JP3774976B2 - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼルエンジンに使用される電磁2方弁式インジェクタを用いた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8は従来の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁2方弁式インジェクタの構成を示す電磁2方弁式インジェクタの中心軸に沿った横断面図である。
図8に示す電磁2方弁式インジェクタを用いた蓄圧式燃料噴射装置は、内燃機関の各気筒毎に設けられる燃料噴射弁60、燃料噴射弁60に供給する燃料の圧力を蓄圧するコモンレール61、コモンレール61に高圧燃料を供給する図示しない高圧供給ポンプ、コモンレール61と燃料噴射弁60とをそれぞれ連通する燃料分配通路62、及びコモンレール61と高圧供給ポンプとを連通する図示しない燃料供給通路を備えていると共に、燃料噴射弁60が燃料圧力によってニードル63を開弁位置に向かって付勢する油溜まり室64、それに対抗してニードル63を閉弁位置に向かって付勢する付勢手段をなすバネ65、付勢手段をなすバネ65と協働して制御された燃料圧力によってニードル63を閉弁位置に向かって付勢する制御室1、及び制御室1の燃料圧力を制御する電磁弁66を備えていて、電磁弁66の開弁により制御室1からリークした燃料が、リーク通路8を通り、電磁弁66のアーマチャ上流室2及びアーマチャ下流室3、インジェクタ上部のリターン通路9を経て図示しない燃料タンクに戻るいわゆるトップリターンと呼ばれる構成になっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この図8に示す従来の電磁2方弁式インジェクタを用いた蓄圧式燃料噴射装置では、ソレノイド7に通電が開始され、2方弁4がリフトすると、制御室1の燃料がオリフィス1bを通ってリーク通路8に流れ出す。さらにこの燃料はアーマチャ上流室2、アーマチャ下流室3、リターン通路9を通って図示しない燃料タンクへもどる。
【0004】
この時アーマチャ上流室2と、アーマチャ下流室3には、アーマチャ41が絞りとなるため、圧力差が生ずる。この圧力差によりアーマチャ41が油圧力を受け、2方弁4の挙動が不安定になり、燃料噴射量の精度が悪化するという問題がある。
この問題を解決するために構成を制御室1からのリーク燃料がアーマチャ上流室2及びアーマチャ下流室3を通らず、直接インジェクタの横側に抜けるいわゆるサイドリターンとすると、2方弁4の挙動は安定するが、エンジン搭載上の自由度が小さくなってしまうという問題がある。
【0005】
本発明は、リーク燃料の圧力を低減することにより、トップリターンの構成を維持しつつ2方弁の挙動を安定化することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、請求項1ないし請求項4に記載の構成を採用する。
請求項1に記載の構成によれば、アーマチャ上流室、または制御室からアーマチャ上流室に至るリーク通路に、圧力吸収手段を設けているので、制御室から出た燃料がリーク通路またはアーマチャ上流室に達すると圧力吸収手段によって圧力が低減され、アーマチャ上流室とアーマチャ下流室との圧力差は小さくなる。従ってアーマチャが受ける力が低減され、2方弁の挙動は安定となり、燃料噴射量の精度が向上するという効果がある。
【0007】
また、請求項2ないし請求項4に記載の構成によれば、圧力吸収手段が簡単な構成により形成できるという効果がある。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施形態を示す電磁2方弁式インジェクタの中心軸に沿った要部の横断面図であり、圧力吸収手段として空気を内包したゴム材5をアーマチャ上流室2に配設したこと以外は、図8に示した従来の電磁2方弁式インジェクタと同一の構造である。
【0009】
図1の第1の実施形態では圧力吸収手段は空気を内包したゴム材5となっており、シリンダ6にはめ込まれて固定されている。
作動について説明すると、ソレノイド7に通電が開始され2方弁4がリフトすると、制御室1内の燃料がオリフィス1bを通ってリーク通路8に流れ出す。さらにこの燃料はアーマチャ上流室2、アーマチャ下流室3、リターン通路9を通って図示しない燃料タンクに戻るが、燃料がアーマチャ上流室2に達した時、ゴム材5が変形し、内包する空気が圧縮されて空気の圧力が上昇すると共に、ゴム材5の外側にある燃料の圧力は低減される。
【0010】
