JP2007107513A - 燃料噴射弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】圧力制御室の圧力制御を行う制御弁の閉弁特性の低下を抑制することができる燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】ハウジング1に、噴孔28が形成され加圧燃料が供給されるノズル室31と、噴孔28を開閉するノズル弁60に制御圧を作用させるノズル弁制御室32と、ノズル弁制御室32と低圧源との連通と遮断とを切替える中間弁70が収容されている中間弁室41と、中間弁70に制御圧を作用させる中間弁制御室42と、アクチュエータ80により駆動され、中間弁制御室42と低圧源との連通と遮断とを切替える制御弁81が収容させている制御弁室51と、ノズル弁制御室32の燃料を低圧源に排出する第1排出通路20、22と、中間弁制御室42の燃料を低圧源に排出する第2排出通路24、26とを備え、第1排出通路20、22および第2排出通路24、26は、アクチュエータ80を横断する断面において、軸方向に独立して形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、燃料噴射弁に関する。
従来より、加圧された燃料が供給されてノズル弁の背圧を発生させる圧力制御室を備え、該圧力制御室の圧力を増減することでノズル弁の着座と離座とを切替える形式の燃料噴射弁が知られている(特許文献1)。
このものでは、該圧力制御室の圧力を低圧源に開放するための開放通路と、該開放通路の途中部分をなす制御弁室とが形成され、制御弁室に配設された制御弁が圧力制御室と低圧源との連通と遮断とを切替えることで、圧力制御室の圧力を増減する。制御弁は、圧力制御室側に通じる制御弁室のポートの外周部のシートに着座するようになっている。制御弁には前記ポートの燃料の圧力が開弁方向に作用し、一方、閉弁方向にはスプリング力が作用している。そして、ソレノイドが制御弁と一体のアーマチャを吸引すると、スプリング力に抗して制御弁がリフトする。
ここで、スプリング力は、ソレノイド非通電(オフ)時に制御弁を閉弁状態に保持し得る大きさに設定され、スプリング力に応じて必要なソレノイドの吸引力が決まることになる。
特開平08−49620号公報
上記特許文献1に開示されている上記制御弁は、上述したようにソレノイドにより直接駆動される構造となっており、前記ポートの燃料の圧力は非常に高いものとなっているため、スプリング力をソレノイド非通電(オフ)時に制御弁を閉弁状態に保持し得る程度の大きさとする必要があった。このため、ソレノイドが発生する吸引力も大きくせざるを得ず、アクチュエータの小型化を妨げていた。
これに対し、出願人は、アクチュエータの小型化を達成すべく、上記圧力制御室を制御する上記制御弁を、特許文献1に開示されているようにソレノイドにより直接駆動形式とせず、油圧駆動形式のものとし、この制御弁に作用する油圧を制御する別の制御弁を設けた燃料噴射弁を出願した(特願2005−67272号)。
出願人より出願された上記燃料噴射弁を詳細に説明する。上記燃料噴射弁は、第1圧力制御室、第1制御弁、第2圧力制御室、第2制御弁(電磁弁)を有する。そして、第1制御弁は、第1弁室に収容され、第2制御弁は、第2弁室に収容される。
上記各室は、燃料噴射弁のハウジングの長手方向(軸方向)に向けて1列に、第2弁室、第2圧力制御室、第1弁室、第1圧力制御室の順序に配置されている。ハウジングには、低圧源に接続される吐出開口部が設けられる。
第1圧力制御室は、前記した圧力制御室に該当する。第1制御弁は、第1圧力制御室の圧力を調整する。第2制御弁は、第2圧力制御室の圧力を調整する。第1圧力制御室の圧力の調整により、ノズル弁の動作を制御する。第2圧力制御室の圧力の調整により、第1制御弁の動作を制御する。
第1弁室、および、第2弁室の各室と吐出開口部とを接続する排出通路が設けられる。この排出通路は、第1弁室と第2弁室とを接続する通路、および、この通路と吐出開口部とを接続する通路とを有し、ハウジングの内部に設けられる。具体的には、ハウジングの長手方向(軸方向)に、吐出開口部と接続される、1本の主排出通路が形成される。この主排出通路と、第1弁室、および、第2弁室とは、各々に、ハウジングの径方向に向けて延設される第1副排出通路、第2副排出通路によって接続される。
上記した燃料噴射弁の噴射停止状態から噴射開始への動作は、以下のように行われる。第2制御弁が第2圧力制御室と第2弁室とを連通すると、第2副排出通路、主排出通路を通じて低圧源に排出され、第2弁室の圧力が低下する。第1制御弁が第1圧力制御室と第1弁室とを連通すると、第1副排出通路、主排出通路を通じて低圧源に排出され、第1弁室の圧力が低下する。第1弁室の圧力低下に伴って、第1圧力制御室の圧が低下して、ノズル弁は離座する方向に動作し、噴孔から燃料が噴射される。噴射中から噴射停止への動作は、第2制御弁の上記とは逆方向の動作により行われる。この噴射有りと噴射無しの間欠動作は、短時間に繰り返し行われる。
上記燃料噴射弁は、先に動作する第2制御弁(電磁弁)と、この第2制御弁の切替動作に従って動作開始する第1制御弁とを備え、噴射有り、無しの短時間サイクルの噴射動作が行われる、上記燃料噴射弁においては、以下のような現象が発生する。
つまり、第1圧力制御室内の燃料が低圧側へ排出されるタイミングと、第2圧力制御室内の燃料が低圧側へ排出されるタイミングとが必然的にずれる。このタイミングずれによって、上記燃料噴射弁は、第1、第2制御弁が収容されている各弁室が上記主排出通路および上記副排出通路を介して接続されている構造となっているため、第2制御弁が開弁すると、第1、第2圧力制御室内の高圧燃料が、上記主・副排出通路を通じて、第2制御弁が収容されている弁室に流入してしまう。この高圧燃料の流入により、第2制御弁が収容されている弁室の圧力が高まってしまい、第2制御弁の閉弁特性が低下してしまう。
また、上記各弁室が上記主・副排出通路を介して接続されていることから、第1制御弁が収容されている弁室にも第1、第2圧力制御室内の高圧燃料が流入するので、第1制御弁の閉弁特性も低下してしまう。
