JP4049482B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関し、特に燃料噴射弁と切換弁とを一体構造とした燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、蓄圧器に蓄圧した高圧燃料をエンジンの各気筒に安定に供給して低速域から高速域までの広い運転領域においてエンジン性能を向上可能とする蓄圧式燃料噴射装置（コモンレールシステム）がある。このような燃料噴射装置を用いた場合でも、燃料噴射開始直後における燃料噴射率が過大であると、燃焼の初期に急激な爆発燃焼が行われ、エンジン騒音が増大するばかりでなく排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が増大する。このような不具合を解消するため、各回の燃料噴射サイクルの初期段階において、低めの燃料噴射率で燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置が提案されている。
【０００３】
この蓄圧式燃料噴射装置は、図４に示すように燃料ポンプ１により加圧された高圧の燃料を貯溜する高圧蓄圧器２と、高圧蓄圧器２と燃料通路１１を介して接続され且つ供給された燃料をエンジン燃焼室内に噴射する燃料噴射弁３と、高圧蓄圧器２の高圧燃料を燃料通路１１の下流側へ排出制御する圧力切換弁４と、高圧蓄圧器２の高圧燃料よりも低圧の燃料を貯溜し圧力切換弁４より下流側の燃料通路１１に分岐通路１２、及びオリフィス５と逆止弁６とが並列に接続された油路を介して接続される低圧蓄圧器７と、低圧蓄圧器７と燃料タンク１０との燃料通路に接続され、低圧蓄圧器７の燃料圧を制御する圧力制御弁８とを備えた構成とされている。
【０００４】
燃料噴射開始時期が到来するまでの間、圧力切換弁４及び燃料噴射弁３の燃料噴射時期制御用の開閉弁１５は、共に閉弁されており、オリフィス５と逆止弁６の下流側の分岐通路１２、及び圧力切換弁４の下流側の燃料通路１１には低圧蓄圧器７から低圧燃料が供給され、この低圧燃料が燃料噴射弁３の圧力制御室３ａ及び燃料室３ｂに供給される。燃料噴射開始時期が到来した時に開閉弁１５を開弁させて燃料噴射弁３を開弁させて低圧燃料を噴射させて低圧初期噴射（以下「低圧噴射」という）を行い、低圧噴射期間が経過した時に圧力切換弁４を開弁して高圧蓄圧器２からの高圧燃料を噴射させて高圧主噴射（以下「高圧噴射」という）を行い、噴射終了時期が到来すると開閉弁１５を閉弁して燃料噴射弁３を閉弁すると共に圧力切換弁４を閉弁する。即ち、圧力切換弁４により低圧蓄圧器７と高圧蓄圧器２を燃料噴射中に切り換えて燃料の噴射率波形の制御を行う。
【０００５】
そして、低圧噴射により、燃料噴射期間の初期段階での燃焼が比較的緩慢に行われ、排気ガス中のＮＯｘ量の低減が図られ、燃料噴射終了時点で燃料噴射率が急速に立ち下がって黒煙（スモーク）やパティキュレート（粒状物質ＰＭ）の排出量が低減される。
圧力切換弁４が閉弁した後、当該圧力切換弁４と燃料噴射弁３の燃料室３ａとの間に溜まった高圧燃料をオリフィス６を通して低圧蓄圧器７に導入すると共に圧力制御弁８をデューティ制御して、低圧蓄圧器７の燃料圧が所定圧となるように当該低圧蓄圧器７の燃料を燃料タンクに排出する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の蓄圧式燃料噴射装置においては、圧力切換弁４と燃料噴射弁３とを接続する燃料通路１１、及び燃料通路１１と低圧蓄圧器７とを接続する分岐通路１２等の配管が必要である。このため、燃料噴射装置全体のシステムの占有スペースが増大し、実機搭載性が低下する。特に、吸・排気弁を各２弁備えた４弁系のディーゼルエンジンのシリンダヘッド７１上への配置を検討する場合には、システムのコンパクト化が必須である。
