JP2007247564A

JP2007247564A - インジェクタ

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Publication number: JP2007247564A
Application number: JP2006073196A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Horiuchi; 康弘堀内; Yutaka Miyamoto; 宮本　　裕
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: US20070215714A1; US7383817B2; DE102007000150A1; JP4459183B2; DE102007000150B4

Abstract

【課題】インジェクタ１の増圧機構４において、油密性と摺動性とを両方とも確保することにある。
【解決手段】増圧機構４は、軸方向に貫通する筒状ピストン２３と、筒状ピストン２３に遊挿されるとともに、先端部２４が筒状ピストン２３から先端側に突出しかつ筒状ピストン２３に係合する棒状ピストン２５とを有する。これにより、筒状ピストン２３と棒状ピストン２５とは互いに係合して移動するので、油密性を確保するために径大側、径小側摺動クリアランスを小さく設定しても、筒状ピストン２３、棒状ピストン２５が移動する際に、一方が他方から受ける拘束は弱い。このため、筒状ピストン２３が移動する方向と棒状ピストン２５が移動する方向との独立性が高くなり、筒状ピストン２３および棒状ピストン２５の先端部２４が摺動不良を起こす虞が低下する。以上により、インジェクタ１の増圧機構４において、油密性と摺動性とを両方とも確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに燃料を噴射供給するインジェクタに関する。

従来から、インジェクタは、例えば、ディーゼルエンジンのような直噴型のエンジンに搭載され、コモンレール等の燃料供給源から燃料を受け入れ、エンジンの気筒内に直接噴射供給するために用いられている。

近年、インジェクタから噴射される燃料の噴霧をさらに微粒化して燃焼効率を上げるため、インジェクタによる燃料の噴射圧力の高圧化が進んでいる。そして、単に、燃料供給源における燃料の供給圧力を高圧化するだけでなく、インジェクタに増圧機構を設けて、より積極的に高圧化を図る検討が進められている。

例えば、この増圧機構は、径大のシリンダに摺接して収容される大径ピストン部と、径小のシリンダに摺接して収容される小径ピストン部とが一体に設けられた増圧ピストンを具備する。また、増圧機構は、径大のシリンダを大径ピストン部により封鎖することで、増圧媒体となる燃料が流出入する増圧室を形成し、径小のシリンダを小径ピストン部により封鎖することで、増圧される燃料が流出入する被増圧室を形成する。

そして、増圧機構は、増圧室に露出して増圧室の燃料が圧力を及ぼす大径ピストン部の端面（増圧面）と、被増圧室に露出して被増圧室の燃料が圧力を及ぼす小径ピストン部の端面（被増圧面）との面積比に応じて被増圧室の燃料を増圧する（例えば、特許文献１参照）。

ところで、増圧機構における油密性を確保するには、径大のシリンダの内周面と大径ピストン部の外周面とのクリアランス（径大側摺動クリアランス）、および径小のシリンダの内周面と小径ピストン部の外周面とのクリアランス（径小側摺動クリアランス）を両方とも、例えば、１〜５μｍのように小さく設定しなければならない。

しかし、大径ピストン部と小径ピストン部とを略同軸的にかつ一体に形成して増圧ピストンを設ける場合、摺動性を良好に保つために、大径ピストン部と小径ピストン部との軸心のズレ寸法値を、径大側、径小側摺動クリアランスよりも小さく設定する必要がある。そして、このように径大側、径小側摺動クリアランスを小さく設定しながら、大径ピストン部と小径ピストン部との同軸度を高精度に加工することは極めて困難である。

さらに、インジェクタをエンジンに組み付け固定する際にインジェクタに加えられる固定力は極めて強く、この固定力に起因して大径ピストン部と小径ピストン部との軸心位置にズレが生じる。そして、径大側、径小側摺動クリアランスが小さく設定され、かつ同軸度が高精度に加工されている増圧ピストンでは、このような軸心位置のズレにより大径、小径ピストン部の摺動不良が発生する虞が極めて高い。

