JPH1077922A - エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

エンジンの燃料噴射装置

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JPH1077922A
JPH1077922A JP8249087A JP24908796A JPH1077922A JP H1077922 A JPH1077922 A JP H1077922A JP 8249087 A JP8249087 A JP 8249087A JP 24908796 A JP24908796 A JP 24908796A JP H1077922 A JPH1077922 A JP H1077922A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、バランスチャンバ内の燃料圧を
解放する排出開口の有効開口面積を段階的に変更するこ
とにより、針弁のリフト速度を制御して初期燃料噴射率
のパターンに柔軟性を持たせた燃料噴射装置を提供す
る。 【解決手段】 ソレノイド３５に供給する電流値を大小
に変更することにより、電磁弁５の移動量を変えて、バ
ランスチャンバ３０内の燃料圧を解放する排出開口３３
の開度を変更する。移動量に応じて戻しばね力に格段の
差を設けた戻しばね機構のために、電磁弁５を移動させ
るために要するソレノイド３５への通電電流の大きさが
明確に異なるので、バランスチャンバ３０内の燃料圧の
解放のバラツキが少なくなり、安定した燃料噴射率制御
を行うことができる。針弁のリフト途中で通電量を変更
すると、初期燃料噴射率制御を多様に行うことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ディーゼルエン
ジン或いは直噴式ガソリンエンジン等のエンジンに適用
される燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ディーゼル機関等のエンジンにお
いて、燃焼室への燃料の噴射量や噴射時期等の制御を行
う燃料噴射装置として、例えば、特開平３−９６４号公
報、特開平６−１０８９４８号公報、特開平２−１６１
１６５号公報又は特開平４−１２１６５号公報に開示さ
れたものがある。
【０００３】特開平３−９６４号公報又は特開平６−１
０８９４８号公報に開示されている燃料噴射装置は、噴
射ノズルの先端に形成された噴孔を開閉する針弁を有し
ており、噴射ノズル先端側において噴孔を開放する方向
に作用する燃料圧を受けて針弁を開く方向に作用する力
と、バランスチャンバ内の燃料圧に基づいて針弁を閉じ
る方向に作用する力とのバランスによって燃料噴射を制
御している。図６は、上記の従来の燃料噴射装置におい
て燃料噴射を制御するためのバランスチャンバ付近の要
部を示す図であるが、針弁（図示せず。）に連結された
コントロールピストン６０の上部における燃料噴射装置
本体６１（又はプラグ等の当該本体と一体的な部品）内
にはバランスチャンバ６２が形成されている。バランス
チャンバ６２には、図示しない燃料供給源から燃料を供
給する供給路６３が連通しており、その途中に絞り６４
が設けられている。バランスチャンバ６２から燃料を排
出する排出路６５は、燃料路６６及びオリフィス６７か
らなり、オリフィス６７は、図示しないコントロールユ
ニットからの制御信号によって動作する電磁弁６８によ
って開閉制御される。即ち、電磁弁６８によってオリフ
ィス６７を開くと排出路６５から燃料は排出されるが、
供給路６３からの燃料の供給は絞り６４によって制限さ
れているので、バランスチャンバ６２内の燃料圧は低下
し、コントロールピストン６０とコントロールピストン
６０に連結された針弁がリフトされて燃料の噴射が行わ
れる。一方、電磁弁６８によってオリフィス６７を閉じ
ると、排出路６５からの燃料の排出は停止される。絞り
６４を介して供給路６３から燃料が供給されるので、バ
ランスチャンバ６２内の燃料圧は回復し、コントロール
ピストン６０即ち針弁が下降されて燃料の噴射は停止さ
れる。
【０００４】また、特開平６−１０８９４８号公報に開
示された燃料噴射装置は、針弁のリフト速度制御につい
ては、電磁弁によって排出路が開閉制御される圧力制御
部材に形成された燃料通路の一部である小孔、即ちオリ
フィスの通路断面の大きさを設定することによって、針
弁をゆっくりとリフトさせるという制御を行っており、
このような制御によって初期燃料噴射率の低減を図って
いる。
【０００５】一方、特開平２−１６１１６５号公報や特
開平４−１２１６５号公報には、三方弁を用いた電磁制
御式の燃料噴射装置が開示されている。図７に示すよう
に、この形式の燃料噴射装置における三方弁７４は、バ
