JPH0367059A - ユニットインジェクタ - Google Patents

ユニットインジェクタ

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JPH0367059A
JPH0367059A JP20442089A JP20442089A JPH0367059A JP H0367059 A JPH0367059 A JP H0367059A JP 20442089 A JP20442089 A JP 20442089A JP 20442089 A JP20442089 A JP 20442089A JP H0367059 A JPH0367059 A JP H0367059A
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康弘 堀内
Tetsuya Toyao
哲也 鳥谷尾
Takashi Takahashi
岳志 高橋
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として使
用されるユニットインジェクタに間する。
「従来の技術およびその問題点」 ポンプ機能と噴射弁機能とを備えたユニットインジェク
タでは、燃料噴射を終了させる場合に、プランジャポン
プの加圧室を何らかの方法で低圧の燃料タンク側に連通
させた時、ノズル高圧室の圧力が下がって、ノズルスプ
リング室内のスプリングの力によりニードル弁体がニー
ドル弁座に閉じる。加圧室を燃料タンク側に連通させる
方法としては、例えばプランジャに設けたり−ド講や、
圧電積層体で作動するスピル弁が用いられていた(特開
昭63−150070号公報および特開昭62−174
561号公報、参照)。
しかしながら、従来の構造では、噴射後期に噴射率の低
い状態が長く続き、スモークの発生の原因となっていた
。また、エンジン燃焼室の圧力が高い場合には、燃焼ガ
スが噴射ノズル内部へ侵入し、ニードル弁座を傷めると
いう問題が生じた。
そこで、特開昭63−230958号においては、プラ
ンジャポンプのプランジャバレルの壁に副ポートを形成
し、加圧室の圧油を副燃料通路を経てノズルスプリング
室へ導くことにより、噴射率のピークを噴射終了時期方
向に移すことによりスモークの発生を防止するユニット
インジェクタを開示しているが、プランジャに副連通路
が形成されているため、噴射率がカム軸回転数の影響を
受けやすく、加工精度の管理がむつかしいため、ばらつ
きを生じやすい、更に、溢流圧油の動圧を積極的に利用
していないため、噴射率のピークを噴射終了時期方向へ
充分に移すことができず、スモーク発生防止の効果が少
ない。
しかも、特開昭63−230958号のユニットインジ
ェクタでは、噴射ノズル内部への燃焼ガスの逆流を防ぐ
手段が全く設けられていないので、ニードル弁座を傷め
るという問題が解消されていない。
「発明が解決しようとする課題」 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
であり、溢流圧油を積極的に利用して、低回転から高回
転まで噴射終了時期の噴射ノズルの閉弁を素早く、確実
に行うことにより、スモークの発生を防ぐと共に、噴射
ノズル内部への燃焼ガスの逆流を防ぐことが可能なユニ
ットインジェクタを提供することを課題とする。
「課題を解決するための手段および作用」上記課題の解
決を目的とした本発明のユニットインジェクタは、エン
ジンにより駆動される往復動プランジャおよびこのプラ
ンジャにより燃料を加圧する加圧室を備え、この加圧室
の燃料を前記プランジャによって加圧することにより、
高圧通路を介して噴射ノズルに圧送し該ノズルより噴射
するユニットインジェクタにおいて、スピル弁体。
弁座室および溢流制限手段を包含して、前記加圧室と燃
料タンクとの間に接続され、スピル弁体が弁座室内の弁
座から開弁した時、加圧室の燃料を弁座室および溢流制
限手段を介して燃料タンク側に溢流させる制御弁装置、
前記噴射ノズルの二ドル弁体をニードル弁座へ付勢する
ノズルスプリング、前記ノズルスプリングを収納するノ
ズルスプリング室、前記制御弁装置のスピル弁体が弁座
室内の弁座から開弁した時、弁座室と前記ノズルスプリ
ング室とを連通ずる背圧ポート、および、前記ノズルス
