JP3314502B2 - 電磁弁により制御される燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁弁を電磁スピル弁と
して使用した燃料噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃料噴射装置において、機械的な
スピルリングに代えて、高圧燃料を制御コンピュータに
指示された所定のタイミングで溢流せしめる電磁スピル
弁が多されている。その一例を図５に示す。図５におい
て、バルブボデー５６の下部には、流路５７，５８が形
成されている。この流路５７，５８はそれぞれバルブボ
デー５６の下端面と側面とに開口しており、バネ室５９
を介して連結されている。流路５７，５８およびバネ室
５９はスピル流路（リリーフ流路）の一部を構成する。
ニードル弁２７はバルブボデー５６の上部において摺動
自在に支持されており、このニードル弁２７は、その先
端がバネ室５９の上端部に形成されたシート面６１に対
向するよう位置している。

【０００３】電磁石２５の電磁コイル２５ｂに通電する
とアーマチャ２６が下方へ吸引され、ニードル弁２７は
下方に押さえつけられて、ニードル弁２７がコイルバネ
６２のバネ力に抗して下降し、その先端とシート面６１
とが密接すると、流路５７と５８とが遮断される。バネ
室５９内には、ニードル弁２７を上方の開放方向へ付勢
する第一の付勢手段であるコイルバネ６２が配設されて
いる。バルブボデー５６の上部の外周には電磁石２５が
装着されている。この電磁石２５は磁心２５ａと電磁コ
イル２５ｂとを有する。ニードル弁２７の上端には板状
アーマチャ２６が固定され、電磁石２５の磁心２５ａの
上端面とエアギャップＧを有して位置している。このエ
アギャップＧはニードル弁２７の閉鎖時のエアギャップ
Ｇが例えば０．１ｍｍとなるよう設定されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、電磁弁を作動
させる駆動回路として、従来の安価な駆動回路を用いた
場合にはニードル弁２７の閉弁応答性が悪く、高速回転
時には噴射を制御することができなくなってしまうとい
う問題がある。また、ニードル弁２７の閉弁応答性を良
くするためにバッテリ電圧をチャージアップしてコンデ
ンサに蓄え、ニードル弁２７の閉弁時に一気に放電して
ニードル弁２７を急速に閉弁させる駆動回路を開発した
が、コストが高いという問題がある。

【０００５】そこで、本発明は従来の安価な駆動回路を
用いても閉弁応答性が良く、高速回転時にも安定した作
動が得られる電磁弁により制御される燃料噴射装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題を解決するため、低圧の燃料が満たされている低圧室
と、プランジャの圧送により高圧となった燃料を噴射さ
せる一方で、プランジャの吸入行程時には前記低圧室よ
りも低圧となる高圧室と、前記高圧室と前記低圧室とを
連通するリリーフ流路と、このリリーフ流路中に設けら
れ、開弁および閉弁により前記高圧室と低圧室とを連通
および遮断する弁体と、前記弁体を開弁方向へ付勢する
第一の付勢手段と、電磁石の電磁コイルを通電すること
によって生じる電磁力により前記電磁石側に吸引され、
前記第一の付勢手段による開弁方向の付勢力に抗して前
記弁体を閉弁させるアーマチャとを備えた電磁弁を組込
み、前記プランジャの吸入行程中に、前記電磁弁を閉弁
し、前記高圧室に燃料を吸入させるとともに、前記プラ
ンジャによる燃料圧送中に、前記電磁弁を開弁し、前記
吸入行程中にて吸入されて前記プランジャの圧送により
高圧となった燃料を前記低圧室へリリーフさせて燃料噴
射を中止させる燃料噴射装置において、アーマチャ室ま
たはニードル弁室の少なくとも一方と前記低圧室とを連
通するよう設けられ、前記アーマチャ室またはニードル
弁室内に前記低圧室の圧力を作用させ、この圧力により
前記弁体を閉弁方向に付勢させる圧力導入通路と、前記
リリーフ流路の途中の前記弁体より前記低圧室側に設け
られ、前記弁体から前記低圧室への燃料の流れを許容す
る一方で、前記低圧室から前記弁体への燃料の流れを遮
断する逆止弁とを備えた燃料噴射装置の構成をとるもの
である。

