JP2006291856A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力制御弁３９の逆組付けや斜め組付けといった誤組付けが生じる心配がなくなり、圧力制御弁３９の正確で容易かつ迅速な組付けが可能となり、部品不良や噴射特性の異常の発生をなくし、生産性の向上に寄与する燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】圧力制御弁３９では、球面部３９ｃが弁体室３８の当接面３８ｂに対して滑動可能であり、平坦部３９ａ、３９ｂに対して略対称な形状になっている。このため、組付け時に、圧力制御弁３９をオリフィスプレート２０ａと可動子１７とに対して正逆、あるいは斜め方向に取付けても、平坦部３９ａ、３９ｂのいずれかが座面として必ずオリフィスプレート２０ａに向き合い、アウトオリフィス４０に離接可能な正規の組付けとなって誤組付けが生じない。
【選択図】図２

Description

この発明は、圧力制御室の内圧を制御する圧力制御弁を備えた燃料噴射弁に関し、例えば、ディーゼルエンジンに用いられるコモンレール式燃料噴射装置の燃料噴射弁に適用して好適なものである。

電磁制御式の燃料噴射弁は、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、コモンレールから高圧燃料流路及び燃料溜まり部を介して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、ノズルボデー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、噴射弁本体を制御する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。電磁ソレノイドは、エンジン制御装置（ＥＣＵ）から送られた制御信号により開閉弁機構を制御するとともに、通電や通電停止によって変位し、開閉弁機構の弁体として働く可動子を有する（例えば、特許文献１参照）。

一般に、圧力制御室は、筒状のハウジングと、ハウジングに収容されてニードル弁と連動する制御ピストンと、ハウジングの後端部に液密に設けたオリフィスプレートで囲まれた空間から構成されている。オリフィスプレートには、圧力制御室に燃料を流出入させるために入口側にインオリフィス、出口側にアウトオリフィスがそれぞれ形成されている。

可動子は、オリフィスプレートに対して離接方向に変位可能に設けられており、内部に圧力制御弁が収容された弁体室を形成している。電磁ソレノイドの通電制御時、可動子をオリフィスプレートに対して離接方向に変位させ、圧力制御弁がアウトオリフィスを開閉する。これにより、圧力制御室の内圧を変化させ、制御ピストンを軸方向に変位させてノズルニードルにより噴射孔を開閉させるようになっている。

可動子と圧力制御弁とを一体化することなく別々にして、可動子の変位に伴い圧力制御弁によりアウトオリフィスを開閉しているので、可動子と圧力制御弁の各寸法に応じた組付けが可能となり、組付けの利便性及び原価の低減化が図られている。
特開平１０−１２２０８２号公報

特許文献１にも記載されているように、一般に圧力制御弁は、平板プレート（オリフィスプレート）の座面に対応する平面部を形成した球状部材をなしている。これにより、平板プレートに対する圧力制御弁の接触面圧を低減させて平板プレートに対する耐摩耗性を向上させている。一方、圧力制御弁の平面部の反対側は球面部をなすので、圧力制御弁は可動子（アーマチャ）の弁体室（円錐状凹面）内での接触位置が任意となり、自由に回転することが可能となる。これにより、平板プレートや可動子の形状に関係なく、平板プレートに対する圧力制御弁の均一なシール面圧を保持できるようにしている。

可動子と圧力制御弁とは別部品となっているので、組付け時、圧力制御弁を油の表面張力で弁体室内に付着させて仮固定した状態で相手部品に取付けている。この組付け時、圧力制御弁の平面部を平板プレートに当接させるように行われるが、圧力制御弁の球面部が誤って平板プレートに当接する逆組付けが行われたり、平面部と球面部との境界部であるエッジ部が平板プレートに当接する斜め組付けが行われてしまうことがある。この場合には、平板プレートの油圧シール部を破損したり、傷つけたりして、部品不良や噴射特性の異常を惹起させる不都合がある。

