JPH0668263B2 - ユニットインジェクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関において用いられるユニットインジェ
クタに関する。

〔従来の技術〕

機関により駆動されるプランジャと、燃料で満たされか
つプランジャにより加圧される燃料加圧室と、プランジ
ャと共軸的に配置されかつ燃料加圧室内の燃料圧に応動
して燃料圧が予め定められた圧力を越えたときに開弁す
るニードルと、プランジャとニードル間においてそれら
の共通軸線に対して直角方向に延びる摺動孔と、摺動孔
内に摺動可能に挿入されかつ燃料加圧室内の燃料の溢流
弁を制御する溢流弁と、溢流弁を摺動孔の軸線方向に移
動せしめて溢流弁の開閉制御を行なうピエゾ圧電素子と
を具備し、溢流弁が閉弁したときに燃料噴射が行なわれ
るユニットインジェクタが公知である（実開昭62-64872
号公報参照）。

また、機関により駆動されるプランジャと、燃料で満た
されかつプランジャにより加圧される燃料加圧室と、プ
ランジャと共軸的に配置されかつ燃料加圧室内の燃料圧
に応動して燃料圧が予め定められた圧力を越えたときに
開弁するニードルと、プランジャとニードルの共通軸線
から間隔を隔てて平行に延びる摺動孔と、摺動孔内に摺
動可能に挿入されかつ燃料加圧室内の燃料の溢流を制御
する溢流弁と、摺動孔の軸線上に配置されかつ溢流弁を
摺動孔の軸線方向に移動せしめて溢流弁の開閉制御を行
なうピエゾ圧電素子とを具備し、溢流弁が閉弁したとき
に燃料噴射が行なわれるユニットインジェクタが公知で
ある（SAE paper No. 850542）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところでユニットインジェクタでは燃料加圧室内の燃料
圧が1500kg/cm²以上の高圧となるように強力な駆動力が
ニードルに与えられ、その結果この強力な駆動力によっ
てプランジャとニードル間のインジェクタハウジングが
大きな圧縮荷重を受けて歪むことになる。従って実開昭
62-64872号公報に記載されているように摺動孔をプラン
ジャとニードル間に形成するとプランジャに与えられる
強力な駆動力によって摺動孔が歪み、その結果溢流弁の
摺動抵抗が増大して溢流弁の作動応答性が悪化するばか
りでなく、溢流弁が完全に閉鎖しなくなってしまうとい
う問題がある。

これに対してSAE paper No. 850542に記載されたユニッ
トインジェクタでは摺動孔がプランジャとニードル間に
配置されていないためにプランジャに与えられる強力な
駆動力によって摺動孔が歪むという危険性はない。しか
しながらこのユニットインジェクタにおけるように摺動
孔とピエゾ圧電素子とを共軸的に配置し、しかも摺動孔
をプランジャとニードルの共通軸線に対して平行に延び
るように形成すると燃料加圧室と摺動孔とを連結する燃
料溢流路の長さが長くなる。この燃料溢流路は常時燃料
加圧室内に連通しており、従って燃料溢流路が長くなる
と燃料加圧室の容積が増大することになる。しかしなが
ら燃料加圧室の容積が増大すると燃料加圧室内の燃料圧
を高圧化するのが困難となるために良好な燃料の微粒化
を確保するのが困難となり、更に燃料噴射を停止すべく
溢流弁が開弁したときに燃料加圧室内の燃料圧が即座に
低下しないために溢流弁が開弁した後も燃料噴射が続行
する。この溢流弁が開弁した後に行なわれる燃料噴射は
燃料噴射圧が低いために微粒化が悪く、斯くしてスモー
クが発生するばかりでなり、良好な機関出力および良好
な燃料消費率を確保するのが困難であるという問題があ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば機関により
駆動されるプランジャと、燃料で満たされかつプランジ
ャにより加圧される燃料加圧室と、燃料加圧室内の燃料
圧に応動して燃料圧が予め定められた圧力を越えたとき
に開弁するニードルと、摺動孔内に摺動可能に挿入され
かつ燃料加圧室内の燃料の溢流を制御する溢流弁と、溢
流弁を摺動孔の軸線方向に移動せしめて溢流弁の開閉制
御を行なう圧電素子とを具備し、溢流弁が閉弁したとき
に燃料噴射が行なわれるユニットインジェクタにおい
て、摺動孔をその軸線がニードル軸線にほぼ直交する直
線に対し間隔を隔てて平行をなすように形成している。

