JPS63173842A - 燃料噴射装置 - Google Patents

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等に燃料を供給する燃料噴
射装置、特にユニットインジェクタに関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、ユニットインジェクタは、燃料供給ポンプから送
られてきた燃料を、エンジンの運転に同期して往復運動
される圧送プランジャによって圧送ポンプ室内で加圧し
、この高圧燃料を噴射ノズルから燃焼室へ噴霧供給する
。

また、このようなユニットインジェクタとしては、圧送
ポンプ室に一端が開口する排出通路を電磁弁により開閉
し、電磁弁の閉弁時期により噴射タイミングを制御し、
開弁時期により噴射量を制御する構成のものが、米国特
許４，１２９，２５３号明細書に開示となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような構成のものにおいては、電磁
弁の弁体が高圧燃料の噴射圧を開弁方向の圧力として直
接受ける構造であるので、最大１５００ｋｇ／ｃｔＡに
達する燃料圧に耐えて電磁弁の閉弁を維持し、かつ最高
１５００Ｈｚの応答性で電磁弁を開弁作動させるのは非
常に困難である。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされるもので、
高圧の噴射圧に対しても排出通路の閉塞状態を保持する
ことができる噴射制御装置を備えた信幀性に優れる燃料
噴射装置を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するために次のような技術的手段を講
じた。

すなわち、エンジンにより駆動される圧送プランジャに
よって、低圧燃料部から供給された圧送ポンプ室の燃料
を高圧に加圧し、この高圧燃料を噴射させるとともに、
圧送ポンプ室に一端が開口する排出通路を制御装置によ
り開閉して噴射タイミング及び噴射量を制御する燃料噴
射装置において、前記制御装置は、一端側が排出通路の
途中に設けられたバルブシートに離着するとともに排出
通路内の圧力を離座方向の押圧力として受けるメインバ
ルブと、このメインバルブを着座方向に付勢する弾性部
材と、メインバルブの他端側に形成されるとともにメイ
ンバルブを着座させる方向の圧力を保持する背圧室と、
この背圧室に連通ずる連通通路と、燃料の噴射時には連
通通路と排出通路とを連通し、不噴射時には連通通路と
低圧燃料部とを連通して背圧室の圧力を制御する制御弁
とを備えており、メインバルブの着座時における背圧室
側の受圧面積は排出通路側の受圧面積以上になっている
。

また、前記制御弁は、連通通路の途中に設けられた第２
のバルブシートに着座することにより背圧室と排出通路
側とを連通し、離座することにより背圧室と低圧燃料部
とを連通ずる弁体と、この弁体内において前記背圧室と
連通して形成されるとともに弁体を着座させる方向の圧
力を保持する流体室と、弁体を着座方向に付勢する第２
の弾性部材と、通電されることにより磁力を発生し弁体
を離座方向に移動させる電磁コイルとを有しており、弁
体の着座時における流体室側の受圧面積は背圧室側の受
圧面積以上となっている。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例について第１図〜第３図を用い
て説明する。第１図は本実施例の構成を示す断面図、第
２図は第１図の電磁弁２３を示す部分拡大断面図である
。

第１図において、ユニットインジェクタｌはエンジンヘ
ッド１２に挿入設定されるもので、Ｑリングｌｌａ及び
ｌｌｂによってユニットインジェクタ１の外周側には燃
料ギヤラリ１ｏが設定される。

そして、この燃料ギヤラリ１０に対しては、エンジンに
よって駆動される例えばフィードポンプ等によって、低
圧燃料側から燃料を取り出し、安全弁等で最裔圧力を規
定して燃料が供給されるようになっている。

ユニットインジェクタ１は、圧送シリンダ２と、ノズル
ホルダ３と、ホルダナツト４とを備えている。圧送シリ
ンダ２の下面にはノズルホルダ３が押接されており、圧
送シリンダ２とノズルホルダ３とはホルダナツト４によ
り一体的に結合されている。また、この結合によってユ
ニットインジェクタ１内には燃料ギヤラリ１７が設定さ
れ、この燃料ギヤラリ１７は連通孔１６を介して燃料ギ
ヤラリ１０と連通ずる。

