JP2006299911A - 内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 オリフィスプレートの構造を簡素化し、加工時間の短縮によるコストダウン及び加工精度の向上を図れる内燃機関用燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】 インジェクタ１において、高圧燃料通路３，３２から圧力制御室４に流入する燃料流量を制限する第１オリフィス８１と、電磁弁６の開弁時に圧力制御室４から低圧側空間に流出する燃料流量を制限する第２オリフィス８２とが形成されているオリフィスプレート８が、圧力制御室と低圧側空間とを第２オリフィスを介して連通する、少なくとも軸方向に延在する連通路８４と、高圧燃料通路から一部の高圧燃料を導入する高圧燃料導入通路８３とを更に有していて、高圧燃料導入通路と連通路とを連通する第１オリフィスが径方向又は軸方向に形成されるようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高圧燃料を一種のサージタンクであるコモンレールに蓄圧し、この蓄圧された高圧燃料を燃焼室に噴射する内燃機関用燃料噴射装置に関するもので、特にディーゼルエンジン用の燃料噴射装置に好適なものである。

従来より、高圧供給ポンプによってコモンレールに高圧燃料を加圧圧送して蓄圧し、コモンレールで蓄圧された高圧燃料を燃焼室に噴射する電磁制御式の内燃機関用燃料噴射装置は良く知られている。これら燃料噴射装置は、噴孔を開閉する弁部材の反噴孔側に高圧燃料を導入する高圧燃料導入通路と連通する圧力制御室を設け、この圧力制御室と低圧側空間とを電磁弁（圧力制御弁）で継続することにより燃料噴射を制御している。

高圧燃料通路と圧力制御室との間には高圧燃料導入通路から圧力制御室に流入する燃料流量を制限する第１オリフィス（インオリフィス）が形成され、圧力制御室と低圧側空間との間には電磁弁の開弁時に圧力制御室から低圧側空間に流出する燃料流量を制限する第２オリフィス（アウトオリフィス）か形成されている。電磁弁の開閉時の応答速度が変化しなければ、燃料噴射時期、燃料噴射量及び燃料噴射率等の噴射特性は第１オリフィス及び第２オリフィスの流量特性によって概ね制御される。

噴射特性の内、噴射開始時期、噴射終了時期及び噴射初期の噴射量は、電磁弁が開弁した際に高圧燃料導入通路から圧力制御室に流入する燃料流量と、圧力制御室から低圧側空間に流出する燃料流量との差によって決定される。噴射後期の噴射量及び噴射切れ（ピーク噴射率から噴射が終了するまでの時間）は、電磁弁が閉弁してから圧力制御室に高圧燃料導入通路から流入する燃料流量によって決定されることになる。

このように、燃料噴射時期、燃料噴射量及び燃料噴射率等の噴射特性は、第１オリフィス及び第２オリフィスの流量特性によってほぼ一義的に決定されるために、各オリフィスの加工時のオリフィス形状やオリフィス面積、オリフィスの真円度、オリフィスの入口及び出口形状、オリフィスの面粗度等の精度によって燃料噴射時期、燃料噴射量及び燃料噴射率は大きくばらつく。
また、エンジン運転領域の全域に渡って確実に燃料噴射が可能で、噴射初期に燃料噴射率を押え、かつ噴射切れを良好に行う理想的な燃料噴射を実現するため、極めて加工困難で高精度を得ることが難しいφ０．２〜φ０．４mm程度の微細径で前述の第１オリフィス及び第２オリフィスを加工する必要がある。

