JP4055330B2 - Fuel injection device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、段階的に燃料を噴射可能な燃料噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ディーゼル機関において低排出物(NOX、HC、黒煙)および高出力、低燃費を両立させるためにエンジンの運転条件に応じて噴射率を可変にすることが必要である。この要件を実現するために、従来技術としてニードルを付勢するように2個のばねを構成した2段開弁圧のノズルが公知となっている。
【0003】
しかし、この技術では燃料噴射ポンプから圧送される燃料圧力はエンジン運転状態によって変動するので、エンジンが要求する噴射率を全運転条件において実現するのは困難である。
【0004】
そこで、例えば米国特許5,694,903号に開示されている従来の燃料噴射弁は、ニードルを噴孔閉塞方向に燃料圧力を加える制御室を設けるものがある。これは、ノズル燃料溜りに導入される燃料圧力により噴孔を開放方向に受ける力と制御室の燃料圧力から噴孔閉塞方向に受ける力との大小関係により噴射を制御している。制御室の燃料圧力を制御しているパイロットバルブステムの開口面積を変化させることにより制御室圧力を変化させ、ニードルを段階的にリフトさせて要求の噴射率を得ようとしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、米国特許5,694,903号に開示されている従来の燃料噴射弁の構成では、制御室と高圧燃料が供給される高圧通路は、常に連通されている。
【0006】
一方、制御室の燃料圧力を制御しているパイロットバルブステムの開口面積を変化させることにより、制御室内の高圧燃料を低圧通路へ排出することで制御室圧力を変化させ、ニードルを段階的にリフトさせている。
【0007】
つまり、ニードルをリフトさせている間は、常に制御室を介して高圧通路から低圧通路へ燃料が放出されるので、高圧燃料を圧送する供給ポンプは無駄な仕事をしている。特に、ニードルの第2リフト動作時の低圧通路へ放出される燃料は多く、無駄な仕事は増大して、燃費悪化の原因となっている。
【0008】
本発明の目的は上記の点に鑑み、多段階にリフトを制御するために制御室へ供給される高圧燃料を低圧通路へ放出することなく無駄な仕事を抑制して、エンジンの全運転状態に応じて要求する噴射率を安定して得られるようにニードルリフトを段階的に制御可能な燃料噴射装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項1記載の燃料噴射装置によると、制御弁の切換え動作に応じて、第1圧力室と低圧通路とを連通させて弁部材を第1リフト動作させ、その後、第2圧力室と低圧通路とを連通させて弁部材を第2リフト動作させる燃料噴射装置であって、高圧通路より第1圧力室および第2圧力室へ高圧燃料を導入させることで弁部材は噴孔を閉塞している。この状態から弁部材が第1リフトすることにより、第2圧力室と高圧通路との連通状態を、高圧通路から第2圧力室へ流入する高圧燃料量を制限するように制御する連通制御部を設けた。
【0010】
この連通制御部は、弁部材の第2リフト動作を制御する第2圧力室と低圧通路とを制御弁により連通させても、高圧通路との連通を制御して高圧通路から低圧通路への燃料放出を制限する。よって、無駄な仕事は抑制されて燃費向上に貢献する。
【0011】
本発明の請求項2記載の燃料噴射装置によると、連通制御部を、弁ボディと弁部材の間に設け、弁部材が第1リフト動作することにより、高圧通路から第2圧力室へ流入する高圧燃料量を制限するように構成した。
【0012】
このように、連通制御部を弁ボディと弁部材の間にコンパクトに収容できる燃料噴射装置を提供することが可能となる。
【0013】
本発明の請求項3記載の燃料噴射装置によると、制御弁の切換え動作に応じて、第1圧力室と低圧通路とを連通させてニードルを第1リフト動作させ、その後、第2圧力室と低圧通路とを連通させてニードルを第2リフト動作させる燃料噴射装置であって、高圧通路より第1圧力室および第2圧力室へ高圧燃料を導入させることでニードルは噴孔を閉塞している。この状態からニードルが第1リフトすることにより、高圧通路とニードルの第2リフト動作を制御する第2圧力室との間の連通を制御する連通制御部を、ハウジング部とニードルの第1リフト動作と協働する伝達部材との間に設けた。
【0014】
この連通制御部は、ニードルの第2リフト動作を制御する第2圧力室と低圧通路とを制御弁により連通させても、高圧通路との連通を制御して高圧通路から低圧通路への燃料放出を制御する。よって、無駄な仕事は抑制されて燃費向上に貢献する。
【0015】
本発明の請求項4記載の燃料噴射装置によると、ニードルの第1リフト動作前は、第1環状溝部、第2環状溝部および第3環状溝部とを連通させて第2リフト動作を決定する第2圧力室と高圧通路とを連通させることでニードルは噴孔を閉塞している。
【0016】
この状態からニードルの第1リフト動作と協働する伝達部材が第1リフト動作を完了することで、第3環状溝部の端部が第1環状溝部と第2環状溝部との連通状態を、前記第2環状溝部から前記第1環状溝部へ流入する高圧燃料量を制限するように制御するように連通制御部を構成した。
【0017】
