JPS61272462A

JPS61272462A - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JPS61272462A
Application number: JP11203585A
Authority: JP
Inventors: Mare Kitagawa; 希北川; Tetsuo Kikuchi; 哲郎菊地; Atsushi Hashikawa; 淳橋川; Kazuki Kato; 和貴加藤; Takahiko Teguri; 手操　能彦
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1985-05-27
Filing date: 1985-05-27
Publication date: 1986-12-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はディーゼルエンジンに設けられる燃料噴射装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンの燃料噴射装置の開弁圧は、アイド
ル時には低い方が好ましく、これにより騒音が低減する
とともに排気ガスの白煙およびＩＩｃが減少する。逆に
、この開弁圧は高回転高負荷時には高い方が好ましく、
このため、従来の燃料噴射装置の開弁圧は、通常、アイ
ドル時に適した低い開弁圧と高回転高負荷時に通した高
い開弁圧との間の適当な値に設定されている。一方、ア
イドル時と高回転高負荷時の両者におけるエンジン性能
を満足させるべく、開弁圧を切替える構造のものもあり
、これは、ソレノイド、カム、あるいは圧電素子等を用
いており、開弁圧を切替えるための駆動力を燃料噴射系
とは別系統から得ている。

これらのうち、ソレノイドにより開弁圧を変える構造の
ものは、燃料を吐出するための噴口を開閉するバルブに
ばねを作用させ、ソレノイドに発生する電磁力によりば
ねの圧縮量を変化させて開弁圧を変えるようになってい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ソレノイドにより開弁圧を変えるものは、ばねを圧縮さ
せるのに大きな力を必要とするために、ソレノイド自体
を大型のものとし、また大きな電力を必要とするという
問題がある。またカムあるいは圧電素子を用いた構成の
ものにおいても、ソレノイドを用いた構成のものと同様
に、特別な駆動源を必要とするために装置全体が大型に
なるという問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明に係る燃料噴射装置
は、燃料通路に通じる噴口を開閉して燃料噴射を行なう
開閉弁と、この開閉弁を閉弁方向にに付勢するばねと、
このばねを支持し、上記燃料通路に連通可能な圧力室に
面してこの圧力室内の燃料圧を受け、この燃料圧に応じ
て変位して上記ばねの弾発力を変化させるピストンと、
上記燃料通路と圧力室の間に形成されるオリフィスを開
閉する弁体と、この弁体を開閉駆動する制御手段とを備
える。上記弁体が開弁するとき、上記燃料通路から導か
れる上記圧力室内の燃料圧により、上記開閉弁の開弁圧
は高くなり、上記弁体が閉弁するとき、上記圧力室は上
記燃料通路から遮断され、上記開閉弁の開弁圧は低くな
る。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第１図は燃料噴射装置の第１実施例を示し、図示しない
ポンプから圧送されてきた燃料は、燃料通路１０１から
この装置内に入り込んで、燃料溜め１０２に到達し、ニ
ードル弁１１が上昇した時、噴口１０３から噴射される
。

弁支持部材１２は図中最も下方に位置し、燃料溜め１０
２が形成されるとともにこの燃料溜め１０２に連通する
燃料通路１０４が穿設され、下端部には燃料溜め１０２
に連通可能な噴口１０３が形成される。

ニードル弁１１は弁支持部材１２の軸心部に穿設された
孔１０５に摺動自在に収容され、下降した時噴口１０３
を閉塞し、上昇した時噴口１０３を開放して燃料を噴射
する。燃料溜め１０２内の燃料はニードル弁１１を上昇
させる方向に作用し、後述するばね１３はニードル弁１
１を下降させる方向に働く。したがって、燃料溜め１０
２内の燃料圧がばね１３の弾発力に打勝った時、ニード
ル弁１１は上昇し、燃料噴射を行なう。

弁支持部材１２の上方には中間部材１４が設けられ、さ
らに中間部材１４の上方には下部ボディ１５が設けられ
る。筒状リテーナ１６は弁支持部材１２の段部１７に係
止するとともに下部ボディ１５の外周部に蝮合し、これ
により弁支持部材１２、中間部材１４、および下部ボデ
ィ１５は相互に一体的に連結される。下部ボディ１５内
に形成されたばね室１０６内には１、ばね１３と座板１
８と連結部材１９が収容され、またこのばね室１０６内
には燃料が保持される。連結部材１９は図中下方に位置
し、中間部材１４の軸部に穿設された孔１０７内に嵌入
してニードル弁１１の上端部に結合する。座板１８は図
中上方に位置し、ばね１３は座板１８と連結部材１９の
間に挿入される。なお、中間部材１４および下部ボディ
１５には、それぞれ燃料通路１０８　、１０９が穿設さ
れ、これら燃料通路１０８　、１０９は弁支持部材１２
に形成された燃料通路１０４に連通ずるよう位置決めさ
れる。

