JPH11190259A

JPH11190259A - 燃料噴射システム

Info

Publication number: JPH11190259A
Application number: JP28481698A
Authority: JP
Inventors: Shigeiku Enomoto; 榎本　　滋郁
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】コモンレール式の燃料噴射システムを小型の
４弁エンジン等に適用容易とすることである。【解決手段】エンジンヘッドに取り付けられる燃料噴
射弁２は、燃料噴射と遮断とを切り換えるノズルニード
ル２１０を囲む圧力室２１３がコモンレールと等しく高
圧になると、その圧力がノズルニードル２２０の受圧面
２２５に作用し、ノズルニードル２２０がスプリング２
２７の閉弁方向のばね力に抗して開弁する簡略な小型化
した構成とする。コモンレールから燃料噴射弁２に高圧
燃料を供給する供給配管の途中には、コモンレールおよ
び燃料噴射弁２の連通と遮断を切り換える電磁弁を設
け、燃料噴射弁２の圧力室２１３を二値制御する構成と
する。これにより小型の４弁エンジン等への適用を容易
ならしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料噴射システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの、燃料を噴射する
燃料噴射システムの一つとして、コモンレール噴射シス
テムが知られている。コモンレール噴射システムでは、
各気筒に連通する共通の蓄圧配管（コモンレール）が設
けられ、ここに可変吐出量高圧ポンプによって必要な流
量の高圧燃料を圧送供給することにより、蓄圧配管の燃
料圧力を一定に保持している。蓄圧配管内の高圧燃料は
所定のタイミングで燃料噴射弁により各気筒に噴射され
る（例えば特開昭６４−７３１６６号公報、特開平７−
２９３３８７号公報等）。

【０００３】図９に、この種の燃料噴射弁の全体縦断面
を示し、図１０にその要部拡大断面を示す。燃料噴射弁
は、本体部８０１と噴射制御用の駆動部８０２とで構成
されている。本体部８０１の先端のノズルボディ８０３
にはシリンダ８０５が形成され、先端には燃料噴射孔８
０４が形成されている。シリンダ８０５にはこれに沿っ
て変位するノズルニードル８０６が設けられている。シ
リンダ８０５内にコモンレールから圧送される燃料が、
導入流路８０７を通って導入される。この燃料はノズル
ニードル８０６の周囲に形成された噴射室８０８におい
て、ノズルニードル８０６を開弁方向に常時付勢してい
る。ノズルニードル８０６には、その上側に設けられた
ロッド８０９を介して常時スプリング８１０による閉弁
方向の付勢力が作用している。

【０００４】ロッド８０９の上側には、これと同軸に案
内孔８１１を摺動する制御棒８１２が設けられ、制御棒
８１２の後端面には、導入流路８０７から高圧燃料が絞
り８１３を介して導入される制御室８１４が形成されて
いる。制御室８１４は別の絞り８１５および駆動部８０
２の弁部８１６を介して、低圧の燃料タンクに通じる排
出流路８１９と連通している。

【０００５】弁部８１６は半球形のシート部８１７と弁
体であるボール８１８とで構成され、ボール８１８は、
プッシュロッド８２０がスプリング８２１のばね力によ
り常時下方（閉弁方向）に付勢している。プッシュロッ
ド８２０にはアーマチャ８２２が一体に設けられてい
る。アーマチャ８２２と対向して設けられたステータ８
２３は、これに巻装したコイル８２４に通電するとアー
マチャ８２２を吸引しプッシュロッド８２０が上方へ変
位する。これによりボール８１８がリフトする。一方、
コイル８２４への通電を解除するとプッシュロッド８２
０がスプリング８２１のばね力で下方へ変位しボール８
１８がシート部８１７に着座する。

【０００６】コイル８２４に通電し弁部８１６が開くと
制御室８１４内の燃料は、絞り８１５、排出流路８１９
を通って、燃料タンクに流出する。ここで絞り８１５の
断面積は、絞り８１３の断面積よりも十分大きくしてあ
り、制御室８１４は低圧となって制御棒８１２を押し下
げる力が解除されてノズルニードル８０６が開弁し燃料
噴射孔８０４から噴射が行われる。

【０００７】再びコイル８２４への通電を停止し、弁部
８１６が閉じられると制御室８１４は高圧となって制御
棒８１２を押し下げる力が増大し、これとスプリング８
１０のばね力との合力が噴射室８０８の開弁方向作用力
よりも優勢となってノズルニードル８０６は閉弁し、燃
料噴射は停止する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記燃料
噴射弁は、ノズルニードルを上下方向に駆動するための
駆動部が設けられているため体格が大きくなり、小型化
には限界がある。したがって燃料噴射弁のエンジヘッド
への取り付けスペースを多く取ってしまい、吸気弁およ
び排気弁を２つずつ有する小型の４弁エンジン等への適
用は困難である。このためジャーク式の燃料噴射システ
ム用のエンジンヘッドを流用することは到底おぼつかな
い。

【０００９】そこで本発明の目的は、小型の４弁エンジ
ン等への適用が容易で、ジャーク式の燃料噴射システム
用のエンジンヘッドを流用することが可能な小型の燃料
噴射弁を備えた燃料噴射システムを提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、高圧ポンプにより燃料圧が高圧に保持される蓄圧配
管から供給配管を介して高圧の燃料を、燃焼室に臨む燃
料噴射弁に供給する燃料噴射システムにおいて、上記燃
料噴射弁は、先端に燃料噴射孔が形成され供給配管と連
通するノズルと、ノズル内に設けられてノズルに沿って
変位するノズルニードルと、ノズルニードルを常時閉弁
方向に付勢するばね部材とを具備し、かつノズルにはノ
ズルニードルを囲み圧力室を形成し、ノズルニードルに
は圧力室内の燃料圧を開弁方向に受ける受圧面を形成し
てなる。かつ上記供給配管の途中に、上記蓄圧配管と上
記ノズル間の連通と遮断とを切り換える電磁弁を設け
る。蓄圧配管の高圧燃料がノズル内に供給されるとその
燃料圧でノズルニードルが開弁するようにする。

