JPH1077924A - エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents
エンジンの燃料噴射装置Info
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Abstract
開閉弁の閉弁力に利用することにより、開閉部からの燃
料のリークを防止するエンジンの燃料噴射装置を提供す
る。 【解決手段】 開閉弁5の開弁時、コントロール部材1
3に形成された排出路33を挿通する開閉弁5の弁ステ
ム34は、バランスチャンバ30の方向に移動する。弁
傘38は排出路33のバランスチャンバ30側の開口端
部を開き、バランスチャンバ30内の燃料圧を下げるの
で、針弁17がリフトし、燃料が噴射される。開閉弁5
が戻しばね35によって閉じるときには、バランスチャ
ンバ30内の燃料圧は、弁傘38に作用して開閉弁5を
閉じる方向に作用するので、開閉弁5を通る燃料のリー
クが防止される。
Description
ジン或いは直噴式ガソリンエンジン等のエンジンに適用
される燃料噴射装置に関する。
いて、燃焼室への燃料の噴射制御を行う燃料噴射装置と
して、例えば、特開平3−965号公報や特開平4−1
71266号公報に開示されたものがある。これらの燃
料噴射装置は、噴射ノズルの先端に形成された噴孔を開
閉する針弁を有しており、噴射ノズル先端側において噴
孔を開放する方向に作用する燃料圧を受けて針弁を開く
方向に作用する力と、バランスチャンバ内の燃料圧に基
づいて針弁を閉じる方向に作用する力とのバランスによ
って燃料噴射を制御するものである。
ている形式の燃料噴射装置は、バランスチャンバ内の燃
料圧の解放ために排出路を開閉する弁を、三方弁とした
ものである。図8及び図9において要部を示すように、
この形式の燃料噴射装置における三方弁54は、バラン
スチャンバ(図示せず。)に連通する通路51と、コモ
ンレールを介して燃料供給ポンプと接続した供給路52
と、リザーバに至る排出路53とをコントロールユニッ
トからの制御信号により電磁的に切り換えて、燃料噴射
の開始と終了とを制御している。今、図8に示すよう
に、三方弁54が供給路52と通路51とを連通して排
出路53を閉鎖すると、バランスチャンバ内に高い燃料
圧が回復するので、針弁は下降して燃料の噴射を停止し
ている。そして、図9に示すように、三方弁54が作動
し、通路51を介してバランスチャンバを排出路53に
連通すると同時に供給路52を閉鎖すると、バランスチ
ャンバ内の高圧燃料が通路51から排出路53にリーク
されてバランスチャンバ内の燃料圧が下がるので、バラ
ンスチャンバ内に端面が露呈した針弁がリフトして開い
た噴孔から燃料が噴射される。そして、供給路52の閉
鎖によってバランスチャンバへの高圧燃料の流入の防止
が図られている。
ている形式の燃料噴射装置は、バランスチャンバ内の燃
料圧を解放するために排出路を開閉する弁を二方弁とし
たものである。図10は、上記の従来の二方弁を用いた
圧力バランス型燃料噴射装置における燃料噴射を制御す
るためのバランスチャンバ付近の要部を示す図である。
針弁(図示せず。)に連結されたコントロールピストン
60の上部における燃料噴射装置本体61(又はプラグ
等の当該本体と一体的な部品)内にはバランスチャンバ
62が形成されている。バランスチャンバ62には、図
示しない燃料供給源から燃料を供給する供給路63が連
通しており、その途中に絞り64が設けられている。バ
ランスチャンバ62から燃料を排出する排出路65は、
燃料路66及びオリフィス67からなり、オリフィス6
7は、図示しないコントロールユニットからの制御信号
によって動作する電磁弁68によって開閉制御される。
即ち、電磁弁68によってオリフィス67を開くと排出
路65から燃料は排出されるが、供給路63からの燃料
の供給は絞り64によって制限されているので、バラン
スチャンバ62内の燃料圧は低下し、コントロールピス
トン60即ち針弁がリフトされて燃料の噴射が行われ
る。一方、電磁弁68によってオリフィス67を閉じる