【０００７】

【作用】以上に述べた本発明の構成によると、プランジ
ャの圧送によって高圧となった燃料が噴射されていると
きに、電磁コイルへの通電が中止されると、リリーフ通
路に設けられる弁体が第一の付勢手段による開弁方向へ
の付勢力により開弁するため、高圧室の燃料が逆止弁を
介して低圧室へリリーフされることとなり燃料噴射は終
了する。 次に、プランジャの吸入行程に入ると、高圧室
の燃料圧力は低圧室の燃料圧力よりも低圧となる。そし
て、リリーフ流路における高圧室から逆止弁に到る部分
は、逆止弁によって低圧室から弁体への燃料流れが遮断
されていることから、上述の低圧室の圧力よりも低い高
圧室の燃料圧力と同等の圧力が作用し、この圧力が弁体
を開弁方向に付勢している。一方、アーマチャ室または
ニードル弁室は、圧力導入通路を介して低圧室と連通し
ているため、低圧室の燃料圧力と同じ圧力となってお
り、この圧力が弁体を閉弁方向に付勢している。 従っ
て、プランジャの吸入行程時には、リリーフ流路から弁
体が受ける開弁方向の力は弱くなるため、アーマチャ室
またはニードル弁室から弁体が受ける閉弁方向の力によ
り、弁体は閉弁しやすくなる。

【０００８】その後、電磁コイルへの通電を開始する
と、弁体は電磁力と圧力差に基づく力によって従来より
急速に閉弁することができる。

【０００９】

【実施例】本発明の電磁弁により制御される燃料噴射装
置の実施例１を図１に示す。ポンプのケーシング１７内
に回転可能に配設されたドライブシャフト２には公知の
カプリングを介してカムプレート４が結合してある。カ
ムプレート４の板面外周部に形成されたカム面はローラ
リング９に支持されたローラ７に当接し、ドライブシャ
フト２の回転に伴って周期的に前後進される（図の左右
方向）。

【００１０】低圧室１８は、図示しないフィードポンプ
によって１０気圧に加圧された燃料で満たされている。
シリンダ１６内に摺動自在に挿入されたプランジャ６は
カムプレート４と共に前進ないし後退し、前進時にその
先端に形成された圧力室１５内の燃料を圧縮加圧して、
分配ポート１１，分配流路２１を経て噴射弁２０に供給
する。後退時には、吸入流路１９，吸入グルーブ１２を
経て低圧室１８内の燃料を圧力室１５内へ導入する。

【００１１】上記圧力室１５からは上方へ圧力室流路３
６が延び、ケーシング１７頂面に装着された電磁弁のバ
ルブボデー３１内に至っている。圧力室流路３６はスト
ッパボディ５１内の流路５８、逆止弁５３を経て低圧室
１８へ 開口している。バルブボディ３１にはシート面
６１が形成されており、このシート面６１と密接する弁
体をなすニードル弁２７が上方より突出している。電磁
弁内部の詳細構造は後述するが、バルブボデー３１を内
装した筒状のバルブハウジング３９がケーシング１７の
頂部にネジ固定され、バルブハウジング３９は上端開口
にキャップハウジング３８をネジ固定して閉鎖されてい
る。

【００１２】ポンプ外の電子式制御装置２２は、ドライ
ブシャフト２に設けたシグナルロータ３の歯形通過を検
出するピックアップ１０より、気筒判別信号とエンジン
回転数信号を入力するとともに、アクセル開度やエンジ
ン冷却水温等の信号を入力している。上記制御装置２２
は上記各信号に基づいて最適の燃料噴射時期および噴射
量を決定し、駆動回路２３を介して電磁弁内の電磁石２
５の電磁コイル２５ｂの通電を制御する。

