JP3818206B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニードルの背圧（圧力制御室の燃料圧力）を制御して噴射をコントロールする燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コモンレール等に蓄圧された高圧燃料を燃料噴射弁からディーゼル機関の各気筒に噴射する蓄圧式燃料噴射装置が知られている。
この蓄圧式燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁は、ニードルを内蔵するノズルと、コモンレールに蓄圧された高圧燃料がインオリフィスを介して供給される圧力制御室と、この圧力制御室の燃料圧力をアウトオリフィスを介して低圧側に開放する低圧通路と、この低圧通路を開閉する電磁弁等より構成される。
【０００３】
圧力制御室の燃料圧力は、ニードルに対して閉弁方向に作用するため、電磁弁がOFF 状態の時（低圧通路を閉じた状態）は、圧力制御室の燃料圧力がノズルの閉弁圧以上に確保され、ニードルがシート面に押圧されて閉弁状態が維持されている。電磁弁がON状態の時（低圧通路を開いた状態）は、インオリフィスを介して圧力制御室に流入する流量より、アウトオリフィスを介して圧力制御室から流出する流量の方が多いため、圧力制御室の燃料圧力がノズルの開弁圧まで低下した時点でニードルがリフトして燃料が噴射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の燃料噴射弁は、電磁弁がON状態の時に、圧力制御室の圧力低下がインオリフィス流量とアウトオリフィス流量との関係で決定されるが、電磁弁の作動（ONからOFF ）に一定の時間を要するため、図５に示す様に、ノズルの開弁圧付近では圧力低下が緩やかになっている。
このため、ノズルの有効シート面積が変化する（例えばニードルのシート部が摩耗して有効シート面積が増大する）と、ノズルの開弁圧が変化するため、噴射タイミングが大きく変化してしまうという問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、インオリフィス流量とアウトオリフィス流量との関係を見直すことにより、ノズルの有効シート面積が変化しても噴射タイミングの変化量を抑制できる燃料噴射弁を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明の燃料噴射弁は、電磁弁が低圧通路を開いてから圧力制御室の燃料圧力がノズルの開弁圧まで低下する間に、圧力制御室の圧力低下を一定時間だけ抑制する圧力低下抑制手段を有している。
この構成によれば、圧力制御室の圧力低下を一定時間だけ抑制することで電磁弁の作動（ONからOFF ）に必要な時間を確保できるので、インオリフィス流量とアウトオリフィス流量との関係を見直すことが可能である。
【０００６】
（請求項２の発明）
請求項１に記載した燃料噴射弁において、
圧力低下抑制手段により圧力制御室の圧力低下を一定時間だけ抑制した後、圧力制御室の燃料圧力を急激に低下させる圧力低下増大手段を有している。
この構成によれば、ノズルの開弁圧付近で圧力制御室の圧力低下を急激にできるので、ノズルの有効シート面積が変化しても噴射タイミングの変化量を小さく抑えることができる。
【０００７】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した燃料噴射弁において、