【００１１】電磁弁が開くと燃料噴射弁の圧力室が蓄圧
配管と同じ高圧となり、圧力室の燃料圧がノズルニード
ルの受圧面にノズルニードル開弁方向に作用し、ノズル
ニードルが開弁する。電磁弁が閉じると燃料噴射弁の圧
力室が低圧となり、ばね部材の付勢力によりノズルニー
ドルが閉弁する。このように燃料噴射弁がノズルニード
ルを駆動するソレノイド等の駆動手段を備えていなくと
もノズルニードルの開閉制御ができる。燃料噴射弁はノ
ズルニードルを駆動する駆動手段が不要な分、小型にす
ることができる。しかして小型の４弁エンジン等への適
用が容易となる。またエンジンヘッドにジャーク式のも
のが流用可能となる。

【００１２】請求項２記載の発明では、上記電磁弁は、
上記蓄圧配管からの高圧燃料が導入導出される入口ポー
トおよび出口ポートとを有するシリンダと、シリンダ内
を摺動し、入口ポートおよび出口ポートの連通と遮断と
を切り換える棒状の弁体と、弁体の後端面を室壁面とし
て形成された圧力バランス室と、出口ポートと圧力バラ
ンス室とを常時連通する連通路とを具備する構成とす
る。

【００１３】弁体の開弁時には、出口ポートの燃料圧が
入口ポートと同じ高圧となり、この燃料圧は弁体の先端
面に対して開弁方向に作用する。上記構成とすることに
より、連通路を介して弁体の後端面側の圧力バランス室
も高圧となり、その燃料圧は弁体の後端面に対して閉弁
方向に作用する。燃料圧による反対方向の力が相殺する
から、弁体の駆動力は小さいものでよい。しかして電磁
弁が小型化できる。

【００１４】請求項３記載の発明では、上記電磁弁は、
上記蓄圧配管からの高圧燃料が導入導出される入口ポー
トおよび出口ポートとを有するシリンダと、シリンダ内
を摺動する棒状の弁体と、シリンダの出口ポートよりも
上流側に形成され弁体を受ける弁座とを具備する。弁体
の径を、弁体が弁座と密着するシールエッジの径と実質
的に等しくする。

【００１５】閉弁時に弁体の周壁面に軸線方向に燃料圧
が作用せず、弁体を保持または駆動する力は小さいもの
でよい。しかして電磁弁が小型化できる。

【００１６】請求項４記載の発明では、電磁弁は、上記
蓄圧配管からの高圧燃料が導入導出される入口ポートお
よび出口ポートと、低圧に開放された排出ポートとを有
するシリンダと、シリンダ内をその軸線方向に摺動する
棒状の弁体とを具備し、入口ポートと出口ポートとが遮
断状態のとき出口ポートと排出ポートとが連通し、入口
ポートと出口ポートとが連通状態のとき出口ポートと排
出ポートとが遮断するように構成する。

【００１７】燃料噴射弁への高圧燃料の供給を停止する
ときには、入口ポートと出口ポートとが遮断するととも
に、出口ポートが排出ポートと連通し、供給配管の、電
磁弁よりも下流が低圧に開放される。これにより、燃料
噴射弁の圧力室が速やかに減圧してノズルニードルが応
答性よく閉弁する。

【００１８】請求項５記載の発明では、上記シリンダの
内周面の全周に環状の凹部を形成し、上記弁体を、シリ
ンダ壁面と摺接するピストン部と、ピストン部よりも大
径で上記凹部よりも小径とし外周部が上記凹部内に弁軸
方向移動可能に収納された弁頭と、ピストン部と弁頭の
間に設けられピストン部よりも小径のシャフト部とで構
成する。弁頭の表面のシャフト側と先端側とにそれぞれ
円錐面を形成し、上記凹部の相対向する段部をそれぞれ
弁頭の円錐面を受ける弁座となす。上記入口ポートを上
記シャフト部の周面とシリンダ周壁面との間に形成され
る第１の環状空間と連通せしめ、上記出口ポートを上記
凹部位置にて弁頭の周面とシリンダ周壁面との間に形成
される第２の環状空間と連通せしめて、弁頭がシャフト
側の一方の弁座に着座することにより入口ポートと出口
ポートの間を遮断し、弁頭が他方の弁座に着座すること
により上記排出ポートと出口ポートの間を遮断する構成
とする。かつ両弁座の径を略ピストン部の径に設定す
る。

【００１９】弁頭がシャフト側の一方の弁座に着座して
入口ポートと出口ポートの間が遮断された状態を考え
る。入口ポートからの高圧の燃料は第１の環状空間まで
流入している。上記弁座の径とピストン部の径とは略等
しいから、上記環状空間を満たしている燃料が弁体を付
勢する力は摺動方向について略バランスしている。しか
して、この状態から、弁体を、弁頭が他方の弁座に着座
する方向に変位せしめて入口ポートと出口ポートの間を
連通せしめるのに、弁体を駆動する手段の負担は軽いも
のとなる。

【００２０】次に、弁頭が他方の弁座に着座して排出ポ
ートと出口ポートの間が遮断された状態を考える。入口
ポートからの高圧の燃料は上記第１の環状空間から、弁
頭と一方の弁座の間を抜け、第２の環状空間を通って出
口ポートへと流れる。両弁座の径は略等しいから、上記
両環状空間を満たしている燃料が弁体を付勢する力は摺
動方向について略バランスしている。しかして、この状
態から、弁体を、弁頭が一方の弁座に着座する方向に変
位せしめて排出ポートと出口ポートの間を連通せしめる
のに、弁体を駆動する手段の負担は軽いものとなる。

