JP5237054B2 - 蓄圧式燃料噴射装置の制御弁構造 - Google Patents

Description

本発明は、制御弁が開放されてノズル針弁がリフトされ燃料溜め内の高圧燃料を噴孔から燃焼室内に噴射せしめるように構成された蓄圧式燃料噴射装置の前記制御弁の構造に関する。

図６は蓄圧式燃料噴射装置の燃料噴射装置の１例を示す断面図である。
図６において、燃料噴射装置は符号１００で示され、次のように構成されている。
先端部に燃料を噴射する噴孔１４を備えたノズル本体２は、内周にノズル針弁３が往復摺動可能に嵌合されている。
従って、無噴射時には、該ノズル針弁３の先端部が該ノズル本体２のシート部２ｂに当接して、高圧燃料が燃料溜め１３に貯留されている。

高圧燃料を生成する高圧燃料ポンプにより供給された高圧燃料は、蓄圧器１に導入され該蓄圧器１にて所定の高圧に保持されている。かかる高圧燃料は、電磁弁からなる制御弁８によって開閉時期が制御される。
前記蓄圧器１からの高圧燃料は、２つの燃料通路１２及び１２ａに分岐され、その一方である燃料通路１２はノズル針弁３が臨む燃料溜め１３に連通されている。
またその他方である燃料通路１２ａは、オリフィス６を通して制御室４に連通されている。該制御室４は、前記ノズル針弁３の上面に臨んで形成され、該制御室４により前記ノズル針弁３を押圧している。

前記制御弁を駆動するソレノイド弁装置１１ｓは、公知の装置であるので詳細な説明を省略するが、ソレノイドケース１１内に摺動自在に制御弁８が嵌合され、ソレノイドコイルにより制御弁８が引き上げられると、制御弁８が制御ポート７（５はオリフィス）及び制御室４を開き、制御室４内がリークライン１０に開放される。

即ち、前記燃料噴射装置１００において、ソレノイド弁装置１１ｓのソレノイドコイルにより、前記制御弁８が引き上げられて前記制御ポート７を開くと、前記ノズル針弁３に作用する力をオープンにする。
これにより、前記燃料通路１２を通して燃料溜め１３内に送られていた高圧燃料の圧力は、前記のように制御室４内がオープンになっているため、該高圧燃料の圧力がノズル針弁３の下側から作用して、該ノズル針弁３をシート部２ｂから上方に離間させて該ノズル針弁３を開弁させる。
そして、燃料溜め１３内の高圧燃料は前記シート部２ｂを通して前記ノズル本体２の噴孔１４から、エンジンの燃焼室内に噴射せしめられる。

前記ソレノイド装置１１ｓの作動を制御する弁制御装置１５は、前記蓄圧器１の油圧Ｐを検出値によって制御されるとともに、エンジン回転数検出器１７によるエンジン回転数の検出値によって制御されている。

前記燃料噴射装置１００においては、ノズル針弁３をシート部２ｂから上方に離間させて該ノズル針弁３を開弁させる作用を、制御弁８が制御ポート７（５はオリフィス）及び制御室４を開き、制御室４内がリークライン１０に開放されることによって行っている。
このため、制御弁８の上下動によって噴射制御を行っていることから、エンジン回転速度に応じて高速動作するため、着座の衝撃で制御弁８がバウンスする。

即ち、図７（Ａ）に示すように、前記制御弁８はノズル本体２のシート部２ａに着脱を繰り返すが、通常の着脱時には、図７（Ｂ）のリフト線Ｙに示すように、前記制御弁８のリフトに対して制御弁８の開口面積は直線的に変化する。
かかる制御弁８の運動に対して、制御弁８にバウンスが発生すると，ノズル針弁３が再開するなど不安定となり，燃料噴射特性が不安定になる。

かかるバウンス対策として、特許文献１（特開２００４−３４６８５６号公報）、特許文献２（実開平６−１４４６４号公報）等が提示されている。
前記特許文献１（特開２００４−３４６８５６号公報）においては、運動部分に防振部材１８を設置して、該防振部材１８によりノズル針弁３４のバウンスを低減している。
また、特許文献２（実開平６−１４４６４号公報）においては、着座部の内部に流量切替弁２０を配設し、ポペット弁の着座時におけるバウンスを低減している。

