JP2007192079A

JP2007192079A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2007192079A
Application number: JP2006009726A
Authority: JP
Inventors: Hisafumi Adachi; 尚史足立
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2007-08-02
Also published as: DE102007000019A1

Abstract

【課題】制御室の圧力に基づく力をコマンドピストンにてニードルに伝達する燃料噴射弁において、制御室から低圧側への燃料リーク量を低減する。
【解決手段】コマンドピストン２３を、その摺動方向全域に渡ってホルダボデー２１にて液密的に保持してシール長を長くする。また、コマンドピストン２３を複数個に分割することにより、ホルダボデー２１の歪みによりコマンドピストン２３が摺動できなくなることを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料を熱機関に噴射するための燃料噴射弁に関する。

従来の燃料噴射弁は、ノズルボデーに形成された噴孔をニードルにて開閉するノズル、制御室の圧力を制御してノズルの開閉作動を制御する制御弁、制御室の圧力に基づく力をニードルに伝達するコマンドピストン等を備えている。また、コマンドピストンはホルダボデーに摺動自在に保持されており、その摺動部は制御室からの燃料で潤滑されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１４７３１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の燃料噴射弁は、制御室からの燃料をコマンドピストンとホルダボデーとの摺動部でシールするようにしているが、摺動機能を持たせながらのクリアランスシールのため、制御室から低圧側への燃料リークは避けられない。

そして、コマンドピストンはその摺動方向の一部の領域でのみホルダボデーに液密的に保持される構成であるため、液密的に保持される部位の長さ、すなわちクリアランスシールの長さ（以下、シール長という）が短く、したがって、制御室から低圧側への燃料リーク量が多くなってしまうという問題があった。

また、燃料噴射弁を内燃機関に組み付けた状態では、組み付け時の外力がホルダボデーに働き、ホルダボデーにおけるコマンドピストンを保持する部位等に歪みが生じるため、シール長を長くした場合にはコマンドピストンとホルダボデーが局部的に強く当たってコマンドピストンが摺動できなくなる虞があり、シール長を長くすることが困難であった。

さらに、制御室の圧力はホルダボデーとコマンドピストン間のクリアランスを広げる方向に働くため、そのクリアランス拡大によっても制御室から低圧側への燃料リーク量が増大する。

本発明は上記点に鑑みて、制御室の圧力に基づく力をコマンドピストンにてニードルに伝達する燃料噴射弁において、制御室から低圧側への燃料リーク量を低減することを第１の目的とする。

また、制御室の圧力をコマンドピストンにてニードルに伝達する燃料噴射弁において、コマンドピストンが摺動できなくなることを回避しつつ、シール長を長くできるようにすることを第２の目的とする。

さらに、制御室の圧力をコマンドピストンにてニードルに伝達する燃料噴射弁において、ホルダボデーとコマンドピストン間のクリアランス拡大による燃料リーク量の増大を防止ないしは抑制することを第３の目的とする。

本発明の第１の特徴では、制御室（２１６）の圧力に基づく力をニードル（１２）に伝達するコマンドピストン（２３）が、コマンドピストン（２３）の摺動方向全域に渡ってホルダボデー（２１）に液密的に保持されている。

このような構成では、シール長が従来よりも長くなるため、制御室（２１６）から低圧側への燃料リーク量を低減することができる。

本発明の第２の特徴では、制御室（２１６）の圧力に基づく力をニードル（１２）に伝達するコマンドピストン（２３）が、コマンドピストン（２３）の摺動方向に沿って複数個に分割されている。

このような構成では、例えば分割された全てのコマンドピストン（２３）がホルダボデー（２１）に液密的に保持される場合であっても、すなわちコマンドピストン（２３）全体としてのシール長が長い場合でも、各コマンドピストン（２３１、２３２、２３３）毎のシール長は短いため、ホルダボデー（２１）の歪みにより各コマンドピストン（２３１、２３２、２３３）が摺動できなくなることが回避される。したがって、コマンドピストン（２３）が摺動できなくなることを回避しつつシール長を長くすることができ、ひいては、制御室（２１６）から低圧側への燃料リーク量を低減することができる。

