JP2009281298A - Injector for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関のインジェクタに関し、特に気体燃料を噴射する内燃機関のインジェクタに関する。 The present invention relates to an injector for an internal combustion engine, and more particularly to an injector for an internal combustion engine that injects gaseous fuel.
従来の化石液体燃料に代わり、気体燃料を噴射する内燃機関のインジェクタの開発が行われており、一部実用化されている。気体燃料には例えば天然ガス、石油ガスといった化石気体燃料や水素ガスなどが用いられ、気体燃料を用いることで、化石液体燃料で実現困難なクリーンな排気ガスを得ることやCO2の低減などが可能になる。
一方、気体燃料は潤滑性が低いため、インジェクタのノズル摺動部の摩耗や焼付き、弁部の摩耗による気密性不良などの発生が問題となる。
In place of conventional fossil liquid fuel, an injector for an internal combustion engine that injects gaseous fuel has been developed, and is partially put into practical use. For example, fossil gas fuels such as natural gas and petroleum gas, hydrogen gas, and the like are used as the gas fuel. By using the gas fuel, it is possible to obtain clean exhaust gas that is difficult to achieve with fossil liquid fuel, and to reduce CO 2. It becomes possible.
On the other hand, since gaseous fuel has low lubricity, problems such as wear and seizure of the nozzle sliding portion of the injector, and poor airtightness due to wear of the valve portion are problematic.
この点、特許文献1ではノズル摺動部や弁部に液体燃料を導入して潤滑を図ることで、インジェクタの信頼性を向上させる技術が提案されている。またこの技術では、弁部に導入した液体燃料がニードル開弁時に気体燃料とともに機関燃焼室へ噴射されるため、これにより圧縮着火機関における着火性が改善される。
なお、そのほか本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献2で提案されている。
In this regard, Patent Document 1 proposes a technique for improving the reliability of an injector by introducing liquid fuel into a nozzle sliding portion or a valve portion to achieve lubrication. In this technique, since the liquid fuel introduced into the valve portion is injected into the engine combustion chamber together with the gaseous fuel when the needle is opened, this improves the ignitability in the compression ignition engine.
In addition, for example, Patent Document 2 proposes a technique that is considered to be related to the present invention.
特許文献1が提案する技術では、気体燃料のみを噴射することができないことから、気体燃料の燃焼による排ガス改善効果等を十分に得ることができない虞がある。また、潤滑用に導入された液体燃料が気体燃料とともに噴射されることから、燃費や燃焼の悪化を招く虞もあると考えられる。 In the technique proposed by Patent Document 1, since only gaseous fuel cannot be injected, there is a possibility that the exhaust gas improvement effect and the like due to combustion of gaseous fuel cannot be sufficiently obtained. Further, since the liquid fuel introduced for lubrication is injected together with the gaseous fuel, it is considered that there is a possibility that the fuel consumption and the combustion may be deteriorated.
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、気体燃料のみを噴射することができ、以って気体燃料の燃焼による排ガス改善効果等を十分に得ることや、液体燃料を気体燃料とともに噴射することによる燃費や燃焼の悪化を防止することができる内燃機関のインジェクタを提供すること、さらには気体燃料のみを噴射するにあたって、信頼性を高めることや排気の改善を図ることや車両の利便性の向上を図ることができる内燃機関のインジェクタを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to inject only gaseous fuel, thereby obtaining a sufficient exhaust gas improvement effect by combustion of gaseous fuel, or using liquid fuel as gaseous fuel. To provide an injector for an internal combustion engine that can prevent deterioration of fuel consumption and combustion caused by injection together with fuel injection, and to improve reliability and improve exhaust when injecting only gaseous fuel. An object of the present invention is to provide an injector for an internal combustion engine that can improve convenience.
上記課題を解決するための本発明は噴孔を開閉するニードルと、該ニードルに圧力を作用させる制御室と、該制御室に作動油を供給する作動油供給通路と、前記制御室への作動油の流出入を制御する切替手段と、前記ニードル周りに設けられるノズルチャンバと、該ノズルチャンバへ気体燃料を供給する気体燃料供給通路とを備える内燃機関のインジェクタであって、前記制御室と前記ノズルチャンバとの間において、前記噴孔の開閉に伴い摺動する摺動部材周りにリング状のシール手段を設けたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a needle that opens and closes a nozzle hole, a control chamber that applies pressure to the needle, a hydraulic oil supply passage that supplies hydraulic oil to the control chamber, and an operation to the control chamber. An injector for an internal combustion engine comprising switching means for controlling the flow of oil in and out, a nozzle chamber provided around the needle, and a gaseous fuel supply passage for supplying gaseous fuel to the nozzle chamber, wherein the control chamber and the control chamber A ring-shaped sealing means is provided around a sliding member that slides in accordance with opening and closing of the nozzle hole between the nozzle chamber and the nozzle chamber.