この発明の目的は、圧力制御弁の形状を平坦部間の中心線に関して略対称に形成することにより、その逆組付けや斜め組付けといった誤組付けが生じる心配がなくなり、圧力制御弁の正確で容易かつ迅速な組付けが可能となり、部品不良や噴射特性の異常の発生をなくし、コスト的に有利で生産性の向上に寄与する燃料噴射弁を提供することにある。

請求項１の発明における燃料噴射弁は、先端に噴射孔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。噴射弁本体は、噴射孔の開閉を行う制御ピストンが収容されたシリンダ、高圧燃料が供給される高圧燃料流路、ならびに余剰の燃料を戻す低圧燃料流路が設けられたハウジングを有する。
電磁弁は、ハウジングの端部に、高圧燃料流路に連通して燃料を流入する入口側オリフィス、ならびに低圧燃料流路に連通して燃料を流出する出口側オリフィスを有するオリフィスプレートを設置して、オリフィスプレートと制御ピストンとの間に圧力制御室を形成するとともに、電磁ソレノイドによりオリフィスプレートに対して離接方向に駆動され、先端に圧力制御弁を収容した弁体室を有する可動子を備える。圧力制御弁が出口側オリフィスを開閉することにより、圧力制御室の内圧を変化させて、制御ピストンの変位に伴って噴射孔を開閉する。
圧力制御弁は、オリフィスプレート及び可動子に対向する各端面部に、出口側オリフィスに離接する座面として設けられた平坦部を有し、平坦部に連接する外側面部は、弁体室の内壁部に対して滑動可能な曲面部を形成し、曲面部を平坦部間の中心線に関して略対称な形状に形成した。

圧力制御弁では、曲面部が弁体室の内壁部に対して滑動可能であり、平坦部に対して略対称な形状になっている。このため、組付け時に、圧力制御弁をオリフィスプレートと可動子とに対して正逆、あるいは斜め方向に取付けても、いずれかの平坦部が座面として必ずオリフィスプレートに向き合い、出口側オリフィスに離接可能な正規の組付けとなる。これにより、圧力制御弁の逆組付けや斜め組付けといった誤組付けが生じる心配がなくなり、圧力制御弁の正確で容易かつ迅速な組付けが可能となり、部品不良や噴射特性の異常の発生をなくし、コスト的に有利で生産性の向上に寄与することができる。

請求項２の発明において、圧力制御弁は、平坦部に連接する外側面部に球面部を設けた太鼓状を成し、弁体室の内壁部には、球面部と接触する当接面が形成されている。このため、圧力制御弁は、比較的簡素な構造の太鼓状で済み、製作が容易でコスト的に有利である。

請求項３の発明において、圧力制御弁は、平坦部に連接する外側面部に円弧面部を設けた円盤状を成し、弁体室の内壁部には、円弧面部と接触する当接面が形成されている。このため、圧力制御弁は、比較的簡素な構造の円盤状で済み、請求項２と同様に製作が容易でコスト的に有利である。

この発明の燃料噴射弁において、圧力制御弁は、オリフィスプレート及び可動子に対向する各端部に、出口側オリフィスに離接するように設けられた平坦部を座面として備え、これら両平坦部の中心線に関して略対称となる形状に形成されている。このため、組付け時に圧力制御弁をオリフィスプレートと可動子とに対して正逆、あるいは傾斜方向に取付けても、平坦部が座面として出口側オリフィスに離接する正規の組付けとなり、圧力制御弁の逆組付けや斜め組付けといった誤組付けが生じる心配がなくなり、圧力制御弁の正確で容易かつ迅速な組付けを行うことができる。

