JP3618157B2

JP3618157B2 - 蓄圧式燃料噴射装置

Info

Publication number: JP3618157B2
Application number: JP33955495A
Authority: JP
Inventors: 祥博都筑
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2015-12-26
Also published as: JPH09177633A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関に用いられる蓄圧式燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３に基づいて従来技術を説明する。
図３は、バルブ３０８内に油密を保ち、かつ摺動可能とされるバランスピストン３１７を持ち、バランスピストン径をバルブシート径と同一とすることによりバルブ３０８閉弁時の油圧力をキャンセルされる構成を有するインジェクタである。
【０００３】
作動を説明する。先ず、電磁弁３０７のＯＦＦに、バルブ内の高圧がバランスピストン３１７に作用し、バランスピストン３１７はストッパ３１３に当接した位置において停止している。この時バルブ３０８はスプリング３０９の付勢力によってのみシートに押し付けられ制御室３０６内は高圧に保たれており、噴射は停止している。
【０００４】
電磁弁３０７がＯＮされると、スプリング３０９の付勢力以上の吸引力がソレノイド３１２から作用し、バルブ３０８が持ち上げられストッパ３１３に当接した位置で停止する。これにより制御室３０６の圧力が低下し、噴射が実現される。
電磁弁３０７が再びＯＦＦとなると、バルブ３０８はスプリング力により押し下げられシートが成立し、制御室３０６の圧力が上昇することにより噴射が終了する。この時、バランスピストン３１７は、一旦下降し始めるが、バルブ内の圧力上昇と共に再度上昇しストッパ３１３へ当接する。
【０００５】
このように、噴射終了時のバランスピストン３１７の動作及びバランスピストン径とバルブシート径とを同一とした構成により、バルブ３０８に作用する制御室３０６の圧力を上下方向にうまくバランスさせることができ、安定した作動を得ることができる。
なお、図３において、３０４は油だまり、３１１はバネ、３１４は連通路、３１５はドレイン、３１６は絞りであり、バネ３１１が挿入されるバネ室３１８はドレイン３１５へ連通されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来例において、コモンレール３０１からの高圧燃料がインジェクタ３０２のインレット３０３ヘ導入され、クリアランスシールを介してドレンへと連通している場所（リークパス）は、ニードル３１０からバネ室３１８へ向けてのニードル３１０のガイド部、コマンドピストン３０５からバネ室３１８へ向けてのコマンドピストン３０５のガイド部、バランスロッド３１７のガイド部の計３箇所である。
【０００７】
近年、排気ガス規制が厳しくなり、特にパティキュレート規制が強化され、このパティキュレートの低減に高圧噴射が有効なため、噴射圧はますます高圧化される傾向にある。
このような状況において、リークパスの多い構成のインジェクタでは、クリアランスからのリーク量が急激に増加するため、高圧ポンプの容量アップ（大型化）により対応しなくてはならない。
【０００８】
しかしながら、小型乗用車用にシステムを展開するには、高圧ポンプの大型化によるコスト高、エンジンへの搭載性の悪化などは致命的な問題である。
ここで単純にコマンドピストン３０５を無くし、制御室３０６が直接ニードル３１０後方に設けられるような構成とすれば、ニードル３１０後方が高圧となるため、ニードルガイド部からの洩れは制御室３０６へ導かれ、洩れの影響は無くなり、コマンドピストン３０５外周の洩れも無くなるため、２箇所のリークパスを減らすことができるが、コマンドピストン３０５を除いた分大幅なデッドボリュームの増加により、応答性の悪化が課題となる。
【０００９】