この連通制御部は、弁ボディ内の空洞部とニードルの第1リフト動作と協働する伝達部材との間に連通制御部を収容可能としたので、コンパクトな燃料噴射装置を提供することが可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0019】
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の燃料噴射装置の構成を図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1実施形態による燃料噴射装置を示す全体断面図である。
【0020】
燃料噴射装置1の構成は、基本的に図1に示すように燃料噴射弁ハウジング11内の空洞部11dに、第1制御ピストン25、第2制御ピストン24を配置させ、この各制御ピストン25、24に各々面する第1圧力室60、第2圧力室65の燃料圧力を第1圧力室60上方に配設した電磁弁30により制御することで第2制御ピストン24の下方側に設けられ、後述する噴孔12bを開閉するニードル21のリフト量を変化させ、噴射率形状を自由に設定可能にできるものである。
【0021】
ここで、本発明の燃料噴射装置では、第1圧力室60の燃料圧力を変化させ第1制御ピストン25とともに第2制御ピストン24を第1リフトさせることにより、後述する第2制御ピストン24と空洞部11dとの間に設けた連通制御部10が高圧燃料を導入する高圧通路51と、第2リフト動作を制御する第2圧力室65との連通状態を、高圧通路から第2圧力室へ流入する高圧燃料量を制限するように制御できるように構成した。以下、本発明の燃料噴射装置全体の構成を図1を用いて詳細に説明する。
【0022】
燃料噴射装置1は、図示しないエンジンのエンジンヘッドに挿入搭載され、エンジンの各気筒に燃料を直接噴射するように構成されている。燃料噴射ポンプから吐出された高圧燃料は、図示しない蓄圧管の蓄圧室で所定圧に蓄圧され、燃料噴射装置1に供給される。燃料噴射ポンプは、エンジンの回転数、負荷、あるいは、吸入燃料圧力、吸入空気量、冷却水の温度に従い燃料吐出圧を調整する。
【0023】
燃料噴射装置1のハウジング11と弁ボディ12とはチップパッキン13をはさみリテーニングナット14で締結されている。弁部材20は、噴孔12b側からニードル21、ロッド23、第2制御ピストン24、および第1制御ピストン25により構成されている。ロッド23、第2制御ピストン24、および第1制御ピストン25は伝達部材を構成している。
【0024】
ニードル21は、弁ボディ12に往復自在に支持されている。ニードル21は、第1スプリング15によりロッド23を介し弁ボディ12に形成した弁座12aに付勢されている。第2スプリング16は、ハウジング11内のロッド23の周囲にロッド23と同軸に嵌挿され、チップパッキン13にスプリング座17を押圧している。図1に示すように、スプリング座17がチップパッキン13に着座しているとき、スプリング座17の下端面17aはニードル21の肩部22と隙間h1、つまり、第1リフト量を形成している。スプリング座17がチップパッキン13に着座しているとき、スプリング座17の下端面17aはチップパッキン13の下端面13aよりh2、つまり、第2リフト量分突き出している。従って、ニードル21の最大リフト量はh1+h2となる。
【0025】
電磁弁30は、ハウジング11の上部とナット31で締結されている。電磁弁30は、アーマチャ32、ボディ33、プレート34、コイル35、第1制御弁40、第2制御弁43、第1スプリング42、第2スプリング44等で構成される。第1制御弁40および第2制御弁43は、可動部材である。
【0026】
第2制御弁43は内周壁により第1制御弁40を往復移動自在に支持し、同軸上に配置されている。第2制御弁43は第2スプリング44の付勢力によりボディ33に形成した弁座33aに着座可能であり、第1制御弁40は第1スプリング42の付勢力によりプレート34に着座可能である。第1制御弁40の上部に位置するコア41は、コイル35に通電することにより発生する励磁吸引力により上方にリフトし第2制御弁43の端部43aに当接してH1リフトする(図2)。この位置からコイル35に供給される電流値が更に高い場合、第1制御弁40のコア41に働く励磁吸引力は大きくなり、第1制御弁40および第2制御弁43がともに上昇し、第2制御弁43がアーマチャ32の係止部32bに当接してH2リフトして停止する。よって、第1制御弁40はH1+H2の最大リフトをする。
【0027】
ハウジング11の空洞部11dに、第1制御ピストン25、第2制御ピストン24をニードル21の軸方向と同一方向に摺動自在に嵌挿させ、第1制御ピストン25の反噴孔方向に第1圧力室60、および第2制御ピストン24の反噴孔方向に第2圧力室65が面するように配置させ、夫々圧力室60、65の燃料圧力を変化させることで第1制御ピストン25、第2制御ピストン24をリフトさせロッド23を介してニードル21と協働するように配置した。本例では、第1制御ピストン25と第2制御ピストン24とを別体としたが、一体に構成してもよい。
【0028】
第1リフト動作を制御する第1圧力室60への高圧燃料の供給は、燃料入口50、高圧通路51、入口絞り61へと順に経由して導入される。この高圧状態の第1圧力室60内の燃料圧力を低圧状態に変化させるために、第1制御弁40を開弁させてプレート34に形成された出口絞り62を開放させ、燃料通路64、低圧通路56、燃料出口58へと順に排出されて燃料タンク3に至る。ここで、出口絞り62の流路面積は入口絞り61の流路面積よりも大きい。
