JP2004332545A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関において、燃料噴射弁用針弁の全リフト領域において燃料噴射量の制御精度を向上して、燃料噴射量の制御精度低下に伴う機関出力低下や黒煙排出量の増大あるいはＮＯｘ（窒素酸化物）排出量の増大の発生を回避するとともに、針弁作動用の電磁アクチュエータの小型低コスト化を実現し得る燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】針弁の外周に刻設されてパイロット弁の変位により作動油の入口部とパイロット油室とを連通あるいは遮断する制御溝を備えてなる内燃機関の燃料噴射装置において、前記針弁の制御溝は、前記作動油入口部とパイロット油室との間の作動油流路面積を該針弁のリフトに従い変化するように構成されてなることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】針弁の外周に刻設されてパイロット弁の変位により作動油の入口部とパイロット油室とを連通あるいは遮断する制御溝を備えてなる内燃機関の燃料噴射装置において、前記針弁の制御溝は、前記作動油入口部とパイロット油室との間の作動油流路面積を該針弁のリフトに従い変化するように構成されてなることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、特にディーゼル機関の燃料噴射装置に適用され、所定圧力に蓄圧された燃料が導入される燃料噴射弁の油溜めと噴孔との間の油路を開閉する針弁を、パイロット油室、パイロット弁及び針弁外周に刻設された制御溝を備えた針弁開閉手段により駆動するように構成された燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関においては、高圧型燃料ポンプにより高圧に加圧された高圧燃料を各シリンダ共通の燃料コモンレール（蓄圧装置）に蓄圧し、該コモンレールに接続されている各シリンダの燃料噴射弁を電磁式アクチュエータにより開閉制御するように構成された蓄圧式燃料噴射装置を用いることにより、高精度の燃料噴射制御を可能として、機関の高出力化、低燃費（低燃料消費率）化及びＮＯｘ排出量あるいは黒煙排出量の抑制を図っている。
【０００３】
かかる燃料コモンレールを備えた蓄圧式燃料噴射装置の１つとして、特許文献１（特開２００１−２３４８３０号公報）の技術がある。
かかる先行技術においては、燃料噴射弁の針弁を、電磁アクチュエータによって駆動される針弁開閉手段により針弁の上面側から該針弁及びノズル本体のシート部側に向かう閉弁力と前記シート部側から上面側に向かう開弁力との差によって開閉するように構成している。
【０００４】
そしてかかる先行技術における前記針弁開閉手段は、針弁の反シート部側端面が臨み作動油が給排されるパイロット油室と、前記電磁アクチュエータにより往復駆動され該パイロット油室の作動油出口を開閉して前記針弁の変位を制御するパイロット弁と、針弁の外周に刻設されて前記パイロット弁の変位により前記作動油の入口部と前記パイロット油室とを連通あるいは遮断する制御溝とを備えて構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２３４８３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１のような先行技術においては、針弁の外周に刻設されてパイロット弁の変位により作動油の入口部とパイロット油室とを連通あるいは遮断する制御溝１２は、図７に示されるように、その幅Ｗ０が針弁のリフト方向に一定幅つまり作動油の流路面積が一定になるように構成されている。
【０００７】
図６は、かかる従来技術における針弁２のリフトとパイロット弁の開度及び燃料の噴射率との関係を示す。図において、パイロット弁が開くと、その開度に応じて針弁２の位置が該パイロット弁の開度に比例して変化する。一方、噴射率は針弁リフトの増大に従い増大するが、一定リフト以上になると針弁２と弁座とのシート部の絞りにより噴孔での絞りが支配的となり、針弁リフトが増大しても噴射率が増大しない領域となる。
【０００８】
このためかかる従来技術にあっては、前記のような針弁リフトの増大に対して噴射率の増大が小さい針弁２の大リフト領域では、パイロット弁開度変化に対する噴射率変化の応答性が低下することとなる。従ってかかる従来技術にあっては、針弁大リフト領域ではパイロット弁の開度を増大して前記噴射率の増大抑制を補充するため、該パイロット弁を駆動する電磁アクチュエータのストロークを大きく採ることを要し、電磁アクチュエータが大型化し高コストとなるとともに、前記針弁大リフト領域では燃料噴射率の制御精度つまり燃料噴射量の制御精度が低下し、機関の出力低下や黒煙排出量の増大あるいはＮＯｘ（窒素酸化物）排出量の増大を引き起し易い、
等の問題点を有している。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関において、燃料噴射弁用針弁の全リフト領域において燃料噴射量の制御精度を向上して、燃料噴射量の制御精度低下に伴う機関出力低下や黒煙排出量の増大あるいはＮＯｘ（窒素酸化物）排出量の増大の発生を回避するとともに、針弁作動用の電磁アクチュエータの小型低コスト化を実現し得る燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、針弁開閉手段により駆動される針弁のシート部と弁座との着脱によって燃料噴射弁の油溜めと噴孔との間の油路を開閉することにより加圧燃料の噴射を制御するように構成され、前記針弁開閉手段は前記針弁の反シート部側端面が臨み作動油が給排されるパイロット油室と、該パイロット油室の作動油出口を開閉して前記針弁の変位を制御するパイロット弁と、前記針弁の外周に刻設されて前記パイロット弁の変位により前記作動油の入口部と前記パイロット油室とを連通あるいは遮断する制御溝とを備えてなる内燃機関の燃料噴射装置において、前記針弁の制御溝は、前記作動油入口部とパイロット油室との間の作動油流路面積を該針弁のリフトに従い変化するように構成されてなることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置を提案する。
