JP2003106235A - 燃料噴射装置 - Google Patents

燃料噴射装置

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JP2003106235A JP2001303141A JP2001303141A JP2003106235A JP 2003106235 A JP2003106235 A JP 2003106235A JP 2001303141 A JP2001303141 A JP 2001303141A JP 2001303141 A JP2001303141 A JP 2001303141A JP 2003106235 A JP2003106235 A JP 2003106235A
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    • F02M47/00Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M57/02Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単であり、一回の燃料の噴射中に噴
射特性が変更される燃料噴射装置を提供する。 【解決手段】 弁部材61が弁座部63aから離座する
と、通路631から通路622へ燃料が流出する。絞り
部631aは絞り部18aより開口面積が大きいため、
通路17およびノズル制御室42の圧力が低下し、ニー
ドル52はリフトし、噴孔55からはコモンレールから
供給された圧力の燃料が噴射される。通路17の圧力低
下にともない、これに連通する通路16およびピストン
制御室14の圧力が低下する。そのため、受圧面積の差
によりピストン21およびプランジャ22は下降し、プ
ランジャ室32の燃料を超高圧に増圧され、噴孔55か
ら噴射される。一つの電磁弁60でニードル52の開
閉、ならびに増圧手段の作動を制御できるので、構造が
簡単であり、1回の燃料の噴射中にコモンレール圧から
増圧された状態へ燃料の噴射圧力を切り換えることがで
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(以下、
内燃機関を「エンジン」という。)の燃料噴射装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】エンジン、特にディーゼルエンジンの排
気に含まれるNOxなどの低減、ならびに燃費および性
能を向上するため、エンジンへの燃料の噴射状態を制御
し最適な燃焼を確保する必要がある。エンジンへの燃料
の噴射状態を制御可能なシステムとして、例えば燃料を
蓄圧状態で蓄えるコモンレール、ならびにコモンレール
に蓄えられた燃料を噴射する燃料噴射装置を備えるコモ
ンレール式の燃料噴射システムが公知である。このコモ
ンレール式の燃料噴射システムによると、燃料噴射装置
から噴射される燃料の噴射圧力、噴射量および噴射時期
は電子的に制御される。コモンレール式の燃料噴射シス
テムとしては、コモンレールに高圧の燃料を蓄えること
で噴射圧力を一定に保持し、燃料の噴射量および噴射時
期を制御する形式のものが広く利用されている。一方、
例えば特許第2526620号に開示されている技術の
ように、比較的低圧の燃料をコモンレールに蓄え、蓄え
られている低圧の燃料を受圧面積の異なる二段ピストン
を有する増圧手段により増圧し、高圧の燃料を噴射する
形式がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ディーゼルエンジンの
場合、エンジンの負荷状態にあわせて燃料の噴射特性す
なわち燃料の噴射圧力、噴射量、噴射時期あるいは噴霧
の形状を変更することが望ましい。また、エンジンの負
荷状態だけでなく、一回の燃料の噴射においても噴射の
初期と後期とでは噴射特性を変更することが望ましい。
上記のいずれの形式の技術の場合も、燃料噴射装置から
噴射される燃料の噴射率を可変する試みが提案されてい
る。
【0004】しかしながら、燃料の噴射特性を可変する
ためには、燃料噴射装置の構造が複雑化するという問題
がある。そのため、技術的に解決すべき点が多く、従来
の技術では必要とされる要求を十分に満たすことができ
ない。また、一回の燃料の噴射の途中において燃料の噴
射圧力および噴射量など燃料の噴射特性を変更し、最適
な噴射特性を確保することは極めて困難である。
【0005】そこで、本発明の目的は、構造が簡単であ
り、一回の燃料の噴射中に噴射特性が変更される燃料噴
射装置を提供することにある。また、本発明の他の目的
は、一回の燃料の噴射中に噴射特性および噴霧の形状が
変更される燃料噴射装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
燃料噴射装置によると、増圧手段によりコモンレールか
ら供給された燃料は増圧され、ノズル部へ供給される。
これにより、ノズル部からは、コモンレールからの供給
された圧力で噴射される燃料、または増圧手段で増圧さ
れた燃料が噴射される。そのため、制御手段によりノズ
ル部および増圧手段を制御することにより、ノズル部か
らは一回の燃料の噴射でコモンレールに蓄圧された圧力
の燃料と増圧された燃料とが噴射される。したがって、
一回の燃料の噴射中に燃料の噴射特性を変更することが
できる。
【0007】また、増圧手段およびノズル部はいずれも
制御手段によって作動が制御される。そのため、増圧手
段およびノズル部を制御するために個々に制御手段を必
要としない。したがって、構造の簡略化ならびに体格の
小型化を図ることができる。
【0008】本発明の請求項2または3記載の燃料噴射
装置によると、制御手段の弁部はノズル部および増圧手
段へ作動流体となる燃料を供給する流路を開閉する。す
なわち、制御手段は弁部によって流路を開閉することに
より、ノズル部からの燃料の噴射、ならびに増圧手段に
よる増圧の作動を制御することができる。そのため、単
一の制御手段でノズル部および増圧手段を制御すること
ができる。したがって、構造の簡略化ならびに体格の小
型化を図ることができる。
【0009】本発明の請求項4または5記載の燃料噴射
装置によると、制御手段の弁部はノズル部へ作動流体と
なる燃料を供給する第一流路、または増圧手段へ作動流
体となる燃料を供給する第二流路を選択的に開閉する。
そのため、単一の制御手段でノズル部および増圧手段を
個々に制御することができる。したがって、構造の簡略
