(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射ノズル内に形成された噴射制御室に高圧燃料を供給してノズルニードルを閉弁すると共に、前記噴射制御室内の燃料を排出して前記ノズルニードルを開弁して燃料噴射を行う燃料噴射装置において、
前記噴射制御室への高圧燃料供給通路に設けられた第１オリフィスと、
前記噴射制御室の高圧燃料を排出する排出通路に設けられた第２オリフィスと、
前記排出通路を開閉して燃料の排出を制御する電磁制御弁と、
前記第１オリフィスの上流側と下流側とを選択的に前記噴射ノズルの燃料溜部へ連通させる切換弁とを備え、
前記切換弁が前記第１オリフィスの上流側と下流側との圧力差によって切換作動すると共に、圧力差が小さいときに下流側の燃料が前記燃料溜部へ流れ、圧力差が大きくなると上流側の燃料が前記燃料溜部へ流れることを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関し、特に蓄圧式の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示すように蓄圧式の燃料噴射装置は、高圧発生装置１により加圧した高圧燃料を電磁制御弁２を通して蓄圧室３に蓄圧し、この蓄圧室３の高圧燃料を高圧燃料供給通路（以下「燃料供給通路」という）４、５を通して噴射ノズル６のノズルホルダボデイ７の燃料溜部７ａに供給すると共に、燃料供給通路４の燃料供給通路５との分岐点よりも下流側に設けられたオリフィス１０を通して噴射制御室７ｂに供給し、噴射制御室７ｂ内の燃料を排出通路１１、オリフィス１２、電磁制御弁１３を通して低圧側に排出（リターン）するように構成されている。
【０００３】
燃料噴射時には排出通路１１の電磁制御弁１３を開弁して噴射制御室７ｂ内の燃料を低圧側に排出（リターン）することで、噴射制御ピストン８の押圧力（閉弁圧）を低下させ、燃料供給通路５から燃料溜部７ａに供給された高圧燃料が噴射制御ピストン８の押圧力に抗してノズルニードル９を押し上げてサック部７ｃに流入し、各噴口７ｄからシリンダ内に噴射される。このような蓄圧式の燃料噴射装置は、軽量であること、噴射圧及び噴射時期を自由に設定することが可能である即ち、噴射自由度が高いこと等の利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、蓄圧式の燃料噴射装置は、図６（ａ）に実線で示すように燃料圧が高いために初期噴射圧力が高く、ノズルニードル９が急激に開弁（リフト）し（同図（ｃ））、同図（ｂ）に示すように初期噴射率が高い。尚、図中点線で示す特性は、例えば、列型燃料噴射装置の噴射圧力、噴射率を示す。このため噴射開始時点から着火までの期間即ち、着火遅れ期間に噴射される初期燃料量が多くなり、予混合燃焼が大となり、ＮＯxの排出量が多くなる。ＮＯxの排出量を低減するために燃料の噴射時期を遅くして（噴射タイミングリタード量を大きくして）初期燃焼期を膨張行程に移行させて筒内雰囲気温度を低くすると、熱効率が低下して燃料消費率が悪くなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、噴射ノズルの初期噴射圧力を低くして初期噴射量を低減させることにより予混合燃焼量を低下させるようにした燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【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によれば、噴射ノズル内に形成された噴射制御室に高圧燃料を供給してノズルニードルを閉弁すると共に、前記噴射制御室内の燃料を排出して前記ノズルニードルを開弁して燃料噴射を行う燃料噴射装置において、前記噴射制御室への高圧燃料供給通路に設けられた第１オリフィスと、前記噴射制御室の高圧燃料を排出する排出通路に設けられた第２オリフィスと、前記排出通路を開閉して燃料の排出を制御する電磁制御弁と、前記第１オリフィスの上流側と下流側とを選択的に前記噴射ノズルの燃料溜部へ連通させる切換弁とを備え、前記切換弁が前記第１オリフィスの上流側と下流側との圧力差によって切換作動すると共に、圧力差が小さいときに下流側の燃料が前記燃料溜部へ流れ、圧力差が大きくなると上流側の燃料が前記燃料溜部へ流れる構成としたものである。
