JP2674266B2 - ディーゼル機関用燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディーゼル機関用燃料噴射装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来、ディーゼル機関用燃料噴射装置として特開昭59
−165858号公報に開示されるものがある。これは、高圧
燃料を蓄圧するコモンレールと呼ばれる共通の蓄圧配管
と、燃料を噴射するインジェクタとから構成される。こ
のインジェクタ内には、噴孔を開閉するノズルニードル
が摺動自在に配されるとともに、このノズルニードルに
作用する燃料圧を保持する背圧室を形成されており、こ
の背圧室の圧力が三方電磁弁によって高圧側の燃料圧と
低圧側の燃料圧とに切り換え制御されることにより、蓄
圧配管から供給された高圧燃料が噴射される。さらに、
噴射率を制御するため、背圧室の入口部には、背圧室か
ら低圧側への燃料の流れに対してのみ絞りとなるワンウ
ェイオリフィスが設けられており、これにより緩やかな
上昇と瞬時の噴射切れの噴射率であるデルタ型噴射が得
られる。

一方、ディーゼル機関においては、エンジン性能向上
のため、噴射初期は一定で再び上昇した後瞬時の噴射切
れの噴射率であるブーツ型噴射が望まれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述したワンウェイオリフィスの構成
では、その噴射率はワンウェイオリフィスの径により一
義的に決定され、しかもノズルニードルの上昇速度は、
上昇期間中ほとんど一定であるので、初期噴射率を抑え
るすなわちワンウェイオリフィスの径を絞るほど、ノズ
ルニードルの噴孔を絞る期間が長くなり、全噴射期間に
おける最大噴射率期間の割合が小さくなるという問題が
ある。

そこで、本発明でっは、高圧配管に蓄圧した高圧燃料
を、ノズルニードルおよび三方電磁弁を有するインジェ
クタにより噴射するディーゼル機関用燃料噴射装置にお
いて、ブーツ型噴射を達成することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のディーゼル機関用燃料噴射装置は、高圧燃料
を蓄える蓄圧配管と、噴孔を開閉する摺動自在に配され
たノズルニードル、このノズルニードルに作動させる圧
力を保持する圧力室の圧力を高圧側である前記蓄圧配管
の燃料圧と低圧側の燃料圧とに切り換える制御弁および
背圧室の燃料の流入および流出を制御する弁手段とを有
するインジェクタとを備え、制御弁を制御することによ
りノズルニードルを作動させて蓄圧配管内の燃料を前記
噴孔から噴射するディーゼル機関用燃料噴射装置におい
て、 弁手段は、相互に摺動自在に配された移動可能な第１
の弁部材と第２の弁部材とから構成されるとともに、圧
力室は、第１の弁部材と第２の弁部材とにより、ノズル
ニードルを閉弁させる方向の圧力を保持する背圧室と、
制御室とに区画され、第２の弁部材は弾性部材によりノ
ズルニードルの閉弁方向に付勢されており、ノズルニー
ドルが所定値以上開弁方向へ移動するとノズルニードル
と一体的に移動し、第１の弁部材あるいは第２の弁部材
には、背圧室と制御室とを連通する絞り通路が形成され
ていることを特徴とする。

〔実施例〕

以下、図面に基づき、本発明の実施例を説明する。

第１図において、インジェクタ100のケーシング部材
１は、ボディロワ1aと連結部1bと弁ケーシング1cとから
なり、リテーニングリング1dにより各部材1a,1b,1cが一
体化されている。その弁ケーシング1c内には弁体摺動孔
２および燃料溜り室３が形成され、先端にはその燃料溜
り室３に連通するノズルニードル５の大径部６が摺動自
在に嵌合されている。このノズルニードル５の大径部６
には連結部７が形成されるとともに、さらに下方には小
径部８および弁体部９が一体形成されている。そして、
この弁体部９によりシート部ｘが開閉され、ノズル孔４
からの噴射がON/OFFされる。上記ノズルニードル５の連
結部７の先端には、フランジ10,ピストンピン11および
ピストン12が一体的に連結されている。またノズルニー
ドル５は、バネ13により閉方向に付勢されている。前記
ピストン12はシリンダ14内に摺動自在に嵌合され、ま
た、シリンダ14内には圧力室15が形成されている。