また本発明は前記シール手段のうち、前記摺動部材と摺接する部分に高分子素材を用いた構成であってもよい。 Further, the present invention may be configured such that a polymer material is used for a portion of the sealing means that is in sliding contact with the sliding member.
また本発明は前記ニードルを摺動自在に収容するノズルボディと、該ノズルボディが取り付けられるインジェクタボディと、前記ノズルボディおよび前記インジェクタボディの間に設けられるパッキングチップとの合わせ面それぞれを高精度で加工した構成であってもよい。 In the present invention, each of the mating surfaces of the nozzle body that slidably accommodates the needle, the injector body to which the nozzle body is attached, and the packing tip provided between the nozzle body and the injector body is highly accurate. It may be a processed configuration.
また本発明は前記ニードルのガイド部と、前記ニードルが摺動する摺動穴と、前記ニードルが着座するシート部に高硬度化処理を施した構成であってもよい。 Further, the present invention may be configured such that the guide portion of the needle, the sliding hole through which the needle slides, and the seat portion on which the needle is seated are subjected to a high hardness treatment.
また本発明は増圧時の前記制御室内の作動油の圧力を、前記気体燃料の圧力よりも高圧とした構成であってもよい。 Further, the present invention may be configured such that the pressure of the hydraulic oil in the control chamber during pressure increase is higher than the pressure of the gaseous fuel.
また本発明は前記作動油に燃料以外の流体を用いた構成であってもよい。 Further, the present invention may be configured such that a fluid other than fuel is used for the hydraulic oil.
また本発明は前記摺動部材が前記ニードルである構成であってもよい。 In the present invention, the sliding member may be the needle.
本発明によれば、気体燃料のみを噴射することができ、以って気体燃料の燃焼による排ガス改善効果等を十分に得ることや、液体燃料を気体燃料とともに噴射することによる燃費や燃焼の悪化を防止することができる。さらに本発明によれば、気体燃料のみを噴射するにあたって、信頼性を高めることや排気の改善を図ることや車両の利便性の向上を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to inject only gaseous fuel, thereby obtaining sufficient exhaust gas improvement effects by combustion of gaseous fuel, and deterioration of fuel consumption and combustion by injecting liquid fuel together with gaseous fuel. Can be prevented. Furthermore, according to the present invention, when injecting only gaseous fuel, it is possible to improve reliability, improve exhaust, and improve vehicle convenience.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本実施例に係る内燃機関のインジェクタ(以下、単にインジェクタと称す)1を断面で模式的に示す図であり、図2はインジェクタ1のうち、リングシール(請求項記載のシール手段に相当)37周辺の部分を要部として、これを拡大して模式的に示す図である。インジェクタ1は圧縮着火式内燃機関用のインジェクタとして構成されている。インジェクタ1はインジェクタボディ4と、インジェクタボディ4にパッキングチップ43を介して取り付けられるノズルボディ32とを筐体として備えている。またインジェクタ1は噴孔35の開閉に伴い摺動する摺動部材として制御ピストン41とニードル31とを備えている。
FIG. 1 is a view schematically showing a cross section of an injector (hereinafter simply referred to as an injector) 1 of an internal combustion engine according to the present embodiment. FIG. 2 shows a ring seal (in the sealing means according to the claims) of the injector 1. Equivalent) 37 is a diagram schematically showing an enlarged portion around 37 as an essential part. The injector 1 is configured as an injector for a compression ignition type internal combustion engine. The injector 1 includes an injector body 4 and a
インジェクタボディ4は軸方向(図の上下方向)に沿って形成された縦穴を軸中心と略同軸に備えており、縦穴には制御ピストン41が摺動自在に配設されている。縦穴はガイド部411を有して構成されており、ガイド部411に制御ピストン41が摺接する。
またインジェクタボディ4は、軸方向に延びる気体燃料供給通路25を軸中心からオフセットした位置に備えている。気体燃料供給通路25は、インジェクタボディ4の上側部から斜め上方に突設した部分にその入口が設けられており、この入口には図示しない高圧気体燃料供給装置(例えば高圧気体燃料コモンレールや蓄圧アキュムレータ)が接続される。この高圧気体燃料供給装置から、本実施例では高圧気体燃料として水素燃料が供給される。