この場合、分割された全てのコマンドピストン（２３１、２３２、２３３）を、ホルダボデー（２１）に液密的に保持させることができる。

このようにすれば、コマンドピストン（２３）全体としてのシール長を長くすることができ、制御室（２１６）から低圧側への燃料リーク量を確実に低減することができる。

本発明の第３の特徴では、制御室（２１６）の圧力に基づく力をニードル（１２）に伝達するコマンドピストン（２３）が、制御室（２１６）側の端面からニードル（１２）側に向かって延びる圧力導入穴（２３４）を備えている。

このような構成では、圧力導入穴（２３４）に導かれる圧力はコマンドピストン（２３）を広げる向きに作用するため、ホルダボデー（２１）とコマンドピストン（２３）間のクリアランスが狭まり、そのクリアランス拡大による燃料リーク量の増大を防止ないしは抑制することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の全体構成を示す断面図、図２は図１の燃料噴射弁における要部の断面図である。

燃料噴射弁は、内燃機関（より詳細にはディーゼルエンジン、図示せず）のシリンダヘッドに装着され、蓄圧器（図示せず）内に蓄えられた高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射するものである。

図１に示すように、燃料噴射弁は、開弁時に燃料を噴射するノズル１を備えている。このノズル１は、ノズルボデー１１と、ノズルボデー１１に摺動自在に保持されたニードル１２とを有している。

ノズルボデー１１には、高圧燃料が流通する高圧燃料通路１１１、高圧燃料通路１１１を介して高圧燃料が供給される燃料溜り室１１２、燃料溜り室１１２を介して供給される高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔１１３、噴孔１１３の上流側に設けられたテーパ状の弁座１１４、およびニードル１２が挿入されるニードル収納孔１１５が形成されている。

ニードル１２には、噴孔１１３側から反噴孔側に向かって順に、テーパ状のシート部１２１、小径円柱部１２２、テーパ状の受圧部１２３、大径円柱部１２４、ピン部１２５が形成されている。

そして、シート部１２１が弁座１１４に接離することにより、噴孔１１３が開閉されるようになっている。また、小径円柱部１２２とニードル収納孔１１５との間に形成された隙間を介して、燃料溜り室１１２と噴孔１１３との間が連通されている。受圧部１２３には燃料溜り室１１２の燃料圧力が作用し、これにより、ニードル１２が開弁向きに付勢される。大径円柱部１２４はニードル収納孔１１５に摺動自在にかつ液密に保持されている。

ノズル１の反噴孔側にチップパッキン２０が配設され、このチップパッキン２０の反ノズル側にホルダボデー２１が配設され、ノズル１とチップパッキン２０とホルダボデー２１は、リテーニングナット２２により結合されている。

チップパッキン２０は、高圧燃料をノズルボデー１１の高圧燃料通路１１１に導く高圧燃料通路２０１と、ピン部１２５が挿入されるピン挿入孔２０２が形成されている。

ホルダボデー２１は、コマンドピストン２３を摺動自在に且つ液密に保持するピストン収納孔２１１、プレッシャピン２４およびノズルスプリング２５が配設されるスプリング収納孔２１２、蓄圧器からの高圧燃料をチップパッキン２０の高圧燃料通路２０１に導く高圧燃料通路２１３、この高圧燃料通路２１３から分岐して高圧燃料を制御室２１６に導く分岐燃料通路２１４、スプリング収納孔２１２にリークした燃料を図示しない燃料タンクに戻すための戻し燃料通路２１５が形成されている。

ピストン収納孔２１１における反ノズル側の端部には、制御弁３によって内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室２１６が形成されている。そして、コマンドピストン２３は、制御室２１６の圧力を受けてニードル１２を閉弁させる向きに付勢され、その付勢力はプレッシャピン２４を介してニードル１２に伝達される。また、ノズルスプリング２５もニードル１２を閉弁向きに付勢している。

コマンドピストン２３は、コマンドピストン２３の摺動方向に沿って複数個に分割されており、より詳細には、第１〜第３コマンドピストン２３１、２３２、２３３の３つに分割されている。各コマンドピストン２３１、２３２、２３３は、円柱状に形成され、油溝２３１ａ、２３２ａ、２３３ａおよび両端の面取り部を除いて、コマンドピストン２３の摺動方向全域に渡ってホルダボデー２１のピストン収納孔２１１に液密的に保持されている。