【００２１】したがって、電磁弁の体格を小さくするこ
とができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１に第１の実
施形態になる本発明の燃料噴射システムの全体構成を示
す。図において、エンジン１は、気筒当たり吸気弁１０
１を２個、排気弁１０２を２個づつ有する４弁エンジン
である。エンジン１のエンジンヘッド１０３には、各気
筒ごとに、シリンダ１０４内を往復動するピストン１０
５の上方に形成される燃焼室１０６に先端が臨む燃料噴
射弁２が配設される。これら燃料噴射弁２は、供給配管
５０１によって各気筒共通の高圧蓄圧配管いわゆるコモ
ンレール５０２に接続されている。供給配管５０１の途
中には噴射制御用の電磁弁３およびデリバリバルブ４が
設けてあり、燃料噴射弁２から各気筒の燃焼室１０６へ
の燃料の噴射は、後述するように電磁弁３のオンオフに
より制御される。コモンレール５０２には、供給配管５
０３、吐出弁５０４を介して可変吐出量高圧ポンプ５０
５が接続され、連続的に燃料噴射圧に相当する高い所定
圧の燃料が蓄圧される。可変吐出量高圧ポンプ５０５は
燃料タンク５０６からフィードポンプ５０７を経て吸入
される低圧燃料を高圧に加圧し、コモンレール５０２内
の燃料を高圧に制御する。

【００２３】燃料噴射システムを制御する電子制御ユニ
ット（ＥＣＵ）６には、各種センサの検出信号が入力
し、例えばエンジン回転数センサ７０１、負荷センサ７
０２より、回転数、負荷の情報が入力し、ＥＣＵ６は、
これらの信号により判別されるエンジン状態に応じた最
適の噴射時期、噴射量（噴射期間）を決定して電磁弁３
に制御信号を出力し、燃料噴射弁２が制御信号に基づい
て燃焼室１０６に燃料を噴射するようになっている。ま
たＥＣＵ６には、コモンレール５０２に設けられた圧力
センサ７０３よりコモンレール圧力の検出信号が入力
し、ＥＣＵ６は、コモンレール圧力が予め負荷や回転数
に応じて設定した最適値となるように、可変吐出量高圧
ポンプ５０５の吐出量を制御する。

【００２４】図２に燃料噴射弁２の縦断面を示す。燃料
噴射弁２は、略棒状に成形されたノズルホルダー２０１
と、その下端にディスタンスピース２０２を介してノズ
ルリテーニングナット２０３で締めつけ固定されたノズ
ルボディ２０４とを有している。またノズルホルダー２
０１には、側方へ延出するインレット部２０５が設けて
あり、供給配管５０１（図１）と接続される。

【００２５】ノズルホルダ２０１には上下方向に中間部
２０７が縮径した貫通孔２０６が形成してある。

【００２６】ノズルボディ２０４は上端開口の縦孔２１
０が形成された筒状体で、その先端には燃料噴射孔２１
１が形成してある。縦孔２１０はノズルホルダー２０１
の貫通孔２０６と連通している。

【００２７】ノズルホルダ２０１、ノズルボディ２０４
等には、供給配管からの高圧燃料を導入する導入流路２
１４が形成してあり、インレット部２０５の先端に入口
２１５が開口している。導入流路２１４はノズルボディ
２０４の縦穴２１０の拡径部２１３に開口している。

【００２８】また導入流路２１４の入口２１５の直下流
部にはバーフィルタ２１９が設けてあり、ここで燃料が
異物除去されるようになっている。

【００２９】縦孔２１０内にはノズルニードル２２０が
設けてある。ノズルニードル２２０は括れ部２２１が形
成された棒状体で、括れ部２２１よりも上側の案内部２
２２が縦穴２１０周壁面と液密に摺接し、縦穴２１０の
上側部分を閉鎖している。括れ部２２１よりも下側の弁
体部２２３は、その先端外周縁２２４が、燃料噴射孔２
１１よりもやや上側に形成したシート部２１２に着座す
るようになっている（図は着座時）。

【００３０】ノズルニードル２２０の案内部２２２下端
の段部は、下方に縮径するテーパ状に形成され、このテ
ーパ面２２５は、これを囲む燃料圧が上向きすなわちノ
ズルニードル２２０の開弁方向に作用し、受圧面２２５
としてある。また縦孔２１０の拡径部２１３は受圧面２
２５位置に形成され、圧力室たる噴射室２１３としてあ
る。

【００３１】ノズルホルダ２０１の貫通孔２０６の、大
径の下側部２０８にはノズルニードル２２０の上側に、
スプリング２２７とスプリング受け２２８が同軸に収容
されている。スプリング受け２２８の下端面に形成され
た穴には、ノズルニードル２２０の案内部２２２の上端
面より突出する軸部２２６が嵌入され、スプリング２２
７がノズルニードル２２０を下方すなわち閉弁方向に常
時付勢している。

【００３２】貫通孔２０６の拡径した上側部２０９には
蓋部材２２９が螺入せしめてある。蓋部材２２９には、
貫通孔２０６内を大気圧にする通気孔２３０が形成され
ている。

【００３３】さて電磁弁３が開いて噴射室２１３が高圧
になると、ノズルニードル２２０に対する噴射室２１３
の押し上げ力が、スプリング２２７の押し下げ力よりも
優勢となってノズルニードル２２０が開弁する。一方、
電磁弁３が閉じられ噴射室２１３が低圧になると、ノズ
ルニードル２２０に対する噴射室２１３の押し上げ力
が、スプリング２２７の押し下げ力よりも劣勢となって
ノズルニードル２２０が閉弁する。

