JP2004028064A - Fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関用燃料噴射装置に使用される燃料噴射弁に関するもので、特に蓄圧式燃料噴射システムに使用される燃料噴射弁に係わる。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ディーゼルエンジン等の内燃機関用燃料噴射装置として、コモンレールに蓄圧した高圧燃料を、インジェクタを介してエンジンの各気筒内に噴射供給する蓄圧式燃料噴射システムが知られている。このような蓄圧式燃料噴射システムにおいては、主噴射の開始時から安定した燃焼を行なって燃焼騒音やエンジン振動の低減、更には排気ガス性能の向上を目的として、エンジントルクと成り得る主噴射(メイン噴射)に先立って微少噴射量の先立ち噴射(パイロット噴射)を実施するようにしている。
【0003】
また、蓄圧式燃料噴射システムに使用されるインジェクタの一例として、燃料供給路からインオリフィスを介して燃料が流入する圧力制御室と低圧部を構成する燃料排出路とを連通する連通路(アウトオリフィス)を開閉する電磁弁が装着されたものがある。そして、電磁弁閉弁時には、圧力制御室内の燃料圧力がノズルニードルを押し下げるノズル背圧として作用し、ノズルニードルをノズルボデーのシートに押し付けている。
【0004】
しかし、電磁弁開弁時には、コモンレールより分岐するインジェクタの噴射鋼管(高圧配管)およびノズルホルダー内に形成された燃料供給路からインオリフィスを介して圧力制御室内へ流入する燃料よりも、圧力制御室内からアウトオリフィスを介して燃料排出路およびリターン配管内に流出する燃料が多いため、圧力制御室内の燃料圧力が降下して、ノズル内の燃料圧力による押し上げ力が圧力制御室内の燃料圧力による押し付け力とスプリング等のニードル付勢手段の付勢力との和に打ち勝ち、ノズルニードルがシートよりリフトし、エンジンの気筒内に高圧燃料を噴射する構成となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、インジェクタの噴孔よりエンジンの気筒内に噴射供給される燃料の噴射量(=噴射期間)は、エンジンの運転状態または運転条件に応じて決定される電磁弁開弁時間、つまりインジェクタの電磁弁への通電時間により決定されるように構成されているが、特にメイン噴射の前に実施されるパイロット噴射、あるいはメイン噴射の後に実施されるアフター噴射等の小噴射量領域での噴射量のばらつきは、図4のグラフに破線で示したように、電磁弁開弁時間の僅かなばらつきに大きく影響されてしまう。これにより、例えばパイロット噴射等のような小噴射量の制御性が低下するという問題がある。
【0006】
【発明の目的】
本発明の目的は、弁体の開弁時間の僅かなばらつきに起因する、パイロット噴射等の小噴射量領域での噴射量ばらつきを抑制することで、例えばパイロット噴射等のような小噴射量の制御性を向上することのできる燃料噴射弁を提供することにある。
【0007】
【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、弁体の閉弁時には、圧力制御室内の燃料圧力がノズルニードルを押し下げるノズル背圧として作用するため、ノズルニードルがシートに押し付けられる。また、弁体の開弁時には、ノズル内の燃料圧力による押し上げ力が、圧力制御室内の燃料圧力による押し付け力とニードル付勢手段の付勢力との和よりも上回ると、ノズルニードルがリフトを開始するように構成されている。
【0008】
このような燃料噴射弁において、噴射開始初期の、ノズル内の燃料圧力による押し上げ力、あるいはその押し上げ力を受けるノズルニードルの燃料受圧面積を、その噴射開始後の燃料噴射途中よりも小さくしたことにより、噴射開始初期にノズルニードルの燃料受圧面積またはノズル内の燃料圧力による押し上げ力を小さくし、その噴射開始後の燃料噴射途中にノズルニードルの燃料受圧面積またはノズル内の燃料圧力による押し上げ力を大きくすることができる。これにより、弁体の開弁時間の僅かなばらつきに起因する、例えばパイロット噴射等の小噴射量領域での噴射量ばらつきを抑制することができるので、弁体の開弁時間に対する、例えばパイロット噴射等のような小噴射量の制御性を向上することができる。
【0009】
請求項2に記載の発明によれば、例えばノズルボデーの先端に設けられる1個または複数個の噴孔を開閉するノズルニードルを、噴射開始初期にリフトを開始する略円筒状の大径ノズルニードルと、この大径ノズルニードル内に摺動可能に収容されて、噴射開始後の燃料噴射途中にリフトを開始する小径ノズルニードルとに2分割したことにより、噴射開始後の燃料噴射途中で、ノズルニードルの燃料受圧面積を小から大に変化させることができるので、弁体の開弁時間の僅かなばらつきに起因する、例えばパイロット噴射等の小噴射量領域での噴射量ばらつきを抑制することができる。
【0010】
請求項3に記載の発明によれば、大径ノズルニードルのみがリフトを開始する時の、噴射開始初期の、ノズル内の燃料圧力による押し上げ力は、大径ノズルニードルの燃料受圧面積とノズル内の燃料圧力とにより決定される。また、大径ノズルニードルよりも遅れて燃料噴射途中で小径ノズルニードルがリフトを開始する時の、噴射開始後の燃料噴射途中の、ノズル内の燃料圧力による押し上げ力は、大径ノズルニードルと小径ノズルニードルとの燃料受圧面積の和とノズル内の燃料圧力とにより決定される。
【0011】
請求項4に記載の発明によれば、大径ノズルニードルの先端側に略円錐筒形状のテーパ部を設け、また、大径ノズルニードルの外周に略円環形状の段差部を設けている。これらのテーパ部および段差部は、大径ノズルニードルのリフト開始時に、ノズル内の燃料圧力を受ける燃料受圧面積となっている。また、請求項5に記載の発明によれば、小径ノズルニードルの先端側に略円錐形状のテーパ部を設け、また、小径ノズルニードルの外周に略円環形状の段差部を設けている。これらのテーパ部および段差部は、小径ノズルニードルのリフト開始時に、ノズル内の燃料圧力を受ける燃料受圧面積となっている。
【0012】
請求項6に記載の発明によれば、ノズルニードルを閉弁方向に付勢するニードル付勢手段を、大径ノズルニードルを閉弁方向に付勢する第1ニードル付勢手段と小径ノズルニードルを閉弁方向に付勢する第2ニードル付勢手段とにより構成したことを特徴としている。これにより、燃料噴射が開始されてコマンドピストンと大径ノズルニードルとが所定値以上にリフトすると、小径ノズルニードルを押し付けている第2ニードル付勢手段の付勢力が低下する。そして、第2ニードル付勢手段の付勢力よりも、小径ノズルニードルの押し上げ力が大きくなると、小径ノズルニードルもリフトを開始する。