圧送シリンダ２内には圧送プランジャ５が摺動自在に嵌
挿されており、この圧送プランジャ５の一端側には圧送
ポンプ室６が形成されている。また、圧送プランジャ５
の他端側はカムフォロア７に連結されており、このカム
フォロア７は、図示しないエンジンに同期して回転する
カムにより、直接もしくはロッカーアーム等を介して間
接に、図中下方へ移動される。そして圧送シリンダ２と
カムフォロア７との間にはフォロアスプリング８が架は
渡されており、このスプリング８によってカムフォロア
７及び圧送プランジャ５は図中上方へ復帰されるように
なっている。なお、９は圧送シリンダ２に開設した開放
孔であり、カムフォロア７への潤滑油の供給と空気抜き
の役割を果す。

圧送プランジャ５の外周面には環状溝５ａが形成されて
おり、この環状溝５ａは圧送プランジャ５の径方向に貫
通して穿設された横孔５ｂ及び軸方向に穿設された縦孔
５Ｃを介して圧送ポンプ室６に連通している。

圧送シリンダ２の圧送プランジャ５との摺動面には第１
環状溝１３及び第２環状溝１４が形成されており、この
第１環状溝１３及び第２環状溝１４は通路１５を介して
燃料ギヤラリ１７と連通している。また、環状溝５ａと
第２環状溝１４との連通により燃料ギヤラリ１７内の燃
料が通路１５、横孔５ａ、縦孔５ｂを順次介して圧送ポ
ンプ室６に導入される。なお、第２環状溝１４は通路５
１を介して後述する制御装置３４側の環状溝４６に連通
している。

圧送ポンプ室６はノズルホルダ３内の通路１８を介し、
ノズル１９内の図示しない針弁に接続している。この針
弁はノズルホルダ３内のノズルスプリング室２０のスプ
リング２１によって常時閉弁方向に付勢されており、圧
送ポンプ室６内の圧力がスプリング２１のセット圧に打
勝つと針弁が開弁じ、ノズル１９より燃料噴射が行われ
る。

圧送ポンプ室６には排出通路４５の一部を構成する排出
通路４５の一部を構成するシリンダ側排出通路２２の一
端２２ａが開口しており、排出通路４５は制御装置２３
により開閉される。

制御装置２３は圧送シリンダ２に固定結合されており、
この結合によって圧送シリンダ２内には電磁弁側燃料ギ
ヤラリ６０が設定される。この燃料ギヤラリ６０は通路
５０によって第１環状溝１３と接続されている。すなわ
ち、電磁弁側燃料ギヤラリ６０は、通路５０、第１環状
溝１３、通路１５を順次介して低圧燃料側である燃料ギ
ヤラリ１７に連通している。

次に、第２図を用いて制御装置２３について説明する。

第２図に示すように、制御装置２３は、ボディ２７、制
御弁ボディ２５、バルブシートボディ２６、ホルダ２８
、固定ナツト２９、メインバルブ３０、スプリング３２
、制御弁２４を備えている。

ボディ２７は、制御弁ボディ２５、バルブシートボディ
２６及び固定ボディ２９と一体にホルダ２８により圧送
シリンダ２に螺合固定されている。

つまり、バルブシートボディ２６の上面には制御弁ボデ
ィ２５が押接され、この制御弁ボディ２５の上面はスペ
ーサ５４．５５を間に介してボディ２７により押接され
ており、ボディ２５の上面は固定ナツトにより押圧固定
されている。なお、ボディ２７とホルダ２８との当接面
には燃料の洩れを防止するために０リング３９が設けら
れている。

上記ボディ２７、制御弁ボディ２５、バルブシートボデ
ィ２６、ホルダ２８及びスペース５４゜５５により制御
装置２３のハウジング５６が構成されている。

ハウジング５６内には、シリンダ側排出通路２２の他端
２２ｂに連通する通路４１、この通路４１に連続して形
成された圧力室４２、この圧力室４２に連続して形成さ
れた環状溝５７、この環状溝５７と圧送シリンダ２の環
状溝４６とを連通ずる通路４３が形成されており、シリ
ンダ側排出通路２２、通路４１、圧力室４２、環状溝５
７、通路４３及び環状溝４６により本実施例の排出通路
４５が構成される。また、圧力室４２と環状溝５７との
接続部分にはバルブシート４０が設定されている。

