン流路に放
出オリフィス２４が介装され、この放出オリフィス２４
を圧力制御弁としての第２の電磁弁２５が開閉する。

【００５０】なお、押圧部材２０はリターンスプリング
２６で付勢され、エンジンの停止時など針弁１９が開く
の防止し、燃料の漏れを防ぐ。

【００５１】ところでこの発明は、第１の電磁弁（切換
弁）１８と第２の電磁弁（圧力制御弁）２５の開閉特性
を前記コントローラ５０によって切換制御することで、
運転条件に応じて、次のように、インジェクタ１４から
異なった燃料噴射特性、すなわち噴射モードで燃料噴射
を行わせることに特徴がある。

【００５２】まず、第１の噴射モードを説明すると、こ
のモードのときはコントローラ５０により、第１の電磁
弁１８が常に開弁状態に保持され、第２の電磁弁２５の
みが目標とする噴射時期に対応して開閉される。

【００５３】電磁弁１８が開いているため、インジェク
タ１４の内部通路１７は常に高圧が導かれている。燃料
の噴射時期でないときは、電磁弁２５が閉じている。こ
のため、圧力室２２とノズル室２７が同圧となり、受圧
面積の大きいノズルピストン２１により、針弁１９が押
されて着座し、燃料の噴射は行われない。

【００５４】燃料の噴射時期になると、コントローラ５
０が電磁弁２５を開く。すると、放出オリフィス２４が
開いて高圧燃料がリークするため、圧力室２２の圧力が
下がり、ノズル室２７の圧力の方が高くなるため、針弁
１９がリフトして燃料の噴射が行われる。

【００５５】このとき、圧力室２２には充填オリフィス
２３を介して高圧が導入され続け、したがって充填オリ
フィス２３と放出オリフィス２４による絞りの差に応じ
た燃料量が圧力室２２に流入、流出することになり、こ
れらの結果、圧力室２２の圧力は蓄圧室９と大気圧との
間の圧力となる。

【００５６】この状態から電磁弁２５が閉じられると、
圧力室２２からの燃料流出が無くなるため、圧力室２２
の圧力は直ちに上昇し、これにより針弁１９を閉弁方向
に押す力が大きくなり、針弁１９が着座し、燃料の噴射
が停止する。

【００５７】以上の噴射モードは、基本的には従来の蓄
圧式燃料噴射装置と同じ燃料噴射特性であり、非常に着
火性の良い燃料噴霧が実現する。

【００５８】次に第２の噴射モードを説明する。このモ
ードでは、第１の電磁弁１８を目標とする燃料噴射時期
に対応して開閉し、第２の電磁弁２５は開弁状態に維持
される。

【００５９】燃料の噴射時期でないときは、電磁弁１８
が閉じ、電磁弁２５が開いているため、内部通路１７の
圧力は低く（ほぼ大気圧）、針弁１９はリターンスプリ
ング２６により閉じている。

【００６０】燃料噴射時期になり電磁弁１８が開かれる
と、高圧燃料が内部通路１７に導入され、ノズル室２７
の圧力が急激に上昇する。このとき圧力室２２にも充填
オリフィス２３を介して高圧が導かれるが、放出オリフ
ィス２４が開いているため、また圧力室２２に一定の容
積があるため、圧力の上昇に時間がかかり、かつ最高圧
力もノズル室２７よりはるかに低い。

【００６１】このため、電磁弁１８の開弁に伴い針弁１
９が最大リフトまで急激に上昇し、燃料の噴射が行われ
る。

【００６２】燃料の噴射を停止させるときには、コント
ローラ５０により電磁弁１８が閉じられる。これにより
内部通路１７の圧力が低下し、針弁１９は主としてリタ
ーンスプリング２６の作用により着座し、燃料の噴射が
停止する。

【００６３】この第２の噴射モードでは、燃料の噴射開
始時に針弁１９が、第１の噴射モードに比較して、初期
圧力の低い状態から急激にリフトし、噴孔の有効流路面
積を急拡大する。このため、燃料の噴射特性はジャーク
式燃料噴射装置と同じような特性となり、すなわち、燃
料噴射のペネトレーションが強く、燃料噴射量の多い運
転域でもスモークの排出を抑制できる。

【００６４】このように、第１の電磁弁１８と第２の電
磁弁２５の開閉特性を変化させることにより、２つの噴
射モードに切換えることができ、したがって、エンジン
の低負荷、低速時など着火性の良好な燃料噴霧が求めら
れるときは、第１の噴射モード、つまり蓄圧式燃料噴射
装置と同じ噴射特性により燃料噴射することで、着火遅
れ期間の短い良好な燃焼を実現し、燃焼騒音やＮＯｘの
発生を抑制できる。

