JP3719461B2 - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧燃料を一種のサージタンクであるコモンレールに蓄圧し、この蓄圧された高圧燃料を内燃機関に噴射するようにした電磁制御式の蓄圧式燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高圧供給ポンプによってコモンレールに高圧燃料を加圧圧送して蓄圧し、コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）に噴射する電磁制御式の蓄圧式燃料噴射装置として、特開平５−１３３２９６号公報、米国特許番号第５４６４１５６号明細書に示されるものが知られている。これら燃料噴射装置は、噴孔を開閉する弁部材の反噴孔側に高圧燃料通路と連通する圧力制御室を設け、この圧力制御室と低圧側空間とを電磁二方弁で断続することにより燃料噴射を制御している。そして、高圧燃料通路から圧力制御室に流入する燃料流量を第１の絞り孔により規制し、電磁二方弁の開弁時に圧力制御室から低圧側空間に流出する燃料流量を第２の絞り孔により規制している。
【０００３】
したがって、燃料噴射量および燃料噴射率は、高圧燃料通路から圧力制御室に流入する燃料流量と電磁二方弁の開弁時に圧力制御室から低圧側空間に流出する燃料流量とによって制御されることになる。また、噴射開始時期、噴射終了時期、および噴射初期の噴射量は、電磁二方弁が開弁した際の高圧燃料通路から圧力制御室へ流入する燃料流量と、圧力制御室から低圧側空間に流出する燃料流量との差によって決定され、噴射後期の噴射量は、電磁二方弁が閉弁した際の高圧燃料通路から圧力制御室に流入する燃料流量によって決定されることになる。すなわち、上述の構成を有する蓄圧式燃料噴射装置は、第１の絞り孔および第２の絞り孔の流量特性によって噴射時期、噴射量、燃料噴射率がほぼ一義的に決定される構造を有している。このように第１の絞り孔および第２の絞り孔の流量特性によって噴射特性が一義的に決定されるためには、電磁二方弁の開弁時において電磁二方弁の可動部材と弁座との間に形成される環状の燃料通路の通路抵抗が第２の絞り孔の通路抵抗よりも小さくなければならない。
【０００４】
一般に、電磁二方弁の可動部材のリフト量を小さく設定すればするほど応答性向上・作動音低減・耐摩耗性向上・開閉弁バウンス低減に有効であるが、電磁二方弁の可動部材のリフト量を小さく設定すると、第２の絞り孔の圧力損失よりも可動部材と弁座との間に形成される燃料通路を通過する燃料の圧力損失の方が大きくなるので、第１の絞り孔および第２の絞り孔の流量特性により決定されるべき噴射量特性が大きく変化する恐れがある。
【０００５】
特開平５−１３３２９６号公報に示される蓄圧式燃料噴射装置は、可動部材と弁座とが平面同士で当接することにより直接第２の絞り孔を閉塞する構成であるので、可動部材のリフト量を小さく設定すると第２の絞り孔の開口部周縁の弁座と可動部材の平面部との間に形成される燃料通路の通路抵抗が第２の絞り孔の通路抵抗よりも大きくなるので所望の噴射特性を得ることができない。したがって、電磁弁の開弁時に第２の絞り孔の開口部周縁の弁座と可動部材の平面部との間に形成される燃料通路の通路抵抗が第２の絞り孔の通路抵抗よりも小さくなるように可動部材のリフト量をある程度大きくする必要があるので、応答性向上・作動音低減・耐摩耗性向上・開閉弁バウンス低減等の課題に対してある限界値を有している。また必要以上にリフト量を下げると、リフト量のばらつきが第２の絞り孔の開口部周縁の弁座と可動部材の平面部との間に形成される燃料通路を通過する燃料流量のばらつきを招き、インジェクタ個体間の噴射特性がばらつくという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許番号第５４６４１５６号明細書に示される蓄圧式燃料噴射装置では、第２の絞り孔の燃料流出側に径の拡がるテーパ状の弁座を設け、弁座と電磁二方弁のボール弁とが離隔または当接することにより第２の絞り孔を開閉する構成が示されている。テーパ状の弁座の開口径は第２の絞り孔の径よりも大きく、ボール弁が弁座から離座した状態では、ボール弁と弁座との間に形成される燃料通路の通路抵抗は第２の絞り孔の通路抵抗よりも小さくなる。したがって、可動部材であるボール弁のリフト量が小さくてもボール弁と弁座との間に形成される燃料通路の通路抵抗を第２の絞り孔よりも小さくできるので、応答性向上・作動音低減・耐摩耗性向上・開閉弁バウンス低減等の要求に応えることができる。
【０００７】