ランスチャンバ７０に連通する通路７１と、コモンレー
ル８１を介して燃料供給ポンプ８０と接続した供給路７
２と、リザーバ８２に至る排出路７３とをコントロール
ユニット８９からの制御信号により切り換えて、燃料噴
射の開始と終了とを制御するものである。針弁８３の周
囲には通路８４を介してコモンレール８１から燃料が供
給される。三方弁７４がバランスチャンバ７０と排出路
７３とを連通すると同時に供給路７２を閉鎖すると、バ
ランスチャンバ７０内の高圧燃料が三方弁７４を経て排
出路７３に漏れ出てバランスチャンバ７０内の燃料圧を
下げるので、針弁８３がリフトして燃料が噴射される。
そして、供給路７２の閉鎖によってバランスチャンバ７
０への高圧燃料の流入の防止が図られている。また、三
方弁７４が供給路７２と通路７１とを連通して排出路７
３を閉鎖すると、バランスチャンバ７０内に高い燃料圧
が回復するので、針弁８３は、下降して燃料の噴射を停
止する。そして、特開平２−１６１１６５号公報に開示
されている燃料噴射装置においては、小径及び大径のコ
マンドピストン８５，８６と、順次作用する荷重の異な
る二つのリターンスプリング８７，８８を用いることに
より、初期燃料噴射率を階段状に制御するという針弁８
３のリフト制御を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示すような上記特開平３−９６４号公報や特開平６−１
０８９４８号公報に開示されている燃料噴射装置は、バ
ランスチャンバ６２からの排出路６５に二方弁として電
磁弁６８を設けて、排出路６５の開閉を制御する方式を
採っているので、バランスチャンバ６２内の燃料圧は、
バランスチャンバ６２に対する燃料の供給路６３におけ
る絞り６４と燃料の排出路６５におけるオリフィス６７
の断面積の比によって一義的に決定され、しかも絞り６
４とオリフィス６７とは一旦製作されると断面積の変更
は事実上不可能である。したがって、バランスチャンバ
６２内の燃料圧の制御、即ち、燃料の噴射パターンを任
意に制御することができない。
【０００７】具体的には、燃料噴射率特性がバランスチ
ャンバ６２の排出路６５の径とリターンスプリング（図
示せず。）のばね荷重により決定されてしまうため、エ
ンジンの運転状態に応じて様々な燃料噴射率特性を得る
ことが困難である。また、燃料噴射率特性は小孔である
オリフィス径で決定されてしまうため、針弁のリフト速
度や初期噴射率の低減に限界がある。更に、燃料噴射装
置の製作には絞りやオリフィスの径の加工が必要である
ので構成部品に加工誤差を生じることが免れず、製品毎
に針弁のリフト速度、即ち初期燃料噴射率にバラツキが
生じるのが避けられない。
【０００８】また、特開平２−１６１１６５号公報や特
開平４−１２１６５号公報に開示されているような燃料
噴射装置においても、その燃料噴射特性はバランスチャ
ンバの排出路の通路断面積と戻しばねのばね荷重により
一義的に決定されるため、エンジンの運転状態に応じた
きめ細かい燃料噴射特性を得ることが難しい。
【０００９】したがって、従来のエンジンの燃料噴射装
置においては、燃料噴射量及び燃料噴射時期等の燃料噴
射特性をエンジンの運転状況に応じて柔軟に対応させる
ことができないという状況にあり、このような状況を背
景として、特に初期燃料噴射率の制御パターンを変更で
きるようにすることが燃料噴射制御上好ましいという技
術的な課題が存在している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は、上記
課題を解決することであり、燃料を噴射する噴孔を先端
に備えた本体の中空部内を往復動し且つ前記噴孔を開閉
する針弁を含む弁体、前記弁体のリフト量を制御するバ
ランスチャンバ、前記バランスチャンバに燃料圧を供給
するための供給路、前記バランスチャンバ内の燃料圧を
解放するための排出路、及び前記排出路を開閉するため
の制御手段が、前記排出路の排出開口を開放するため電
磁力を付勢するソレノイドを備えた電磁弁、及び前記電
磁弁にばね力を作用して前記排出開口を閉鎖する戻しば
ね機構から成るエンジンの燃料噴射装置において、ソレ
ノイドの付勢によって電磁弁が排出路を開放するに際し
て、戻しばね機構のばね力に抗して電磁弁を移動させる
ためのソレノイドへの供給電流値に大きな格差を設定す
ることで、寸法誤差やばね力のバラツキ等の不可避的に
存在する各種誤差に基づく初期燃料噴射率の不安定さを
軽減して、初期燃料噴射率を低減可能とするエンジンの
燃料噴射装置を提供することである。
【００１１】この発明は、上記の目的を解決するため、
以下のように構成されている。即ち、この発明は、燃料
を噴射する噴孔を先端に備えた本体、前記本体の中空部
内に固定されたコントロールスリーブ、前記コントロー
ルスリーブの中空穴に受圧面となる端部が挿入されて前
