JP3843710B2 - 燃料噴射器 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用ディーゼルエンジンなどに用いられる増圧式の燃料噴射器に関し、特に、始動時などに器内からのエア抜きができる燃料噴射器に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両用ディーゼルエンジンなどに用いられる燃料噴射器には、予め所定圧力で蓄圧しておいた燃料を噴射する蓄圧式の燃料噴射器と、噴射時に燃料を加圧して噴射する増圧式の燃料噴射器とが存在する。
【0003】
いずれのタイプの燃料噴射器においても、エンジンへの組み付け、保守点検、あるいは配管の交換もしくは他の原因によって燃料系にエアが混入することがあり、エンジンクランキング時にエア抜きを行う必要性が生じる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述した蓄圧式の燃料噴射器であって、所定圧力の燃料が所定のタイミングで燃料噴射器に供給されるような場合、所定のタイミング以外に、燃料噴射器の噴射口を開閉する電磁弁を作動させ、エア抜きを自動的に行うものが提案されている(特開平10−252611号公報参照)。
【0005】
しかしながら、増圧式の燃料噴射器の場合、増圧室に燃料を供給する系統と、増圧室のプランジャを作動させる作動流体の系統とは別系統となっており、電磁弁が燃料を噴射するニードルバルブを直接開閉させる構造ではないため、電磁弁を作動させてエアだけを抜き出すことができない構造になっている。
【0006】
そこで、燃料噴射器の燃料供給通路に開閉弁を設け、この開閉弁からエアを抜き出すことが考えられるが、クランキング時に開閉弁を手動等で開閉操作する必要があるために自動的なエア抜きができず、また、開閉弁を設けるために構造が複雑になるという問題点がある。
【0007】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、エア抜きが自動的に且つ簡単な構造によってできる増圧式の燃料噴射器を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成する第1の発明の燃料噴射器は、燃料供給通路に逆止弁を介して連通する増圧室と、この増圧室に導入された燃料を増圧するプランジャと、前記増圧室で増圧された燃料を噴出口から噴射させるニードルバルブとを備える燃料噴射器において、前記燃料供給通路に、燃料のドレン通路と常時連通する絞り通路を設けたものである。
この第1の発明の構成によれば、クランキング時に燃料供給通路に燃料が供給されると、燃料供給通路の圧力が上昇するとともに、絞り通路から燃料のドレン通路への燃料の流れが形成される。この流れとともに、燃料供給通路に存在するエアがドレン通路へと押し出される。燃料は増圧室で増圧されるため、燃料供給通路に供給される燃料の圧力は数気圧程度の低圧となっている。そのため、前記絞り通路からの燃料のリーク量を僅かにしたままエア抜きができる。エア抜きが行われた後も、燃料供給通路からの燃料が前記絞り通路を経てドレン通路に流れるが、この燃料は燃料タンクなどを経て循環し再び燃料供給通路に供給される。そのため、前記絞り通路は、ドレン通路への燃料のリーク量が其れほど多くなく、且つエア抜きが可能な程度の絞りを有する通路となっている。
【0009】
第2の発明の燃料噴射器は、第1の発明において、前記絞り通路は、前記プランジャに対する第1ドレン通路に連通されている絞り孔となったものである。
この第2の発明の構成によれば、燃料供給通路は逆止弁を介して増圧室に連通し、この増圧室に作用するプランジャからリークする燃料が第1ドレン通路に流れるため、この第1ドレン通路と前記燃料供給通路は接近することになり、両通路の間に短い絞り孔を設けることができる。
【0010】
第3の発明の燃料噴射器は、第2の発明において、前記プランジャは電磁弁で給排される燃料を作動流体とする増圧シリンダに構成され、前記第1ドレン通路は前記電磁弁に対する第2ドレン通路に連通しているものである。
この第3の発明の構成によれば、プランジャを作動させる作動流体も燃料であるため、プランジャからリークする燃料を流す第1ドレン通路と、電磁弁からリークする燃料を流す第2ドレン通路とを連通させ、絞り通路から常時リークする燃料をこれら第1ドレン通路及び第2ドレン通路を経て燃料タンクなどに向かって放出できる。
【0011】
第4の発明の燃料噴射器は、第1〜3の発明のいずれかにおいて、前記燃料供給通路は、前記プランジャの周囲に位置して軸方向の上下に延在する環状空間を有しており、前記絞り通路は、前記環状空間の上方に連通されているものである。
この第4の発明の構成によれば、燃料供給通路はプランジャの周囲の上下方向の環状空間をもつものであるため、燃料は環状空間の下方から増圧室に至り、燃料供給通路に混入したエアは環状空間の上方に溜まり、絞り通路からエアが一度に抜き出される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1に従って説明する。図1は、本発明の実施形態の燃料噴射器であって、燃料噴射開始前の状態を示す断面図である。
【0013】
まず、燃料噴射器1の構造を説明する。図1において、燃料噴射器1は、下から上へと、噴射機構2、増圧機構3、電磁弁4を順に配設して構成される。この燃料噴射器1は図示のように噴射機構2を下にした下向き姿勢でディーゼルエンジンなどのエンジンに組付けられる。この下向き姿勢は、垂直下方向きに限らず、斜め下向きも含まれる。
【0014】
噴射機構2は、下端に噴射口11を開口させたノズルボディ12内に、軸方向摺動自在なニードル13を押しバネ14で付勢した状態で収容して構成される。ノズルボディ12は、下から第1ボディ15と第2ボディ16と第3ボディ17を筒状のケーシング18の中に順に押し込んで形成される。
【0015】
第1ボディ15は、先細りとなった肩部21を有する円筒部材である。この肩部21の部分がケーシング18の段部22に突き当たり、第1ボディ15の噴射口11を有する先端部分が下向きに突出する。第1ボディ15の内部に、下から円錐形の弁座23と、高圧燃料の貯留部24、ニードル13に対する摺動孔25が形成されている。第1ボディ15の弁座23とニードル13によりニードルバルブが形成される。