プリング室内に設けられ、ニードル弁体の上部に接して
溢流圧を受けるサブピストンを備えることを特徴とする
上&!構成によれば、制御弁装置が閉弁した時、プラン
ジャポンプの加圧室内の噴射圧力の上昇により噴射ノズ
ルから燃料噴射が開始され、噴射路わりの際に制御弁装
置が開弁じた時、背圧ポートを介してノズルスプリング
室に溢流圧油が加わるため、噴射ノズルのニードル弁体
がニードル弁座に速く閉弁する。つまり、ノズルスプリ
ングの力だけで噴射ノズルを閉弁する場合に比較して、
噴射圧力があまり低下しない時にニードル弁体のリフト
が零(=O)になるため、噴射率の切れが良くなり、ス
モークの発生が防止されると共に、溢流制限手段を設け
たことで溢流圧油が背圧ポートを介してノズルスプリン
グ室に長期に渡って加わるため、噴射ノズル内への燃焼
ガスの逆流を防ぐことができる。また、前記ノズルスプ
リング室内に設けられ、ニードル弁体の上部に接して溢
流圧を受けるサブピストンを備えるから、−層に速くか
つ確実に噴射ノズルを閉弁することができる。
前記溢流制限手段は、制御弁装置の弁座室の圧力が所定
値以上のとき、該弁座室を燃料タンク側に開く残圧調整
弁とすることにより可能である。
この構成によれば、噴射ノズルからの燃料噴射の停止の
ため制御弁装置が開かれると、溢流圧油の圧力が所定値
以上の時は残圧調整弁が開き、溢流圧油の圧力が所定値
を下回ると残圧調整弁が閉じることにより、溢流圧油の
圧力が早期に低下しないよう成る程度高い圧力に保たれ
る。
前記残圧WA整弁は、スピル弁体に内部通路を設け、該
通路を閉止可能な弁部材と、該弁部材を押圧する圧縮コ
イルばねを包含して構成される。この構成によれば、安
定した作動をする残圧調整弁が得られる。
前記制御弁装置は、前記スピル弁体をシリンダ室内の作
動流体を介して圧電アクチュエータにより駆動されるよ
うに構成される。この構成によれば、低回転から高回転
まで所望の噴射開始時期および噴射終了時期が得られる
前記溢流制限手段は、前記スピル弁体の内部通路に設け
た絞り部材とすることによっても可能である。この構成
によれば、制御弁装置が開かれると、溢流圧油の圧力が
高い時は絞り部材を介して流れる溢流の流量が多く、溢
流圧油の圧力が低くなると絞り部材を介して流れる溢流
の流量は少なくなることにより流量が制限されるため、
圧力が早期に低下しないように成る程度高い圧力に保た
れる。また、構成が簡素となる利点がある。
前記サブピストンに、溢流圧を受ける側とドレン側との
間を連通ずるオリフィスを設ける構成にすれば、このオ
リフィスのダンパー効果により、プレッシャビンやニー
ドル弁座に加わる溢流圧油の衝撃的な圧力が緩和される
「実施例」 本発明の第1実施例を第1図、第2UfAおよび第3図
について具体的に説明する。
第3図は第1図図示の噴射ノズルおよびノズルスプリン
グ室を示す拡大図である。
第1図に示されるユニットインジェクタは、後記プラン
ジャポンプ20に燃料を供給する燃料供給装置30と、
燃料噴射用加圧ポンプであるプランジャポンプ20と、
該プランジャポンプ20で加圧された燃料を燃焼室内に
噴霧するための噴射ノズル10と、該噴射ノズル10の
作動(rM閉)を制御する制御弁装置40とを主要部と
して構成されている。
燃料供給装置30は、燃料タンク31と、該燃料タンク
31内の燃料をプランジャポンプ20に供給するための
燃料供給ポンプ32とを主体として構成されている。燃
料タンク31内の燃料は、流路33,34およびフィー
ドポート34aを経てプランジャポンプ20に供給され
、プランジャポンプ20で加圧された燃料が適時に流路
4,8および35を経て燃料タンク31に返戻されるよ
うになっている。
プランジャポンプ20は、加圧室3内を進退する往復動
プランジャ2を備えている。このプランジャ2の後端に
は圧縮コイルばね12によって後退方向に付勢されたタ
ペット1が結合されており、該タペット1はディーゼル
エンジンのクランク軸(図示されず)に連動するカム機
構を介して駆動される。クランク軸の回転に応じ圧縮コ
イルばね12の付勢力に抗してタペット1が押されると
、プランジャ2が噴射ノズル10側に前進する。タペッ
トハウジング13はユニットインジェクタボデー21に
固定され、タペットハウジング13内をタペット1が往
復動する。