化ならびに体格の小型化を図ることができる。また、ノ
ズル部および増圧手段を個々に制御することにより、ノ
ズル部から噴射される燃料の噴射特性を容易に変更する
ことができる。
【0010】本発明の請求項6記載の燃料噴射装置によ
ると、ノズル部は弁部材と弁ボディとからなり、弁部材
は第一リフト量および第二リフト量の二段階にリフト可
能である。弁ボディに形成されている第一噴孔および第
二噴孔は弁部材のリフト量に応じて開口される。そのた
め、弁部材のリフト量に応じて燃料の噴射特性が変更さ
れる。したがって、一回の燃料の噴射中に燃料の噴射特
性を変更することができる。
【0011】本発明の請求項7記載の燃料噴射装置によ
ると、ノズル部は弁部材と弁ボディとからなり、弁部材
は第一リフト量および第二リフト量の二段階にリフト可
能である。弁ボディに形成されている第一噴孔および第
二噴孔は弁部材のリフト量に応じて開口される。例え
ば、増圧手段による増圧の有無によって弁部材のリフト
量が可変される設定とすることにより、弁部材のリフト
量に応じて燃料の噴射特性だけでなく開放される噴孔が
変更される。そのため、増圧の有無により噴霧の形状が
変更される。したがって、一回の燃料の噴射中に燃料の
噴射特性および噴霧の形状を変更することができる。
【0012】本発明の請求項8記載の燃料噴射装置によ
ると、リフト制御ピストンは弁部材のリフト方向への位
置が変更される。そのため、弁部材とリフト制御ピスト
ンとが当接する位置によって、弁部材は第一リフト量ま
たは第二リフト量に可変される。したがって、弁部材の
リフト量を可変することができる。本発明の請求項8記
載の燃料噴射装置によると、リフト制御ピストンは弁部
材を介して噴孔を閉塞する方向に付勢されている。その
ため、コモンレールから供給される燃料の圧力よりも高
い圧力の燃料が供給されると、リフト制御ピストンは移
動する。したがって、弁部材との当接位置が変化し、弁
部材のリフト量を可変することができる。
【0013】本発明の請求項9記載の燃料噴射装置によ
ると、弁部材のリフト量は増圧手段による燃料の増圧の
有無によって変更される。そのため、燃料が増圧されて
いるか否かによって開放される噴孔が変更され、噴孔か
ら噴射される噴霧の形状を変更することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
複数の実施例を図面に基づいて説明する。 (第1実施例)本発明の第1実施例による燃料噴射装置
としてのインジェクタを図1および図2に示す。インジ
ェクタ1は、図2に示すようにコモンレール式の燃料噴
射システムに適用される。なお、図2は、第1実施例に
よるインジェクタ1を適用した油圧回路を示す模式図で
ある。インジェクタ1は、図示しないディーゼルエンジ
ンのシリンダヘッドに挿入して搭載され、ディーゼルエ
ンジンの各気筒の内部へ燃料を直接噴射する。
【0015】インジェクタ1は、図1に示すようにボデ
ィ10、ボディチップ30、パッキンチップ40、ノズ
ル部本体50、リテーニングナット57および制御手段
として電磁弁部60を備えている。ボディ10は、概略
筒形状に形成されており、内部に大径収容部11、小径
収容部12、ピストン室13、ピストン制御室14、通
路15、通路16および通路17が形成されている。大
径収容部11にはピストン21が収容され、小径収容部
12にはプランジャ22が収容されている。ピストン2
1およびプランジャ22は、ボディ10の内周面と油密
を保持した状態で一体となって摺動する。大径収容部1
1に収容されているピストン21のノズル部本体側は、
ピストン制御室14となっている。ピストン制御室14
にはスプリング141が収容されており、スプリング1
41はピストン21を反ノズル部本体方向すなわち図2
の上方へ付勢している。大径収容部11の反ノズル部本
体側の端部はピストン室13となっている。
【0016】ピストン室13および通路15は、図2に
示すコモンレール2と接続されているインレット3に連
通している。コモンレール2に蓄えられた高圧の燃料
は、供給路およびインレット3を経由して通路15およ
びピストン室13へ供給される。ピストン室13の反ノ
ズル部本体側には、絞り部18aを有する通路18が連
通している。
【0017】ボディチップ30は、ボディ10のノズル
部本体側の端部に設置されている。ボディチップ30
は、内部に第一逆止弁31、プランジャ室32、通路3
3、通路34および通路35が形成されている。第一逆
止弁31は、弁体311およびスプリング312から構
成されており、弁体311はボディ10とボディチップ
30との接合部に形成されている弁座313に当接可能
である。スプリング312は、弁体311を弁座方向す
なわちボディ10方向へ付勢している。第一逆止弁31
は、プランジャ室32および通路33からボディ10の
通路15への燃料の逆流を防止する。プランジャ室32
は、一端が第一逆止弁31に連通し、他端がボディ10
の小径収容部12に連通している。通路33は、第一逆
止弁31を経由してボディ10の通路15に連通してい
る。通路34は、ボディ10の通路16を経由してピス
トン制御室14に連通している。通路35は、通路34
およびボディ10の通路17に連通している。
【0018】パッキンチップ40は、ボディチップ30
のノズル部本体側の端部に設置されている。パッキンチ
ップ40は、内部に第二逆止弁41、ノズル制御室42
および通路43が形成されている。第二逆止弁41は、
弁体411およびスプリング412から構成されてお
り、弁体411はボディチップ30とパッキンチップ4
0との接合部に形成されている弁座413に当接可能で
ある。スプリング412は、弁体411を弁座方向すな
わちボディチップ方向へ付勢している。第二逆止弁41
は、通路43からボディチップ30の通路33への燃料
の逆流を防止する。ノズル制御室42は、ボディチップ
30の通路34および通路35に連通している。ノズル
制御室42の内部には、プレッシャピン44およびスプ
リング45が収容されている。スプリング45はプレッ
シャピン44をノズル部本体50方向へ付勢している。
【0019】ノズル部本体50は、ノズルボディ51お
よび弁部材としてのニードル52を有している。ノズル
ボディ51には、内部に通路53および収容孔54が形
成されている。ノズルボディ51には、反ボディ側の端
部に噴孔55が形成されている。噴孔55は、ノズルボ
ディ51の内周側と外周側とを連通している。ノズルボ
