(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧燃料を蓄圧するコモンレールを有し、該コモンレールからの高圧燃料は、ニードルの開弁時に燃料噴射孔から噴射されるように、インジェクタ内の通路を介して油だまりに蓄圧され、且つ、上記コモンレールからの高圧燃料は、オリフィスを介してインジェクタ内の背圧室に導入されるようになっており、また、ソレノイドと、該ソレノイドによって吸引駆動されて上記背圧室とドレンとを連通・遮断する油圧制御弁とを有する蓄圧式燃料噴射装置において、
上記油圧制御弁のバルブボディと、該バルブボディ内に上下に摺動自在に収容されたバルブと、該バルブの着座部の下部に設けられた傘部とを有し、上記バルブが上記バルブボディ下部に形成したシート部を離座してリフトすると、上記バルブボディの下端内周のエッジと上記傘部の上端外周部との間の流路に絞り部が形成されることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項２】
上記バルブの最大リフト時、上記絞り部の流路面積は上記オリフィスの絞り面積と等しくなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄圧式燃料噴射装置に係り、特に、内燃機関に用いられる蓄圧式燃料噴射装置の噴射制御を行なうための油圧制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料噴射装置としては、例えば、実開昭５６−３１６５６号公報に示されているように、高圧燃料を圧力室とニードル弁の背圧室の両室に導びき、両室の圧力差を利用してニードル弁を開く燃料噴射装置が知られている。該燃料噴射装置の構成及び作動を図７に基づいて説明する。
【０００３】
噴射ノズル５０内のニードル弁５１の下端には、圧力室５２を形成すると共に上端に背圧室５３を形成し、さらに噴射ノズル５０は上方には、入口側室５５ａ、出口側室５５ｂおよび両室を連通するオリフィス５６が形成された制御室５５を設け、この制御室５５の入口側室５５ａを高圧燃料の導入路５７に連通させる一方、出口側室５５ｂをリリーフ用のフラッパノズル５５ｃに連通させ、フラッパノズル５５ｃを電磁弁５８にて開閉することで制御室５５内の圧力を調節し、さらにこの制御室５５内の入口側室５５ａと出口側室５５ｂそれぞれの燃料を通路６０，６１を介して噴射ノズル５０の圧力室５２と背圧室５３とに導びいている。
【０００４】
次に、従来の上記燃料噴射装置の作動を簡単に説明する。
まず、電磁弁５８に通電してノズルフラッパ６２を開くと、図示しない燃料供給源より送られた高圧燃料は、管路５７、入口５５ｄより入口側室５５ａに供給され、一部は通路６０を経て圧力室５２に達する。残部は固定オリフィス５６、出口側室５５ｂ、フラッパノズル５５ｃを経てドレンへと排出される。このとき発生する圧力室５２と背圧室５３との圧力差によりニードル弁５１は上方に移動し、高圧燃料は噴射口６３から噴射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃料噴射装置は、電磁弁５８のノズルフラッパ６２が開き、背圧室５３の圧力が低下してニードル弁５１がリフトし、高圧燃料が噴射口６３から噴射している間は、高圧源からの高圧燃料がオリフィス５６を介してドレンへと連通している。従って、噴射時間が長くなればなる程、また、噴射圧力が高くなればなる程、ドレンへの流出量が増加し、高圧ポンプの負荷が大きくなってしまう。また、最悪の場合には、圧送不良により、燃料供給源からの高圧燃料の昇圧不良を惹起してしまうという問題を有していた。
【０００６】
本発明は、従来技術の有する叙上の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料噴射中における高圧燃料源からのドレン流出量を大幅に抑制することを可能とした蓄圧式燃料噴射装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、高圧燃料を蓄圧するコモンレールを有し、該コモンレールからの高圧燃料は、ニードルの開弁時に燃料噴射孔から噴射されるように、インジェクタ内の通路を介して油だまりに蓄圧され、且つ、上記コモンレールからの高圧燃料は、オリフィスを介してインジェクタ内の背圧室に導入されるようになっており、また、ソレノイドと、該ソレノイドによって吸引