JP2684687B2 - 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、ディーゼルエンジン等の内燃機関に燃料を
噴射供給する燃料噴射装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、ディーゼルエンジン等に使用される、高圧
燃料を噴射する燃料噴射装置として、例えば、特開昭59
−165858号公報に開示されるような、蓄圧配管（コモン
レール）を有する燃料噴射装置が提案されている。

この燃料噴射装置においては、圧力発生源によってコ
モンレール内に高圧燃料を蓄圧し、この燃料圧を燃料噴
射弁の開閉制御及び噴射圧力として使用している。即
ち、この高圧燃料を制御弁により供給方向を切り替え、
燃料噴射弁を開閉制御している。この制御弁の構造は、
例えば第３図に示すような構造を有している。この制御
弁は、制御弁本体101内の摺動孔103に摺動可能に嵌合さ
れた第１弁体105が設けられている。この第１弁体105
は、スプリング107の付勢力により、第１弁座109に着座
するようになされている。また、ソレノイド111を励磁
することにより第１弁体105が摺動して第１弁座109から
離間するようになされている。更に、摺動孔103に連通
した高圧燃料が供給される供給孔113が穿設されてお
り、また摺動孔103と燃料タンク115とを連通する排出孔
117、及び第１弁座109を介して燃料噴射弁の作動室とを
連通する第１接続孔119が形成されている。一方、第１
弁体105内に形成された摺動孔121には、第２弁体123が
摺動可能に嵌合されており、第２弁体123が着座する第
２弁座125が圧力室127に形成されている。また、圧力室
127と供給孔113とを連通する連通孔129が第１弁体105に
穿設されており、第２弁座125を介して圧力室127に連通
した第２接続孔131が形成されている。

この制御弁は、ソレノイド111が励磁されていないと
きには、スプリング107の付勢力により第１弁体105は、
第１弁座109に着座して、第１接続孔119と排出孔117と
を遮断している。また、供給孔113、連通孔129を介して
圧力室127に供給される高圧燃料の圧力による作用力に
より、第２弁体123は、第２弁座125から離間されて、規
制部133に突き当たるまで移動される。これにより、供
給孔113が、連通孔129、圧力室127、第２接続孔131を介
して第１接続孔119と連通されて、燃料噴射弁の作動室
に高圧燃料が供給され、燃料噴射が停止される。

また、ソレノイド111が励磁されると、スプリング107
の付勢力及び第２弁体123の大径部123aの面積と第１弁
座109の面積との差に応じた高圧燃料の圧力による作用
力に抗して、第１弁体105を引き上げ、第１弁体105を第
１弁座109から離間する。第１弁体105が移動して、第２
弁体123の第２弁座125に着座する。着座したときには、
スプリング107の付勢力及び第２弁体123の大径部123aと
小径部123bとの面積差に応じた高圧燃料の圧力による作
用力に抗して、ソレノイド111の吸引力により第１弁体1
05を引き上げた状態で保持している。これにより、供給
孔113は遮断され、接続孔119と排出孔117とが連通され
て、燃料噴射弁の作動室から燃料が排出され、燃料噴射
弁に供給される高圧燃料によりノズルニードルが開弁方
向に移動されて、燃料噴射が実行される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、こうした従来のものでは、ディーゼル
エンジン等への噴射圧に相当するコモンレール圧力は、
非常に高圧であり、例えば、800〜1500気圧もある。よ
って、前述した第２弁体123の大径部123aの面積と第１
弁座109の面積差に応じた高圧燃料の圧力による作用力
や、第２弁体123の大径部123aと小径部123bとの面積差
に応じた高圧燃料の圧力による作用力は、これらの面積
差が小さいにも関わらず、非常に大きな力となってい
る。しかも、この燃料圧力は、燃料噴射等のために大き
く変動し、例えば200〜300気圧ほども変動する。従っ
て、第１弁体105を素早く正確に摺動させるためには、
ソレノイド111を非常に大型のものとしなければならな
かった。また、ソレノイド111の吸引力が十分でない
と、制御弁の作動が不安定になり易く、燃料噴射の適正
な制御が実行されない場合もあるという問題があった。

また、高圧であるために、環状溝128に供給される高
圧燃料により第１制御弁本体101が膨張するので、第１
弁体105と摺動孔103とのクリアランスは拡大する。この
様にクリアランスが拡大し、しかも高圧であるがため
に、このクリアランスからのリーク量が多く、更に、第
１弁座109、第２弁座125などからのリークのために、燃
料ポンプを駆動するためのエネルギロスが増大するとい
う問題もあった。

