JP5043761B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料噴射装置に関する。詳しくは、ディーゼルエンジンに用いられ、燃料供給源から高圧で供給される燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。
従来より、ディーゼルエンジンには、燃料を噴射する燃料噴射装置が用いられる。
図5は、従来例に係る燃料噴射装置101の断面図である。
この燃料噴射装置は、例えば、ノズルボディ140と、このノズルボディ140内部に進退可能に設けられたニードル弁110と、ノズルボディ140内部に進退可能に設けられた噴射制御弁120と、を備える(特許文献1参照)。
ノズルボディ140には、第1燃料収容室141、第2燃料収容室142、第3燃料収容室143、および、この第2燃料収容室142からノズルボディ140の外部に至る噴孔145が形成されている。さらに、ノズルボディ140には、燃料供給源から第1燃料収容室141に至る第1燃料通路151、第1燃料収容室141から第2燃料収容室142に至る第2燃料通路152、第1燃料収容室141から第3燃料収容室143に至る第3燃料通路153、および、第3燃料収容室143からノズルボディ140の外部に至るリターン通路154が形成されている。
ニードル弁110は、第2燃料収容室142内を進退可能であり、ばね111により前進方向に付勢されている。このニードル弁110は、前進して着座することにより、第2燃料収容室142から噴孔145に至る通路を遮断する。
噴射制御弁120は、第1燃料収容室141、第3燃料通路153、および第3燃料収容室143内に進退可能に設けられ、ばね121により後退方向に付勢されている。
この噴射制御弁120は、後退して第1位置に位置することにより、第1燃料通路151と第1燃料収容室141とを連通するとともに、第3燃料通路153と第3燃料収容室143とを遮断する。
また、前進して第2位置に位置することにより、第3燃料通路153と第3燃料収容室143とを連通するとともに、第1燃料通路151と第1燃料収容室141とを遮断する。図5は、噴射制御弁120が第2位置に位置した状態を示す。
以上の燃料噴射装置101によれば、噴射制御弁120に加える押圧力を解除すると、ばね121の付勢力により噴射制御弁120が第1位置に位置し、燃料供給源から供給される燃料は、第1燃料通路151、第1燃料収容室141、および第2燃料通路152を通して、第2燃料収容室142に流入する。すると、第2燃料収容室142に流入した燃料の圧力により、ばね111の付勢力に抗してニードル弁110が後退し、燃料が噴射される。
一方、噴射制御弁120を押圧して、この噴射制御弁120を第2位置に位置させると、第1燃料通路151から第1燃料収容室141への燃料の流入が停止するとともに、既に第1燃料収容室141、第2燃料通路152および第2燃料収容室142に流入した燃料は、第3燃料通路153、第3燃料収容室143、およびリターン通路154を通して、外部に排出される。同時に、第2燃料収容室142に流入した燃料の圧力が低下するため、ばね111の付勢力により、ニードル弁110が前進して着座し、燃料の噴射が停止する。
ドイツ連邦共和国特許19512270号明細書
しかしながら、上述の燃料噴射装置では、噴射制御弁を第1位置から第2位置に移動させて燃料の噴射動作を停止すると、既にノズルボディ140内に流入した燃料のほとんどが外部に排出されるため、効率が低い、という問題があった。
本発明は、燃料噴射装置の外部への燃料の流出量を低減できる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
本発明の燃料噴射装置(例えば、後述の燃料噴射装置1)は、第1燃料収容室(例えば、後述の第1燃料収容室41)、第2燃料収容室(例えば、後述の第2燃料収容室42)、第3燃料収容室(例えば、後述のニードル弁閉鎖室43)、および、当該第2燃料収容室から燃料噴射装置の外部に至る噴孔(例えば、後述の噴孔45)が形成されたノズルボディ(例えば、後述のノズルボディ40)と、当該ノズルボディ内部のニードル弁保持部(例えば、後述のニードル弁保持部46)に保持されたニードル弁(例えば、後述のニードル弁10)と、前記ノズルボディ内部の前記ニードル弁保持部よりも先端側に設けられて前記第2燃料収容室を有するニードル弁開放手段(例えば、後述の第2燃料収容室42、段差部13および燃料溜まり部421)と、前記ノズルボディ内部の前記ニードル弁保持部よりも基端側に設けられて前記第3燃料収容室を有するニードル弁閉鎖手段(例えば、後述のニードル弁閉鎖室43および閉鎖補助ピストン30)と、前記ノズルボディ内部に保持されて、前記第1燃料収容室内を進退可能な噴射制御弁(例えば、後述の噴射制御弁20)と、を備え、前記ノズルボディには、燃料供給源から前記第1燃料収容室に至る第1燃料通路(例えば、後述の第1燃料通路51)、前記第1燃料収容室から前記第2燃料収容室に至る第2燃料通路(例えば、後述の第2燃料通路52)、前記第1燃料収容室から前記第3燃料収容室に至る第3燃料通路(例えば、後述の第3燃料通路53)、および、前記第3燃料収容室から燃料噴射装置の外部の低圧部に至る第4燃料通路(例えば、後述の第4燃料通路54)が形成され、前記噴射制御弁は、第1位置(例えば、後述の第1位置)まで前進することにより、前記第1燃料通路と前記第1燃料収容室とを連通するとともに、前記第1燃料収容室と前記第3燃料通路とを遮断し、第2