特開２００４−３４６８５６号公報 実開平６−１４４６４号公報

前記蓄圧式燃料噴射装置においては、ソレノイド装置１１ｓのＯＮ／ＯＦＦにより制御弁８を開閉させており、制御弁８の開閉はエンジン回転速度に応じて高速動作するため、着座の衝撃で制御弁８のバウンスが発生する。
かかるバウンスによる制御室４からの不正な燃料油流出により、制御室４内の燃料油圧の回復が安定してなされず、ノズル針弁３の挙動が不安定となり、結果として燃料噴射特性に悪影響を与える。

また、前記バウンスの発生は、ポンプにより蓄圧器１内に昇圧された高圧燃料油が不正流出するため、ポンプ仕事の増大による燃料消費率の悪化や、必要なポンプ容量の増大が問題となる。

このため、前記特許文献１（特開２００４−３４６８５６号公報）では、前記のように運動部分に防振部材１８を設置して、該防振部材１８によりノズル針弁３４のバウンスを低減し、また、特許文献２（実開平６−１４４６４号公報）では、着座部の内部に流量切替弁２０を配設し、ポペット弁の着座時におけるバウンスを低減しているが、いずれの手段も防振部材を設けたり、流量切替弁を設ける必要があり、バウンス除去のために特定の装置を設けねばならないので装置コストが高くなり、また流量切替弁を用いる場合は調整が面倒である。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、蓄圧式燃料噴射装置の制御弁構造において、格別な装置を必要とせずに、低コストの手段で以ってバウンスの発生を低減できる蓄圧式燃料噴射装置の制御弁の構造を得ることを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、噴孔が形成されたノズル本体と、該ノズル本体の内周に往復摺動可能に嵌合され先端部が該ノズル本体のシート部に当接するノズル針弁と、蓄圧器に蓄圧された高圧燃料の一部を制御油として供給されて制御油圧により該ノズル針弁を前記ノズル本体のシート部に押付ける制御室と、ソレノイドの電磁弁により前記制御室と外部とを連通したとき前記ノズル針弁を燃料溜めのシート部から開放してリフトさせる制御弁とを備え、前記制御弁が開放されて前記ノズル針弁がリフトされ前記燃料溜め内の高圧燃料を噴孔から燃焼室内に噴射せしめるように構成された蓄圧式燃料噴射装置の制御弁構造において、前記制御弁の制御弁軸心線に沿う先端部の断面形状は、少なくとも１個の変曲点からなる曲がり部が形成され、該曲がり部から根元側に第１の面部を形成し先端側に第２の面部を形成し、前記制御弁軸心線に対して傾斜した第１のテーパ部と該第１のテーパ部の外側に該第１のテーパ部よりも一定角度広がって形成した第２のテーパ部とを設け、前記曲がり部が前記第１のテーパ部に当接して全閉時のシート部を形成し、制御弁の全閉時から前記曲がり部が前記第１のテーパ部と第２のテーパ部との交点位置まで上昇する低リフト時には、前記第１の面部と第１のテーパ部とによって形成される開口面積の変化が一定割合よりも小さく、前記曲がり部が前記交点位置よりも大きい高リフト時には、前記第２の面部と第２のテーパ部とによって形成される開口面積の変化が前記一定割合よりも大きくなるように形成したことを特徴とする。

