(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄圧配管で蓄圧された高圧燃料をディーゼル内燃機関の各気筒毎に設けられたインジェクタに供給し、このインジェクタの噴射ノズルから各気筒に燃料を噴射し、主噴射に対して前噴射および後噴射の少なくともいずれかを行う蓄圧式燃料噴射装置であって、
前記噴射ノズルの噴孔に高圧燃料を供給可能な高圧燃料通路と前記噴孔とを断続するニードル弁と、
前記ニードル弁の反噴孔側に前記ニードル弁とともに往復移動可能に設けられた制御ピストンと、
前記制御ピストンの反噴孔側に設けられ前記高圧燃料通路から供給される燃料圧力により前記制御ピストンを前記噴孔閉塞方向に付勢する圧力制御室と低圧燃料通路または低圧燃料室とを断続することにより、前記噴孔からの燃料噴射量を制御する電磁弁とを備え、
前記高圧燃料通路と前記圧力制御室との間に前記圧力制御室への導入燃料量を制限する第１の絞り部を設け、前記圧力制御室と前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室との間に前記第１の絞り部より通路抵抗の小さい第２の絞り部を設け、
前記電磁弁は、前記電磁弁への通電をオンすることにより発生する磁力により吸引されてリフトし前記圧力制御室と前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室とを連通する弁部材を有し、
前記電磁弁への通電時間が短く前記弁部材がフルリフトしない場合にも燃料噴射が行われ、前記電磁弁への通電時間を増加して前記弁部材がフルリフトする通電時間に達したときにフルリフトにより前記弁部材をバウンドさせて反発力を形成し、この反発力により前記電磁弁の閉弁速度を増加させ、前記弁部材をバウンドさせないときよりもバウンドさせるときの前記電磁弁の開弁時間を短くすることで、前記電磁弁への通電時間の増加に対し噴射量が略一定もしくは減少する特性期間を形成し、この特性期間における噴射を前記前噴射もしくは前記後噴射となるように前記電磁弁への通電時間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】
前噴射または後噴射する場合、前記電磁弁への通電オフタイミングは燃料噴射よりも前であ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、一種のサージタンクである蓄圧配管（以下コモンレールと称する）に高圧燃料を蓄圧し、この蓄圧された高圧燃料を電磁弁制御式のインジェクタから噴射するようにした燃料噴射装置に関し、特に通常の燃料噴射の前あるいは後で少量噴射する畜圧式燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インジェクタのニードル弁の反噴孔側に高圧燃料が導入される圧力制御室を設け、この圧力制御室と低圧側とを電磁弁で断続制御することにより燃料噴射量を調量するものが知られている。
このような燃料噴射装置では、燃料噴射量は電磁弁の開弁時間の長短により制御される。電磁弁の弁部材はフルリフトするとストッパ等に衝突してバウンドするので、通電時間を増加しても噴射量が単調増加せず、噴射量の調量制御が不安定になるという問題がある。特開平１−２５３５６２号公報に示されるものでは、弾性体により弁部材のバウンドを低減させることにより、通電時間の増加に伴い噴射量が単調増加する特性を有し、噴射量の調量制御を安定させようとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように弾性体を用いる以外にも通電時間の増加に伴い噴射量を単調増加させることは可能である。例えば、圧力制御室の容積を増加させたり、圧力制御室と低圧側との間に設けられる絞りの径を小さくしたりすることにより、電磁弁の開弁による圧力制御室の圧力低下速度を緩和させ、弁部材のバウンドが減衰してから燃料噴射を行うことができる。したがって、通電時間の増加に伴い噴射量が単調増加するので、噴射量の調量制御が安定する。
【０００４】
ここで、ディーゼルエンジンの騒音低減や排ガス浄化のためにはエンジン気筒内への燃料主噴射の直前に、微少量の噴射を行うパイロット噴射や燃料主噴射の後で微少量噴射を行う後噴射が有効である。しかし、図７に示すように供給燃料圧力が１００MPa を越えるような高圧時には、噴射量／通電時間の傾きが非常に大きくなるので、僅かな通電時間の違いにより燃料噴射量が大きく違ってくる。また、例えば４気筒用エンジンに適用する場合、図７に示す噴射量特性であれば、図８に示すように気筒間に特性のズレがあった場合、各気筒に同量の少量噴射を行おうとすると、気筒毎に通電時間を変更しなければならないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、前噴射または後噴射における微少量噴射制御を容易に行い、かつ気筒間の噴射量調整も容易に実現できる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】
