JP2010001871A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の内圧を受ける第１ボディの強度を確保する燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】内部にニードルを収容する第１ボディ２は、その反噴孔面２０１に第２ボディが当接する。回り止めピン６は、第１ボディ２と第２ボディとの周方向の相対移動を規制する。第１ボディ２の径方向に対応する回り止めピン６の厚さをｔ、第１ボディ２の周方向に対応する回り止めピン６の長さをｗとすると、ｗ＞ｔである。このため、回り止めピン６は、第２ボディと第１ボディ２との周方向の位置決め、および回り止めを確実にすることができる。さらに、第１凹溝１１の径方向の大きさを小さくする。このため、第１凹溝１１を有する第１ボディ２の径方向の肉厚ｌを大きくすることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関に燃料を供給する燃料噴射装置に関する。

従来より、ディーゼルエンジンの気筒に燃料を供給する燃料噴射装置では、特許文献１に示すように、噴孔を有する第１ボディと、この第１ボディの軸方向反噴孔面に第２ボディとを組付けるとき、第１ボディに形成される第１凹溝と第２ボディに形成される第２凹溝とに円柱状の回り止めピンを係合することで、第１ボディと第２ボディが周方向に相対移動することを規制している。
特許文献２に示すように、ニードルの反噴孔側にニードルを高速で作動する圧力制御室を有するセンターフィード式の燃料噴射装置では、圧力制御室を形成するシリンダを第１ボディとニードルとの間に設けることで、第１ボディの径方向の肉厚が薄くなる。
また、特許文献３に示すように、径方向の内側にインナーニードルを、径方向の外側にアウターニードルを設け、各ニードルに対応する第１噴孔群および第２噴孔群を、エンジンの負荷に応じて選択的に開閉することで噴孔の開口面積を可変にし、排ガスに含まれる有害物質の低減およびエンジンの高出力運転の両立を図る可変噴孔式の燃料噴射装置（ＶＡＮ：Variable flow Area Nozzle）が公知である。このようなＶＡＮでは、ニードルを二重に設けることで、ニードルの径が大きくなり、第１ボディの径方向の肉厚が薄くなる。
一方、噴霧の微粒化のため、第１ボディ内に供給される燃料の圧力を大きくする要求があることから、内圧を受ける第１ボディの強度を確保するために第１ボディの径方向の肉厚は厚くすることが望ましい。しかし、第１ボディの肉厚を確保するため、回り止めピンを細くすると、回り止めピンが破損する可能性がある。

特開２００２−２４２７９６号公報 特開２００３−５０６６２２号公報 特開２００５−３２０９０４号公報

本発明の目的は、第１ボディと第２ボディとの周方向の位置決めを確実にする燃料噴射装置を提供することにある。
本発明の目的は、燃料の内圧を受ける第１ボディの強度を確保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、第１ボディは有底筒状に形成され、内部にニードルを収容する。第２ボディは、第１ボディの反噴孔面に当接する。回り止めピンは、第１ボディと第２ボディとの周方向の移動を規制する。第１ボディの径方向に対応する回り止めピンの厚さをｔ、第１ボディの周方向に対応する回り止めピンの長さをｗとすると、ｗ＞ｔである。このため、回り止めピンは、第１ボディと第２ボディとの周方向の位置決め、および回り止めを確実にすることができる。さらに、第１凹溝の径方向の大きさを小さくし、第１凹溝を有する第１ボディの径方向の肉厚を大きくする。これにより、第１ボディ内に供給される燃料の圧力に対し、第１ボディの強度を確保することができる。

請求項２に記載の発明によると、回り止めピンは、第１ボディの外壁の径外方向に露出している。これにより、第１凹溝ピン溝を第１ボディの径外方向に開口して形成することができる。この結果、第１ボディの径方向の肉厚を連続して確保することができる。

請求項３に記載の発明によると、第１ボディとニードルとの間にスリーブを備える。また、請求項４に記載の発明によると、第１ボディとニードルとの間に付勢手段を備える。このため、第１ボディの内径が大きくなり、径方向の肉厚が薄くなる場合であっても、第１凹溝の径方向の距離を小さくすることで、第１ボディの径方向の肉厚を確保することができる。

請求項５に記載の発明によると、さらに、ニードルは、円筒状のアウターニードルと、アウターニードルの内側に収容されるインナーニードルとを有する。このため、アウターニードルの外径が大きくなり、その分、第１ボディの肉厚が薄くなる。この場合においても、第１凹溝の径方向の距離を小さくすることで、第１ボディの径方向の肉厚を確保することができる。
請求項６に記載の発明によると、回り止めピンにより、第２ボディに対する第１ボディの周方向の位置が定まることで、噴射方向を決定することができる。

請求項７に記載の発明によると、第１ボディに形成される第１凹溝の径方向の端面は、第１ボディの軸中心からの距離を一定にした円弧形状に形成されている。このため、第１凹溝を形成する第１ボディの径方向の肉厚を均一に確保することができる。
請求項８に記載の発明によると、回り止めピンは、第１ボディと一体で形成され、第２ボディに形成される第２凹溝と係合する。このため、第１ボディに第１凹溝を形成することなしに、第２ボディと第１ボディとの周方向の移動を規制することができるので、第１ボディの径方向の肉厚を確保することができる。
なお、請求項８に記載の発明に対し、請求項３〜６に示す構成を採用しても良い。

請求項９に記載の発明によると、回り止めピンは、第１ボディの径方向に対向しない２箇所に設けられる。これにより、第１ボディと第２ボディとを誤った向きに組付けることを防止できる。

