(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧の燃料を蓄える蓄圧配管と、
燃料を噴射する噴口と、前記噴口を開閉するニードルと、前記噴口を閉鎖する位置に向かって前記ニードルを付勢するために前記ニードルの上端側に燃料圧力を作用させる背圧室とを備えている燃料噴射弁と、
前記背圧室とドレイン側との間の流路を開閉することによって前記背圧室の圧力を変化させ、前記ニードルを移動させて前記燃料噴射弁の燃料の噴射と停止を制御する二方弁と、
前記蓄圧配管の高圧の燃料を前記背圧室に導入する高圧燃料用流路に設けられた絞りとを備えていると共に、
前記絞りが、前記ニードル又はそれと一体となって運動するコマンドピストンの上端側に溝として形成された絞りと、前記ニードル又は前記コマンドピストンの側面に隙間として形成された別の絞りとからなっていて、それらの絞りが相互に直列の流路を形成しており、
前記ニードルが前記噴口を開放する位置へ移動した時に前記高圧燃料用流路の断面積が小さくなるように構成されている蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項２】
高圧の燃料を蓄える蓄圧配管と、
燃料を噴射する噴口と、前記噴口を開閉するニードルと、前記噴口を閉鎖する位置に向かって前記ニードルを付勢するために前記ニードルの上端側に燃料圧力を作用させる背圧室とを備えている燃料噴射弁と、
前記背圧室とドレイン側との間の流路を開閉することによって前記背圧室の圧力を変化させ、前記ニードルを移動させて前記燃料噴射弁の燃料の噴射と停止を制御する二方弁と、
前記蓄圧配管の高圧の燃料を前記背圧室に導入する高圧燃料用流路に設けられた絞りとを備えていると共に、
前記絞りが、前記ニードル又はそれと一体となって運動するコマンドピストンの内部に小径の孔として形成された絞りと、前記ニードル又は前記コマンドピストンの側面に隙間として形成された別の絞りとからなっていて、それらの絞りが相互に並列の流路を形成しており、
前記ニードルが前記噴口を開放する位置へ移動した時に前記高圧燃料用流路の断面積が小さくなるように構成されている蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項３】
更に、燃料を高圧に加圧して前記蓄圧配管へ送り込む高圧ポンプと、前記高圧ポンプを制御して前記蓄圧配管内の燃料の圧力を制御するポンプ圧力制御装置とを備えている請求項１又は２に記載された蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項４】
前記燃料噴射弁が、更に、前記噴口を開放する位置に向かって前記ニードルを付勢するために前記ニードルの段部の周囲に形成されて前記蓄圧配管の高圧の燃料を導入される油溜まりと、前記噴口を閉鎖する位置に向かって前記ニードルを付勢するために前記ニードルに付設されたニードルスプリングとを備えている請求項１ないし３のいずれかに記載された蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項５】
前記背圧室が前記ニードルの上端面の少なくとも一部に形成される請求項１ないし４のいずれかに記載された蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項６】
前記背圧室が前記ニードルの上端側に連結されるコマンドピストンの上端面の少なくとも一部に形成される請求項１ないし４のいずれかに記載された蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項７】
前記ニードル又は前記コマンドピストンの上端面が絞りを構成する前記溝を備えている請求項１に記載された蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項８】
前記ニードル又は前記コマンドピストンの上端面と対面する面が絞りを構成する前記溝を備えている請求項１に記載された蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項９】
前記ニードルが前記噴口を開放する位置へ移動した時に、前記別の絞りを形成する流路が遮断される請求項２に記載された蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項１０】
前記二方弁が前記背圧室に連通するシリンダを内部に形成された弁体と、前記シリンダ内に挿入されるバランスロッドとを備えている請求項１ないし９のいずれかに記載された蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項１１】