このように、従来の増圧機構によれば、増圧機構における油密性確保のため、径大側、径小側摺動クリアランスを小さくする必要がある一方で、径大側、径小側摺動クリアランスが小さいことにより、大径、小径ピストン部の摺動不良が発生する虞が極めて高くなる。このため、従来の増圧機構を備えるインジェクタは、油密性と摺動性とを両方とも確保することが困難である。
特開２００３−１０６２３５号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、インジェクタの増圧機構において、油密性と摺動性とを両方とも確保することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のインジェクタは、燃料を増圧する増圧機構を備え、増圧機構により増圧された燃料を噴射供給する。そして、このインジェクタにおいて、増圧機構は、軸方向に貫通する筒状ピストンと、筒状ピストンに遊挿されるとともに、一端部が筒状ピストンから突出しかつ筒状ピストンに係合する棒状ピストンとを有し、筒状ピストンは、第１のシリンダに摺動自在に収容され、棒状ピストンの一端部は、第１のシリンダと略同軸的かつ異径に形成された第２のシリンダに、摺動自在に収容されている。

これにより、筒状ピストンが第１のシリンダに摺動自在に収容され、棒状ピストンの一端部が筒状ピストンに係合することで、第１のシリンダの他端部が封鎖されて第１の燃料室が形成される。また、棒状ピストンの一端部が第２のシリンダに摺動自在に収容されることで、第２のシリンダの一端部が封鎖されて第２の燃料室が形成される。

このため、第１、第２の燃料室の内で径大の燃料室を増圧室、径小の燃料室を被増圧室とすれば、燃料の増圧を行うことができる。つまり、棒状ピストンの一端部および筒状ピストンの内で、径大の方を大径ピストン部とし、径小の方を小径ピストン部として用いることができる。

また、大径、小径ピストン部をなす棒状ピストンの一端部と筒状ピストンとは、一体に設けられるのではなく、互いに係合して移動する。このため、油密性を確保するために径大側、径小側摺動クリアランスをそれぞれ小さくしても、大径、小径ピストン部の一方がそれぞれのシリンダ内を摺動する際に他方から受ける拘束は弱くなる。この結果、大径ピストン部が摺動する方向と小径ピストン部が摺動する方向との独立性が高くなり、大径、小径ピストン部がそれぞれのシリンダ内で摺動不良を起こす虞が低下する。
以上により、インジェクタの増圧機構において、油密性と摺動性とを両方とも確保することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載のインジェクタによれば、増圧機構は、第１のシリンダおよび第２のシリンダの内で径小のシリンダにより、増圧される燃料が流出入する被増圧室を形成し、第１のシリンダおよび第２のシリンダの内で径大のシリンダにより、増圧媒体となる燃料が流出入する増圧室を形成する。そして、増圧機構は、筒状ピストンおよび棒状ピストンの内で径小のシリンダに摺動自在に収容されるピストンを、被増圧室の燃料を減圧する方向に付勢する付勢手段を有する。
これにより、棒状ピストンの一端部と筒状ピストンとを確実に係合させ、係合部における油密性を高めることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載のインジェクタによれば、筒状ピストンに棒状ピストンが遊挿されて環状の遊挿隙間が形成されている。そして、遊挿隙間は、径方向に対称な２箇所の寸法の合計の最小値が２０μｍである。
これにより、径大側、径小側摺動クリアランスがそれぞれ小さく設定された増圧機構において、インジェクタに加えられる固定力に起因する大径ピストン部と小径ピストン部との軸心位置のズレ量（つまり、棒状ピストンの一端部と筒状ピストンとの軸心位置のズレ量）を、確実に吸収することができる。このため、棒状ピストンの一端部および筒状ピストンの摺動性を確実に確保することができる。