ディ51の噴孔入口側には弁座部51aが形成されてい
る。
【0020】ニードル52は、ノズルボディ51の内周
面と油密を保持した状態で摺動する摺動部521を有し
ている。通路53の噴孔55側のノズルボディ51とニ
ードル52との間には、通路53から流入した燃料が流
れる隙間56が形成されている。ニードル52には当接
部52aが形成されており、当接部52aはノズルボデ
ィ51の弁座部51aに当接可能である。当接部52a
が弁座部51aに着座することにより噴孔55からの燃
料の噴射が遮断され、当接部52aが弁座部51aから
離座することにより噴孔55からの燃料の噴射が開放さ
れる。
【0021】ニードル52は反噴孔側の端部がプレッシ
ャピン44と当接している。プレッシャピン44はスプ
リング45によりニードル52方向へ付勢されているた
め、ニードル52は噴孔55を閉塞する方向すなわち弁
座部51aへ着座する方向へ付勢されている。リテーニ
ングナット57は、ボディ10、ボディチップ30、パ
ッキンチップ40およびノズル部本体50を直列に一体
的に固定している。ボディ10、ボディチップ30、ピ
ストン21、プランジャ22およびスプリング141に
より特許請求の範囲の増圧手段が構成されている。ま
た、パッキンチップ40およびノズル部本体50から特
許請求の範囲のノズル部が構成されている。
【0022】電磁弁部60は、弁部としての弁部材61
および弁ボディ62を備え、弁部としてのシート部材6
3とともにハウジング64によってボディ10に固定さ
れている。弁部材61は、反ボディ側の端部にアーマチ
ャ611を有している。弁ボディ62には、弁部材61
を摺動可能に収容する摺動孔621、ならびにボディ1
0に形成されているアウトレット4に連通する通路62
2が形成されている。シート部材63は、絞り部631
aを有する通路631と、通路632とが形成されてい
る。通路631は、ボディ10の通路17および通路1
8と弁ボディ62の通路622とを接続する。通路63
1に形成されている絞り部631aは、ボディ10の通
路18に形成されている絞り部18aよりも開口面積が
大きい。シート部材63の通路631が開口している反
ボディ側の端面は、弁部材61が着座可能な弁座部63
aである。通路632は、弁ボディ62の通路622と
ボディ10に形成されているアウトレット4とを接続す
る。
【0023】ハウジング64の内部には、収容部64a
が形成されている。収容部64aにはストッパ641お
よびスプリング642が収容されている。ストッパ64
1は弁部材61のアーマチャ611と当接して弁部材6
1のリフト量を規定する。スプリング642は弁部材6
1を弁座部63a方向へ付勢する。ハウジング64の内
部には、通電することにより磁界を発生するコイル65
が設置されている。コイル65は、図示しないECUに
接続されており、ECUから所定の電流値の電流が通電
される。コイル65に通電されると、コイル65に発生
する磁界によりハウジング64およびアーマチャ611
に磁気回路が構成され、ハウジング64とアーマチャ6
11との間には磁気吸引力が発生する。これにより、弁
部材61は図1の上方へリフトする。すなわち、第1実
施例によるインジェクタ1の電磁弁部60は、弁部材6
1が閉位置または開位置のいずれかに位置する二位置二
方弁である。弁ボディ62に形成されている通路62
2、ならびにシート部材63に形成されている通路63
1および通路632から特許請求の範囲の流路が構成さ
れている。
【0024】次に、本実施例によるインジェクタ1の作
動について説明する。コイル65への通電が停止されて
いるとき、図1に示すように弁部材61はスプリング6
42の付勢力により弁座部63aに着座している。その
ため、コモンレール2から供給された燃料は、圧力が保
持された状態でピストン室13、通路18、絞り部18
a、通路17、通路35を経由してノズル制御室42へ
供給される。そのため、ノズル制御室42の高圧の燃料
によりノズル部本体50のニードル52はスプリング4
5のプレッシャピン44を介した付勢力ととも弁座部5
1a方向へ付勢され、当接部52aは弁座部51aに着
座している。
【0025】また、このとき通路34および通路16を
経由して高圧の燃料がピストン制御室14へ供給され、
通路15および第一逆止弁31を経由して高圧の燃料が
プランジャ室32へ供給されている。すなわち、ピスト
ン室13、プランジャ室32およびピストン制御室14
の内部の燃料の圧力によりピストン21およびプランジ
ャ22に作用する力はつり合っている。そのため、ピス
トン制御室14に収容されているスプリング141の付
勢力によりピストン21は図1の上方へ移動する。ピス
トン21が移動するにともなって、プランジャ室32へ
は第一逆止弁31を経由して通路15から燃料が吸入さ
れる。
【0026】所定の時期にコイル65への通電を開始す
ると、発生する磁気吸引力によりアーマチャ611はハ
ウジング64へ吸引され、弁部材61は図1の上方へ移
動し、ストッパ641と当接する。このとき、シート部
材63の弁座部63aから弁部材61は離座し、シート
部材63の通路631の端部は開放される。そのため、
通路631に連通している通路17および通路18の燃
料は絞り部631aを経由して弁ボディ62の通路62
2へ流出する。通路622へ流出した燃料は、通路63
2およびアウトレット4からインジェクタ1の外部へ流
出する。
【0027】絞り部631aは絞り部18aより開口面
積が大きいため、シート部材63の通路631の内部に
おける燃料の圧力は低下する。これにより、通路17お
よび通路35の内部における燃料の圧力が低下する。そ
の結果、通路17および通路35に連通するノズル制御
室42の内部における燃料の圧力が低下し、ニードル5
2を噴孔閉塞方向へ付勢する力が弱まる。ニードル52
は高圧の燃料により当接部52a近傍では噴孔開放方向
への力を受けているため、ノズル制御室42の燃料の圧
力が低下することにより、噴孔閉塞方向への力は弱ま
り、ニードル52は図1の上方へリフトを開始する。ニ
ードル52がリフトすることにより、当接部52aは弁
座部51aから離座し、噴孔55から燃料が噴射され
る。
【0028】さらに、通路17および通路35の内部に
おける燃料の圧力が低下することにより、それに連通す
る通路34および通路16の内部における燃料の圧力が
低下される。そのため、通路34および通路16に連通
するピストン制御室14の内部における燃料の圧力も低