【0016】
ニードル13は、下から順に、弁座23に対する円錐形の弁部131と、小径部132と、段差部133と、大径部134と、首部135と、バネ座136とを有してなる。第2ボディ16は、ニードル13の首部135に対する保持孔161と、押しバネ14の収容孔162を有する。収容孔162内の押しバネ14は、ニードル13を下向きに付勢するように第3ボディ17を介してケーシング18内に押し込まれている。
【0017】
第3ボディ17及び第2ボディ16の中心から偏心した位置に、高圧燃料の供給通路26が貫通している。この供給通路26は第1ボディ15内を経て高圧燃料の貯留部24に連通している。
【0018】
このような構成を有する噴射機構2の作動は以下の通りである。供給通路26を経て貯留部24に高圧燃料が供給されると、ニードル13の段差部133などが受圧部分となって、ニードル13に押しバネ14に対抗する押圧力が作用する。高圧燃料の圧力が所定圧に達すると、高圧燃料による押圧力と押しバネ14の付勢力か拮抗し、ニードル13が上方向に移動し、先端の弁部131が弁座23から離座し、噴射口11から所定圧の高圧燃料が噴出される。貯留部24に高圧燃料が供給され続ける間は、所定圧の高圧燃料の噴射口11からの噴射が続く。貯留部24に高圧燃料が供給されなくなり、貯留部24の圧力が下がると、ニードル13に作用する押しバネ14により、先端の弁部131が弁座23に着座し、噴出口11からの燃料の噴出が停止される。
【0019】
第1ボディ15の摺動孔25とニードル13の大径部134との摺動部分からリークする燃料は、保持孔161と首部135の間を通り、収容室162内に至り、通路163を経てケーシング18と第2ボディ16の間の環状通路27に至り、上方に位置する低圧の燃料供給通路44に連通する。
【0020】
噴射機構2の上に位置する増圧機構3は、シリンダボディ31内に、軸方向摺動自在なプランジャ32を増圧ピストン33に連結し、このプランジャ32に戻しバネ34を作用させた状態で収容して構成される。シリンダボディ31は、第4ボディ35と第5ボディ36とからなり、第4ボディ35をケーシング18の中に順に押し込み、第5ボディ36のネジ部361をケーシング18のネジ部181に螺合して形成される。
【0021】
第4ボディ35内に小径孔状の増圧室41が形成され、この増圧室41にプランジャ32が摺動自在に嵌入されている。第5ボディ36内に大径孔状の加圧室42が形成され、この加圧室42に増圧ピストン33が摺動自在に嵌入されている。プランジャ32は上端に頭部321を有し、この頭部321に増圧ピストン33が係合している。また、プランジャ32の頭部321と第4ボディ35の上端との間には、戻しバネ34が配設されている。
【0022】
ケーシング18の第4ボディ35に対応する部分の側面に、燃料の供給口43が開口している。第4ボディ35と第3ボディ17にわたって、前記供給口43から前記増圧室41に至る燃料供給通路44が形成されている。この燃料供給通路44は、第4ボディ35の外周回りの窪みで形成される環状空間441と、第4ボディ35内の横通路442と、第4ボディ35内の縦通路443と、第3ボディ17の上面の径方向通路171の連通路で形成される。縦通路443が径方向通路171に連通する部分に上下方向で作動し、増圧室41に向かう方向を順方向とする逆止弁45が配設されている。また、第3ボディ17の径方向通路171は、高圧燃料の供給通路26とも連通している。
【0023】
第5ボディ36の加圧室42を形成する孔のうち、戻しバネ34が収容される孔362には、プランジャ32の増圧室41からのドレンが流れ込む。この孔362は、第1ドレン通路46に連通している。第1ドレン通路46は、第4ボディ35の横方向凹溝461と、第5ボディ36の縦方向通路462とからなり、後述する第2ドレン通路63を経て排出ポート58に連通している。
【0024】
このような構成を有する増圧機構3の作動は以下の通りである。後で詳細に説明するところであるが、加圧室42に作動流体が供給されると、増圧ピストン33の外径とプランジャ32の外径の比率で決まる増圧比により、増圧室41の燃料が加圧される。増圧室41で加圧された高圧燃料は、逆止弁45が閉じているため、供給通路26に向かう。加圧室42から作動流体が排出されると、増圧ピストン33及びプランジャ32は戻しバネ34の付勢力により上昇し、逆止弁45が開いて燃料供給通路44及び供給口43を経て燃料が増圧室41に導入される。
【0025】
噴射機構2でリークした燃料は、第2ボディ16とケーシング18の間の環状通路27から、第3ボディ17とケーシング18の間の環状通路47、第4ボディ35とケーシング18の間の環状通路48を経て、燃料供給通路44に流れるようになっている。ここで、短円筒状の第3ボディ17の外径は、第2ボディ16の外径や第4ボディ35の環状空間441に至るまでの外径より大きくなっており、環状通路47はリーク燃料を通過させるための最小限の間隔となっている。この第3ボディ17により、第2ボディ16の軸心に沿った姿勢が保持されるようになっている。
【0026】
加圧室42に対して作動流体を給排させるための電磁弁4の構造と作動を説明する。第5ボディ35は、その頭部にブロック51を有している。電磁弁4は、ブロック51内に、弁体52と、ヨーク53と、ソレノイド54とを収納しており、3方向2位置切換弁に構成されている。ブロック51には、軸方向直角に弁穴55が開口しており、弁穴55には、作動流体の供給ポート56と、加圧室42に連通する入出力ポート57と、燃料タンク又は回収装置に連通する排出ポート58が開口している。弁体52は弁穴55内に軸方向摺動自在に嵌入され、弁体52に接続されたヨーク53に押しバネ59が作用することにより、弁体52とブロック51の間の第1弁60が閉じ、弁体52と弁穴仕切り61の間の第2弁62が開いている。この状態では、入出力ポート57は弁穴仕切り61の内周とヨーク53の側面の通路で形成される第2ドレン通路63を経て排出ポート58に連通する。弁体52に接続されたヨーク53がソレノイド54によって吸引されると、第2弁62が閉じ、第1弁60が開く。この状態では、供給ポート56と入出力ポート57が連通し、加圧室42に作動流体が導入される。
