(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
調圧手段を有する間欠圧送ポンプから各気筒毎に設けられた燃料噴射弁に高圧燃料を圧送し、該燃料噴射弁により高圧燃料が噴射される蓄圧式燃料噴射装置において、
上記燃料噴射弁は、該燃料噴射弁のホルダに形成された高圧燃料供給口であるインレットと、上記ホルダに内蔵された蓄圧室と、上記インレットと上記蓄圧室とを連通する通路に設けられた第１の逆止弁と、ホルダに収容されたニードル弁の周囲に形成された油溜りと、該油溜りと上記蓄圧室とを連通する導入通路と、上記ニードル弁の上方に設けられた背圧室と、上記インレットと上記背圧室とを連通する通路に設けられた第２の逆止弁と、上記背圧室と上記蓄圧室とを連通する通路に設けられたオリフィスとを具備し、上記背圧室内の圧力を増減させる油圧制御弁により、燃料の噴射時期、噴射量を制御することを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項２】
上記油圧制御弁は、上記背圧室とドレンとを連通・遮断することにより上記背圧室内の圧力を増減させ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、内燃機関に適用される蓄圧式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蓄圧式燃料噴射装置の中には、例えば、特開平５−３３２２２０号公報に示されているように、バランスロッドを用いた燃料噴射装置がある。該燃料噴射装置の構成及び作動を図４に基づいて説明する。
【０００３】
燃料圧送ポンプ１５０から圧送された高圧燃料はコモンレール１５１に蓄圧され、さらに、エンジンのシリンダヘッドに各気筒ごとに装着された油圧制御弁１００に供給されるようになっている。
【０００４】
油圧制御弁１００のホルダ１０１の下方には、公知のノズル１０２がリテーナ１０３により螺合され、ニードル１０５は、スプリングホルダ１０６を介してプレッシャスプリング１０７の力、及び、摺動自在でニードル１０５の径よりも大きくクリアランスが２〜３μｍのコマンドピストン１０８の上端に作用する燃料圧力により、着座方向へ付勢されている。
ホルダ１０１の内部に左右方向に形成されたガイド孔１１０の中を摺動することができるように、２〜３μｍのクリアランスを残してアウタバルブ１１１が挿入されており、スプリング１１２により右方へ押されてアウタバルブシート１１３に着座している。アウタバルブ１１１内の左方の中心孔１１５に、インナバルブシート１１６を有しクリアランスが２〜３μｍのインナバルブ１１７が挿入され、燃料圧力により左方に押されるようになっている。また右方の中心孔には摺動自在にインナバルブシート１１６と同径でクリアランスが２〜３μｍのバランスロッド１１８が収容され、燃料圧力により右方へ押されるようになっている。
【０００５】
高圧ポート１２０は、環状の高圧溝１２１、ホルダ１０１内のフューエルポート１２２、ノズル１０２内のフューエルポート１２３、油溜り１２５の順で噴孔１２６近傍まで連通している。また高圧溝１２１はアウタバルブ１１１内の径方向のフューエルポート１２７、軸方向のフューエルポート１２８にも連通しているので、図４のようにアウタバルブ１１１が右方へ動いてインナバルブシート１１６が離座しているときには、コマンドピストン１０８の上端の背圧室１３０にも連通している。
【０００６】
プレッシャスプリング１０７が収容されているスプリング室１３１は、ポート１３２によりスプリング１１２が収容されるスプリング室１３３に連通しており、さらにスプリング室１３３はポート１３５により、ドレーンポート１３６に連通している。また、アウタバルブ１１１内の環状の低圧溝１３７も、径方向のポート１３８、ホルダ１０１内の環状の低圧溝１４０の順にドレーンポート１３６に連通している。
【０００７】
次に、従来の油圧制御弁１００の作動を簡単に説明する。