と、排出路65からの燃料の排出は停止される。絞り6
4を介して供給路63から燃料が供給されるので、バラ
ンスチャンバ62内の燃料圧は回復し、コントロールピ
ストン60即ち針弁が下降されて燃料の噴射は停止され
る。
するための排出路を開閉する弁を、排出路を挿通する弁
ステムを有するボール弁とした燃料噴射装置が、特開昭
61−244864号公報に開示されている。図11
は、かかるボール弁を用いた燃料噴射装置の概略説明図
である。この燃料噴射装置においては、バランスチャン
バ70内の燃料圧を解放するための排出路71の開閉
は、排出路71を挿通する弁ステム72の先端に設けた
ボール弁73によって行われる。この例では、ボール弁
73は、燃料路76,77及び排出路71に対する開閉
を開口78,79の開閉で行う三方弁としての働きをし
ている。図11は、電磁弁のアクチュエータ74を駆動
して弁ステム72を押し出し、高圧燃料供給源からの燃
料路75から分岐した燃料路76を閉じている状態を示
している。ボール弁73が燃料路76の開口79を閉じ
ているときには、針弁80の端面が露呈するバランスチ
ャンバ70は排出路71と連通する。バランスチャンバ
70内の燃料圧は排出路71に解放され、受圧面82で
受ける燃料圧は針弁80をリフトし、燃料が噴孔81か
ら噴射される。一方、アクチュエータ74の付勢を解除
してボール弁73が排出路71の開口78を閉じている
ときには、燃料路76の圧力が燃料路77からバランス
チャンバ70に至り、針弁80を押し下げて噴孔81か
らの燃料の噴射を停止している。
開平4−171266号公報に開示されている形式の燃
料噴射装置は、排出路を開閉する三方弁がバランスチャ
ンバに連通する供給路を閉鎖しているから、燃費を悪化
させることがないようでも、実際には三方弁における摺
動間隙から高圧燃料がリークし、二方弁以上に燃費が悪
化してしまうことが分かっている。即ち、図8に要部を
示すように、電磁弁のソレノイド弁体56が弁軸55に
対して相対的に下降して、バランスチャンバに連通する
通路51が、解放されたシール部58を介して供給路5
2に連通され、リザーバに至る排出路53がシール部5
7によって通路51と供給路52とに対して閉鎖されて
いるとき、或いは、図9に示すように、ソレノイド弁体
56が上昇し、その結果解放されたシール部57を介し
てバランスチャンバに連通する通路51が排出路53に
連通され、供給路52が弁軸55との間でシール部58
によって閉鎖されているときにも、供給路52からの高
圧燃料は、ソレノイド弁体56と燃料噴射装置本体との
間の摺動間隙59からリークすることが分かっている。
ているような、図10に示されている形式の燃料噴射装
置においては、二方弁としての電磁弁68によるバラン
スチャンバ62からの排出路65の開閉構造は、バラン
スチャンバ62内の燃料を排出路の外側から電磁弁68
で押さえ込む構造であり、電磁弁68には常に燃料圧が
開弁方向に働いている。そのため、燃料を高圧で噴射し
ようとすると、燃料圧によって電磁弁68が開弁されて
しまうので、燃料非噴射時にも高圧燃料が電磁弁を通っ
てリークする。燃料がリークすることは、燃料噴射用ポ
ンプの無駄な仕事、即ち、エンジンの燃費を悪化させる
要因となることを意味している。
は、電磁弁に具備される戻しばねを強力にする必要があ
るが、そうすると、ばね力に抗して電磁弁を開くための
アクチュエータ(ソレノイド)を大型化せざるを得ず、
その結果、製造コストが上昇するばかりでなく、強力な
ばね力に抗して電磁弁を駆動するためにアクチュエータ
のソレノイドへの供給電力が増加し、更に燃料噴射装置
自体が大型化する等の問題を生じる。また、電磁弁の弁
シート部が排出路の排出開口の周りに形成されているた
め、弁シート部の面積が小さく、その結果、強力なばね
力のため、閉弁時に弁シート部には電磁弁の弁体の衝撃
によって高い面圧が作用する。したがって、弁シート部
に摩耗が生じ易く、摩耗部分から燃料のリークが生じ
て、燃料リーク量が増大するという問題もある。