この発明の実施例１を図１及び図２の（ａ）に基づいて説明する。
図１の（ａ）は、エンジンの燃焼室内へ断続的に燃料を噴射する電磁制御式の燃料噴射弁１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）燃料噴射システムに用いられ、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、この噴射弁本体２の上端部に装着した電磁弁３と、下端に締結した燃料噴射のノズルボデー４とからなる。電磁弁３には、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Ｔ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、図１の（ａ）に示す如く棒状を呈し、軸心に貫通したシリンダ５を設けているとともに、シリンダ５に平行して高圧燃料流路６及び低圧燃料流路７が設けられた弁ボディとしてのハウジング８を備えている。ハウジング８の上端部には、円筒状のキャップ内に電磁弁設置室９が設けられ、電磁弁設置室９には電磁弁３が装着されて保持ナット１０により固定されている。ハウジング８の下端には、ノズルボデー４が同軸的に連結され、リテーニングナット１２により締結されている。ハウジング８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１３およびアウトレット部１４が設けられている。

電磁弁３は、電磁弁設置室９内の上部に設置された電磁ソレノイド１５及び電磁弁設置室９の下部に設置された開閉弁機構１６からなる。開閉弁機構１６は、可動子１７と、この可動子１７を保持する可動子ホルダ１８とを有する。可動子ホルダ１８の先端側（図１の（ａ）の下端側）は、内径の僅かに小さいプレート室２０となっており、内部に円板状のオリフィスプレート２０ａが収容されている。

シリンダ５には制御ピストン２１が収容され、ノズルボデー４内には、ノズルニードル４１を介して制御ピストン２１に連結されたニードル弁２３が収容されている。ノズルボデー４は先端に噴射孔２４が設けられ、ニードル弁２３は、シリンダ５の下部に設置されたスプリング２５により、噴射孔２４を閉じる下方に付勢されている。制御ピストン２１の上端と、オリフィスプレート２０ａとの間には圧力制御室２６が形成されている。

ニードル弁２３は、圧力制御室２６の内圧及びスプリング２５のばね荷重による下方への付勢力と、ノズルボデー４内の油圧によりニードル弁２３に加わる上方への付勢力との圧力関係によって上下動して噴射孔２４を開閉する。すなわち、電磁ソレノイド１５に通電して圧力制御室２６が低圧になった時、制御ピストン２１とニードル弁２３とが上方に移動し、噴射孔２４を開き、高圧燃料流路６からノズルボデー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１３の内部には、高圧燃料流路６に連通した高圧燃料流入路１９及び高圧燃料流入路１９と圧力制御室２６とを連通する入口流路２７が形成されている。アウトレット部１４には、圧力制御室２６を経て低圧燃料流路７に連結した流出路２８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。

オリフィスプレート２０ａは、下面の中心に圧力制御室２６を形成し、図１の（ｂ）に示すように、入口側オリフィスとしてインオリフィス２９に連通する入口穴３０が開けられている。コモンレールから供給された高圧燃料の燃料圧は、高圧燃料流入路１９、入口流路２７、インオリフィス２９及び入口穴３０を介して圧力制御室２６に導かれるようになっている。また、オリフィスプレート２０ａは、出口側オリフィスとしてアウトオリフィス４０を形成し、圧力制御室２６を低圧側に連通している。

電磁ソレノイド１５は、軟磁性材製で内筒３１の外周に磁気コア３２を配し、制御ピストン２１に対する駆動手段として働く。そして、磁気コア３２の外周を軟磁性材製の外筒３３で包囲し、磁気コア３２内に電磁コイル３４を配設した構造を有する。電磁ソレノイド１５の下面は、可動子１７の吸引面となっており、内筒３１の下端面は可動子１７が当接するストッパ面となっている。

可動子１７は、平板部３５及びシャフト部３６とを有し、平板部３５は可動子室３７に配されている。可動子ホルダ１８は円筒状を呈し、内部にシャフト部３６を摺動自在に収容している。平板部３５の上面は平面であり、電磁ソレノイド１５の下面に吸着される吸着面となっている。可動子ホルダ１８は、外周に外ネジが形成され、電磁弁設置室９の内周に設けた内ネジに螺合されている。

