(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力制御室内の燃圧を受けて押し下げられている弁体を、上記燃圧を解放することで上昇させるインジェクタであって、ノズルボディ内に設けられ加圧燃料を貯蔵・解放する圧力制御室と、該圧力制御室に夫々接続された複数の燃圧通路と、各燃圧通路毎に夫々設けられ各通路の燃圧を受ける複数の弁体と、上記各燃圧通路の流路抵抗を夫々異ならせる抵抗機構とを備えたことを特徴とするインジェクタ。
【請求項２】
上記抵抗機構が、上記連絡通路に形成された絞り部からなる請求項１記載のインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所謂コモンレール式のインジェクタに係り、特に、可変噴孔式のインジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コモンレール式の燃料噴射システムの概要を図３に示す。図示するように、このシステムにあっては、燃料タンク１内の燃料は、フィルタ２およびフィードポンプ３を介して高圧ポンプ４に供給され、高圧ポンプ４によって高圧（数十〜数百ＭＰａ）に昇圧された後、通路５を介してコモンレール６と呼ばれる蓄圧容器に供給される。コモンレール６内の燃料は、燃料供給通路７を介して各インジェクタ８に供給される。
【０００３】
各インジェクタ８に供給された高圧の燃料は、図４に示すように、その一部が通路９を介して圧力制御室１０に供給され、残りが通路１１を介してニードル弁１２の先端側の燃料溜り１３に供給される。圧力制御室１０内の燃圧は、リリーフ弁１４によって保持・解放される。リリーフ弁１４は、通常バネ１５に押圧されてリリーフ穴１６を塞ぎ、圧力制御室１０内の燃圧を保持し、電磁ソレノイド１７が通電されるとバネ１５に抗して引き上げられてリリーフ穴１６を開放し、圧力制御室１０内の燃圧を解放する。また、ニードル弁１２は、バネ１８によって常時下方に付勢されている。
【０００４】
かかるインジェクタ８は、電磁ソレノイド１７の通電を切ると、バネ１５で押し下げられるリリーフ弁１４によってリリーフ穴１６が塞がれ、圧力制御室１０内の燃圧が保持されるため、その燃圧およびバネ１８によるニードル弁１２の下降力がニードル弁１２の先端側（燃料溜り１３）の受圧部１９の燃圧によるニードル弁１２の上昇力よりも大きくなり、ニードル弁１２が下降する。よって、ニードル弁１２の先端の円錐部２０がシート部２１に着座し、インジェクタ８の噴孔２２が塞がれ、燃料の噴射は行われない。
【０００５】
また、電磁ソレノイド１７が通電されると、リリーフ弁１４がバネ１５に抗して引上げられ、リリーフ穴１６が開放されて圧力制御室１０内の燃圧が解放（リリーフ）されるため、ニードル弁１２の先端側（燃料溜り１３）の受圧部１９の燃圧によるニードル弁１２の上昇力がバネ１８によるニードル弁１２の下降力よりも大きくなり、ニードル弁１２が上昇する。よって、ニードル弁１２の円錐部２０がシート部２１から離間し、インジェクタ８の噴孔２２から高圧の燃料が噴射される。なお、圧力制御室１０から流出した燃料は、燃料回収通路２３を介して燃料タンク１に戻る（図３参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のインジェクタ８においては、噴孔２２から噴射される燃料の初期噴射率を低くすることが望まれている。噴孔２２からの初期噴射率が低くなれば、所定の着火遅れ後の最初の燃焼が噴射率の低い少量の燃料でなされるため、穏やかな初期燃焼を確保でき、ＮＯｘの減少および騒音の低減に繋がるからである。これを実現すべく、従来より提案されている種々の可変噴孔のアイデアを、上記インジェクタ８に適用することが考えられる。
【０００７】
