JP3781060B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力バランスされた電磁弁を用いた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、流体通路の高圧側と低圧側とを断続する二方電磁弁において、電磁弁を小径にするためには、電磁弁の弁部材を閉弁方向に付勢するスプリングの付勢力に抗して弁部材をリフトさせる必要吸引力を低減することが不可欠である。スプリングの付勢力を小さくすれば電磁弁の吸引力を小さくできるので、弁部材の開弁方向および閉弁方向に作用する流体圧力をバランスさせ、小さな付勢力でも弁部材を閉弁できる構成とした電磁弁が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような構成の従来の電磁弁では、電磁駆動部への通電をオンして弁部材を吸引し、流体通路の高圧側と低圧側とを連通させたときに高圧側から低圧側に流入した高圧流体がさらに下流側に素早く流出するため、一旦上昇した弁部材の低圧側の圧力が急激に低下する。その結果、電磁駆動部への通電をオフして電磁弁を閉弁し高圧側と低圧側とを遮断する場合、閉弁方向に弁部材を付勢する力が殆どスプリング力だけになるため、電磁駆動部への通電をオフしても電磁駆動部に残る残留磁束により弁部材が開弁方向に力を受けると電磁弁の閉弁応答性が低下するという問題がある。
【０００４】
インジェクタのニードル弁の反噴射側に設けた制御圧力室の圧力を電磁弁の開閉により調節し、燃料噴射時期を制御する燃料噴射装置に前述した従来の電磁弁を用いた場合、微小噴射量制御時のようにニードル弁の素早い応答性、つまり電磁弁の弁部材の高速応答性、特に電磁弁の閉弁方向への高速応答性を必要とする場合、電磁駆動部の残留磁束に抗して電磁弁を素早く閉弁させるためにはスプリング力を大きくせざるをえない。したがって、このスプリング力に抗して弁部材を吸引する電磁駆動部の吸引力も大きくする必要があるので、電磁弁の体格が大きくなるという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、通路形状の簡単な改良により閉弁応答性に優れ、かつ小型化可能な電磁弁を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、微小噴射量制御時においてもインジェクタの閉弁応答性に優れた燃料噴射装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明によると、弁部材の開弁方向および閉弁方向に働く燃料圧力をバランスさせることにより弁部材を閉弁方向に付勢するスプリングの付勢力を小さくすることができる。したがって、開弁方向に弁部材を吸引する力を小さくすることができるので、吸引力を発生する電磁駆動部の体格が小さくなり、電磁弁の体格が小さくなる。
【０００７】
さらに、アーマチャ室に連通する低圧通路に絞りを設けたことにより、弁部材が弁座から離座し電磁弁が開弁しても高圧側から低圧側に流出した高圧流体が絞りにより流出流量を規制される。したがって、弁部材が弁座から離座しても絞りの下流側より上流側の圧力が高くなる。特に、電磁弁の開弁から閉弁までの時間間隔が微小である場合、時間間隔が長い場合に比べて絞りの上流側の圧力が高くなるので弁部材が閉弁方向により大きな力を受ける。このため、スプリングの付勢力を大きくすることなく、かつ電磁駆動部の体格を大きくすることなく電磁弁の閉弁応答性を向上することができる。
【０００８】
また、請求項１記載の発明によると、前述した電磁弁を用いて噴射側弁部材の反噴射側に設けた制御圧力室の圧力を調整することにより、特に微小噴射量制御時において電磁弁開閉の時間間隔が短くなっても電磁弁が素早く閉弁するので制御圧力室の圧力がそれに応じて素早く上昇する。したがって、噴射側弁部材が噴孔を素早く閉塞して燃料噴射を速やかに終了させることができるので、微小噴射量を高精度に制御可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の電磁弁を内燃機関の蓄圧式燃料噴射装置に適用した一実施例を図１および図２に示す。
