JPH11200985A - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関用の蓄圧式燃料噴射装置の閉弁応答
性を向上させる。 【解決手段】 ニードル弁と連結されたコマンドピスト
ン４の上端部に制御室５が形成され、通路１６から高圧
燃料が供給される。電磁弁Ｂの弁部材７と一体化された
アーマチャ９がソレノイド８に吸引されて上昇すると制
御室５の圧力が低下し、ニードル弁が上昇して燃料が噴
射される。噴射を停止させる時は、ソレノイド８がアー
マチャ９の吸引を解いて弁部材７と共に閉弁位置まで降
下させる。制御室５の高圧燃料の一部はガイド部７３の
周囲のクリアランスを通ってアーマチャ室９へ供給され
てアーマチャ室９１の圧力を略一定に維持すると共に、
アーマチャ室９１とドレン通路６２との間には一定の開
弁圧を有する逆止弁が挿入されているので、ドレン燃料
の噴流がアーマチャ室９１へ流入することがなく、弁部
材７のバウンスが防止されて閉弁応答性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の各気筒
へ燃料を噴射するために使用される蓄圧式燃料噴射装置
に関し、特に燃料の噴射を制御する電磁弁の構成に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン等の内燃機関の各気
筒内へ燃料を噴射するシステムの１つとして、所謂蓄圧
式燃料噴射装置が用いられている。蓄圧式燃料噴射装置
は、エンジンの各気筒に装着される燃料噴射弁に共通の
蓄圧配管（コモンレール）を備えていて、高圧ポンプに
よって蓄圧配管内の燃料圧力を一定に保持しつつ、燃料
噴射弁により所定のタイミングにおいて蓄圧配管内の燃
料を各気筒内に噴射する。

【０００３】この種の蓄圧式燃料噴射装置としては、例
えば欧州特許第０４８４８０４号明細書に記載されたも
のがある。この例では、燃料噴射孔を開閉するニードル
弁の背圧を電磁弁によって制御することにより燃料の噴
射を制御している。そして、ニードル弁と一体的に上下
動するロッドの背面に高圧燃料が供給される制御室を設
けて、噴射停止の状態では制御室内に蓄圧される燃料の
圧力によりニードル弁を下方に付勢し、燃料噴射孔を閉
鎖している。制御室とドレン通路との間には、これを開
閉するための電磁弁の弁部材が配設してあり、弁部材は
ソレノイドによって吸引駆動されるアーマチャと一体に
設けられている。運転状態においてソレノイドに通電す
ると、アーマチャが吸引されて弁部材が開弁位置をとる
ので、制御室とドレン通路とが連通して制御室内が低圧
になり、ニードル弁を押し上げる方向に作用している燃
料の油圧によってニードル弁が上方に移動して燃料噴射
孔が開き、燃料がエンジンの各気筒内へ噴射される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の燃料噴射装置においては、制御室を減圧してニ
ードル弁を上昇させる際に、制御室内にある高圧の燃料
を排出するためのドレン通路が電磁弁の中央部を貫通す
るように設けられているため、制御室から流出するドレ
ン燃料は制御室の直上のアーマチャ室及びスプリング室
を経て電磁弁の上端面より外部へ導出される。この構成
は、ドレン通路が電磁弁の上端面に開口することから外
部のドレン通路との接続が容易であるという利点がある
反面、ドレン燃料が制御室の下流側となるアーマチャ室
内へ流入するときに、アーマチャ室内に収容されている
アーマチャを直撃するという問題がある。このようなド
レン燃料の流れはソレノイドへの通電停止時においてア
ーマチャの閉弁方向への移動を妨げる大きな抵抗となる
ので、アーマチャと一体の弁部材の閉弁応答性を低下さ
せるおそれがあった。

【０００５】さらに、ドレン燃料が流入する際に比較的
狭いアーマチャ室内の内圧を上昇させて大きな圧力脈動
を生じさせるため、電磁弁の弁部材がバウンスを起こし
て閉弁特性が悪化するため、噴射性能において微少調量
精度の悪化、および、多量噴射時の制御性の悪化という
問題を生じる。また、多気筒のエンジンのための蓄圧式
燃料噴射装置においては、１つの気筒の燃料噴射装置の
アーマチャ室へ他の気筒のドレン燃料が干渉して不具合
が生じるという問題もある。本発明は、従来技術におけ
るこのような問題を解消して、蓄圧式燃料噴射装置にお
ける燃料噴射弁の閉弁応答性と制御性を改善することを
目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された蓄圧式燃料噴射装置を提供する。