またインジェクタボディ4は、スプリング室42を備えている。スプリング室42は制御ピストン52の下端部周りに設けられており、スプリング室42にはスプリング421やスプリングガイド422やスペーサ423が配設されている。
The injector body 4 is provided with a vertical hole formed along the axial direction (vertical direction in the figure) substantially coaxially with the center of the shaft, and a
The injector body 4 includes a gaseous
The injector body 4 includes a
ノズル3はニードル31とノズルボディ32とを有して構成されている。ノズルボディ32は軸方向に沿って形成された縦穴を軸中心と略同軸に備えており、ニードル31はこの縦穴に摺動自在に配設されている。縦穴は摺動穴321を有して構成されており、摺動穴321にニードル31のガイド部311が摺接する。
縦穴の先端側(図示の下端側)にはニードル31が着座するシート部36が形成されている。またノズルボディ32の先端側(図示の下端側)には、高圧気体燃料を噴射するための噴孔35が形成されている。
そのほかノズルボディ32には噴孔35に連通するノズルチャンバ33と、ノズルチャンバ33に連通するフィード通路34が形成されている。フィード通路34には気体燃料供給通路25が連通しており、気体燃料供給通路25およびフィード通路34を介してノズルチャンバ33に供給された高圧気体燃料は開弁時に噴孔35から噴射される。なお、請求項記載の気体燃料供給通路は、本実施例では気体燃料供給通路25とフィード通路34とで実現されている。
The nozzle 3 includes a
A
In addition, a
ニードル31は大径のガイド部311と、小径のステム部312と、シート部36に着座するシート部313とを備えており、またガイド部311とステム部312との間に円周溝を備えている。ノズルチャンバ33はニードル31周りに設けられており、具体的には軸方向においてこの円周溝を含む位置に設けられている。
ニードル31はスプリング421および制御室2の圧力によって下方に付勢されるところ、ニードル31の開弁駆動は、ノズルチャンバ33に供給される高圧気体燃料の圧力によって行われる。
The
When the
制御室2は制御ピストン52の直上に設けられている。制御室2は、作動油供給通路23に入口絞り部21を介して常時連通しており、また、出口絞り部22を介して作動油リターン通路24に連通するようになっている。制御室2の圧力は、制御ピストン52を介してニードル31に下向きに作用し、ニードル31の閉弁駆動はスプリング421の付勢力とともに、制御室2に供給される作動油の圧力によって行われる。
この点、制御室2の圧力は制御室2と作動油リターン通路24との連通・遮断を電気式切替弁である電磁弁(請求項記載の切替手段に相当)5にて切り替えることにより、増減できるようになっており、電磁弁5は、非通電時には弁がスプリングにより下方に付勢されて制御室2と作動油リターン通路24との連通を遮断し、通電時には弁が制御室2と作動油リターン通路24との連通を許可するように構成されている。このように電磁弁5で背圧としての制御室2の圧力を制御する構成とすることで、高圧気体燃料の噴射を制御性良く行うことができる。
The control chamber 2 is provided immediately above the control piston 52. The control chamber 2 is always in communication with the hydraulic
In this respect, the pressure in the control chamber 2 is increased or decreased by switching the communication between the control chamber 2 and the hydraulic
上述した構成において、さらにインジェクタ1はニードル31周りにリングシール37を備えている。図2に示すように、ノズルボディ32の摺動穴321は上端部が一周に亘って段状に形成されており、リングシール37は具体的にはこの段状に形成された部分に組み付けられた上で、リング状のストッパ373によってその位置が規制されている。またリングシール37はその形状がリング状になっており、ニードル31のガイド部311に摺接するようになっている。
In the above-described configuration, the injector 1 further includes a
このように設けたリングシール37は制御室2とノズルチャンバ33との間に設けられているので、制御ピストン41およびガイド部411間のクリアランスを通じて制御室2からスプリング室42に漏れた作動油が、ニードル31のガイド部311および摺動穴321間のクリアランスを通じてノズルチャンバ33に漏れることを防止することができる。このためインジェクタ1では、高圧気体燃料のみを噴射することができる。
Since the
また高圧気体燃料のみを噴射するにあたって、リングシール37は例えば制御ピストン41周り(より具体的には例えばガイド部411)に設けることも可能なところ、本実施例ではリングシール37をニードル31周りに設けたことで、ガイド部311および摺動穴321間のクリアランスを通じてスプリング室42に高圧気体燃料が漏れることも防止でき、これにより高圧気体燃料が作動油リターン通路24或いは外部に漏れることも防止できることから、信頼性を高めることもできる。
また高圧気体燃料の外部への漏れを防止するにあたって、本実施例ではノズルボディ32と、インジェクタボディ4と、パッキングチップ43との合わせ面それぞれを高精度(例えば面粗度Rz0.12から0.14、平面度0.16から0.18μm)で加工している。すなわち、高圧気体燃料のみを噴射する場合には、高圧気体燃料の外部への漏れが発生し得るところ、本実施例ではこれにより外部への漏れをさらに好適に防止して信頼性の向上を図っている。
In addition, when only high-pressure gaseous fuel is injected, the
In order to prevent leakage of the high-pressure gaseous fuel to the outside, in this embodiment, the mating surfaces of the
さらにリングシール37は、ガイド部311と摺接する部分がリップを備える高分子シール材371で、摺動穴321と摺接する部分がOリング372でそれぞれ構成されている。また、高分子シール材371には本実施例では摩擦係数の低いフッ素樹脂系の高分子素材(例えばポリテトラルフルオロエチレン)が用いられている。すなわち、高圧気体燃料のみを噴射する場合には、潤滑性が低くなることが問題となるところ、本実施例ではガイド部311と摺接する部分に摩擦係数の低い高分子シール材371を適用することで、さらにシール性と耐久性を確保しており、これにより信頼性を高めている。
