JP3844092B2 - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【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に燃料を噴射するシステムの１つとして、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、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で燃料を各気筒に噴射している。
【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０４８４８０４Ｂ１号に開示されるものがあり、燃料噴射孔を開閉するニードル弁の背圧を電磁弁で制御することにより燃料の噴射を制御している。この装置では、ニードル弁と一体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、該制御室内に蓄圧される燃料の圧力により上記ニードル弁を下方に付勢し、燃料噴射孔を閉鎖している。上記制御室とドレン通路との間には、これを開閉するための弁部材が配設してあり、該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。しかして、上記ソレノイドに通電すると上記制御室とドレン通路とが連通して、上記制御室内が低圧になり、上記ニードル弁が上方に移動して燃料噴射孔が開き、燃料が噴射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の燃料噴射装置では、ドレン通路が、上記電磁弁の中央部を貫通するように設けられ、上記制御室から流出するドレン燃料は、上記制御室直上のアーマチャ室、スプリング室を経て、上記電磁弁の上端面より外部へ導出される。しかしながら、この構成は、上記ドレン通路が電磁弁の上端面に開口することから外部ドレンとの接続が容易である等の利点があるが、一方で、ドレン燃料が、上記制御室下流のアーマチャ室内に収容され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、通電停止時の上記アーマチャの移動方向に対し大きな抵抗となり、上記アーマチャと一体の上記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、ドレン燃料の流入が比較的狭いアーマチャ室内の内圧を上昇させ、大きな圧力脈動を生じさせるため、上記弁部材がバウンスし、閉弁特性が低下する不具合がある。このため、微小調量精度の低下、および多重噴射時の制御性の低下をまねき、噴射性能を低下させるという問題が生じていた。
【０００６】
しかして、本発明の目的は、ドレン通路が電磁弁の上端面に開口する構成の燃料噴射装置において、ドレン燃料がアーマチャが直撃することを防止し、制御室とドレン通路との間を開閉する弁部材の閉弁応答性を向上させるとともに、上記弁部材のバウンスを低減して閉弁特性を改善し、噴射性能を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明請求項１の構成において、蓄圧式燃料噴射装置は、先端に燃料噴射孔を設けた中空ハウジング内を摺動して該燃料噴射孔を開閉するニードル弁と、上記ニードル弁と一体に上記ハウジング内を摺動するコマンドピストンを有し、該コマンドピストンの後端面に面して形成した制御室内部に充填される高圧燃料の圧力によって上記ニードル弁を閉弁方向に付勢している。上記ハウジング内には、該制御室内に高圧燃料を導入する導入路と、上記制御室を上記ハウジング後端面で開口して高圧燃料を外部に導出するドレン通路に連通する導出路が形成され、上記ハウジングの後端部内に収容されるソレノイドの上記制御室側端面に対向してアーマチャが配設してある。上記ソレノイドに通電すると、該アーマチャおよびこれと一体に設けた弁部材が吸引駆動され、該弁部材が、上記ソレノイドへの通電時に上記ドレン通路と上記導出路との間を開放して上記制御室内の圧力を低下させる。
【０００８】
上記ドレン通路は、上記アーマチャが収容されるアーマチャ室の外周部に配置してあり、さらに上記導出路を該アーマチャ室を経由せずに上記ドレン通路に接続する連通路が設けてある。また、上記アーマチャ室と上記ドレン通路とを１つの通路のみで連通させ、該通路の少なくとも一部を、上記アーマチャ室を油密に維持可能な上記ドレン通路より小径のしぼりとしてある。
【０００９】
上記構成において、上記制御室からのドレン燃料は、上記連通路より上記アーマチャ室の外周部を迂回してハウジング後端面に至る。また、上記ドレン通路から上記アーマチャ室への通路は、その少なくとも一部を上記ドレン通路より小径のしぼりとしたので、ドレン燃料は、そのほとんどが大径の上記ドレン通路を流れ、アーマチャを直撃することがない。従って、上記アーマチャの作動がドレン燃料の流れの影響を受けることを防止し、上記弁部材の閉弁応答性を大きく向上させることができる。