尚、前記制御溝は、請求項８記載のように、溝の幅を変化させることにより作動油流路面積を調整するように構成するのがよい。
【００１１】
請求項１において前記制御溝は、具体的には請求項２ないし７のように構成する。
すなわち請求項２においては、前記制御溝は前記作動油流路面積を前記針弁の一定以上の大リフト区間において小リフト区間よりも縮小するように形成してなる。
請求項３においては、前記制御溝は前記作動油流路面積を前記針弁の一定以下の小リフト区間において大リフト区間よりも拡大するように形成してなる。
請求項４においては、前記制御溝は前記作動油流路面積を前記針弁の最大リフト近傍の最大リフト区間において該最大リフト区間よりも低リフト側に対して拡大するように形成してなる。
請求項５においては、請求項２ないし４の構成を組み合わせ、前記制御溝は前記作動油流路面積を針弁の軸方向において３段階に変化させ、中リフト区間において小リフト区間よりも縮小し大リフト区間において中リフト区間よりも拡大するように形成してなる。
【００１２】
請求項６及び７は前記制御溝の変形型に係り、請求項６においては、前記制御溝は針弁の軸方向において単一の溝と周方向に分割された複数の溝とを接続してなり、前記複数の溝の本数を変化させることにより前記作動油流路面積を調整するように形成してなる。
請求項７おいては、前記制御溝は溝の幅が連続的に変化するテーパ形状に形成されてなる。
【００１３】
かかる発明によれば、針弁の制御溝を、該制御溝に接続される作動油入口部とパイロット油室との間の作動油流路面積が針弁のリフトに従い変化するように構成したので、例えば請求項２のように前記制御溝の形状を針弁の大リフト領域における作動油流路面積が小リフト領域における作動油流路面積よりも小さくなるように形成し小さいパイロット弁開度変化に対して噴射率変化を大きくして、針弁リフトの増大に対して噴射率つまり燃料噴射量の増大が抑制されるのを回避する、あるいは請求項３のように前記制御溝の形状を針弁の小リフト領域における作動油流路面積が大リフト領域における作動油流路面積よりも大きくなるように形成しパイロット弁開度の微小変化に対して作動油流路面積の増加率を大きくして針弁小リフト領域における針弁の位置制御精度つまり燃料噴射量制御精度を上昇させるとともに噴射率の立ち上がりを早くする、あるいは請求項４のように制御溝の形状を針弁の最大リフト近傍の最大リフト区間における作動油流路面積が低リフト側に対して拡大するように形成して最大リフト近傍での針弁の急激なリフト増大に伴う針弁の破損発生を回避する、等のパイロット弁開度に対する燃料噴射量の制御を目的に応じて自在に行うことが可能となる。
【００１４】
これにより、針弁の全リフト領域において燃料噴射量の制御精度および制御の応答性が向上し、従来技術のような燃料噴射量の制御精度低下に伴う機関出力低下や黒煙排出量の増大あるいはＮＯｘ（窒素酸化物）排出量の増大の発生が回避されるとともに、針弁大リフト領域における針弁作動用電磁アクチュエータの作動量増大及びこれに伴う該電磁アクチュエータの容量増大を回避でき、該電磁アクチュエータを小型低コスト化することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１６】
図１は本発明の第１、２、４実施例に係る針弁の制御溝形成部近傍の部分側面図、図２は第３実施例を示す図１対応図、図３は第５実施例を示す図１対応図、図４は第６実施例を示す図１対応図である。図５の（Ａ）は前記針弁が装着されるディーゼル機関用燃料噴射装置の要部構成図で針弁開の状態を示す図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ―Ａ断面図である。図６は針弁のリフトとパイロット弁の開度及び燃料の噴射率との関係を示し、（Ａ）は本発明、（Ｂ）は従来技術を示す。
【００１７】
本発明に係る針弁が装着されるディーゼル機関用燃料噴射装置示す図５において、１４は燃料蓄圧管（燃料コモンレール）、１５は高圧型の燃料ポンプ、１６は燃料タンク、１７は燃料管で、該燃料タンク１６内の燃料を燃料ポンプ１５にて高圧に加圧し燃料管１７を通して燃料蓄圧管１４に送り込み、該燃料蓄圧管１４に蓄圧するようになっている。
２２は作動油の共通油管、２３は作動油ポンプ、２５は作動油タンク、２４は作動油管で、該作動油タンク２５内の作動油を作動油ポンプ２３により作動油管２４を通して共通油管２２に送り込み、該共通油管２２に収容するようになっている。
【００１８】
１は燃料噴射弁で次のように構成されている。
５は噴射弁本体、４は該噴射弁本体５の先端部に複数個穿孔された噴孔で、該噴孔４より燃料の噴霧７が噴射される。６は該噴孔４に連通される先端通路、２は該噴射弁本体５内に往復摺動可能に嵌合された針弁、９は前記噴射弁本体５内に該針弁２の外周面が臨んで形成された油溜めであり、前記燃料蓄圧管１４からの高圧燃料が燃料入口８を経て該油溜め９に導入されるようになっている。
また前記針弁２の先端部には円錐状のシート部２ａが形成され、該シート部２ａが前記噴射弁本体５に形成された弁座５ａに着脱することにより、前記油溜め９と先端通路６及び噴孔４とを連通あるいは遮断するようになっている。
【００１９】