すなわち、排出通路内には、第1制御弁、第2制御弁の各動作に起因した脈動圧が発生している。この脈動圧は、互いに、第1制御弁、第2制御弁の動作特性(閉弁特性)を不安定にさせており、問題である。
上記した現象は、以下の理由により、その問題を顕在化させている。1列に、第2弁室、第2圧力制御室、第1弁室、第1圧力制御室の順序に配置する構成のもと、排出通路は、第1弁室と第2弁室とを、両室を最短距離にて連通させるように通路配設させて、常時接続している。第1弁室と第2弁室とを接続する排出通路の長さは、短く設定されており、この短い排出通路の総通路容積が小さく設定されている。
この流路長さ、および、通路容積の設定は、第1弁室、および、第2弁室へ脈動圧の伝達強度を高める結果となって、問題を顕在化させている。
なお、排出通路の径を大きくして通路容積を大きく設定する手法が考えられるが、この径拡大は、ハウジングの径を拡大させてしまい、燃料噴射弁のエンジンへの搭載上において、問題となる。
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は、燃料噴射弁の圧力制御室の圧力制御を行う制御弁の閉弁特性の低下を抑制することができる燃料噴射弁を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の燃料噴射弁は、ハウジングに、燃料噴射用の噴孔が形成され加圧された燃料が供給されるノズル室と、加圧された燃料が供給され、噴孔の開閉を制御するノズル弁に閉弁方向の圧力を作用させるノズル弁制御室と、ノズル弁制御室と低圧源との連通と遮断とを切替える中間弁が収容されている中間弁室と、加圧された燃料が供給され、中間弁にノズル弁制御室と低圧源とを遮断させる方向に圧力を作用させる中間弁制御室と、アクチュエータにより駆動され、中間弁制御室と低圧源との連通と遮断とを切替える制御弁が収容させている制御弁室と、ノズル弁制御室および中間弁制御室の燃料を低圧源に排出する排出通路と、を備え、
ハウジングの長手方向に向けて1列に、制御弁室、中間弁制御室、中間弁室、ノズル弁制御室の順序に配置され、ハウジングの内部に設けられている燃料噴射弁であって、
排出通路は、ノズル弁制御室の燃料を低圧源に排出する第1排出通路と、中間弁制御室の燃料を低圧源に排出する第2排出通路とを備え、第1排出通路および第2排出通路は、アクチュエータを横断する断面において、軸方向に独立して形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、上記制御室には、中間弁制御室以外の燃料を流入させないようにすることができる、もしくは、上記制御室への中間弁制御室以外の燃料圧力の影響を低くすることができる。
また、上記中間弁制御室には、ノズル弁制御室以外の燃料を流入させないようにすることができる、もしくは、上記中間弁制御室へのノズル弁制御室以外の燃料圧力の影響を低くすることができる。
これにより、制御弁室に収容されている制御弁、および中間弁室に収容されている中間弁の閉弁特性の低下を抑制することができる。
請求項2に記載の燃料噴射弁では、第1排出通路は、ハウジング内で、かつ制御弁室よりも下流側で第2排出通路と併合するように形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、中間弁制御室およびノズル弁制御室の燃料を低圧源としての燃料タンクに戻すための配管が燃料噴射弁一つにつき一つ設ければよいので、燃料噴射弁と燃料タンクとの間の配管が複雑になることを防止できる。
請求項3に記載の燃料噴射弁では、第1排出通路と第2排出通路との併合箇所と制御弁室との間の第2排出通路の通路途中、または併合箇所と中間弁室との間の第1排出通路の通路途中には、第1排出通路および第2排出通路の通路径よりも大きい径を有する容積室が形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、容積室により、第1排出通路の圧力が第2排出通路を介して制御弁室に及ぼす影響を低減することができる。
請求項4に記載の燃料噴射弁では、第1排出通路と第2排出通路との併合箇所と制御弁室との間の第2排出通路の通路途中、または併合箇所と中間弁室との間の第1排出通路の通路途中には、第1排出通路または第2排出通路の通路径よりも小さい径を有する絞りが形成されていることを特徴としている。
請求項3に記載されている容積室に代えて、第1、第2排出通路に、これらの通路径よりも小さい径を有する絞りを形成しても良い。
請求項5に記載の燃料噴射弁では、ハウジングと接続される排出通路アダプタを備え、この排出通路アダプタ内にて、第1排出通路および第2排出通路を併合することを特徴としている。
この構成によれば、中間弁室から制御弁室までの通路の長さを可能な限り長くすることができるので、第1排出通路内の圧力が第2排出通路を介して制御弁室に及ぼす影響や、第2排出通路内の圧力が第1排出通路を介して中間弁室に及ぼす影響を可能な限り排除することができる。また、排出通路アダプタにて第1、第2排出通路を併合しているため、燃料噴射弁から燃料タンクへ燃料を還流する配管の数が増加することを抑制することができる。
請求項6に記載の燃料噴射弁では、ハウジングは、制御弁を有する棒状のホルダ部と、中間弁およびノズル弁を有する棒状のノズル部からなり、ホルダ部およびノズル部には、加圧された燃料をノズル室および中間弁制御室に供給する高圧通路および第1排出通路がこれらの部材を貫通するように形成されており、ホルダ部には、第2排出通路、およびノズル部と当接する側の端面に制御弁室が形成されており、
制御弁室はその中心軸がホルダ部の端面の中心軸からずれた位置に形成され、ホルダ部のノズル部と当接する側の端面に形成される高圧通路の開口部は、ホルダ部の中心軸と制御弁室の中心軸とを結んだ線上付近に、高圧通路の開口部の中心が来るように形成されていることを特徴としている。