【００１３】バルブボデー３１の中心に図面の上下方向
に摺動自在にニードル弁２７が配設され、次第に縮径す
るその先端が、傾斜する周状のシート面６１に間隔をお
いて対向している。ニードル弁２７の上端には板状のア
ーマチャ２６が固定されており、一方、ニードル弁２７
が貫通するバルブボデー３１の筒壁外周に嵌着された非
磁性体製のステータハウジング３７に磁心２５ａとコイ
ル２５ｂが保持されており、電磁石２５の磁心２５ａの
上端面がアーマチャ２６の下面と近接して対向してい
る。アーマチャ２６を設けた空間であるアーマチャ室６
３は、圧力導入通路５４により低圧室１８と同圧になっ
ている。アーマチャ２６を貫通したニードル弁２７の上
端には、第２の付勢手段であるコイルバネ３０が配設さ
れており、常時ニードル弁２７を閉弁方向に付勢してい
る。

【００１４】ニードル弁２７の下端は、ストッパボデー
５１の中央より上方へ突き出した棒状ストッパ体５５の
上端に当接しており、ストッパ体５５の下端は断面Ｔ字
形に拡径して、ストッパボデー５１内に形成された空間
内に位置している。空間内には第一の付勢手段であるコ
イルバネ２８が配設されており、ストッパ体５５を図面
の上方へ突出付勢している。

【００１５】なお、電磁石２５が非励磁で、かつ流路３
６、５７、５８内の流体圧も低圧室１８と同圧（５気
圧）である図示の状態で、ニードル弁２７のシート面４
１とバルブボデー３１のシート面６１との間隔Ｌ1 は
０．１ｍｍである。アーマチャ２６上面とキャップハウ
ジング３８内面の凸面４８との間隔Ｌ2 は０．２ｍｍで
ある。また、コイルバネ２８のセット荷重は４ｋｇ、コ
イルバネ３０のそれは１ｋｇとしてある。

【００１６】かかる構造の電磁弁により制御される燃料
噴射装置の作動を図２を参照しつつ以下に説明する。プ
ランジャ６の圧送（図１の右方向への移動）が開始され
て所定の噴射量が得られたところで電磁石２５のコイル
２５ｂへの通電が遮断される。（図２のａ点）すると、
コイルバネ２８の付勢力によりストッパ体５５は押し上
げられニードル弁２７が上昇し流路３６、５８が連通さ
れる。これにより、高圧の燃料が流路５８に流入してニ
ードル弁２７を上方へ付勢するため、ニードル弁２７が
ストッパ体５５から離れた後もコイルバネ３０のバネ力
に抗してニードル弁２７がキャップハウジング３８内壁
の凸面４８に当接するまで上昇する。また、逆止弁５３
は開弁する。この時のニードル弁２７のリフト量は０．
３ｍｍであり、流路３６、５８は充分に開かれて燃料が
スピルされる結果、圧力室１５の燃料圧は急速に低下し
て噴射弁２０からの噴射が速やかに停止する。

【００１７】流路３６、５８内の燃料圧が低下すると、
コイルバネ３０のバネ力によってニードル弁２７が押し
下げられ、プランジャ６の圧送が終了すると逆止弁５３
も閉弁して再び図１の状態に戻る。（図２のｂ点）プラ
ンジャ６の吸入行程に入ると、低圧室１８の燃料は、吸
入流路１９、吸入グルーブ１２を通って圧力室１５に吸
入される。このとき、圧力室１５の圧力は、高速回転で
あるほど、吸入流路１９を燃料が通るため、その流体抵
抗により低圧室１８の圧力よりも低くなる。