以上の課題を鑑みて、本発明はインジェクタで高圧燃料がクリアランスを介してドレイン３１５へと連通している箇所を減らすことにより、クリアランスからのリーク量を減少させると共に、ニードル３１０の開閉弁の応答性の悪化を抑制し、低リークで応答性の良好なインジェクタを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明は前記目的を達成するために、請求項１に示すように、
高圧の燃料を蓄えるコモンレールと、
燃料を噴射する噴孔、噴孔を開閉するニードル、及び噴孔を閉鎖する位置に向かってニードルを付勢するためにニードルの上端側に燃料圧力を作用させる背圧室を備えている燃料噴射弁と、
背圧室とドレイン側との間の流路を開閉することによって背圧室の圧力を変化させ、ニードルを移動させて燃料噴射弁の噴射と停止を制御するバルブを有し、バルブの中にはバランスロッドがバランスロッドガイドの中に微小なクリアランスを持って摺動自在に嵌合され、バランスロッドガイドの下端はバルブ先端に設けられた連通路を介して背圧室に連通する制御ポートに連通しており、バランスロッドガイドの上端はクリアランスを介してドレインポートと連通して大気に開放される二方向切換え弁と、
コモンレールの高圧の燃料を背圧室に導入する流路に絞り部を備える蓄圧式燃料噴射装置において、背圧室にニードルを閉弁方向へ付勢するスプリングを収容したロッドを設けると共に、ロッドに二面幅を形成して背圧室とニードル直上のニードル室とを連通させる；
という技術的手段を採用するものである。
【００１１】
これにより、高圧燃料がクリアランスを介してドレインへと連通している箇所を減らすことができるので、クリアランスからのリーク量を大幅に低減できるため、高圧ポンプを大型化しなくても良く、さらに開閉弁の応答性をそれほど損なわないため、従来と同等のエンジン性能を得ることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例である。図１に基づいて構成を説明する。高圧ポンプ１により圧送された高圧燃料は、コモンレール２に蓄圧され、エンジンの各気筒毎に装着されたインジェクタ３のインレット４へと接続されている。
インジェクタ３は、下部に公知のノズル５が組付られ、インレット４からノズル５の油だまり６へと燃料が導入され、ニードル７により噴孔８が閉じられている。ニードル７の上部にはロッド９が収容され、ロッド９に組み込まれたスプリング１０により下方へ付勢されている。ロッド９はインジェクタボディ１１と２〜３μｍのクリアランスで摺動自在になっており、さらに二面幅により下部のニードル室１２と上部の背圧室１３とを接続している。
【００１３】
上部の背圧室１３はインレット４から絞り部をなすオリフィスＡ１４を介して高圧燃料が導入されており、オリフィスＢ１５を介して、二方向切換え弁をなす油圧制御弁１６の制御ポート１７へと連通している。
二方向切換え弁をなす油圧制御弁１６は、ソレノイド１８により駆動されるバルブ１９がバルブスプリング２０により下方へ付勢され、バルブシート部２１にて着座して、制御ポート１７とドレインポート２２とを遮断している。
【００１４】
バルブ１９の中には、上下に摺動自在にバランスロッド２３がバランスロッドガイド２３０内に収容されており、バルブ１９のバルブシート部２１の径とほぼ同径か、やや大きなバランスロッド２３の径を選択することで、バルブ１９へ作用する油圧作用力を小さくし、ソレノイド１８が小さな駆動力でも確実なバルブ作動を保証している。バランスロッドガイド２３０の下端２３１は連通路１００を介して制御ポート１７に連通しており、バランスロッドガイド２３０の上端２３２はバランスロッド２３とバランスロッドガイド２３０との間のクリアランスをかいしてドレインポート２２０と連通して大気に開放される。
【００１５】
次に、図２により作動を説明する。図２は時間と共に変化する噴射信号、バルブリフト、背圧室圧、ロッドリフト、ニードル室圧、ニードルリフトの変化を示す作動図である。
図１は時刻ｔ_０の噴射停止状態を示している。コモンレール２には１０００ｋｇ／ｃｍ^２の高圧燃料が蓄えられている。噴射を開始しようと時刻ｔ_１において、ソレノイド１８へ通電するとバルブ１９が吸引され、バルブシート部２１が離座して、制御ポート１７とドレインポート２２とが連通する。
【００１６】
すると、背圧室１３の圧力はｔ_１〜ｔ_２の間に低下していき、ロッド９の二面幅を介して、ニードル室１２の圧力も低下していくが、背圧室１３よりも若干の遅れをもって低下していくため、ロッド９の上下の圧力バランスがくずれて、ロッド９は時刻ｔ_２において上方へ移動する。その後、さらに圧力が低下していく。