記本体の前記中空部内を往復動し且つ前記噴孔を開閉す
る針弁を含む弁体、前記弁体のリフト量を制御するため
前記コントロールスリーブの前記中空穴と前記弁体の前
記受圧面とによって形成されたバランスチャンバ、前記
バランスチャンバに燃料圧を供給するため前記コントロ
ールスリーブに形成された供給路、前記バランスチャン
バ内の燃料圧を解放するため前記コントロールスリーブ
に形成された排出路、及び前記排出路を開閉するための
制御手段を有し、前記制御手段は、前記排出路の排出開
口を開放するため電磁力を付勢するソレノイドを備えた
電磁弁、及び前記電磁弁にばね力を作用して前記排出開
口を閉鎖するためばね定数の異なるスプリング手段から
成る戻しばね機構から成り、前記排出路の前記電磁弁に
よって開口する前記排出開口の有効開口面積は前記排出
路の通路断面積より小さく設定されていることから成る
エンジンの燃料噴射装置に関する。
【００１２】この発明による燃料噴射装置は、上記のよ
うに構成されているため、次のように作用する。即ち、
ソレノイドが励磁されていない場合には、戻しばね機構
のばね力によって電磁弁は排出開口を閉じている。供給
路からバランスチャンバに供給された燃料圧は低下する
ことなく受圧面に作用するので、コントロールスリーブ
の中空穴に受圧面となる端部が挿入された弁体は、本体
の先端に形成されている噴孔を閉じている。ソレノイド
を励磁すると、戻しばね機構の戻し力に抗して電磁弁を
移動させることができる。電磁弁が移動すると、コント
ロールスリーブに形成された排出路の排出開口が開放さ
れ、バランスチャンバ内の燃料圧は解放される。したが
って、弁体はリフトして、噴孔から燃料が噴射される。
【００１３】そして、ソレノイドに供給する電流の大き
さを変えることにより、電磁弁による排出開口の開度、
したがってバランスチャンバ内の燃料圧の低下速度、即
ち針弁のリフト速度を変えることができ、様々な噴射率
特性、特に初期噴射率特性を安定的に得ることができ
る。即ち、電磁弁のソレノイドに供給される電流が小さ
いときには、付勢される電磁力は小さく、電磁弁による
排出路の排出開口の開度が小さい。その結果、バランス
チャンバ内の燃料圧の低下速度が緩やかであり、針弁の
リフト速度も緩やかである。このことは、初期噴射率が
緩やかに上昇することを意味している。これに対して、
ソレノイドに供給される電流を大きくしたときには、付
勢される電磁力は大きく、ばね定数の異なるスプリング
手段のばね力に抗して電磁弁の移動量が大となり、排出
開口の開度が大きくなる。その結果、バランスチャンバ
内の燃料圧の低下速度は急であり、針弁のリフト速度も
速い。このことは、初期噴射率が急激に上昇することを
意味している。
【００１４】排出路の電磁弁によって開口する排出開口
の有効開口面積は、排出路の最小通路断面積より小さく
設定されているので、バランスチャンバ内の燃料圧の大
きさを決めるのは排出路の最小通路断面積ではなく電磁
弁体によって開閉制御される排出開口の有効開口面積で
ある。その結果、ソレノイドに供給する電流の大きさを
変更すること、即ち排出開口の有効開口面積を変更する
ことによって針弁のリフト速度を変えて、初期燃料噴射
率のパターンを変更することができる。
【００１５】戻しばね機構は、電磁弁に排出開口を閉じ
る方向のばね力を与える第一戻しばねと、電磁弁が所定
移動量以上の移動状態で排出開口を閉じる方向の力を与
える第二戻しばねとから構成することができる。この場
合、電磁弁が所定移動量未満の移動状態のときには、戻
しばね機構としての戻しばね力は第一戻しばねのみによ
って定められ、電磁弁が所定移動量以上の移動状態のと
きには、戻しばね機構としての戻しばね力は第一戻しば
ねと第二戻しばねとの合成ばね力によって定められる。
また、第一戻しばねと第二戻しばねは、ばね定数が同じ
値であっても異なる値であってもよい。
【００１６】第一戻しばねは、本体と電磁弁に対して常
時当接する第一ばね受けとの間において初期撓みをもっ
て配設され、そして第二戻しばねは、本体と前記所定移
動量以上の移動状態で電磁弁に対して当接する第二ばね
受けとの間において配設される。このように構成された
燃料噴射装置においては、ソレノイドに供給される電流
を大きくして電磁弁が前記所定移動量以上の移動状態に
なった場合、電磁弁が第一戻しばねに加えて第二戻しば
ねによる力をも受けたときの戻し方向の合力は、第一戻
しばねのみによる戻し方向の力の大きさよりも大きな力
となる。このことは、ソレノイドに供給すべき電流の大
きさの観点からすれば、第一戻しばねのみの力に抗して
電磁弁を移動させるために必要な電流値と、電磁弁を前
記所定移動量を超えて第二戻しばねの力にも抗して移動
させるために必要な電流値との間に、格別の差異を必要
