JP2008163903A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ソレノイドコイルへの通電に応じて開閉する制御弁１２、および制御弁１２の動作により駆動されるサーボ弁１３を備え、第１背圧室８をサーボ弁１３により開閉する燃料噴射弁１において、高圧燃料の余分なリークを低減する。
【解決手段】燃料噴射弁１は、第２背圧室１９と第１背圧室８とを連通する第２連通流路４３が設けられている。これにより、第２連通流路４３を通じて第１背圧室８から第２背圧室１９に燃料を流入させることで第２背圧室１９の燃料圧を増加し、サーボ弁１３を開状態から閉状態に移行できる。このため、第２背圧室１９と第１流入流路２４とを連通させて第２背圧室１９の燃料圧を増加させる流路が不要になる。この結果、第２流出流路３９が開放されているときに、第１背圧室８からの燃料リーク以外の燃料リークが発生しなくなるので、高圧燃料の余分なリークを低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンに燃料を噴射供給する燃料噴射弁に関する。

〔従来の技術〕
従来から、燃料をエンジンに噴射して供給する燃料噴射弁が公知である。
この燃料噴射弁は、噴孔を開閉するノズルニードルを備え、ノズルニードルの一端に第１背圧室を形成している。そして、この第１背圧室を所定の制御弁により開閉することで、第１背圧室の燃料圧を増減してノズルニードルを駆動し、噴孔を開閉する。

ところで、制御弁を駆動するための駆動力は電動アクチュエータから得られるが、近年の噴射圧の高圧力化に伴い、より大きい駆動力が要求されるようになっている。このため、電動アクチュエータを高性能にする必要があり、結果的に燃料噴射弁のコストが高くなっている。
そこで、高性能の電動アクチュエータの使用を回避するために、制御弁の動作により駆動されるサーボ弁を配し、第１背圧室をサーボ弁により開閉する技術が開示されている（特許文献１）。

つまり、特許文献１に記載の燃料噴射弁１００は、一端に第１背圧室１０１を形成し、この第１背圧室１０１の燃料圧の増減により噴孔を開閉するノズルニードル１０２と、一端に第２背圧室１０３を形成し、他端に第１背圧室１０１に接続する第１連通流路１０４、高圧流路１０５に通じる第１流入流路１０７、および低圧流路１０９へ通じる第１流出流路１１０が接続する弁室１１２を形成するサーボ弁１１５と、第２背圧室１０３に接続するとともに低圧流路１０９に通じる第２流出流路１１７を、ソレノイドコイルへの通電に応じて開閉する制御弁１１８とを備える（図６参照）。また、サーボ弁１１５には、弁室１１２と第２背圧室１０３とを連通し、高圧流路１０５から第２背圧室１０３に燃料を導く昇圧流路１２０が設けられている。なお、高圧流路１０５は高圧燃料源に通じており、低圧流路１０９は燃料のリターン流路に通じている。

そして、サーボ弁１１５は、制御弁１１８による第２背圧室１０３と低圧流路１０９との間の開閉に伴う第２背圧室１０３の燃料圧の増減によって、一端側又は他端側へ変位し、第１連通流路１０４と第１流入流路１０７とが連通する閉状態（図６（ａ）参照）と、第１連通流路１０４と第１流出流路１１０とが連通する開状態（図６（ｂ）参照）とを切り替える。

すなわち、ソレノイドコイルへの通電が開始し、制御弁１１８が第２流出流路１１７を開放すると、第２流出流路１１７を介して第２背圧室１０３から燃料が低圧流路１０９へリークするため、第２背圧室１０３の燃料圧が低下し、サーボ弁１１５が一端側に変位して開状態となる。これにより、第１連通流路１０４、弁室１１２、および第１流出流路１１０を介して燃料が第１背圧室１０１から低圧流路１０９へリークするため、第１背圧室１０１の燃料圧が低下し、ノズルニードル１０２が一端側に変位して噴孔を開放する。