本発明によれば、図４〜５のように、前記制御弁８の、制御弁軸心線３ｓに沿う先端部の断面形状は、少なくとも１個の変曲点３ｔからなる曲がり部と、その根元側に第１の面部３ｉと、先端側に第２の面部３ｊとが形成されており、該変曲点３ｔの曲がり部が、第１のテーパ部２ｃに当接し、該当接部分に全閉時のシート部２ａが形成される。
制御弁８の全閉時から前記曲がり部（変曲点３ｔ）が第１のテーパ部２ｃと第２のテーパ部２ｆとの交点Ｋまで上昇する低リフト時（ｈ１）には、前記制御弁８のリフトに対する前記制御弁８の開口面積の変化が一定割合よりも小さくなるように第１の面部３ｉと第１のテーパ部２ｃによって形成する。
そして、前記曲がり部の変曲点３ｔが交点Ｋよりも大きい高リフト時（ｈ２）に対しては、図５のＸ線のように、前記制御弁８の開口面積の変化を前記一定割合よりも大きい第２の面部３ｊと第２のテーパ部２ｆによって形成する。なお、７は制御ポートである。

さらに、前記第２のテーパ部２ｆは、該第１のテーパ部２ｃの外側に該第１のテーパ部２ｃよりも一定角度だけ広がった角度に形成している。

従って、第２のテーパ部２ｆは、該第１のテーパ部２ｃの外側に該第１のテーパ部２ｃよりも一定角度（θ：鋭角度）だけ広がった角度に形成しているので、すなわち、広がり角度θを第２の面部３ｊと第２のテーパ部２ｆと間の通路空間の開口面積に影響しない範囲で小さくし、急拡大によるキャビテーション・エロージョンを可能な限り避ける構造となっている。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図６は本発明が適用される蓄圧式燃料噴射装置の燃料噴射装置の１例を示す断面図である。
図６において、燃料噴射装置は符号１００で示され、次のように構成されている。
先端部に燃料を噴射する噴孔１４を備えたノズル本体２は、内周にノズル針弁３が往復摺動可能に嵌合されている。
従って、無噴射時には、該ノズル針弁３の先端部が該ノズル本体２のシート部２ａに当接して、高圧燃料が燃料溜め１３に貯留されている。

高圧燃料を生成する高圧燃料ポンプにより供給された高圧燃料は、蓄圧器１に導入され、該蓄圧器１にて所定の高圧に保持されている。かかる高圧燃料は、電磁弁からなる制御弁８によって開閉時期が制御される。
前記蓄圧器１からの高圧燃料は、２つの燃料通路１２及び１２ａに分岐され、その一方である燃料通路１２はノズル針弁３が臨む燃料溜め１３に連通されている。
またその他方である燃料通路１２ａは、オリフィス６を通して制御室４に連通されている。該制御室４は、前記ノズル針弁３の上面に臨んで形成され、該制御室４により前記ノズル針弁３を押圧している。

前記制御弁８を駆動するソレノイド弁装置１１ｓは、公知の装置であるので詳細な説明を省略するが、ソレノイドケース１１内に摺動自在に制御弁８が嵌合され、前記ソレノイドコイルにより制御弁８が引き上げられると、制御弁８が制御ポート７（５はオリフィス）及び制御室４を開き、制御室４内がリークライン１０に開放される。

即ち、前記燃料噴射装置１００において、ソレノイド装置１１ｓのソレノイドコイルにより、前記制御弁８が引き上げられて前記制御ポート７を開くと、前記ノズル針弁３に作用する力をオープンにする。
これにより、前記燃料通路１２を通して燃料溜め１３内に送られていた高圧燃料の圧力は、前記のように制御室４内がオープンになっているため、該高圧燃料の圧力がノズル針弁３の下側から作用して、該ノズル針弁３をシート部２ｂから上方に離間させて該ノズル針弁３を開弁させる。
そして、燃料溜め１３内の高圧燃料は前記シート部２ｂを通して前記ノズル本体２の噴孔１４から、エンジンの燃焼室内に噴射せしめられる。

前記ソレノイド装置１１ｓの作動を制御する弁制御装置１５は、前記蓄圧器１の油圧Ｐの検出値によって制御されるとともに、エンジン回転数検出器１７によるエンジン回転数の検出値によっても制御されている。

かかる燃料噴射装置１００においては、ノズル針弁３をシート部２ｂから上方に離間させて該ノズル針弁３を開弁させる作用を、制御弁８が制御ポート７（５はオリフィス）及び制御室４を開き、制御室４内がリークライン１０に開放されることによって行っている。
このため、制御弁８の上下動によって噴射制御を行っていることから、エンジン回転速度に応じて高速動作するため、着座の衝撃で制御弁８がバウンスするという問題を抱えている。

