JP2722621B2 - ユニットインジェクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はユニットインジェクタに関する。

〔従来の技術〕

ユニットインジェクタは通常、機関により駆動される
プランジャと、燃料で満たされかつプランジャにより加
圧される燃料加圧室と、燃料加圧室内の燃料圧に応動し
てこの燃料圧が予め定められた圧力を越えたときに開弁
するニードルと、燃料加圧室内の燃料を溢流させる燃料
溢流通路と、アクチュエータによって駆動されかつ燃料
溢流通路内に配置された溢流弁とを具備し、溢流弁が閉
弁せしめられたときに燃料噴射が行われる。

ところでこのようなユニットインジェクタでは通常ニ
ードルはばね力により閉弁状態に保持され、ニードルの
外周面上に形成された円錐状のニードル受圧面に高圧の
燃料圧を作用させることによりニードルを持ち上げて燃
料噴射が行われる。次いで溢流弁が開弁して燃料加圧室
内の燃料圧が急激に低下せしめられるとそれと同時にニ
ードル受圧面に作用する燃料圧も急激に低下するのでニ
ードルがばね力により閉弁方向に移動してノズル口を閉
鎖せしめる。ところがこのように燃料加圧室内の燃料圧
が急激に低下せしめられるとニードル受圧面からノズル
口間のニードル周りに充填されていた高圧の燃料全体が
燃料加圧室に向けて移動し、その結果ノズル口近くのニ
ードル周りの圧力が一時的にかなり低い圧力、例えば大
気圧以下に低下してしまう。ところがこのようにノズル
口近くのニードル周りの圧力がかなり低い圧力となると
ノズル口近くのニードル周りには多数の微少な気泡が発
生する。従って次にニードルが開弁せしめられたときに
は最初にこれらの気泡を含んだ燃料が噴出せしめられる
ために燃料噴射率の立上りが悪くなるという問題を生ず
る。

また、ニードルはそれ自身の慣性によりおよび周囲と
の摩擦によって応答性がさほどよくなく、従ってニード
ル受圧面に作用する燃料圧が急激に低下してもニードル
がノズル口をただちに閉弁せず、暫らくしてからニード
ルがノズル口を閉弁する。従ってニードル受圧面に作用
する燃料圧が急激に低下して燃焼室内の圧力よりも低く
なるとニードルが閉弁するまでの間に燃焼室内の燃焼ガ
スがノズル口を介してニードル周りに流入するという問
題を生ずる。

このような問題を回避するためには燃料噴射を停止す
べく溢流弁が開弁せしめられたときに燃料の溢流作用を
抑制して燃料加圧室内の燃料圧が低下するのを抑制すれ
ばよいことになる。そこで溢流制御弁の閉弁時に燃料加
圧室内の燃料圧が溢流弁の開弁方向に作用するように
し、溢流弁をばねによって常時閉弁方向に付勢するよう
にしたユニットインジェクタが公知である（実開昭61−
187965号公報参照）。このユニットインジェクタでは溢
流弁を付勢するばねのばね力によって燃料加圧室内の燃
料が一定圧以上に保持される。その結果、ニードル周り
の燃料圧がさほど低下しなくなるためにニードル周りに
多数の微少な気泡が発生するのが阻止され、燃焼室内の
燃焼ガスがニードル周りに流入するのが阻止される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこのユニットインジェクタでは溢流弁を
付勢するばねのばね力を外部から調節することができ
ず、斯くしてユニットインジェクタが組立てられた後に
溢流弁の開弁圧を正規の開弁圧に正確に調節することが
できないという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば、機関に
より駆動されるプランジャと、燃料で満たされかつプラ
ンジャにより加圧される燃料加圧室と、燃料加圧室内の
燃料圧に応動して燃料圧が予め定められた圧力を越えた
ときに開弁するニードルと、燃料加圧室内の燃料を溢流
させる燃料溢流通路と、アクチュエータによって駆動さ
れかつ燃料溢流通路内に配置された溢流弁とを具備し、
溢流弁が閉弁しているときには燃料加圧室内の燃料圧が
溢流弁を開弁させる方向に作用しており、溢流弁がアク
チュエータにより閉弁状態に保持されているときに燃料
噴射が行われるユニットインジェクタにおいて、溢流弁
をばねによって常時閉弁方向に付勢するようにし、ユニ
ットインジェクタハウジングの外部からこのばねのばね
力を調節可能なばね力調節ねじをユニットインジェクタ
ハウジングに取付けている。