シャフト部３６は円柱状を呈し、先端面部の中心には断面略台形状の弁体室３８が収容部として設けられ、弁体室３８には、例えば窒化珪素製の圧力制御弁３９が後述するように収容されている。圧力制御弁３９の後述する平坦面３９ａ、３９ｂは、アウトオリフィス４０を塞ぐシール面部として働く。可動子１７は、コイルスプリングＳにより下方の閉弁方向に付勢され、電磁ソレノイド１５で生じた磁力により上方の開弁方向に吸引されて上下に変位する。可動子室３７、電磁ソレノイド１５及び開閉弁機構１６が収容されている電磁弁設置室９は、低圧燃料油で満たされて低圧燃料流路７に連結した流出路２８に連通している。

噴射弁本体２の下方に位置するノズルボデー４には、制御ピストン２１に連結されてノズルニードル４１を摺動案内するノズル摺動孔４２及びニードル弁２３を案内するノズルガイド孔４４が設けられている。また、ノズルボデー４内には、ノズルニードル４１とニードル弁２３との連結部を中心に空洞の燃料溜まり部４５が形成され、さらに、高圧燃料流路６を燃料溜まり部４５に連通させる高圧案内流路４６及び高圧孔４７が設けられている。

さて、弁体室３８内の圧力制御弁３９は、図２の（ａ）に示すように、外側部に球面部３９ｃを曲面部として備えた太鼓状に形成されており、オリフィスプレート２０ａ及び可動子１７に対向する各端部に、アウトオリフィス４０に離接するように設けられた平坦部３９ａ、３９ｂを座面として備えている。このため、圧力制御弁３９の形状は、両平坦部３９ａ、３９ｂの中心線Ｍに関して略対称となっている。一方、弁体室３８の上壁部は、圧力制御弁３９の平坦部３９ａ、３９ｂに対応する天井面部３８ａを形成し、内側壁部に球面部３９ｃが滑動可能に接触する弧状の当接面を３８ｂを形成している。

上記構成において、電磁ソレノイド１５への通電があると、可動子１７は電磁力により吸引されて上方に移動する。この際、可動子１７に連動して圧力制御弁３９は上方に変位し、平坦部３９ａが座面としてアウトオリフィス４０を離れて開放する。開放時にアウトオリフィス４０が流出路２８と連通するため、圧力制御室２６内の高圧燃料の圧力は、略１／２程度に降下する。これにより、制御ピストン２１は上方に移動し、ニードル弁２３も連動して上方に変位するため、噴射孔２４から燃料の噴射が行われる。

電磁ソレノイド１５への通電が停止されると、可動子１７は、コイルスプリングＳのばね力で下方に押圧されて移動してシャフト部３６を押し下げる。この時、弁体室３８の当接面３８ｂに球面部３９ｃが接触して圧力制御弁３９も押し下げられるため、平坦部３９ａが当接によりアウトオリフィス４０を閉じる。これに伴い、圧力制御室２６内の高圧燃料の圧力は、コモンレールからの油圧により上昇し、制御ピストン２１は下方に移動し、ニードル弁２３も連動して下方に変位するため、噴射孔２４が閉じられて燃料の噴射が終了する。

ここで、圧力制御弁３９の組付け時、弁体室３８内に圧力制御弁３９を油で付着させて仮固定した状態で、可動子１７を可動子ホルダ１８及びオリフィスプレート２０ａに配する段取りが行われる。

この際、圧力制御弁３９では、球面部３９ｃが弁体室３８の内壁部に滑動可能であり、平坦部３９ａ、３９ｂに対して略対称な形状になっている。このため、組付け時に、圧力制御弁３９をオリフィスプレート２０ａと可動子１７とに対して正逆、あるいは斜め方向に取付けても、球面部３９ｃが弁体室３８の当接面３８ｂに接触して、平坦部３９ａ、３９ｂのいずれかが座面として必ずオリフィスプレート２０ａに向き合ってアウトオリフィス４０に離接可能な正規の組付けとなる。
これにより、圧力制御弁３９の逆組付けや斜め組付けといった誤組付けが生じる心配がなくなり、圧力制御弁３９の正確で容易かつ迅速な組付けが可能となり、部品不良や噴射特性の異常の発生をなくし、コスト的に有利で生産性の向上に寄与することができる。