【０００７】前述のように、従来の蓄圧式燃料噴射装置
においては、電磁弁の弁部材とニードル弁が閉弁位置へ
移動する噴射停止時に、ソレノイドによる吸引から開放
されたアーマチャが弁部材を閉弁位置へ移動させるよう
に移動しようとするのを、制御室からドレン通路へ流出
するドレン燃料の噴流がアーマチャ室へ流入してアーマ
チャを直撃し、その移動を妨げると共に、アーマチャ室
の圧力が変動して弁部材にバウンスを生じるために、弁
部材の着座状態が不安定となり、電磁弁及び燃料噴射弁
の閉弁応答性が低下するという問題があったが、請求項
１記載の発明によれば、燃料噴射弁の制御室へ供給され
る高圧燃料の一部が、電磁弁の弁部材のガイド部の周り
に形成されるクリアランスを通ってアーマチャ室へ導か
れると共に、アーマチャ室から所定の開弁圧を有する逆
止弁を通ってドレン通路へ排出されているので、アーマ
チャ室が略一定の圧力（逆止弁の開弁圧）に維持される
のと、ドレン燃料の噴流が逆止弁によって阻止されてア
ーマチャ室へ流入することがないので、弁部材の着座状
態が安定し、電磁弁及び燃料噴射弁の閉弁応答性が向上
する。

【０００８】電磁弁の弁部材は、請求項２記載の発明の
ように、そのシート部の直径がそのガイド部の直径より
もわずかに大きいポペット弁として構成するのが最も好
適であり、逆止弁は、請求項３記載の発明のように、ボ
ールとそれを閉弁方向に付勢するスプリングからなるボ
ール弁として構成するのが好適である。

【０００９】

【発明の実施の形態】図３は内燃機関の蓄圧式燃料噴射
装置の全体構成を示す図である。図中、燃料タンクＴ内
の燃料は低圧ポンプＰ１によって高圧ポンプＰ２に供給
され、それによって高圧に加圧されてコモンレール（高
圧蓄圧配管）Ｒに送出される。コモンレールＲはコモン
レール圧力を検出する圧力センサＳを備えており、エン
ジン制御コンピュータＥＣＵは、この圧力センサＳから
の信号が、アクセル開度、エンジン回転数などのエンジ
ン運転条件に基いて決定された圧力となるように、高圧
ポンプＰ２を制御する。

【００１０】コモンレールＲには、４気筒のエンジンＥ
の各気筒にそれぞれ対応して設けられた複数の燃料噴射
弁Ｉが接続され、エンジン制御コンピュータＥＣＵによ
って噴射制御されている。燃料噴射弁Ｉからは余剰の燃
料がドレン通路Ｄと、その集合部を介して燃料タンクＴ
に戻される。

【００１１】次に、図２により燃料噴射弁Ｉの詳細につ
いて説明する。図において、噴射弁Ｉは、略円筒状のハ
ウジング１と、その下端にディスタンスピース１１を介
してリテーニングナット１２によって締付け固定された
ノズルボディ２を有する。ハウジング１の上端には詳細
を後述する噴射制御用電磁弁ＢのバルブハウジングＢ１
が固定されている。

【００１２】ノズルボディ２は先端に燃料噴射孔２１を
１個以上形成された筒状体で、筒内には燃料噴射孔２１
を開閉するためのニードル弁３が摺動自在に嵌装されて
いる。ニードル弁３の上端部はハウジング１内に収容さ
れたコマンドピストン４と連結しており、その連結部４
１の上部にはノズルスプリング４２が配設されて、ニー
ドル弁３を下方に付勢している。コマンドピストン４の
上方には高圧燃料が導入される制御室５が形成されてお
り、制御室５内の高圧燃料の圧力によってコマンドピス
トン４およびこれと一体のニードル弁３が下方に移動
し、ノズルボディ２の先端の燃料噴射孔２１を閉鎖する
ようになっている。