〔作用〕

燃料噴射を停止すべくアクチュエータによる溢流弁の
閉弁保持作用が解除されると溢流弁が開弁し、燃料加圧
室内の燃料圧が低下する。燃料加圧室内の燃料圧が低下
するとばね力によって溢流弁が閉弁せしめられ、燃料加
圧室内の燃料圧はこのばね力に定まる一定圧以上に保持
される。

〔実施例〕

第１図、第２図、第４図および第５図を参照すると、
１はユニットインジェクタのハウジング本体、２はその
先端部にノズル口３を形成したノズル、４はスペーサ、
５はスリーブ、６はこれらノズル２、スペーサ４、スリ
ーブ５をハウジング本体１に固締するためのノズルホル
ダを夫々示す。ノズル２内にはノズル口３の開閉制御を
行うニードル７が摺動可能に挿入され、ニードル７の頂
部は加圧ピン８を介してスプリングリテーナ９に連結さ
れる。このスプリングリテーナ９は圧縮ばね10により常
時下方に向けて押圧され、この押圧力は加圧ピン８を介
してニードル７に伝えられる。従ってニードル７は圧縮
ばね10によって常時閉弁方向に付勢されることになる。

一方、ハウジング本体１内にはニードル７と共軸的に
プランジャ孔11が形成され、このプランジャ孔11内にプ
ランジャ12が摺動可能に挿入される。プランジャ12の上
端部はタペット13に連結され、このタペット13は圧縮ば
ね14により常時上方に向けて付勢される。このタペット
13は機関駆動のカム（図示せず）により上下動せしめら
れ、それによってプランジャ12がプランジャ孔11内にお
いて上下動せしめられる。一方、プランジャ12下方のプ
ランジャ孔11内にはプランジャ12の下端部12aによって
画定された燃料加圧室15が形成される。この燃料加圧室
15は棒状フィルタ16および燃料通路17（第５図）を介し
てニードル加圧室18に連結され、このニードル加圧室18
はニードル７周りの環状燃料通路19を介してノズル口３
に連結される。また、プランジャ孔11の内壁面上には第
４図に示すようにプランジャ12が上方位置にあるときに
燃料加圧室15内に開口する燃料供給ポート20が形成さ
れ、この燃料供給ポート20から燃料加圧室15内に２〜3k
g/cm²程度のフィード圧の燃料が供給される。この燃料
供給ポート20は燃料供給ポート20から直角方向に延びる
燃料排出通路20aおよび開弁圧が２〜3kg/cm²程度のリリ
ーフ弁（図示せず）を介して例えば燃料タンク（図示せ
ず）に接続される。また、第４図に示されるようにプラ
ンジャ孔11に対して燃料供給ポート20と反対側には燃料
供給ポート20の穿設作業上必然的に形成される燃料ポー
ト21が形成され、この燃料ポート21の外端部は盲栓22に
よって閉鎖される。この燃料ポート21は燃料供給ポート
20と共軸的に延びてプランジャ孔11内に開口する。プラ
ンジャ孔11の内壁面上には燃料供給ポート20から燃料ポ
ート21に向けて延びる円周溝23が形成される。従ってプ
ランジャ12が下降してプランジャ12が燃料供給ポート20
および燃料ポート21を閉鎖したときに燃料供給ポート20
と燃料ポート21とは円周溝23を介して互いに連通せしめ
られ、従って燃料ポート21内の燃料圧は燃料供給ポート
20内と同じフィード圧に維持される。一方、プランジャ
下端面12aよりもわずかばかり上方のプランジャ12の外
周面上には円周溝26が形成され、この円周溝26はプラン
ジャ12内に穿設された燃料逃し孔27を介して燃料加圧室
15内に連通せしめられる。

一方、ハウジング本体１内にはプランジャ孔11内の側
方近傍において横方向に延びる摺動孔30が形成される。
従ってこの摺動孔30はその軸線がプランジャ12とニード
ル７の共通軸線にほぼ直交する直線に対し間隔を隔てて
平行をなすように形成される。この摺動孔30内には溢流
弁31が摺動可能に挿入される。第１図および第２図に示
されるように摺動孔30は互いに共軸的に配置された小径
孔32と大径孔33からなり、これら小径孔32と大径孔33の
間には段部34が形成される。一方、小径孔32に関して大
径孔33と反対側のハウジング本体１内には小径孔32と共
軸的に円錐孔35が形成され、この円錐孔35内には円錐状
外周面を有する弁シート部材36が嵌着される。この弁シ
ート部材36はハウジング本体１に螺着されたナット37に
よって円錐孔35内に固定される。小径孔32に対面した弁
シート部材36の端面38上には凹溝39が形成され、凹溝39
の内周面上にはほぼ円錐状をなす弁シート部40が形成さ
れる。一方、溢流弁31の一端部は凹溝39に突出し、この
溢流弁31の一端部の外周部41が円錐状弁シート部40上に
着座する。