加圧室3の下部には一方向弁100が設けられている。
一方向弁100において、弁体102は、スプリング1
04によって段付部101に押さえつけられている。弁
体102内部にはオリフィス103が設けである。
噴射ノズル10は、その弁室91内に1レツシヤビン1
4を介してノズルスプリング93で付勢されたニードル
弁体(ノズルニードル)11を有しており、該ニードル
弁体11は燃料噴射孔92を開閉する。
サブピストン97は断面が略H形をした円筒部材であり
、ノズルスプリング室5内を油密的に摺動する。
サブピストン97の径は、ニードル弁体11の摺動部の
径(背圧を受ける径)よりも大きい、このため、噴射終
了時、溢流圧油がノズルスプリング室5に流れ込み、該
ノズルスプリング室の圧力が上昇した際、ニードル弁体
11を弁座90に押しつける力は大きくなり、より速く
確実に噴射ノズル10を閉弁させることができる。なお
、サブピストン97とニードル弁体11の摺動部の間の
空間5bは、ドレン側につながっており、油密ロックを
防止している。
ニードル弁体11は、細い先端側部分と太い後端側部分
が相連なる部分に段差部18を有しており、該段差部1
8に高圧通路95.96.94を経て加圧室3内の液圧
が作用すると、その液圧の大きさに応じノズルスプリン
グ93の付勢力に抗してニードル弁体11がニードル弁
座90から後退し、燃料噴射孔92が開成され、エンジ
ンの燃焼室内に燃料が噴射される。
9はノズルスプリングホルダ、15はパツキン。
16はノズルボデーで、ノズルボデー16はりテーニン
グナット(図示せず〉によってインジェクタボデー21
の下端部に固定されている。
制御弁装置40は、スピル弁6と、該スピル弁6のスピ
ル弁体61を作動させるための圧電アクチュエータ49
から成っている。スピル弁6は、その長さ方向中間部の
周壁に複数個の小開口63を有する管体として形成され
たスピル弁体61と、該スピル弁体61を後退方向(第
1図で右側方向)に付勢する圧縮コイルばね48と、ス
ピル弁体61を進退可能に収納するシリンダ室44と、
弁座室64とを備え、その円錐形状の内壁面すなわち弁
座47にスピル弁体61の開放された先端が密接、離間
するようになされている。一端が閉じた管体として形成
されたロッド46は、シリンダ45内を油密的に滑動自
在となっており、背圧室43内の液圧が圧縮コイルばね
48の付勢力に比して相対的に低い図示の状態では、ス
ピル弁体61が後退位置にあって該スピル弁体61の先
端が弁座47から離れている。
また、スピル弁体61およびロッド46の内部には残圧
IR整弁7が設けられている。残圧!IJII弁7は、
弁部材としての板状弁体71と圧縮コイルばね72とス
トッパ73とからなる。ばね72の付勢力で弁体71が
第1図図示の左側に押されている。スピル弁体61の内
部通路62の圧力が所定以上になると、ばね72の付勢
力にうちか、って弁体71が図示右側に開き、燃料は小
開口63を経て、通路8,35から燃料タンク31に至
る。
また、スピル弁6とともに制御弁装置40を構成する圧
電アクチュエータ49は、電圧印加により応答性よく伸
縮する多数枚の圧電素子を積層させた圧電MHI体19
を有底筒状体の内部に収蔵して成るピストン17と、該
ピストン17を後退方向に付勢する圧縮コイルばね53
と、ピストン17を進退可能に収納するシリンダ室50
aとを備えている。燃料タンク31内の燃料は、燃料供
給ポンプ32によって流路33を経て圧縮コイルばね5
3が位置するばね室50内に送られ、該ばね室50を経
た後、流路34なる経路で加圧室3内に給送されるよう
になっている。圧電WI層体19は、これに正電圧が印
加されると素早く伸長(lj張)し、負電圧が印加され
ると素早く収縮する。
54はOリングである。圧4!!積層体19の斯かる伸
長、収縮現象によりピストン17は応答性よく進退する
。ピストン17が前進すると、その前方のシリンダ室5
0aおよび背圧室43内の液圧(燃料油圧)が上昇し、
圧縮コイルばね48の付勢力に抗してロッド46および
スピル弁体61が前進する。シリンダ室50a内の燃料
が不足した場合には、ピストン17が後退した時に、シ
リンダ室50a内の液圧が低下するため、燃料供給ポン
プ32の吐出油が流路84、一方向弁80を経てシリン
ダ室50a内に不足分が送り込まれる。81はスチール
