JP2001280223A

JP2001280223A - 燃料噴射ノズル

Info

Publication number: JP2001280223A
Application number: JP2000097047A
Authority: JP
Inventors: Eiji Ito; 栄次伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料の漏れ量が大幅に増加することなく、摺
動キズを効果的に抑制できる燃料噴射ノズル１を提供す
ること。【解決手段】ニードル３は、ノズルボディ２の摺動孔
部４ａに数μｍのクリアランスで挿通される摺動軸部３
ａを有し、この摺動軸部３ａでノズルボディ２の燃料溜
５と低圧側との間をシールしながらガイド孔４を往復動
可能に設けられている。摺動軸部３ａは、その摺動面
（外周面）に３本のリング溝９が形成されている。この
３本のリング溝９は、摺動軸部３ａのシール長さ方向に
おける高圧側端部（摺動孔部４ａの下端）から低圧側端
部（摺動孔部４ａの上端）にかけてＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 、
Ｌ4 の間隔（シール長）で設けられ、且つこれらの間隔
が以下の関係及びを満足するように設けられてい
る。Ｌ1 ＞Ｌ2 ≒Ｌ3 ＜Ｌ4 …………… Ｌ1 ＞Ｌ4 ……………………………

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に高圧燃
料を噴射する燃料噴射ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料噴射ノズルは、ノズルボディ
のガイド孔にニードルの軸部が数μｍのクリアランスで
嵌挿されて摺動部を形成しており、ノズルホルダへの組
付け時等にノズルボディに僅かな歪みが生じると、摺動
部のクリアランスが局部的に０となる場合がある。この
状態で使用すると、ガイド孔と軸部とが機械的に接触し
てガイド孔の内周面に摺動キズが発生することがある。
特に、最近の主流であるコモンレールシステムでは、ノ
ズルの内部が常時高圧に維持されているため、一旦、ガ
イド孔に摺動キズが発生すると、そのキズ部への燃料の
回り込みがなくなり、キズ部と１８０度反対側からの燃
料圧によってキズ部に対し押し付ける荷重が発生する。
その結果、摺動キズの範囲が拡大し、ついには、摺動キ
ズによる摺動抵抗によってニードルの動きが遅くなり、
噴射タイミングの遅れや、噴射量異常が発生する。

【０００３】そこで、ガイド孔に発生した摺動キズの進
展を抑制できる従来技術として、特開平７−１０３１０
６号公報が公知である。この従来技術は、ニードルの軸
部外周面に螺旋状の溝を設けたり、複数本のリング溝を
等間隔に設けることで、燃料圧を摺動部の全体に行き渡
らせるようにしたものである。これにより、摺動部全体
を略同じ圧力にすることができ、仮にガイド孔に摺動キ
ズが発生した場合でも、摺動部全体の圧力が略一定のた
め、燃料圧によってキズ部を押し付ける荷重は発生しに
くく、それ以上の摺動キズの拡大を抑制することが可能
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の従来
技術では、ニードルの軸部外周面に溝を形成することに
より、軸部のシール長さが減少するため、摺動部からの
燃料漏れ量が増大するという問題がある。また、ノズル
ボディは、図２に示すように、（ａ）単体の時と、
（ｂ）ノズルホルダへの組付け時と、（ｃ）高圧燃料が
作用している時とで、それぞれガイド孔（摺動孔部４
ａ）の内径が一定ではなく、微妙に変化している。特
に、上述したコモンレールシステムのように、ノズルの
内部が常時高圧に維持されている場合は、図２（ｃ）に
示すように、燃料圧力を受ける高圧側の方が低圧側より
ガイド孔（摺動孔部４ａ）の内径が拡大する。このた
め、ノズルの軸線上で摺動部のクリアランスが一定とは
ならず、リング溝を等間隔に配置することが必ずしも有
効な手段ではないという問題があった。本発明は、上記
事情に基づいて成されたもので、その目的は、燃料の漏
れ量が大幅に増加することなく、摺動キズを効果的に抑
制できる燃料噴射ノズルを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（請求項１の手段）ニー
ドルは、摺動軸部の摺動面に１本のリング溝を有し、こ
のリング溝が摺動軸部のシール長さ方向における中央部
より低圧側に設けられている。燃料溜に高圧燃料が供給
されることにより、ノズルボディのガイド孔は、高圧側
の方が低圧側より内径が拡大する傾向にある。従って、
摺動軸部の中央部より低圧側の摺動面にリング溝を設け
ることで、摺動キズの発生及び進展を効果的に抑制する
ことができる。この場合、リング溝を１本設けるだけで
も十分な効果を得ることができるので、リング溝を設け
たことによる燃料漏れを最小限に抑えることが可能であ
る。