前記二方弁が電磁弁である請求項１ないし１０のいずれかに記載された蓄圧式燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に係り、特に高圧ポンプによって加圧された燃料を蓄える蓄圧配管（コモンレール）を備えていると共に、高圧ポンプの吐出圧力と燃料噴射弁の開弁時間を制御して、機関の運転条件に見合った適量の燃料を燃焼室内へ噴射する蓄圧式燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の燃料噴射装置としては、例えば特開平２−１９１８６５号公報に記載されているように、電磁式三方弁を制御弁として燃料噴射弁を開閉制御することにより、蓄圧配管にある高圧の燃料をディーゼルエンジンのような機関の燃焼室内へ噴射するものが知られている。図７はそのシステムの全体構成を示したものである。図において、燃料噴射弁３１は噴口３９を有するノズル３２と、噴口３９を開閉するニードル３５を備えており、ニードル３５は常時ニードルスプリング３６によって噴口３９を閉じる方向に付勢されていると共に、ニードル３５の段部３５ｂは、油溜まり４０において高圧の燃料の圧力によって噴口３９を開く方向、即ち上向きに付勢されている。
【０００３】
ニードル３５は上方に伸びるピストンロッド３８によってピストン３７に連結されており、本体３３内においてピストン３７を摺動自在に受け入れているシリンダ３３ａの上部に形成された作動室３３ｂに導入される燃料の変化する圧力に応じて、ピストン３７と共に上下方向に移動し、それによって噴口３９が開閉される。ピストン３７を移動させるために、作動室３３ｂの燃料の圧力は高圧燃料の出入口５９を介して三方電磁弁６０によって制御される。
【０００４】
燃料タンク４４の燃料は高圧ポンプ４２によって加圧されて蓄圧配管４３に蓄えられているが、その高圧の燃料の一部が三方電磁弁６０の供給ポート６１に供給されていると共に、排出ポート６２は低圧の燃料タンク４４に常時接続されている。従って、三方電磁弁６０はソレノイドコイル４７が電気的に付勢されるか否かによって、供給ポート６１の高圧か或いは排出ポート６２の低圧を択一的に接続ポート５０に連通させ、それが高圧燃料の出入口５９を介して作動室３３ｂに導かれることによって作動室３３ｂの圧力が変化し、ピストン３７を移動させ得るようになっている。
【０００５】
図７において、５６はプレート弁を示しており、プレート弁５６にはオリフィス５７が穿孔されている。プレート弁５６はスプリング５８によって高圧燃料の出入口５９に向かって付勢されており、三方電磁弁６０の接続ポート５０と作動室３３ｂとの間で、高圧燃料の出入口５９を介して出入する燃料の流れの方向によって出入口５９に対して密着或いは離間して、出入口５９を通過する燃料に大きさの異なる絞り作用を与えるようになっている。なお、図７において、５５はＥＣＵ６３の指令を受けて高圧ポンプ４２の吐出量、従って、吐出圧力を制御するポンプ圧力制御装置を示しており、蓄圧配管４３から出ている矢印は、他の気筒の燃料噴射弁３１への高圧の燃料の流路を示している。
【０００６】
駆動回路を含む電子式制御装置（ＥＣＵ）６３の指令によって三方電磁弁６０のソレノイドコイル４７に通電が行われた時には、接続ポート５０が排出ポート６２に連通するので作動室３３ｂは低圧となり、ニードル３５の段部３５ｂが油溜まり４０の高圧の燃料から受ける上向きの力によって、通電から僅かな時間遅れの後に、ニードル３５とピストン３７が一体となって押し上げられ、噴口３９が開放されて燃料の噴射が開始される。
【０００７】
次に、ＥＣＵ６３の指令によってソレノイドコイル４７への通電が遮断された時は、接続ポート５０が供給ポート６１に連通するので、蓄圧配管４３の高圧の燃料が三方電磁弁６０と高圧燃料の出入口５９を通って作動室３３ｂに供給されて作動室３３ｂが高圧となる。作動室３３ｂの高圧の燃料による力は、ニードルスプリング３６の付勢力と共に油溜まり４０の圧力による上向きの力に打ち勝って、ピストン３７とニードル３５を押し下げる。それによって噴口３９が閉鎖して燃料の噴射が停止される。
【０００８】
この従来技術の燃料噴射弁に使用されている三方電磁弁６０においては、構造上、接続ポート５０が供給ポート６１と排出ポート６２との間で切り換えられる時に、きわめて短時間ではあるが供給ポート６１と排出ポート６２が相互に連通する期間がある。それによって、蓄圧配管４３にある高圧の燃料が低圧の燃料タンク４４側へ漏洩して蓄圧配管４３の圧力が低下する。この性質を巧みに利用すれば、機関の急減速時において蓄圧配管４３にある高圧の燃料の圧力を応答性良く低下させて、燃料噴射量の制御を適正化することができる。
【０００９】
つまり、燃料の噴射が開始される時にはニードル３５が噴口３９を開くように三方電磁弁６０の接続ポート５０を排出ポート６２に接続し、作動室３３ｂにあった高圧の燃料を出入口５９を通して燃料タンク４４へ逃がすことになるが、前述の従来技術では高圧燃料の出入口５９にオリフィス５７を有するプレート弁５６を設けているので、その時に燃料がプレート弁５６の細いオリフィス５７を通過して流れることになり、三方電磁弁６０を切り換えてからピストン３７とニードル３５が上昇して噴口３９が開くまでに短時間（例えば０．４ｍｓ）の遅れが生じる。従って、この時間遅れよりも短い０．３ｍｓというような時間だけ三方電磁弁６０を切り換える操作を必要な回数だけ反復して行っても、噴口３９からの燃料噴射は起こらないし、その間に蓄圧配管４３の減圧だけが行われることになる。
