JPH1113580A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ニードル弁体の振動を抑制しつつ、制御弁を
駆動するアクチュエータ（ソレノイドコイルおよびコイ
ルバネ）の大型化を防止する。 【解決手段】 第１に、制御弁９０は、流出孔８８の外
縁側全周で隔壁部８７に接触することにより流出通路８
９を閉じ構造とし、第２に、流出通路８９を閉じたとき
に、制御室８４内の圧力のうち、制御弁９０の駆動方向
の圧力成分は、ハウジング８０に対して固定された受圧
部９１が受け、一方、制御弁９０の駆動方向と直交する
方向の圧力成分は、導圧通路９２の内壁部が受ける構造
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に燃料を
噴射する内燃機関（エンジン）用の燃料噴射弁に関する
ものであって、ディーゼルエンジンに適用して有効であ
る。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン用の燃料噴射弁の噴
射（開閉）制御は、ニードル弁体の一端側に形成された
制御室の圧力を制御する手段が一般的である。具体的に
は、制御室に形成された流出孔を閉じることにより制御
室内の圧力を上昇させて燃料噴射弁を閉じ、一方、流出
孔を開くことにより制御室内の圧力を低下させて燃料噴
射弁を開くものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、流出孔の開
閉を行うにあたって、特開平５−１３３２９６号公報に
記載の発明では、電磁力により駆動される制御弁により
流出孔を直接閉じているため、制御弁には制御室内の高
い圧力が直接作用するので、流出孔を完全に閉じた状態
を維持するためには、大きな力を制御弁に作用させる必
要がある。

【０００４】したがって、上記公報に記載の発明では、
制御弁を駆動するアクチュエータの大型化、または流出
孔を完全に閉じることができないといった不具合が発生
する。また、特開平８−２１８９６９号公報に記載の発
明では、流出孔を直接開閉するのではなく、流出孔から
低圧側（燃料タンク側）に至る通路を制御弁によって開
閉することにより間接的に流出孔の開閉を行っている。

【０００５】しかし、この手段では、ニードル弁体と制
御弁とによって形成される空間（以下、この空間を高圧
空間と呼ぶ。）の体積が大きくなるため、高圧空間によ
って形成される疑似バネのバネ定数が小さくなる。この
ため、制御弁の開閉作動時にニードル弁体に作用する力
により、ニードル弁体が振動してしまい、ニードル弁体
の作動制御（燃料噴射制御）が適切にできないとい不具
合が発生する。

【０００６】そこで、本発明は、上記２つの不具合を解
決することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜
３に記載の発明では、第１に、制御弁（９０）は、隔壁
部（８７）に接触することにより流出通路（８９）を閉
じ、隔壁部（８７）から離れることにより前記流出通路
（８９）を開くことを特徴とし、第２に、流出通路（８
９）が閉じた状態において、制御室（８４）内の高圧燃
料が、制御弁（９０）の駆動方向に及ぼす圧力を受ける
受圧部（９１）がハウジング（８０）に対して固定さ
れ、さらに、流出通路（８９）が閉じた状態において
は、制御弁（９０）の駆動方向と、制御室（８４）内の
高圧燃料が制御弁（９０）に及ぼす圧力方向とが直交す
ることを特徴とする。

【０００８】第１の特徴により、ニードル弁体（８３）
と制御弁（９０）とによって形成される高圧空間の体積
が小さくなるので、高圧空間によって形成される疑似バ
ネのバネ定数が大きくなり、ニードル弁体（８３）の振
動を抑制することができる。したがって、ニードル弁体
（８３）の作動制御を適切に行うことができる。また、
第２の特徴により、制御室（８４）内の高圧燃料の圧力
のうち、制御弁（９０）の駆動方向の圧力成分は、ハウ
ジング（８０）に対して固定された受圧部９１が受け、
一方、制御弁（９０）の駆動方向と直交する方向の圧力
成分は、制御弁（９０）を構成する部材が受けることと
なる。

【０００９】したがって、アクチュエータ（９３、９
４）が、流出孔（８８）を完全に閉じた状態を維持する
ために大きな力を発生させる必要としないので、アクチ
ュエータ（９３、９４）の大型化、または流出孔（８
８）を完全に閉じることができないといった不具合を防
止することができる。以上に述べたように、本発明によ
れば、ニードル弁体（８３）を適切に制御可能としなが
ら、アクチュエータ（９３、９４）の小型化を図ること
ができる。