【０００７】
更に、圧力切換弁４と燃料噴射弁３との間の燃料通路１１、及び逆止弁６と燃料通路１１との間の分岐通路１２の燃料通路長が長いために、これらの燃料通路内における燃料のデッドボリューム（矢線で示す）により、低圧噴射と高圧噴射とを噴射途中で切り換えて選択的に噴射させる噴射圧力制御の応答性が悪くなる等の問題がある。
【０００８】
圧力切換弁は、針弁の長期に亘る往復運動と、高圧燃料の通過によりシート面が摩耗し、これに伴い低圧蓄圧器からのリーク燃料が増大し、更には、低圧噴射期間の圧力制御機能が劣化する虞もある。このため、圧力切換弁と燃料噴射弁とを一体構造にしてユニット化した場合には、前記圧力切換弁の針弁が劣化すると燃料噴射弁自体に異常がない場合でも、噴射ユニットを交換しなければならなくなり、修理費が高くなるという問題がある。
【０００９】
このため、本発明では、燃料噴射弁と切換弁とを一体構造とし、且つ切換弁を着脱可能として交換可能とした燃料噴射装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、燃料噴射針弁の一端側に作用する燃料圧力を開放することにより当該燃料噴射針弁を開弁して内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁を収容するハウジングと、前記ハウジングに形成され、前記燃料噴射弁の燃料噴射針弁の一端側から開放された燃料を大気側に戻す燃料噴射弁リーク燃料通路と、前記ハウジングに着脱可能に取り付けられ、高圧燃料源からの高圧の燃料の一部を切換針弁のピストン作用圧とし、該作用圧を大気開放することで前記切換針弁を開弁し前記高圧の燃料を前記燃料噴射弁に供給する切換弁とを備え、該切換弁は、前記ハウジングに形成された穴に着脱可能に嵌装され、前記切換針弁を収容するバルブホルダと、該バルブホルダを上方から押圧し、前記穴の底面とバルブホルダの下面とでシール性を確保して当該バルブホルダを穴に逸脱不能に固定させるホルダとを備え、前記バルブホルダ下面を貫通して、前記ハウジング及びバルブホルダに形成され、前記高圧燃料源からバルブホルダに燃料を導入する燃料導入路と、前記バルブホルダ下面を貫通して、前記バルブホルダ及びハウジングに形成され、前記バルブホルダから前記燃料噴射弁に燃料を導出する燃料導出路と、前記ハウジング内にて前記燃料噴射弁リーク燃料通路に統合して接続され、前記切換針弁から開放された作用圧を大気側に戻す切換弁リーク燃料通路とを有したことを特徴とする燃料噴射装置が提供される。
ハウジングに燃料噴射弁と、高圧燃料源からの燃料を開弁により下流側に供給する切換弁とを一体に収容し、且つ切換弁をハウジングに着脱可能に装着する。切換弁の針弁が摩耗した場合、ハウジングから切換弁を取り外して前記針弁を交換する。これにより、燃料噴射装置の保守費の低減が図られる。
また、一体型ハウジングにより２つの電磁弁のリーク経路が統合され、リーク燃料系の簡素化が図られる。
【００１１】
また、燃料噴射弁と切換弁とを一体構造とすることで、これらを接続する燃料通路が短くなり、燃料通路のデッドボリュームを低減して、低圧噴射と高圧噴射とを選択的に噴射させる際の噴射圧力制御の応答性が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。
図１は、本発明に係る燃料噴射装置の断面図、図２は、図１のハウジング内における圧力切換弁の拡大図、図３は、図１の燃料噴射装置をエンジンのシリンダヘッドに装着した状態の平面図である。
【００１３】