本発明は、かかる制御弁８のバウンスの低減に関するものである。

（第１参考例）
図１（Ａ）は本発明の第１参考例を示す制御弁の先端部の拡大図、（Ｂ）は制御弁の作動線図である。
図１において、ノズル本体２のシート部２ａと接触する制御弁８の、制御弁軸心線３ｓに沿う先端部の断面形状を、次のように構成している。
前記制御弁８には、１個の変曲点Ｚ１からなる曲がり部が形成されており、該制御弁８の全閉時から前記曲がり部（変曲点Ｚ１）までの低リフト時には制御弁８のリフトに対する制御弁８の開口面積の変化が、前記従来のリフト線Ｙの一定割合よりも小さくなる（図１（Ｂ）参照）第１の面部３ａが、前記シート部２ａに当接する（図１（Ａ）のＡ寸法）。

次いで、前記第１の面部３ａと後述する第２の面部３ｃとの間に、制御弁８のリフトの変化に対して制御弁８の開口面積が変化しない一定の面積からなる第３の面部３ｂを形成する（図１（Ａ）のＢ寸法）。
このようにすれば、制御弁８のリフトの変化に対して制御弁８の開口面積が変化しない一定の面積からなる第３の面部３ｂを制御弁８に形成したので、つまり図１の（Ｂ）での面部Ｂを制御弁８に形成すれば、該面部Ｂの長さを調整することにより，バウンスによるノズル針弁３のリフトへ影響する制御弁８のリフト量を調整できる。

次いで、前記曲がり部の変曲点Ｚ１より大きい高リフト時に対しては、つまり前記第３の面部３ｂに続く部位には、前記制御弁８の開口面積の変化を前記一定割合よりも大きい、つまり前記従来技術のリフト線Ｙよりも大きい割合のＸ線からなる第２の面部３ｃが前記シート部２ａに対向するように形成している（図１（Ａ）のＣ寸法）。

従って、かかる第１参考例によれば、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、制御弁軸心線３ｓに沿う先端部の断面形状を、１個の変曲点Ｚ１からなる曲がり部が形成され、該制御弁８の全閉時Ｚ２から曲がり部の変曲点Ｚ１までの低リフト時には、ノズル針弁３のリフトに対する制御弁８の開口面積の変化が一定割合よりも小さくなる第１の面部３ａを形成し、即ち前記従来の制御弁８のリフト線Ｙに対して一定割合よりも小さくなる第１の面部３ａを形成している。

かかる、開口面積の変化が一定割合よりも小さくなる第１の面部３ａを形成することにより、バウンス時における開口面積の変化が従来の制御弁８のリフト線Ｙよりも小さくなり、従って第１の面部３ａの開口面積も小さくなって該第１の面部３ａからの燃料油の流出が減少し、かかる燃料油流出量の減少により、ノズル針弁３の再開などの不安定挙動が起こりにくくなる。

そして、前記曲がり部の変曲点Ｚ１よりも大きい高リフト時、つまり、図１（Ａ）、（Ｂ）のＺ３よりも制御弁８のリフトが大きい部位においては、前記制御弁８の開口面積の変化を前記一定割合よりも大きくする第２の面部３ｃが前記シート部２ａに対向するように形成したので、かかる高リフト時には前記一定割合よりも大きい第２の面部３ｃによってシート部２ａを開くので、図２（Ｂ）のＸで示すような高リフトでシート部２ａを開くことができる。

つまり、低リフト時には、開口面積の変化が一定割合よりも小さくなる第１の面部３ａを形成したので、バウンス時における開口面積の変化が従来の制御弁８のリフト線Ｙよりも小さくなり、第１の面部３ａの開口面積も小さくなって、第１の面部３ａからの燃料油の流出が減少し、かかる燃料油流出量の減少により、バウンスが低減される一方で、
高リフト時には、制御弁８の開口面積の変化を一定割合よりも大きくして第２の面部３ｃがシート部２ａに対向するように形成したので、かかる高リフト時には一定割合よりも大きい第２の面部３ｃによって、従来のものと同様にシート部２ａを開くことができる。