【００１０】
前述の従来技術はこのようにして、三方電磁弁の構造を利用した無噴射駆動により蓄圧配管にある高圧の燃料を減圧させると共に、ポンプ圧力制御装置によって高圧ポンプの駆動状態を制御することにより高圧ポンプの吐出量を変化させ、蓄圧配管の燃料消費量との関係から吐出圧力をも変化させることによって、総じて蓄圧配管４３の高圧の燃料の圧力を、機関の運転条件の変化に合わせて追従性良く制御することができる。
【００１１】
ところで、最近の内燃機関の燃料噴射装置に要求される噴射圧は、エミッション低減という目的のために１５０Ｐａ以上の超高圧となって来ており、一般に燃料の流路における摺動部は燃料の漏れを発生しやすいので、摺動部が少ないか、或いは摺動部が全くない構造とすることが望ましい。そのような理由から、燃料噴射弁のための制御弁としては、摺動部が多く構造が複雑でコストも高い三方電磁弁よりも、構造の単純な開閉弁である二方電磁弁を使用する方がよいので、二方電磁弁を制御弁とする燃料噴射弁の試みがなされている。
【００１２】
二方電磁弁９８を燃料噴射弁７１の制御弁として使用する燃料噴射装置の一例を図８に示す。図示しない高圧ポンプに通じる高圧燃料通路８２は燃料通路８５の拡大された空間として蓄圧配管９３を形成しており、そこから高圧燃料通路８１によって、ニードル７５の段部７５ｂに作用する油溜まり８０に通じている。蓄圧配管９３と、図示しない燃料タンクに通じるドレイン通路を意味する空間８９との間は、二方電磁弁９８の弁体８８によって開閉される弁座９０と、その上流側に設けられた流路断面積が非常に小さいオリフィス９６とを介して連通している。弁座９０とオリフィス９６の間の燃料通路は、ニードル７５の上端面に圧力を加えるニードル背圧室９７となっている。
【００１３】
なお、図８において、８７は図示しない電子式制御装置によって通電制御される二方電磁弁９８のソレノイドコイルを、９１は弁体８８を弁座９０に向かって付勢するバルブスプリングを、７２は燃料噴射弁７１のノズルを、７９はそれに設けられた噴口をそれぞれ示している。
【００１４】
作動状態において、電子式制御装置の指令によってソレノイドコイル８７に通電され、弁体８８がバルブスプリング９１に抗して弁座９０を開く時は、ニードル背圧室９７にあった高圧の燃料の圧力が低下するので、油溜まり８０にある高圧の燃料の圧力がニードル７５の段部７５ｂに作用する力によってニードル７５は上方へ移動し、噴口７９が開放されて高圧の燃料が機関の燃焼室内へ噴射される。この時に蓄圧配管９３にある高圧の燃料がドレイン通路８９へ漏れる量は、非常に流路断面積の小さいオリフィス９６によって制限される。
【００１５】
また、噴射を停止する時は、ソレノイドコイル８７への通電を遮断し、バルブスプリング９１によって弁体８８を弁座９０に着座させる。それによって蓄圧配管９３からオリフィス９６を通って高圧の燃料がニードル背圧室９７へ流入し、ニードル背圧室９７の圧力が高まることによってニードル７５が押し下げられて噴口７９を閉塞し、燃料の噴射が停止する。従って、この例におけるオリフィス９６は、図７に示す前述の従来技術において三方電磁弁６０によって行われる蓄圧配管４３から作動室３３ｂへの高圧燃料の導入作用に相当する働きをすることになるから、オリフィス９６の流路断面積が小さいと噴射停止時の制御応答が遅れることが明らかである。
【００１６】
最近のように超高圧の燃料が使用される場合には、オリフィス９６が比較的に流路断面積の小さいものであっても、それを通過する流量が大きくなるから、噴射停止時の制御応答を早めるためにオリフィス９６の流路断面積を大きくすると、噴射中に開弁している二方電磁弁９８を通ってドレイン側へ漏れる燃料の量が増加し、蓄圧配管９３内の高圧の燃料の圧力が異常に低下する。またこれは高圧の燃料の浪費になることは言うまでもない。そして極端な場合には、二方電磁弁９８の弁体８８が弁座９０を開いても、ニードル背圧室９７の圧力が十分に低下しないために、ニードル７５のリフトが不可能になって燃料噴射弁７１による燃料噴射が行われないということも起こり得る。
【００１７】