図１及び図３に示すように、燃料噴射装置２０は、燃料噴射弁ハウジング（以下単に「ハウジング」という）２１に切換弁としての圧力切換弁２２と、絞り付逆止弁２３と、燃料噴射弁２４が側面視垂直をなし、平面視一列に配置収納されて一体構造とされており、大径の圧力切換弁２２と燃料噴射弁２４は、ハウジング２１の両側に配置され、小径の絞り付逆止弁２３は、これらの圧力切換弁２２と燃料噴射弁２４との間に配置されている。従って、ハウジング２１は、図３に示すように、絞り付逆止弁２３が収納されている中央部が圧力切換弁２２及び燃料噴射弁２４が収納されている両側よりも幅狭（薄い）の形状をなしている。
【００１４】
ハウジング２１の一側に設けられた穴２１ａには、燃料噴射弁２４の針弁（燃料噴射針弁）３０の上部、スプリング３１、ピストン３２が収納されており、針弁３０を収納するノズルホルダ３３は、ハウジング２１の下端に穴２１ａと整合して着脱可能に装着されている。ピストン３２の上方には、噴射時期を制御する開閉弁３５がハウジング２１に螺合されて着脱可能に装着されている。そして、ピストン３２の上端面と開閉弁３５との間に圧力制御室３７が形成されている。開閉弁３５は、電磁弁により構成されている。
【００１５】
ハウジング２１の他側に設けられた穴２１ｂには、圧力切換弁２２のバルブホルダ４０が着脱可能に装着されており、当該バルブホルダ４０には切換針弁４１とスプリング４２が収納されている。また、バルブホルダ４０には、燃料通路４０ａ、４０ｂが設けられており、夫々下面に開口されている。図２に示すようにハウジング２１の穴２１ｂの底面及びバルブホルダ４０の下面には対向して位置決め用の穴２１ｅ及び４０ｅが穿設されており、これらの穴２１ｅと４０ｅに位置決めピン４５が嵌合されている。この位置決めピン４５により、穴２１ｂ内にバルブホルダ４０を嵌挿する際に燃料通路４０ａ、４０ｂと後述するハウジング２１に設けた燃料通路６０、６１とを整合して連通接続することができる。
【００１６】
バルブホルダ４０の上方には、制御弁としての電磁弁４３がハウジング２１に着脱可能に装着されており、針弁４１の上端面と電磁弁４３との間に圧力制御室４４が形成されている。電磁弁４３の弁座が形成されているホルダ４５の外周面のねじ部がハウジング２１のフランジ２１ｆの内周面のねじ部に着脱可能に螺合されて、シール部材４６を介してバルブホルダ４０をハウジング２１の穴２１ｂ内に逸脱不能に固定している。そして、電磁弁４３のケース４７の下端の内周面のねじ部がフランジ２１ｆの外周面のねじ部に着脱可能に螺合されて装着されている。このようにして、圧力切換弁２２と電磁弁４３がハウジング２１に着脱可能に装着されている。
【００１７】
ハウジング２１の中央に設けられた穴２１ｃには、絞り付逆止弁２３が収納されている。この絞り付逆止弁２３は、逆止弁５４の中心に絞りとしてのオリフィス５４ａが設けられている。このように、逆止弁５４の中心にオリフィス５４ａを設けることで、回路の簡素化、小型化が図られる。
ハウジング２１には燃料通路６０、６１、６２、６３及びリーク燃料通路６４、６５、６６が設けられている。燃料通路（燃料導入路）６０の一端は、穴２１ｂの底面に開口されて圧力切換弁２２のバルブホルダ４０の燃料通路（燃料導入路）４０ａに、他端は、ハウジング２１の側面に開口されている。燃料通路６３の一端は、燃料噴射弁２４の燃料室３６に、他端は、圧力制御室３７に接続され、燃料通路（燃料導出路）６１の一端は、穴２１ｂの底面に開口されてバルブホルダ４０の燃料通路（燃料導出路）４０ｂに、他端は、燃料通路６３の途中に接続されている。燃料通路６２の一端は、燃料通路６１の途中に、他端は、穴２１ｃの底面に開口されて絞り付逆止弁２３に接続されている。燃料噴射弁２４、開閉弁３５、電磁弁４３の各リーク燃料は、リーク燃料通路６４、６５、６６を通してリーク燃料合流部６７に集合されて図示しない燃料タンクに還流される。
