(57)【要約】【課題】燃料噴射圧力を低く設定可能な筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置を提供する。【解決手段】噴孔を開閉するための弁体６と、弁体を開弁させるための開弁用アクチュエータ１０と、弁体を閉弁方向に付勢する閉弁用弾性付勢手段９と、閉弁用弾性付勢手段による第一閉弁付勢力に加えて弁体を閉弁方向に付勢する第二閉弁付勢力を発生可能な第二閉弁付勢力発生手段１１とを具備し、第二閉弁付勢力発生手段は、気筒内での燃焼開始時以降において第二閉弁付勢力を発生している。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔を開閉するための弁体と、前記弁体を開弁させるための開弁用アクチュエータと、前記弁体を閉弁方向に付勢する閉弁用弾性付勢手段と、前記閉弁用弾性付勢手段による第一閉弁付勢力に加えて前記弁体を閉弁方向に付勢する第二閉弁付勢力を発生可能な第二閉弁付勢力発生手段とを具備し、前記第二閉弁付勢力発生手段は、気筒内での燃焼開始時以降において前記第二閉弁付勢力を発生していることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記第二閉弁付勢力発生手段は、圧縮行程での燃料噴射終了時以降において前記第二閉弁付勢力を発生していることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記第二閉弁付勢力発生手段は、吸気弁の閉弁時において前記第二閉弁付勢力の発生を開始し、前記開弁用アクチュエータにより前記弁体へ開弁方向の開弁付勢力が作用している間は、前記第閉弁二付勢力の発生を中止することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記第二閉弁付勢力発生手段は、排気弁の開弁時に前記二閉弁付勢力の発生を停止することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記第二閉弁付勢力発生手段は、燃料噴射量が設定量より少ない時又はフューエルカット時には、前記第二閉弁付勢力の発生を開始しないことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な燃料噴射弁において、燃料噴射を開始する時には開弁アクチュエータによって弁体を開弁させ、燃料噴射を停止する時には閉弁用バネによって弁体を閉弁させる。燃料噴射弁により噴射される燃料が、例えば、１２ＭＰａ程度の高圧であれば、この高圧を閉弁用バネの付勢力に加えて弁体の閉弁維持に有効に利用することができる。しかしながら、このような高圧燃料を噴射するためには、燃料を加圧するための大型の高圧ポンプが必要となり、筒内噴射式内燃機関においても噴射燃料圧力を、例えば、２ＭＰａ程度に低下させることが望まれている。
【０００３】
噴射燃料圧力をこのように低く設定すると、弁体の閉弁維持に燃料圧力を有効に利用することができず、弁体の閉弁維持は主に閉弁用バネによる弾性的な付勢力だけに依存することとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
それにより、筒内噴射式内燃機関において、このように噴射燃料圧力を低く設定しようとすると、爆発行程における非常に高圧の燃焼ガスが燃料噴射弁の弁体に直接的に作用するために、閉弁用バネの付勢力を高めて燃焼ガスの燃料噴射弁への流入を防止しなければならない。しかしながら、閉弁用バネの付勢力を高めると、開弁アクチュエータによって弁体を開弁させる際に、大きな開弁付勢力を発生させなければならず、開弁アクチュエータが大型化したり、又は、開弁アクチュエータの構造を複雑化させることとなる。こうして、実際的には閉弁用バネの付勢力を高めることは難しく、筒内噴射式内燃機関において、通常では噴射燃料圧力を低く設定することはできない。
【０００５】
従って、本発明の目的は、燃料噴射圧力を低く設定可能な筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置は、噴孔を開閉するための弁体と、前記弁体を開弁させるための開弁用アクチュエータと、前記弁体を閉弁方向に付勢する閉弁用弾性付勢手段と、前記閉弁用弾性付勢手段による第一閉弁付勢力に加えて前記弁体を閉弁方向に付勢する第二閉弁付勢力を発生可能な第二閉弁付勢力発生手段とを具備し、前記第二閉弁付勢力発生手段は、気筒内での燃焼開始時以降において前記第二閉弁付勢力を発生していることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明による請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置は、請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