JPH07117013B2 - ユニツトインジエクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はユニットインジェクタに関する。

〔従来の技術〕

燃料圧送室と、機関によって駆動されかつ燃料圧送室内
の燃料を加圧するプランジャと、燃料供給ポンプに連結
されかつプランジャが圧縮準備位置にあるときに燃料圧
送室内に開口する燃料供給ポートと、ばね付勢されたニ
ードルにより通常閉鎖されている燃料噴射孔と、燃料圧
送室と燃料噴射孔とを連通する高圧燃料供給路内に設け
られて高圧燃料供給路から燃料溢流室に通ずる燃料溢流
ポートを燃料噴射停止時に開口する摺動弁と、摺動弁を
制御するアクチュエータを具備したユニットインジェク
タが公知である。このようなユニットインジェクタにお
いて燃料噴射の応答性を向上するために燃料溢流ポート
を開口する方向に摺動弁を付勢するばねと、ピエゾ圧電
素子からなるアクチュエータにより駆動されるピストン
によって画定された圧力伝達室と、圧力伝達室内の燃料
圧によって駆動されかつ圧力伝達室内の燃料圧が上昇し
たときに燃料溢流ポートを閉鎖する方向に摺動弁を押圧
するロッドとを具備し、燃料溢流室を逆止弁を介して圧
力伝達室内に連結したユニットインジェクタが本出願人
により既に提案されている（特願昭61−210126号公
報）。このユニットインジェクタではロッドにより摺動
弁を押圧して燃料溢流ポートを閉鎖するために圧力伝達
室内を常時燃料で充填しておく必要がある。従ってこの
ユニットインジェクタでは圧力伝達室内の燃料が漏洩し
たときに燃料溢流室内の燃料を圧力伝達室内に供給する
ために燃料溢流室を逆止弁を介して圧力伝達室内に連結
するようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらこのような逆止弁を用いると燃料噴射をす
べく圧力伝達室内の燃料圧を高めたときに逆止弁が完全
に閉弁しない危険性があり、この場合には摺動弁により
燃料溢流ポートを閉弁せしめることができないために燃
料噴射を行なうことができないという問題がある。

〔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燃料圧送室
と、機関によって駆動されかつ燃料圧送室内の燃料を加
圧するプランジャと、プランジャが圧縮準備位置にある
ときに燃料圧送室内に開口する燃料供給ポートと、ばね
付勢されたニードルにより通常閉鎖されている燃料噴射
孔と、燃料圧送室と燃料噴射孔とを連通する高圧燃料供
給路内に設けられて高圧燃料供給路から燃料溢流室に通
ずる燃料溢流ポートを燃料噴射停止時に開口する摺動弁
と、摺動弁を制御するアクチュエータを具備したユニッ
トインジェクタにおいて、燃料溢流ポートを開口する方
向に摺動弁を付勢するばねと、アクチュエータにより駆
動されるピストンによって画定された圧力伝達室と、圧
力伝達室内の燃料圧によって駆動されかつ圧力伝達室内
の燃料圧が上昇したときに燃料溢流ポートを閉鎖する方
向に摺動弁を押圧するロッドと、圧力伝達室内に連結さ
れかつプランジャが圧縮準備位置にあるときに燃料圧送
室内に開口する燃料充填通路を具備している。

〔実施例〕

図面を参照するとユニットインジェクタ１の本体２内に
は摺動弁保持体３が嵌着され、この摺動弁保持体３はノ
ズル支持体４と共にナット５によってインジェクタ本体
２に固定される。ノズル支持体４の先端部にはノズル６
がスペーサ７を介してノズルホルダ８により固締され、
ノズル６の先端部には燃料噴射孔９が形成される。ノズ
ル６内には燃料噴射孔９の開閉制御を行なうニードル10
が摺動可能に挿入され、ノズル支持体４内には加圧ピン
11を介してニードル10の燃料噴射孔９に向けて押圧する
圧縮ばね12が挿入される。従って燃料噴射孔９は通常ニ
ードル10によって閉鎖されている。ノズル支持体４内に
は燃料通路13が形成され、この燃料通路13はニードル10
の中間部に形成された円錐状受圧面14周りの加圧室15に
連通する。この加圧室15はニードル10周りの環状間隙を
介して燃料噴射孔９に連結される。燃料通路13内の燃料
圧が高くなり、従って加圧室15内の燃料圧が高くなると
ニードル10は圧縮ばね12のばね力に抗して上昇せしめら
れ、斯くして高圧の燃料が燃料噴射孔９から噴射せしめ
られる。

