JP2005207351A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向の寸法の低減、および加工コストの低減が可能であるとともに、入口オリフィス８０の交換が容易で、メンテナンスの容易な燃料噴射弁１の提供。
【解決手段】燃料噴射弁１は、シリンダ２１、高圧燃料流入路２２、および低圧燃料流出路２３が設けられた弁ボディ２０を有する。電磁弁３は可動子５および可動子ホルダ６を有し、可動子ホルダ６の下側に円板状のオリフィスプレート７が収容されている。シリンダ２１には制御ピストン４１が収容され、その上端とオリフィスプレート７との間には圧力制御室４５が形成されている。弁ボディ２０には、高圧燃料流入路２２に連通した高圧燃料導入路１１、および高圧燃料導入路１１とプレート室７０とを連通する円形断面の高圧燃料導入孔１２が形成されている。オリフィスプレート７の中心には出口オリフィス７３が形成され、下面には高圧導入溝７４が形成されている。高圧燃料導入孔１２内には、入口オリフィス８０を有する筒状オリフィス部材８が嵌め込まれている。
【選択図】図１

Description

この発明は、高圧供給ポンプによって加圧しコモンレール内に蓄圧した高圧燃料を、内燃機関の燃焼室に噴射するための電磁制御式燃料噴射弁に関する。

ディーゼルエンジンなどの蓄圧式燃料噴射装置に用いられる電磁制御式の燃料噴射弁は、コモンレールから供給される高圧燃料をエンジンの燃焼室に噴射する。この燃料噴射弁は、噴射ノズルを有する噴射弁本体と、噴射弁本体を制御する電磁弁とからなる。電磁弁は、電磁ソレノイドと、噴射弁本体に設けられた圧力制御室の燃料圧を増減させる開閉弁機構とを有する。電磁ソレノイドには、エンジン制御装置（ＥＣＵ）から制御信号が送出され、開閉弁機構を開閉制御する。

噴射弁本体は、シリンダ、高圧燃料流入路および低圧燃料流出路が設けられた弁ボディを有し、弁ボディの先端には噴射ノズルが連結されている。シリンダ内には制御ピストンが挿設され、噴射ノズル内には制御ピストンによって駆動され燃料噴射孔を開閉するニードル弁が収容されている。弁ボディの後端には、制御ピストンに制御油圧を付与する圧力制御室が設けられている。圧力制御室は、高圧燃料流入路に連通した入口オリフィスと低圧燃料流出路に連通した出口オリフィスとを有する。

電磁ソレノイドは、通電（オン）および通電停止（オフ）によって変位する可動子（可動コア）を有する。この可動子は、開閉弁機構の弁体として作用し、可動子の変位により出口オリフィスが開閉される。この出口オリフィスの開閉により、圧力制御室の高圧燃料油の油圧が制御され、噴射弁本体の制御ピストンおよび噴射ノズルのニードル弁に加わる油圧が変化し、制御ピストンおよびニードル弁が変位して噴射ノズルの燃料噴射孔が開閉する。

従来の電磁制御式燃料噴射弁では、図５に示す如く、出口オリフィス１０１を有する出口オリフィスプレート１０２および入口オリフィス１０３を有する入口オリフィスプレート１０４の２枚のオリフィスプレートを重ねて圧力制御室を形成していた（特許文献１参照）。各オリフィスプレート１０２、１０４は、強度上いずれも３ｍｍ程度の厚さを必要とするとともに、高圧燃料をオリフィスプレート１０２、１０４の面でシールするため、窒化クロムコーティングなどの高度な表面処理がなされている。このため、２枚のオリフィスプレート１０２、１０４の使用は、燃料噴射弁の軸方向寸法が増大して装着性を低下させるとともに、精密な寸法管理および面加工のためコストが高くなる問題がある。

図６に示す比較例の如く、１枚のオリフィスプレート２０１に、中央に出口オリフィス２０２、側部に入口オリフィス２０３を形成する方法が考えられる。この構成では、部品数および精密な面加工（表面処理）の工数の低減が可能となるが、圧力制御室の構造上の制限から、入口オリフィス２０３を形成するために、板厚内で交差する斜めの２つの孔２０４、２０５を必要としている。このため、入口オリフィス２０３の加工に手間がかかるとともに、オリフィスプレート２０１の厚さを十分に薄くすることが困難である。
特開平１０−１５３１５４号公報