図２に示すように、インジェクタ１の下端部に設けられた噴射ノズル２のノズルボディ１１には図示しない噴孔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はディスタンスピース１２を挟んでリテーニングナット１４により結合されている。ニードル弁２０の反噴射側にはプレッシャピン２１、およびこのプレッシャピン２１と反噴射側で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。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の下方に付勢している。制御ピストン２２の反噴射側には制御圧力室４０が設けられている。ニードル弁２０、プレッシャピン２１および制御ピストン２２は後述する燃料供給通路６１と噴孔とを断続する噴射側弁部材を構成している。
【００１０】
燃料インレット７０内に収容された燃料フィルタ７１を通して高圧燃料が図示しないコモンレールから燃料供給通路６１に供給される。インジェクタ１内の余剰燃料は燃料アウトレット７２からインジェクタ外部に排出される。
電磁弁３０はインジェクタボディ１３の上方に配設され、リテーニングナット１７によりインジェクタボディ１３と結合されている。バルブボディ３２はディスタンスピース１５を挟んでインジェクタボディ１３とリテーニングナット１６により結合されている。
電磁弁３０の弁部材３１は、図１に示すように図１の下方から摺動部３１ａ、摺動部３１ａよりも径の小さい小径部３１ｂ、および弁座３２ａに着座可能なテーパ部を有する当接部３１ｃからなり、シリンダとしてのバルブボディ３２に往復移動可能に収容されている。摺動部３１ａの反小径部側端面は低圧室６５に面し、当接部３１ｃの反小径部側は当接部側の低圧室としてのアーマチャ室６６に面している。
【００１１】
小径部３１ｂの外周には円筒状の圧力空間６４が形成されており、圧力空間６４はバルブボディ３２に形成された高圧通路６２と連通している。当接部３１ｃのシート面積と摺動部３１ａの断面積はほぼ等しくなるように形成されているので、当接部３１ｃが弁座３２ａに着座している図１に示す状態では、圧力空間６４の高圧燃料から電磁弁３０の開弁方向および閉弁方向に弁部材３１が受ける力はほぼ等しい。つまり、図１に示す電磁弁３０の閉弁状態では、燃料圧力により弁部材３１が開弁方向および閉弁方向に受ける力はほぼ等しくなっているため、弁部材３１を閉弁方向に付勢するスプリング３８の付勢力を小さくすることができる。
【００１２】
コイル３５はコア３６に巻回されており、図２に示すピン５０からコイル３５に駆動パルスが供給される。コイル３５およびコア３６は電磁駆動部を構成しており、コイル３５への通電をオンしたときに発生する磁力によりスプリング３８の付勢力に抗してアーマチャ３７とともに弁部材３１が吸引され、弁部材３１は弁座３２ａから離座する。
【００１３】
制御ピストン２２の反噴射側に設けられた制御圧力室４０は燃料供給通路６１と流入絞り４１を介して連通しており、流出絞り４２、環状通路４３を介して高圧通路６２と連通している。流出絞り４２の流路面積は流入絞り４１の流路面積よりも大きい。当接部３１ｃが弁座３２ａに着座している場合、圧力空間６４はアーマチャ室６６との連通を遮断されている。バルブボディ３２に形成された低圧通路６３に円筒状部材５１が収容されており、円筒状部材５１に形成された排出絞り５１ａはアーマチャ室６６から低圧通路６３に流出する燃料流量を規制する。低圧通路６３は図示しない燃料通路を経て燃料アウトレット７２内の排出通路７２ａと連通している。
【００１４】
次に、インジェクタ１の作動について図３および図４に基づいて説明する。図３に記入された点の密度は燃料圧力の高低を示し、点が密集しているほど燃料圧力が高いことを示している。図４において、実線は微小燃料噴射量制御時の本実施例の特性を示し、点線は微小燃料噴射量制御時の図５に示す比較例の特性を示している。一点鎖線は通常の燃料噴射量制御時の本実施例および比較例の特性を示しており、ほぼ同一の特性である。図５に示す比較例は、本実施例の低圧通路６３から円筒状部材５１を除去したもの、つまり低圧通路６６に排出絞り５１ａをもたないものであり、これ以外の構成は本実施例と実質的に同一である。