【0013】
請求項7に記載の発明によれば、アクチュエータとして、電動式または電磁式または圧電式のアクチュエータを用いても良い。例えば燃料供給路を介して燃料が供給される圧力制御室と燃料排出路とを連通させる連通路を開閉する弁体を有する電磁弁等の電磁式のアクチュエータを用いても良い。また、アクチュエータボデー内にピエゾ素子を収容し、ピエゾ素子の伸縮によって弁体を駆動して圧力制御室内の燃料圧力を変更するように構成した圧電方式のアクチュエータを用いても良い。
【0014】
【発明の実施の形態】
[実施例の構成]
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。ここで、図1はコモンレール式燃料噴射システムに使用される背圧制御方式のインジェクタの主要構造を示した図で、図2はそのインジェクタの全体構造を示した図である。
【0015】
本実施例のコモンレール式燃料噴射システムは、図3に示したように、燃料の噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器としてのコモンレール51と、吸入した燃料を加圧して高圧化する燃料供給ポンプ(以下サプライポンプと呼ぶ)52と、多気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関(以下エンジンと呼ぶ)の各気筒内に燃料を噴射する電磁式燃料噴射弁よりなるインジェクタ53と、サプライポンプ52およびインジェクタ53を電子制御するエンジン制御ユニット(図示せず:以下ECUと呼ぶ)とを備えている。なお、この図3では、4気筒エンジンの1つのk気筒に対応するインジェクタ53のみを示し、他の気筒については図示を省略している。
【0016】
コモンレール51には、連続的に燃料噴射圧力に相当する高圧燃料が蓄圧される必要があり、そのためにコモンレール51に蓄圧される高圧燃料は、燃料鋼管(高圧配管)54を介してサプライポンプ52から供給されている。なお、コモンレール51から燃料タンク57へ燃料をリリーフするリターン配管55には、燃料噴射圧力が限界設定圧を越えることがないように、圧力を逃がすためのプレッシャリミッタ56が取り付けられている。
【0017】
サプライポンプ52は、燃料タンク57から燃料フィルタ58を介して低圧燃料を汲み上げるフィードポンプ(図示せず)、およびコモンレール51への高圧燃料の圧送量(吐出量)を調整するための電磁弁(例えば吸入調量弁)等のアクチュエータ(図示せず)を内蔵する高圧供給ポンプである。なお、サプライポンプ52からのリーク燃料、およびインジェクタ53からのリーク燃料または圧力制御室19からの排出燃料(リターン燃料)は、リターン配管55を経て燃料タンク57に還流するように構成されている。
【0018】
本実施例のインジェクタ53は、エンジンの各気筒毎に対応して搭載されて、ノズルニードル(後記する)およびノズルボデー3よりなるノズル4と、このノズル4を保持すると共に、燃料をノズル4内まで導くノズルホルダー5と、ノズルニードルを開弁方向に駆動する電磁弁9と、ノズルニードルを閉弁方向に駆動するニードル付勢手段(後記する)とを備えている。
【0019】
ノズルボデー3は、リテーニングナット60によりノズルホルダー5の図示下部に締結されている。また、ノズルボデー3は、燃料を噴射する複数個の噴孔10、電磁弁閉弁時にノズルニードルが着座する第1、第2シート部11、12、およびこれらの第1、第2シート部11、12よりも燃料の流れ方向の上流側に設けられた油溜まり13およびノズル室14を有している。なお、第1シート部11は、複数の噴孔10よりも燃料の流れ方向の上流側に設けられており、また、第2シート部12は、複数の噴孔10よりも燃料の流れ方向の下流側に設けられている。
【0020】
また、ノズル室14の図示上端側には、ノズルニードルを摺動自在に支持するための摺動孔15が軸方向に形成されている。また、ノズルホルダー5は、エンジンのシリンダヘッドにノズル4を取り付けるもので、内部にコマンドピストン8を図示上下方向に変位可能に収容している。そして、コマンドピストン8は、ノズルホルダー5内に摺動自在に収容されて、ノズルニードルの図示上端部に連結されている。
【0021】
なお、ノズルボデー3およびノズルホルダー5には、ノズルホルダー5の第1継手部からノズルボデー3の油溜まり13およびノズル室14へ高圧燃料を供給するための燃料供給路(燃料通路)21〜23が設けられ、また、ノズルホルダー5には、燃料供給路21からインオリフィス16を介して圧力制御室19へ高圧燃料を供給するための燃料供給路(燃料通路)24が設けられている。なお、燃料供給路21は、燃料鋼管(高圧配管)59を介してコモンレール51の蓄圧室内に連通している。
【0022】
また、ノズルホルダー5には、ノズルホルダー5内にリークした燃料、および電磁弁9内に導かれた燃料を、燃料タンク57に連通するリターン配管55へ排出するための燃料排出路(燃料通路)25、26が設けられている。なお、燃料供給路21内には、高圧燃料中の異物を捕捉するバーフィルタ27が収容されている。また、燃料排出路26は、ノズルホルダー5の第2継手部とリターン配管55とを接続するアウトレットパイプ28内に形成されている。
【0023】
そして、ノズルホルダー5の図示上端部に設けられた凹み部には、インオリフィス(入口オリフィス)16およびアウトオリフィス(出口オリフィス)17を形成したオリフィスプレート61が嵌め込まれている。また、ノズルホルダー5の図示上端部とコマンドピストン8の図示上端部とオリフィスプレート61の図示下端部とで囲まれた圧力制御室19内の燃料圧力は、ノズルニードルを図示下方に押し下げるノズル背圧、つまりノズルニードルを第1、第2シート部11、12に押し付ける押し付け力として作用する。
【0024】
電磁弁9は、電磁式のアクチュエータに相当するもので、圧力制御室19と燃料排出路25とを連通させるアウトオリフィス(本発明の連通路に相当する)17を開閉するボール弁(本発明の弁体に相当する)30と、このボール弁30と一体的に変位するアーマチャ31と、ボール弁30とアーマチャ31とを閉弁方向に付勢するコイルスプリング32と、アーマチャ31を吸引するソレノイドコイル33と、アーマチャ31を摺動自在に収容するバルブボデー34と、これらを保持するリテーニングナット35とから構成されている。
【0025】