また、ソレノイドコイルへの通電が停止し、制御弁１１８が第２流出流路１１７を閉鎖すると、第１流入流路１０７、弁室１１２、および昇圧流路１２０を介して高圧流路１０５から第２背圧室１０３に燃料が流入するため、第２背圧室１０３の燃料圧が増加し、サーボ弁１１５が他端側に変位して閉状態となる。これにより、第１背圧室１０１から低圧流路１０９への燃料リークは停止し、第１流入流路１０７、弁室１１２、および第１連通流路１０４を介して第１背圧室１０１に燃料が流入するため、第１背圧室１０１の燃料圧が増加し、ノズルニードル１０２が他端側に変位して噴孔を閉鎖する。

このように、燃料噴射弁１００によれば、第１背圧室１０１を開閉するサーボ弁１１５の駆動力を、主に燃料圧の増減により得ることができる。このため、高性能の電動アクチュエータを用いなくても、第１背圧室１０１を開閉して燃料を噴射することができる。

〔従来技術の不具合〕
しかし、燃料噴射弁１００では、サーボ弁１１５の変位に関係なく、第２背圧室１０３と高圧流路１０５との間が、昇圧流路１２０により燃料が常に流通可能となっている。このため、制御弁１１８が第２流出流路１１７を開放すると、第１流入流路１０７、弁室１１２、昇圧流路１２０、第２背圧室１０３、および第２流出流路１１７を介して燃料の高圧流路１０５と低圧流路１０９とが連通する（図６（ｂ）参照）。

これにより、ノズルニードル１０２の駆動時に、第１背圧室１０１からの燃料リーク以外に、第１流入流路１０７、弁室１１２、昇圧流路１２０、第２背圧室１０３、および第２流出流路１１７を介する燃料リークが発生する。このため、燃料噴射弁１００は、高圧燃料源から高圧燃料が余分にリークし、エネルギ損失が大きい。
特開２００６−２５７８７４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、ソレノイドコイルへの通電に応じて開閉する制御弁、および制御弁の動作により駆動されるサーボ弁を備え、第１背圧室をサーボ弁により開閉する燃料噴射弁において、高圧燃料の余分なリークを低減することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の燃料噴射弁は、一端に第１背圧室を形成し、この第１背圧室の燃料圧の増減により噴孔を開閉するノズルニードルと、一端に第２背圧室、および他端に弁室を形成し、第２背圧室と弁室との燃料圧の差により移動して、第１背圧室と高圧流路との間を開閉するサーボ弁と、第１背圧室と弁室との間を、燃料が常に流通可能となるように接続する第１連通流路と、電動アクチュエータへの通電により動作し、第２背圧室と低圧流路との間を開放する制御弁とを備え、電動アクチュエータの動作によりノズルニードルを駆動して噴孔を開放する燃料噴射弁であって、第２背圧室と高圧流路との間を接続し、高圧流路から第２背圧室に燃料を導く昇圧流路を備え、制御弁の動作により第２背圧室と低圧流路との間を開放し、第２背圧室の燃料圧を低下させてサーボ弁を一端側に変位させることで昇圧流路を閉鎖する。

これにより、制御弁が動作してノズルニードルが駆動される際、第２背圧室と低圧流路との間が開放されるとともに、第２背圧室と高圧流路との間が閉鎖される。このため、ノズルニードルの駆動時に生じていた高圧燃料の余分なリークを削除でき、エネルギ損失を低減できる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の燃料噴射弁は、第１背圧室と第２背圧室との間を燃料が常に流通可能となるように接続する第２連通流路が設けられ、昇圧流路は、第１連通流路および第２連通流路を含んで形成される。
この手段は、サーボ弁の変位により開閉される昇圧流路の一形態である。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の燃料噴射弁は、弁室と第２背圧室との間を燃料が常に流通可能となるように接続する第３連通流路が設けられ、昇圧流路は、第３連通流路を含んで形成される。
この手段は、サーボ弁の変位により開閉される昇圧流路の一形態である。
また、この手段によれば、第３連通流路を設けても、第１背圧室に接続する流路の数は増えないので、第１背圧室の実質的な容積は増加しない。このため、第１背圧室の燃料圧の増減のため第１背圧室に流出入させる燃料の必要量は変動しないので、ノズルニードルによる噴孔開閉の応答性も変動しない。