【００１３】ノズルボディ２内のニードル弁３の外周に
油溜まり３１が設けられ、図３に示したコモンレールＲ
からの高圧燃料が、ハウジング１の上端部側壁に設けら
れたインレット１３からバーフィルタ１４、燃料通路１
５を経て常時供給されている。ニードル弁３の開閉は電
磁弁Ｂによって制御され、この電磁弁Ｂに通電すること
によりニードル弁３が上方へ移動すると、燃料噴射孔２
１が開いて高圧燃料が筒内へ噴射される。

【００１４】図１は電磁弁Ｂの拡大図であって、更にそ
の一部が図４に拡大して示されている。この電磁弁Ｂは
燃料噴射弁Ｉのハウジング１の上端開口に固定される筒
状のバルブハウジングＢ１と、その下半部内に保持され
るバルブボディ６を有している。図２に示したインレッ
ト１３から導入される高圧燃料は、同時に、燃料通路１
６を経て電磁弁Ｂ内へ導入され、さらにインオリフィス
５１を経て制御室５へ導入される。また、制御室５には
アウトオリフィス５２が設けられ、その下流側は制御ポ
ート１００を開閉する弁部材７によって閉鎖されるか、
またはドレンポート６１に連通する。

【００１５】弁部材７は、そのロッド部分７１がソレノ
イド８の下方に対向して配置されたアーマチャ９を貫通
して下方へ突き出して、先端部が針弁状となっている。
この場合弁部材７は、シート部７２とガイド部７３はほ
ぼ同径（厳密にいうとガイド部７３の径よりも０．１mm
程度シート部７２の径の方が小さい）のポペット弁であ
る。従って、図１及び図４に示すような着座時には、弁
部材７のシート部７２に作用する制御ポート１００の油
圧作用力は、わずかに上向きに傾いている。この上向き
の油圧作用力に対抗するのに必要かつ十分な下向きの付
勢力が、バルブスプリング８２によって付加されてい
る。なお、アーマチャ９の外周にはスペーサ９２が配置
され、このスペーサ９２の高さによって弁部材７のリフ
ト量が調整される。

【００１６】弁部材７の下端側には、ドレンポート６１
が設けられているので、ソレノイド８に通電することに
よりアーマチャ９が上方に吸引駆動されると、シート部
７２が離座して、アウトオリフィス５２より高圧燃料が
ドレンポート６１へ流出する。この場合アウトオリフィ
ス５２の流路断面積をインオリフィス５１のそれより大
きくなるように設定し、制御室５内の燃料がアウトオリ
フィス５２よりドレ通路６２への連通路となる環状のド
レンポート６１へ速やかに流れるようにしてある。ドレ
ンポート６１は、バルブボディ６とハウジング１によっ
て形成された環状のドレン通路６２と連通し、さらに連
通路６３を介して、外部のドレン通路Ｄ（図３参照）に
連通する。

【００１７】一方、弁部材７のガイド部７３は、バルブ
ボディ６に形成された穴に対してわずかなクリアランス
（通常１〜２μｍ）をもって挿入されているので、制御
ポート１００に作用している高圧燃料の一部はクリアラ
ンスを通って、アーマチャ室９１へ導入される。アーマ
チャ室９１はソレノイド８、スペーサ９２、バルブボデ
ィ６によって囲まれた空間であって、その中にアーマチ
ャ９が収容されている。このアーマチャ室９１から排出
される燃料は、図１に示された部分の９０°回転した位
置の一部拡大図である図５に示されているような逆止弁
１１０を介して通路６２へ流れ、さらに連通路６３へ合
流する。

【００１８】逆止弁１１０は、バルブボディ６に形成さ
れたボールシート部２００に向ってボール２０１が、ス
プリングホルダ２０２を介して伝えられるスプリング２
０３の付勢によって押し付けられる構造となっている。
スプリング２０３は、内部に通路２０５を有するナット
２０４によって、バルブボディ６へ締めつけられてい
る。以上は単純な構成のボール弁型の逆止弁の例である
が、言うまでもなく、同様の機能を有するものであれば
ボール弁でなくても、ポペット弁やスプール弁等でもよ
い。

