(57)【要約】【課題】内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁において、爆発行程時の気筒内圧力が作用しても弁体が開弁しないようにすると共に、ダンパを使用することなく、弁体の閉弁バウンスを抑制可能とする。【解決手段】軸線方向に移動して、シート部１ｂに当接する閉弁時に燃料噴射を停止し、前記シート部から離間する開弁時に燃料噴射を実施する弁体２と、弁体を閉弁方向に付勢するバネ４と、バネの弁体を閉弁方向に付勢するバネ力を可変とする可変機構３とを具備し、膨張行程時の気筒内の最高圧力が設定圧力より低い時には最高圧力が設定圧力以上の時に比較してバネ力を可変機構によって低下させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁であって、軸線方向に移動して、シート部に当接する閉弁時に燃料噴射を停止し、前記シート部から離間する開弁時に燃料噴射を実施する弁体と、前記弁体を閉弁方向に付勢するバネと、前記バネの前記弁体を閉弁方向に付勢するバネ力を可変とする可変機構とを具備し、膨張行程時の気筒内の最高圧力が設定圧力より低い時には前記最高圧力が前記設定圧力以上の時に比較して前記バネ力を前記可変機構によって低下させることを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火内燃機関においては、気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁が必要とされる。このような燃料噴射弁において、閉弁中の弁体は、爆発行程時の気筒内の高圧が作用しても閉弁を維持しなければならない。それにより、弁体を閉弁方向に付勢するバネ力を大きくすることが要求される。
【０００３】
しかしながら、弁体を閉弁方向に付勢するバネ力を大きくすると、開弁中の弁体を閉弁させる際に、弁体に作用する大きなバネ力によって、弁体がシート部に激しく衝突するためにシート部から跳ね返る閉弁バウンスが発生することがある。
【０００４】
このような閉弁バウンスを抑制するために、可変粘性流体が充填されたダンパを弁体に接続し、ダンパ内の流体の粘性を増加させることにより弁体の閉弁速度を低下させることが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４４７３３
【特許文献２】特開平１０−５０６１６４
【特許文献３】特開平９−０４２０３４
【特許文献４】特開平１０−０５４３２３
【特許文献５】特開平１０−１２２０８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述のようにダンパによって弁体の閉弁速度を遅くすると、ダンパによって弁体の開弁速度も遅くなり、弁体の開弁途中及び閉弁途中において燃料噴射弁から噴射される燃料量が増大するために、燃料噴射弁の最少噴射量が多くなってしまう。
【０００７】
従って、本発明の目的は、内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁において、爆発行程時の気筒内圧力が作用しても弁体が開弁しないようにすると共に、ダンパを使用することなく、弁体の閉弁バウンスを抑制可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による請求項１に記載の燃料噴射弁は、内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁であって、軸線方向に移動して、シート部に当接する閉弁時に燃料噴射を停止し、前記シート部から離間する開弁時に燃料噴射を実施する弁体と、前記弁体を閉弁方向に付勢するバネと、前記バネの前記弁体を閉弁方向に付勢するバネ力を可変とする可変機構とを具備し、膨張行程時の気筒内の最高圧力が設定圧力より低い時には前記最高圧力が前記設定圧力以上の時に比較して前記バネ力を前記可変機構によって低下させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による請求項１に記載の燃料噴射弁によれば、弁体を閉弁方向に付勢するバネ力を可変とする可変機構を具備し、膨張行程時の気筒内の最高圧力が設定圧力より低いために弁体を閉弁方向に付勢するバネ力を低下させても弁体が開弁しない時には、可変機構によってバネ力を低下させるようになっており、この時には、膨張行程時に弁体が開弁することはなく、また、弁体を閉弁させる際に弁体には大きなバネ力は作用せず、ダンパを使用することなく閉弁バウンスを十分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による燃料噴射弁を示す概略断面図である。