ホルダ部およびノズル部に形成されている高圧通路には燃料噴射圧に応じた高圧の燃料が流通しているので、ホルダ部とノズル部との当接面から高圧燃料が漏れぬよう両部材同士に大きな軸力を加え、両部材の当接面同士を密着させなければならない。高圧通路の周囲には、通路を流れる燃料の圧力に応じたシール面積(ホルダ部とノズル部の両端面同士が接触する部分)が必要となる。特に、ホルダ部には、制御弁室が形成されている。前記シール面積を確保できるように、制御弁室と高圧通路の開口部の配置を定めなければならい。
この構成によれば、ホルダ部に制御弁室および高圧通路が形成できるとともに高圧通路の周囲にシール面積を確保することができる。
請求項7に記載の燃料噴射弁では、ホルダ部に形成されている第1排出通路および第2排出通路のノズル部側の端面に形成されているそれぞれの開口部は、前記線を対称線として線対称に形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、制御弁室、高圧通路、第1、第2排出通路が前記線を対称線として線対称に形成されているので、ノズル部とホルダ部との端面同士を当接させたとき、高圧通路の開口部の周囲の面圧の偏りを可能な限り防ぐことができる。
請求項8に記載の燃料噴射弁では、ホルダ部に形成されている第1排出通路および第2排出通路のノズル部側の端面に形成されているそれぞれの開口部は、前記線によって分割されるいずれか一方の領域に形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、第1排出通路および第2排出通路は、互いに近接して形成されているので、両通路をホルダ部内で併合したりするとき、ホルダ部内での両通路の取り回しが容易となる。
(第1実施形態)
図1に本発明を適用した第1実施形態となる燃料噴射弁の断面図を示す。この図は、燃料噴射弁を構成する部品や燃料が流通する通路等を説明し、本発明の特徴を明確にするための図である。したがって、この図に基づいて燃料噴射弁を製造する場合は、構成部品の大きさや通路の取り回しを適宜変更する必要がある。
燃料噴射弁は、例えば、コモンレール式の燃料噴射システムを備えた内燃機関に適用され、エンジンの各気筒に1対1に対応して設けられる。そして、制御装置による制御で、所定の期間にコモンレールが供給する燃料を噴射する。
燃料噴射弁は、略丸棒状のハウジング1を有し、ハウジング1には、下側よりノズル弁60、中間弁70、および制御弁81が設けられている。
ハウジング1は、ノズル弁60と中間弁70を有するノズル部3と、制御弁81を有するホルダ部2よりなっている。ノズル部3は、下側よりノズルボデー7、ディスタンスピース6、およびバルブボデー5からなり、ホルダ部2は、ホルダ4よりなっている。ノズルボデー7、ディスタンスピース6、バルブボデー5、およびホルダ4は、それぞれの部材の対向端面で当接し、リテーニングナット8により互いに結合されている。ハウジング1には、内部に種々の凹所や孔が形成されて、これに構成部品が収容されるとともに、燃料の通路が形成される。
ノズル部3について説明する。ノズルボデー7には、ハウジング1の軸方向に縦孔30が形成されている。この縦孔30にノズル弁60が収容されている。ノズル弁60は、この縦孔30に摺動自在に保持されている。縦孔30の底部は、ノズルボデー7の先端部にまで達しており、縦孔30とノズル弁60の先端部付近との間に形成される空間がノズル室31となっている。ノズルボデー7の先端には、ノズル室31の室壁を貫通して噴孔28が形成されている。ノズル室31の室壁には、ノズル弁60の先端部が着座するシート33が形成されている。
ノズル室31は、ディスタンスピース6、バルブボデー5、およびホルダ4に形成された高圧通路10と連通している。高圧通路10には、前記コモンレールからの加圧された燃料(以下、適宜、高圧燃料という)が流通している。ノズル弁60の摺動部よりも下側、ノズル室31に曝されている部分には、高圧燃料の圧力が作用するので、高圧燃料は、ノズル弁60を上方すなわち離座方向に付勢する。ノズル弁60がシート33より離座すると、高圧燃料が噴孔28から噴射される。
縦孔30のノズル弁60の摺動部よりも上側には、ノズル弁60の背圧を発生させるノズル弁制御室32が形成されている。ノズル弁制御室32は、ディスタンスピース6を上壁とするとともに、ノズル弁60の上端面を下壁として形成されている。更に、ノズル弁制御室32には、第1スプリング61が収容されている。第1スプリング61は、常時、ノズル弁60を下方すなわち着座方向に付勢している。更に、ノズル弁制御室32は、高圧通路10からの高圧燃料が流入するようになっており、ノズル弁制御室32に流入した高圧燃料は、ノズル弁60を下方に付勢する。
ノズル弁制御室32の圧力が開弁開始圧力以下となったとき、ノズル弁60にかかっている付勢力は、ノズル弁60を離座方向に移動させる付勢力の方が勝り、ノズル弁60の先端部がシート33から離座して燃料が噴孔28から噴射される。反対に、ノズル弁制御室32の圧力が閉弁開始圧力以上となったとき、ノズル弁60にかかっている付勢力は、ノズル弁60を着座方向に移動させる付勢力の方が勝り、ノズル弁60の先端部がシート33に着座して噴射が停止する。
ノズル弁制御室32の圧力の増減の切替えは、次の構成によりなされる。バルブボデー5には、下端部で拡径する縦孔40が燃料噴射弁の軸方向に形成され、縦孔40の拡径部により中間弁70が配設される中間弁室41が形成される。
中間弁70は、棒状で略中央部にくびれ部74を有しており、くびれ部74よりも上側には、縦孔40の小径部と摺動する摺動部73を有し、下側には、中間弁室41に突出する弁体部75を有している。弁体部75は、摺動部73よりもやや大径で、かつ中間弁室41の側壁面との間に環状の間隙が形成される大きさとなっている。
バルブボデー5には、高圧通路10から分岐して中間弁室41に通じる高圧分岐通路11が形成されている。高圧分岐通路11は、くびれ部74と縦孔40との間に形成される外周環状空間43と常時、連通している。中間弁室41の側壁面には、中間弁70が上方に移動したとき、弁体部75の上側のテーパ部が着座する上側シート45が形成されている。
