JPH09158812A - 電磁弁およびそれを用いた燃料噴射装置 - Google Patents

電磁弁およびそれを用いた燃料噴射装置

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JPH09158812A
JPH09158812A JP7316370A JP31637095A JPH09158812A JP H09158812 A JPH09158812 A JP H09158812A JP 7316370 A JP7316370 A JP 7316370A JP 31637095 A JP31637095 A JP 31637095A JP H09158812 A JPH09158812 A JP H09158812A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小時間間隔で電磁駆動部への通電をオン、
オフしても開弁応答性および閉弁応答性に優れ、かつ小
型化可能な電磁弁およびそれを用いた燃料噴射装置を提
供する。 【解決手段】 電磁弁２０はインジェクタボディ１１の
上方に配設されている。電磁弁２０の弁部材２１内に形
成した圧力バランス室４０の制御圧力室３０側の開口部
に流量絞り４１が形成されており、圧力バランス室４０
の他方の開口部はバランスピストン２２により封止され
ている。流量絞り４１は圧力バランス室４０への燃料流
入量および圧力バランス室４０からの燃料流出量を規制
している。微小噴射量制御時、コイル２４への通電を微
小時間間隔でオン、オフしても、圧力バランス室４０と
制御圧力室３０との差圧が弁部材２１の開弁方向および
閉弁方向に働くので、燃料噴射開始および燃料噴射終了
の応答性に優れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力バランスされ
た電磁弁およびそれを用いた燃料噴射装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来より、インジェクタのニードル弁の
反噴射側に設けた制御圧力室の圧力を電磁弁の開閉によ
り調節し、燃料噴射時期を制御する蓄圧式燃料噴射装置
として図３に示す構成のものが知られている。インジェ
クタ１００のインジェクタボディ１０１には、ニードル
弁１１０、プレッシャピン１１１、制御ピストン１１２
が往復移動可能に収容されている。スプリング１１３は
ニードル弁１１０を噴孔１０１ａを閉塞する方向に付勢
している。燃料ポンプ１４０からコモンレール１４１に
供給された高圧燃料はコモンレール１４１の蓄圧室で蓄
圧され、この蓄圧された高圧燃料が、燃料供給通路１４
２から燃料溜まり１１４に供給されている。制御ピスト
ン１１２の反噴射側に制御圧力室１２０が設けられ、こ
の制御圧力室１２０にも燃料供給通路１４２から流入絞
り１４３を介して高圧燃料が供給されている。制御圧力
室１２０の高圧燃料は、後述する電磁弁１３０が開弁す
ることにより流出絞り１４４を介して低圧の燃料排出通
路１４５に流出する。
【０００３】インジェクタボディ１０１の図３の上方に
制御圧力室１２０と燃料排出通路１４５とを断続する電
磁弁１３０が配設されている。弁部材１３１はバルブボ
ディ１３２に往復移動可能に支持されており、スプリン
グ１３３により弁座１３２ａに着座する方向に付勢され
ている。コイル１３４への通電オフ時、スプリング１３
３の付勢力により弁部材１３１が弁座１３２ａに着座
し、制御圧力室１２０と燃料排出通路１４５との連通が
遮断されると、制御圧力室１２０の燃料圧力が高圧に保
持されるので、制御圧力室１２０の燃料圧力から制御ピ
ストン１１２が噴孔閉塞方向に受ける力とスプリング１
１３の付勢力とによりニードル弁１１０は噴孔１０１ａ
を閉塞する。
【０００４】コイル１３４への通電オン時、発生する磁
力により弁部材１３１はストッパ１３５に当接するまで
吸引されて弁座１３２ａから離座し、制御圧力室１２０
の高圧燃料が燃料排出通路１４５に流出する。すると、
制御圧力室１２０の燃料圧力が低下し、燃料溜まり１１
４の燃料圧力からリフト方向にニードル弁１１０が受け
る力の方がニードル弁１１０が噴孔閉塞方向に受ける力