【００３４】図３、図４に上記燃料噴射弁２の開閉制御
をする電磁弁３の縦断面を示す。図３は電磁弁３が閉じ
ている時のもので、図４が開いている時のものである。
コモンレール５０２が形成されるボディ５０８に上端開
口の深穴５０９が形成され、ここに電磁弁３が取り付け
られる。

【００３５】電磁弁３は、深穴５０９と同径で筒状のソ
レノイドハウジング３０１に、筒状のスペーサ３０２を
挟んでバルブボディ３０３とステータ３０４とが挿入さ
れ、ソレノイドハウジング３０１の上下端がかしめられ
てソレノイドハウジング３０１に保持される。ソレノイ
ドハウジング３０１がボディ５０８と螺結することで、
バルブボディ３０３は下端面が深穴底面と密着しボディ
と５０８と一体化している。バルブボディ３０３には、
上側が広く開口したシリンダたる縦孔３０５が形成して
ある。縦孔３０５は底部３０６の直上部に拡径部３０７
が形成してある。またステータ３０４には縦孔３０５の
対向位置に穴３０９が形成してある。かかる縦孔３０６
等により形成される空間に後述するニードル弁３１０等
の部品が配設される。

【００３６】ボディ５０８およびバルブボディ３０３に
は、一端が縦孔３０５の拡径部３０７周壁面に開口し他
端がコモンレール５０２に通じる燃料流路５１０と、一
端が縦穴３０５の底面に開口し、他端がデリバリバルブ
４に通じる燃料流路５１１とが形成してある。

【００３７】縦孔３０５には弁体たるニードル弁３１０
が挿通せしめてある。ニードル弁３１０は段付きの棒状
部材で、小径の下半部３１１は縦穴３０５の拡径部３０
７よりも上側位置で縦穴３０５周壁面と液密に摺接し、
拡径部３０７よりも上側を閉鎖している。このニードル
弁３１０を囲む縦穴３０５の拡径部３０７は、常時コモ
ンレール５０２から燃料が導入されており、入口ポート
たる環状流路３０７となる。

【００３８】縦穴３０５の出口ポートたる底部３０６は
ニードル弁３１０よりも僅かに小径としてあり、底部３
０６の上端部３０８はニードル弁３１０を受ける弁座３
０８としてある。すなわちニードル弁３１０が下降して
弁座３０８に着座すると環状流路３０７と縦穴３０５の
底部３０６とが遮断され、コモンレール５０２に通じる
燃料流路５１０とデリバリバルブ４に通じる燃料流路５
１１とが遮断される。ニードル弁３１０がリフトすると
上記両燃料流路５１０，５１１が連通し、デリバリバル
ブ４を介して燃料噴射弁２の噴射室２１３（図２）がコ
モンレール５０２と同じ高圧となる。

【００３９】ニードル弁３１０とステータ３０４の間に
はスプリング３１３が介装してあり、ニードル弁３１０
を常時下方に付勢している。

【００４０】ニードル弁３１０の上端部には円板状のア
ーマチャ３１４が嵌められ、アーマチャ３１４とニード
ル弁３１０はレーザ溶接等で一体化している。

【００４１】ステータ３０４内部にはアーマチャ３１４
と対向してコイル３１５が埋設してある。コイル３１５
に通電するとステータ３０４がアーマチャ３１４を吸引
し、これと一体のニードル弁３１０をスプリング３１３
のばね力に抗して押し上げ、ニードル弁３１０が開弁す
る。コイル３１５の通電を遮断するとアーマチャ３１４
に対する吸引力が解除され、スプリング３１３がニード
ル弁３１０を押し下げ、ニードル弁３１０が閉弁する。

【００４２】図５は開閉するニードル弁３１０および弁
座３０８を拡大したもので、ニードル弁３１０は、例え
ば弁径φd1は８ｍｍ、ニードル弁３１０先端の円錐面３
１５の傾斜角θ1 は１２３°とする。ニードル弁３１０
先端の円錐面３１５と対向して円錐面をなす弁座３０８
は、外径φd2は８．２ｍｍ、傾斜角θ2 は傾斜角θ1よ
りもやや鋭角の１２０°とする。ここにおいてニードル
弁３１０が弁座３０８と密着する環状のシールエッジ３
１６はニードル弁３１０の弁径φd1と同じ８ｍｍであ
る。しかして閉弁時には弁ニードル３１０のシールエッ
ジ３１６が弁座３０８に密着して環状流路３０７と縦穴
３０５の底部３０６間が遮断される。

【００４３】ニードル弁３１０は、周壁面にコモンレー
ル５０２と常時等圧の環状流路３０７の燃料圧が作用す
るが、弁径φd1をシールエッジ３１６の直径と等しくし
ているから、この燃料圧はニードル弁３１０の軸線方向
には作用しない。しかしてコモンレール５０２の燃料圧
によって、ニードル弁３１０が、開弁方向もしくは閉弁
方向の力を受けることはない。したがってスプリング３
１３はばね力の小さなもので閉弁の保持が可能となる。

【００４４】なお弁径φd1とシールエッジ３１６の直径
とは、必ずしも厳密に等しくする必要はなく、実質的に
燃料圧が軸方向に作用しなければよく、作動不良が生じ
ない程度にシールエッジ３１６の直径を弁径φd1よりも
僅かに小さくしてもよい。

【００４５】またニードル弁３１０は、上半部３１２に
上端開口の穴３１７が形成してあり、その底面３１８が
実質的なニードル弁３１０の後端面３１８である。穴３
１７は径φ3 がニードル弁３１０の径φd1と等しくして
ある。穴３１７には、ステータ３０４から垂下するバラ
ンスロッド３１９が挿入され、ニードル弁３１０の穴３
１７の周壁面と液密に摺接している。穴３１７とバラン
スロッド３１９とにより画される圧力バランス室３２０
が形成される。