【００６５】これに対して、エンジン高負荷、高回転、
あるいは低温予混合燃焼を行わせるときなど、着火性の
悪い噴霧が要求されるときは、第２の噴射モードに切換
え、ジャーク式燃料噴射装置の特性に近い状態で燃料噴
射することで、スモークの発生などを効果的に抑制でき
る。

【００６６】次に第２の実施の形態について図３によっ
て説明する。

【００６７】この実施の形態では、第１の実施形態にお
ける第１の電磁弁１８の代わりに、三方電磁弁２８を設
けている。三方電磁弁２８は通電時には、バネ３１に抗
して弁体２９を押し下げ、燃料入口３０を開き、燃料通
路１６に高圧燃料を導くが、非通電時にはバネ３１によ
り弁体２９が押し上げられ、燃料入口３０を閉じると共
に燃料出口３２を開き、燃料通路１６をドレン側に接続
する。

【００６８】この場合、第１の噴射モードでは、第１の
実施形態と同じように、三方電磁弁２８は通電保持さ
れ、弁体２９が燃料入口３０を開き、燃料通路１６には
常時高圧燃料を導いている。

【００６９】このため、第２の電磁弁２５の開閉によ
り、燃料の噴射が制御され、蓄圧式燃料噴射装置と同じ
燃料噴射特性となる。

【００７０】第２の噴射モードでは、電磁弁２５は開弁
状態に保持され、三方電磁弁２８が目標燃料噴射時期に
対応して開閉制御される。つまり、燃料の噴射時期にな
ると、三方電磁弁２８に通電され、燃料入口３０が開き
（燃料出口３２は閉じる）、高圧燃料が内部通路１７に
導入され、第１の実施形態と同じように、燃料の噴射が
行われる。

【００７１】燃料の噴射を終了するときは、三方電磁弁
２８への通電を停止し、燃料入口３０を閉じると共に燃
料出口３２を開く。これにより内部通路１７は燃料出口
３２に連通し、ノズル室２７の圧力が急激に低下するた
め、針弁１９はリターンスプリング２６により瞬時に着
座し、閉弁する。

【００７２】このため、燃料の噴射の終了は、第１の実
施形態に比較すると、より速やかに行われる。このよう
にして燃料の噴射終わりを急峻にすることより、スモー
クの発生をより効果的に低減することができる。

【００７３】図４によって第３の実施形態を説明する。

【００７４】この実施の形態は、第１の実施の形態に対
して、ノズルピストン２１を針弁１９のリフト方向に付
勢するバネ３３を設けた点でのみ異なる。

【００７５】したがって、第１の噴射モードにあって、
燃料噴射時、つまり圧力室２２の圧力が低下するとき、
バネ３３のノズルピストン２１を押し上げる作用力によ
り、針弁１９のリフトが速やかになる。

【００７６】また、第２の噴射モードでは、第１の電磁
弁１８の開閉により燃料が噴射されるが、第２の電磁弁
２５は開いたままのため、燃料の噴射が停止していると
き、圧力室２２の圧力が低く（ほぼ大気圧）くなり、バ
ネ３３によりノズルピストン２１が押し上げられ、針弁
１９（押圧部材２０）から離れている。

【００７７】したがって、この状態から電磁弁１８が開
いてノズル室２７に高圧燃料が導入されると、針弁１９
はノズルピストン２１による押し下げ力が働かない分だ
け、また針弁１９のリフト時に作用する部品重量が少な
くなる分だけ、速やかにリフトする。これにより、燃料
の初期噴射特性が良好となり、ペネトレーションのより
強い燃料噴射が可能となる。

【００７８】第４の実施形態を図５に示す。この実施形
態では、第３の実施形態が、ノズルピストン２１のバネ
３３と押圧部材２０のリターンスプリング２６との、２
つのバネを用いるのに対し、共通の単独のバネ３４によ
り、ノズルピストン２１に押し上げ力、押圧部材２０に
押し下げ力を作用させている。

【００７９】このようにすると、部品点数の削減と、組
立時のスプリング荷重セットの工数の削減が可能とな
り、コストダウンが図れる。

【００８０】次に第５の実施形態を図６に示す。

【００８１】第１の実施形態などのように、電磁弁１８
で直接的に燃料通路１６を開閉する代わりに、燃料圧力
を利用して開閉作動する弁を設けた。

【００８２】燃料通路１６を開閉する摺動弁３５と、こ
の摺動弁３５を閉弁方向に押圧するピストン３６を設
け、ピストン３６の押圧室３７には、第２の充填オリフ
ィス３８を介して高圧燃料を導き、また第２の放出オリ
フィス３９を介してドレン側と接続し、この第２の放出
オリフィス３９を第２の電磁弁４０により開閉するよう
にした。