【0027】
増圧機構3の第1ドレン通路46は、電磁弁4の第2ドレン通路63を介して排出ポート58に連通する構成になっている。後述するように、増圧機構3の加圧室42に対する作動流体には燃料が使用されているため、第1ドレン通路46と第2ドレン通路63を連通させ、共通の燃料タンク又は回収装置にリークを戻すようになっている。
【0028】
増圧機構3の燃料供給通路44は、絞り孔65を介して、第1ドレン通路46に連通する構成になっている。この絞り孔65は、燃料供給通路44の環状空間441から直線的に真上に孔を明け、第1ドレン通路46の横方向凹溝461に開口する。この絞り孔65は、環状空間441の上端から横方向凹溝461に開口する横方向の孔であってもよい。また、環状空間441の上端から斜めに縦方向通路462に至る第5ボディ36の孔であってもよい。
【0029】
この絞り孔65は、供給口43からの低圧の燃料を常時リークさせるものであり、燃料中にエアが含まれていると、燃料のリークと共にエアを通過させることができる。そのため、絞り孔65の絞りは、燃料のリークと共にエアを通過させるとともに、第1ドレン通路46及び第2ドレン通路63を通るリーク燃料の量を多少増やす程度に絞られている。この絞り孔65は、燃料のドレン通路と常時連通する絞り通路を形成している。
【0030】
図2は、図1の燃料噴射器1が適用されるコモンレール式の燃料噴射装置100の概略図である。燃料噴射装置100は、図示しないエンジンの各シリンダヘッド内に装着される1又はそれ以上の燃料噴射器1を備え、この燃料噴射器1に作動流体として燃料を供給し更に回収する作動流体循環系統101と、前記燃料噴射器1に燃料を供給する燃料供給系統102と、前記燃料噴射器1の電磁弁4の開閉動作を制御するための制御装置103を有して構成される。
【0031】
作動流体循環系統101は、燃料供給ポンプ110、高圧ポンプ111、コモンレール112、回収装置113などにより構成されている。燃料供給ポンプ110は、燃料タンク114内の燃料を高圧ポンプ111に圧送する。高圧ポンプ111は、燃料を例えば200気圧程度まで加圧し、加圧された燃料はコモンレール112に圧送される。コモンレール112内に加圧されて蓄えられた燃料は、電磁弁4の作動により、供給ポート56を経て加圧室42(図1参照)に供給される。電磁弁4の作動より、排出ポート58から排出された作動流体は、燃料として回収装置113で回収され、回収された燃料は高圧ポンプ111により再び循環される。
【0032】
燃料供給系統102は、ポンプ121及びバルブ122により構成されている。ポンプ121は、燃料タンク114内の燃料を数気圧程度に加圧し、各燃料噴射器1の供給口43に圧送する。バルブ122は、燃料噴射器1に供給される燃料の供給量を調整する。制御装置103は、各燃料噴射器1の電磁弁4の開閉を制御するための制御信号を生成する。
【0033】
各燃料噴射器1内には、供給口43から供給される燃料を内部のドレン通路46及び63(図1参照)を経て排出ポート58に連通させる絞り孔65を有している。そのため、燃料供給系統102からの燃料の一部が絞り孔65を通じて排出ポート58に流れる構成になっている。
【0034】
つぎに、上述した構成の燃料噴射器1の作動を図1及び図3により説明する。図1は、噴射前の燃料噴射器1の作動状態を示し、図3は、噴射時の燃料噴射器の作動状態を示す。
【0035】
図1において、図示の燃料噴射器1が組み立てられ、図2のように燃料噴射装置100内の燃料噴射器1として組み付けられる。組み付け時の燃料噴射器1の内部にはエアが充満している。
【0036】
図1において、噴射に先立ち、供給口43から低圧の燃料が供給される。供給口43からの燃料は、環状空間441、横通路442、縦通路443、逆止弁45を通って、増圧室41、更に供給通路26を経て貯留部24内に充填される。この充填過程において、噴射機構2或いは増圧機構3内の燃料通路に存在していたエアは、燃料に押し出され、上下配置された燃料噴射器1内の通路を経て上昇していく。上昇するエアは、開いた状態の逆止弁45を通って、環状空間441の部分に溜まっていく。一方環状空間441の上方に、絞り孔65が開口しており、環状空間441に至ったエアは絞り孔65を経て第1ドレン通路46に放出される。第1ドレン通路46及び第2ドレン通路63は排出ポート58に連通しているため、エアは燃料噴射器1の外に放出される。そして、燃料噴射器1内に燃料だけが充填された状態になる。
【0037】
図3に示すように、噴射時に至ると、電磁弁4のソレノイド54が励磁され、ヨーク53が吸引され、弁体52が図面右方向に移動し、第1弁60が開き、第2弁62が閉じ、供給ポート56と入出力ポート57が連通し、加圧室42に作動流体が導入される。増圧ピストン42の外径とプランジャ32の外径の比率で決まる増圧比で増圧室41内の燃料が加圧される。このとき、逆止弁45は閉じた状態になっており、増圧室41の高圧は供給通路26を経て貯留部24内の燃料まで伝搬する。貯留部24内の高圧燃料が例えば200気圧程度になると、段差部133などの受圧により、ニードル13が押しバネ14の付勢力に打ち勝ち、弁座23から弁部131がリフトアップし、噴射口11から高圧燃料が噴射される。なお、増圧ピストン42が下がることにより、孔362内から押し出される燃料は、第1ドレン通路46及び第2ドレン通路63を経て排出ポート58から放出される。
【0038】
高圧燃料の噴射が終わると、図1に示すように、電磁弁4のソレノイド54が非励磁となり、弁体52とヨーク53が押しバネ59の付勢力で図面左側に移動し、第1弁60が閉じ、第2弁62が開き、入出力ポート57と排出ポート58が連通し、加圧室42に導入されていた作動流体が排出ポート58から排出され、増圧ピストン33及びプランジャ32は戻しバネ34の付勢力で上昇し図示の位置に戻る。増圧ピストン33の孔362は、第1ドレン通路46、第2ドレン通路63、開いた状態の第2弁62及び入出力ポート57に連通しているため、加圧室42の作動流体の殆どが第1ドレン通路46及び第2ドレン通路63を介して循環する。