下部ボディ１５のばね室１０６より上方にはボア１１１
が形成され、このボア１１１内にはピストン２１が摺動
自在に支持される。ボア１１１とばね室１０６との間に
は、ピストン２１が係止可能なストッパ２２が形成され
、ピストン２１の下面中央から下方へ延びる突起２３は
ストッパ２２の中心部に穿設された孔１１２を貫通して
ばね室１０６内に突出し、座板１８に当接する。一方、
ピストン２１の上面とボア１１１と後述するニードルホ
ルダ２４との間には、圧力室１１３が形成される。ピス
トン２１は圧力室１１３内の圧力に応じて変位し、これ
によりばね１３を圧縮させて弾発力を変化させる。

しかしてピストン２１の位置によりばね１３の圧縮量が
変化し、これによりニードル弁１１の開弁圧が変化する
。

ニードルホルダ２４の上面にはインシュレータ２５が載
置され、インシュレータ２５の上方にはソレノイドコイ
ル２６が配置される。上部ボディ２７は、ニードルホル
ダ２４、インシュレータ２５、およびコイル２６を収容
して下部ボディ１５に螺合される。上部ボディ２７の軸
心部２８は下方に延び、この軸心部２８の中心に燃料通
路１０１が穿設され、また軸心部２８の周囲にコイル２
６が嵌合される。インシュレータ２５は軸心部２８に当
接し、ニードルホルダ２４はインシュレータ２５と下部
ボディ１５とにより挟持される。

ニードルホルダ２４の中央部には孔１１４が、インシュ
レータ２５の中央部には孔１１４　と同径の孔１１５が
、それぞれ形成される。またニードルホルダ２４の孔１
１４の下側にはこの孔１１４よりも小径のオリフィス１
１６が穿設され、このオリフィス１１６の上方には次に
述べる弁体２９が密着可能なシート部３２が形成される
。孔１１４　、１１５内には有底筒状の弁体２９が収容
され、この弁体２９はインシュレータ２５の軸心部２８
との間に設けられたばね３１により常時下方に付勢され
、非作動時、オリフィス１１６を閉塞する。弁体２９の
下端面と孔１１４とにより形成された弁室１１７は、オ
リフィス１１６を介して圧力室１１３に連通可能であり
、またニードルホルダ２４に穿設された燃料通路１１８
を介して下部ボディ１５の燃料通路１０９に常時連通す
る。すなわち、弁体２９がばね３１に抗して上昇位置に
ある時、圧力室１１３はオリフィス１１６および弁室１
１７を介して燃料通路１１８に連通し、弁体２９がばね
３１により下降位置にある時、圧力室１１３は燃料通路
１１８から遮断される。弁体２９には通路１１９が形成
され、これにより、弁体２９がオリフィス１１６を閉塞
するか否かに拘らず、燃料通路１１８は燃料通路１０１
に連通ずる。なお、ニードルホルダ２４は図示しないノ
ックピンにより下部ボディ１５に対して位置決めされる
。

ソレノイドコイル２６は図示しない制御回路を介して電
力を供給され、通電されたとき弁体２９を上方へ吸引す
る。このため、上部ボディ２７、ニードルホルダ２４、
および弁体２９は磁性体により成形され、一方、インシ
ュレータ２５は非磁性体により成形される。すなわち、
ソレノイドコイル２６への通電時、上部ボディ２７、ソ
レノイドコイル２６、ニードルホルダ２４、および弁体
２９により磁路が形成される。

なお、下部ボディ１５には、ばね室１０６に開口するリ
ターン通路１２１が穿設され、このリターン通路１２１
は、ニードルホルダ２４およびインシュレータ２５にそ
れぞれ穿設されたリターン通路１２２　、１２３に連通
ずる。インシュレータ２５のリターン通路１２３の上部
開口はソレノイドコイル２６を収容する室１２４に対向
し、上部ボディ２７の上端壁には室１２４に連通ずる出
口通路１２５が形成される。したがって、座板１８の昇
降に伴いばね室１０６からリターン通路１２１へ排出さ
れた燃料は、リターン通路１２２　、１２３を通って室
１２４へ流入し、ソレノイドコイル２６を冷却して出口
通路１２５から流出し、図示しないリザーバへ還流する
。