このゴム材5の変形は、燃料の圧力が内包される空気の圧力に等しくなるようにおきる。また、空気の弾性率は燃料の弾性率に比べて大幅に小さいので、ゴム材5が変形して、内包される空気の圧力がわずかに上昇するだけで、燃料の圧力は大幅に低減される。この圧力吸収手段をなす空気を内包したゴム材5の働きによりアーマチャ上流室2とアーマチャ下流室3との圧力差は小さくなり、アーマチャ41に作用する力も低減されて、2方弁4の挙動は安定する。
【0011】
本第1の実施形態の効果を確認するために、従来の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁2方弁式インジェクタと第1の実施形態の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁2方弁式インジェクタとについてそれぞれコンピュータシミュレーションをおこなった。
図2は第1の実施形態の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁2方弁式インジェクタのシミュレーションモデルを示すモデル図である。従来の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁2方弁式インジェクタのシミュレーションモデルは図2中の空気を内包するゴム材モデル109を無くしたものである。
【0012】
図2においては簡単のため、リーク通路とアーマチャ上流室とを1つのボリューム102とした。ボリューム102とアーマチャ下流室のボリューム103とは単なる絞り(オリフィス)によって連通しているとし、ボリューム102とボリューム103の圧力差にアーマチャモデル104の受圧面積を乗じてアーマチャモデル104への作用力を計算した。
【0013】
それぞれのボリュームの容積は、制御室1のボリューム101が50mm3 、アーマチャ上流室2とリーク通路8とを合わせたボリューム102が1500mm3 、アーマチャ下流室3のボリューム103が500mm3 であり、それぞれのオリフィス径は、オリフィス105が直径0.3mm、オリフィス106が直径0.3mm、オリフィス107が直径1.4mm、オリフィス108が直径1.4mmとした。また、オリフィス105の上流の圧力は120MPaで一定とし、オリフィス108の下流の圧力は0.1MPaで一定とした。また、アーマチャモデル104の受圧面積は250mm2 とした。
【0014】
図3は前記の値に基づいて、従来の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁2方弁式インジェクタのシミュレーションモデルについて計算した結果を示すグラフであり、(A)は2方弁の開閉の時間変化、(B)は制御室1の圧力の時間変化、(C)はアーマチャ上流室2の圧力とアーマチャ下流室3の圧力の時間変化、(D)はアーマチャ41へ作用する油圧力の時間変化をそれぞれ示す。
【0015】
図3によれば、従来の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁2方弁式インジェクタでは、2方弁4が開いて制御室1内の燃料が流出すると、アーマチャ上流室2及びアーマチャ下流室3の圧力がそれぞれ上昇し、アーマチャ41には最大で約45Nの油圧力がかかることがわかる。
ソレノイド7の吸引力が約100Nであるのと比較して、この油圧力は無視できない値となっており、これにより2方弁4の挙動が不安定になる。
【0016】
図4は前記の値に基づくと共に、空気を内包するゴム材5のモデル109内に内包される空気の容積が20mm3 で、初期の圧力を大気圧である0.1MPaとした本第1の実施形態の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁2方弁式インジェクタのシミュレーションモデルについて計算した結果を示すグラフであり、(A)は2方弁の開閉の時間変化、(B)は制御室1の圧力の時間変化、(C)はアーマチャ上流室2の圧力とアーマチャ下流室3の圧力の時間変化、(D)はアーマチャ41へ作用する油圧力の時間変化をそれぞれ示す。
【0017】
図4によれば、本第1の実施形態の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁2方弁式インジェクタでは、アーマチャ41にかかる油圧力は最大で約7Nに低減されていることがわかる。
図5は前述の諸元での空気を内包するゴム材5に内包される空気の容積とアーマチャ41に作用する油圧力の関係を示すグラフである。図5によればこの諸元ではアーマチャ41に作用する油圧力をアーマチャ41の挙動が比較的安定となるソレノイド7の吸引力の約10%である10N以下とするためには空気を内包するゴム材に内包される空気の容積を15mm3 程度以上にすればよいことがわかる。
【0018】
図6は本発明の第2の実施形態を示す電磁2方弁式インジェクタの中心軸に沿った要部の横断面図であり、圧力吸収手段として中実のゴム材50をアーマチャ上流室2に配設したこと以外は、図8に示した従来の電磁2方弁式インジェクタと同一の構造である。
