JP2000297719A - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】噴射率特性を自由に制御することを可能とし、
運転状態に応じて最適な初期噴射率特性を実現する。 【解決手段】 圧力室２５の圧力を解放したときに針弁
９がリフトし、高圧燃料を噴射する燃料インジェクタ１
において、圧力室２５の燃料圧力の放出路２６に運転状
態に応じて開閉される２つの開閉弁（電磁弁）２２，２
３を備える。２つの電磁弁２２，２３を運転状態によっ
て切換えることにより、圧力室２５の圧力低下特性を制
御し、これに応じて燃料噴射率を異なった特性にでき
る。例えば低中回転域で一方の電磁弁のみを開くこと
で、圧力の低下が緩やかになり、初期噴射率の低い特性
となる。高回転域、高負荷域では両方の電磁弁を開くこ
とにより圧力の低下を急峻にして、初期噴射率を高め、
スモークの低減や出力の改善が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ディーゼルエン
ジンの燃料蓄圧式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、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、いわゆるコモンレール式の燃料噴射装置が知られ
ている（例えば特開平９−１５８８１１号公報参照）。

【０００３】燃料を噴射するインジェクタの開閉は、針
弁に作用する背圧をコントロールすることにより行い、
背圧を素早く低下させると初期噴射率が高まり、緩やか
に低下させると初期噴射率が抑制される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この背圧のコントロー
ルは電磁弁より行い、電磁弁が開いたときに放出オリフ
ィスを介して背圧を逃がし、針弁をリフトさせるが、上
記した初期噴射率は放出オリフィスの面積によって決ま
る。

【０００５】放出オリフィスの面積を大きくすると、初
期噴射率が高まり、この場合には高回転、高負荷域など
でスモークの発生が抑制できるが、その反面低、中回転
域では燃焼騒音の増大が問題となり、さらに噴射量の制
御精度が悪化し、回転変動により振動が増加したりす
る。

【０００６】これに対して、放出オリフィスの面積を小
さくすると、初期噴射率が小さくなり、この場合には、
低中回転域での燃焼騒音が減少するが、高回転、高負荷
域でのスモークが多くなり、またスモークを抑制するた
めに蓄圧室の燃料圧力を上げると、耐圧性やポンプ駆動
損失などに問題を生じる。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するため
に、噴射率特性を自由に制御することを可能とし、運転
状態に応じて最適な初期噴射率特性を実現することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、圧力室の
圧力を解放したときに針弁がリフトし、高圧燃料を噴射
する燃料噴射装置において、前記圧力室の燃料圧力の放
出路に運転状態に応じて開閉される２つの開閉弁を備え
たことを特徴とする。

【０００９】第２の発明は、第１の発明において、前記
２つの開閉弁は互いに同軸的に重合配置され、一方の開
閉弁の弁体が前記放出路を開閉し、この一方の弁体には
他方の弁体が同軸的に嵌合し、かつ一方の弁体には前記
放出路に連通する共に他方の弁体により開閉される通路
が形成される。

【００１０】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記一方の開閉弁が開いたときと、他方の開閉弁
が開いたときで放出流量が異なるように設定される。

【００１１】第４の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記いずれか一方の開閉弁が開いたときと、両方
の開閉弁が開いたときとで放出流量が異なるように設定
される。

【００１２】第５の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記一方の開閉弁が開いたときと、他方の開閉弁
が開いたときで放出流量が異なり、かつ両方の開閉弁が
開いたときではさらに放出流量が異なるように設定され
る。