位置(例えば、後述の第2位置)まで後退することにより、前記第1燃料通路と前記第1燃料収容室とを遮断するとともに、前記第1燃料収容室と前記第3燃料通路とを連通し、前記ニードル弁は、前進して前記ノズルボディに着座することにより、前記第2燃料収容室と前記噴孔とを遮断し、後退して前記ノズルボディから離座することにより、前記第2燃料収容室と前記噴孔とを連通し、前記ニードル弁開放手段は、前記第2燃料収容室内の燃料圧力により前記ニードル弁を後退させ、前記ニードル弁閉鎖手段は、前記第3燃料収容室内の燃料圧力により前記ニードル弁を前進させ、前記噴射制御弁が前記第1位置から前記第2位置に移行する際に、前記第1燃料収容室の燃料が、前記第3燃料通路、前記第3燃料収容室、および前記第4燃料通路を通って、前記燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制する流出抑制手段(例えば、後述の閉鎖補助ピストン30およびニードル弁閉鎖室43)を備えることを特徴とする。
この発明によれば、燃料噴射装置の動作は、以下のようになる。
すなわち、燃料供給源から第1燃料通路に燃料が供給されている。この状態で、噴射制御弁を第1位置まで前進させると、第1燃料通路と第1燃料収容室とが連通するとともに、第1燃料収容室と第3燃料通路とが遮断される。よって、第1燃料通路から第1燃料収容室および第2燃料通路を通って第2燃料収容室に燃料が流入し、第2燃料収容室内の燃料圧力が上昇する。すると、ニードル弁開放手段が動作して、第2燃料収容室内の燃料圧力によりニードル弁が後退してノズルボディから離座する。これにより、第2燃料収容室内の燃料は、噴孔から噴射される。
一方、噴射制御弁を第2位置まで後退させると、第1燃料通路と第1燃料収容室とが遮断されるとともに、第1燃料収容室と第3燃料通路とが連通する。よって、第2燃料通路から第1燃料収容室および第3燃料通路を通って第3燃料収容室に燃料が流入し、第3燃料収容室内の燃料圧力が上昇する。すると、ニードル弁閉鎖手段が動作して、第3燃料収容室内の燃料圧力によりニードル弁が前進する。これにより、ニードル弁がノズルボディに着座して、燃料の噴射が停止する。
この噴射制御弁が第1位置から第2位置に移行する際に、第2燃料通路内の燃料が第1燃料収容室に流入するが、流出抑制手段により、第1燃料収容室の燃料が、第3燃料通路、第3燃料収容室、および第4燃料通路を通って、燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制して、燃料の外部への流出量を低減できるので、燃料供給系全体として効率を向上できる。
この場合、前記ニードル弁閉鎖手段は、前記第3燃料収容室内を進退可能に設けられた閉鎖補助ピストン(例えば、後述の閉鎖補助ピストン30)を備え、前記閉鎖補助ピストンは、最後退位置(後述の最後退位置)で前記第3燃料通路と前記第3燃料収容室とを遮断し、前進状態に移行することにより前記第3燃料通路と前記第3燃料収容室とを連通し、前記第3燃料収容室は、前記閉鎖補助ピストン前進状態では、前記閉鎖補助ピストンにより、前記第3燃料通路が連通する閉鎖補助圧力室(例えば、後述の閉鎖補助圧力室432)と、前記第4燃料通路が連通するリターン庄力室(例えば、後述のリターン圧力室433)と、に区画され、前記閉鎖補助ピストンは、前記閉鎖補助圧力室内の燃料圧力による押圧力を、前記ニードル弁に対して前進方向に伝達可能であり、前記閉鎖補助ピストンは、前進状態から前記最後退位置に移行して、前記第3燃料通路と前記閉鎖補助圧力室とを遮断することで、前記第1燃料収容室の燃料が前記第3燃料通路を通って前記第3燃料収容室に流入するのを抑制し、これにより、前記第1燃料収容室の燃料が前記燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制する流出抑制手段であることが好ましい。
この発明によれば、閉鎖補助ピストンにより、閉鎖補助圧力室内の燃料圧力による押圧力を、ニードル弁に対して前進方向に伝達して、このニードル弁を前進させて燃料の噴射を停止させる。よって、ニードル弁の閉鎖速度を向上でき、燃料噴射圧の立下り特性を改善できる。
この場合、前記第3燃料収容室内には、前記ニードル弁の基端側が露出しており、前記ニードル弁閉鎖手段は、前記閉鎖補助ピストンと前記ニードル弁の基端側との間に設けられて、前記閉鎖補助ピストンおよび前記ニードル弁を離間する方向に付勢する弾性部材(例えば、後述のばね31)をさらに備え、前記閉鎖補助ピストンは、前記弾性部材により前記最後退位置まで付勢されることが好ましい。
この発明によれば、閉鎖補助ピストンおよびニードル弁を離間する方向に付勢する弾性部材を設けて、弾性部材で閉鎖補助ピストンを最後退位置まで付勢した。よって、閉鎖補助ピストンを迅速に最後退位置まで後退させて、第3燃料通路と閉鎖補助圧力室との連通を遮断でき、第4燃料通路の流量をより低減できる。
この場合、前記閉鎖補助ピストンには、前記閉鎖補助圧力室と前記リターン圧力室とを連通する微小連通路(例えば、後述の微小連通路331)が形成されることが好ましい。
この発明によれば、閉鎖補助ピストンに微小連通路を設けたので、微小連通路を通して閉鎖補助圧力室内の燃料をリターン圧力室に導入することにより、閉鎖補助ピストンを円滑に後退させることができ、第4燃料通路の流量をさらに低減できる。
この場合、前記微小連通路は、前記閉鎖補助ピストンの外周面の一部を凹ませることにより、当該閉鎖補助ピストンと前記第3燃料収容室との間に形成されることが好ましい。