【００１５】
(1) 図３の（Ａ）に示すように、コイル３５への通電オフ時、当接部３１ｃは弁座３２ａに着座しているので圧力空間６４とアーマチャ室６６との連通は遮断されており、制御圧力室４０および圧力空間６４の燃料圧力は高圧である。また、低圧室６５、アーマチャ室６６および低圧通路６３の燃料圧力は低圧である。 (2) コイル３５への通電オン直後、図３の（Ｂ）に示すように当接部３１ｃは弁座３２ａから離座し圧力空間６４はアーマチャ室６６と連通する。これにより、制御圧力室４０の圧力が低下するので制御ピストン２２がリフトし、噴孔から燃料が噴射される。図３の（Ｂ）に示す通電オン直後の状態では、圧力空間６４からアーマチャ室６６を経て排出絞り５１ａから低圧側に流出しようとする高圧燃料は、排出絞り５１ａの流路抵抗により低圧側への流出量を規制されるので、圧力空間６４から流入する高圧燃料によりアーマチャ室６６の燃料圧力は低圧室６５および低圧通路６３の燃料圧力にまで低下していない。
【００１６】
(3) 通常の燃料噴射時においては、図４に示すようにコイル３５に送出する駆動パルス幅は微小噴射量制御時よりも長いので、コイル３５への通電オン状態が図３の（Ｃ）に示すように継続されることにより、排出絞り５１ａの流路抵抗にも係わらず制御圧力室４０の高圧燃料は圧力空間６４、アーマチャ室６６、排出絞り５１ａを経て低圧側に流出し、制御圧力室４０、圧力空間６４およびアーマチャ室６６の燃料圧力は低圧室６５および低圧通路６３とほぼ等しくなる。
【００１７】
この状態でコイル３５への通電をオフすると、弁部材３１を閉弁方向に付勢する力はほぼスプリング力だけであるため、図４の一点鎖線に示すように、当接部３１ｃは緩やかに弁座３２ａに着座し圧力空間６４とアーマチャ室６６との連通が遮断される。そして、制御圧力室４０の燃料圧力が上昇し制御ピストン２２は噴孔遮断方向に移動する。これにより噴孔からの燃料噴射が終了する。
【００１８】
通常燃料噴射量制御時においては、電磁弁３０の開閉弁の時間間隔が微小噴射量制御時よりも長いので、前述したように当接部３１ｃが緩やかに弁座３２ａに着座しても噴射量および噴射時期制御に問題は生じない。
(4) 一方、微小噴射量制御時、図４の実線に示すようにコイル３５に供給される駆動パルス幅は通常燃料噴射量制御時に比べ短いので、コイル３５への通電をオフする直前においても排出絞り５１ａの流路抵抗によりアーマチャ室６６の燃料圧力は図３の（Ｂ）に示す通電オン直後と同様に低圧通路６３および低圧室６５の燃料圧力よりも高い。したがって、微小時間間隔でコイル３５への通電をオンからオフすると、図３の（Ｂ）に示すドーナツ状の受圧面積６７に働くアーマチャ室６６と低圧室６５間の差圧により弁部材３１は閉弁方向に力を受ける。この力とスプリング３８の付勢力とにより、コイル３５への通電オフ後、コイル３５に残留磁束が残っていたとしても、図４の実線に示すように弁部材３１は素早く弁座３２ａに着座し、制御圧力室４０の燃料圧力も素早く上昇する。
【００１９】
これに対し、図５に示す比較例は低圧通路６３に排出絞りを設けていないため、コイル３５への通電オン直後においてもアーマチャ室６６の圧力はほぼ低圧通路６３および低圧室６５と等しくなっているので、弁部材３１を閉弁方向に付勢する力はスプリング力だけである。さらに、コイル３５に残る残留磁束により弁部材３１の閉弁速度が緩められ、制御圧力室４０の圧力が速やかに上昇しないので、本実施例に比較してニードル弁２０が噴孔を閉塞するまでに多くの時間を要する。その結果、ニードル弁２０の微小時間間隔での往復移動が妨げられ、微小燃料噴射量および噴射時期の制御精度が低下する。
【００２０】