前記のように、前記制御弁８のリフトに対してバウンスによる制御室４からの不正な燃料流出が抑制されると、図２の各図に示すように、ノズル針弁３のリフト(図２の（５）のＡ部)に再開などの不安定挙動の発生が回避され、これによって、燃料噴射特性が安定になる（図２（６））。

従って、かかる第１参考例によれば、ノズル本体２のシート部２ａと接触する制御弁８の制御弁軸心線３ｓに沿う先端部の断面形状を調整するのみで、なんらの装置を設けることなく、格別な装置を必要とせずに、低コストの手段で以って、低リフト時にはバウンスの発生を低減でき、高リフト時には従来のものと同様に制御弁８を作動させることができる。

（第２参考例）
図３（Ａ）は本発明の第２参考例を示す制御弁の先端部の拡大図、（Ｂ）は制御弁の作動線図である。
図３において、この第２参考例においては、前記制御弁８の先端部には、前記第１の面部３ａを設けずに第２の面部３ｅを直接的に形成して前記シート部２ａに当接させ、該第２の面部３ｅの終縁部以降を制御弁軸心線３ｓに直角方向に切断した平面に形成している。
即ち、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、低リフト時には、前記第２の面部３ｅを制御弁８の先端部に直接的に形成して前記シート部２ａに当接させ、図３（Ｂ）のように、変曲点３ｆにて該第２の面部３ｅから外れてＸ線のように変化し、該第２の面部３ｅの終縁部つまり切断部３ｇにて開口面積が急拡大するように変化する。

このように構成すれば、図３（Ｂ）に示すように、変曲点３ｆ点で折れ曲がり、これからのＸのように変化するので、従来のもの（リフト線Ｙ）に比べて、ストロークがＵだけ減少する。
従って、前記ストロークＵだけ制御弁８の工程を短くでき、それだけソレノイドの吸引工程を短縮でき、ソレノイドの不正な燃料流出が減少する。

（実施例）
図４は本発明の実施例を示す制御弁の先端部の拡大図で、（Ａ）は無噴射時、（Ｂ）は低リフト噴射時、（Ｃ）は高リフト噴射時を示す。図５は制御弁の作動線図である。

また、かかる実施例においては、図４〜５のように、前記制御弁８の、制御弁軸心線３ｓに沿う先端部の断面形状は、少なくとも１個の変曲点３ｔからなる曲がり部と、その根元側に第１の面部３ｉと、先端側に第２の面部３ｊとが形成されており、該変曲点３ｔの曲がり部が、第１のテーパ部２ｃに当接し、該当接部分にて全閉時のシート部２ａが形成される。
制御弁８の全閉時から前記曲がり部（変曲点３ｔ）が第１のテーパ部２ｃと第２のテーパ部２ｆとの交点Ｋまで上昇する低リフト時（ｈ１）には、前記制御弁８のリフトに対する前記制御弁８の開口面積の変化が一定割合よりも小さくなるように第１の面部３ｉと第１のテーパ部２ｃによって形成する。
そして、前記曲がり部の変曲点３ｔが交点Ｋよりも大きい高リフト時（ｈ２）に対しては、図５のＸ線のように、前記制御弁８の開口面積の変化を前記一定割合よりも大きい第２の面部３ｊと第２のテーパ部２ｆによって形成する。なお、７は制御ポートである。

