JP2009281346A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デポジットの堆積を抑制する燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】弁ボディ２１は、噴孔２５、弁座２３および燃料通路２８を有する。ニードル弁４０は、弁座２３に離座または着座することにより燃料通路２８を開閉する。板状の弾性部材６０は、ニードル弁４０の噴孔２５側の先端に設けられる。ニードル弁４０は、弾性部材６０側に開口する圧力室５０と、圧力室５０および燃料通路２８を連絡する圧力通路５１とを有する。ニードル弁４０の弁座２３への着座および離座によって生じる圧力室５０内の圧力および燃料溜り室２７内の圧力の変化により弾性部材６０が弾性変形する。このため、弾性部材６０の表面に付着したデポジットを剥離させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射装置に関する。

従来、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）に燃料を噴射供給する燃料噴射装置は、例えば、図１２に示すように、その先端の弁ボディ２１１が燃焼行程による高温環境に晒され、さらに燃焼ガス１が噴孔２５１を通って弁ボディ２１１の内壁２４１とニードル弁４０１の噴孔側の端面４２１とによって形成される燃料溜り室２７１に侵入することで燃料溜り室２７１内の残留燃料が炭化してデポジット２となり、弁ボディ２１１の内壁２４１およびニードル弁４０１の端面４２１に付着することがある。デポジット２が燃料溜り室２７１内で堆積すると、燃料溜り室２７１を流れる燃料の減少による燃料噴射量の低下、および燃料の流れる経路の変更による噴霧形状の変化が生じることが知られている。

デポジットの生成および堆積を抑制するため、特許文献１では、第１ニードル弁の内部に第２ニードル弁を設け、燃料噴射後に第２ニードル弁を噴孔に通して噴孔内の残留燃料を排出している。また、特許文献２では、ニードル弁が弁座に着座するとき、ニードル弁の噴孔側の端部に設けられた燃料押出し部材によって、噴孔内または噴孔近傍の燃料およびデポジットを外部へ押出している。
しかし、これらの燃料噴射装置では、第２ニードル弁または燃料押出し部材を噴孔と同軸に形成しなければならならない。このため、弁軸に対して噴孔が傾斜して形成されるような燃料噴射装置では、第２ニードル弁または燃料押出し部材を形成することが困難となる。

特開平１１−２８７１６９号公報 特開２００６−１６１７７４号公報

本発明の目的は、デポジットの堆積を抑制する燃料噴射装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によると、弁ボディは、噴孔、弁座および噴孔と連絡する燃料通路を有する。弁ボディの内部で軸方向に往復移動可能に設けられるニードル弁は、弁座に離座または着座することにより燃料通路を開閉する。外圧によって弾性変形可能な板状の弾性部材は、ニードル弁の噴孔側の先端に設けられる。ニードル弁は、この先端で弾性部材側に開口する圧力室と、一方の端部が圧力室と連絡し、他方の端部が弁座より反噴孔側の燃料通路と連絡する圧力通路を有する。

ニードル弁が弁座に着座後、弁座より上流側の燃料通路内の圧力は、弁座より下流側で、ニードル弁の噴孔側の端部、弾性部材および弁ボディの内壁により構成される燃料溜り室内の圧力より大きくなる。圧力室は、圧力通路を経由して燃料通路と連絡しているので、圧力室内と燃料溜り室内との圧力差によって、弾性部材が噴孔側へ弾性変形する。一方、ニードル弁が弁座から離座するとき、弁座より上流側の燃料通路内の圧力は燃料溜り室内の圧力と同等となる。このとき、弾性部材は原形状態に戻る。

弾性部材は、弾性変形することで弾性部材の表面に付着したデポジットを剥離させることができる。また、ニードル弁が弁座に着座後、弾性部材は噴孔側へ弾性変形することで燃料溜り室の容積を小さくする。このため、燃料溜り室内の燃料が排出されるので、燃料溜り室内にデポジットが生成されることを抑制することができる。さらに、圧力室内の燃料によりニードル弁および弾性部材が冷却されるので、燃料溜り室内の燃料が炭化してデポジットが生成されることを抑制することができる。

