JP2006125202A - 筒内直噴内燃機関用の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温となる燃焼室内に位置し、ニードル弁によって圧縮されるサック部内の燃料の炭化を防止できる筒内直噴内燃機関用の燃料噴射弁を提供することを目的とする。【解決手段】 筒内直噴内燃機関用の燃料噴射弁（１）は、ノズル本体（２）とニードル弁（３）を有する。ノズル本体（２）は先端部にサック部（４）、シート面（５）を有し、シート面（５）に開口する噴孔（６）が穿設されている。ニードル弁（３）は墳孔（６）を閉塞するシート部（７）が形成され、ノズル本体（２）内に軸方向に摺動自在に収容されて、ノズル本体（２）の内周面との間に高圧燃料溜り（８）を形成している。ニードル弁（３）の内部にはサック部（４）と高圧燃料溜り（８）とを連通する連通孔（１０）が形成され、サック部（４）内の燃料が常時移動可能となっており、燃料の炭化防止が図られている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、筒内直噴内燃機関（ディーゼルエンジン）に装着する燃料噴射弁に関する。

従来から、車両に搭載する内燃機関には燃料噴射弁が装備されている。図４は、従来の燃料噴射弁５１の構造を示す説明図であり、図５は、燃料噴射弁５１の先端部分を拡大した断面図である。図４、図５は、いずれも閉弁した状態を示している。燃料噴射弁５１は、ノズル本体５２とニードル弁５３とを備えている。ノズル本体５２は、先端部に形成されたサック部５４と、その基端側に形成されたシート面５５を備えており、また、このシート面５５に開口する噴孔５６が形成されている。一方のニードル弁５３は、ノズル本体５２内で軸方向に摺動自在に収容されるものであって、ノズル本体５２の前記シート面５５に着座して、そのシート面５５に開口した噴孔５６を閉塞するシート部５７が形成されている。燃料噴射弁５１は、このようなニードル弁５３がノズル本体５２内に収容されることにより、ニードル弁５３のシート部５７よりも基端側の外周面と、ノズルボディ５２の内周面との間に高圧燃料溜り５８が形成されている。

このようなニードル弁５３がスプリング５９により先端側に付勢されたり、図示しないアクチュエータにより駆動されたりすることにより、燃料噴射弁５１は閉弁、開弁動作を行う。また、高圧燃料溜り５８内の燃料は、コモンレール圧まで加圧されている。以上のような燃料噴射弁５１は、内燃機関の燃焼室内（筒内）に燃料噴射弁５１が位置する先端側を突出させて取り付けられ、燃焼室内に直接、燃料を噴射する。

図４、図５に示したような燃料噴射弁５１は、従来の燃料噴射弁の一例を示すものに過ぎないが、同様の構成を有する燃料噴射弁（燃料噴射ノズル）は、例えば、特許文献１等に記載されている。

実開平２−６４７５６号公報

図４、図５に示したような従来の燃料噴射弁５１は、前記のように内燃機関の燃焼室内に突出させて取り付けられるが、このように取り付けられることに起因して、以下に説明するような不都合が生じ得る。

燃料噴射弁５１が突出している燃焼室における燃料の燃焼温度は数百℃に達し、燃料噴射弁５１は、このような高温に曝されている。このような熱的に過酷な状態で運転されていた内燃機関が停止すると、潜熱としてより高い温度でノズル本体５２を加熱することになる。このように内燃機関が停止した状態となっているときは、噴孔５６から燃料が流出しないように燃料噴射弁５１は閉じた状態となっている。すなわち、ニードル弁５３が先端側に移動し、シート部５７がノズル本体５２のシート面５５に着座して噴孔５６を閉塞する。このとき、サック部５４と高圧燃料溜り５８とは密着状態にあるシート面５５及びシート部５７により分断され、サック部５４に残留した燃料は、ニードル弁５３によりサック部５４内に液封された状態となる。