【００１３】第６の発明は、第１から第３の発明におい
て、前記開閉弁は運転状態によっていずれか一方が作動
し、このとき他方は非作動に保持される。

【００１４】第７の発明は、第１から第５の発明におい
て、前記開閉弁は運転状態によっていずれか一方が作動
し、他の状態では両方が同時に作動する。

【００１５】第８の発明は、第１から第５の発明におい
て、前記開閉弁は運転状態によって、いずれか一方が先
に作動し、これから遅れて他方も作動する。

【００１６】

【発明の作用、効果】第１の発明では、２つの開閉弁を
運転状態によって切換えることにより、圧力室の圧力低
下特性を制御し、これに応じて燃料噴射率を異なった特
性にすることが可能となる。したがって、例えば低中回
転域で一方の開閉弁のみを開くことで、圧力の低下が緩
やかになり、初期噴射率の低い特性により、燃焼騒音の
抑制や噴射量制御精度の向上が図れるし、高回転域、高
負荷域では両方の開閉弁を開くことにより圧力の低下を
急峻にして、初期噴射率を高め、スモークの低減や出力
の改善が図れる。

【００１７】第２の発明では、２つの開閉弁が同軸的に
かつ重合的に配置されることで、その設置スペースが削
減され、小型化が可能となる。

【００１８】第３から第８の発明では、開弁させる開閉
弁を選択することにより、圧力の低下特性が自由に変化
させられ、燃料噴射率の制御の自由度が高まる。なお、
第８の発明では、一方の開閉弁を開き、遅れて他方の開
閉弁を開き、しかもその遅れ程度を調整することによ
り、燃料の噴射率特性を途中から自由に変化させること
ができ、運転状態によって最適な初期噴射率に設定でき
る。

【００１９】

【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。

【００２０】図１に示すように、エンジンの各気筒毎に
設けられる燃料インジェクタ１は、インジェクタボディ
２、噴射ノズル３、噴射駆動部４とから構成され、リテ
ーニングナット５によりインジェクタボディ２と噴射ノ
ズル３とが一体的に結合される。

【００２１】噴射ノズル３の内部には針弁９の摺動孔６
及び燃料溜まり室７が形成され、その先端には燃料溜ま
り室７と連通するノズル孔８が形成される。大径部１０
を前記した摺動孔６に摺動自由に収装される針弁９に
は、その先端の小径部１２に弁体部１３が一体に形成さ
れ、この弁体部１３の移動によりノズル孔８が開閉さ
れ、燃料の噴射が行われる。

【００２２】針弁９の大径部１０に接合する連結部１１
の上端にはピストン１４が当接し、このピストン１４は
インジェクタボディ２に形成されたシリンダ１５に摺動
自由に挿通されている。針弁９はバネ１６により閉弁方
向に付勢されている。なお、１７はインジェクタボディ
２と噴射ノズル３との位置決めを行うノックピンであ
る。

【００２３】インジェクタボディ２の上部には、針弁
９、ピストン１４を駆動するための噴射駆動部４が配置
され、この噴射駆動部４には、２つの開閉弁である電磁
弁２２、２３が同軸的に内蔵されていて、図示しないコ
ントローラからの信号により通電制御される。

【００２４】外周側の電磁弁２２はピストン１４の圧力
室２５と低圧側の燃料出口室２４とを連通する放出路２
６を開閉し、また内周側の電磁弁２３は電磁弁２２の弁
体２２ａを軸方向に貫通する絞り通路２２ｂを開閉し、
これらによりシリンダ１５の圧力室２５に導入される燃
料圧力を制御してピストン１４を変位させ、針弁９の開
閉を行う。

【００２５】燃料インレット１８からの燃料は燃料通路
１９を介して前記燃料溜まり室７へと導かれる一方、分
岐路２７から環状の高圧室２９、充填オリフィス３０を
介して圧力室２５に導入され、電磁弁２２、２３が共に
閉じていて、燃料油溜まり室７と圧力室２５の圧力が等
しいときには針弁９とピストン１４の有効受圧面積差に
より針弁９が閉弁保持されるが、電磁弁２２または２３
が開いて圧力室２５の圧力が低下すると、針弁９がピス
トン１４を押し上げつつ開弁するのである。