しかし、従来より知られている可変噴孔のアイデアは、▲１▼ニードル弁１２をその軸廻りに回転させることによって開口する噴孔を変更する、▲２▼ニードル弁１２を二重に構成してその内側ニードルと外側ニードルとの上昇を異ならせる、▲３▼圧力制御室１０のリリーフ穴１６を開閉するリリーフ弁１４のバネ１５を２段階バネとして圧力制御室１０内の燃圧降下を２段階にする等であって、いずれも制御が困難であったり、構成が複雑なため製造が困難であった。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、簡単な構成で自動的に可変噴孔が達成されるインジェクタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明は、圧力制御室内の燃圧を受けて押し下げられている弁体を、上記燃圧を解放することで上昇させるインジェクタであって、ノズルボディ内に設けられ加圧燃料を貯蔵・解放する圧力制御室と、該圧力制御室に夫々接続された複数の燃圧通路と、各燃圧通路毎に夫々設けられ各通路の燃圧を受ける複数の弁体と、上記各燃圧通路の流路抵抗を夫々異ならせる抵抗機構とを備えたものである。
【００１０】
本発明によれば、圧力制御室が加圧燃料を貯蔵すると、圧力制御室内の燃圧が各燃圧通路を介して各弁体に夫々作用するため、各弁体が押し下げられる。圧力制御室が加圧燃料を解放すると、各弁体に作用していた燃圧が夫々燃圧通路を介して圧力制御室側にリリーフされるため、各弁体が上昇する。ここで、各燃圧通路の流路抵抗が抵抗機構によって夫々異ならされているので、各弁体の上昇速度が異なることになる。よって、噴射初期においては先に上昇した弁体の噴孔からのみ燃料が噴射され、次いで遅れて上昇した弁体の噴孔からも順次燃料が噴射され、自動的に可変噴孔が達成される。
【００１１】
また、上記抵抗機構が、上記連絡通路に形成された絞り部からなるものであってもよい。こうすれば、簡単な構成で抵抗機構を実現できるため、信頼性が向上すると共にコストダウンとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１３】
図１は本実施形態に係るインジェクタの概要図であり、図２は上記インジェクタの部分拡大図である。
【００１４】
図１および図２に示すインジェクタ８ａは、前述した図３に示すコモンレール式燃料噴射システムに適用されるものであり、燃料供給通路７と燃料回収通路２３とが接続されるノズルボディ２４を有する。燃料供給通路７はノズルボディ２４内の第１通路２５に接続され、燃料回収通路２３はノズルボディ３０の第２通路２６に接続されている。ノズルボディ２４は、上部ノズルボディ２４ａと第１中部ノズルボディ２４ｂと第２中部ノズルボディ２４ｃと下部ノズルボディ２４ｄとが、筒状の連結部材２６によってネジ２７を介して一体化され、構成されている。
【００１５】
第１中部ノズルボディ２４ｂと第２中部ノズルボディ２４ｃと下部ノズルボディ２４ｄとの内部には、２本のニードル弁２８ｘ、２８ｙ（特許請求の範囲の弁体に相当する）を軸方向に夫々スライド自在に収容する収容穴２９ｘ、２９ｘが形成されている。以降、一方に符号ｘを付し他方に符号ｙを付すが、両者は同様の構成であるため、一方ｘのみを図１乃至図２を用いて説明する。
【００１６】
ニードル弁２８ｘは、下方から上方にかけて、コーン状の先端部３０ｘと、円柱状の小径部３１ｘと、コーン状の受圧部３２ｘと、円柱状の大径部３３ｘとが、一体的に形成されて構成されている。他方、収容穴２９ｘは、上記先端部３０ｘおよび小径部３１ｘをスライド自在に収容する小径穴３４ｘと、上記受圧部３２ｘおよび大径部３３ｘをスライド自在に収容する大径穴３５ｘとからなる。
【００１７】
小径穴３４ｘは、下部ノズルボディ２４ｄ内に形成されており、ニードル弁２８ｘの先端部３０ｘが着座離間するシート部３６ｘを有する。小径穴３４ｘは小径部３１ｘより所定径大径に形成されており、小径穴３４ｘと小径部３１ｘとの間には燃料通路３７ｘが形成されている。大径穴３５ｘは、第１中部ノズルボディ２４ｂおよび第２中部ノズルボディ２４ｃ内に形成されている。大径部３３ｘと大径穴３５ｘとの間は、相互にスライドが可能な範囲で可及的に小さく設定されており、燃料が流れ難くなっている。大径穴３５ｘの上部には、ニードル弁２８ｘを下方に押し付けるバネ３８ｘが収容されている。
【００１８】