そこで本発明は前記の課題を解決することを目的と
し、安定した作動を実現すると共に、エネルギロスを低
減した燃料噴射装置を提供することにある。

発明の構成 ［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成すべく、本発明は課題を解決するた
めの手段として次の構成を取った。即ち、 燃料ポンプにより加圧された高圧燃料を蓄圧する蓄圧
配管から複数の燃料噴射弁に高圧燃料を供給し、該供給
される高圧燃料によりノズルニードルに開弁方向の作用
力を生じさせ前記燃料噴射弁を開弁して該高圧燃料を噴
射供給する燃料噴射装置において、 前記蓄圧配管から供給される高圧燃料のうち前記噴射
供給に関与しない前記高圧燃料を減圧する減圧機構と、
該減圧された燃料が導入される作動室内に配設され、前
記減圧された燃料圧力を受圧することで前記ノズルニー
ドルに閉弁方向作用力を印加するピストンと、該ピスト
ンと前記減圧機構との間に配設され、通電時に前記減圧
機構と前記作動室とを連通して前記燃料噴射弁を閉弁さ
せると共に、非通電時に前記作動室を低圧側に連通して
前記燃料噴射弁を開弁させる電磁式の制御弁とを有し、 前記ピストンにおける前記作動室内の受圧面は、前記
ノズルニードルに付加される閉弁方向作用力が前記高圧
燃料によるノズルニードル開弁方向作用力を上回るのに
十分な大きさに設定してあることを特徴とする燃料噴射
装置の構成がそれである。

［作用］ 前記構成を有する燃料噴射装置は、減圧機構が、蓄圧
配管から供給される高圧燃料のうち噴射供給に関与しな
い高圧燃料を減圧し、制御弁が作動室と減圧機構とを連
通して作動室に減圧された燃料を供給し、作動室が減圧
された燃料の圧力によりノズルニードル閉弁方向の作用
力を生じさせ、燃料噴射弁を閉弁する。よって、制御弁
には減圧された燃料が供給されるので、制御弁は高圧作
動油による不安定な作動をすることがなく、リークも少
ない。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例である燃料噴射装置の概略
構成図である。同図において、燃料噴射弁１の弁ケーシ
ング２内には、弁体摺動孔３および燃料溜り室５が形成
され、先端には前記燃料溜り室５に連通するノズル孔７
が形成されている。前記弁体摺動孔３には、ノズルニー
ドル９の大径部11が摺動自在に嵌合されている。このノ
ズルニードル９は、大径部11の上部に連結部13、下部に
小径部15及び弁体部17が一体形成され、この弁体部17に
よりノズル孔７が開閉される。

前記ノズルニードル９の連結部13の先端には、フラン
ジ19、ピストンピン21およびピストン23が一体的に連結
されている。前記フランジ19とハウジング25との間に
は、スプリング27が介装されており、スプリング27の付
勢力によりノズルニードル９を閉弁方向に付勢してい
る。

前記ピストン23は、シリンダ29内に摺動自在に嵌合さ
れており、ピストン23及びシリンダ29に囲まれた作動室
31を形成している。この作動室31に作動油を給排するこ
とにより、ピストン23を摺動させることができるように
構成されている。作動室31に供給される作動油の圧力に
より、ピストン23に生じる作用力及びスプリング27の付
勢力の和が、後述するノズルニードル９の開弁方向の作
用力を上回るように、ピストン23の直径が形成されてい
る。この作動室31内の上部には、ピストン23の上端面で
支持されたスプリング33による付勢力で付勢されかつオ
リフィス35を有するプレート弁37が設けられている。

一方、燃料噴射弁１に燃料を供給する燃料供給機構と
して、燃料タンク41から通路43を介して燃料を汲み上げ
る燃料ポンプ45と、燃料ポンプ45から通路47を通じて供
給した燃料を蓄圧して各燃料噴射弁１に供給する蓄圧配
管（コモンレール）49とを備えている。この蓄圧配管49
から燃料溜り室５に燃料を供給する経路として、通路51
が設けられている。また、通路51からは通路53が分岐さ
れており、通路53に減圧機構としての減圧弁55が介装さ
れて制御弁61に接続されている。この制御弁61は、前述
した第３図に示すものと同一構造であるので、ここでは
詳細な説明を省略し、以下第３図によって説明するが、
ソレノイド111は第３図のものよりも小型のものでも実
施可能である。前記通路53は制御弁61の前記供給孔113
に接続されている。また、制御弁61の第１接続孔119
は、燃料噴射弁１の作動室31に連通した接続孔57に接続
されており、排出孔117は低圧側としての燃料タンク59
に接続されている。