【００２６】図２にも示すように、電磁弁２２の弁体２
２ａの側面には側路２２ｃが形成され、弁体２２ａがス
プリング２２ｄに抗してリフトしたときに圧力室２５か
らの高圧燃料を燃料出口室２４へ逃がす。また、電磁弁
２２の弁体２２ａに設けた絞り通路２２ｂが電磁弁２３
の弁体２３ａにより開かれると、弁体２３ａの側面に設
けた側路２３ｂを介して、同じく高圧燃料を燃料出口室
２４へと逃がし、圧力室２５の圧力を低下させる。な
お、２３ｃは電磁弁２３の弁体２３ａを閉弁方向に付勢
するスプリングである。

【００２７】電磁弁２２と２３は同軸的に配置されてい
るので、電磁弁２２のソレノイド２２ｅに通電されて開
くときは、他方の電磁弁２３の弁体２３ａも一緒にリフ
トするが、電磁弁２３のソレノイド２３ｄに通電されな
い限り、絞り通路２２ｂが開かれることはない。

【００２８】前記燃料インレット１８には図示しない高
圧燃料を蓄える蓄圧室と接続され、常時高圧燃料が導か
れている。そして、コントローラが運転状態に応じて電
磁弁２２と２３の開閉を制御することにより、燃料噴射
量、噴射時期、噴射特性がコントロールされる。コント
ローラには、運転状態を代表する各種検出信号、例えば
エンジン回転数、アクセル開度、エンジン冷却水温など
の検出信号が入力し、これらに基づいて後述するように
電磁弁２２と２３を開閉制御する。

【００２９】次に、図３、図４を参照しながら作用につ
いて説明する。

【００３０】いま電磁弁２２に通電すると、図３に示す
ように、電磁弁２２の弁体２２ａがリフトし、放出路２
６が開かれ、圧力室２５の圧力が低下し、ピストン１４
と共に針弁９がリフトして燃料が噴射される。

【００３１】この場合、弁体２２ａとシート部との隙間
２２ｆを介してのみ圧力室２５の燃料が放出されるの
で、放出流量が小さく、圧力室２５の圧力低下が抑制さ
れ、針弁９のリフトが緩やかになり、図５、図６、図７
にも示すように、初期噴射率の抑制された燃料噴射特性
となる。

【００３２】これに対して、電磁弁２２と共にもう一つ
の電磁弁２３にも通電すると、弁体２３ａもリフトし、
絞り通路２２ｂが開かれる。この場合には、圧力室２５
の燃料は前記した隙間２２ｆと共に、絞り通路２２ｂを
介して燃料出口室２４へと放出されるため、放出流量が
大きく、圧力室２５の圧力がより低くなり、針弁９のリ
フトが急激になり、初期噴射率の高い燃料噴射が行われ
る。

【００３３】なお、図５に示すように、放出流量が小さ
い場合の方が通電時間に対する噴射量の変化幅が小さ
く、とくに微少噴射域での噴射量制御性が良好となる。

【００３４】したがって、エンジンの低中回転域などで
電磁弁２２のみを開くようにすると、初期噴射率の小さ
い噴射特性により、着火遅れ期間中に噴射される燃料量
が少なくなり、燃焼騒音が抑制され、また燃料の噴射量
制御精度が改善され、パイロット噴射も精度よく行え
る。

【００３５】これに対してエンジン高回転、高負荷域な
どで電磁弁２２と２３を開くようにすると、初期噴射率
の高い燃料噴射特性により、燃料噴射期間の短縮化が図
れ、スモークの発生を抑制し、エンジンに高出力を発揮
させられる。

【００３６】なお、電磁弁２２と２３に通電するとき
は、電磁弁２２に通電した後に電磁弁２３に通電するよ
うに時間遅れを持たせると、電磁弁２３の弁体２３ａの
リフト量が小さくなり、より少ない電流で電磁弁駆動が
可能となる。

【００３７】電磁弁２２と２３は弁体２２ａと２３ａ
が、またソレノイド２２ｅと２３ｄ等が同軸的に重合配
置され、かつ弁体２２ａの内部に弁体２３ａの一部が摺
動自由に嵌合されるように構成されているので、噴射駆
動部４の外径や全高が大きくならず、燃料インジェクタ
１の大型化が回避できる。このため、通常のインジェク
タサイズでありながら、燃焼改善のために燃料噴射圧を
不必要に高圧化することもなく、ポンプ駆動損失も低減
できる。

