JPH053739Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は燃料噴射弁に関し、詳しくは圧力波減
衰弁を備えた燃料噴射弁に関する。

［従来の技術］ 内燃機関、特にデイーゼル機関において、燃料
噴射弁を開・閉して高圧燃料を噴射している。こ
うした燃料噴射弁では、より好適な燃料噴射を行
なうために、燃料噴射弁を急速に開・閉すると、
閉弁時にニードル先端で圧力波が発生する場合が
あつた。この圧力波がパイロツト噴射終了後に発
生すると、パイロツト噴射終了後の本噴射におけ
る燃料噴射量を正確に制御することが困難とな
り、若しくは圧力波が本噴射終了後に発生する
と、本噴射終了後に意図しない２次噴射を招くと
いう問題があつた。

そこで、従来より、この圧力波による悪影響を
防止するため、種々の提案がなされている。例え
ば、燃料噴射弁内にノズル方向には燃料が流れる
逆止弁を設けた燃料噴射弁（実開昭57−84357）
や、燃料ポンプ出口に圧力波を吸収する吸収室を
設けた燃料噴射装置（特開昭59−115461）などの
提案がそれである。

［考案が解決しようとする問題点］ しかしながら、こうした従来の燃料噴射弁には
以下の如き問題点があつた。即ち、(1) ノズル方
向に燃料が流れる逆止弁を設けた燃料噴射弁で
は、圧力波が往復する管路はノズルから逆止弁
までと短くなり、圧力変動の周期が短くなる。
従つて、周期は短くなるが、圧力振巾が十分小
さくならない場合があり、２次噴射を招く場合
があるという問題があつた。

(2) また、圧力波を吸収する吸収室を設けた燃料
噴射装置では、構造が複雑・大型であり、圧力
損失が大きく、燃料噴射弁と一体の構造とする
には問題があつた。

そこで本考案は上記の問題点を解決することを
目的とし、簡便な構成で有効に圧力波を減衰する
ことができる燃料噴射弁を提供することを目的と
してなされた。

考案の構成 ［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成すべく、本考案は問題点を解
決するための手段として次の構成をとつた。即
ち、閉弁方向にばね付勢されたニードルに形成さ
れた受圧面に面して燃料圧により上記ニードルを
開弁方向に押圧するニードル加圧室を備え、上記
ニードルの開弁方向の移動により、ノズルから燃
料を噴射する燃料噴射弁において、 上記ニードルと直列に摺動可能に配置された制
御ロツドと、 該制御ロツドの後端に面して燃料圧により上記
ニードルを閉弁方向に押圧する燃料室と、 上記制御ロツドに形成された受圧面に面して燃
料圧により上記制御ロツドを上記ニードルの開弁
方向に押圧する制御ロツド加圧室と、 該制御ロツド加圧室内の燃料圧を伸縮により
加・減圧する圧電アクチユエータと、 上記ニードル加圧室及び上記燃料室と加圧され
た燃料を蓄える蓄圧室とを連通する燃料通路と、 を有すると共に、 上記ニードル加圧室及び上記燃料室と上記蓄圧
室との間の燃料通路にばね付勢された第１弁体を
有し、ノズル方向には燃料通過可能な第１チエツ
ク弁と、 上記第１弁体内に摺動自在に挿入した第２弁体
をばねにより付勢して反ノズル方向には燃料通過
可能とした第２チエツク弁と、 を備えたことを特徴とする燃料噴射弁の構成がそ
れである。

［作用］ 上記構成を有する本考案の燃料噴射弁は、開弁
時に、圧電アクチユエータが制御ロツド加圧室内
の燃料圧を加圧し、制御ロツドをニードル開弁方
向に摺動させる。制御ロツドの急激な摺動によ
り、燃料室で発生した圧力波は、ばねにより付勢
された第２チエツク弁の第２弁体により減衰す
る。