しかしながら、第２の絞り孔の燃料流出側にテーパ状の弁座を設け、この弁座に電磁二方弁の可動部材が当接する構成では、可動部材と弁座との接触面積が小さいので圧力制御室の高圧燃料を良好にシールするためには両者を高精度に加工する必要があり、加工工数が増加するという問題がある。
本発明の目的は、電磁弁の可動部材のリフト量を小さくしても所望の噴射特性を得ることのできる、加工の容易な蓄圧式燃料噴射装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、小型化可能な蓄圧式燃料噴射装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置によると、電磁弁の可動部材と平面弁座とが平面同士で当接可能であり、第２の絞り孔の燃料流出側と電磁弁の閉弁時に連通しており、第２の絞り孔の径よりも開口径が大きく可動部材の平面部の面積よりも開口面積が小さい燃料空間を有することにより、電磁二方弁の開弁時において可動部材の平面部と平面弁座との間に形成される燃料通路の通路抵抗を第２の絞り孔の通路抵抗に比較して小さくできる。したがって、可動部材のリフト量が小さくても第１の絞り孔および第２の絞り孔の流量特性により噴射特性が一義的に決定される。
【００１０】
また、可動部材のリフト量を小さくできるので、応答性向上・作動音低減・耐磨耗性向上・開閉弁バウンス低減等の効果がある。
また、可動部材の平面部と平面弁座とが平面同士が当接することにより、互いの当接面を高精度に加工しなくても燃料を良好にシールできるので、加工が容易になり加工工数が減少する。
さらに、平面部を有する球状部材が可動部材の先端に回動自在に組み付けられているので、平面弁座に球状部材の平面部が着座するときに平面弁座に対して平面部が傾いても、球状部材が回動してその傾きを修正し、平面弁座と平面部とが平面同士で確実に当接できる。
【００１１】
また、平面部と平面弁座とのいずれか一方の当接面内に低圧側空間と連通する燃料逃がし通路を形成することにより、電磁弁閉弁時において平面部と平面弁座との密着当接面の間に入り込む高圧燃料から可動部材がリフト方向に力を受ける受圧面積が小さくなる。したがって、シート面圧を上昇させることなく、確実なシール性を確保できるので可動部材を平面弁座に付勢する付勢手段の力を小さくでき、かつ、可動部材をリフト方向に引き上げる電磁弁の吸引力を小さくできる。したがって、電磁弁の体格を小さくできるので燃料噴射装置を小型化できる。
【００１２】
さらに、可動部材のリフト方向に働く燃料の圧力分布が、回動自在に設けられた球状部材の平面部の中心を対称中心として点対称になるので、球状部材及び可動部材の傾きや偏心が抑制される。したがって、安定した電磁弁の開閉弁制御が可能であり、噴射ノズルから均一な燃料量を噴射できる。特に、微小量噴射を高精度に制御できる。
【００１３】
本発明の請求項２記載の蓄圧式燃料噴射装置によると、平面弁座側に燃料空間を形成した後に第２の絞り孔を形成することにより、燃料空間よりも小径の第２の絞り孔を燃料空間をガイドとして形成し、かつ第２の絞り孔の加工長を短縮できるので、小径の第２の絞り孔の加工が容易になる。第２の絞り孔は電磁弁閉弁時において圧力制御室と燃料空間とを連通できればよいので、第２の絞り孔と電磁弁との軸ズレが発生しても性能上なんら問題が起きることはない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による蓄圧式燃料噴射装置を図１〜図４に示す。
図２に示すインジェクタ１は、図示しないディーゼルエンジンの燃焼室内へ間欠的に燃料を噴射する電磁制御式の蓄圧式燃料噴射装置であって、高圧燃料を蓄圧する図示しないコモンレールから図示しない燃料配管がインレット６０に接続されており、コモンレールから高圧燃料が供給されている。また、図示しないエンジン制御装置（以下、「エンジン制御装置」をＥＣＵという）からインジェクタ１に制御信号を送出するワイヤハーネスがコネクタ７０に接続されており、ＥＣＵから送出される制御信号によりインジェクタ１の燃料噴射が制御される。
【００１５】
インジェクタ１の噴孔側に設けられた噴射ノズル１０のノズルボディ１１には、噴孔１１ａを開閉するニードル弁２０が往復移動可能に収容されている。ノズルボディ１１およびインジェクタボディ１３はパッキンチップ１２を挟んでリテーニングナット１４で結合されている。ニードル弁２０の反噴孔側にはプレッシャピン２１が配設されており、プレッシャピン２１の反噴孔側にはプレッシャピン２１に接触あるいは連結する制御ピストン２２が配設されている。ニードル弁２０、プレッシャピン２１および制御ピストン２２は、特許請求の範囲に記載した「弁部材」を構成している。プレッシャピン２１はスプリング２３内に貫挿されており、スプリング２３はプレッシャピン２１を図２の下方、つまり噴孔閉塞方向に付勢している。２５と２６はニードル弁２０を閉弁方向に付勢するためのスプリング２３のセット荷重調整用のスペーサである。制御ピストン２２の反噴孔側には圧力制御室６２が設けられている。