バルブボデー34には、アーマチャ31を移動自在に収容するアーマチャ室内に導かれた燃料をノズルホルダー5の燃料排出路25に導く燃料排出路36、ボール弁30のシール部、つまりボール弁30を移動自在に収容するバルブ室内に導かれた燃料を燃料排出路36に導く燃料排出路37が設けられている。なお、インオリフィス16は、圧力制御室19内に高圧燃料を導く燃料供給路として働き、また、アウトオリフィス17は、圧力制御室19と燃料排出路25とを連通する連通路として働く。また、アウトオリフィス17は、コイルスプリング32の付勢力によってボール弁30がバルブボデー34のシール部に着座すると遮断されるように構成されている。
【0026】
次に、本実施例のノズルニードルを図1および図2に基づいて説明する。ノズルニードルは、噴射開始初期にリフトを開始する略円筒状の大径ノズルニードル(第1ノズルニードル)1と、この大径ノズルニードル1内に摺動可能に収容されて、噴射開始後の燃料噴射途中にリフトを開始する小径ノズルニードル(第2ノズルニードル)2とに2分割されている。大径ノズルニードル1の内部には、小径ノズルニードル2を摺動自在に収容するための摺動孔41が形成されている。なお、摺動孔41は、図示上端部から図示下端部まで同一の内径で形成されている。
【0027】
大径ノズルニードル1の先端側には、ノズルボデー3の第1シート部11に着座する円環形状の稜線および円錐筒形状のテーパ部が設けられ、また、大径ノズルニードル1の外周には、円環状の段差部42が設けられている。なお、大径ノズルニードル1の図示上端面には、コマンドピストン8の図示下端面およびバネ座43の図示下端面が当接している。
【0028】
これにより、大径ノズルニードル1の、ノズルボデー3との間にノズル室14を形成する図示下端側の方が、ノズルボデー3の摺動孔15内に摺動自在に支持される図示上端側よりも外径が小さくなっている。そして、大径ノズルニードル1の先端側のテーパ部および外周側の段差部42は、大径ノズルニードル1のリフト開始時に、ノズル4内の燃料圧力、つまりノズル室14および油溜まり13内の燃料圧力を受ける燃料受圧面積となる。
【0029】
小径ノズルニードル2の先端側には、ノズルボデー3の第2シート部12に着座する円環形状の稜線および円錐形状のテーパ部が設けられ、また、小径ノズルニードル2の外周には、円環状の段差部44が設けられている。なお、小径ノズルニードル2の図示上端面からは、ピン部46が軸方向に突出している。
【0030】
これにより、小径ノズルニードル2の、大径ノズルニードル1との間にクリアランス45を形成する図示下端側の方が、大径ノズルニードル1の摺動孔41内に摺動自在に支持される図示上端側よりも外径が小さくなっている。そして、小径ノズルニードル2の先端側のテーパ部および外周側の段差部44は、小径ノズルニードル2のリフト開始時に、ノズル4内の燃料圧力、つまりノズル室14内の燃料圧力を受ける燃料受圧面積となる。
【0031】
ニードル付勢手段は、大径ノズルニードル1を閉弁方向に付勢する第1コイルスプリング(本発明の第1ニードル付勢手段に相当する)6と、小径ノズルニードル2を閉弁方向に付勢する第2コイルスプリング(本発明の第2ニードル付勢手段に相当する)7とから構成されている。
【0032】
第1コイルスプリング6の図示下端部は、大径ノズルニードル1側のバネ座43に保持され、また、第1コイルスプリング6の図示上端部は、ノズルホルダー5側のスプリングシート47に保持されている。そして、第2コイルスプリング7の図示下端部は、小径ノズルニードル2の図示上端面のバネ座部(ピン部46の付け根の周囲)に保持され、また、第2コイルスプリング7の図示上端部は、コマンドピストン8の図示下端面のバネ座部に保持されている。
【0033】
ここで、ノズルボデー3の内径と大径ノズルニードル1の外径との第1内外径隙間(図1参照)としてのノズル室14、つまり大径ノズルニードル1の段差部42は、第1コイルスプリング6の付勢力(第1スプリング荷重)に抗して大径ノズルニードル1をノズルボデー3の第1シート部11から離座させる作用力(ノズル4内の燃料圧力:大径ノズルニードル1を図示上方に押し上げる押し上げ力)を発生させるための燃料受圧面積となっている。
【0034】
また、大径ノズルニードル1の内径と小径ノズルニードル2の外径との第2内外径隙間(図1参照)としてのクリアランス45、つまり小径ノズルニードル2の円環状の段差部44は、大径ノズルニードル1の離座後において、第2コイルスプリング7の付勢力(第2スプリング荷重)に抗して小径ノズルニードル2をノズルボデー3の第2シート部12から離座させる作用力(ノズル4内の燃料圧力:小径ノズルニードル2を図示上方に押し上げる押し上げ力)を発生させるための燃料受圧面積となっている。
【0035】
[実施例の作用]
次に、本実施例のコモンレール式燃料噴射システムに使用される背圧制御方式のインジェクタ53を図1ないし図3に基づいて簡単に説明する。
【0036】
サプライポンプ52より圧送された高圧燃料は、コモンレール51の蓄圧室内に蓄圧される。そして、コモンレール51の蓄圧室内の高圧燃料は、高圧配管59を介してエンジンの各気筒毎に対応して搭載されたインジェクタ53に分配供給される。これにより、各気筒毎のインジェクタ53の燃料供給路21〜23を介して油溜まり13およびノズル室14内に高圧燃料が供給され、且つ燃料供給路21、24、インオリフィス16を介して圧力制御室19内に高圧燃料が供給される。
【0037】
ここで、エンジンのk気筒(例えば#1気筒)のインジェクタ53の電磁弁9のソレノイドコイル33への通電が停止しており、電磁弁9のボール弁30がアウトオリフィス17を閉じている時(以下電磁弁閉弁時と言う)には、圧力制御室19内の燃料がアウトオリフィス17および燃料排出路37、36、25、26を経てリターン配管55内に流出することはない。
【0038】
これにより、圧力制御室19内に燃料が充満するため、圧力制御室19内の燃料圧力は、コマンドピストン8を介して大径ノズルニードル1を図示下方に押し下げるノズル背圧として作用する。その上、第1コイルスプリング6の付勢力(スプリング荷重)も大径ノズルニードル1に作用する。
【0039】
この結果、大径ノズルニードル1は、ノズルボデー3の第1シート部11に押し付けられる。また、小径ノズルニードル2も、第2コイルスプリング7の付勢力(スプリング荷重)によりノズルボデー3の第2シート部12に押し付けられる。これにより、ノズルボデー3の先端側(図示下端側)に形成された複数個の噴孔10が閉じられる。つまり、複数の噴孔10と油溜まり13およびノズル室14との連通状態が遮断されるため、エンジンのk気筒内に燃料が噴射されることはない。
