JP2008151048A - 燃料噴射弁およびノズル - Google Patents

Abstract

【課題】コマンドピストンまたはノズルニードルの摺動性悪化による噴射量精度の低下を抑制する。
【解決手段】高圧燃料経路２６１から制御室２１６に高圧燃料がスパイラル状に流入するように、高圧燃料経路２６１からの燃料の吐出向きを設定し、コマンドピストン２３の一端面側に、制御室２１６に流入する高圧燃料の流れを受けてコマンドピストン２３に回転モーメントを与える受圧面を形成する。これにより、コマンドピストン２３が回転してコマンドピストン２３とホルダボデー２１との接触面が変化するため、コマンドピストン２３とホルダボデー２１は全周が略均一に摩耗し、偏摩耗が防止される。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料を内燃機関に噴射するための燃料噴射弁およびノズルに関する。

従来の燃料噴射弁は、ノズルボデーに形成された噴孔をノズルニードルにて開閉するノズル、制御室の圧力を制御してノズルの開閉作動を制御する制御弁、制御室の圧力に基づく力をノズルニードルに伝達するコマンドピストン等を備えている。また、コマンドピストンはホルダボデーに摺動自在に保持されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１８６６４６号公報

しかしながら、従来の燃料噴射弁においては、コマンドピストンとホルダボデーは常に同じ面で接して摺動するため、特定の部位において摩耗が著しく進行し、それにより摺動性が悪化し噴射量精度の低下を招くという問題がある。また、ノズルニードルとノズルボデーも常に同じ面で接して摺動するため、同様の問題が発生する。

本発明は上記点に鑑みて、コマンドピストンまたはノズルニードルの摺動性悪化による噴射量精度の低下を抑制することを目的とする。

本発明の第１の特徴では、高圧燃料経路（２６１）から制御室（２１６）に高圧燃料がスパイラル状に流入するように、高圧燃料経路（２６１）からの燃料の吐出向きを設定し、コマンドピストン（２３）の一端面側に、制御室（２１６）に流入する高圧燃料の流れを受けてコマンドピストン（２３）に回転モーメントを与える受圧面（２３４）を形成している。

このような構成では、コマンドピストン（２３）が回転してコマンドピストン（２３）とホルダボデー（２１）との接触面が変化するため、コマンドピストン（２３）とホルダボデー（２１）は全周が略均一に摩耗し、偏摩耗が防止される。したがって、摺動性の悪化を抑制して、噴射量精度の低下を抑制することができる。

この場合、高圧燃料経路（２６１）からの燃料の吐出向きを、コマンドピストン（２３）の軸方向に見たときにコマンドピストン（２３）の軸（Ｂ）からずれるようにすれば、高圧燃料経路（２６１）から制御室（２１６）に高圧燃料をスパイラル状に流入させることができる。

また、この場合、コマンドピストン（２３）に、ホルダボデー（２１）に摺動自在に保持される第１円柱部（２３１）と、第１円柱部（２３１）よりも小径で且つ第１円柱部（２３１）よりも制御室（２１６）側に設けられた第２円柱部（２３２）とを設け、非摺動部である第２円柱部（２３２）に受圧面（２３４）を形成すれば、摺動部であって高い寸法精度が要求される第１円柱部（２３１）に受圧面（２３４）を形成する場合よりも、第１円柱部（２３１）の加工性が向上する。

本発明の第２の特徴では、高圧燃料通路（１１１）から燃料溜り（１１２）に高圧燃料がスパイラル状に流入するように、高圧燃料通路（１１１）からの燃料の吐出向きを設定し、ノズルニードル（１２）の外周面のうち燃料溜り（１１２）に面する部位に、燃料溜り（１１２）に流入する高圧燃料の流れを受けてノズルニードル（１２）に回転モーメントを与える受圧面（１２７）を形成している。

このような構成では、ノズルニードル（１２）が回転してノズルニードル（１２）とノズルボデー（１１）との接触面が変化するため、ノズルニードル（１２）とノズルボデー（１１）は全周が略均一に摩耗し、偏摩耗が防止される。したがって、摺動性の悪化を抑制して、噴射量精度の低下を抑制することができる。

この場合、高圧燃料通路（１１１）からの燃料の吐出向きを、ノズルニードル（１２）の軸方向に見たときにノズルニードル（１２）の軸（Ｆ）からずれるようにすれば、高圧燃料通路（１１１）から燃料溜り（１１２）に高圧燃料をスパイラル状に流入させることができる。

また、本発明の第１の特徴を備える燃料噴射弁に、本発明の第２の特徴を備えるノズルを用いるようにすれば、コマンドピストン（２３）とホルダボデー（２１）、およびノズルニードル（１２）とノズルボデー（１１）は、ともに偏摩耗が防止されるため、噴射量精度の低下をさらに抑制することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の全体構成を示す断面図、図２は図１の燃料噴射弁における要部の断面図である。