縦孔40の中間弁70の摺動部73よりも上側には、中間弁70の背圧を発生させる中間弁制御室42が形成されている。中間弁70には、その内部に外周環状空間43から中間弁制御室42へ通じる連通孔71が形成されている。連通孔71には、オリフィス72が設けられている。この連通孔71により、高圧燃料は、高圧分岐通路11、連通孔71を介して中間弁制御室42に流入する。そして、高圧燃料は、中間弁70を下方に付勢する。更に、中間弁制御室42には、第2スプリング76が配設されている。第2スプリング76は、常時、中間弁70を下方に付勢する。
中間弁制御室42は、第2連通路26を介して制御弁室51に通じている。制御弁室51については後ほど説明する。第2連通路26は、バルブボデー5の縦孔40の底部からバルブボデー5の上端面に達する小孔により構成され、途中にオリフィス27が設けられている。
中間弁室41が形成されているバルブボデー5と、ノズル弁制御室32が形成されているノズルボデー7との間に挟まれ、中間弁室41の下壁、およびノズル弁制御室32の上壁を形成するディスタンスピース6には、燃料噴射弁の軸方向に貫通する孔が形成されている。その孔は、中間弁室41とノズル弁制御室32とを常時、連通する第1連通路22となっている。第1連通路22には、途中にオリフィス23が設けられている。
そして、ディスタンスピース6には、ノズル弁制御室32から中間弁室41に流入する高圧燃料をハウジング1の外部へ排出するためのノズル弁制御圧排出通路20が形成されている。この排出通路20のハウジング1内の経路については後ほど説明する。排出通路20の一端は、弁体部75の下端面に対向する位置で、中間弁室41に開口している。この開口部は、中間弁70が下方に移動したとき、弁体部75の下端面によって閉鎖されるポート44となっている。弁体部75の下端面が着座するポート44の外周縁部が、下側シート46となっている。排出通路20には、ポート44の直下流にオリフィス23が設けられている。
ホルダ4の下端には、略凹状の縦孔50が形成されている。縦孔50の上側には、ソレノイド80と第3スプリング84が収容され、その下側には、制御弁81が収容される。制御弁81が収容される空間が制御弁室51となる。
制御弁室51は、バルブボデー5の上端面を下壁としている空間である。制御弁室51の下壁には、第2連通路26が開口しており、この開口部が中間弁制御室42に通じるポート53となる。そして、ホルダ4には、中間弁制御室42から制御弁室51に流入する高圧燃料をハウジング1の外部へ排出するための中間弁制御圧排出通路24が形成されている。制御弁室51は、その周縁部で排出通路24と常時、連通している。
制御弁81は、下側に弁体部83、上側にアーマチャ部82を有する、断面略T字の部品である。弁体部83の先端面は、ポート53に対向している。ポート53の外周縁部には、弁体部83の先端面が着座するシート面52が形成されている。弁体部83がシート面52に着座することにより、中間弁制御室42と制御弁室51とが遮断される。
アーマチャ部82は、ソレノイド80の磁極面と対向している。そして、アーマチャ部82には、第3スプリング84が弾接している。第3スプリング84は、制御弁81を常時、下方すなわち弁体部83がシート面52に着座する方向に付勢している。
ソレノイド80は、請求項1に記載のアクチュエータに相当し、例えば筒状のステータにコイルを巻回したものである。図示していないがコイルには、リード線が接続されている。このリード線は、前記制御装置に接続されており、制御装置からの電流がリード線を介してコイルに供給されるようになっている。
コイルに電流が供給されることにより、ソレノイド80には、第3スプリング84の付勢力の方向と反対の方向の力(吸引力)が発生する。すると、制御弁81は、上方に移動させられ、弁体部83がシート面52から離座し、中間弁制御室42と中間弁制御圧排出通路24とが連通する。
次に、ノズル弁制御圧排出通路20および中間弁制御圧排出通路24について説明する。
ノズル弁制御圧排出通路20は、ディスタンスピース6、バルブボデー5、およびホルダ4に形成され、ノズル弁制御室32から中間弁室41に流入する燃料をハウジング1の外部に排出するための通路である。この排出通路20は、中間弁室41に形成されているポート44からホルダ4に形成されている第1排出ポート21に至るまで、他の弁室(制御弁室51)を経由することがないように形成されている。第1排出ポート21は、図示しない燃料タンクに通じる配管に接続されている。
中間弁70が上方に移動すると、ポート44が開放する。すると、ノズル弁制御室32の燃料は、第1連通路22を通って中間弁室41に流入する。その後、燃料は、排出通路20を通ってハウジング1の外部に排出される。これにより、ノズル弁制御室32の圧力を低下させることができる。第1連通路22および排出通路20は、請求項1に記載の第1排出通路に相当する。
一方、中間弁制御圧排出通路24は、ホルダ4のみに形成され、中間弁制御室42から制御弁室51に流入する燃料をハウジング1の外部に排出するための通路である。この排出通路24は、制御弁室51に形成されているポート53からホルダ4に形成されている第2排出ポート25に至るまで、他の弁室(中間弁室41)を経由することがないように形成されている。第2排出ポート25も第1排出ポート21と同様、図示しない燃料タンクに通じる配管に接続されている。
また、ノズル弁制御圧排出通路20および中間弁制御圧排出通路24は、ソレノイド80を横断する断面において、軸方向に独立して形成されている。
なお、第1、第2排出ポート21、25に接続されている前記配管は、途中で併合され、燃料タンクに接続されていても良いし、それぞれの配管が燃料タンクに接続されていても良い。
制御弁81が上方に移動すると、ポート53が開放される。すると、中間弁制御室42の燃料は、第2連通路26を通って制御弁室51に流入する。その後、燃料は、排出通路24を通ってハウジング1の外部に排出される。これにより、中間弁制御室42の圧力を低下させることができる。第2連通路26および排出通路24は、請求項1に記載の第2排出通路に相当する。
次に、ホルダ4に形成されている縦孔50、ノズル弁制御圧排出通路20、中間弁制御圧排出通路24、および高圧通路10の配置を図2に基づいて説明する。図2は、図1のII−II断面矢視図である。この矢視図は、ホルダ4の下端面100の平面図となる。