ボール、82はブツシュロッド、83はコイルスプリン
グである。
「第1実施例の作動」 エンジンによって駆動されるカムによりタペット1が押
されプランジャ2が下方に移動する。プランジャ2がフ
ィードポート34aを塞いだ時点から、プランジャ2に
より圧送される燃料は流路4、弁座室64を経て、スピ
ル弁体61の内部通路62に至り、残圧調整弁7の弁体
71を押し開けて、小間ロ63.流路8.35を経て燃
料タンク31に至る。ここで、残圧調整弁7の開弁圧(
例えば100 kgf/ am”)は、噴射ノズル10
の開弁圧(例えば300kgf/Cs”)より低いため
、燃料は噴射ノズル10から噴射されない3 所定の噴射開始タイミングに第2図(a)のごとく圧電
積層体19に電圧を印加すると圧!積層体19が伸長し
、背圧室43内の圧力を高め、ロッド46.スピル弁体
61を図示左方へ押し、スピル弁体61が弁座47に着
座することにより、スピル弁6は閉じられる。流路4か
ら内部通路62に至る通路が閉じられたため、圧送燃料
は高圧通路95.96.94を経て段差部18に到り、
第2図(C)、(d)に実線で図示のごとく微小時間の
後、ニードル弁体11を弁座90から押し上げて、燃料
噴射孔92から噴射が始まる。噴射中高圧部分すなわち
加圧室3.流路4.弁座室64.高圧通路95,96.
94および弁室91の燃料圧力は例えば1000 kg
f/ elと高圧になる。
噴射終了時期に至った時点で、圧電積層体19の電圧を
第2図(a)に図示のごとく下げ(放電させ)れば、ス
ピル弁体61は第1図図示の右方に移動する。この瞬間
、高圧圧送燃料の一部は弁座室64、および背圧ポート
66を経てノズルスプリング室5に勢いよく流れ込む、
このため、ノズルスプリング室5の圧力は上昇し、この
圧力はニードル弁体11を押し下げる方向に作用する。
従って、ニードル弁体11は第2図(c)、(d)に実
線で図示するごとく、すばやく、確実に閉じ、燃料の噴
射が終了する。弁座室64からニードル弁体11の端面
に至る背圧ポート66は、第1図図示のように短く、ま
た、弁座室64.背圧ポート66は燃料の流れに沿って
いるため、動圧分が付加された形でノズルスプリング室
5の圧力が上昇するため、効果はさらに大きい。
残りの燃料は、弁座室64および内部通路62を経て、
残圧調整弁7の弁体71を押し開けて、小開口63およ
び流路8,35を経て燃料タンク31に戻される0本発
明によれば、残圧調整弁7の働きにより、流路4.加圧
室3.高圧通路95゜96.94および弁室91の圧力
も、ある程度高い圧力に保たれているため、燃焼ガスが
燃料噴射孔92を経て弁室91側に逆流することはなく
、従って、ニードル弁座90を傷めることはない。
噴射率は第2図(c)に実線で示すように切れがよいた
め、スモークの発生が抑えられる。
残圧調整弁7や背圧ポート66を設けない従来の場合に
は、第2図(b)図示の点線のように、噴射圧力が急激
に下がるものの、ノズルスプリング93の力のみによっ
てニードル弁体11を押し下げるため、噴射率としては
第2図(c)に点線で示すように後だれが出やすい、ま
た、噴射終了時の噴射圧力が低いため、燃料噴射孔92
から燃焼ガスの逆流が生じやすい。
次にサブピストン97および一方向弁100の作動と効
果について述べる。
サブピストン97の径は、ニードル弁体11の摺動部の
径(背圧を受ける径〉よりも大きい、このため、噴射終
了時、溢流圧油がノズルスプリング室5に流れ込み、該
ノズルスプリング室の圧力が上昇した際、ニードル弁体
11を弁座90に押しつける力は大きくなり、より速く
確実に噴射ノズル10を閉弁させることができる。なお
、サブピストン97とニードル弁体11の□動部の間の
空間5bは、ドレン側につながっており、油密ロックを
防止している。
一方向弁100において、弁体102は、スプリング1
04によって段付部101に押さえつけられている。弁
体102内部にはオリフィス103が設けである。プラ
ンジャ2の圧送が始まり、圧電アクチュエータ49によ
りスピル弁6が閉じられると、燃料は弁体102を押し
開けて噴射ノズル10(11!へ送られ、噴射が始まる
。噴射終了時スピル弁6が開くと、加圧室3の圧力が低
下し始める。これに伴い弁体102は段付部101に押
しつけられる。そして、噴射ノズル側の高圧通路95.