請求項２に記載の発明によると、ニードル弁が弁座に着座後、前記弾性部材と前記圧力室の間に形成される副圧力室が加圧され、弾性部材が噴孔側へ弾性変形して弁ボディの内壁に当接し、噴孔を閉塞する。このため、燃料溜り室への燃焼ガスの流入が制限され、燃料溜り室内でデポジットが生成されることを抑制することができる。

請求項３に記載の発明によると、ニードル弁が弁座から離座した後、副圧力室が減圧し、弾性部材が原形状態に復元する。このため、弾性部材の表面に付着したデポジットを剥離することができる。

請求項４に記載の発明によると、ニードル弁の圧力通路は、ニードル弁の軸中心から放射状に複数形成される。このため、圧力室内の圧力を均衡に変えることができる。
請求項５に記載の発明によると、ニードル弁の圧力通路は、燃料通路側に向けて拡がるテーパー形状に形成される。このため、圧力通路に燃料を速やかに流入し、弾性部材を高効率に変形させることができる。

請求項６に記載の発明によると、ニードル弁の圧力通路は、他方の端部が圧力室より反噴孔側で燃料通路と連絡する。このため、圧力通路を流れる燃料を速やかに流入し、ニードル弁が弁座に着座後、弾性部材が弾性変形する応答性を良くすることができる。
請求項７に記載の発明によるとニードル弁の圧力室は、弾性部材側に開口する方向に拡がるテーパー形状に形成される。このため、弾性部材を広範囲で弾性変形させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射装置（以下、燃料噴射装置を「インジェクタ」という。）を図１〜図７に示す。第１実施形態によるインジェクタ１０は、例えば直噴式のガソリンエンジンに適用される。直噴式のガソリンエンジンに適用する場合、インジェクタ１０はエンジンのシリンダヘッドに搭載される。

インジェクタ１０のハウジング１１は、図２に示すように、軸方向へ内径が概ね同一の筒状に形成されている。ハウジング１１は、第一磁性部１２、非磁性部１３および第二磁性部１４を有している。非磁性部１３は、第一磁性部１２と第二磁性部１４との磁気的な短絡を防止する。第一磁性部１２、非磁性部１３および第二磁性部１４は、例えばレーザー溶接などにより一体に接続されている。なお、ハウジング１１は、一体に形成した後、熱加工などにより一部を磁性化または非磁性化してもよい。

ハウジング１１の軸方向の一方の端部には入口部材１５が設けられている。入口部材１５はハウジング１１の内周側に圧入されている。入口部材１５は燃料入口１６を有している。燃料入口１６には、燃料タンクから図示しない燃料ポンプにより加圧された燃料が供給される。燃料入口１６に供給された燃料は、フィルタ１７を経由してハウジング１１の内周側へ流入する。フィルタ１７は、燃料に含まれる異物を除去する。

ハウジング１１の軸方向の他方の端部には、ホルダ２０が設けられている。ホルダ２０は筒状に形成され、内側に弁ボディ２１が設けられている。
弁ボディ２１は、筒状に形成され、例えば圧入あるいは溶接などによりホルダ２０の内側に固定されている。図３に示すように、弁ボディ２１は、円錐状の内壁２２に弁座２３を有している。弁ボディ２１は、弁ボディ２１のハウジング１１と反対側の端部の内壁２４と外壁２９とを連絡する複数の噴孔２５を有している。噴孔２５は、弁ボディ２１の内壁２４から外壁２９に行くに従い弁ボディ２１の軸からの距離が遠くなるように、弁ボディ２１の軸に対して傾斜して形成される。

ニードル弁４０は、図２および図３に示すように、ハウジング１１、ホルダ２０および弁ボディ２１の内周側で軸方向へ往復移動可能に収容されている。ニードル弁４０は、燃料入口１６とは反対側の端部にシート部４１を有している。シート部４１は、弁ボディ２１の弁座２３に着座可能である。弁ボディ２１の弁座２３より上流側の内壁２２と、ニードル弁４０のシート部４１より上流側の外壁４３との間に、燃料を流す燃料通路２８が形成される。また、弁ボディ２１の弁座２３より下流側の内壁２４とニードル弁４０のシート部４１より下流側の端面４２と弾性部材６０の反ニードル弁４０側の下面６２とにより燃料溜り室２７が形成される。燃料通路２８は燃料溜り室２７を経由して噴孔２５と連絡している。