駆動されて上記背圧室とドレンとを連通・遮断する油圧制御弁とを有する蓄圧式燃料噴射装置において、上記油圧制御弁のバルブボディと、該バルブボディ内に上下に摺動自在に収容されたバルブと、該バルブの着座部の下部に設けられた傘部とを有し、上記バルブが上記バルブボディ下部に形成したシート部を離座してリフトすると、上記バルブボディの下端内周のエッジと上記傘部の上端外周部との間の流路に絞り部が形成されることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明は、上記バルブの最大リフト時、上記絞り部の流路面積は上記オリフィスの絞り面積と等しくなるように形成されている。
【０００９】
次に、本発明の作用について述べることとする。
今、ソレノイドに通電を開始すると、油圧制御弁が開弁しインジェクタ内の背圧室とドレンとが連通する。すると、背圧室の圧力が低下するため今まで閉鎖されていた燃料噴射孔が開放され、油だまり及び燃料噴射孔近傍の高圧燃料は上記燃料噴射孔から一気に噴出して噴射を開始する。このとき、油圧制御弁のバルブボディ内に収容されたバルブはリフトしバルブボディの下端内周のエッジと傘部の上端外周部との間の流路に絞り部が形成され、該絞り部の流路面積と上記オリフィスの絞り面積が等しくなった上記バルブの最大リフト時に該バルブは停止し、絞り部の流路面積は一定に保持される。従って、噴射時間が長くなっても高圧燃料源からのドレンへの燃料の流出を大幅に抑制することができる。
次に、ソレノイドへの通電を停止すると、油圧制御弁が閉鎖を開始し、これまで最大リフト位置を保持していたバルブは瞬間的に下動して絞り部が解除され、バルブボディとバルブとにより形成される流路面積がオリフィスの絞り面積よりも大きくなるため、これまで一定圧を保持していた背圧室の圧力は瞬時低下するが、その後、油圧制御弁が閉鎖されるため背圧室の圧力は上昇し、ニードルは下降して燃料噴射孔を閉鎖する。このように、背圧室内の圧力は、ソレノイドへの通電の停止時、瞬間的に低下するとはいえバルブの最大リフト位置での圧力から若干低下した圧力を保持しているので昇圧が速くなり、ソレノイドの通電停止から実際にニードルが閉弁するまでの時間を大幅に短縮することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１から図３に基づいて説明する。図１は本発明の蓄圧式燃料噴射装置を示すシステム構成図である。タンク１から燃料圧送ポンプ２により圧送された高圧燃料はコモンレール３に蓄圧される。この高圧燃料はインジェクタ５のインレット６に導入され、一方は該インジェクタ５の通路７を通って油だまり８に至り燃料噴射孔１０に臨んでいる。上記高圧燃料のもう一方はオリフィス１１を介して背圧室１２へと導入されている。背圧室１２の下部にはインジェクタボディ１３内に上下に摺動自在に収容されたコマンドピストン１５が配設されており、該コマンドピストン１５はスプリングホルダ１６を介してニードル１７の上端と接している。該ニードル１７はコマンドピストン１５とスプリングホルダ１６との間に介設されたスプリング１８の力、及びコマンドピストン１２上方の背圧室１２内の燃料圧により、着座方向に付勢されており、通常はノズル２０下部に設けられた燃料噴射孔１０を閉鎖している。また、上記背圧室１２はソレノイド２１により開閉制御される油圧制御弁（以下、「２方弁」と称する）２２の制御ポート２３へ連通している。そして、通常は、ソレノイド２１に通電されないため２方弁２２により制御ポート２３とドレン２４とは遮断されている。
【００１１】
次に、図１に示した蓄圧式燃料噴射装置の作動について説明する。
今、ソレノイド２１に通電を開始すると、２方弁２２が開弁して制御ポート２３とドレン２４とが連通する。すると、背圧室１２の圧力が低下してコマンドピストン１５が上昇し、スプリングホルダ１６もスプリング１８のバネ力に抗して上昇するため、ノズル２０の下部に着座していたニードル１７が離座して上昇する。そして、今まで閉鎖されていた燃料噴射孔１０は開放されるため、油だまり８及び噴射孔１０近傍の高圧燃料は該燃料噴射孔１０から一気に噴出して噴射を開始する。次に、噴射を停止するために、ソレノイド２１への通電を停止すると、２方弁２２は閉弁するため制御ポート２３とドレン２４とは遮断される。すると、オリフィス１１を介してコモンレール３より高圧燃料が背圧室１２へと補充されて該背圧室１２内の圧力は上昇するため、コマンドピストン１５は下降し、ニードル１７もスプリングホルダ１６を介して下降しノズル２０の下部に着座する。従って、燃料噴射孔１０は閉鎖されて噴射は終了する。