この発明の目的は、軸方向の寸法の低減、および加工コストの低減が可能であるとともに、入口オリフィスの交換が容易で、メンテナンスの容易な燃料噴射弁の提供にある。

請求項１の発明では、シリンダ、高圧燃料流入路および低圧燃料流出路が設けられるとともに先端に燃料噴射ノズルを備えた弁ボディ、シリンダ内に嵌め込まれるとともに燃料噴射ノズルの燃料噴射孔を開閉させる制御ピストン、ならびに弁ボディと該弁ボディの後端に圧接させたオリフィスプレートとの間に形成され、高圧燃料流入路に連通した入口オリフィスと低圧燃料流出路に連通した出口オリフィスとを有し制御ピストンに制御油圧を付与する圧力制御室を備えた噴射弁本体と、出口オリフィスを開閉する電磁弁とからなる燃料噴射弁において、出口オリフィスはオリフィスプレートに開けられており、入口オリフィスは弁ボディに開けられ圧力制御室と高圧燃料流入路とを連通する高圧燃料導入孔に嵌め込んだ筒状オリフィス部材により形成されていることを特徴とする。

この構成では、出口オリフィスがオリフィスプレートに形成され、入口オリフィスが弁ボディに形成されている。このため、一枚の薄いオリフィスプレートで圧力制御室を形成でき、２枚のオリフィスプレートを必要とした従来の燃料噴射弁に比較して、軸方向の寸法を短縮できるとともに面加工の工数を低減でき、装着性の向上および製造コストの低減が可能となる。また、入口オリフィスを別部材である筒状オリフィス部材で形成し、弁ボディの高圧燃料導入路に嵌め込んでいるため、入口オリフィスの形成が低コストにできる。

請求項２の発明では、筒状オリフィス部材が、高圧燃料導入孔に嵌め込まれる円筒部と、該円筒部内または端に設けられ入口オリフィスが形成されたオリフィス壁部とからなることを特徴とする。この構成により、加工が容易で単純な構造で、耐久性に優れた筒状オリフィス部材が得られる。

請求項３の発明では、入口オリフィスの上流側または下流側のいずれか一方または双方に、入口オリフィスより径大の座繰り部を設けたことを特徴とする。座繰り部は、円筒状であっても、テーパー付き円筒状であってもよい。この構成により、入口オリフィスの寸法管理が容易で、精密な直径を有する入口オリフィスが製造できる。

請求項４の発明では、高圧燃料導入孔の内径と円筒部の外径との径差が、−０．０２ｍｍ〜０．０７ｍｍの範囲にあることを特徴とする。この構成では、止まり嵌めであるため、筒状オリフィス部材の高圧燃料導入孔への嵌め込みが容易にでき、かつ、交換が容易でメンテナンス性に優れる。なお、筒状オリフィス部材の円筒部は、作動中には高い燃料圧を内側から受けているため、外径が拡大して高圧燃料導入孔の内壁に圧接されており、移動する不具合は生じない。

本発明の最良の形態を実施例１および実施例２に基づいて説明する。

図１はエンジンの燃焼室内へ間欠的に燃料を噴射する電磁制御式の燃料噴射弁１を示し、図２は燃料噴射弁１の要部を示す。燃料噴射弁１は、ディーゼルエンジン用の蓄圧式（コモンレール式）燃料噴射装置に用いられ、図示しないコモンレールから供給される高圧燃料をエンジンの燃焼室に噴射する。燃料噴射弁１は、噴射弁本体２と、該噴射弁本体２の上端部に装着した電磁弁３と、下端に締結した燃料の噴射ノズル４とからなる。電磁弁３は、図示しないエンジン制御装置（ＥＣＵ）からのワイヤハーネスに接続されるコネクタＣが設けられており、ＥＣＵから送出される制御信号により制御される。

噴射弁本体２は、棒状を呈し、軸心に貫通したシリンダ２１が設けられるとともに、シリンダ２１に平行して高圧燃料流入路２２、および低圧燃料流出路２３が設けられた弁ボディ２０を有する。弁ボディ２０の上端部には、円筒状の電磁弁設置室１０が設けられ、電磁弁設置室１０には電磁弁３が装着されてリテーニングナット２４により固定されている。弁ボディ２０の下端には、噴射ノズル４が同軸的に接合されリテーニングナット２５により締結されている。弁ボディ２０の上部には、斜め上方に傾斜して、いずれも筒状のインレット部２６、およびアウトレット部２７が設けられている。

電磁弁３は、電磁弁設置室１０の上部に設置された電磁ソレノイド３０、および電磁弁設置室１０の下部に設置された開閉弁機構５０からなる。開閉弁機構５０は、可動子５と、該可動子５を保持する可動子ホルダ６とを有する。電磁ソレノイド３０の下面と可動子ホルダ６との間は、可動子５が上下動する可動子室６０となっている。可動子ホルダ６の下側（電磁弁設置室１０の下端部）はやや小内径のプレート室７０となっており、円板状のオリフィスプレート７が収容されている。