【0040】
次に、ECUからパルス状のインジェクタ駆動電流がインジェクタ53の電磁弁9のソレノイドコイル33に印加されると、電磁弁9のボール弁30がアウトオリフィス17を開く。このような電磁弁開弁時には、燃料供給路21、24およびインオリフィス16を介して圧力制御室19内に燃料が供給されるが、圧力制御室19内の燃料は、アウトオリフィス17および燃料排出路37、36、25、26を経てリターン配管55内に流出する。
【0041】
すなわち、コモンレール51より分岐す高圧配管59および燃料供給路21、24からインオリフィス16を介して圧力制御室19内へ流入する高圧燃料よりも、圧力制御室19内からアウトオリフィス17を介して燃料排出路37、36、25、26およびリターン配管55内に流出する燃料が多いため、圧力制御室19内の燃料圧力が低下する。
【0042】
そして、圧力制御室19内の燃料圧力が開弁圧以下に低下すると、やがて、大径ノズルニードル1を図示上方に押し上げるノズル4内の燃料圧力、つまりノズルボデー3の油溜まり13およびノズル室14内の燃料圧力による押し上げ力が、コマンドピストン8を介して大径ノズルニードル1に作用する、圧力制御室19内の燃料圧力による押し付け力を上回る。
【0043】
この結果、大径ノズルニードル1がノズルボデー3の第1シール部11より離座して図示上方に上昇(リフト)する。これにより、ノズルボデー3の先端側に形成された複数個の噴孔10が開かれる。つまり、複数の噴孔10と油溜まり13およびノズル室14とが連通するため、ノズル室14内の高圧燃料が大径ノズルニードル1の先端側のテーパ部とノズルボデー3の円錐状面との間のクリアランスを通り、ノズルボデー3の先端に流入し、複数個の噴孔10からエンジンのk気筒内への燃料噴射が開始される。
【0044】
このとき、大径ノズルニードル1が図示上方に上昇(リフト)する時の、大径ノズルニードル1を図示上方に押し上げる押し上げ力は、大径ノズルニードル1の燃料受圧面積(図1のA1参照)と、ノズル4内の燃料圧力、つまりノズルボデー3の油溜まり13およびノズル室14内の燃料圧力とにより決定される。
【0045】
そして、コマンドピストン8および大径ノズルニードル1が更に図示上方に上昇(リフト)すると、小径ノズルニードル2の図示上端面のバネ座部とコマンドピストン8の図示下端面のバネ座部との間の軸方向のクリアランスが大きくなるので、小径ノズルニードル2をノズルボデー3の第2シール部12に押し付けている第2コイルスプリング7の付勢力(スプリング荷重)が低下する。
【0046】
そして、第2コイルスプリング7の付勢力(スプリング荷重)よりも小径ノズルニードル2を図示上方に押し上げるノズル4内の燃料圧力、つまりノズルボデー3の油溜まり13およびノズル室14内の燃料圧力による押し上げ力が大きくなると、小径ノズルニードル2も図示上方への上昇(リフト)を開始し、小径ノズルニードル2のピン部46の図示上端面がコマンドピストン8の図示下端面に当接した後に、更に小径ノズルニードル2は大径ノズルニードル1と共に図示上方に上昇(リフト)する。
【0047】
このとき、小径ノズルニードル2が図示上方に上昇(リフト)する時の、小径ノズルニードル2を図示上方に押し上げる押し上げ力は、小径ノズルニードル2の燃料受圧面積(図1のA2参照)と、ノズル4内の燃料圧力、つまりノズルボデー3の油溜まり13およびノズル室14内の燃料圧力とにより決定される。すなわち、大径ノズルニードル1および小径ノズルニードル2が共に作動(図示上方に上昇)している時の、大径ノズルニードル1および小径ノズルニードル2を図示上方に押し上げる押し上げ力は、大径ノズルニードル1の燃料受圧面積(図1のA1参照)と小径ノズルニードル2の燃料受圧面積(図1のA2参照)との和と、ノズル4内の燃料圧力、つまりノズルボデー3の油溜まり13およびノズル室14内の燃料圧力とにより決定される。
【0048】
その後に、ECUからのインジェクタ駆動電流が停止する電磁弁閉弁時には、電磁弁9のボール弁30がアウトオリフィス17を閉じることで、上述したように、圧力制御室19内に燃料が充満するため、圧力制御室19内の燃料圧力は、コマンドピストン8を介して大径ノズルニードル1および小径ノズルニードル2を図示下方に押し下げるノズル背圧として作用し、第1コイルスプリング6の付勢力(スプリング荷重)が大径ノズルニードル1に作用し、第2コイルスプリング7の付勢力(スプリング荷重)が小径ノズルニードル2に作用する。
【0049】
この結果、大径ノズルニードル1は、ノズルボデー3の第1シート部11に押し付けられ、小径ノズルニードル2も、ノズルボデー3の第2シート部12に押し付けられる。これにより、ノズルボデー3の先端側に形成された複数個の噴孔10が閉じられる。つまり、複数の噴孔10と油溜まり13およびノズル室14との連通状態が遮断されるため、エンジンのk気筒内への燃料噴射が終了する。
【0050】
[実施例の効果]
ここで、従来の背圧制御方式のインジェクタにおいては、インジェクタのノズルボデーの先端側に形成された複数個の噴孔よりエンジンの気筒内に噴射供給される燃料の噴射量(=噴射期間)は、エンジンの運転状態または運転条件に応じて決定される電磁弁開弁時間、つまりインジェクタの電磁弁への通電時間により決定されるように構成されているので、従来の技術では、電磁弁開弁時間が僅かにばらついても、メイン噴射の前に実施されるパイロット噴射、あるいはメイン噴射の後に実施されるアフター噴射等の小噴射量領域での噴射量のばらつきが大きく影響されてしまうという問題があった。
【0051】
そこで、その問題を解消する目的で、本実施例のコモンレール式燃料噴射システムに使用される背圧制御方式のインジェクタ53においては、ノズルボデー3の先端側に形成される複数個の噴孔10を開閉するノズルニードルを、大径ノズルニードル1と小径ノズルニードル2とに2分割することにより、エンジンのk気筒内への燃料噴射途中で、ノズルニードルの燃料受圧面積を小から大に変化させることができる。
【0052】
すなわち、エンジンのk気筒内への燃料噴射を開始する噴射開始初期には、大径ノズルニードル1のみをリフトさせることで、ノズルニードルの燃料受圧面積を燃料噴射途中よりも小さくしてノズルニードルの押し上げ力を小さくし、その後の燃料噴射途中では、大径ノズルニードル1だけでなく小径ノズルニードル2もリフトされることで、ノズルニードルの燃料受圧面積を噴射開始初期よりも大きくしてノズルニードルの押し上げ力を大きくすることができる。