また、第１チエツク弁の第１弁体をばね付勢力
に抗して移動し、蓄圧室から燃料通路を介して加
圧された燃料がニードル加圧室に供給される。そ
して、ニードル加圧室に供給される燃料圧を受圧
面が受けてニードルが開弁方向に摺動し、ノズル
から燃料を噴射する。

また、閉弁時に、圧電アクチユエータが制御ロ
ツド加圧室内の燃料圧を減圧し、燃料室内の燃料
圧により、制御ロツドが閉弁方向にニードルを押
圧し、ニードルは、閉弁方向のばね付勢力とによ
り、閉弁方向に移動する。閉弁により生じた圧力
波をばねにより付勢された第２チエツク弁の第２
弁体により減衰する。

［実施例］ 以下本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。

第１図は本考案の一実施例である燃料噴射弁を
燃料供給系と共に示す断面図である。この燃料供
給系には、燃料タンクＴに連結された吐出圧制御
可能な燃料供給ポンプＰ、燃料供給ポンプＰより
所定圧に加圧された燃料を一旦蓄える蓄圧室Ｒ、
蓄圧室Ｒに蓄えられた燃料を燃料噴射弁１に供給
する燃料供給管Ｋ等が配設されている。

この燃料噴射弁１は、燃料噴射弁本体２、ノズ
ル孔４が形成されたノズル６、スペーサ８、ノズ
ル６及びスペーサ８を燃料噴射弁本体に固着する
ノズルホルダ１０、燃料噴射弁本体２の側面に取
付けられた圧電アクチユエータ１２、燃料噴射弁
本体２の上端に取付けられた減衰弁１４を備えて
いる。

上記燃料噴射弁本体２内には軸方向に摺動可能
に挿入された制御ロツド１６が設けられ、ノズル
６及びスペーサ８内には同じく軸方向に摺動可能
に挿入された加圧ピン１８及びニードル２０が
各々直列に配設されている。また、燃料噴射弁本
体２内には制御ロツド１６の後端に減衰弁１４と
連通した燃料室２２が形成され、この燃料室２２
には後述する加圧された燃料が供給される。従つ
て、燃料室２２の燃料圧が制御ロツド１６の後端
に作用する。

更に、制御ロツド１６はその中間部に円錐状を
なす受圧面１６ａを有し、燃料噴射弁本体２内に
は上記受圧面１６ａの周りに制御ロツド加圧室２
４が形成されている。この制御ロツド加圧室２４
は圧電アクチユエータ１２及び燃料噴射弁本体２
により形成された圧力室２６に連通している。

一方、燃料噴射弁本体２内には加圧ピン１８を
図下方に向けて付勢するばね２８が挿入され、ニ
ードル２０はこのばね２８により加圧ピン１８を
介して下方に押圧される。このニードル２０には
その中間部に円錘状をなす受圧面２０ａが形成さ
れ、ノズル６内にはこの受圧面２０ａの周りにニ
ードル加圧室３０が設けられている。ニードル加
圧室３０は、燃料噴射弁本体２、スペーサ８、ノ
ズル６内に各々穿設された燃料通路３２，３４，
３６により燃料室２２と連通されると共に、ニー
ドル２０の周りに形成された環状の燃料通路３８
を介してノズル孔４に連通されている。

上記圧電アクチユエータ１２は、燃料噴射弁本
体２に形成された摺動孔４０に挿装されたピスト
ン４２、ピストン４２と燃料噴射弁本体２との間
に挿入された皿バネ４４、燃料噴射弁本体２に螺
入されたケーシング４６、ピストン４２とケーシ
ング４６との間に挿着された圧電素子４８を備え
ている。この圧電素子４８は薄板状の圧電単体を
多数積層した積層構造をなしており、この圧電素
子４８に電圧を印加すると電歪効果によつて軸方
向に伸長する。この伸び量は50μm前後の少量で
あるが、応答性が極めて良好であり、電圧を印加
してから伸びるまでの応答時間は80μsec程度であ
る。電圧を取り去ると、圧電素子４８はただちに
縮む。

