JP2712760B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

燃料噴射弁

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料噴射弁に関する。
〔従来の技術〕
高圧通路の燃料圧によりニードルを開弁させるように
した燃料噴射弁において、ニードルの背面により画定さ
れると共に高圧通路に接続された圧力室を具備し、この
圧力室と高圧通路間に燃料が圧力室に流入し易くかつ圧
力室から流出し難いように絞り及び逆止弁を配置し、燃
料噴射圧を高めつつ良好な燃料の噴射切れを確保するよ
うにした燃料噴射弁が公知である（実開平1-114979号公
報参照）。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、ディーゼル機関において燃料の着火時に燃
焼室内に多量の燃料が供給されていると、着火と同時に
この多量の燃料が急激に燃焼するために燃焼圧が急激に
上昇し、その結果燃焼騒音が大きくなる。このような燃
料の着火時における燃焼圧の急激な上昇を防止するため
には、燃焼室内の燃料が少ない状態において着火させた
後、燃焼室内の燃料を徐々に増加させてその燃料を順次
燃焼させ、斯くして燃焼圧を徐々に高めるようにすれば
よい。このためには燃料噴射弁からの燃料噴射率が緩や
かに立上るようにし、即ち燃料噴射開始時点から時間が
経つにつれて燃料噴射率が徐々に高くなるようにすれば
よい。一方、機関回転数が高くかつ機関軸トルクが大き
い機関運転状態においては、短い時間内に多量の燃料を
燃焼室内に供給する必要があるので、燃料噴射率が急激
に立上るようにすることが好ましい。即ち、機関運転状
態に応じて燃料噴射率の立上り形態を上述の適切な形態
に変化させることが好ましい。
しかしながら上述の燃料噴射弁では、絞りの直径によ
り燃料噴射率パターンが一義的に決定されるため、燃料
噴射率パターンを機関運転状態に応じた適切な燃料噴射
率パターンに変化させることができない。
〔課題を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために本発明によれば、ニード
ルの背面により画定された圧力室を具備し、圧力室内の
燃料圧を上昇させたときにはニードルが閉弁し、圧力室
内の燃料圧を低下させたときにはニードルが開弁するよ
うにした燃料噴射弁において、圧力室に隣接して圧力制
御室を設けると共に圧力制御室内の燃料圧を制御する燃
料圧制御装置を具備し、圧力室と圧力制御室間に絞り
と、圧力制御室から圧力室に向けてのみ流通可能な逆止
弁と、圧力制御室内の燃料圧が圧力室内の燃料圧よりも
予め定められた圧力だけ低下したときに開弁する開閉弁
とを並列に配置し、燃料圧制御装置によって圧力制御室
内の燃料圧を上昇させたときには逆止弁が開弁して圧力
室内の燃料圧が上昇することによりニードルが閉弁し、
燃料圧制御装置によって圧力制御室内の燃料圧を低下さ
せたときには圧力室内の燃料圧が予め定められた設定圧
以下であれば圧力室内の燃料が絞りを介して圧力制御室
内に流出し、圧力室内の燃料圧が設定圧以上であれば開
閉弁が開弁して圧力室内の燃料が開閉弁を介して圧力制
御室内に流出するようにしている。
〔作用〕
燃料圧制御装置によって圧力制御室内の燃料圧を上昇
させたときには逆止弁が開弁して圧力室内の燃料圧が上
昇することによりニードルが閉弁し、燃料圧制御装置に
よって圧力制御室内の燃料圧を低下させたときには圧力
室内の燃料圧が予め定められた設定圧以下であれば圧力
室内の燃料が絞りを介して圧力制御室内に流出し、圧力
室内の燃料圧が設定圧以上であれば開閉弁が開弁して圧
力室内の燃料が開閉弁を介して圧力制御室内に流出す
る。
〔実施例〕
第１図を参照すると、ノズル本体１には１個又は複数
個のノズル２及びノズルシート部３が形成されている。
またノズル本体１内にはその軸線方向に摺動自在にニー
ドル４が挿入され、このニードル４には弁部５および受
圧部６が形成されている。受圧部６にはノズル本体１と
ニードル４間に形成された燃料室７内の燃料圧が作用す
る。この燃料室７は燃料通路40を介してコモンレール41