図1に示すように、高圧通路10は、ホルダ4、バルブボデー5、ディスタンスピース6、およびノズルボデー7を貫通するように形成されている。具体的には、ホルダ4、バルブボデー5、ディスタンスピース6、およびノズルボデー7に形成されている高圧燃料が流通する通路の開口部同士が一致するように、それぞれの部材の端面を当接させ、一つの高圧通路10としている。
前記それぞれの部材間から高圧燃料が漏れ出ぬよう、各部材の端面に形成されている高圧通路10の開口部106の周囲には、部材の端面同士が当接する面積をある程度確保する必要がある。図2に示すように、ホルダ4の下端面100には、制御弁81を収容するための縦孔50の開口部102、ノズル弁制御圧排出通路20の開口部104、中間弁制御圧排出通路24の開口部105および高圧通路10の開口部106が形成されている。このように、ホルダ4の下端面100には、複数の各種開口部が形成されており、高圧通路10の開口部106の周囲に、漏れを防止するための前記面積を確保することが困難である。
図2に示すように、縦孔50の開口部102は、この開口部102の中心103がホルダ4の中心軸101から所定距離L0ずれた位置となるように形成されている。そして、高圧通路10の開口部106は、この開口部106の中心107が、前記中心103と前記中心軸101とを通る線L(一点鎖線)上付近に位置するように形成されている。
縦孔50の開口部102の中心103を基準に縦孔50の内壁からホルダ4の外壁までの距離が最大となる部分を検討したとき、前記線L上の前記内壁から前記外壁までの距離L1が最も長くなる。この線L上付近に開口部106の中心107が位置するように高圧通路10を形成すれば、高圧通路10の開口部106の周囲に前記面積を最も広く確保することができる。
ノズル弁制御圧排出通路20の開口部104は、前記線Lよりも上側に形成され、中間弁制御圧排出通路24の開口部105は、前記線Lよりも下側に形成されている。更に、開口部104、105は、前記線Lを対称線として線対称に形成されている。これによれば、前記線Lを境に、図中の上側と下側のノズルボデー7と当接する部分の面積がほぼ等しくなるので、高圧通路10の開口部106の周囲の面圧の偏りを可能な限り防ぐことができる。
次に、本実施形態の燃料噴射弁の動作を図3のタイミングチャートに基づき、ノズル弁制御圧排出通路20および中間弁制御圧排出通路24を図1に示すように形成としたときの作用および効果を説明する。なお、図3に示すタイミングチャートは、内燃機関が所定の運転状態(例えば、高負荷運転状態)で運転しているときの燃料噴射弁の動作を示したものである。
図3(a)は、ソレノイド80の通電状態を示したものである。図3(b)は、ソレノイド80を通電制御したときの制御弁81のリフト量の変化を示したものである。図3(c)は、中間弁制御室42の圧力状態を示したものである。図3(d)は、中間弁制御室42の圧力状態に応じて変化する中間弁70のリフト量の変化を示したものである。図3(e)は、ノズル弁制御室32の圧力状態を示したものである。図3(f)は、制御弁室51の圧力状態を示したものである。図3(g)は、ノズル弁制御室32の圧力状態に応じて変化するノズル弁60のリフト量の変化を示したものである。図3(h)は、燃料噴射弁より噴射される燃料の噴射率の変化を示したものである。
時刻t1時、ソレノイド80のコイルに電流が供給されると、ソレノイド80が制御弁81のアーマチャ部82を吸引し、制御弁81が上方に移動し始める(図3(a)、(b)参照)。すると、弁体部83がシート面52から離座し、ポート53が開くので、中間弁制御室42の高圧燃料が第2連通路26〜制御弁室51〜中間弁制御圧排出通路24という経路で低圧源である燃料タンクに還流し、中間弁制御室42の圧力が低下する(図3(c)参照)。このとき、制御弁室51の圧力は、中間弁制御室42の高圧燃料が第2連通路26を通じて流入するので、上昇する(図3(f)参照)。
時刻t2時、中間弁制御室42の圧力が開弁圧力まで低下すると、中間弁70が上方に移動し始める(図3(c)、(d)参照)。すると、弁体部75は、下側シート46から離座するとともに上側シート45に着座する。これにより、高圧通路10〜高圧分岐通路11〜外周環状空間43〜中間弁室41〜第1連通路22という経路が、第1連通路22〜中間弁室41〜ノズル弁制御圧排出通路20という経路に切替り、ノズル弁制御室32の高圧燃料が、低圧源である燃料タンクに還流し、ノズル弁制御室32の圧力が低下し始める(図3(e)参照)。
時刻t3時、ノズル弁制御室32の圧力が開弁圧力まで低下すると、ノズル弁60が上方に移動し始め、噴孔28から燃料が噴射される(図3(g)、(h)参照)。
時刻t4時、ソレノイド80のコイルへの電流の供給が停止されると、第3スプリング84の付勢力により制御弁81が下方に移動し始める(図3(a)、(b)参照)。すると、弁体部83がシート面52に着座し、ポート53を塞ぐので、高圧燃料が高圧分岐通路11〜外周環状空間43〜連通孔71という経路で中間弁制御室42に流入し、中間弁制御室42の圧力が上昇する。このとき、制御弁室51の圧力は、高圧燃料の流入が停止するため、徐々に低下する(図3(f)参照)。
時刻t5時、中間弁制御室42の圧力が閉弁圧力まで上昇すると、中間弁70が下方に移動し始める(図3(c)、(d)参照)。すると、弁体部75は、上側シート45から離座するとともに下側シート46に着座する。
時刻t6時、これにより、第1連通路22〜中間弁室41〜ノズル弁制御圧排出通路20という経路が、高圧通路10〜高圧分岐通路11〜外周環状空間43〜中間弁室41〜第1連通路22という経路に切替り、高圧通路10の高圧燃料が、ノズル弁制御室32に流入し、ノズル弁制御室32の圧力が上昇し始める(図3(e)参照)。
時刻t7時、ノズル弁制御室32の圧力が閉弁圧力まで上昇すると、ノズル弁60が下方に移動し始め、噴射率が低下し始める。時刻t8時、ノズル弁60の先端がシート33に着座すると、噴孔28からの燃料の噴射が停止する(図3(g)、(h)参照)。