このように、二方電磁弁９８を使用する燃料噴射装置においては、オリフィス９６の流路断面積をできるだけ小さく設定することによってニードル７５をリフト可能にすると共に、高圧の燃料が無駄にドレイン側へ漏れる量を抑えることになるが、その反面において燃料噴射弁７１の噴射停止時の制御の応答性が低下することは避けられない。また、機関の急減速時のように蓄圧配管９３にある高圧の燃料の圧力を急速に低下させる必要がある場合に、図７の三方電磁弁６０のように二方電磁弁９８を「無噴射駆動」して、燃料噴射弁７１のニードル７５のリフトを生じない程度の短時間だけ二方電磁弁９８を開弁させ、蓄圧配管９３内の高圧の燃料をドレイン側へ逃がそうとしても、オリフィス９６の流路断面積が小さいために十分な減圧が行われないという問題もある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来の燃料噴射装置における色々な問題に鑑み、構造が簡単で摺動部が少なく低価格である二方弁を燃料噴射弁の制御弁として使用することにより、超高圧の燃料でも無駄にドレイン側へ漏れる量を抑えると共に、機関の急減速時において無噴射駆動を行うことによって蓄圧配管にある高圧の燃料の圧力を応答性良く低下させることを可能とし、しかも、従来の二方弁による制御にみられるような噴射停止時等の制御応答性の低下を防止して、燃料噴射量の制御が追従性良く適正に行われるようにした蓄圧式燃料噴射装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項１及び２に記載された通りの蓄圧式燃料噴射装置を提供する。
【００２０】
【作用】
本発明の蓄圧式燃料噴射装置に使用されている燃料噴射弁は、ニードルの上端側に形成された背圧室に作用する燃料圧力の変化によってニードルが移動して噴口を開閉するが、背圧室の圧力はドレイン側との間の流路を開閉するだけの二方弁によって変化させることができる。そして、ニードルが移動して噴口を開くことによりニードル又はコマンドピストンの上端面の隙間が閉じる時には、高圧燃料の流路として、請求項１に記載されものにおいては、ニードル又はコマンドピストンの上端面、或いはそれに対向する面に形成された溝からなる絞りのみが残ることにより、また、請求項２に記載されものにおいては、ニードル又はコマンドピストンの内部に設けられた小径の孔からなる絞りのみが残ることによって、蓄圧配管の高圧の燃料を背圧室に導入する流路の断面積が、ニードルが噴口を開放する位置へ移動した時に小さくなるように構成されているので、二方弁が開弁されて背圧室とドレイン側が連通すると、背圧室の圧力が低下することによってニードルが噴口を開放する位置へ移動して燃料の噴射が開始されるが、その時は蓄圧配管が断面積の小さくなった流路を介してドレイン側と連通することになるので、燃料の噴射中に蓄圧配管の高圧の燃料が無駄にドレイン側へ漏れて圧力が低下するようなことがない。
【００２１】
また、二方弁が閉弁されて背圧室とドレイン側との連通が遮断されると、流路を介して蓄圧配管に連通している背圧室の圧力が上昇するので、ニードルが噴口を閉鎖する位置へ移動して燃料の噴射が停止するが、その時は流路の断面積が大きくなるので、噴射停止の応答性が低下することがない。噴射停止中においては、二方弁を短時間開閉する無噴射駆動を行うことによって蓄圧配管の燃料の圧力を減圧することが可能であるから、機関の急減速時において蓄圧配管にある高圧の燃料の圧力を応答性良く低下させることが可能になり、機関の運転条件に合わせて燃料噴射量を追従性良く適正に制御することができる。
【００２２】
【実施例】
図１によって本発明の第１実施例を説明する。第１実施例に使用されている燃料噴射弁１は、多気筒内燃機関の各気筒毎に１個ずつ設けられる。その基本的な構成は従来のものと同様に、下端のノズル２と、それを支持している燃料噴射弁の本体３と、ノズル２と本体３との間に介装されるディスタンスピース４と、ノズル２内で上下に摺動可能なニードル５と、ニードル５を常時下方へ付勢しているニードルスプリング６と、本体３内のシリンダ３ａ内に上下方向に摺動自在に２〜３μｍ程度のクリアランスを残して挿入されているコマンドピストン７と、ニードルスプリング６と共にニードル５とコマンドピストン７との間に挿入されたスプリングホルダ８と、本体３の上に取り付けられて概括的に３０として示されている簡単な構造の二方電磁弁等からなっている。
【００２３】
ノズル２の下端には噴口９が１個以上形成されており、ニードル５が上下運動することによって、その先端の円錐形部分５ａが噴口９を開閉するようになっている。ニードル５に下向きの肩部として形成されている段部５ｂを取り囲んで、ノズル２内に油溜まり１０と呼ぶ空間が形成されており、油溜まり１０は下方においてニードル５の先端の円錐形部分５ａの周囲に通じていて、円錐形部分５ａが噴口９を開いたときに、油溜まり１０から導いた高圧の燃料を噴口９から機関の燃焼室内へ噴射するようになっている。また、油溜まり１０は上部において、ノズル２、ディスタンスピース４、及び本体３内に連続して形成された一連の高圧燃料通路１１によって、高圧の燃料を受け入れる入口１２に通じている。
【００２４】