開示されているような図11に示す燃料噴射装置におい
ては、排出路を開閉する弁体がボール弁73であるた
め、ボール弁73が排出路71を閉じるシール部が線接
触となり、シール部に作用する圧力が非常に高い値とな
る。したがって、シール部に摩耗が生じるのを避けるこ
とができず、この摩耗部分を通る燃料のリークが生じ
る。更に、弁体の作動時にボール弁73の周囲における
燃料の乱流によってボール弁が振動を起こすという暴れ
現象が発生し、弁体のリフト量調節ができず、燃料噴射
率制御が不可能になるという問題もある。
置においては、バランスチャンバ内の燃料圧を解放する
排出路を開閉する三方弁又は二方弁では、いずれも、こ
れらの弁を通しての燃料のリークを回避することができ
ず、燃料用ポンプに無駄な仕事の負担がかかり、エンジ
ンの燃費が悪化しているという状況にあり、このような
状況を背景として、燃料のリークを防止する排出路の開
閉弁を得るという技術的な課題が存在している。
課題を解決することであり、バランスチャンバに供給路
を介して供給された燃料圧を、開閉弁で排出路を開くこ
とによって解放し、バランスチャンバに受圧面を露呈さ
せた針弁のリフト量を制御して、針弁のリフト時に噴孔
から燃料を噴射するエンジンの燃料噴射装置において、
開閉弁の閉弁時にバランスチャンバ内の燃料圧を閉弁力
に利用することにより、開閉弁を通しての燃料のリーク
を防止することができるエンジンの燃料噴射装置を提供
することである。
以下のように構成されている。即ち、この発明は、燃料
を噴射する噴孔を備えた本体、前記本体の中空部内を往
復動し且つ一端で前記噴孔を開閉する針弁、前記針弁の
リフト量を制御するため燃料圧の受圧面となる前記針弁
の他端が露呈しているバランスチャンバ、前記バランス
チャンバに燃料圧を供給する供給路、前記バランスチャ
ンバ内の燃料圧を解放する排出路、前記排出路を開閉す
るための開閉弁、及び前記開閉弁を開閉作動するアクチ
ュエータから成り、前記開閉弁は、前記排出路を貫通し
て前記バランスチャンバ内に延びた弁ステム部及び前記
弁ステム部の先端に設けられ且つ閉弁状態で前記排出路
の入口側開口部に形成された弁シートに対して接触する
弁フェースを有する弁傘から成るエンジンの燃料噴射装
置に関する。
うに構成されているため、次のように作用する。即ち、
開閉弁によって排出路を閉じる場合には、開閉弁の弁傘
は、排出路を貫通してバランスチャンバ内に延びている
弁ステム部とともに、排出路の出口方向に移動するの
で、弁フェースは弁シートに対して圧接されて排出路を
閉じる。弁フェースの弁シートに対する接触は、面接触
である。このとき、バランスチャンバ内の燃料圧は、弁
傘に働いて開閉弁を閉鎖するように働き、バランスチャ
ンバ内の燃料圧が高ければ高い程、開閉弁を閉じるよう
に作用する力が大きくなる。したがって、開閉弁を弁シ
ートに対して閉鎖させる力が十分に得られるので、開閉
弁を通しての燃料のリークが防止される。
触しているので、弁シートに対する面圧を適正な値に設
定することができる。したがって、従来の燃料噴射装置
において弁シートに対する弁部の圧接が線接触である場
合のように弁シートの狭い領域に過剰に高い面圧が作用
することによって生じていた弁シートの摩耗を回避する
ことができる。
るコントロール部材の中空穴と針弁の前記他端とによっ
て形成し、且つ排出路をコントロール部材に形成するこ
とができる。このように構成すると、針弁の駆動を制御
するための燃料圧の受入れ及び排出を、コントロールブ
ロックに集中させることができ、燃料噴射装置の部品と
しての構造及び製造及び組立に関して好都合となる。
ための戻しばねは、バランスチャンバに収容される。戻
しばねは、一側においてコントロール部材の中空穴に係
合し、他側において針弁の前記他端に係合することにな
る。このように構成すると、バランスチャンバ内の容積
を戻しばねのために利用することができ、燃料噴射装置
のコンパクト化に寄与することができる。また、戻しば
ねの形態は、皿ばね又はコイルばねとすることができ
る。
ている部分をノズル本体とし、コントロール部材に対し