このような特性をもつオリフィスにあって、エンジンの所望の噴射特性を得るために第１オリフィスを形成する部材と第２オリフィスを形成する部材とを別部材で形成し、これら部材を取り替えて各オリフィスの流量特性を変更することにより調整作業を行っている。このため、従来においては、特許文献１及び特許文献２等に見られるように、第１オリフィス及び第２オリフィスが別部材で形成することが行われている。しかし、この場合は、両部材の一方が他方を摺動可能に支持しており、この摺動部で圧力制御室の高圧燃料をシールする必要があるので、両部材の摺動を可能にした上で高圧燃料をシールできるように摺動クリアランスは非常に小さくなっている。したがって、一方の部材だけを取り替えるとクリアランスが小さすぎて摺動が困難であったり、クリアランスが大きくなりすぎて燃料が漏れたりするという問題が生じ易い。

また、一方で、燃料噴射時期、噴射初期の特性又は噴射後期の特性等を調整、或いはそれら全ての特性を調整するため、どちらか一方のオリフィスの流量特性を変えようとしても不可能であるという欠点は有しているが、上記した問題を回避するために、第１オリフィス及び第２オリフィスを同一部材に加工した燃料噴射装置も、特許文献３等により知られている。

特開昭６３−１４７９６６号公報 特開平１０−１５３１５４号公報 特開平７−３１０６２２号公報

しかしながら、特許文献３では、第１オリフィスが弁部材を収容する円筒部分に形成されているため、耐圧性を確保することができない。また、耐圧性を確保するため、円筒部分の肉厚を厚くすると第１オリフィスの長さが長くなり、加工精度及び流量特性を確保するのが難しいという問題がある。

また、第１オリフィス及び第２オリフィスを同一部材に形成したものとして、例えば、図４に示すようなオリフィスプレート８も使用されている。このオリフィスプレート８には、高圧燃料を取り込むイン側の第１オリフィス（インオリフィス）８１と、高圧燃料を排出するアウト側の第２オリフィス（アウトオリフィス）８２とが形成されている。またオリフィスプレート８には、高圧燃料を導入する高圧燃料導入通路８３が設けられ、この高圧燃料導入通路８３に接続する第１オリフィス８１は、耐圧性を考慮して高圧燃料導入通路８３に対して斜め方向に形成され、直角方向に圧力制御室（コマンドピストン背圧室）４に連通している。また、圧力制御室４は、弁部材の軸方向に第２オリフィス８２に連通している。

このようなオリフィスプレートは、前述したように燃料噴射装置（インジェクタ）の噴射特性を大きく支配する部品であることから、その加工は寸法上の管理だけでなく、イン側／アウト側の流量及び流量差を測定して完成形状としている。特に第１オリフィス（インオリフィス）加工時の入口部のＲ形状や、第１オリフィス内に流体研磨を施すときに生じる、図４に示すように第１オリフィスの対向する圧力制御室の壁面に形成される凹部８５が噴射特性に大きな影響を与える。なお、このオリフィスの流体研磨は、加工バリを除去するため両方向で実施される。

近年、ディーゼルエンジンのコモンレール用インジェクタにおいては、高度な制御性が求められており、それに伴って加工上においても精度の向上が求められている。このオリフィスプレートにおいても、安定した品質が特に求められている。
しかしながら、現状のオリフィスプレートの構造では、加工が複雑で、かつ流体研磨の粘度や流体研磨前の下穴径の影響などを受けて、安定したオリフィス加工を行うことが困難となっている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料の噴射特性を支配するオリフィスプレートの構造を簡素化し、加工時間の短縮によるコストダウンが図れると共に、加工精度の向上も図れる内燃機関用燃料噴射装置を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の内燃機関用燃料噴射装置を提供する。
請求項１に記載の内燃機関用燃料噴射装置は、高圧燃料通路３，３２から圧力制御室４に流入する燃料流量を制限する第１オリフィス８１と、電磁弁６の開弁時に圧力制御室４から低圧側空間に流出する燃料流量を制限する第２オリフィス８２とが形成されているオリフィスプレート８が、圧力制御室４と低圧側空間とを第２オリフィス８２を介して連通する、少なくとも軸方向に延在する連通路８４と、高圧燃料通路３，３１から一部の高圧燃料を導入する高圧燃料導入通路８３とを更に有していて、高圧燃料導入通路８３と連通路８４とを連通する第１オリフィス８１が径方向又は軸方向に形成されるようにしたものであり、これにより、オリフィスプレート８のオリフィス加工を径方向もしくは軸方向に行うことができ、オリフィス８１，８２の安定した加工精度が得られる。

