JPH11210592A - 平坦シート・ポペット弁を用いた燃料噴射装置 - Google Patents

平坦シート・ポペット弁を用いた燃料噴射装置

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JPH11210592A
JPH11210592A JP10306845A JP30684598A JPH11210592A JP H11210592 A JPH11210592 A JP H11210592A JP 10306845 A JP10306845 A JP 10306845A JP 30684598 A JP30684598 A JP 30684598A JP H11210592 A JPH11210592 A JP H11210592A
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fuel
fuel injection
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Dana R Coldren
アール． コールドレン ダナ
Marvin P Schneider
ピー． シュナイダー マーヴィン
James J Streicher
ジェイ． ストレイチャー ジェイムズ
David E Martin
イー． マーティン デヴィッド
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Caterpillar Inc
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Lucas Industries Ltd
Caterpillar Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品数が少なく製作が容易なソレノイド制御
型燃料噴射装置を提供すること。 【解決手段】 燃料噴射装置(20)が、ソレノイド(100)
と、平坦シート面を有する第１及び第２ポペット弁(8
0、88)を有し、これらのポペット弁(80、88)が、閉止弁
(84)の第１端側及び第２端側経路(146、147)に加わる燃
料の圧力を制御して、対応するエンジン・シリンダへの
燃料噴射を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料噴射装置、特
に平滑シート・ポペット弁を用いた燃料噴射装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】燃料噴
射エンジンでは燃料噴射装置が使われ、各噴射装置は各
エンジン・サイクルの間に定量調整された燃料を付属の
エンジン・シリンダに供給する。従来の燃料噴射装置は
機械作動型又は油圧作動型である。最近では電子制御型
燃料噴射装置が開発されている。電子式ユニット型噴射
装置では、燃料が移送ポンプによって噴射装置に供給さ
れる。噴射装置には、各駆動のロッカーアームで駆動さ
れ、移送ポンプによって送られた燃料を高圧に加圧する
プランジャが設けられている。噴射装置本体の外部又は
内部に設けられた電子制御機構が作動して対応するエン
ジン・シリンダに燃料を供給する。
【０００３】従来の燃料噴射装置の設計構造では、弁機
構を駆動するソレノイドを内蔵する中央空間の外側に位
置する経路を通じて高圧燃料が導かれる。燃料経路は燃
料噴射装置の外面の近傍に交差したドリル孔として設け
られる。孔開け後、孔の一部をプラグで閉鎖する必要が
ある。これらの経路とプラグは極めて大きな流体圧力を
受けるため入念な設計が必要で、形状や加工が複雑化し
てコストアップの要因となっている。
【０００４】また高圧経路がソレノイドの外側にあるた
め、当然ソレノイドの寸法が制約されて得られるソレノ
イド力が制約される。
【０００５】さらに、従来の噴射装置では、直接駆動逆
止弁を使用しており、適切な運転ができためには、その
上部及び下部シート面との軸心を合わせるための正確に
位置調整が必要である。従って製作及び組立誤差を少な
くするために、さらにコストアップとなる。
【０００６】
【課題の解決手段】本発明の燃料噴射装置には、その中
心軸と実質的に合致する高圧燃料経路が設けられてい
る。
【０００７】詳しくは、本発明の一実施形態として、燃
料噴射装置は、中心軸を有する噴射装置ケーシング、プ
ランジャ孔、及びプランジャ孔と連通し、開口端部が実
質的に中心軸に合致するプランジャ経路を有している。
上記開口に隣接する第１端部、第２端部、及び第１端部
と第２端部の間に中心経路を有する中心管状体が設けら
れている。第１弁が弁空間に設けられ、中心管状体の第
１端部を囲み、中心経路がプランジャ孔と連通状態とな
る開放位置と、中心経路が弁空間と連通状態となる閉鎖
位置との間を移動可能となっている。第２弁は、中心管
状体の第２端部を囲み、閉止弁の第１端側経路及び第２
端側経路が互いに連通状態となる第１位置と、閉止弁の
第１端側経路が第２端側経路から遮断される第２位置の
間を移動可能となっている。さらに第１弁及び第２弁を
移動させるアクチュエータが設けられている。
【０００８】第１弁及び第２弁は、平坦シート・ポペッ
ト弁であることが望ましい。また第２弁が第２位置に来
たとき、第２弁が、閉止弁の第２端側形をドレン経路と
連通させることが望ましい。
【０００９】さらに本実施形態では、アクチュエータ
が、それぞれ第１弁及び第２弁に接続された第１及び第
２鉄心を有するソレノイドであることが望ましい。
【００１０】第１弁は第１弁バネによって開放位置の方
向に付勢され、第２弁は第２弁バネによって第１位置の
方向に付勢されていることが望ましい。第１弁バネは第
１バネ力を発生し、第２弁バネは第１バネ力より大きな
第２バネ力を発生する。
【００１１】本発明の別の実施形態として、燃料噴射装
置は、中心軸を有する噴射装置ケースと、中心軸と実質
的に合致し、第１端部と第２端部の間で燃料を導く中心