とすることを意味する。したがって、針弁のリフト速度
を変更するには、電磁弁のソレノイドへの供給電流の大
きさを明確に変えることが必要であり、供給電流の小さ
な変動で針弁のリフト速度に大きな影響を与えることが
回避でき、針弁のリフト速度制御を確実且つ容易に行う
ことができる。
【００１７】更に、前記ソレノイドに供給される電流
は、燃料噴射期間の初期において、燃料噴射開始時から
一定時間経過後に前記第一戻しばねのみに抗して前記電
磁弁体を移動させる小電流から前記第一戻しばね及び前
記第二戻しばねに抗して前記電磁弁体を移動させる大電
流に切り換えられる。このように構成されたエンジンの
燃料噴射装置によれば、燃料噴射期間の初期において、
針弁のリフト速度を当初の緩やかなリフト速度から比較
的急なリフト速度へと途中から変更することが可能とな
るので、エンジンの運転状況に応じて種々の初期燃料噴
射率を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、こ
の発明の実施例を説明する。図１はこの発明によるエン
ジンの燃料噴射装置の一実施例を示す断面図、図２はそ
の要部拡大断面図であって電磁弁が閉じている状態を示
す図、図３は図２と同様の拡大断面図であって電磁弁の
電磁弁体が所定移動量に達した状態を示す図、図４は図
２と同様の拡大断面図であって電磁弁の電磁弁体が所定
移動量を超えて移動した状態を示す図、図５はこの発明
による燃料噴射装置における燃料噴射期間中の時間と針
弁のリフト量との関係を示すグラフである。
【００１９】この燃料噴射装置は、コモンレール噴射シ
ステム、或いはアキュムレータ噴射システム（図示せ
ず。）に適用される。燃料噴射ポンプから燃料が供給さ
れる共通の通路や蓄圧室（以下、「コモンレール」とい
う。）を通じて供給された燃料は、エンジンに設けた各
燃焼室に噴射される。先ず、図１を参照すると、この燃
料噴射装置における本体１はシリンダヘッド等のベース
に設けた穴部（図示せず。）にシール部材を介して密封
状態に取り付けられる。本体１の下端には、ノズルが密
封状態に固定されている。
【００２０】燃料入口プラグ２は、本体１の上部に設け
られたブラケット３に取り付けられている。本体１及び
燃料入口プラグ２とブラケット３との間のシールは、シ
ール部材４ａ，４ｂによって達成されている。また、本
体１の上端部には、開放と閉鎖を行う電磁二方弁として
の電磁弁５がスリーブナット６を本体１のねじ部に螺入
することによって固定されている。電磁弁５及び本体１
とスリーブナット６との間はそれぞれシール部材７，８
でシールされている。高圧燃料供給源であるコモンレー
ル（図示せず。）からの燃料は、燃料入口プラグ２を通
じてこの燃料噴射装置に供給される。また、電磁弁５を
作動させるために、後述のソレノイドに供給される電流
は、コントロールユニット９からの制御電流として供給
される。
【００２１】本体１には、コントロールピストン１４を
往復動可能に貫通させる中空部１０と、中空部１０と燃
料入口プラグ２の燃料入口１１とを連通する送油穴１２
とが形成されている。また、本体１の中空部１０のほぼ
中央部には、縮径されたガイド部１３が形成され、コン
トロールピストン１４がガイド部１３を摺動可能に貫通
している。また、本体１の一部を構成するノズル本体１
６には、中空部１０と連通する中空穴１８が形成されて
いる。コントロールピストン１４に連結された針弁１７
は、中空穴１８内に隙間２０を残す状態で摺動可能に挿
通されている。コントロールピストン１４と針弁１７と
は、本体１内を往復動する弁体を構成している。針弁１
７の回りに形成される隙間２０は高圧燃料の通路を形成
している。ノズル本体１６の先端には燃料を内燃機関の
燃焼室に噴射する噴孔１９が形成されている。針弁１７
の先端に形成されたテーパ面２２はノズル本体１６のシ
ート面２１に対して座着可能であり、座着したときには
針弁１７は噴口１９を閉じる。テーパ面２２は弁体の第
一受圧面を構成しており、テーパ面２２に作用する燃料
圧は弁体に対して図面上方に向かう力を与える。針弁１
７がリフトして、テーパ面２２とシート面２１との間が
開くと、高圧燃料は噴孔１９から燃焼室へ噴射される。
【００２２】また、図２乃至図４に示されているよう
に、本体１の中空部１０には、コントロールスリーブ２
３が配置されているとともに、中空部１０の上部段部に
コントロールスリーブ２３の肩部が突き当たるシール面
２４が形成されている。コントロールスリーブ２３の外
周面と中空部１０との間に環状の燃料チャンバ２５が形
成されている。コントロールスリーブ２３は、本体１の
上端部のねじ部に螺入され且つ中空室３４を備えたプラ
グ２６によって中空部１０内で固定されている。燃料チ
ャンバ２５は、本体１に形成された送油穴１２を通じて