請求項２の該燃料噴射装置は、高圧燃料導入通路８３ａが径方向に形成されていて、この高圧燃料導入通路８３ａと軸方向に延在する連通路８４とを、径方向に形成された第１オリフィス８１を介して連通したものであり、これにより、第１オリフィス８１を径方向に加工することができ、加工の簡素化、オリフィス形状の精度向上を図ることができる。
請求項３の該燃料噴射装置は、高圧燃料導入通路８３ａがオリフィスプレート８の外周端まで貫通していて、この貫通孔８３ｃがオリフィスプレート８の位置決めピン９によって封鎖されるようにしたものであり、これにより、オリフィスプレート８の加工の簡素化が図れる。なお、この場合は、径方向の高圧燃料導入通路８３ａから分岐した高圧燃料導入通路８３ｂもオリフィスプレート８に設ける必要がある。

請求項４の該燃料噴射装置は、高圧燃料導入通路８３を軸方向に形成すると共に、連通路８４を軸方向の他に、これに接続する径方向に分岐する分岐連通路８４ｂを形成し、この高圧燃料導入通路８３と分岐連通路８４ｂとを、軸方向に形成した第１オリフィス８１で連通するようにしたものであり、これにより、第２オリフィス８２のみならず第１オリフィス８１の加工も軸方向に行うことができ、加工時間の短縮化によるコストダウンを図れる。
請求項５の該燃料噴射装置は、分岐連通路８４ｂがオリフィスプレート８の外周端まで貫通していて、この貫通孔８４ｃがオリフィスプレート８の位置決めピン９によって封鎖されるようにしたものであり、これにより、オリフィスプレート８の加工の簡素化が図れる。

請求項６の該燃料噴射装置は、高圧燃料導入通路８３の上流端に接続されるボディ側の高圧燃料通路３１が軸方向に延在しているものであり、弁部材に沿うように高圧燃料通路３１が形成され、全体の小径化を図ることができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の内燃機関用燃料噴射装置について説明する。図１は、本発明の内燃機関用燃料噴射装置であるインジェクタの縦断面図である。インジェクタ１は、図示しないディーゼル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装置であって、高圧燃料を蓄圧するコモンレール（図示せず）から燃料配管が燃料導入通路１１に接続されており、コモンレールから高圧燃料が供給されている。また、図示しないエンジン制御装置（ＥＣＶ）からインジェクタ１に制御信号を送出するワイヤハーネスがコネクタ１３に接続されており、ＥＣＶから送出される制御信号によってインジェクタ１の燃料噴射が制御される。

弁部材５が往復移動可能に収容されるハウジング２は、ノズルボディ２１とインジェクタボディ２２とがパッキンチップを挟んでリテーニングナット２３で結合されることによって構成されている。また、弁部材５は、ニードル弁５１、プレッシャピン５２及びコマンドピストン５３とが接触或いは連結することによって構成されている。ノズルボディ２１の先端には噴孔１３が設けられており、ニードル弁５１がこの噴孔２１ａを開閉する。プレッシャピン５２は、スプリング５４内に貫挿されており、このスプリング５４はニードル弁５１を噴孔閉塞方向に付勢している。コマンドピストン５３の反噴孔側には圧力制御室（コマンドピストン背圧室）４が設けられている。