【００１６】
インレット６０内に収容された燃料フィルタ６１から導入された高圧燃料は、高圧燃料通路６３と高圧燃料通路６４とに分岐する。高圧燃料通路６３に分岐した高圧燃料はニードル弁２０の周囲に環状に形成された燃料溜まり２４に供給され、高圧燃料通路６４に分岐した高圧燃料は圧力制御室６２に供給されている。燃料溜まり２４内の高圧燃料の圧力は、図２の上方つまり燃料溜まり２４と噴孔１１ａとが連通するリフト方向にニードル弁２０を付勢し、圧力制御室６２内の高圧燃料の圧力は、図２の下方つまりニードル弁２０が噴孔１１ａを閉塞する方向に制御ピストン２２を付勢する。
【００１７】
図１に示す低圧燃料通路６５は、制御ピストン２２およびニードル弁２０の摺動クリアランスからのリーク燃料を回収するための燃料通路であり、スプリング２３を収容する図２に示すばね室２７と連通している。図１に示すように、低圧燃料通路６５は、後述する第１絞り板５１および第２絞り板５２にそれぞれ形成された燃料通路５１ａ、５２ａを介して低圧側空間としての低圧燃料室４５ａに連通している。低圧燃料室４５ａの燃料は、バルブシリンダ４５内に設けられた低圧燃料通路４５ｂ、弁軸４１内に設けられた低圧燃料通路４１ａ、押圧部材４２に設けられた低圧燃料通路４２ａ、アーマチャ３４を貫通する貫通孔３４ａ、コア３１の中心を連通する低圧燃料通路３１ａ、ハウジング５０内に設けられた低圧燃料通路６９を経て、図２に示すリーク燃料回収用のユニオン７３内の低圧燃料通路７３ａに流出する。したがって、インジェクタ内の余剰燃料は最終的には低圧燃料通路６９、低圧燃料通路７３ａを介してインジェクタ１の外部に排出される。
【００１８】
図１に示すように、第１の絞り板５１、第２の絞り板５２はインジェクタボディ１３とバルブシリンダ４５との間に重ねられて挟持されている。第１の絞り孔６６は第１の絞り板５１に形成され、高圧燃料通路６４から圧力制御室６２へ流入する燃料流量を規制している。第２の絞り孔６７は第２の絞り板５２に形成され、圧力制御室６２から低圧燃料室４５ａへ流出する燃料流量を規制している。
【００１９】
図３の（Ａ）に示すように、第２の絞り板５２は円板状に形成され、中心軸から同一間隔だけオフセットされた位置に貫通孔５２ｂが２個形成されている。第１の絞り板５１も第２の絞り板５２と同様に円板状に形成され、中心軸から同一間隔だけオフセットされ、かつ第２の絞り板５２に形成された貫通孔５２ｂと対応する位置に図示しない貫通孔が２個形成されている。各貫通孔は位置決め用のノックピンを貫挿する孔である。２本のノックピンによってインジェクタボディ１３に対する各絞り板の位置決めがなされた状態で、インジェクタボディ１３とバルブシリンダ４５とがねじ結合している。
【００２０】
図３および図４に示すように、第２の絞り孔６７の燃料流出側に第２の絞り孔６７よりも径が大きい、つまり第２の絞り孔６７よりも通路抵抗が小さい円筒状の燃料空間６８が第２の絞り孔６７と連通するように形成されている。燃料空間６８の開口面積は、電磁弁３０の球状部材４３に形成された平面部４３ａの面積よりも小さい。燃料空間６８は電磁弁３０の開弁時に低圧燃料室４５ａと連通するので、燃料空間６８を介して圧力制御室６２の高圧燃料が低圧燃料室４５ａに流出する。
【００２１】
平面弁座５３は、環状弁座５３ａおよび扇状弁座５３ｂからなり、球状部材４３の平面部４３ａと平面同士で当接可能に形成されている。環状弁座５３ａは燃料空間６８の開口の外周に環状に形成されており、扇状弁座５３ｂは環状弁座５３ａの外周側に４個形成されている。環状弁座５３ａおよび扇状弁座５３ｂは同一平面状に形成されており、環状弁座５３ａの全面および扇状弁座５３ｂの内周側に平面部４３ａが当接可能である。
【００２２】
燃料逃がし通路５４は、環状通路５４ａおよび連通路５４ｂからなり、電磁弁３０の閉弁時に平面部４３ａと平面弁座５３とが当接した状態においても低圧燃料室４５ａと連通している。環状通路５４ａは環状弁座５３ａの外周側かつ扇状弁座５３ｂの内周側に燃料空間６８と略同心円上に形成されている。連通路５４ｂは、環状通路５４ａと連通し、各扇状弁座５３ｂの間に環状通路５４ａから９０°間隔で放射状に４本延びている。平面部４３ａが平面弁座５３に着座した図１に示す状態において、連通路５４ｂは低圧燃料室４５ａと連通している。したがって、環状通路５４ａも低圧燃料室４５ａと連通している。
【００２３】