インジェクタ１０は、ニードル弁４０を駆動する駆動部３０を有している。駆動部３０は、スプール３１、コイル３２、固定コア３３、可動コア３４およびプレートハウジング３５を有している。スプール３１は、ハウジング１１の外周側に設けられている。スプール３１は、樹脂で筒状に形成され、外周側にコイル３２が巻かれている。コイル３２は、コネクタ３６の端子３７と電気的に接続している。ハウジング１１を挟んでコイル３２の内周側には固定コア３３が設けられている。固定コア３３は、例えば鉄などの磁性材料により筒状に形成され、ハウジング１１の内周側に例えば圧入などにより固定されている。プレートハウジング３５は、磁性体から形成され、コイル３２の外周側を覆っている。プレートハウジング３５は、ハウジング１１の第二磁性部１４とホルダ２０とを磁気的に接続している。スプール３１およびコイル３２の外周側は、コネクタ３６を一体に形成する樹脂モールド３８により覆われている。

可動コア３４は、ハウジング１１の内周側に軸方向へ往復移動可能に収容されている。可動コア３４は、例えば鉄などの磁性材料から筒状に形成されている。可動コア３４の固定コア３３とは反対側の端部は、ニードル弁４０の噴孔２５とは反対側の端部と固定されている。これにより、可動コア３４およびニードル弁４０は一体に軸方向へ往復移動する。

可動コア３４は、固定コア３３側の端部においてコイルスプリング１８と接している。コイルスプリング１８は、一方の端部が可動コア３４に接しており、他方の端部がアジャスティングパイプ１９と接している。アジャスティングパイプ１９は、固定コア３３に圧入されている。アジャスティングパイプ１９の圧入量を調整することにより、コイルスプリング１８の荷重が調整される。ニードル弁４０および可動コア３４は、コイルスプリング１８によりシート部４１が弁座２３に着座する方向へ押し付けられている。

コイル３２に通電していないとき、コイルスプリング１８の押し付け力により、シート部４１は弁座２３に着座する。コイル３２に通電していないとき、固定コア３３と可動コア３４との間には所定の隙間が形成されている。コイル３２に通電されると、可動コア３４は固定コア３３に吸引され、固定コア３３と可動コア３４とは互いに向き合う両面同士が接する。これにより、可動コア３４およびニードル弁４０の固定コア３３側への移動が制限される。

次に、弾性部材６０、ニードル弁４０に形成される圧力室５０および圧力通路５１について説明する。
弾性部材６０は、図１、図４および図５に示すように、例えばステンレス等の金属または耐油性の樹脂から円板状に形成される。弾性部材６０は、ニードル弁４０の噴孔側の端面４２に、固定位置８において、溶接、ロー溶接または接着等の方法により全周を接合されており、圧力室５０および副圧力室５９と燃料溜り室２７とを遮断している。

ニードル弁４０は、内部に圧力通路５１および圧力室５０を有する。圧力室５０は円筒状に形成され、端面４２に開口している。圧力通路５１は、燃料通路２８と圧力室５０とを連絡する。圧力通路５１は、ニードル弁４０の軸中心から径方向に放射状に４本形成され、燃料が均等に圧力室５０に流入するようになっている。圧力通路５１の燃料通路２８側の端部には、燃料通路２８側に向けて拡がるテーパー部５２が形成される。圧力室５０は端面４２側から、圧力通路５１は外壁４３側から、それぞれドリル加工、放電加工またはレーザー加工等の方法により形成される。
副圧力室５９はニードル弁４０の先端の端面４２と弾性部材６０の上面６１とで区切られた部屋である。圧力室５０の内圧と燃料溜り室２７の内圧との差圧により弾性部材６０が変形する。弾性部材６０の中央が燃料溜り室２７側へ変位すると、副圧力室５９の容積が大きくなる。これにより、副圧力室５９は膨張又は収縮可能である。

次に、上記の構成によるインジェクタ１０の作動について説明する。
図２に示すコイル３２への通電が停止されているとき、固定コア３３と可動コア３４との間には磁気吸引力が発生しない。可動コア３４は、コイルスプリング１８の押し付け力により固定コア３３と反対側へ移動している。このため、ニードル弁４０のシート部４１は弁座２３に当接している。したがって、燃料は噴孔２５から噴射されない。