コモンレールからインジェクタ１の燃料導入通路１１に導入された高圧燃料は、燃料導入通路１１内に配置されたフィルタ１２を通過した後、高圧燃料通路３に導入される。高圧燃料通路３は、高圧燃料通路３１と高圧燃料通路３２とに分岐しており、高圧燃料通路３１側に分岐した高圧燃料は、軸方向に延在している高圧燃料通路３１を通ってニードル弁５１の周囲に環状に形成された燃料溜りに供給され、一方、高圧燃料通路３２側に分岐した高圧燃料は、後に詳述するオリフィスプレート８を通って圧力制御室４に供給されている。なお、高圧燃料通路３２は、高圧燃料通路３から直角方向に分岐しており、一方、高圧燃料通路３１は基本的に軸方向に延在している。燃料溜り内の高圧燃料の圧力は、ニードル弁５１（弁部材５）をリフト方向、即ち噴孔開口方向、に付勢し、圧力制御室４内の高圧燃料は、ニードル弁５１（弁部材５）を噴孔閉塞方向にコマンドピストン５３（弁部材５）を付勢している。

図１には示されていないが、インジェクタボディ２２には、コマンドピストン５３及びニードル弁５１の摺動クリアランスからのリーク燃料を回収するための低圧燃料通路も設けられている。この低圧燃料通路は、後述するオリフィスプレート８を介して低圧側空間としての低圧燃料室７に連通している。低圧燃料室７の燃料は、電磁弁（圧力制御弁）６が配置されている部分内に形成されている種々の低圧燃料通路を経て、リーク燃料回収用のユニオン１０からインジェクタ１の外部に排出される。

次に、本発明の特徴であるオリフィスプレート８について説明する。図２は、第１実施例のオリフィスプレート８の断面図である。オリフィスプレート８は、円筒形状をしていて、高圧燃料通路３，３２から圧力制御室４に流入する燃料流量を制限するイン側の第１オリフィス（インオリフィス）８１と、電磁弁６の開弁時に圧力制御室４から低圧側空間である低圧燃料室７に流出する燃料流量を制限するアウト側の第２オリフィス（アウトオリフィス）８２を有している。またこのオリフィスプレート８には、高圧燃料通路３２から高圧燃料を導入する高圧燃料導入通路８３と、圧力制御室４の一部と、圧力制御室４を低圧側空間に接続している連通路８４とが設けられている。

高圧燃料導入通路８３は、横向きトの字形状に形成され、径方向に延在しオリフィスプレート８の外周端まで貫通していて、貫通孔８３ｃを有する高圧燃料導入通路８３ａと、この高圧燃料導入通路８３ａから分岐され、圧力制御室側の面に開口している傾斜した高圧燃料導入通路８３ｂよりなる。一方、連通路８４は、錐台状をした圧力制御室４の一部及び第２オリフィス８２と共に、軸方向に延在している。なお、オリフィスプレート８の低圧側の面には、第２オリフィス８２の周囲に電磁弁６の弁体のシート面が形成されている。このようにして、径方向に延在する高圧燃料導入通路８３ａは、径方向に形成された第１オリフィス８１を介して、軸方向に延在する連通路８４に直交する形で連通されている。また、径方向の高圧燃料導入通路８３ａの貫通孔８３ｃは、オリフィスプレート８をインジェクタボディ２２に位置決め固定する位置決めピン（ノックピン）９に閉鎖されている。なお、図２には示されていないが、オリフィスプレート８には低圧燃料通路も軸方向に形成されている。

このように、第１実施例では、第１オリフィス８１をオリフィスプレート８の外周側から高圧燃料導入通路８３ａを通って径方向に形成することができるので、そのオリフィス加工が容易であり、高精度に加工することができる。また、第２オリフィス８２も軸方向に加工でき、加工が容易で、高精度に加工できる。このような、オリフィス加工は、通常のドリル加工後にリーマ加工を施して形成してもよいし、放電加工により形成してもよい。更に、最終加工工程で流体に砥粒を混入させた研摩材を所定流量に達するまで通過させてオリフィスを研摩加工してもよい。