て結合すると、コントロール部材とノズル本体とは、共
に本体の一部として構成される。コントロール部材とノ
ズル本体との結合によって生じる互いの当接面間におい
て、例えばコントロール部材側の当接面に燃料路と前記
中空穴に繋がる溝等を切削等の手段で形成しておけば、
燃料噴射装置の本体を組み立てる時に、接合面の相手側
を利用して供給路を形成することができる。
たポペット弁から構成し、開閉弁の閉弁時に前記凸状の
テーパ面を弁シートの凹状のテーパ面に対して密嵌合す
るように構成すると、弁フェースのテーパ状の凸面が弁
シートのテーパ状の凹面に案内されて密嵌合して座着す
るので、開閉弁の作動が安定し、確実に閉弁させること
ができる。開閉弁の開閉動作時に燃料の乱流流れが生じ
ても、このような弁部の案内作用によりスムーズで速や
かな弁作動を得ることができる。また、閉弁状態ではテ
ーパ面の嵌合であるので、弁フェースと弁シートの間に
必要な密着面積と接触圧力とが設定でき、十分なシール
を得ることができる。
することができる。圧電素子は、電圧の印加、解除と歪
みの発生、消滅との応答性が良好であり、エンジンが高
速回転するのに対応して非常に短くなる燃料噴射サイク
ルにおいても、燃料噴射の開始と停止とを、応答遅れが
少なく且つ素早い動作を得ることができる。
の発明の実施例を説明する。図1はこの発明によるエン
ジンの燃料噴射装置の一実施例を示す全体断面図、図2
はその要部拡大断面図、図3はこの発明によるエンジン
の燃料噴射装置の別の実施例であってその要部を拡大し
た図2と同様の拡大断面図、図4は図3に示す実施例に
おいて開閉弁が開いた状態を示す図、図5はこの発明に
よる燃料噴射装置における燃料噴射期間中の時間と燃料
噴射率との関係を示すグラフ、図6はコモンレール圧力
と静的リーク量との関係を表すグラフ、図7は燃料噴射
に必要なコモンレール圧力をパラメータとしたエンジン
回転数と負荷との関係を表すグラフである。
ステム、或いはアキュムレータ噴射システム(図示せ
ず。)に適用される。燃料噴射ポンプから燃料が供給さ
れる共通の通路や蓄圧室(以下、「コモンレール」とい
う。)を通じて供給された燃料は、エンジンに設けた各
燃焼室に噴射される。先ず、図1を参照すると、この燃
料噴射装置における本体1はシリンダヘッド等のベース
に設けた穴部(図示せず。)にシール部材を介して密封
状態に取り付けられる。本体1の下端には、ノズルが密
封状態に形成されている。
されており、本体1の中央本体3には軸心に沿って中空
部4が形成されている。また、中空部4には、後述する
排出路の開閉を行う開閉弁5が配置されており、開閉弁
5は、中央本体3の上部に位置するアクチュエータ6に
よって駆動される。アクチュエータ6は圧電素子7から
構成されており、圧電素子7は固定キャップ8を中央本
体3にねじ込むことにより本体1内に収納されている。
圧電素子7は、コントロールユニット9からの制御信号
を受けて作動し、開閉弁5を開く方向に駆動する。アク
チュエータ6の出力軸10は、圧電素子7から中空部4
に延びており、且つ中央本体3に縮径して形成されたガ
イド部11と、ガイド部11よりもノズル先端側におい
て中空部4に設けられたガイド片12とに対して、摺動
可能に案内されている。出力軸10は、アクチュエータ
6の圧電素子7の作動により、高速で軸方向の往復動を
繰り返すことができる。
ル本体14との間に挟み付けられるように配置されてお
り、ノズル本体14に係合する固定キャップ15を中央
部分3のねじ部にねじ込むことにより、コントロール部
材13とノズル本体14は、ともに中央部分3に対して
結合されて、本体1の一部を構成している。ノズル本体
14には中空穴16が形成されており、針弁17が、中
空穴16内に隙間18を残す状態で摺動可能に挿通され
ていて、針弁17の回りに形成される隙間18は高圧燃
料の通路を形成している。ノズル本体14の先端には燃
料を内燃機関の燃焼室に噴射する噴孔19が形成されて
いる。針弁17の先端はテーパ面となっており、針弁1
7が軸方向に移動することにより、ノズル本体14の中
