(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動可能な弁部材と、
この弁部材を収容する収容孔、この収容孔と外部とを連通する噴孔、および前記弁部材を摺動可能に案内する摺動部、前記弁部材が当接することにより弁閉状態にする弁座を有する弁本体と、
高圧燃料を蓄える油圧室と、
内部圧力が増大すると前記弁部材を前記弁座に当接する方向に押す制御室と、
前記油圧室と前記制御室とを連通または前記制御室を低圧側に連通に切換え可能な電磁弁と、
前記制御室と前記油圧室とを連通するオリフィス通路の通路面積を前記制御室と前記油圧室との圧力差に基づいて変化させ、前記噴孔から噴射する燃料の噴射率を階段状に制御するオリフィスバルブとを備えたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記オリフィスバルブは、前記制御室と前記油圧室とを結ぶ通路に形成される空間内に設けられ、前記油圧室の燃料圧力が前記制御室の圧力よりも低くなって、前記油圧室側に移動する際、前記通路面積が小さくなっていくことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記オリフィスバルブは、仕切空間を形成する内壁に形成される斜面と、この斜面に摺動可能な一対のオリフィスバルブ部材と、前記一対のオリフィスバルブ部材間に形成されるオリフィス通路の通路面積を増大する付勢手段とを有することを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
往復動可能な弁部材と、
この弁部材を収容する収容孔、この収容孔と外部とを連通する噴孔、および前記弁部材を摺動可能に案内する摺動部、前記弁部材が当接することにより弁閉状態にする弁座を有する弁本体と、
高圧燃料を蓄える油圧室と、
内部圧力が増大すると前記弁部材を前記弁座に当接する方向に押す制御室と、
前記油圧室と前記制御室とを連通または前記制御室を低圧側に連通に切換え可能な電磁弁と、
前記制御室と前記油圧室とを連通するオリフィス通路の通路面積を可変にするオリフィス可変手段とを備え、
前記オリフィス可変手段は、前記制御室と前記油圧室とを結ぶ通路に形成される空間内に設けられ、前記油圧室の燃料圧力が前記制御室の圧力よりも低くなって、前記油圧室側に移動する際、前記通路面積が小さくなっていくオリフィスバルブを有し、前記オリフィスバルブは、仕切空間を形成する内壁に形成される斜面と、この斜面に摺動可能な一対のオリフィスバルブ部材と、前記一対のオリフィスバルブ部材間に形成されるオリフィス通路の通路面積を増大する付勢手段とを有す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、ブーツ型噴射が得られるようにした内燃機関用の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一種のサージタンクである蓄圧配管（以下、「コモンレール」という）に高圧燃料を加圧圧送して蓄圧するとともに、このコモンレールの高圧燃料を電気制御式のインジェクタによって内燃機関（以下、「エンジン」という）に噴射するようにした蓄圧式燃料噴射装置が公知である。
【０００３】
この電気制御式のインジェクタの噴射率は、一般にインジェクタ内のオリフィス径により一義的に決定される。また一般にインジェクタが閉弁状態から開弁状態に移行する動作時、ノズルニードルの上昇速度は上昇期間中ほぼ一定値を保つ。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の一般的な電気制御式のインジェクタによると、通常、初期噴射率を小さくするほどノズルのシート絞りの期間が長期間となるため、全噴射期間における最大噴射率期間の割合が小さくなるという問題がある。
本発明は、ノズルニードルの上昇速度を段階的に可変にし、オリフィス開口面積を可変にすることにより、噴射率パターンをブーツ型にした内燃機関用燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明の他の目的は、最大噴射率期間を短縮することなしに、初期噴射率を抑制するようにした内燃機関用燃料噴射装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関用燃料噴射装置は、請求項１に記載の技術的手段を採用する。この技術的手段によると、（１）電磁弁により制御室の圧力が高圧から低圧に変更されるとき、制御室と低圧側の油圧室とを連通するオリフィス通路の通路面積が小になるため、制御室の圧力降下を緩和する。これにより、初期噴射率を抑制する。やがて、オリフィス通路の通路面積が大になると、制御室の圧力は瞬時に低下し、弁部材のリフトが最大になる。（２）電磁弁により制御室の圧力が低圧から高圧に変更されるとき、制御室の速やかな圧力上昇により噴射切れをシャープにカットする。このため、燃料噴射時の噴射率を階段状にすることができる。また、請求項１に記載の内燃機関用燃料噴射装置によると、オリフィスバルブによって噴射率を階段状に制御するので、簡素な構成で噴射率を階段状にできる。
【０００７】
請求項２記載の内燃機関用燃料噴射装置によると、噴射率の制御をオリフィスバルブにより行っているため、簡単な構成によりブーツ型噴射を実現することができる。