図２に示すように、ホルダボデー２１の反ノズル側に配設されたオリフィスプレート２６には、分岐燃料通路２１４からの高圧燃料を制御室２１６に導く高圧連通路２６１と、制御室２１６の燃料を後述する低圧連通路３５１を介して戻し燃料通路２１５に逃がすための逃がし通路２６２が形成されている。

制御弁３は、ターミナル３１（図１参照）を介して駆動電流が供給されるコイル３２、コイル３２により励磁されて電磁力を発生するステータ３３、その電磁力により吸引されるアーマチャ３４、このアーマチャ３４を摺動自在に保持するバルブプレート３５、アーマチャ３４に接合されて逃がし通路２６２を開閉する弁体３６、アーマチャ３４を付勢するバルブスプリング３７を備えている。また、バルブプレート３５には、逃がし通路２６２と戻し燃料通路２１５とを連通させる低圧連通路３５１が形成されている。そして、アーマチャ３４および弁体３６は、電磁力により逃がし通路２６２を開く向きに吸引され、バルブスプリング３７により逃がし通路２６２を閉じる向きに付勢されている。

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。

コイル３２に駆動電流が供給されると、アーマチュア３４および弁体３６がステータ３３に吸引されて逃がし通路２６２が開かれ、制御室２１６の燃料が、逃がし通路２６２、低圧連通路３５１および戻し燃料通路２１５を介して燃料タンクへ戻される。

これにより、制御室２１６の圧力が低下し、コマンドピストン２３およびプレッシャピン２４を介してニードル１２を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、受圧部１２３に作用する燃料溜り室１１２の燃料圧力によってニードル１２が開弁向きに移動され、シート部１２１が弁座１１４から離れて噴孔１１３が開かれ、噴孔１１３から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。

その後、コイル３２への駆動電流の供給が遮断されると、ステータ３３の吸引力が消滅するため、アーマチュア３４および弁体３６がバルブスプリング３７の付勢力により移動されて逃がし通路２６２が閉じられる。

これにより、分岐燃料通路２１４や高圧連通路２６１を介して供給される高圧燃料により制御室２１６の圧力が上昇し、コマンドピストン２３およびプレッシャピン２４を介してニードル１２を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ニードル１２が閉弁向きに移動され、シート部１２１が弁座１１４に着座して噴孔１１３が閉じられ、燃料噴射が終了する。

ここで、コマンドピストン２３は、コマンドピストン２３の摺動方向全域に渡ってホルダボデー２１のピストン収納孔２１１に液密的に保持されているため、換言すると、シール長が従来よりも長くなっているため、制御室２１６から低圧のスプリング収納孔２１２への燃料リーク量を低減することができる。

また、組み付け時の外力にてホルダボデーにおけるコマンドピストンを保持する部位に歪みが生じるため、従来は、シール長を長くした場合にはコマンドピストンとホルダボデーが局部的に強く当たってコマンドピストンが摺動できなくなる虞があったが、本実施形態では、コマンドピストン２３を第１〜第３コマンドピストン２３１、２３２、２３３の３つに分割しているため、コマンドピストン２３全体としてのシール長を長くしても、各コマンドピストン２３１、２３２、２３３毎のシール長は短いため、ホルダボデー２１の歪みにより第１〜第３コマンドピストン２３１、２３２、２３３が摺動できなくなることが回避される。

なお、本実施形態では、第１〜第３コマンドピストン２３１、２３２、２３３のいずれも、ホルダボデー２１のピストン収納孔２１１に液密的に保持されるようにしたが、一部のコマンドピストンのみがピストン収納孔２１１に液密的に保持されるようにしてもよい。この場合、例えば中間に位置する第２コマンドピストン２３２はピストン収納孔２１１に液密的に保持されないように、すなわち第２コマンドピストン２３２とピストン収納孔２１１との間ではシールをしないようにしてもよい。