【0029】
第2リフト動作を制御する第2圧力室65への高圧燃料の供給は、燃料入口50、高圧通路51を経て第2圧力室65へ導入されるが、高圧通路51と第2圧力室65との間に両者の連通状態を高圧通路51から第2圧力室65へ流入する高圧燃料量を制限するように制御する連通制御部10を設けた。この連通制御部10は、ニードル21の第1リフト動作と協働する第2制御ピストン24とハウジング11内の空洞部11dとの間に設けられ、第2制御ピストン24が第1リフトをすることにより、高圧通路51と第2圧力室65との連通状態を制御するように構成される。
【0030】
本例では、この連通制御部10を第2制御ピストン24とハウジング11内の空洞部11dとの間に構成したが、ニードル21の第1リフト動作と協働する他の伝達部材である例えばロッド23あるいは第1制御ピストン25と、ハウジング11内の空洞部11dとの間に構成してもよい。
【0031】
前述した連通制御部10は、ハウジング部11の空洞部11dに設けられた空洞部11dの径よりも大径の第1環状溝部11aと、第1環状溝部11aと高圧通路51とを接続する第2連絡通路72と、ハウジング部11の空洞部11dに設けられた空洞部の径よりも大径の第2環状溝部11bと、第2環状溝部11bとニードル21の第2リフト動作を制御する第2圧力室65とを接続する第1連絡通路71と、ニードル21の第1リフト動作と協働する第2制御ピストン24に設けられた第2制御ピストン24の径よりも小径の第3環状溝部24aより構成される。
【0032】
ニードル21と協働する第2制御ピストン24が第1制御ピストン25とともに第1リフトをする前では、高圧通路51内の高圧燃料は、第2連絡通路72、第1環状溝部11a、第3環状溝部24a、第2環状溝部11b、第1連絡通路71へと順に経由して導入され、第2圧力室65への高圧燃料の供給が行われる。このとき、第3環状溝部24aの端部24bと第1環状溝部11aの端部11cの間は、図1に示すようにh3開口した状態である。
【0033】
ニードル21と協働する第2制御ピストン24が第1リフトh1をすることにより、第3環状溝部24aの端部24bが移動して、第1環状溝部11aの端部11cに接する以上にリフトすることで第1環状溝部11aと第3環状溝部24aの連通は遮断される。よって、第2圧力室65と高圧通路51の連通は遮断される。この時の第1リフト量h1およびh3寸法は、h1>h3となるように設定される。ここで、h1<h3となるように設定すれば、第1環状溝部11aと第3環状溝部24aの通路を狭めて高圧通路51から第2圧力室65へ流入する高圧燃料の導入を制限することができる。
【0034】
高圧状態の第2圧力室65の燃料圧力を低圧状態に変化させるには、第2制御弁43を開弁させてボディ33に形成した弁座33aを開放させ、燃料通路68、燃料通路64、低圧通路56、燃料出口58へと順に排出されて燃料タンク3に至る。ここで、燃料通路68に設けられた出口絞り67の流路面積は第1連絡通路71に設けられた入口絞り66の流路面積よりも大きい。
【0035】
このように、第1圧力室60および第2圧力室65内部の燃料圧力を変化させて第1制御ピストン25および第2制御ピストン24を段階的にリフトさせることでニードル21を段階的にリフトさせている。そして、このニードル21が弁座12aに着座することにより複数個の噴孔12bを閉塞している。そして、第1のリフトで開口する噴孔12bと、第2のリフトで開口する噴孔12bを備えることにより噴射率を可変可能な構成としている。
【0036】
次に、燃料噴射装置1の作動を図1、図2、および図3を用いて説明する。図2は、第1実施形態による第1リフトを示す部分断面図である。図3は、第1実施形態による第2リフトを示す部分断面図である。
【0037】
まず、図示しない燃料噴射ポンプから燃料が吐出され、図示しない蓄圧管に送出される。蓄圧管の蓄圧室で所定の燃料圧に蓄圧された高圧燃料は燃料噴射装置1に供給される。また、図示しないエンジン制御装置(ECU)により、エンジンの運転条件に応じた制御弁駆動電流が生成され、図1に示す電磁弁30のコイル35に供給される。駆動電流の供給によりコイル35に励磁吸引力が発生すると、第1スプリング42の付勢力に抗し第1制御弁40を吸引する。すると、出口絞り62が開放され、第1圧力室60が出口絞り62を介して低圧側の燃料通路64に連通する。入口絞り61より出口絞り62の流路面積が大きく設定されているので、流入燃料より流出燃料が多く、第1圧力室60の燃料圧力は低下し始める。第1圧力室60の燃料圧力が低下し、第1スプリング15の設定荷重と、第1圧力室60および第2圧力室65の燃料圧力から受ける力との合力である噴孔閉塞方向の力がニードルを押し上げる力より小さくなるとニードル21は開弁し始める。コイル35で発生する励磁吸引力が第1スプリング42と第2スプリング44の合力より小さいとき、図2に示す第1リフト量H1の位置で第1制御弁40は、停止する。
【0038】
第1制御弁40が開弁し、図2に示す第1リフト量H1になると、第1圧力室60の燃料圧力が低下し、第1スプリング15の初期設定荷重と合わせた力が低下することにより、高圧通路51よりの燃料圧力によりニードル21が第1スプリング15に抗して押し上げられ、ロッド23を介し第1制御ピストン25および第2制御ピストン24は共に持上げられ、ニードル21は噴孔12bを開弁する。そして、ニードル21が第1リフト量h1まで上昇する。第1リフト量h1から第2スプリング16の初期設定荷重が負荷されるため、ニードル21はh1でリフトを停止する。