圧力室15内にはプレート弁29が設けられており、この
プレート弁29は、第２図に示されるように、第１の弁部
材30、第２の弁部材31およびバネ３により構成され、ま
た、第１の弁部材30および第２の弁部材31により圧力室
15は背圧室33と制御室34とに区画されている。

第１の弁部材30は圧力室15内で移動可能に配設される
とともに、この第１の弁部材30は、後述する三方電磁弁
16側の通路36の開口部36aを閉塞するフランジ部30aと、
背圧室33の一部を形成する内部通路37を有する円環部30
bとから構成されている。また、フランジ部30aはバネ32
によって付勢されて開口部36aに着座するとともに、フ
ランジ部30aの外周には、フランジ部30aが開口部36aか
ら離れた時に、通路36内の燃料を制御室34に導入する連
通溝38が形成されている。さらに、円環部30bには、背
圧室33と制御室34とを連通する径の小さい絞り通路35が
形成されている。

第２の弁部材31は圧力室15内で移動可能に配設される
とともに、この第２の弁部材31は、シリンダ14の開口部
14aを閉塞するフランジ部31aと、第１の弁部材30の円環
部30bを摺動自在に保持する内部通路41を有する円環部3
1bとから構成されている。なお、フランジ部31aには、
背圧室33の一部を形成するテーパ形状又は段付状の孔39
が穿設されるとともに、外周には制御室34の燃料圧が第
２の弁部材の移動の抵抗とならないように連通溝40が形
成されている。また、フランジ部31aは、バネ32によっ
て付勢されて開口部14aに着座するとともに、ノズルニ
ードル５が所定値以上リフトすると、ピストン12の端部
はフランジ部31aに当接し、ノズルニードル12および第
２の弁部材31は一体的に移動する。

ピストン12の上方には三方電磁弁16が設けられてい
る。すなわち、シリンダ17内に、アウタバルブ18が摺動
自在に嵌合され、そのアウタバルブ18の内部孔18aには
インナバルブ19が配設されている。そして、コイル20が
消磁されている時にはアウタバルブ18はバネ21の力によ
り下方位置にあり、通路22と圧力室15とは通路36を介し
て連通した状態となる。また、コイル20が励磁されてい
る時にはアウタバルブ18は上方へ移動し、背圧室15とド
レイン通路23とが連通した状態となる。なお、ドレイン
通路23の燃料はドレインタンク27に抜くことができるよ
うになっている。

ケーシング部材１には燃料供給通路24が形成され、こ
の燃料供給通路24の一端は燃料溜り室３と接続されると
ともに、他端は三方電磁弁16の通路22とも接続されてい
る。

蓄圧配管26は、図示しない高圧供給ポンプから供給さ
れた高圧燃料を蓄圧しており、この蓄圧配管26は各気筒
毎に設けられたインジェクタ100にインレット25を介し
て高圧燃料を供給する。

次に、作動について説明する。

蓄圧配管26の高圧燃料は、インレット25を介してイン
ジェクタ100内に供給される。この燃料は通路24を介し
て燃料溜り室３に供給されるとともに、三方電磁弁16に
供給される。

この時、三方電磁弁16が消磁されている場合には、ア
ウタバルブ18はバネ21により着座しており、三方電磁弁
16に供給された燃料はインナバルブ19を図中上方へ移動
させて通路36に流入する。

通路36に流入した燃料は、圧力室15内に流入し、所定
時間経過した状態では、圧力室15（背圧室33および制御
室34）は高圧燃料で満たされ、第３図（ａ）に示される
ように、第１の弁部材30および第２の弁部材31はバネ32
によって付勢されて開口部36aおよび14aに着座してい
る。

コントローラ28は気筒判別センサ、カム角度センサお
よびアクセル開度センサからの信号等を入力し、所定の
燃料噴射タイミングで三方電磁弁16を制御する。

コントローラ28によって三方電磁弁16が励磁される
と、アウタバルブ18は図中上方へ吸引され、背圧室33お
よび通路36の燃料はドレイン通路23を介して低圧側へ逃
がされる。なお、この時、制御室34は絞り通路35により
燃料の流出が制御されるため、制御室34の圧力はすぐに
は低下せず所定期間高圧に保持される。