【００１０】因みに、本明細書において、「流出孔（８
８）を完全に閉じる」とは、厳密な意味ではなく、燃料
噴射弁の作動上、「支障がない程度に流出孔（８８）を
閉じる」という意味である。なお、上記各手段の括弧内
の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応
関係を示すものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本実施形態は、本発明に係る燃料
噴射弁をディーゼルエンジン（以下、エンジンと略
す。）の蓄圧式燃料噴射装置１に適用したした例であ
り、図１は蓄圧式燃料噴射装置１の模式図である。図１
中、２はエンジンでり、３は燃料タンク４内の燃料を吸
引する低圧燃料ポンプ（フィードポンプ）であり、５は
エンジン２の近傍に配設されて、低圧燃料ポンプ３によ
り送られてきた燃料を所定圧力まで加圧する高圧燃料ポ
ンプである。

【００１２】６は高圧燃料ポンプ５にて加圧された燃料
が収容されるコモンレール（蓄圧容器）であり、このコ
モンレール６には、配管７を介して燃料噴射弁（インジ
ェクタ）８が各気筒毎に配設されている。そして、これ
らの燃料噴射弁８の開閉は、燃料噴射弁８のソレノイド
コイル９３を駆動する駆動回路を含む駆動装置（以下、
ＥＤＵと呼ぶ。）９を介して、後述する電子制御装置１
０により開閉制御される。なお、燃料噴射弁８の詳細は
後述する。

【００１３】そして、コモンレール６には、コモンレー
ル６内の圧力を検出する圧力センサ（圧力検出手段）１
１が配設されており、この圧力センサ１１の出力信号
（検出値）は、中央演算装置（ＣＰＵ）、記憶手段をな
す読み込み専用記憶装置（ＲＯＭ）、随時読み書き可能
な記憶装置（ＲＡＭ）、および信号の入出力ポート等か
ら構成された電子制御装置（以下、ＥＣＵと略す。）１
０に入力されている。

【００１４】また、１２は、コモンレール６内と低圧側
（燃料タンク４側）とを連通させる通路を開閉する電磁
弁であり、この電磁弁１２は、非通電時に通路を閉じる
非通電時閉（ノーマルクローズ）型のものである。とこ
ろで、ＥＣＵ１０には、エンジン２のクランクシャフト
（図示せず）のクランク角（回転角）を検出するクラン
ク角センサ１３からの出力信号、および乗員が操作する
アクセル手段（図示せず）の開度を検出するアクセル開
度センサ１４からの出力信号が入力されている。

【００１５】そして、ＥＣＵ１０は、クランク角センサ
１３からの出力信号に基づいて燃料噴射弁８の開閉作動
を制御するとともに、クランク角センサ１３の出力信号
からエンジン２の回転数を算出し、この算出したエンジ
ン回転数およびアクセル開度からコモンレール６内の圧
力が所定値（図２参照）となるように高圧ポンプ５を制
御する。

【００１６】因みに、高圧ポンプ５を停止しても、コモ
ンレール６内の圧力が所定圧力まで、速やかに低下しな
い場合には、ＥＣＵ１０は電磁弁１２を開いてコモンレ
ール６内の圧力を急速に低下させることができる。次
に、燃料噴射弁８について述べる。図３は本実施形態に
係る燃料噴射弁１００の断面図であり、図４は燃料噴射
弁８の模式図である。以下、図４を用いて燃料噴射装置
８について述べる。なお、図３の（ｂ）および図４のＡ
部は図１のＡ部の拡大図であり、本実施形態の要部をな
す部位である。

【００１７】８０は燃料噴射装置８のハウジングであ
り、このハウジング８０内には、エンジン２の燃焼室内
に向けて開口する燃料噴射孔（以下、噴孔と呼ぶ。）８
１に連通する通路（サック部）８２が形成されており、
このサック部８２は、ニードル弁体８３（以下、ニード
ルと略す。）により開閉される。なお、本実施形態で
は、サック部８２から後述する制御室８４まで至る、一
体可動する部分をニードル８３と呼んでいる。