燃料噴射弁は、内燃機関（より詳細にはディーゼルエンジン、図示せず）のシリンダヘッドに装着され、蓄圧器（図示せず）内に蓄えられた高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射するものである。

図１に示すように、燃料噴射弁は、開弁時に燃料を噴射するノズル１を備えている。このノズル１は、ノズルボデー１１と、ノズルボデー１１に摺動自在に保持されたノズルニードル１２とを有している。

ノズルボデー１１には、高圧燃料が流通する高圧燃料通路１１１、高圧燃料通路１１１を介して高圧燃料が供給される燃料溜り１１２、高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔１１３、噴孔１１３の上流側に設けられたテーパ状の弁座１１４、燃料溜り１１２と噴孔１１３とを連通させる連通路１１５、およびノズルニードル１２が挿入されるノズルニードル収納孔１１６が形成されている。

ノズルニードル１２には、噴孔１１３側から反噴孔側に向かって順に、テーパ状のシート部１２１、小径円柱部１２２、テーパ状の受圧部１２３、大径円柱部１２４、ピン部１２５が形成されている。

そして、シート部１２１が弁座１１４に接離することにより、噴孔１１３が開閉されるようになっている。また、小径円柱部１２２の外側に連通路１１５が位置している。受圧部１２３には燃料溜り１１２の燃料圧力が作用し、これにより、ノズルニードル１２が開弁向きに付勢される。大径円柱部１２４はノズルニードル収納孔１１６に摺動自在にかつ液密に保持されている。

ノズル１の反噴孔側にチップパッキン２０が配設され、このチップパッキン２０の反ノズル側にホルダボデー２１が配設され、ノズル１とチップパッキン２０とホルダボデー２１は、リテーニングナット２２により結合されている。

チップパッキン２０は、高圧燃料をノズルボデー１１の高圧燃料通路１１１に導く高圧燃料通路２０１と、ピン部１２５が挿入されるピン挿入孔２０２が形成されている。

ホルダボデー２１は、コマンドピストン２３を摺動自在に且つ液密に保持するピストン収納孔２１１、プレッシャピン２４およびノズルスプリング２５が配設されるスプリング収納孔２１２、蓄圧器からの高圧燃料をチップパッキン２０の高圧燃料通路２０１に導く高圧燃料通路２１３、この高圧燃料通路２１３から分岐して高圧燃料を制御室２１６に導く分岐燃料通路２１４、スプリング収納孔２１２にリークした燃料を図示しない燃料タンクに戻すための戻し燃料通路２１５が形成されている。

ピストン収納孔２１１における反ノズル側の端部には、制御弁３によって内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室２１６が形成されている。そして、コマンドピストン２３は、制御室２１６の圧力を受けてノズルニードル１２を閉弁させる向きに付勢され、その付勢力はプレッシャピン２４を介してノズルニードル１２に伝達される。また、ノズルスプリング２５もノズルニードル１２を閉弁向きに付勢している。

図２に示すように、ホルダボデー２１の反ノズル側に配設されたオリフィスプレート２６には、分岐燃料通路２１４からの高圧燃料を制御室２１６に導く高圧連通路２６１と、制御室２１６の燃料を後述する低圧連通路３５１を介して戻し燃料通路２１５に逃がすための逃がし通路２６２が形成されている。この逃がし通路２６２は、コマンドピストン２３と同軸になっている。

制御弁３は、駆動電流が供給されるコイル３２、コイル３２により励磁されて電磁力を発生するステータ３３、その電磁力により吸引されるアーマチャ３４、このアーマチャ３４を摺動自在に保持するバルブプレート３５、アーマチャ３４に接合されて逃がし通路２６２を開閉する弁体３６、アーマチャ３４を付勢するバルブスプリング３７を備えている。また、バルブプレート３５には、逃がし通路２６２と戻し燃料通路２１５とを連通させる低圧連通路３５１が形成されている。そして、アーマチャ３４および弁体３６は、電磁力により逃がし通路２６２を開く向きに吸引され、バルブスプリング３７により逃がし通路２６２を閉じる向きに付勢されている。

図３（ａ）はオリフィスプレート２６の正面断面図、図３（ｂ）はオリフィスプレート２６の下面図である。そして、図３のうち特に図３（ｂ）から明らかなように、高圧燃料経路としての高圧連通路２６１の軸Ａ、すなわち、高圧連通路２６１からの燃料の吐出向きは、コマンドピストン２３（図２参照）の軸Ｂ方向に見たときにコマンドピストン２３の軸Ｂからずれている。換言すると、高圧連通路２６１の軸Ａは、コマンドピストン２３の軸Ｂ方向に見たときにコマンドピストン２３の軸Ｂと交差しない。このため、高圧連通路２６１から制御室２１６（図２参照）に高圧燃料がスパイラル状に流入する。