【００１９】図５に示す逆止弁１１０においては、スプ
リング２０３とボールシート部２００の組み合わせによ
り開弁圧を調整することができるが、おおむね５０〜２
００kPa 程度が好適である。というのは、開弁圧が低す
ぎると、アーマチャ９の急峻な動きにより、通過する燃
料にキャビテーションが発生する可能性があるためであ
る。この逆止弁１１０を設けることにより、ドレン通路
６２を通って排出される燃料がアーマチャ室９１へ流入
することが防止される。また、アーマチャ室９１が常時
ガイド部７３のクリアランスから供給される燃料により
任意の一定圧に保たれて、空になることもない。

【００２０】次に上記構成の燃料噴射装置の作動につい
て説明する。ソレノイド８に通電することにより、スプ
リング８２に抗して上記アーマチャ９が上方へ吸引駆動
されると、弁部材７のロッド７１およびシート部７２が
上方へ移動して電磁弁Ｂが開弁する。これに伴って制御
室５内の燃料がアウトオリフィス５２より流出し、ドレ
ンポート６１よりドレン通路６２を経て連通路６３より
外部へ導出される。

【００２１】これにより制御室５内の圧力が低下して、
コマンドピストン４を下方に付勢している力が弱まり、
ニードル弁３の受圧部において高圧燃料がこれを上方へ
押し上げる力の方が勝ると、ニードル弁３が上方に移動
して燃料噴射孔２１から燃料が噴射される。所定の時間
開弁して所望量の燃料が噴射された後にソレノイド８へ
の通電を停止すると、ソレノイド８によって吸引されて
いたアーマチャ９がバルブスプリング８２により下方に
押し下げられ、弁部材７のシート部７２が制御ポート１
００のシート部に着座して、ドレンポート６１とアウト
オリフィス５２の間を遮断する。

【００２２】それと共に、インオリフィス５１を介して
燃料通路１６から高圧燃料が導入されることにより制御
室５内の圧力が上昇すると、コマンドピストン４が下方
へ押し下げられ、ニードル弁３が燃料噴射孔２１を閉鎖
して、燃料の噴射が停止する。

【００２３】上部構成によれば、制御室５からドレン通
路６２へ排出される燃料の噴流は、アーマチャ室９１へ
は決して流入することがなく、従来例のように噴流がア
ーマチャ９を直撃にすることがない。従って、ソレノイ
ド８への通電を停止した時に、アーマチャ９の作動がド
レン燃料の流れの影響を受けることがなく、電磁弁Ｂの
作動が安定して、燃料噴射弁Ｉの弁部材７の閉弁応答性
が向上する。

【００２４】また、アーマチャ室９１の内部が油密にな
っていないと、弁部材７の作動時に、逆に、より大きな
バウンスが生じるおそれがあるが、本発明ではアーマチ
ャ室９１とドレン通路６２との間を逆止弁１１０によっ
て閉鎖している一方で、弁部材７のガイド部７３の外周
に形成される僅かなクリアランスを介して、制御ポート
１００から燃料の一部を導入して、アーマチャ室９１内
を略一定の圧力に維持することが可能であるから、アー
マチャ９の振動を抑えて弁部材７のバウンスを防止する
ことができる。

【００２５】図６は、制御室から排出されるドレン燃料
が直接アーマチャ室へ流入し得る従来構造の燃料噴射装
置の作動状態において、アーマチャ室内の圧力の時間的
変化と、制御室の導出路とドレン通路の間を開閉する弁
部材のバルブリフトの時間的変化を示す線図である。図
６に示されるように、従来の構成では、弁部材の閉弁時
にドレン燃料がアーマチャを下方から直撃するので、そ
れが弁部材の閉弁方向への移動に対して大きな抵抗とな
って、閉弁の速度（バルブリフトの下方側への傾き）が
小さくなる。さらにアーマチャ室内に生じる大きな圧力
脈動によりアーマチャが振動することから、弁部材の着
座後に大きなバウンスが生じている。また、バウンスの
大きさがさまざまに変化するため、Ｔ−Ｑ特性（噴射パ
ルス幅の変化に対する噴射量の変化の追従特性）が低下
して、調量精度が悪化することになる。