燃料入口プラグ２の燃料入口１１に連通している。コン
トロールスリーブ２３において先端側に向かって開放し
た中空穴２９には、コントロールピストン１４が摺動可
能に嵌入されており、中空穴２９の上部には中空穴２９
とコントロールピストン１４の上面１５とでバランスチ
ャンバ３０が形成されている。コントロールピストン１
４の上面１５は、バランスチャンバ３０内の燃料圧を受
ける第二受圧面を構成している。コントロールスリーブ
２３には、オリフィス３１と燃料路３２とを含む排出路
が形成されており、排出路の一端はバランスチャンバ３
０に連通し、そして排出路の他端は中空室３４に連通す
る排出開口３３を備えている。
【００２３】更に、コントロールスリーブ２３にはバラ
ンスチャンバ３０と燃料チャンバ２５とを連通する供給
路２８が形成されている。燃料入口プラグ２から送油穴
１２を経て燃料チャンバ２５に送られた燃料は、供給路
２８を介してバランスチャンバ３０へ燃料圧を供給して
いるが、供給路２８には絞り機能が与えられている。バ
ランスチャンバ３０内の燃料圧は、第二受圧面であるコ
ントロールピストン１４の上面１５に作用して、弁体に
対してノズル先端側に向かう力を与える。このバランス
チャンバ３０内の燃料圧に基づく力は、第一受圧面であ
る針弁１７のテーパ面２２に作用する燃料圧及び弁体に
作用するリターンスプリング２７の戻し力とのバランス
によって弁体のリフトを制御する。
【００２４】電磁弁５において、ソレノイド３５が固定
鉄心３６を環状に取り囲んでおり、固定鉄心３６の中心
部には、プラグ２６の中空室３４に対して軸心を合わせ
た貫通孔３７が設けられている。ソレノイド３５にはコ
ントロールユニット９からの制御信号として大きさが制
御された電流が供給される。貫通孔３７には、アーマチ
ュア３８が軸方向に往復動可能に収容され且つ案内され
ている。アーマチュア３８の先端部は、排出開口３３を
開閉する弁体部３９を形成している。ソレノイド３５へ
電流が供給されていないときには、電磁弁５は後述の戻
しばね機構４０が与えるばね力によって弁体部３９が排
出開口３３を閉じている。ソレノイド３５に電流を供給
してソレノイド３５を励磁すると、アーマチュア３８は
戻しばね機構４０のばね力に打ち勝って図において上方
に引き上げられ、弁体部３９が排出開口３３を開くの
で、バランスチャンバ３０内の燃料圧は排出路を経て中
空室３４へと解放される。
【００２５】戻しばね機構４０は、第一戻しばね４１と
第二戻しばね４２とから構成されている。第一戻しばね
４１は、固定鉄心３６の内部側に形成された第一中空室
４３内に収容されている皿ばねである。第二戻しばね４
２は、固定鉄心３６の外部側において固定プラグ５０の
内部に形成された第二中空室４４内に収容されている皿
ばねである。第一中空室４３と第二中空室４４とは、仕
切板４５によって区分されている。仕切板４５の外周部
４６は固定鉄心３６の段部４８に載せられており、固定
プラグ５０を第二戻しばね４２を圧縮しながら固定鉄心
３６の内ねじ部４９にねじ込んだときに、固定プラグ５
０の筒状先端部５１が仕切板４５を固定鉄心３６の段部
４８に対して挟み付けて固定している。第一戻しばね４
１と第二戻しばね４２のばね係数は同程度であってよ
い。
【００２６】第一戻しばね４１は、図において上端が仕
切板４５に当接し、その一方で下端が第一ばね受け５２
に当接しており、常に圧縮状態にある。第一ばね受け５
２は貫通孔３７内に伸びる筒部５３を有しており、筒部
５３の先端は常にアーマチュア３８に当接して排出開口
３３を閉じる方向に弁体部３９を付勢している。したが
って、第一ばね受け５２は第一戻しばねを撓ませながら
図において上下に移動可能である。しかし、第一ばね受
け５２は、弁体部３９が排出開口３３を閉じる最下位置
（図２）にあっても、第一中空室４３の底部５５に当接
していない。
【００２７】第二戻しばね４２は、図で上端を固定プラ
グ５０の内底部５６に当接させる一方で下端を第二ばね
受け５７に当接させている。第二戻しばね４２は、電磁
弁５が排出開口３３を閉じている状態にある場合に、第
二ばね受け５７を仕切板４５に対して当接するが付勢は
しない状態となる自由状態であってもよく、また第一戻
しばね４１と同様に第二ばね受け５７を仕切板４５に対
して付勢する圧縮状態にあってもよい。第二ばね受け５
７のロッド部５８は、仕切板４５の孔部４７を貫通して
第一ばね受け５２の筒部５３の中空穴部５４に伸びてい
る。したがって、第二ばね受け５７も第一ばね受けと同
様に第二戻しばねを撓ませながら図において上下に移動
可能である。排出開口３３が閉じられているとき、即
ち、第一戻しばね４１が第一ばね受け５２を最も下降さ
せたときに、ロッド部５８の先端は、アーマチュア３８
に当接しないように、第一ばね受け５２の筒部５３の先