最良の形態１のインジェクタは、燃料を増圧する増圧機構を備え、増圧機構により増圧された燃料を噴射供給する。そして、このインジェクタによれば、増圧機構は、軸方向に貫通する筒状ピストンと、筒状ピストンに遊挿されるとともに、一端部が筒状ピストンから突出しかつ筒状ピストンに係合する棒状ピストンとを有し、筒状ピストンは、第１のシリンダに摺動自在に収容され、棒状ピストンの一端部は、第１のシリンダと略同軸的かつ異径に形成された第２のシリンダに摺動自在に収容されている。

また、増圧機構は、第１のシリンダおよび第２のシリンダの内で径小のシリンダにより、増圧される燃料が流出入する被増圧室を形成し、第１のシリンダおよび第２のシリンダの内で径大のシリンダにより、増圧媒体となる燃料が流出入する増圧室を形成する。そして、増圧機構は、筒状ピストンおよび棒状ピストンの内で径小のシリンダに摺動自在に収容されるピストンを、被増圧室の燃料を減圧する方向に付勢する付勢手段を有する。

また、このインジェクタによれば、筒状ピストンに棒状ピストンが遊挿されて環状の遊挿隙間が形成されている。そして、遊挿隙間は、径方向に対称な２箇所の寸法の合計の最小値が２０μｍである。

〔実施例１の構成〕
実施例１のインジェクタ１の構成を、図１を用いて説明する。
インジェクタ１は、例えば、燃料を高圧化する燃料供給ポンプ（図示せず）、燃料供給ポンプで高圧化された燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール２等とともに、エンジン（図示せず）に燃料を噴射供給する蓄圧式の燃料噴射装置を構成する。そして、インジェクタ１は、エンジンに搭載されエンジンの気筒内に燃料を噴射する。

このインジェクタ１は、例えば、燃料を噴射するノズル３と、燃料を増圧しノズル３に供給する増圧機構４と、ノズル３および増圧機構４を駆動する制御弁５とを備える。

ノズル３は、噴孔７を開閉するニードル８を有する。また、ノズル３は、ニードル８に対し噴孔７を閉鎖する方向（閉弁方向）に圧力を及ぼす燃料が流出入する背圧室９、噴孔７を開放する方向（開弁方向）に圧力を及ぼす燃料が流出入するノズル室１０を形成する。また、ノズル３は、ニードル８を閉弁方向に付勢する復元バネ１１を、背圧室９に収容する。つまり、ニードル８は、背圧室９の圧力および復元バネ１１により閉弁方向に付勢されるとともに、ノズル室１０の圧力により開弁方向に付勢されている。

ここで、ノズル室１０は、燃料流路１３により後記する被増圧室１４と連通する。この被増圧室１４は、増圧機構４により燃料が増圧される燃料室である。また、背圧室９は、後記する増圧室１５とコモンレール２とを連通する燃料流路１６から分岐する燃料流路１７によりコモンレール２と通じる。また、この燃料流路１７には、背圧室９への燃料の流出入流量を規制する絞り１８が設けられている。

さらに、絞り１８をバイパスして背圧室９に通じる燃料流路１９が、燃料流路１７から分岐している。そして、燃料流路１９には、背圧室９から燃料が流出するのを阻止するとともに、燃料流路１９を通じて背圧室９に燃料が流入するのを許容する逆止弁２０が配置されている。

以上により、ノズル３では、増圧機構４により燃料が増圧され増圧された燃料が燃料流路１３を通じてノズル室１０に流入すると、ニードル８がリフトして噴孔７が開放され、ノズル室１０の燃料が噴射される。同時に、燃料流路１７を通じて背圧室９から燃料が流出する。また、増圧機構４による燃料の増圧が停止されると、ニードル８が下降して噴孔７が閉鎖され、燃料の噴射が停止される。同時に、逆止弁２０が開弁し、燃料流路１７、１９を通じて背圧室９に燃料が流入する。

増圧機構４は、軸方向に貫通する筒状ピストン２３と、筒状ピストン２３に遊挿されるとともに、先端部２４が筒状ピストン２３から先端側に突出しかつ筒状ピストン２３の先端に係合する棒状ピストン２５とを有する。