また、上記減衰弁１４は、一端に燃料供給管Ｋ
と接続され他端を燃料噴射弁本体２に螺入された
減衰弁本体５０、減衰弁本体５０内に挿着された
弁ボデイ５２、弁ボデイ５２に摺動自在に支持さ
れ弁ボデイ５２下端に形成された弁座５２ａと係
合する弁体５４、弁体５４と弁ボデイ５２との間
に挿入されたスプリング５５、弁体５４内に形成
された弁座５４ａと係合し第２弁体として作用す
るボール５６、弁体５４の一端に螺入されたプラ
グ５８、プラグ５８とボール５６との間に挿着さ
れたスプリング６０を備えている。

また、減衰弁本体５０の燃料供給管Ｋ側には燃
料通路６２が、一方、燃料噴射弁本体２側には燃
料通路６４が形成されている。更に、プラグ５８
には燃料通路６６が、弁体５４には大径の燃料通
路６８が、また、燃料通路６８に連接して小径の
燃料通路７０が、各々形成されている。更に、弁
体５４の外周には、環状室７２が形成されると共
に、環状室７２と燃料通路６８とを連通する燃料
通路７４も形成されている（第２図参照）。

次に、上述した本実施例の燃料噴射弁１の作動
について詳説する。

まず、燃料供給ポンプＰが駆動され、燃料タン
クＴ内の燃料が所定圧に加圧されて蓄圧室Ｒを介
して燃料噴射弁１に燃料が供給される。供給され
た燃料は、燃料通路６２，６６を介して燃料通路
６８に流入する。この燃料通路６８に流入した燃
料の圧力により、弁体５４に図下方作用力が働
き、この作用力がスプリング５５の弁体５４への
付勢力による図上方作用力に打ち勝つと、弁体５
４が図下方に移動する。この移動により弁ボデイ
５２の弁座５２ａから弁体５４が離間し、燃料通
路７４及び環状室７２を介して燃料通路６８と燃
料通路６４とを連通する。該連通により燃料通路
６４を介して燃料室２２に加圧された燃料を供給
する。

燃料室２２に所定圧の燃料が供給されると、燃
料室２２内の燃料圧により制御ロツド１６を図下
方に押圧し、ばね２８のばね力と共に加圧ピン１
８を介してニードル２０を図下方に押圧する図下
方作用力が働く。一方、燃料室２２に供給された
燃料は、燃料通路３２，３４，３６を介してニー
ドル加圧室３０にも供給される。ニードル加圧室
３０に燃料が供給されると、ニードル加圧室３０
の燃料圧によりニードル２０の受圧面２０ａに図
上作用力が働く。また、制御ロツド１６の上端面
積はこのニードル２０の受圧面２０ａより若干大
きく形成されている。従つて、図下方作用力が図
上方作用力に打ち勝つてニードル２０を図下方に
押圧する。これにより燃料通路３８とノズル孔４
との連通を遮断する（第１図の状態）。従つて、
ノズル孔４から燃料は噴射されない。

次に、この状態から、圧電アクチユエータ１２
の圧電素子４８に正の電圧を印加し、ピストン４
２をすみやかに移動すると、圧力室２６の圧力が
急上昇する。これに伴つて制御ロツド加圧室２４
の圧力が急上昇して制御ロツド１６を図上方に押
し上げる。

制御ロツド１６が急激に上昇すると、燃料室２
２内で圧力波が発生する場合がある。発生した圧
力波が、燃料通路６４を介して燃料通路７０に到
達すると、燃料通路７０内の圧力が上昇し、この
上昇した圧力により、ボール５６に図上方作用力
が働く。この図上方作用力がスプリング６０によ
るボール５６に作用する図下方付勢力を上回る
と、ボール５６を押し上げる（第３図の状態）。
この圧力上昇による圧力により、スプリング６０
の付勢力に打ち勝つてボール５６を押し上げる仕
事をさせる。この際、圧力エネルギを消費して、
圧力波を減衰する。