に連通している。
ニードル４の背面にはロッド10が結合され、ロッド10
の上端部にはピストン12が結合される。ピストン12はノ
ズル本体１内に形成されたシリンダ部13内に摺動自在に
挿入されている。ロッド10にはばね受け部11が形成され
ており、このばね受け部11にはニードル４を常時閉弁方
向に向けて付勢する圧縮ばね14が取付けられている。
ピストン12の背面側には圧力室17が形成され、この圧
力室17に隣接して圧力制御室18が設けられる。第１図に
示す実施例では圧力室17は圧力制御室18の底壁面中央部
に開口している。圧力制御室18内には圧縮ばね20のばね
力によって圧力制御室18の底壁面上に着座せしめられる
弁21が配置され、このときこの弁体21によって圧力室17
の開口部が閉鎖される。弁体21には貫通孔26が形成され
ており、圧力室17内には圧縮ばね22によって弁体21に向
けて付勢されたオリフィス弁体23が配置されている。通
常貫通孔26はオリフィス弁体23によって閉鎖されてい
る。オリフィス弁体23の中央部には貫通孔26と整列配置
された絞り25が形成されている。第１図からわかるよう
に貫通孔26、オリフィス弁体23および圧縮ばね22は圧力
制御室18から圧力室17に向けてのみ流通可能な逆止弁28
を形成している。一方弁体21と圧縮ばね20は圧力制御室
18内の燃料圧が圧力室17内の燃料圧よりも予め定められ
た圧力だけ低下したときに開弁する開閉弁29を形成して
いる。この開閉弁29の開弁圧は圧縮ばね20のばね力によ
って定まり、この開弁圧は例えば550kg/cm2程度に設定
されている。なお第１図に示すようにこれらの絞り25、
逆止弁28および開閉弁29は構造的には直列に配置されて
いるが、機能的には並列に配置されており、従って本明
細書では、機能的に並列に配置することを「並列に配置
する」と称する。
圧力制御室18内の燃料圧は燃料噴射ポンプ45および電
磁切換弁30からなる燃料圧制御装置35によって制御され
る。
電磁切換弁30はケーシング61内に配置された励磁コイ
ル62と、ステータ63と、ステータ63に対し摺動自在に配
置された可動弁体64とを具備する。コイル62が通電され
ていないときには可動弁体64が第１図に示す位置に位置
する。このとき、可動弁体64がケーシング61の弁座部68
に対して着座せしめられており、従って大気に連通する
大気連通路69と圧力制御室18とは隔離されている。この
とき、圧力制御室18はケーシング通路65、可動弁体内通
路66および可動弁体64周壁に形成された連通孔67を介し
て燃料通路40に連通している。一方、コイル62が通電さ
れているときには可動弁体64が第１図において上方に吸
引される。このとき、可動弁体64の弁部70がステータ63
に対して着座せしめられ、従って圧力制御室18と燃料通
路40とが隔離される。これと同時に、可動弁体34が弁座
部68から解放されるので、圧力制御室18が大気連通路69
を介して大気に開放される。
コモンレール41は吐出通路43を介して燃料噴射ポンプ
45のシリンダ46に連結される。このシリンダ46は燃料供
給通路49および燃料ポンプ53を介して燃料タンク50に連
結される。シリンダ46内にはピストン47が摺動自在に挿
入され、このピストン47の往復動により燃料がコモンレ
ール41内に圧送される。また、吐出通路43と燃料供給通
路49とを連結する燃料返戻通路51が設けられ、この燃料
返戻通路51内に吐出量制御弁52が配置される。吐出量制
御弁52が開弁しているときにはシリンダ46から吐出され
た燃料が燃料返戻通路51内を介して燃料供給通路49内に
返戻せしめられる。一方吐出量制御弁52が閉弁するとシ
リンダ46から吐出された燃料がコモンレール41内に押し
込まれ、斯くしてコモンレール41の燃料圧がただちに上
昇する。従ってピストン47の圧送行程中において吐出量
制御弁52の開弁期間を制御することによりコモンレール
41内の燃料圧Ｐを応答性良く変化させることができる。
コモンレール41内の燃料圧Ｐは、アクセル開度TA及び
機関回転数Ｎに応じて制御される。第２図はコモンレー
ル41内の燃料圧Ｐの目標燃料圧Ｐ0を示しており、第２
図中の曲線群は夫々目標燃料圧Ｐ0一定の曲線を表わし