さらに、前記第２のテーパ部２ｆは、該第１のテーパ部２ｃの外側に該第１のテーパ部２ｃよりも一定角度だけ広がった角度に形成している。

従って、第２のテーパ部２ｆは、該第１のテーパ部２ｃの外側に該第１のテーパ部２ｃよりも一定角度（θ：鋭角度）だけ広がった角度に形成しているので、すなわち、広がり角度θを第２の面部３ｊと第２のテーパ部２ｆと間の通路空間の開口面積に影響しない範囲で小さくし、急拡大によるキャビテーション・エロージョンを可能な限り避ける構造となっている。
なお、第１、２参考例、及び実施例において、第１の面部３ａ，３ｉ、第２の面部３ｃ，３ｅ，３ｊ、第１のテーパ部２ｃ、第２のテーパ部２ｆについては必ずしも平面ではなく曲面形状であってもよい。すなわち、これら面部は円錐面なので元々全て曲面であるため、母線が直線ではなく曲線であってもよいことをいう。

本発明によれば、蓄圧式燃料噴射装置の制御弁構造において、格別な装置を必要とせずに低コストの手段で以ってバウンスの悪影響を軽減できる蓄圧式燃料噴射装置の制御弁の構造を得ることができる。

（Ａ）は本発明の第１参考例を示す制御弁の先端部の拡大図、（Ｂ）は制御弁の作動線図である。 前記制御弁及び制御室の時間作動線図である。 （Ａ）は本発明の第２参考例を示す制御弁の先端部の拡大図、（Ｂ）は制御弁の作動線図である。 本発明の実施例を示す制御弁の先端部の拡大図で、（Ａ）は無噴射時、（Ｂ）は低リフト噴射時、（Ｃ）は高リフト噴射時を示す。 本発明の実施例に係る制御弁の作動線図である。 本発明が適用される蓄圧式燃料噴射装置の燃料噴射装置の１例を示す断面図である。 従来技術に関する図１対応図、及び制御弁の作動線図である。 従来技術に関する制御弁及び制御室の時間作動線図である。

１ 蓄圧器
２ ノズル本体
２ａ、２ｂ シート部
２ｃ 第１のテーパ部
２ｆ 第２のテーパ部
３ ノズル針弁
３ａ 第１の面部
３ｂ 第３の面部
３ｃ 第２の面部
３ｅ 第２の面部
３ｉ 第１の面部
３ｊ 第２の面部
３ｇ 切断部
３ｓ 制御弁軸心線
４ 制御室
８ 制御弁
１１ｓ ソレノイド弁装置
１２ 燃料通路
１４ 噴孔
１５ 弁制御装置
１００ 燃料噴射装置
Ｚ１、３ｔ 変曲点
Ｂ 平面部

Claims (1)

1. 噴孔が形成されたノズル本体と、該ノズル本体の内周に往復摺動可能に嵌合され先端部が該ノズル本体のシート部に当接するノズル針弁と、蓄圧器に蓄圧された高圧燃料の一部を制御油として供給されて制御油圧により該ノズル針弁を前記ノズル本体のシート部に押付ける制御室と、ソレノイドの電磁弁により前記制御室と外部とを連通したとき前記ノズル針弁を燃料溜めのシート部から開放してリフトさせる制御弁とを備え、前記制御弁が開放されて前記ノズル針弁がリフトされ前記燃料溜め内の高圧燃料を噴孔から燃焼室内に噴射せしめるように構成された蓄圧式燃料噴射装置の制御弁構造において、
   前記制御弁の制御弁軸心線に沿う先端部の断面形状は、少なくとも１個の変曲点からなる曲がり部が形成され、該曲がり部から根元側に第１の面部を形成し先端側に第２の面部を形成し、
   前記制御弁軸心線に対して傾斜した第１のテーパ部と該第１のテーパ部の外側に該第１のテーパ部よりも一定角度広がって形成した第２のテーパ部とを設け、
   前記曲がり部が前記第１のテーパ部に当接して全閉時のシート部を形成し、制御弁の全閉時から前記曲がり部が前記第１のテーパ部と第２のテーパ部との交点位置まで上昇する低リフト時には、前記第１の面部と第１のテーパ部とによって形成される開口面積の変化が一定割合よりも小さく、前記曲がり部が前記交点位置よりも大きい高リフト時には、前記第２の面部と第２のテーパ部とによって形成される開口面積の変化が前記一定割合よりも大きくなるように形成したことを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置の制御弁構造。

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