１３は前記噴射弁本体５に前記油溜め９と隔壁０１０及び０１３を隔てて形成された入口側の油室で、前記針弁２の大径部である本体部２ｂの外周面が臨み、前記共通油管２２からの作動油が作動油入口２７を経て該油室１３に導入されるようになっている。
１９は前記噴射弁本体５に前記油室１３と隔壁１１を隔てて形成されたパイロット制御室で、前記針弁２の前記シート部２ａとは反対側の端面１８が臨んで形成されている。
そして、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、前記針弁２の前記本体部２ｂ外周面には所定長さに亘って後述する形状を有する制御溝１２が形成され、前記油室１３と油溜め９との差圧による前記針弁２の軸方向移動により、前記油室１３とパイロット制御室１９とが該制御溝１２を介して連通可能となっている。
【００２０】
３１はパイロット弁で、前記噴射弁本体５の端部に穿孔された前記パイロット制御室１９のパイロット油出口穴２１を開閉するものである。即ち、該パイロット弁３１は、平板状の当接面３１ａを前記噴射弁本体５の端部に形成された弁座面５ｃに着脱することにより、前記パイロット制御室１９のパイロット油出口穴２１を開閉するようになっている。
【００２１】
３０は電磁アクチュエータであり、次のように構成されている。
３３は磁石（電磁石）で、磁石３３への通電によって前記パイロット弁３１が往復動変位せしめられるようになっている。３４はばねで、前記パイロット弁３１のアーマチュア兼支持部３１ｂとアクチュエータの本体部３５との間に介装され、前記パイロット弁３１を閉弁する方向に付勢されている。
【００２２】
かかる燃料噴射装置において、針弁２が閉じた状態においては、パイロット弁３１は全閉あるいは微小開度となっており、前記針弁２の本体部２ｂに形成された制御溝１２はこれの端面１２ａと前記隔壁１１のパイロット制御室１９側の平面１１ａとの間に形成されたＸ＋Ｘｌなる軸方向長さにおいて前記パイロット制御室１９に連通されている。
【００２３】
そして、前記共通油管２２内のパイロット油供給圧力が前記燃料蓄圧管１４内の燃料圧力よりも大きく設定されているので、前記共通油管２２内の作動油は油室１３及び制御溝１２を経てパイロット制御室１９に入り、前記針弁２の端面１８に作用することにより針弁２のシート部２ａは前記パイロット油供給圧力と燃料圧力との圧力差によって噴射弁本体５の弁座５ａに押し付けらる。これにより、前記針弁２は高圧下においても高いシール性で以って噴孔４側を遮断して無噴射状態が保持される。
【００２４】
針弁２の開弁時には、前記電磁アクチュエータ３０の磁石３３に電流を付与してパイロット弁３１をリフトさせ前記パイロット油出口穴２１を開口すると、前記針弁２に作用するパイロット制御室１９内の作動油による力と油溜め９内の燃料による力とが平衡する位置即ち前記制御溝１２の開口面積とパイロット弁３１の開口面積（パイロット油出口穴２１の開口面積）とが等しくなる位置にて針弁２が整定されることにより、該針弁２が開弁され、油溜め９内の燃料が先端通路６を経て噴孔４からシリンダ内に噴射される。
【００２５】
本発明は前記のような電磁制御蓄圧式燃料噴射装置に適用される燃料噴射弁の改良、具体的には該燃料噴射弁用針弁の改良に関するものである。
即ち本発明においては前記針弁２の制御溝１２の形状を、作動油入口側の油室１３とパイロット制御室（パイロット油室）１９との間の作動油流路面積を該針弁２のリフトに従い変化するように構成しており、具体的には該制御溝１２の深さｈを一定とし（図５（Ｂ）参照）、該制御溝１２の幅Ｗを針弁２のリフトに従い変化するように構成している。
【００２６】
図１に実線及び鎖線で示す前記制御溝１２の第１実施例においては、針弁２の一定リフト以上の大リフト区間ｅ１（図の実線及び鎖線の区間）における溝１２ｇの幅Ｗ２を小リフト区間ｅ２における溝１２ｃの幅Ｗ３よりも縮小するように形成している。
【００２７】
かかる第１実施例によれば、前記制御溝１２における大リフト区間ｅ１の溝１２ｇの作動油流路面積が小リフト区間ｅ２の溝１２ｃの作動油流路面積よりも小さくなるので、パイロット弁３１の小さい開度変化に対して燃料噴射率の変化つまり燃料噴射量の変化が大きくなる。
これにより、図６の（Ａ）に示すように、針弁リフトの小リフト区間ｅ２の溝１２ｃ（幅Ｗ３）から大リフト区間ｅ１の溝１２ｇに変化するＳ１点を境にしてパイロット弁３１の開度に対する針弁リフト及び燃料噴射率の増加率が大きくなり、これに従いｆ１点以上領域における燃料噴射率（燃料噴射量）の変化率が抑制されるのを回避できる。
【００２８】
図１に前記第１実施例の重ねて示す前記制御溝１２の第２実施例においては、針弁２の一定リフト以下の小リフト区間ｅ２における溝１２ｃの幅Ｗ３を大リフト区間ｅ１よりも拡大するように形成している。
かかる第２実施例によれば、前記制御溝１２における小リフト区間ｅ２の溝１２ｃの作動油流路面積が大リフト区間ｅ１の作動油流路面積よりも大きくなるので、パイロット弁３１の開度の微小変化に対して作動油流路面積の増加率を大きくして、針弁２の小リフト領域における針弁２の位置制御精度つまり燃料噴射量制御精度を上昇させることができるとともに、噴射率の立ち上がりを早くすることができる。
【００２９】
図２に示す前記制御溝１２の第３実施例においては、針弁２の最大リフト近傍の最大リフト区間ｅ５における溝１２ｅの幅Ｗ１１を該最大リフト区間ｅ５よりも低リフト区間ｅ６における溝１２ｆの幅Ｗ１２に対して拡大するように形成する。
かかる第３実施例によれば、針弁２の最大リフト近傍の最大リフト区間ｅ５における作動油流路面積がこれよりも低リフト区間ｅ６における作動油流路面積に対して拡大されるので、該最大リフト区間ｅ５において作動油流路面積の大きい溝１２ｅを通ってパイロット制御室１９に流入する作動油流量が増加して針弁２への押圧力が増大し該針弁２のリフトが抑制される。これにより、針弁２の最大リフト近傍での急激な針弁リフト増大に伴う該針弁２の破損発生を回避できる。