空穴16の先端に形成されたテーパ面20と座着又は離
間して、噴孔19から燃料の噴射のための燃料の流れを
遮断又は許容する。また、針弁17の中段に形成された
テーパ面21は、針弁17が噴孔19を開く方向に燃料
圧を受ける受圧部を形成している。針弁17がリフトし
てテーパ面20から離間すると、高圧燃料は噴孔19か
ら燃焼室に噴射され、針弁17が下降してテーパ面20
と当接すると燃料の流れを遮断して噴射を停止させる。
せず。)から燃料入口部2に供給された燃料は、本体1
に形成された燃料路22からコントロール部材13に形
成された燃料路23を経て、更にノズル本体14に形成
された燃料路24を経て、受圧部としてのテーパ面21
が露呈された燃料溜まり25に至る。燃料溜まり25に
至った燃料は、針弁17の回りに形成される隙間18を
経て、針弁17が開弁したときに噴孔19から噴射され
る。
に、コントロール部材13には、中心軸からオフセット
した位置において、本体1側に形成されたピン穴26と
コントロール部材13側に設けられたピン穴27との間
にピン28が嵌入しており、コントロール部材13が中
央本体3に対して位置ずれを生じるのを防止している。
また、コントロール部材13にはノズル本体14側に開
いた中空穴29が形成されている。中空穴29には、燃
料圧を受ける受圧面31として後述の針弁17の端部が
露呈しており、中空穴29と受圧面31とでバランスチ
ャンバ30が形成されている。コントロール部材13の
ノズル本体14側の端面37aにおいて、燃料路23に
連通し且つ径方向中心側に伸びる燃料の供給路32が形
成されている。供給路32はバランスチャンバ30に連
通しており、バランスチャンバ30内に高圧の燃料圧を
供給する。更に、コントロール部材13の中央位置に
は、軸線方向に貫通する排出路33が形成されており、
排出路33は、一端でバランスチャンバ30に開口し、
他端で中央本体3の中空部4に開口している。
0と一体的に連結された弁ステム34と、開閉弁5を閉
じる方向に弁ステム34を付勢する戻しばね35とを具
備している。弁ステム34は、この発明の弁ステム部を
構成している。戻しばね35の一端は弁ステム34に係
止されたばね受け36に係合しており、戻しばね35の
他端はコントロール部材13の上端面37に係合してい
る。戻しばね35は、圧縮状態で介装されているので、
常に弁ステム34に対して上方に付勢する力を与えてい
る。
形成されている排出路33を僅かな間隙を残して挿通
し、且つバランスチャンバ30内に延びている。弁ステ
ム34の端部には排出路33を開閉可能な弁傘38が設
けられている。図4に示す燃料噴射装置の要部の構造
は、針弁17を燃料噴射を停止する側に付勢する手段と
してのばねの形態が相違する以外は、図2に示す燃料噴
射装置の要部と同じであるので、開閉弁5の詳細を図4
に基づいて説明する。弁傘38は、円錐状からなるテー
パ面である弁フェース39を有している。弁フェース3
9は、排出路33のバランスチャンバ30側の開口に形
成された円錐状の凹面をなす弁シート40に対して、丁
度嵌まり合う形状を有している。圧電素子7が非駆動時
には、開閉弁5は戻しばね35が与えるばね力によって
閉じる状態となり、この状態では、弁傘38の弁フェー
ス39は、弁シート40に対して面接触状態に座着して
排出路33を閉じている。圧電素子7に電流が供給され
て駆動状態となると、開閉弁5の弁ステム34は戻しば
ね35のばね力に打ち勝って図において下方に押し下げ
られる。このとき、弁傘38の弁フェース39は弁シー
ト40から離れて排出路33のバランスチャンバ30側
の開口を開くので、矢印で示す若干の燃料の流れがあ
り、バランスチャンバ30内の燃料圧は排出路33と弁
ステム34との間隙を通って中空部4に解放される。
4に取り付けられたばね受け42との間には、リターン
スプリングとしての皿ばね43が圧縮状態で介装されて
いる。皿ばね43は、針弁17に対して噴孔19を通る
燃料の流れを遮断する閉鎖方向に付勢している。供給路
32からの燃料圧がバランスチャンバ30に達するよう