背圧室33の高圧が低圧側へ逃がされると、第３図
（ｂ）に示されるようにピストン12は第２の弁部材31に
当接するまで上昇し、これにより燃料噴射が開始され
る。なお、ピストン12が第２の弁部材31に当接した時に
は、制御室34は高圧状態であるので、ピストン12の上昇
は一旦停止する。

その後、制御室34内の高圧燃料が絞り通路35を介して
低圧側へ流出すると、制御室34の圧力が低下する。それ
に伴いピストン12および第２の弁部材31は一体的に上昇
し、ノズルニードル５はフルリフト状態となり、噴射率
は第３図（ｃ）に示されるように最大噴射期に至る。

そして、三方電磁弁16が消磁されると、高圧燃料が三
方電磁弁16および通路36を通って、背圧室33に供給され
るとともに、第１の弁部材30は高圧の燃料圧を受けてバ
ネ32の付勢力に抗して移動する。そのため、フランジ部
30aは開口部36aから離れ、制御室34内には高圧燃料が流
入する。ピストン12は背圧室33の圧力および第１の弁部
材30の制御室34による押圧力を受けて瞬時に図中下方へ
移動し、第３図（ｄ）に示されるように速やかに噴射が
終了する。

なお、第４図は上記作動における通路36、制御室34お
よび背圧室33の圧力変化を示すタイミングチャートで、
第５図は上記作動における第１の弁部材30、第２の弁部
材31およびピストン12の変位を示すタイムチャートであ
る。

上述したように、本実施例によれば、ブーツ型の噴射
率特性を達成することができる。

次に、本発明の第２の実施例を第６図を用いて説明す
る。

この実施例は、プレート弁の変形例を示すものである
ので、その特徴部分についてのみ説明する。

第６図において、プレート弁129は、前記実施例と同
様に、第１の弁部材130,第２の弁部材131およびバネ132
とから構成され、また、第１の弁部材130および第２の
弁部材131により圧力室115は背圧室133と制御室134とに
区画されている。

第１の弁部材130は圧力室115内で摺動自在に配設され
るとともに、通路136の開口部136aを閉塞するフランジ
部130aと、背圧室133の一部を形成する内部通路137を有
する円環部130bとから構成されている。また、フランジ
部130aはバネ132によって付勢されて開口部136aに着座
するとともに、フランジ部130aの外周には、フランジ部
130aが開口部136aから離れた時に、通路136内の燃料を
制御室340の導入する連通溝138が形成されている。さら
に、円環部130bには、背圧室133と制御室134とを連通す
る径の小さい絞り通路135が形勢されている。

第２の弁部材131は圧力室115内で摺動自在に配設され
るとともに、この第２の弁部材131は、シリンダ114の開
口部114aを外周部で閉塞するフランジ部131aと、第１の
弁部材130の円環部130bを摺動自在に保持する内部通路1
41を有する円環部131bとから構成されている。なお、フ
ランジ部131aには、開口部114aに対向する穴部139が形
成されるとともに、径方向に貫通する貫通溝142が形成
されている。また、フランジ部134aは、バネ132によっ
て付勢されて開口部114aに着座するとともに、ノズルニ
ードル５が所定値以上リフトすると、ピストン112の端
部はフランジ部134aに当接し、ピストン112および第２
の弁部材131は一体的に移動する。

通路136に流入した燃料は、圧力室115内に流入し、所
定時間経過した状態では、圧力室115（背圧室133および
制御室134）は高圧燃料で満たされ、第７図（ａ）に示
されるように、第１の弁部材130および第２の弁部材131
はバネ32によって付勢されて開口部136aおよび114aに着
座している。

背圧室133の高圧燃料が定路136から低圧側へ逃がされ
ると、第７図（ｂ）に示されるようにピストン112は第
２の弁部材131に当接するまで上昇し、これにより燃料
噴射が開始される。なお、この時、制御室134は絞り通
路135により燃料の流出が制限されるため、制御134の圧
力はすぐには低下せず所定期間高圧に保持される。従っ
て、ピストン112が第２の弁部材131に当接した時には、
制御室134は高圧状態であるので、ピストン112の上昇は
一旦停止する。