一方、インジェクタ本体２内にはインジェクタ本体２の
上端部から摺動弁支持体３まで延びるプランジャ孔16が
形成され、このプランジャ孔16内にはプランジャ17が摺
動可能に挿入される。このプランジャ17と摺動弁支持体
３間には燃料圧送室18が形成される。プランジャ17の上
端部はタペット19に連結され、タペット19とインジェク
タ本体２間にはプランジャ17を常時上方に向けて付勢す
る圧縮ばね20が挿入される。タペット19はタペット19上
において回転可動に支承されたローラ21を具備し、この
ローラ21は機関駆動のカム22のカム面上を転動する。従
ってカム22が回転するとプランジャ17が上下動せしめら
れることがわかる。摺動弁支持体３の周りには摺動弁支
持体３を包囲する環状の燃料室23が形成され、この環状
燃料室23は燃料供給口24を介して燃料供給ポンプ（図示
せず）に連結される。一方、摺動弁支持体３に関して燃
料供給口24の反対側には環状燃料室23の一部を構成する
燃料溢流室23aが形成され、この燃料溢流室23aは図示し
ない定圧制御弁を介して燃料タンクに連結される。燃料
供給ポンプから燃料供給口24を介して環状燃料室23内に
送り込まれた燃料は摺動弁支持体３の周りを廻って燃料
溢流室23aに達し、次いで定圧制御弁を介して燃料タン
クに返戻される。従って環状燃料室23内の燃料圧はこの
定圧制御弁によって一定圧に維持される。この一定圧は
例えば1kg/cm²から2kg/cm²程度の低圧である。図面に示
すようにローラ21がカム22の基準円形カム面部分と接触
しているときにはプランジャ17は上端位置、即ち圧縮準
備位置にある。燃料圧送室18の内壁面上には環状燃料室
23に連通した燃料供給ポート25が形成されており、この
燃料供給ポート25はプランジャ17が圧縮準備位置にある
ときに燃料圧送室18内に開口する。また、環状燃料室23
は漏洩燃料排出通路26を介して圧縮ばね12の収容室内に
連通する。圧縮ばね12の収容室内に漏洩した燃料は漏洩
燃料排出通路26を介して環状燃料室23内に返戻される。

摺動弁支持体３内には横方向に延びる摺動弁挿入孔27が
形成され、この摺動弁挿入孔27内に摺動弁28が摺動可能
に挿入される。摺動弁挿入孔27はその一端部に燃料溢流
室23aに開口する燃料溢流ポート29を形成している。摺
動弁28はその全外周面に沿って延びる環状溝30と、この
環状溝30に隣接して形成されかつ摺動弁挿入孔27よりも
大径の拡大頭部31とを具備する。拡大頭部31は燃料溢流
室23a内に位置し、この拡大頭部31によって燃料溢流ポ
ート29の開閉制御が行なわれる。摺動弁28の環状溝30は
燃料通路32を介して燃料圧送室18に連通しており、この
燃料通路32内に環状溝30から燃料圧送室18内に向けての
み流通可能な圧力制御用逆止弁33が配置される。この圧
力制御用逆止弁33はボール34と圧縮ばね35からなる。な
お、この圧力制御用逆止弁33は必ずしも設ける必要はな
い。また、摺動弁28の環状溝30は燃料通路36を介して燃
料通路13に連通しており、この燃料通路36内には環状溝
30から燃料通路13に向けてのみ流通可能な逆止弁37と、
燃料中の異物を取除くためのバーフィルタ38とが挿入さ
れる。