【0039】
ここで、ニードル21が第2制御ピストン24とともに第1リフト量h1リフトすることにより、連通制御部10の一部である第3環状溝部24aの端部24bが移動して、第1環状溝部11aの端部11cに接する以上にリフトすることで第1環状溝部11aと第3環状溝部24aの連通は遮断されて第2圧力室65と高圧通路51の連通は遮断される。この時、第2圧力室65内の燃料圧力は、高圧状態を維持して、ニードル21は第1リフト量h1位置で停止している。
【0040】
次いで、電磁弁30のコイル35に高い電流が流れると励磁吸引力が増加し、第2制御弁43も第1制御弁40とともに第1スプリング42、第2スプリング44の付勢力に抗して弁座33aを開弁し図3に示すリフト状態(H1+H2)になる。第2制御弁43が弁座33aを開放することで、第2圧力室65内の高圧燃料が排出される。この時、第2圧力室65へ高圧燃料が導入される燃料供給上流側に設けた上述した連通制御部10により高圧通路51との接続を遮断しているので、第2圧力室65内の高圧燃料の圧力低下は高い応答性で実現できる。よって、ニードル21の開弁応答性は向上する。
【0041】
連通制御部10が、第2圧力室65と高圧通路51との通路を狭めるように構成されていても、高圧通路51から第2圧力室65への高圧燃料の導入が抑制されて第2圧力室65内の高圧燃料の圧力低下は促進され、ニードル21の開弁応答性は向上する。また、適度の絞り効果に狙いをもつ連通制御部10とすると、第3環状溝部24aの端部24bおよび第1環状溝部11aの端部11cの軸方向位置寸法の加工精度に余裕ができ、加工容易となる。
【0042】
このように、第2圧力室65の燃料圧力が低下し、二一ドル21は第1リフト量h1からさらにリフトを開始して第2リフト量h2まで上昇する。ニードル21のリフトはh1+h2となり、最大リフト状態で停止する。ニードル21のリフトがh1+h2の最大リフト状態時、連通制御部10は、第2圧力室65と高圧通路51との接続を遮断したままである。よって、ニードル21を第2リフトさせている間は、連通制御部10が高圧通路51から第2圧力室65を経由して低圧通路56へ燃料が放出されるのを防止して、高圧燃料を圧送する供給ポンプの無駄な仕事を抑制している。
【0043】
また、前述した連通制御部10は、第2圧力室65と高圧通路51との通路を狭めるように構成し、第2圧力室65と高圧通路51との間の燃料流量を調節することができるので、第2圧力室65の燃料出入り口に設けてある出口絞り67および入口絞り66を廃止することが可能となる。よって、コストおよび更なる応答性の向上に寄与する。
【0044】
端部24bおよび端部11cの形状は、軸方向に略直角な面でなくてもよく例えばテーパ面、あるいは曲面等であってもよい。
【0045】
第2圧力室65の燃料圧力が、低下していくとニードル21を開弁させようとする力はさらに増加していくが、ニードル21の肩部22がチップパッキン13の下端面13aに係止されているので、ニードル21はこれ以上リフトしない。噴孔開放方向の荷重はチップパッキン13が受ける。
【0046】
所定の駆動パルス時間が過ぎると、コイル35への駆動電流の供給が停止され、第1制御弁40および第2制御弁43が閉弁する。第1制御弁40が出口絞り62を閉塞することで、入口絞り61からの高圧燃料により第1圧力室60は、高圧状態となってニードル21と協働する第1制御ピストン25および第2制御ピストン24は閉弁方向に移動する。この第2制御ピストン24の移動に伴い連通制御部10の一部である第3環状溝部24aの端部24bが移動して、第1環状溝部11aの端部11cを通過し、第1環状溝部11aと第3環状溝部24aは連通される。よって、第2圧力室65と高圧通路51は連通されて第2圧力室65に高圧燃料が導入される。
【0047】
一方、第2制御弁43が弁座33aに着座することにより、第2圧力室65は、高圧状態となって、ニードル21の閉弁方向の力が追加されることにより、ニードル21は完全閉弁状態となって、噴孔12bを確実に閉塞し図1の状態となる。
【0048】
(第2実施形態)
本第2実施形態を図4を用いて説明する。図4は、本発明の第2実施形態による燃料噴射装置を示す断面図である。第1の実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付し説明を省略する。
【0049】
第1実施形態と本第2実施形態では、第1制御ピストンおよび第2制御ピストンと、この各制御ピストンに各々面する第1圧力室および第2圧力室の燃料圧力を電磁弁30により制御しニードル21のリフト量を変化させ、噴射率形状を自由に設定可能とした点は同じだが、第1制御ピストンおよび第2制御ピストンに面する第1圧力室および第2圧力室の配置が異なる。また、本第2実施形態でも第1実施形態と同じくニードル21の第1リフト動作と協働する第2制御ピストンが第1リフトをすることにより、高圧通路51と第2リフト動作を制御する第2圧力室との連通状態を、高圧通路51から第2圧力室へ流入する高圧燃料量を制限するように制御するように連通制御部10は構成される。
【0050】