第2の実施形態ではゴムの体積弾性率は空気に比べて大きいため、中実のゴム材50の体積を第1の実施形態に比べて大きくとる必要がある。
【0019】
図7は本発明の第3の実施形態を示す電磁2方弁式インジェクタの中心軸に沿った要部の横断面図であり、圧力吸収手段としてスプリング52により付勢された油圧ピストン51をアーマチャ上流室2に配設したこと以外は、図8に示した従来の電磁2方弁式インジェクタと同一の構造である。
この第3の実施形態によればアーマチャ上流室2内の圧力が上昇するとスプリング52により付勢された油圧ピストン51がスプリング52を押し縮めてアーマチャ上流室2内の圧力を吸収して低下させる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す電磁2方弁式インジェクタの中心軸に沿った要部の横断面図である。
【図2】第1の実施形態の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁2方弁式インジェクタのシミュレーションモデルを示すモデル図である。
【図3】従来の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁2方弁式インジェクタのシミュレーションモデルについて計算した結果を示すグラフであり、(A)は2方弁の開閉の時間変化、(B)は制御室1の圧力の時間変化、(C)はアーマチャ上流室2の圧力とアーマチャ下流室3の圧力の時間変化、(D)はアーマチャ41へ作用する油圧力の時間変化をそれぞれ示す。
【図4】第1の実施形態の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁2方弁式インジェクタのシミュレーションモデルについて計算した結果を示すグラフであり、(A)は2方弁の開閉の時間変化、(B)は制御室1の圧力の時間変化、(C)はアーマチャ上流室2の圧力とアーマチャ下流室3の圧力の時間変化、(D)はアーマチャ41へ作用する油圧力の時間変化をそれぞれ示す。
【図5】空気を内包するゴム材5に内包される空気の容積とアーマチャ41に作用する油圧力の関係を示すグラフである。
【図6】本発明の第2の実施形態を示す電磁2方弁式インジェクタの中心軸に沿った要部の横断面図である。
【図7】本発明の第3の実施形態を示す電磁2方弁式インジェクタの中心軸に沿った要部の横断面図である。
【図8】従来の蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁2方弁式インジェクタの構成を示す電磁2方弁式インジェクタの中心軸に沿った横断面図である。
【符号の説明】
1 制御室
2 アーマチャ上流室
3 アーマチャ下流室
5 圧力吸収手段をなす空気を内包したゴム材
8 リーク通路
50 圧力吸収手段をなす中実のゴム材
51 圧力吸収手段をなす油圧ピストン
52 圧力吸収手段をなすスプリング
60 燃料噴射弁
61 コモンレール
62 燃料分配通路
63 ニードル
64 油溜まり室
65 付勢手段をなすバネ
66 電磁弁

Claims (4)

  1. 内燃機関の各気筒毎に設けられる燃料噴射弁、該燃料噴射弁に供給する燃料の圧力を蓄圧するコモンレール、該コモンレールに高圧燃料を供給する高圧供給ポンプ、前記コモンレールと前記燃料噴射弁とをそれぞれ連通する燃料分配通路、及び前記コモンレールと前記高圧供給ポンプとを連通する燃料供給通路を備えていると共に、前記燃料噴射弁が燃料圧力によってニードルを開弁位置に向かって付勢する油溜まり室、それに対抗して前記ニードルを閉弁位置に向かって付勢する付勢手段、該付勢手段と協働して制御された燃料圧力によって前記ニードルを閉弁位置に向かって付勢する制御室、及び該制御室の燃料圧力を制御する電磁弁を備えていて、該電磁弁の開弁により前記制御室からリークした燃料が、前記電磁弁のアーマチャ上流室及びアーマチャ下流室を経て燃料タンクに戻る方式の電磁2方弁式インジェクタを用いた蓄圧式燃料噴射装置において、前記アーマチャ上流室、または前記制御室から前記アーマチャ上流室に至るリーク通路に、圧力吸収手段を設けたことを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
  2. 前記圧力吸収手段が、空気を内包したゴム材であることを特徴とする請求項1に記載の蓄圧式燃料噴射装置。
  3. 前記圧力吸収手段が、中実のゴム材であることを特徴とする請求項1に記載の蓄圧式燃料噴射装置。
  4. 前記圧力吸収手段が、スプリングにより付勢された油圧ピストンであることを特徴とする請求項1に記載の蓄圧式燃料噴射装置。
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