最良の形態１の燃料噴射弁は、一端に第１背圧室を形成し、この第１背圧室の燃料圧の増減により噴孔を開閉するノズルニードルと、一端に第２背圧室、および他端に弁室を形成し、第２背圧室と弁室との燃料圧の差により移動して、第１背圧室と高圧流路との間を開閉するサーボ弁と、第１背圧室と弁室との間を、燃料が常に流通可能となるように接続する第１連通流路と、電動アクチュエータへの通電により動作し、第２背圧室と低圧流路との間を開放する制御弁とを備え、電動アクチュエータの動作によりノズルニードルを駆動して噴孔を開放する燃料噴射弁であって、第２背圧室と高圧流路との間を接続し、高圧流路から第２背圧室に燃料を導く昇圧流路を備え、制御弁の動作により第２背圧室と低圧流路との間を開放し、第２背圧室の燃料圧を低下させてサーボ弁を一端側に変位させることで昇圧流路を閉鎖する。また、第１背圧室と第２背圧室との間を燃料が常に流通可能となるように接続する第２連通流路が設けられ、昇圧流路は、第１連通流路および前記第２連通流路を含んで形成される。

最良の形態２の燃料噴射弁によれば、弁室と第２背圧室との間を燃料が常に流通可能となるように接続する第３連通流路を設け、昇圧流路は、第３連通流路を含んで形成される。

〔実施例１の構成〕
実施例１の燃料噴射弁１の構成を、図１ないし図３を用いて説明する。
燃料噴射弁１は、図１に示すように、燃料を噴射するノズル２と、ノズル２の一端側に連結され、コモンレール（図示せず）等の燃料供給源から燃料を受け入れてノズル２に導く本体３とを備える。

ノズル２は、ノズルボディ５の他端に形成された噴孔６を開閉するノズルニードル７を有する。ノズルニードル７の一端には第１背圧室８が形成され、第１背圧室８の燃料圧の増減により、ノズルニードル７が一端側又は他端側に変位して噴孔６を開閉する。
また、本体３は、ソレノイドコイル１１への通電により一端側に駆動される制御弁１２と、制御弁１２の動作により一端側又は他端側に変位するサーボ弁１３とを有する。

サーボ弁１３は、図２に示すように、ボディ１４に摺動自在に支持される軸部１７と、開閉機能を発揮する弁部１８とを有し、軸部１７の一端側に第２背圧室１９を形成し、軸部１７の他端側に弁部１８を収容する弁室２０を形成する。

弁室２０には、第１背圧室８と弁室２０との間を燃料が常に流通可能となるように接続する第１連通流路２２、高圧流路２３から弁室２０へ燃料を供給する第１流入流路２４、および弁室２０を介して第１背圧室８から低圧流路２５へ燃料を排出する第１流出流路２６が接続する。

なお、高圧流路２３はコモンレールに接続しており、低圧流路２５は燃料のリターン流路に接続している。また、第１連通流路２２には、第１背圧室８への燃料の流入流量を規制するオリフィス２９が設けられ、第１流出流路２６には、第１背圧室８からの燃料の流出流量を規制するオリフィス３０が設けられている。

第１連通流路２２の一端は、弁室２０の他端に開口し、常時、弁室２０に開放されている。また、第１流出流路２６は、弁室２０の他端に開口し、弁部１８の他端面３２により開閉される。すなわち、第１流出流路２６は、サーボ弁１３が一端側に変位すると弁室２０に開放され（図３参照）、サーボ弁１３が他端側に変位すると弁室２０に対して閉鎖される。また、第１流入流路２４は、弁室２０の一端に開口し、常時、弁室２０に開放されている。

第１連通流路２２と第１流入流路２４との間は、テーパ状に設けられた弁部１８の一端面３３が第１連通流路２２の開口部３４と、第１流入流路２４の開口部３５との間に形成されるシート部３６に着座又は離座することで開閉される。すなわち、サーボ弁１３が一端側に変位すると、一端面３３がシート部３６に着座して第１連通流路２２と第１流入流路２４との間が閉鎖され（図３参照）、サーボ弁１３が他端側に変位すると、一端面３３がシート部３６から離座して第１連通流路２２と第１流入流路２４との間が開放される。