そして、筒状ピストン２３は、第１のシリンダ２６に摺動自在に収容され、棒状ピストン２５の先端部２４は、第１のシリンダ２６と略同軸的かつ径小に形成された第２のシリンダ２７に摺動自在に収容されている。つまり、先端部２４は、筒状ピストン２３の内径よりも径大に、かつ筒状ピストン２３の外径よりも径小に設けられている。

ここで、第１のシリンダ２６の内周面と筒状ピストン２３の外周面とのクリアランス（径大側摺動クリアランス）、および第２のシリンダ２７の内周面と先端部２４の外周面とのクリアランス（径小側摺動クリアランス）は、両方とも油密性が確保できるように２μｍに設定されている。

また、筒状ピストン２３に棒状ピストン２５が遊挿されて環状の遊挿隙間が形成されている。そして、この遊挿隙間は、径方向に対称な２箇所の寸法の合計の最小値が２０μｍとなるように（例えば、１００μｍに）設定されている。

また、増圧機構４は、増圧媒体となる燃料が流出入する増圧室１５、燃料が増圧される被増圧室１４、および被増圧室１４の燃料を減圧する方向に圧力を及ぼす燃料が流出入する増圧制御室２８を形成する。

増圧室１５は、筒状ピストン２３の外周面が第１のシリンダ２６の内周面に摺接し、かつ、先端部２４が筒状ピストン２３の先端に係合することで形成されている。そして、増圧室１５は、燃料流路１６によりコモンレール２と連通し、コモンレール２に蓄圧された燃料を増圧媒体として受け入れる。また、増圧室１５は、燃料流路３１により後記する制御弁室３２と連通する。

被増圧室１４は、先端部２４が第２のシリンダ２７を後端側から封鎖することで形成されている。そして、被増圧室１４は、燃料流路３３により制御弁室３２と連通し燃料流路１６、増圧室１５、燃料流路３１、制御弁室３２、および燃料流路３３を通じて、コモンレール２から燃料を受け入れる。なお、燃料流路３３には、被増圧室１４で増圧された燃料が制御弁室３２の方に逆流するのを阻止する逆止弁３４が配置されている。

増圧制御室２８は、筒状ピストン２３の外周面が第１のシリンダ２６の内周面に摺接し、先端部２４が筒状ピストン２３の先端に係合し、かつ、先端部２４が第２のシリンダ２７を後端側から封鎖することで形成されている。

そして、増圧制御室２８は、燃料流路３３から分岐する燃料流路３５が接続し、燃料流路３３、３５を通じて制御弁室３２に通じる。そして、燃料流路３３、３５を通じて、増圧制御室２８と制御弁室３２との間で燃料が流出入する。なお、燃料流路３３、３５における燃料の流れ方向の切り替えは、制御弁５により行われる。

以上により、増圧機構４では、燃料流路３３、３５を通じて増圧制御室２８から燃料が流出すると増圧制御室２８の圧力が低下する。これに伴い、筒状、棒状ピストン２３、２５が先端側に変位すると、燃料流路１６を通じてコモンレール２から増圧室１５に燃料が流入するとともに、被増圧室１４の燃料が増圧されてノズル室１０に供給される。

やがて、燃料流路３３、３５における燃料の流れ方向が切り替わると、燃料流路１６、増圧室１５、燃料流路３１、制御弁室３２、および燃料流路３３、３５を通じて、増圧制御室２８に燃料が流入する。これにより、筒状、棒状ピストン２３、２５が後端側に変位して燃料の増圧が停止されるとともに、逆止弁３４が開弁して、被増圧室１４にも同様の経路を通じてコモンレール２から燃料が流入する。