環状空間５５は、連通路５４ｂの外周に形成され、連通路５４ｂと連通している。環状空間５５は、低圧燃料室４５ａの容積を補うためのものであり、電磁弁３０の開弁時において低圧側に高圧燃料を流出し易くしている。
図１に示す電磁弁３０は、圧力制御室６２と低圧燃料室４５ａとを断続する電磁二方弁であり、リーテーニングナット５９とインジェクタボディ１３との間に配設されている。ピン５６はコア３１とハウジング５０との回転方向の位置決めを行うものであり、かつリテーニングナット５９を締めつけるときにコア３１とハウジング５０とが互いに相対回動しコイル３２に給電する図示しない給電ターミナルに負荷が加わることを防止するものである。
【００２４】
コイル３２はコア３１内に巻装されており、図２に示すコネクタ７０に埋設されたターミナル７１から電力が供給される。コア３１は厚さ０．２mm程度の珪素鋼板をスパイラル状に積層して形成したものであり、内周に配設した図１に示す円筒部材３３に珪素鋼板が溶接されている。後述する可動部材４０の押圧部材４２は円筒部材３３の内部に貫挿されている。
【００２５】
可動部材４０は、弁軸４１、押圧部材４２、球状部材４３および支持部材４４からなる。弁軸４１と押圧部材４２とは圧力制御室６２の燃料圧力から受ける力およびスプリング４７の付勢力により互いに押圧されており、別体に形成されてはいるが離反しないで往復移動する。押圧部材４２は磁気回路への影響を避けるために非磁性ステンレス等で構成されている。弁軸４１はコア３１の噴孔側に配設されたバルブシリンダ４５に往復移動可能に支持されており、耐摩耗性に優れた材質で形成されている。弁軸４１は磁気回路外にあるので磁性体で形成してもよい。弁軸４１のコア側には径方向および軸方向に正確に位置決めされたアーマチャ３４が圧入、かしめ、溶接のいずれかまたは複数の手段で固定されており、弁軸４１はアーマチャ３４とともに往復移動する。アーマチャ３４は耐摩耗性よりも磁気回路の一部としての特性が要求されるので、例えば珪素鋼により形成されている。アーマチャ３４には燃料中の移動抵抗を低減するために複数の貫通孔３４ａが形成されている。
【００２６】
可動部材４０のリフト量はスペーサ５７の軸長を変更することにより調整できる。可動部材４０の最大リフト位置は、弁軸４１が円筒部材３３に係止されることにより規定される。このとき、アーマチャ３４とコア３１との間にはエアギャップが確保されるので、コイル３２への通電をオンからオフにするときに速やかに可動部材４０が図１の下方に移動する。
【００２７】
図４の（Ａ）に示すように、弁軸４１の先端部には円筒状に形成された支持部材４４が圧入または溶接等で固定されている。支持部材４４と球状部材４３との間には数μｍのクリアランスが形成されており、球状部材４３は弁軸４１の先端に形成された円錐状凹面と支持部材４４の内壁とにより回動自在に組み付けられている。支持部材４４の先端部をかしめることにより球状部材４３は支持部材４４からの脱落を防止されている。球状部材４３はセラミックまたは超硬合金の球の一部分に平面部４３ａが加工された構造になっている。弁軸４１のリフト量は１００μｍ程度であるから、弁軸４１のリフト位置に関わらず球状部材４３が所定角度以上回転しようとしても平面部４３ａが第２の絞り板５２に係止される。したがって、平面部４３ａは常に第２の絞り板５２に面している。平面部４３ａは第２の絞り板５２に形成された平面弁座５３との平面同士の当接により燃料空間６８を閉塞するので、球状部材４３と第２の絞り板５２とのシール面積が大きくなり圧力制御室６２からの燃料リーク料を低減することができる。また、球状部材４３と燃料空間６８との位置や相対角度がずれた場合にも確実に球状部材４３が燃料空間６８を閉塞できる。
【００２８】
押圧部材４２は、摺動クリアランスよりも大きなクリアランスを円筒部材３３と形成して円筒部材３３に往復移動自在に貫挿されている。スプリング４７は球状部材４３が燃料空間６８を閉塞する方向に押圧部材４２を付勢している。スプリング４７の付勢力はシム４６の厚みを変更することにより調節できる。
次に、第１実施例における各部寸法を示す。
【００２９】
第１の絞り孔６６の直径ａ＝φ０．１９mm、第２の絞り孔６７の直径ｂ＝φ０．２９mm、燃料空間６８の直径ｃ（環状弁座５３ａの内径）＝φ０．４mm、環状通路５３ａの内径ｄ（環状弁座５３ａの外径）＝φ０．７mm、環状通路５３ａの外径ｅ＝φ１．２mm、環状通路５３ａの深さ＝０．１mm、連通路５３ｂの幅＝０．４mm、連通路５３ｂの深さ＝０．１mm、球状部材４３の球径ｆ＝φ２．０mm、平面部４３ａの直径ｇ＝φ１．６３mm、制御ピストン２２の径ｈ＝φ５．０mm、可動部材４０のリフト量＝０．１mm、ニードル弁２０の直径＝φ４．０mm、ニードル弁２０のシート径＝φ２．２５mm、スプリング４７の荷重＝５０Ｎ、スプリング２３の荷重＝４０Ｎである。
