JP3760971B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関し、特にエンジン搭載性の向上及び噴射圧力制御の応答性の向上を図った燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、蓄圧器に蓄圧した高圧燃料をエンジンの各気筒に安定に供給して低速域から高速域までの広い運転領域においてエンジン性能を向上可能とする蓄圧式燃料噴射装置（コモンレールシステム）がある。このような燃料噴射装置を用いた場合でも、燃料噴射開始直後における燃料噴射率が過大であると、燃焼の初期に急激な爆発燃焼が行われ、エンジン騒音が増大するばかりでなく排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が増大する。このような不具合を解消するため、各回の燃料噴射サイクルの初期段階において、低めの燃料噴射率で燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置が提案されている。
【０００３】
この蓄圧式燃料噴射装置は、図４に示すように燃料ポンプ１により加圧された高圧の燃料を貯溜する高圧蓄圧器２と、高圧蓄圧器２と燃料通路１１を介して接続され且つ供給された燃料をエンジン燃焼室内に噴射する燃料噴射弁３と、高圧蓄圧器２の高圧燃料を燃料通路１１の下流側へ排出制御する圧力切換弁４と、高圧蓄圧器２の高圧燃料よりも低圧の燃料を貯溜し圧力切換弁４より下流側の燃料通路１１に分岐通路１２、及びオリフィス５と逆止弁６とが並列に接続された油路を介して接続される低圧蓄圧器７と、低圧蓄圧器７と燃料タンク１０との燃料通路に接続され、低圧蓄圧器７の燃料圧を制御する圧力制御弁８とを備えた構成とされている。
【０００４】
燃料噴射開始時期が到来するまでの間、圧力切換弁４及び燃料噴射弁３の燃料噴射時期制御用の開閉弁１５は、共に閉弁されており、オリフィス５と逆止弁６の下流側の分岐通路１２、及び圧力切換弁４の下流側の燃料通路１１には低圧蓄圧器７から低圧燃料が供給され、この低圧燃料が燃料噴射弁３の圧力制御室３ａ及び燃料室３ｂに供給される。燃料噴射開始時期が到来した時に開閉弁１５を開弁させて燃料噴射弁３を開弁させて低圧燃料を噴射させて低圧初期噴射（以下「低圧噴射」という）を行い、低圧噴射期間が経過した時に圧力切換弁４を開弁して高圧蓄圧器２からの高圧燃料を噴射させて高圧主噴射（以下「高圧噴射」という）を行い、噴射終了時期が到来すると開閉弁１５を閉弁して燃料噴射弁３を閉弁すると共に圧力切換弁４を閉弁する。即ち、圧力切換弁４により低圧蓄圧器７と高圧蓄圧器２を燃料噴射中に切り換えて燃料の噴射波形の制御を行う。
【０００５】
そして、低圧噴射により、燃料噴射期間の初期段階での燃焼が比較的緩慢に行われ、排気ガス中のＮＯｘ量の低減が図られ、燃料噴射終了時点で燃料噴射率が急速に立ち下がって黒煙（スモーク）やパティキュレート（粒状物質ＰＭ）の排出量が低減される。
圧力切換弁４が閉弁した後、当該圧力切換弁４と燃料噴射弁３の燃料室３ａとの間に溜まった高圧燃料をオリフィス６を通して低圧蓄圧器７に導入すると共に圧力制御弁８をデューティ制御して、低圧蓄圧器７の燃料圧が所定圧となるように当該低圧蓄圧器７の燃料を燃料タンクに排出する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の蓄圧式燃料噴射装置においては、圧力切換弁４と燃料噴射弁３とを接続する燃料通路１１、及び燃料通路１１と低圧蓄圧器７とを接続する分岐通路１２等の配管が必要である。このため、圧力切換弁４と燃料噴射弁３との間の燃料通路１１、及び逆止弁６と燃料通路１１との間の分岐通路１２の燃料通路長が長く、これらの燃料通路内における燃料のデッドボリューム（矢線で示す）により、低圧噴射と高圧噴射とを噴射途中で切り換えて選択的に噴射させる噴射圧力制御の応答性が悪い。更に、燃料噴射装置全体の占有スペースが増大し、実機搭載性が低下する。特に、吸・排気弁を各２弁備えた４弁系のディーゼルエンジンのシリンダヘッド７１上への配置を検討する場合には、システムのコンパクト化が必須である。