【００４６】ニードル弁の３１０下半部３１１には軸心
に沿って貫通穴３２１が形成してあり、縦穴３０５の底
部３０６と圧力バランス室３２０とを連通せしめる連通
路３２１としてある。連通路３２１により圧力バランス
室３２０が縦穴３０５の底部３０６と等圧とされ、ニー
ドル弁３１０の開弁時に底部３０６がコモンレール５０
２と同じ高圧となると、圧力バランス室３２０も等しく
高圧となる。穴径φd3と弁径φd1とは等しくしてあるた
め、縦穴３０５の底部３０６の、ニードル弁３１０の先
端面３２２に作用する上向きの力と、圧力バランス室３
２０の、ニードル弁３１０の後端面３１８に作用する下
向きの力とが等しい。したがってスプリング３１３は、
ばね力の小さなものでも閉弁作動が良好に行われる。

【００４７】なお弁径φd1と穴径φd3とは必ずしも厳密
に等しくする必要はなく、実質的に上向きおよび下向き
の燃料圧が相殺されればよく、作動不良が生じない程度
に僅かに変えてもよい。

【００４８】電磁弁３はかかる構成としてあるので、ス
プリング３１３として、ばね力の小さい小型のものを用
いることができる。またこのためステータ３０４やコイ
ル３１５等も、電磁力の小さなものでよく、小型化でき
る。

【００４９】またスプリング３１３にばね力の強いもの
を用いることができれば、バランス室３２０や連通路３
２１は省略したり、ニードル弁３１０は弁径φd1と穴径
φd3とが異なる形状とすることができる。

【００５０】上記燃料噴射システムの作動を説明する。
ＥＣＵ６はエンジン回転数センサ７０１や負荷センサ７
０２の検出信号に基づいて噴射期間を決定し、決定され
た噴射開始時期になると、電磁弁３のコイル３１５に通
電する。電磁弁３はコイル３１５への通電によりアーマ
チャ３１４がステータ３０４に吸引され、アーマチャ３
１５と一体のニードル弁３１０がスプリング３１３のば
ね力に抗して押し上げられ開弁し、燃料噴射弁２の噴射
室２１３がコモンレール５０２と同じ高圧となる。これ
により燃料噴射弁２のノズルニードル２２０が開弁し、
コモンレール５０２内の高圧燃料が電磁弁３、デリバリ
バルブ４、供給配管５０１を通って、各電磁弁３に対応
する燃料噴射弁２に供給され、燃料噴射弁２により燃料
の噴射が開始される。

【００５１】電磁弁３が開いた時の、燃料噴射孔２１１
に到る燃料圧の圧力伝播では、ジャーク式の燃料噴射シ
ステムのように燃料噴射弁２の噴射孔２１１における反
射圧力が発生しウォータハンマ現象が現れる。このため
燃料噴射孔２１１における噴射圧力を従来のコモンレー
ル式の燃料噴射システムと同じにする場合、相対的にコ
モンレール５０２の設定圧力を下げることができ、シス
テム各部の耐久性向上、駆動トルクの低減を図ることが
できる。

【００５２】そして決定された噴射終了時期になるとＥ
ＣＵ６はコイル３１５への通電を遮断し、燃料噴射弁２
は、噴射室２１３が低圧となりノズルニードル２２０が
閉弁し、燃料の噴射が終了する。

【００５３】このように本発明では燃料噴射弁は、ノズ
ルニードルを駆動するソレノイド等の駆動手段が不要で
小型化でき、コモンレール式の燃料噴射システムを、小
型の４弁エンジン等へ容易に適用することができる。こ
のため燃料噴射弁を取り付けるエンジンヘッドは、例え
ばジャーク式の燃料噴射システム用のものを流用するこ
とができ、新たに開発や設計をする必要はない。したが
ってコモンレール式の燃料噴射システムの、大幅なコス
トダウンを図ることができる。

【００５４】（第２実施形態）図６、図７、図８に第２
の実施形態になる本発明の燃料噴射システムの要部を示
す。本実施形態は、第１実施形態の構成において、燃料
噴射弁２を開閉制御する電磁弁３（図３、図４）に代え
て別の構成の電磁弁３Ａとしたもので、図６は電磁弁３
Ａが高圧燃料を供給していない時のもので、図７が供給
している時のものである。なお、以下の説明において、
第１実施形態と同じ構成となる部分については第１実施
形態と同じ番号を付すものとする。

【００５５】コモンレール５０２が形成されるボディ５
０８に上端開口の深穴５０９が形成され、ここに電磁弁
３Ａが取り付けられる。

【００５６】電磁弁３Ａは、深穴５０９と同径で筒状の
ソレノイドハウジング３３１の下部に、バルブボディ３
３３とシート部材３３２とが挿入され、ソレノイドハウ
ジング３３１の下端がかしめられてソレノイドハウジン
グ３３１に保持される。ソレノイドハウジング３３１の
上部にはステータ３３４とキャップ３３５とが挿入さ
れ、ソレノイドハウジング３３１の上端がかしめられて
ソレノイドハウジング３３１に保持される。ソレノイド
ハウジング３３１がボディ５０８と螺結することで、シ
ート部材３３２の下端面は深穴５０９底面と密着しボデ
ィ５０８と一体化し、シート部材３３２の上端面はバル
ブボディ３３３の下端面と密着し、一体化している。

【００５７】バルブボディ３３３には、両端が開口した
シリンダたる縦孔３３６が形成してある。縦孔３３６は
中程やや下側が拡径した形状を有し、縦孔３３６の周面
の全周に凹部３３８が形成されている。またステータ３
３４には縦孔３３６と同軸に穴３４６が形成してあり、
これにブッシュ３４７が圧入固定してある。