〔実施例〕

第１図から第３図を参照すると、１はハウジング本体、
２はその先端部にノズル口３を形成したノズル、４はス
ペーサ、５はスリーブ、６はこれらノブル２、スペーサ
４、スリーブ５をハウジング本体１に固締するためのノ
ズルホルダを夫々示す。ノズル２内にはノズル口３の開
閉制御を行なうニードル７が摺動可能に挿入され、ニー
ドル７の頂部は加圧ピン８を介してスプリングリテーナ
９に連結される。このスプリングリテーナ９は圧縮ばね
10により常時下方に向けて押圧され、この押圧力は加圧
ピン８を介してニードル７に伝えられる。従ってニード
ル７は圧縮ばね10によって常時閉弁方向に付勢されるこ
とになる。

一方、ハウジング本体１内にはニードル７と共軸的にプ
ランジャ孔11が形成され、このプランジャ孔11内にプラ
ンジャ12が摺動可能に挿入される。プランジャ12の上端
部はタペット13に連結され、このタペット13は圧縮ばね
14により常時上方に向けて付勢される。このタペット13
は機関駆動のカム（図示せず）により上下動せしめら
れ、それによってプランジャ12がプランジャ孔11内にお
いて上下動せしめられる。一方、プランジャ12下方のプ
ランジャ孔11内にはプランジャ12によって画定された燃
料加圧室15が形成される。この燃料加圧室15は棒状フィ
ルタ16および燃料通路17を介してニードル加圧室18に連
結され、このニードル加圧室18はニードル７周りの環状
燃料通路19を介してノズル口３に連結される。また、プ
ランジャ孔11の内壁面上には第２図に示すようにプラン
ジャ12が上方位置にあるときに燃料加圧室15内に開口す
る燃料供給ポート20が形成され、この燃料供給ポート20
から燃料加圧室15内に3kg/cm²程度の圧力の燃料が供給
される。

一方、ハウジング本体１内にはプランジャ孔11内の側方
近傍において横方向に延びる摺動孔21が形成される。従
ってこの摺動孔21はその軸線がプランジャ12とニードル
７の共通軸線にほぼ直交する直線に対し間隔を隔てて平
行をなすように形成される。この摺動孔21内には溢流弁
22が摺動可能に挿入され、この摺動孔21に隣接してこの
摺動孔21よりも大径の燃料溢流室23が形成される。この
燃料溢流室23には燃料供給口24から燃料が供給され、図
示しない燃料流出口から燃料が流出する。この燃料溢流
室23内の燃料圧は3kg/cm²程度に維持されている。溢流
弁22は燃料溢流室23内に位置する拡大頭部22aと、拡大
頭部22aに隣接して形成された円周溝22bとを有し、この
拡大頭部22aが弁ポート25の開閉制御を行なう。摺動弁2
2は拡大頭部22aと反対側に位置する圧縮ばね26により第
１図において常時右方に向けて付勢される。また、ハウ
ジング本体１内には第２図に示すように燃料加圧室15か
ら半径方向上方に向けて延びる燃料溢流路27が形成され
る。この燃料溢流路27の一端は常時燃料加圧室15内に連
通しており、燃料溢流路27の他端は常時溢流弁22の円周
溝22b内に連通する。

更に、ハウジング本体１内には摺動孔21と共軸的にロッ
ド孔28が形成され、このロッド孔28内にロッド29が摺動
可能に挿入される。ロッド29の一端は溢流弁22の拡大頭
部22aと当接可能に配置され、ロッド29の他端にはロッ
ド29の他端により画定された圧力制御室30が形成され
る。