上記構成を有する燃料噴射装置は次のように動作する。

非作動時、弁体２９はシート部３２に着座してオリフィ
ス１１６を閉塞し、またニードル弁１１は噴口１０３を
閉じている。ポンプから供給される燃料は、燃料通路１
０１から弁体２９の通路１１９へ流入し、燃料通路１１
８．　１０９．　１０８．　１０４を通って燃料溜め１
０２へ圧送される。しかして燃料溜め１０２内の圧力が
ばね１３の弾発力以上になると、ニードル弁１１はばね
１３に抗して上昇し、噴口１０３を開放する。この結果
、燃料は噴口１０３から外部へ噴射される。この噴射に
より燃料溜め１０２内の燃料圧は低下し、これによりニ
ードル弁１１はばね１３に付勢されて下降し、噴口１０
３を閉じて燃料噴射を終了する。

以上の動作は比較的低圧の燃料が噴射される場合である
が、高圧の燃料を噴射する場合、燃料噴射に先立ち、ソ
レノイドコイル２６に通電し、電磁力により弁体２９を
上方へ吸引する。この結果、圧力室１１３はオリフィス
１１βを介して弁室１１７、燃料通路１１８等、および
燃料通路１０１に連通し、圧力室１１３内には高圧燃料
が導かれる。しかしてピストン２１は圧力室１１３内の
燃料圧により下方へ変位し、座板１８を介してばね１３
を圧縮する。

すなわち、ニードル弁１１はより大きい力で開弁される
こととなり、開弁圧が高くなる。その後燃料溜め１０２
内の燃料圧がさらに上昇し、この燃料圧が開弁圧を越え
ると、ニードル弁１１は上昇して噴口１０３を開放し、
高圧の燃料噴射が行なわれる。そして燃料噴射により燃
料溜め１０２内の燃料圧が低下すると、ニードル弁１１
は下降して噴口１０３を閉じ、燃料噴射は終了する。以
上のようにニードル弁１１の開弁圧はピストン２１の位
置に関係し、開弁圧の上限値はピストン２１がストッパ
２２に当接したときの突起２３のばね室１０６内への突
出量により決まる。

このようにニードル弁１１の開弁圧が低圧から高圧に切
替わる時、燃料通路１０１あるいは弁室１１７内の燃料
はオリフィス１１６を介して圧力室１１３内に流入する
。これは、開弁圧の切替え時に燃料噴射が一時的に行わ
れなくなるのを防止するためである。つまり、オリフィ
ス１１６の径が大きすぎると、弁体２９の開弁時に燃料
通路１０１から流入した高圧燃料の大部分が圧力室１１
３内に入り込んでピストン２１を変位させ、このため燃
料通路１１８．　１０９．　１０８．　１０４を通って
燃料溜め１０２へ供給される燃料量が少なく、ニードル
弁１１を開弁させることができなくなる。このような現
象を防止するため、オリフィス１１６が形成されて圧力
室１１３への燃料の流量が制限されている；逆に開弁圧
の切替えのための時間を短くするにはオリフィス１１６
の径を大きくしてここを通る燃料の流量を大きくしなけ
ればならない。しかしてオリフィス１１６の径は適当な
大きさに定められる。

燃料圧を高圧から低圧へ変更させる場合、まずソレノイ
ドコイル２６への通電を停止し、弁体２９を下降させて
圧力室１１３を閉塞する。これだけでは、まだピストン
２１が下降位置にあってニードル弁１１の開弁圧は高い
が、次いで燃料噴射が終了して燃料通路１１８等の圧力
が下った時、再びソレノイドコイル２６に一時的に通電
して弁体２１を上昇させ、一時的に圧力室１１３を開放
させる。この結果、ばね１３に付勢されてピストン２１
が上昇し、これにより圧力室１１３内の燃料はこの圧力
室１１３から排出され、ニードル弁１１の開弁圧は低下
する。