【0039】
燃料噴射器1が燃料を充満させたまま長期間停止しており、燃料に溶解したエアなどが気体として発生した場合、発生した気体は供給通路26及び逆止弁45を介して最も圧力が低い絞り孔65を有する上方の環状空間441に集まる。そのため、エンジンの再起動時に、上述したように絞り孔65から発生した気体も抜き出される。
【0040】
以上説明した実施の形態は以下の効果を有する。
(1)燃料供給通路44からドレン通路46に常時開口する絞り孔65を設ける構成であるため、燃料噴射器1の再組み付け時、エンジンの長期間の停止時など、燃料噴射器1の内部にエアなどの気体を含む場合、始動時に燃料噴射器1に燃料を供給すると同時に、エア抜きが行われる。そのため、確実なエア抜きとなって、燃料噴射器1による不正噴射の可能性を著しく下げることができる。
【0041】
(2)絞り孔65は燃料のドレン通路46に向かって常時開口するパイパスであるため、絞り孔65を開閉等の制御が必要ではなく、単なる開口であるため、耐久性に優れ、経時変化の恐れもない。
【0042】
(3)図1において、絞り孔65は、燃料供給通路44からプランジャ32に対する第1ドレン通路46に向かって設けられる。プランジャ32の第1ドレン通路46とプランジャ32の増圧室41に至る燃料供給通路44とは接近しており、両者の間に短い絞り孔65を設けることができる。そのため、絞り孔65を形成するための加工が既存部品の最小限の加工で済み、部品の追加による重量アップやコストアップがない。
【0043】
(4)図1おいて、絞り孔65は第1ドレン通路46と第2ドレン通路63を経て排出孔58に連通する構成であるため、増圧機構3からのリーク燃料及び電磁弁4からのリーク燃料とともに、絞り孔65からのリーク燃料を流すことができ、絞り孔65からの放出を単純経路により行うことができる。そのため、絞り孔65からのリーク燃料を回収するための別途のポートを設ける必要がない。
【0044】
(5)図1において、燃料供給通路44に至る第4ボディ35の外周に窪みを形成し、これを燃料供給通路44に連通する環状空間441とし、この環状空間4441の上方から絞り孔65が開口する構成であるため、エアは燃料供給路44の上側に位置する環状空間441に集まる。環状空間441に集まったエアは環状空間441の上方に開口する絞り孔65から抜き出されるため、燃料に含まれるエアが確実に放出される。
【0045】
なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように変更して実施してもよい。
(1)図4に示されるように、増圧機構が、電磁弁で作動する増圧シリンダによるものでなく、プランジャ32を外力で押し下げるタイプの燃料噴射器201であってもよい。プランジャ32は、押し棒211に連結され、押し棒211の先端はカム212に当接している。カム212はエンジンの回転と連動して回転しており、カム212の回転に応じてプランジャ32が上下に移動して、増圧室41内の燃料を増圧する。この場合も、燃料供給通路44と第1ドレン通路46の間に絞り孔65を設ける。第1ドレン通路46を流れる燃料は、放出孔213から放出され燃料タンクなどに回収される。
【0046】
(2)図3のコモンレール式の燃料噴射装置100において、作動流体循環系統101における排出ポート58からの燃料を回収装置113を経ることなく、直接燃料タンク114に戻して、循環させるものであってよい。
【0047】
(3)図1において、絞り孔65は、第2ドレン通路63に開口し、第1ドレン通路46と並ぶ絞り通路であってもよい。第1ドレン通路46が上方にある場合、第1ドレン通路46より第2ドレン通路63に開口することが有利な場合があるからである。
【0048】
【発明の効果】
以上詳述したように第1の発明によれば、噴射システム再組み付け時などのエア混入の恐れがある全ての場合に対応して、エンジンの始動時に何らの特別の操作や制御を必要とせず、一律的にエア抜きを行うため、エア抜き性能が向上し、エア混入に起因する不正噴射の可能性を少なくできる。また、燃料噴射器を構成する部品にエア抜きのための絞り通路を設けるだけであるため、制御部品などの追加部品がなく、簡単な構造で確実なエア抜きが自動的に行われる。
【0049】
第2の発明によれば、絞り通路を最短距離の絞り孔として設けることができ、この絞り孔を設けるための加工も最小限にできる。
第3の発明によれば、電磁弁タイプの場合、絞り通路からのドレンをプランジャに対する第1ドレン通路、更に電磁弁に対する第2ドレン通路に連通させるため、絞り通路からのリークの排出が既存の部分を使って確実にできる。
第4の発明によれば、燃料供給通路に上下方向に延在する環状空間を形成し、この環状空間にエアを集めて絞り通路から抜きとるため、エア抜きを効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の燃料噴射器の噴射開始前の状態を示す断面図である。
【図2】本発明の実施形態の燃料噴射器が適用されたコモンレール式燃料噴射装置を示す概略図である。
【図3】本発明の実施形態の燃料噴射器の噴射開始時の状態を示す断面図である。
【図4】本発明の他の実施形態の燃料噴射器の噴射開始前の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 燃料噴射器
2 噴射機構
3 増圧機構
4 電磁弁
12 ニードル(ニードルバルブ)
32 プランジャ
41 増圧室
44 燃料供給通路
441 環状空間
42 加圧室
45 逆止弁
46 第1ドレン通路
63 第2ドレン通路
65 絞り孔(絞り通路)
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用ディーゼルエンジンなどに用いられる増圧式の燃料噴射器に関し、特に、始動時などに器内からのエア抜きができる燃料噴射器に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両用ディーゼルエンジンなどに用いられる燃料噴射器には、予め所定圧力で蓄圧しておいた燃料を噴射する蓄圧式の燃料噴射器と、噴射時に燃料を加圧して噴射する増圧式の燃料噴射器とが存在する。