本発明の請求項１または２記載の蓄圧式燃料噴射装置によると、電磁弁への通電時間を増加して弁部材がフルリフトする通電時間に達したときに、フルリフトにより弁部材をバウンドさせて反発力を形成し、この反発力により電磁弁の閉弁速度を増加させ、弁部材をフルリフトさせないときよりもフルリフトさせるときの電磁弁の開弁時間を短くする。これにより、電磁弁への通電時間の増加に対して噴射量が略一定もしくは減少する特性期間を形成する。そして、この特性期間における噴射を前噴射もしくは後噴射とするように電磁弁への通電時間を制御している。したがって、燃料供給圧が高圧であっても通電時間の変化に伴う噴射量の変化量が僅かであるため、微少量噴射における燃料の調量制御を容易に行うことができる。また、各気筒間に特性の違いがあっても、噴射量の差が僅かであるため、気筒毎に電磁弁への通電時間を変更しなくても前噴射や後噴射において各気筒からほぼ同量の燃料噴射を行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例について説明する。
本発明の蓄圧式燃料噴射装置の一実施例を図１および図２を用いて説明する。図１に示すインジェクタ１には、図示しないコモンレールで蓄圧された一定圧の高圧燃料が図示しない燃料配管を介して燃料フィルタ６０を通って供給されている。
【０００８】
インジェクタ１の噴孔側に設けられた噴射ノズル１０のノズルボディ１１には、噴孔１１ａを開閉するニードル弁２０が往復移動可能に収容されている。ノズルボディ１１およびインジェクタボディ１３はパッキンチップ１２を挟んでリテーニングナット１４で結合されている。ニードル弁２０の反噴孔側にはプレッシャピン２１が配設されており、プレッシャピン２１の反噴孔側にはプレッシャピン２１に接触あるいは連結する制御ピストン２２が配設されている。プレッシャピン２１はスプリング２３内に貫挿されており、スプリング２３はプレッシャピン２１を図１の下方、つまり噴孔閉塞方向に付勢している。制御ピストン２２の反噴孔側には圧力制御室６１が設けられている。
【０００９】
燃料フィルタ６０から導入された高圧燃料は、高圧燃料通路６２と高圧燃料通路６３に分岐する。高圧燃料通路６２に分岐した高圧燃料はニードル弁２０の周囲に環状に形成された燃料溜まり２４に供給され、高圧燃料通路６２に分岐した高圧燃料は圧力制御室６１に供給されている。燃料溜まり２４内の高圧燃料の圧力は図１の上方、つまり燃料溜まり２４と噴孔１１ａとが連通するリフト方向にニードル弁２０を付勢し、圧力制御室６１内の高圧燃料の圧力は図１の下方に制御ピストン２２を付勢する。高圧燃料通路６３と圧力制御室６１とは高圧燃料通路６３から圧力制御室６１への流入燃料量を規制する第１の絞り部としての第１の絞り孔６５で連通されている。平板プレート５３には平板プレート５３を軸方向に貫通し第１の絞り孔６５よりも通路抵抗の小さい連通路としての第２の絞り部としての第２の絞り孔６６が形成されている。
【００１０】
低圧燃料通路６４は制御ピストン２２およびニードル弁２０の摺動クリアランスからのリーク燃料を回収するための燃料通路であり、低圧燃料室６７に連通している。
電磁弁３０は、圧力制御室６１と低圧燃料室６７とを断続する電磁二方弁であり、リーテーニングナット５１とインジェクタボディ１３との間に配設されている。電磁コイル３２はコア３１内に巻装されており、コネクタ３３から電力が供給される。弁部材４０はシャフト４１、支持部材４２、球状部材４３およびプッシュロッド４４からなり、シャフト４１の電磁コイル３２側にはアーマチャ３４が固定されている。
【００１１】
図２に示すように、シャフト４１の先端部には円筒状に形成された支持部材４２が圧入等で固定されている。支持部材４２と球状部材４３との間には数μｍのクリアランスが形成されており、球状部材４３はシャフト４１の先端に形成された円錐状凹面４１ａと支持部材４２の内壁によりシャフト４１に対し回動自在に組み付けられている。支持部材４２の先端部をかしめることにより球状部材４３はシャフト４１からの脱落を防止されている。球状部材４３は鋼球の一部を後加工で切断したものであるが、本発明では、切削により成形することも可能である。
【００１２】
電磁コイル３２への通電オフ時、スプリング４５の付勢力によりプッシュロッド４４が図１の下方に押下され、球状部材４３が平板プレート５３に着座する。図２に示す球状部材４３の端面４３ａが平板プレート５３の端面５３ａに当接することにより、圧力制御室６１と低圧燃料室６７との連通が遮断される。