【0053】
したがって、噴射開始初期のノズルニードルの燃料受圧面積を、燃料噴射途中よりも小さくすることで、図4のグラフに実線で示したように、噴射開始初期には電磁弁開弁時間の変化に対して、エンジンの気筒内に噴射される燃料の噴射量の変化が燃料噴射途中よりも小さくなり、また、燃料噴射途中からは電磁弁開弁時間の変化に対して、エンジンの気筒内に噴射される燃料の噴射量の変化が噴射開始初期よりも大きくすることができる。
【0054】
この結果、電磁弁開弁時間と噴射量の特性において、噴射開始初期、例えばパイロット噴射やプレ噴射等の小噴射量領域での電磁弁開弁時間の影響を小さくすることができる。すなわち、電磁弁開弁時間の僅かなばらつきに起因する、パイロット噴射やプレ噴射等の小噴射量領域での噴射ばらつきを抑制することができるので、パイロット噴射やプレ噴射等のような小噴射量、特に微少噴射量の制御性を向上することができる。
【0055】
[変形例]
本実施例では、本発明をコモンレール式燃料噴射システムに適用した例を示したが、本発明をコモンレール51を備えず、電子制御方式の分配型燃料噴射ポンプまたは電子制御方式の列型燃料噴射ポンプ等を備えた内燃機関用燃料噴射装置に適用しても良い。また、本実施例では、電磁式燃料噴射弁よりなるインジェクタ53を用いた例を示したが、圧電方式の燃料噴射弁よりなるインジェクタを用いても良い。
【0056】
また、メイン噴射に先立って行なわれるパイロット噴射(プレ噴射とも言う)の回数は、1回以上任意に設定しても良い。また、大径ノズルニードル1のみをリフトさせることで、パイロット噴射やプレ噴射を行ない、大径ノズルニードル1と小径ノズルニードル2との両方をリフトさせることで、メイン噴射を行なうようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】インジェクタの主要構造を示した断面図である(実施例)。
【図2】インジェクタの全体構造を示した断面図である(実施例)。
【図3】コモンレール式燃料噴射システムの全体構成を示した概略図である(実施例)。
【図4】電磁弁開弁時間に対する噴射量特性を示したグラフである(実施例)。
【符号の説明】
1 大径ノズルニードル
2 小径ノズルニードル
3 ノズルボデー
4 ノズル
5 ノズルホルダー
6 第1コイルスプリング(第1ニードル付勢手段)
7 第2コイルスプリング(第2ニードル付勢手段)
8 コマンドピストン
9 電磁弁(アクチュエータ)
10 噴孔
11 第1シート部
12 第2シート部
13 油溜まり
14 ノズル室
16 インオリフィス(燃料供給路)
17 アウトオリフィス(連通路)
19 圧力制御室
21 燃料供給路
22 燃料供給路
23 燃料供給路
24 燃料供給路
25 燃料排出路
26 燃料排出路
30 ボール弁(弁体)
36 燃料排出路
37 燃料排出路
53 インジェクタ(電磁式燃料噴射弁)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection valve used for a fuel injection device for an internal combustion engine such as a diesel engine, and more particularly to a fuel injection valve used for a pressure accumulating fuel injection system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a fuel injection device for an internal combustion engine such as a diesel engine, a pressure-accumulation type fuel injection system for injecting high-pressure fuel accumulated in a common rail into each cylinder of an engine via an injector has been known. In such a pressure-accumulation type fuel injection system, the main injection (which can be an engine torque) is performed for the purpose of performing stable combustion from the start of the main injection to reduce combustion noise and engine vibration and further improve exhaust gas performance. Prior to the main injection), a pre-injection (pilot injection) of a small injection amount is performed.
[0003]
Further, as an example of an injector used in the pressure accumulating type fuel injection system, a communication passage (out orifice) for communicating a pressure control chamber into which fuel flows in from a fuel supply passage via an in orifice and a fuel discharge passage which constitutes a low pressure portion. ) Is equipped with a solenoid valve that opens and closes. When the solenoid valve is closed, the fuel pressure in the pressure control chamber acts as a nozzle back pressure that pushes down the nozzle needle, and presses the nozzle needle against the seat of the nozzle body.