下する。このとき、ピストン室13およびプランジャ室
32は、コモンレール2から供給された燃料により高圧
に保持されている。ピストン21はプランジャ22より
も大径であるため、ピストン室13またはプランジャ室
32の燃料の圧力を受ける面積はピストン21の方が大
きくなる。そのため、ピストン室13の内部の燃料によ
りピストン21に加わる力は、プランジャ室32の内部
の燃料によりプランジャ22に加わる力より大きくな
る。その結果、ピストン制御室14の内部の燃料の圧力
が低下することにより、ピストン21は図1の下方へ移
動し、ピストン21と当接するプランジャ22もピスト
ン21と一体に図1の下方に移動する。これにより、パ
スカルの原理に基づいてプランジャ室32の燃料の圧力
は、ピストン室13の燃料の圧力すなわちコモンレール
2から供給される燃料の圧力の面積比(ピストン受圧面
積/プランジャ受圧面積)倍に増圧され、超高圧とな
る。
【0029】超高圧となった燃料は、第一逆止弁31に
より通路15方向への逆流が防止され、通路33から第
二逆止弁41を開弁し通路43および通路53を経由し
て噴孔55へ供給される。以上の作動により、燃料の噴
射の途中にコモンレール2の圧力による燃料の噴射から
超高圧の燃料の噴射へ移行する。
【0030】噴孔55から所定の噴射量の燃料が噴射さ
れると、所定の時期にコイル65への通電が停止され
る。コイル65への通電が停止されると、弁部材61が
図1の下方へ移動し、弁座部63aに着座する。これに
より、通路17および通路18から弁ボディ62の通路
622への燃料が流出が遮断される。そのため、通路1
7、通路18、通路35、通路34および通路16の内
部における燃料の圧力が上昇し、ノズル制御室42およ
びピストン制御室14の圧力も上昇する。その結果、ニ
ードル52の当接部52aはノズルボディ51の弁座部
51aへ着座し、燃料の噴射が終了する。そして、スプ
リング141の付勢力により再びピストン21およびプ
ランジャ22が図2の上方へ移動し、プランジャ室32
へ燃料が吸入される。コイル65への通電を再開するこ
とにより、上述の作動が繰り返される。
【0031】以上、説明したように、本発明の第1実施
例によるインジェクタ1によると、燃料の噴射量および
噴射時期は、ノズル制御室42の内部の燃料の圧力を制
御することにより設定される。また、一回の燃料の噴射
期間中における燃料の噴射圧力および噴射率の変更は、
ピストン制御室14の圧力を低下させるタイミングによ
って設定することができ、噴射圧力および噴射率など噴
射特性を容易に変更することができる。
【0032】第1実施例では、一つの電磁弁部60によ
り噴孔55からの燃料の噴射の断続、ならびに燃料の増
圧を制御している。そのため、構造を簡単にすることが
でき、インジェクタ1の小型化を図ることができる。第
1実施例のインジェクタ1では、コモンレール2からの
燃料を増圧しているため、燃料の噴射最大圧力をコモン
レール2に蓄えられている燃料の圧力よりも大きくする
ことができる。したがって、燃料の微粒化を促進するこ
とができ、ディーゼルエンジンからのNOxあるいは粒
子状物質などの排出を低減することができる。
【0033】(第2実施例)本発明の第2実施例による
インジェクタを図3および図4に示す。第2実施例によ
るインジェクタ5は、ボディ70、ボディチップ80、
パッキンチップ40、ノズル部本体50、リテーニング
ナット57および制御手段として電磁弁部90を備えて
いる。
【0034】ボディ70は、概略筒形状に形成されてお
り、内部に大径収容部71、小径収容部72、ピストン
室73、ピストン制御室74、通路75、通路76およ
び通路77が形成されている。大径収容部71にはピス
トン21が収容され、小径収容部72にはプランジャ2
2が収容されている。ピストン21およびプランジャ2
2は、ボディ70の内周面と油密を保持した状態で一体
となって摺動する。大径収容部71に収容されているピ
ストン21のノズル部本体側は、ピストン制御室74と
なっている。ピストン制御室74にはスプリング741
が収容されており、スプリング741はピストン21を
反ノズル部本体方向すなわち図3の上方へ付勢してい
る。大径収容部71の反ノズル部本体側の端部はピスト
ン室73となっている。
【0035】ピストン室73および通路75は、図4に
示すコモンレール2と接続されているインレット3に連
通している。コモンレール2に蓄えられた高圧の燃料
は、供給路およびインレット3を経由して通路75およ
びピストン室73へ供給される。また、ボディ10に
は、絞り部78aを有し通路75とピストン制御室74
とを連通する通路78が形成されている。さらに、ボデ
ィ70には、ピストン制御室74に連通する通路76が
形成されている。
【0036】ボディチップ80は、ボディ70のノズル
部本体側の端部に設置されている。ボディチップ80
は、内部に第一逆止弁81、プランジャ室82、通路8
3、通路84および通路85が形成されている。第一逆
止弁81は、第1実施例と同様であるので説明を省略す
る。プランジャ室82は、一端が第一逆止弁81に連通
し、他端がボディ70の小径収容部72に連通してい
る。通路83は、第一逆止弁81を経由してボディ70
の通路75に連通している。通路84は、一端が絞り部
84aを経由してプランジャ室82に連通し、他端が通
路85に連通している。通路85は、通路84、ノズル
制御室42およびボディ70の通路77に連通してい
る。
【0037】パッキンチップ40、ノズル部本体50お
よびリテーニングナット57の構成は第1実施例と同様
であるので説明を省略する。また、第1実施例と同様
に、ボディ70、ボディチップ80、ピストン21、プ
ランジャ22およびスプリング741により特許請求の
範囲の増圧手段が構成されている。
【0038】電磁弁部90は、弁部としての弁部材91
および弁ボディ92を備え、弁部としてのシート部材9
3とともにハウジング94によってボディ70に固定さ
れている。弁部材91は、ボディ側の端部が平面状に形
成されている球状部材911、球状部を保持する弁軸部
912、ならびに弁軸部の反ボディ側の端部に接続され
ているアーマチャ913を有している。弁ボディ92に
は、弁部材91の弁軸部912を摺動可能に収容する摺
動孔921、通路922、通路923および通路924
が形成されている。摺動孔921は通路922よりも小
径に形成されており、摺動孔921と通路922との接
続部には段差が形成される。この段差が球状部材911