【００３０】
次に、インジェクタ１の作動について説明する。
(1) コイル３２への通電オフ時、スプリング４７の付勢力により押圧部材４２が図１の下方に押下される。球状部材４３の平面部４３ａは第２の絞り板５２の平面弁座５３に着座し、圧力制御室６２と低圧燃料室４５ａとの連通が遮断される。
【００３１】
電磁弁３０が閉弁し高圧燃料をシールした状態、あるいは閉弁直前の可動部材４０が低リフト状態にある場合、高圧燃料がシール面である平面部４３ａと平面弁座５３との密着当接面の間に入り込もうとする。しかしながら、環状弁座５３ａの外周側かつ扇状弁座５３ｂの内周側に環状通路５４ａが形成されており、この環状通路５４ａが低圧燃料室４５ａと連通する連通路５４ｂと連通しているので、燃料逃し通路５４の部分では完全に低圧（ドレン圧）まで降圧させることができる。
【００３２】
平面部４３ａと環状弁座５３ａとの密着当接面の間の圧力分布は、環状弁座５３ａの内周縁部における圧力制御室６２の圧力（燃料空間６８の開口部における圧力）から環状弁座５３ａの外周縁部におけるドレン圧（連通路５４ｂにおける圧力）まで降圧するような点対象形のＬＯＧ関数分布となる。一方、燃料逃し通路が形成されていない従来の電磁弁の場合には、可動部材の平面部または平面弁座のいずれか小径側の外径（＞環状通路５３ａの内径）までＬＯＧ関数の圧力分布が発生することになるので、燃料逃がし通路を設けたものに比較して圧力の積分値が大きくなる。したがって、燃料逃し通路が形成されていれば、電磁弁の閉弁時に開弁方向に働く油圧荷重を低減できる。
【００３３】
第１実施例では、環状弁座５３ａの内径ｃ＝φ０．４mm、環状弁座５３ａの外径ｄ＝φ０．７mmに設定されており、燃料空間６８から受ける力に加え、平面部４３ａと環状弁座５３ａとの密着当接面間における点対象形の圧力のＬＯＧ関数分布を考慮すると、コモンレールから導入される燃料圧力（≒圧力制御室圧力）が１５０ＭＰａの場合においても電磁弁３０を開弁方向に作用させる油圧荷重は３５Ｎである。また、電磁弁３０の可動部材４０を閉弁方向に付勢するためのスプリング４７のセット荷重は前述した油圧荷重に基づいて設定すればよく、油圧荷重が小さくなればスプリング４７のセット荷重も小さくできる。第１実施例では５０Ｎに設定されており、コイル３２への通電がオフされている限り可動部材４０はリフトしない。
【００３４】
また、制御ピストン２２の直径＝φ５．０mm、ニードル弁２０の直径＝φ４．０mm、ニードル弁２０のシート径＝φ２．２５mmであることから、制御ピストン２２の受圧面積はニードル弁２０の受圧面積よりも大きく、その差は約１１mm² に設定されている。さらに、スプリング２３の付勢力は噴孔閉塞方向に働いているので、コイル３２への通電がオフされている限り圧力制御室６２の燃料圧力から制御ピストン２２が噴孔閉塞方向に受ける力とスプリング２３の付勢力との和は、燃料溜まり２４の燃料圧力からニードル弁２０がリフト方向に受ける力よりも大きい。したがって、ニードル弁２０により噴孔１１ａは閉塞され燃料噴射は行われない。
【００３５】
(2) コイル３２への通電をオンすることにより生じる電磁力は約６０Ｎに設定されているので、コイル３２に発生するアーマチャ３４を吸引する電磁力と圧力制御室６２の燃料圧力から可動部材４０が開弁方向に受ける力との和がスプリング４７の付勢力よりも大きくなるので可動部材４０がリフトし球状部材４３は第２の絞り板５２から離座する。球状部材４３が第２の絞り板５２から離座すると、燃料空間６８と低圧燃料室４５ａとが連通し、圧力制御室６２の燃料が第２の絞り孔６７を経て、燃料空間６８から低圧燃料室４５ａに流出する。
【００３６】
このとき、燃料空間６８の径を第２の絞り孔６７の径よりも大きく設定しているので、環状弁座５３ａと平面部４３ａとの間に形成される円環状の燃料通路の最内周における流路面積は、燃料空間６８を設けず第２の絞り孔６７を平面部４３ａで直接開閉する場合に比べて大きくなる。したがって、燃料空間６８を設けた第１実施例は、燃料空間６８を設けず第２の絞り孔６７を直接開閉するものよりも環状弁座５３ａと平面部４３ａとの間に形成される燃料通路の通路抵抗が小さくなる。したがって、可動部材４０のリフト量を小さくしても燃料通路の通路抵抗を第２の絞り孔６７の通路抵抗よりも小さくなるように設定できるので、環状弁座５３ａと平面部４３ａとの間に形成される燃料通路を通過する燃料流量は第２の絞り孔６７を通過する燃料流量よりも減少することはない。第２の絞り孔６７の通路抵抗は第１の絞り孔６６の通路抵抗よりも小さいので、球状部材４３が第２の絞り板５２から離座し圧力制御室６２と低圧燃料室４５ａとが連通すると圧力制御室６２の燃料圧力が低下する。圧力制御室６２の燃料圧力が低下し、圧力制御室６２の燃料圧力から制御ピストン２２が噴孔閉塞方向に受ける力とスプリング２３の付勢力との和が、燃料溜まり２４の燃料圧力からニードル弁２０がリフト方向に受ける力よりも小さくなると、ニードル弁２０がリフトし、噴孔１１ａから燃料が噴射される。