【００１２】
次に、本発明の蓄圧式燃料噴射装置における２方弁をさらに詳細に説明することとする。図２は２方弁のシート部近傍を説明するための一部欠截拡大説明図である。図において、２方弁２２のバルブボディ２５内にはバルブ２６が上下摺動自在に収容されており、通常は、バルブボディ２５下部に形成されたシート部２７にバルブ２６が着座しているため、制御ポート２３とドレン２４とは遮断されている。また、バルブ２６には着座部２８の下部に傘部３０が形成されており、図３に示すように、バルブ２６がリフト（上昇）したとき、該傘部３０の上端外周部３１とバルブボディ２５の下端内周のエッジ３２との間で絞り部３３が形成されるようになっている。
【００１３】
図４は、バルブ２６のリフト量と制御ポート２３からドレン２４への燃料の流出量との関係、即ちバルブリフトに対するバルブボディ２５とバルブ２６とにより形成される流路面積との関係を表わす特性図を示したものである。図において、バルブ２６がシート部２７から離座してリフトすると流量面積は直線的に増加する。そして、バルブ２６がさらにリフトし、傘部３０の上端外周部３１とバルブボディ２５の下端内周のエッジ３２との間で形成される絞り部３３により流路が絞られてくると流路面積は逆に減少し、絞り部３３の流路面積がオリフィス１１の絞り面積に等しくなった時点でバルブ２６は停止し（最大リフト）、以後、絞り部３３の流路面積は一定に保持される。
【００１４】
図５は、ニードル１７に作用する力の関係を求めるために示したインジェクタの概略説明図である。図において、背圧室１２の圧力をＰｂ、コマンドピストン１５の径をφｄｃ、スプリング１８の力をＦ、ニードル１７のガイド径をφｄｇ、シート径をφｄｓ、油だまり８の圧力をＰｆとすると、
ニードル１７に作用する力は、
上向きにπ／４×（ｄｇ２  −ｄｓ２  ）×Ｐｆ＝Ｆｕｐ
下向きにＦ＋π／４×ｄｃ２  ×Ｐｂ＝Ｆｄｏｗｎ
となる。
例えば、ｄｇ＝４ｍｍ、ｄｓ＝２．２５ｍｍ、Ｐｆ＝１２００  ｋｇｆ／ｃｍ２  、Ｆ＝１０．３ｋｇｆ  、ｄｃ＝５ｍｍのとき、上向きの力Ｆｕｐと下向きの力Ｆｄｏｗｎが釣合うための背圧室１２の圧力Ｐｂは、Ｆｕｐ＝ＦｄｏｗｎとするとＰｂ＝４７２．６  ｋｇｆ／ｃｍ２  となる。即ち、２方弁２２が開弁し、背圧室１２の圧力が４７２．６  ｋｇｆ／ｃｍ２  （＝Ｐｏとする）以下に低下すれば、ニードル１７はノズル２０を離座して開弁し燃料噴射孔１０を開くのである。
【００１５】
図６はソレノイドの開閉時間と背圧室の圧力との関係を説明するための背圧室圧力−時間特性図である。図において、２方弁２２が開弁すると背圧室１２の圧力は１２００  ｋｇｆ／ｃｍ２  から低下していきＰｏ＝４７２．６  ｋｇｆ／ｃｍ２  まで低下する。このときコマンドピストン１５が瞬間的に上動するため背圧室１２の圧力は瞬時上昇し、その後Ｐｏ以下に低下するとニードル１７はノズル２０を離座して上動し燃料噴射孔１０を開く。但し、２方弁２２がオリフィス１１の絞り面積よりも大きな流路面積にて開弁していると、背圧室１２の圧力は更に低下し、図７の実線で示すように大気圧の圧力まで低下してしまう。しかしながら、本発明における２方弁のバルブ２６においては、図４において示したように、当初は、バルブボディ２５とバルブ２６とにより形成される流路面積をオリフィス１１の絞り面積よりも大きくなるようにして背圧室１２内の圧力をニードル１７の開弁圧Ｐｏ以下まで低下させた後は、更にバルブ２６をリフト（上昇）させ、絞り部３３の流路面積がオリフィス１１の絞り面積に等しくなるまで流路面積を減少させ、その等しくなった位置にてバルブ２６を停止させて（最大リフト）、絞り部３３の流路面積を一定に保持させている。このようにすることにより、噴射時間が長くなっても制御ポート２３からドレン２４への燃料の流出が大幅に抑制されるため、背圧室１２内の圧力は、図６に破線で示されるように、低下することなく一定に保持される。
【００１６】
次に、ソレノイドの閉弁信号により２方弁２２が閉鎖し始めてからニードル１７が閉弁するのに必要な背圧室１２の圧力Ｐｃは下の式で求めることができる。即ち、
Ｐｃ＝（π／４×ｄｇ２×Ｐｆ−Ｆ）÷（π／４×ｄｃ２）
この式に前述した各数値を代入すると、
Ｐｃ＝７１５．３  ｋｇｆ／ｃｍ２  となる。