コイル３２に通電されると、コイル３２に発生した磁界によりプレートハウジング３５、ホルダ２０、第一磁性部１２、可動コア３４、固定コア３３および第二磁性部１４からなる磁気回路に磁束が流れ、固定コア３３と可動コア３４との間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力がコイルスプリング１８の押し付け力よりも大きくなると、可動コア３４およびニードル弁２６は固定コアの方向へ移動する。このため、ニードル弁４０のシート部４１は弁座２３から離座する。

燃料ポンプで加圧され、燃料入口１６から流入した燃料は、フィルタ１７、入口部材１５の内周側、アジャスティングパイプ１９の内周側、可動コア３４の内周側、可動コア３４の内周側から外周側へ通じる燃料孔３９およびホルダ２０の内周側を経由して燃料通路２８へ流入する。燃料通路２８に流入した燃料は、弁座２３から離座したニードル弁４０と弁ボディ２１との間を経由して燃料溜り室２７へ流入する。
このとき、図６に示すように、圧力室５０、燃料通路２８および燃料溜り室２７は連通しているので、圧力室５０内の燃料圧力は、燃料溜り室２７内の燃料圧力と略同じとなる。このため、弾性部材６０は弾性変形をしていない原形状態となる。この結果、燃料溜り室２７と噴孔２５とが連通し、噴孔２５から燃料が噴射される。
なお、図６に記載する矢印は、ニードル弁４０のシート部４１が弁座２３から離座し、副圧力室５９の減圧により、弾性部材６０が原形状態に復元するときの燃料の流れを示している。

コイル３２への通電を停止すると、固定コア３３と可動コア３４との間の磁気吸引力が消滅する。可動コア３４およびニードル弁４０は、コイルスプリング１８の押し付け力により固定コア３３の反対側へ移動する。このため、可動コア３４およびニードル弁４０は、弁座２３に着座し、燃料通路２８から燃料溜り室２７への燃料の流れを遮断し、一回の燃料の噴射を終了する。

このとき、図７に示すように、燃料通路２８内の燃料はテーパー部５２から圧力通路５１、圧力室５０を経由して副圧力室５９へ流入する。副圧力室５９内の圧力は、燃料溜り室２７内の圧力およびインジェクタ１０が燃料の噴射を停止しているときの燃焼室内の圧力より大きくなる。これにより、弾性部材６０が、噴孔２５側へ弾性変形して燃料溜り室２７の容積を小さくし、燃料溜り室２７内の残留燃料を排出する。さらに、弾性部材６０は、噴孔２５側へ弾性変形し、弁ボディ２１の内壁２４と当接し、噴孔２５を閉塞する。
なお、図７に記載する矢印３はニードル弁４０のシート部４１が弁座２３に着座し、副圧力室５９の加圧によって弾性部材６０が弾性変形する方向を示しており、その他の矢印はこのときの燃料の流れを示している。

本実施形態によるインジェクタ１０では、ニードル弁４０の噴孔側の端面４２に設けられる弾性部材６０が外圧および温度によって変形することで、弾性部材６０の表面に付着したデポジットを分解または剥離することができる。
本実施形態によるインジェクタ１０では、ニードル弁４０の内部に形成される圧力室５０の一方の側を弾性部材側へ開口している。このため、圧力室５０内の燃料でニードル弁４０および弾性部材６０を冷却し、燃料溜り室２７内にデポジットが生成されることを抑制することができる。