ニードルスプリング６は本体３とディスタンスピース４内に連続して形成された空間であるスプリング室１３内に圧縮して装着されているが、ニードルスプリング６の下端は、ニードル５の上端と係合しているスプリングホルダ８の肩状の段部によって受け止められており、それによってニードルスプリング６の弾性力がニードル５に伝えられて、噴口９を閉じる方向にニードル５を付勢する。スプリングホルダ８の中心軸部８ａは、ニードルスプリング６の中心を通って上方に延び、コマンドピストン７の下端面に接触することができるようになっている。なお、スプリング室１３は図示しない通路によってドレイン側、即ち、実質的に大気圧である燃料タンク１４内に常時連通している。
【００２５】
そして、コマンドピストン７を下方へ押し下げる力が作用していない休止状態では、ニードルスプリング６が伸びて、ニードル５を下方へ押し下げて噴口９の閉塞位置に向かって付勢しているので、スプリングホルダ８の中心軸部８ａの上端とコマンドピストン７の下端は離れている。それに対して、コマンドピストン７を下方へ押し下げる力が作用している動作状態では、スプリングホルダ８の中心軸部８ａの上端とコマンドピストン７の下端面とが接触し、ニードル５とコマンドピストン７は、スプリングホルダ８を介して一体となって運動することになる。
【００２６】
制御用の電磁弁３０は、概ね燃料噴射弁の本体３の上部に連結されている弁本体１５と、その上に連結されたソレノイド部１６からなっており、ソレノイド部１６の内部にはソレノイドコイル１７が装着されていて、図示しない電子式制御装置の指令を受けて作動する駆動回路によって通電制御される。電磁弁本体１５に形成された弁シリンダ１５ａには、上下方向に摺動可能に２〜３μｍ程度のクリアランスを有するピストン状の弁体１８が挿入され、弁体１８の上部に拡大して形成された、少なくともこの部分だけは強磁性体からなっている円板部分１８ａは、弁本体１５内に形成された作動室１５ｂ内においてソレノイドコイル１７と対面して上下方向に可動に支持されている。そして、作動室１５ｂはドレインパイプ１９によって燃料タンク１４と連通している。
【００２７】
電磁弁本体１５に形成された弁シリンダ１５ａの下部は空間としてのドレイン室１５ｃを形成していて、その内部はやはりドレインパイプ１９によって燃料タンク１４と常時連通して実質的に大気圧となっている。電磁弁の弁体１８の下部の円錐形先端は弁ニードル１８ｂとして成形されており、この例では弁本体１５に穿孔することによって形成された、ニードル５と連動するコマンドピストン７のための小さな背圧室である制御ポート２０を、弁ニードル１８ｂが上方から開閉することができるようになっている。従って、制御ポート２０の上縁部は、弁ニードル１８ｂが下降して着座したときに閉塞される弁座となる。電磁弁の弁体１８は、上部に装着されたバルブスプリング２１によって、弁ニードル１８ｂがコマンドピストン７の背圧室である制御ポート２０を閉塞する方向に常時付勢されており、ソレノイド部１６が弁体１８の円板部分１８ａに及ぼす磁気的な吸引力がバルブスプリング２１の力に打ち勝ったときに、制御ポート２０が開かれてドレイン室１５ｃに連通する。
【００２８】
図１に示す２２は高圧ポンプであって、燃料タンク１４から汲み上げた燃料を所定の高圧まで加圧して蓄圧配管２３へ送り込むことができる。蓄圧配管２３はコモンレールとも呼ばれるもので、高圧ポンプ２２によって加圧された高圧の燃料を一時的に貯溜し、多気筒内燃機関の各気筒毎に設けられた燃料噴射弁１の全てか、或いは幾つかに対して、入口１２を介して高圧の燃料を供給することができる耐圧性の高い比較的容量の大きな共通の燃料配管のことである。蓄圧配管２３内にある高圧の燃料の圧力（実噴射圧）は、それに取り付けられた圧力センサ２４によって検出されてポンプ圧力制御装置２５へ入力される。ポンプ圧力制御装置２５は、実噴射圧が機関の要求する指令噴射圧と等しくなるように、高圧ポンプ２２の駆動状態を制御する。
【００２９】
図２及び図４に拡大して示されているように、第１実施例ではコマンドピストン７の上部が下部よりも僅かに小径の縮径部７ａとなっており、縮径部７ａはシリンダ３ａの壁面に対して比較的大きい数十μｍのクリアランスを有している。そして、このクリアランスが第１の絞り２６を形成することになる。シリンダ３ａの壁面には部分的な拡径部３ｂが形成されており、拡径部３ｂは高圧燃料通路１１によって高圧燃料の入口１２と常時連通している。僅かに直径が小さい縮径部７ａを設けることによってできた段部７ｂは、コマンドピストン７が上下に移動してもこの拡径部３ｂの範囲を出ることがないので、作動中において入口１２から供給される高圧の燃料は常に第１の絞り２６へ導入される。
【００３０】
本発明においては一般的に、コマンドピストン７が上昇してその上端面７ｃが電磁弁本体１５の下面１５ｄに密着したときでも、拡径部３ｂと制御ポート２０との間を僅かに連通させるように、第１の絞り２６に比べて通路断面積の小さい第２の絞り２７が設けられる。第１実施例における第２の絞り２７としては、図３に示すように、電磁弁本体１５の下面１５ｄにおいて、シリンダ３ａの直交する任意の２本の直径に相当する部分にのみ細くて浅い溝２７ａを十文字状に形成している。なお、十文字の溝２７ａは電磁弁本体１５の下面１５ｄではなく、それと対面しているコマンドピストン７の上端面７ｃ側に形成されてもよい。いずれにしても第１実施例の場合は、入口１２に常時通じている拡径部３ｂと、弁ニードル１８ｂの位置によって燃料タンク１４と連通し得る制御ポート２０との間に、第２の絞り２７と第１の絞り２６が直列になった状態で形成されている。