【０００７】
このため、本発明では、従来の燃料噴射弁を使用して噴射圧力制御の応答性の向上を図るようにした燃料噴射装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、まず、本願の請求項１に係る発明では、燃料噴射装置を、高圧燃料源からの燃料を開弁により下流側に供給する切換弁、前記切換弁の下流側に配設された燃料通路及びこの燃料通路の途中から分岐して前記高圧燃料源より低圧の低圧蓄圧室に連通する分岐通路を収容した圧力制御ユニットと、燃料噴射弁及びこの燃料噴射弁に燃料を供給する通路を収容した燃料噴射弁ハウジングとを結合して構成し、前記圧力制御ユニットの前記燃料通路開放端部が形成される第１取付部と、前記燃料噴射弁ハウジングの前記供給通路端部が形成される第２取付部とを、これらの外周に夫々逆方向に形成されたネジ山と内周部に形成されたねじ山とが螺合する結合部材とにより螺合して結合し、第２取付部の上面と対向する圧力制御ユニットの下面に設けられたピンを、第２取付部の上面に当接して圧力制御ユニットと燃料噴射弁ハウジングとの相対回転を防止する。
【０００９】
これにより、切換弁から燃料噴射弁までの燃料通路が短くなり、燃料通路のデッドボリュームが低減して低圧噴射と高圧噴射とを選択的に噴射させる際の噴射圧力制御の応答性が向上する。また、燃料噴射装置のコンパクト化が図られてエンジン搭載性が向上する。さらに、圧力制御ユニットと燃料噴射弁ハウジングとの相対回転を防止するピンにより、組付け性及び組付け精度が向上するとともに、いずれか一方を固定するだけで結合部材の締付け作業が可能となり、締付け作業及び締付けトルクの管理が容易に行える。
次に、本願の請求項２に係る発明では、燃料噴射弁ハウジングの供給通路端部が開口する端面に凹部が形成されるシート面と、圧力制御ユニットの燃料通路開放端部が開口する端面に凸部が形成されるシート面とを備え、凸部が凹部に嵌合して各シート面が互いに当接した状態で結合部材の回転が停止し、燃料噴射弁ハウジングと圧力制御ユニットとの連結操作が終了する。
これにより、燃料噴射弁ハウジングの燃料供給通路と圧力制御ユニットの燃料通路とが液密に連通接続され、燃料噴射弁ハウジングと圧力制御ユニットとが統合されてユニット化される。よって、機種を問わずに従来の燃料噴射弁をそのまま利用して圧力制御ユニットの後付が可能となり、容易に低・高圧切換可能な燃料噴射装置を構成することができるため、燃料噴射装置の生産性が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。
図１は、本発明に係る燃料噴射装置を装着したエンジンのシリンダヘッドの平面図、図２は、図１の矢印II−IIに沿う断面図である。
図１及び図２に示すように、燃料噴射装置２０は、燃料噴射弁としての燃料噴射弁ハウジング２１と、圧力制御ユニット２２とにより構成されており、これらは結合部材２３により着脱可能に連結されている。図２に示すように燃料噴射弁ハウジング２１は、燃料噴射弁３０と、噴射時期を制御する開閉弁３１とを備えている。開閉弁３１は、電磁弁により構成されている。燃料噴射弁３０は、針弁３２、スプリング３３、ピストン３４、燃料室３５、圧力制御室３６等により構成されており、燃料室３５と圧力制御室３６は、燃料供給通路３７に連通され、燃料噴射弁３０、開閉弁３１は、リーク燃料通路３８に連通されている。
【００１１】
図２及び図３に示すように燃料噴射弁ハウジング２１の燃料供給通路３７の上流側開放端部３７ａが形成されている取付部２１ａの先端２１ｂは、当該取付部２１ａと段差をなす小径の円柱形状とされ、前記開放端部３７ａが開口する端面に円錐形状の凹部が同心的に形成されてシート面とされ、外周面に雄ねじ２１ｃが刻設されている。この雄ねじ２１ｃは順方向雄ネジ（右ネジ）とされている。