【００８３】この場合、第２の電磁弁４０が閉じている
と、押圧室３７の圧力と、摺動弁３５の弁室４１に作用
する圧力が等しくなるが、ピストン３６の受圧面積を摺
動弁３５の受圧面積よりも大きくすることで、摺動弁３
５は着座して閉じる。

【００８４】この状態から第２の電磁弁４０を開弁する
と、放出オリフィス３９から高圧がリークし、かつ押圧
室３７には充填オリフィス３８を介して高圧が導入され
ることから、押圧室３７の圧力が弁室４１の圧力よりも
低下し、このため摺動弁３５が開き、内部通路１７に高
圧燃料が流れる。

【００８５】また、第２の電磁弁４０を閉じると、放出
オリフィス３９が閉じ、押圧室３７の圧力が上昇し、ピ
ストン３６により摺動弁３５が閉じ、燃料の供給が遮断
される。

【００８６】したがって、この実施の形態では、燃料通
路１６を電磁弁で直接的に開閉するのではなく、第２の
電磁弁４０は押圧室３７の圧力を制御するだけであり、
摺動弁３５はこれにより制御される燃料圧力を利用して
作動するので、電磁弁容量を直接駆動方式に比較した
ら、はるかに小さくすることができ、駆動回路の簡素
化、小型化が可能となる。

【００８７】また、第２の充填オリフィス３８、放出オ
リフィス３９の面積と、ピストン３６の受圧面積などの
設定により、摺動弁３５の挙動を自由に変化させること
ができ、これによりノズル室２７に作用させる燃料圧力
特性をマッチングし、燃料噴射率の最適化が図れる。

【００８８】なお、噴射モードについては、第１の実施
形態と同じように、第１、第２のモードに切換制御され
ることになる。

【００８９】図７は第６の実施形態を示す。

【００９０】この実施形態は、第５の実施形態に対し
て、ピストン３６の上部と放出オリフィス３９との間に
シート部４３を設けたことが異なる。

【００９１】ピストン３６の上端は円錐形部３６ａに形
成され、ピストン４３が上昇したときに放出オリフィス
３９の入口部に形成したシート部４３に密着するように
なっている。ピストン円錐形部３６ａの一部にはリーク
通路としての切欠４２を設け、ピストン４３のフルリフ
ト時に、この切欠４２を介して押圧室３７と放出オリフ
ィス３９とを連通させる。

【００９２】第１の噴射モードにおいては、第２の電磁
弁４０が常に開弁し、これにより押圧室３７の圧力を下
げ、常時、摺動弁３５を開弁状態に保持する。このと
き、放出オリフィス３９からは高圧燃料がリークする
が、ピストン３６をシート部４３に密着させ、切欠４２
を介してリークさせることにより、高圧燃料のリーク量
を減らすことができる。このため、蓄圧室９に蓄える高
圧燃料の無駄が無くなり、それだけ燃料供給ポンプ１の
容量を減らし、小型化やポンプ駆動エネルギの削減が可
能となる。

【００９３】また、切欠４２がないと、ピストン３６が
フルリフトしたときに放出オリフィス３９を閉じると、
押圧室３７の圧力が上昇し、これを受けてピストン３６
が下がり、これにより放出オリフィス３９が開くと再び
圧力が下がり、ピストン３６が上昇することになり、ピ
ストン３６及び摺動弁３５の挙動が不安定となりやすく
なる。

【００９４】なお、切欠４２はピストン３６の円錐形部
３６ａに設ける代わりにシート部４３に設けてもよい。

【００９５】さらに図８に示す第７の実施形態を説明す
る。

【００９６】この実施形態は、第６の実施形態と同じよ
うな切欠を、ノズルピストン２１と第１の放出オリフィ
ス２４との間にも設けている。

【００９７】すなわち、ノズルピストン２１の円錐形部
２１が密着するシート部４５を、放出オリフィス２４の
入口に形成し、ノズルピストン２１がフルリフトしたと
きにシート部４４に着座し、このときシート部４５に設
けた切欠４４を通して圧力室２２の高圧燃料をリークさ
せるようにした。

【００９８】したがってこの場合にも、第１の噴射モー
ドのときに、ノズルピストン２１がフルリフトしたとき
の圧力室２２を経由しての高圧燃料のリーク量を減らす
と共に、ノズルピストン２１の挙動を安定化させること
ができる。