次に、先に出願した燃料噴射弁の動作について説明する。以下、本実施形態と同じ機能を有する部材等は、本実施形態の名称および符号を用いて説明する。先願の燃料噴射弁の構造は、ノズル弁制御圧排出通路20が制御弁室51に接続されている点で本実施形態の燃料噴射弁の構造と異なっている。
時刻t1時、ソレノイド80に電流が供給され、制御弁81が上方に移動すると、中間弁制御室42の圧力が低下する。中間弁制御室42の圧力が開弁圧力まで低下すると、中間弁70が上方に移動する。中間弁70が上方に移動すると、ノズル弁制御室32の圧力は、低下し、ノズル弁60が上方に移動する。そして、燃料が噴孔28から噴射される。
噴孔28から燃料が噴射されるまでの間に、中間弁制御室42内の燃料が第2連通路26を介して制御弁室51に流入し、更に、ノズル弁制御室32内の燃料もノズル弁制御圧排出通路20を介して制御弁室51に流入する。このため、図3(f)の破線で示すように、制御弁室51の圧力は、本実施形態の状態よりも圧力ΔP分、高くなる。
この状態で、ソレノイド80への電流の供給が停止されると、本実施形態と同様、制御弁81は第3スプリング84の付勢力により、閉弁動作を始める(時刻t4参照)。制御弁81の閉弁特性、言い換えると弁体部83がシート面52に着座するまでの時間は、第3スプリング84の付勢力と制御弁室51の圧力との関係に依存する。制御弁室51の圧力が高ければ高いほど、制御弁81の閉弁動作の妨げとなる力が増し、閉弁までの時間が長くなる(閉弁特性の低下)。この閉弁特性の低下の度合いは、第3スプリング84の前記付勢力と閉弁動作を妨げる前記力との差が小さくなればなるほど顕著に表れる。
この先願の燃料噴射弁では、本実施形態のものよりも制御弁室51の圧力が圧力ΔP分、高くなるため、制御弁81がシート面52に着座するまでの時間が時間ΔT分、長くなる(図3(b)、(f)参照)。すると、図3(c)に示すように、中間弁制御室42の圧力が閉弁圧力に達するまでの時間が時刻t5’まで遅れる(図3(c)参照)。この遅れに伴い中間弁70の下側シート46への着座が遅れる(図3(d)参照)。更に、ノズル弁制御室32の圧力が閉弁圧力に達するまでの時間が時刻t7’まで遅れる(図3(e)参照)。結果、ノズル弁60のシート33への着座が時刻t8’まで遅れることとなる(図3(g)、(h)参照)。
制御弁81の閉弁特性の低下は、第3スプリング84の付勢力を大きくすれば解消することができるが、このスプリング84を収容する燃料噴射弁のハウジング1の体格には、これが搭載される内燃機関により限界があり、第3スプリング84の体格を大きくするにも限界がある。また、体格を大きくした第3スプリング84の付勢力に打ち勝つだけの吸引力を発生するソレノイド80もハウジング1に収容しなければならず、この点も考慮に入れて第3スプリング84の体格を定めなければならない。したがって、第3スプリング84の体格、言い換えると第3スプリング84の付勢力は、ハウジング1の体格により、上限が決定されることとなる。
内燃機関の負荷を高くすればするほど、噴射する燃料圧力を高くする必要があり、コモンレールの圧力を上昇させる。それに伴い、燃料噴射弁のノズル弁制御室32および中間弁制御室42の圧力も高くなる。先の説明により、第3スプリング84の付勢力は、ハウジング1の体格により決定されているので、内燃機関の負荷が高くなればなるほど、制御弁81を閉弁方向に付勢する力と制御弁81を開弁方向に押す力の差が小さくなり、制御弁81の閉弁特性が低下する。
本実施形態の燃料噴射弁では、ノズル弁制御圧排出通路20が制御弁室51を迂回している構造、言い換えるとノズル弁制御圧排出通路20が制御弁室51に接続されていない構造となっているため、制御弁室51の圧力は、同じ負荷状態では、図3(f)中の実線で示すように先願の燃料噴射弁の制御弁室51に比べ低くなっている。このため、ソレノイド80への電流の供給を停止し、制御弁81を閉弁させるとき、制御弁81の閉弁動作を妨げる力が先願のものに比べ小さく、第3スプリング84の付勢力との差が大きくなる。したがって、制御弁81の閉弁特性の低下を抑制することができる。
具体的に、本実施形態を適用した燃料噴射弁の効果を先願の燃料噴射弁と比較して説明する。高圧通路10内の圧力が150〜250MPa、すなわち、コモンレール圧が150〜250MPaの場合であって、制御弁81および中間弁70が閉弁しているとき、低圧源と連通しているポート44、ノズル弁制御圧排出通路20、中間弁制御圧排出通路24、および制御弁室51の圧力は、絶対圧で0.1〜0.3MPaとなっている。この状態は、先願の燃料噴射弁であっても、本実施形態の燃料噴射弁であっても同じである。
ところが、先願の燃料噴射弁では、ノズル弁制御圧排出通路20が制御弁室51に接続されている構造となっているため、制御弁81および中間弁70を開弁させたときの制御弁室51の圧力ピーク値は、上記絶対圧0.1〜0.3MPaの約10倍の値を示す。これに対し、本実施形態では、ノズル弁制御圧排出通路20は制御弁室51に接続されておらず、中間弁制御圧排出通路24と独立して形成されているので、制御弁81および中間弁70を開弁させたときの制御弁室51の圧力ピーク値は、上記絶対圧0.1〜0.3MPaの約2倍程度にとどめることができる。
上述したように、本実施形態では、先願のものと比べ、制御弁81および中間弁70を開弁させたときの制御弁室51の圧力ピーク値を格段に小さくすることができる。このことは、制御弁81の閉弁動作を妨げる力を先願のものと比べ小さくすることができることを意味する。よって、本実施形態では、先願のものと比べ、制御弁81の閉弁特性の低下を抑制することができる。
本実施形態の燃料噴射弁では、中間弁制御圧排出通路24も中間弁室41を迂回している構造、言い換えると中間弁制御圧排出通路24が中間弁室41に接続されていない構造となっているため、中間弁室41の圧力は、制御弁室51と同様、先願の燃料噴射弁の中間弁室41に比べ低くなっている。したがって、中間弁70の閉弁特性の低下も抑制することができる。