【図２】図１の燃料噴射弁においてバネ力を低下させた時の制御室近傍の概略断面図である。
【図３】バネ力を制御するためにマップである。
【図４】燃料噴射弁の噴射率変化を示すタイムチャートである。
【図５】燃料噴射弁の最少噴射量の噴射率変化を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明による燃料噴射弁を示す概略断面図である。本燃料噴射弁は、例えば、ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射するために、各気筒共通の蓄圧室において加圧された高圧燃料を噴射するものである。
【００１２】
図１において、１は燃料噴射弁本体であり、燃料噴射弁本体１には軸線方向に延在する高圧燃料通路１ａが形成されている。高圧燃料通路１ａの先端側にはシート部１ｂを境界として燃料溜１ｃが接続され、燃料溜１ｃには気筒内に連通する噴孔１ｄが接続されている。高圧燃料通路１ａ内は供給通路１ｅを介して常に高圧燃料が供給されている。
【００１３】
２は高圧燃料通路１ａ内を軸線方向に移動可能な弁体であり、弁体２は、例えば、円柱状の本体２ａと円錐形状の先端部２ｂとを有している。弁体２の先端部２ｂが高圧燃料通路１ａのシート部１ｂに当接することにより弁体２は閉弁し、高圧燃料通路１ａと燃料溜１ｃとの間の連通は遮断され、噴孔１ｄからの燃料噴射は停止される。一方、弁体２の先端部２ｂが高圧燃料通路１ａのシート部１ｂから離間することにより弁体２は開弁し、高圧燃料通路１ａと燃料溜１ｃとが連通して高圧燃料通路１ａ内の高圧燃料が噴孔１ｄから気筒内へ噴射される。
【００１４】
弁体２の軸線方向の移動に際して、弁体２の円柱状本体２ａは制御室１ｆ内を摺動する。制御室１ｆの弁体２とは反対側の端部にはピエゾ素子のような自身長さを制御可能な伸縮部材３が配置されており、伸縮部材３と弁体２の基端面２ｃとの間には弁体２を閉弁方向に付勢するバネ４が配置されている。
【００１５】
図１に示す弁体２の閉弁状態において、制御室１ｆには、供給及び排出通路１ｇを介して高圧燃料通路１ａと同圧の高圧燃料が供給されている。供給及び排出通路１ｇを介して制御室１ｆ内の燃料圧力を例えば大気圧に低下させると、弁体２の基端面２ｃに作用する制御室１ｆ内の閉弁方向の燃料圧力が低下するために、先端部２ｂの一部（シート部１ｂより外側の部分）に作用する高圧燃料通路１ａ内の高圧燃料の開弁方向の燃料圧力によって弁体２は閉弁方向に作用するバネ４のバネ力に打ち勝って開弁する。一方、供給及び排出通路１ｇを介して制御室１ｆ内の燃料圧力を高圧とすれば、弁体２の基端面２ｃに作用する制御室１ｆ内の燃料圧力により発生する閉弁方向の押圧力と、先端部２ｂに作用する高圧燃料通路１ａ内の燃料圧力により発生する開弁方向の押圧力とが同じ受圧面積のために等しくなって相殺され、弁体２は閉弁方向に作用するバネ４のバネ力により閉弁する。
【００１６】
図１に示すように、弁体２が完全に閉弁すれば、高圧燃料通路１ａの高圧燃料が作用する弁体２の開弁方向の受圧面積は、制御室１ｆの高圧燃料が作用する弁体２の閉弁方向の受圧面積よりシート部１ｂの内側の面積Ｓ（すなわち、燃料溜１ｃの断面積）だけ小さくなり、一方、このシート部１ｂの内側の受圧面積Ｓには、噴孔１ｄを介して気筒内の圧力が開弁方向に作用することとなる。
【００１７】
こうして、気筒内の圧力が高圧燃料圧力より低い時には、バネ４のバネ力が無くても弁体２が開弁することはないが、膨張行程となって気筒内の圧力が高まった時にも弁体２の閉弁を維持しなければならず、閉弁時において弁体２に作用するバネ４のバネ力Ｆは次式（１）のように定めなければならない。