シリンダ２１には制御ピストン４１が収容され、噴射ノズル４内には制御ピストン４１に当接してニードル弁４２が収容されている。噴射ノズル４の下端には噴射孔４３が設けられ、ニードル弁４２はシリンダ２１の下部に設置されたスプリング４４により下方（噴射孔４３を閉じる方向）に付勢されている。制御ピストン４１の上端と、オリフィスプレート７との間には圧力制御室４５が形成されている。

ニードル弁４２は、圧力制御室４５の油圧およびスプリング４４のバネ荷重による下方への付勢力と、噴射ノズル４内の油圧によりニードル弁４２に加わる上方への付勢力とのバランスで上下動し、噴射孔４３を開閉する。すなわち、圧力制御室４５が低圧になったとき、制御ピストン４１とニードル弁４２とが上方に移動し、噴射孔４３が開いて、高圧燃料流入路２２から噴射ノズル４に供給された高圧燃料が燃焼室に噴射される。

インレット部２６の内部には、高圧燃料流入路２２に連通した高圧燃料導入路１１、および高圧燃料導入路１１とプレート室７０の底面とを連通する円形断面の高圧燃料導入孔１２が形成されている。アウトレット部２７には、プレート室７０を経て低圧燃料流出路２３に連結した流出路１３が設けられており、燃料噴射弁１内の余剰燃料を外部に排出する排出流路を形成している。

可動子５は、平板部５１およびシャフト部５２とを有し、平板部５１は可動子室６０に配されている。可動子ホルダ６は円筒状を呈し、中心穴６１にシャフト部５２が摺動自在に嵌め込まれている。可動子ホルダ６の外周には外ネジが形成され、電磁弁設置室１０の内周に設けた内ネジに螺合されている。

オリフィスプレート７には、下面の中心に圧力制御室４５の上部を形成する円錐凹所７１が形成され、円錐凹所７１の上には、上下に円筒状またはテーパー状の座繰り部（径大部）７２、７２を有する出口オリフィス７３が形成されている。オリフィスプレート７の下面には、円錐凹所７１から半径方向に高圧燃料導入孔１２に連通する高圧導入溝７４が形成されている。

オリフィスプレート７の上面および下面には、電磁弁設置室１０に連通する円環状溝７５および低圧燃料流出路２３に連結した縁溝７６が形成されている。可動子室６０を含む電磁ソレノイド３０内、および開閉弁機構５０が収容されている電磁弁設置室１０は、低圧燃料流出路２３に連結した流出路１３に連通しており、低圧燃料油で満たされている。

シャフト部５２は円柱状を呈し、下端面の中心には円筒部および円錐部からなる弁体室７７が設けられ、弁体室７７には窒化珪素製のボール弁７８が収容されている。ボール弁７８の下面は、出口オリフィス７３を塞ぐシール平面７９となっている。可動子５は電磁ソレノイド３０内に配されたスプリング３１で下方（閉弁方向）に付勢され、電磁ソレノイド３０で生じた磁力により上方（開弁方向）に吸引されて上下に変位する。

高圧燃料導入孔１２内には、筒状オリフィス部材８が嵌め込まれている。コモンレールから供給された高圧燃料は、高圧燃料導入路１１、高圧燃料導入孔１２、筒状オリフィス部材８、高圧導入溝７４を介して、圧力制御室４５に導かれている。電磁ソレノイド３０の下面（ストッパー面）３２は可動子５の吸引面となっており、可動子５は出口オリフィス７３を開閉する弁体として作用する。

筒状オリフィス部材８は、高圧燃料導入孔１２にプレート室７０側から差し込まれており、高圧燃料導入孔１２の内径と所定の寸法差を備えた円筒状を呈する筒部８１と、該筒部８１の中間に設けたオリフィス壁８２とを有する。オリフィス壁８２の中心には、直径が０．２ｍｍの入口オリフィス８０が形成され、入口オリフィス８０の上流側および下流側には径大の円筒状の座繰り部８３、８３が形成されている。座繰り部８３、８３は、入口オリフィス８０の形成（穴あけ）を容易にするとともに、入口オリフィス８０の精密な寸法の管理を容易にする利点がある。なお、座繰り部８３は、上流側または下流側のいずれか一方でも同様の作用、効果を奏する。