一方、ハウジング本体１には圧電素子ハウジング31が固
締され、この圧電素子ハウジング31内に多数の圧電素子
板を積層したピエゾ圧電素子32が挿入される。圧電素子
ハウジング31の下端部にはピストン33が摺動可能に挿入
され、このピストン33の下方には燃料で満たされたシリ
ンダ室34が形成される。このシリンダ室34は燃料通路35
を介して圧力制御室30に連結される。また、シリンダ室
34内にはピストン33を常時上方に向けて付勢する皿ばね
36が挿入され、ピエゾ圧電素子32は圧電素子ハウジング
31の頂部とピストン33間において支持される。このピエ
ゾ圧電素子32の軸線は溢流弁22とロッド29の共通軸線に
対してほぼ直角をなしており、従ってピエゾ圧電素子32
の軸線はプランジャ13とニードル７の共通軸線とほぼ平
行をなす。圧電素子ハウジング31内には冷却液体、例え
ば燃料をピエゾ圧電素子32の周りに導びくための冷却液
体供給通路37と冷却液体排出通路38が形成される。冷却
液体供給通路37からピエゾ圧電素子32の上端部周りに供
給された冷却液体、例えば燃料はピエゾ圧電素子32を冷
却しつつピエゾ圧電素子32の周りを下降し、冷却液体排
出通路38から排出される。圧電素子ハウジング31の頂部
にはピエゾ圧電素子32に電力を供給するためのプラグ39
が取付けられる。

一方、第４図のおよび第５図に示されるようにハウジン
グ本体１には逆止弁40が挿入される。この逆止弁40は弁
ポート41の開閉制御をするボール42と、ボール42のリフ
ト量を規制するロッド43と、ボール42およびロッド43を
常時下方に向けて押圧する圧縮ばね44とを具備し、従っ
て弁ポート41は通常ボール42によって閉鎖される。逆止
弁40の弁ポート41は環状の燃料流入通路45および燃料流
入通路46を介して燃料溢流室23に連結され、逆止弁40の
燃料流出通路47はシリンダ室34内に連結される。前述し
たように燃料溢流室23内の燃料圧は3kg/cm²程度に維持
されており、シリンダ室34内の燃料圧が燃料溢流室23内
の燃料圧よりも低くなると逆止弁40が開弁して燃料がシ
リンダ室34内に補給される。従ってシリンダ室34は常時
燃料によって満たされることになる。

前述したようにプランジャ12が上方位置にあるときには
燃料供給ポート20から燃料が加圧室15内に燃料が供給さ
れ、従ってこのときには燃料加圧室15内は3kg/cm²程度
の低圧になっている。一方、このときピエゾ圧電素子32
は最大収縮位置にあり、このときシリンダ室34および圧
力制御室30内の燃料圧は3kg/cm²程度の低圧になってい
る。従ってこのとき溢流弁22は圧縮ばね26のばね力によ
り第１図において右方に移動しており、溢流弁22の拡大
頭部22aが弁ポート25を開口している。斯くしてこのと
き燃料溢流路27および溢流弁22の円周溝22b内の燃料圧
も3kg/cm²程度の低圧になっている。

次いでプランジャ12が下降すると燃料供給ポート20がプ
ランジャ12によって閉鎖されるが溢流弁22が弁ポート25
を開口しているために燃料加圧室15内の燃料は燃料溢流
路27、溢流弁22の円周溝22bおよび弁ポート25を介して
燃料溢流室23内に流出する。従ってこのときも燃料加圧
室15内の燃料圧は3kg/cm²程度の低圧となっている。

次いで燃料噴射を開始すべくピエゾ圧電素子32に電荷が
チャージされるとピエゾ圧電素子32は軸線方向に伸長
し、その結果ピストン33が下降するためにシリンダ室34
および圧力制御室30内の燃料圧が急激に上昇する。圧力
制御室30内の燃料圧が上昇するとロッド29が第１図にお
いて左方に移動するためにそれに伴なって溢流弁22も左
方に移動し、溢流弁22の拡大頭部22aが弁ポート25を閉
鎖する。弁ポート25が閉鎖されると燃料加圧室15内の燃
料室はプランジャ12の下降運動により急速に上昇し、燃
料加圧室15内の燃料圧が予め定められた圧力、例えば15
00kg/cm²異常の一定圧を越えるとニードル７が開弁して
ノズル口３から燃料が噴射される。このとき燃料溢流路
27を介して溢流弁22の円周溝22b内にも高圧が加わるが
円周溝22bの軸方向両端面の受圧面積が等しいためにこ
の高圧によって溢流弁22に駆動力が作用しない。