以下、本第2実施形態の燃料噴射装置の構成を連通制御部10周辺を中心に説明する。図4の電磁弁30の構成は模式的に示されている。電磁弁30の弁部30aは、コイル35に駆動電流が供給されていない状態を示し、弁部30bは第1制御弁だけがリフトしている状態を示し、弁部30cは第1制御弁および第2制御弁がリフトしている状態を示している。
【0051】
第1制御ピストン27は、第2制御ピストン24の反噴孔側に位置している。ニードル21が弁座12aに着座した状態で第1制御ピストン27は、第2制御ピストン24と非接触である。第2制御ピストン24と第1制御ピストン27との間に第1圧力室60が形成されており、第1制御ピストン27の第1圧力室60と反対側に第2圧力室65が形成されている。
【0052】
ここで、第2リフト動作を制御する第2圧力室65への高圧燃料の供給は、燃料入口50、高圧通路51を経て第2圧力室65へ導入されるが、高圧通路51と第2圧力室65との間に両者の連通を制御する連通制御部10を設けた。この連通制御部10は、ニードル21の第1リフト動作と協働する第2制御ピストン24とハウジング11内の空洞部11dとの間に設けられ、第2制御ピストン24が第1リフトをすることにより、高圧通路51と第2圧力室65との連通状態を、高圧通路51から第2圧力室65へ流入する高圧燃料量を制限するように制御するように構成される。
【0053】
ニードル21と協働する第2制御ピストン24が第1リフトをする前では、高圧通路51内の高圧燃料は、第2連絡通路72、第1環状溝部11a、第3環状溝部24a、第2環状溝部11b、第1連絡通路71へと順に経由して導入され、第2圧力室65への高圧燃料の供給が行われる。このとき、第3環状溝部24aの端部24bと第1環状溝部11aの端部11cの間は、図1に示すようにh3開口した状態である。
【0054】
弁部30bが選択され、ニードル21と協働する第2制御ピストン24が第1リフトh1をし、第1制御ピストン27に当接する過程で、第3環状溝部24aの端部24bが移動して、第1環状溝部11aの端部11cに接する以上にリフトすることで第1環状溝部11aと第3環状溝部24aの連通は遮断される。よって、第2圧力室65と高圧通路51の連通は遮断される。この時の第1リフト量h1およびh3寸法は、h1>h3となるように設定される。
【0055】
次いで、弁部30cが選択され、第1制御ピストン27および第2制御ピストン24は共に第2リフトをする。
【0056】
所定の駆動パルス時間が過ぎると、コイル35への駆動電流の供給が停止され、弁部30aが選択されて、第1圧力室60が燃料高圧状態となって、第2制御ピストン24が閉弁方向に移動する。この時、連通制御部10は高圧通路51と第2圧力室65とを連通させ、第2圧力室65も燃料高圧状態となってニードル21は完全閉弁し噴孔12bは閉じられて噴射は停止する。
【0057】
上記の実施形態では2段階のリフトを実現しているが、例えば噴孔閉塞方向に弁部材に燃料圧力を加える制御室の数を3個以上にしても連通制御部10は2段以降の制御室と高圧通路の連通を遮断することができる。
【0058】
また、上述した作動の説明ではニードルの第2リフト動作への切替えを1回の噴射の工程中で行う制御例を示したが、この例以外の1回の噴射の工程中で行う制御例として、例えば高速域では第2リフト動作までを行い、低速域では第1リフト動作のみで閉弁させる等のエンジンの運転条件に応じて適宜選択して制御される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による燃料噴射装置を示す全体断面図である。
【図2】第1実施例による第1リフトを示す部分断面図である。
【図3】第1実施例による第2リフトを示す部分断面図である。
【図4】本発明の第2実施例による燃料噴射装置を示す断面図である。
【符号の説明】
12b 噴孔
21 ニードル(弁部材)
12a 弁座
12 弁ボディ
60 第1圧力室
65 第2圧力室
51 高圧通路
56 低圧通路
30 制御弁
1 燃料噴射装置
10 連通制御部
24、25、 伝達部材(弁部材)
11 ハウジング
11d 空洞部
11b 第1環状溝部
11a 第2環状溝部
24a 第3環状溝部
71 第1連絡通路
72 第2連絡通路
24b (第3環状溝部の)端部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection device capable of injecting fuel in stages.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to achieve both low emissions (NOX, HC, black smoke), high output, and low fuel consumption in a diesel engine, it is necessary to make the injection rate variable according to the operating conditions of the engine. In order to realize this requirement, a nozzle having a two-stage valve opening pressure in which two springs are configured so as to bias a needle is known as a conventional technique.