【００５８】ボディ５０８、シート部材３３２およびバ
ルブボディ３３３には、一端が凹部３３８よりも上側位
置にて縦孔３３６の周壁面に開口し他端がコモンレール
５０２に通じる燃料通路５２１が形成してある。燃料通
路５２１の上記一端が入口ポート３４３となる。また、
ボディ５０８およびシート部材３３２には、一端が縦穴
３３６の周壁面に開口し、他端がデリバリバルブ４に通
じる燃料通路５２２が形成してある。燃料通路５２２の
上記一端が出口ポート３４４となる。

【００５９】縦孔３３６には弁体たる棒状のニードル弁
３５０が挿通せしめてある。縦孔３３６の、ニードル弁
３５０の下側はスプリング室３３７としてあり、ここに
配設されたスプリング３５８がニードル弁３５０を常時
上方に付勢している。

【００６０】また、ニードル弁３５０の上方にはこれと
同軸にプッシュロッド３５６が配設されている。プッシ
ュロッド３５６はブッシュ３４７に挿通保持され、上端
部がステータ３３４の上方に形成されたアーマチャ室３
４８内に突出している。プッシュロッド３５６の上端部
には円盤状のアーマチャ３５７がレーザー溶接等で一体
的に連結されている。アーマチャ３５７とアーマチャ室
３４８上壁であるキャップ３３５の間にはスプリング３
５９が配設され、アーマチャ３５７を介してプッシュロ
ッド３５６を常時下方に付勢している。

【００６１】ニードル弁３５０とプッシュロッド３５６
とはスプリング３５８，３５９の付勢力により連結され
一体的に上下動する。

【００６２】ニードル弁３５０とプッシュロッド３５６
とには、これらを貫通して排出通路３６２が形成してあ
り、スプリング室３３７とアーマチャ室３４８とが連通
するようになっている。排出通路３６２のニードル弁３
５０側の開口端が排出ポート３４５となる。アーマチャ
室３４８はキャップ３３５を貫通して設けられた排出配
管３６３により燃料タンク５０６（図１参照）と連通し
ている。したがって、スプリング室３３７、アーマチャ
室３４８は常に低圧である。

【００６３】ニードル弁３５０は、縦穴３３６の周壁面
と摺接するピストン部３５１と、ピストン部３５１より
も大径の弁頭３５２と、ピストン部３５１と弁頭３５２
の間に設けられピストン部３５１よりも小径のシャフト
部３５３とで構成される。シャフト部３５３の周面と縦
穴３３６の周壁面の間には第１の環状空間である環状通
路３６０が形成される。上記入口ポート３４３は環状通
路３６０と連通する位置に形成され、環状通路３６０に
は燃料が常時導入されている。弁頭３５２は、ピストン
部３５１よりも大径で凹部３３８よりも小径としてあ
り、その外周部が凹部３３８内に弁軸方向移動可能に収
納されている。弁頭３５２の周面と縦穴３３６の周壁面
の間には、第２の環状空間である環状通路３６１が形成
される。出口ポート３４４は環状通路３６１と連通する
位置に形成され、常時、環状通路３６１と燃料通路５２
２とは連通している。

【００６４】弁頭３５２は、シャフト部３５３より立ち
上がる段面が図中上方へ向けて縮径する円錐状に形成さ
れて第１の円錐面３５４としてあり、先端面の周縁部が
図中下方へ向けて縮径する円錐状に形成されて第２の円
錐面３５５としてある。

【００６５】一方、弁頭３５２を収納する凹部３３８
は、その相対向する段部のうち、図中上側の段部を、上
記第１の円錐面３５４を受ける弁座である第１のシール
エッジ３４１となし、図中下側の段部を、上記第２の円
錐面３５５を受ける弁座である第２のシールエッジ３４
２となしてある。

【００６６】しかして、弁体３５０の上方変位時には、
第１の円錐面３５４は第１のシールエッジ３４１と密着
して入口ポート３４３と出口ポート３４４の間を遮断
し、第２の円錐面３５５は第２のシールエッジ３４２か
ら離間して排出ポート３４５と出口ポート３４４の間を
連通する（図６）。一方、弁体３５０の下方変位時に
は、第１の円錐面３５４は第１のシールエッジ３４１か
ら離間して入口ポート３４３と出口ポート３４４の間を
連通し、第２の円錐面３５５は第２のシールエッジ３４
２と密着して排出ポート３４５と出口ポート３４４の間
を遮断する（図７）。

【００６７】ここで、スプリング３５８のばね力は５ｋ
ｇｆに、スプリング３５９のばね力は１ｋｇｆに設定さ
れ、ニードル弁３５０を上方へ付勢するスプリング３５
８のばね力が、ニードル弁３５０を下方へ付勢するスプ
リング３５９のばね力より大きくなるようにすること
で、後述のコイル３６４への通電が行われていない状態
では図６の状態となる。

【００６８】また、ステータ３３４内部にはアーマチャ
３５７と対向してコイル３６４が埋設してあり、これに
通電することで、ステータ３３４がアーマチャ３５７を
吸引しプッシュロッド３５６を介してニードル弁３５０
を押し下げ図７の状態とするようになっている。

【００６９】次に図８により、ニードル弁３５０、およ
びシート部材３３２、バルブボディ３３３に形成した縦
穴３３６の詳細について説明する。

【００７０】二ードル弁３５０は、ピストン部３５１が
直径φd4＝φ７. ０００ｍｍ、弁頭３５２の等径部が直
径φd5＝φ８. ０ｍｍ、弁頭３５２の下端面が直径φd8
＝φ５. ５ｍｍである。弁頭３５２の第１の円錐面３５
４は角度θ5 ＝９０°であり、第２の円錐面３５５は角
度θ4 ＝９０°である。