【００３１】
次に第１実施例の燃料噴射弁１の作動について説明する。高圧ポンプ２２が作動して蓄圧配管２３内の燃料が高圧となり、各気筒毎に設けられた燃料噴射弁１の高圧燃料の入口１２へ供給されると、高圧燃料通路１１によって一部の燃料が油溜まり１０を経てニードル５の先端の円錐形部分５ａによって閉じられた噴口９の上流側まで導かれる。また、他の一部の燃料はシリンダ３ａの拡径部３ｂを経て、直列になっている第１の絞り２６と第２の絞り２７（十文字の溝２７ａ）を満たし、コマンドピストン７の上端面７ｃと、その背圧室である制御ポート２０の内部の小さい空間まで導かれる。
【００３２】
制御用電磁弁３０のソレノイドコイル１７が電気的に付勢されておらず、弁体１８がバルブスプリング２１によって押し下げられて、弁ニードル１８ｂが制御ポート２０を閉塞している状態では、図２に示すように、第１の絞り２６と第２の絞り２７によってコマンドピストン７の上端面７ｃに高圧の燃料圧力が作用して、コマンドピストン７を押し下げる方向の力を発生する。その力とニードルスプリング６の付勢力が加わったものが、ニードル５の段部５ｂに作用する油溜まり１０の高圧の燃料圧力によって発生する上向きの力よりも大きくなるように設定されているために、背圧室である制御ポート２０が弁ニードル１８ｂによって閉じられている状態では、コマンドピストン７とスプリングホルダ８とニードル５が一体になって下向きに押しつけられて、ニードル５の先端の円錐形部分５ａが噴口９を閉じており、燃料噴射弁１からの燃料の噴射は行われない。
【００３３】
図示しない電子式制御装置の指令によって駆動回路がソレノイドコイル１７に通電を行うと、弁体１８の円板部分１８ａが吸引されてバルブスプリング２１に抗して上方へ移動し、弁ニードル１８ｂが制御ポート２０を開放する。それによって制御ポート２０内と、それに続くシリンダ３ａ内でコマンドピストン７の上端面７ｃに接している部分にある高圧の燃料が、ドレイン室１５ｃとドレインパイプ１９を介して燃料タンク１４へ逃げて、背圧室である制御ポート２０の圧力が低下するから、コマンドピストン７を押し下げる力は実質的にニードルスプリング６の付勢力だけとなる。油溜まり１０においてニードル５の段部５ｂに作用している高圧の燃料による上向きの力はニードルスプリング６の付勢力よりも大きいから、この状態では図４に示すようにニードル５は上方へ移動する。それによってニードル５の先端の円錐形部分５ａが噴口９を開き、高圧の燃料が噴口９から機関の燃焼室内へ噴射される。
【００３４】
以上の説明から明らかなように、図２に示すようなコマンドピストン７が下降して、その上端面７ｃとそれに対面している電磁弁本体１５の下面１５ｄとの間隔が開いている状態では、第２の絞り２７は実質的に絞り作用をしないので、入口１２から制御ポート２０までの高圧の燃料の経路は、比較的断面積の大きなクリアランスからなる第１の絞り２６のみになる。従って、この状態で入口１２から制御ポート２０まで高圧の燃料が流れるときは大きな流量が得られる。即ち、弁体１８の弁ニードル１８ｂが制御ポート２０を開放して制御ポート２０内が減圧される噴射の開始時や、弁ニードル１８ｂが制御ポート２０を閉鎖する噴射の停止時においては、第２の絞り２７による絞り作用が殆どなくなるので、第１の絞り２６と第２の絞り２７を通過する燃料の流量が大きくなり、噴射開始や噴射停止の制御に対する応答性が高くなる。
【００３５】
これに対して、噴射を継続している状態ではコマンドピストン７の上端面７ｃが図４に示すように電磁弁本体１５の下面１５ｄに密着し、上端面７ｃにおける燃料の流路は第２の絞り２７である十文字の溝２７ａのみになるから、第１の絞り２６が燃料の流れに殆ど抵抗を与えなくても、流路断面積の小さい第２の絞り２７（十文字の溝２７ａ）が大きな抵抗を示すため、燃料の噴射中に入口１２から制御ポート２０を通って燃料タンク１４へ逃げる高圧の燃料の量はきわめて僅かなものとなる。従って、燃料の噴射中に蓄圧配管２３の高圧の燃料の圧力が低下したり、高圧の燃料が無駄に漏れるという問題が解消する。
【００３６】
このようにして、コマンドピストン７の背圧室である制御ポート２０内の燃料の圧力が少しでも高くなれば、第２の絞り２７が実質的な絞り作用を失うので、燃料噴射弁１が燃料を噴射していない時は燃料が漏れ易くなり、機関の急減速時に電磁弁３０を短時間だけ開弁することによって蓄圧配管２３内の高圧の燃料の圧力を低下させる所謂「無噴射駆動」を効果的に行うことが可能になる。また、コマンドピストン７の上端面７ｃが電磁弁本体１５の下面１５ｄに密着している燃料の噴射時だけは、第２の絞り２７が形成されて燃料が漏れ難くなるという好都合な特性を有する燃料噴射弁１が、開弁と閉弁の二位置のみをとり得るに過ぎない、構造の簡単な二方弁である低価格の電磁弁３０の単なる開閉制御によって実現する。