【００３８】次に他の実施の形態について図８、図９に
よって説明する。

【００３９】この実施の形態では、放出路２６の面積を
小さくし、最大流量をこの放出路２６の面積により規定
し、初期噴射率を小さくするときには、電磁弁２３のみ
に通電し、このときの流量を絞り通路２２ｂにより規定
するようにした。ただし、絞り通路２２ｂの面積は放出
路２６の面積よりも小さくする。

【００４０】したがって、初期噴射率を抑制するときに
は、図８のように、電磁弁２３のみに通電し、これによ
り絞り通路２２ｂからのみ高圧燃料を逃がし、針弁９の
リフト特性を緩やかにする。

【００４１】これに対して、初期噴射率を高めるとき
は、図９のように、電磁弁２２に通電し、これを開弁さ
せる。このときには、面積の大きな放出路２６により最
大流量が規定されるので、針弁のリフト特性が急激にな
り、初期噴射率を高められる。

【００４２】なお、この場合、電磁弁２３も同時に通電
してもよい。

【００４３】このように、圧力室２５からの流量を、絞
り通路２２ｂと放出路２６のそれぞれ通路径により規定
するので、寸法管理が容易となり、加工精度も向上す
る。

【００４４】次に図１０の実施形態について説明する。

【００４５】この実施の形態では、電磁弁２２がリフト
したとき放出路２６と接続する弁室３２を弁体２２ａの
周囲に形成し、この弁室３２と燃料出口室２４とを絞り
流路３３を介して連通し、電磁弁２２のみが開いたとき
には圧力室２５からの流量を絞り通路３３によって規定
するようにした。したがって弁体２２ａの側路２２ｄは
除去され、弁体２２ａは油密的に摺動する。

【００４６】また、電磁弁２３がリフトしたときには、
弁体２２ａに設けた絞り通路２２ｂを介して流量を規定
し、この絞り流路２２ｂの面積はもう一つの絞り流路３
３よりも大きいか、または小さいかのいずれかに設定す
る。

【００４７】この場合、放出路２６の面積は両方の絞り
通路２２ｂと３３との合計面積よりも大きく設定し、両
絞り通路２２ｂ、３３が開かれているときには、その合
計面積により流量が規定される。

【００４８】このようにすると、電磁弁２２のみに通電
したときには、絞り通路３３によって流量が決まり、図
１１にも示すように、これに応じて針弁９は緩やかな特
性でもってリフトし、また、電磁弁２３のみに通電した
ときには、絞り通路２２ｂによってのみ流量が決まり、
もし面積を、絞り流路２２ｂ＞絞り流路３３とすると、
針弁９は最初の場合よりも速いリフト特性で作動する。

【００４９】これに対して、電磁弁２２と２３を同時に
通電すると共に開弁し、両方の絞り通路２２ｂと３３と
から燃料が流れ、圧力室２５の圧力がより低くなり、こ
のため針弁９は最も速いリフト特性に制御される。

【００５０】このようにして、電磁弁２２と２３の作動
を制御することにより、３段階の異なる初期噴射率に制
御することが可能となる。

【００５１】また、この場合、図１２に示すように、ま
ず電磁弁２２に通電し、その後に時間遅れをもって電磁
弁２３に通電すると、図１３にも示すように、燃料噴射
開始直後は絞り流路３３のみの流量のため噴射率の立ち
上がりが緩やかで、途中から絞り通路２２ｂからの流量
も加わるため、噴射率上昇が急峻となる。

【００５２】そして電磁弁２３の開弁時期を早めていく
と、初期噴射率は最初から両方の電磁弁２２と２３に同
時に通電したときと同じような高い初期噴射率特性に近
づいていく。したがって、噴射率特性としては、電磁弁
２２のみの低初期噴射率特性と、両方の電磁弁２２と２
３の同時通電よる高初期噴射率特性との間を、連続的に
変化させることができ、エンジン側の燃焼要求に合わせ
てきめ細かい噴射率制御が行える。