ハウジング５６内には、メインバルブ３０が油密を保っ
て、図中上下方向に摺動可能に配設されている。メイン
バルブ３０は、略円柱形状であって、一端側にはテーパ
面３０１が形成されている。

このテーパ面３０１は、メインバルブ３０の図中上下方
向の摺動に伴って、バルブシート４７に離着し、排出通
路４５を開閉する。

メインバルブ３０はスプリング３２により常時着座方向
（図中下方）に付勢されており、またメインバルブ３０
の先端面３０２は、圧送ポンプ室６からシリンダ側排出
通路２２を通って圧力室４２に圧送された燃料圧を着座
方向の押圧力として受ける。

ハウジング５６内であって、メインバルブ３０の他端側
には背圧室５２が形成されており、この背圧室５２はメ
インバルブ３０を離座させる方向（図中下方）の圧力を
保持する。

ここで、第３図に示すように、メインバルブ３０のシー
ト径をｄｌ、円柱部の外径をｄ２とすると、メインバル
ブ３０の着座時における圧力室４２側の受圧面積Ａ、と
背圧室５２側の受圧面積Ａ２は次のように示される。

また、本実施例においては、メインバルブ３０の外径ｄ
２はシート径ｄ１より大きく設定されており、メインバ
ルブ３０の背圧室５２側の受圧面積Ａ２は圧力室４２側
の受圧面積Ａ、より大きくなる。

また、ハウジング５６内には、背圧室５２に連通する連
通通路５８、排出通路４５に連通する通路３８及び環状
溝３６、低圧燃料側に連通ずる通路３７が形成されてお
り、制御弁２５により連通通路５８と通路３８との連通
と、連通通路５８と通路３７との切換制御が行われ、背
圧室５２の圧力が制御される。

制御弁２５は、弁体３１、ピストン３３、第２のスプリ
ング３５、電磁コイル３４とを備えている。

弁体３１は、磁性体により形成され、円筒形状であって
、ハウジング５６内に摺動自在に配設されている。また
、この弁体３１の一端側には円筒部より小径の小径部３
１３が形成されており、他端側にはっは部３１１が形成
されている。弁体２１の小径部３１３は、連通通路５８
の途中に設けられた第２のバルブシート４０に離着し、
第２図に示す着座状態においては連通通路５８と通路３
７との連通を遮断する。なお、弁体３１のつば部３１１
には、ハウジング５６と弁体３１の摺動面からっぽ部３
１１側へ侵入した燃料が弁体３１の移動の抵抗とならな
いように貫通穴３１２が穿設されている。

また、弁体３１には径方向に連通孔３１４が形成されて
おり、第２図に示す弁体３１の着座状態においては連通
孔３１４と環状溝３６とが連通ずるようになっている。

弁体３１の内周には円柱状のピストン３３が配設されて
いる。このピストン３３は弁体３１内で所定の範囲で移
動可能になっている。ピストン３３には、図中上方側に
おいて円柱部より小径の小径部３３１が一体に形成され
ている。ピストン３３は、小径部３３１の上端面がピス
トン３３の図中上方に配設された固定部材４８の下端面
に当接するまで図中上方へ移動可能になっている。また
、ピストン３３の下端にはテーパ面３３３が形成されて
いる。

、′、゛ 弁体３１の内周面には、連通孔３１４に連通ずるように
形成された環状溝３１５と、この環状溝３６に連続して
形成されたシート部３１６とが設けられている。ピスト
ン３３のテーパ面３３３は、このシート部３１６に着座
することにより連通通路５８と連通孔３１４との連通を
遮断する。一方、弁体３１がバルブシート４０に着座し
た状態で、通路３８を通って加圧燃料が圧送されると、
燃料は環状溝３６、連通孔３１４、環状溝３１５を介し
て弁体３１内に侵入し、その燃料圧はピストン３３に作
用する。そのため、ピストン３３のテーパ面３３３はシ
ート部３１６から離座し、ピストン３３は回国中上方へ
移動する。