【００７１】縦穴３３６は、凹部３３８よりも上側が直
径φd6＝φ７．００２ｍｍであり、ニードル弁３５０の
ピストン部３５１の直径φd4よりも僅かに大きくしてあ
り、縦穴３３７の周壁面とピストン部３５１の周面との
間で良好な摺接状態を得ている。

【００７２】縦穴３３６の凹部３３８の図中上側の段面
は上方へ向けて縮径する円錐面３３９としてあり、その
角度はθ6 ＝１００°としてある。これはニードル弁３
５０の第１の円錐面３５４の角度θ5 ＝９０°よりも大
きく、円錐面３３９の上端の環状の段部が、弁体３５０
を受ける上記第１のシールエッジ３４１となる。このシ
ールエッジ３４１は、縦穴３３６の凹部３３８よりも上
側の部分の下端でもあるから直径φ７．００２ｍｍ（＝
φd6）である。

【００７３】縦穴３３６の凹部３３８よりも下側の周壁
面には、下方へ向けて縮径する円錐面３４０が形成して
あり、その角度はθ7 ＝８０°としてある。これはニー
ドル弁３５０の第２の円錐面３５５の角度θ4 ＝９０°
よりも小さく、円錐面３４０の上端の段部が、弁体３５
０を受ける上記第２のシールエッジ３４２となる。ま
た、このシールエッジ３４２の直径はφd7＝φ７．０ｍ
ｍとしてあり、ニードル弁３５０のピストン部３５１の
直径および第１のシールエッジ３４１の直径と略同じと
してある。

【００７４】次に作動について説明する。コイル３６４
に通電を行っていないときは、上記のごとく、入口ポー
ト３４３と出口ポート３４４の間が遮断状態（図６）と
なっており、コモンレール５０２から燃料噴射弁２への
高圧燃料の供給はなされず、燃料噴射弁２から燃料噴射
は行われていない。この時、環状通路３６０はコモンレ
ール５０２と同じ高圧となっており、この高圧が、ニー
ドル弁３５０に対し、ピストン部３５１のシャフト部３
５３から立ち上がる段面では上向きに、弁頭３５２の第
１の円錐面３５４では下向きに作用する。

【００７５】しかし、ニードル弁３５０のピストン部３
５１の直径と第１のシールエッジ３４１の直径とはほぼ
等しくしてあるから、ニードル弁３４２の上下方向に作
用する油圧力はバランスする。したがって、スプリング
３５８に５ｋｇｆの小さなバネ力のものを用いていても
図６の状態を保持することができる。

【００７６】コイル３６４に通電を行うと、プッシュロ
ッド３５６と一体となったアーマチャ３５７がステータ
３３４に吸引され、スプリング３５８の付勢力に抗して
ニードル弁３５０を下方に押し下げる。上記のごとくス
プリング３５８に小さなバネ力のものを用いることがで
きるから、ステータ３３４等のニードル弁３５０駆動手
段は、アーマチャ３５７を吸引する力がさほど強いもの
でなくともニードル弁３５０を下方へ変位せしめること
ができる。しかして、ステータ３３４に径の小さなもの
を用いて、電磁弁３Ａの体格を小さくすることができ
る。

【００７７】ニードル弁３５０の下方変位により入口ポ
ート３４３と出口ポート３４４の間が連通状態（図７）
となって、コモンレール５０２内の高圧燃料は燃料通路
５２１、環状通路３６０，３６１、燃料通路５２２、デ
リバリバルブ４、供給配管５０１を通って、燃料噴射弁
２に供給され、燃料噴射弁２により第１実施形態に記載
のごとく燃料の噴射が開始される。

【００７８】本実施形態においても、電磁弁３Ａが開い
た時の、燃料噴射孔２１１に到る燃料圧の圧力伝播で
は、ジャーク式の燃料噴射システムのように燃料噴射弁
２の噴射孔２１１における反射圧力が発生しウォータハ
ンマ現象が現れる。このため燃料噴射孔２１１における
噴射圧力を従来のコモンレール式の燃料噴射システムと
同じにする場合、相対的にコモンレール５０２の設定圧
力を下げることができ、システム各部の耐久性向上、駆
動トルクの低減を図ることができる。

【００７９】図７の状態においては、環状通路３６１も
コモンレール５０２と同じ高圧となっており、この高圧
が、ニードル弁３５０に対し、弁頭３５２の第１の円錐
面３５４では下向きに、第２の円錐面３５５では上向き
に、ピストン部３５１のシャフト部３５３から立ち上が
る段面では上向きに作用する。しかし、ニードル弁３５
０のピストン部３５１の直径と第２のシールエッジ３４
２の直径とは、ほぼ等しくしてあるから、ニードル弁３
５０の上下方向に作用する油圧力はバランスしている。
したがって、コイル３６４への通電を終了すると、スプ
リング３５８によるバネ力でニードル弁３５０は速やか
に上昇して図６の状態に復帰し、燃料噴射弁２による燃
料噴射は終了する。

【００８０】この時、排出ポート３４５と出口ポート３
４４の間は連通し、燃料通路５２２、供給配管５０１内
の高圧燃料は排出通路３６２、排出配管３６３を通って
燃料タンク５０６に排出される。デリバリバルブ４は吸
戻し機能をもっているので、排出ポート３４５と出口ポ
ート３４４の間の連通により燃料通路５２２が低圧とな
ると、供給配管５０１内の燃料の一部は燃料通路５２２
内に吸戻され、供給配管５０１内の圧力は速やかに低下
する。これにより、燃料噴射弁２の噴射室２１３内が速
やかに低圧となるため、第１実施形態の構成にくらべ
て、燃料噴射弁２は応答性よく閉弁する。すなわち燃料
噴射弁２の燃料噴射の終了はシャープカットとなり、Ｔ
ＨＣ、パティキュレートの発生を低減できる。

【００８１】なお本発明の構成において、形状、数値等
は上記各実施形態記載のものに限定されるものではな
く、本発明の主旨に反しない限り任意である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料噴射システムの構成図である。