一方、燃料室２２と燃料通路３２，３４，３６
を介して連通したニードル加圧室３０には上記燃
料ポンプＰによる燃料圧が常に加わつているの
で、この圧力によりニードル２０をばね２８のば
ね力に抗して図上方に急速に押し上げる。従つ
て、燃料通路３８とノズル孔４とが連通され、ノ
ズル孔４より燃料がすみやかに噴射される。

また、圧電素子４８に加えられた電圧を取り去
ると、ピストン４２が図右方に急速に移動し、燃
料室２２の燃料圧とばね２８のばね力とにより制
御ロツド１６、加圧ピン１８を介してニードル２
０を図下方に急速に押し下げる。よつて、燃料通
路３８とノズル孔４との連通が急速に遮断され、
燃料噴射をすみやかに停止する。

このニードル２０によるノズル孔４の急速な遮
断により圧力波が発生する場合がある。発生した
圧力波がニードル２０の先端部から燃料通路３
８、ニードル加圧室３０、燃料通路３６，３４，
３２、燃料室２２を順次通過して燃料通路６４に
到達する。燃料通路６４に圧力波が到達すると、
燃料通路６４内の圧力が上昇し、燃料通路６２内
の圧力より高くなる。従つて、弁体５４にはスプ
リング５５の付勢力及び圧力上昇による圧力によ
り図上方作用力が働き、弁体５４は弁ボデイ５２
の弁座５２ａに着座する。この着座により、燃料
通路６４と環状室７２との連通を遮断する（第２
図の状態）。次に、圧力波が燃料通路７０に到達
すると、燃料通路７０内の圧力が上昇し、この上
昇した圧力により、ボール５６に図上方作用力が
働く。この図上方作用力がスプリング６０による
ボール５６に作用する図下方付勢力を上回ると、
ボール５６を押し上げる（第３図の状態）。この
圧力上昇による圧力により、スプリング６０の付
勢力に打ち勝つてボール５６を押し上げる仕事を
させる。

このように本実施例の燃料噴射弁１によると、
燃料圧による図下方に移動した弁体５４の環状室
７２、燃料通路６４，３２等を介してニードル加
圧室３０に燃料を供給し、圧電素子１の伸長によ
り制御ロツド１６を図上方に移動すると共に、上
記ニードル加圧室３０の燃料圧によりニードル２
０を図上方に移動し、ノズル孔４より燃料噴射を
行なう。

また、圧電素子１を縮小し、燃料圧により制御
ロツド１６を図下方に移動して、ニードル２０に
よりノズル孔４を急速に遮断する。この遮断によ
り、圧力波が発生すると、圧力波は燃料通路３
８，３２，６４等を順次通過し、圧力波が燃料通
路７０に到達すると、燃料通路７０内の圧力が上
昇し、ボール５６をスプリング６０の付勢力に抗
して押し上げる。この際、圧力エネルギを消費し
て、圧力波を減衰する。

以上説明した本実施例において、圧電アクチユ
エータ１２を用いてパイロツト燃料噴射と主燃料
噴射とを行なう場合のニードル２０先端部の圧力
変化、ニードル２０リフト量、単位時間当りの噴
射量を各々時間の変化と共に示したのが第４図で
ある。図示のごとく、燃料噴射弁１によると、パ
イロツト噴射ａ後の急速な閉弁での圧力波の発生
による圧力変化は減衰弁１４のないもの（破線）
と比較し大幅に減少する（実線）。従つて、本噴
射ｂ時の上記圧力変化による噴射量への影響は減
衰弁１４のないもの（破線）と比較し大幅に少な
い（実線）。

一方、ニードル加圧室３０に正圧波（圧力が増
加した波）が作用すると、ニードル６０の移動速
度が遅くなり、閉弁時間が遅れ、逆に、ニードル
加圧室３０に膨張波（圧力が低下した波）が作用
すると、ニードル６０の移動速度が早くなり、閉
弁時間が早くなる。このように、圧力波によりニ
ードル加圧室３０に作用する圧力に違いがあると
開弁時間に差が生じる。従つて、燃料噴射量特性
に影響を及ぼし、制御性が悪化する。よつて、減
衰弁１４により圧力波を減衰弁することにより制
御性を改善することができる。