【０００７】
電磁制御弁が閉弁されているときには、燃料供給通路の第１オリフィスの上流側の燃圧と下流側の燃圧が略等しく差圧が小さい。そして、噴射ノズルは、噴射制御ピストンが噴射制御室の燃圧によりノズルニードルを押圧して閉弁しており、切換弁は、噴射ノズルの燃料供給通路として第１オリフィスの下流側を選択している。燃料を噴射すべく電磁制御弁が開弁されると、噴射制御室内の燃料が排出通路から第２オリフィスを通して排出され、第１オリフィスの下流側の燃圧が徐々に低下する。噴射制御室の燃圧の低下に伴い噴射制御ピストンの閉弁圧が低下し、ノズルニードルが徐々に開弁し燃料が噴射される。即ち、噴射初期には低い噴射圧力で燃料が噴射される。
【０００８】
燃料の噴射に伴い第１オリフィスの下流側の燃圧が低下して上流側の燃圧との差圧が大きくなると、切換弁が燃料供給通路の第１オリフィスの上流側を選択して噴射ノズルの燃料溜部に高圧の燃料を供給する。そして、噴射中期以後高い噴射圧力で燃料が噴射される。燃料噴射を終了すべく電磁制御弁が閉弁されると、第１オリフィスの下流側の燃圧が上昇して上流側の燃圧に略等しくなり、噴射制御ピストンがノズルニードルを押圧して閉弁する。切換弁は、噴射ノズルの燃料供給通路として第１オリフィスの下流側を選択して初期状態に復帰する。
【０００９】
これにより、噴射初期には高圧燃料供給通路の第１オリフィスの下流側を選択して低い噴射圧力で燃料を噴射させ、燃料噴射率を低くして噴射開始から着火までの期間の初期噴射量を少なくし、噴射中期・噴射後期には第１オリフィスの上流側を選択して高い噴射圧力で燃料を噴射させ、燃料噴射率を高くして噴射量を多くする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を実施例により説明する。尚、図５に示す燃料噴射装置の構成部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
図１は、本発明を適用した燃料噴射装置を示す。図１に示すように燃料供給通路５の途中に切換弁１５が接続されており、この切換弁１５は、燃料供給通路４のオリフィス１０の下流側にも接続されている。そして、切換弁１５は、燃料供給通路４のオリフィス１０の上流側と下流側とを選択的に噴射ノズル６の燃料溜部７ｃに連通させるようになっている。
【００１１】
切換弁１５は、スプール弁で、図２示すようにハウジング１６に設けられた円筒形の穴１７内にスプール１８とスプリング１９が収納されている。穴１７の一側端面１７ａ近傍にはポート１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆが軸方向に沿って他端面１７ｂに向かって設けられている。これらのポート１７ｃ〜１７ｆは、スプール１８の位置により連通、又は遮断される。スプリング１９は、穴１７の他側端面１７ｂとスプール１８のランド（ばね座）１８ｂとの間に縮設されており、スプール１８の端面１８ｃを穴１７の端面１７ａに圧接している。
【００１２】
切換弁１５は、スプール１８のランド１８ａと穴１７の端面１７ａとの間に液室１７Ａが形成され、ランド１８ａと１８ｂとの間に液室１７Ｂが形成される。液室１７Ａとポート１７ｃ、液室Ｂとポート１７ｆとは常時連通されている。そして、スプール１８の端面１８ｃが穴１７の端面１７ａに当接している図示の状態においてポート１７ｄは、ランド１８ａにより閉塞され、ポート１７ｅが液室１７Ｂに連通される。そして、スプール１８が当該位置にある状態を切換弁１５の第１切換位置とする。また、切換弁１５は、スプール１８が図中上方に押し上げられて移動し、端面１８ｄが穴１７の端面１７ｂに当接すると、ポート１７ｃと１７ｄとが連通され、ポート１７ｅがランド１８ａにより閉塞される。そして、スプール１８が当該位置にある状態を切換弁１５の第２切換位置とする。