【００１２】
図１及び図２に示すように圧力制御ユニット２２には、大径の圧力切換弁２５と小径の絞り付逆止弁２６が収容されており、大径の圧力切換弁２５が燃料噴射弁ユニット２１と対向して配置され、小径の絞り付逆止弁２６が圧力切換弁２５の横に配置されている。図２に示すように圧力制御ユニット２２のハウジング４０は、燃料噴射弁ハウジング２１と結合する一側の下部が切り欠かれ、その端面に円柱形状の取付部４０ａが取付部２１ａ対向して突設形成されている。この取付部４０ａは、取付部２１ａの先端２１ｂと同径とされ、後述する燃料通路６１の開口端部６１ａが開口する端面が先端２１ｂの凹部と嵌合する凸状に形成されてシート面とされており、外周面に逆方向雄ネジ（左ネジ）４０ｃが刻設されている（図３）。また、取付部２１ａの上面と対向する下面に穿設された穴４０ｄには回り止め用のピン４１の基端が嵌合されている。
【００１３】
圧力制御ユニット２２のハウジング４０には、圧力切換弁２５のバルブホルダ４２が着脱可能に装着されており、当該バルブホルダ４２には、針弁４３とスプリング４４が内蔵されている。また、バルブホルダ４２には、燃料通路４２ａ、４２ｂが設けられており、夫々下面に開口されている。バルブホルダ４２の上方には、電磁弁４５がハウジング４０に着脱可能に装着されており、針弁４３の上端面と電磁弁４５との間に圧力制御室４６が形成されている。絞り付逆止弁２６は、圧力切換弁２５と並んで収納されている。この絞り付逆止弁２６は、逆止弁５４中心に絞りとしてのオリフィス５４ａが設けられている。このように、逆止弁５４の中心にオリフィス５４ａを設けることで、回路の簡素化、小型化が図られる。
【００１４】
ハウジング４０には燃料通路６０、６１、６２及びリーク燃料通路６３が設けられている。燃料通路６０は、一端が圧力切換弁２５のバルブホルダ４２の燃料通路４２ａに連通され、他端がハウジング４０の側面に開口されている。燃料通路６１は、一端がバルブホルダ４２の燃料通路４２ｂに連通され、他端が開放端部６１ａとして取付部４０ａの端面に開口している。分岐通路としての燃料通路６２は、一端が燃料通路６１の途中に連通され、他端が絞り付逆止弁２６に連通されている。また、リーク燃料通路６３は、一端が圧力切換弁２３の電磁弁４５に連通され、他端がハウジング４０の上面に開口されている。
【００１５】
圧力切換弁２５、絞り付逆止弁２６は、ハウジング４０内に近接して収納されていることで、これらを接続する燃料通路６１、６２の通路長を短くすることができ、これに伴いこれらの燃料通路６１、６２内の燃料のデッドボリュームを低減することが可能となる。
図２及び図３に示すように結合部材２３は、燃料噴射弁ユニット２１の取付部２１ａと圧力制御ユニット２２の取付部４０ａとを連結するためのもので、円筒形状をなし、内周面には一側開口端２３ａから中央近傍まで取付部２１ａの先端２１ｂの雄ネジ（順方向ネジ）２１ｃと螺合する雌ネジ２３ｃが刻設され、他端開口端２３ｂから中央近傍まで取付部４０ａの雄ネジ４０ｃ（逆方向ネジ）と螺合する雌ネジ２３ｄが刻設されている。
【００１６】
これらの噴射弁ハウジング２１と圧力制御ユニット２２とを連結する場合、図３に示すように結合部材２３の一側開口端２３ａに取付部２１ａの先端２１ｂを係合して雌ネジ２３ｃと雄ネジ２１ｃとを螺合可能とし、他側開口端２３ｂに取付部４０ａを係合して雌ネジ２３ｄと雄ネジ４０ｃとを螺合可能とし、回り止め用のピン４１の端面を取付部２１ａの上面に当接させる。
【００１７】