溢流弁31が弁シート部材36上に着座したときに溢流弁
31の外周面と凹溝39の内壁面とハウジング本体１間には
環状の加圧燃料導入室42が形成され、溢流弁31の先端面
と凹溝39の内周面間には第１の燃料溢流室43が形成され
る。一方、摺動孔30の大径孔33内には第２の燃料溢流室
44が形成され、第１燃料溢流室43と第２燃料溢流室44と
は溢流弁31内に形成された燃料通路を45を介して互いに
連通せしめられる。この第２燃料溢流室44は第８図に示
すように燃料排出通路47を介して例えば燃料タンク（図
示せず）に連結される。また、第１燃料溢流室43は燃料
通路25を介して圧縮ばね10を収容するニードル背圧室24
に連結される。

第５図に示されるようにハウジング本体１内には燃料
通路17から上方に延びて常時加圧燃料導入室42に開口す
る燃料溢流路49が形成される。この燃料溢流路49は常時
燃料加圧室15に連通しており、従って加圧燃料導入室42
は常時燃料加圧室15に連通している。

一方、図３に示されるように溢流弁31の先端部は円錐
頂角の異なる２段の円錐面41a,41bから形成されてお
り、これら円錐面41a,41bの境界部41cが弁シート部40と
線接触する。従って加圧燃料導入室42内の燃料圧が円錐
面41aに作用し、溢流弁31は加圧燃料導入室42の燃料圧
によって開弁方向に付勢されることになる。

第１図および第２図に示されるように摺動孔30の大径
孔33の外端部にはロッド50を案内支持するロッドガイド
51が嵌着され、このロッドガイド51はその内部にロッド
孔52を具備する。ロッド50はロッド孔52内に摺動可能に
挿入された中空円筒状の小径部53と、大径孔33内に位置
する大径部54とを有する。ロッドガイド51内にはロッド
50の小径部53内に突出する調節ねじ28aが螺着され、ロ
ッド50と調節ねじ28a間にはロッド50と共に溢流弁31を
弁シート部40に向けて常時付勢する、即ち溢流弁31を常
時閉弁方向に付勢する圧縮ばね28が挿入される。調節ね
じ28aの頭部は外部に露呈しており、従ってこの調節ね
じ28aにより外部から圧縮ばね28のばね力を調節するこ
とができる。

大径部54と反対側のロッド50の端部には小径部53の端
面により画定された圧力制御室55が形成される。この圧
力制御室55の上方にはアクチュエータ60が配置される。
第１図および第２図に示されるようにロッド50は中空円
筒状をなしており、従ってロッド50の質量はかなり小さ
くなる。

第１図および第６図に示されるようにアクチュエータ
60はハウジング本体１と一体形成されかつその内部にピ
ストン孔61を形成したアクチュエータハウジング62と、
ピストン孔61内に摺動可能に挿入されたピストン63と、
アクチュエータハウジング62の頂部を覆う端板64と、端
板64をアクチュエータハウジング62の頂部に固定するた
めの端板ホルダ65と、端板64の上端部を覆う合成樹脂製
キャップ66とを具備する。ピストン63と端板64間には多
数の圧電素子板を積層したピエゾ圧電素子67が挿入さ
れ、ピストン63下方のピストン孔61内にはピストン63の
下端面によって画定された可変容積室68が形成される。
この可変容積室68は燃料通路69を介して圧力制御室55に
連通する。ピストン63とアクチュエータハウジング62間
には環状の冷却室70が形成され、この冷却室70内にはピ
ストン63を常時上方に向けて付勢する圧縮ばね71が挿入
される。ピエゾ圧電素子67に電荷をチャージするとピエ
ゾ圧電素子67は軸方向に伸長し、その結果可変容積室68
の容積が減少する。一方、ピエゾ圧電素子67にチャージ
された電荷をディスチャージするとピエゾ圧電素子67は
軸方向に収縮し、その結果可変容積室68の容積が増大す
る。