本実施形態の燃料噴射弁の制御弁室、中間弁制御室、中間弁室、ノズル弁制御室に相当する各室がハウジングの長手方向に向けて1列に並んで配置されている形式の従来技術の燃料噴射弁においては、上記制御弁室と上記中間弁室とが最短距離にて連通されている。また、この連通は、距離が短いため流路の容積も必然的に小さくなる。
このように制御弁室と中間弁室とを連通させると、連通の距離や容積の関係から、一方の弁室からもう一方への弁室への脈動圧の伝達強度が、各弁室に収容される弁の動作に影響を与えるぐらいの大きさとなってしまう。
これに対し、本実施形態の燃料噴射弁においては、ハウジング1の長手方向に向けて1列に、制御弁室51、中間弁制御室42、中間弁室41、ノズル弁制御室32は、ハウジング1の長手方向に向けて1列に並んで配置され、かつ、ノズル弁制御圧排出通路20と中間弁制御圧排出通路24がソレノイド80を横断する断面において、軸方向に独立して形成されている。
このため、本実施形態の燃料噴射弁では、上記従来技術の燃料噴射弁に比べ、制御弁室51と中間弁室41とを連通する通路(排出通路20と排出通路24)の距離および容積を大きくすることができ、各弁室51、41に収容されている弁81、70の閉弁特性の低下を抑制することができる。
また、本実施形態の燃料噴射弁は、先願の燃料噴射弁に比べ、ソレノイド80への電流供給停止からノズル弁60の閉弁までの時間を短くすることができるので、噴射時間を極力短くすることができ、微少噴射量制御特性を向上させることができる。
更にまた、本実施形態の燃料噴射弁は、先願の燃料噴射弁に比べ、ソレノイド80への電流供給停止からノズル弁60の閉弁までの時間を短くすることができるので、噴射から次の噴射までの時間間隔を短くすることができる。これにより、マルチ噴射の噴射制御特性を向上させることができる。
本発明の別の観点から見れば、本実施形態の燃料噴射弁では、制御弁81の閉弁動作を妨げる力が先願の燃料噴射弁に比べ小さくなるので、第3スプリング84の力を小さくする、すなわち第3スプリング84の体格を小さくすることができる。これにより、ハウジング1の体格を小さくすることができ、内燃機関への搭載性が向上するという格別の効果が得られる。
また、図4に示すように、ホルダ部2の第1、第2排出ポート21、25が形成されている部位に、第1、第2排出ポート21、25が覆いかぶせられるような排出通路アダプタ90を設けても良い。この略円柱状の排出通路アダプタ90は、第1、第2排出ポート21、25と向かい合う端部に、凹部91が形成されており、各ポート21、25から排出された燃料が合流するようになっている。
そして、排出通路アダプタ90のもう一方の端部には、凹部91の底部と連通する排出通路92が形成されている。この排出通路92は、図示しない燃料タンクに通じる配管に接続されている。このアダプタ90は、例えば、凹部91の内壁、およびホルダ部2に形成されたねじ部によって、ホルダ部2に螺合されている。
このアダプタ90をホルダ部2に嵌めることにより、第1、第2排出ポート21、25にそれぞれ燃料タンクへ接続するための配管を接続する場合に比べ、燃料噴射弁から燃料タンクへ燃料を還流する配管の数の増加を抑制することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を図5に基づいて説明する。なお、第1実施形態と同一機能物は、同一名称、符号を付す。ここでは、第1実施形態と相違する特徴点のみ説明する。図5は、本発明を適用した第2実施形態となる燃料噴射弁の断面図である。
この燃料噴射弁の特徴点は、ノズル弁制御圧排出通路20が、制御弁室51の下流側に位置する中間弁制御圧排出通路24と併合点29で併合されている点である。この併合点29は、互いの排出通路20、24を流通する燃料の圧力が他方の排出通路24、20を流通する燃料の圧力に影響を与えない、もしくは影響が小さくなるような位置に設けられる。例えば、ホルダ4の上方、好ましくは、ソレノイド80よりも上方に設けられる。ホルダ4の上方には、燃料が流通する通路を比較的自由に設けることができる場所があるからである。なお、この併合点29の位置は、実験やシミュレーション等を用いて前記考え方に基づいて定めればよい。燃料噴射弁のハウジング1から燃料タンクへ燃料を還流するための配管は、一つの燃料噴射弁に付き一つの配管を設ければよいので、燃料系統が煩雑になることを防止することができる。
好ましくは、図5に示すように、併合点29よりも上流側であり、かつ中間弁制御圧排出通路24の途中にこの排出通路24の流路径よりも径が大きい容積室110を設けると良い。この容積室110は、ノズル弁制御圧排出通路20の途中に設けても勿論良い。この構成により、一方の排出通路20、24を流通する燃料の圧力が他方の排出通路24、20を流通する燃料の圧力に与える影響がより小さくなる。
また、容積室110に代えて、中間弁制御圧排出通路24の途中にこの排出通路24の流路径よりも径が小さいオリフィス111を設けても良い。このオリフィス111は、ノズル弁制御圧排出通路20の途中に設けても勿論良い。また、図5に示すように、このオリフィス111は、容積室110の入口もしくは出口部分に設けても良い。
また、図5に示すように、両排出通路20、24をホルダ4の上方で併合させるとき、ホルダ4の下端面に形成する両排出通路20、24を図6に示すような配置としても良い。図6は、図2に対応する図であり、ホルダ4の下端面100の平面図である。
縦孔50と高圧通路10の配置は、図2と同じであるため、ここでは説明は省略する。ここでは、両排出通路20、24の開口部104、105の配置のみについて説明する。図6に示すように、開口部104、105は、図2で説明した線Lよりも上側に配置されている。これにより、図5に示すように、両排出通路20、24を併合させるときなど、両排出通路20、24のホルダ4内での取り回しを容易にすることができる。両排出通路20、24は、前記線Lよりも下側に配置するようにしても勿論良い。