電磁弁（圧力制御弁）６は、圧力制御室４と低圧側空間である低圧燃焼室７と断続しており、リテーニングナット１４とインジェクタボディ２２との間に配設されている。電磁弁６のコイル６１には、コネクタ１３に埋設されたターミナル１３ａから電力が供給される。なお、電磁弁６は、コイル６１への通電がオフのとき、内蔵されたスプリングの付勢力によって弁体を閉弁し、コイル６１への通電がオンのとき、スプリングの付勢力に抗して弁体をリフトし、開弁するようになっている。

次に、上記構成よりなるインジェクタ１の作動について説明する。
電磁弁６のコイル６１への通電がオフのとき、電磁弁６は第２オリフィス８２を閉じた状態にする。このため圧力制御室４の燃料圧力からコマンドピストン５３（弁部材５）が噴孔２１ａを閉塞する方向に受ける力とスプリング５４の付勢力の和は、燃料溜りの燃料圧力からニードル弁５１（弁部材５）がリフト方向に受ける力よりも大きい。したがって、ニードル弁５１により噴孔２１ａは閉塞され燃料噴射は行われない。

電磁弁６のコイル６１への通電がオンのとき、電磁弁６は、第２オリフィス８２を開けた状態にする。したがって、第２オリフィス８２と低圧燃料室７とが連通し、圧力制御室４の燃料が第２オリフィス８２を通って低圧燃料室７に流出する。また、第２オリフィス８２の通路抵抗は第１オリフィス８１の通路抵抗より小さいので、圧力制御室４の燃料圧力は低下する。このため、圧力制御室４の燃料圧力からコマンドピストン５３（弁部材５）が噴孔閉塞方向に受ける力とスプリング５４の付勢力の和が、燃料溜りの燃料圧力からニードル弁５１（弁部材５）がリフト方向に受ける力よりも小さくなると、ニードル弁５１がリフトし、噴孔２１ａから燃料が噴射される。
以上の動作が繰り返えされることによって周期的な燃料噴射が行われる。

図３は、第２実施例のオリフィスプレート８の断面図である。この実施例においては、オリフィスプレート８に、圧力制御室４を低圧側空間に接続している連通路８４が、逆Ｔ字形状に形成されている。即ち、連通路８４は、軸方向に延在する連通路８４ａとこの連通路８４ａに直交し、径方向に延びてオリフィスプレート８の外周端を貫通していて、貫通孔８４ｃを有する分岐連通路８４ｂより構成されている。一方、高圧燃料通路３２から高圧燃料を導入する高圧燃料導入通路８３は、連通路８４ａと平行に軸方向に設けられている。こうして、軸方向の高圧燃料導入通路８３は、同じく軸方向に形成された第１オリフィス８１を介して、径方向の分岐連通路８４ｂに直交する形で連通している。なお、軸方向の連通路８４ａは、錐台形状の圧力制御室４の一部及び第２オリフィス８２と協働して、軸方向に延在している。また、オリフィスプレート８の低圧側の面には、第２オリフィス８２の周囲に電磁弁６の弁体のシート面が形成されている。
更に、径方向の分岐連通路８４ｂの貫通孔８４ｃは、オリフィスプレート８をインジェクタボディ２２に位置決め固定する位置決めピン（ノックピン）９によって閉鎖されている。なお、図３には示されていないが、オリフィスプレート８には、低圧燃料通路も軸方向に形成されている。

以上説明したように、本実施形態では、オリフィスプレートに形成されるオリフィスが、径方向又は軸方向に形成されており、オリフィスの複雑な斜め加工を廃止することで、オリフィス加工が簡素化され、加工精度を向上させることが可能となる。このことが、最終的にインジェクタの噴射特性を向上させることが可能となる。

内燃機関用燃料噴射装置（インジェクタ）の縦断面図である。 本発明の実施の形態の内燃機関用燃料噴射装置に使用される第１実施例のオリフィスプレートの断面図である。 第２実施例のオリフィスプレートの断面図である。 従来のオリフィスプレートの断面図である。

