JPH0942107A - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コマンドピストン２００の重量を軽量にする
ことにより応答遅れを無くすと共に、ニードル弁１１の
着座時の衝撃荷重を小さくする。 【構成】 背圧室１８とニードル弁１１とを連結して付
勢力を伝達するコマンドピストン２００を少なくとも背
圧室１８の油密の確保できる最小限の摺動部をなすコマ
ンドピストンアウタ部２０と、それよりも小径で軽量の
連結部をなすロッド部１９とで形成しているので、コマ
ンドピストン２００の重量を軽量にすることが可能とな
り、応答遅れを無くすと共に、ニードル弁１１の着座時
の衝撃荷重を小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に適用される
蓄圧式燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平６−１４７０５０号公報には、内
燃機関に用いて燃料の噴射時期や噴射量を制御するのに
好適な三方電磁弁の具体的構成が開示されている。この
三方電磁弁は、弁本体に形成した嵌装孔にアウタバルブ
を摺動自在に嵌装するとともに、該アウタバルブにイン
ナバルブを摺動自在に嵌装した構成を有し、嵌装孔内で
のアウタバルブの摺動とアウタバルブ内でのインナバル
ブの摺動により、供給ポート、制御ポートおよび排出ポ
ート間の流体通路を切換えて、高圧燃料を制御してい
る。そして、弁本体に円周方向で等角度間隔に形成した
複数本の供給通路を、前記供給ポートに連通させてい
る。一方、コモンレールと称される一種のサージタンク
に高圧燃料を蓄圧し、前記構成の三方電磁弁を用い燃料
噴射弁の開閉により、高圧燃料をエンジンに噴射供給す
る蓄圧式燃料噴射装置がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、ディーゼルエン
ジンにおいても、図１に示すような４弁エンジンが実用
化されている。図１は、機械式の噴射弁１が４本のバル
ブ２の中央に配置されているところを示しているが、特
に乗用車用の小型エンジンについては４本のバルブの間
が狭く、公知例のような電子制御式の噴射弁をそのまま
搭載することは、かなり難しい。そこで、図２に示すよ
うに比較的小径のノズル部４０と、比較的大径の油圧制
御弁部１００をコマンドピストン３８により接続し、前
述した４弁エンジンのバルブ間の狭い空間には、比較的
小径のノズル部４０のみを配置し、比較的大径の油圧制
御弁部１００は、バルブの上方の広い空間に配置するよ
うな構成となる。すると、コマンドピストンは、非常に
長く、かつ、重量が重くなり、上方の油圧制御弁からの
油圧のＯＮ−ＯＦＦが下方のノズル部へ伝達されるのに
大きな応答遅れが生じたり、また、重量の大幅な増加に
よる慣性力の増加で、ノズルのニードル弁４４の着座時
の衝撃荷重は非常に大きくなり、ノズルの破損といった
問題も生じてくる。

【０００４】本発明は、コマンドピストン３８の重量を
軽量にすることにより応答遅れを無くすと共に、ニード
ル弁４４の着座時の衝撃荷重を小さくすることを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、燃料噴射孔を開閉するニードル弁と、前記
燃料噴射孔に連通して前記ニードル弁を開弁方向に付勢
すると共に、前記ニードル弁の開弁時に前記燃料噴射孔
から噴射する燃料を蓄える油溜まりと、該油溜まりに高
圧燃料を導入する導入通路と、前記ニードル弁を閉弁方
向に付勢する燃料が蓄えられる背圧室と、駆動回路から
通電されて吸引力を発生するソレノイドと、該ソレノイ
ドから発生する吸引力により駆動され、前記背圧室を低
圧燃料通路をなすドレンと切り換えて連通し、前記油溜
まり内の燃料による前記ニードル弁付勢力と前記背圧室
内の燃料による前記ニードル弁付勢力の大小関係を切換
える切換え弁をなすバルブとを有する油圧制御弁とを備
え、前記ニードル弁と連動して前記背圧室の付勢力を伝
達するコマンドピストンを、少なくとも前記背圧室の油
密の確保できる最小限の摺動部を有するコマンドピスト
ンアウタ部と、該コマンドピストンアウタ部の外径より
も小径で軽量の、前記ニードル弁と連結されるロッド部
とで形成するという技術的手段を採用するものである。