大径穴３５ｘと小径穴３４ｘとの間には、第２中部ノズルボディ２４ｃと下部ノズルボディ２４ｄとの境界に位置して、燃料溜り部３９が形成されている。燃料溜り部３９には、ニードル弁２８ｘ、２８ｙの受圧部３２ｘ、３２ｙが臨まされており、上記第１通路２５が接続されている。第１通路２５は、上部ノズルボディ２４ａに形成され図３に示す燃料供給通路７に接続される上部第１通路２５ａと、第１中部ノズルボディ２４ｂに形成された中部第１通路２５ｂと、第２中部ノズルボディ２４ｃに形成され燃料溜り部３９に接続された下部第１通路２５ｃとからなる。
【００１９】
各ニードル弁２８ｘ、２８ｙの大径穴３５ｘ、３５ｙの上方には、第１中部ノズルボディ２４ｂ内に位置させて、加圧燃料を貯蔵・解放する圧力制御室４０が形成されている。圧力制御室４０には、上記中部第１通路２５ｂに繋がる供給通路４１が接続されていると共に、上方の上部ノズルボディ２４ｂ内に形成されたリリーフ室４２に繋がるリリーフ通路４３が接続されている。リリーフ通路４３は、圧力制御室４０とリリーフ室４２とを連通するように上下方向に形成されており、リリーフ弁４４によって開閉されるようになっている。
【００２０】
リリーフ弁４４は、リリーフ通路４３より小径に形成され通路４３内に挿通される軸部４５と、軸部４５の下端に形成されリリーフ通路４３の圧力制御室４０側の開口部４６を開閉し実質的に弁体として機能するフランジ部４７とを有する。軸部４５には、バネ４８のリテーナ４９が取り付けられている。リテーナ４９とリリーフ室４２の底部（第１中部ノズルボディ２４ｂの頂面部）との間に介設されるバネ４８は、リリーフ弁４４を引き上げてそのフランジ部４７でリリーフ通路４３の開口部４６を閉じるものである。
【００２１】
リリーフ弁４４の軸部４５の頂部には、図１に示すように、中間ロッド５０が当接されている。中間ロッド５０は、その中間部がリリーフ室４２内に装着されたホルダ部材５１にスライド自在に挿通され、頂部が上方に設けられたピエゾ素子等の圧電素子５２に当接されている。圧電素子５２は、所定の電圧が印加されると（通電オンされると）瞬間的に伸長し、通電がオフされると元の長さに収縮するものである。
【００２２】
本実施形態では、圧電素子５２が通電オフのとき、図１に示すように、リリーフ弁４４がバネ４８で引き上げられ、そのフランジ部４７によってリリーフ通路４３の開口部４６が閉じられるように設定されている。このとき、圧力制御室４０内の燃圧は保持される。その状態から圧電素子５２が通電オンされると、圧電素子５２が伸長してリリーフ弁４４を押し下げるため、リリーフ通路４３の開口部４６が開放され、圧力制御室４０内の燃圧が解放される。
【００２３】
このように燃圧が保持・解放される圧力制御室４０と上記各ニードル弁２８ｘ、２８ｙの各大径穴３５ｘ、３５ｙの上部とは、夫々燃圧通路５３ｘ、５３ｙを介して接続されている。一方の燃圧通路５３ｘには、他方の燃圧通路５３ｙと流路抵抗を異ならせるため、抵抗機構５４が設けられている。抵抗機構５４は、一方の燃圧通路５３ｘ内に凸状に形成された絞り部５５からなる。
【００２４】
以上の構成からなる本実施形態の作用について述べる。
【００２５】
図３に示すコモンレール６内の高圧（数十〜数百ＭＰａ）の燃料は、燃料供給通路７を介して図１に示すインジェクタ８ａに供給され、第１通路２５および供給通路４１を介して圧力制御室４０内に供給されると共に、第１通路２５を介して燃料溜り部３９に供給され、圧力制御室４０および燃料溜り部３９が高圧の燃料で満たされる。
【００２６】
ここで、圧電素子５２が通電オフのとき、バネ４８で引き上げられるリリーフ弁４４によってリリーフ通路４３の開口部４６が塞がれ、圧力制御室４０内の燃圧が保持されるため、その燃圧およびバネ３８ｘ、３８ｙによるニードル弁２８ｘ、２８ｙの下降力が、受圧部３２ｘ、３２ｙの燃圧によるニードル弁２８ｘ、２８ｙの上昇力よりも大きくなり、ニードル弁２８ｘ、２８ｙが下降する。よって、ニードル弁２８ｘ、２８ｙの先端部３０ｘ、３０ｙがシート部３６ｘ、３６ｙに着座し、噴孔５６ｘ、５６ｙが塞がれ、燃料の噴射は行われない。
【００２７】