このように液封され、完全に閉じられた容積部分であるサック部５４から移動できない燃料は、高温に曝されることによりサック部５４内でいわば蒸焼き状態となる。蒸焼き状態とされた燃料は図６に示したようにサック部５４内で炭化し始め、サック部５４の内壁や、ニードル弁５３の先端部等にカーボン６０の皮膜が付着し始める。その後、内燃機関の運転、停止を繰り返していると、カーボン６０が成長し、図７に示すようにサック部５４の全体を埋め尽くすようになる。このような状態となってくると、ニードル弁５３のスムーズな摺動にも影響を及ぼすようになる。症状がさらに悪化すると、図８に示したように堆積したカーボン６０から剥離した欠片等のカーボン粒６０ａが生じるようになるが、このようなカーボン粒６０ａは、図８に示したようにニードル弁５３が上昇したときに燃料と共に噴孔５６を通過しようとして噴孔５６を詰まらせたり、再び先端側に移動してきたニードル弁５３と噴孔５６との間で挟着されたりして噴孔５６を塞ぐことがある。このようにカーボン粒６０ａによって噴孔５６が閉塞されるようになると、燃料の総噴射量が減少するのみならず、複数ある噴孔５６の一部を塞いだ場合には燃焼室内に均等に燃料を噴射できなくなる。

また、堆積したカーボン６０の熱伝導性は燃料の熱伝導性と比較して格段に悪く熱が篭り易いため、炭化をさらに促進させ、ひいてはノズル本体５２を溶融させて噴射機能を果たせなくなるおそれがある。

さらに、噴射機能の低下は、着火を遅らせたり、失火を誘発したりする原因となり、排気ガス自体の量、排気ガス中の微粒子物質の量が異常に増加したり、内燃機関の出力低下を招いたりする等、致命的な悪影響をもたらしかねない。

そこで、本発明は、高温となる燃焼室内に位置し、ニードル弁によって圧縮されるサック部内の燃料の炭化を防止することができる筒内直噴内燃機関用の燃料噴射弁を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するための本発明の筒内直噴内燃機関用の燃料噴射装置は、先端部にサック部と、シート面とを有すると共に、このシート面に開口する噴孔が穿設されたノズル本体と、前記シート面に着座して前記墳孔を閉塞するシート部が形成され、前記ノズル本体内に軸方向に摺動自在に収容されたニードル弁とを備え、前記シート部よりも基端側の前記ニードル弁の外周面と、前記ノズル本体の内周面との間に高圧燃料溜りが形成された筒内直噴内燃機関用の燃料噴射弁において、前記ニードル弁の内部に前記サック部と前記高圧燃料溜りとを連通する連通孔を形成したことを特徴とする。ここで、前記連通孔は、前記墳孔が前記シート部により閉塞され、燃料の噴射が停止されている際に前記サック部と前記高圧燃料溜りとを連通させる。

このような構成とすれば、シート部がシート面に着座して墳孔が閉塞された状態となっても、サック部と高圧燃料溜りとが連通されることからサック部と高圧燃料溜りとを均圧状態とすることができる。サック部と高圧燃料溜りとが連通し、均圧状態となっていれば、サック部内で燃料が液封状態となることがなく、燃料の移動、これに伴う熱の移動が可能となる。

本発明によれば、ニードル弁の内部にサック部と高圧燃料溜りとを連通する連通孔を形成したので、ニードル弁の位置に関わらず、すなわち、開弁時であっても、閉弁時であっても即座にサック部と高圧燃料溜りとを均圧化することができ、燃料の移動、熱の移動が可能となって、サック部内での燃料の炭化を防止することができた。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

まず、本発明の筒内直噴内燃機関用の燃料噴射弁１について図を参照しつつ説明する。図１は、本発明の燃料噴射弁１の構造を示す説明図である。燃料噴射弁１は、ノズル本体２とニードル弁３とを備えている。ノズル本体２は、先端部にサック部４とシート面５とを有している。このシート面５は、サック部４の基端側に成形されたテーパの斜面であり、このシート面５にはノズル本体２に穿設された複数の噴孔６が開口している。この複数の噴孔６は、燃焼室内への燃料の噴霧形状や、燃料を噴射したときのニードル弁３の調心作用、すなわち、ニードル弁３がノズル本体２内でできるだけ中心を維持できるように、噴射の反力等のバランスを考慮して配置されている。