図４は、コマンドピストン２３における制御室２１６（図２参照）側の部位を示す斜視図である。この図４に示すように、コマンドピストン２３は、ホルダボデー２１のピストン収納孔２１１（図２参照）に摺動自在に保持される第１円柱部２３１と、この第１円柱部２３１よりも小径で且つ第１円柱部２３１よりも制御室２１６側に設けられた第２円柱部２３２とを備えている。

この第２円柱部２３２における制御室２１６側の端面には、楔状の溝２３３が放射状に複数個設けられている。そして、溝２３３によって形成された面のうち、制御室２１６に流入する高圧燃料の流れＣに対向する面（以下、受圧面という）２３４は、高圧燃料の流れＣを受けてコマンドピストン２３に回転モーメントを与えるようになっている。

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。コイル３２に駆動電流が供給されると、アーマチュア３４および弁体３６がステータ３３に吸引されて逃がし通路２６２が開かれ、制御室２１６の燃料が、逃がし通路２６２、低圧連通路３５１および戻し燃料通路２１５を介して燃料タンクへ戻される。

これにより、制御室２１６の圧力が低下し、コマンドピストン２３およびプレッシャピン２４を介してノズルニードル１２を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、受圧部１２３に作用する燃料溜り１１２の燃料圧力によってノズルニードル１２が開弁向きに移動され、シート部１２１が弁座１１４から離れて噴孔１１３が開かれ、噴孔１１３から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。

その後、コイル３２への駆動電流の供給が遮断されると、ステータ３３の吸引力が消滅するため、アーマチュア３４および弁体３６がバルブスプリング３７の付勢力により移動されて逃がし通路２６２が閉じられる。

これにより、分岐燃料通路２１４や高圧連通路２６１を介して供給される高圧燃料により制御室２１６の圧力が上昇し、コマンドピストン２３およびプレッシャピン２４を介してノズルニードル１２を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ノズルニードル１２が閉弁向きに移動され、シート部１２１が弁座１１４に着座して噴孔１１３が閉じられ、燃料噴射が終了する。

ここで、高圧連通路２６１から制御室２１６に高圧燃料がスパイラル状に流入し、その高圧燃料の流れＣが受圧面２３４に作用してコマンドピストン２３に回転モーメントが与えられる。これにより、コマンドピストン２３が回転してコマンドピストン２３とホルダボデー２１のピストン収納孔２１１との接触面が変化するため、コマンドピストン２３とピストン収納孔２１１は全周が略均一に摩耗し、偏摩耗が防止される。したがって、摺動性の悪化を抑制して、噴射量精度の低下を抑制することができる。

また、摺動部である第１円柱部２３１は高い寸法精度が要求されるが、例えば第１円柱部２３１に受圧面２３４を形成した場合、受圧面２３４を形成した部位において高い寸法精度を確保することは容易ではない。したがって、本実施形態のように、非摺動部である第２円柱部２３２に受圧面２３４を形成すれば、第１円柱部２３１に受圧面２３４を形成する場合よりも、第１円柱部２３１の加工性が向上する。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図５（ａ）は本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁におけるノズルを示す平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すノズルの正面断面図、図６は図５のノズルニードルを示すＤ−Ｄ断面図である。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５のうち特に図５（ａ）から明らかなように、高圧燃料通路１１１の軸Ｅ、すなわち、高圧燃料通路１１１からの燃料の吐出向きは、ノズルニードル１２の軸Ｆ方向に見たときにノズルニードル１２の軸Ｆからずれている。換言すると、高圧燃料通路１１１の軸Ｅは、ノズルニードル１２の軸Ｆ方向に見たときにノズルニードル１２の軸Ｆと交差しない。このため、高圧燃料通路１１１から燃料溜り１１２に高圧燃料がスパイラル状に流入する。

図５および図６に示すように、ノズルニードル１２は、その外周面のうち燃料溜り１１２に面する部位に、ノズルニードル１２の軸Ｆ方向に延びる溝１２６が複数個設けられている。そして、溝１２６によって形成された面のうち、燃料溜り１１２に流入する高圧燃料の流れＧに対向する面（以下、受圧面という）１２７は、高圧燃料の流れＧを受けてノズルニードル１２に回転モーメントを与えるようになっている。