【0003】
いずれのタイプの燃料噴射器においても、エンジンへの組み付け、保守点検、あるいは配管の交換もしくは他の原因によって燃料系にエアが混入することがあり、エンジンクランキング時にエア抜きを行う必要性が生じる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述した蓄圧式の燃料噴射器であって、所定圧力の燃料が所定のタイミングで燃料噴射器に供給されるような場合、所定のタイミング以外に、燃料噴射器の噴射口を開閉する電磁弁を作動させ、エア抜きを自動的に行うものが提案されている(特開平10−252611号公報参照)。
【0005】
しかしながら、増圧式の燃料噴射器の場合、増圧室に燃料を供給する系統と、増圧室のプランジャを作動させる作動流体の系統とは別系統となっており、電磁弁が燃料を噴射するニードルバルブを直接開閉させる構造ではないため、電磁弁を作動させてエアだけを抜き出すことができない構造になっている。
【0006】
そこで、燃料噴射器の燃料供給通路に開閉弁を設け、この開閉弁からエアを抜き出すことが考えられるが、クランキング時に開閉弁を手動等で開閉操作する必要があるために自動的なエア抜きができず、また、開閉弁を設けるために構造が複雑になるという問題点がある。
【0007】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、エア抜きが自動的に且つ簡単な構造によってできる増圧式の燃料噴射器を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成する第1の発明の燃料噴射器は、燃料供給通路に逆止弁を介して連通する増圧室と、この増圧室に導入された燃料を増圧するプランジャと、前記増圧室で増圧された燃料を噴出口から噴射させるニードルバルブとを備える燃料噴射器において、前記燃料供給通路に、燃料のドレン通路と常時連通する絞り通路を設けたものである。
この第1の発明の構成によれば、クランキング時に燃料供給通路に燃料が供給されると、燃料供給通路の圧力が上昇するとともに、絞り通路から燃料のドレン通路への燃料の流れが形成される。この流れとともに、燃料供給通路に存在するエアがドレン通路へと押し出される。燃料は増圧室で増圧されるため、燃料供給通路に供給される燃料の圧力は数気圧程度の低圧となっている。そのため、前記絞り通路からの燃料のリーク量を僅かにしたままエア抜きができる。エア抜きが行われた後も、燃料供給通路からの燃料が前記絞り通路を経てドレン通路に流れるが、この燃料は燃料タンクなどを経て循環し再び燃料供給通路に供給される。そのため、前記絞り通路は、ドレン通路への燃料のリーク量が其れほど多くなく、且つエア抜きが可能な程度の絞りを有する通路となっている。
【0009】
第2の発明の燃料噴射器は、第1の発明において、前記絞り通路は、前記プランジャに対する第1ドレン通路に連通されている絞り孔となったものである。
この第2の発明の構成によれば、燃料供給通路は逆止弁を介して増圧室に連通し、この増圧室に作用するプランジャからリークする燃料が第1ドレン通路に流れるため、この第1ドレン通路と前記燃料供給通路は接近することになり、両通路の間に短い絞り孔を設けることができる。
【0010】
第3の発明の燃料噴射器は、第2の発明において、前記プランジャは電磁弁で給排される燃料を作動流体とする増圧シリンダに構成され、前記第1ドレン通路は前記電磁弁に対する第2ドレン通路に連通しているものである。
この第3の発明の構成によれば、プランジャを作動させる作動流体も燃料であるため、プランジャからリークする燃料を流す第1ドレン通路と、電磁弁からリークする燃料を流す第2ドレン通路とを連通させ、絞り通路から常時リークする燃料をこれら第1ドレン通路及び第2ドレン通路を経て燃料タンクなどに向かって放出できる。
【0011】
第4の発明の燃料噴射器は、第1〜3の発明のいずれかにおいて、前記燃料供給通路は、前記プランジャの周囲に位置して軸方向の上下に延在する環状空間を有しており、前記絞り通路は、前記環状空間の上方に連通されているものである。
この第4の発明の構成によれば、燃料供給通路はプランジャの周囲の上下方向の環状空間をもつものであるため、燃料は環状空間の下方から増圧室に至り、燃料供給通路に混入したエアは環状空間の上方に溜まり、絞り通路からエアが一度に抜き出される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1に従って説明する。図1は、本発明の実施形態の燃料噴射器であって、燃料噴射開始前の状態を示す断面図である。
【0013】
まず、燃料噴射器1の構造を説明する。図1において、燃料噴射器1は、下から上へと、噴射機構2、増圧機構3、電磁弁4を順に配設して構成される。この燃料噴射器1は図示のように噴射機構2を下にした下向き姿勢でディーゼルエンジンなどのエンジンに組付けられる。この下向き姿勢は、垂直下方向きに限らず、斜め下向きも含まれる。
【0014】
噴射機構2は、下端に噴射口11を開口させたノズルボディ12内に、軸方向摺動自在なニードル13を押しバネ14で付勢した状態で収容して構成される。ノズルボディ12は、下から第1ボディ15と第2ボディ16と第3ボディ17を筒状のケーシング18の中に順に押し込んで形成される。
【0015】
第1ボディ15は、先細りとなった肩部21を有する円筒部材である。この肩部21の部分がケーシング18の段部22に突き当たり、第1ボディ15の噴射口11を有する先端部分が下向きに突出する。第1ボディ15の内部に、下から円錐形の弁座23と、高圧燃料の貯留部24、ニードル13に対する摺動孔25が形成されている。第1ボディ15の弁座23とニードル13によりニードルバルブが形成される。
【0016】
ニードル13は、下から順に、弁座23に対する円錐形の弁部131と、小径部132と、段差部133と、大径部134と、首部135と、バネ座136とを有してなる。第2ボディ16は、ニードル13の首部135に対する保持孔161と、押しバネ14の収容孔162を有する。収容孔162内の押しバネ14は、ニードル13を下向きに付勢するように第3ボディ17を介してケーシング18内に押し込まれている。