燃料溢流室23aと反対側の環状燃料室23の内壁面と摺動
弁28間には圧縮ばね39が挿入され、この圧縮ばね39のば
ね力によって摺動弁28は燃料溢流ポート29を開弁する方
向に付勢される。インジェクタ本体２には摺動弁28と整
列配置されかつ摺動弁28の拡大頭部31に当接するロッド
40が摺動可能に挿入され、このロッド40を駆動するため
のロッド駆動装置41がインジェクタ本体２内に取付けら
れる。このロッド駆動装置41はインジェクタ本体２に固
締されたケーシング42と、ケーシング42内において摺動
可能に支承されたピストン43と、ピストン43の一端部と
ケーシング42間に挿入されたアクチュエータ44と、ピス
トン43の他端部により画定された小容積の圧力伝達室45
と、ピストン43をアクチュエータ44に向けて押圧する皿
ばね46とにより構成され、ロッド40の外端面は圧力伝達
室45内に露呈する。アクチュエータ44は薄板状の圧電素
子を多数板積層したピエゾ圧電素子からなる。ピエゾ圧
電素子44に電圧を印加するとピエゾ圧電素子は電歪効果
によって長手方向の歪を生ずる、即ち長手方向に伸び
る。この伸び量は例えば50μｍ程度の少量であるが応答
時間が極めて短かい。一方、電圧の印加を停止すればピ
エゾ圧電素子44はただちに縮み、このときの応答時間も
極めて短かい。

燃料圧送室18の内壁面には燃料充填ポート47が形成さ
れ、この燃料充填ポート47は燃料充填通路48を介して圧
力伝達室45内に連通せしめられる。この燃料充填ポート
47はプランジャ17が圧縮準備位置にあるときに燃料圧送
室18内に開口する。ただしこの燃料充填ポート47はプラ
ンジャ17が下降したときにまず始めに燃料供給ポート25
がプランジャ17によって閉鎖され、次いで燃料充填ポー
ト47がプランジャ17によって閉鎖されるように燃料供給
ポート25よりも摺動弁28に近い側に形成される。

前述したように逆止弁33は必ずしも設ける必要がなく、
従ってまず始めに逆止弁33を設けない場合についてイン
ジェクタの作動を説明する。

プランジャ17が圧縮準備位置にあるときにはピエゾ圧電
素子44への電圧の印加が停止しており、ピエゾ圧電素子
44は縮んでいる。このとき摺動弁28およびロッド40が右
方に移動して摺動弁28の拡大頭部31が燃料溢流ポート29
を開弁している。従ってこのとき摺動弁28の環状溝30は
燃料溢流室23aに連通している。一方、このとき燃料が
燃料供給ポート25から燃料圧送室18内に送り込まれ、従
って燃料圧送室18は燃料で充填されている。更に燃料供
給ポート25から燃料圧送室18内に送り込まれた燃料の一
部は燃料充填ポート47および燃料充填通路48を介して燃
料伝達室45内に送り込まれ、従って燃料伝達室45も燃料
によって充填される。このとき燃料伝達室45、燃料圧送
室18および摺動弁28の環状溝30は全て環状燃料室23に連
通しており、従ってこれらの各室或いは溝内の燃料圧は
ほぼ等しくなっている。