また、弁体３１内にはピストン３３の下端面及びピスト
ン３３の内周面とにより形成される流体室３１７が設け
られており、この流体室３１７は連通孔３１８を介して
背圧室５２に連通している。

従って、弁体３１内に導入された加圧燃料は流体室３１
７及び背圧室５２内に充填され、弁体３１は背圧室５２
内の圧力を離座方向の押圧力として受け、流体室３１７
内の圧力を着座方向の押圧力として受ける。

ここで、本実施例では、第３図に示すピストン３３の外
径ｄ３は、先端部３１３のシート径ｄ４より僅かに大き
く設定されている。すなわち、弁体３１の着座時−にお
ける流体室３１７側の受圧面積は背圧室５２側の受圧面
積より大きくなっている。従って、流体室３１７及び背
圧室５２内の圧力をＰとすると、弁体３１は着座時にお
いて荷重Ｆの力で着座方向に押圧され、この荷重Ｆは次
のように表される。

弁体３１の他端側には第２のスプリング３５が配設され
ており、スプリング３５は弁体３１を着座方向（図中下
方）へ押圧している。

また、弁体３１の他端側には電磁コイル３４が配設され
ており、この電磁コイル３４は通電されることにより磁
力を発生し、弁体３１を図中上方へ移動させる。これに
より、弁体３１の先端部３１３はバルブシート４７から
離座し、次にピストン３３のテーパ面３３３はシート部
３１６に着座する。

電磁コイル３４は図示しない制御回路からエンジンの運
転状況に応じた指令信号により作動されるようになって
いる。

この制御回路は、エンジン回転数、アクセルペダルの踏
込量、エンジン温度、その他のエンジンの運転状態を検
知するセンサからの信号を受け、これらの信号にもとづ
き制御装置２３の開閉タイミングを演算し、電磁コイル
３４へ指令信号を与える。

次に、本実施例の作動について説明する。

上記のように構成されるユニットインジェクタ１にあっ
ては、燃料ギヤラリ１０には例えばフィードポンプ等に
より約１０ｋｇ／ｃｙｌｌ程度に調圧された燃料が供給
される。そして、圧送プランジャ５の環状溝５ｂと圧送
シリンダ２の第２環状溝１４との連通により燃料ギヤラ
リ１０内の燃料は、連通孔１６、燃料ギヤラリ１７、通
路１５、第２環状溝１４、横孔１５ｂ、縦孔５Ｃを順次
介して圧送ポンプ室６内に送り込まれて充填される。

この状態でエンジンの回転に対応して図示しないカムで
カムフォロア７がフォロアスプリング８の押上げ力に抗
して押し下げられ、圧送プランジャ５は図中下方へ駆動
される。

プランジャ５が駆動されると、圧送ポンプ室６内の燃料
は高圧に加圧され、この加圧燃料はシリンダ側排出通路
２２及び通路１８内に圧送される。

そして、シリンダ側排出通路２２内の加圧燃料はメイン
バルブ３０の一端側に作用する。また、シリンダ側排出
通路２２内の加圧燃料の一部は通路３８内に圧送され、
環状溝３６、連通孔３１４、環状溝３１５を順次介して
ピストン３３を図中上方へ移動させながら弁体３１内に
流入し、通路５８を介して背圧室５２へ導入される。

この状態において、図示しない制御回路から制御装置２
３の電磁コイル３４に電気信号が送られている場合には
、発生する磁力により弁体３１がスプリング３５に抗し
て図中上方へ移動して、弁体３１の先端部３１３はバル
ブシート４０から離座する。従って、背圧室５２内の燃
料は通路５８、通路３７を順次介して燃料ギヤラリ６０
へ排出可能となる。そのため、圧送ポンプ室６内の燃料
圧はメインバルブ３０をスプリング３２に抗して図中上
方へ移動させ、メインバルブ３０はバルブシート４７か
ら離座する。これにより、圧送ポンプ室６内の加圧燃料
は排出通路４５、通路５１、第２環状溝１４、通路１５
を順次介して低圧側の燃料ギヤラリ１７へ逃がされる。