よりも大きくなるので、ニードル弁１１０がリフトし、
噴孔１０１ａから燃料が噴射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような構成の電磁弁１３０では、弁部材１３１が弁座
１３２ａに着座した状態では、弁部材１３１のシート面
積に制御圧力室１２０の燃料圧力を乗じた力が弁部材１
３１のリフト方向に働くので、このリフト方向に働く力
に抗して弁部材１３１を弁座１３２ａに着座させるため
にはスプリング１３３の付勢力を大きくせざるをえず、
スプリングが大型化してしまう。さらに、スプリングの
大きくなった付勢力に抗して弁部材１３１を吸引するコ
イル１３４の体格も大きくなってしまう。
【０００６】また、コイル１３４への通電をオフして電
磁弁１３０を閉弁する場合、閉弁方向に弁部材１３１を
付勢する力が殆どスプリング１３４の付勢力だけになる
ため、コイル１３４への通電をオフしてもコイル１３４
を含む電磁駆動部に残る残留磁束により弁部材１３１が
電磁弁１３０の開弁方向に力を受けると電磁弁１３０の
閉弁応答性が低下するという問題がある。特に、微小噴
射量制御時のようにニードル弁１１０の素早い応答性、
つまり電磁弁１３０の弁部材１３１の高速応答性、特に
電磁弁１３０の閉弁方向への高速応答性を必要とする場
合、残留磁束に抗して電磁弁１３０を素早く閉弁させる
ためにはスプリング１３３の付勢力を大きくせざるをえ
ない。したがって、この付勢力に抗して弁部材１３１を
吸引する電磁駆動部の吸引力も大きくする必要があるの
で、電磁弁１３０の体格がさらに大きくなるという問題
がある。
【０００７】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、微小時間間隔で電磁駆動部への通
電をオン、オフしても開弁応答性および閉弁応答性に優
れ、かつ小型化可能な電磁弁を提供することを目的とす
る。本発明の他の目的は、微小噴射量制御時において、
燃料噴射開始および燃料噴射終了の応答性に優れた燃料
噴射装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
電磁弁によると、軸方向両端に開口する圧力バランス室
を弁部材に設け、弁部材が弁座に着座した状態において
弁部材に働く開弁方向および閉弁方向の力をバランスさ
せることにより弁部材を閉弁方向に付勢するスプリング
の付勢力を小さくし、スプリングの体格を小さくするこ
とができる。したがって、開弁方向に弁部材を吸引する
力を小さくすることができるので、吸引力を発生する電
磁駆動部の体格が小さくなり、電磁弁の体格が小さくな
る。
【０００９】さらに、圧力バランス室の流体通路の高圧
側に流量絞りを設けたことにより、弁部材が弁座から離
座し電磁弁が開弁しても圧力バランス室から流体通路の
低圧側に流出する流体流量が流量絞りにより規制され
る。したがって、弁部材が弁座から離座した直後、圧力
バランス室の流体圧力は流体通路の低圧側圧力よりも高
くなっている。特に、電磁弁の開弁から閉弁までの時間
間隔が微小である場合、時間間隔が長い場合に比べて圧
力バランス室の流体圧力が高くなるので弁部材が閉弁方
向により大きな力を受けることにより、微小時間間隔で
電磁駆動部への通電をオンからオフしても、弁部材が素
早く閉弁方向に移動する。したがって、スプリングの付
勢力を大きくすることなく電磁弁の閉弁応答性を向上す
ることができる。
【００１０】また、弁部材が弁座に着座した直後、流体
通路の高圧側から圧力バランス室に流入する流体流量が
流量絞りにより規制されるため、圧力バランス室の流体
圧力は流体通路の高圧側圧力よりも低くなる。特に、電
磁弁の閉弁から開弁までの時間間隔が微小である場合、
時間間隔が長い場合に比べて圧力バランス室の流体圧力
が低くなるので弁部材が閉弁方向に受ける力が小さくな
ることにより、微小時間間隔で電磁駆動部への通電をオ
フからオンしても、電磁駆動部に発生する吸引力により
弁部材が吸引され素早く開弁方向に移動する。したがっ
て、電磁駆動部の吸引力を大きくすることなく電磁弁の
開弁応答性を向上することができる。
【００１１】本発明の請求項２記載の燃料噴射装置によ
ると、請求項１記載の電磁弁を用いて噴射側弁部材の反