96.94および弁室91の圧力降下は、オリフィス1
03を通してのみおこるので、ゆっくりとした降下速度
となり、比較的長い時間噴射ノズル側は高い噴射圧力が
保たれる(第2図の一点鎖線参照)、従って、ニードル
弁体11が閉じきるまでの噴射圧力はさらに高くなり、
弁室91への燃焼ガスの侵入を防ぐ効果はさらに大きく
なる。
「他の実施例」 第4図図示の第2実施例では、第1実施例の残圧調整弁
7をオリフィス74を有した絞り部材75に置き換えた
ものである。第4図はスピル弁6および制御弁40の部
分のみを示し、他の構成は第1実施例と同様である。
このオリフィス74はスピル弁体61の内部通路62に
設ける。圧送された燃料がスピル弁体61の内部通路6
2およびオリフィス74を通過してドレン側の燃料タン
ク31に至る際、このオリフィス74の働きにより、第
1実施例と同様に上流側(内部通路62の部分から手前
側の弁座室64および背圧ポート66〉の圧力は成る程
度高い圧力に保たれる。この圧力により第1実施例と同
様の噴射率の切れが良く、噴射ノズルが速く閉弁し、燃
焼ガスの侵入を防ぐという効果を得る。
また、残圧!l1m弁のかわりにオリフィスのみにした
ため、構成は簡素となる。
第5図図示の第3実施例は、第1および第2実施例のサ
ブピストン97にオリフィス97aおよび燃料通路97
bを設けたものである。
噴射終了時、溢流圧油がノズルスプリング室5に流れ込
むが、特にエンジンの高速運転時には、この圧力は衝撃
的に加わるため、必要以上に過大な力がサブピストン9
7に加わり、プレッシャビン14が破断したり、ニード
ル弁座90が損傷したりする恐れがある。
オリフィス97aはこの衝撃的な圧力を緩和するために
設けたものである。噴射終了時にノズルスプリング室5
に流れ込んだ溢流圧油の一部は、オリフィス97aを通
って燃料通路97bおよび空1m5bを経てドレン(1
1(燃料タンク311)に戻る。このオリフィス97a
のダンパー効果により、溢流圧油の衝撃的な圧力が緩和
され、プレッシャピン14やニードル弁座90の破損を
防ぐことができる。
「発明の効果」 以上述べたように、本発明のユニットインジェクタは、
エンジンにより駆動される往復動プランジャおよびこの
プランジャにより燃料を加圧する加圧室を備え、この加
圧室の燃料を前記プランジャによって加圧することによ
り、高圧通路を介して噴射ノズルに圧送し該ノズルより
噴射するユニットインジェクタにおいて、スピル弁体、
弁座室および溢流制限手段を包含して、前記加圧室と燃
料タンクとの間に接続され、スピル弁体が弁座室内の弁
座から開弁した時、加圧室の燃料を弁座室および溢流制
限手段を介して燃料タンク側に溢流させる制御弁装置、
前記噴射ノズルのニードル弁体をニードル弁座へ付勢す
るノズルスプリング、前記ノズルスプリングを収納する
ノズルスプリング室、および前記制御弁装置のスピル弁
体が弁座室内の弁座から開弁した時、弁座室と前記ノズ
ルスプリング室とを連通する背圧ポート、および前記ノ
ズルスプリング室内に設けられ、ニードル弁体の上部に
接して溢流圧を受けるサブピストンを備えるから、スモ
ークの発生を確実に防止することができると共に、更に
、噴射ノズル内部への燃焼ガスの逆流を防ぐことができ
、ニードル弁座を傷めることがないという優れた効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のユニットインジェクタの第1実施例を
示す断面図、第2図は第1実施例の作動説明に供する特
性曲線図、第3図は第1図図示の噴射ノズルおよびノズ
ルスプリング室を示す拡大図、第413?Iは第2実施
例を示す断面図、第5図は第3実施例を示す断面図であ
る。 280.往復動プランジャ、 321.加圧室、 51
.。 ノズルスプリング室、 716.残圧調整弁、 10.