圧力低下抑制手段は、圧力制御室に連通する圧力連通室と、この圧力連通室に摺動可能に収容され、圧力連通室の容積が最大になる最大位置と圧力連通室の容積が最小になる最小位置との間で可動する可動体と、この可動体を圧力連通室に導入される燃料圧力に抗して最大位置側から最小位置側へ付勢するスプリングとを有し、電磁弁の開弁時（低圧通路を開いている時）に、可動体がスプリングに付勢されて最大位置から最小位置へ移動する間、圧力制御室の燃料圧力を略一定に保つことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、電磁弁が低圧通路を開いた後、可動体がスプリングに付勢されて最大位置から最小位置へ移動することにより、圧力連通室の容積は変化（減少）するが、圧力連通室の燃料圧力は一定（圧力変化しない）となる。この結果、圧力制御室の圧力低下が一定時間だけ抑制されて略一定に維持される。
【０００９】
（請求項４の発明）
請求項２または３に記載した何れかの燃料噴射弁において、
圧力低下増大手段は、インオリフィスの流量とアウトオリフィスの流量との関係から決定されることを特徴とする。
つまり、インオリフィス流量に対してアウトオリフィス流量を十分に多くすることで、圧力制御室の燃料圧力を急激に低下させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は本発明に係わる燃料噴射弁１の要部断面図であり、図２は燃料噴射弁１の全体断面図である。
本実施例の燃料噴射弁１は、例えばディーゼル機関用の蓄圧式燃料噴射装置に使用されるもので、図２に示す様に、ノズル２と、このノズル２を保持するノズルホルダ３、及びノズル２の背圧を制御する電磁弁４等より構成される。
【００１１】
ノズル２は、先端部に噴孔（図示しない）を有するノズルボディ５と、このノズルボディ５の内部に摺動自在に嵌挿されるニードル（図示しない）とで構成され、このニードルがプレッシャピン６を介してスプリング７により閉弁方向（図２の下方）に付勢されている。
ノズルホルダ３には、燃料通路８とシリンダ９が穿設され、そのシリンダ９に油圧ピストン１０が摺動自在に嵌挿されている。油圧ピストン１０は、上記のプレッシャピン６と一体に設けられ、そのプレッシャピン６を介してニードルに連接し、ニードルと一体に図示上下方向に可動する。
【００１２】
燃料通路８は、高圧燃料が流入する流入通路８ａと、この流入通路８ａからノズル２へ通じる高圧通路８ｂ、インオリフィス１１（図１参照）を介して圧力制御室１２（下述する）に通じる高圧通路８ｃ、及び圧力制御室１２からアウトオリフィス１３（図１参照）を介して流出した燃料を低圧側に排出する低圧通路８ｄ等が設けられている。
【００１３】
シリンダ９の上端が開口するノズルホルダ３の上部には、シリンダ９と連通して圧力制御室１２（図１参照）を形成するオリフィスプレート１４が配置されている。
このオリフィスプレート１４には、上記のインオリフィス１１とアウトオリフィス１３とが設けられている。但し、従来の燃料噴射弁と比較すると、インオリフィス１１よりアウトオリフィス１３の方がオリフィス径が十分大きく設定されている。
【００１４】
電磁弁４は、図２に示す様に、アウトオリフィス１３を開閉するボール弁１５と、このボール弁１５を保持するアーマチャ１６、このアーマチャ１６と共にボール弁１５を閉弁方向（図２の下方）へ付勢するスプリング１７、通電を受けて磁力を発生し、その磁力でアーマチャ１６を開弁方向へ吸引するソレノイド１８等より構成され、ノズルホルダ３の上部にオリフィスプレート１４を介して組み付けられている。
【００１５】
この電磁弁４は、ソレノイド１８がOFF 状態の時に、ボール弁１５を開弁方向へ付勢する油圧力（アウトオリフィス１３に対するボール弁１５のシート面積×圧力制御室１２の燃料圧力）よりボール弁１５を閉弁方向に付勢するスプリング力の方が大きいため、ボール弁１５がアウトオリフィス１３を閉じている。
ソレノイド１８がON状態の時は、ボール弁１５を開弁方向へ付勢する油圧力にソレノイド１８の吸引力が加わり、その合計した開弁力がスプリング１７による閉弁力を上回るため、ボール弁１５がアウトオリフィス１３を開口する。
【００１６】
油圧ピストン１０の上部には、本発明の圧力低下抑制手段が設けられている。