ている。第２図からわかるようにアクセル開度TAが大き
くなるほど、また機関回転数Ｎが高くなるほど、目標燃
料圧Ｐ0は高くなる。なお、第２図に示すマップにおい
て目標燃料圧Ｐ0の上限値は例えば1300kg/cm2程度であ
り、下限値が例えば170kg/cm2程度である。
制御回路60内ではアクセル開度センサ57により検出さ
れるアクセル開度TAと、回転数センサ58により検出され
る機関回転数Ｎとに基づいて目標燃料圧Ｐ0が第２図に
示したマップから計算され、圧力センサ55により検出さ
れたコモンレール41内の燃料圧Ｐがこの目標燃料圧Ｐ0
となるように吐出量制御弁52の開弁期間がフィードバッ
ク制御される。一方、電磁切換弁30は制御回路の出力信
号に基づいて切換制御される。このように吐出量制御弁
52を開閉制御することによりコモンレール41内の燃料圧
Ｐが第２図に示す目標燃料圧Ｐ0となるように制御され
電磁切換弁30が第１図に示す位置にあるときには圧力制
御室18内にはコモンレール41内の燃料圧Ｐと等しい燃料
圧の燃料が供給される。
次に第１図及び第３図を参照して本実施例による燃料
噴射弁の作動について説明する。
電磁切換弁30の切換作用によって圧力制御室18が燃料
通路40に連通せしめられているときには圧力室17、圧力
制御室18および燃料室７内の燃料圧はコモンレール41内
の燃料圧Ｐと等しくなっている。ピストン12の背面の受
圧面積はニードル４の受圧部６の受圧面積よりも大き
く、従ってこのときにはニードル４を下方に押し下げる
力の方が上方に押し上げる力よりも大きくなっているの
でニードル４の弁部５がノズル本体１のノズルシート部
３に着座し、斯くしてニードル４が閉弁している。
次にコモンレール41内の燃料圧Ｐ、即ち圧力室17内の
燃料圧が開閉弁29の開弁圧よりも低い場合について説明
する。
電磁切換弁30の切換作用によって圧力制御室18が大気
に開放されると、圧力制御室18内の燃料圧が即座に大気
圧まで低下する。このとき圧力室17内の燃料圧が開閉弁
29の開弁圧よりも低いので、開閉弁29は閉弁したままで
ある。また、オリフィス弁体23は圧縮ばね22のばね力に
より弁体21に着座している。従って、圧力室17内の燃料
は絞り25を介して圧力制御室18内に徐々に流出し、斯く
して圧力室17内の燃料圧が徐々に低下していき、その結
果、ニードル４が徐々に開弁していく。斯くして第３図
（ａ）に示すように燃料噴射率が電磁切換弁30への通電
開始後に徐々に増加していく。
次いで電磁切換弁30の切換作用によって圧力制御室18
が燃料通路40に連通せしめられるとコモンレール41内の
燃料が燃料通路40を介して圧力制御室18内に供給され、
斯くして圧力制御室18内の燃料圧はただちにコモンレー
ル41内の燃料圧と等しくなる。このように圧力制御室18
内の燃料圧が上昇すると逆止弁28がただちに開弁し、圧
力室17内の燃料圧もただちにコモンレール41内の燃料圧
Ｐと等しくなる。その結果、ニードル４が急速に閉弁し
て第３図（ａ）に示すように燃料噴射が直ちに停止せし
められるので良好な噴射切れが得られる。
このようにコモンレール41内の燃料圧Ｐが開閉弁29の
開弁圧よりも低い場合には、第３図（ａ）に示すように
立上りが緩やかで且つ立下りが急激な燃料噴射率パター
ンが得られる。
次に、コモンレール41内の燃料圧Ｐが開閉弁29の開弁
圧よりも高い場合について説明する。
この場合には電磁切換弁30の切換作用によって圧力制
御室18が大気に開放されると弁体21が圧力制御室18の底
壁面から離れる。即ち開閉弁29が開弁せしめられる。従
って、圧力室17内の燃料が開閉弁29を介して圧力制御室
18内に一気に流出し、斯くして圧力室17内の燃料圧が急
激に低下する。その結果、ニードル４が直ちに最大リフ
ト量まで開弁し、斯くして第３図（ｂ）に示すように燃
料噴射率は電磁切換弁30への通電開始直後に急激に増加
する。圧力室17内の燃料圧が低下すると開閉弁29は再び
閉弁する。
次いで電磁切換弁30の切換作用によって圧力制御室18
が燃料通路40に連通せしめられるとコモンレール41内の
燃料が燃料通路40を介して圧力制御室18内に直ちに導か