【００１８】また、ニードル８３の一端側（サック部８
２と反対側）には、ニードル８３の開閉作動を制御する
制御室（制御圧力室）８４が形成されており、この制御
室８４、および噴孔８１より噴射される燃料が溜まる燃
料溜まり室（ニードル室）８５には、コモンレール６よ
り高圧燃料が供給されている。一方、制御室８４を構成
する平板状の隔壁部８７には、制御室８４内の高圧燃料
を流出させる流出孔（流出オリフィス）８８が形成され
ており、この流出孔８８は、流出孔８８から低圧側（燃
料タンク４側）に至る流出通路８９と制御室８４とを連
通させている。

【００１９】そして、９０は流出通路８９を開閉する制
御弁であり、この制御弁９０の先端（隔壁部８７側）に
は、流出通路８９が閉じられた状態において、制御室８
４内の圧力を後述する受圧部９１に導く導圧通路９２が
形成されている。そして、この導圧通路９２には、ハウ
ジング８０に対して固定された受圧柱９１ａが挿入され
ており、この受圧柱９１ａの流出孔８８側端部には、制
御弁９０の駆動方向の圧力を受ける受圧部９１が形成さ
れている。

【００２０】また、９３は制御弁９０を吸引する電磁力
を発生するソレノイドコイルであり、９４は電磁力と反
対向きの弾性力を制御弁９０に作用させるコイルバネ
（弾性手段）であり、このコイルバネ９４およびソレノ
イドコイル９３により制御弁９０が駆動される。ところ
で、制御弁９０は、流出孔８８の外縁側全周で隔壁部８
７に接触することにより流出通路８９を閉じ、隔壁部８
７から離れることにより流出通路８９を開くように構成
されている。このため、流出通路８９が閉じられた状態
においては、制御室８４内の高圧燃料の圧力のうち、制
御弁９０の駆動方向の圧力成分は、ハウジング８０に対
して固定された受圧部９１が受け、一方、制御弁９０の
駆動方向と直交する方向の圧力成分は、導圧通路９２の
内壁部が受けることとなる。

【００２１】次に、燃料噴射弁８の作動について述べ
る。 １．閉弁作動 ニードル８３は、制御室８４においてニードル８３に圧
力が作用する受圧面積と、ニードル室８５においてニー
ドル８３に圧力が作用する受圧面積との差分による力、
および制御室８４とニードル室８５との間に配設された
バネ（弾性手段）８６の弾性力によってサック部８２を
閉じる。

【００２２】２．開弁作動 ソレノイドコイル９３に通電されて制御弁９０が吸引さ
れると、流出通路８９が連通するので、制御室８４内の
圧力が低下する。このため、ニードル室８５の圧力がニ
ードル８３に及ぼす力が、バネ８６および制御室８４の
圧力がニードル８３に及ぼす力を上回るため、ニードル
８３が制御室８４側に移動してサック部８２が開かれ
る。

【００２３】次に、本実施形態の特徴を述べる。本実施
形態では、制御弁９０は、隔壁部８７に接触することに
より流出通路８９を閉じるので、ニードル８３と制御弁
９０とによって形成される高圧空間Ｖの体積を小さくす
ることができる。したがって、高圧空間Ｖによって形成
される疑似バネのバネ定数が大きくなるので、ニードル
弁体８３の振動を抑制することができ、ニードル弁体８
３の作動制御を適切に行うことができる。

【００２４】因みに、図５の（ａ）は高圧空間Ｖを７０
×１０^-9〔ｍ³〕とし、図５の（ｂ）は高圧空間Ｖを２
０×１０^-9〔ｍ³〕とし、通電時間をパラメータとして
ニードル８３の変位量と時間との関係を示す試験結果で
あり、この試験結果か明らかなように、高圧空間Ｖが小
さくすると、ニードル８３の振動を防止することができ
ることが判る。

【００２５】また、流出通路８９が閉じた状態におい
て、制御弁９０の駆動方向に及ぼす圧力は、ハウジング
８０に対して固定された受圧部９１が受け、一方、制御
弁９０に及ぼす圧力方向と制御弁（９０）の駆動方向と
が直交することにより、制御弁９０に作用する圧力は、
導圧通路９２の内壁部が受けることとなる。したがっ
て、制御弁９０を駆動するアクチュエータをなすソレノ
イドコイル９３およびコイルバネ９４が、流出孔８８を
完全に閉じた状態を維持するために大きな力を発生させ
る必要としないので、ソレノイドコイル９３およびコイ
ルバネ９４の大型化、または流出孔８８を完全に閉じる
ことができないといった不具合を防止することができ
る。