この圧力低下抑制手段は、図１に示す様に、油圧ピストン１０の上部に設けられた中空円筒状の圧力連通室１９と、この圧力連通室１９に収容された円柱体のブッシュ２０、及びこのブッシュ２０を付勢するスプリング２１により構成される。
圧力連通室１９は、油圧ピストン１０の上端面に開口する連通孔２２を介してシリンダ９に開放され、更に圧力制御室１２とも連通している。従って、この圧力連通室１９には、圧力制御室１２の燃料圧力が導入され、圧力制御室１２と同じ圧力に保持されている。
【００１７】
ブッシュ２０は、極小なクリアランス（例えばノズル摺動部のクリアランスと同等）を有して圧力連通室１９に摺動可能な状態で収容され、圧力連通室１９の容積が最大になる最大位置と圧力連通室１９の容積が最小になる最小位置との間で移動可能に設けられている。ここで、圧力連通室１９の容積が最大になる最大位置とは、ブッシュ２０の下端面が圧力連通室１９の下側座面１９ａに当接する位置（図１に示す位置）であり、圧力連通室１９の容積が最小になる最小位置とは、ブッシュ２０の上端面が圧力連通室１９の上側座面１９ｂに当接する位置である。
スプリング２１は、油圧ピストン１０において圧力連通室１９の下側に凹設されたスプリング室２３に収容され、圧力連通室１９の燃料圧力に抗してブッシュ２０を図示上方へ付勢している。
【００１８】
次に、燃料噴射弁１の作動を説明する。
燃料を高圧状態で蓄えるコモンレール（図示しない）から燃料噴射弁１に供給される高圧燃料は、高圧通路８ｂに通じるノズル２の内部通路（図示しない）と圧力制御室１２に導入される。圧力制御室１２に導入された高圧燃料は、その燃料圧力がニードルに対して閉弁方向に作用し、ノズル２の内部通路に導入された高圧燃料は、ニードルの受圧面に作用してニードルを開弁方向へ付勢している。
【００１９】
電磁弁４のソレノイド１８がOFF 状態（ボール弁１５がアウトオリフィス１３を閉じている状態）の時は、ニードルを閉弁方向に付勢する力（圧力制御室１２の燃料圧力）が開弁方向に付勢する力（ニードルの受圧面に作用する燃料圧力）を上回っているため、ニードルがリフトすることはなく、ノズル２の閉弁状態が維持されている。
【００２０】
この時、圧力低下抑制手段は、圧力制御室１２から圧力連通室１９に導入された燃料圧力がスプリング２１の付勢力に打ち勝っているので、ブッシュ２０の下端面がスプリング２１の付勢力に抗して圧力連通室１９の下側座面１９ａに当接している（図１参照）。
その後、電磁弁４のソレノイド１８が通電されてボール弁１５がアウトオリフィス１３を開くと、圧力制御室１２の燃料がアウトオリフィス１３を通って低圧通路８ｄへ排出される。この時、圧力制御室１２には、インオリフィス１１を介して高圧燃料が供給され続けるが、インオリフィス流量よりアウトオリフィス流量の方が多いので、圧力制御室１２の燃料圧力は低下する。
【００２１】
ここで、圧力制御室１２の燃料圧力がブッシュ２０を付勢するスプリング２１の付勢力より小さくなると、それまで圧力連通室１９の下側座面１９ａに押し付けられていたブッシュ２０がスプリング２１に付勢されて圧力連通室１９の上方へ移動し、圧力連通室１９の上側座面１９ｂに当接して静止する。この時、ブッシュ２０が移動することで圧力連通室１９の容積は変化（減少）するが、圧力連通室１９の燃料圧力は一定（圧力変化しない）となるため、ブッシュ２０が移動している間は、圧力制御室１２の燃料圧力も一定となる（図３参照）。
【００２２】
ブッシュ２０の移動が停止すると、再び圧力制御室１２の燃料圧力が低下する。この時、インオリフィス流量よりアウトオリフィス流量の方が遥かに多いので、図３に示す様に、圧力制御室１２の燃料圧力は急激に低下する。圧力制御室１２の燃料圧力がノズル２の開弁圧まで低下すると、ニードルがリフトして噴孔を開くことにより燃料が噴射される。
その後、ソレノイド１８への通電停止によりボール弁１５がアウトオリフィス１３を閉じると、再び圧力制御室１２の燃料圧力が上昇し、ノズル２の閉弁圧に達した時点でニードルが押し下げられて燃料噴射が終了する。