の弁軸部側の端部と当接する第一弁座部92aとなる。
【0039】シート部材93は、絞り部931aを有す
る通路931、絞り部932aを有する通路932、な
らびにボディ70に形成されているアウトレット4に連
通する通路933が形成されている。絞り部931a
は、ボディ70に形成されている通路78の絞り部78
aより開口面積が大きい。絞り部932aは、ボディチ
ップ80に形成されている通路84の絞り部84aより
開口面積が大きい。通路931は、弁ボディ92に形成
されている通路923とボディ70に形成されている通
路76とを連通する。通路932は、弁ボディ92に形
成されている通路924とボディ70に形成されている
通路77とを連通する。シート部材93の通路933が
開口している反ボディ側の端面は、弁部材91の球状部
材911が着座可能な第二弁座部93aである。
【0040】ハウジング94の内部には、収容部94a
が形成されている。収容部94aにはストッパ941お
よび第一スプリング942および第二スプリング943
が収容されている。ストッパ941は弁部材91のアー
マチャ913と当接して弁部材91のリフト量を規定す
る。第一スプリング942は弁部材91を弁座方向へ付
勢する。第二スプリング943は、ストッパ941を弁
部材方向へ付勢する。収容部94aには内周側に突出す
る段差部94bが形成されており、ストッパ941の弁
部材側は段差部94bと当接し、ストッパ941の移動
が規制される。
【0041】ハウジング94の内部には、通電すること
により磁界を発生するコイル95が設置されている。コ
イル95に通電すると、コイル95に発生する磁界によ
りハウジング94およびアーマチャ913に磁気回路が
構成され、ハウジング94とアーマチャ913との間に
は磁気吸引力が発生する。これにより、弁部材91は図
3の上方へリフトする。このとき、コイル95へ通電す
る電流値を第一電流値と第一電流値よりも大きな第二電
流値とに変更することにより、ハウジング94とアーマ
チャ913との間に発生する磁気吸引力は変更される。
【0042】コイル95に通電される電流値が第一電流
値のとき、ハウジング94とアーマチャ913との間に
発生する磁気吸引力は比較的小さい。そのため、発生す
る磁気吸引力により弁部材91は第一スプリング942
の付勢力に抗してハウジング方向へリフトする。ストッ
パ941は第二スプリング943により付勢されている
ため、弁部材91はアーマチャ913とストッパ941
とが当接した位置で停止する。このとき、弁部材91
は、第二弁座部93aから離座し、第一弁座部92aと
第二弁座部93aとの中間位置で停止する。そのため、
通路923および通路924と通路933とが通路92
2を経由して連通し、通路923および通路924の燃
料は通路933へ流出する。この位置を弁部材91の第
一リフト量とする。
【0043】一方、コイル95に印加される電流値が第
二電流値のとき、ハウジング94とアーマチャ913と
の間に発生する磁気吸引力は第一電流値のときと比較し
て大きくなる。そのため、発生する磁気吸引力により弁
部材91は第一スプリング942および第二スプリング
943の付勢力の和に抗してハウジング方向へリフトす
る。そして、弁部材91は球状部材911と第一弁座部
92aとが当接する位置でリフトが制限されるため、弁
部材91は停止する。このとき、弁部材91は、第二弁
座部93aから離座し、第一弁座部92aに着座する。
そのため、通路923と通路922との間は連通が遮断
され、通路924のみが通路922を経由して通路93
3と連通する。その結果、通路924からの燃料のみが
通路933へ流出する。この位置を弁部材91の第二リ
フト量とする。
【0044】すなわち、第2実施例によるインジェクタ
5の電磁弁部90は、弁部材91が第一弁座部92aに
着座し第二弁座部93aから離座する位置、第一弁座部
92aから離座し第二弁座部93aに着座する位置、ま
たは第一弁座部92aおよび第二弁座部93aの双方か
ら離座し第一弁座部92aと第二弁座部93aとの中間
の位置のいずれかに位置する三位置三方弁である。
【0045】弁ボディ92に形成されている通路922
および通路924、ならびにシート部材93に形成され
ている通路932および通路933から特許請求の範囲
の第一流路が構成され、弁ボディ92に形成されている
通路922および通路923、ならびにシート部材93
に形成されている通路931および通路933から特許
請求の範囲の第二流路が構成されている。
【0046】次に、第2実施例によるインジェクタ5の
作動について説明する。第2実施例によるインジェクタ
5は、第一作動モード、第二作動モードまたは第三作動
モードのいずれかにより作動する。第一作動モードは、
増圧手段を作動させることなくコモンレール2の内部と
同一の圧力の燃料を噴射するモードである。第二作動モ
ードは、噴射の開始時から増圧手段を作動させ超高圧の
燃料を噴射するモードである。第三作動モードは、噴射
の途中で増圧手段を作動させ燃料の噴射圧力を変更する
モードである。
【0047】以下、各作動モードについてそれぞれ説明
する。第一作動モードでは、増圧手段は作動しない。図
3に示す場合、コイル95への通電は停止されている。
そのため、電磁弁部90の弁部材91の球状部材911
は第二弁座部93aに着座し通路933への燃料の流入
を遮断している。そのため、通路923および通路92
4からアウトレット4へ燃料は流れない。
【0048】一方、ノズル制御室42へは、通路75、
第一逆止弁81、プランジャ室82、絞り部84aおよ
び通路84を経由してコモンレール2に蓄えられている
高圧の燃料が供給される。ノズル制御室42に連通する
通路85および通路77は、その先で電磁弁部90の弁
部材91により通路933への連通が遮断されている。
そのため、ノズル制御室42ではコモンレール2から供
給された燃料の圧力が高圧に維持されている。その結
果、ニードル52はノズル制御室42の燃料およびスプ
リング45により閉弁方向へ付勢されており、当接部5
2aは弁座部51aに着座している。
【0049】ピストン制御室74には、通路75から通
路78を経由してコモンレール2から供給された高圧の
燃料が流入する。ピストン制御室74に連通する通路7
6は、その先で電磁弁部90の弁部材91により通路9
33への連通が遮断されている。そのため、ピストン制
御室74の内部の燃料の圧力も、コモンレール2から供