請求項３記載の内燃機関用燃料噴射装置によると、オリフィスバルブが収容される空間への燃料流入の挙動を利用して、一対のオリフィスバルブ部材の入口側と出口側の圧力差と付勢手段の付勢力とに基づく力によりオリフィス部材が機械的にオリフィス通路の通路面積を調節するため、簡単な構成によりブーツ型噴射を実現することができる。
請求項４記載の内燃機関用燃料噴射装置によると、燃料噴射時の噴射率をオリフィスバルブによって階段状にすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
多気筒内燃機関の各気筒ごとに取り付けられるインジェクタに本発明を適用した内燃機関用燃料噴射装置の第１の実施例を図１〜図５に示す。
【０００９】
図１に示すように、インジェクタ１の下端部に設けられた噴射ノズル２のノズルボディ１１には図示しない噴孔を開閉するノズルニードル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はディスタンスピース１２を挟んでリテーニングナット１４により結合されている。ノズルニードル２０の反噴射側にはプレッシャピン２１、およびこのプレッシャピン２１と反噴射側で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は圧縮コイルスプリング２３内に貫挿されており、圧縮コイルスプリング２３はプレッシャピン２１を図１の下方に付勢している。制御ピストン２２の反噴射側には制御室８１が設けられている。ノズルニードル２０、プレッシャピン２１および制御ピストン２２は後述する燃料供給通路６１と噴孔とを断続する噴射側弁部材を構成している。
【００１０】
燃料インレット７０内に収容された燃料フィルタ７１を通して高圧燃料が図示しないコモンレールから燃料供給通路６１に供給される。インジェクタ１内の余剰燃料は燃料アウトレット７２からインジェクタ外部に排出される。
電磁弁５０の電磁コイル部５１およびバルブボディ３２は、ディスタンスピース１５を挟んでリテーニングナット１７によりインジェクタボディ１３と連結されている。バルブボディ３２内にはアウタバルブ５４が往復移動可能に収容されており、このアウタバルブ５４にインナバルブ５５が収容されている。アウタバルブ５４はアーマチャ５６に連結されており、スプリング３０によりアーマチャ５６が図１の下方に付勢されることによりアウタバルブ５４はバルブボディ３２の内壁に形成された弁座３２ａに着座している。
【００１１】
電磁コイル部５１への通電オフ時、アウタバルブ５４はスプリング３０の付勢力により弁座３２ａに着座しており、アウタバルブ５４の内壁に形成された弁座５４ａとインナバルブ５５との間にはクリアランスが形成されている。このため、燃料供給通路６１に供給される高圧燃料はアウタバルブ５４の側壁を貫通して形成される燃料通孔５４ｂを経て油圧室８８に供給される。電磁コイル部５１への通電オフ時、制御室８１に高圧燃料が供給されていると、ノズルニードル２０が圧縮コイルスプリング２３から噴孔近傍の弁座に向けて受ける付勢力と制御室８１内の燃料圧力から前記弁座に向けて受ける力との和はノズルニードル２０の周囲の燃料圧力によりリフト方向に受ける力よりも大きくなるので、ノズルニードル２０は前記弁座に着座して閉弁状態にある。
【００１２】
電磁コイル部５１への通電オン時、アウタバルブ５４がリフトし制御室８１内の高圧燃料が低圧通路６３から排出され、制御室８１内の燃料圧力が低下するとノズルニードル２０は前記弁座から離座しリフトする。
そして、図２に示すように、ディスタンスピース１５の中央部に形成される仕切空間９１にオリフィスバルブ９０が設けられている。このオリフィスバルブ９０は、特許請求の範囲に記載のオリフィス可変手段に相当し、インジェクタボディ１３の端面とボルブボディ３２の端面との間の距離を決めるディスタンスピース１５の中央部に形成される仕切空間９１に収容される。オリフィスバルブ９０は、一対のオリフィスバルブ部材８２、８３と（図４参照）、オリフィスバルブ部材８２、８３を相互に連係するスリーブ８５と、一端がスリーブ８５の端面に当接し他端がオリフィスバルブ部材８２、８３のスプリング収容孔９２、９３の底壁面に当接する圧縮コイルスプリング９４、９５とからなっている。このオリフィスバルブ９０は、制御室８１と油圧室８８とを連通するバルブ流路部８７の流路面積を可変にし、また、ディスタンスピース１５の中央部に形成される仕切空間９１の一部を区画するテーパ面の斜面９８、９９に沿ってオリフィスバルブ８２、８３が図２において下方向に移動可能になっている。このオリフィスバルブ８２、８３のディスタンスピース１５のテーパ面上の動きを滑らかにするため、スリーブ８５によりオリフィスバルブ８２、８３がディスタンスピース１５の中央部の内壁テーパ面に沿って案内されている。
【００１３】
次に、インジェクタの作動について図５に基づいて説明する。