端よりも距離Ｈ1 だけ上に位置するように設定されてい
る。電磁弁５の上部にはスリーブナット６から延び出し
た燃料戻りパイプ５９が配設されており、燃料戻りパイ
プ５９は中空室３４に連通している。なお、第一戻しば
ね及び第二戻しばねについては皿ばねとして説明した
が、両ばねともコイルばね等の他の形態のばね手段であ
ってもよい。
【００２８】弁体部３９が排出開口３３を開放すること
によって、バランスチャンバ３０内に供給されている燃
料圧は、バランスチャンバ３０から燃料路３２、オリフ
ィス３１及び中空室３４を通じて燃料戻りパイプ５９へ
解放される。即ち、バランスチャンバ３０内の燃料圧は
燃料圧の解放に応じて低下することになる。リターンス
プリング２７がコントロールピストン１４を下げようと
作用する力及び上面１５（第二受圧面）に作用するバラ
ンスチャンバ３０内の燃料圧に基づいてコントロールピ
ストン１４を下げようと作用する力よりも、テーパ面２
２に作用する燃料圧が針弁１７を押し上げようとする力
が大きくなることにより、針弁１７はリフトする。
【００２９】この実施例は、上記のように構成されてお
り、次のように作動する。今、ソレノイド３５に電流が
供給されていないときは、図２に示すように第一戻しば
ね４１は第一ばね受け５２の筒部５３を介してアーマチ
ュア３８を図面下方に付勢しており、弁体部３９は排出
開口３３を閉じている。この状態でコモンレールからの
高圧燃料は燃料入口プラグ２を通じて燃料入口１１に供
給されている。燃料入口プラグ２を通じて燃料入口１１
に供給された燃料は、針弁１７の外周のノズル本体１６
との間に形成される隙間２０にも至り、隙間２０は高圧
燃料で充満している。また、燃料チャンバ２５内には高
圧燃料が燃料入口１１から送油穴１２を通じて充満さ
れ、バランスチャンバ３０内には燃料チャンバ２５から
供給路２８を通じて燃料圧が供給されている。このと
き、バランスチャンバ３０内の燃料圧に基づいてコント
ロールピストン１４を先端側に付勢する力と、リターン
スプリング２７の戻し力との合力は、第一受圧面である
テーパ面２２に作用する燃料圧に基づく針弁１７を開く
力を上回っているので、針弁１７は噴孔１９を閉じてお
り、燃料の噴射は行われない。このとき、第二戻しばね
４２は第二ばね受け５７を仕切板４５に圧接しており、
第二ばね受け５７のロッド部５８は距離Ｈ1 だけアーマ
チュア３８から離れた位置にあるので、第二戻しばね４
２はアーマチュア３８に対して戻し力を与えていない。
【００３０】そこで、コントロールユニット９からの制
御電流として小さな電流をソレノイド３５に供給する
と、アーマチュア３８は第一戻しばね４１のばね力に抗
して付勢されて距離Ｈ1 を移動して、弁体部３９は排出
開口３３を開放する。しかしながら、ソレノイド３５の
電磁力は、アーマチュア３８を第二戻しばね４２に抗し
て付勢する程の大きさではないので、アーマチュア３８
は距離Ｈ1 を移動して第二ばね受け５７のロッド部５８
に当接した時点で停止される。排出開口３３が開放され
ると、バランスチャンバ３０内の燃料圧が燃料路３２、
オリフィス３１を通じて中空室３４に解放される。バラ
ンスチャンバ３０内の燃料圧が解放されると、第一受圧
面であるテーパ面２２に作用する燃料圧に基づいて針弁
１７を開く方向に付勢する押圧力が、コントロールピス
トン１４の上面１５（第二受圧面）作用する燃料圧に基
づいてコントロールピストン１４を先端側に付勢する力
とリターンスプリング２７の戻し力との合力に打ち勝つ
ので、針弁１７が上昇し、噴孔１９が開放して燃焼室へ
の燃料噴射が行われる。このとき、排出開口３３の有効
開口面積は距離Ｈ1 に基づくものであり、排出路の最小
通路断面積、即ち、図示の例ではオリフィス３１の通路
断面積よりも小である。したがって、排出路を通じて解
放されるバランスチャンバ３０内の燃料圧の大きさは、
排出開口３３の有効開口面積によって定められる。
【００３１】次に、コントロールユニット９からの制御
電流として大きな電流をソレノイド３５に供給すると、
図４に示されるように、アーマチュア３８は距離Ｈ1 を
移動して第二ばね受け５７のロッド部５８に当接した後
も第一戻しばね４１のばね力及び第二戻しばね４２のば
ね力に抗して移動され、弁体部３９は距離Ｈ2 を移動し
て排出開口３３を更に開放する。アーマチュア３８が距
離Ｈ1 を移動した後のアーマチュア３８の上昇において
も、排出開口３３の有効開口面積はオリフィス３１の通
路断面積よりも小であるので、排出路を通じて解放され
る燃料圧の大きさは依然として排出開口３３の有効開口
面積が定めている。排出開口３３の有効開口面積が大き
いと、バランスチャンバ３０内の燃料圧が燃料路３２、
オリフィス３１を通じて中空室３４に急速に解放され
る。したがって、針弁１７の上昇も急速になり、大きな