本実施形態によれば、高圧燃料通路１１１から燃料溜り１１２に高圧燃料がスパイラル状に流入し、その高圧燃料の流れＧが受圧面１２７に作用してノズルニードル１２に回転モーメントが与えられる。これにより、ノズルニードル１２が回転してノズルニードル１２とノズルボデー１１のノズルニードル収納孔１１６との接触面が変化するため、ノズルニードル１２とノズルニードル収納孔１１６は全周が略均一に摩耗し、偏摩耗が防止される。したがって、摺動性の悪化を抑制して、噴射量精度の低下を抑制することができる。

なお、第２実施形態のノズル１は、第１実施形態の燃料噴射弁、すなわち、高圧連通路２６１の軸Ａがコマンドピストン２３の軸Ｂからずれ、且つコマンドピストン２３に受圧面２３４が形成された構成の燃料噴射弁に用いてもよい。また、第２実施形態のノズル１は、従来の燃料噴射弁に用いてもよい。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の全体構成を示す断面図である。 図１の燃料噴射弁における要部の断面図である。 （ａ）はオリフィスプレート２６の正面断面図、（ｂ）はオリフィスプレート２６の下面図である。 コマンドピストン２３の要部を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁におけるノズルを示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すノズルの正面断面図である。 図５のノズルニードルを示すＤ−Ｄ断面図である。

符号の説明

１…ノズル、１１…ノズルボデー、１２…ノズルニードル、２１…ホルダボデー、２３…コマンドピストン、１１３…噴孔、２１６…制御室、２３４…受圧面、２６１…高圧連通路（高圧燃料経路）。

Claims (8)

1. 燃料を噴出させるための噴孔（１１３）を有するノズルボデー（１１）内にノズルニードル（１２）が摺動自在に設けられ、前記ノズルニードル（１２）により前記噴孔（１１３）が開閉されるノズル（１）と、
   内部の圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室（２１６）と、
   前記制御室（２１６）に高圧燃料を導く高圧燃料経路（２６１）と、
   前記制御室（２１６）の圧力が一端面に作用して前記ノズルニードル（１２）を閉弁向きに付勢するコマンドピストン（２３）と、
   前記コマンドピストン（２３）を摺動自在に保持するホルダボデー（２１）とを備え、
   前記高圧燃料経路（２６１）から前記制御室（２１６）に高圧燃料がスパイラル状に流入するように、前記高圧燃料経路（２６１）からの燃料の吐出向きが設定され、
   前記コマンドピストン（２３）の一端面側に、前記制御室（２１６）に流入する高圧燃料の流れを受けて前記コマンドピストン（２３）に回転モーメントを与える受圧面（２３４）が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記高圧燃料経路（２６１）からの燃料の吐出向きは、前記コマンドピストン（２３）の軸方向に見たときに、前記コマンドピストン（２３）の軸（Ｂ）からずれていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
3. 前記コマンドピストン（２３）の一端面側に設けた溝（３３）により前記受圧面（２３４）が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記コマンドピストン（２３）は、前記ホルダボデー（２１）に摺動自在に保持される第１円柱部（２３１）と、前記第１円柱部（２３１）よりも小径で且つ前記第１円柱部（２３１）よりも前記制御室（２１６）側に設けられた第２円柱部（２３２）とを備え、
   前記受圧面（２３４）は、前記第２円柱部（２３２）に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
5. ノズルボデー（１１）内にノズルニードル（１２）が摺動自在に設けられ、
   前記ノズルボデー（１１）は、高圧燃料が流通する高圧燃料通路（１１１）と、前記ノズルニードル（１２）の周囲に設けられて、前記高圧燃料通路（１１１）を介して高圧燃料が供給される燃料溜り（１１２）と、前記燃料溜り（１１２）を介して供給される高圧燃料を前記ノズルニードル（１２）がリフトした際に内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔（１１３）とを備えるノズルにおいて、
   前記高圧燃料通路（１１１）から前記燃料溜り（１１２）に高圧燃料がスパイラル状に流入するように、前記高圧燃料通路（１１１）からの燃料の吐出向きが設定され、
   前記ノズルニードル（１２）の外周面のうち前記燃料溜り（１１２）に面する部位に、前記燃料溜り（１１２）に流入する高圧燃料の流れを受けて前記ノズルニードル（１２）に回転モーメントを与える受圧面（１２７）が形成されていることを特徴とするノズル。
6. 前記高圧燃料通路（１１１）からの燃料の吐出向きは、前記ノズルニードル（１２）の軸方向に見たときに、前記ノズルニードル（１２）の軸（Ｆ）からずれていることを特徴とする請求項５に記載のノズル。
7. 前記ノズルニードル（１２）の外周面に設けた溝（１２６）により前記受圧面（１２７）が形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載のノズル。
8. 前記ノズル（１）は、請求項５ないし７のいずれか１つに記載のノズルであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。

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