【０００６】（請求項２の手段）ニードルは、摺動軸部
の摺動面にｎ（ｎ＝２以上の整数）本のリング溝を有
し、そのｎ本のリング溝が、摺動軸部のシール長さ方向
における高圧側端部から低圧側端部にかけてＬ1 、Ｌ2
、…、Ｌn 、Ｌ（n ＋1 ）の間隔で設けられている時
に、Ｌ1 ＞Ｌ2 …≒Ｌn ＜Ｌ（n ＋1 ）…………… Ｌ1 ＞Ｌ（n ＋1 ）……………………………… 上記及びの関係を満足している。

【０００７】上述したように、ノズルボディのガイド孔
は、高圧側の方が低圧側より内径が拡大するため、ガイ
ド孔と摺動軸部とのクリアランスは、高圧側で最も大き
く、シール長さ方向の中央部で最も小さくなる。従っ
て、上記及びの関係を満足するようにｎ本のリング
溝を配置することで、より効果的に摺動キズの発生及び
進展を抑制できる。

【０００８】（請求項３の手段）請求項２に記載した燃
料噴射ノズルにおいて、ｎ本のリング溝の溝幅の合計
は、摺動軸部のシール長さに対し２０％以下である。ガ
イド孔と摺動軸部とのクリアランスを介して低圧側に漏
れる燃料量は、クリアランスの３乗に比例し、シール長
さに反比例する。従って、クリアランスを小さくすれ
ば、漏れ量を抑えることができる。しかし、クリアラン
スの低減は、摺動キズの発生を増加させるため、実際に
は３％程度の低減が限界となる。そこで、リング溝の溝
幅の合計をシール長さの２０％以下とすることで、漏れ
量を増加させないために必要なシール長さを確保するこ
とができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の燃料噴射ノズルを
図面に基づいて説明する。図１は燃料噴射ノズル１の断
面図である。本実施例の燃料噴射ノズル１は、ディーゼ
ルエンジンの気筒内に高圧燃料を噴射するもので、図１
に示すように、ノズルボディ２とニードル３とで構成さ
れ、図示しないノズルホルダに組付けられてエンジンに
取り付けられる。

【００１０】ノズルボディ２には、ニードル３を嵌挿す
るガイド孔４と、このガイド孔４の途中に設けられる燃
料溜５と、この燃料溜５に通じる燃料導路６と、高圧燃
料を噴射するための噴孔７等が形成されている。ガイド
孔４は、ノズルボディ２の上端面からノズルボディ２の
下端部まで一定の内径で穿設され、ノズルボディ２の上
端面に開口する開口周縁部に面取りが施されている。ガ
イド孔４の下端部は、円錐状に閉じており、その円錐面
（以下シート面８と呼ぶ）に噴孔７が開口している。

【００１１】燃料溜５は、ガイド孔４の内径を全周に渡
り拡大して形成され、ガイド孔４に嵌挿されるニードル
３の外周に環状の空間を形成している。以下、この燃料
溜５より上側のガイド孔４を摺動孔部４ａと呼ぶ。燃料
導路６は、ノズルホルダに供給された高圧燃料を燃料溜
５へ導く通路で、ノズルボディ２の上端面から燃料溜５
まで穿設されている。噴孔７は、前記シート面８上に入
口が開口して、ノズルボディ２の下端部を形成する円頂
壁部２ａを貫通して設けられ、出口が円頂壁部２ａの外
周面に開口している。