また、増圧機構４は、棒状ピストン２５を、被増圧室１４の燃料を減圧する方向に（つまり、後端側に）付勢する復元バネ３８を有する。復元バネ３８は、棒状ピストン２５の後端に装着されたＥリング３９と、第１のシリンダ２６の内径側に突出するように設けられたバネ座４０との間に配置されている。

そして、復元バネ３８が被増圧室１４の圧力とともに、棒状ピストン２５を後端側に付勢し、増圧室１５の圧力が筒状ピストン２３を先端側に付勢することで、先端部２４と筒状ピストン２３の先端とが強固に係合する。これにより、筒状ピストン２３と棒状ピストン２５との係合部における油密性が保たれる。

なお、増圧制御室２８の圧力は、筒状ピストン２３を後端側に付勢するので、筒状ピストン２３と棒状ピストン２５との係合を弱める方向に作用する。また、増圧機構４による燃料の増圧が行われると、筒状ピストン２３と棒状ピストン２５との係合を弱める方向に作用する増圧制御室２８の圧力が低下し、筒状ピストン２３と棒状ピストン２５との係合を強める方向に作用する被増圧室１４の圧力が上昇する。

このため、増圧機構４による燃料の増圧が行われると、筒状ピストン２３と棒状ピストン２５との係合がさらに強固になり、筒状ピストン２３と棒状ピストン２５との係合部における油密性が高まる。

制御弁５は、燃料流路３３、３５における燃料の流れ方向を切り替える弁体４２と、弁体４２を駆動する電磁弁４３とを有する。なお、電磁弁４３は、通電を受けて開弁する周知構造を具備するものである。

弁体４２は、所定の燃料室に摺動自在に収容されて、制御弁室３２と制御室４４を形成する。制御弁室３２は、弁体４２の弁部を移動自在に収容し、燃料流路３１、３３および燃料タンクに通じる燃料流路４５の３流路が接続する。また、制御室４４は、弁体４２のピストン部により先端側から封鎖されて形成され、燃料流路１６から分岐する燃料流路４６、および燃料タンクに通じ電磁弁４３により開閉される燃料流路４７が接続する。なお、燃料流路４６、４７には、各々の流路における燃料の流量を規制する絞り４８、４９が設けられている。

以上により、電磁弁４３が開弁し、燃料流路４７を通じて制御室４４から燃料タンクに燃料が流出すると、制御室４４の圧力が低下するので弁体４２が後端側に変位する。これにより、燃料流路３１と燃料流路３３とが遮断されるとともに、燃料流路３３と燃料流路４５とが連通する。

このため、燃料流路３３、３５、制御弁室３２、燃料流路４５を経由して増圧制御室２８から燃料タンクに燃料が流出し、増圧制御室２８の圧力が低下する。この結果、増圧機構４による燃料の増圧が行われ、被増圧室１４からノズル室１０に増圧された燃料が供給される。

また、電磁弁４３が閉弁し燃料流路４７を通じて制御室４４から燃料が流出しなくなると、燃料流路１６、４６を経由してコモンレール２から制御室４４に燃料が流入し、制御室４４の圧力が上昇するので、弁体４２が先端側に変位する。これにより、燃料流路３３と燃料流路４５とが遮断されるとともに、燃料流路３１と燃料流路３３とが連通する。

このため、燃料流路１６、増圧室１５、燃料流路３１、制御弁室３２、燃料流路３３、３５を経由してコモンレール２から増圧制御室２８に燃料が流入し、さらに、逆止弁３４が開弁して被増圧室１４にも燃料が流入する。この結果、増圧制御室２８の圧力が上昇して増圧機構４による燃料の増圧が停止され、被増圧室１４からノズル室１０への燃料の供給が停止される。

〔実施例１の効果〕
実施例１のインジェクタ１によれば、増圧機構４は、軸方向に貫通する筒状ピストン２３と、筒状ピストン２３に遊挿されるとともに、先端部２４が筒状ピストン２３から先端側に突出しかつ筒状ピストン２３に係合する棒状ピストン２５とを有する。そして、筒状ピストン２３は、第１のシリンダ２６に摺動自在に収容され、棒状ピストン２５の先端部２４は、第１のシリンダ２６と略同軸的かつ径小に形成された第２のシリンダ２７に摺動自在に収容されている。