経路を有している。第１平坦シート・ポペット弁が、中
心経路の第１端部を囲い、第２平坦シート・ポペット弁
が、中心経路の第２端部を囲っている。さらに第１及び
第２ポペット弁を移動させるアクチュエータが設けられ
ている。
【００１２】本発明のさらに別の実施形態として、燃料
噴射装置は、中心軸を有する噴射装置ケースと、中心軸
と実質的に合致するプランジャ経路を有している。中心
管状体は、中心軸と実質的に合致し、第１端部と第２端
部の間で燃料を導く中心経路を有している。第１平坦シ
ート・ポペット弁は、中心管状体の第１端部を囲み、開
放位置と閉鎖位置の間を移動可能であり、第１平坦シー
ト・ポペット弁が開放位置に来たとき、弁空間がプラン
ジャ孔と中心経路とに連通する。第２平坦シート・ポペ
ット弁が閉鎖位置に来たとき、中心経路がプランジャ経
路と連通し、プランジャ経路と弁空間の間が遮断され
る。第１バネが、第１バネ力によって第１平坦シート・
ポペット弁を開放位置の方向に付勢し、閉止弁の第１端
側経路及び第２端側経路が、閉止弁集合体の第１端部及
び第２端部に接続されている。第２平坦シート・ポペッ
ト弁は、中心管状体の第２端部を囲み、第１位置と第２
位置の間を移動可能であり、第２平坦シート・ポペット
弁が第１位置に来たとき、中心経路が、閉止弁の第１端
側経路及び第２端側経路と連通する。第２平坦シート・
ポペット弁が第２位置に来たとき、中心経路が閉止弁の
第１端側経路と連通し、閉止弁の第２端側経路がドレン
経路と連通して中心経路との間が遮断される。第２弁バ
ネが第１バネ力より大きな第２バネ力により、第２平坦
シート・ポペット弁を第１位置の方向に付勢する。ソレ
ノイド・コイルと、それぞれ第１ポペット弁及び第２ポ
ペット弁に接続された第１鉄心及び第２鉄心を有するソ
レノイドが設けられ、第１及び第２電流波形部分によっ
てソレノイド・コイルを励起させ、第１ポペット弁及び
第２ポペット弁を順番に駆動する。
【００１３】本発明によると、高圧の交差孔やプラグが
不要であり、弁シートの位置合わせの問題がなくなる。
部品数と製作工数が少ないため、より直径の大きなソレ
ノイドを収容する空間ができるため、より大きなソレノ
イド力が得られる。さらに、外部配線との接続部材な
ど、他の部品の収容するためのスペースが増加する。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、直接噴射ディーゼル・サ
イクルの往復動内燃機関に適用する燃料系統１０を示
す。しかし本発明は、他の形式のエンジン、例えば１個
又は複数個の燃焼室又はシリンダを有するロータリー・
エンジンや改良サイクル・エンジンにも適用可能であ
る。エンジンは少なくとも１つのシリンダヘッドを有
し、シリンダヘッドには本発明の燃料噴射装置２０を装
着するための１個又は複数個の装着孔が設けられてい
る。
【００１５】燃料系統１０には、各噴射装置２０に燃料
を供給するための燃料供給装置２２、各噴射装置２０で
燃料を加圧するための燃料加圧装置２４、及び各噴射装
置を電子制御する制御装置２６が含まれている。
【００１６】燃料供給装置２２には、燃料タンク２８、
燃料タンク２８と噴射装置２０に連通する燃料供給経路
３０、比較的低揚程の燃料移送ポンプ３２、１個又は複
数個のフィルタ３４、及び噴射装置２０と燃料タンク２
８に連通する燃料ドレン経路３６が含まれていることが
望ましい。必要なら、燃料噴射装置２０と、経路３０、
３６のいずれか又は双方に連通する燃料経路をエンジン
の頂部に設けることもできる。
【００１７】燃料加圧装置２４は、機械制御装置であっ
ても油圧制御装置であってもよい。図示の形態では、噴
射装置２０に付属するタペット・プランジャ組立体５０
が、エンジンで駆動されるカム軸５４上のカム面５２に
よって直接又は間接的に区会駆動される。カム面５２が
揺動するロッカー・アーム組立体６４を駆動し、これが
タペット・プランジャ組立体５０を駆動する。なお、カ
ム面５２とロッカー・アーム組立体６４の間にプッシュ
・ロッド（図示省略）を介在させることもできる。
【００１８】電気制御装置２６には、（１）燃料噴射の
タイミング、（２）噴射サイクル中の全燃料噴射量、
（３）燃料噴射圧力、（４）噴射サイクル中の複数の独
立した噴射期間、（５）各噴射期間の間の時間間隔、及
び（６）各噴射サイクル内の各噴射期間中の燃料噴射量
を制御する電気駆動モジュール（ＥＣＭ）６６が設けら
れていることが望ましい。
【００１９】各噴射装置２０は、単一のハウジング内
で、燃料を高圧（例えば、２０７ＭＰａ（３０，０００
p.s.i.））で加圧すると共に、加圧燃料を付属のシリン
ダに噴射する装置を内蔵したユニット型噴射装置である
ことが望ましい。ここではユニット型噴射装置を例示し
ているが、燃料噴射装置が、分離した噴射装置と加圧装
置とを収納したモジュール型であってもよい。
【００２０】次に図２及び図３を参照すると、燃料噴射
装置２０には、ケース７４、ノズル部７６、電気アクチ
ュエータ７８、逃がし弁８０、逃がし弁バネ８１、プラ
ンジャ孔８３内に配置されたプランジャ８２（図１にの
み図示）、閉止弁８４、閉止弁８４と共に閉止弁集合体
を形成する閉止弁ピストン８７を囲む閉止弁バネ８６、
直接駆動逆止（ＤＯＣ）弁８８及びＤＯＣバネ９０が含
まれていることが望ましい。望ましい形態として、圧縮
時に、逃がし弁バネ８１が第１バネ力を発生し、ＤＯＣ
弁バネ９０が第１バネ力より大きな第２バネ力を発生す
る。
【００２１】電気アクチュエータ７８は、弁８０、８８
を制御するソレノイド１００で構成される。ソレノイド
１００には、ソレノイド・コイル１０６を収容する空間
１０４を有する固定子１０２が含まれている。ソレノイ
ド１００には、さらに、それぞれ環状の第１及び第２鉄
心１０８、１１０からなる鉄心集合体が含まれており、
これらは、非磁性（高リアクタンス）材料製の環状の中
間スペーサ１１２の両側に配置されている。中間スペー