図２は、ニードル弁３の断面図であるが、ニードル弁３は、ノズル本体２に形成されたシート面５に着座して複数の墳孔６を閉塞する略円錐形状のシート部７が形成され、また、シート部７よりも基端側にショルダー部３ａが形成されている。このようなニードル弁３は、図１に示すようにノズル本体２内に軸方向に摺動自在に収容され、これにより、ニードル弁３は、シート部７よりも基端側の外周面と、ノズル本体２の内周面との間に高圧燃料溜り８を形成する。このようなニードル弁３は、図２に示すように内部にサック部４と高圧燃料溜り８とを連通する連通孔１０が形成されている。この連通孔１０は、非常に小径のニードル弁３の内部に穿設されたものであることから、連通孔１０の内壁面は硬化処理が施され、連通孔１０を穿設したことによる強度の低下を補っている。図３は、シート部７がシート面５に着座して閉弁した状態の燃料噴射弁１の先端部分を拡大した断面図であるが、連通孔１０の先端側開口１０ａはサック部４内に位置しており、基端側開口１０ｂは高圧燃料溜り８内に位置している。このような連通孔１０が形成されていることにより、噴孔６を閉塞することによる、燃料の噴射、流出の停止と、サック部４と高圧燃料溜り８との連通を同時期に達成できるようになっている。ここで、連通孔１０の基端側開口１０ｂは、サック部４内の燃料が高圧燃料溜り８側へ流出する際の反力を考慮して、ニードル弁がその中心をできるだけ安定した状態で維持できるように複数個設けられており、これらがバランスよく配置されている。

以上のように構成される燃料噴射弁１は、ニードル弁３がスプリング９により先端側に付勢され、また、アクチュエータを用いニードル弁３と連接される図示しないコマンドピストンを往復移動させる、同じく図示しないコマンド室の圧力を調整することにより閉弁、開弁動作を行う。また、高圧燃料溜り８内の燃料は、コモンレール圧まで加圧されている。以上のような燃料噴射弁１は、内燃機関の燃焼室内に先端側を突出させて取り付けられ、燃焼室内に直接、燃料を噴射する。

以下、燃料噴射弁１の動作を燃料の状態と併せて説明する。図１、図３に示した状態は、コマンド室内の圧力が高められ、スプリング９により付勢されることによりニードル弁３が先端側に移動し、シート部７がノズル本体２のシート面５に着座して噴孔６を閉塞した閉弁状態である。このとき高圧燃料溜り８はコモンレール圧まで加圧されているが、高圧燃料溜り８とサック部４とは連通孔１０により連通しているので、サック部４内の燃料もコモンレール圧に加圧され、高圧燃料溜り８内の燃料とサック部４内の燃料とは均圧状態となっている。このためサック室４内の燃料は、サック室４内で留まらず、高圧燃料溜り８側へ移動することができ、サック室４内での燃料の炭化を防止することができる。すなわち、燃料噴射弁１は、先端側が高温となる燃焼室内に突出し、サック部４は高温に曝されることになるが、サック部４内の燃料は、燃焼室外まで通じ、また、熱容量も大きい高温燃料溜り８側へ移動でき、これに伴って熱の移動も生じるので、サック室４内で燃料が炭化することがない。

図１、図３に示した状態から、開弁状態とするときは、コマンド室内の圧力を高圧燃料溜り８内のコモンレール圧よりも低下させる。これにより、ニードル弁３は、圧力差とスプリング９の反発力とにより基端側に移動し、噴孔６を開放する。噴孔６が開放され始めると、噴孔６からは、まず、サック部４内の燃料が噴射され、次いで、高温燃料溜り８内の燃料がシート面５とシート部７との間を通過して非常に短時間のうちに噴射される。