前記減圧弁55は通路53を介して供給される高圧燃料を
減圧して供給するものであり、例えば、第２図に示すよ
うなものである。この減圧弁55は、弁本体63に通路53と
接続された流入孔65が穿設されており、流入孔65と小径
孔69とが弁座67を介して連通されている。また、小径孔
69に連設して大径孔71が形成されており、小径孔69には
ピストン73の小径部75が、大径孔71にはピストン73の大
径部77がそれぞれ摺動可能に嵌挿されている。更に、大
径孔71に連設して流出孔79が形成されている。

また、ピストン73の大径部77と弁本体63との間の大径
孔71内には、スプリング81が設けられており、スプリン
グ81の付勢力によりピストン73を付勢して、小径部75先
端の弁体部83が弁座67に着座するようになされている。
ピストン73内には、弁体部83の外周と大径部77の後端と
を接続する連通孔85が穿設されている。更に、弁本体6
3、大径部77、小径部75との囲まれた部屋87は、通路89
により燃料タンク91と連通されている。

一方、制御弁61のソレノイド111は、電子制御装置93
に接続されており、電子制御装置93は、周知のマイクロ
コンピュータから構成され、所定のプログラムに従って
制御弁61に制御信号を出力するものである。

次に、本実施例の燃料噴射装置の作動に付いて説明す
る。

燃料ポンプ45により加圧された高圧燃料は、蓄圧配管
49内に蓄圧される。この蓄圧された高圧燃料の圧力は、
非常に高く、例えば、800〜1500気圧程度である。この
高圧燃料は、通路51を介して、燃料噴射弁１の燃料溜り
室５に供給される。燃料溜り室５に供給された高圧燃料
の圧力により、ノズルニードル９には、大径部11と小径
部15との面積差に応じた開弁方向（第１図上方向）の作
用力が働く。

一方、制御弁61のソレノイド111が励磁されていない
ときには、蓄圧配管49内の高圧燃料は、減圧弁55により
減圧されて、通路53を介して制御弁61に供給される。

この減圧弁55による減圧は、高圧燃料の圧力により、
弁体部83が弁座67から離間する方向の作用力を受け、ピ
ストン73がスプリング81の付勢力に抗して摺動する。弁
体部83が弁座67から離間すると、流入孔65が小径孔69、
連通孔85、大径孔71を介して流出孔79と連通される。流
出孔79に高圧燃料が供給されて、流出孔79の圧力が上昇
すると、この圧力により大径部77に、弁体部83を弁座67
に着座させる方向の作用力が作用する。よって、流入孔
65の高圧燃料の圧力による小径部75の面積に応じた作用
力と、スプリング81の付勢力及び流出孔79の圧力による
大径部77の面積に応じた作用力の和とが釣り合った位置
でピストン77は停止する。流出孔79の圧力がより上昇し
て、大径部77への作用力が増加すると、スプリング81の
付勢力及び大径部77への作用力の和が小径部75への作用
力を上回ると、ピストン77は弁体83が弁座67に着座する
方向に摺動し、弁体83が弁座67に着座して流入孔65と流
出孔79とを遮断する。よって、流出孔79の圧力は、流入
孔65からの高圧燃料の圧力を、スプリング81の付勢力及
び大径部77への作用力の和と小径部75への作用力との釣
合により定まる減圧された圧力となる。しかも、蓄圧配
管49内の圧力が大きく脈動していても、その脈動幅も減
圧により縮小されるので、この減圧された圧力の脈動幅
は小さい。

こうして減圧された低圧燃料は、流出孔79、通路53、
制御弁61の供給孔113、連通孔129、第２接続孔131、第
１接続孔119を介して燃料噴射弁１の接続孔57に供給さ
れる。接続孔57に低圧燃料が供給されると、プレート弁
37を押し下げて、作動室31に低圧燃料を供給する。この
低圧燃料の圧力によりピストン23にはピストン23の面積
に応じた作用力が作用する。よって、ピストンピン21、
フランジ19を介してノズルニードル９の閉弁方向の作用
力が働く。従って、前述した燃料溜り室５に供給される
高圧燃料による開弁方向の作用力よりも、スプリング27
の付勢力と閉弁方向の作用力との和の方が上回り、燃料
噴射弁１を閉弁する。