【００２６】これに対して図７は、図１〜５に示した本
発明の燃料噴射装置の実施形態において、図６の場合と
同一の制御パルスに対するアーマチャ室９１内の圧力の
時間的変化と、弁部材７のバルブリフトの時間的変化を
示す線図である。スケールも図６と同じである。図７に
おいて、明らかなように、本発明の実施形態の構造で
は、制御室５からのドレン燃料がアーマチャ９を直撃し
ないため、弁部材７の閉弁の速度が高くなっていること
がわかる。またアーマチャ室９１の内部の圧力も制御ポ
ート１００の高圧がガイド部７３を介して導入され、逆
止弁１１０を介してドレン通路６２へ放出されることに
より、逆止弁１１０の開弁圧に維持されるので、ほとん
ど外部の影響を受けず、かつ圧力脈動が生じないので、
弁部材７のバウンスもほとんど生じていない。

【００２７】以上のように、本発明の実施形態によれ
ば、制御バルブである電磁弁Ｂの弁部材７のバウンスが
生じないため、バルブの閉弁応答性が悪化せず、微少調
量精度の悪化や、多重噴射時の制御性の悪化を完全に防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態としての蓄圧式燃料噴射装置
に使用される燃料噴射弁の要部を示す部分的な縦断正面
図である。

【図２】図１に示す蓄圧式燃料噴射弁の全体構造を示す
縦断正面図である。

【図３】蓄圧式燃料噴射装置の全体構成を示すシステム
構成図である。

【図４】図１に示す要部の更に一部を拡大して示す部分
的な縦断正面図である。

【図５】図１や図４に対して９０°回転した要部の断面
を拡大して示す部分的な縦断側面図である。

【図６】従来の蓄圧式燃料噴射装置の作動特性を例示す
る線図である。

【図７】本発明の蓄圧式燃料噴射装置の作動特性を例示
する線図である。

【符号の説明】 １…ハウジング ３…ニードル弁 ４…コマンドピストン ５…制御室 ６…バルブボディ ７…弁部材 ８…ソレノイド ９…アーマチャ １３…インレット １６…高圧燃料通路 ２１…燃料噴射孔 ６１…ドレンポート ６２…ドレン通路 ７２…シート部 ７３…ガイド部 ８２…バルブスプリング ９１…アーマチャ室 １１０…逆止弁 ２０１…ボール ２０３…スプリング Ｂ…電磁弁 Ｄ…ドレン通路 Ｅ…エンジン Ｉ…燃料噴射弁 Ｐ２…高圧ポンプ Ｒ…高圧蓄圧配管（コモンレール） Ｓ…圧力センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に燃料噴射孔を設けた中空のハウジ
   ング内を摺動して前記燃料噴射孔を開閉するニードル弁
   と、前記ニードル弁と一体となって前記ハウジング内を
   摺動するコマンドピストンと、該コマンドピストンの後
   端面に面して形成され内部に充填される高圧燃料の圧力
   によって前記ニードル弁を閉弁方向に付勢する制御室
   と、該制御室内へ高圧燃料を導入する導入路と、前記制
   御室から高圧燃料を外部へ導出するドレン通路に連通す
   る導出路と、さらに、電磁弁を構成するために前記ハウ
   ジングの後端部内に収容されるソレノイドと、該ソレノ
   イドの前記制御室側端面に対向し前記ソレノイドによっ
   て吸引駆動されるアーマチャと、該アーマチャと一体に
   設けられ前記ソレノイドへの通電時に前記制御室と前記
   導出路とを連通させて前記制御室内の圧力を低下させる
   弁部材とを具備する蓄圧式燃料噴射装置において、前記
   弁部材のガイド部の周囲に形成されるクリアランスを介
   して前記アーマチャを収容しているアーマチャ室へ高圧
   燃料の一部を導入するとともに、その燃料を前記アーマ
   チャ室から所定の圧力において開弁する逆止弁を介して
   前記ドレン通路へ流出させることを特徴とする蓄圧式燃
   料噴射装置。
2. 【請求項２】 前記弁部材が、そのシート部の直径がそ
   のガイド部の直径よりもわずかに小さいポペット弁であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の蓄圧式燃料噴射装
   置。
3. 【請求項３】 前記逆止弁がボールとそれを閉弁方向に
   付勢するスプリングとからなるボール弁であることを特
   徴とする請求項１に記載の蓄圧式燃料噴射装置。