[0003]
However, with this technique, the fuel pressure pumped from the fuel injection pump varies depending on the engine operating condition, so it is difficult to achieve the injection rate required by the engine under all operating conditions.
[0004]
Therefore, for example, a conventional fuel injection valve disclosed in US Pat. No. 5,694,903 includes a control chamber for applying fuel pressure to the needle in the direction of closing the nozzle hole. This controls injection by the magnitude relationship between the force received in the opening direction by the fuel pressure introduced into the nozzle fuel reservoir and the force received in the injection hole closing direction from the fuel pressure in the control chamber. By changing the opening area of the pilot valve stem that controls the fuel pressure in the control chamber, the control chamber pressure is changed, and the needle is lifted stepwise to obtain the required injection rate.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the configuration of the conventional fuel injection valve disclosed in US Pat. No. 5,694,903, the control chamber and the high-pressure passage to which high-pressure fuel is supplied are always in communication.
[0006]
On the other hand, by changing the opening area of the pilot valve stem that controls the fuel pressure in the control chamber, the control chamber pressure is changed by discharging the high-pressure fuel in the control chamber to the low-pressure passage, and the needle is lifted stepwise. I am letting.
[0007]
That is, while the needle is being lifted, fuel is always discharged from the high-pressure passage to the low-pressure passage through the control chamber, so the supply pump that pumps the high-pressure fuel does a useless work. In particular, the amount of fuel released into the low pressure passage during the second lift operation of the needle is large, and wasteful work increases, causing deterioration of fuel consumption.
[0008]
In view of the above points, the object of the present invention is to suppress wasteful work without releasing high-pressure fuel supplied to the control chamber to the low-pressure passage in order to control the lift in multiple stages, so that the engine can be fully operated. An object of the present invention is to provide a fuel injection device capable of controlling the needle lift stepwise so that the required injection rate can be stably obtained.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to the fuel injection device of the first aspect of the present invention, the first pressure chamber and the low pressure passage are communicated with each other in accordance with the switching operation of the control valve, and the valve member is moved to the first lift. A fuel injection device that is operated and then communicates the second pressure chamber and the low pressure passage to cause the valve member to perform a second lift operation, and introduces high pressure fuel from the high pressure passage to the first pressure chamber and the second pressure chamber. Thus, the valve member closes the nozzle hole. When the valve member first lifts from this state, a communication control unit that controls the communication state between the second pressure chamber and the high pressure passage so as to limit the amount of high pressure fuel flowing into the second pressure chamber from the high pressure passage. Provided.
[0010]
The communication control unit controls the communication with the high pressure passage to control the fuel from the high pressure passage to the low pressure passage even if the control valve connects the second pressure chamber for controlling the second lift operation of the valve member and the low pressure passage. Limit release. Therefore, useless work is suppressed and it contributes to fuel consumption improvement.
[0011]
According to the fuel injection device of the second aspect of the present invention, the communication control unit is provided between the valve body and the valve member, and the valve member flows into the second pressure chamber from the high pressure passage by performing the first lift operation. It was configured to limit the amount of high-pressure fuel.
[0012]
In this way, it is possible to provide a fuel injection device that can accommodate the communication control unit in a compact manner between the valve body and the valve member.
[0013]
According to the fuel injection device of the third aspect of the present invention, in accordance with the switching operation of the control valve, the first pressure chamber communicates with the low pressure passage to perform the first lift operation, and then the second pressure chamber A fuel injection device that causes the needle to perform a second lift operation by communicating with the low pressure passage, and the needle closes the injection hole by introducing high pressure fuel from the high pressure passage to the first pressure chamber and the second pressure chamber. . When the needle first lifts from this state, the communication controller that controls the communication between the high pressure passage and the second pressure chamber that controls the second lift operation of the needle is provided with the first lift operation of the housing portion and the needle. And a transmission member that cooperates with the transmission member.
[0014]
The communication control unit controls the communication with the high pressure passage and releases the fuel from the high pressure passage to the low pressure passage even if the second pressure chamber for controlling the second lift operation of the needle and the low pressure passage are connected by the control valve. To control. Therefore, useless work is suppressed and it contributes to fuel consumption improvement.
[0015]
According to the fuel injection device of the fourth aspect of the present invention, before the first lift operation of the needle, the second lift operation is determined by communicating the first annular groove portion, the second annular groove portion, and the third annular groove portion. The needle closes the nozzle hole by communicating the two pressure chambers with the high pressure passage.
[0016]
From this state, the transmission member that cooperates with the first lift operation of the needle completes the first lift operation, so that the end of the third annular groove portion communicates with the first annular groove portion and the second annular groove portion. The communication control unit is configured to control to limit the amount of high-pressure fuel flowing from the second annular groove into the first annular groove.