その後、制御室134内の高圧燃料が絞り通路135を介し
て低圧側へ流出すると、制御室134の圧力が低下する。
それに伴いピストン112および第２の弁部材131は一体的
に上昇し、ピストン112はフルリフト状態となり、噴射
率は第７図（ｃ）に示されるように最大噴射期に至る。
なお、この時、第２の弁部材131とピストン112とにより
流体室113が形成されるが、第２の弁部材131には貫通溝
142が形成されているので、流体143には負圧が生じな
い。また、上記作動において、制御室134内の燃料は第
１の弁部材131および第２の弁部材132により閉じ込めら
れるとともに、制御室134内の燃料は絞り通路135のみを
介して低圧側へ逃がれるので、ノズルニードル５は前記
第１実施例よりも緩やかに上昇する。

高圧燃料が通路136を通って背圧室133に再び供給され
ると、ピストン112は背圧室133の圧力を受けて瞬時に図
中下方へ移動し、第７図（ｄ）に示されるように速やか
に噴射が終了する。

なお、第８図は上記作動における通路136、制御室134
および背圧室133の圧力変化を示すタイムチャートで、
第９図は上記作動における第１の弁部材130、第２の弁
部材131およびノズルニードル112の変位を示すタイムチ
ャートである。

なお、上記作動において、第７図（ａ）に示されるノ
ズルニードル５のプレリフト量Ｈを調整することによ
り、第10図に示すように初期噴射率の大きさを設定する
ことができる。また、絞り通路135の絞り径を調整する
ことにより、第11図に示すようにノズルニードル５の上
昇の傾きを制御することができる。

上記実施例によれば、第12図に示すように、従来のデ
ルタ型噴射に比べて、着火遅れ期間中の噴射量を低減す
ることができるので、一気燃焼を防止し、ノックスを低
減することができる。

次に、本発明の第３の実施例を第13図を用いて説明す
る。

この実施例についても、前記第２の実施例と同様に、
プレート弁の変形例を示すものであるのでその特徴部分
についてのみ説明する。第13図において、プレート弁22
9は、第１の弁部材230,第２の弁部材231およびバネ232
とから構成され、また第１の弁部材230および第２の弁
部材231により圧力室215は背圧室233と制御室234とに区
画されている。

第１の弁部材230は圧力室215内で摺動自在に配設され
るとともに、通路236を閉塞するフランジ部230aと、後
述する第２の弁部材231の円環部231cを摺動自在に保持
する内部通路241を有する円環部230bとから構成されて
いる。また、フランジ部230aはバネ232によって付勢さ
れて、通路236の開口部に着座するとともに、フランジ
部230aの外周には、フランジ部230aが通路236の開口部
から離れた時に、通路236内の燃料を制御室234に導入す
る連通溝238が形成されている。

第２の弁部材231は圧力室215内で摺動自在に配設され
るとともに、この第２の弁部材231は圧力室215内で摺動
自在に配設されるとともに、この第２の弁部材は、シリ
ンダ214の途中に形成された肩部214aに当接するフラン
ジ部231aと、シリンダ214に摺動自在に配設され外周面
でシール作用をなす摺動部231bと、背圧室233の一部を
形成する内部通路237を有し、第１の弁部材230の円環部
材230bによって摺動自在に保持される円環部231cとから
構成されている。なお、フランジ部231aには、フランジ
部231aが肩部214aから離れた時、制御室234内の燃料
を、摺動部231bの外周面と圧力室215の内周面との間に
形成される流体室243に導入する連通溝244が形成されて
いる。また、フランジ部231aは、バネ232によって、付
勢されて肩部214aと当接するとともに、ピストン212が
所定値以上リフトすると、ピストン212の端部は摺動部
の端面に当接し、ピストン212および第２の弁部材231は
一体的に移動する。

次に、作動について説明する。

通路236に流入した燃料は、圧力室215内に流入し、所
定時間経過した状態では、圧力室215（背圧室233および
制御室234）は高圧燃料で満たされ、第14図（ａ）に示
されるように、第１の弁部材230および第２の弁部材231
はバネ232によって付勢されて通路236の開口部および肩
部214aに着座している。

背圧室233の高圧燃料が通路236から低圧側へ逃がされ
ると、第14図（ｂ）に示されるようにピストン212は第
２の弁部材231に当接するまで上昇し、これにより燃料
噴射が開始される。なお、この時、制御室234は絞り通
路235により燃料の流出が制限されるため、制御室234の
圧力はすぐには低下せず所定期間高圧に保持される。従
って、ピストン212が第２の弁部材231に当接した時に
は、制御室234は高圧状態であるので、ピストン212の上
昇は一旦停止する。