第６図に示されるようにハウジング本体１には逆止弁
72が挿入される。この逆止弁72は弁ポート73の開閉制御
をとるボール74と、ボール74のリフト量を規制するロッ
ド75と、ボール74およびロッド75を常時下方に向けて押
圧する圧縮ばね76とを具備し、従って弁ポート73は通常
ボール74によって閉鎖される。逆止弁72の弁ポート73は
燃料流入通路77を介して例えば低圧燃料ポンプ（図示せ
ず）に連結され、２〜3kg/cm²の低圧の燃料が燃料流入
通路77から供給される。逆止弁72は可変容積室68に向け
てのみ流通可能であり、従って可変容積室68内の燃料圧
が２〜3kg/cm²よりも低下すると燃料が逆止弁72を介し
て可変容積室68内に補給される。従って可変容積室68内
は常時燃料によって満たされている。一方、第６図に示
されるように冷却室70の下端部は燃料流入通路78を介し
て例えば低圧燃料ポンプ（図示せず）に連結され、２〜
3kg/cm²の低圧の燃料が燃料流入通路78から冷却室70内
に供給される。この燃料によってピエゾ圧電素子67が冷
却される。また、第４図に示されるように冷却室70の下
端部は燃料流出通路79を介して燃料供給ポート20に連結
され、この燃料供給ポート20内に冷却室70から燃料供給
ポート20に向けてのみ流通可能な逆止弁80が配置され
る。この逆止弁80は弁ポート81の開閉制御をするボール
82と、ボール82のリフト量を規制するロッド83と、ボー
ル82およびロッド83を常時上方に向けて押圧する圧縮ば
ね84からなる。冷却室70内の燃料はピエゾ圧電素子67を
冷却した後、燃料流出通路79を介して燃料供給ポート20
に供給される。

前述したように燃料は燃料流入通路78を介して冷却室
70内に供給され、次いでこの燃料はピエゾ圧電素子67を
冷却した後、燃料流出通路79および逆止弁80を介して燃
料供給ポート20内に供給される。第４図に示すようにプ
ランジャ12が上方位置にあるときには燃料供給ポート20
から燃料加圧室15内に燃料が供給され、従ってこのとき
には燃料加圧室15内および加圧燃料導入室42内は２〜3k
g/cm²程度の低圧になっている。また、このときピエゾ
圧電素子67は最大収縮位置にあり、このとき可変容積室
68および圧力制御室55内の燃料圧も２〜3kg/cm²程度の
低圧になっている。

更に、このとき溢流弁31は圧縮ばね28のばね力によっ
て弁シート部40上に付勢されている、即ち溢流弁31は閉
弁している。

次いでプランジャ12が下降すると燃料供給ポート20お
よび燃料ポート21がプランジャ12によって閉鎖されるの
で燃料加圧室15内および加圧燃料導入室42内の燃料圧が
上昇を開始する。次いでプランジャ12が更に下降し、加
圧燃料導入室42内の燃料圧が高くなると溢流弁31が開弁
し、燃料が溢流せしめられる。このとき加圧燃料導入室
42内の燃料圧、即ち燃料加圧室15内の燃料圧は圧縮ばね
28により定まる溢流弁31の開弁圧に維持される。なお、
この溢流弁31の開弁圧は燃焼室（図示せず）内の圧力よ
りも高く設定されている。

次いで燃料噴射を開始すべくピエゾ圧電素子67に電荷
がチャージされるとピエゾ圧電素子67は軸線方向に伸長
し、その結果ピストン63が下降するために可変容積室68
および圧力制御室55内の燃料圧が急激に上昇する。圧力
制御室55内の燃料圧が上昇するとロッド50が第１図およ
び第２図において左方に移動するためにそれに伴って溢
流弁31も左方に移動し、溢流弁31の端部が弁シート部40
に当接して溢流弁31が閉弁せしめられる。溢流弁31が閉
弁すると燃料加圧室15内の燃料圧はプランジャ12の下降
運動により急激に上昇し、燃料加圧室15内の燃料圧が予
め定められた圧力、例えば1500kg/cm²以上の一定圧を越
えるとニードル７が開弁してノズル口３から燃料が噴射
される。

次いで燃料噴射を停止すべくピエゾ圧電素子67にチャ
ージされた電荷がディスチャージされるピエゾ圧電素子
67が収縮する。その結果、ピストン63が圧縮ばね71のば
ね力により上昇せしめられるために可変容積室68および
圧力制御室55内の燃料圧が低下する。圧力制御室55内の
燃料圧が低下すると溢流弁31の円錐面41aに作用する燃
料圧によってロッド50および溢流体31がただちに第１図
および第２図において右方に移動し、溢流弁31が弁シー
ト部40から離れて溢流体31が即座に開弁する。溢流弁31
が開弁すると燃料加圧室15内の高圧の燃料が燃料溢流路
49および加圧燃料導入室42を介して第１燃料溢流室43内
に噴出する。