給された燃料の圧力に維持されている。このとき、第1
実施例と同様にピストン室73の燃料の圧力とピストン
制御室74の燃料の圧力とプランジャ室82の燃料の圧
力とは等しくなるため、スプリング741の付勢力によ
りピストン21およびプランジャ22は図3の上方へ移
動し、プランジャ室82へ燃料が吸入される。
【0050】コイル95へ第二電流値の電流を通電する
と、弁部材91は第二リフト量となる。すなわち、弁部
材91は、第二弁座部93aから離座するともに、第一
弁座部92aに着座する。これにより、通路924は通
路922および通路933を経由してアウトレット4と
連通されるものの、通路923とアウトレット4との連
通は遮断されたままである。そのため、通路76および
通路931を経由して通路923と連通するピストン制
御室74の内部の圧力は高圧に維持される。これに対
し、通路932の絞り部932aは通路84の絞り部8
4aより開口面積が大きいためノズル制御室42の内部
の圧力は低下する。このため、ノズル制御室42の内部
における燃料の圧力によりニードル52を噴孔閉塞方向
へ付勢する力が弱まり、ノズル部本体50のニードル5
2は図3の上方へ移動する。その結果、当接部52aは
弁座部51aから離座し、噴孔55から燃料が噴射され
る。上記の作動を繰り返すことにより、インジェクタ5
からは、コモンレール2に蓄えられた燃料の圧力と等し
い圧力の燃料が繰り返し噴射される。
【0051】第二作動モードでは、噴射の開始時から増
圧手段が作動する。図3に示すように電磁弁部90の弁
部材91が第二弁座部93aに着座している状態は第一
作動モードと同様であるので説明を省略する。弁部材9
1が第二弁座部93aに着座しているとき、第一作動モ
ードと同様にピストン21およびプランジャ22は、図
3の上方へ移動し、プランジャ室82へ燃料が吸入され
る。
【0052】コイル95へ第一電流値の電流を通電する
と、弁部材91は第一リフト量となる。すなわち、弁部
材91は、第二弁座部93aと第一弁座部92aとの中
間位置で停止する。これにより、通路923および通路
924は、いずれも通路922および通路933を経由
してアウトレット4と連通される。そのため、通路92
3および通路924の燃料はアウトレット4へ流出す
る。その結果、通路76および通路931を経由して通
路923と連通するピストン制御室74の内部における
燃料の圧力、ならびに通路77および通路932を経由
して通路924と連通するノズル制御室42の内部の圧
力は、いずれも低下する。その結果、ノズル部本体50
のニードル52は図3の上方へリフトし、当接部52a
は弁座部51aから離座するため、噴孔55から燃料が
噴射される。
【0053】一方、通路931の絞り部931aは通路
78の絞り部78aより開口面積が大きいため、ピスト
ン制御室74の内部における燃料の圧力は低下する。そ
のため、第1実施例と同様にピストン21とプランジャ
22との受圧面積の差によりピストン21およびプラン
ジャ22は図3の下方へ移動し、プランジャ室82の燃
料は超高圧となる。超高圧となった燃料は、第一逆止弁
81により通路75方向への逆流が防止され、通路83
から第二逆止弁41を開弁し通路43および通路53を
経由して噴孔55から噴射される。
【0054】噴孔55から所定の噴射量の燃料が噴射さ
れると、所定の時期にコイル95への通電が停止され
る。コイル95への通電が停止されると、弁部材91が
図3の下方へ移動し、第二弁座部93aに着座する。こ
れにより、通路923および通路924からアウトレッ
ト4への燃料の流出が遮断される。そのため、ノズル制
御室42およびピストン制御室74の圧力も上昇する。
その結果、ニードル52の当接部52aは弁座部51a
へ着座し、燃料の噴射が終了する。このとき、ニードル
52の当接部52aの近傍には増圧された超高圧の燃料
が供給されている。しかし、プランジャ室82から通路
84を経由してノズル制御室42へ増圧された超高圧の
燃料が供給されるため、ニードル52は弁座部52aへ
着座する。上記の作動を繰り返すことにより、インジェ
クタ5からは、増圧手段で増圧された超高圧の燃料が繰
り返し噴射される。
【0055】第三作動モードでは、第一作動モードで燃
料の噴射を開始し、燃料の噴射の途中で第二作動モード
での燃料の噴射へ移行する。第三作動モードでは、まず
コイル95へ第二電流値の電流を通電することにより、
電磁弁部90の弁部材91のリフト量は第二リフト量と
なる。そのため、インジェクタ5は第一作動モードによ
る燃料の噴射を開始する。そして、第一作動モードによ
る燃料の噴射を実施しているとき、コイル95へ第一電
流値の電流を通電することにより、電磁弁部90の弁部
材91は図3の下方へ移動し第一リフト量となる。その
ため、インジェクタ5は第二作動モードによる燃料の噴
射へ移行する。
【0056】第2実施例では、コイル95に加える電流
値を第一電流値または第二電流値に変更することによ
り、インジェクタ5から噴射される燃料の圧力を変更す
ることができる。そのため、コイル95に加える電流値
を制御することにより、燃料の噴射特性を自由に変更す
ることができる。
【0057】また、第2実施例では、一回の噴射の途中
でコイル95に加える電流値を複数回変更することによ
り、第一噴射モードと第二噴射モードとを自由かつ容易
に何度も変更することができる。したがって、所望の噴
射特性を容易に実現することができる。
【0058】(第3実施例)本発明の第3実施例による
インジェクタ6を図5および図6に示す。第3実施例
は、第2実施例の変形であり、第2実施例と実質的に同
一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第3実施例では、ボディ70の内部に通路75から分岐
する通路79が形成されている点で第2実施例と異な
る。ボディ70のその他の構成は第2実施例または第1
実施例と同様である。
【0059】ボディチップ100は、ボディ70のノズ
ル部本体50側の端部に設置されている。ボディチップ
100には、内部に第一逆止弁101、プランジャ室1
02、通路103、通路104および通路105が形成
されている。プランジャ室102は、一端が第一逆止弁
101に連通し、他端がボディ70の小径収容部72に
連通している。通路103は、第一逆止弁101を経由
してボディ70の通路75に連通している。通路104
は、一端がプランジャ室102に連通し、他端が絞り部