【０００６】

【作用及び発明の効果】本発明では背圧室とニードル弁
とを連結して付勢力を伝達するコマンドピストンを少な
くとも背圧室の油密の確保できる最小限の摺動部をなす
コマンドピストンアウタ部と、それよりも小径で軽量の
連結部をなすロッド部とで形成しているので、コマンド
ピストンの重量を軽量にすることが可能となり、応答遅
れを無くすと共に、ニードル弁の着座時の衝撃荷重を小
さくすることができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明のいくつかの実施例を添付図面
に基づいて説明する。図３は本発明の第１実施例の蓄圧
式燃料噴射装置を示す断面図である。燃料圧送ポンプ１
により圧送された燃料は２００ＭＰａの圧力でリザーバ
２に蓄圧され、さらに、燃料噴射弁の入口３へ供給され
るようになっている。ホルダ５内の下部穴６には、該ホ
ルダ５から一部下方に突出したノズル７を有するノズル
ボディ８と、また該ノズルボディ８の上端部に設けられ
中央が開口したディスタンスピース１０がそれぞれ設置
されている。ノズルボディ８内にはニードル弁１１が上
下に摺動自在に嵌挿されており、前記ノズルボディ８、
ディスタンスピース１０、及びニードル弁１１とにより
ノズル部を構成している。該ニードル弁１１は上方に設
けられたスプリング１２により下方に押圧付勢され、通
常は前記ノズル７の下部に設けられた燃料噴射孔１３を
閉鎖している。前記ノズルボディ８とニードル弁１１と
の間には油溜まり１５が形成されており、該油溜まり１
５と燃料噴射弁の入口３との間には、ホルダ５、ディス
タンスピース１０及びノズルボディ８を介して形成され
た導入通路１６が設けられている。また、ノズルボディ
８とニードル弁１１との摺動部は、２〜３μｍの間隙１
７が形成されている。

【０００８】ニードル弁１１の上部には、スプリングホ
ルダ３１があり、その上部にコマンドピストン２００の
一部をなすコマンドピストンアウタ部２０よりも小径
で、軽量の、ニードル弁と連結されるロッド部１９があ
り、ロッド部１９はホルダ５と上下に摺動自在に収容さ
れたコマンドピストン２００の一部をなし、背圧室１８
の油密の確保できる最小限の摺動部を有するコマンドピ
ストンアウタ部２０の中へ、挿入されている。また、燃
料は入口３からオリフィスＡ２１を介して背圧室１８へ
入り、オリフィスＢ２２を介して、油圧制御弁５０の制
御ポート２４へ連通している。

【０００９】制御ポート２４は、バルブボディ５１に上
下に摺動自在に収容されたバルブ２７がバルブスプリン
グ２９により下方へ押下げられているため、シート部２
３は着座している。また、バルブ２７内には上下に摺動
自在にバランスロッド２８が収容されており、通常は油
圧により上方へ押し上げられている。図３の状態では、
背圧室１８は、高圧燃料で満たされており、コマンドピ
ストンアウタ部２０を下方へ押下げ、ロッド部１９、ス
プリングホルダ３１を伝達し、ニードル弁１１を下方へ
押下げ、燃料噴射孔１３をふさいでいる。