[0017]
Since the communication control unit can accommodate the communication control unit between the hollow portion in the valve body and the transmission member that cooperates with the first lift operation of the needle, it is possible to provide a compact fuel injection device. It becomes.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0019]
(First embodiment)
The configuration of the fuel injection device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an overall cross-sectional view showing a fuel injection device according to a first embodiment of the present invention.
[0020]
As shown in FIG. 1, the structure of the
[0021]
Here, in the fuel injection device of the present invention, the fuel pressure in the
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The supply of high-pressure fuel to the
[0029]
Supply of high-pressure fuel to the
[0030]
In this example, the
[0031]
The
[0032]
Before the
[0033]
When the
[0034]
In order to change the fuel pressure in the
[0035]
Thus, the
[0036]
Next, the operation of the
[0037]
First, fuel is discharged from a fuel injection pump (not shown) and delivered to a pressure accumulating pipe (not shown). The high-pressure fuel accumulated at a predetermined fuel pressure in the pressure accumulation chamber of the pressure accumulation pipe is supplied to the
[0038]
When the
[0039]
Here, when the
[0040]
Next, when a high current flows through the
[0041]
Even if the
[0042]
In this way, the fuel pressure in the
[0043]
Further, the above-described
[0044]
The shape of the
[0045]
As the fuel pressure in the
[0046]
When the predetermined drive pulse time has passed, the supply of drive current to the
[0047]
On the other hand, when the
[0048]
(Second Embodiment)
The second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a fuel injection device according to a second embodiment of the present invention. Components that are substantially the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0049]
In the first embodiment and the second embodiment, the first control piston and the second control piston, and the fuel pressure in the first pressure chamber and the second pressure chamber respectively facing the control piston are controlled by the
[0050]
Hereinafter, the configuration of the fuel injection device according to the second embodiment will be described focusing on the periphery of the
[0051]
The
[0052]
Here, the supply of high-pressure fuel to the
[0053]
Before the
[0054]
In the process in which the valve portion 30b is selected and the
[0055]
Next, the
[0056]
When a predetermined drive pulse time has passed, supply of drive current to the
[0057]
In the above embodiment, a two-stage lift is realized. However, for example, even if the number of control chambers that apply fuel pressure to the valve member in the injection hole closing direction is three or more, the
[0058]
In the above description of the operation, the control example in which the switching to the second lift operation of the needle is performed in the process of one injection is shown. However, as a control example performed in the process of one injection other than this example, For example, the second lift operation is performed in the high speed range, and the valve is closed only by the first lift operation in the low speed range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall cross-sectional view showing a fuel injection device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial sectional view showing a first lift according to the first embodiment.
FIG. 3 is a partial sectional view showing a second lift according to the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a fuel injection device according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
12b nozzle hole
21 Needle (Valve member)
12a Valve seat
12 Valve body
60 First pressure chamber
65 Second pressure chamber
51 High pressure passage
56 Low pressure passage
30 Control valve
1 Fuel injector
10 Communication control unit
24, 25, transmission member (valve member)
11 Housing
11d cavity
11b First annular groove
11a Second annular groove
24a Third annular groove
71 First communication passage
72 Second communication passage
24b End of third annular groove
Claims (4)
前記噴孔の燃料上流側に弁座を有する弁ボディであって、前記弁部材が前記弁座に着座することにより前記噴孔を閉塞し、前記弁部材が前記弁座から離座することにより前記噴孔を開放する弁ボディと、
前記弁部材を前記噴孔閉塞方向に燃料圧力を加える第1圧力室および第2圧力室と、
前記第1圧力室および前記第2圧力室へ高圧燃料を導入する高圧通路と、
前記第1圧力室および前記第2圧力室から前記高圧燃料を排出する低圧通路との連通状態を切換える制御弁と、
前記制御弁の切換え動作に応じて、前記第1圧力室と前記低圧通路とを連通させて前記弁部材を第1リフト動作させ、その後、前記第2圧力室と前記低圧通路とを連通させて前記弁部材を第2リフト動作させる燃料噴射装置において、
前記弁部材の前記第1リフト動作時、前記第2圧力室と前記高圧通路との連通状態を、前記高圧通路から前記第2圧力室へ流入する高圧燃料量を制限するように制御する連通制御部を設けたことを特徴とする燃料噴射装置。A valve member for opening and closing the nozzle hole;
A valve body having a valve seat on the fuel upstream side of the nozzle hole, wherein the valve member is seated on the valve seat to close the nozzle hole, and the valve member is separated from the valve seat; A valve body that opens the nozzle hole;
A first pressure chamber and a second pressure chamber for applying fuel pressure to the valve member in the nozzle hole closing direction;
A high pressure passage for introducing high pressure fuel into the first pressure chamber and the second pressure chamber;
A control valve that switches a communication state with a low-pressure passage that discharges the high-pressure fuel from the first pressure chamber and the second pressure chamber;
In response to the switching operation of the control valve, the first pressure chamber and the low pressure passage are communicated to cause the valve member to perform a first lift operation, and then the second pressure chamber and the low pressure passage are communicated. In the fuel injection device for causing the valve member to perform a second lift operation,
Communication control for controlling the communication state between the second pressure chamber and the high pressure passage so as to limit the amount of high pressure fuel flowing from the high pressure passage into the second pressure chamber during the first lift operation of the valve member. A fuel injection device comprising a portion.