【００３０】
図１に前記第１、第２実施例と重ねて実線で示す前記制御溝１２の第４実施例は、前記第１実施例と第２実施例とを組み合わせたもので、前記制御溝１２の作動油流路面積を針弁２の軸方向において３段階に変化させ、針弁２の中リフト区間ｅ４おける溝１２ｂの幅Ｗ２をこれよりも小リフト区間ｅ２における溝１２ｃの幅Ｗ３よりも縮小し、最大リフト近傍の大リフト区間ｅ３における溝１２ｃの幅Ｗ１を中リフト区間ｅ４よりも拡大するように形成している。
【００３１】
かかる第４実施例によれば、前記第１実施例と第２実施例との相乗効果が得られ、前記小リフト区間ｅ２においてパイロット弁３１の開度の微小変化に対して作動油流路面積の増加率が大きくなることにより小リフト領域における針弁２の位置制御精度つまり燃料噴射量制御精度を上昇させることができるとともに噴射率の立ち上がりを早くすることができ、中リフト区間ｅ４から大リフト区間にかけての溝１２ｂの作動油流路面積が小さくなることによりパイロット弁３１の小さい開度変化に対して燃料噴射率の変化つまり燃料噴射量の変化を大きくすることができて燃料噴射量の変化率が抑制されるのを回避でき、最大リフト近傍の大リフト区間ｅ３において作動油流路面積の大きい溝１２ａを通ってパイロット制御室１９に流入する作動油流量が増加して針弁２への押圧力が増大し該針弁２のリフトが抑制されことにより、針弁２の最大リフト近傍での急激な針弁リフト増大に伴う該針弁２の破損発生を回避できる。
【００３２】
図３に示す前記制御溝１２の第５実施例においては、前記制御溝１２は、溝１２ｄの幅を小リフト側のＷ５から大リフト側のＷ４のように大リフト方向において連続的に拡大するようなテーパ形状に形成されている。前記テーパ形状の溝１２ｄは前記とは逆にＷ５＞Ｗ４となるように形成してもよい。
このように構成すれば、作動油流路面積を針弁２のリフト変化に対して連続的に変化させることが可能となる。
【００３３】
図４に示す前記制御溝１２の第６実施例においては、前記制御溝１２は針弁２の大リフト区間ｅ７における幅Ｗ６なる単一の溝１２ｈと小リフト区間ｅ９における幅Ｗ８なる単一の溝１２ｊとの間の中リフト区間ｅ８に、周方向に分割された幅Ｗ７なる複数の溝１２ｉを形成している。この場合は、前記中リフト区間ｅ８の溝１２ｉの数を変化させることにより、針弁２のリフト特性を調整できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、針弁の制御溝を、該制御溝に接続される作動油入口部とパイロット油室との間の作動油流路面積が針弁のリフトに従い変化するように構成したので、パイロット弁開度に対する燃料噴射量の制御を目的に応じて自在に行うことが可能となる。
これにより、針弁の全リフト領域において燃料噴射量の制御精度および制御の応答性が向上し、従来技術のような燃料噴射量の制御精度低下に伴う機関出力低下や黒煙排出量の増大あるいはＮＯｘ（窒素酸化物）排出量の増大の発生が回避されるとともに、針弁大リフト領域における針弁作動用電磁アクチュエータの作動量増大及びこれに伴う該電磁アクチュエータの容量増大を回避でき、該電磁アクチュエータを小型低コスト化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、２、４実施例に係る針弁の制御溝形成部近傍の部分側面図である。
【図２】第３実施例を示す図１対応図である。
【図３】第５実施例を示す図１対応図である。
【図４】第６実施例を示す図１対応図である。
【図５】（Ａ）は前記針弁が装着されるディーゼル機関用燃料噴射装置の要部構成図で針弁開の状態を示す図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ―Ａ断面図である。
【図６】針弁のリフトとパイロット弁の開度及び燃料の噴射率との関係を示し、（Ａ）は本発明、（Ｂ）は従来技術を示す。
【図７】従来技術を示す図１対応図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁
２ 針弁
２ａ シート部
２ｂ 本体部
４ 噴孔
５ 噴射弁本体
５ａ 弁座
９ 油溜め
１１、０１０、０１３ 隔壁
１２ 制御溝
１４ 燃料蓄圧管
１９ パイロット制御室
２１ パイロット油出口穴
２２ 共通油管
３０ アクチュエータ
３１ パイロット弁
３３ 磁石
３４ ばね
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、特にディーゼル機関の燃料噴射装置に適用され、所定圧力に蓄圧された燃料が導入される燃料噴射弁の油溜めと噴孔との間の油路を開閉する針弁を、パイロット油室、パイロット弁及び針弁外周に刻設された制御溝を備えた針弁開閉手段により駆動するように構成された燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関においては、高圧型燃料ポンプにより高圧に加圧された高圧燃料を各シリンダ共通の燃料コモンレール（蓄圧装置）に蓄圧し、該コモンレールに接続されている各シリンダの燃料噴射弁を電磁式アクチュエータにより開閉制御するように構成された蓄圧式燃料噴射装置を用いることにより、高精度の燃料噴射制御を可能として、機関の高出力化、低燃費（低燃料消費率）化及びＮＯｘ排出量あるいは黒煙排出量の抑制を図っている。
【０００３】
かかる燃料コモンレールを備えた蓄圧式燃料噴射装置の１つとして、特許文献１（特開２００１−２３４８３０号公報）の技術がある。