ここで、ニードル弁３の基端側への移動には前記のようにコマンド室内の圧力と高圧燃料溜り８内の圧力との圧力差が寄与しているが、本実施例の燃料噴射弁１では、連通孔１０を備えていない図４に示した従来の燃料噴射弁５１と比較して、閉弁状態から開弁状態とするためにニードル弁３を駆動するアクチュエータの駆動力低減の効果が期待できる。すなわち、従来の燃料噴射弁５１では噴孔５６からの噴射が終了し、ニードル弁５３が閉弁した状態では、サック部５４内の燃料の圧力は墳孔５６からの噴射により大幅に低下していると考えられる。従って、閉弁状態においてサック部５４内に液封された燃料の圧力に基づくニードル弁５３の基端側へ作用する力は小さいと考えられる。これに対し、本発明の燃料噴射弁１では閉弁状態においてサック部４内が高圧燃料溜り８と連通しているため、サック部４内にはコモンレールと同圧の燃料圧力が作用することとなる。この結果、ニードル弁３にはサック部４内の高圧燃料に基づく大きな力、矢示１１で示すようにショルダー部３ａに働く高圧燃料溜り８内の高圧燃料に基づく大きな力が基端側に向かって作用し、閉弁状態から開弁状態とするときのアクチュエータの駆動力を低減できる効果が期待できる。

なお、ニードル弁３が基端側に移動すると、サック部４内の圧力は瞬間的には低下するが、サック部４と高圧燃料溜り８とは連通孔１０により連通しているので、連通孔１０を通じて高圧燃料溜り８からサック部４に燃料が流れ込み、高圧燃料溜り８とサック部４とは即座に均圧状態に復帰する。

次に開弁状態からニードル弁３が先端側に移動し、噴孔６を閉塞して閉弁状態となるときについて説明する。ニードル弁３は先端側に移動してくると、サック部４内の燃料を圧縮するが、圧縮されたサック部４内の燃料は連通孔１０を通じて高圧燃料溜り８側へ移動することができる。従って、圧縮による燃料の発熱もないし、高圧燃料溜り８側へ移動する燃料はサック部４周辺の熱も持ち去るようになるので、サック部４内での燃料の炭化防止に寄与することができる。

以上説明したように本発明の燃料噴射弁１によれば、連通孔１０を設けたことにより、サック部４内の燃料の移動、熱の移動が可能であるので、サック部４内での燃料の炭化を防止することができ、ひいては、噴孔６にカーボンが詰まること等に起因する噴射異常を回避することができる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

本発明の実施例である燃料噴射弁の構造を示す説明図である。 図１に示した燃料噴射弁を構成するニードル弁の断面図である。 図１に示した燃料噴射弁の先端部分を拡大した断面図である。 従来の燃料噴射弁の構造を示す説明図である。 図４に示した燃料噴射弁の先端部分を拡大した断面図である。 従来の燃料噴射弁におけるサック部にカーボンが生成される様子を示す説明図である。 図６に示した状態からカーボンが成長し、堆積する様子を示す説明図である。 従来の燃料噴射弁におけるサック部内で生成されたカーボン粒が墳孔に詰まって閉塞する様子を示す説明図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
２ ノズル本体
３ ニードル弁
４ サック部
５ シート面
６ 噴孔
７ シート部
８ 高圧燃料溜り
９ スプリング
１０ 連通孔

Claims (2)

1. 先端部にサック部と、シート面とを有すると共に、このシート面に開口する噴孔が穿設されたノズル本体と、
   前記シート面に着座して前記墳孔を閉塞するシート部が形成され、前記ノズル本体内に軸方向に摺動自在に収容されたニードル弁とを備え、
   前記シート部よりも基端側の前記ニードル弁の外周面と、前記ノズル本体の内周面との間に高圧燃料溜りが形成された筒内直噴内燃機関用の燃料噴射弁において、
   前記ニードル弁の内部に前記サック部と前記高圧燃料溜りとを連通する連通孔を形成したことを特徴とする筒内直噴内燃機関用の燃料噴射弁。
2. 前記連通孔は、前記墳孔が前記シート部により閉塞され、燃料の噴射が停止されている際に前記サック部と前記高圧燃料溜りとを連通することを特徴とする請求項１記載の筒内直噴内燃機関用の燃料噴射弁。
   

Images