104aを経由して通路105に連通している。通路1
05は、通路104およびボディ70の通路77に連通
している。
【0060】ボディチップ100の内部には、収容室1
00aが形成されている。収容室100aには、ボディ
70の通路75から分岐した通路79が連通している。
収容室100aには、ノズル部本体50のニードル52
のリフト量を規制するリフト制御ピストン106、なら
びにリフト制御ピストン106をノズル部本体方向へ付
勢するスプリング107が収容されている。リフト制御
ピストン106は、収容室100aの内周面と油密に摺
動可能である。リフト制御ピストン106は、収容室1
00aに供給された燃料の圧力およびスプリング107
によりノズル部本体方向へ付勢されている。
【0061】パッキンチップ110は、内部に第二逆止
弁111、ノズル制御室112、通路113および通路
114が形成されている。通路114は、ノズル制御室
112とボディチップ100に形成されている通路10
4および通路105とを相互に連通する。ノズル制御室
112には、プレッシャピン115およびスプリング1
16が収容されている。スプリング116はプレッシャ
ピン115をノズル部本体方向へ付勢している。プレッ
シャピン115は、第1実施例および第2実施例と比較
して軸方向の長さが延長されている。プレッシャピン1
15は、一方の端部がニードル52の端部と当接可能で
あり、他方の端部がリフト制御ピストン106と当接可
能である。
【0062】ニードル52の当接部52aの近傍におけ
る燃料の圧力によりニードル52を噴孔開放方向へ付勢
する力がノズル制御室112における燃料の圧力とスプ
リング116の付勢力とによりニードル52を噴孔閉塞
方向へ付勢する力よりも大きくなると、ニードル52
は、閉弁状態すなわち当接部52aが弁座部51aに着
座している状態から図5の上方へリフトする。そして、
ニードル52と一体のプレッシャピン115とリフト制
御ピストン106とが当接し、ニードル52は一旦停止
する。このときのニードル52のリフト量が第一リフト
量である。
【0063】さらに、ニードル52を噴孔開放方向へ付
勢する力がノズル制御室112における燃料の圧力なら
びに収容室100aにおける燃料の圧力などにより噴孔
閉塞方向へ付勢する力よりも大きくなると、ニードル5
2はプレッシャピン115およびリフト制御ピストン1
06とともに図5の上方へリフトする。そして、ニード
ル52の摺動部521の反噴孔側の端面521aとパッ
キンチップ110の噴孔側の端面とが当接すると、ニー
ドル52は停止する。このときのニードル52のリフト
量が第二リフト量である。
【0064】ノズル部本体50のノズルボディ51に
は、第一噴孔551および第二噴孔552が形成されて
いる。第一噴孔551は、ニードル52が第一リフト量
のとき、ならびに第二リフト量のときいずれも開放さ
れ、燃料が噴射される。一方、第二噴孔552は、ニー
ドル52が第一リフト量のときは開放されず、第二リフ
ト量のときのみ開放される。
【0065】次に、第三実施例によるインジェクタ6の
作動について説明する。第3実施例によるインジェクタ
6は、第2実施例と同様に第一作動モード、第二作動モ
ードまたは第三作動モードのいずれかで作動する。第一
作動モードのとき、ニードル52の当接部52aの近傍
に供給される燃料はコモンレール2に蓄えられている燃
料の圧力と等しい。ニードル52の当接部52aの近傍
に供給される燃料の圧力を受けるニードル52の受圧面
積は、収容室100aの燃料の圧力を受けるリフト制御
ピストン106の受圧面積よりも小さい。そのため、リ
フト制御ピストン106は燃料の圧力により移動するこ
とはない。その結果、ニードル52は、図5の上方へ移
動するとプレッシャピン115を介してリフト制御ピス
トン106と当接し、リフトを停止する。したがって、
第一作動モードのとき、ニードル52のリフト量は第一
リフト量となり、第一噴孔551からコモンレール2に
蓄えられている燃料の圧力と等しい圧力の燃料が噴射さ
れる。
【0066】第二作動モードのとき、ニードル52の当
接部52aの近傍には増圧手段により増圧された超高圧
の燃料が供給される。そのため、ニードル52の当接部
52aの近傍における燃料の圧力によりニードル52が
噴孔開放方向へ受ける力は、収容室100aの燃料の圧
力によりリフト制御ピストン106が噴孔閉塞方向へ受
ける力よりも大きくなる。その結果、ニードル52はプ
レッシャピン115を介してリフト制御ピストン106
と当接した後、リフト制御ピストン106とともに図5
の上方へ移動する。したがって、第二作動モードのと
き、ニードル52のリフト量は第二リフト量となり、第
一噴孔551に加え第二噴孔552から増圧された超高
圧の燃料が噴射される。
【0067】第三作動モードのとき、第一作動モードま
たは第二作動モードを自由に切り換えることができるた
め、ニードル52のリフト量を第一リフト量または第二
リフト量のいずれかに制御することができる。そのた
め、第一噴孔551からの噴射、または第一噴孔551
および第二噴孔552からの噴射を切り換えることによ
り噴霧の形状を燃料の噴射の途中で切り換えることがで
き、かつコモンレール2における燃料の圧力と等しい圧
力の燃料の噴射または増圧された燃料の噴射に燃料の噴
射の途中に切り換えることができる。
【0068】第3実施例では、電磁弁部90のコイル9
5に通電する電流値を制御することにより、燃料の噴射
圧力だけでなく、燃料が噴射される噴孔が変更され、噴
孔から噴射される噴霧の形状も自由に変更することがで
きる。したがって、ディーゼルエンジンの特性、運転状
態あるいは負荷状態などにあわせて所望の噴射特性を容
易に実現することができる。
【0069】以上、本発明の複数の実施例では、制御手
段としてコイルにより発生する電磁力を用いた電磁弁を
適用した例について説明した。しかし、本発明として
は、電磁弁に限るものではなく、圧電素子など電気的な
歪みを利用した制御手段を適用してもよい。
【0070】また、第2実施例および第3実施例では、
コモンレールから供給された燃料をプランジャ室からノ
ズル制御室へ供給する例について説明したが、インレッ
トに接続されている通路からノズル制御室へ燃料を直接
供給してもよい。さらに、圧縮比が小さくシリンダ内の
圧力が低いエンジンの場合、第二逆止弁を廃止すること
ができる。さらに、第3実施例で第2実施例から変更さ
れた構成および機能、すなわちノズルリフト制御に係る