[0004]
However, when the solenoid valve is opened, the fuel flowing into the pressure control chamber via the injecting steel pipe (high-pressure pipe) and the fuel supply passage formed in the nozzle holder from the common rail through the in-orifice is more than the pressure control chamber. The fuel pressure in the pressure control chamber drops due to the large amount of fuel flowing out of the nozzle through the out orifice into the fuel discharge passage and the return pipe, and the pushing force due to the fuel pressure in the nozzle is reduced by the pushing force due to the fuel pressure in the pressure control chamber. And the urging force of the needle urging means such as a spring overcomes the sum, the nozzle needle is lifted from the seat, and high-pressure fuel is injected into the cylinder of the engine.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the injection amount (= injection period) of the fuel injected and supplied into the cylinder of the engine from the injection hole of the injector is determined by the solenoid valve opening time determined according to the operating state or operating condition of the engine, that is, the electromagnetic valve of the injector. Although it is configured to be determined by the energization time to the valve, the injection amount in a small injection amount region such as a pilot injection performed before the main injection or an after-injection performed after the main injection is particularly configured. The variation is greatly affected by a slight variation in the valve opening time as shown by the broken line in the graph of FIG. As a result, there is a problem that controllability of a small injection amount such as pilot injection is reduced.
[0006]
[Object of the invention]
An object of the present invention is to suppress a variation in the injection amount in a small injection amount region such as a pilot injection due to a slight variation in the valve opening time of the valve body. An object of the present invention is to provide a fuel injection valve capable of improving controllability.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the invention, when the valve body is closed, the fuel pressure in the pressure control chamber acts as a nozzle back pressure for pushing down the nozzle needle, so that the nozzle needle is pressed against the seat. In addition, when the valve body opens, if the pushing force due to the fuel pressure in the nozzle exceeds the sum of the pushing force due to the fuel pressure in the pressure control chamber and the urging force of the needle urging means, the nozzle needle starts lifting. It is configured to
[0008]
In such a fuel injection valve, the push-up force due to the fuel pressure in the nozzle at the beginning of the injection, or the fuel receiving pressure area of the nozzle needle receiving the push-up force is made smaller than that during the fuel injection after the start of the injection. In the early stage of the injection, the fuel pressure area of the nozzle needle or the pushing force by the fuel pressure in the nozzle is reduced, and during the fuel injection after the start of the injection, the fuel pressure area of the nozzle needle or the pushing force by the fuel pressure in the nozzle is increased. can do. Accordingly, it is possible to suppress an injection amount variation in a small injection amount region such as a pilot injection due to a slight variation in the valve opening time of the valve body. The controllability of a small injection amount such as that described above can be improved.
[0009]
According to the invention described in claim 2, for example, a nozzle needle that opens and closes one or a plurality of injection holes provided at the tip of the nozzle body, and a substantially cylindrical large-diameter nozzle needle that starts lifting at the beginning of injection start. And a small-diameter nozzle needle that is slidably accommodated in the large-diameter nozzle needle and starts lift during fuel injection after the start of injection. Can be changed from small to large, so that it is possible to suppress an injection amount variation in a small injection amount region such as a pilot injection, which is caused by a slight variation in the valve opening time of the valve body. .
[0010]
According to the third aspect of the present invention, when only the large-diameter nozzle needle starts lifting, the pushing-up force due to the fuel pressure in the nozzle at the beginning of the injection start is equal to the fuel receiving pressure area of the large-diameter nozzle needle and the internal pressure of the nozzle. Fuel pressure. Also, when the small-diameter nozzle needle starts lifting during the fuel injection later than the large-diameter nozzle needle, the push-up force due to the fuel pressure in the nozzle during the fuel injection after the start of the injection is larger than that of the large-diameter nozzle needle. It is determined by the sum of the fuel receiving pressure area with the nozzle needle and the fuel pressure in the nozzle.
[0011]
According to the fourth aspect of the invention, a substantially conical cylindrical tapered portion is provided on the distal end side of the large-diameter nozzle needle, and a substantially annular step portion is provided on the outer periphery of the large-diameter nozzle needle. The tapered portion and the step portion have a fuel receiving pressure area for receiving the fuel pressure in the nozzle when the large-diameter nozzle needle starts lifting. According to the fifth aspect of the present invention, a substantially conical tapered portion is provided on the distal end side of the small diameter nozzle needle, and a substantially annular step portion is provided on the outer periphery of the small diameter nozzle needle. These tapered portion and stepped portion have a fuel receiving pressure area for receiving the fuel pressure in the nozzle when the small diameter nozzle needle starts lifting.
[0012]
According to the invention described in
[0013]
According to the seventh aspect of the present invention, an electric actuator, an electromagnetic actuator, or a piezoelectric actuator may be used as the actuator. For example, an electromagnetic actuator such as an electromagnetic valve having a valve body that opens and closes a communication path that connects a pressure control chamber to which fuel is supplied via a fuel supply path and a fuel discharge path may be used. Alternatively, a piezoelectric actuator may be used in which a piezo element is housed in the actuator body, and the valve element is driven by expansion and contraction of the piezo element to change the fuel pressure in the pressure control chamber.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[Configuration of Example]
Embodiments of the present invention will be described based on examples with reference to the drawings. Here, FIG. 1 is a view showing a main structure of a back pressure control type injector used in a common rail type fuel injection system, and FIG. 2 is a view showing an entire structure of the injector.