図４の状態は、燃料噴射が停止している状態を示しており、燃料噴射開始時、ソレノイド１４１に通電すると、アウタバルブ１１１は左方へ吸引されてアウタバルブシート１１３から離座すると共に、インナバルブシート１１６に着座する。これによって背圧室１３０は、ドレーンポート１３６と連通して油圧が低下するため、ニードル１０５は、高圧ポート１２０に連通している油溜り１２５の圧力によって上方に押上げられて噴孔１２６を開き、燃料の噴射が開始される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃料噴射装置においては、燃料噴射配管内とコモンレールは常に高圧である。しかも、コモンレールは各気筒分の圧力を一定に保持するために、３０cc〜５０ccと相当大きな容量を必要とする。従って、エンジンの始動時には、コモンレールの昇圧に相当時間を要するため、始動性が悪化したり、運転条件が変化したときに、ポンプ側で圧力を変化させようとしても、大容量のコモンレールではなかなか目標圧力まで到達することができず、過渡運転時に、排気エミッションの悪化を招来するといった問題を生じる。
【０００９】
本発明は、従来技術の有する叙上の問題点に鑑みて創出されたものであり、その目的とするところは、始動時の昇圧不良や圧力可変時の応答遅れ等を改善することができ、ひいては排気エミッション悪化等を抑制することができる蓄圧式燃料噴射装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の手段を採用することができる。
この手段によると、間欠圧送式ポンプからの燃料の圧送が開始されると、第１及び第２の逆止弁は開弁し、インレットから、背圧室及び内蔵された蓄圧室へ高圧燃料が供給される。そして、背圧室、蓄圧室内の燃料圧力が一定圧になると間欠圧送式ポンプからの燃料の供給は停止され、第１及び第２の逆止弁は閉弁する。そして、ニードル弁は背圧室内の下向きの圧力等により押圧され燃料噴射は行なわれない。次に、噴射を開始しようとするとき、油圧制御弁は背圧室内の圧力を減少させるように制御されるため、該背圧室の圧力は低下する。そして、ニードル弁に作用する上向きの力が大きくなるため、ニードル弁は上方にリフトし、噴射が開始される。次に、噴射を停止するために、油圧制御弁は背圧室内の圧力を増加するように制御される。すると、蓄圧室よりオリフィスを介して背圧室へと高圧燃料が供給され、ニードル弁は下降して燃料噴射は終了する。そして、間欠圧送ポンプは次サイクルのために高圧燃料を燃料噴射装置へと再度圧送し始める。
【００１３】
以上のように、燃料供給のためのポンプは、特殊なポンプを必要とせず、通常の間欠圧送式ポンプを使用することができるので、大きな価格低下を達成することができる。また、大容量のコモンレールをなくすことができるため、エンジンへの搭載も容易となる。さらに、大容量のコモンレールでなく、各気筒毎に設けられた燃料噴射弁に内蔵される蓄圧室に対して燃料を圧送すればよいため、始動時の昇圧不良、圧力可変時の応答遅れ等を改善することができ、排気エミッションの悪化などを抑制することが可能となる。また、背圧室は、オリフィスを有する通路により蓄圧室と連通するばかりでなく、第２の逆止弁を有する通路によりインレットとも連通しているので、背圧室には高圧燃料をより迅速に供給することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態を図１に基づいて説明する。
図１は内燃機関に適用した本発明の蓄圧式燃料噴射装置の構成を示す断面図である。図において、蓄圧式燃料噴射装置１は、燃料噴射弁２とその上部に設けられた油圧制御弁３、例えば、二方弁式油圧制御弁とからなる。間欠圧送式ポンプ５により圧送された高圧燃料は調圧手段６により所望の噴射圧に設定され、エンジンのシリンダヘッドにある各気筒毎に装着された燃料噴射弁２のホルダ８のインレット７へと導入されるようになっている。
【００１５】
燃料噴射弁２のホルダ８内の下部穴１０には、該ホルダ８から一部下方に突出したノズル１１を有するノズルボディ１２と、また該ノズルボディ１２の上端部に設けられ中央が開口したディスタンスピース１３が夫々設置されている。ノズルボディ１２内にはニードル弁１５が上下に摺動自在に嵌挿されており、上記ノズルボディ１２、ディスタンスピース１３、及びニードル弁１５とによりノズル部を構成している。ニードル弁１５の上方にはスプリングホルダ１６を介してプレッシャスプリング１７が配置され、さらにプレッシャスプリング１７の上方にはホルダ８と２〜３μｍの間隙を介して上下に摺動自在に嵌挿されたコマンドピストン１８が配置されている。