第２図（ａｌは噴射率および燃料通路１０１内の燃料圧
（管内圧）の時間的変化を示し、第２図（ｂ）は第２図
（Ｆｌ）の横軸すなわち時間軸を縮めて示すものである
。

第２図（ａ）から理解されるように、管内圧が上昇して
一定値に達すると燃料噴射が開始し、管内圧は燃料噴射
とともに低下して開始前の一定圧に戻る。また第２図（
ｂ）から理解されるように、２つの燃料噴射の間におけ
る管内圧（以下、これを残圧と呼ぶ）は一定値を維持す
る。この残圧は、第３図に示されるように燃料噴射量の
増加とともに高′　　くなり、換言すると、エンジンの
回転数が一定の場合、エンジン負荷の増加とともに高く
なる。しかしてこの残圧によってピストン２１が下方へ
動かされ、ばね１３のセット圧すなわちニードル弁１１
の開弁圧が変えられる。

第４図は燃料噴射装置のソレノイドコイル２６への通電
を制御するための制御回路２０１を示す。

この制御回路２０１には、アイドルスイッチ３０１、車
速センサ３０２、噴射センサ３０３、および回転角セン
サ３０４の出力信号が入力される。アイドルスイッチ３
０１は、車両がアイドル運転されているか否かを検知す
るものであり、アイドル状態のとき“０”信号が制御回
路２０１の中央演算処理装置ＣＣＰＩＪ　”）　２０２
に入力され、アイドル状態でないとき“ｌ”信号がＣＰ
Ｕ　２０２に入力される。車速センサ３０２は車速が一
定速度より小さいか否かを検知するもので、その出力信
号は制御回路２０１のＦ／Ｖコンバータ２０３により変
換され、低速のとき＠０１１信号がＣＰＩＪ　２０２に
入力され、高速のとき“ｌ”信号がＣＰＵ２０２に入力
される。噴射センサ３０３は＃１気筒の燃料噴射時期を
検印し、噴射毎にパルス信号がＣＰＵ　２０２に入力さ
れる。回転角センサ３０４は、燃料の供給源である図示
しないポンプが１回転する毎に１コのパルス信号、ある
いは３６０コのパルス信号をＣＰＵ　２０２に対して出
力する。

ＣＰＵ　２０２は各入力信号に基き、第５図に示される
タイミングチャートに従って、燃料噴射を行なおうとす
る気筒の燃料噴射装置のソレノイドコイル２６を励磁す
べく、対応するトランジスタ２０４に電圧を印加する。

第５図において、カッコ内の参照符号は第４図のｃｐｕ
　２０２に示した参照符号に対応し、それぞれ入出力信
号を示す。アイドルスイッチ３０１から入力された信号
ＡＩと車速センサ３０２から入力された信号Ａ２の少な
くとも一方が“１”信号となると、すなわち車両がアイ
ドル状態ではないか、あるいは高速運転されていると、
＃１気筒から＃４気筒までの全ての燃料噴射装置のソレ
ノイドコイル２６に対して制御信号が出力され、各ソレ
ノイドコイル２６は連続的に通電される。これにより全
ての燃料噴射装置の圧力室１１３内の圧力が高められ、
ピストン２１およびばね１３を介して開弁圧が高くなる
。

これに対し、アイドルスイッチ３０１からの入力信号が
“０”になり（アイドル状態）、かつ車速センサ３０２
からの入力信号が“０″になる（低速状態）と、いった
ん全ての燃料噴射装置のソレノイドコイル２６が消磁さ
れる。次いで、噴射センサ３０３により＃１気筒の燃料
噴射を示すパルス信号が出力されてからポンプ回転角９
０°〜２７０°の間、＃１気筒の燃料噴射装置のソレノ
イドコイル２６が通電される。なお、この通電の時間（
すなわちポンプ回転角９０°〜２７０°）は回転角セン
サ３０４により制御される。さて、上記パルス信号の出
力後クランク角１８０’〜３６０°の間、＃３気筒のソ
レノイドコイル２６、ポンプ回転Ｆｌ　２７０°〜４５
０°の間、＃４気筒のソレノイドコイル２６、ポンプ回
転角３６００〜５４０°の間、＃２気筒のソレノイドコ
イル２６が、それぞれ通電される。しかして、各燃料噴
射装置の圧力室１１３内の圧力が低下し、ピストン２１
が上昇してばね１３が伸長し、これによりニードル弁１
１の開弁圧が徐々に低くなる。このように、各気筒のソ
レノイドコイル２６は時間Ｔ１の間、交互に通電されて
開弁圧は所定値まで低下し、その後、各ソレノイドコイ
ル２６に対する全ての制御信号が低レベル（“Ｌ”）と
なって通電は停止する。