次いで、結合部材２３を回して雌ネジ２３ｃと雄ネジ２１ｃ、雌ネジ２３ｄと雄ネジ４０ｃとを同時に螺合させる。結合部材２３の回転に伴い取付部２１ａと４０ａとが矢印のように移動する。このとき、回り止め用のピン４１の端面が、取付部２１ａの上面に当接していることで、取付部２１ａと取付部４０ａ即ち、燃料噴射弁ハウジング２１と圧力制御ユニット２２との相対回転が防止される。取付部４０ａの突状の先端が取付部２１ａの先端の凹部に嵌合して各シート面が当接した図２に示す状態において、結合部材２３の回転が停止し、連結操作が終了する。そして、燃料噴射弁ハウジング２１の燃料供給通路３７と圧力制御ユニット２２の燃料通路６１とが液密に連通接続される。これにより、燃料噴射弁ハウジング２１と圧力制御ユニット２２とが統合されてユニット化される。
【００１８】
圧力制御ユニット２２と燃料噴射弁ハウジング２１とを結合部材２３で直接結合することで、圧力制御ユニット２２の圧力切換弁２５及び絞り付逆止弁２６と燃料噴射弁３０の燃料供給通路３７と間の通路長を大幅に短くすることができ、これに伴いこれらの燃料通路６１、６２内の燃料のデッドボリューム（矢線で示す）を大幅に低減することが可能となる。
【００１９】
この燃料噴射装置２０は、図１及び図２に示すように吸排気多弁エンジン例えば、４弁エンジンのシリンダヘッド７１に、燃料噴射弁ハウジング２０が燃焼室７０の真上に配置されて燃料噴射弁３０が燃焼室７０に装着され、燃料噴射弁ハウジング２１と圧力制御ユニット２２との連結部が一側の吸気バルブ７２と排気バルブ７３との間に配置され、圧力制御弁２５と絞り付逆止弁２６が、ロッカアームシャフト７４に装着されている吸気側ロッカアーム７５及び排気側ロッカアーム７６と反対側に配置されて装着され、燃料噴射弁ハウジング２１が固定部材としてのノズルブリッジ７８によりシリンダヘッド７１に固定される。
【００２０】
そして、圧力制御ユニット２２の燃料通路６０が配管６６を介して高圧燃料源としての高圧蓄圧室に接続され、絞り付逆止弁２３が配管６７を介して低圧蓄圧室に接続され、リーク燃料通路６３が配管６８を介して燃料タンク（何れも図示せず）に接続される。また、燃料噴射弁ハウジング２１のリーク燃料通路３８もシリンダヘッド７１に設けられた図示しないリーク燃料通路に接続される。燃料噴射装置２０は、燃料噴射弁ハウジング２１と圧力制御ユニット２２との連結部を吸気バルブ７２と排気バルブ７３との間の狭い空間に収納することで、シリンダヘッド７１のスペースの有効利用が図られる。
【００２１】
以下に作用を説明する。
燃料噴射装置２０は、燃料噴射開始時期が到来するまでの間、圧力切換弁２５及び燃料噴射弁３０の燃料噴射時期制御用の開閉弁３１は、共に閉弁されており、絞り付逆止弁２６の下流側の燃料通路６２、圧力切換弁２５の下流側の燃料通路６１及び燃料供給通路３７には前記低圧蓄圧室から低圧燃料が供給され、この低圧燃料が燃料噴射弁３０圧力制御室３５及び燃料室３６に供給されている。
【００２２】
燃料噴射開始時期が到来した時に開閉弁３１を開弁させて燃料噴射弁３０を開弁させ、低圧燃料を噴射させて低圧噴射を行い、低圧噴射期間が経過した時に圧力切換弁２５を開弁して前記高圧蓄圧室からの高圧燃料を噴射させて高圧噴射を行い、噴射終了時期が到来すると開閉弁３１を閉弁すると共に圧力切換弁２５を閉弁する。燃料噴射装置２０は、圧力切換弁２５、絞り付逆止弁２６及び燃料噴射弁３０を接続する燃料通路６１、６２が短く、これらの燃料通路内の燃料のデッドボリュームが小さいことで、低圧噴射と高圧噴射とを選択的に噴射させる際の噴射圧力制御の応答性が向上する。
【００２３】
燃料噴射装置２０は、圧力切換弁２５が閉弁した後、当該圧力切換弁２５と燃料噴射弁３０の燃料室３５との間に溜まった高圧燃料を絞り付逆止弁２６のオリフィス５４ａを通して前記低圧蓄圧室に導入する。