【００９９】なお、切欠４４はシート部４５ではなく、
ノズルピストン２１に設けてもよい。

【０１００】以上の各実施形態において、アクチュエー
タとして、電磁弁を用いているが、この代わりに、例え
ば圧電素子を利用したピエゾアクチュエータなどを用い
ることもできる。また、圧力室２２の圧力を、電磁弁２
５、充填オリフィス２３、放出オリフィス２４の通路面
積のバランスにより制御するようにしているが、例えば
三方電磁弁を用いて、圧力室２２の圧力を蓄圧室側とド
レン側とに切換えるようにしてもよい。さらに、蓄圧室
９とインジェクタ１４との間の通路を開閉する開閉弁、
つまり電磁弁１８などをインジェクタハウジングの一部
に収装する構成としたが、蓄圧室９とインジェクタ１４
の間の通路に設けたり、あるいは蓄圧室９の出口に設け
ることもできる。

【０１０１】また、本発明は上記実施形態に限られず、
その技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうるこ
とは明白である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の燃料供給系統を示す構成
図。

【図２】第１の実施形態のインジェクタの概略断面図。

【図３】第２の実施形態のインジェクタの概略断面図。

【図４】第３の実施形態のインジェクタの概略断面図。

【図５】第４の実施形態のインジェクタの概略断面図。

【図６】第５の実施形態のインジェクタの概略断面図。

【図７】第６の実施形態のインジェクタの概略断面図。

【図８】第７の実施形態のインジェクタの概略断面図。

【図９】従来例のインジェクタの概略断面図。

【図１０】ノズルの先端部の拡大断面図。

【図１１】理想的なノズル噴孔内における燃料流速分布
を示す図。

【図１２】図９のＡ−Ａ線矢視図。

【図１３】図９のＢ−Ｂ線の矢視図。

【符号の説明】

１ 燃料供給ポンプ ９ 燃料蓄圧室 １４ インジェクタ １６ 燃料通路 １７ 内部通路 １８ 電磁弁 １９ 針弁 ２１ ノズルピストン ２２ 圧力室 ２５ 電磁弁 ２６ リターンスプリング ５０ コントローラ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料供給ポンプで加圧された燃料を高圧状
   態で蓄える燃料蓄圧室と、 この燃料蓄圧室からの高圧燃料を圧力制御弁により制御
   される圧力室の圧力に応じて開閉する弁を介して噴射す
   るインジェクタとを備えたディーゼルエンジンの燃料噴
   射装置において、 前記インジェクタと前記燃料蓄圧室を結ぶ燃料通路を選
   択的に連通、遮断する切換弁と、 前記圧力制御弁と前記切換弁を制御するコントローラと
   を備え、 このコントローラが前記切換弁を開弁保持したまま、前
   記圧力制御弁を開閉して燃料の噴射を制御する噴射モー
   ドと、前記圧力制御弁を開弁保持したまま前記切換弁を
   開閉して燃料の噴射を制御する噴射モードとに切換える
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
2. 【請求項２】前記切換弁が蓄圧室とインジェクタの間の
   燃料通路を遮断したときにインジェクタ側の燃料通路を
   低圧側に解放する請求項１に記載のディーゼルエンジン
   の燃料噴射装置。
3. 【請求項３】前記インジェクタが、高圧の燃料圧力を受
   けるとリフトして噴孔を開く針弁と、針弁を閉じ方向に
   付勢するスプリングと、前記燃料圧力が導かれる圧力室
   と、この圧力室の圧力に応じて針弁を開き方向に押圧す
   るピストンと、ピストンを針弁の閉弁方向と反対方向に
   付勢するバネと、圧力室のドレン流路を開閉してその圧
   力を調整する圧力制御弁とを有する請求項１または２に
   記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
4. 【請求項４】前記針弁を閉弁方向に付勢するスプリング
   と、ピストンを針弁の閉弁方向と反対方向に付勢するバ
   ネとが、共通の単一バネで構成される請求項３に記載の
   ディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
5. 【請求項５】前記インジェクタの圧力室には、前記ピス
   トンがフルリフトしたとき着座するシート部と、このピ
   ストンがシート部に着座したときに圧力室から前記ドレ
   ン流路に微量の燃料を導くリーク通路とが形成される請
   求項３または４に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射
   装置。
6. 【請求項６】前記切換弁が、高圧の燃料圧力を受けると
   リフトして開弁する摺動弁と、前記燃料圧力が導かれる
   押圧室と、この押圧室の圧力に応じて前記摺動弁を閉弁
   方向に押圧するピストンと、押圧室の圧力を調整する制
   御弁とを備える請求項１〜５のいずれか一つに記載のデ
   ィーゼルエンジンの燃料噴射装置。
7. 【請求項７】前記押圧室には前記ピストンがフルリフト
   したとき着座するシート部と、このピストンがシート部
   に着座したときに押圧室から前記ドレン流路に微量の燃
   料を導くリーク通路とが形成される請求項６に記載のデ
   ィーゼルエンジンの燃料噴射装置。