【００１０】
また、上記アーマチャの作動を安定化するには上記アーマチャ室内が油密であるのがよいが、上記構成では、上記通路の小径部である上記しぼりを介して、上記アーマチャ室内を油密にするのに必要なごく小量の燃料を導入することができる。よって、上記アーマチャの作動を安定化させて、上記弁部材のバウンスを防止し、閉弁特性、調量精度を大幅に向上させて、噴射性能の優れた燃料噴射装置を実現できる。
【００１１】
請求項２の構成では、上記通路を、上記アーマチャ室と上記ドレン通路とを連通する連通路とその途中に形成されるしぼりで構成する。このしぼり径を適宜調整することで上記制御室内へ導入される燃料の流量を調整し、所望の閉弁特性を得ることができる。
【００１２】
請求項３の構成では、上記導出路の流路断面積を上記導入路の流路断面積より大きくする。これにより、上記弁部材の開弁時、上記制御室からのドレン燃料をより流路断面積の大きい上記導出路へ速やかに導出し、上記ドレン通路を経て排出することができる。
【００１３】
【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にて高圧ポンプＰ２に供給され、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、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を基に決定される圧力となるように、高圧ポンプＰ２を制御する。
【００１４】
コモンレールＲには、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Ｄを介して燃料タンクＴに戻される。
【００１５】
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で締付け固定されたノズルボディ２を有し、上記ハウジング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。
【００１６】
上記ノズルボディ２は先端を燃料噴射孔２１とする筒状体で、筒内には該燃料噴射孔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、上記ハウジング１内に収容されるコマンドピストン４とスプリングホルダ４１を介して連結しており、スプリングホルダ４１の外周にはノズルスプリング４２が配設されて上記ニードル弁３を下方に付勢している。上記コマンドピストン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、該制御室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上記ニードル弁３が下方に移動し、ノズルボディ２先端の上記燃料噴射孔２１を閉鎖するようになしてある。
【００１７】
上記ノズルボディ２内には、上記ニードル弁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、上記ハウジング１の上端部側壁に設けたインレット１３からバーフィルタ１４、燃料通路１５を経て常時供給されている。上記ニードル弁３の開閉は、上記電磁弁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上記ニードル弁３が上方へ移動すると、上記燃料噴射孔２１が開いて高圧燃料が噴射される。
【００１８】
図１は上記電磁弁Ｂの拡大図で、該電磁弁Ｂは上記ハウジング１の上端開口に固定される筒状ハウジング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に示した上記インレット１３から導入される高圧燃料は、同時に、燃料通路１６を経て上記電磁弁Ｂ内へ導入され、バルブボディ６内に設けた導入路たるインオリフィス５１を経て、上記制御室５へ導入される。上記制御室５の上方には導出路たるアウトオリフィス５２が設けられ、その上端開口は弁部材７にて閉鎖されている。
【００１９】
上記弁部材７は、ソレノイド８の下方に対向して配したアーマチャ９の下端面より突出するロッド７１と、該ロッド７１の下端部に形成した半球状の凹部内に保持されるボール７２からなり、ボール７２は上記アウトオリフィス５２の上部開口縁に突出形成した環状のシート部７３に着座している。上記アーマチャ９はアーマチャ室９１内に収容され、スプリングホルダ８１に保持されるバルブスプリング８２により下方に付勢されている。上記アーマチャ９の外周にはスペーサ９２が配され、このスペーサ９２の高さによって上記弁部材７のリフト量が調整される。
【００２０】