【００１７】
ここで、ニードル７に働く上向きの力Ｆ_Ｖは、
ニードル７のガイド径７２をｄ_Ｇ、シート径７１をｄ_Ｓとし、噴射圧をＰ_ｆとすれば、
Ｆ_Ｖ＝（ｄ_Ｇ ^２−ｄ_ｓ ^２）×Ｐ_ｆ×π／４
同じく下向きの力Ｆ_Ｄは、
ニードル室１２の圧力をＰ_Ｎとすれば、
Ｆ_Ｄ＝ｄ_Ｇ ^２×Ｐ_Ｎ×π／４
となる。
【００１８】
従って、Ｆ_Ｖ＞Ｆ_Ｄとなるようにニードル室１２の圧力Ｐ_Ｎが低下すれば、ニードル７は時刻ｔ_３において上方へリフトし、噴射が開始する。
次に、噴射を停止しようと時刻ｔ_４においてソレノイド１８への通電をＯＦＦにすると、バルブ１９はバルブスプリング２０により下方へ押下げられ、バルブシート部２１にて着座し、制御ポート１７とドレインポート２２とを遮断する。
【００１９】
すると、インレット４から高圧燃料がオリフィスＡ１４を介して背圧室１３へ導入されると、ロッド９の二面幅を介してニードル室１２へも導入されるが、それよりも、ロッド９の上部の背圧室１３の圧力の高まる方が早く、そのため時刻ｔ_５においてロッド９は下方へ押下げられ、それに伴ってニードル７も同時に押下げられて閉弁し、ｔ_６において噴射が終了する。
【００２０】
以上のような一連の動作において、高圧燃料がクリアランスを介してドレインへと連通しているところは、バランスロッド２３のバランスロッドガイド部２３０の一箇所のみであり、従来の５箇所に比較すれば大幅にリーク量を低減することが可能となる。
また、噴射性能は従来のコマンドピストンを用いる場合に比べて、開閉弁制御のための背圧室１３にニードル室１２の分だけデッドボリュームが増加するため、やや開弁応答は悪化するが、閉弁応答はニードル室１２の圧力が上がらなくても、ロッド９の上部の背圧室１３の圧力が上がれば、閉弁動作にはいるため、従来とほぼ同等となる。
【００２１】
以上説明したように、本発明を用いることで高圧燃料がクリアランスを介してドレインへと連通している箇所を減らすことができるので、クリアランスからの高圧燃料のリークを抑制でき、ポンプの大型化によるコストアップおよびエンジンへの搭載性の悪化を回避できる。また、開閉弁の応答性をそれほど損なわないため、従来と同等のエンジン性能を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の断面構成図である。
【図２】時間と共に変化する噴射信号、バルブリフト、背圧室圧、ロッドリフト、ニードル室圧、ニードルリフトの変化を示す作動図である。
【図３】従来の蓄圧式燃料噴射装置の断面構成図である。
【符号の説明】
２コモンレール
７ニードル
８噴孔
９ロッド
１０スプリング
１２ニードル室
１３背圧室
１４絞り部
１６二方向切換え弁
１７制御ポート
１９バルブ
２３バランスロッド
１００連通路
２２０ドレインポート
２３０バランスロッドガイド
２３１バランスロッドガイドの下端
２３２バランスロッドガイドの上端

Claims

高圧の燃料を蓄えるコモンレールと、
燃料を噴射する噴孔、前記噴孔を開閉するニードル、及び前記噴孔を閉鎖する位置に向かって前記ニードルを付勢するために前記ニードルの上端側に燃料圧力を作用させる背圧室を備えている燃料噴射弁と、
前記背圧室とドレイン側との間の流路を開閉することによって前記背圧室の圧力を変化させ、前記ニードルを移動させて前記燃料噴射弁の噴射と停止を制御するバルブを有し、該バルブの中にはバランスロッドがバランスロッドガイドの中に微小なクリアランスを持って摺動自在に嵌合され、前記バランスロッドガイドの下端は前記バルブ先端に設けられた連通路を介して前記背圧室に連通する制御ポートに連通しており、前記バランスロッドガイドの上端は前記クリアランスを介してドレインポートと連通して大気に開放される二方向切換え弁と、
前記コモンレールの高圧の燃料を前記背圧室に導入する流路に絞り部を備える蓄圧式燃料噴射装置において、前記背圧室に前記ニードルを閉弁方向へ付勢するスプリングを収容したロッドを設けると共に、該ロッドに二面幅を形成して前記背圧室と前記ニードル直上のニードル室とを連通させたことを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。