以上のように、サーボ弁１３が一端側に変位すると、第１流出流路２６が弁室２０に開放され、第１連通流路２２と第１流入流路２４との間が閉鎖され、第１連通流路２２と第１流出流路２６とが弁室２０を介して連通する（図３参照）。また、サーボ弁１３が他端側に変位すると、第１流出流路２６が弁室２０に対して閉鎖され、第１連通流路２２と第１流入流路２４とが連通する。

すなわち、サーボ弁１３は、一端側又は他端側に変位することにより、第１連通流路２２と第１流入流路２４とが連通するとともに第１流出流路２６が弁室２０に対して閉鎖される閉状態と、第１連通流路２２と第１流入流路２４との間が閉鎖されるとともに第１連通流路２２と第１流出流路２６とが連通する開状態とを切り替える。
サーボ弁１３の開状態と閉状態との切替は、第２背圧室１９の燃料圧の増減によって行われる。

第２背圧室１９には、低圧流路２５に通じる第２流出流路３９が接続している。なお、第２流出流路３９には、第２背圧室１９からの燃料の流出流量を規制するオリフィス４０が設けられている。また、実施例１の燃料噴射弁１には、第１背圧室８と第２背圧室１９との間を燃料が常に流通可能となるように接続する第２連通流路４３が設けられている。そして、制御弁１２による第２流出流路３９の開閉によりサーボ弁１３の開状態と閉状態との切替が行われ、ノズルニードル７が変位して噴孔６が開閉される。

すなわち、ソレノイドコイル１１への通電が開始し制御弁１２が第２流出流路３９を開放すると、第２背圧室１９の燃料が第２流出流路３９を介して低圧流路２５へリークする（図３参照）。このため、第２背圧室１９の燃料圧が低下し、サーボ弁１３は閉状態から開状態に移行する。これにより、第１連通流路２２と第１流出流路２６とが連通するため、第１連通流路２２、弁室２０、および第１流出流路２６を介して第１背圧室８の燃料が低圧流路２５へリークする。また、第２連通流路４３、第２背圧室１９、第２流出流路３９を介する流路からも第１背圧室８の燃料が低圧流路２５へリークする。このため、第１背圧室８の燃料圧が低下し、ノズルニードル７が一端側に変位して噴孔６を開放する。

そして、ソレノイドコイル１１への通電が停止し制御弁１２が第２流出流路３９を閉鎖すると、第２連通流路４３を介する第１背圧室８から第２背圧室１９への燃料の流入により、第２背圧室１９の燃料圧が上昇する。この結果、第２背圧室１９の燃料圧が増加し、サーボ弁１３が他端側への変位を開始して開状態から閉状態に移行する。これにより、第１流出流路２６が閉鎖され、第１連通流路２２と第１流入流路２４とが連通するため、低圧流路２５への燃料リークは停止し、第１流入流路２４、弁室２０、および第１連通流路２２を介して第１背圧室８に燃料が流入する。このため、第１背圧室８の燃料圧が増加し、ノズルニードル７が他端側に変位して噴孔６を閉鎖する。

ここで、第１流入流路２４、弁室２０、第１連通流路２２、第１背圧室８、および第２連通流路４３は、第２背圧室１９と高圧流路２３との間を接続し、高圧流路２３から第２背圧室１９に燃料を導く昇圧流路４５としての機能を有する。

そして、燃料噴射弁１は、制御弁１２の動作により第２背圧室１９と低圧流路２５との間を開放し、第２背圧室１９の燃料圧を低下させてサーボ弁１３を一端側に変位させることで昇圧流路４５を閉鎖する（つまり、燃料噴射弁１はサーボ弁１３を開状態にすることで、昇圧流路４５を閉鎖する）。
すなわち、サーボ弁１３が開状態になると、第１連通流路２２と第１流入流路２４との間が閉鎖されて、昇圧流路４５が閉鎖され、高圧流路２３から第２背圧室１９への燃料の流入が遮断される。