燃料噴射率で燃料の噴射が行われる。なお、電流値の大
小の切り換えは、ソレノイド３５に供給する電流をパル
ス幅変調手段（ＰＷＭ）等の適宜の手段で行うことがで
きる。
【００３２】コントロールユニット９からの指令でソレ
ノイド３５への電流の供給が絶たれると、アーマチュア
３８の移動量（Ｈ1 又はＨ2 に相当。）に応じて、第一
戻しばね４１、又は第一戻しばね４１及び第二戻しばね
４２がアーマチュア３８に対して戻し力を与え、最終的
には第一戻しばね４１によって弁体部３９が排出開口３
３を閉じる。バランスチャンバ３０内の燃料圧は供給路
２８からの供給により回復され、針弁１７は噴孔１９を
閉じて燃料の噴射が停止される。
【００３３】図５には燃料噴射サイクルにおける針弁の
リフト量が示されている。時刻ｔ0において、ソレノイ
ド３５が励磁されて排出開口３３が開放され、その後、
バランスチャンバ３０内の燃料圧が減少し始めて、その
結果、針弁１７のリフト量が増加し始める。ソレノイド
３５に供給される電流値が小さいときは、排出開口３３
の有効開口面積が小さく、そのためバランスチャンバ３
０内の燃料圧の低下が緩やかである。針弁１７のリフト
量は図で曲線ｈ1 で示されるように、緩やかな上昇を描
くことになり、燃料噴射初期段階において、燃料噴射率
は小さい値で且つその増加割合も緩やかである。ソレノ
イド３５に供給される電流値が大きいときは、排出開口
３３の有効開口面積が大きく、そのためバランスチャン
バ３０内の燃料圧の低下が急となる。針弁１７のリフト
量は図で曲線ｈ2 で示されるように、急上昇を描くこと
になり、燃料噴射初期段階において、燃料噴射率は大き
い値で且つその増加割合も急である。また、燃料噴射初
期段階の時刻ｔ1 において、ソレノイド３５に対する励
磁電流値を大きくすると、曲線ｈ3 で示されるように、
曲線ｈ1 の途中から曲線ｈ2 と同じ傾斜でリフト量が急
増する。このように、燃料噴射初期段階において、ソレ
ノイド３５に供給される電流の大きさを小さい値から大
きい値へ変更する時刻ｔ1 を適宜選択することにより、
曲線ｈ1 と曲線ｈ2 との間の任意の曲線を得ることがで
きる。即ちΔｔ（＝ｔ1 −ｔ0 ）を短くすると針弁のリ
フト曲線は曲線ｈ2 に近づき、Δｔを長く取ると、針弁
のリフト曲線は曲線ｈ1 に近づく。
【００３４】
【発明の効果】この発明は、上記のように構成されてい
るので、次のような効果を奏する。即ち、この燃料噴射
装置は、電磁弁のソレノイドに供給する電流の大きさを
変えることにより、電磁弁の開度、したがってバランス
チャンバ内の燃料圧の解放速度を変え、その結果、針弁
のリフト速度を変えることができ、様々な噴射率特性、
特に初期噴射率特性を安定的に得ることができる。即
ち、電磁弁のソレノイドに供給される電流が小さいとき
には、針弁のリフト速度は緩やかであり、初期燃料噴射
率は緩やかに上昇する。ソレノイドに供給される電流を
大きくしたときには、針弁のリフト速度は速く、初期燃
料噴射率が急に上昇する。
【００３５】電磁弁によって開口する排出開口の有効開
口面積は、排出路の最小通路断面積よりも小であるの
で、バランスチャンバから解放される燃料圧の大きさを
決めるのは、電磁弁によって開口する排出開口の有効開
口面積である。したがって、排出開口の開度によって針
弁のリフト速度を制御することができ、初期燃料噴射率
のパターンを変更することができる。このことは、エン
ジンの運転状況に応じて燃料噴射率、特に初期燃料噴射
率の制御自由度が大幅に向上することを意味しているの
で、エンジンからのＮＯX の発生量や騒音レベルを低減
することができる。また、燃料噴射装置毎の個体バラツ
キがあっても、本発明による燃料噴射装置であれば、針
弁の実リフト量をフィードバックする等により、個体バ
ラツキの影響を低減することも可能となる。
【００３６】バランスチャンバを、本体の中空部内に固
定されたコントロールスリーブの中空穴と弁体の受圧面
とによって形成し、供給路及び排出路をコントロールス
リーブに形成すると、バランスチャンバ、燃料チャンバ
及び燃料圧の供給路や排出路等の燃料噴射装置の燃料噴
射率の制御のための主要な構造をコントロールスリーブ
に集めることができ、燃料噴射装置としての構造及び組
立が簡素化され、コストの低減に寄与することができ
る。
【００３７】更に、戻しばね機構を、作動時点が異なる
第一及び第二の戻しばねによって構成するときは、ばね
定数の異なるスプリング手段の構成として簡単に得るこ
とができる。そして、ソレノイドへの電流を、燃料噴射
期間の初期において、燃料噴射開始時から一定時間経過
後に第一戻しばねのみに抗して電磁弁体を開弁させる小
電流から第二戻しばねに抗して電磁弁体を開弁させるこ
とができる大電流に切り換えたときには、針弁のリフト
速度を当初の緩やかなリフト速度から急なリフト速度へ