【００１８】
圧力切換弁２２、絞り付逆止弁２３及び燃料噴射弁２４は、ハウジング２１内に近接して一体に収納されていることで、これらを接続する燃料通路６１、６２の通路長を短くすることができ、これに伴いこれらの燃料通路６１、６２内の燃料のデッドボリューム（矢線で示す）を大幅に低減することが可能となる。
そして、ハウジング２１に、高圧燃料源側から圧力切換弁２２、絞り付逆止弁２３、燃料噴射弁２４の順序で一列に配置することで、これらを接続する燃料通路６１〜６３を順序よく配置することができ、前記高圧燃料源から燃料噴射弁２４までの燃料通路６０〜６３の構成が簡潔且つ容易となる。
【００１９】
また、高圧の燃料通路６０、６１は、圧力切換弁２２のバルブホルダ４０の下方に配置し、バルブホルダ４０の下面において燃料通路４０ａ、４０ｂと燃料通路６０、６１とを接続し、且つバルブホルダ４０を上方からのホルダ４５のネジにより締め付けることで、シール性が確保される。更に、各弁のリーク燃料通路６４〜６６を統合することができ、リーク燃料系の簡素化が図られる。
【００２０】
この燃料噴射装置２０は、図１及び図３に示すように多弁エンジン例えば、４弁エンジンのシリンダヘッド７１に、燃料噴射弁２４が燃焼室７０の真上に位置し、絞り付逆止弁２３が一側の吸気バルブ７２と排気バルブ７３との間に位置し、圧力切換弁２２が、ロッカアームシャフト７４に装着されている吸気側ロッカアーム７５及び排気側ロッカアーム７６と反対側に位置して配置装着され、固定部材としてのノズルブリッジ７８によりシリンダヘッド７１に固定される。そして、ハウジング２１の燃料通路６０は、配管６８を介して図示しない高圧燃料源としての高圧蓄圧室に接続され、絞り付逆止弁２３は、配管６９を介して図示しない低圧蓄圧室に接続される。
【００２１】
燃料噴射装置２０は、小径の絞り付逆止弁２３を吸排気多弁エンジンの吸気バルブ７２と排気バルブ７３との間の狭い空間に収納することで、シリンダヘッド７１のスペースの有効利用が図られ、実機への搭載性が向上する。
以下に作用を説明する。
燃料噴射装置２０は、燃料噴射開始時期が到来するまでの間、圧力切換弁２２及び燃料噴射弁２４の燃料噴射時期制御用の開閉弁３５は、共に閉弁されており、絞り付逆止弁２３の下流側の燃料通路６２、圧力切換弁２２の下流側の燃料通路６１及び燃料通路６３には前記低圧蓄圧室から低圧燃料が供給され、この低圧燃料が燃料噴射弁２４の燃料室３６及び圧力制御室３７に供給されている。
【００２２】
燃料噴射開始時期が到来した時に開閉弁３５を開弁させて燃料噴射弁２４を開弁させ、低圧燃料を噴射させて低圧噴射を行う。低圧噴射期間が経過した時に圧力切換弁２２の電磁弁４３を開弁させると、圧力室４４内の燃料がリーク通路６６を通して排出され、圧力室４４の圧力が低下し、これに伴い前記高圧蓄圧室からの高圧燃料が燃料通路６０、通路４０ａを通して針弁４１の下部にピストン作用圧として加わり、針弁４１がスプリング４２のばね力に抗して押し上げられて開弁する。これにより圧力切換弁２２が開弁して、前記高圧蓄圧室からの高圧燃料が燃料通路４０ｂ、６１、６３を通して燃料噴射弁２４に供給され、高圧噴射が行われる。噴射終了時期が到来して開閉弁３５が閉弁すると共に電磁弁４３が閉弁されると、圧力室４４の燃料圧が高圧となり、針弁４１がスプリング４２により閉弁する。
【００２３】
燃料噴射装置２０は、圧力切換弁２２が閉弁した後、当該圧力切換弁２２と噴射弁２４の燃料室３６との間に溜まった高圧燃料を絞り付逆止弁２３のオリフィス５４ａを通して前記低圧蓄圧室に導入する。