。 、噴射ノズル、 11 、、、ニードル弁体、 31 
、、。 燃料タンク、40.、、制御弁装置、43 、、、背圧
室、 47 、、、弁座、 49 、、、圧電アクチュ
エータ、50 a 、、、シリンダ室、 61 、、、
スピル弁体、62、、、内部通路、64 、、、弁座室
、 66 、、、背圧ポート、71.’、、(弁部材と
しての)板状弁体、72 、、、圧縮コイルばね、 7
4 、、、オリフィス、75 、、、絞り部材、 90
 、、、ニードル弁座、 91゜0.弁室、 92.、
、燃料噴射孔、 93 、、、ノズルスプリング、 9
4.95.96.、、高圧通路、97 、、、サブピス
トン、 97 a 、、、オリフィス、97 b 、、
、燃料通路。 第 3 図 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、エンジンにより駆動される往復動プランジャおよび
    このプランジャにより燃料を加圧する加圧室を備え、こ
    の加圧室の燃料を前記プランジャによって加圧すること
    により、高圧通路を介して噴射ノズルに圧送し該ノズル
    より噴射するユニットインジェクタにおいて、 スピル弁体、弁座室および溢流制限手段を包含して、前
    記加圧室と燃料タンクとの間に接続され、スピル弁体が
    弁座室内の弁座から開弁した時、加圧室の燃料を弁座室
    および溢流制限手段を介して燃料タンク側に溢流させる
    制御弁装置、 前記噴射ノズルのニードル弁体をニードル弁座へ付勢す
    るノズルスプリング、 前記ノズルスプリングを収納するノズルスプリング室、 前記制御弁装置のスピル弁体が弁座室内の弁座から開弁
    した時、弁座室と前記ノズルスプリング室とを連通する
    背圧ポート、および 前記ノズルスプリング室内に設けられ、ニードル弁体の
    上部に接して溢流圧を受けるサブピストンを備えること
    を特徴とするユニットインジェクタ。 2、前記溢流制限手段は、制御弁装置の弁座室の圧力が
    所定値以上のとき、該弁座室を燃料タンク側に開く残圧
    調整弁であることを特徴とする請求項1に記載のユニッ
    トインジェクタ。 3、前記残圧調整弁は、スピル弁体に内部通路を設け、
    該通路を閉止可能な弁部材と、該弁部材を閉止方向に押
    圧する圧縮コイルばねを包含することを特徴とする請求
    項2に記載のユニットインジェクタ。 4、前記制御弁装置は、前記スピル弁体を背圧室内の作
    動流体を介して圧電アクチュエータにより駆動されるこ
    とを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載
    のユニットインジェクタ。 5、前記溢流制限手段は、前記スピル弁体の内部通路に
    設けた絞り部材であることを特徴とする請求項1に記載
    のユニットインジェクタ。 6、前記サブピストンに、溢流圧を受ける側とドレン側
    との間を連通するオリフィスを設けたことを特徴とする
    請求項1に記載のユニットインジェクタ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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