電磁コイル３２への通電オン時、電磁コイル３２に発生する磁力によりアーマチャ３４が電磁コイル３２に吸引されシャフト４１が図１の上方にリフトすることにより球状部材４３が平板プレート５３から離座する。シャフト４１および球状部材４３からなる弁部材４０が平板プレート５３から離座すると、第２の絞り孔６６と低圧燃料室６７とが連通し、第２の絞り孔６６、低圧燃料室６７、低圧燃料通路６８、封止部材５２に形成された燃料回収通路５２ａを経て圧力制御室６１内の高圧燃料がインジェクタ１から排出される。スペーサ５４の軸長を変更することにより弁部材４０のリフト量を調整できる。
【００１３】
本実施例における各寸法の具体例を次に示す。球状部材４３の端面４３ａの径Ｄ1 を１．４３mm、第１の絞り孔６５の径をφ０．２mm、第２の絞り孔６６の径Ｄ2 をφ０．３２mm、圧力制御室６１の容積を７０mm3 、弁部材４０のリフト量を０．１２mm、スプリング４４のセット荷重を６５Ｎ、スプリング２３のセット荷重を４０Ｎ、制御ピストン２２の径をφ５mm、ニードル弁２０の最外径をφ４．０mm、ニードル弁２０のシート径をφ２．２５mmとしている。これにより、制御ピストン２２の受圧面積は噴孔閉塞時のニードル弁２０の受圧面積よりも約１１mm2 大きくなっている。
【００１４】
本実施例は、図３に示すように前噴射としてのパイロット噴射を行ってから主噴射を行っている。次に、前噴射におけるインジェクタ１の作動を説明する。
(1) 電磁コイル３２への通電オフ時、スプリング２３の付勢力と圧力制御室６１の燃料圧力から制御ピストン２２が受ける力との和からニードル弁２０が噴孔閉塞方向に受ける力は、燃料溜まり２４の燃料からニードル弁２０がリフト方向に受ける力よりも大きい。したがって、ニードル弁２０は噴孔１１ａを閉塞し、燃料噴射は行われない。これは、前述したように制御ピストン２２の受圧面積とニードル弁２０の受圧面積とに差があり、前者の方が大きいためであり、さらに、スプリング２３の付勢力はニードル弁２０が噴孔１１ａを閉塞する方向であるためである。
【００１５】
(2) 電磁コイル３２への通電をオンすると、電磁コイル３２に発生する磁力によりアーマチャ３４および弁部材４０が図１の上方に吸引される。この弁部材４０のリフトにより球状部材４３が平板プレート５３から離座すると、圧力制御室６１は第２の絞り孔６６を介して低圧燃料室６７と連通する。したがって、圧力制御室６１の燃料圧力が低下する。しかし、前噴射のような微少量噴射の場合、電磁コイル３２への通電オン中は、ニードル弁２０がリフトする程度に圧力制御室６１の圧力が低下しない。
【００１６】
(3) 再び電磁コイル３２への通電をオフすると、スプリング４５の付勢力により弁部材４０が押下されるため、球状部材４３は開弁方向にオーバシュートした後平板プレート５３に着座する方向に動きだす。電磁コイル３２への通電がオフされて以降も、二方弁のリフト量がある程度以下になるまでは、圧力制御室６１の圧力が低下し続け、圧力制御室６１の燃料圧力から制御ピストン２２が受ける力とスプリング２３の付勢力との和からニードル弁２０が噴孔閉塞方向に受ける力が、燃料溜まり２４の燃料圧力からニードル弁２０がリフト方向に受ける力よりも小さくなり、ニードル弁２０がリフトし、噴孔１１ａから燃料が噴射される。
【００１７】
球状部材４３と平板プレート５３との距離、つまり二方弁のリフト量がある程度以下になり、圧力制御室６１と低圧燃料室６７との通路抵抗が大きくなると、圧力制御室６１の燃料圧力が上昇する。圧力制御室６１の圧力が上昇し、圧力制御室６１の燃料圧力から制御ピストン２２が受ける力とスプリング２３の付勢力との和からニードル弁２０が噴孔閉塞方向に受ける力が、燃料溜まり２４の燃料圧力からニードル弁２０が開弁方向に受ける力よりも大きくなると、ニードル弁２０が下降し、噴孔１１ａが閉塞され、燃料噴射が終了する。ただし、このとき、ニードル弁２０が燃料溜まり２４から受ける受圧面積は、噴孔閉塞時とは異なり、φ４．０mmの円となっている。
【００１８】
本実施例では、前述したような数値によりインジェクタ１を形成したことにより、０．４ms近辺の極短い時間通電をオンしても、制御圧力室６１の燃料圧力が低下してニードル弁２０がリフトし、噴孔１１ａから燃料が噴射される。図４に示すように、通電時間が０．３２msではフルリフトしてストッパ等に衝突する前に弁部材４０は下降を開始する。どちらの通電オン時間においても、電磁コイル３２への通電は燃料噴射開始前にオフされ、弁部材４０がフルリフトしなくても燃料が噴射される。通電オン時間を徐々に長くして弁部材４０のフルリフト直後に通電をオフすると、弁部材４０がストッパ等に衝突してバウンドし、電磁弁３０の開弁時間が短くなる現象が生ずる。この現象により、図５の実測データに示すように、噴射量／通電時間の関係は単調増加ではなくなり、通電時間を増加しても、噴射量が減少するという特性となる。