れ、逆止弁28が開弁する。従って、第３図（ａ）の場合
と同様に燃料噴射が直ちに停止せしめられる。
このようにコモンレール41内の燃料圧Ｐが開閉弁29の
開弁圧よりも高い場合には、第３図（ｂ）に示すように
立上りと立下りが共に急激な燃料噴射率パターンが得ら
れる。
第４図は、本実施例による上述の燃料噴射率パターン
の機関回転数および機関軸トルクに対する関係を示して
いる。第４図中の破線で示した各曲線はコモンレール41
内の燃料圧Ｐが一定の曲線を夫々表わしており、第２図
中の各曲線に対応している。機関回転数が高くなるほ
ど、また軸トルクが大きくなるほど燃料圧Ｐが高くな
る。第４図からわかるように本実施例によれば、機関回
転数が高くかつ機関軸トルクが大きい運転領域において
は第３図（ｂ）に示した立上りの急激な燃料噴射率パタ
ーンが得られる。この場合、短い時間内に多量の燃料を
機関燃焼室内に供給することができ、斯くして所要の機
関高馬力出力を確保できる。一方、機関回転数が高くな
いか又は機関軸トルクが大きくない運転領域においては
第３図（ａ）に示した立上りの緩やかな燃料噴射率パタ
ーンが得られる。この場合、燃料噴射弁から機関燃焼室
内に供給された燃料量が少ない状態において燃料が着火
した後、燃焼室内の燃料量が徐々に増加し、その燃料が
順次燃焼していくこととなる。従って燃焼圧の上昇が滑
らかになり、燃焼騒音を低くすることができる。
なお本実施例では第１図に示すように絞り25と逆止弁
28と開閉弁29とが、機能的には並列に配置されているが
構造的には直列に配置されている。この代りに、絞り25
と逆止弁28と開閉弁29とを構造的にも並列に配置するよ
うにしてもよい。また、弁体21としてはプレートバルブ
型式、ポペットバルブ型式等の任意の型式の弁体を使用
できる。
〔発明の効果〕
燃料圧制御装置によって圧力制御室内の燃料圧を低下
させたときに圧力室内の燃料圧が予め定められた設定圧
以下である場合には燃料噴射率が緩やかに立上り、その
結果機関本体の燃焼圧が滑らかに上昇するので燃焼騒音
を小さくすることができる。一方、圧力室内の燃料圧が
上述の設定圧以上である場合には燃料噴射率が急激に立
上り、その結果機関高出力を確保できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は燃料噴射弁装置の全体図、第２図はアクセル開
度および機関回転数に対する燃料圧の関係を示す線図、
第３図は燃料噴射率パターンを示す線図、第４図は機関
回転数および機関軸トルクに対する燃料噴射率パターン
の関係を示す線図である。 ４……ニードル、17……圧力室、18……圧力制御室、25
……絞り、28……逆止弁、29……開閉弁、35……燃料圧
制御装置。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ニードルの背面により画定された圧力室を
    具備し、圧力室内の燃料圧を上昇させたときにはニード
    ルが閉弁し、圧力室内の燃料圧を低下させたときにはニ
    ードルが開弁するようにした燃料噴射弁において、上記
    圧力室に隣接して圧力制御室を設けると共に該圧力制御
    室内の燃料圧を制御する燃料圧制御装置を具備し、該圧
    力室と圧力制御室間に絞りと、圧力制御室から圧力室に
    向けてのみ流通可能な逆止弁と、圧力制御室内の燃料圧
    が圧力室内の燃料圧よりも予め定められた圧力だけ低下
    したときに開弁する開閉弁とを並列に配置し、上記燃料
    圧制御装置によって圧力制御室内の燃料圧を上昇させた
    ときには逆止弁が開弁して圧力室内の燃料圧が上昇する
    ことによりニードルが閉弁し、上記燃料圧制御装置によ
    って圧力制御室内の燃料圧を低下させたときには圧力室
    内の燃料圧が予め定められた設定圧以下であれば圧力室
    内の燃料が絞りを介して圧力制御室内に流出し、圧力室
    内の燃料圧が上記設定圧以上であれば開閉弁が開弁して
    圧力室内の燃料が開閉弁を介して圧力制御室内に流出す
    るようにした燃料噴射弁。
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