噴射側に設けた制御圧力室の圧力を調整することによ
り、特に微小噴射量制御時において電磁弁の開閉時間間
隔が短くなっても電磁弁が素早く開弁および閉弁するの
で制御圧力室の圧力がそれに応じて素早く下降および上
昇する。したがって、噴射側弁部材が噴孔を素早く開放
および閉塞して燃料噴射を速やかに開始および終了させ
ることができるので、微小噴射量を高精度に制御可能で
ある。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
実施例を図面に基づいて説明する。本発明の電磁弁をデ
ィーゼルエンジンの蓄圧式燃料噴射装置に適用した一実
施例を図１に示す。図１はインジェクタ１の電磁弁側を
拡大した断面図であり、図１以外の構成は前述した図３
の従来例の構成と実質的に同一である。
【００１３】図１に示す制御ピストン１２は図示しない
ニードル弁とともに往復移動し、インジェクタボディ１
１に往復移動可能に支持されている。制御ピストン１２
の反噴射側に制御圧力室３０が設けられており、図示し
ないコモンレールの蓄圧室で蓄圧された高圧燃料が、燃
料供給通路３１、流入絞り３２を介して制御圧力室３０
に供給されている。制御圧力室３０の燃料圧力により、
制御ピストン１２はインジェクタ１の噴孔閉塞方向に力
を受ける。燃料供給通路３１に供給された高圧燃料はニ
ードル弁周囲の燃料溜まりにも供給されており、ニード
ル弁がリフトすることにより燃料溜まりの高圧燃料が噴
孔から噴射される。
【００１４】電磁弁２０はインジェクタボディ１１の上
方に配設されている。電磁弁２０の弁部材２１は、シリ
ンダとしてのバルブボディ２３に往復移動可能に支持さ
れており、バルブボディ２３に設けた弁座２３ａに着座
可能である。弁部材２１はスプリング２７により弁座２
３ａに向けて付勢されている。弁部材２１内には軸方向
両端に開口する圧力バランス室４０が設けられている。
圧力バランス室４０には燃料通路の高圧側としての制御
圧力室３０側の開口部に流量絞り４１が形成されてお
り、この流量絞り４１は流出絞り３３を介して制御圧力
室３０と連通している。図１に示す状態から弁部材２１
が弁座２３ａから離座すると、制御圧力室３０の高圧燃
料は流出絞り３３から燃料排出通路３４に流出し、図示
しない燃料アウトレットから例えば燃料タンクに還流さ
れる。
【００１５】弁部材２１のシート面積と後述する封止部
材としてのバランスピストン２２の断面積とはほぼ等し
い。つまり、弁部材２１が弁座２３ａに着座した図１に
示す状態では、弁部材２１が制御圧力室側の高圧燃料か
らリフト方向に受ける力と、圧力バランス室４０の高圧
燃料から弁座２３ａへの着座方向に受ける力はほぼ等し
くなっている。弁部材２１の他の受圧面に働く燃料圧力
は、制御圧力室側の高圧燃料および圧力バランス室４０
の高圧燃料に比較して極めて小さいので、弁部材２１が
電磁弁２０の開弁方向および閉弁方向に受ける力はほぼ
等しいと考えることができる。したがって、スプリング
２７の付勢力を小さくしても弁部材２１は弁座２３ａに
着座可能である。さらに、スプリング２７の付勢力に抗
して弁部材２１をリフトするコイル２４の吸引力も小さ
くできるので、電磁弁全体の体格を小型化できる。
【００１６】バランスピストン２２は、圧力バランス室
４０の他方の開口部を封止しており、圧力バランス室４
０を形成する弁部材２１の内壁と摺動可能である。弁部
材２１は、係止部２１ａがバランスピストン２２の端部
に係止されることにより図１の上方へのリフト量を規制
されている。エンジンが始動し、コモンレールから高圧
燃料がインジェクタ１に供給されると、バランスピスト
ン２２は圧力バランス室４０の燃料圧力によりストッパ
２８に当接する。
【００１７】コイル２４はコア２５に巻回されており、
コネクタ２９のピン２９ａからコイル２４に駆動パルス
が供給される。コイル２４およびコア２５は電磁駆動部
を構成しており、コイル２４への通電をオンしたときに
発生する磁力によりスプリング２７の付勢力に抗してア
ーマチャ２６とともに弁部材２１が吸引され、弁部材２
１は弁座２３ａから離座する。
【００１８】次に、インジェクタ１の作動について図１
および図２に基づいて説明する。図２に記入された点の