一方、制御弁61のソレノイド111を励磁すると、第２
弁体123の大径部123aの面積と第１弁座109の面積差に応
じた減圧された低圧燃料の圧力による作用力、及び第２
弁体123の大径部123aと小径部123bとの面積差に応じた
減圧された低圧燃料の圧力による作用力に抗して、第１
弁体105を引き上げて保持する。第１弁体105が引き上げ
られると、供給孔113が遮断され、第１接続孔119と排出
孔117とが連通される。よって、作動室31は、オリフィ
ス35、接続孔57、制御弁61を介して燃料タンク59に接続
される。従って、燃料溜り室５に供給される高圧燃料の
圧力によるノズルニードル９の開弁方向作用力が、スプ
リング27の付勢力に抗して、ノズルニードル９を上昇さ
せて開弁する。燃料噴射弁１の開弁によりノズル孔７か
ら高圧燃料が噴射供給される。このノズルニードル９の
上昇の際に、作動室31内の燃料は、オリフィス35により
絞られて燃料タンク59に流出するので、ピストン23は緩
やかに上昇する。ノズルニードル９もピストンピン21を
介してこのピストン23の緩やかな上昇にともなって上昇
する。

前述した如く、本実施例の燃料噴射装置は、減圧弁55
により減圧された燃料を制御弁61に供給し、制御弁61が
作動室31に低圧燃料を供給して、作動室31が低圧燃料に
よりノズルニードル９閉弁方向の作用力を生じさせ、燃
料噴射弁１を閉弁する。

従って、作動油としての燃料の圧力やその変動による
制御弁61の不安定な作動をすることがない。即ち、制御
弁61には低圧燃料が供給され、しかもこの低圧燃料の圧
力変動は少なく、この低圧燃料の圧力による作用力に対
抗する作用力を生じさせる制御弁61のソレノイド111は
小型でもよく、しかもこの圧力による作用力に対抗する
作用力を十分に生じさせることができ、制御弁61は安定
した作動をする。また、制御弁61に供給される燃料の圧
力が低いので、それにともなって制御弁61内のリーク量
も減少し、燃料ポンプ41を駆動するためのエネルギロス
も低減することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明の燃料噴射装置は、減圧機
構が蓄圧配管から供給される高圧燃料のうち噴射供給に
関与しない高圧燃料を減圧して制御弁に供給する。これ
により、燃料噴射弁からは高圧の燃料が噴射されるので
エミッションの向上が図れると共に、制御弁は減圧され
た燃料圧力による作用力に対抗する作用力を十分に生じ
させることができるので、確実に切り換え動作を行い、
制御弁は安定して作動する。また、それにともなって制
御弁内のリーク量も減少し、燃料ポンプを駆動するため
のエネルギロスも低減することができるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての燃料噴射装置の概略
構成図、第２図は本実施例の減圧弁の概略断面図、第３
図は制御弁の概略断面図である。 ９……ノズルニードル、31……作動室 49……蓄圧配管、55……減圧弁 61……制御弁

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料ポンプにより加圧された高圧燃料を蓄
   圧する蓄圧配管から複数の燃料噴射弁に高圧燃料を供給
   し、該供給される高圧燃料によりノズルニードルに開弁
   方向の作用力を生じさせ前記燃料噴射弁を開弁して該高
   圧燃料を噴射供給する燃料噴射装置において、 前記蓄圧配管から供給される高圧燃料のうち前記噴射供
   給に関与しない前記高圧燃料を減圧する減圧機構と、該
   減圧された燃料が導入される作動室内に配設され、前記
   減圧された燃料圧力を受圧することで前記ノズルニード
   ルに閉弁方向作用力を印加するピストンと、該ピストン
   と前記減圧機構との間に配設され、通電時に前記減圧機
   構と前記作動室とを連通して前記燃料噴射弁を閉弁させ
   ると共に、非通電時に前記作動室を低圧側に連通して前
   記燃料噴射弁を開弁させる電磁式の制御弁とを有し、 前記ピストンにおける前記作動室内の受圧面は、前記ノ
   ズルニードルに付加される閉弁方向作用力が前記高圧燃
   料によるノズルニードル開弁方向作用力を上回るのに十
   分な大きさに設定してあることを特徴とする燃料噴射装
   置。