次いでプランジャ17が下降してまず始めに燃料供給ポー
ト25を閉鎖し、次いで燃料充填ポート47を閉鎖する。次
いで更にプランジャ17が下降しても燃料圧送室18内の燃
料は燃料通路32および摺動弁28の環状溝30を通って燃料
溢流室23a内に流出するだけなので燃料圧送室18内の燃
料圧は上昇しない。次いで燃料噴射開始時期になるとピ
エゾ圧電素子44に電圧が印加され、その結果ピエゾ圧電
素子44が伸びるためにピストン43が左方に移動する。こ
のとき燃料充填ポート47はプランジャ17によって閉鎖さ
れているために圧力伝達室45内の圧力は即座に上昇す
る。その結果ロッド40が左方に移動して摺動弁28を圧縮
ばね39のばね力に抗して左方に移動せしめ、斯くして摺
動弁28の拡大頭部31が燃料溢流ポート29を閉鎖する。燃
料溢流ポート29が閉鎖せしめられると燃料圧送室18内の
圧力はただちに上昇し、同時に燃料圧送室18から燃料噴
射孔９に至る高圧燃料通路、即ち燃料通路32、環状溝3
0、燃料通路36,13および加圧室15内の圧力もただちに上
昇する。その結果ニードル10が上昇して燃料噴射が開始
される。次いでプランジャ17が下降し続け、燃料噴射作
用が続行せしめられる。燃料噴射完了時期になるとピエ
ゾ圧電素子44への電圧の印加が停止され、ピエゾ圧電素
子44が縮む。その結果ピストン43が右方に移動するため
に圧力伝達室45内の圧力が即座に低下する。圧力伝達室
45内の圧力が低下すると摺動弁28およびロッド40が圧縮
ばね39のばね力によって右方に移動し、摺動弁28の拡大
頭部31が燃料溢流ポート29を開弁する。その結果、燃料
圧送室18および高圧燃料通路内の圧力が低下するために
ニードル10が燃料噴射孔９を閉鎖し、斯くして燃料の噴
射作用が停止する。なお、本発明によるインジェクタは
応答性が極めてよいために摺動弁28が燃料溢流ポート29
に開弁すると高圧燃料通路内の燃料圧がただちに低下す
る。ところがニードル10が完全に燃料噴射孔９を開弁す
るまでの間に高圧燃料通路内の燃料圧が急激に低下する
と燃焼ガスを燃料噴射孔９から吸い込む危険性がある。
そこでこのように燃焼ガスを吸い込むのを防止するため
に逆止弁37が設けられている。即ち、このような逆止弁
37を設けた場合には高圧燃料通路内の燃料圧が低下し始
めると逆止弁39が開弁し、斯くして燃料通路13や加圧室
15内の圧力が一気に低くなることがないために燃焼ガス
の吸い込みを防止することができる。

次いでプランジャ17が上昇運動を開始すると逆止弁33が
設けられていない場合には燃料が燃料通路32から燃料圧
送室18内に送り込まれる。次いで再びプランジャ17が圧
縮準備位置まで上昇すると燃料供給ポート25から燃料が
燃料圧送室18内に補充され、同時に圧力伝達室45内に燃
料が補充される。このように本発明ではプランジャ17が
上下動する毎に圧力伝達室45に燃料が補充されるのでピ
エゾ圧電素子44に電圧が印加される前に圧力伝達室45に
は燃料が確実に充填されることになる。また、ピエゾ圧
電素子44に電圧が印加されたときには燃料充填ポート47
がプランジャ17によって完全に閉鎖されているので圧力
伝達室45内の圧力を確実に高めることができ、斯くして
確実に燃料噴射を行なうことができる。

前述したように環状燃料室23内の燃料圧は1kg/cm²から2
kg/cm²の低圧であり、従って機関回転数が高くなってプ
ランジャ17による燃料充填ポート47の開口時間が短かく
なると十分な燃料を圧力伝達室45に供給できなくなる危
険性がある。このような危険性を回避するには図面に示
すように一定圧で開弁する逆止弁33を燃料通路32内に設
けることが好ましい。即ち前述したようにプランジャ17
の下降運動が開始されるとまず始めに燃料供給ポート25
が閉鎖され、次いで燃料充填ポート47が閉鎖されるが一
定圧で開弁する逆止弁33を設けた場合にはプランジャ17
が燃料供給ポート25を閉鎖するや否や燃料圧送室18内の
燃料の圧縮作用が開始され、燃料圧送室18内の燃料圧が
上昇する。この燃料圧は燃料充填ポート47が燃料圧送室
18内に連通している間にかなり高くなるので高圧の燃料
が圧力伝達室45内に送り込まれることになる。このよう
に逆止弁33を設けると高圧の燃料が圧力伝達室45内に送
り込まれるので機関回転数が高くなっても圧力伝達室45
内を燃料でもって完全に充填することができる。