【００５３】なお、図１２において、電磁弁２２と２３
に対する電流値を、フルリフト後に低下させるのは、い
ったん電磁弁の弁体がフルリフトすると、この状態を保
持するのには最初の立ち上がりほど大きな電流値を必要
としないためで、途中から保持に必要な電流値まで低下
させることにより、消費電流の無駄を省いている。

【００５４】なお、この制御は第１、第２の実施形態に
ついても同じように適用することができる。ただし、第
１の実施形態のときは、電磁弁２２に通電し、ある時間
遅れをもって電磁弁２３に通電すればよく、第２の実施
形態では、最初に電磁弁２３に通電しておき、その後に
電磁弁２２に通電することになる。

【００５５】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】本発明の第１の実施の形態の燃料インジェクタ
の断面図。

【図２】同じくその横断面図。

【図３】同じく作動状態を示す一部の断面図。

【図４】同じく作動状態を示す一部の断面図。

【図５】燃料噴射特性を示す説明図。

【図６】針弁リフト特性を示す説明図。

【図７】燃料噴射率を示す説明図。

【図８】第２の実施形態の燃料インジェクタの要部断面
図。

【図９】同じく作動状態を示す要部断面図。

【図１０】他の実施形態の燃料インジェクタの要部断面
図。

【図１１】同じくその噴射率特性を示す説明図。

【図１２】電磁弁の通電特性を示す説明図。

【図１３】同じくそのときの噴射率特性を示す説明図。

【符号の説明】

１ 燃料インジェクタ ７ 燃料溜まり室 ９ 針弁 １４ ピストン ２２ 電磁弁 ２２ａ 弁体 ２２ｂ 絞り通路 ２３ 電磁弁 ２３ａ 弁体 ２５ 圧力室 ２６ 放出路 ３３ 絞り通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA12 BA16 BA22 BA24 BA51 BA67 CC06T CC08T CC14 CC26 CC64T CC66 CC67 CC68U CC70 CD26 DA08 DA09 DA11 DA13 DA14 DB09 DB11 DB12 DB13 DC04 DC09 DC14 3G301 HA02 HA04 HA06 JA01 JA19 JA24 JA37 KA09 KA23 KA24 KA25 LB11 LC01 LC06 MA11 MA23 MA27 ND02 ND03 NE02 NE03 NE21 PB03A PB03Z PE01Z PE08Z PF03Z

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力室の圧力を解放したときに針弁がリフ
   トし、高圧燃料を噴射する燃料噴射装置において、 前記圧力室の燃料圧力の放出路に運転状態に応じて開閉
   される２つの開閉弁を備えた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２つの開閉弁は互いに同軸的に重合配
   置され、一方の開閉弁の弁体が前記放出路を開閉し、こ
   の一方の弁体には他方の弁体が同軸的に嵌合し、かつ一
   方の弁体には前記放出路に連通する共に他方の弁体によ
   り開閉される通路が形成される請求項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】前記一方の開閉弁が開いたときと、他方の
   開閉弁が開いたときで放出流量が異なるように設定され
   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】前記いずれか一方の開閉弁が開いたとき
   と、両方の開閉弁が開いたときとで放出流量が異なるよ
   うに設定される請求項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。
5. 【請求項５】前記一方の開閉弁が開いたときと、他方の
   開閉弁が開いたときで放出流量が異なり、かつ両方の開
   閉弁が開いたときではさらに放出流量が異なるように設
   定される請求項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。
6. 【請求項６】前記開閉弁は運転状態によっていずれか一
   方が作動し、このとき他方は非作動に保持される請求項
   １〜３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】前記開閉弁は運転状態によっていずれか一
   方が作動し、他の状態では両方が同時に作動する請求項
   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。
8. 【請求項８】前記開閉弁は運転状態によって、いずれか
   一方が先に作動し、これから遅れて他方も作動する請求
   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。