符号の説明

１ インジェクタ（内燃機関用燃料噴射装置）
２ ハウジング
２１ ノズルボディ
２１ａ 噴口
２２ インジェクタボディ
３，３１，３２ 高圧燃料通路
４ 圧力制御室（コマンドピストン背圧室）
５ 弁部材
５１ ニードル弁
５２ プレッシャピン
５３ コマンドピストン
６ 圧力制御弁（電磁弁）
７ 低圧燃料室（低圧側空間）
８ オリフィスプレート
８１ 第１オリフィス（インオリフィス）
８２ 第２オリフィス（アウトオリフィス）
８３，８３ａ，８３ｂ 高圧燃料導入通路
８３ｃ 貫通孔
８４，８４ａ，８４ｂ 連通路
８４ｃ 貫通孔
９ 位置決めピン（ノックピン）
１１ 燃料導入通路
１２ フィルタ
１３ コネクタ
１４ リテーニングナット

Claims (6)

1. コモンレールで蓄圧された高圧燃料を燃焼室に噴射する内燃機関用燃料噴射装置であって、
   蓄圧された高圧燃料を噴孔に供給可能な高圧燃料通路（３，３１）と前記噴孔（１３）とを断続する弁部材（５）と、
   前記弁部材（５）の反噴孔側に設けられ、前記高圧燃料通路（３，３１）から供給される燃料圧力により前記弁部材（５）を前記噴孔（２１ａ）遮断方向に付勢する圧力制御室（４）と、
   前記圧力制御室（４）と低圧側空間とを断続する電磁弁（６）と、
   前記高圧燃料通路（３，３２）から前記圧力制御室（４）に流入する燃料流量を制限する第１オリフィス（８１）と、前記電磁弁（６）の開弁時に前記圧力制御室（４）から前記低圧側空間に流出する燃料流量を制限する第２オリフィス（８２）とが形成されているオリフィスプレート（８）と
   を備えている内燃機関用燃料噴射装置において、
   前記オリフィスプレート（８）が、
   前記圧力制御室（４）と前記低圧側空間とを前記第２オリフィス（８２）を介して連通する、少なくとも軸方向に延在する連通路（８４）と、
   前記高圧燃料通路（３）から一部の高圧燃料を導入する高圧燃料導入通路（８３）と、
   を更に有していて、前記高圧燃料導入通路（８３）と前記連通路（８４）とを連通する前記第１オリフィス（８１）が、径方向又は軸方向に形成されていることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
2. 前記高圧燃料導入通路（８３，８３ａ）が径方向に形成されていて、前記高圧燃料導入通路（８３，８３ａ）と軸方向に延在する前記連通路（８４）とが、径方向に形成された前記第１オリフィス（８１）を介して連通していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
3. 前記高圧燃料導入通路（８３，８３ａ）が前記オリフィスプレート（８）の外周端まで貫通していて、この貫通孔（８３ｃ）が前記オリフィスプレート（８）の位置決めピン（９）によって封鎖されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
4. 前記高圧燃料導入通路（８３）が軸方向に形成されると共に、前記連通路（８４，８４ａ）が軸方向の他に、これに接続する径方向に分岐する分岐連通路（８４ｂ）を有していて、前記高圧燃料導入通路（８３）と前記分岐連通路（８４ｂ）とが、軸方向に形成された前記第１オリフィス（８１）を介して連通していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
5. 前記分岐連通路（８４ｂ）が前記オリフィスプレート（８）の外周端まで貫通していて、この貫通孔（８４ｃ）が前記オリフィスプレート（８）の位置決めピン（９）によって封鎖されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
6. 前記高圧燃料導入通路（８３）の上流端に接続されるボディ側の前記高圧燃料通路（３１）が軸方向に延在していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関用燃料噴射装置。

Images