構成および機能を第1実施例に適用することも可能であ
る。
【0071】以上、本発明の複数の実施例では、ディー
ゼルエンジンに本発明のインジェクタを適用する例につ
いて説明したが、ガソリンエンジン、その他の燃料を用
いるエンジンなどディーゼルエンジンに限定するもので
はない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例によるインジェクタを示す
模式的な断面図である。
【図2】本発明の第1実施例によるインジェクタを適用
した燃料噴射システムの油圧回路を示す模式図である。
【図3】本発明の第2実施例によるインジェクタを示す
模式的な断面図である。
【図4】本発明の第2実施例によるインジェクタを適用
した燃料噴射システムの油圧回路を示す模式図である。
【図5】本発明の第3実施例によるインジェクタを示す
模式的な断面図である。
【図6】本発明の第3実施例によるインジェクタを適用
した燃料噴射システムの油圧回路を示す模式図である。
【符号の説明】
1、5、6 インジェクタ(燃料噴射装置) 2 コモンレール 10、70 ボディ(増圧手段) 622、631、632 通路(流路) 21 ピストン(増圧手段) 22 プランジャ(増圧手段) 30、80、100 ボディチップ(増圧手段) 40、110 パッキンチップ(ノズル部) 50 ノズル部本体(ノズル部) 51 ノズルボディ 52 ニードル(弁部材) 55 噴孔 60、90 電磁弁部(制御手段) 61、91 弁部材(弁部) 62、92 弁ボディ(弁部) 63、93 シート部材(弁部) 922、924、932、933 通路(第一流路) 922、923、931、933 通路(第二流路) 106 リフト制御ピストン 551 第一噴孔 552 第二噴孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02M 61/16 F02M 61/16 D

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コモンレールに蓄圧状態で蓄えられてい
    る燃料を噴射する燃料噴射装置であって、 前記コモンレールから供給された燃料を増圧する増圧手
    段と、 燃料が噴射される噴孔を有し、前記コモンレールから供
    給された燃料、または前記増圧手段で増圧された燃料が
    噴射されるノズル部と、 前記コモンレールから供給される燃料の流れを開閉する
    弁部を有し、前記弁部の開閉により前記噴孔の開閉の制
    御とともに前記増圧手段の作動を制御する制御手段と、 を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
  2. 【請求項2】 前記制御手段は、前記噴孔の開閉を制御
    するために前記ノズル部へ供給される燃料、ならびに前
    記増圧手段の作動を制御するために前記増圧手段へ供給
    される燃料が流れる流路を有し、前記弁部は前記流路を
    開閉することを特徴とする請求項1記載の燃料噴射装
    置。
  3. 【請求項3】 前記制御手段は、二位置二方弁の弁部を
    有することを特徴とする請求項1または2記載の燃料噴
    射装置。
  4. 【請求項4】 前記制御手段は、前記噴孔の開閉を制御
    するために前記ノズル部へ供給される燃料が流れる第一
    流路と、前記増圧手段の作動を制御するために前記増圧
    手段へ供給される燃料が流れる第二流路とを有し、前記
    弁部は前記第一流路または前記第二流路を選択的に開閉
    することを特徴とする請求項1記載の燃料噴射装置。
  5. 【請求項5】 前記制御手段は、三位置三方弁の弁部を
    有することを特徴とする請求項1または4記載の燃料噴
    射装置。
  6. 【請求項6】 前記ノズル部は、前記噴孔が形成されて
    いるノズルボディと、前記噴孔を開閉する弁部材とを有
    し、 前記弁部材は前記ノズルボディとの間の距離が異なる第
    一リフト量または第二リフト量の二段階にリフト量が制
    御され、 前記ノズルボディは、前記弁部材が前記第一リフト量の
    とき開放される第一噴孔と、前記弁部材が前記第二リフ
    ト量のとき前記第一噴孔に加えて開放される第二噴孔と
    を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一
    項記載の燃料噴射装置。
  7. 【請求項7】 コモンレールに蓄圧状態で蓄えられてい
    る燃料を噴射する燃料噴射装置であって、 前記コモンレールから供給された燃料を増圧する増圧手
    段と、 燃料が噴射される噴孔を有し、前記コモンレールから供
    給された燃料、または前記増圧手段で増圧された燃料が
    噴射されるノズル部とを備え、 前記ノズル部は、前記噴孔が形成されているノズルボデ
    ィと前記噴孔を開閉する弁部材とを有し、前記弁部材は
    前記ノズルボディとの間の距離が異なる第一リフト量ま
    たは第二リフト量の二段階にリフト量が制御され、 前記ノズルボディは、前記弁部材が前記第一リフト量の
    とき開放される第一噴孔と、前記弁部材が前記第二リフ
    ト量のとき前記第一噴孔に加えて開放される第二噴孔と
    を有することを特徴とする燃料噴射装置。
  8. 【請求項8】 前記弁部材の前記噴孔とは反対側の端部
    と当接するリフト制御ピストンをさらに備え、 前記リフト制御ピストンは、前記弁部材のリフト方向へ
    の位置が変更可能であって、 前記弁部材が前記第一リフト量のときと前記第二リフト
    量のときとでは、前記リフト制御ピストンと前記弁部材
    とが当接する位置は異なることを特徴とする請求項6ま
    たは7記載の燃料噴射装置。
  9. 【請求項9】 前記リフト制御ピストンは、前記コモン
    レールから供給された燃料の圧力により、前記弁部材を
    介して前記噴孔を閉塞する方向へ付勢されていることを
    特徴とする請求項8記載の燃料噴射装置。
  10. 【請求項10】 前記弁部材のリフト量は、前記増圧手
    段による増圧の有無によって変更されることを特徴とす
    る請求項6から9のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
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