置において、前記第二閉弁付勢力発生手段は、圧縮行程での燃料噴射終了時以降において前記第二閉弁付勢力を発生していることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項３に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置は、請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置において、前記第二閉弁付勢力発生手段は、吸気弁の閉弁時において前記第二閉弁付勢力の発生を開始し、前記開弁用アクチュエータにより前記弁体へ開弁方向の開弁付勢力が作用している間は、前記第閉弁二付勢力の発生を中止することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項４に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置において、前記第二閉弁付勢力発生手段は、排気弁の開弁時に前記二閉弁付勢力の発生を停止することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項５に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置において、前記第二閉弁付勢力発生手段は、燃料噴射量が設定量より少ない時又はフューエルカット時には、前記第二閉弁付勢力の発生を開始しないことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置を示す断面図である。本燃料噴射装置は、内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射するために、蓄圧室（図示せず）で加圧された燃料を噴射するものである。蓄圧室内において、燃料は、例えば、２ＭＰａ程度の比較的低い圧力にしか加圧されず、それにより、加圧ポンプは、機関始動時のクランキング中でも高い吐出効率を有する電気駆動式とすることができ、また、機関駆動式としてもポンプを小型化することができる。こうして、本燃料噴射装置は、この低い圧力で気筒内へ燃料を噴射することとなる。筒内噴射式内燃機関は、成層燃焼及び均質燃焼の少なくとも一方を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関でも良く、また、ディーゼルエンジンでも良い。
【００１２】
以下、本燃料噴射弁の構成を説明する。１は噴孔１ａを有する本体先端部であり、噴孔１ａの反対側において本体中央部を構成する管部材２が取り付けられている。また、管部材２の本体先端部１とは反対側には、本体基端部３が取り付けられている。
【００１３】
こうして、本体先端部１の内部空間と、管部材２の内部空間と、本体基端部の内部空間とは、互いに連通される。特に、管部材２は、鉄等の磁性材料によって形成されており、その内部空間には、やはり磁性材料から形成された開弁用コア４及び閉弁用コア５が軸線方向に離間して固定されている。閉弁用コア５は、開弁用コア４より噴孔１ａ側に位置している。これら二つのコア４，５の間には、これらの間の設定寸法より小さな幅を有して筒状の可動部材６が管部材２内を摺動可能に配置されている。
【００１４】
可動部材６は、閉弁用コア５の内部空間を通り延在する弁部材７が取り付けられて弁体を構成し、この弁部材７の先端によって本体先端部１の噴孔１ａが閉鎖可能とされている。また、開弁用コア４の内部空間には、筒状の押さえ部材８が配置されており、この押さえ部材８によって支持されたスプリング９により、弁体は閉弁方向に弾性的に付勢されている。弁部材７は、可動部材６内に位置する部分において中空とされており、可動部材６外に位置する部分において中空とされた内部空間を外部と連通する穴が形成されている。こうして、管部材２内には、前述した複数の部材が配置されているが、本体先端部１の内部空間と、管部材２の内部空間と、本体基端部の内部空間とは、十分に連通が維持され、燃料通路を構成するようになっている。
【００１５】
管部材２の外側において、開弁用コア４の回りには開弁用ソレノイド１０が配置され、また、閉弁用コア５の回りには閉弁用ソレノイド１１が配置されている。開弁用ソレノイド１０を径方向及び軸線方向に取り囲むケース１２が、管部材２に取り付けられており、また、閉弁用ソレノイド１１は、本体先端部１の延長部分によって径方向及び軸線方向に取り囲まれている。ケース１２及び本体先端部１の閉弁ソレノイド１１近傍は、それぞれ磁性材料から比較的厚肉に形成されている。
【００１６】
管部材２内に配置された可動部材６も磁性材料から形成されており、可動部材６の外面には凹部６ａが形成されている。こうして、可動部材６は、凹部６ａより区画された開弁用ソレノイド１０側に位置するドーナツ状の第一部分６ｂと、凹部６ａより閉弁用ソレノイド１１側に位置するドーナツ状の第二部分６ｃとを有している。