前記噴孔の燃料上流側に弁座を有する弁ボディであって、前記ニードルが前記弁座に着座することにより前記噴孔を閉塞し、前記ニードルが前記弁座から離座することにより前記噴孔を開放する弁ボディと、
前記ニードルと協働する複数の伝達部材と、
内部に前記伝達部材が摺動自在に配設された空洞部を有するハウジング部と、
前記空洞部の内部に摺動自在に配設される前記伝達部材と、
前記伝達部材を前記噴孔閉塞方向に燃料圧力を加える第1圧力室および第2圧力室と、
前記第1圧力室および第2圧力室へ高圧燃料を導入する高圧通路と、
前記第1圧力室および第2圧力室から前記高圧燃料を排出する低圧通路との連通状態を切換える制御弁と、
前記制御弁の切換え動作に応じて、前記第1圧力室と前記低圧通路とを連通させて前記ニードルを第1リフト動作させ、その後、前記第2圧力室と前記低圧通路とを連通させて前記ニードルを第2リフト動作させる燃料噴射装置において、
前記ニードルの前記第1リフト動作時、前記第2圧力室と前記高圧通路との連通状態を、前記高圧通路から前記第2圧力室へ流入する高圧燃料量を制限するように制御する連通制御部を設け、前記連通制御部を前記ニードルの第1リフト動作と協働する前記伝達部材と前記ハウジング部との間に設けたたことを特徴とする燃料噴射装置。A needle that opens and closes the nozzle hole;
A valve body having a valve seat on the fuel upstream side of the nozzle hole, wherein the needle is closed on the valve seat to close the nozzle hole, and the needle is separated from the valve seat to cause the injection. A valve body that opens a hole;
A plurality of transmission members cooperating with the needle;
A housing portion having a hollow portion in which the transmission member is slidably disposed;
The transmission member slidably disposed inside the cavity,
A first pressure chamber and a second pressure chamber for applying fuel pressure to the transmission member in the nozzle hole closing direction;
A high pressure passage for introducing high pressure fuel into the first pressure chamber and the second pressure chamber;
A control valve that switches a communication state with a low-pressure passage that discharges the high-pressure fuel from the first pressure chamber and the second pressure chamber;
In response to the switching operation of the control valve, the first pressure chamber and the low-pressure passage are communicated to cause the needle to perform a first lift operation, and then the second pressure chamber and the low-pressure passage are communicated. In the fuel injection device for causing the needle to perform the second lift operation,
A communication control unit that controls the communication state between the second pressure chamber and the high pressure passage so as to limit the amount of high pressure fuel flowing from the high pressure passage into the second pressure chamber during the first lift operation of the needle. And the communication control part is provided between the transmission member cooperating with the first lift operation of the needle and the housing part.
前記第1環状溝部と前記第2圧力室とを接続する第1連絡通路と、
前記ハウジング部に設けられた前記空洞部の径よりも大径の第2環状溝部と、
前記第2環状溝部と前記高圧通路とを接続する第2連絡通路と、
前記ニードルの第1リフト動作と協働する前記伝達部材に設けられ、前記空洞部の径よりも小径の第3環状溝部とを備え、
前記ニードルの第1リフト動作前は、前記第1環状溝部、前記第2環状溝部および前記第3環状溝部とを連通させて前記第2圧力室と前記高圧通路とを連通させ、
前記ニードルの第1リフト動作と協働する前記伝達部材が第1リフト動作を完了することで、前記第3環状溝部の端部が前記第1環状溝部と前記第2環状溝部との連通状態を、前記第2環状溝部から前記第1環状溝部へ流入する高圧燃料量を制限するように制御するように構成したことを特徴とする請求項3に記載の燃料噴射装置。The communication control portion includes a first annular groove portion having a diameter larger than the diameter of the hollow portion provided in the housing portion,
A first communication passage connecting the first annular groove and the second pressure chamber;
A second annular groove portion having a diameter larger than the diameter of the hollow portion provided in the housing portion;
A second communication passage connecting the second annular groove and the high-pressure passage;
A third annular groove provided on the transmission member that cooperates with the first lift operation of the needle, and having a diameter smaller than the diameter of the cavity;
Before the first lift operation of the needle, the first annular groove, the second annular groove, and the third annular groove are communicated to communicate the second pressure chamber and the high-pressure passage.
When the transmission member cooperating with the first lift operation of the needle completes the first lift operation, the end of the third annular groove portion communicates with the first annular groove portion and the second annular groove portion. The fuel injection device according to claim 3, wherein the fuel injection device is configured to control the amount of high-pressure fuel flowing into the first annular groove from the second annular groove.
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