【００１３】
スプール１８のランド１８ａの液室１７Ａ側の受圧面積は、液室Ｂ側の受圧面積よりも僅かに小さく設定されている。そして、スプール１８の移動量は、液室１７Ａに供給される燃圧Ｐ1と液室Ｂに供給される燃圧Ｐ2とスプリング１９のばね力（Ｆ）とにより決定される。燃圧Ｐ1は、燃料供給通路４のオリフィス１０の上流側の燃圧（蓄圧室３の燃圧）、燃圧Ｐ2は、オリフィス１０の下流側の燃圧で、切換バルブ１５は、これらの燃圧Ｐ1とＰ2との圧力差により作動して、前記第１切換位置又は第２切換位置に切り換えられる。
【００１４】
切換弁１５は、ポート１７ｃが燃料供給通路５の上流側の燃料供給通路５ａに、ポート１７ｄ、１７ｅが燃料供給通路５の下流側の燃料供給通路５ｂに接続され、ポート１７ｆが燃料供給通路２０を介して燃料供給通路４のオリフィス１０の下流側に接続される。これにより、切換弁１５は、オリフィス１０の上流側と下流側とを選択的に噴射ノズル６の燃料溜部７ｃに連通させることが可能となる。尚、実際にはポート１７ｄとポート１７ｅとはハウジング１６内で連通されている。また、切換弁１５は、噴射ノズル６と別体の構造としてもよく、或いは噴射ノズル６に内蔵する構造としてもよい。しかしながら、噴射ノズル６に切換弁１５を内蔵する方が、部品点数の低減、組付性、コスト等の点において好ましい。
【００１５】
以下に作用を説明する。
図１に示すように電磁制御弁１３が閉弁されている状態においては、蓄圧室３の高圧燃料が燃料供給通路４、５ａ、切換弁１５のポート１７ｃの経路で当該切換弁１５の液室１７Ａに供給されると共に、燃料供給通路４、オリフィス１０を通して噴射制御室７ｂ、及び燃料供給通路２０、切換弁１５のポート１７ｆの経路で当該切換弁１５の液室１７Ｂに供給されている。この状態において、オリフィス１０の上流側の燃料供給通路５ａの燃圧Ｐ1と、燃料供給通路４のオリフィス１０の下流側の噴射制御室７ｂ及び燃料供給通路２０の燃圧Ｐ2とは略等しい。そして、噴射制御ピストン８は、噴射制御室７ｂの燃圧Ｐ2によりノズルニードル９を押圧して閉弁している。また、図３は、切換弁１５の作動を示し、図４は、燃料噴射装置の作動のタイムチャートを示す。
【００１６】
切換弁１５は、図２及び図３（ａ）に示すように液室１７Ａに加わる燃圧Ｐ1と液室１７Ｂに加わる燃圧Ｐ2とが略等しく、その差圧が小さい。スプール１８の液室１７Ａ側の受圧面積が液室１７Ｂ側の受圧面積よりも僅かに小さく、且つ液室１７Ｂ側にスプリング１９のばね力Ｆが付与されている。このため液室１７Ａ側からスプール１８を押す力が液室１７Ｂ側からスプール１８を押す力よりも小さく（Ｐ1＜Ｐ2＋Ｆ）、スプール１８は、図２及び図３（ａ）のように下方に押されて第１切換位置にある。切換弁１５は、この第１切換位置にあるときにはポート１７ｄが閉塞され、ポート１７ｅと１７ｆとが連通されて、燃料供給通路２０から噴射ノズル６の燃料溜部７ｃに燃料が供給されている。即ち、噴射ノズルの燃料供給通路として燃料供給通路４のオリフィス１０の下流側が選択されている（図４の領域Ｉ）。
【００１７】
燃料を噴射すべく電磁制御弁１３が開弁されると、噴射制御室７ｂ内の燃料が排出通路１１からオリフィス１２を通して排出され、オリフィス１０の下流側の燃圧Ｐ2が図４（ａ）の点線で示すように徐々に低下する。このときの燃圧Ｐ2の低下の度合は、オリフィス１２により決定される。噴射制御室７ｂの燃圧Ｐ2の低下に伴い噴射制御ピストン８の閉弁圧（押圧力）が低下する。一方、燃料供給通路５ａには図４（ａ）の実線で示すように高い燃圧Ｐ1が供給されており、切換弁１５の液室１７Ａ側の燃圧Ｐ1は、液室１７Ｂ側の燃圧Ｐ2よりも高い（Ｐ1＞Ｐ2）。しかしながら、液室１７Ｂ側にはスプリング１９のばね力Ｆが付与されており、電磁制御弁１３が開弁された直後の噴射初期状態においては、スプール１８の液室１７Ａ側に作用する燃圧Ｐ1が液室１７Ｂ側に作用する圧力（Ｐ2＋Ｆ）よりも小さく（Ｐ1＜Ｐ2＋Ｆ）、切換弁１５は、第１切換位置にある。
【００１８】