に、ばね受け42と皿ばね43とには適宜の孔(図示せ
ず。)が穿設されている。バランスチャンバ30内の燃
料圧が針弁17の受圧面31に作用することに基づく力
は、受圧面である針弁17のテーパ面21に作用する燃
料圧及び針弁17に作用する皿ばね43の戻し力とのバ
ランスによって弁体のリフトを制御する。コントロール
部材13にばね受け42を収容するように形成された段
部47には、針弁17の弁閉鎖状態から針弁17の開放
状態に至る距離Hが設けられている。したがって、針弁
17は距離Hの範囲で弁の開閉方向に移動可能である。
傘38の弁フェース39が弁シート40から離れること
による有効開口面積は、開放弁5の殆どの作動範囲にお
いて、排出路33と弁ステム34との間の間隙の通路断
面積よりも小さくなるように設定されているので、開閉
弁5の開度がバランスチャンバ30内の燃料圧の低下の
程度を定めることになる。
り、次のように作動する。今、圧電素子7が駆動されて
いないときは、図2に示すように戻しばね35はばね受
け36を介して弁ステム34を図において上方に付勢し
ており、弁傘38の弁フェース39は弁シート40に当
接しているので、開放弁5は排出路33を閉じている。
この状態でコモンレールからの高圧燃料は燃料入口部2
から燃料路22,23及び24を通じて燃料溜まり25
に供給されている。燃料溜まり25に供給された燃料
は、針弁17のテーパ面21に作用して針弁17をリフ
トする方向に付勢している。燃料は針弁17の外周のノ
ズル本体14との間に形成される隙間18にも至り、隙
間18は高圧燃料で満たされている。また、供給路32
を通じて燃料圧がバランスチャンバ30内に供給されて
おり、燃料圧は針弁17の受圧面31に作用している。
このとき、受圧面31に作用する燃料圧に基づいて針弁
17を閉じる側に付勢する力と皿ばね43の戻し力との
合力は、受圧面であるテーパ面21に作用する燃料圧に
基づいて針弁17を開く方向に作用する力を上回ってい
るので、針弁17は閉じて噴孔19からの燃料の噴射を
停止している。
御により圧電素子7を駆動すると、弁ステム34は戻し
ばね35の圧縮ばね力に抗して図において下方に付勢さ
れて、弁傘38の弁フェース39が弁シート40から離
れるので、開放弁5は排出路33を開放することにな
る。供給路32は絞りとして機能しており、供給路32
を流れる燃料よりも排出路33から流れ出る燃料の方が
多いので、排出路33が開放されると、バランスチャン
バ30内の燃料圧が中空部4に解放される。バランスチ
ャンバ30内の燃料圧が解放されると、テーパ面21に
作用する燃料圧に基づいて針弁17を開く方向に付勢す
る力が、針弁17の上面即ち受圧面31に作用する燃料
圧に基づいて針弁17を閉じる方向に付勢する力と皿ば
ね43による戻し力との合力に打ち勝つので、針弁17
がリフトされ、噴孔19から燃焼室への燃料噴射が行わ
れる。開閉弁5が開く排出路33の有効開口面積は、燃
料圧のバランスチャンバ30以降の排出経路中の他のど
の通路断面積よりも小であるので、開閉弁5の開口度が
バランスチャンバ30内の燃料圧の大きさを定めてい
る。
の電流の供給が絶たれると、戻しばね35が弁ステム3
4を引き上げるので、開閉弁4は閉じられる。バランス
チャンバ30内の燃料圧は供給路32からの供給により
回復し、針弁17は燃料の噴射を停止する。回復した燃
料圧は、弁傘38に作用して、戻しばね35の作用に加
えて弁フェース39を弁シート40に押し当てる方向に
付勢する。したがって、バランスチャンバ30内の燃料
圧が高ければ高いほど開閉弁5の閉弁力が大きくなり、
開閉弁5を通っての燃料のリークを阻止することができ
る。
閉鎖方向に作用する戻しばねとして、皿ばねの代わりに
コイルばね46とした例である。図3に示す実施例にお
いては、図2に示した実施例における構成要素と同一の
要素には同じ符号を付してあるので、再度の詳細な説明
を省略する。図3に示す実施例では、コイルばね46
は、一端がばね受け42に当接し且つ他端が中空穴29
の上底面に当接した状態で、バランスチャンバ30に圧