[0015]
As shown in FIG. 3, the common rail type fuel injection system according to the present embodiment includes a
[0016]
It is necessary to continuously accumulate high-pressure fuel corresponding to the fuel injection pressure in the
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
The nozzle body 3 is fastened to the lower part of the
[0020]
A sliding
[0021]
The nozzle body 3 and the
[0022]
The
[0023]
An
[0024]
The electromagnetic valve 9 is equivalent to an electromagnetic actuator, and is a ball valve (corresponding to the present invention) that opens and closes an out orifice (corresponding to a communication passage of the present invention) 17 that connects the
[0025]
In the
[0026]
Next, a nozzle needle according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The nozzle needle is a substantially cylindrical large-diameter nozzle needle (first nozzle needle) 1 that starts lifting at the beginning of the injection start, and is slidably housed in the large-diameter nozzle needle 1, and the fuel after the start of the injection. The nozzle is divided into a small-diameter nozzle needle (second nozzle needle) 2 which starts a lift during injection. Inside the large-diameter nozzle needle 1, a sliding
[0027]
On the distal end side of the large-diameter nozzle needle 1, an annular ridge line and a conical cylindrical tapered portion that are seated on the
[0028]
As a result, the lower end of the large-diameter nozzle needle 1 forming the
[0029]
An annular ridge line and a conical tapered portion which are seated on the
[0030]
Thereby, the lower end of the small-diameter nozzle needle 2 forming a clearance 45 with the large-diameter nozzle needle 1 is slidably supported in the sliding
[0031]
The needle urging means includes a first coil spring (corresponding to the first needle urging means of the present invention) 6 for urging the large-diameter nozzle needle 1 in the valve closing direction, and a small-diameter nozzle needle 2 in the valve closing direction. And a second coil spring (corresponding to a second needle urging means of the present invention).
[0032]
The illustrated lower end of the
[0033]
Here, the
[0034]
A clearance 45 as a second inner / outer diameter gap (see FIG. 1) between the inner diameter of the large-diameter nozzle needle 1 and the outer diameter of the small-diameter nozzle needle 2, that is, the
[0035]
[Operation of Embodiment]
Next, a back pressure
[0036]
The high-pressure fuel pumped from the
[0037]
Here, when energization to the
[0038]
As a result, the fuel is filled in the
[0039]
As a result, the large-diameter nozzle needle 1 is pressed against the
[0040]
Next, when a pulsed injector drive current is applied from the ECU to the
[0041]
That is, the fuel from the
[0042]
When the fuel pressure in the
[0043]
As a result, the large-diameter nozzle needle 1 is separated from the
[0044]
At this time, when the large-diameter nozzle needle 1 rises (lifts) upward in the drawing, the push-up force for pushing the large-diameter nozzle needle 1 upward in the drawing corresponds to the fuel receiving pressure area of the large-diameter nozzle needle 1 (see A1 in FIG. 1). And the fuel pressure in the
[0045]
Then, when the
[0046]
The fuel pressure in the
[0047]
At this time, when the small-diameter nozzle needle 2 rises (lifts) upward in the figure, the push-up force for pushing the small-diameter nozzle needle 2 upward in the figure depends on the fuel receiving pressure area of the small-diameter nozzle needle 2 (see A2 in FIG. 1) and the nozzle. 4, that is, the fuel pressure in the
[0048]
Thereafter, when the injector drive current from the ECU is stopped, when the solenoid valve is closed, the
[0049]
As a result, the large diameter nozzle needle 1 is pressed against the
[0050]
[Effects of Embodiment]
Here, in the conventional back pressure control type injector, the injection amount (= injection period) of the fuel injected and supplied into the cylinder of the engine from a plurality of injection holes formed on the tip side of the nozzle body of the injector is: In the related art, the solenoid valve opening time is determined by the solenoid valve opening time determined according to the operating state or operating condition of the engine, that is, by the energization time to the solenoid valve of the injector. However, even if there is a slight variation in the injection amount, the variation in the injection amount in a small injection amount region such as the pilot injection performed before the main injection or the after injection performed after the main injection has a problem. Was.
[0051]
Therefore, in order to solve the problem, in the back pressure
[0052]
That is, in the early stage of the injection start, in which the fuel injection into the k-cylinder of the engine is started, only the large-diameter nozzle needle 1 is lifted, so that the fuel receiving area of the nozzle needle is made smaller than that in the middle of the fuel injection, so that the nozzle needle The pushing force is reduced, and during the subsequent fuel injection, not only the large-diameter nozzle needle 1 but also the small-diameter nozzle needle 2 is lifted, so that the fuel receiving pressure area of the nozzle needle is made larger than at the beginning of the injection start, and Pushing force can be increased.
[0053]
Therefore, by making the fuel receiving pressure area of the nozzle needle at the beginning of the injection smaller than during the fuel injection, as shown by the solid line in the graph of FIG. Therefore, the change in the amount of fuel injected into the cylinder of the engine becomes smaller than during the fuel injection, and the fuel is injected into the cylinder of the engine during the fuel injection in response to the change in the valve opening time. The change in the fuel injection amount can be greater than in the initial stage of the injection start.
[0054]
As a result, in the characteristics of the solenoid valve opening time and the injection amount, it is possible to reduce the influence of the solenoid valve opening time in the early injection start, for example, in a small injection amount region such as pilot injection or pre-injection. That is, it is possible to suppress an injection variation in a small injection amount region such as a pilot injection or a pre-injection due to a slight variation in the solenoid valve opening time. In particular, controllability of the minute injection amount can be improved.
[0055]
[Modification]
In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a common rail type fuel injection system is shown. However, the present invention is not provided with the
[0056]
Further, the number of pilot injections (also referred to as pre-injections) performed prior to the main injection may be arbitrarily set to one or more. Pilot injection or pre-injection may be performed by lifting only the large-diameter nozzle needle 1, and main injection may be performed by lifting both the large-diameter nozzle needle 1 and the small-diameter nozzle needle 2. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main structure of an injector (Example).
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the entire structure of the injector (Example).
FIG. 3 is a schematic diagram showing an entire configuration of a common rail type fuel injection system (Example).
FIG. 4 is a graph showing an injection amount characteristic with respect to a solenoid valve opening time (Example).