【0017】
第3ボディ17及び第2ボディ16の中心から偏心した位置に、高圧燃料の供給通路26が貫通している。この供給通路26は第1ボディ15内を経て高圧燃料の貯留部24に連通している。
【0018】
このような構成を有する噴射機構2の作動は以下の通りである。供給通路26を経て貯留部24に高圧燃料が供給されると、ニードル13の段差部133などが受圧部分となって、ニードル13に押しバネ14に対抗する押圧力が作用する。高圧燃料の圧力が所定圧に達すると、高圧燃料による押圧力と押しバネ14の付勢力か拮抗し、ニードル13が上方向に移動し、先端の弁部131が弁座23から離座し、噴射口11から所定圧の高圧燃料が噴出される。貯留部24に高圧燃料が供給され続ける間は、所定圧の高圧燃料の噴射口11からの噴射が続く。貯留部24に高圧燃料が供給されなくなり、貯留部24の圧力が下がると、ニードル13に作用する押しバネ14により、先端の弁部131が弁座23に着座し、噴出口11からの燃料の噴出が停止される。
【0019】
第1ボディ15の摺動孔25とニードル13の大径部134との摺動部分からリークする燃料は、保持孔161と首部135の間を通り、収容室162内に至り、通路163を経てケーシング18と第2ボディ16の間の環状通路27に至り、上方に位置する低圧の燃料供給通路44に連通する。
【0020】
噴射機構2の上に位置する増圧機構3は、シリンダボディ31内に、軸方向摺動自在なプランジャ32を増圧ピストン33に連結し、このプランジャ32に戻しバネ34を作用させた状態で収容して構成される。シリンダボディ31は、第4ボディ35と第5ボディ36とからなり、第4ボディ35をケーシング18の中に順に押し込み、第5ボディ36のネジ部361をケーシング18のネジ部181に螺合して形成される。
【0021】
第4ボディ35内に小径孔状の増圧室41が形成され、この増圧室41にプランジャ32が摺動自在に嵌入されている。第5ボディ36内に大径孔状の加圧室42が形成され、この加圧室42に増圧ピストン33が摺動自在に嵌入されている。プランジャ32は上端に頭部321を有し、この頭部321に増圧ピストン33が係合している。また、プランジャ32の頭部321と第4ボディ35の上端との間には、戻しバネ34が配設されている。
【0022】
ケーシング18の第4ボディ35に対応する部分の側面に、燃料の供給口43が開口している。第4ボディ35と第3ボディ17にわたって、前記供給口43から前記増圧室41に至る燃料供給通路44が形成されている。この燃料供給通路44は、第4ボディ35の外周回りの窪みで形成される環状空間441と、第4ボディ35内の横通路442と、第4ボディ35内の縦通路443と、第3ボディ17の上面の径方向通路171の連通路で形成される。縦通路443が径方向通路171に連通する部分に上下方向で作動し、増圧室41に向かう方向を順方向とする逆止弁45が配設されている。また、第3ボディ17の径方向通路171は、高圧燃料の供給通路26とも連通している。
【0023】
第5ボディ36の加圧室42を形成する孔のうち、戻しバネ34が収容される孔362には、プランジャ32の増圧室41からのドレンが流れ込む。この孔362は、第1ドレン通路46に連通している。第1ドレン通路46は、第4ボディ35の横方向凹溝461と、第5ボディ36の縦方向通路462とからなり、後述する第2ドレン通路63を経て排出ポート58に連通している。
【0024】
このような構成を有する増圧機構3の作動は以下の通りである。後で詳細に説明するところであるが、加圧室42に作動流体が供給されると、増圧ピストン33の外径とプランジャ32の外径の比率で決まる増圧比により、増圧室41の燃料が加圧される。増圧室41で加圧された高圧燃料は、逆止弁45が閉じているため、供給通路26に向かう。加圧室42から作動流体が排出されると、増圧ピストン33及びプランジャ32は戻しバネ34の付勢力により上昇し、逆止弁45が開いて燃料供給通路44及び供給口43を経て燃料が増圧室41に導入される。
【0025】
噴射機構2でリークした燃料は、第2ボディ16とケーシング18の間の環状通路27から、第3ボディ17とケーシング18の間の環状通路47、第4ボディ35とケーシング18の間の環状通路48を経て、燃料供給通路44に流れるようになっている。ここで、短円筒状の第3ボディ17の外径は、第2ボディ16の外径や第4ボディ35の環状空間441に至るまでの外径より大きくなっており、環状通路47はリーク燃料を通過させるための最小限の間隔となっている。この第3ボディ17により、第2ボディ16の軸心に沿った姿勢が保持されるようになっている。
【0026】
加圧室42に対して作動流体を給排させるための電磁弁4の構造と作動を説明する。第5ボディ35は、その頭部にブロック51を有している。電磁弁4は、ブロック51内に、弁体52と、ヨーク53と、ソレノイド54とを収納しており、3方向2位置切換弁に構成されている。ブロック51には、軸方向直角に弁穴55が開口しており、弁穴55には、作動流体の供給ポート56と、加圧室42に連通する入出力ポート57と、燃料タンク又は回収装置に連通する排出ポート58が開口している。弁体52は弁穴55内に軸方向摺動自在に嵌入され、弁体52に接続されたヨーク53に押しバネ59が作用することにより、弁体52とブロック51の間の第1弁60が閉じ、弁体52と弁穴仕切り61の間の第2弁62が開いている。この状態では、入出力ポート57は弁穴仕切り61の内周とヨーク53の側面の通路で形成される第2ドレン通路63を経て排出ポート58に連通する。弁体52に接続されたヨーク53がソレノイド54によって吸引されると、第2弁62が閉じ、第1弁60が開く。この状態では、供給ポート56と入出力ポート57が連通し、加圧室42に作動流体が導入される。
【0027】
増圧機構3の第1ドレン通路46は、電磁弁4の第2ドレン通路63を介して排出ポート58に連通する構成になっている。後述するように、増圧機構3の加圧室42に対する作動流体には燃料が使用されているため、第1ドレン通路46と第2ドレン通路63を連通させ、共通の燃料タンク又は回収装置にリークを戻すようになっている。