そして、上記ニードル弁１５はプレッシャスプリング１７のばね力とコマンドピストン１８の上端に設けられた背圧室２０に作用する高圧の燃料圧力とにより着座方向、即ち下方に押圧され、通常は上記ノズル１１の下部に設けられた燃料噴射孔２１を閉鎖している。上記ノズルボディ１２とニードル弁１５との間には油溜り２２が形成されており、ホルダ８に内蔵された蓄圧室２３と油溜り２２との間には、ホルダ８、ディスタンスピース１３、ノズルボディ１２を介して形成された導入通路２４が設けられている。そして、調圧手段６により所望の噴射圧に設定された高圧燃料は、燃料噴射弁２に設けられたインレット７から第１の逆止弁２５が形成された通路を介して蓄圧室２３へ導入され、さらに、導入通路２４、油溜り２２を経て燃料噴射孔２１近傍に供給される一方、インレット７に導入された高圧燃料は第２の逆止弁２６が形成された通路を介して背圧室２０にも供給されている。また、上記蓄圧室２３は第１のオリフィス２７が形成された通路を介して背圧室２０に連通しており、背圧室２０からは第２のオリフィス２８が形成された通路を介して油圧制御弁３の制御ポート３０へと連通している。
【００１６】
油圧制御弁３のハウジング３１には、燃料タンク３２に連通するドレーンポート３３が設けられている。油圧制御弁３のハウジング３１内には、バルブ３５が上下方向に摺動自在に移動することができるように嵌挿され、上部に設けたスプリング３６により下方に押付けられており、バルブ３５は下部のシート部３７で着座して、通常は、制御ポート３０とドレーンポート３３とを遮断している。また、ハウジング３１の上方にはソレノイド３８が設置されている。上記バルブ３５内には、バランス型のロッド４０が上下方向に摺動自在に移動することができるように嵌挿されている。そして、制御ポート３０に導入された高圧燃料は、バルブ３５に形成された連通路４１を介してロッド４０の下部室４２まで導入されている。従って、ロッド４０は、通常は、高い燃料圧によって上方に押上げられている。該ロッド４０の径をシート部３７の径と等しいか、あるいは、若干大きくすることにより、バルブ３５にかかる油圧作用力を殆どなくすか、あるいは、開弁方向に僅かにかかる程度にすることができ、従って、ソレノイド３８を小型化することができる。
【００１７】
次に、第１実施形態の作動を図２に基づいて説明する。図２は第１実施形態の作動を説明するためのタイムチャートである。図において、時刻ｔ1 は燃料噴射における１サイクルの開始を示し、間欠圧送式ポンプ５からの燃料圧力（インレット７での燃料圧力）は図２（ハ）で示すように増加を開始する。燃料圧力が第１，２の逆止弁２５，２６の開弁圧力まで増加すると（時刻ｔ2 ）、第１，２の逆止弁２５，２６は開弁し、背圧室２０、蓄圧室２３への燃料の供給が許容され、背圧室２０及び蓄圧室２３の燃料圧力は図２の（ニ）及び（ヘ）で示すように増加を開始する。間欠圧送ポンプ５からの燃料の圧送は時刻ｔ3 において停止される。時刻ｔ1 からｔ3 までの期間Ｔ1 における燃料の導入によって背圧室２０及び蓄圧室２３には１０００kgf ／cm2 の燃料が蓄圧される（図２の（ニ）及び（ヘ）参照）。この圧力は調圧手段６により可変である
ここで、ニードル弁１５のガイド部４３の径ｄｇを４mm、ニードル弁１５のシート部４５の径ｄｓを２．２５mm、プレッシャスプリング１７のばね力ＦP を１０．３kgf 、コマンドピストン１８の径ｄｋを４mmとすると、ニードル弁１５に作用する下向きの力ＦD 、上向きの力ＦU は、
ＦD ＝π／４×０．４2 ＋１０００（背圧室の圧力）＋１０．３＝１３６．０kg
ＦU ＝π／４×（０．４2 −０．２２５2 ）×１０００（蓄圧室の圧力）＝８５．９kg
であり、ニードル弁１５は差引き（ＦD −ＦU ）＝５０．１kgの力を下向きに受け着座している。そして間欠圧送式ポンプ５の燃料圧送が終了すると（図２の時刻ｔ3 ）、間欠圧送式ポンプ５内に設けられた吸い戻し弁（図示しない）によりインレット７の燃料圧力が大気圧程度まで低下するため、第１，２の逆止弁２５，２６は閉弁し、図１に示した状態となる。
【００１８】
噴射を開始しようとするとき（図２の時刻ｔ4 ）、ソレノイド３８に通電すると、バルブ３５がソレノイド３８に吸引されて上方にリフトし、バルブのシート部３７が離座する。その結果、制御ポート３０とドレーンポート３３とが連通し、背圧室２０から燃料が排出されるため、該背圧室２０の圧力は低下する。ここにおいて、背圧室２０内の圧力が６０２kg／cm2 まで低下すると（時刻ｔ5 ）、ニードル弁１５に作用する下向きの力ＦD ′は、