燃料噴射装置２０は、圧力切換弁２２、絞り付逆止弁２３及び燃料噴射弁２４を接続する燃料通路６１、６２が短く、これらの燃料通路内の燃料のデッドボリュームが小さいことで、低圧噴射と高圧噴射とを選択的に噴射させる際の噴射圧力制御の応答性が向上する。
【００２４】
圧力切換弁２２の針弁４１又はバルブホルダ４０が摩耗して交換する場合、電磁弁４３、ホルダ４５及び圧力制御室を形成する部材４６を外し、ハウジング２１の穴２１ｂからバルブホルダ４０を取り出して針弁４１又はバルブホルダ４０を交換する。針弁４１又はバルブホルダ４０を交換した後、再びハウジング２１の穴２１ｂにバルブホルダ４０を嵌挿し、位置決めピン４５により位置決めする。これより、バルブホルダ４０の燃料通路４０ａ、４０ｂとハウジング２１の燃料通路６０、６１とを正確に連通接続することができる。そして、圧力制御室を形成する部材４６を介してホルダ４５を螺合してハウジング２１にバルブホルダ４０を固定し、電磁弁４３を装着する。これにより、圧力切換弁２２の針弁４１のみを簡単に交換することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料噴射装置を、燃料噴射弁と切換弁とをハウジングに一体に装着し、且つ前記切換弁を着脱可能な構成とすることで、噴射装置の簡素化が図れ、長期に亘る燃料噴射装置の使用により、切換弁の針弁が摩耗しても針弁のみの交換が可能であり、大幅なコストの低減が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料噴射装置の断面図である。
【図２】図１のハウジング内における圧力切換弁の拡大図である。
【図３】図１に示す燃料噴射装置をエンジンのシリンダヘッドに装着した状態の平面図である。
【図４】従来の蓄圧式燃料噴射装置の構成図である。
【符号の説明】
２０ 燃料噴射装置
２１ 燃料噴射弁ハウジング
２２ 圧力切換弁
２３ 絞り付逆止弁
２４ 燃料噴射弁
４０ バルブホルダ
４０ａ、４０ｂ、６０〜６３ 燃料通路
４１ 針弁
４５ 位置決めピン

Claims (1)

1. 燃料噴射針弁の一端側に作用する燃料圧力を開放することにより当該燃料噴射針弁を開弁して内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁を収容するハウジングと、
   前記ハウジングに形成され、前記燃料噴射弁の燃料噴射針弁の一端側から開放された燃料を大気側に戻す燃料噴射弁リーク燃料通路と、
   前記ハウジングに着脱可能に取り付けられ、高圧燃料源からの高圧の燃料の一部を切換針弁のピストン作用圧とし、該作用圧を大気開放することで前記切換針弁を開弁し前記高圧の燃料を前記燃料噴射弁に供給する切換弁とを備え、
   該切換弁は、前記ハウジングに形成された穴に着脱可能に嵌装され、前記切換針弁を収容するバルブホルダと、該バルブホルダを上方から押圧し、前記穴の底面とバルブホルダの下面とでシール性を確保して当該バルブホルダを穴に逸脱不能に固定させるホルダとを備え、
   前記バルブホルダ下面を貫通して、前記ハウジング及びバルブホルダに形成され、前記高圧燃料源からバルブホルダに燃料を導入する燃料導入路と、
   前記バルブホルダ下面を貫通して、前記バルブホルダ及びハウジングに形成され、前記バルブホルダから前記燃料噴射弁に燃料を導出する燃料導出路と、
   前記ハウジング内にて前記燃料噴射弁リーク燃料通路に統合して接続され、前記切換針弁から開放された作用圧を大気側に戻す切換弁リーク燃料通路と
   を有したことを特徴とする燃料噴射装置。

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