この実施例では筒部８１が、対称形状をしており、外周の両端部８４、８４がやや径小に形成されている。高圧燃料導入孔１２の内径Ｄ1 と、筒部８１の外径Ｄ2 との寸法差は、−０．０２ｍｍ＜Ｄ1 −Ｄ2 ＜０．０７ｍｍに設定されている。これらの構成により、高圧燃料導入孔１２と筒部８１との嵌め合いは、止まり嵌めとなっており、筒状オリフィス部材８の高圧燃料導入孔１２への差込み作業が円滑にできる。なお、筒部８１は、高圧燃料導入孔１２内の高い燃料圧を受けており、内側から外径が増大する方向に圧力を受けているため、止まり嵌めであっても、エンジンの運転中は高圧燃料導入孔１２の内壁に確実に保持されている。

この燃料噴射装置１は、電磁ソレノイド４へ通電されると、可動子５は電磁力により吸引されて上方に移動し、電磁ソレノイド３０の下面（ストッパー面）３２に衝突して停止する。可動子５に連動してボール弁７８は上方に変位し、出口オリフィス７３が開放されて流出路１３に連通するため、圧力制御室４５内の高圧燃料は、１／２程度の油圧に降圧する。このため、制御ピストン４１は上方に移動し、ニードル４２も連動して上位に設定されるため、噴射孔４３から燃料の噴射が行われる。

電磁ソレノイド３０への通電が停止されると、可動子５はスプリング３１のバネ力で下方に移動し、ボール弁７８は下方に変位して出口オリフィス７３を閉じる。圧力制御室４５内の高圧燃料は、コモンレールから供給される高圧に昇圧し、制御ピストン４１は下方に移動し、ニードル４２も連動して下位に設定されるため、噴射孔４３が閉じて燃料の噴射は終了する。

図４は実施例２を示す。この実施例では、筒状オリフィス部材８は、筒部８１の端にオリフィス壁８２を有する。この構成でも、実施例１と同様の作用効果を奏する。

［他の実施例］
高圧燃料導入孔１２への筒部８１の取り付けは、螺合であってもよく、高圧導入溝７４はプレート室７０の底面に形成されてもよい。

燃料噴射弁の断面図である（実施例１）。 図１の要部拡大図である（実施例１）。 筒状オリフィス部材の断面図である（実施例１）。 筒状オリフィス部材の断面図である（実施例２）。 従来の燃料噴射弁の要部拡大図である。 比較例の燃料噴射弁の要部拡大図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
１０ 電磁弁設置室
１２ 高圧燃料導入孔
２ 噴射弁本体
２０ 弁ボディ
２１ シリンダ
２２ 高圧燃料流入路
２３ 低圧燃料流出路
３ 電磁弁
３０ 電磁ソレノイド
４ 噴射ノズル
４１ 制御ピストン
４３ 噴射孔
５ 可動子
５０ 開閉弁機構
６ 可動子ホルダ
６０ 可動子室
７ オリフィスプレート
７３ 出口オリフィス
８ 筒状オリフィス部材
８０ 入口オリフィス
８１ 筒部（円筒部）
８２ オリフィス壁
８３ 座繰り部

Claims (4)

1. シリンダ、高圧燃料流入路および低圧燃料流出路が設けられるとともに先端に燃料噴射ノズルを備えた弁ボディ、前記シリンダ内に嵌め込まれるとともに前記燃料噴射ノズルの燃料噴射孔を開閉させる制御ピストン、ならびに前記弁ボディと該弁ボディの後端に圧接させたオリフィスプレートとの間に形成され、前記高圧燃料流入路に連通した入口オリフィスと前記低圧燃料流出路に連通した出口オリフィスとを有し前記制御ピストンに制御油圧を付与する圧力制御室を備えた噴射弁本体と、前記出口オリフィスを開閉する電磁弁とからなる燃料噴射弁において、
   前記出口オリフィスは前記オリフィスプレートに開けられており、前記入口オリフィスは前記弁ボディに開けられ前記圧力制御室と前記高圧燃料流入路とを連通する高圧燃料導入孔に嵌め込んだ筒状オリフィス部材により形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記筒状オリフィス部材は、前記高圧燃料導入孔に嵌め込まれる円筒部と、該円筒部内または端に設けられ前記入口オリフィスが形成されたオリフィス壁部とからなることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、前記入口オリフィスの上流側または下流側のいずれか一方または双方に、前記入口オリフィスより径大の座繰り部を設けたことを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項１〜３に記載の燃料噴射弁において、前記円筒部と前記高圧燃料導入孔の内径と前記円筒部の外径との寸法差は、−０．０２ｍｍ〜０．０７ｍｍの範囲にあることを特徴とする燃料噴射弁。
   

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