ＦD ′＝π／４×０．４2 ×６０２＋１０．３＝８５．９kg
となり、ニードル弁１５に作用する上下方向の力がバランスし、さらに圧力が低下すると、上向きの力が大きくなり、ニードル弁１５がプレッシャスプリング１７に抗して上昇し、燃料噴射孔２１を開口させ噴射が開始される（図２（ホ））。そして、噴射により蓄圧室２３の圧力は徐々に低下する（図２（ヘ）参照）。ここにおける蓄圧室２３の圧力低下ΔＰは、
0003744577.tif 000002
但し、β：圧縮率（１×１０-4cm2 ／kg）
Ｖ：蓄圧室の容積
ΔＶ：容積変化（噴射量に相当）
で表わされ、それぞれ、使用するエンジンでの要求最大噴射量に合わせて蓄圧室２３の容積を決定してやればよい。
例えば、ΔＰを１００kg／cm2 以下にしたいとすれば、最大噴射量６０mm3 でのエンジンにおいては、１００＝０．０６÷１０4 ×Ｖ、即ち、Ｖ＝６ccとすればよい。
【００１９】
次に、噴射を停止するために（時刻ｔ6 ）、ソレノイド３８への通電を停止すると、バルブ３５はスプリング３６により下方へ押し下げられ、シート部３７にて着座し、制御ポート３０とドレーンポート３３とを遮断する。すると、蓄圧室２３より第１のオリフィス２７を介して背圧室２０へと高圧燃料が供給され、ニードル弁１５に作用する上向きの力をＦU ′、下向きの力をＦD ″とすると、
ＦU ′＝π／４×（０．４2 −０．２２５2 ）×（蓄圧室の圧力）
ＦD ″＝π／４×０．４2 ×（背圧室の圧力）＋１０．３
となり、下向きの力ＦD ″が、上向きの力ＦU ′に上まわったとき、ニードル弁１５は下降しはじめてシート部４５が着座し、燃料噴射孔２１からの燃料噴射は終了する（時刻ｔ7 ）。次に、時刻ｔ8 において、間欠圧送式ポンプ５は、次サイクルのため高圧燃料を燃料噴射装置１へと再度圧送しはじめる。
【００２０】
本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。また、前述の第１実施形態と共通する構造部分については同じ参照符号を付すことによって、重複する説明を省略する。本実施形態が第１実施形態と相違する点は、インレット７から背圧室２０に直接連通する通路を設けない点である。
【００２１】
始動時等には、背圧室２０へ速やかに高圧燃料が供給されないと、ニードル弁１５を押上げる力が強くなり、ソレノイド３８に通電しなくてもニードル弁１５が上昇してシート部４５を離座させるため、勝手に燃料噴射孔２１が開口し、該燃料噴射孔２１から燃料が噴出してしまうおそれがある。従って、第１実施態様においては、インレット７と背圧室２０との間に第２の逆止弁２６を設けている。
【００２２】
しかしながら、オリフィス２７が充分に大きな場合は、第２の逆止弁２６がなくてもオリフィス２７により蓄圧室２３から高圧燃料が充分に供給されることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関に適用した本発明の蓄圧式燃料噴射装置の第１実施形態の構造を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の作動を説明するためのタイムチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態を示す断面図である。
【図４】従来の蓄圧式燃料噴射装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１…蓄圧式燃料噴射装置
２…燃料噴射弁
３…油圧制御弁
５…間欠圧送式ポンプ
６…調圧手段
７…インレット
８…ホルダ
１５…ニードル弁
２０…背圧室
２１…燃料噴射孔
２２…油溜り
２３…蓄圧室
２４…導入通路
２５…第１の逆止弁
２６…第２の逆止弁
２７…第１のオリフィス
２８…第２のオリフィス
３３…ドレーンポート
３５…バルブ
３７…シート部
３８…ソレノイド
４０…ロッド
４５…シート部
【図１】
0003744577.tif 000003
【図２】
0003744577.tif 000004
【図３】
0003744577.tif 000005
【図４】
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