【００３７】
第２の絞り孔６７よりも径の大きい燃料空間６８を第２の絞り孔６７の燃料流出側に設けたことにより、電磁弁３０の開弁時に低圧燃料室４５ａに流出する燃料流量は、第２の絞り孔６７の流量特性により決定される。したがって、インジェクタ１の噴射特性は、第１の絞り孔６６から圧力制御室６２に流入する燃料流量と、第２の絞り孔６６を介して圧力制御室６２から低圧燃料室６８に流出する燃料流量とによって概ね決定される。噴射特性の内、噴射開始時期、初期噴射率の上昇度合いは、電磁弁３０が開弁した後に圧力制御室６２へ流入する燃料流量と、圧力制御室６２から低圧燃料室６８に流出する燃料流量との差によって決定される。すなわち、第１の絞り孔６６および第２の絞り孔６７の流量特性が変われば、電磁弁３０が開弁した直後の圧力制御室６２における圧力の降下速度が変わり、噴射開始時期が変わる。
【００３８】
圧力制御室２２の圧力が降下し制御ピストン２２の開弁圧に達し制御ピストン２２が開弁行程に入ると、制御ピストン２２に作用する開弁方向と閉弁方向の力は静的に釣り合った状態となる。しかしながら、第１実施例では第２の絞り孔６７の通路抵抗を第１の絞り孔６６の通路抵抗よりも小さくすることにより圧力制御室６２から流出する燃料流量を圧力制御室６２に流入する燃料流量よりも大きくなるように設定してあるので、次の瞬間には圧力制御室６２の圧力が低下する。このため、静的な力の釣り合いが崩れ開弁方向の力が閉弁方向の力より大きくなるので、制御ピストン２２が開閉弁方向に力の釣り合う位置までリフトする。この繰り返しにより、最終的に制御ピストン２２は設定された所定のリフト位置まで到達する。制御ピストン２２の開弁行程における圧力制御室６２の圧力はほぼ一定している。また、制御ピストン２２が動き始める圧力制御室６２の圧力である開弁圧は、第１の絞り孔６６および第２の絞り孔６７の流量特性によらず、噴孔開放方向と噴孔閉塞方向にそれぞれ作用するニードル弁２０と制御ピストン２２との受圧面積の差とニードル弁２０を噴孔閉塞方向に付勢するスプリング２３の付勢力とから一義的に決まる。また一定圧力が継続する時間は制御ピストン２２がフルリフト点まで到達するまでの時間であるため、第１の絞り孔６６および第２の絞り孔６７の流量特性が変化すれば変化する構造となっている。
【００３９】
制御ピストン２２がフルリフト点まで到達すると、圧力制御室６２の圧力はニードル弁２０の開弁圧より低下し、第１の絞り孔６６および第２の絞り孔６７の流量特性の差のみで決まる圧力まで低下し、その圧力値が持続される。これは、燃料噴射率がほぼ一定となる領域であり、ニードル弁２０の先端での圧力が一定であればその大きさに変化は生じない。
【００４０】
上記状態が続き、所定の噴射終了時期がくるとコイル３２への通電を遮断する。この時、アーマチャ３４を吸引するための電磁力６０Ｎが０になるため、可動部材４０を閉弁方向に付勢するスプリング４７の付勢力によって電磁弁３０は閉弁する。すると、高圧燃料通路６４から第１の絞り孔６６を介して圧力制御室６２に流入する高圧燃料により圧力制御室６２の圧力が上昇する。
【００４１】
開弁時と同様に噴孔開放方向と噴孔閉塞方向にそれぞれ作用するニードル弁２０と制御ピストン２２との受圧面積の差とニードル弁２０を噴孔閉塞方向に付勢するスプリング２３の付勢力とから一義的に決まる閉弁圧に達するまで圧力制御室６２の圧力が上昇すると、圧力制御室６２の燃料圧力から制御ピストン２２が噴孔閉塞方向に受ける力とスプリング２３の付勢力との和が、燃料溜まり２４の燃料圧力からニードル弁２０がリフト方向に受ける力よりも大きくなるので、制御ピストン２２が噴孔閉塞側に移動する。厳密には、コイル３２への通電がオフされスプリング４７の付勢力により可動部材４０が燃料空間６８の閉塞方向に移動するにしたがい燃料空間６８から流出する燃料流量が減少するので、電磁弁３０の閉弁前に制御ピストン２２は噴孔閉塞側に移動する。
【００４２】
制御ピストン２２の閉弁圧は、開弁圧と同様に、第１の絞り孔６６および第２の絞り孔６７の流量特性によらず同じ値になるが、電磁弁３０が閉弁を開始してから制御ピストン２２の閉弁圧まで圧力制御室６２の圧力が上昇するまでの時間は、第１の絞り孔６６および第２の絞り孔６７の流量特性が変わり電磁弁３０の開弁時点での圧力制御室６２の圧力に差があれば当然のことながら変化する。さらに、制御ピストン２２の閉弁行程では、開弁行程と同様に第１の絞り孔６６および第２の絞り孔６７の燃料流量の差により噴孔閉塞に要する時間が変化する構造となっている。