サ１１２は平面状で、外部の円筒状磁束誘導部材１１４
の内部に移動可能に設けられている。磁束誘導部材１１
４は低リアクタンス材料で、固定子１０２の内部で保持
されたコイル・ボビン１１６に鋳込まれている。第１及
び第２鉄心１０８、１１０には磁束誘導部材１１４の長
さの範囲内にある部分と、第１弁８０、第２弁８８及び
中間スペーサ１１２とほぼ同内径の内壁１１８、１１９
（図３参照）を有している。
【００２２】ソレノイド・コイル１０６に電流が供給さ
れると、ソレノイド固定子１０２の中央部分１２１ａと
外側部分１２１ｂ、１２１ｃ、磁束誘導部材１１４，及
び第１及び第２鉄心１０８、１１０を通る磁束が発生す
る。スペーサ１１２が、鉄心１０８、１１０の間の磁束
の通過を阻止する。電流の供給に応じて各鉄心１０８、
１１０は、それぞれ対向する固定子１２０の外側部分１
２１ｂ、１２１ｃに接近し、スペーサ１１２から軸方向
に離れるように付勢される。
【００２３】必要なら、中央のスペーサ１１２を、円筒
状外部磁束誘導体１１４に固定してもよく、その場合、
脚部１２１ｂを（外部脚部１２１ｃと同様に）中央部１
２１ａから分離して、外側部分１２１ｂ、１２１ｃを中
央部１２１ａに固定する前に他の部品の組込みを行う。
【００２４】図４に、噴射期間中に駆動回路１２６から
ソレノイド・コイル１０６に供給される電流波形部分１
２２、１２４を示す。第１電流波形部分１２２は時間ｔ
＝ｔ0からｔ＝ｔ5の間に供給され、ｔ＝ｔ5に続いて第
２電流波形部分１２４が供給される。時間ｔ＝ｔ0とｔ
＝ｔ2の間に第１引込み電流がソレノイド・コイル１０
６に供給され、時間ｔ＝ｔ2とｔ＝ｔ5の間に、第１引込
み電流より若干低い第１保持電流が供給される。通常は
第１引込み電流より高い第２引込み電流が時間ｔ＝ｔ5
とｔ＝ｔ8の間に供給され、通常は第１保持電流より高
い第２保持電流が時間ｔ＝ｔ8とｔ＝ｔ9の間に供給され
る。
【００２５】詳しくは、噴射開始前にソレノイド・コイ
ル１０６は励起されていないため、逃がし弁バネ８１
（第１バネ力）により逃がし弁８０が開いており、シー
ル面１２８とシート面１３０が離れている。このときＤ
ＯＣバネ９０（第１バネ力より大きな第２バネ力）によ
ってＤＯＣ弁８８が押し上げられて、シール面１３４が
シート面１３６から離れており、別のシール面１３８と
別のシート面１４０が接触する位置にある。この状態で
燃料が弁空間１４２に流入し、プランジャ経路１４３、
プランジャ８２に設けた経路（図示省略）、及びプラン
ジャ８２を囲う環状溝１４１を通って排出される。続い
てカム面が噴射装置２０のプランジャ８２を押し下げて
プランジャ８２の経路と環状溝１４１との間を遮断する
と燃料噴射が始まる。駆動回路１２６を通じて第１電流
波形部分１２２がソレノイド・コイル１０６に供給され
る。第１電流波形部分１２２の引込み電流及び保持電流
と、弁バネ８１、９０とは、第１鉄心１０８に作用する
駆動力がバネ８１の第１バネ力を越えるが、第２鉄心１
１０に作用する駆動力がバネ９０の第２バネ力を越えな
いように選定されている。従って第１鉄心１０８がスペ
ーサ１４４ａを押し上げて逃がし弁８０が閉じる。同時
にシール面１２８が弁座１３０と当接してプランジャ経
路１４３と弁空間１４２の間を遮断する。このとき弁バ
ネ９０が第２鉄心１１０に作用する駆動力より大きなバ
ネ力を有するため、ＤＯＣ弁８８は前記のとおり開いた
ままである。プランジャ８２の下降によって加圧された
燃料は、プランジャ経路１４３、及び中心管状体１２０
内の中心経路１４５を通って、それぞれ閉止弁集合体の
下端部と上端部に至る第１端側経路１４６及び第２端側
経路１４７に供給される。このとき閉止弁集合体の上下
両端部の圧力は実質的にバランスしているため、閉止弁
８４は閉じたままである。閉止弁８４が閉じた状態で
は、閉止弁集合体の下端での燃料圧力の作用面が、上端
での燃料圧力の作用面に比べて小さいため、この下向き
の力に閉止弁バネ８６のバネ力が加わって閉止弁８４の
閉止状態を維持する。
【００２６】その後、駆動回路１２６がソレノイド・コ
イル１０６に第２電流波形部分１２４を供給する。電流
値の増加によって、第２鉄心１１０に第２バネ力を越え
る力が発生して第２鉄心１１０が下降する。この下向き
運動がスペーサ１４８を介して弁８８に伝達され、弁８
８が下降してシール面１３４が弁座１３６に当接する。
さらにシール面１３８が弁座１４０から離れる。この動
きによって、閉止弁の第２端側経路１４７が中心経路１
４５内の高圧燃料から遮断され、第２端側経路１４７と
経路１５０とがドレン経路（経路１５０とドレン経路と
の接続はどの図にも図示していない）に連流する。この
とき閉止弁組立体に作用する力のバランスが崩れて、閉
止弁バネで付勢された閉止弁を押し上げ、付属のシリン
ダへの燃料噴射が行われる。
【００２７】噴射が終了すると、ソレノイド・コイル１
０６に供給される電流を、図４に示す第１電流波形部分
１２２の保持レベルまで低下させる。必要ならソレノイ
ド・コイル１０６に供給する電流値をゼロ又は第１保持
レベル以下の任意の電流値にまで低下させる。いずれに
しても、まずＤＯＣ弁８８が上昇して、閉止弁の第２端
側経路１４７と第１端側経路１４６を連通させる。こう
して閉止弁の両側の圧力がバランスすると、閉止弁バネ
８６と閉止弁組立体の両端側の圧力により閉止弁８４が
閉じる。その後、電流値をゼロ又は第１保持レベル以下
の任意の電流値（低下していない場合）に低下させる。
供給電流が第１保持レベル又はそれ以下に急激に低下す
ることとは関係なく、ＤＯＣバネ９０がＤＯＣ弁８８を
降下させると逃がし弁８１が逃がし弁８０を開く。
【００２８】必要ならソレノイド・コイルに複数の電流
波形部分を供給して、１個又は複数個の鉄心を任意の数
の位置（２個所に限らない）に移動させ、それによって
１個又は複数個の弁その他の可動部材を作動させること
ができる。
【００２９】さらにソレノイド・コイル１０６に適切な