閉鎖補助ピストンの外縁は、内部側に比べて加工し易くなっている。そこで、この発明によれば、閉鎖補助ピストンの外周面の一部を凹ませることにより微小連通路を形成したので、微小連通路の断面積を高精度で管理できる。
この場合、前記閉鎖補助ピストンは、前記ニードル弁側端部から棒状に延出する補助力伝達部(例えば、後述の補助力伝達部32)を備え、前記ニードル弁は、棒状のニードル弁本体(例えば、後述のニードル弁本体11)と、当該ニードル弁本体の基端側に鍔状に形成されて前記ニードル弁の後退を規制する移動規制部(例えば、後述の移動規制部12)と、を備え、前記ニードル弁は、前記閉鎖補助ピストンの補助力伝達部が前記ニードル弁の基端側を押圧することにより前進し、前記ニードル弁が前記移動規制部に規制されるまで後退しても、前記閉鎖補助ピストンが前記最後退位置まで後退した状態では、前記閉鎖補助ピストンと前記ニードル弁との間に間隙が形成されることが好ましい。
この発明によれば、ニードル弁が移動規制部に規制されるまで後退しても、閉鎖補助ピストンが最後退位置まで後退した状態では、閉鎖補助ピストンとニードル弁との間に間隙が生じるように、閉鎖補助ピストンおよびニードル弁の移動ストロークや長さを設定した。よって、ニードル弁を後退させて燃料を噴射する際に、ニードル弁が閉鎖補助ピストンに当接しないため、閉鎖補助ピストンの耐久性を向上できるうえに、閉鎖補助ピストンの補助力伝達部の外径を細くできる。
この場合、前記噴射制御弁が前記第1位置から後退して、前記第2燃料通路と前記第3燃料通路とが連通し、前記第2燃料収容室内の燃料圧力と前記第3燃料収容室内の燃料圧力とが等しい状態で、前記ニードル弁閉鎖手段により前記ニードル弁を前進させる力は、前記ニードル弁開放手段により前記ニードル弁を後退させる力よりも大きいことが好ましい。
この発明によれば、第2燃料収容室内の燃料圧力と第3燃料収容室内の燃料圧力とが等しい状態で、ニードル弁閉鎖手段によりニードル弁を前進させる力を、ニードル弁開放手段によりニードル弁を後退させる力よりも大きくした。よって、燃料の噴射を停止する際に、燃料圧力がニードル弁を前進させる方向に作用するので、迅速に燃料の噴射を停止できる。よって、噴射制御弁を後退させてから燃料の噴射が停止するまでの応答時間を短縮できる。その結果、最小噴射時間をより短縮できるうえに、最小噴射量を低減できるので、様々な噴射方法を実現できる。
この場合、前記ニードル弁閉鎖手段が前記第3燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部面積は、前記ニードル弁開放手段が前記第2燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部面積よりも大きいことが好ましい。
この場合、前記ニードル弁閉鎖手段が前記第3燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部最大径は、前記ニードル弁開放手段が前記第2燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部最大径よりも大きいことが好ましい。
この場合、前記ニードル弁開放手段は、前記第2燃料収容室と、前記ニードル弁の先端側の外周に周方向に沿って環状に形成される段差部と、で構成され、前記閉鎖補助ピストンの最大径は、前記ニードル弁開放手段の段差部の最大径よりも、大きいことが好ましい。
本発明の燃料噴射装置は、第1燃料収容室が形成されたノズルボディと、前記ノズルボディ内部に保持されて、前記第1燃料収容室内を進退可能な噴射制御弁と、を備え、前記ノズルボディには、燃料供給源から前記第1燃料収容室に至る第1燃料通路、前記第1燃料収容室から噴孔に至る噴射燃料通路(例えば、後述の第2燃料通路52および第2燃料収容室42)、および、前記第1燃料収容室から燃料噴射装置の外部の低圧部に至るリターン燃料通路(例えば、後述の第3燃料通路53、ニードル弁閉鎖室43、および第4燃料通路54)、が形成され、前記噴射制御弁は、第1位置まで前進することにより、前記第1燃料通路と前記第1燃料収容室とを連通するとともに、前記噴射燃料通路と前記リターン燃料通路とを遮断し、第2位置まで後退することにより、前記第1燃料通路と前記第1燃料収容室とを遮断するとともに、前記噴射燃料通路と前記リターン燃料通路とを連通し、前記噴射制御弁が前記第1位置から前記第2位置に移行する際に、前記第1燃料収容室の燃料が、前記リターン燃料通路を通って前記燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制する流出抑制手段を備えることを特徴とする。
本発明によれば、噴射制御弁が第1位置から第2位置に移行する際に、第1燃料収容室の燃料が、第3燃料通路、第3燃料収容室、および第4燃料通路を通って燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制して、燃料の外部への流出量を低減できるので、燃料供給系全体として効率を向上できる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置1の構成を示す断面図である。なお、以下の図1〜図4において、ニードル弁10、噴射制御弁20、および閉鎖補助ピストン30の移動ストローク量および寸法は、理解の容易のため、実際よりも誇張して描かれている。
燃料噴射装置1は、図示しないハウジング内に収容されて、図示しないアクチュエータの動作に応じて、燃料供給源から高圧で供給される燃料を噴射するものである。