【００１８】その時、圧力室流路３６にはあまり燃料が
流れないので、流路５８の圧力と圧力室１５の圧力は、
ほぼ同じであるため流路５８の圧力も低圧室１８より低
くなる。従って、低圧室１８と同圧であるアーマチャ室
６３と流路５８との圧力差によりニードル弁２７は閉弁
方向に付勢される。そのような状態で、コイル２５ｂへ
の通電が開始されると（図２のｃ点）、ニードル弁２７
は従来（逆止弁５３、圧力導入通路５４が無い場合）に
比べて、速やかに閉弁することができ、高速回転時にも
安定した作動が得られる。

【００１９】その後、再びプランジャ６の圧送が始ま
り、噴射が行われる。次に、本発明の実施例２について
説明する。実施例２を図３に示す。図示しないフィード
ポンプによって１０気圧に加圧された燃料がフィード圧
室６４に満たされている。この時、低圧室１８の圧力は
５気圧である。プランジャ６の吸入行程時にはフィード
圧室６４の燃料が、吸入流路６５、吸入グルーブ１２を
通って圧力室１５に吸入される。

【００２０】プランジャ６の圧縮行程では、圧力室１５
の燃料は加圧され、分配ポート１１、分配流路２１を通
って噴射弁２０から噴射される。ニードル弁２７上端と
キャップハウジング３８内壁の凸面４８との間隔Ｌ4 は
０．２ｍｍであり、ニードル弁２７下端とシート面６１
との間隔Ｌ3 は０．１ｍｍである。

【００２１】所定の噴射量が得られたところで、コイル
２５ｂへの通電を停止すると、第１の付勢手段であるコ
イルバネ６２（セット荷重は３ｋｇ）によってニードル
弁２７は開弁し始め、圧力室１５の燃料は圧力室流路３
６を通ってバネ室５９に流れ込み、流路５８を通って逆
止弁５３が開弁し、フィード圧室６４にスピルされる。
更に、ニードル弁２７にかかる高圧の油圧によって、ス
トッパ体６８を第２の付勢手段であるコイルバネ６７
（セット荷重は４ｋｇ）のバネ力に抗して押し上げるた
め、ニードル弁２７のリフト量は０．３ｍｍとなりシャ
ープカットが得られる。

【００２２】プランジャ６の圧送が終わると、バネ室５
９の油圧は低下し、ストッパ体６８はコイルバネ６７の
バネ力によって下方に押し下げられ、ニードル弁２７は
図３に示される元の位置にもどる。プランジャ６の吸入
行程に入ると、フィード圧室６４の燃料は、吸入流路６
５、吸入グルーブ１２を通って圧力室１５に吸入され
る。

【００２３】この時、圧力室１５の圧力は、高速回転で
あるほど、吸入流路６５を燃料が通るため、その流体抵
抗により低圧室１８の圧力より低くなる。そのとき、圧
力室流路３６はあまり燃料が流れないので、バネ室５９
の圧力と圧力室１５の圧力はほぼ同じであるため、バネ
室５９の圧力も低圧室１８より低くなる。

【００２４】従って、低圧室１８と同圧であるアーマチ
ャ室６３とバネ室５９との圧力差によりニードル弁２７
は閉弁方向に付勢される。そのような状態で、コイル２
５ｂへの通電が開始されると、ニードル弁２７は従来
（逆止弁５３、圧力導入通路５４が無い場合）に比べ
て、速やかに閉弁することができ、高速回転時にも安定
した作動が得られる。

【００２５】その後、再びプランジャ６の圧送が始ま
り、噴射が行われる。なお、本実施例においては、圧力
導入通路５４により、低圧室１８の代わりに、フィード
圧室６４とアーマチャ室６３とを結んでもよい。次に、
本発明の実施例３を図４を用いて説明する。ニードル弁
７２の長さは短くしてあり、電磁石２５の中心貫通孔内
には小径のプッシュロッド７３を挿通せしめてこれの上
端にアーマチャ２６を嵌着し、下端をニードル弁７２の
上端面に当接せしめてある。