縮状態で収容されている。戻しばね機能としては、コイ
ルばね46は皿ばね43と変わるところがない。コイル
ばね46の係止用に中空穴29の上底面をそのまま利用
できるので、図1及び図2に示した実施例における皿ば
ね43のように、中空穴29に皿ばね43を係止するた
めの段部41を形成する必要がないという利点がある。
燃料噴射サイクルにおける燃料噴射率が示されている。
曲線f1 は、圧電素子7に供給する電圧を高い電圧とし
たときの燃料噴射サイクルにおける針弁17の燃料噴射
率の変化を示しており、燃料噴射率は給電とともに急速
に上昇していることが分かる。一方、圧電素子7に供給
する電圧を低い電圧としたときは、曲線f2 に示すよう
に、燃料噴射率は圧電素子7への給電とともに緩やかに
上昇していることが分かる。なお、曲線f2 の場合に特
に示すが、圧電素子7への給電を短時間で停止すると、
曲線f3 に示すように低噴射率のままで燃料噴射を停止
することができる。即ち、負荷等のエンジンの運転状態
に応じて圧電素子7への給電の時期、間隔、強さ等を制
御することで、燃料噴射率を容易に制御することができ
る。
おけるコモンレール圧力が変化するときに静的な燃料の
リーク量が、バランスチャンバから燃料圧を解放する他
の方式の開閉弁の場合との比較とともに示されている。
バランスチャンバからの燃料圧を解放するための制御弁
として二方弁を用いる形式の燃料噴射装置の場合は曲線
g2 に、三方弁を用いる形式の燃料噴射装置の場合は曲
線g3 に示されているように、コモンレール圧力が高く
なるほど静的な燃料のリーク量が増大しているが、この
発明による燃料噴射装置によれば、開閉弁5の閉弁時に
はバランスチャンバ30内の燃料圧が閉弁力となる方向
に作用するので、高圧時にも排出路33から燃料はリー
クせず、線g1 に示すように、コモンレール圧力が20
0MPaに至るまで静的燃料リーク量がゼロに抑えるこ
とができることが分かった。
ランスチャンバ30内の圧力は開閉弁5を閉弁方向に作
用しているから、高圧噴射を行う場合には、開閉弁5を
開くときに作動するアクチュエータ6の消費動力(圧電
素子の場合には消費電力)が大きくなるが、燃料の高圧
噴射が要求されるようなエンジンの運転状況とは、図7
において(C)や(D)の場合に示されるように、エン
ジンが高回転数且つ高負荷で運転される場合である。そ
のような運転領域ではエンジンが発電する発電量も大き
く、バッテリー寿命を縮めることにはならない。
るので、次のような効果を奏する。即ち、この発明によ
る燃料噴射装置は、燃料を噴射する噴孔を備えた本体、
前記本体の中空部内を往復動し且つ一端で前記噴孔を開
閉する針弁、前記針弁のリフト量を制御するため燃料圧
の受圧面となる前記針弁の他端が露呈しているバランス
チャンバ、前記バランスチャンバに燃料圧を供給する供
給路、前記バランスチャンバ内の燃料圧を解放する排出
路、前記排出路を開閉するための開閉弁、及び前記開閉
弁を開閉作動するアクチュエータから成り、前記開閉弁
は、前記排出路を貫通して前記バランスチャンバ内に延
びた弁ステム部及び前記弁ステム部の先端に設けられ且
つ閉弁状態で排出路の入口側開口部に形成された弁シー
トに対して接触する弁フェースを有する弁傘から成るの
で、バランスチャンバ内の燃料圧が高ければ高いほど強
く開閉弁を閉じる閉弁力として利用され、その結果、開
閉弁通しての燃料のリークを回避することができ、燃料
用ポンプに無駄な仕事の負担をかけることがなくなり、
エンジンの燃費を向上することができる。
は面接触であるので、面圧を適正な値に設定することが
でき、弁シートの摩耗を回避することができる。開閉弁
をポペット弁とし、弁シートをポペット弁の弁傘が当接
するテーパ状凹面から構成すると、開閉弁は、燃料の乱
流流れが生じても、テーパ面同士の嵌合により安定して
速やかに作動するとともに、閉弁状態では弁フェースと
弁シートの間に十分なシールを得て、燃料のリークを防
止することができる。
材の中空穴内に形成し且つ前記排出路を前記コントロー