電流波形部分を供給することによって、噴射サイクル中
で複数の分割噴射を行うことができる。例えば、予備噴
射、即ち第１噴射のために第１及び第２電流波形部分１
２２、１２４をソレノイド１０６に供給することができ
る。その直後に電流値を第１保持レベルに低下させ、次
いで電流値を第２引込みレベル及び第２保持レベルまで
再び増加させ、主要噴射、即ち第２噴射を行うことがで
きる。また、予備噴射と主要噴射を、まず電流波形部分
１２２、１２４をソレノイド・コイル１０６に供給した
後、電流波形部分１２２、１２４を反復してコイル１０
６に供給することもできる。予備噴射及び主要噴射の噴
射時間（即ち、各噴射時間内の燃料噴射量）は、電流波
形部分１２４の第２保持レベルによって決まる。もちろ
ん、必要に応じて、また噴射応答その他の特性に応じて
図４に示した以外の電流波形部分を波形を変更すること
ができる。
【００３０】上記の説明から明らかなとおり、中央経路
１４５は実質的に燃料噴射装置２０の中心軸に合致し、
それぞれ第１及び第２端部が、プランジャ経路１４３の
端部と閉鎖弁の第１端側経路１４６の端部と合致してい
る。燃料が噴射装置の中心部を通って送られるため、高
圧に曝される分岐経路やプラグが不要となる。さらに、
ＤＯＣ弁８８の下部シートの位置調整が不要である。弁
の構成部品が少なくなるため、弁の製作工数が減少す
る。さらにソレノイド１００の直径を大きくできるた
め、鉄心が大きな力を発生して噴射作用が改善される。
燃料系路がソレノイドの外側を通らないため、ソレノイ
ド１００と駆動回路１２６との接続器具等の収容空間が
増加する。
【００３１】本発明の燃料噴射装置で使用する平坦シー
ト面は、テーパ又は円錐形シート面に比べてより高いシ
ール力を必要とし、またＤＯＣ弁の重量も増加して応答
速度が若干低下するが、これらの不利な点は上記の利点
によって充分に補うことができる。
【００３２】必要ならソレノイド１００を他の適切なア
クチュエータに変えることもできる。
【００３３】以上の説明から、本発明の各種の改良又は
変形は当業者にとって容易と考えられる。従って、上記
の説明は、当業者に対して本発明を最適の実施形態を開
示するためのものと解すべきである。本発明の趣旨から
逸脱することなく、構造及び／又は作用の細部を変更す
ることが可能であるが、これらの変更のうち付属の各請
求項の記載範囲内にあるものについては独占的実施が保
証されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の燃料噴射装置の側面図であり、カム
軸とロッカーアーム、及び、燃料移送ポンプと燃料噴射
装置を制御する駆動回路のブロック図を含む。
【図２】 図１に示す燃料噴射装置の部分断面図であ
る。
【図３】 図２に示す燃料噴射装置の拡大部分断面図で
あり、ソレノイド、高圧の逃がし弁とＤＯＣ弁の詳細を
示す。
【図４】 図２及び図３のソレノイドコイルに供給する
電流波形の波形図である。
【符号の説明】
２０・・・燃料噴射装置 ７４・・・噴射装置ケーシング ７８・・・アクチュエータ ８０・・・逃がし弁（第１ポペット弁） ８８・・・ＤＯＣ弁（第２ポペット弁） １００・・・ソレノイド １０２・・・固定子 １１８、１１０・・・鉄心 １２８、１３４、１３８・・・シール面 １３０、１３６、１４０・・・シート面
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年４月１３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 平坦シート・ポペット弁を用いた燃料
噴射装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料噴射装置、特
に平滑シート・ポペット弁を用いた燃料噴射装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】燃料噴
射エンジンでは燃料噴射装置が使われ、各噴射装置は各
エンジン・サイクルの間に定量調整された燃料を付属の
エンジン・シリンダに供給する。従来の燃料噴射装置は
機械作動型又は油圧作動型である。最近では電子制御型
燃料噴射装置が開発されている。電子式ユニット型噴射
装置では、燃料が移送ポンプによって噴射装置に供給さ
れる。噴射装置には、カム駆動のロッカーアームで駆動
され、移送ポンプによって送られた燃料を高圧に加圧す
るプランジャが設けられている。噴射装置本体の外部又
は内部に設けられた電子制御機構が作動して対応するエ
ンジン・シリンダに燃料を供給する。
【０００３】従来の燃料噴射装置の設計構造では、弁機
構を駆動するソレノイドを内蔵する中央空間の外側に位
置する経路を通じて高圧燃料が導かれる。燃料経路は燃
料噴射装置の外面の近傍に交差したドリル孔として設け
られる。孔開け後、孔の一部をプラグで閉鎖する必要が
ある。これらの経路とプラグは極めて大きな流体圧力を
受けるため入念な設計が必要で、形状や加工が複雑化し
てコストアップの要因となっている。
【０００４】また高圧経路がソレノイドの外側にあるた
め、当然ソレノイドの寸法が制約されて得られるソレノ
イド力が制約される。
【０００５】さらに、従来の噴射装置では、直接駆動逆
止弁を使用しており、適切な運転ができためには、その
上部及び下部シート面との軸心を合わせるための正確に
位置調整が必要である。従って製作及び組立誤差を少な
くするために、さらにコストアップとなる。
【０００６】
【課題の解決手段】本発明の燃料噴射装置には、その中
心軸と実質的に合致する高圧燃料経路が設けられてい
る。
【０００７】詳しくは、本発明の一実施形態として、燃
料噴射装置は、中心軸を有する噴射装置ケーシング、プ
ランジャ孔、及びプランジャ孔と連通し、開口端部が実
質的に中心軸に合致するプランジャ経路を有している。
上記開口に隣接する第１端部、第２端部、及び第１端部
と第２端部の間に中心経路を有する中心管状体が設けら