【図２】本発明の燃料噴射システムに用いる燃料噴射弁
の全体縦断面図である。

【図３】本発明の燃料噴射システムに用いる電磁弁の全
体縦断面図である。

【図４】本発明の燃料噴射システムに用いる電磁弁の別
の全体縦断面図である。

【図５】本発明の燃料噴射システムに用いる電磁弁の要
部の拡大断面図である。

【図６】本発明の燃料噴射システムに用いる別の電磁弁
の全体縦断面図である。

【図７】本発明の燃料噴射システムに用いる別の電磁弁
の別の全体縦断面図である。

【図８】本発明の燃料噴射システムに用いる別の電磁弁
の要部の拡大断面図である。

【図９】従来の一の燃料噴射弁の全体縦断面図である。

【図１０】従来の一の燃料噴射弁の要部縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１エンジン１０３エンジンヘッド１０６燃焼室２燃料噴射弁２０４ノズルボディ（ノズル）２１１燃料噴射孔２１３噴射室（圧力室）２２０ノズルニードル２２５受圧面３，３Ａ電磁弁３０５，３３６縦孔（シリンダ）３０６底部（出口ポート）３０７環状流路（入口ポート）３０８弁座３１０，３５０ニードル弁（弁体）３１６シールエッジ３１８後端面３２０圧力バランス室３２２先端面３３８凹部３４１，３４２シールエッジ（弁座）３４３入口ポート３４４出口ポート３４５排出ポート３５１ピストン部３５２弁頭３５３シャフト部３５４，３５５円錐面３６０，３６１環状通路（環状空間）５０１供給配管５０２コモンレール（蓄圧配管）５０５可変吐出量高圧ポンプ（高圧ポンプ）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｍ 55/02 ３５０Ｆ０２Ｍ 55/02 ３５０Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧ポンプにより燃料が圧送供給され燃
料圧が高圧に保持される蓄圧配管と、エンジンヘッドに
設けられ先端が燃焼室に臨む燃料噴射弁と、蓄圧配管か
ら高圧の燃料を燃料噴射弁に供給する供給配管とを有す
る燃料噴射システムにおいて、上記燃料噴射弁は、先端
に燃料噴射孔が形成され上記供給配管と連通するノズル
と、ノズル内に設けられてノズルに沿って変位するノズ
ルニードルと、ノズルニードルを常時閉弁方向に付勢す
るばね部材とを具備し、かつノズルにはノズルニードル
を囲む圧力室を形成し、ノズルニードルには圧力室内の
燃料圧を開弁方向に受ける受圧面を形成してなり、かつ
上記供給配管の途中に、上記蓄圧配管と上記ノズル間の
連通と遮断とを切り換える電磁弁を設け、蓄圧配管の高
圧燃料がノズル内に供給されるとその燃料圧でノズルニ
ードルが開弁するようにしたことを特徴とする燃料噴射
システム。
【請求項２】請求項１記載の燃料噴射システムにおい
て、上記電磁弁は、上記蓄圧配管からの高圧燃料が導入
導出される入口ポートおよび出口ポートとを有するシリ
ンダと、シリンダ内を摺動し、入口ポートおよび出口ポ
ートの連通と遮断とを切り換える棒状の弁体と、弁体の
後端面を室壁面として形成された圧力バランス室と、出
口ポートと圧力バランス室とを常時連通する連通路とを
具備し、バランス室内の燃料圧により、弁体の先端面に
作用する高圧燃料の圧力を相殺するようにした燃料噴射
システム。
【請求項３】請求項１記載の燃料噴射システムにおい
て、上記電磁弁は、上記蓄圧配管からの高圧燃料が導入
導出される入口ポートおよび出口ポートとを有するシリ
ンダと、シリンダ内を摺動する棒状の弁体と、シリンダ
の出口ポートよりも上流側に形成され弁体を受ける弁座
とを具備し、弁体の径を、弁体が弁座と密着するシール
エッジの径と実質的に等しくした燃料噴射システム。
【請求項４】請求項１記載の燃料噴射システムにおい
て、上記電磁弁は、上記蓄圧配管からの高圧燃料が導入
導出される入口ポートおよび出口ポートと、低圧に開放
された排出ポートとを有するシリンダと、シリンダ内を
摺動する棒状の弁体とを具備し、入口ポートと出口ポー
トとが遮断状態のとき出口ポートと排出ポートとが連通
し、入口ポートと出口ポートとが連通状態のとき出口ポ
ートと排出ポートとが遮断するように構成した燃料噴射
システム。
【請求項５】請求項４記載の燃料噴射システムにおい
て、上記シリンダの内周面の全周に凹部を環状に形成
し、上記弁体を、シリンダ壁面と摺接するピストン部
と、ピストン部よりも大径で上記凹部よりも小径とし外
周部が上記凹部内に弁軸方向移動可能に収納された弁頭
と、ピストン部と弁頭の間に設けられピストン部よりも
小径のシャフト部とで構成し、弁頭の表面のシャフト側
と先端側とにそれぞれ円錐面を形成し、上記凹部の相対
向する段部をそれぞれ弁頭の円錐面を受ける弁座とな
し、上記入口ポートを上記シャフト部の周面とシリンダ
周壁面との間に形成される第１の環状空間と連通せし
め、上記出口ポートを上記凹部位置にて弁頭の周面とシ
リンダ周壁面との間に形成される第２の環状空間と連通
せしめて、弁頭がシャフト側の一方の弁座に着座するこ
とにより入口ポートと出口ポートの間を遮断し、弁頭が
他方の弁座に着座することにより上記排出ポートと出口
ポートの間を遮断する構成とし、かつ両弁座の径を略ピ
ストン部の径に設定した燃料噴射システム。