上記弁部材７の下端部外周には、ドレン室６１が設けられ、上記ソレノイド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、上記ボール７２が離座して、上記アウトオリフィス５２より高圧燃料が上記ドレン室６１に流出する。ここで、上記アウトオリフィス５２は、流路断面積が上記インオリフィス５１より大きくなるようにし、上記制御室５内の燃料が上記アウトオリフィス５２よりドレン通路６２への連通路となる環状のドレン室６１へ速やかに流れるようにしてある。
【００２１】
上記ドレン室６１上方の上記電磁弁Ｂ外周部には、上記バルブボディ６および上記ハウジングＢ１の内周壁に沿うように環状のドレン通路６２が形成され、その下端が上記ドレン室６１上端面に開口している。上記ドレン通路６２は、上記ハウジングＢ１の上端開口を閉鎖する筒状部材Ｂ２に設けた連通路６３を介して外部のドレンＤ（図３参照）と連通する。
【００２２】
上記アーマチャ室９１は、上記ドレン通路６２と連通路６４にて連通しており、該連通路６４の上記ドレン通路６２側の端部には、しぼり６５が形成してある。しかして、上記ドレン室６１から流出する燃料の一部は該しぼり６５および連通路６４を介してアーマチャ室９１内に流入可能である。ここで、しぼり６５の径は、アーマチャ室９１内を油密にするに必要なわずかな流量が確保できる程度の大きさがあればよく、例えばドレン通路６２の径が２〜３mmの時、０．５mm程度とする。これにより、しぼり６５を介して必要な少量の燃料のみをアーマチャ室９１に導入し、かつアーマチャ室９１内部の圧力が外部圧力の影響を受けないようにすることができる。
【００２３】
次に上記構成の燃料噴射装置の作動について説明する。上記ソレノイド８に通電することにより、上記スプリング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、上記ロッド７１およびボール７２が上方へ移動して上記シート部７３から離座する。これに伴い上記制御室５内の燃料が上記アウトオリフィス５２より流出し、上記ドレン室６１より上記ドレン通路６２を経て、上記連通路６３より外部へ導出される。
【００２４】
これにより上記制御室５内の圧力が低下して、上記コマンドピストン４を下方に付勢している力が弱まり、上記ニードル弁３の受圧部に作用する高圧燃料がこれを上方へ押し上げる力が勝ると、上記ニードル弁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。一定時間開弁し、所望量の燃料が噴射された後、上記ソレノイド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上記アーマチャ９がバルブスプリング８２により下方に押し下げられ、上記弁部材７のボール７２がシート部７３に着座して、上記ドレン室６１と上記アウトオリフィス５２の間を遮断する。
【００２５】
続いて、上記インオリフィス５１から高圧燃料が導入されることにより、上記制御室５内の圧力が上昇すると、上記コマンドピストン４が再度下方へ押し下げられ、上記ニードル弁３が上記燃料噴射孔２１を閉鎖して、噴射が停止する。
【００２６】
以上、上記構成によれば、上記ドレン通路６２を上記アーマチャ室９１の外周に配置するとともに、上記アーマチャ室９１と上記ドレン通路６２とをしぼり６５を有する上記連通路６４を介して連通させたので、ドレン室６１から流出する燃料が直接アーマチャ室９１へ流入してアーマチャ９を直撃することがない。よって、上記ソレノイド８への通電を停止した時に、上記アーマチャ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、作動が安定して、上記弁部材７の閉弁応答性が向上する。
【００２７】
また、上記アーマチャ室９１の内部が油密になっていないと、上記弁部材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、上記アーマチャ室９１と上記ドレン通路６２とをしぼり６５を有する連通路６４を介して連通させたので、上記ドレン通路６２を流通する燃料の一部をアーマチャ室９１へ導入可能である。この時、上記アーマチャ室９１内部のエアはアーマチャ室９１上部にある上記スプリングホルダ８１と上記ソレノイド８とで形成される微小間隙を介して上方の連通路６３へ排出される。ここでは、スプリングホルダ８１とソレノイド８の間の間隙を利用したが、上記アーマチャ室９１上部と上記連通路６３を連通する通路を設けその途中にしぼりを設けて排出するような構成としてもよい。
【００２８】