次いで燃料噴射を停止すべくピエゾ圧電素子32にチャー
ジされた電荷がディスチャージされるとピエゾ圧電素子
32が収縮する。その結果、ピストン33が皿ばね36のばね
力により上昇せしめられるためにシリンダ34および圧力
制御室30内の燃料圧が低下する。圧力制御室30内の燃料
圧が低下するとロッド29および溢流弁22が圧縮ばね26の
ばね力により第１図において右方に移動するために溢流
弁22の拡大頭部22bが弁ポート25を開口する。その結
果、燃料加圧室15内の高圧の燃料が燃料溢流路27、溢流
弁22の円周溝22bおよび弁ポート25を介して燃料溢流室2
3内に流出するために燃料加圧室15内の燃料圧はただち
に3.0kg/cm²程度の低圧まで低下し、ニードル７が下降
して燃料噴射を停止する。次いでプランジャ12が上昇し
て上端位置まで戻り、再び下降を開始する。

このようにプランジャ12には燃料加圧室15内の燃料圧が
1500kg/cm²以上の高圧となるように強力な下向きの駆動
力が与えられる。しかしながら摺動孔21はプランジャ12
の側方に配置されているので摺動孔21が歪むことなく、
斯くして溢流弁22の円滑な摺動作用を確保することがで
きる。また、摺動孔21はプランジャ12の側方において横
方向に延びるように配置されているので摺動孔21を燃料
加圧室15に近接して配置することができる。その結果、
燃料溢流路27の長さを短かくすることができるので燃料
溢流路27も含めた燃料加圧室15の容積を小さくすること
ができる。従って燃料加圧室15内の燃料圧を容易に高圧
化することができるので良好な噴射燃料の微粒化を確保
することができる。更に、燃料加圧室15の容積を小さく
することができるので溢流弁22が開弁したときに燃料加
圧室15内の燃料圧がただちに低下し、燃料噴射がただち
に停止する。従って溢流弁22が開弁した後に低圧下で燃
料噴射が継続することがないのでスモークの発生を抑制
でき、しかも機関出力を向上できると共に燃料消費率を
向上することができる。また、溢流弁22の開閉動作に応
動して燃料噴射量が即座に立上り、燃料噴射が即座に停
止するので良好なパイロット噴射を行なうことができ
る。

また、摺動孔21をプランジャ12の側方において横方向に
延びるように形成することによってユニットインジェク
タの横巾を狭くすることができ、更にピエゾ圧電素子32
をその軸線が摺動孔21およびロッド29の共通軸線に対し
てほぼ直角をなすように、即ちプランジャ12とニードル
７の共通軸線に対してほぼ平行をなすように配置するこ
とによってユニットインジェクタの横巾を更に狭くする
ことができる。

〔発明の効果〕

摺動孔がプランジャの駆動力により歪むことなく、燃料
溢流路も含めた燃料加圧室の容積を小さくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図のＩ−Ｉ線に沿ってみたユニットインジ
ェクタの側面断面図、第２図は第１図のII−II線に沿っ
てみた側面断面図、第３図は第１図の平面図、第４図は
第１図のIV−IV線に沿ってみた断面図、第５図は第４図
のＶ−Ｖ線に沿ってみた断面図である。 ７……ニードル、12……プランジャ、 15……燃料加圧室、21……摺動孔、 22……溢流弁、23……燃料溢流室、 29……ロッド、30……圧力制御室、 32……ピエゾ圧電素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関により駆動されるプランジャと、燃料
   で満たされかつプランジャにより加圧される燃料加圧室
   と、燃料加圧室内の燃料圧に応動して該燃料圧が予め定
   められた圧力を越えたときに開弁するニードルと、摺動
   孔内に摺動可能に挿入されかつ該燃料加圧室内の燃料の
   溢流を制御する溢流弁と、該溢流弁を該摺動孔の軸線方
   向に移動せしめて溢流弁の開閉制御を行なう圧電素子と
   を具備し、溢流弁が閉弁したときに燃料噴射が行なわれ
   るユニットインジェクタにおいて、上記摺動孔をその軸
   線がニードルの軸線にほぼ直交する直線に対し間隔を隔
   てて平行をなすように形成したユニットインジェクタ。