この燃料噴射装置1は、ニードル弁10と、噴射制御弁20と、この噴射制御弁を付勢するばね21と、ニードル弁閉鎖手段としての閉鎖補助ピストン30と、この閉鎖補助ピストン30を付勢する弾性部材としてのばね31と、これらを収容する円柱形状のノズルボディ40と、を備える。
ノズルボディ40は、3つの部材で構成されており、このノズルボディ40の内部には、基端側から先端側に向かって順番に、第1燃料収容室41、ニードル弁閉鎖手段および第3燃料収容室としてのニードル弁閉鎖室43、ならびに、ニードル弁開放手段としての第2燃料収容室42が形成されている。
また、ノズルボディ40には、図示しない燃料供給源から第1燃料収容室41に至る第1燃料通路51、第1燃料収容室41から第2燃料収容室42に至る第2燃料通路52、第1燃料収容室41からニードル弁閉鎖室43に至る第3燃料通路53、および、ニードル弁閉鎖室43からノズルボディ40の外部の図示しない低圧部に至る第4燃料通路54が形成される。
ここで、燃料供給源としては、例えば、コモンレールを介して接続された高圧ポンプが挙げられる。
また、低圧部としては、例えば、燃料タンク、低圧ポンプと高圧ポンプとの間の燃料通路、および、高圧ポンプ内の加圧室より上流側の燃料通路などが挙げられる。
第1燃料収容室41は、ノズルボディ40の延在方向に沿って延在する略円筒形状の空間である。
この第1燃料収容室41の基端面には、ノズルボディ40の基端面に至る断面円形状の貫通孔が形成され、この貫通孔は、噴射制御弁20を保持する噴射制御弁保持部44となっている。
噴射制御弁保持部44の内径は、第1燃料収容室41の内径よりも小さくなっており、これにより、第1燃料収容室41の基端面には、段差部411が形成される。
第1燃料通路51は、ノズルボディ40の基端面から、噴射制御弁保持部44である貫通孔の先端側の内周面まで延びている。
ニードル弁閉鎖室43は、ノズルボディ40の延在方向に沿って延在する略円筒形状の空間である。このニードル弁閉鎖室43の先端側には、周方向に沿って段差部431が形成されている。
第3燃料通路53は、第1燃料収容室41の先端面の略中央からニードル弁閉鎖室43の基端面の略中央に至る貫通孔である。
第4燃料通路54は、ニードル弁閉鎖室43の先端側の内周面からノズルボディ40の基端面まで延びている。
第2燃料収容室42は、ノズルボディ40の延在方向に沿って延在する略円筒形状の空間である。
第2燃料収容室42の先端側には、ノズルボディ40の外部に至る貫通孔が形成され、この貫通孔は噴孔45となっている。
第2燃料収容室42の延在方向基端側には、内周が拡張されたニードル弁開放手段としての燃料溜まり部421が形成されている。
ノズルボディ40には、ニードル弁閉鎖室43から第2燃料収容室42に至る貫通孔が形成され、この貫通孔は、ニードル弁10を保持するニードル弁保持部46となっている。
第2燃料通路52は、第1燃料収容室41の段差部411よりも先端側の部分の内周面から第2燃料収容室42の燃料溜まり部421まで延びている。
ニードル弁10は、ノズルボディ40のニードル弁保持部46に保持されており、このニードル弁10の先端側は、第2燃料収容室42の延在方向に沿って、第2燃料収容室42内を進退可能である。
ニードル弁10は、ニードル弁保持部46に摺動可能に保持される円柱形状のニードル弁本体11と、このニードル弁本体11の基端側に鍔状に形成された移動規制部12と、を備える。
ニードル弁本体11のニードル弁保持部46よりも基端側は、ニードル弁閉鎖室43内に露出している。
移動規制部12は、ニードル弁本体11のうちニードル弁閉鎖室43内に露出した部分に形成される。
ニードル弁10の移動規制部12の外径は、ニードル弁閉鎖室43の段差部431より基端側の部分の内径に比較して、大きくなっている。よって、ニードル弁10が後退すると、移動規制部12が段差部431に突き当たって、ニードル弁10の後退が規制される。
ニードル弁本体11の外周面のうち燃料溜まり部421の近傍に位置する部分には、周方向に沿って円環状に、ニードル弁開放手段としての段差部13が形成されている。
ニードル弁本体11の段差部13よりも先端側の部分の外径は、ニードル弁本体11の段差部13より基端側の部分の外径に比較して小さくなっており、このニードル弁本体11の段差部13より先端側の部分の外周面と、第2燃料収容室42の内周面との間には、燃料が流通する間隙が形成されている。
以上のニードル弁10では、ニードル弁本体11の先端面が第2燃料収容室42の先端側から離座することにより、第2燃料収容室42の燃料溜まり部421と噴孔45とが連通し、ニードル弁本体11の先端面が第2燃料収容室42の先端側に着座することにより、第2燃料収容室42の燃料溜まり部421と噴孔45とが遮断される。
噴射制御弁20は、ノズルボディ40の噴射制御弁保持部44に保持されており、図示しないピエゾ式アクチュエータにより、第1燃料収容室41の延在方向に沿って、第1燃料収容室41内を進退可能である。
噴射制御弁20は、円柱形状の噴射制御弁本体22と、この噴射制御弁本体22に鍔状に形成された通路閉鎖部23と、を備える。
通路閉鎖部23は、噴射制御弁本体22のうち第1燃料収容室41に露出した部分に形成されている。
噴射制御弁本体22は、噴射制御弁保持部44に摺動可能に保持される。この噴射制御弁本体22の外周面のうち第1燃料通路51に対向する部分から通路閉鎖部23までの部分には、縮径部221が形成されている。