かかる先行技術においては、燃料噴射弁の針弁を、電磁アクチュエータによって駆動される針弁開閉手段により針弁の上面側から該針弁及びノズル本体のシート部側に向かう閉弁力と前記シート部側から上面側に向かう開弁力との差によって開閉するように構成している。
【０００４】
そしてかかる先行技術における前記針弁開閉手段は、針弁の反シート部側端面が臨み作動油が給排されるパイロット油室と、前記電磁アクチュエータにより往復駆動され該パイロット油室の作動油出口を開閉して前記針弁の変位を制御するパイロット弁と、針弁の外周に刻設されて前記パイロット弁の変位により前記作動油の入口部と前記パイロット油室とを連通あるいは遮断する制御溝とを備えて構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２３４８３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１のような先行技術においては、針弁の外周に刻設されてパイロット弁の変位により作動油の入口部とパイロット油室とを連通あるいは遮断する制御溝１２は、図７に示されるように、その幅Ｗ０が針弁のリフト方向に一定幅つまり作動油の流路面積が一定になるように構成されている。
【０００７】
図６は、かかる従来技術における針弁２のリフトとパイロット弁の開度及び燃料の噴射率との関係を示す。図において、パイロット弁が開くと、その開度に応じて針弁２の位置が該パイロット弁の開度に比例して変化する。一方、噴射率は針弁リフトの増大に従い増大するが、一定リフト以上になると針弁２と弁座とのシート部の絞りにより噴孔での絞りが支配的となり、針弁リフトが増大しても噴射率が増大しない領域となる。
【０００８】
このためかかる従来技術にあっては、前記のような針弁リフトの増大に対して噴射率の増大が小さい針弁２の大リフト領域では、パイロット弁開度変化に対する噴射率変化の応答性が低下することとなる。従ってかかる従来技術にあっては、針弁大リフト領域ではパイロット弁の開度を増大して前記噴射率の増大抑制を補充するため、該パイロット弁を駆動する電磁アクチュエータのストロークを大きく採ることを要し、電磁アクチュエータが大型化し高コストとなるとともに、前記針弁大リフト領域では燃料噴射率の制御精度つまり燃料噴射量の制御精度が低下し、機関の出力低下や黒煙排出量の増大あるいはＮＯｘ（窒素酸化物）排出量の増大を引き起し易い、
等の問題点を有している。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関において、燃料噴射弁用針弁の全リフト領域において燃料噴射量の制御精度を向上して、燃料噴射量の制御精度低下に伴う機関出力低下や黒煙排出量の増大あるいはＮＯｘ（窒素酸化物）排出量の増大の発生を回避するとともに、針弁作動用の電磁アクチュエータの小型低コスト化を実現し得る燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、針弁開閉手段により駆動される針弁のシート部と弁座との着脱によって燃料噴射弁の油溜めと噴孔との間の油路を開閉することにより加圧燃料の噴射を制御するように構成され、前記針弁開閉手段は前記針弁の反シート部側端面が臨み作動油が給排されるパイロット油室と、該パイロット油室の作動油出口を開閉して前記針弁の変位を制御するパイロット弁と、前記針弁の外周に刻設されて前記パイロット弁の変位により前記作動油の入口部と前記パイロット油室とを連通あるいは遮断する制御溝とを備えてなる内燃機関の燃料噴射装置において、前記針弁の制御溝は、前記作動油入口部とパイロット油室との間の作動油流路面積を該針弁のリフトに従い変化するように構成されてなることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置を提案する。
尚、前記制御溝は、請求項８記載のように、溝の幅を変化させることにより作動油流路面積を調整するように構成するのがよい。
【００１１】
請求項１において前記制御溝は、具体的には請求項２ないし７のように構成する。
すなわち請求項２においては、前記制御溝は前記作動油流路面積を前記針弁の一定以上の大リフト区間において小リフト区間よりも縮小するように形成してなる。
請求項３においては、前記制御溝は前記作動油流路面積を前記針弁の一定以下の小リフト区間において大リフト区間よりも拡大するように形成してなる。
請求項４においては、前記制御溝は前記作動油流路面積を前記針弁の最大リフト近傍の最大リフト区間において該最大リフト区間よりも低リフト側に対して拡大するように形成してなる。
請求項５においては、請求項２ないし４の構成を組み合わせ、前記制御溝は前記作動油流路面積を針弁の軸方向において３段階に変化させ、中リフト区間において小リフト区間よりも縮小し大リフト区間において中リフト区間よりも拡大するように形成してなる。
【００１２】
請求項６及び７は前記制御溝の変形型に係り、請求項６においては、前記制御溝は針弁の軸方向において単一の溝と周方向に分割された複数の溝とを接続してなり、前記複数の溝の本数を変化させることにより前記作動油流路面積を調整するように形成してなる。
請求項７おいては、前記制御溝は溝の幅が連続的に変化するテーパ形状に形成されてなる。
【００１３】
かかる発明によれば、針弁の制御溝を、該制御溝に接続される作動油入口部とパイロット油室との間の作動油流路面積が針弁のリフトに従い変化するように構成したので、例えば請求項２のように前記制御溝の形状を針弁の大リフト領域における作動油流路面積が小リフト領域における作動油流路面積よりも小さくなるように形成し小さいパイロット弁開度変化に対して噴射率変化を大きくして、針弁リフトの増大に対して噴射率つまり燃料噴射量の増大が抑制されるのを回避する、あるいは請求項３のように前記制御溝の形状を針弁の小リフト領域における作動油流路面積が大リフト領域における作動油流路面積よりも大きくなるように形成しパイロット弁開度の微小変化に対して作動油流路面積の増加率を大きくして針弁小リフト領域における針弁の位置制御精度つまり燃料噴射量制御精度を上昇させるとともに噴射率の立ち上がりを早くする、あるいは請求項４のように制御溝の形状を針弁の最大リフト近傍の最大リフト区間における作動油流路面積が低リフト側に対して拡大するように形成して最大リフト近傍での針弁の急激なリフト増大に伴う針弁の破損発生を回避する、等のパイロット弁開度に対する燃料噴射量の制御を目的に応じて自在に行うことが可能となる。