密度は燃料圧力の高低を示し、点が密集しているほど燃
料圧力が高いことを示している。 (1) 図２の（Ａ）に示すように、コイル２４への通電オ
フ時、弁部材２１は弁座２３ａに着座しているので制御
圧力室３０と燃料排出通路３４との連通は遮断されてお
り、制御圧力室３０および圧力バランス室４０の燃料圧
力は高圧である。このとき、前述したように電磁弁２０
の開弁方向および閉弁方向に燃料圧力から弁部材２１が
受ける力はほぼ等しくなっている。
【００１９】(2) コイル２４への通電オン直後、図２の
（Ｂ）に示すように弁部材２１は弁座２３ａから離座し
制御圧力室３０は低圧側の燃料排出通路３４と連通す
る。このとき、流出絞り３３の流路面積が流入絞り３２
の流路面積よりも大きいので、制御圧力室３０の燃料圧
力が低下する。制御圧力室３０の圧力が低下すると制御
ピストン１２とともにニードル弁がリフトし、噴孔から
燃料が噴射される。
【００２０】圧力バランス室４０内の高圧燃料は流量絞
り４１により低圧側への燃料流出量を規制されているの
で、制御圧力室３０の燃料圧力よりも緩やかに低下す
る。したがって、図２の（Ｂ）に示すコイル２４への通
電オン直後の状態では、圧力バランス室４０内の燃料圧
力は低圧側の燃料圧力よりも高くなっている。 (3) 通常の燃料噴射時においては、コイル２４に送出す
る駆動パルス幅は微小噴射量制御時よりも長いので、コ
イル２４への通電オン状態が図２の（Ｃ）に示すように
継続されることにより、流量絞り４１の流路抵抗にも係
わらず圧力バランス室４０の高圧燃料は燃料排出通路３
４に流出して低圧側とほぼ等しくなる。
【００２１】この状態でコイル２４への通電をオフする
と、弁部材３１を閉弁方向に付勢する力はほぼスプリン
グ力だけであるため、図２の（Ｄ）に示すように弁部材
２１は緩やかに弁座２３ａに着座し圧力バランス室４０
と燃料排出通路３４との連通が遮断される。そして、制
御圧力室３０の燃料圧力が上昇し制御ピストン１２とと
もにニードル弁は噴孔閉塞方向に移動する。これにより
噴孔からの燃料噴射が終了する。
【００２２】通常燃料噴射量制御時においては、電磁弁
２０の開閉弁の時間間隔が微小噴射量制御時よりも長い
ので、前述したように弁部材２１が緩やかに弁座２３ａ
に着座しても噴射量および噴射時期制御に問題は生じな
い。 (4) 一方、微小噴射量制御時、コイル２４に供給される
駆動パルス幅は、前述した(3) の通常の燃料噴射量制御
時に比べ短いので、コイル２４への通電をオフする直前
においても流量絞り４１の流路抵抗により圧力バランス
室４０の燃料圧力は図２の（Ｂ）に示す通電オン直後と
同様に低圧側よりも高い。したがって、微小時間間隔で
コイル２４への通電をオンからオフすると、圧力バラン
ス室４０と低圧側との差圧により、弁部材２１は弁座２
３ａに向けて力を受ける。この力とスプリング２７の付
勢力とにより、コイル２４への通電オフ後、コイル２４
に残留磁束が残っていたとしても、弁部材２１は素早く
弁座２３ａに着座し、制御圧力室３０の燃料圧力も素早
く上昇する。
【００２３】微小噴射量制御時において、微小時間間隔
でコイル２７への通電をオフからオンする直前の状態で
は、流量絞り４１の流路抵抗により制御圧力室３０から
圧力バランス室４０への燃料流入量を規制されているの
で、図２の（Ｄ）に示すように、圧力バランス室４０の
燃料圧力よりも制御圧力室３０の燃料圧力の方が高くな
っている。すなわち、制御圧力室３０と圧力バランス室
４０との差圧により、弁部材２１はリフト方向に力を受
けている。この状態でコイル２７への通電がオンされる
と、コイル２７の吸引力だけではなく、制御圧力室３０
と圧力バランス室４０との差圧からも弁部材２１がリフ
ト方向に力を受けるので弁部材２１は素早くリフトす
る。そして制御圧力室３０の燃料圧力が素早く低下する
ことにより、制御ピストン１２とともにニードル弁も素
早くリフトするので、コイル２４への通電オンに対して
素早い応答性で噴孔から燃料が噴射される。
【００２４】以後、微小噴射量制御時において、微小時
間間隔でコイルへの駆動信号の供給をオン、オフして
も、圧力バランス室の燃料圧力がそれぞれ電磁弁の開弁
方向および閉弁方向に働くことにより電磁弁の開弁応答