圧電素子５２が通電オンされると、リリーフ弁４４がバネ４８に抗して押し下げられ、リリーフ通路４３の開口部４６が開放されて圧力制御室４０内の燃圧がリリーフ室４２側に解放（リリーフ）されるため、受圧部３２ｘ、３２ｙの燃圧によるニードル弁２８ｘ、２８ｙの上昇力が、バネ３８ｘ、３８ｙによるニードル弁２８ｘ、２８ｙの下降力よりも大きくなり、ニードル弁２８ｘ、２８ｙが上昇する。よって、ニードル弁２８ｘ、２８ｙの先端部３０ｘ、３０ｙがシート部３６ｘ、３６ｙから離間し、噴孔５６ｘ、５６ｙから燃料が高圧で噴射される。リリーフ室４２に流出した燃料は、第２通路２６および回収通路２３を介して燃料タンクに戻る（図３参照）。
【００２８】
このように各ニードル弁２８ｘ、２８ｙが上昇するとき、一方の燃圧通路５３ｘには絞り部５５が設けられ他方の燃圧通路５３ｙには絞り部５５が設けられていないので、一方の燃圧通路５３ｘの流路抵抗が他方の燃圧通路５３ｙの流路抵抗より大きくなる。すなわち、一方の燃圧通路５３ｘ側の大径穴３５ｘ（バネ３８ｘの収容部分、以下同じ）から圧力制御室４０に流れる燃料の流路抵抗が、他方の燃圧通路５３ｙ側の大径穴３５ｙ（バネ３８ｙの収容部分、以下同じ）から圧力制御室４０に流れる燃料の流路抵抗より大きくなる。このため、一方の燃圧通路５３ｘ側の大径穴３５ｘ内の燃圧の減少が、他方の燃圧通路５３ｙ側の大径穴３５ｙ内の燃圧の減少よりも緩やかになる。
【００２９】
この結果、一方の燃圧通路５３ｘ側のニードル弁２８ｘの上昇速度が、他方の燃圧通路５３ｙ側のニードル弁２８ｙの上昇速度より遅くなる。よって、噴射初期においては先に上昇した上記他方のニードル弁２８ｙ側の噴孔５６ｙからのみ燃料が噴射され、次いで遅れて上昇した上記一方のニードル弁２８ｘ側の噴孔５６ｘからも燃料が噴射されることになり、自動的に可変噴孔（２段階噴射）が達成される。これにより、燃料の初期噴射率を低くすることができる。初期噴射率が低くなると、所定の着火遅れ後の最初の燃焼が噴射率の低い少量の燃料でなされるため、穏やかな初期燃焼を確保でき、ＮＯｘの減少および騒音の低減を達成できる。
【００３０】
本実施形態においては、上述の２段階噴射を一方の燃圧通路５３ｘに絞り部５５を設けるという極めて簡単な構成より、電気的制御等を一切行うことなく自動的に達成しているので、従来より知られている種々の可変噴孔のアイデア（発明が解決しようとする課題の欄を参照のこと）を適用した場合のように、制御が複雑である又は構成が複雑なため製造が困難であるという問題は生じない。
【００３１】
また、かかる２段階噴射の後、圧電素子５２を通電オフすると、リリーフ弁４４が再びバネ４８で引き上げられてリリーフ通路４３の開口部４６が塞がれ、圧力制御室４０内の燃圧が保持される。よって、圧力制御室４０内の燃圧およびバネ３８ｘ、３８ｙによるニードル弁２８ｘ、２８ｙの下降力が、受圧部３２ｘ、３２ｙの燃圧によるニードル弁２８ｘ、２８ｙの上昇力よりも大きくなり、ニードル弁２８ｘ、２８ｙが下降し、ニードル弁２８ｘ、２８ｙの先端部３０ｘ、３０ｙがシート部３６ｘ、３６ｙに着座し、噴孔５６ｘ、５６ｙが塞がれ、燃料の噴射が終了する。
【００３２】
なお、本実施形態では、弁体にニードル弁２８を採用し、そのニードル弁２８を２本設けたものを示したが、ニードル弁２８を３本以上とし、各燃圧通路５３の流路抵抗を夫々異ならせるようにしてもよい。また、弁体の形状は、ニードル弁２８には限られず、様々な形状が適用され得る。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかるインジェクタによれば、簡単な構成で自動的に可変噴孔を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すインジェクタの概要図である。
【図２】上記インジェクタの部分拡大図である。
【図３】コモンレール式の燃料噴射システムの概要図である。
【図４】従来例を示すインジェクタの概要図である。
【符号の説明】
８ａ  インジェクタ
２４  ノズルボディ
２８ｘ  弁体としてのニードル弁
２８ｙ  弁体としてのニードル弁
４０  圧力制御室
５３ｘ  燃圧通路
５３ｙ  燃圧通路
５４  抵抗機構
５５  絞り部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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