【００３７】
図５に、第１実施例の燃料噴射弁１について、図５（Ｂ）に示すようなアクセル開度急変時（急減速時）における実噴射圧、即ち蓄圧配管２３内の高圧の燃料の圧力を低下させる場合の、減圧応答のタイムチャートを示す。本発明の特徴として、アクセル開度が０％の時でも、機関の電子式制御装置（ＥＣＵ）内では、図６に示したような指令噴射量対噴射圧のマップにおける指令噴射量が０の時の電磁弁開弁時間τ0 （この例では一律に３００μｓ）をとるように、電磁弁３０へ図５（Ｃ）に示すような駆動信号が出力される。
【００３８】
このように、アクセル開度が０の時でも、マップ上の電磁弁開弁時間τ0 の値を０としないで、燃料噴射弁１のコマンドピストン７が実際に上昇を開始しない程度の、即ちニードル５がリフトを開始しない程度のきわめて短い開弁時間をマップ上に設定しておけば、電子式制御装置内のプログラムを大幅に改造しなくても所謂「無噴射駆動」を容易に達成して、実噴射圧を低下させ、簡単な構造の二方弁式の制御弁を備えている燃料噴射弁においても、速やかな減圧応答を実現することができる。
【００３９】
因みに、燃料噴射弁１において無噴射駆動を行わない場合は、図５の（Ａ）において一点鎖線で示すように減圧応答が非常に悪く、ｔ2 以降の再加速時になっても指令噴射圧に追従しないため、騒音やエミッション、或いはドライバビリティの悪化を招くというように、機関の性能が低下することになる。なお、ポンプ圧力制御装置２５による高圧ポンプ２２の駆動制御も併せて行われる結果、蓄圧配管２３の燃料消費量は図５（Ｄ）に示されているように変化し、高圧ポンプ２２の燃料供給量は図５（Ｅ）に示されているように変化する。
【００４０】
また、実噴射圧の指令噴射圧に対する追従性を更に良くするためには、通常は機関の回転に同期して作動する制御用の電磁弁３０を、時間ｔ1 から実噴射圧が指令噴射圧に達するまでの間は非同期として、高い周波数できわめて速く複数回作動させて、無噴射駆動の効果を高めるとよい。この作動を多気筒機関の気筒毎に設けられた燃料噴射弁によって同時に行うことにより、この効果を更に顕著なものとすることができる。
【００４１】
図９及び図１０に本発明の第２実施例の要部を示す。これらの図面は先に説明した第１実施例の図２及び図４に対応するものであるから、実質的に同じ部分については同じ参照符号を使用することによって、重複する説明を省略している。第２実施例においても、第１の絞り２６は第１実施例のそれと同様にコマンドピストン７の縮径部７ａの外周のクリアランスによって形成する。第２実施例の特徴として、縮径部７ａには移動範囲がシリンダ３ａの拡径部３ｂ内にあるように横方向の貫通孔７ｄが穿孔されると共に、コマンドピストン７の上端面７ｃから貫通孔７ｄに達する小径の孔２７ｂを穿孔される。その結果、主として小径の孔２７ｂによる絞り作用と、追加的に貫通孔７ｄによる絞り作用とを有する、第２実施例における第２の絞り２７が構成される。
【００４２】
次に第２実施例の作動について説明する。図９に示す第２実施例の燃料噴射弁の噴射停止の状態においては、入口１２から供給される高圧の燃料は、比較的流路断面積の大きい第１の絞り２６と、流路断面積が小さくて第２の絞り２７を構成する小径の孔２７ｂ（及び貫通孔７ｄ）に分流して並列的に流れ得るので合計の流量が大きくなる。この状態は第１実施例における図２の状態に近く、第１の絞り２６と第２の絞り２７が並列になっているために流量は寧ろ多くなる。
【００４３】
図１０に示す第２実施例の燃料噴射弁の噴射中の状態では、コマンドピストン７の上端面７ｃが電磁弁本体１５の下面１５ｄに密着する位置まで上昇し、第１の絞り２６の流路が遮断される結果、小径の孔２７ｂによって絞られた第２の絞り２７の流路のみとなる。それによって、第１実施例の図４と同様な状態になって、噴射中に必要以上に蓄圧配管２３の高圧燃料が燃料タンク１４へ逃げることを防止するというように、第１実施例の場合と同様な効果を奏する。第１実施例と第２実施例を比較すると、第１実施例では第１の絞り２６と第２の絞り２７が直列に接続されるのに対して、第２実施例では第１の絞り２６と第２の絞り２７が並列に接続されるという相違があるが、概ね同様な効果が得られる。
【００４４】
図１１に本発明の第３実施例による燃料噴射弁１’を含む蓄圧式燃料噴射装置の全体構成を示す。図１に示す第１実施例と実質的に同じ部分については同じ参照符号を付して説明を省略する。外見的に同様なものであっても多少異なる点があるものについては同じ参照符号に「’」を付して、両者の間に僅差があることを示している。
【００４５】