本実施形態によるインジェクタ１０では、ニードル弁４０が弁座２３に着座し、燃料の噴射を停止しているとき、圧力室５０と燃料溜り室２７との圧力の差により弾性部材６０が噴孔２５側へ弾性変形し、燃料溜り室２７の容積を小さくすることで残留燃料を排出する。さらに、弾性部材６０は、弁ボディ２１の内壁２４と当接して噴孔２５を閉塞し、エンジンの燃焼室内の燃焼ガスの燃料溜り室２７内への流入を制限する。これにより、燃料溜り室２７内の残留燃料が炭化してデポジットが生成されることを抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるインジェクタを図８に示す。第１実施形態と実質的に同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、圧力通路５３が圧力室５０より弾性部材６０とは反対側でニードル弁４０の外壁４３に開口している。このため、燃料通路を上流から流れる燃料を圧力室５０に速やかに流入し、弾性部材６０が弾性変形する応答性を良くすることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるインジェクタを図９に示す。第１および第２実施形態と実質的に同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
第３実施形態では、圧力通路５４は、燃料通路側に向けて拡がるテーパー形状に形成されている。圧力通路５４は、圧力室５０側の端部５８の内径を燃料通路側の端部５７の内径より大きく形成している。このため、燃料通路内の燃料を圧力室５０に効率よく流入し、弾性部材６０の弾性変形する応答性を良くすることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態によるインジェクタを図１０に示す。第１〜第３実施形態と実質的に同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
第４実施形態では、圧力室５５は、弾性部材６０側に開口する方向に拡がるテーパー形状に形成されている。このため、弾性部材６０を広範囲で変形させることで、噴孔を確実に閉塞することができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態によるインジェクタを図１０に示す。第１〜第４実施形態と実質的に同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
第５実施形態では、弾性部材６０側に開口する方向に拡がるテーパー形状の圧力室５６は、複数形成されている。このため、弾性部材６０の弾性変形する応答性を良くすることができる。

（他の実施形態）
上述した第１実施形態では、直噴式のガソリンエンジンに適用されるインジェクタ１０について説明した。これに対し、本発明のインジェクタは、吸気ポートを流れる吸気に燃料を噴射するポート噴射式のガソリンエンジン、排気管内で排気に燃料を噴射する排気管噴射式ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンに適用可能である。
上述した第１実施形態では、ニードル弁２６を電磁的に駆動するインジェクタ１０を例に説明した。これに対し、本発明は、燃料圧力でニードル弁を駆動するインジェクタに適用可能である。
このように、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、上記複数の実施形態を組み合わせることに加え、他の種々の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の要部を示す断面図であって、図３のI部分の拡大図。 本発明の第１実施形態による燃料噴射装置を示す断面図。 本発明の第１実施形態による図２のIII部分の拡大図。 本発明の第１実施形態による弁ボディおよび弾性部材の断面図。 本発明の第１実施形態による図４のV方向からの底面図。 本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の作動を示す模式図。 本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の作動を示す模式図。 本発明の第２実施形態による燃料噴射装置の弁ボディおよび弾性部材の断面図。 本発明の第３実施形態による燃料噴射装置の弁ボディおよび弾性部材の断面図。 本発明の第４実施形態による燃料噴射装置の弁ボディおよび弾性部材の断面図。 本発明の第５実施形態による燃料噴射装置の弁ボディおよび弾性部材の断面図。 従来の燃料噴射装置の噴孔側の端部を示す断面図。

符号の説明

１０：インジェクタ、２１：弁ボディ、２３：弁座、２５：噴孔、２７：燃料溜り室、２８：燃料通路、４０：ニードル弁、４２：端面、５０：圧力室、５１：圧力通路、６０：弾性部材

Claims (7)

1. 噴孔、弁座、前記噴孔に連絡する燃料通路を有する弁ボディと、
   前記弁ボディの内部に軸方向に往復移動可能に設けられ、前記弁座に離座または着座することにより前記燃料通路を開閉するニードル弁と、
   前記ニードル弁の前記噴孔側の先端に設けられ、外圧によって弾性変形可能な板状の弾性部材と、を備え、
   前記ニードル弁は、前記先端で弾性部材側に開口する圧力室と、一方の端部が前記圧力室と連絡し他方の端部が前記弁座より上流側の前記燃料通路と連絡する圧力通路とを有することを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記ニードル弁が前記弁座に着座後、前記弾性部材と前記圧力室の間に形成される副圧力室が加圧され、前記弾性部材が前記噴孔側へ弾性変形して前記弁ボディの内壁に当接し、前記噴孔を閉塞することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 前記ニードル弁が前記弁座から離座した後、前記副圧力室が減圧し、前記弾性部材が原形状態に復元することを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
4. 前記ニードル弁の前記圧力通路は、前記ニードル弁の軸中心から放射状に複数形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
5. 前記ニードル弁の前記圧力通路は、前記燃料通路側に向けて拡がるテーパー形状に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
6. 前記ニードル弁の前記圧力通路は、前記他方の端部が前記圧力室より反噴孔側で前記燃料通路と連絡することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
7. 前記ニードル弁の前記圧力室は、前記弾性部材側に開口する方向に拡がるテーパー形状に形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の燃料噴射装置。

Images