即ち、図６において、ソレノイド２１の閉弁信号により２方弁２２が閉鎖を開始すると、これまで最大リフト位置を保持していたバルブ２６は瞬間的に下動して絞り部３３が解除され、バルブボディ２５とバルブ２６とにより形成される流路面積がオリフィス１１の絞り面積よりも大きくなるため、これまで一定圧を保持していた背圧室１２の圧力は瞬時低下するが、その後、２方弁２２が閉鎖されるため背圧室１２内の圧力はＰｃ＝７１５．３  ｋｇｆ／ｃｍ２  まで上昇し、ニードル１７はノズル２０の下部に着座して燃料噴射孔１０を閉鎖する。
【００１７】
このように、本発明においては、ソレノイドに通電されて２方弁が閉鎖するとき、背圧室１２内の圧力は、従来のように大気圧近辺まで低下しておらず、バルブ２６の最大リフト位置での圧力から若干低下した圧力を確保しているので、昇圧が速くなり、ソレノイド２１の通電停止から実際にニードル１７が閉弁するまでの時間を従来に比べて大幅に短縮することができる。
また、従来、燃料噴射期間中、即ち、２方弁の開弁中、オリフィスからドレンへと大量の燃料が流出し、背圧室の圧力は大気圧近辺まで低下していたため、従来の蓄圧式燃料噴射装置においては、大容量の燃料圧送ポンプを使用してコモンレールの圧力低下が生じないようにしていたが、本発明においては、燃料噴射期間中に、オリフィス１１から背圧室１２への燃料の流出量と、背圧室１２からバルブ２６を介してのドレン２４への燃料の流出量とを略等しくすることができるため、背圧室１２の圧力低下を抑制することができ、制御ポート２３からドレン２４への燃料の全体流出量をも大幅に低減することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、ソレノイドに通電され、２方弁が開弁して背圧室とドレンとが連通して燃料噴射孔から噴射が開始されると、２方弁のバルブボディ内に収容されたバルブはリフトし、バルブボディの下端内周のエッジと傘部の上端外周部との間の流路に絞り部が形成され、該絞り部の流路面積とオリフィスの絞り面積とが等しくなったとき上記バルブは停止し、絞り部の流路面積は一定に保持されるので、噴射時間が長くなっても高圧燃料源からのドレンへの燃料の流出を大幅に抑制することができるばかりでなく背圧室の圧力を一定に保持することができる。
また、ソレノイドへの通電を停止し、２方弁が閉鎖を開始すると、背圧室の圧力は瞬間的に低下するとはいえバルブの最大リフト位置での圧力から若干低下した圧力を保持しているので昇圧が速くなり、ソレノイドの通電停止から実際にニードルが閉弁するまでの時間を従来に比べて大幅に短縮することができる。
さらに、ドレンからの燃料を大幅に抑制することができるので従来のような大容量の燃料圧送ポンプを必要とせず、装置全体を安価、小型にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄圧式燃料噴射装置を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の蓄圧式燃料噴射装置に適用される２方弁のシート部近傍を説明するための一部欠截拡大説明図である。
【図３】図２の２方弁の作動時、絞り部が形成された状態の一部欠截拡大説明図である。
【図４】２方弁のバルブリフトと流路面積との関係を表わす特性図である。
【図５】ニードルに作用する力の関係を求めるために示したインジェクタの概略説明図である。
【図６】ソレノイドの開閉時間と背圧室の圧力との関係を説明するための背圧室圧力−時間特性図である。
【図７】従来の燃料噴射装置を示す断面である。
【符号の説明】
３…コモンレール
５…インジェクタ
７…通路
８…油だまり
１０…燃料噴射孔
１１…オリフィス
１２…背圧室
１７…ニードル
２１…ソレノイド
２２…２方弁
２３…制御ポート
２４…ドレン
２５…（２方弁の）バルブボディ
２６…（２方弁の）バルブ
２７…シート部
２８…着座部
３０…傘部
３１…（傘部の）上端外周部
３２…（バルブボディの）下端内周のエッジ
３３…絞り部
【図１】
0003606648.tif 000002
【図２】
0003606648.tif 000003
【図３】
0003606648.tif 000004
【図４】
0003606648.tif 000005
【図５】
0003606648.tif 000006
【図６】
0003606648.tif 000007
【図７】
0003606648.tif 000008