第１実施例に対して第３実施例が異なる点は、燃料噴射弁１’に含まれる制御用の電磁弁３０’が、第１実施例における燃料噴射弁１の電磁弁３０と異なり、弁体１８’が中空になっていて、内部に縦方向の小さなシリンダ１８ｃが形成されていると共に、その下端から弁ニードル１８ｂの先端まで連通孔１８ｄが穿設されてコマンドピストン７の背圧室である制御ポート２０内に達していること、及び、シリンダ１８ｃ内に２〜３μｍのクリアランスで摺動自在にバランスロッド２８が挿入されて、その上端がソレノイド部１６の下面によって支持されていることである。なおバルブスプリング２１’は、第１実施例のバルブスプリング２１に比べて弱いものでよい。
【００４６】
第３実施例の特徴である燃料噴射弁１’、特に電磁弁３０’はこのような構造を有するから、制御ポート２０内の燃料の圧力が連通孔１８ｄを通ってシリンダ１８ｃ内に導入されて、バランスロッド２８を上方へ加圧するので、その反作用として弁体１８’が下方へ付勢される。この力は、制御ポート２０に作用する燃料の圧力に抗して弁体１８の弁ニードル１８ｂ’を押し下げるバルブスプリング２１’の付勢力と同じ方向に作用するから、その分だけバルブスプリング２１’の力が小さくて済むので、そのバルブスプリング２１’の付勢力に抗して円板部分１８ａを吸引するソレノイド部１６の力も小さくてよく、結果として制御用の電磁弁３０’を第１実施例の電磁弁３０よりも小型化することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、前述のような手段によって、従来は三方弁を使用していた燃料噴射弁の制御弁として構造が簡単な二方弁を使用することができるので、摺動部が少なくなって超高圧の燃料でも無駄にドレイン側へ漏れる量を抑えることができると共に、価格を低減させることができる。更に、第２の絞りを設けることによって三方弁に劣らない効果的な無噴射駆動が可能になるので、機関の急減速時等において蓄圧配管にある高圧の燃料の圧力を応答性良く低下させることができると共に、従来の二方弁を使用した燃料噴射弁の制御にみられるような制御応答性の低下を伴うことなく、燃料噴射量の制御を追従性良く行なうことが可能になる。また、バランスタイプの二方弁を使用すれば、燃料噴射弁全体を更に小型化することができる。本発明はまた、機関の騒音やエミッションを抑制し、その機関を搭載した車両のドライバビリティを向上させるという効果をも奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての蓄圧式燃料噴射装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１の要部の一つの作動状態を拡大して示す断面図である。
【図３】図２におけるIII −III 断面図である。
【図４】図１の要部の他の作動状態を拡大して示す断面図である。
【図５】実施例の燃料噴射弁に関し、急減速時において実噴射圧を低下させる場合の状況を示すタイムチャートである。
【図６】指令噴射量対噴射圧のマップの一例である。
【図７】従来の蓄圧式燃料噴射装置の全体構成を例示する断面図である。
【図８】二方弁を用いた従来の蓄圧式燃料噴射装置の断面図である。
【図９】第２実施例の要部の一つの作動状態を拡大して示す断面図である。
【図１０】第２実施例の要部の他の作動状態を拡大して示す断面図である。
【図１１】第３実施例としての蓄圧式燃料噴射装置の全体構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１’…燃料噴射弁
２…ノズル
３…燃料噴射弁の本体
５…ニードル
５ｂ…段部
６…ニードルスプリング
７…コマンドピストン
７ａ…縮径部
７ｃ…上端面
７ｄ…貫通孔
８…スプリングホルダ
９…噴口
１０…油溜まり
１１…高圧燃料通路
１２…高圧燃料の入口
１４…燃料タンク
１５…電磁弁本体
１５ａ…弁シリンダ
１５ｃ…ドレイン室
１５ｄ…下面
１６…ソレノイド部
１８，１８’…弁体
１８ｂ…弁ニードル
１８ｃ…シリンダ
１８ｄ…連通孔
１９…ドレインパイプ
２０…制御ポート（背圧室）
２１，２１’…バルブスプリング
２２…高圧ポンプ
２３…蓄圧配管（コモンレール）
２４…圧力センサ
２５…ポンプ圧力制御装置
２６…第１の絞り
２７…第２の絞り
２７ａ…十文字の溝（第１実施例）
２７ｂ…小径の孔（第２実施例）
２８…バランスロッド（第３実施例）
３０，３０’…二方弁（二方電磁弁）
３１…従来の燃料噴射弁
５０…接続ポート
５６…プレート弁
５７…オリフィス
６０…三方電磁弁（従来例）
６１…供給ポート
６２…排出ポート
７１…従来の燃料噴射弁
７５…ニードル
８０…油溜まり
８１，８２…高圧燃料通路
８８…弁体
８９…ドレイン通路
９３…蓄圧配管
９６…オリフィス
９７…ニードル背圧室
９８…二方電磁弁（従来例）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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