ル部材に形成すると、針弁の駆動を制御するための燃料
圧の受入れ及び排出をコントロールブロックに集中させ
ることができ、燃料噴射装置の部品としての構造及び製
造及び組立に関して好都合となる。そして、供給路をコ
ントロール部材と本体の一部を構成するノズル本体との
当接面に形成すると、接合面の相手側を利用して供給路
を形成することができ、加工性が向上する。更に、前記
噴孔を閉じる方向に前記針弁を付勢するための戻しばね
は前記バランスチャンバ内の空間を利用して収容される
ので、燃料噴射装置をコンパクトにすることができる。
このような構造を採用することにより、燃料噴射装置と
しての製造コストの低減に寄与することができる。
電素子から構成すると、周期が非常に短い燃料噴射サイ
クルにおいても、燃料噴射の開始と停止とを、応答遅れ
が少なく且つ素早い動作を得ることができる。そして、
開閉弁によって開口する排出開口の開口有効面積は、排
出路の最小通路断面積よりも小であるので、開閉弁の開
度によって、バランスチャンバから解放される燃料圧の
大きさを変えることができる。圧電素子に供給する電流
の時期、期間及び大きさを変えることにより、開閉弁の
作動態様が変更できるので、エンジンの運転状況に応じ
て針弁のリフト速度を変えて、様々な噴射率特性、特に
初期噴射率特性を安定的に得ることができ、エンジンか
らのNOX の発生量や騒音レベルを低減することもでき
る。
置の一実施例を示す断面図である。
面図である。
置の別の実施例における要部拡大断面図である。
弁の開状態を示す図である。
ト量を表すグラフである。
ーク量を示すグラフである。
まる領域に必要な燃料噴射圧力を示すグラフである。
す要部拡大図である。
態を示す要部拡大図である。
大図である。
概略説明図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 燃料を噴射する噴孔を備えた本体、前記
本体の中空部内を往復動し且つ一端で前記噴孔を開閉す
る針弁、前記針弁のリフト量を制御するため燃料圧の受
圧面となる前記針弁の他端が露呈しているバランスチャ
ンバ、前記バランスチャンバに燃料圧を供給する供給
路、前記バランスチャンバ内の燃料圧を解放する排出
路、前記排出路を開閉するための開閉弁、及び前記開閉
弁を開閉作動するアクチュエータから成り、前記開閉弁
は、前記排出路を貫通して前記バランスチャンバ内に延
びた弁ステム部及び前記弁ステム部の先端に設けられ且
つ閉弁状態で前記排出路の入口側開口部に形成された弁
シートに対して接触する弁フェースを有する弁傘から成
るエンジンの燃料噴射装置。 - 【請求項2】 前記バランスチャンバは、前記本体の一
部を構成するコントロール部材の中空穴と前記針弁の前
記他端とによって形成されており、且つ前記排出路は前
記コントロール部材に形成されている請求項1に記載の
エンジンの燃料噴射装置。 - 【請求項3】 前記噴孔を閉じる方向に前記針弁を付勢
するための戻しばねが前記バランスチャンバに収容され
ている請求項2に記載のエンジンの燃料噴射装置。 - 【請求項4】 前記戻しばねは皿ばね又はコイルばねで
ある請求項3に記載のエンジンの燃料噴射装置。 - 【請求項5】 前記噴孔を備え且つ前記針弁を往復動可
能に収容しているノズル本体が、前記コントロール部材
に対して結合されて前記本体の一部を構成しており、前
記供給路は前記ノズル本体と前記コントロール部材との
結合によって生じる当接面間に形成されている請求項2
乃至4のいずれか1項に記載のエンジンの燃料噴射装
置。 - 【請求項6】 前記開閉弁は前記弁フェースを凸状のテ
ーパ面としたポペット弁から構成されており、前記凸状
のテーパ面は前記開閉弁の閉弁時に前記弁シートの凹状
のテーパ面に対して密嵌合する請求項1乃至5のいずれ
か1項に記載のエンジンの燃料噴射装置。 - 【請求項7】 前記アクチュエータは圧電素子から構成
されている請求項1乃至6のいずれか1項に記載のエン
ジンの燃料噴射装置。
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