[Explanation of symbols]
1 Large diameter nozzle needle
2 Small diameter nozzle needle
3 Nozzle body
4 nozzles
5 Nozzle holder
6. First coil spring (first needle biasing means)
7. Second coil spring (second needle biasing means)
8 Command piston
9 Solenoid valve (actuator)
10 orifice
11 1st sheet part
12 Second seat part
13 Oil pool
14 Nozzle chamber
16 In orifice (fuel supply path)
17 Out orifice (communication passage)
19 Pressure control room
21 Fuel supply path
22 Fuel supply path
23 Fuel supply path
24 Fuel supply path
25 Fuel discharge path
26 Fuel discharge path
30 Ball valve (valve element)
36 Fuel discharge path
37 Fuel discharge path
53 Injector (Electromagnetic fuel injection valve)
Claims (7)
燃料を噴射する噴孔、およびこの噴孔を開閉するノズルニードルを有し、前記弁体の開弁時間に応じた噴射量の燃料噴射を行なうノズルと、
前記ノズルニードルを閉弁方向に付勢するニードル付勢手段とを備え、
前記弁体が開弁して、前記ノズル内の燃料圧力により前記ノズルニードルを押し上げる押し上げ力が、前記ノズルニードルを押し下げるノズル背圧として作用する前記圧力制御室内の燃料圧力と前記ニードル付勢手段の付勢力との和よりも上回ると、前記ノズルニードルがリフトを開始する燃料噴射弁であって、
噴射開始初期の、前記ノズル内の燃料圧力による押し上げ力、あるいはその押し上げ力を受ける前記ノズルニードルの燃料受圧面積を、その噴射開始後の燃料噴射途中よりも小さくしたことを特徴とする燃料噴射弁。A valve that opens and closes a communication path that connects the pressure control chamber to which fuel is supplied via the fuel supply path and the fuel discharge path, and drives the valve to change the fuel pressure in the pressure control chamber An actuator,
An injection hole for injecting fuel, and a nozzle having a nozzle needle for opening and closing the injection hole, and performing a fuel injection of an injection amount according to a valve opening time of the valve body;
Needle biasing means for biasing the nozzle needle in the valve closing direction,
The valve body is opened, and a pushing force that pushes up the nozzle needle by the fuel pressure in the nozzle acts as a nozzle back pressure that pushes down the nozzle needle. A fuel injection valve that starts lifting when the nozzle needle starts to lift when the sum is greater than the sum of the urging force;
A fuel injection valve, characterized in that, at the beginning of the injection start, the pushing force by the fuel pressure in the nozzle or the fuel receiving pressure area of the nozzle needle receiving the pushing force is smaller than that during the fuel injection after the start of the injection. .
前記ノズルニードルを、前記噴射開始初期にリフトを開始する略円筒状の大径ノズルニードルと、この大径ノズルニードル内に摺動可能に収容されて、前記噴射開始後の燃料噴射途中にリフトを開始する小径ノズルニードルとに2分割したことを特徴とする燃料噴射弁。The fuel injection valve according to claim 1,
The nozzle needle, a substantially cylindrical large-diameter nozzle needle that starts lifting at the beginning of the injection start, and is slidably housed in the large-diameter nozzle needle, and lifts during the fuel injection after the start of the injection. A fuel injection valve, wherein the fuel injection valve is divided into a small-diameter nozzle needle to start.
前記噴射開始初期の、前記ノズル内の燃料圧力による押し上げ力を、前記大径ノズルニードルの燃料受圧面積と前記ノズル内の燃料圧力とにより決定し、
前記噴射開始後の燃料噴射途中の、前記ノズル内の燃料圧力による押し上げ力を、前記大径ノズルニードルと前記小径ノズルニードルとの燃料受圧面積の和と前記ノズル内の燃料圧力とにより決定したことを特徴とする燃料噴射弁。The fuel injection valve according to claim 2,
In the initial stage of the injection start, the pushing force by the fuel pressure in the nozzle is determined by the fuel receiving pressure area of the large-diameter nozzle needle and the fuel pressure in the nozzle,
During the fuel injection after the start of the injection, the pushing force by the fuel pressure in the nozzle is determined by the sum of the fuel receiving pressure areas of the large-diameter nozzle needle and the small-diameter nozzle needle and the fuel pressure in the nozzle. A fuel injection valve characterized by the above-mentioned.
前記大径ノズルニードルの先端側には、略円錐筒形状のテーパ部が設けられ、
前記大径ノズルニードルの外周には、略円環形状の段差部が設けられ、
前記テーパ部および前記段差部は、前記大径ノズルニードルのリフト開始時に、前記ノズル内の燃料圧力を受ける燃料受圧面積となることを特徴とする燃料噴射弁。The fuel injection valve according to claim 2 or 3,
On the tip side of the large-diameter nozzle needle, a substantially conical cylindrical taper portion is provided,
A substantially annular step portion is provided on the outer periphery of the large-diameter nozzle needle,
The fuel injection valve, wherein the tapered portion and the stepped portion have a fuel receiving pressure area for receiving a fuel pressure in the nozzle when the large diameter nozzle needle starts lifting.
前記小径ノズルニードルの先端側には、略円錐形状のテーパ部が設けられ、
前記小径ノズルニードルの外周には、略円環形状の段差部が設けられ、
前記テーパ部および前記段差部は、前記小径ノズルニードルのリフト開始時に、前記ノズル内の燃料圧力を受ける燃料受圧面積となることを特徴とする燃料噴射弁。The fuel injection valve according to any one of claims 2 to 4,
On the tip side of the small-diameter nozzle needle, a substantially conical tapered portion is provided,
A substantially annular step portion is provided on the outer periphery of the small-diameter nozzle needle,
The fuel injection valve, wherein the tapered portion and the stepped portion have a fuel receiving pressure area for receiving a fuel pressure in the nozzle when the small-diameter nozzle needle starts lifting.
前記ニードル付勢手段は、前記大径ノズルニードルと前記ノズルホルダーとの間に保持されて、前記大径ノズルニードルを閉弁方向に付勢する第1ニードル付勢手段、および前記小径ノズルニードルと前記コマンドピストンとの間に保持されて、前記小径ノズルニードルを閉弁方向に付勢する第2ニードル付勢手段を有していることを特徴とする燃料噴射弁。The fuel injection valve according to any one of claims 2 to 5, wherein the nozzle holder holds the nozzle and guides fuel to the nozzle, and is slidably housed in the nozzle holder. And a command piston connected to the nozzle needle,
A first needle urging unit that is held between the large-diameter nozzle needle and the nozzle holder and urges the large-diameter nozzle needle in a valve-closing direction; and the small-diameter nozzle needle. A fuel injection valve, comprising: a second needle urging unit that is held between the command piston and urges the small-diameter nozzle needle in a valve closing direction.
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