そのため、燃料噴射は行われない。

一方、図示しない制御回路から制御装置２３の電磁コイ
ル３４に電気信号が送られていない場合には、スプリン
グ３５により弁体３１は図中下方へ付勢され、先端部３
１３はバルブシート４０に着座する。そのため、背圧室
５２へ導入された加圧燃料は通路３７が逃がされず、背
圧室５２内に充填され、さらに流体室３１７内にも充填
される。

従って、弁体３１の着座時において前記荷重Ｆ及びスプ
リング３５の付勢力により着座方向（図中下方）に押圧
される。そのため、圧送ポンプ室６内の燃料圧により弁
体３１がバルブシート４０から離座することはなく着座
状態を維持する。

背圧室５２内に加圧燃料が充填されると、メインバルブ
３０はこの燃料圧及びスプリング３２の付勢力により着
座方向（図中下方）へ押圧され、メインバルブ３０は排
出通路４５を閉塞する。そのため、圧送ポンプ室６内の
燃料はさらに加圧され、圧送ポンプ室６内の圧力がスプ
リング２１のセット圧に打勝つと、ノズル１９内の図示
しない針弁が開弁じ、ノズル１９より燃料噴射が行われ
る。つまり、制御装置２３のメインバルブ３０の閉弁に
より燃料の噴射タイミングが制御される。

上記圧送プランジャ５の圧縮行程において、圧送ポンプ
室６内の高圧の燃料圧（最高約１５００ｋｇ／ｃ４）は
シリンダ側排出通路２２を介して制御装置２３のメイン
バルブ３０に作用する。つまり、シリンダ側排出通路２
２を介して圧力室４２に圧送された燃料は着座状態にあ
るメインバルブ３０の一端側に作用し、メインバルブ３
０を離座方向に押圧する。

ここで、メインバルブ３０の着座時における他端側の受
圧面積Ａ２は一端側の受圧面積Ａ＋より大きくなってお
り、また背圧室５２内の圧力と圧力室４２内の圧力と等
しい。

従って、メインバルブ３０は背圧室５２側の受圧面積Ａ
２と圧力室４２側の受圧面積Ａ、との差に伴う燃料圧及
びスプリング３２の付勢力により着座方向（図中下方）
へ押圧される。そのため、圧送ポンプ６内の燃料圧が高
圧になりメインバルブ３０に作用したとしても、メイン
バルブ３０がバルブシート４７から離座することなく着
座状態を維持する。なお、本実施例では背圧室５２側の
受圧面積Ａ２を圧力室４２側の受圧面積Ａ、より大きく
なるように設定したが、背圧室５２側の受圧面積Ａ２を
圧力室４２側の受圧面積Ａ、とを等しくなるようにして
も、メインバルブ３０はスプリング３２の付勢力により
着座方向（図中下方）へ付勢されるので所定の効果が得
られる。

そして、エンジンの要求噴射量分だけ燃料が噴射された
後に図示しない制御回路から制御装置２３の電磁コイル
３４に指令信号が送られると電磁コイル３４は磁力を発
生し、弁体３１とスプリング３５の付勢力に抗して図中
上方へ移動させる。

そのため、弁体３１の先端部３１３はバルブシート４０
から離座する。従って、背圧室５２内の加圧燃料は通路
３７を介して電磁弁側燃料ギヤラリ６０に逃がされる。

これにより、シリンダ側排出通路２２を介して圧力室４
２に圧送された加圧燃料はメインバルブ３０をスプリン
グ３′２の付勢力に抗して図中上方へ移動させ、メイン
バルブ３０はバルブシート４７から離座する。従って、
圧力室４２と環状溝５７とは連通し、圧送ポンプ室６内
の加圧燃料は排出通路４５、通路５１、第２環状溝１４
、通路１５を順次介して低圧側の燃料ギヤラリ１７に逃
がされ、燃料噴射が終了し、噴射量が制御される。