【0028】
増圧機構3の燃料供給通路44は、絞り孔65を介して、第1ドレン通路46に連通する構成になっている。この絞り孔65は、燃料供給通路44の環状空間441から直線的に真上に孔を明け、第1ドレン通路46の横方向凹溝461に開口する。この絞り孔65は、環状空間441の上端から横方向凹溝461に開口する横方向の孔であってもよい。また、環状空間441の上端から斜めに縦方向通路462に至る第5ボディ36の孔であってもよい。
【0029】
この絞り孔65は、供給口43からの低圧の燃料を常時リークさせるものであり、燃料中にエアが含まれていると、燃料のリークと共にエアを通過させることができる。そのため、絞り孔65の絞りは、燃料のリークと共にエアを通過させるとともに、第1ドレン通路46及び第2ドレン通路63を通るリーク燃料の量を多少増やす程度に絞られている。この絞り孔65は、燃料のドレン通路と常時連通する絞り通路を形成している。
【0030】
図2は、図1の燃料噴射器1が適用されるコモンレール式の燃料噴射装置100の概略図である。燃料噴射装置100は、図示しないエンジンの各シリンダヘッド内に装着される1又はそれ以上の燃料噴射器1を備え、この燃料噴射器1に作動流体として燃料を供給し更に回収する作動流体循環系統101と、前記燃料噴射器1に燃料を供給する燃料供給系統102と、前記燃料噴射器1の電磁弁4の開閉動作を制御するための制御装置103を有して構成される。
【0031】
作動流体循環系統101は、燃料供給ポンプ110、高圧ポンプ111、コモンレール112、回収装置113などにより構成されている。燃料供給ポンプ110は、燃料タンク114内の燃料を高圧ポンプ111に圧送する。高圧ポンプ111は、燃料を例えば200気圧程度まで加圧し、加圧された燃料はコモンレール112に圧送される。コモンレール112内に加圧されて蓄えられた燃料は、電磁弁4の作動により、供給ポート56を経て加圧室42(図1参照)に供給される。電磁弁4の作動より、排出ポート58から排出された作動流体は、燃料として回収装置113で回収され、回収された燃料は高圧ポンプ111により再び循環される。
【0032】
燃料供給系統102は、ポンプ121及びバルブ122により構成されている。ポンプ121は、燃料タンク114内の燃料を数気圧程度に加圧し、各燃料噴射器1の供給口43に圧送する。バルブ122は、燃料噴射器1に供給される燃料の供給量を調整する。制御装置103は、各燃料噴射器1の電磁弁4の開閉を制御するための制御信号を生成する。
【0033】
各燃料噴射器1内には、供給口43から供給される燃料を内部のドレン通路46及び63(図1参照)を経て排出ポート58に連通させる絞り孔65を有している。そのため、燃料供給系統102からの燃料の一部が絞り孔65を通じて排出ポート58に流れる構成になっている。
【0034】
つぎに、上述した構成の燃料噴射器1の作動を図1及び図3により説明する。図1は、噴射前の燃料噴射器1の作動状態を示し、図3は、噴射時の燃料噴射器の作動状態を示す。
【0035】
図1において、図示の燃料噴射器1が組み立てられ、図2のように燃料噴射装置100内の燃料噴射器1として組み付けられる。組み付け時の燃料噴射器1の内部にはエアが充満している。
【0036】
図1において、噴射に先立ち、供給口43から低圧の燃料が供給される。供給口43からの燃料は、環状空間441、横通路442、縦通路443、逆止弁45を通って、増圧室41、更に供給通路26を経て貯留部24内に充填される。この充填過程において、噴射機構2或いは増圧機構3内の燃料通路に存在していたエアは、燃料に押し出され、上下配置された燃料噴射器1内の通路を経て上昇していく。上昇するエアは、開いた状態の逆止弁45を通って、環状空間441の部分に溜まっていく。一方環状空間441の上方に、絞り孔65が開口しており、環状空間441に至ったエアは絞り孔65を経て第1ドレン通路46に放出される。第1ドレン通路46及び第2ドレン通路63は排出ポート58に連通しているため、エアは燃料噴射器1の外に放出される。そして、燃料噴射器1内に燃料だけが充填された状態になる。
【0037】
図3に示すように、噴射時に至ると、電磁弁4のソレノイド54が励磁され、ヨーク53が吸引され、弁体52が図面右方向に移動し、第1弁60が開き、第2弁62が閉じ、供給ポート56と入出力ポート57が連通し、加圧室42に作動流体が導入される。増圧ピストン42の外径とプランジャ32の外径の比率で決まる増圧比で増圧室41内の燃料が加圧される。このとき、逆止弁45は閉じた状態になっており、増圧室41の高圧は供給通路26を経て貯留部24内の燃料まで伝搬する。貯留部24内の高圧燃料が例えば200気圧程度になると、段差部133などの受圧により、ニードル13が押しバネ14の付勢力に打ち勝ち、弁座23から弁部131がリフトアップし、噴射口11から高圧燃料が噴射される。なお、増圧ピストン42が下がることにより、孔362内から押し出される燃料は、第1ドレン通路46及び第2ドレン通路63を経て排出ポート58から放出される。
【0038】
高圧燃料の噴射が終わると、図1に示すように、電磁弁4のソレノイド54が非励磁となり、弁体52とヨーク53が押しバネ59の付勢力で図面左側に移動し、第1弁60が閉じ、第2弁62が開き、入出力ポート57と排出ポート58が連通し、加圧室42に導入されていた作動流体が排出ポート58から排出され、増圧ピストン33及びプランジャ32は戻しバネ34の付勢力で上昇し図示の位置に戻る。増圧ピストン33の孔362は、第1ドレン通路46、第2ドレン通路63、開いた状態の第2弁62及び入出力ポート57に連通しているため、加圧室42の作動流体の殆どが第1ドレン通路46及び第2ドレン通路63を介して循環する。
【0039】
燃料噴射器1が燃料を充満させたまま長期間停止しており、燃料に溶解したエアなどが気体として発生した場合、発生した気体は供給通路26及び逆止弁45を介して最も圧力が低い絞り孔65を有する上方の環状空間441に集まる。そのため、エンジンの再起動時に、上述したように絞り孔65から発生した気体も抜き出される。
【0040】
以上説明した実施の形態は以下の効果を有する。