〔実施例１の効果〕
実施例１の燃料噴射弁１は、第１流入流路２４、弁室２０、第１連通流路２２、第１背圧室８、および第２連通流路４３からなる昇圧流路４５を備える。そして、制御弁１２の動作によりサーボ弁１３が開状態になると、第１連通流路２２と第１流入流路２４との間が閉鎖されることで、昇圧流路４５が閉鎖され、高圧流路２３から第２背圧室１９への燃料の流入が遮断される。
これにより、制御弁１２が動作してノズルニードル７が駆動される際、第２背圧室１９と低圧流路２５との間が開放されるとともに、第２背圧室１９と高圧流路２３との間が閉鎖される。このため、ノズルニードル７の駆動時に高圧燃料の余分なリークが生じず、エネルギ損失を低減できる。

また、実施例１の燃料噴射弁１は、第１背圧室８と第２背圧室１９との間を燃料が常に流通可能となるように接続する第２連通流路４３が設けられ、第２連通流路４３を通じて第１背圧室８から第２背圧室１９に燃料を流入させることで第２背圧室１９の燃料圧を増加し、サーボ弁１３を開状態から閉状態に切り替えることができる。
このため、第２背圧室１９と高圧流路２３との間を燃料が常に流通可能となるように連通させる流路（例えば、従来例の昇圧流路１２０）、すなわち、第２背圧室１９の燃料圧を増加するための流路が不要になる。この結果、第２流出流路３９が開放されているときに、第１背圧室８からの燃料リーク以外の燃料リークが発生しなくなるので、第１背圧室８をサーボ弁１３により開閉する燃料噴射弁１において、余分な燃料リークを低減することができる。

〔実施例２の構成〕
実施例２の燃料噴射弁１の構成を、図４および図５を用いて説明する。
実施例２の燃料噴射弁１は、弁室２０と第２背圧室１９との間を燃料が常に流通可能となるように接続する第３連通流路４６が設けられている。そして、第３連通流路４６は、サーボ弁１３が開状態にあるときに第１流入流路２４との間を閉鎖され（図５参照）、サーボ弁１３が閉状態にあるときに第１流入流路２４との間を開放される（図４参照）。

すなわち、第３連通流路４６は、弁室２０の他端に開口しており、第３連通流路４６と第１流入流路２４との間は、第１連通流路２２と第１流入流路２４との間と同様に、弁部１８の一端面３３がシート部３６に着座又は離座することで開閉される。つまり、サーボ弁１３が一端側に変位すると、一端面３３がシート部３６に着座して第３連通流路４６と第１流入流路２４との間が閉鎖され、サーボ弁１３が他端側に変位すると、一端面３３がシート部３６から離座して第３連通流路４６と第１流入流路２４との間が開放される。

そして、ソレノイドコイル１１への通電が開始し制御弁１２が第２流出流路３９を開放すると、第１連通流路２２、弁室２０、および第１流出流路２６を介する流路とともに、第１連通流路２２、弁室２０、第３連通流路４６、第２背圧室１９、第２流出流路３９を介する流路からも第１背圧室８の燃料が低圧流路２５へリークする。このため、第１背圧室８の燃料圧が低下し、ノズルニードル７が一端側に変位して噴孔６を開放する。

また、ソレノイドコイル１１への通電が停止し制御弁１２が第２流出流路３９を閉鎖すると、第１連通流路２２、弁室２０、第３連通流路４６を介する第１背圧室８から第２背圧室１９への燃料の流入により第２背圧室１９の燃料圧が上昇する。この結果、第２背圧室１９の燃料圧が増加し、サーボ弁１３が他端側への変位を開始して開状態から閉状態に移行する。このため、第１背圧室８の燃料圧が増加し、ノズルニードル７が他端側に変位して噴孔６を閉鎖する。

ここで、実施例２の昇圧流路４５は、第１流入流路２４、弁室２０、および第３連通流路４６から形成されている。
そして、サーボ弁１３が一端側へ変位し開状態になると、第３連通流路４６と第１流入流路２４との間が閉鎖されて、昇圧流路４５が閉鎖され、高圧流路２３から第２背圧室１９への燃料の流入が遮断される。