【００２６】アーマチャ２６が吸引されるとプッシュロ
ッド７３が下降し、ニードル弁７２を押して閉弁状態と
なる。ニードル弁７２上端のニードル弁室７５およびア
ーマチャ室６３は圧力導入通路７７によって、図１中の
低圧室１８、または、図３中のフィード圧室６４と結ば
れており、プランジャ６の吸入行程時には油圧差によっ
てニードル弁７２は閉弁方向に付勢される構造となって
いる。

【００２７】かかる構造にすれば、前記実施例に比べて
弁体の実質的質量が小さくなるため、弁体の開閉応答性
が向上する。

【００２８】

【発明の効果】以上に述べた本発明の構成および作用に
よれば、アーマチャ室またはニードル弁室の少なくとも
一方と低圧室とを連通する圧力導入通路と、リリーフ流
路の途中の弁体より低圧室側に設けられ、弁体から低圧
室への燃料の流れを許容する一方で、低圧室から弁体へ
の燃料の流れを遮断する逆止弁を備えているので、プラ
ンジャの吸入行程時に油圧差によって弁体が閉弁方向に
付勢されるため、弁体の閉弁応答性が良くなりエンジン
の高速回転時にも確実な弁の作動が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例１の断面図。

【図２】本発明実施例１の作動説明図。

【図３】本発明実施例２の断面図。

【図４】本発明実施例３の断面図。

【図５】従来例の断面図。

【符号の説明】

１５ 高圧側をなす圧力室， １８，６４ 低圧側をなす低圧室，フィード圧室， ２５ 電磁石， ２５ｂ 電磁コイル， ２６ アーマチャ， ２７，７２ 弁体をなすニードル弁， ２８，６２ 第一の付勢手段をなすコイルバネ， ５３ 逆止弁， ５４，７７ 圧力導入通路， ５７，５８，５９ リリーフ流路， ６３ アーマチャ室， ７５ ニードル弁室，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 守康 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 谷 太喜男 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−19164（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−72867（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−256227（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−96655（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 59/46 F02M 41/12 350 F02M 51/00 F02M 59/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低圧の燃料が満たされている低圧室と、
   プランジャの圧送により高圧となった燃料を噴射させる
   一方で、プランジャの吸入行程時には前記低圧室よりも
   低圧となる高圧室と、前記高圧室と前記低圧室とを連通
   するリリーフ流路と、このリリーフ流路中に設けられ、
   開弁および閉弁により前記高圧室と低圧室とを連通およ
   び遮断する弁体と、前記弁体を開弁方向へ付勢する第一
   の付勢手段と、電磁石の電磁コイルを通電することによ
   って生じる電磁力により前記電磁石側に吸引され、前記
   第一の付勢手段による開弁方向の付勢力に抗して前記弁
   体を閉弁させるアーマチャとを備えた電磁弁を組込み、
   前記プランジャの吸入行程中に、前記電磁弁を閉弁し、
   前記高圧室に燃料を吸入させるとともに、前記プランジ
   ャによる燃料圧送中に、前記電磁弁を開弁し、前記吸入
   行程中にて吸入されて前記プランジャの圧送により高圧
   となった燃料を前記低圧室へリリーフさせて燃料噴射を
   中止させる燃料噴射装置において、 アーマチャ室またはニードル弁室の少なくとも一方と前
   記低圧室とを連通するよう設けられ、前記アーマチャ室
   またはニードル弁室内に前記低圧室の圧力を作用させ、
   この圧力により前記弁体を閉弁方向に付勢させる圧力導
   入通路と、 前記リリーフ流路の途中の前記弁体より前記低圧室側に
   設けられ、前記弁体から前記低圧室への燃料の流れを許
   容する一方で、前記低圧室から前記弁体への燃料の流れ
   を遮断する逆止弁とを備えたことを特徴とする燃料噴射
   装置。