【００１７】
このように構成された燃料噴射装置において、開弁用ソレノイド１０の回りに位置して磁性材料から形成された開弁用コア４、ケース１２、及び可動部材６の第一部分６ｂは、開弁用ソレノイド１０への通電により磁束が発生する第一磁気回路を構成する。また、閉弁用ソレノイド１１の回りに位置して磁性材料から形成された閉弁用コア５、本体先端部１の延長部分、及び可動部材６の第二部分６ｃは、閉弁用ソレノイド１１への通電により磁束が発生する第二磁気回路を構成する。このような第一磁気回路及び第二磁気回路を確実に構成するために、磁性材料から形成された管部材２自身とケース１２又は本体先端部１の延長部分とだけによって磁気回路が構成されないように、管部材２には非磁性部分２ａ，２ｂが設けられている。非磁性部分２ａ，２ｂは、管部材２の一部を非磁性化して形成しても良いし、また、管部材２の一部を非磁性材料によって置換して形成しても良い。１３は本燃料噴射弁を蓄圧室又は蓄圧室への配管へ接続する際のシール部として機能するＯリングである。
【００１８】
開弁用ソレノイド１０及び閉弁用ソレノイド１１がいずれも非通電状態とされていると、可動部材６及び弁部材７により構成された弁体は、スプリング９による閉弁付勢力によって閉弁方向に押圧されて噴孔１ａを閉鎖する。こうして、噴孔１ａが閉鎖される。
【００１９】
燃料噴射を開始する時には、開弁用ソレノイド１０への通電を開始する。それにより、第一磁気回路には磁束が発生し、第一磁気回路はその磁気抵抗を最小にするために、第一磁気回路の一部を構成する可動部材６の第一部分６ｂと開弁用コア４との間に磁気吸引力を発生させる。こうして、可動部材６は開弁用コア４に吸引され、それと同時に弁部材７が噴孔１ａを解放するために、燃料通路内の燃料は噴孔１ａを介して噴射される。
【００２０】
一方、燃料噴射を終了する時には、開弁用の開弁用ソレノイド１０への通電を停止すると共に閉弁用の閉弁用ソレノイド１１への通電を開始する。この時、第一磁気回路には磁束が残留しているが、前述したように第二磁気回路は第一磁気回路と独立して形成されているために、第二磁気回路には直ぐに磁束が発生し、第二磁気回路はその磁気抵抗を最小にするために、第二磁気回路の一部を構成する可動部材６の第二部分６ｃと閉弁用コア５との間に磁気吸引力を発生させる。こうして、応答良く可動部材６は閉弁用コア４に吸引され、それと同時に弁体が噴孔１ａを閉鎖するために、燃料噴射が終了される。
【００２１】
可動部材６及び弁部材７により構成される弁体には、前述したように、閉弁用弾性付勢手段としてのスプリング９により閉弁付勢力が作用しているために、開弁用アクチュエータとしての開弁用ソレノイド１０への通電を停止して弁体へ開弁方向の付勢力を作用させないようにすれば、閉弁用ソレノイド１１へ通電しなくても、弁体は閉弁して燃料噴射を停止することができる。しかしながら、本実施形態のように、閉弁用ソレノイド１１による閉弁方向の磁気吸引力を弁体へ作用させれば、弁体の閉弁応答性を高めることができる。
【００２２】
こうして、燃料噴射が終了すれば、ディーゼルエンジンでは圧縮行程末期等に自着火して、また、筒内噴射式火花点火内燃機関では点火プラグによる着火によって燃焼が開始され、気筒内では非常に高圧の燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスの高圧は、燃料噴射弁の噴孔１ａを介して弁体に作用する。本燃料噴射弁は、前述したように、比較的低圧で燃料を噴射するものであるために、噴孔１ａの断面積を比較的大きくして燃料噴射率を高め、要求された燃料噴射期間で必要量の燃料を噴射可能としている。それにより、燃焼ガスの高圧が作用する弁体の受圧面積は比較的大きくなり、もし、弁体へスプリング９による閉弁付勢力だけしか作用していないと、弁体は容易に開弁させられ、燃焼ガスが燃料噴射弁内へ侵入してしまう。燃焼ガスの高圧に対して弁体の閉弁を維持するように、スプリング９の閉弁付勢力を高めることが考えられるが、開弁用ソレノイドは、この高められた閉弁付勢力に逆らって弁体を開弁させる必要があり、大型化して燃料噴射弁へ搭載することが困難となってしまう。
【００２３】
本燃料噴射弁において、閉弁用ソレノイド１１は、開弁している弁体を閉弁させる閉弁中に作動させることを必ずしも必要とされていないが、気筒内で燃焼が開始した以降は、必ず通電されていて弁体の閉弁を維持するための磁気吸引力による閉弁付勢力を発生するようになっている。それにより、弁体には、スプリング９による第一閉弁付勢力に加えて閉弁用ソレノイド１１による第二閉弁付勢力が作用しているために、噴孔１ａを介して燃焼ガスの高圧が作用しても弁体の開弁を防止することができる。
【００２４】