れている。第１弁が弁空間に設けられ、中心管状体の第
１端部を囲み、中心経路がプランジャ孔と連通状態とな
る閉鎖位置と、中心経路が弁空間と連通状態となる開放
位置との間を移動可能となっている。第２弁は、中心管
状体と別体で、中心管状体の第２端部を囲み、閉止弁の
第１端側経路及び第２端側経路が互いに連通状態となる
第１位置と、閉止弁の第１端側経路が第２端側経路から
遮断される第２位置の間を移動可能となっている。さら
に第１弁及び第２弁を移動させるアクチュエータが設け
られている。
【０００８】第１弁及び第２弁は、平坦シート・ポペッ
ト弁であることが望ましい。また第２弁が第２位置に来
たとき、第２弁が、閉止弁の第２端側形をドレン経路と
連通させることが望ましい。
【０００９】さらに本実施形態では、アクチュエータ
が、それぞれ第１弁及び第２弁に接続された第１及び第
２鉄心を有するソレノイドであることが望ましい。
【００１０】第１弁は第１弁バネによって開放位置の方
向に付勢され、第２弁は第２弁バネによって第１位置の
方向に付勢されていることが望ましい。第１弁バネは第
１バネ力を発生し、第２弁バネは第１バネ力より大きな
第２バネ力を発生する。
【００１１】本発明の別の実施形態として、燃料噴射装
置は、中心軸を有する噴射装置ケースと、中心軸と実質
的に合致し、第１端部と第２端部の間で燃料を導く中心
経路を有している。第１平坦シート・ポペット弁が、中
心経路の第１端部を囲い、第２平坦シート・ポペット弁
が、中心経路の第２端部を囲っている。さらに第１及び
第２ポペット弁を移動させるアクチュエータが設けられ
ている。
【００１２】本発明のさらに別の実施形態として、燃料
噴射装置は、中心軸を有する噴射装置ケースと、中心軸
と実質的に合致するプランジャ経路を有している。中心
管状体は、中心軸と実質的に合致し、第１端部と第２端
部の間で燃料を導く中心経路を有している。第１平坦シ
ート・ポペット弁は、中心管状体の第１端部を囲み、開
放位置と閉鎖位置の間を移動可能であり、第１平坦シー
ト・ポペット弁が開放位置に来たとき、弁空間がプラン
ジャ孔と中心経路とに連通する。第２平坦シート・ポペ
ット弁が閉鎖位置に来たとき、中心経路がプランジャ経
路と連通し、プランジャ経路と弁空間の間が遮断され
る。第１バネが、第１バネ力によって第１平坦シート・
ポペット弁を開放位置の方向に付勢し、閉止弁の第１端
側経路及び第２端側経路が、閉止弁集合体の第１端部及
び第２端部に接続されている。第２平坦シート・ポペッ
ト弁は、中心管状体の第２端部を囲み、第１位置と第２
位置の間を移動可能であり、第２平坦シート・ポペット
弁が第１位置に来たとき、中心経路が、閉止弁の第１端
側経路及び第２端側経路と連通する。第２平坦シート・
ポペット弁が第２位置に来たとき、中心経路が閉止弁の
第１端側経路と連通し、閉止弁の第２端側経路がドレン
経路と連通して中心経路との間が遮断される。第２弁バ
ネが第１バネ力より大きな第２バネ力により、第２平坦
シート・ポペット弁を第１位置の方向に付勢する。ソレ
ノイド・コイルと、それぞれ第１ポペット弁及び第２ポ
ペット弁に接続された第１鉄心及び第２鉄心を有するソ
レノイドが設けられ、第１及び第２電流波形部分によっ
てソレノイド・コイルを励起させ、第１ポペット弁及び
第２ポペット弁を順番に駆動する。
【００１３】本発明によると、高圧の交差孔やプラグが
不要であり、弁シートの位置合わせの問題がなくなる。
部品数と製作工数が少ないため、より直径の大きなソレ
ノイドを収容する空間ができるため、より大きなソレノ
イド力が得られる。さらに、外部配線との接続部材な
ど、他の部品の収容するためのスペースが増加する。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、直接噴射ディーゼル・サ
イクルの往復動内燃機関に適用する燃料系統１０を示
す。しかし本発明は、他の形式のエンジン、例えば１個
又は複数個の燃焼室又はシリンダを有するロータリー・
エンジンや改良サイクル・エンジンにも適用可能であ
る。エンジンは少なくとも１つのシリンダヘッドを有
し、シリンダヘッドには本発明の燃料噴射装置２０を装
着するための１個又は複数個の装着孔が設けられてい
る。
【００１５】燃料系統１０には、各噴射装置２０に燃料
を供給するための燃料供給装置２２、各噴射装置２０で
燃料を加圧するための燃料加圧装置２４、及び各噴射装
置を電子制御する制御装置２６が含まれている。
【００１６】燃料供給装置２２には、燃料タンク２８、
燃料タンク２８と噴射装置２０に連通する燃料供給経路
３０、比較的低揚程の燃料移送ポンプ３２、１個又は複
数個のフィルタ３４、及び噴射装置２０と燃料タンク２
８に連通する燃料ドレン経路３６が含まれていることが
望ましい。必要なら、燃料噴射装置２０と、経路３０、
３６のいずれか又は双方に連通する燃料経路をエンジン
の頂部に設けることもできる。
【００１７】燃料加圧装置２４は、機械制御装置であっ
ても油圧制御装置であってもよい。図示の形態では、噴
射装置２０に付属するタペット・プランジャ組立体５０
が、エンジンで駆動されるカム軸５４上のカム面５２に
よって直接又は間接的に機械的に駆動される。カム面５
２が揺動するロッカー・アーム組立体６４を駆動し、こ
れがタペット・プランジャ組立体５０を駆動する。な
お、カム面５２とロッカー・アーム組立体６４の間にプ
ッシュ・ロッド（図示省略）を介在させることもでき
る。
【００１８】電気制御装置２６には、（１）燃料噴射の
タイミング、（２）噴射サイクル中の全燃料噴射量、
（３）燃料噴射圧力、（４）噴射サイクル中の複数の独
立した噴射期間、（５）各噴射期間の間の時間間隔、及
び（６）各噴射サイクル内の各噴射期間中の燃料噴射量
を制御する電気駆動モジュール（ＥＣＭ）６６が設けら
れていることが望ましい。
【００１９】各噴射装置２０は、単一のハウジング内
で、燃料を高圧（例えば、２０７ＭＰａ（３０，０００