【００１２】ニードル３は、ノズルボディ２の摺動孔部
４ａに数μｍのクリアランスで挿通される摺動軸部３ａ
と、この摺動軸部３ａの下部に設けられる受圧面３ｂ
と、この受圧面３ｂより下方へ延びる小径軸部３ｃとで
構成され、摺動軸部３ａで燃料溜５と低圧側との間をシ
ールしながらガイド孔４を往復動（図１の上下動）可能
に設けられている。摺動軸部３ａは、図１に示すよう
に、その摺動面（外周面）に３本のリング溝９が形成さ
れている。この３本のリング溝９は、摺動軸部３ａのシ
ール長さ方向（図１の上下方向）における高圧側端部
（摺動孔部４ａの下端）から低圧側端部（摺動孔部４ａ
の上端）にかけてＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 、Ｌ4 の間隔（シー
ル長）で設けられ、且つこれらの間隔が以下の関係及
びを満足するように設けられている。Ｌ1 ＞Ｌ2 ≒Ｌ3 ＜Ｌ4 …………… Ｌ1 ＞Ｌ4 ……………………………

【００１３】受圧面３ｂは、摺動軸部３ａの下端からテ
ーパ状に縮径して設けられ、燃料溜５に面して配され
る。小径軸部３ｃは、摺動軸部３ａより外径が小さく、
燃料溜５より下側のガイド孔４に挿通され、ガイド孔４
との間に環状の燃料通路１０を形成している。小径軸部
３ｃの下端部は、略円錐形状に設けられ、その外周面に
シート部３ｄを有している。このシート部３ｄは、閉弁
時（図１に示す状態）に噴孔７の入口より上流側のシー
ト面８上に当接して、噴孔７に通じる燃料通路１０を遮
断する。

【００１４】次に、燃料噴射ノズル１の作動及び効果を
説明する。図示しない燃料ポンプより圧送された高圧燃
料が燃料導路６を介して燃料溜５に蓄えられ、燃料溜５
の燃料圧力（受圧面３ｂに加わる圧力）がニードル３の
開弁圧より大きくなると、ニードル３が押し上げられ、
ガイド孔４内を所定のリフト量だけリフトする。この結
果、燃料噴射ノズル１に供給された高圧燃料が燃料通路
１０を通ってシート面８上へ流れ込み、シート面８に開
口する噴孔７からエンジン気筒内へ噴射される。その
後、受圧面３ｂに加わる燃料圧力がニードル３の開弁圧
より小さくなると、ニードル３がガイド孔４内を降下し
てシート部３ｄがシート面８に着座することで燃料通路
１０を遮断し、噴孔７からの燃料噴射を停止する。

【００１５】（本実施例の効果）本実施例の燃料噴射ノ
ズル１は、図示しないリテーニングナット等によってノ
ズルホルダに締め付け固定されるため、その締め付け軸
力がノズルボディ２に加わると、単体時のノズルボディ
２（図２（ａ）参照）に対し、摺動孔部４ａの両側（高
圧側端部と低圧側端部）で径拡大方向に変形する（図２
（ｂ）参照）。また、燃料溜５に高圧燃料が供給される
と、その燃料圧力の作用によって、摺動孔部４ａの高圧
側端部では更に径拡大方向へ変形する。なお、燃料圧力
の作用によるノズルボディ２の変形量は、高圧側から低
圧側に向かうに従って小さくなっていく。

【００１６】以上の結果、摺動孔部４ａに対し摺動軸部
３ａが摺動する摺動部のクリアランスは、摺動部の高圧
側端部で最も大きく、中央部に向かって初期のクリアラ
ンスに近づき、低圧側端部に向かって再び拡大（但し、
高圧側端部より小さい）している。従って、摺動部の中
央部付近ではノズルボディ２の僅かな変形により、クリ
アランスが局部的に０となり、摺動キズが発生し易い状
況となっている。

【００１７】これに対し、本実施例では、摺動軸部３ａ
の摺動面に３本のリング溝９を設けているが、摺動キズ
の発生しにくい高圧側ではリング溝９の間隔（シール
長）Ｌ1 を大きく設定し、摺動キズの発生しやすい中央
部では間隔Ｌ2 及びＬ3 を小さく設定している。これに
より、摺動部の中央部付近では、リング溝９に流入する
高圧燃料によって摺動部全体（全周）を略均一な圧力状
態に保つことができるため、摺動キズの発生を抑制でき
る。仮に摺動キズが発生した場合でも、摺動部全体の圧
力が略一定のため、燃料圧力によってキズ部を押し付け
る荷重は発生し難く、それ以上の摺動キズの拡大を防止
できる。