【００２６】ところで、上述の実施形態では、制御室８
４の圧力のうち制御弁９０の駆動方向の圧力成分が制御
弁９０に作用しないようにすべく、導圧通路９２の径寸
法と流出孔８８の径寸法とを等しくしたが、導圧通路９
２の径寸法を流出孔８８の径寸法より大きくしても本発
明を実施することができる。なお、このとき、導圧通路
９２および流出孔８８の断面形状は、円形に限定される
ものではなく、矩形状等その他の形状であってもよい。

【００２７】また、上述の実施形態では、隔壁部８７を
平板状としたが、制御弁９０と隔壁部８７とが接触する
ことにより流出通路８９を閉じることができる形状であ
れば、隔壁部８７を曲面状等のその他の形状としてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】蓄圧式燃料噴射装置の模式図である。

【図２】エンジン回転数およびアクセル開度とコモンレ
ール圧との関係を示すマップである。

【図３】燃料噴射弁の断面図である。

【図４】燃料噴射弁の模式図である。

【図５】通電時間をパラメータとしてニードル弁体の変
位量と時間との関係を示す試験結果を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

５…高圧ポンプ、６…コモンレール、８…燃料噴射弁、
９…駆動回路、１０…電子制御装置、８３…ニードル弁
体、８４…制御室、８５…ニードル室、８７…隔壁部、
８８…流出孔、８９…流出通路、９０…制御弁、９１…
受圧部、９２…導圧通路、９３…ソレノイドコイル、９
４…コイルバネ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室内に高圧の燃料を噴射する内燃機
   関用の燃料噴射弁であって、 ハウジング（８０）と、 前記ハウジング（８０）内に配設され、前記燃焼室内に
   向けて開口する燃料噴射孔（８１）に連通する通路（８
   ２）を開閉するニードル弁体（８３）と、 前記ハウジング（８０）内のうち前記ニードル弁体（８
   ３）の一端側に形成され、前記ニードル弁体（８３）の
   開閉作動を制御するとともに、高圧燃料が導かれる制御
   室（８４）と、 前記制御室（８４）を構成する隔壁部（８７）に形成さ
   れ、前記制御室（８４）内の高圧燃料が流出する流出孔
   （８８）と、 前記流出孔（８８）から低圧側（４）に至る流出通路
   （８９）と、 前記隔壁部（８７）に接触することにより前記流出通路
   （８９）を閉じ、前記隔壁部（８７）から離れることに
   より前記流出通路（８９）を開く制御弁（９０）と、 前記制御弁（９０）を駆動するアクチュエータ（９３、
   ９４）とを備え、 前記流出通路（８９）が閉じた状態において、前記制御
   室（８４）内の高圧燃料が、前記制御弁（９０）の駆動
   方向に及ぼす圧力を受ける受圧部（９１）が前記ハウジ
   ング（８０）に対して固定され、 さらに、前記流出通路（８９）が閉じた状態において
   は、前記制御弁（９０）の駆動方向と、前記制御室（８
   ４）内の高圧燃料が前記制御弁（９０）に及ぼす圧力方
   向とが直交することを特徴とする燃料噴射弁。
2. 【請求項２】 前記隔壁部（８７）は平板状に形成さ
   れ、 前記制御弁（９０）は、前記流出孔（８８）の外縁側全
   周で前記隔壁部（８７）に接触することにより前記流出
   通路（８９）を閉じ、 さらに、前記制御弁（９０）には、前記流出通路（８
   ９）が閉じた状態において、前記制御室（８４）内の圧
   力を前記受圧部（９１）に導く導圧通路（９２）が形成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射
   弁。
3. 【請求項３】 前記制御弁（９０）には、前記流出通路
   （８９）前記流出通路（８９）が閉じた状態において、
   前記流出孔（８８）に連通するとともに前記流出孔（８
   ８）の径寸法以上の径寸法を有する導圧通路（９２）が
   形成されており、 さらに、前記受圧部（９１）は、前記導圧通路（９２）
   に挿入された受圧柱（９１ａ）の前記流出孔（８８）側
   端部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載
   の燃料噴射弁。