一方、ピエゾ圧電素子44への電圧の印加を停止したとき
に応答性よく燃料の噴射作用を停止するには摺動弁28を
開弁方向に付勢する圧縮ばね39のばね力をできるだけ強
くすることが必要となる。しかしながら圧縮ばね39のば
ね力をあまり強くしすぎるとピエゾ圧電素子44に電圧が
印加されたときにロッド40に作用する押圧力では摺動弁
28を閉弁方向に押圧することができなくなる。しかしな
がら高圧の燃料を圧力伝達室45内に送り込むと圧縮ばね
39のばね力を強くしても摺動弁28を確実に閉弁すること
ができる。即ち、高圧の燃料を圧力伝達室45内に送り込
むとピエゾ圧電素子44はわずかばかり縮むが圧力伝達室
45内は高圧の燃料で充填される。ところがピエゾ圧電素
子44は電圧が印加されたときに圧力伝達室45内の圧力に
拘わらず常に一定量だけ伸びるという性質を有する。従
って高圧の燃料を圧力伝達室45内に充填してもピエゾ圧
電素子44に電圧が印加されたときの圧力伝達室45内の容
積減少割合は十分に大きく、しかも容積減少前の圧力伝
達室45内の圧力は高圧であるので容積減少後の圧力伝達
室45内の圧力はかなり高くなる。従って高圧の燃料を圧
力伝達室45内に送り込むことにより圧縮ばね39のばね力
を強くしても摺動弁28を確実に閉弁することができる。
このように高圧の燃料を圧力伝達室45内に送り込むこと
によって圧縮ばね39のばね力を高めることができるので
燃料噴射停止の応答性を向上することができる。なお、
逆止弁33を設けるとプランジャ17が上昇したときに燃料
通路32から燃料圧送室18内に燃料が供給されないので燃
料圧送室18内の圧力は低下し、プランジャ17が燃料充填
ポート47を開口したときに圧力伝達室45内の燃料の一部
が燃料圧送室18内に流出するがプランジャ17が下降する
ときに再び高圧の燃料が圧力伝達室45内に送り込まれる
ので何ら問題は生じない。

〔発明の効果〕

圧力伝達室を確実に燃料によって満たすことができると
共にピエゾ圧電素子に電圧が印加されるときにはプラン
ジャによって圧力伝達室からの燃料の流出が完全に遮断
されるのでピエゾ圧電素子に電圧が印加されたときに圧
力伝達室内の燃料圧を確実に上昇させることができ、斯
くして燃料噴射を確実に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

図はユニットインジェクタの側面断面図である。 ９……燃料噴射孔、10……ニードル、 17……プランジャ、18……燃料圧送室、 23……環状燃料室、23a……燃料溢流室、 25……燃料供給ポート、28……摺動弁、 29……燃料溢流ポート、30……環状溝、 40……ロッド、43……ピストン、 44……アクチュエータ、45……圧力伝達室、 47……燃料充填ポート、48……燃料充填通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料圧送室と、機関によって駆動されかつ
   該燃料圧送室内の燃料を加圧するプランジャと、プラン
   ジャが圧縮準備位置にあるときに燃料圧送室内に開口す
   る燃料供給ポートと、ばね付勢されたニードルにより通
   常閉鎖されている燃料噴射孔と、燃料圧送室と燃料噴射
   孔とを連通する高圧燃料供給路内に設けられて高圧燃料
   供給路から燃料溢流室に通ずる燃料溢流ポートを燃料噴
   射停止時に開口する摺動弁と、該摺動弁を制御するアク
   チュエータを具備したユニットインジェクタにおいて、
   上記燃料溢流ポートを開口する方向に上記摺動弁を付勢
   するばねと、上記アクチュエータにより駆動されるピス
   トンによって画定された圧力伝達室と、圧力伝達室内の
   燃料圧によって駆動されかつ該圧力伝達室内の燃料圧が
   上昇したときに上記燃料溢流ポートを閉鎖する方向に上
   記摺動弁を押圧するロッドと、圧力伝達室内に連結され
   かつプランジャが圧縮準備位置にあるときに燃料圧送室
   内に開口する燃料充填通路を具備したユニットインジェ
   クタ。