まず、無噴射時、制御室８１は高圧に保たれており、制御室８１の圧力およびスプリング力によりノズルニードル２０は噴孔近傍の弁座に着座している。このときオリフィスバルブ部材８２、８３は、図３に示す位置にある。電磁コイル部５１が励磁されるとアウタバルブ５４がリフトし、まず油圧室８８の燃料が低圧通路６３へ排出される。すると、制御室８１の燃料はバルブ流路部８７から油圧室８８を通して低圧側にリークするので、制御室８１の圧力は低下し始める。アウタバルブ５４が位置（図５のａ）からリフトすると、油圧室８８の圧力は低下し、制御室８１と油圧室８８との間には圧力損失が生じる。すると、オリフィスバルブ８２、８３が図３に示す位置（図５のｂ）から図２に示す位置（図５のｃ）に移動する。このとき、制御室８１と油圧室８８との間には圧力損失が発生し、オリフィスバルブ８２、８３が図２に示すように上昇し、ディスタンスピース１５の中央部の内壁のテーパ面の作用によりバルブ流路部８７がさらに絞られ、制御室８１の圧力が高圧に保たれるので、ノズルニードル２０の上昇を抑制する（図５のｃ−ｄ間）。
【００１４】
次いで、オリフィスバルブ８２、８３の間の仕切空間９１に組込まれた圧縮コイルスプリング９４、９５の付勢力によりオリフィスバルブ８２、８３を下方向に押す力がオリフィスバルブ８２、８３の上下面での圧力差に基づき上方向に押す力に打ち勝ち、オリフィスバルブ８２、８３はバルブ流路部８７の流路面積を拡大しながら下降する（図５のｄ−ｅ間）。このため、制御室８１の圧力は瞬時に低下し、ノズルニードル２０は急上昇する。その後、制御室の圧力は低圧となり、ノズルニードル２０は最大リフトを保持する。
【００１５】
噴射終了時、電磁コイル部５１が消磁されると、アウタバルブ５４が弁座３２ａに当接することにより、油圧室８８が高圧に切替わる（図５のｆ）。すると、油圧室８８の圧力が急上昇し（図５のｆ−ｇ間）、バルブ流路部８７を通って制御室８１に燃料が導かれて制御室８１の圧力が上昇し、ニードルリフト量が低下する。これにより制御室８１への高圧燃料の瞬時の流入により燃料噴射がシャープに終了する。
【００１６】
この第１実施例に示すように、ブーツ型噴射を確保し、最大噴射率期間を短縮することなし初期の噴射率を抑えることができる。本実施例では、オリフィスバルブ８２、８３の挙動が図５に示すように台形状になることから、オリフィス通路面積が可変となることによりニードルのリフト量の上昇速度をｂ−ｃ間とｄ−ｅ間で可変にすることができることにより、初期噴射率を抑え、最大噴射率期間を長期に確保し、噴射カットをシャープに終了することができる。
【００１７】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図６〜図９に示す。
第２実施例は、オリフィスバルブ９６、９７のリフト量に応じてオリフィス最大開口面積を可変にした例である。このオリフィス最大開口面積可変手段はオリフィスバルブ９６、９７の最大リフト位置を、ディスタンスピース１５の中央部に形成される内壁の段部を軸方向に変えることにより行う（図９参照）。
【００１８】
オリフィスバルブ９６、９７は、図８に示すように、外側斜面９８、９９が平坦状に形成されている。この平坦状の斜面９８、９９は、ディスタンスピース１５の中央部の内壁に形成される段部１５１、１５２に当接する。図６に示す位置は、オリフィスバルブのリフト量ゼロの位置にあり、オリフィス流路面積が最大のバルブ流路部８７となる。図７に示す位置は、オリフィスバルブ９６、９７が最大リフト位置にある状態を示し、オリフィス面積が最小となるバルブ流路部８７を示している。段部１５１、１５２の径方向高さを調節することにより図９に示すようにオリフィスバルブ９６、９７の斜面９８、９９と段部１５１、１５２との密着面の位置が変わることによりオリフィス最小面積を自由に設定することができる。これによりオリフィス最小面積を変えることによりブーツ型噴射の噴射特性を自由に設定できるため、さらにブーツ型噴射の噴射特性に変化をもたせられるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のインジェクタを示す断面図である。
【図２】図３に示すオリフィスバルブが最大リフト位置にある状態の図である。
【図３】図１に示すＡ部分の拡大図である。
【図４】図２に示すIV方向から見たオリフィスバルブの図である。
【図５】本発明の第１実施例の三方弁のアウタバルブのリフト、油圧室の圧力、オリフィスバルブのリフト、オリフィス通路面積、制御室圧力ならびにニードルリフトの関係を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の第２実施例のオリフィスバルブ部分を示す図である。
【図７】図６に示す部分のオリフィスバルブの最大リフト位置を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例のオリフィスバルブの平面図である。
【図９】本発明の第２実施例のオリフィス面積可変システムを示す特性図である。
【符号の説明】
１      インジェクタ
２      噴射ノズル
１１    ノズルボディ（弁本体）
１３    インジェクタボディ（弁本体）
１５    ディスタンスピース
２０    ノズルニードル（弁部材）
３２    バルブボディ（弁本体）
５０    電磁弁
８１    制御室
８２、８３    オリフィスバルブ部材（オリフィス可変手段）
８４    圧縮コイルスプリング
８５    スリーブ
８７    バルブ流路部（オリフィス通路）
８８    油圧室
９０    オリフィスバルブ（オリフィス可変手段）
９１    仕切空間
１５１、１５２    段部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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