〔実施例２の効果〕
実施例２の燃料噴射弁１は、弁室２０と第２背圧室１９との間を燃料が常に流通可能となるように接続する第３連通流路４６が設けられている。
これにより、第１連通流路２２、弁室２０、および第３連通流路４６を通じて第１背圧室８から第２背圧室１９に燃料を流入させることで第２背圧室１９の燃料圧を増加し、サーボ弁１３を開状態から閉状態に切り替えることができる。このため、第２流出流路３９が開放されているときに、第１背圧室８からの燃料リーク以外の燃料リークが発生しなくなるので、第１背圧室８をサーボ弁１３により開閉する燃料噴射弁１において、余分な燃料リークを低減することができる。

また、実施例２の燃料噴射弁１では、第２背圧室１９に連通する第３連通流路４６が弁室２０に接続するため、第１背圧室８に接続する流路の数は増えない。これにより、第１背圧室８の実質的な容積は増加しないので、第１背圧室８の燃料圧増減のため第１背圧室８に流出入させる燃料の必要量は変動しない。このため、ノズルニードル７による噴孔開閉の応答性を従来と同等にすることができる。

また、ボディ１４は、弁室２０の他端を境界とする２部材（２部材の内、一端側を部材４７、他端側を部材４８とする）により構成されている。これにより、第３連通流路４６は、部材４７のみに加工を施すことで設けられるので、部材４７、４８の両方に流路を設けて、これらの流路の位置合わせを行う必要がない。

燃料噴射弁の全体構成図である（実施例１）。 サーボ弁が閉状態にあるときの燃料噴射弁の要部構成図である（実施例１）。 サーボ弁が開状態にあるときの燃料噴射弁の要部構成図である（実施例１）。 サーボ弁が閉状態にあるときの燃料噴射弁の要部構成図である（実施例２）。 サーボ弁が開状態にあるときの燃料噴射弁の要部構成図である（実施例２）。 （ａ）は、サーボ弁が閉状態にあるときの燃料噴射弁の要部構成図であり、（ｂ）は、サーボ弁が開状態にあるときの燃料噴射弁の要部構成図である（従来例）。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
２ ノズル
３ 本体
６ 噴孔
７ ノズルニードル
８ 第１背圧室
１１ ソレノイドコイル（電動アクチュエータ）
１２ 制御弁
１３ サーボ弁
１９ 第２背圧室
２０ 弁室
２２ 第１連通流路
２３ 高圧流路
２４ 第１流入流路
２５ 低圧流路
２６ 第１流出流路
３９ 第２流出流路
４３ 第２連通流路
４５ 昇圧流路
４６ 第３連通流路

Claims (3)

1. 一端に第１背圧室を形成し、この第１背圧室の燃料圧の増減により噴孔を開閉するノズルニードルと、
   一端に第２背圧室、および他端に弁室を形成し、前記第２背圧室と前記弁室との燃料圧の差により移動して、前記第１背圧室と高圧流路との間を開閉するサーボ弁と、
   前記第１背圧室と前記弁室との間を、燃料が常に流通可能となるように接続する第１連通流路と、
   電動アクチュエータへの通電により動作し、前記第２背圧室と低圧流路との間を開放する制御弁とを備え、
   前記電動アクチュエータの動作により前記ノズルニードルを駆動して前記噴孔を開放する燃料噴射弁であって、
   前記第２背圧室と前記高圧流路との間を接続し、前記高圧流路から前記第２背圧室に燃料を導く昇圧流路を備え、
   前記制御弁の動作により前記第２背圧室と前記低圧流路との間を開放し、前記第２背圧室の燃料圧を低下させて前記サーボ弁を一端側に変位させることで前記昇圧流路を閉鎖する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、
   前記第１背圧室と前記第２背圧室との間を燃料が常に流通可能となるように接続する第２連通流路が設けられ、
   前記昇圧流路は、前記第１連通流路および前記第２連通流路を含んで形成され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、
   前記弁室と前記第２背圧室との間を燃料が常に流通可能となるように接続する第３連通流路が設けられ、
   前記昇圧流路は、前記第３連通流路を含んで形成されることを特徴とする燃料噴射弁。

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