【００１０】ホルダ５の上部にはソレノイド３０が設け
られており、該ソレノイドの通電時にバルブ２７は吸引
され、バルブスプリング２９のバネ力に抗して上方に移
動し、シート部２３をホルダ５から離座し、背圧室１８
とドレン２５とを連通するようになっている。次に、図
３に示した蓄圧式燃料噴射装置の作動を説明する。図３
に示した状態ではソレノイド３０はまだ通電されておら
ず、燃料噴射停止の状態にある。リザーバ２に蓄圧され
た２００ＭＰ_a の高圧燃料は、燃料噴射弁の入口３、導
入通路１６、油溜まり１５を介して燃料噴射孔１３近傍
に供給されると共に、オリフィスＡ２１を介して背圧室
１８にも供給されている。この時、ニードル弁１１は背
圧室１８に供給された燃料圧及びスプリング１２のバネ
力により下方に押圧されており、燃料噴射孔１３は閉鎖
されている。

【００１１】燃料噴射を開始しようとする時、図示しな
い駆動回路からソレノイド３０に通電すると、該ソレノ
イド３０に吸引力が発生するため、バルブ２７はバルブ
スプリング２９のバネ力に打ち勝って吸引されて上方に
移動し、バルブ２７のシート部２３はホルダ５から離座
する。これによって、背圧室１８はドレンポート２５と
連通し、背圧室１８の圧力は低下する。そして、ニード
ル弁１１の上端部に作用する作用力とスプリング１２に
よる下方への押圧力の合計力よりも、蓄圧された油溜ま
り１５の高圧燃料がニードル弁１１を上方に押上げよう
とする力の方が大きくなると、ノズル７内に着座してい
たニードル弁１１が上方移動（リフト）を開始する。す
ると、今まで閉鎖されていた燃料噴射孔１３は開放され
るため、油溜まり１５及び燃料噴射孔１３近傍の高圧燃
料は該燃料噴射孔１３から一気に噴出して燃料噴射を開
始する。

【００１２】燃料噴射を停止しようとする時、ソレノイ
ド３０への通電を停止すると、今までバルブ２７を吸引
していた吸引力が解除されるため、バルブ２７はバルブ
スプリング２９の下方への付勢力により下方に移動し、
シート部２３はホルダ５に着座する。すると、背圧室１
８とドレン２５との連通は遮断され、入口３からの高圧
燃料がオリフィスＡ２１を介して背圧室１８へと導入さ
れるため、背圧室１８内の圧力は上昇する。背圧室１８
内に発生するニードル弁１１の上端部への油圧作用力と
スプリング１２の下方への付勢力との合計力が、油溜ま
り１５の高圧燃料がニードル弁１１を上方に押上げよう
とする力より大きくなると、ニードル弁１１は下降を開
始しノズル７内に着座して燃料噴射孔１３を閉鎖し、燃
料噴射は終了する。

【００１３】以上の一連の作動において、オリフィスＢ
２２はバルブ２７の設定リフトが若干ばらつき、背圧室
１８からドレン２５への燃料の流出の速度がばらつくの
を補償するために設けてある。油圧制御弁５０の油圧の
切換えにより背圧室１８の圧力を増減し、噴射の制御を
行う上で、ニードル弁１１とを連結する部分であるコマ
ンドピストン２００は重要である。

【００１４】従来は、コマンドピストン２００としては
鉄製の棒が用いられていたが、小型の４弁エンジンへ搭
載するために、噴射弁の高さ方向が長くなると、コマン
ドピストン２００も長くせざるを得ない。本実施例は、
コマンドピストンの軽量化を狙って、コマンドピストン
２００を背圧室１８の油密を保つための必要最小限の摺
動部分を有する鉄製のコマンドピストンアウタ部２０
と、それよりも小径で例えば窒化ケイ素のようなセラミ
ックスでできた軽量のロッド部１９とで形成したことを
特徴とする。本実施例の構成では、摺動部分は従来と同
様に鉄製としてあるため、油密確保上の性能悪化は無
い。また、従来信頼性に乏しいと言われているセラミッ
クスでも、本実施例の構成のように、摺動部を持たず引
っ張り応力のかからない圧縮応力のみの部位に用いれば
高強度と高信頼性を保証できる。