性および閉弁応答性を良好に保持し、燃料噴射量および
燃料噴射時期を高精度に制御可能である。以上説明した
本発明の上記実施例では、電磁弁の開閉時間間隔が短い
場合においても開弁応答性および閉弁応答性に優れた電
磁弁を燃料噴射装置に適用したが、本発明ではこのよう
に開閉時間間隔の短い場合において高い開弁応答性およ
び閉弁応答性を要求される流体流路の開閉に本発明の電
磁弁を用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁弁をディーゼルエンジンの燃料噴
射装置に適用した一実施例を示す主要部分の拡大断面図
である。
【図２】本実施例の作動を示す模式的説明図であり、
（Ａ）は通電オフ時の状態を示し、（Ｂ）は通電オン直
後の状態を示し、（Ｃ）は通電オン継続状態を示し、
（Ｄ）は通電オフ直後の状態を示している。
【図３】従来例の燃料噴射装置を示す模式的断面図であ
る。
【符号の説明】
１ インジェクタ（燃料噴射装置） １２ 制御ピストン（噴射側弁部材） ２０ 電磁弁 ２１ 弁部材 ２２ バランスピストン（封止部材） ２３ バルブボディ（シリンダ） ２３ａ 弁座 ２４ コイル（電磁駆動部） ２５ コア（電磁駆動部） ２７ スプリング（付勢手段） ３０ 制御圧力室 ３１ 燃料供給通路 ３２ 流入絞り ３３ 排出絞り ４１ 流量絞り

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体通路の高圧側と低圧側とを断続する
    電磁弁であって、 軸方向両端に開口し流体通路の高圧側と連通する圧力バ
    ランス室を設け、前記圧力バランス室の一方の開口部に
    流量絞りを設けた弁部材と、 前記圧力バランス室を形成する前記弁部材の内壁と摺動
    し前記圧力バランス室の他方の開口部を封止する封止部
    材と、 前記弁部材の前記流量絞り側が着座可能な弁座を有し、
    前記弁部材を軸方向に往復移動可能に支持するシリンダ
    と、 前記弁座に向けて前記弁部材を付勢する付勢手段と、 通電することにより磁力を発生し前記付勢手段の付勢力
    に抗して前記弁部材をリフトさせる電磁駆動部とを備
    え、 前記弁部材が前記弁座に着座すると、前記流体通路の高
    圧側および前記流量絞りは前記流体通路の低圧側との連
    通を遮断され、前記流体通路の高圧側から前記弁部材が
    前記弁座から離座する方向に受ける力と前記圧力バラン
    ス室の流体から前記弁部材が前記弁座に着座する方向に
    受ける力とはほぼ等しく、 前記弁部材が前記弁座から離座すると、前記流体通路の
    高圧側および前記流量絞りは前記流体通路の低圧側と連
    通し、 前記流量絞りは、前記圧力バランス室への流体流入量、
    および前記圧力バランス室からの流体流出量を規制する
    ことを特徴とする電磁弁。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の電磁弁の開閉によりイン
    ジェクタからの燃料噴射時期を制御する燃料噴射装置で
    あって、 前記インジェクタの噴射ノズルの噴孔に高圧燃料を供給
    可能な燃料供給通路と前記噴孔とを断続する噴射側弁部
    材と、前記噴孔を閉塞する方向に前記噴射側弁部材を付
    勢する噴射側付勢手段とを備え、 前記噴射側弁部材の反噴射側に前記燃料供給通路と連通
    し前記電磁弁により燃料低圧側と断続される制御圧力室
    を設け、前記制御圧力室と前記燃料供給通路との間に流
    入絞りを設けるとともに前記制御圧力室と前記弁座との
    間に前記流入絞りよりも流路面積の大きい流出絞りを設
    け、 前記電磁弁の閉弁時、前記制御圧力室の圧力が高圧に保
    持されることにより前記噴射側弁部材は前記噴孔を閉塞
    し、 前記電磁弁の開弁時、前記制御圧力室の高圧燃料が低圧
    側に流出して前記制御圧力室の圧力が低下することによ
    り前記噴射側弁部材がリフトし、前記噴孔から燃料が噴
    射されることを特徴とする燃料噴射装置。
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