燃料噴射弁ハウジング２１は、従来の燃料噴射弁と同一に構成されており、従来の燃料噴射弁に圧力制御ユニット２２をそのまま接続することが可能である。従って、蓄圧式燃料噴射装置のディーゼルエンジンであれば、機種を問わずに従来の燃料噴射弁をそのまま利用することができ、圧力制御ユニットの後付が可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本願の請求項１に係る発明によれば、圧力制御ユニットを従来の燃料噴射弁に結合部材を介して螺合させるだけで、低・高圧切り換え可能な燃料噴射装置を構成することが可能となる。また、圧力制御ユニットと燃料噴射弁との間の配管を無くすことにより、切換弁と燃料噴射弁との間の燃料通路のデッドボリュームが低減されて低・高圧噴射圧力制御の応答性が向上する。更に、燃料噴射装置のコンパクト化が図られ、重量を低減することができると共に、実機への搭載性の向上が図られる。また、圧力制御ユニットと燃料噴射弁ハウジングとを連結する際、回り止め用のピンにより互いの高さ方向の位置が規定されるとともに、互いの回転が規制されるため、組付け性及び組付け精度を向上することができる。さらに、圧力制御ユニット及び燃料噴射弁ハウジングのいずれか一方を固定するだけで、結合部材の締付け作業が可能となり、締付け作業及び締付けトルクの管理が容易に行える。
本願の請求項２に係る発明によれば、燃料噴射弁ハウジングと圧力制御ユニットとの各シート面が互いに当接することにより、燃料噴射弁ハウジングの燃料供給通路と圧力制御ユニットの燃料通路とが液密に連通接続され、燃料噴射弁ハウジングと圧力制御ユニットとが統合されてユニット化される。よって、機種を問わずに従来の燃料噴射弁をそのまま利用して圧力制御ユニットの後付が可能となり、パッキン・ガスケット等を用いることなく容易に低・高圧切換可能な燃料噴射装置を構成することができるため、燃料噴射装置の生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料噴射装置をエンジンのシリンダに装着した状態の平面図である。
【図２】図１の矢印II−IIに沿う断面図である。
【図３】図２の燃料噴射弁ハウジングと圧力制御ユニットとの結合部の要部拡大図である。
【図４】従来の蓄圧式燃料噴射装置の構成図である。
【符号の説明】
２０ 燃料噴射装置
２１ 燃料噴射弁ハウジング
２２ 圧力制御ユニット
２５ 圧力切換弁
２６ 絞り付逆止弁
２１ａ、４０ａ 取付部
２３ 結合部材
３０ 燃料噴射弁
３７、６０〜６２ 燃料通路

Claims (2)

1. 高圧燃料源からの燃料を開弁により下流側に供給する切換弁と、
   前記切換弁の下流側に配設された燃料通路と、
   前記燃料通路の途中から分岐し前記高圧燃料源より低圧の低圧蓄圧室と連通する分岐通路と、
   前記切換弁及び燃料通路並びに分岐通路とを収容した圧力制御ユニットと、
   前記圧力制御ユニットの前記燃料通路開放端部が形成される第１取付部と、
   内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁に燃料を供給する供給通路と、
   前記燃料噴射弁及び前記供給通路とを収容した燃料噴射弁ハウジングと、
   前記燃料噴射弁ハウジングの前記供給通路端部が形成される第２取付部と、
   前記第１取付部と前記第２取付部との外周に夫々逆方向に形成されたネジ山と内周部に形成されたねじ山とが螺合する円筒状の結合部材と、
   前記第２取付部の上面と対向する前記圧力制御ユニットの下面に設けられ、前記第２取付部の上面に当接して前記圧力制御ユニットと前記燃料噴射弁ハウジングとの相対回転を防止するピンと
   を有することを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記燃料噴射弁ハウジングの前記供給通路端部が開口する端面に凹部が形成されるシート面と、
   前記圧力制御ユニットの前記燃料通路開放端部が開口する端面に凸部が形成されるシート面とを備え、
   前記凸部が前記凹部に嵌合して前記各シート面が互いに当接することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。

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