【００１４】
これにより、針弁の全リフト領域において燃料噴射量の制御精度および制御の応答性が向上し、従来技術のような燃料噴射量の制御精度低下に伴う機関出力低下や黒煙排出量の増大あるいはＮＯｘ（窒素酸化物）排出量の増大の発生が回避されるとともに、針弁大リフト領域における針弁作動用電磁アクチュエータの作動量増大及びこれに伴う該電磁アクチュエータの容量増大を回避でき、該電磁アクチュエータを小型低コスト化することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１６】
図１は本発明の第１、２、４実施例に係る針弁の制御溝形成部近傍の部分側面図、図２は第３実施例を示す図１対応図、図３は第５実施例を示す図１対応図、図４は第６実施例を示す図１対応図である。図５の（Ａ）は前記針弁が装着されるディーゼル機関用燃料噴射装置の要部構成図で針弁開の状態を示す図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ―Ａ断面図である。図６は針弁のリフトとパイロット弁の開度及び燃料の噴射率との関係を示し、（Ａ）は本発明、（Ｂ）は従来技術を示す。
【００１７】
本発明に係る針弁が装着されるディーゼル機関用燃料噴射装置示す図５において、１４は燃料蓄圧管（燃料コモンレール）、１５は高圧型の燃料ポンプ、１６は燃料タンク、１７は燃料管で、該燃料タンク１６内の燃料を燃料ポンプ１５にて高圧に加圧し燃料管１７を通して燃料蓄圧管１４に送り込み、該燃料蓄圧管１４に蓄圧するようになっている。
２２は作動油の共通油管、２３は作動油ポンプ、２５は作動油タンク、２４は作動油管で、該作動油タンク２５内の作動油を作動油ポンプ２３により作動油管２４を通して共通油管２２に送り込み、該共通油管２２に収容するようになっている。
【００１８】
１は燃料噴射弁で次のように構成されている。
５は噴射弁本体、４は該噴射弁本体５の先端部に複数個穿孔された噴孔で、該噴孔４より燃料の噴霧７が噴射される。６は該噴孔４に連通される先端通路、２は該噴射弁本体５内に往復摺動可能に嵌合された針弁、９は前記噴射弁本体５内に該針弁２の外周面が臨んで形成された油溜めであり、前記燃料蓄圧管１４からの高圧燃料が燃料入口８を経て該油溜め９に導入されるようになっている。
また前記針弁２の先端部には円錐状のシート部２ａが形成され、該シート部２ａが前記噴射弁本体５に形成された弁座５ａに着脱することにより、前記油溜め９と先端通路６及び噴孔４とを連通あるいは遮断するようになっている。
【００１９】
１３は前記噴射弁本体５に前記油溜め９と隔壁０１０及び０１３を隔てて形成された入口側の油室で、前記針弁２の大径部である本体部２ｂの外周面が臨み、前記共通油管２２からの作動油が作動油入口２７を経て該油室１３に導入されるようになっている。
１９は前記噴射弁本体５に前記油室１３と隔壁１１を隔てて形成されたパイロット制御室で、前記針弁２の前記シート部２ａとは反対側の端面１８が臨んで形成されている。
そして、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、前記針弁２の前記本体部２ｂ外周面には所定長さに亘って後述する形状を有する制御溝１２が形成され、前記油室１３と油溜め９との差圧による前記針弁２の軸方向移動により、前記油室１３とパイロット制御室１９とが該制御溝１２を介して連通可能となっている。
【００２０】
３１はパイロット弁で、前記噴射弁本体５の端部に穿孔された前記パイロット制御室１９のパイロット油出口穴２１を開閉するものである。即ち、該パイロット弁３１は、平板状の当接面３１ａを前記噴射弁本体５の端部に形成された弁座面５ｃに着脱することにより、前記パイロット制御室１９のパイロット油出口穴２１を開閉するようになっている。
【００２１】
３０は電磁アクチュエータであり、次のように構成されている。
３３は磁石（電磁石）で、磁石３３への通電によって前記パイロット弁３１が往復動変位せしめられるようになっている。３４はばねで、前記パイロット弁３１のアーマチュア兼支持部３１ｂとアクチュエータの本体部３５との間に介装され、前記パイロット弁３１を閉弁する方向に付勢されている。
【００２２】
かかる燃料噴射装置において、針弁２が閉じた状態においては、パイロット弁３１は全閉あるいは微小開度となっており、前記針弁２の本体部２ｂに形成された制御溝１２はこれの端面１２ａと前記隔壁１１のパイロット制御室１９側の平面１１ａとの間に形成されたＸ＋Ｘｌなる軸方向長さにおいて前記パイロット制御室１９に連通されている。
【００２３】
そして、前記共通油管２２内のパイロット油供給圧力が前記燃料蓄圧管１４内の燃料圧力よりも大きく設定されているので、前記共通油管２２内の作動油は油室１３及び制御溝１２を経てパイロット制御室１９に入り、前記針弁２の端面１８に作用することにより針弁２のシート部２ａは前記パイロット油供給圧力と燃料圧力との圧力差によって噴射弁本体５の弁座５ａに押し付けらる。これにより、前記針弁２は高圧下においても高いシール性で以って噴孔４側を遮断して無噴射状態が保持される。
【００２４】