ばね21は、第1燃料収容室41の先端面と、噴射制御弁20の通路閉鎖部23と、の間に設けられて、噴射制御弁20を後退する方向に付勢する。
以上の噴射制御弁20がばね21の付勢力に抗して前進して、噴射制御弁本体22の先端面が第1燃料収容室41の先端面に当接した状態を、噴射制御弁20の第1位置とする。
噴射制御弁20が第1位置に位置すると、噴射制御弁本体22の先端面が第1燃料収容室41の先端面に当接するとともに、通路閉鎖部23と第1燃料収容室41の段差部411との間に間隙が形成される。
第1燃料通路51は噴射制御弁保持部44である貫通孔の先端側に連通しており、第3燃料通路53は第1燃料収容室41の先端面に連通しているため、この状態では、第1燃料収容室41と第3燃料通路53とが遮断されるとともに、第1燃料通路51と第1燃料収容室41とが連通される。
一方、噴射制御弁20が後退して、通路閉鎖部23が第1燃料収容室41の段差部411に当接した状態を噴射制御弁20の第2位置とする。
噴射制御弁20が第2位置に位置すると、噴射制御弁本体22の先端面と第1燃料収容室41の先端面とが離間して間隙が形成されるとともに、通路閉鎖部23が第1燃料収容室41の段差部411に当接する。この状態では、第1燃料通路51と第1燃料収容室41とが遮断されるとともに、第1燃料収容室41と第3燃料通路53とが連通される。
図1は、噴射制御弁20が第2位置に位置した状態を示す。
閉鎖補助ピストン30は、ニードル弁閉鎖室43内を進退可能に設けられ、ニードル弁閉鎖室43の内壁面を摺動する略円柱形状の仕切部33と、この仕切部33のニードル弁10側の端部から棒状に延出する補助力伝達部32と、を備える。
ニードル弁閉鎖室43は、仕切部33により、第3燃料通路53に連通する閉鎖補助圧力室432と、第4燃料通路54が連通するリターン圧力室433と、に区画される。
仕切部33の基端側の部分は、第3燃料通路53側に向かって突出する略円錐形状となっている。
また、仕切部33には、閉鎖補助圧力室432とリターン圧力室433とを連通する微小連通路331が形成される。この微小連通路331は、閉鎖補助ピストン30の仕切部33の外周面を凹ませることにより、閉鎖補助ピストン30とニードル弁閉鎖室43との間に形成される。
ばね31は、ニードル弁閉鎖室43内の閉鎖補助ピストン30とニードル弁10の基端側との間に設けられて、閉鎖補助ピストン30およびニードル弁10を離間する方向に付勢する。
以上の閉鎖補助ピストン30は、以下のように動作する。
すなわち、まず、噴射制御弁20が第1位置に位置して、第1燃料収容室41と第3燃料通路53とが遮断されており、また、ばね31により閉鎖補助ピストン30が最も後退した位置まで付勢されて、仕切部33の円錐形状の部分がニードル弁閉鎖室43の基端面の第3燃料通路53を閉塞しているものとする。この状態を、閉鎖補助ピストン30の最後退位置とする。
閉鎖補助ピストン30がこの最後退位置に位置した状態では、仕切部33の円錐状の部分が第3燃料通路53を塞いで、第3燃料通路53と閉鎖補助圧力室432との連通を遮断する。
また、閉鎖補助ピストン30がこの最後退位置に位置した状態では、ニードル弁10が移動規制部12に規制されるまで後退しても、閉鎖補助ピストン30の補助力伝達部32の先端面とニードル弁10の基端面との間に間隙が形成されるように、閉鎖補助ピストン30およびニードル弁10の移動ストロークや長さが設定されている。
次に、噴射制御弁20が第1位置から後退すると、第1燃料収容室41と第3燃料通路53とが連通し、第1燃料収容室41の燃料が第3燃料通路53に流入する。
そして、第2燃料通路52と第3燃料通路53とが連通し、第2燃料通路52の燃料が第3燃料通路53に流入する。
そして、この第3燃料通路53の燃料圧力により、閉鎖補助ピストン30がばね21の付勢力に抗して前進して、補助力伝達部32の先端面がニードル弁10の基端面に当接する。
この状態では、第3燃料通路53内の燃料は、ニードル弁閉鎖室43の閉鎖補助圧力室432に流入して、第2燃料収容室42の燃料溜まり部421内の燃料圧力とニードル弁閉鎖室43の閉鎖補助圧力室432内の燃料圧力とが等しくなっている。
そして、閉鎖補助ピストン30の仕切部33の円錐形状の部分が受圧部として閉鎖補助圧力室432からの燃料圧力を受けることで、閉鎖補助ピストン30を介して、ニードル弁10には、前進させる向きに力が加わる。
同時に、ニードル弁10の円環状の段差部13が受圧部として燃料溜まり部421からの燃料圧力を受けることで、ニードル弁10には、後退させる向きに力が加わる。
ここで、閉鎖補助ピストン30の仕切部33の最大径は、ニードル弁10の段差部13の最大径よりも大きく、閉鎖補助ピストン30の仕切部33の受圧面積は、ニードル弁10の段差部13の受圧面積よりも大きくなっている。よって、閉鎖補助ピストン30を前進させる力は、ニードル弁10を後退させる力よりも大きくなり、閉鎖補助ピストン30の補助力伝達部32の先端面でニードル弁10の基端側を押圧して、ニードル弁10を前進させる。
以下、燃料噴射装置1の動作について、図2〜図4を参照しながら説明する。
ST1は、図2(a)に示すように、初期状態である。すなわち、燃料供給源から第1燃料通路51に燃料が高圧で供給されるとともに、ばね21の付勢力により、噴射制御弁20が後退して第2位置に位置している。これにより、噴射制御弁20の通路閉鎖部23が第1燃料収容室41の段差部411に当接するため、第1燃料通路51内の高圧の燃料は、噴射制御弁20の縮径部221と噴射制御弁保持部44の内周面との隙間に留まっている。