p.s.i.））で加圧すると共に、加圧燃料を付属のシリン
ダに噴射する装置を内蔵したユニット型噴射装置である
ことが望ましい。ここではユニット型噴射装置を例示し
ているが、燃料噴射装置が、分離した噴射装置と加圧装
置とを収納したモジュール型であってもよい。
【００２０】次に図２及び図３を参照すると、燃料噴射
装置２０には、ケース７４、ノズル部７６、電気アクチ
ュエータ７８、逃がし弁８０、逃がし弁バネ８１、プラ
ンジャ孔８３内に配置されたプランジャ８２（図１にの
み図示）、閉止弁８４、閉止弁８４と共に閉止弁集合体
を形成する閉止弁ピストン８７を囲む閉止弁バネ８６、
直接駆動逆止（ＤＯＣ）弁８８及びＤＯＣバネ９０が含
まれていることが望ましい。望ましい形態として、圧縮
時に、逃がし弁バネ８１が第１バネ力を発生し、ＤＯＣ
弁バネ９０が第１バネ力より大きな第２バネ力を発生す
る。
【００２１】電気アクチュエータ７８は、弁８０、８８
を制御するソレノイド１００で構成される。ソレノイド
１００には、ソレノイド・コイル１０６を収容する空間
１０４を有する固定子１０２が含まれている。ソレノイ
ド１００には、さらに、それぞれ環状の第１及び第２鉄
心１０８、１１０からなる鉄心集合体が含まれており、
これらは、非磁性（高リアクタンス）材料製の環状の中
間スペーサ１１２の両側に配置されている。中間スペー
サ１１２は平面状で、外部の円筒状磁束誘導部材１１４
の内部に移動可能に設けられている。磁束誘導部材１１
４は低リアクタンス材料で、固定子１０２の内部で保持
されたコイル・ボビン１１６に鋳込まれている。第１及
び第２鉄心１０８、１１０は、磁束誘導部材１１４の長
さの範囲内にある外壁部分と、中心管状体１２０を囲う
第１弁８０、第２弁８８及び中間スペーサ１１２と同内
径の内壁部分１１８、１１９（図３参照）を有してい
る。
【００２２】ソレノイド・コイル１０６に電流が供給さ
れると、ソレノイド固定子１０２の中央部分１２１ａと
外側脚部１２１ｂ、１２１ｃ、磁束誘導部材１１４，及
び第１及び第２鉄心１０８、１１０を通る磁束が発生す
る。スペーサ１１２が、鉄心１０８、１１０の間の磁束
の通過を阻止する。電流の供給に応じて各鉄心１０８、
１１０は、それぞれ対向する固定子１２０の外側脚部１
２１ｂ、１２１ｃに接近し、スペーサ１１２から軸方向
に離れるように付勢される。
【００２３】必要なら、中央のスペーサ１１２を、円筒
状外部磁束誘導部材１１４に固定してもよく、その場
合、外側脚部１２１ｂを（外部脚部１２１ｃと同様に）
中央部１２１ａから分離して、外側脚部１２１ｂ、１２
１ｃを中央部１２１ａに固定する前に他の部品の組込み
を行う。
【００２４】図４に、噴射期間中に駆動回路１２６から
ソレノイド・コイル１０６に供給される電流波形部分１
２２、１２４を示す。第１電流波形部分１２２は時間ｔ
＝ｔ 0からｔ＝ｔ5の間に供給され、ｔ＝ｔ5に続いて第
２電流波形部分１２４が供給される。時間ｔ＝ｔ0とｔ
＝ｔ2の間に第１引込み電流がソレノイド・コイル１０
６に供給され、時間ｔ＝ｔ2とｔ＝ｔ5の間に、第１引込
み電流より若干低い第１保持電流が供給される。通常は
第１引込み電流より高い第２引込み電流が時間ｔ＝ｔ5
とｔ＝ｔ8の間に供給され、通常は第１保持電流より高
い第２保持電流が時間ｔ＝ｔ8とｔ＝ｔ9の間に供給され
る。
【００２５】詳しくは、噴射開始前にソレノイド・コイ
ル１０６は励起されていないため、逃がし弁バネ８１
（第１バネ力）により逃がし弁８０が開いており、シー
ル面１２８とシート面１３０が離れている。このときＤ
ＯＣバネ９０（第１バネ力より大きな第２バネ力）によ
ってＤＯＣ弁８８が押し上げられて、シール面１３４が
シート面１３６から離れており、別のシール面１３８と
別のシート面１４０が接触する位置にある。この状態で
燃料が弁空間１４２に流入し、プランジャ経路１４３、
プランジャ８２に設けた経路（図示省略）、及びプラン
ジャ８２を囲う環状溝１４１を通って排出される。続い
てカム面が噴射装置２０のプランジャ８２を押し下げて
プランジャ８２の経路と環状溝１４１との間を遮断する
と燃料の加圧が可能となる。そして駆動回路１２６を通
じて第１電流波形部分１２２がソレノイド・コイル１０
６に供給される。第１電流波形部分１２２の引込み電流
及び保持電流と、弁バネ８１、９０とは、第１鉄心１０
８に作用する駆動力がバネ８１の第１バネ力を越える
が、第２鉄心１１０に作用する駆動力がバネ９０の第２
バネ力を越えないように選定されている。従って第１鉄
心１０８がスペーサ１４４ａを押し上げて逃がし弁８０
が閉じる。同時にシール面１２８が弁座１３０と当接し
てプランジャ経路１４３と弁空間１４２の間を遮断す
る。このとき弁バネ９０が第２鉄心１１０に作用する駆
動力より大きなバネ力を有するため、ＤＯＣ弁８８は前
記のとおり開いたままである。プランジャ８２の下降に
よって加圧された燃料は、プランジャ経路１４３、及び
中心管状体１２０内の中心経路１４５を通って、それぞ
れ閉止弁集合体の下端部と上端部に至る第１端側経路１
４６及び第２端側経路１４７に供給される。このとき閉
止弁集合体の上下両端部の圧力は実質的にバランスして
いるため、閉止弁８４は閉じたままである。閉止弁８４
が閉じた状態では、閉止弁集合体の下端での燃料圧力の
作用面が、上端での燃料圧力の作用面に比べて小さいた
め、この下向きの力に閉止弁バネ８６のバネ力が加わっ
て閉止弁８４の閉止状態を維持する。
【００２６】その後、駆動回路１２６がソレノイド・コ
イル１０６に第２電流波形部分１２４を供給する。電流
値の増加によって、第２鉄心１１０に第２バネ力を越え
る力が発生して第２鉄心１１０が下降する。この下向き
運動がスペーサ１４８を介して弁８８に伝達され、弁８
８が下降してシール面１３４が弁座１３６に当接する。
さらにシール面１３８が弁座１４０から離れる。この動
きによって、閉止弁の第２端側経路１４７が中心経路１
４５内の高圧燃料から遮断され、第２端側経路１４７と