これにより、筒状ピストン２３と棒状ピストン２５とは、互いに係合して移動する。このため、油密性を確保するために径大側、径小側摺動クリアランスをそれぞれ２μｍのように小さく設定しても、筒状ピストン２３、棒状ピストン２５が移動する際に、一方が他方から受ける拘束は弱い。この結果、筒状ピストン２３が移動する方向と棒状ピストン２５が移動する方向との独立性が高くなり、筒状ピストン２３および棒状ピストン２５の先端部２４が摺動不良を起こす虞が低下する。
以上により、インジェクタ１の増圧機構４において、油密性と摺動性とを両方とも確保することができる。

また、増圧機構４は、棒状ピストン２５を後端側に付勢する復元バネ３８を有する。
これにより、筒状ピストン２３と棒状ピストン２５との係合が強化され、筒状ピストン２３と棒状ピストン２５との係合部における油密性が高まる。

また、インジェクタ１によれば、筒状ピストン２３に棒状ピストン２５が遊挿されて環状の遊挿隙間が形成されている。そして、遊挿隙間は、径方向に対称な２箇所の寸法の合計の最小値が２０μｍである。
これにより、径大側、径小側摺動クリアランスがそれぞれ２μｍのように小さく設定された増圧機構４において、インジェクタ１に加えられる固定力に起因する筒状ピストン２３と棒状ピストン２５との軸心位置のズレ量を確実に吸収することができる。このため、筒状ピストン２３および先端部２４の摺動性を確実に確保することができる。

〔変形例〕
実施例１の増圧機構４は、筒状ピストン２３の外径よりも径小の先端部２４が筒状ピストン２３から先端側に突出して筒状ピストン２３の先端に係合するものであったが、棒状ピストン２５の後端部を筒状ピストン２３の外径よりも径大に設け、この後端部を筒状ピストン２３から後端側に突出させ筒状ピストン２３の後端に係合させても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

インジェクタの構成を示す説明図である。

符号の説明

１インジェクタ
４増圧機構
１４被増圧室
１５増圧室
２３筒状ピストン
２４先端部（一端部）
２５棒状ピストン
２６第１のシリンダ
２７第２のシリンダ
３８復元バネ（付勢手段）

Claims

燃料を増圧する増圧機構を備え、この増圧機構により増圧された燃料を噴射供給するインジェクタにおいて、
前記増圧機構は、軸方向に貫通する筒状ピストンと、前記筒状ピストンに遊挿されるとともに、一端部が前記筒状ピストンから突出しかつ前記筒状ピストンに係合する棒状ピストンとを有し、
前記筒状ピストンは、第１のシリンダに摺動自在に収容され、
前記棒状ピストンの一端部は、前記第１のシリンダと略同軸的かつ異径に形成された第２のシリンダに、摺動自在に収容されていることを特徴とするインジェクタ。
請求項１に記載のインジェクタにおいて、
前記増圧機構は、
前記第１のシリンダおよび前記第２のシリンダの内で径小のシリンダにより、増圧される燃料が流出入する被増圧室を形成し、
前記第１のシリンダおよび前記第２のシリンダの内で径大のシリンダにより、増圧媒体となる燃料が流出入する増圧室を形成し、
前記筒状ピストンおよび前記棒状ピストンの内で前記径小のシリンダに摺動自在に収容されるピストンを、前記被増圧室の燃料を減圧する方向に付勢する付勢手段を有することを特徴とするインジェクタ。
請求項１に記載のインジェクタにおいて、
前記筒状ピストンに前記棒状ピストンが遊挿されて環状の遊挿隙間が形成され、
この遊挿隙間は、径方向に対称な２箇所の寸法の合計の最小値が２０μｍであることを特徴とするインジェクタ。