また、ばね31の付勢力により、ニードル弁10は前進して第2燃料収容室42の先端側に着座し、閉弁補助ピストン30は後退して最後退位置に位置して第3燃料通路53を閉鎖している。これにより、第2燃料収容室42、第2燃料通路52、第1燃料収容室41、第3燃料通路53内には、前回の噴射動作により流入した燃料がある程度の圧力で閉じ込められている。
ST2では、この状態から、図2(b)に示すように、図示しないアクチュエータを駆動すると、ばね21の付勢力に抵抗して噴射制御弁20が前進して第1位置に位置する。
すると、噴射制御弁本体22の先端面が第1燃料収容室41の先端面に当接し、第1燃料収容室41と第3燃料通路53とが遮断されるので、第3燃料通路53への高圧な燃料の供給が遮断される。
また、通路閉鎖部23が第1燃料収容室41の段差部411から離れて、通路閉鎖部23と第1燃料収容室41の段差部411との間に間隙が形成されるので、第1燃料通路51内の高圧な燃料は、噴射制御弁20の縮径部221と噴射制御弁保持部44の内周面との隙間、第1燃料収容室41、および第2燃料通路52を通って、第2燃料収容室42の燃料溜まり部421に流入する。上述のように、この燃料溜まり部421の燃料は、既にある程度の圧力であるため、第1燃料通路51内の高圧な燃料が供給されることにより、第2燃料収容室42内の燃料圧力が上昇する。
ST3では、燃料溜まり部421内の燃料圧力が所定の圧力に到達すると、図2(c)に示すように、この燃料溜まり部421内の燃料圧力により、ニードル弁10の移動規制部12が段差部431に突き当たるまで、ばね31に抗してニードル弁10が後退する。これにより、ニードル弁10は第2燃料収容室42の先端側から離座して、第2燃料収容室42内の燃料が噴孔45を通して噴射される。
ST4では、図示しないアクチュエータの駆動を停止して、噴射制御弁20に対する押圧力を解除する。すると、図3(a)に示すように、ばね21の付勢力により、噴射制御弁20が後退して第2位置に位置する。すると、通路閉鎖部23が第1燃料収容室41の段差部411に当接して噴射制御弁保持部44を閉鎖する。これにより、第1燃料通路51と第1燃料収容室41とが遮断されるとともに、第1燃料収容室41と第3燃料通路53とが連通する。よって、第1燃料収容室41の燃料が、噴射制御弁本体22の先端面と第1燃料収容室41の先端面との間隙を通って、第3燃料通路53に流入し、第3燃料通路53内の圧力が上昇する。
閉鎖補助ピストン30が最後退位置に位置しているため、仕切部33により第3燃料通路53は閉塞されている状態であるが、第3燃料通路53に流入した燃料圧力により、この仕切部33の円錐形状の部分うち第3燃料通路53に露出した部分が押圧されて、閉鎖補助ピストン30が前進する。
ST5では、図3(b)に示すように、閉鎖補助ピストン30が前進したため、仕切部33による第3燃料通路53の閉塞が解除され、第3燃料通路53に流入した燃料は、ニードル弁閉鎖室43の閉鎖補助圧力室432に流入し、閉鎖補助圧力室432内の圧力が上昇する。閉弁補助圧力室432の内部の圧力が所定の圧力に到達すると、閉鎖補助圧力室432に流入した燃料圧力により、この仕切部33の円錐形状の部分全体が押圧されて、閉鎖補助ピストン30が前進して、この閉弁補助ピストン30の補助力伝達部32の先端面がニードル弁10の基端面に当接する。
ST6では、図3(c)に示すように、閉鎖補助圧力室432内の燃料が仕切部33を押圧する。ここで、閉鎖補助ピストン30が前進する向きに加える力は、第2燃料収容室42の燃料溜まり部421内の燃料が段差部13を押圧して、ニードル弁10に後退する向きに加える力よりも大きい。よって、閉弁補助ピストン30がニードル弁10とともに前進して、ニードル弁10が第2燃料収容室42の先端側に着座して、噴孔45からの燃料の噴射が停止する。
ST7では、図4に示すように、閉弁補助圧力室432の内部の燃料は、仕切部33に形成された微小連通路331を通って、少しずつリターン圧力室433に流出し、このリターン圧力室433に流出した燃料は、第4燃料通路54を通ってノズルボディ40の外部に排出される。
これにより、閉弁補助圧力室432の内部の圧力は、少しずつ低下し、閉弁補助圧力室432の内部の圧力が所定の圧力未満になると、ばね31の付勢力により、閉弁補助ピストン30が後退して最後退位置まで移行する。これにより、第2燃料収容室42、第2燃料通路52、第1燃料収容室41、第3燃料通路53内には、燃料がある程度の圧力で閉じ込められて、初期状態に復帰する。
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)噴射制御弁20が第1位置から第2位置に移行する際に、第1燃料収容室41の燃料が第3燃料通路53に流入するが、閉鎖補助ピストン30およびニードル弁閉鎖室43により、第1燃料収容室41の燃料が、第3燃料通路53、閉鎖補助圧力室43、および第4燃料通路54を通って、燃料噴射装置1の外部に流出するのを抑制して、燃料の燃料噴射装置1の外部への流出量を低減できるので、燃料供給系全体として効率を向上できる。
(2)閉鎖補助ピストン30により、閉鎖補助圧力室43内の燃料圧力による押圧力を、ニードル弁10に対して前進方向に伝達して、このニードル弁10を前進させて燃料の噴射を停止させる。よって、ニードル弁10の閉鎖速度を向上でき、燃料噴射圧の立下り特性を改善できる。