図４（ａ）は、制御室から導出されるドレン燃料が直接アーマチャ室へ流入する従来構造の燃料噴射装置において、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挙動を示す図である。図に示されるように、従来構成では弁部材の閉弁時にアーマチャを燃料が直撃し、弁部材の閉弁方向に対して大きな抵抗となって、閉弁の速度（バルブリフトの下降側の傾き）が遅くなる。さらにアーマチャ室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。これは、アーマチャの振動によってシート部からのドレン燃料の流出量が変化することにより、コモンレール圧の変化が噴射量を変えようと噴射パルス幅が変わるために起こり、バウンスの大きさがさまざまに変化するため、２−Ｑ特性（噴射パルス幅に対する噴射量の特性）を低下させ、調量精度を悪化させることになる。
【００２９】
一方、図４（ｂ）は、上記図１〜３に示した本発明の燃料噴射装置において、同一の制御パルスに対する弁部材７のバルブリフトの挙動を示す図である。図に明らかなように、本発明の構造では、ドレン燃料が上記アーマチャ９を直撃しないため、上記弁部材７の閉弁の速度が速くなっていることがわかる。また、上記アーマチャ室９１内部の圧力も、上記しぼり６５を介して上記ドレン通路６２と連通していることで、ほとんど外部の影響を受けず、圧力脈動が生じないので、バウンスもほとんど生じていない。
【００３０】
以上のように、本発明によれば、噴射制御用電磁弁Ｂの閉弁応答性を向上するとともに、閉弁特性を大幅に向上でき、調量精度を向上して、高精度な噴射量制御が可能となる。
【００３１】
なお、上記実施の形態では、上記アーマチャ室９１と上記ドレン通路６２とを、上記連通路９４およびしぼり６５にて連通させたが、上記ドレン通路６２より小径の一定径の通路で連通させてもよい。また、しぼり６５の位置は上記連通路９４の途中に形成してもよい。このように、アーマチャ室９１への通路の少なくとも一部がドレン通路６２より小径であれば同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す燃料噴射装置の電磁弁構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態における燃料噴射装置の主要部の断面図である。
【図３】第１の実施の形態における燃料噴射装置の全体構成概略図である。
【図４】（ａ）は本発明の燃料噴射装置におけるバルブリフトの挙動を示す図、（ｂ）は従来の燃料噴射装置におけるバルブリフトの挙動を示す図である。
【符号の説明】
Ｂ 電磁弁
Ｂ１ 筒状ハウジング（ハウジング）
Ｉ 燃料噴射弁
１ 筒状ハウジング（ハウジング）
２ ノズルボディ（ハウジング）
２１ 燃料噴射孔
３ ニードル弁
３１ 燃料溜まり
４ コマンドピストン
５ 制御室
５１ インオリフィス（導入路）
５２ アウトオリフィス（導出路）
６ バルブボディ
６１ ドレン室（連通路）
６２ ドレン通路
６３ 連通路
６４ 連通路（通路）
６５ しぼり（通路）
７ 弁部材
７１ ロッド
７２ ボール
７３ シート部
８ ソレノイド
８１ スプリングホルダ
８２ バルブスプリング
９ アーマチャ
９１ アーマチャ室
９２ スペーサ

Claims (3)

1. 先端に燃料噴射孔を設けた中空ハウジング内を摺動して該燃料噴射孔を開閉するニードル弁と、上記ニードル弁と一体に上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上記ニードル弁を閉弁方向に付勢する制御室と、該制御室内に高圧燃料を導入する導入路と、上記制御室を上記ハウジング後端面で開口して高圧燃料を外部に導出するドレン通路に連通する導出路と、上記ハウジングの後端部内に収容されるソレノイドと、該ソレノイドの上記制御室側端面に対向し上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上記ソレノイドへの通電時に上記ドレン通路と上記導出路との間を開放して上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、上記ドレン通路を上記アーマチャが収容されるアーマチャ室の外周部に配置し、上記導出路を該アーマチャ室を経由せずに上記ドレン通路に接続する連通路を設けるとともに、上記アーマチャ室と上記ドレン通路とを１つの通路のみで連通させ、該通路の少なくとも一部を、上記アーマチャ室を油密に維持可能な上記ドレン通路より小径のしぼりとしたことを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
2. 上記通路が、上記アーマチャ室と上記ドレン通路を連通する連通路とその途中に形成されるしぼりからなる請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置。
3. 上記導出路の流路断面積を上記導入路の流路断面積より大きくした請求項１または２のいずれか記載の蓄圧式燃料噴射装置。

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