また、本実施形態では、コマンドピストン２３を３つに分割したが、コマンドピストン２３を２つに分割してもよいし、或いはコマンドピストン２３を４つ以上に分割してもよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図３は本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁の全体構成を示す断面図、図４は図３の燃料噴射弁における要部の断面図である。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図３および図４に示すように、コマンドピストン２３は、分割されておらず、その全長のうち制御室２１６に近い側の約１／３の領域が、ホルダボデー２１のピストン収納孔２１１に液密的に保持されている。

また、コマンドピストン２３には、径方向中心部に、制御室２１６側の端面からノズル１のニードル１２側に向かって延びる圧力導入穴２３４が形成されている。この圧力導入穴２３４は、コマンドピストン２３においてピストン収納孔２１１に液密的に保持されている部位のニードル１２側端部近傍まで延びている。

このような構成では、ホルダボデー２１がコマンドピストン２３を液密的に保持している部位（以下シール部という）には、制御室２１６側から高圧の燃料が流れ込むため、ホルダボデー２１が広がってシール部のクリアランスが拡大する。しかし、制御室２１６から圧力導入穴２３４に導かれた圧力はコマンドピストン２３を広げる向きに作用するため、シール部のクリアランスが狭まり、制御室２１６から低圧のスプリング収納孔２１２への燃料リーク量を低減することができる。

因みに、シール部は制御室２１６側から低圧のスプリング収納孔２１２側へ行くほど圧力が下がっていくため、圧力導入穴２３４の最深部付近においてシール部のクリアランスが最小になる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、燃料噴射弁を内燃機関に用いる例を示したが、本発明の燃料噴射弁は、外燃機関にも用いることができる。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の全体構成を示す断面図である。図１の燃料噴射弁における要部の断面図である。本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁の全体構成を示す断面図である。図３の燃料噴射弁における要部の断面図である。

符号の説明

１１…ノズルボデー、１２…ニードル、２１…ホルダボデー、２３…コマンドピストン、１１３…噴孔、２１６…制御室。

Claims

燃料を噴射するための噴孔（１１３）を有するノズルボデー（１１）と、
前記ノズルボデー（１１）内に摺動自在に設けられ、前記噴孔（１１３）を開閉するニードル（１２）と、
内部の圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室（２１６）と、
一端面に作用する前記制御室（２１６）の圧力に基づく力を前記ニードル（１２）に伝達するコマンドピストン（２３）と、
前記コマンドピストン（２３）を摺動自在に保持するホルダボデー（２１）とを備える燃料噴射弁において、
前記コマンドピストン（２３）は、前記コマンドピストン（２３）の摺動方向全域に渡って前記ホルダボデー（２１）に液密的に保持されていることを特徴とする燃料噴射弁。
燃料を噴射するための噴孔（１１３）を有するノズルボデー（１１）と、
前記ノズルボデー（１１）内に摺動自在に設けられ、前記噴孔（１１３）を開閉するニードル（１２）と、
内部の圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室（２１６）と、
一端面に作用する前記制御室（２１６）の圧力に基づく力を前記ニードル（１２）に伝達するコマンドピストン（２３）と、
前記コマンドピストン（２３）を摺動自在に保持するホルダボデー（２１）とを備える燃料噴射弁において、
前記コマンドピストン（２３）は、前記コマンドピストン（２３）の摺動方向に沿って複数個に分割されていることを特徴とする燃料噴射弁。
分割された全ての前記コマンドピストン（２３１、２３２、２３３）が、前記ホルダボデー（２１）に液密的に保持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。
分割された前記コマンドピストン（２３１、２３２、２３３）のうち一部のコマンドピストンが、前記ホルダボデー（２１）に液密的に保持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。
燃料を噴射するための噴孔（１１３）を有するノズルボデー（１１）と、
前記ノズルボデー（１１）内に摺動自在に設けられ、前記噴孔（１１３）を開閉するニードル（１２）と、
内部の圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室（２１６）と、
一端面に作用する前記制御室（２１６）の圧力に基づく力を前記ニードル（１２）に伝達するコマンドピストン（２３）と、
前記コマンドピストン（２３）を摺動自在に保持するホルダボデー（２１）とを備える燃料噴射弁において、
前記コマンドピストン（２３）は、このコマンドピストン（２３）の一端面から前記ニードル（１２）側に向かって延びる圧力導入穴（２３４）を有することを特徴とする燃料噴射弁。