このように、閉弁用ソレノイド１１は、弁体１１の閉弁を維持するための第二閉弁付勢力を発生させるための第二閉弁付勢力発生手段として機能するものであり、開弁用ソレノイド１０に比較してインダクスタンスを小さくしても良く、コイル巻数を少なくすることが可能である。
【００２５】
本燃料噴射弁において、閉弁用ソレノイド１１は、遅くとも気筒内での燃焼開始時点で第二閉弁付勢力を発生していれば良いが、燃焼開始時点を正確に検出又は推定することは困難であるために、燃焼開始に先立つ圧縮行程の燃料噴射終了時から第二閉弁付勢力を発生させても良い。例えば、ディーゼルエンジンでは、主燃料噴射前にポスト燃料噴射が実施されることがあるが、この場合には、燃焼開始に先立つ燃料噴射としては主燃料噴射である。また、機関排気系に配置された触媒装置のために排気ガスの温度を高めたり、又は、排気ガスの空燃比をリッチにするために、主燃料噴射後に膨張行程又は排気行程において燃料が噴射されることがあるが、この場合においても、燃焼開始に先立つ燃料噴射としては主燃料噴射である。
【００２６】
また、筒内噴射式火花点火内燃機関において均質燃焼を実施するために吸気行程で燃料が噴射されても、吸気弁の閉弁以前に燃焼が開始されることはなく、吸気弁の閉弁時から閉弁用ソレノイド１１によって第二閉弁付勢力を発生させても良い。この場合において、弁体を開弁させるために開弁用ソレノイド１０によって弁体へ開弁付勢力が作用している間、すなわち、閉弁用ソレノイド１０への通電を開始してから通電を停止するまでの間は、閉弁用ソレノイド１１の大型化を防止するために、閉弁用ソレノイド１１による第二閉弁付勢力の発生を中止することが好ましい。
【００２７】
いずれにしても、排気弁が開弁されて気筒内の燃焼ガスの圧力が低下すれば、閉弁用ソレノイド１１によって第二閉弁付勢力を発生させる必要はなく、閉弁ソレノイド１１への通電は停止され第二閉弁付勢力の発生を停止する。前述したように、排気行程で燃料が噴射されて気筒内で燃焼が開始されても、排気弁が開弁された時には気筒内の圧力が急激に低下し、それ以降は気筒内の燃焼ガスの圧力が燃料噴射弁の弁体を開弁させるほど高くなっていることはない。
【００２８】
本燃料噴射弁において、前述したように、閉弁用ソレノイド１１は、気筒内の燃焼ガスが弁体を開弁させて燃料噴射弁内へ侵入することを防止するために、弁体へ第二閉弁付勢力を発生させるためのものである。それにより、気筒内の燃焼ガスの圧力が低い時、すなわち、燃料噴射量が設定量より少ない時には、気筒内の燃焼ガスの圧力が作用しても、スプリング９による第一閉弁付勢力だけによって十分に弁体は開弁されないために、第二閉弁付勢力を発生させなくても良い。もちろん、燃焼が実施されないフューエルカット時には、第二閉弁付勢力を発生させる必要はない。
【００２９】
本燃料噴射弁では、弁体に第一閉弁付勢力をもたらす閉弁用弾性付勢手段として、コイルスプリング９を使用したが、これは本発明を限定するものではなく、皿バネ又は板バネ等の他の種類のバネや、ゴム等の任意の弾性部材が使用可能である。また、開弁用アクチュエータとして弁体を磁気吸引力により開弁させる開弁ソレノイド１０を使用したが、これも本発明を限定するものではない。例えば、開弁用アクチュエータとして、電歪素子の伸張を利用して弁体を開弁させるものでも良く、又は、弁体の閉弁方向に作用する燃料圧力を低下させて弁体を開弁させるものでも良い。また、第二付勢力発生手段として閉弁ソレノイド１１を使用したが、これも本発明を限定するものではなく、やはり、電歪素子等が使用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明による筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置は、弁体を開弁させるための開弁用アクチュエータと、弁体を閉弁方向に付勢する閉弁用弾性付勢手段と、閉弁用弾性付勢手段による第一閉弁付勢力に加えて弁体を閉弁方向に付勢する第二閉弁付勢力を発生可能な第二閉弁付勢力発生手段とを具備し、第二閉弁付勢力発生手段は、気筒内での燃焼開始以降において第二閉弁付勢力を発生している。それにより、燃料噴射圧力が低く設定されても、気筒内の燃焼開始時には、弁体の閉弁維持のために、閉弁弾性付勢手段による第一閉弁付勢力が弁体に作用していることに加えて第二閉弁付勢力発生手段により第二閉弁付勢力が発生しているために、非常に高圧の燃焼ガスが弁体へ開弁方向に作用しても、弁体が開弁されて燃焼ガスが燃料噴射弁内へ流入することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置の断面図である。
【符号の説明】
１…本体先端部
１ａ…噴孔
２…管部材
３…本体基端部
６…可動部材
７…弁部材
９…スプリング
１０…開弁用ソレノイド
１１…閉弁用ソレノイド
【図１】
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