【００２３】
（本実施例の効果）
本実施例の燃料噴射弁１は、燃料噴射を行う際に、圧力制御室１２の圧力低下を一定時間止めた後、圧力制御室１２の燃料圧力を急激に低下させることができる。これにより、例えばニードルのシート部が摩耗して有効シート面積が増大しても、噴射タイミングの変化量を小さく抑えることができる（図３参照）。
また、圧力制御室１２の圧力低下を一定時間止めることにより電磁弁４の作動（ONからOFF ）に要する時間を確保できるので、圧力制御室１２の圧力低下が急激に行われても、電磁弁４による噴射量及び噴射時期の制御が可能である。
【００２４】
（第２実施例）
図４は本発明に係わる燃料噴射弁１の要部断面図である。
本実施例は、圧力低下抑制手段をノズルホルダ３に設けた一例である。つまり、圧力連通室１９は、圧力制御室１２と連通していれば良いので、必ずしも油圧ピストン１０に圧力連通室１９を設ける必要はなく、図４に示す様に、ノズルホルダ３に設けることも可能である。この場合でも、第１実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射弁の要部断面図である（第１実施例）。
【図２】燃料噴射弁の全体断面図である。
【図３】本実施例の効果を示す圧力制御室の圧力特性図である。
【図４】燃料噴射弁の要部断面図である（第２実施例）。
【図５】従来技術に係わる圧力制御室の圧力特性図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁
２ ノズル
４ 電磁弁
８ｄ 低圧通路
１１ インオリフィス
１２ 圧力制御室
１３ アウトオリフィス
１９ 圧力連通室（圧力低下抑制手段）
２０ ブッシュ（可動体、圧力低下抑制手段）
２１ スプリング（圧力低下抑制手段）

Claims (4)

1. 内蔵するニードルによって噴孔を開閉するノズルと、
   インオリフィスを介して高圧燃料が導入され、その燃料圧力が前記ニードルに対して閉弁方向に作用する圧力制御室と、
   アウトオリフィスを介して前記圧力制御室の燃料圧力を低圧側に開放する低圧通路と、
   この低圧通路を開閉する電磁弁とを有する燃料噴射弁において、
   前記電磁弁が前記低圧通路を開いてから前記圧力制御室の燃料圧力が前記ノズルの開弁圧まで低下する間に、前記圧力制御室の圧力低下を一定時間だけ抑制する圧力低下抑制手段を有することを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載した燃料噴射弁において、
   前記圧力低下抑制手段により前記圧力制御室の圧力低下を一定時間だけ抑制した後、前記圧力制御室の燃料圧力を急激に低下させる圧力低下増大手段を有することを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１または２に記載した燃料噴射弁において、
   前記圧力低下抑制手段は、前記圧力制御室に連通する圧力連通室と、この圧力連通室に摺動可能に収容され、前記圧力連通室の容積が最大になる最大位置と前記圧力連通室の容積が最小になる最小位置との間で可動する可動体と、この可動体を前記圧力連通室に導入される燃料圧力に抗して前記最大位置側から前記最小位置側へ付勢するスプリングとを有し、
   前記電磁弁の開弁時（前記低圧通路を開いている時）に、前記可動体が前記スプリングに付勢されて前記最大位置から前記最小位置へ移動する間、前記圧力制御室の燃料圧力を略一定に保つことを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項２または３に記載した何れかの燃料噴射弁において、
   前記圧力低下増大手段は、前記インオリフィスの流量と前記アウトオリフィスの流量との関係から決定されることを特徴とする燃料噴射弁。

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