図２の（ｂ）はこの発明の実施例２を示す。実施例２が実施例１と異なるところは、圧力制御弁３９が、平坦部３９ａ、３９ｂに連接する外側面部に円弧面部３９ｄを設けた円盤状を呈することである。この場合、可動子１７の弁体室３８の内壁部は、円弧面部３９ｄが滑動可能に接触するテーパ状に拡開する当接面３８ｄを形成している。
実施例２でも、実施例１と同様な効果を奏し、圧力制御弁３９は、比較的簡素な構造で済み、製作が容易でコスト的に有利である。

（変形例）
圧力制御弁３９は、窒化珪素などのセラミック製に限らず軟鋼などの金属製であってもよい。圧力制御弁３９の曲面部は、球面部３９ｃや円弧面部３９ｄに限らず、円錐曲面に沿って形成してもよい。圧力制御弁３９は、太鼓状や円盤状に限らず、弁体室３８の当接面３８ｂ、３８ｄと滑動可能に接触し、平坦部３９ａ、３９ｂ間の中心線に関して略対称となる形状であればよい。

（ａ）は燃料噴射弁の縦断面図、（ｂ）は燃料噴射弁の要部拡大縦断面図である（実施例１）。 （ａ）は圧力制御弁を中心とする周辺部の拡大縦断面図（実施例１）、（ｂ）は圧力制御弁を中心とする周辺部の拡大縦断面図である（実施例２）。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
２ 噴射弁本体
３ 電磁弁
４ ノズルボデー
５ シリンダ
６ 高圧燃料流路
７ 低圧燃料流路
８ ハウジング
１５ 電磁ソレノイド（駆動手段）
１７ 可動子
２０ａ オリフィスプレート
２１ 制御ピストン
２３ ニードル弁
２４ 噴射孔
２６ 圧力制御室
２９ インオリフィス（入口側オリフィス）
３８ 弁体室
３８ｂ、３８ｄ 当接面
３９ 圧力制御弁
３９ａ、３９ｂ 平坦部（座面）
３９ｃ 球面部（曲面部）
３９ｄ 円弧面部（曲面部）
４０ アウトオリフィス（出口側オリフィス）

Claims (3)

1. 先端に噴射孔を有する噴射弁本体と、該噴射弁本体を制御する電磁弁とからなり、
   前記噴射弁本体は、前記噴射孔の開閉を行う制御ピストンが収容されたシリンダ、高圧燃料が供給される高圧燃料流路、ならびに余剰の燃料を戻す低圧燃料流路が設けられたハウジングを有し、
   前記電磁弁は、前記ハウジングの端部に、前記高圧燃料流路に連通して燃料を流入する入口側オリフィス、ならびに前記低圧燃料流路に連通して燃料を流出する出口側オリフィスを有するオリフィスプレートを設置して、該オリフィスプレートと前記制御ピストンとの間に圧力制御室を形成するとともに、電磁ソレノイドにより前記オリフィスプレートに対して離接方向に駆動され、先端に圧力制御弁を収容した弁体室を有する可動子を備え、 前記圧力制御弁が前記出口側オリフィスを開閉することにより、前記圧力制御室の内圧を変化させて、前記制御ピストンの変位に伴って前記噴射孔を開閉する燃料噴射弁において、
   前記圧力制御弁は、前記オリフィスプレート及び前記可動子に対向する各端面部に、前記出口側オリフィスに離接する座面として設けられた平坦部を有し、
   前記平坦部に連接する外側面部は、前記弁体室の内壁部に対して滑動可能な曲面部を形成し、
   前記曲面部を前記平坦部間の中心線に関して略対称な形状に形成した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、前記圧力制御弁は、前記平坦部に連接する外側面部に球面部を設けた太鼓状を成し、前記弁体室の内壁部には、前記球面部と接触する当接面が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記圧力制御弁は、前記平坦部に連接する外側面部に円弧面部を設けた円盤状を成し、前記弁体室の内壁部には、前記円弧面部と接触する当接面が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。

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