【００４３】
以上のごとく、噴射開始時期、噴射終了時期、燃焼噴射率の初期上昇速度は、第１の絞り孔６６および第２の絞り孔６７の流量特性によって決定され、噴射終了時の燃焼噴射率の降下速度は第１の絞り孔６６の流量特性によって決定される。
以上説明した本発明の第１実施例では、第２の絞り孔６７の燃料流出側に第２の絞り孔６７と連通し、第２の絞り孔６７よりも径の大きい、つまり第２の絞り孔６７よりも通路抵抗の小さい燃料空間６８を設けたことにより、可動部材４０のリフト量を小さく設定しても平面部４３ａと環状弁座５３ａとの間に形成される燃料通路の通路抵抗を第２の絞り孔６７の通路抵抗よりも小さくすることができる。したがって、可動部材４０のリフト量を小さくしても電磁弁３０の開弁時に第２の絞り孔６７の通路抵抗によって決定される流量の燃料を低圧燃料室４５ａに流出させることができる。
【００４４】
電磁弁３０が開弁した時に流出させるべき流量は、本来第２の絞り孔６７を通過する流量を流出させればよいので、第２の絞り孔６７よりも通路抵抗の小さい燃料通路６８を開閉した方が可動部材４０のリフト量を小さくできる。可動部材４０のリフト量を小さくすることにより、応答性向上・作動音低減・耐摩耗性向上・開閉弁バウンス低減が実現できるので、摩耗等により生じる可動部材４０のリフト量のばらつきが電磁弁開弁時に低圧燃料室４５ａに流出する燃料流量のばらつきを招くことがない。
【００４５】
さらには、環状通路５４ａおよび連通路５４ｂからなる燃料逃がし通路５４を平面弁座５３内に形成したことにより、電磁弁３０の閉弁時に開弁方向に働く油圧荷重を低減できる。したがって、コイル３２への通電オフ時に可動部材４０を平面弁座５３に向けて付勢するスプリング４７の付勢力を小さくすることができ、さらに、通電オン時に可動部材４０を開弁方向に吸引する電磁力を小さくすることができる。これにより、電磁弁３０の体格を小型化し、インジェクタ１全体の体格を小型化できる。
【００４６】
また燃料空間６８と同心円上に環状通路５４ａを形成しているので、開弁方向に働く油圧荷重の分布が対象形をなすことにより球状部材４３に加わる荷重分布に偏りが発生しない。したがって、球状部材４３の傾きや偏心が抑制されるので、安定した電磁弁３０の開閉弁制御が可能であり、噴射ノズルから均一な燃料量を噴射できる。特に、微少量噴射を高精度に制御できる。
【００４７】
また、燃料空間６８をドリル加工してから、燃料空間６８の加工先端部のドリル跡に案内されて第２の絞り孔６７をドリル加工できるので、第２の絞り孔６７の加工長が短縮される。したがって、燃料空間６８に比べ径の小さい第２の絞り孔６７の加工が容易になり、加工工数が低減する。また、第２の絞り孔６７は圧力制御室６２と燃料空間６８とを連通すればよいので、第２の絞り孔６７と電磁弁３０との軸ズレが発生しても性能上なんら問題が起きることはない。
【００４８】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図５に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第２実施例では、第２の絞り板５２にではなく平面部４３ａ側に燃料空間としての円筒状の凹状空間４３ｂを形成している。凹状空間４３ｂの開口径ｋは第２の絞り孔６７の径ｂよりも大きく、ｋ＝φ０．４mm、径ｂ＝φ０．２９mmである。図５に示したａ、ｂ、ｄ、ｅ、ｇ、ｈの寸法は第１実施例と同じである。また、凹状空間４３ｂの開口面積は平面部４３ａの面積よりも小さい。
【００４９】
第２実施例では、第２の絞り孔６７が直接平面弁座５３に開口しているので、環状弁座５３ｃの内径は第２の絞り孔６７の径ｂと等しくなっており、環状弁座５３ｃの幅が第１実施例の環状弁座５３ａよりも大きくなっている。
第２実施例では、凹状空間４３ｂの開口径を第２の絞り孔６７の径よりも大きく設定しているので、電磁弁３０の開弁時に環状弁座５３ｃと平面部４３ａとの間に形成される円環状の燃料通路の最内周における流路面積は、凹状空間４３ｂを設けない場合に環状弁座５３ｃと平面部４３ａとの間に形成される燃料通路の最内周における流路面積よりも大きくなる。したがって、凹状空間４３ｂを設けないものよりも環状弁座５３ｃと平面部４３ａとの間に形成される燃料通路の通路抵抗が小さくなる。第２実施例では、この燃料通路の通路抵抗を第２の絞り孔６７の通路抵抗よりも小さくなるように設定している。したがって、環状弁座５３ｃと平面部４３ａとの間に形成される燃料通路を通過する燃料流量は第２の絞り孔６７を通過する燃料流量よりも減少することはない。したがって、第１実施例と同様に可動部材４０のリフト量を小さくできるので、応答性向上・作動音低減・耐摩耗性向上・開閉弁バウンス低減を実現できる。