第６図および第７図は第２実施例を示す。上記第１実施
例においては、開弁圧が高い時、ソレノイドコイル２６
を通電し続けなければならない。

ところが、一般にアイドル運転は通常の走行よりも短時
間しか行なわれないので、アイドル時にソレノイドコイ
ルに通電して開弁圧を低くするようにした方が、電力消
費の点で有利である。また、ソレノイドコイルあるいは
これに接続される制御回路等が故障した場合に、ニード
ル弁１１の開弁圧が高くなる方が、エンジンおよび燃料
噴射装置にとって望ましい。第２実施例はこれらの点を
満足するものである。

すなわち、上部ボディ２７は、その内部に弁体４１、ば
ね４２、インシュレータ４３、コア４４、およびソレノ
イドコイル２６が収容された状態で下部ボディ１５に螺
合される。コア４４は、燃料通路１０９に連通する燃料
通路１１８と、オリフィス１１６を介して圧力室１１３
に連通ずる燃料通路１４１が穿設され、その周囲にソレ
ノイドコイル２６が嵌合される。インシュレータ４３は
、すなわちソレノイドコイル２６の上方に配設されてコ
ア４４の上端部に嵌合され、コア４４と上部ボディ２７
とにより挟持される。上部ボディ２７の中央部分には、
第７図に示されるように凹部１４２が形成され、弁体４
１はこの凹部１４２内に収容されるとともに、コア４４
の一方の燃料通路１４１を開閉可能である。弁体４１に
は燃料通路１０１と凹部１４２とを常時連通させるため
の通路１４３が形成され、また弁体４１はばね４２によ
り常時上方へ付勢される。

したがって、ソレノイドコイル２６が励磁されない非作
動時、弁体４１はばね４２により上方位置にあり、これ
により燃料通路１４１は開放され、圧力室１１３は、通
路１４３を介して燃料通路１０１に連通ずる。逆にソレ
ノイドコイル２６が励磁されると、弁体４１は上部ボデ
ィ２７、ソレノイドコイル２６、およびコア４４により
形成される磁路に発生する電磁力により吸引され、ばね
４２に抗して下方へ変位し、燃料通路１４１を閉塞する
。

第２実施例のその他の構成は第１実施例と同様であり、
また制御回路も第４図のものと同様である。一方、第２
実施例のタイミングチャートは、第５図において（８１
）〜（Ｂ４）の制御信号が“Ｈ”のときソレノイドコイ
ル２６の通電を遮断し、“Ｌ”のときソレノイドコイル
２６に通電するように変えられる。その他の作用は第１
実施例と同じである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、弁体を開閉することによりピス
トンに燃料圧を作用させ、これによりニードル弁の開弁
圧を変化させるようにしたものである。したがって、開
弁圧を変更するために外部から大きな駆動力を作用させ
る必要がなく、装置を小型化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例倉示す断面図、第２図１８
）は噴射率および管内圧の時間的変化を示すグラフ、第２図（ｂ）は第２図（ａ）の噴射率および管内圧を、
時間軸を縮めて示すグラフ、第３図は燃料噴射量と残圧との関係を示すグラフ、第４図は制御回路を示す回路図、第５図は第１実施例装置の動作を示すタイミングチャー
ト、第６図は本発明の第２実施例を示す断面図、第７図は第
２実施例の要部を示す断面図である。１１・・・ニードル弁（開閉弁）、　　１３・・・ばね
、２１・・・ピストン、　　　　　　　２９　、４１・
・・弁体、１０１、　１０４．　１０８．　１０９．　
１１８．　１４１・・・燃料通路、１０３・・・噴口、
　　　　１１３・・・圧力室、１１６・・・オリフィス
。噛１　＠嶋６＠（ＣＩ）も２面も３＠

Claims

【特許請求の範囲】

１．燃料通路に通じる噴口を開閉して燃料噴射を行なう
開閉弁と、この開閉弁を閉弁方向に付勢するばねと、こ
のばねを支持し、上記燃料通路に連通可能な圧力室に面
してこの圧力室内の燃料圧を受け、この燃料圧に応じて
変位して上記ばねの弾発力を変化させるピストンと、上
記燃料通路と圧力室の間に形成されるオリフィスを開閉
する弁体と、この弁体を開閉駆動する制御手段とを備え
、上記弁体が開弁するとき、上記燃料通路から導かれる
上記圧力室内の燃料圧により、上記開閉弁の開弁圧は高
くなり、上記弁体が閉弁するとき、上記圧力室は上記燃
料通路から遮断され、上記開閉弁の開弁圧は低くなるこ
とを特徴とする燃料噴射装置。