次いで加圧燃料導入室42内の燃料圧が溢流弁31の開弁
圧まで低下すると溢流弁31が閉弁し、斯くして燃料加圧
室15内の燃料圧は溢流弁31の開弁圧に維持される。とこ
ろで前述したように溢流弁31の開弁圧は燃焼室内の圧力
よりも高く設定されており、従って環状燃料通路19内の
燃料圧は燃焼室内の圧力よりも高くなっている。従って
燃焼室内の燃焼ガスがノズル口３を介して環状燃料通路
19内に流入するのが阻止される。また、溢流弁31が開弁
すると燃料加圧室15内の燃料圧が急激に低下するために
環状燃料通路19内の燃料全体が燃料加圧室15に向けて移
動するが燃料加圧室15内の燃料圧が溢流弁31の開弁圧ま
でしか低下しないために環状燃料通路19内の圧力はさほ
ど低下せず、斯くして微少な気泡が発生するのが阻止さ
れる。

また、溢流弁31が開弁すると第１燃料溢流室43内の燃
料圧が上昇し、この燃料圧がニードル背圧室24内に加わ
る。その結果、ニードル７が急速に閉弁せしめられるた
めに良好な燃料の噴射切れを確保することができる。

一方、溢流弁31を開弁するためにピエゾ圧電素子67が
収縮せしめられて可変容積室68の燃料圧が低下せしめら
れたときに可変容積室68の燃料圧が燃料流入通路77（第
６図）内の燃料圧よりも低くなれば逆止弁72を介して低
圧の燃料が可変容積室68内に補給される。

次いでプランジャ12が更に下降するとプランジャ12の
外周面上に形成された円周溝26が燃料供給ポート20およ
び燃料ポート21に連通する。このとき燃料加圧室15内の
燃料がプランジャ12内に形成された燃料逃し孔27および
円周溝26を介して燃料供給ポート20および燃料ポート21
内に排出される。次いでプランジャ12が上昇して上端位
置まで戻り、再び下降を開始する。

〔発明の効果〕

燃料噴射停止時に燃料加圧室内の燃料圧を急激に低下
させるが或る一定圧までしか低下させないことによって
ニードル周りの燃料通路内に燃焼ガスが流入するのを阻
止することができ、しかもニードル周りの燃料通路内に
微少な気泡が発生するのを阻止することができる。ま
た、本発明では溢流弁を付勢するばねのばね力を外部か
ら調節することができるのでユニットインジェクタが組
立てられた後に溢流弁の開弁圧を正規の開弁圧に正確に
調節することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第５図のＩ−Ｉ線に沿ってみたユニットインジ
ェクタの側面断面図、第２図は第１図の一部の拡大側面
断面図、第３図は溢流弁の先端部の拡大側面断面図、第
４図は第５図のIV−IV線に沿ってみた側面断面図、第５
図は第１図のＶ−Ｖ線に沿ってみた側面断面図、第６図
は第１図および第８図のVI−VI線に沿ってみた側面断面
図、第７図は第１図の平面図、第８図は第１図のVIII−
VIII線に沿ってみた平面断面図である。 ３……ノズル口、７……ニードル、 12……プランジャ、15……燃料加圧室、 28……圧縮ばね、31……溢流弁。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関により駆動されるプランジャと、燃料
   で満たされかつプランジャにより加圧される燃料加圧室
   と、燃料加圧室内の燃料圧に応動して該燃料圧が予め定
   められた圧力を越えたときに開弁するニードルと、燃料
   加圧室内の燃料を溢流させる燃料溢流通路と、アクチュ
   エータによって駆動されかつ該燃料溢流通路内に配置さ
   れた溢流弁とを具備し、該溢流弁が閉弁しているときに
   は燃料加圧室内の燃料圧が該溢流弁を開弁させる方向に
   作用しており、該溢流弁が該アクチュエータにより閉弁
   状態に保持されているときに燃料噴射が行われるユニッ
   トインジェクタにおいて、上記溢流弁をばねによって常
   時閉弁方向に付勢するようにし、ユニットインジェクタ
   ハウジングの外部から該ばねのばね力を調節可能なばね
   力調節ねじを該ハウジングに取付けたユニットインジェ
   クタ。