経路１５０とがドレン経路（経路１５０とドレン経路と
の接続はどの図にも図示していない）に連流する。この
とき閉止弁組立体に作用する力のバランスが崩れて、閉
止弁バネで付勢された閉止弁を押し上げ、付属のシリン
ダへの燃料噴射が行われる。
【００２７】噴射を終了するときは、ソレノイド・コイ
ル１０６に供給される電流を、図４に示す第１電流波形
部分１２２の保持レベルまで低下させる。必要ならソレ
ノイド・コイル１０６に供給する電流値をゼロ又は第１
保持レベル以下の任意の電流値にまで低下させる。いず
れにしても、まずＤＯＣ弁８８が上昇して、閉止弁の第
２端側経路１４７と第１端側経路１４６を連通させる。
こうして閉止弁の両側の圧力がバランスすると、閉止弁
バネ８６と閉止弁組立体の両端側の圧力により閉止弁８
４が閉じる。その後、電流値をゼロ又は第１保持レベル
以下の任意の電流値（低下していない場合）に低下させ
る。供給電流が第１保持レベル又はそれ以下に急激に低
下することとは関係なく、ＤＯＣバネ９０がＤＯＣ弁８
８を押し上げた後に逃がし弁バネ８１が逃がし弁８０を
開く。
【００２８】必要ならソレノイド・コイルに複数の電流
波形部分を供給して、１個又は複数個の鉄心を任意の数
の位置（２個所に限らない）に移動させ、それによって
１個又は複数個の弁その他の可動部材を作動させること
ができる。
【００２９】さらにソレノイド・コイル１０６に適切な
電流波形部分を供給することによって、噴射サイクル中
で複数の分割噴射を行うことができる。例えば、予備噴
射、即ち第１噴射のために第１及び第２電流波形部分１
２２、１２４をソレノイド１０６に供給することができ
る。その直後に電流値を第１保持レベルに低下させ、次
いで電流値を第２引込みレベル及び第２保持レベルまで
再び増加させ、主要噴射、即ち第２噴射を行うことがで
きる。また、予備噴射と主要噴射を、まず電流波形部分
１２２、１２４をソレノイド・コイル１０６に供給した
後、電流波形部分１２２、１２４を反復してコイル１０
６に供給することもできる。予備噴射及び主要噴射の噴
射時間（即ち、各噴射時間内の燃料噴射量）は、電流波
形部分１２４の第２保持レベルによって決まる。もちろ
ん、必要に応じて、また噴射応答その他の特性に応じて
図４に示した以外の電流波形部分を波形を変更すること
ができる。
【００３０】上記の説明から明らかなとおり、中央経路
１４５は実質的に燃料噴射装置２０の中心軸に合致し、
それぞれ第１及び第２端部が、プランジャ経路１４３の
端部と閉鎖弁の第１端側経路１４６の端部と合致してい
る。燃料が噴射装置の中心部を通って送られるため、高
圧に曝される分岐経路やプラグが不要となる。さらに、
ＤＯＣ弁８８の下部シートの位置調整が不要である。弁
の構成部品が少なくなるため、弁の製作工数が減少す
る。さらにソレノイド１００の直径を大きくできるた
め、鉄心が大きな力を発生して噴射作用が改善される。
燃料系路がソレノイドの外側を通らないため、ソレノイ
ド１００と駆動回路１２６との接続器具等の収容空間が
増加する。
【００３１】本発明の燃料噴射装置で使用する平坦シー
ト面は、テーパ又は円錐形シート面に比べてより高いシ
ール力を必要とし、またＤＯＣ弁の重量も増加して応答
速度が若干低下するが、これらの不利な点は上記の利点
によって充分に補うことができる。
【００３２】必要ならソレノイド１００を他の適切なア
クチュエータに変えることもできる。
【００３３】以上の説明から、本発明の各種の改良又は
変形は当業者にとって容易と考えられる。従って、上記
の説明は、当業者に対して本発明を最適の実施形態を開
示するためのものと解すべきである。本発明の趣旨から
逸脱することなく、構造及び／又は作用の細部を変更す
ることが可能であるが、これらの変更のうち付属の各請
求項の記載範囲内にあるものについては独占的実施が保
証されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の燃料噴射装置の側面図であり、カム
軸とロッカーアーム、及び、燃料移送ポンプと燃料噴射
装置を制御する駆動回路のブロック図を含む。
【図２】 図１に示す燃料噴射装置の部分断面図であ
る。
【図３】 図２に示す燃料噴射装置の拡大部分断面図で
あり、ソレノイド、高圧の逃がし弁とＤＯＣ弁の詳細を
示す。
【図４】 図２及び図３のソレノイドコイルに供給する
電流波形の波形図である。
【符号の説明】 ２０・・・燃料噴射装置 ７４・・・噴射装置ケーシング ７８・・・アクチュエータ ８０・・・逃がし弁（第１ポペット弁） ８８・・・ＤＯＣ弁（第２ポペット弁） １００・・・ソレノイド １０２・・・固定子 １１８、１１０・・・鉄心 １２８、１３４、１３８・・・シール面 １３０、１３６、１４０・・・シート面
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
フロントページの続き (71)出願人 598141143 ルーカス インダストリーズ パブリック リミテッド カンパニー イギリス ビー90 ４エルエー ダブリュ イー ソウリイハル ストラットフォード ロード （番地なし) (72)発明者 ダナ アール． コールドレン アメリカ合衆国 61739−9550 イリノイ フェアバリー レイクビュー ドライブ 40 (72)発明者 マーヴィン ピー． シュナイダー アメリカ合衆国 61611−1480 イリノイ イースト ペオリア ハイ オーク ド ライブ 305 (72)発明者 ジェイムズ ジェイ． ストレイチャー アメリカ合衆国 61764−1506 イリノイ ポンティアック アパッチ ドライブ 1302 (72)発明者 デヴィッド イー． マーティン アメリカ合衆国 61761 イリノイ ノー マル オレイリー コート 1411

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 中心軸を有する噴射装置のケース、 プランジャ孔、 上記プランジャ孔と連通し、端部開口が、実質的に上記