Further, the
また本実施例ではニードル31のガイド部311と、摺動穴321と、シート部36とに高硬度化処理として軟窒化処理を施している。すなわち、高圧気体燃料のみを噴射する場合には、潤滑性が低くなることが問題となるところ、本実施例ではこれにより耐摩耗性を向上させるとともに焼付きの発生を防止し、信頼性を高めている。
In the present embodiment, the soft nitriding treatment is applied to the
また本実施例では、増圧時の作動油の圧力が高圧気体燃料の圧力よりも高圧(例えば2倍)になるようにしている。これにより、高圧気体燃料のみを噴射するにあたって、シート部36のシート荷重を高くしてシール性を向上させることができ、以って信頼性を高めることができる。またこれにより、噴射のシャープカット性を高めて排気の改善を図ることもできる。
In this embodiment, the pressure of the hydraulic oil at the time of pressure increase is set to be higher (for example, twice) than the pressure of the high-pressure gaseous fuel. Thereby, when injecting only the high-pressure gaseous fuel, the seat load of the
また制御室2に供給する作動油には例えば軽油等の液体燃料を適用することも可能であるところ、本実施例では液体燃料以外の流体(例えばエンジンオイルやシリコンオイル)を用いることで、航続中に補給する燃料を気体燃料だけとすることを可能にしており、これにより利便性の向上も図られる。 Further, for example, liquid fuel such as light oil can be applied to the hydraulic oil supplied to the control chamber 2, but in this embodiment, a fluid other than the liquid fuel (for example, engine oil or silicon oil) is used for cruising. It is possible to use only gaseous fuel as the fuel to be replenished therein, thereby improving convenience.
このようにインジェクタ1は、気体燃料のみを噴射することができるので、気体燃料の燃焼による排ガス改善効果等を十分に得ることができ、また液体燃料を気体燃料とともに噴射することによる燃費や燃焼の悪化を防止することもできる。
またインジェクタ1は、気体燃料のみを噴射するにあたってさらに信頼性を高めることや排気の改善を図ることや車両の利便性の向上を図ることができる。
Thus, since the injector 1 can inject only gaseous fuel, it can fully obtain the exhaust gas improvement effect etc. by combustion of gaseous fuel, and the fuel consumption and combustion of a liquid fuel by injecting with gaseous fuel are sufficient. Deterioration can also be prevented.
Further, the injector 1 can further improve reliability, improve exhaust, and improve the convenience of the vehicle when injecting only gaseous fuel.
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。 The embodiment described above is a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 インジェクタ
2 制御室
25 気体燃料供給通路
3 ノズル
31 ニードル
311 ガイド部
312 ステム部
313 シート部
32 ノズルボディ
321 摺動穴
33 ノズルチャンバ
34 フィード通路
35 噴孔
36 シート部
37 リングシール
371 高分子シール材
372 Oリング
4 インジェクタボディ
41 制御ピストン
411 ガイド部
42 スプリング室
43 パッキングチップ
5 電磁弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Injector 2
Claims (7)
前記制御室と前記ノズルチャンバとの間において、前記噴孔の開閉に伴い摺動する摺動部材周りにリング状のシール手段を設けたことを特徴とする内燃機関のインジェクタ。 A needle that opens and closes the nozzle hole, a control chamber that applies pressure to the needle, a hydraulic oil supply passage that supplies hydraulic oil to the control chamber, and a switching unit that controls the flow of hydraulic oil into and out of the control chamber; An injector of an internal combustion engine comprising a nozzle chamber provided around the needle and a gaseous fuel supply passage for supplying gaseous fuel to the nozzle chamber,
An injector for an internal combustion engine, wherein a ring-shaped sealing means is provided around a sliding member that slides as the nozzle hole opens and closes between the control chamber and the nozzle chamber.
The injector for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the sliding member is the needle.
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- 2008-05-22 JP JP2008134780A patent/JP2009281298A/en not_active Withdrawn
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