その後、制御室234内の高圧燃料が絞り通路235を介し
て低圧側へ流出すると、制御室234の圧力が低下する。
それに伴いピストン212および第２の弁部材231は一体的
に上昇し、ピストン212はフルリフト状態となり、噴射
率は第14図（ｃ）に示されるように最大噴射期に至る。
この時、摺動部231bの外周面と圧力室215の内周面との
間に流体室243が形成されるが、第２の弁部材231には連
通溝244が形成されているので、制御室234の高圧燃料は
流体室243へ流入する。なお、第２の弁部材231の摺動部
231cがシリンダ214を摺動するので、流体室243の燃料は
背圧室233へ直接流入することはない。

高圧燃料が通路236を通って背圧室233に再び供給され
ると、ピストン212は背圧室233の圧力を受けて瞬時に図
中下方へ移動し、第14図（ｄ）に示されるように速やか
に噴射が終了する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、第１の弁部材
と第２の弁部材とにより構成される弁手段によって、ブ
ーツ型噴射率特性を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の第１の実施例に関するもの
で、第１図は本実施例の構成を示す断面図、第２図は第
１図のＡ部拡大図、第３図（ａ）〜（ｄ）は本実施例の
作動を説明するための図、第４図は本実施例の圧力変化
特性を示すタイムチャート、第５図は反実施例の変位特
性を示すタイムチャートである。 第６図〜第12図は本発明の第２の実施例に関するもの
で、第６図は本実施例の要部を示す断面図、第７図
（ａ）〜（ｄ）は本実施例の作動を説明するための図、
第８図は本実施例の圧力変化特性を示すタイムチャー
ト、第９図は本実施例の変位特性を示すタイムチャー
ト、第10図〜第12図は各々本実施例の噴射特性を説明す
るための図である。 第13図および第14図は本発明の第３の実施例に関するも
ので、第13図は本実施例の要部を示す断面図、第14図
（ａ）〜（ｄ）は本実施例の作動を説明するための図で
ある。 100……インジェクタ,4……噴孔,5……ノズルニードル,
12,112,212……ピストン,15,115,215……圧力室,16……
三方電磁弁（制御弁）,23……ドレイン通路,24……燃料
供給通路,28……蓄圧配管,29,129,229……プレート弁
（弁手段）,30,130,230……第１の弁部材,32,132,232…
…バネ,33,133,233……背圧室,34,134,234……制御室,3
5,135,235……絞り通路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧燃料を蓄える蓄圧配管と、 噴孔を開閉する摺動自在に配されたノズルニードルと、
   このノズルニードルに作動させる圧力を保持する圧力室
   の圧力を高圧側である前記蓄圧配管の燃料圧と低圧側の
   燃料圧とに切り換える制御弁と、前記背圧室の燃料の流
   入および流出を制御する弁手段とを有するインジェクタ
   とを備え、前記制御弁を制御することにより前記ノズル
   ニードを作動させて前記蓄圧配管内の燃料を前記噴孔か
   ら噴射するディーゼル機関用燃料噴射装置において、 前記弁手段は、相互に摺動自在に配された移動可能な第
   １の弁部材と第２の弁部材とから構成されるとともに、 前記圧力室は、第１の弁部材と第２の弁部材とにより、
   前記ノズルニードルを閉弁させる方向の圧力を保持する
   背圧室と、制御室とに区画され、 前記第２の弁部材は弾性部材により前記ノズルニードル
   の閉弁方向に付勢されており、前記ノズルニードルが所
   定値以上開弁方向へ移動すると前記ノズルニードルと一
   体的に移動し、 前記第１の弁部材あるいは前記第２の弁部材には、前記
   背圧室と前記制御室とを連通する絞り通路が形成されて
   いることを特徴とするディーゼル機関用燃料噴射装置。
2. 【請求項２】前記第１の弁部材は弾性部材により付勢さ
   れており、前記制御弁により前記圧力室の圧力が低圧か
   ら高圧に切り換えられると高圧の燃料圧を受けて移動す
   るとともに、この移動により前記制御室に高圧の燃料を
   導入することを特徴とする請求項１記載のディーゼル機
   関用燃料噴射装置。