【００５０】
また、第１実施例と同様に平面弁座５３内に燃料逃がし通路５４を設けているので電磁弁３０の開弁圧が低下し、電磁弁３０を小型化できる。
以上説明した本発明の実施の形態を示す複数の実施例では、燃料空間を筒状に形成したが、燃料空間の開口径が第２の絞り孔の径よりも大きく、開口面積が可動部材の平面部よりも小さければよいので、開口側に向かって径の大きくなるテーパ状に燃料空間を形成することも可能である。また、平面部および平面弁座の両方に燃料空間を設けてもよい。
【００５１】
また、上記各実施例では燃料逃がし通路を平面弁座側に設けたが、平面部と平面弁座との当接面内に位置するのであれば、可動部材の平面部側に燃料逃がし通路を設けることも可能である。また、平面部および平面弁座の両方に燃料逃がし通路を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるインジェクタの主要部を示す断面図である。
【図２】第１実施例によるインジェクタを示す断面図である。
【図３】（Ａ）は第１実施例の第２の絞り板を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】第１実施例における電磁弁のシート部分を示す斜視図である。
【図５】第２実施例における電磁弁のシート部分を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ インジェクタ（蓄圧式燃料噴射装置）
１０ 噴射ノズル
１１ａ 噴孔
２０ ニードル弁（弁部材）
２１ プレッシャピン（弁部材）
２２ 制御ピストン（弁部材）
３０ 電磁弁
４０ 可動部材
４１ 弁軸（可動部材）
４２ 押圧部材（可動部材）
４３ 球状部材（可動部材）
４３ａ 低圧燃料室
４３ｂ 凹状空間（燃料空間）
４４ 支持部材（可動部材）
５１ 第１の絞り板
５２ 第２の絞り板
５３ 平面弁座
５３ａ、５３ｃ 環状弁座（平面弁座）
５３ｂ 扇状弁座（平面弁座）
５４ 燃料逃がし通路
５４ａ 環状通路（燃料逃がし通路）
５４ｂ 連通路（燃料逃がし通路）
６３、６４ 高圧燃料通路
６５ 低圧燃料通路
６６ 第１の絞り孔
６７ 第２の絞り孔
６８ 燃料空間

Claims (2)

1. コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関に噴射する蓄圧式燃料噴射装置であって、
   蓄圧された高圧燃料を噴孔に供給可能な高圧燃料通路と前記噴孔とを断続する弁部材と、
   可動部材および前記可動部材の平面部と平面同士で当接可能な平面弁座を有し、前記弁部材の反噴孔側に設けられ前記高圧燃料通路から供給される燃料圧力により前記噴孔遮断方向に前記弁部材を付勢する圧力制御室と低圧側空間との連通を前記平面部と前記平面弁座とが当接することにより遮断する電磁弁とを備え、
   前記可動部材は、前記可動部材の先端に回動自在に組み付けられ前記平面部を設けた球状部材とを有し、
   前記高圧燃料通路から前記圧力制御室に流入する燃料流量を制限する第１の絞り孔と、前記圧力制御室と前記平面弁座との間に形成され、前記第１の絞り孔よりも通路抵抗が小さく前記電磁弁の開弁時に前記圧力制御室から前記低圧側空間に流出する燃料流量を制限する第２の絞り孔と、少なくとも前記平面部又は前記平面弁座のいずれか一方に形成される燃料空間であって、前記電磁弁の閉弁時に前記第２の絞り孔の燃料流出側に連通しており、前記平面部と前記平面弁座との隔離および当接により開閉され、前記第２の絞り孔の径よりも開口径が大きく前記平面部の面積よりも開口面積が小さく、前記平面弁座に形成される場合は前記第２の絞り孔よりも通路抵抗の小さい燃料空間とを有し、前記平面弁座の当接面内に前記低圧側空間と連通する燃料逃がし通路を形成し、前記燃料逃がしは、前記平面部と前記平面弁座とが当接した状態において前記燃料空間の開口に対して略同心円上に形成された環状通路を有し、前記電磁弁の閉弁時において前記可動部材の前記平面部は前記環状通路全体を覆うことを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
2. 前記燃料空間は前記平面弁座側に形成され、前記燃料空間を形成した後に前記第２の絞り孔を形成することを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置。

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