Ｆ＋Ｓ・Ｐｆ＞Ｓ・Ｐｃ            ・・・（１）
ここで、Ｐｆは高圧燃料の圧力であり、Ｐｃは膨張行程の気筒内の最高圧力である。
【００１８】
膨張行程の気筒内の最高圧力Ｐｃは機関運転状態により変化し、燃料噴射量が多いほど高くなる。それにより、バネ４のバネ力Ｆは、高回転高負荷時の膨張行程の気筒内の最高圧力Ｐｃｍａｘに対しても上式（１）が成り立つように、非常に大きく設定しなければならない。
【００１９】
弁体２の開弁時において、弁体２のリフト量（閉弁時を０とする軸線方向の移動量である）は、弁体２の基端面２ｃが制御室１ｆ内のストッパ１ｈ（図１参照）に当接するまで大きくなり、図４に示すように、弁体２のリフト量が大きくなるほど高圧燃料通路１ａ内の高圧燃料が燃料溜１ｃへ流入し易くなるために噴射率は高くなる。弁体２の閉弁時においては、弁体２のリフト量は、弁体２の先端部２ｂがシート部１ｂに当接するまで小さくなる。
【００２０】
バネ４のバネ力Ｆが大きくされていると、弁体２の開弁時には図４に点線で示すように、弁体２の基端面２ｃがストッパ１ｈに衝突した際に、弁体を押し戻して噴射率を低下させることがあり、また、弁体２の閉弁時には図４に点線で示すように、弁体２の先端部２ｂがシート部１ｂに衝突した際に弁体２がシート部１ｂから跳ね返る閉弁バウンスが発生して、燃料が再び噴射されることがある。
【００２１】
このような閉弁バウンスを抑制するために、弁体の閉弁速度をダンパにより遅くすることが考えられるが、それにより、閉弁速度だけでなく開弁速度も遅くなると、図５に実線で示す最少噴射量の噴射率変化は、点線で示すような噴射率変化となって、最少噴射量が増大してしまう。
【００２２】
本実施形態の燃料噴射弁は、伸縮部材３を有しており、図３に示すマップにおいて、高回転又は高負荷の領域Ａでは、膨張行程時の気筒内の最高圧力Ｐｃが設定圧力以上となるために、伸縮部材３を図１に示すように伸張させ、閉弁時のバネ４の長さをＬ１として、閉弁時において弁体２に作用するバネ力Ｆを大きくして弁体２が膨張行程において開弁しないようにしている。
【００２３】
しかしながら、図３に示すマップにおいて、低回転低負荷の領域Ｂでは、膨張行程時の気筒内の最高圧力Ｐｃが設定圧力より低くなるために、伸縮部材３を図２に示すように収縮させ、閉弁時のバネ４の長さをＬ１より長いＬ２として、閉弁時において弁体２に作用するバネ力Ｆを小さくしているが、弁体２を膨張行程において開弁しないようにすることができる。こうして、伸縮部材３は、弁体２を閉弁方向に付勢するバネ力を可変とする可変機構として機能する。
【００２４】
それにより、領域Ａにおいて、バネ力Ｆは大きくされているために、図４に点線で示すように、開弁時の弁体２の押し戻しによる噴射率の低下及び閉弁時の弁体２の閉弁バウンスによる燃料噴射が発生することがある。しかしながら、領域Ｂにおいては、バネ力Ｆは小さくされているために、図４に実線で示すように、開弁時の弁体２の押し戻しによる噴射率の低下を抑制することができると共に、閉弁時の弁体２の閉弁バウンスによる燃料噴射も抑制することができる。
【００２５】
本実施形態においては、バネ４のバネ力の大きさを二段階に切り換えるようにしたが、これは本発明を限定するものではなく、膨張行程の気筒内の各最高圧力に基づき弁体２が開弁しないことを前提として可能な限りバネ力を小さくするように、任意の多段階に切り換えるようにしても、また、無段階に変化させるようにしても良い。
【符号の説明】
【００２６】
１    燃料噴射弁本体
２    弁体
３    伸縮部材
４    バネ
【図１】
2011196307.tif 000003
【図２】
2011196307.tif 000004
【図３】
2011196307.tif 000005
【図４】
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【図５】
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