【００１５】ニードル弁１１の応答性は、ニードル弁１
１と一体に移動するものの重量と作用力により決定され
る。従って、油圧作用力が従来と同等であれば、ニード
ル弁１１以外の部分、すなわち、コマンドピストン２０
０の軽量化が最も寄与度が高く、応答性向上に効果があ
る。以上、本発明の第１実施例をバランスロッドを用い
た２方弁という構成の油圧制御弁を用いた図によって説
明してきたが、この油圧制御弁はバランスロッドを用い
ない通常の公知の２方弁や、３方弁でも背圧室があり、
コマンドピストンにてニードル弁と連結している構成の
噴射弁では、本実施例のコマンドピストンの構成が有効
である。

【００１６】図４は本発明の第２実施例を示した断面図
である。第１実施例との差は、コマンドピストン３００
において、セラミックス製のロッド部１１９が鉄製のコ
マンドピストンアウタ部１２０の内部まで挿入されてい
ない点である。第１実施例に比べて、鉄製の部分が若干
増加するため、やや重量は増加するものの鉄製のコマン
ドピストンアウタ部１２０の内部に穴あけをする加工が
必要なくなり加工コストが安くなることと、コマンドピ
ストンアウタ部１２０の寸法管理がたやすくなるため、
部品の大幅なコストダウンができる。また、従来技術を
用いた時のような応答悪化や重量の大幅増加によるノズ
ル破損といった不具合を回避できる。

【００１７】図５に本発明の第３実施例を示した。第１
実施例との差は、コマンドピストン３２０を分割せず、
コマンドピストン３２０を油密に必要最小限の摺動部を
なすコマンドピストンアウタ部３２１と、それよりも小
径の連結部をなすロッド部３２２とで一体に形成すると
共に、コマンドピストン３２０の内部に中空穴３２３を
設けて軽量化を図っている点である。

【図面の簡単な説明】

【図１】４弁のディーゼルエンジンに蓄圧式燃料噴射装
置を搭載した状態を示す斜視図である。

【図２】図１で搭載されていた従来の蓄圧式燃料噴射装
置の構成を示す断面図である。

【図３】本発明の第１実施例の蓄圧式燃料噴射装置の構
成を示す断面図である。

【図４】本発明の第２実施例の蓄圧式燃料噴射装置の構
成を示す断面図である。

【図５】本発明の第３実施例の蓄圧式燃料噴射装置の構
成を示す断面図である。

【符号の説明】

１１ ニードル弁 １３ 燃料噴射孔 １５ 油溜まり １６ 導入通路 １８ 背圧室 １９、１１９、３２２ ロッド部 ２０、１２０、３２１ コマンドピストンアウタ部 ２５ ドレン ２７ バルブ ３０ ソレノイド ３８ コマンドピストン ５０ 油圧制御弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射孔を開閉するニードル弁と、前
   記燃料噴射孔に連通して前記ニードル弁を開弁方向に付
   勢すると共に、前記ニードル弁の開弁時に前記燃料噴射
   孔から噴射する燃料を蓄える油溜まりと、該油溜まりに
   高圧燃料を導入する導入通路と、前記ニードル弁を閉弁
   方向に付勢する燃料が蓄えられる背圧室と、駆動回路か
   ら通電されて吸引力を発生するソレノイドと、該ソレノ
   イドから発生する吸引力により駆動され、前記背圧室を
   低圧燃料通路をなすドレンと切り換えて連通し、前記油
   溜まり内の燃料による前記ニードル弁付勢力と前記背圧
   室内の燃料による前記ニードル弁付勢力の大小関係を切
   換える切換え弁をなすバルブとを有する油圧制御弁とを
   備え、前記ニードル弁と連動して前記背圧室の付勢力を
   伝達するコマンドピストンを、少なくとも前記背圧室の
   油密の確保できる最小限の摺動部を有するコマンドピス
   トンアウタ部と、該コマンドピストンアウタ部の外径よ
   りも小径で軽量の、前記ニードル弁と連結されるロッド
   部とで形成したことを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。