以上説明した本発明の上記実施例では、電磁弁の開弁から閉弁までの時間間隔が短い場合においても弁部材の閉弁応答性に優れた電磁弁を燃料噴射装置に適用したが、本発明ではこのように開弁から閉弁までの時間間隔の短い場合において高い閉弁応答性を要求される流体流路の開閉に本発明の電磁弁を用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁弁を燃料噴射装置のインジェクタに適用した一実施例を示す主要部分の拡大断面図である。
【図２】本発明の電磁弁を燃料噴射装置のインジェクタに適用した一実施例を示す断面図である。
【図３】本実施例の作動を示す模式的説明図であり、（Ａ）は通電オフ時の状態を示し、（Ｂ）は通電オン直後の状態を示し、（Ｃ）は通電オン継続状態を示し、（Ｄ）は通電オフ時の状態を示している。
【図４】本実施例および比較例の微小燃料噴射量制御時、通常燃料噴射量制御時の作動を示す特性図である。
【図５】（Ａ）は本実施例の比較例を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における低圧通路の拡大断面図を示すものである。
【符号の説明】
１ インジェクタ（燃料噴射装置）
２ 噴射ノズル
２０ ニードル弁（噴射側弁部材）
２１ プレッシャピン（噴射側弁部材）
２２ 制御ピストン（噴射側弁部材）
２３ スプリング（噴射側付勢手段）
３０ 電磁弁
３１ 弁部材
３１ａ 摺動部
３１ｂ 小径部
３１ｃ 当接部
３２ バルブボディ（シリンダ）
３２ａ 弁座
３５ コイル
３８ スプリング（付勢手段）
４０ 制御圧力室
４１ 流入絞り
４２ 排出絞り
５１ 円筒部材
５１ａ 排出絞り（絞り）
６１ 燃料供給通路
６４ 圧力空間

Claims (1)

1. 燃料通路の高圧側と低圧側とを断続する電磁弁であって、
   摺動部、当接部、および、前記摺動部と前記当接部との間に形成され外周に高圧通路と連通する圧力空間を有する小径部からなり、前記小径部は前記摺動部および前記当接部よりも小径であり、前記摺動部および前記当接部の反小径部側は低圧室に面している弁部材と、前記当接部側から前記摺動部側に前記弁部材が移動することにより前記当接部が着座可能な弁座を有し、前記摺動部と摺動して前記弁部材を往復移動可能に支持するシリンダと、前記弁部材の当接部側に設置され前記弁部材とともに移動するアーマチャと、前記当接部が前記弁座に着座する方向に前記弁部材を付勢する付勢手段と、通電することにより磁力を発生し前記付勢手段の付勢力に抗して前記アーマチャを吸引し前記弁部材をリフトさせる電磁駆動部とを有し、
   前記アーマチャを収容するアーマチャ室と連通する低圧通路に絞りを設け、前記電磁駆動部への通電オフ時、前記当接部が前記弁座に着座すると前記圧力空間は前記アーマチャ室との連通を遮断され、このとき前記圧力空間の燃料から前記弁部材が開弁方向および閉弁方向に圧力を受ける受圧面積はほぼ等しく、前記電磁駆動部への通電オン時、前記当接部が前記弁座から離座し前記圧力空間と前記アーマチャ室とが連通し、前記高圧通路から前記アーマチャ室を経て前記低圧通路に流出する燃料流量が前記絞りにより規制される電磁弁の開閉により、インジェクタからの燃料噴射時期を制御する燃料噴射装置であって、
   前記インジェクタの噴射ノズルの噴孔に高圧燃料を供給可能な燃料供給通路と前記噴孔とを断続する噴射側弁部材と、
   前記噴孔を閉塞する方向に前記噴射側弁部材を付勢する噴射側付勢手段と、
   を備え、
   前記噴射側弁部材の反噴射側に前記燃料供給通路および前記高圧通路に連通する制御圧力室を設け、前記制御圧力室と前記燃料供給通路との間に流入絞りを設けるとともに前記制御圧力室と前記高圧通路との間に前記流入絞りよりも流路面積の大きい流出絞りを設け、
   前記電磁弁の閉弁時、前記制御圧力室の圧力が高圧に保持されることにより前記噴射側弁部材は前記噴孔を閉塞し、
   前記電磁弁の開弁時、前記制御圧力室の高圧燃料が、前記高圧通路、前記アーマチャ室、前記絞り、前記低圧通路の順に流出して前記制御圧力室の圧力が低下することにより前記噴射側弁部材がリフトし、前記噴孔から燃料が噴射されることを特徴とする燃料噴射装置。

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