針弁２の開弁時には、前記電磁アクチュエータ３０の磁石３３に電流を付与してパイロット弁３１をリフトさせ前記パイロット油出口穴２１を開口すると、前記針弁２に作用するパイロット制御室１９内の作動油による力と油溜め９内の燃料による力とが平衡する位置即ち前記制御溝１２の開口面積とパイロット弁３１の開口面積（パイロット油出口穴２１の開口面積）とが等しくなる位置にて針弁２が整定されることにより、該針弁２が開弁され、油溜め９内の燃料が先端通路６を経て噴孔４からシリンダ内に噴射される。
【００２５】
本発明は前記のような電磁制御蓄圧式燃料噴射装置に適用される燃料噴射弁の改良、具体的には該燃料噴射弁用針弁の改良に関するものである。
即ち本発明においては前記針弁２の制御溝１２の形状を、作動油入口側の油室１３とパイロット制御室（パイロット油室）１９との間の作動油流路面積を該針弁２のリフトに従い変化するように構成しており、具体的には該制御溝１２の深さｈを一定とし（図５（Ｂ）参照）、該制御溝１２の幅Ｗを針弁２のリフトに従い変化するように構成している。
【００２６】
図１に実線及び鎖線で示す前記制御溝１２の第１実施例においては、針弁２の一定リフト以上の大リフト区間ｅ１（図の実線及び鎖線の区間）における溝１２ｇの幅Ｗ２を小リフト区間ｅ２における溝１２ｃの幅Ｗ３よりも縮小するように形成している。
【００２７】
かかる第１実施例によれば、前記制御溝１２における大リフト区間ｅ１の溝１２ｇの作動油流路面積が小リフト区間ｅ２の溝１２ｃの作動油流路面積よりも小さくなるので、パイロット弁３１の小さい開度変化に対して燃料噴射率の変化つまり燃料噴射量の変化が大きくなる。
これにより、図６の（Ａ）に示すように、針弁リフトの小リフト区間ｅ２の溝１２ｃ（幅Ｗ３）から大リフト区間ｅ１の溝１２ｇに変化するＳ１点を境にしてパイロット弁３１の開度に対する針弁リフト及び燃料噴射率の増加率が大きくなり、これに従いｆ１点以上領域における燃料噴射率（燃料噴射量）の変化率が抑制されるのを回避できる。
【００２８】
図１に前記第１実施例の重ねて示す前記制御溝１２の第２実施例においては、針弁２の一定リフト以下の小リフト区間ｅ２における溝１２ｃの幅Ｗ３を大リフト区間ｅ１よりも拡大するように形成している。
かかる第２実施例によれば、前記制御溝１２における小リフト区間ｅ２の溝１２ｃの作動油流路面積が大リフト区間ｅ１の作動油流路面積よりも大きくなるので、パイロット弁３１の開度の微小変化に対して作動油流路面積の増加率を大きくして、針弁２の小リフト領域における針弁２の位置制御精度つまり燃料噴射量制御精度を上昇させることができるとともに、噴射率の立ち上がりを早くすることができる。
【００２９】
図２に示す前記制御溝１２の第３実施例においては、針弁２の最大リフト近傍の最大リフト区間ｅ５における溝１２ｅの幅Ｗ１１を該最大リフト区間ｅ５よりも低リフト区間ｅ６における溝１２ｆの幅Ｗ１２に対して拡大するように形成する。
かかる第３実施例によれば、針弁２の最大リフト近傍の最大リフト区間ｅ５における作動油流路面積がこれよりも低リフト区間ｅ６における作動油流路面積に対して拡大されるので、該最大リフト区間ｅ５において作動油流路面積の大きい溝１２ｅを通ってパイロット制御室１９に流入する作動油流量が増加して針弁２への押圧力が増大し該針弁２のリフトが抑制される。これにより、針弁２の最大リフト近傍での急激な針弁リフト増大に伴う該針弁２の破損発生を回避できる。
【００３０】
図１に前記第１、第２実施例と重ねて実線で示す前記制御溝１２の第４実施例は、前記第１実施例と第２実施例とを組み合わせたもので、前記制御溝１２の作動油流路面積を針弁２の軸方向において３段階に変化させ、針弁２の中リフト区間ｅ４おける溝１２ｂの幅Ｗ２をこれよりも小リフト区間ｅ２における溝１２ｃの幅Ｗ３よりも縮小し、最大リフト近傍の大リフト区間ｅ３における溝１２ｃの幅Ｗ１を中リフト区間ｅ４よりも拡大するように形成している。
【００３１】
かかる第４実施例によれば、前記第１実施例と第２実施例との相乗効果が得られ、前記小リフト区間ｅ２においてパイロット弁３１の開度の微小変化に対して作動油流路面積の増加率が大きくなることにより小リフト領域における針弁２の位置制御精度つまり燃料噴射量制御精度を上昇させることができるとともに噴射率の立ち上がりを早くすることができ、中リフト区間ｅ４から大リフト区間にかけての溝１２ｂの作動油流路面積が小さくなることによりパイロット弁３１の小さい開度変化に対して燃料噴射率の変化つまり燃料噴射量の変化を大きくすることができて燃料噴射量の変化率が抑制されるのを回避でき、最大リフト近傍の大リフト区間ｅ３において作動油流路面積の大きい溝１２ａを通ってパイロット制御室１９に流入する作動油流量が増加して針弁２への押圧力が増大し該針弁２のリフトが抑制されことにより、針弁２の最大リフト近傍での急激な針弁リフト増大に伴う該針弁２の破損発生を回避できる。
【００３２】
図３に示す前記制御溝１２の第５実施例においては、前記制御溝１２は、溝１２ｄの幅を小リフト側のＷ５から大リフト側のＷ４のように大リフト方向において連続的に拡大するようなテーパ形状に形成されている。前記テーパ形状の溝１２ｄは前記とは逆にＷ５＞Ｗ４となるように形成してもよい。
このように構成すれば、作動油流路面積を針弁２のリフト変化に対して連続的に変化させることが可能となる。
【００３３】
図４に示す前記制御溝１２の第６実施例においては、前記制御溝１２は針弁２の大リフト区間ｅ７における幅Ｗ６なる単一の溝１２ｈと小リフト区間ｅ９における幅Ｗ８なる単一の溝１２ｊとの間の中リフト区間ｅ８に、周方向に分割された幅Ｗ７なる複数の溝１２ｉを形成している。この場合は、前記中リフト区間ｅ８の溝１２ｉの数を変化させることにより、針弁２のリフト特性を調整できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、針弁の制御溝を、該制御溝に接続される作動油入口部とパイロット油室との間の作動油流路面積が針弁のリフトに従い変化するように構成したので、パイロット弁開度に対する燃料噴射量の制御を目的に応じて自在に行うことが可能となる。