また、圧力波を十分に減衰するので、圧力波に
よる２次噴射が内燃機関の膨張行程の終わりに生
じ、例えば、デイーゼル機関のスモークの増加を
生じるといつた問題は十分に解消される。更に、
２次噴射が高速回転する内燃機関の吸気行程で生
じ、燃料噴射量による出力制御の困難、シリンダ
内圧の増加による騒音の増加、ひいては機関の損
傷といつた問題もことごとく解消される。

一方、減衰弁１４のスプリング６０の付勢力に
より、燃料通路６２内の圧力より燃料通路７０内
の圧力を高く維持できるため、蓄圧室Ｒの圧力が
低下しても燃料通路７０内の圧力をスプリング６
０の付勢力による圧力差の分だけ高く維持でき
る。従つて、閉弁時のニードル６０への図下方作
用力を大きい状態で維持でき、蓄圧室Ｒの圧力が
低下してもノズル孔４からの燃料漏れやノズル孔
４からの燃焼ガスの浸入を防止することができ
る。

以上本考案の実施例について説明したが、本考
案はこのような実施例に何等限定されるものでは
なく、本考案の要旨を逸脱しない範囲内において
種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

考案の効果 以上説明したように本考案の燃料噴射弁による
と、開弁時には、制御ロツドの急激な移動により
燃料室に発生した圧力波をばね付勢された第２チ
エツク弁の第２弁体により減衰すると共に、第１
チエツク弁を通過して燃料をノズルに供給し、閉
弁時には、閉弁により発生した圧力波をばね付勢
された第２チエツク弁の第２弁体により減衰する
という優れた効果を奏する。従つて、圧力波の発
生による２次噴射を防止することができる。ま
た、第２弁体をばね付勢することにより、燃料噴
射弁内の残留圧力を高く維持することができ、燃
料圧の作用により閉弁するものでは、閉弁をより
確実に行なうことができるという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例としての燃料噴射弁
を燃料供給系と共に示す断面図、第２図は弁体近
傍の拡大断面図、第３図は弁体の動作説明の拡大
断面図、第４図は本実施例の燃料噴射弁の圧力変
化、ニードルリフト量、噴射量を時間と共に示す
グラフ、である。 ２０……ニードル、５４……弁体、５５，６０
……スプリング、５６……ボール、６２，６４，
６６，６８，７０，７４……燃料通路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 閉弁方向にばね付勢されたニードルに形成され
   た受圧面に面して燃料圧により上記ニードルを開
   弁方向に押圧するニードル加圧室を備え、上記ニ
   ードルの開弁方向の移動により、ノズルから燃料
   を噴射する燃料噴射弁において、 上記ニードルと直列に摺動可能に配置された制
   御ロツドと、 該制御ロツドの後端に面して燃料圧により上記
   ニードルを閉弁方向に押圧する燃料室と、 上記制御ロツドに形成された受圧面に面して燃
   料圧により上記制御ロツドを上記ニードルの開弁
   方向に押圧する制御ロツド加圧室と、 該制御ロツド加圧室内の燃料圧を伸縮により
   加・減圧する圧電アクチユエータと、 上記ニードル加圧室及び上記燃料室と加圧され
   た燃料を蓄える蓄圧室とを連通する燃料通路と、 を有すると共に、 上記ニードル加圧室及び上記燃料室と上記蓄圧
   室との間の燃料通路にばね付勢された第１弁体を
   有し、ノズル方向には燃料通過可能な第１チエツ
   ク弁と、 上記第１弁体内に摺動可能に挿入した第２弁体
   をばねにより付勢して反ノズル方向には燃料通過
   可能とした第２チエツク弁と、 を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。