なお、本実施例の制御装置２３は従来と同様に約１５０
０Ｈｚ程度の高応答性で作動させることがもちろん可能
である。

以上のように、本実施例では、制御装置２３として、排
出通路４５を開閉するとともに排出通路４５内の燃料圧
を離座方向の圧力として受けるメインバルブ３０と、こ
のメインバルブ３０を着座させる方向の圧力を保持する
背圧室５２の圧力を制御する制御弁２４とを設け、メイ
ンバルブ３０の着座時における背圧室５２側の受圧面積
Ａ２は圧力室４２側の受圧面積Ａ、より大きくなるよう
に設定した。また、制御弁２４を構成する弁体３１内に
背圧室５２に連通ずる流体室３１７を形成し、この流体
室３１７内の圧力によって弁体３１を着座方向に押圧す
るようにして、かつ弁体３１の着座時における流体室３
１７側（着座方向）の受圧面積を背圧室５２側（離座方
向）の受圧面積より大きくなるように設定した。

このような簡易な構成により、メインバルブ３０の着座
時において、メインバルブ３０及び弁体３４に圧送ポン
プ室６内の高圧燃料が作用したとしても、メインバルブ
３０は背圧室５２内の圧力及びスプリング３２の付勢力
により着座方向に押圧され、また弁体３４は排出通路４
５側の燃料圧及びスプリング３５の付勢力により押圧さ
れる。

従って、制御装置２３の高応答性を低下させることなく
、メインバルブ３０の閉弁状態を維持することが可能と
なる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、簡易な構成で、
高圧の噴射圧に対しても排出通路の閉塞状態を保持する
ことができる応答性に優れた噴射制御装置を実現するこ
とができ、燃料噴射装置の信鯨性は非常に向上する。　
　′

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例に関するもので、第
１図は本実施例の構成を示す断面図、第２図は第１図の
制御装置２３を示す部分拡大断面図、第３図は第２図の
制御装置２３の要部を示す断面図である。 １・・・ユニットインジェクタ、５・・・圧送プランジ
ャ、６・・・圧送ポンプ室、１９・・・ノズル、２３・
・・制御装置、２４・・・制御装置、３０・・・メイン
バルブ。 ３１・・・弁体、３１７・・・流体室、３２・・・スプ
リング。 ３３・・・ピストン、３４・・・電磁コイル、３５・・
・第２のスプリング、４０・・・第２のバルブシート、
４２・・・圧力室、４５・・・排出通路、４７・・・バ
ルブシート。 ５２・・・背圧室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　エンジンにより駆動される圧送プランジャーによって
   、低圧燃料部から供給された圧送ポンプ室の燃料を高圧
   に加圧し、該高圧燃料を噴射させるとともに、前記圧送
   ポンプ室に一端が開口する排出通路を制御装置により開
   閉して噴射タイミング及び噴射量を制御する燃料噴射装
   置において、前記制御装置は、一端側が前記排出通路の
   途中に設けられたバルブシートに離着するとともに前記
   排出通路内の圧力を離座方向の押圧力として受けるメイ
   ンバルブと、このメインバルブを着座方向に付勢する弾
   性部材と、前記メインバルブの他端側に形成されるとと
   もに前記メインバルブを着座させる方向の圧力を保持す
   る背圧室と、この背圧室に連通する連通通路と、燃料の
   噴射時には前記連通通路と前記排出通路とを連通し、不
   噴射時には前記連通通路と低圧燃料部とを連通して背圧
   室の圧力を制御する制御弁とを供え、 前記メインバルブの着座時における前記背圧室側の受圧
   面積は前記排出通路側の受圧面積以上であって、 前記制御弁は、前記連通通路の途中に設けられた第２の
   バルブシートに着座することにより前記背圧室と前記排
   出通路側とを連通し、離座することにより前記背圧室と
   低圧燃料部とを連通する弁体と、この弁体内において前
   記背圧室に連通して形成されるとともに前記弁体を着座
   させる方向の圧力を保持する流体室と、この弁体を着座
   方向に付勢する第２の弾性部材と、通電されることによ
   り磁力を発生し前記弁体を離座方向へ移動させる電磁コ
   イルとを有しており、前記弁体の着座時における前記流
   体室側の受圧面積は前記背圧室側の受圧面積以上である
   ことを特徴とする燃料噴射装置。