これにより切換弁１５は、噴射初期状態において燃料供給通路２０を選択し、当該燃料供給通路２０から燃料溜部７ａに供給される燃圧Ｐ2によりノズルニードル９が徐々に押し上げられて開弁し（図４（ｃ））、噴口７ｄから燃料が噴射される。即ち、噴射初期において燃圧Ｐ1よりも低い噴射圧力（燃圧Ｐ2）で燃料が噴射される（図４の領域ＩＩ）。図４（ｂ）に噴射率の変化を示す。燃料の噴射に伴い燃料供給通路２０内の燃圧Ｐ2が低下して燃圧Ｐ1とＰ2との差圧が大きくなる（図４（ａ））。切換弁１５は、スプール１８の液室１７Ｂ側に加わる圧力（Ｐ2＋Ｆ）が液室１７Ａ側に加わる燃圧Ｐ1よりも小さくなると（Ｐ1＞Ｐ2＋Ｆ）、図３（ｃ）に示すようにスプール１８が押し上げられて第２切換位置に切り換えられる。そして、切換弁１５は、ポート１７ｅが閉塞され、ポート１７ｃと１７ｄとが連通される。これにより燃料供給通路４のオリフィス１０の上流側が選択されて噴射ノズル６の燃料溜部７ａに高圧の燃料が供給されて噴口７ｄから噴射される。即ち、噴射中期以後高い噴射圧力（燃圧Ｐ1）で燃料が噴射される（図４の領域III）。
【００１９】
燃料噴射を終了すべく電磁制御弁１３が閉弁されると、オリフィス１０の下流側の燃圧Ｐ2が上昇して当該オリフィス１０の上流側の燃圧Ｐ1に略等しくなり（図４（ａ））、噴射制御ピストン８がノズルニードル９を押圧して閉弁する（図４の領域ＩＶ）。この結果、切換弁１５は、スプール１８の液室１７Ａ側に加わる燃圧Ｐ1が液室１７Ｂ側に加わる圧力（Ｐ2 ＋Ｆ）よりも小さくなり（Ｐ1＜Ｐ2＋Ｆ）、図３（ｄ）に示すように第１切換位置に切り換えられて初期状態に復帰する。
【００２０】
このように、切換弁１５は、噴射初期状態においては、燃料供給通路４のオリフィス１０の下流側の燃料供給通路２０を選択して低い噴射圧力（燃圧Ｐ2）により燃料を噴射させることで、燃料噴射率を低くして噴射開始から着火までの期間の初期噴射量を少なくし、噴射中期・噴射後期においては、オリフィス１０の上流側の燃料供給通路５ａを選択して高い噴射圧力（燃圧Ｐ1）により燃料を噴射させることで、燃料噴射率を高くして噴射量を多くする。これにより初期噴射量が低減し、予混合燃焼量が低下する。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、切換弁により噴射初期において燃料供給通路の第１オリフィスの下流側を選択して低い噴射圧力により燃料を噴射させることで初期噴射圧力を低くして燃料噴射率を低くし、噴射中期・噴射後期においては第１オリフィスの上流側を選択して高い噴射圧力により燃料を噴射させることで燃料噴射率を高くすることにより、噴射開始から着火までの期間の初期噴射量を低減することができ、予混合燃焼量を低下させることができる。そして、予混合燃焼が低下することで、ＮＯxの低減が図られる。更に、噴射タイミングのリタード量を大きくすることなくＮＯxを低減することとができるために燃費の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料噴射装置の概略構成図である。
【図２】図１の切換弁の拡大図である。
【図３】図１の燃料噴射装置の切換弁の作動を示す説明図である。
【図４】図１の燃料噴射装置の作動を示すタイムチャートであるである。
【図５】従来の燃料噴射装置の構成図である。
【図６】図５の燃料噴射装置の作動を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１  高圧発生装置
２、１３  電磁制御弁
３  蓄圧室
４、５、２０、５ａ、５ｂ  燃料供給通路
６  噴射ノズル
７  ノズルホルダボデイ
７ａ  燃料溜部
７ｂ  噴射制御室
７ｃ  サック部
７ｄ  噴口
８  噴射制御ピストン
９  ノズルニードル
１０、１２  オリフィス
１１  排出通路
１５  切換弁
１６  ハウジング
１７  穴
１７ｃ〜１７ｆ  ポート
１８  スプール
１９  スプリング
【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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