(1)燃料供給通路44からドレン通路46に常時開口する絞り孔65を設ける構成であるため、燃料噴射器1の再組み付け時、エンジンの長期間の停止時など、燃料噴射器1の内部にエアなどの気体を含む場合、始動時に燃料噴射器1に燃料を供給すると同時に、エア抜きが行われる。そのため、確実なエア抜きとなって、燃料噴射器1による不正噴射の可能性を著しく下げることができる。
【0041】
(2)絞り孔65は燃料のドレン通路46に向かって常時開口するパイパスであるため、絞り孔65を開閉等の制御が必要ではなく、単なる開口であるため、耐久性に優れ、経時変化の恐れもない。
【0042】
(3)図1において、絞り孔65は、燃料供給通路44からプランジャ32に対する第1ドレン通路46に向かって設けられる。プランジャ32の第1ドレン通路46とプランジャ32の増圧室41に至る燃料供給通路44とは接近しており、両者の間に短い絞り孔65を設けることができる。そのため、絞り孔65を形成するための加工が既存部品の最小限の加工で済み、部品の追加による重量アップやコストアップがない。
【0043】
(4)図1おいて、絞り孔65は第1ドレン通路46と第2ドレン通路63を経て排出孔58に連通する構成であるため、増圧機構3からのリーク燃料及び電磁弁4からのリーク燃料とともに、絞り孔65からのリーク燃料を流すことができ、絞り孔65からの放出を単純経路により行うことができる。そのため、絞り孔65からのリーク燃料を回収するための別途のポートを設ける必要がない。
【0044】
(5)図1において、燃料供給通路44に至る第4ボディ35の外周に窪みを形成し、これを燃料供給通路44に連通する環状空間441とし、この環状空間4441の上方から絞り孔65が開口する構成であるため、エアは燃料供給路44の上側に位置する環状空間441に集まる。環状空間441に集まったエアは環状空間441の上方に開口する絞り孔65から抜き出されるため、燃料に含まれるエアが確実に放出される。
【0045】
なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように変更して実施してもよい。
(1)図4に示されるように、増圧機構が、電磁弁で作動する増圧シリンダによるものでなく、プランジャ32を外力で押し下げるタイプの燃料噴射器201であってもよい。プランジャ32は、押し棒211に連結され、押し棒211の先端はカム212に当接している。カム212はエンジンの回転と連動して回転しており、カム212の回転に応じてプランジャ32が上下に移動して、増圧室41内の燃料を増圧する。この場合も、燃料供給通路44と第1ドレン通路46の間に絞り孔65を設ける。第1ドレン通路46を流れる燃料は、放出孔213から放出され燃料タンクなどに回収される。
【0046】
(2)図3のコモンレール式の燃料噴射装置100において、作動流体循環系統101における排出ポート58からの燃料を回収装置113を経ることなく、直接燃料タンク114に戻して、循環させるものであってよい。
【0047】
(3)図1において、絞り孔65は、第2ドレン通路63に開口し、第1ドレン通路46と並ぶ絞り通路であってもよい。第1ドレン通路46が上方にある場合、第1ドレン通路46より第2ドレン通路63に開口することが有利な場合があるからである。
【0048】
【発明の効果】
以上詳述したように第1の発明によれば、噴射システム再組み付け時などのエア混入の恐れがある全ての場合に対応して、エンジンの始動時に何らの特別の操作や制御を必要とせず、一律的にエア抜きを行うため、エア抜き性能が向上し、エア混入に起因する不正噴射の可能性を少なくできる。また、燃料噴射器を構成する部品にエア抜きのための絞り通路を設けるだけであるため、制御部品などの追加部品がなく、簡単な構造で確実なエア抜きが自動的に行われる。
【0049】
第2の発明によれば、絞り通路を最短距離の絞り孔として設けることができ、この絞り孔を設けるための加工も最小限にできる。
第3の発明によれば、電磁弁タイプの場合、絞り通路からのドレンをプランジャに対する第1ドレン通路、更に電磁弁に対する第2ドレン通路に連通させるため、絞り通路からのリークの排出が既存の部分を使って確実にできる。
第4の発明によれば、燃料供給通路に上下方向に延在する環状空間を形成し、この環状空間にエアを集めて絞り通路から抜きとるため、エア抜きを効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の燃料噴射器の噴射開始前の状態を示す断面図である。
【図2】本発明の実施形態の燃料噴射器が適用されたコモンレール式燃料噴射装置を示す概略図である。
【図3】本発明の実施形態の燃料噴射器の噴射開始時の状態を示す断面図である。
【図4】本発明の他の実施形態の燃料噴射器の噴射開始前の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 燃料噴射器
2 噴射機構
3 増圧機構
4 電磁弁
12 ニードル(ニードルバルブ)
32 プランジャ
41 増圧室
44 燃料供給通路
441 環状空間
42 加圧室
45 逆止弁
46 第1ドレン通路
63 第2ドレン通路
65 絞り孔(絞り通路)
Claims (3)
- 燃料供給通路に逆止弁を介して連通する増圧室と、この増圧室に導入された燃料を増圧するプランジャと、前記増圧室で増圧された燃料を噴出口から噴射させるニードルバルブとを備える燃料噴射器において、前記燃料供給通路に、燃料のドレン通路と常時連通する絞り通路を設け、当該絞り通路は、前記プランジャに対する第1ドレン通路に連通されている絞り孔であることを特徴とする燃料噴射器。
- 前記プランジャは電磁弁で給排される燃料を作動流体とする増圧シリンダに構成され、前記第1ドレン通路は前記電磁弁に対する第2ドレン通路に連通している請求項1に記載の燃料噴射器。
- 前記燃料供給通路は前記プランジャの周囲に位置して軸方向の上下に延在する環状空間を有しており、前記絞り通路は前記環状空間の上方に連通されている請求項1または請求項2に記載の燃料噴射器。
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