第1、第2実施形態のようなノズル弁60、中間弁70、制御弁81をハウジング1の軸方向に並べて配置する形式の燃料噴射弁において、ノズル弁制御圧排出通路20および中間弁制御圧排出通路24は、少なくともソレノイド80もしくは制御弁81を横断する断面において、軸方向に独立して形成されている。これにより、第2実施形態のようにハウジング1内で両排出通路20、24を併合するようにしても、互いの排出通路20、24を流通する燃料の圧力が他方の排出通路24、20を流通する燃料の圧力に影響を与えない、もしくは影響が小さくすることができるほどの長さを確保することができる。結果、中間弁70、制御弁81の閉弁特性の低下を抑制することができる。
本発明を適用した第1実施形態となる燃料噴射弁の断面図である。 図1のII−II断面矢視図である。 本実施形態の燃料噴射弁の動作を示すタイミングチャートである。 第1実施形態となる燃料噴射弁の要部拡大断面図である。 本発明を適用した第2実施形態となる燃料噴射弁の断面図である。 第2実施形態の燃料噴射弁のホルダの下端面の平面図である。
符号の説明
1 ハウジング
2 ホルダ部
3 ノズル部
4 ホルダ
5 バルブボデー
6 ディスタンスピース
7 ノズルボデー
8 リテーニングナット
10 高圧通路(高圧通路)
11 高圧分岐通路
20 ノズル弁制御圧排出通路(第1排出通路)
21 第1排出ポート
22 第1連通路(第1排出通路)
23 オリフィス
24 中間弁制御圧排出通路(第2排出通路)
25 第2排出ポート
26 第2連通路(第2排出通路)
27 オリフィス
28 噴孔
29 併合点
30 縦孔
31 ノズル室
32 ノズル弁制御室
41 中間弁室
42 中間弁制御室
43 外周環状空間
45 上側シート
46 下側シート
51 制御弁室
60 ノズル弁
61 第1スプリング
70 中間弁
76 第2スプリング
80 ソレノイド(アクチュエータ)
81 制御弁
84 第3スプリング
90 排出通路アダプタ
91 凹部
92 排出通路

Claims (8)

  1. ハウジングに、
    燃料噴射用の噴孔が形成され加圧された燃料が供給されるノズル室と、
    加圧された燃料が供給され、前記噴孔の開閉を制御するノズル弁に閉弁方向の圧力を作用させるノズル弁制御室と、
    前記ノズル弁制御室と低圧源との連通と遮断とを切替える中間弁が収容されている中間弁室と、
    加圧された燃料が供給され、前記中間弁に前記ノズル弁制御室と前記低圧源とを遮断させる方向に圧力を作用させる中間弁制御室と、
    アクチュエータにより駆動され、前記中間弁制御室と低圧源との連通と遮断とを切替える制御弁が収容させている制御弁室と、
    前記ノズル弁制御室および前記中間弁制御室の燃料を低圧源に排出する排出通路と、を備え、
    前記ハウジングの長手方向に向けて1列に、前記制御弁室、前記中間弁制御室、前記中間弁室、前記ノズル弁制御室の順序に配置され、前記ハウジングの内部に設けられている燃料噴射弁であって、
    前記排出通路は、
    前記ノズル弁制御室の燃料を低圧源に排出する第1排出通路と、前記中間弁制御室の燃料を低圧源に排出する第2排出通路とを備え、
    前記第1排出通路および前記第2排出通路は、前記アクチュエータを横断する断面において、軸方向に独立して形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
  2. 前記第1排出通路は、前記ハウジング内で、かつ前記制御弁室よりも下流側で前記第2排出通路と併合するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。
  3. 前記第1排出通路と前記第2排出通路との併合箇所と前記制御弁室との間の前記第2排出通路の通路途中、または前記併合箇所と前記中間弁室との間の前記第1排出通路の通路途中には、
    前記第1排出通路および前記第2排出通路の通路径よりも大きい径を有する容積室が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射弁。
  4. 前記第1排出通路と前記第2排出通路との併合箇所と前記制御弁室との間の前記第2排出通路の通路途中、または前記併合箇所と前記中間弁室との間の前記第1排出通路の通路途中には、
    前記第1排出通路または前記第2排出通路の通路径よりも小さい径を有する絞りが形成されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の燃料噴射弁。
  5. 前記ハウジングと接続される排出通路アダプタを備え、この排出通路アダプタ内にて、前記第1排出通路および前記第2排出通路を併合することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。
  6. 前記ハウジングは、前記制御弁を有する棒状のホルダ部と、前記中間弁および前記ノズル弁を有する棒状のノズル部からなり、
    前記ホルダ部および前記ノズル部には、加圧された燃料を前記ノズル室および前記中間弁制御室に供給する高圧通路および前記第1排出通路がこれらの部材を貫通するように形成されており、
    前記ホルダ部には、前記第2排出通路、および前記ノズル部と当接する側の端面に前記制御弁室が形成されており、
    前記制御弁室は、その中心軸が前記ホルダ部の端面の中心軸からずれた位置に形成され、
    前記ホルダ部の前記ノズル部と当接する側の端面に形成される前記高圧通路の開口部は、前記ホルダ部の中心軸と前記制御弁室の中心軸とを結んだ線上付近に、前記高圧通路の前記開口部の中心が来るように形成されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
  7. 前記ホルダ部に形成されている前記第1排出通路および前記第2排出通路の前記ノズル部側の端面に形成されているそれぞれの開口部は、前記線を対称線として線対称に形成されていることを特徴とする請求項6に記載の燃料噴射弁。
  8. 前記ホルダ部に形成されている前記第1排出通路および前記第2排出通路の前記ノズル部側の端面に形成されているそれぞれの開口部は、前記線によって分割されるいずれか一方の領域に形成されていることを特徴とする請求項6に記載の燃料噴射弁。
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