と途中から変更することが可能となるので、エンジンの
運転状況に応じて種々の初期燃料噴射率を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明によるエンジンの燃料噴射装
置の一実施例を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す燃料噴射装置の要部拡大断
面図であり、排出開口が閉じられている状態を示す図で
ある。
【図３】図３は、図１に示す燃料噴射装置の要部拡大断
面図であり、電磁弁体が第一戻しばねにのみ抗して移動
して排出開口を開いた状態を示す図である。
【図４】図４は、図１に示す燃料噴射装置の要部拡大断
面図であり、電磁弁体が第二戻しばねにも抗して移動し
て排出開口を最大に開いた状態を示す図である。
【図５】図５は、燃料噴射サイクルにおける針弁のリフ
ト量の時間変化を表すグラフである。
【図６】図６は、従来の燃料噴射装置におけるバランス
チャンバを含む要部を示す図である。
【図７】図７は、別の従来の燃料噴射装置を示す図であ
る。
【符号の説明】
１ 本体 ５ 電磁弁 １０ 中空部 １４ コントロールピストン １５ 上面（第二受圧面） １７ 針弁 １９ 噴孔 ２２ テーパ面（第一受圧面） ２３ コントロールスリーブ ２８ 供給路 ２９ 中空穴 ３０ バランスチャンバ ３１ オリフィス ３２ 燃料路 ３３ 排出開口 ３５ ソレノイド ３８ アーマチュア ３９ 弁体部 ４０ 戻しばね機構 ４１ 第一戻しばね ４２ 第二戻しばね ５２ 第一ばね受け ５７ 第二ばね受け
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｄ Ｍ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料を噴射する噴孔を先端に備えた本
    体、前記本体の中空部内に固定されたコントロールスリ
    ーブ、前記コントロールスリーブの中空穴に受圧面とな
    る端部が挿入されて前記本体の前記中空部内を往復動し
    且つ前記噴孔を開閉する針弁を含む弁体、前記弁体のリ
    フト量を制御するため前記コントロールスリーブの前記
    中空穴と前記弁体の前記受圧面とによって形成されたバ
    ランスチャンバ、前記バランスチャンバに燃料圧を供給
    するため前記コントロールスリーブに形成された供給
    路、前記バランスチャンバ内の燃料圧を解放するため前
    記コントロールスリーブに形成された排出路、及び前記
    排出路を開閉するための制御手段を有し、前記制御手段
    は、前記排出路の排出開口を開放するため電磁力を付勢
    するソレノイドを備えた電磁弁、及び前記電磁弁にばね
    力を作用して前記排出開口を閉鎖するためばね定数の異
    なるスプリング手段から成る戻しばね機構から成り、前
    記排出路の前記電磁弁によって開口する前記排出開口の
    有効開口面積は前記排出路の最小通路断面積より小さく
    設定されていることから成るエンジンの燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】 前記戻しばね機構は、前記電磁弁に前記
    排出開口を閉じる方向のばね力を与える第一戻しばね
    と、前記電磁弁が所定移動量以上の移動状態で前記排出
    開口を閉じる方向の力を与える第二戻しばねとから構成
    されている請求項１に記載のエンジンの燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 前記第一戻しばねと前記第二戻しばね
    は、ばね定数が異なる板ばねから構成されている請求項
    ２に記載のエンジンの燃料噴射装置。
  4. 【請求項４】 前記第一戻しばねは前記本体と前記電磁
    弁に対して常時当接する第一ばね受けとの間において初
    期撓みをもって配設され、前記第二戻しばねは前記本体
    と前記所定移動量以上の移動状態で前記電磁弁に対して
    当接する第二ばね受けとの間において配設されている請
    求項２又は３に記載のエンジンの燃料噴射装置。
  5. 【請求項５】 前記ソレノイドに供給される電流は、燃
    料噴射期間の初期において、燃料噴射開始時から一定時
    間経過後に前記第一戻しばねのみに抗して前記電磁弁を
    移動させる小電流から前記第一戻しばね及び前記第二戻
    しばねに抗して前記電磁弁体を移動させる大電流に切り
    換えられる請求項２〜４のいずれか１項に記載のエンジ
    ンの燃料噴射装置。
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