これにより、針弁の全リフト領域において燃料噴射量の制御精度および制御の応答性が向上し、従来技術のような燃料噴射量の制御精度低下に伴う機関出力低下や黒煙排出量の増大あるいはＮＯｘ（窒素酸化物）排出量の増大の発生が回避されるとともに、針弁大リフト領域における針弁作動用電磁アクチュエータの作動量増大及びこれに伴う該電磁アクチュエータの容量増大を回避でき、該電磁アクチュエータを小型低コスト化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、２、４実施例に係る針弁の制御溝形成部近傍の部分側面図である。
【図２】第３実施例を示す図１対応図である。
【図３】第５実施例を示す図１対応図である。
【図４】第６実施例を示す図１対応図である。
【図５】（Ａ）は前記針弁が装着されるディーゼル機関用燃料噴射装置の要部構成図で針弁開の状態を示す図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ―Ａ断面図である。
【図６】針弁のリフトとパイロット弁の開度及び燃料の噴射率との関係を示し、（Ａ）は本発明、（Ｂ）は従来技術を示す。
【図７】従来技術を示す図１対応図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁
２ 針弁
２ａ シート部
２ｂ 本体部
４ 噴孔
５ 噴射弁本体
５ａ 弁座
９ 油溜め
１１、０１０、０１３ 隔壁
１２ 制御溝
１４ 燃料蓄圧管
１９ パイロット制御室
２１ パイロット油出口穴
２２ 共通油管
３０ アクチュエータ
３１ パイロット弁
３３ 磁石
３４ ばね
Claims (8)
- 針弁開閉手段により駆動される針弁のシート部と弁座との着脱によって燃料噴射弁の油溜めと噴孔との間の油路を開閉することにより加圧燃料の噴射を制御するように構成され、前記針弁開閉手段は前記針弁の反シート部側端面が臨み作動油が給排されるパイロット油室と、該パイロット油室の作動油出口を開閉して前記針弁の変位を制御するパイロット弁と、前記針弁の外周に刻設されて前記パイロット弁の変位により前記作動油の入口部と前記パイロット油室とを連通あるいは遮断する制御溝とを備えてなる内燃機関の燃料噴射装置において、前記針弁の制御溝は、前記作動油入口部とパイロット油室との間の作動油流路面積を該針弁のリフトに従い変化するように構成されてなることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記制御溝は、前記作動油流路面積を前記針弁の一定以上の大リフト区間において小リフト区間よりも縮小するように形成されてなることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記制御溝は、前記作動油流路面積を前記針弁の一定以下の小リフト区間において大リフト区間よりも拡大するように形成されてなることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記制御溝は、前記作動油流路面積を前記針弁の最大リフト近傍の最大リフト区間において該最大リフト区間よりも低リフト側に対して拡大するように形成されてなることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記制御溝は、前記作動油流路面積を針弁の軸方向において３段階に変化させ、中リフト区間において小リフト区間よりも縮小し大リフト区間において中リフト区間よりも拡大するように形成されてなることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記制御溝は、針弁の軸方向において単一の溝と周方向に分割された複数の溝とを接続してなり、前記複数の溝の本数を変化させることにより前記作動油流路面積を調整するように形成されてなることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記制御溝は、溝の幅が連続的に変化するようなテーパ形状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記制御溝は、該溝の幅を変化させることにより前記作動油流路面積を調整するように構成されてなることを特徴とする請求項１ないし６の何れかの項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015078629A1 (de) * | 2013-11-28 | 2015-06-04 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffinjektor |
-
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- 2003-04-30 JP JP2003124975A patent/JP2004332545A/ja active Pending
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| WO2015078629A1 (de) * | 2013-11-28 | 2015-06-04 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffinjektor |
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