(3)閉鎖補助ピストン30およびニードル弁10を離間する方向に付勢するばね31を設けて、ばね31で閉鎖補助ピストン30を最後退位置まで付勢した。よって、閉鎖補助ピストン30を迅速に最後退位置まで後退させて、第3燃料通路53と閉鎖補助圧力室43との連通を遮断でき、第4燃料通路54の流量をより低減できる。
(4)閉鎖補助ピストン30に微小連通路331を設けたので、微小連通路331を通して閉鎖補助圧力室43内の燃料をリターン圧力室433に流出させることにより、閉鎖補助ピストン30を円滑に後退させることができ、第4燃料通路54の流量をさらに低減できる。
(5)閉鎖補助ピストン30の仕切部33の外周面を凹ませることにより微小連通路331を形成したので、微小連通路331の断面積を高精度で管理できる。
(6)ニードル弁10が移動規制部12に規制されるまで後退しても、閉鎖補助ピストン30が最も後退した状態では、閉鎖補助ピストン30とニードル弁10との間に間隙が生じるように、閉鎖補助ピストン30およびニードル弁10の移動ストロークや長さを設定した。よって、ニードル弁10を後退させて燃料を噴射する際に、ニードル弁10が閉鎖補助ピストン30に当接しないため、閉鎖補助ピストン30の耐久性を向上できるうえに、閉鎖補助ピストン30の補助力伝達部32の外径を細くできる。
(7)第2燃料収容室42内の燃料圧力とニードル弁閉鎖室43内の燃料圧力とが等しい状態で、閉鎖補助ピストン30に作用する燃料圧力によりニードル弁10を前進させる力を、段差部13に作用する燃料圧力によりニードル弁10を後退させる力よりも大きくした。よって、燃料の噴射を停止する際に、燃料圧力がニードル弁10を前進させる方向に作用するので、迅速に燃料の噴射を停止できる。よって、噴射制御弁20を後退させてから燃料の噴射が停止するまでの応答時間を短縮できる。その結果、最小噴射時間をより短縮できるうえに、最小噴射量を低減できるので、様々な噴射方法を実現できる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、噴射制御弁20をピエゾ式アクチュエータで駆動したが、これに限らず、電磁式や油圧式のアクチュエータで駆動してもよい。
また、本実施形態では、微小連通路331を閉鎖補助ピストン30の仕切部33の外周面を凹ませることにより形成したが、これに限らず、閉鎖補助ピストン30の仕切部33の内部側に穿設してもよいし、ノズルボディ40のニードル弁閉鎖室43の内周面に形成してもよい。
また、本実施形態では、閉鎖補助ピストン30の補助力伝達部32により、直接、ニードル弁10の基端側を押圧したが、これに限らず、閉鎖補助ピストン30とニードル弁10との間に部材を設け、この部材を介してニードル弁10の基端側を押圧してもよい。
また、本実施形態では、ニードル弁本体11の外周面の1箇所に受圧部としての段差部13を形成したが、これに限らず、ニードル弁本体11の先端側外周面などの複数箇所に段差部を設けてもよい。
本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置の構成を示す断面図である。 前記実施形態に係る燃料噴射装置の動作を説明するための図(その1)である。 前記実施形態に係る燃料噴射装置の動作を説明するための図(その2)である。 前記実施形態に係る燃料噴射装置の動作を説明するための図(その3)である。 本発明の従来例に係る燃料噴射装置の構成を示す断面図である。
符号の説明
1 燃料噴射装置
10 ニードル弁
11 ニードル弁本体
12 移動規制部
13 段差部(ニードル弁開放手段)
20 噴射制御弁
30 閉鎖補助ピストン(流出抑制手段、ニードル弁閉鎖手段)
31 ばね(弾性部材)
32 補助力伝達部
40 ノズルボディ
41 第1燃料収容室
42 第2燃料収容室
43 ニードル弁閉鎖室(流出抑制手段、第3燃料収容室、ニードル弁閉鎖手段)
45 噴孔
46 ニードル弁保持部
51 第1燃料通路
52 第2燃料通路
53 第3燃料通路
54 第4燃料通路
331 微小連通路
421 燃料溜まり部(ニードル弁開放手段)
432 閉鎖補助圧力室
433 リターン圧力室

Claims (8)

  1. 第1燃料収容室、第2燃料収容室、第3燃料収容室、および、当該第2燃料収容室から燃料噴射装置の外部に至る噴孔が形成されたノズルボディと、
    当該ノズルボディ内部のニードル弁保持部に保持されたニードル弁と、
    前記ノズルボディ内部の前記ニードル弁保持部よりも先端側に設けられて前記第2燃料収容室を有するニードル弁開放手段と、
    前記ノズルボディ内部の前記ニードル弁保持部よりも基端側に設けられて前記第3燃料収容室を有するニードル弁閉鎖手段と、
    前記ノズルボディ内部に保持されて、前記第1燃料収容室内を進退可能な噴射制御弁と、を備え、
    前記ノズルボディには、燃料供給源から前記第1燃料収容室に至る第1燃料通路、前記第1燃料収容室から前記第2燃料収容室に至る第2燃料通路、前記第1燃料収容室から前記第3燃料収容室に至る第3燃料通路、および、前記第3燃料収容室から燃料噴射装置の外部の低圧部に至る第4燃料通路が形成され、
    前記噴射制御弁は、第1位置まで前進することにより、前記第1燃料通路と前記第1燃料収容室とを連通するとともに、前記第1燃料収容室と前記第3燃料通路とを遮断し、第2位置まで後退することにより、前記第1燃料通路と前記第1燃料収容室とを遮断するとともに、前記第1燃料収容室と前記第3燃料通路とを連通し、
    前記ニードル弁は、前進して前記ノズルボディに着座することにより、前記第2燃料収容室と前記噴孔とを遮断し、後退して前記ノズルボディから離座することにより、前記第2燃料収容室と前記噴孔とを連通し、