【００１９】
次に、比較例と比較することにより本実施例の効果を説明する。
比較例では、インジェクタの各寸法を次のように設定している。第１の絞り孔６５の径をφ０．２mm、第２の絞り孔６６の径をφ０．３０mm、圧力制御室６１の容積を１００mm3 、弁部材４０のリフト量を０．１２mm、スプリング４４のセット荷重を６５Ｎ、スプリング２３によるニードル弁２０のセット荷重を４０Ｎ、制御ピストン２２の径をφ５mm、ニードル弁２０の最外径をφ４．０mm、ニードル弁２０のシート径をφ２．２５mmとする。つまり、比較例は本実施例に比べ、第２の絞り孔６６の径が小さくなって通路抵抗が大きくなるとともに圧力制御室６１の容積が増加しているので、電磁コイル３２への通電をオンしても本実施例に比較して圧力制御室６１の圧力の低下速度が遅くなり、ニードル弁２０のリフト時期が遅れる。したがって、弁部材４０がバウンドする時間領域では噴孔１１ａから噴射せずバウンドが減衰してから噴射が開始されるので、従来技術で述べたように、図７に示すように通電時間が増加するにしたがって燃料噴射量が単調増加する特性になる。このような特性は、燃料供給圧が低い場合には燃料噴射量の調整を制御しやすいという利点がある反面、燃料供給圧が高く、かつパイロット噴射時のように微少噴射量を制御しなければならない場合、噴射量／通電時間の傾きが大きくなるので、却って燃料噴射量の調整が困難になる。また、図８に示すように各気筒インジェクタの経年変化等により各気筒間に噴射量／通電時間の特性変化がある場合には、通電時間を同じにすると燃料噴射量がばらつくので、特性に応じて通電時間を調整しなければならず、制御が複雑になってしまう。
【００２０】
このような比較例に比べ本実施例では、パイロット噴射時のように電磁コイル３２への通電オン時間が極短く弁部材４０がフルリフトしないときにも噴孔１１ａからの燃料噴射を可能にしている。そして、弁部材４０がフルリフトしたときのバウンドを利用し、電磁コイル３２への通電オン時間が増加しても燃料噴射量が逆に減少する、あるいは殆ど変化しないという特性を有している。したがって、パイロット噴射時のように通電オン時間が極短い範囲内において、燃料供給圧が例えば１００MPa を超えるような高圧であっても、噴射量／通電時間の変化量が小さいので微少燃料の噴射量を制御しやすい。本実施例では、通電オン時間が０．４ms近辺の微少噴射領域の噴射量はパイロット噴射で要求される２．０mm3 ／stに設定されている。この領域では、通電時間に対する噴射量変化はほとんどなく非常に安定して微少量噴射を行うことができる。また、例えば４気筒用エンジンに適用する場合、図５に示す噴射量特性であれば、図６に示すように気筒間の特性のずれがあった場合でも、高精度を要求される微少量噴射を各気筒に通電時間を変更することなく同一の通電時間で実現することができる。
【００２１】
以上説明した本実施例では、前噴射としてのパイロット噴射について説明したが、微少量噴射における本実施例の噴射特性は後噴射においても同じである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるインジェクタを示す断面図である。
【図２】本実施例の電磁弁の弁部材先端の構造を示す斜視図である。
【図３】本実施例のパイロット噴射および主噴射を示す特性図である。
【図４】本実施例の電磁コイルへ通電パルスと弁部材のリフト量の関係を示す特性図である。
【図５】本実施例の電磁コイルへの通電時間と噴射量との関係を示す特性図である。
【図６】本実施例の各気筒毎における電磁コイルへの通電時間と噴射量との関係を示す特性図である。
【図７】比較例の電磁コイルへの通電時間と噴射量との関係を示す特性図である。
【図８】比較例の各気筒毎における電磁コイルへの通電時間と噴射量との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１０      インジェクタ
１１ａ    噴孔
２０      ニードル弁
２２      制御ピストン
３０      電磁弁
６１      圧力制御室
６２      高圧燃料通路
６５      第１の絞り孔
６６      第２の絞り孔
６７      低圧燃料室
６８      低圧燃料通路
【図１】
0003738921.tif 000002
【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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【図７】
0003738921.tif 000008
【図８】
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