    中心軸と合致するプランジャ経路、 上記開口に隣接する第１端部と、第２端部と、第１端部
    と第２端部との間の管路を有する中心管状体、 弁空間内に配置され、上記中心管状体の第１端部を囲
    み、上記管路とプランジャ経路とを連通させる開放位置
    と、上記管路と弁空間とを連通させる閉鎖位置との間を
    移動する第１弁、 閉止弁の第１端側及び第２端側経路、 上記中心管状体の第２端部を囲み、上記第１端側経路と
    第２端側経路とを相互に連通させる第１位置と、上記第
    １端側経路と第２端側経路の間を遮断する第２位置との
    間を移動する第２弁、及び上記第１弁と第２弁を移動さ
    せるアクチュエータ、により構成されている燃料噴射装
    置。
  2. 【請求項２】 上記第１弁及び第２弁が平坦シート・ポ
    ペット弁である請求項１記載の燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 上記第２弁が第２位置に移動したとき、
    上記第２端側経路がドレン経路と連通する請求項１記載
    の燃料噴射装置。
  4. 【請求項４】 上記アクチュエータがソレノイドである
    請求項１記載の燃料噴射装置。
  5. 【請求項５】 上記ソレノイドが、それぞれ第１弁及び
    第２弁と接続する第１鉄心及び第２鉄心を有する請求項
    １記載の燃料噴射装置。
  6. 【請求項６】 上記第１弁が第１弁バネによって開放位
    置の方向に付勢され、上記第２弁が第２弁バネによって
    上記第１位置の方向に付勢されている請求項１記載の燃
    料噴射装置。
  7. 【請求項７】 上記第１弁バネが第１バネ力を発生し、
    上記第２弁バネが第１バネ力より大きな第２バネ力を発
    生する請求項１記載の燃料噴射装置。
  8. 【請求項８】 中心軸を有する噴射装置ケース、 上記中心軸と実質的に合致し、第１端部と第２端部の間
    で燃料を導く中心経路、 上記中心経路の第１端部を囲う第１平坦シート・ポペッ
    ト弁、 上記中心経路の第２端部を囲う第２平坦シート・ポペッ
    ト弁、及び上記第１及び第２ポペット弁を移動させるア
    クチュエータを備えた燃料噴射装置。
  9. 【請求項９】 上記第１及び第２ポペット弁が２つの位
    置の間を移動する請求項８記載の燃料噴射装置。
  10. 【請求項１０】 上記第１平坦シート・ポペット弁が、
    弁空間内に配置され、開放位置に移動して中心経路を弁
    空間と連通させ、閉鎖位置に移動して中心経路をプラン
    ジャ経路と連通させる請求項９記載の燃料噴射装置。
  11. 【請求項１１】 上記第２平坦シート・ポペット弁が、
    第１位置に移動して中心経路を閉止弁の第１端側経路及
    び第２端側経路と連通させ、第２位置に移動して上記第
    １端側経路と第２端側経路との間を遮断し、第２端側経
    路をドレン経路と連通させる請求項１０記載の燃料噴射
    装置。
  12. 【請求項１２】 上記アクチュエータがソレノイドであ
    る請求項８記載の燃料噴射装置。
  13. 【請求項１３】 上記ソレノイドが、それぞれ第１及び
    第２弁に接続する第１及び第２鉄心を有する請求項１２
    記載の燃料噴射装置。
  14. 【請求項１４】 上記第１平坦シート・ポペット弁が第
    １弁バネによって開放位置の方向に付勢され、上記第２
    平坦シート・ポペット弁が第２弁バネによって第１位置
    の方向に付勢されている請求項１３記載の燃料噴射装
    置。
  15. 【請求項１５】 上記第１弁バネが第１バネ力を発生
    し、上記第２弁バネが第１バネ力より大きな第２バネ力
    を発生する請求項１４記載の燃料噴射装置。
  16. 【請求項１６】 中心軸を有する噴射装置ケース、 上記中心軸と実質的に合致するプランジャ経路、 上記中心軸と実質的に合致し、第１端部と第２端部の間
    で燃料を導く中心経路を有する中心管状体、 弁空間内に配置され、上記中心経路の第１端部を囲み、
    開放位置と閉鎖位置との間を移動可能であり、開放位置
    では、弁空間がプランジャ経路と中心経路とに連通し、
    閉鎖位置では、上記中心経路がプランジャ経路と連通し
    て弁空間との間を遮断する第１平坦シート・ポペット
    弁、 上記第１平坦シート・ポペット弁を開放位置の方向に付
    勢する第１バネ力を発生する第１弁バネ、 閉止弁集合体、 それぞれ上記第１端部及び第２端部に接続する閉止弁の
    第１端側経路及び第２端側経路、 ドレン経路、 上記中心管状体の第２端部を囲み、第１位置と第２位置
    との間を移動可能であり、第１位置に来たとき、中心経
    路が、閉止弁の第１端側経路及び第２端側経路と連通
    し、第２位置に来たとき、中心経路が、閉止弁の第１端
    側経路と連通し、閉止弁の第２端側経路がドレン経路と
    連通して中心経路との間を遮断する第２平坦シート・ポ
    ペット弁、 上記第２平坦シート・ポペット弁を第１位置の方向に付
    勢し、上記第１バネ力より大きな第２バネ力を発生する
    第２弁バネ、 ソレノイド・コイルと、それぞれ上記第１ポペット弁及
    び第２ポペット弁に接続された第１鉄心及び第２鉄心を
    有し、第１及び第２電流波形部分を供給してソレノイド
    ・コイルを励起させ、上記第１ポペット弁及び第２ポペ
    ット弁を順番に駆動するソレノイド、により構成されて
    いる燃料噴射装置。
JP10306845A 1997-11-03 1998-10-28 平坦シート・ポペット弁を用いた燃料噴射装置 Pending JPH11210592A (ja)

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