【００１８】（変形例）上記の実施例では、摺動軸部３
ａの摺動面に３本のリング溝９を設けているが、３本以
外でも良い。例えばリング溝９を２本設ける場合は、高
圧側端部から低圧側端部までの各シール長Ｌ1 、Ｌ2 、
Ｌ3 を以下の関係及びが成立するように設定する。Ｌ1 ＞Ｌ2 ＜Ｌ3 …………………… Ｌ1 ＞Ｌ3 …………………………… リング溝９を４本以上設ける場合は、リング溝９の本数
をｎと呼ぶ時に、高圧側端部から低圧側端部までの各シ
ール長Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 、…、Ｌn 、Ｌ（n ＋1 ）を以
下の関係及びが成立するように設定する。Ｌ1 ＞Ｌ2 ≒Ｌ3 …≒Ｌn ＜Ｌ（n ＋1 ）………… Ｌ1 ＞Ｌ（n ＋1 ）……………………………………

【００１９】なお、リング溝９の本数が多くなると、摺
動軸部３ａ全体のシール長さが減少して燃料の漏れ量が
増大する可能性がある。そこで、リング溝９を複数本設
ける場合は、リング溝９の溝幅の合計が摺動軸部３ａの
シール長さに対し２０％以下に抑えることが望ましい。
また、リング溝９を設けることによる燃料漏れの増大を
防ぐために、リング溝９を１本としても良い。この場
合、リング溝９の加工に要するコストを最小限に抑える
ことができる。なお、１本のリング溝９は、摺動部のク
リアランスが小さくなっている部分、つまり摺動軸部３
ａのシール長さ方向における中央部より低圧側の位置に
設けることが望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料噴射ノズルの断面図である。

【図２】ノズルボディの摺動孔部の形状変化を示す断面
図である。

【符号の説明】

１燃料噴射ノズル２ノズルボディ３ニードル３ａ摺動軸部４ガイド孔５燃料溜７噴孔９リング溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上端面から下端部まで穿設されたガイド
孔、このガイド孔の途中に設けられ、閉弁時に高圧燃料
を溜める燃料溜、前記ガイド孔の下流端に開口する噴孔
を有するノズルボディと、前記燃料溜より反噴孔側の前記ガイド孔に摺動自在に挿
通される摺動軸部を有し、この摺動軸部で前記燃料溜と
低圧側との間をシールしながら前記ガイド孔を往復動可
能に設けられたニードルとを備えた燃料噴射ノズルであ
って、前記ニードルは、前記摺動軸部の摺動面に１本のリング
溝を有し、このリング溝が前記摺動軸部のシール長さ方
向における中央部より低圧側に設けられていることを特
徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】上端面から下端部まで穿設されたガイド
孔、このガイド孔の途中に設けられ、閉弁時に高圧燃料
を溜める燃料溜、前記ガイド孔の下流端に開口する噴孔
を有するノズルボディと、前記燃料溜より反噴孔側の前記ガイド孔に摺動自在に挿
通される摺動軸部を有し、この摺動軸部で前記燃料溜と
低圧側との間をシールしながら前記ガイド孔を往復動可
能に設けられたニードルとを備えた燃料噴射ノズルであ
って、前記ニードルは、前記摺動軸部の摺動面にｎ（ｎ＝２以
上の整数）本のリング溝を有し、そのｎ本のリング溝
が、前記摺動軸部のシール長さ方向における高圧側端部
から低圧側端部にかけてＬ1 、Ｌ2 、…、Ｌn 、Ｌ（n
＋1 ）の間隔で設けられている時に、Ｌ1 ＞Ｌ2 …≒Ｌn ＜Ｌ（n ＋1 ）…………… Ｌ1 ＞Ｌ（n ＋1 ）……………………………… 上記及びの関係を満足していることを特徴とする燃
料噴射ノズル。
【請求項３】請求項２に記載した燃料噴射ノズルにおい
て、前記ｎ本のリング溝の溝幅の合計は、前記摺動軸部のシ
ール長さに対し２０％以下であることを特徴とする燃料
噴射ノズル。