    前記ニードル弁開放手段は、前記第2燃料収容室内の燃料圧力により前記ニードル弁を後退させ、
    前記ニードル弁閉鎖手段は、前記第3燃料収容室内の燃料圧力により前記ニードル弁を前進させ、
    前記噴射制御弁が前記第1位置から前記第2位置に移行する際に、前記第1燃料収容室の燃料が、前記第3燃料通路、前記第3燃料収容室、および前記第4燃料通路を通って、前記燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制する流出抑制手段を備え
    前記ニードル弁閉鎖手段は、前記第3燃料収容室内を進退可能に設けられた閉鎖補助ピストンを備え、
    前記閉鎖補助ピストンは、最後退位置で前記第3燃料通路と前記第3燃料収容室とを遮断し、前進状態に移行することにより前記第3燃料通路と前記第3燃料収容室とを連通し、
    前記第3燃料収容室は、前記閉鎖補助ピストン前進状態では、前記閉鎖補助ピストンにより、前記第3燃料通路が連通する閉鎖補助圧力室と、前記第4燃料通路が連通するリターン庄力室と、に区画され、
    前記閉鎖補助ピストンは、前記閉鎖補助圧力室内の燃料圧力による押圧力を、前記ニードル弁に対して前進方向に伝達可能であり、
    前記閉鎖補助ピストンは、前記前進状態から前記最後退位置に移行して、前記第3燃料通路と前記閉鎖補助圧力室とを遮断することで、前記第1燃料収容室の燃料が前記第3燃料通路を通って前記第3燃料収容室に流入するのを抑制し、これにより、前記第1燃料収容室の燃料が前記燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制する流出抑制手段であり、
    前記第3燃料収容室内には、前記ニードル弁の基端側が露出しており、
    前記ニードル弁閉鎖手段は、前記閉鎖補助ピストンと前記ニードル弁の基端側との間に設けられて、前記閉鎖補助ピストンおよび前記ニードル弁を離間する方向に付勢する弾性部材をさらに備え、
    前記閉鎖補助ピストンは、前記弾性部材により前記最後退位置まで付勢されることを特徴とする燃料噴射装置。
  2. 請求項に記載の燃料噴射装置において、
    前記閉鎖補助ピストンには、前記閉鎖補助圧力室と前記リターン圧力室とを連通する微小連通路が形成されることを特徴とする燃料噴射装置。
  3. 請求項に記載の燃料噴射装置において、
    前記微小連通路は、前記閉鎖補助ピストンの外周面の一部を凹ませることにより、当該閉鎖補助ピストンと前記第3燃料収容室との間に形成されることを特徴とする燃料噴射装置。
  4. 請求項に記載の燃料噴射装置において、
    前記閉鎖補助ピストンは、前記ニードル弁側端部から棒状に延出する補助力伝達部を備え、
    前記ニードル弁は、棒状のニードル弁本体と、当該ニードル弁本体の基端側に鍔状に形成されて前記ニードル弁の後退を規制する移動規制部と、を備え、
    前記ニードル弁は、前記閉鎖補助ピストンの補助力伝達部が前記ニードル弁の基端側を押圧することにより前進し、
    前記ニードル弁が前記移動規制部に規制されるまで後退しても、前記閉鎖補助ピストンが前記最後退位置まで後退した状態では、前記閉鎖補助ピストンと前記ニードル弁との間に間隙が形成されることを特徴とする燃料噴射装置。
  5. 請求項に記載の燃料噴射装置において、
    前記噴射制御弁が前記第1位置から後退して、前記第2燃料通路と前記第3燃料通路とが連通し、前記第2燃料収容室内の燃料圧力と前記第3燃料収容室内の燃料圧力とが等しい状態で、前記ニードル弁閉鎖手段により前記ニードル弁を前進させる力は、前記ニードル弁開放手段により前記ニードル弁を後退させる力よりも大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
  6. 請求項に記載の燃料噴射装置において、
    前記ニードル弁閉鎖手段が前記第3燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部面積は、前記ニードル弁開放手段が前記第2燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部面積よりも大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
  7. 請求項に記載の燃料噴射装置において、
    前記ニードル弁閉鎖手段が前記第3燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部最大径は、前記ニードル弁開放手段が前記第2燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部最大径よりも大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
  8. 請求項に記載の燃料噴射装置において、
    前記ニードル弁開放手段は、前記第2燃料収容室と、前記ニードル弁の先端側の外周に周方向に沿って環状に形成される段差部と、で構成され、
    前記閉鎖補助ピストンの最大径は、前記ニードル弁開放手段の段差部の最大径よりも大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
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