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４に示す。
本実施例のインジェクタ１０は、コモンレール式の燃料噴射システムに適用される。インジェクタ１０は、図示しないディーゼルエンジンのシリンダヘッドに挿入して搭載され、各気筒の内部へ燃料を直接噴射する。インジェクタ１０は、図２に示すように、第１ボディ２、アウターニードル３、インナーニードル４、第２ボディ５、回り止めピン６、リテーニングナット７、シリンダ８、付勢手段としての第１スプリング９等を備えている。

第１ボディ２は、例えば炭素鋼等の金属材料によって有底筒状に形成されている。第１ボディ２の底側には、第１ボディの外壁と内壁とを連通する第１噴孔群２３および第２噴孔群２４が形成されている。第２噴孔群２４は、第１噴孔群２３よりも第１ボディ２の軸中心側に設けられ、その開口断面積を第１噴孔群よりも大きく形成されている。第１、第２噴孔群２３、２４は、第１ボディ２の周方向に所定の間隔で複数形成されている。

アウターニードル３は、筒状に形成され、第１ボディ２の内側で軸方向へ往復移動可能に収容されている。アウターニードル３には、第１ボディ２の内壁３６と摺接する摺接面３２が形成されている。摺接面３２の周方向には通路部３３が形成されている。アウターニードル３の径内方向の外壁と、第１ボディ２の径外方向の内壁２２、３６とにより燃料通路２５が形成されている。アウターニードル３の噴孔側の端部には、第１ボディ２の弁座２１に着座および離座するシート部３１が形成されている。アウターニードル３は、シート部３１を弁座２１に着座および離座することで、第１噴孔群２３を開閉する。

インナーニードル４は、略丸棒状に形成され、アウターニードル３の径内側に、アウターニードル３と同軸に軸方向へ往復移動可能に収容されている。インナーニードル４は、アウターニードル３の径内方向の内壁と液密に摺接する摺接面４２を形成している。インナーニードル４の噴孔側の端部には、弁座２１に着座および離座するシート部４１が形成されている。インナーニードル４は、シート部４１を弁座２１に着座および離座することで、第２噴孔群２４を開閉する。

第２ボディ５、第３ボディ７１および第４ボディ７２は、共に円筒状に形成され、第１ボディの反噴孔側にこの順で当接している。第２ボディ５は、燃料通路２５と連通する燃料通路５１を内部に有している。第２ボディ５は、凹部５３および一端を凹部５３に開口する燃料通路５２を有している。
第３ボディ７１は、燃料通路５１と連通する燃料通路９２、９３、および燃料通路５２と連通する燃料通路９４を有している。第４ボディ７２は、燃料通路９２と連通する燃料通路９１、燃料通路９３、９４と連通するバルブ室９９、およびバルブ室９９と連通する燃料通路９５を有している。バルブ室９９にはバルブ９６が収容され、第３スプリング９７によって反噴孔側へ付勢されている。燃料通路９５には燃料絞り８９が設けられている。

回り止めピン６は、略角柱形状に形成され、一端を第１ボディ２の反噴孔面２０１に形成される第１凹溝１１に係合し、他端を第２ボディ５の噴孔側の面に形成される第２凹溝５４に係合している。回り止めピン６は、第１ボディ２と第２ボディ５との相対移動を規制することでインジェクタ１０の噴射方向を決定する。回り止めピン６と第１ボディ２との詳細については後述する。
第２ボディ５と第３ボディ７１との間、および第３ボディ７１と第４ボディ７２との間には相対移動を規制する図示しない回り止めピンが係合している。
リテーニングナット７は、円筒状に形成され、内側に段差７３が形成されている。第１ボディ２の外側に形成された段差２６とリテーニングナット７の段差７３が当接し、リテーニングナット７が締め付けられることで、第１〜第４ボディ２、５、７１、７２は軸方向に結合する。

シリンダ８は、円筒状に形成され、アウターニードル３の反噴孔側の外壁に液密に摺接している。第１スプリング９は、一端がアウターニードル３の径外側に嵌合する円環状のスプリングシート２７に当接し、他端がシリンダ８に当接している。第１スプリング９は、アウターニードル３とシリンダ８とを引き離す方向に付勢している。このため、シリンダ８は、第２ボディ５の噴孔側の面と液密に当接する。
第２ボディ５の凹部５３、シリンダ８の内壁、インナーニードル４の摺接面４２よりも反噴孔側におけるインナーニードル４の外壁およびアウターニードル３の内壁によって圧力制御室５５が形成されている。

第２スプリング９０は、圧力制御室５５内に収容され、一端を凹部５３の反噴孔側の壁に当接し、他端をインナーニードル４の径外方向に突出して形成されたフランジ４３に当接している。第２スプリング９０は、インナーニードル４を噴孔の方向へ付勢している。以下、噴孔の方向を噴孔方向と称し、噴孔とは反対の方向を反噴孔方向と称する。

次に、インジェクタ１０の作動について説明する。
第１ボディ２の燃料通路２５には、コモンレールから燃料通路９１、９２、５１を経由し、高圧燃料が常に供給されている。図示しないピエゾスタックに充電されずピエゾスタックが軸方向に収縮しているとき、これに接続しているピン９８およびバルブ９６は第３スプリング９７の付勢力によって反噴孔方向へ位置している。このとき、燃料通路９３と燃料通路９４とが連通し、燃料通路９１、９２、９３、バルブ室９９、および燃料通路９４、５２を経由して圧力制御室５５に燃料が供給される。燃料通路２５および圧力制御室５５に供給される燃料の圧力は、例えば、２００ＭＰａである。

圧力制御室５５に供給された燃料は、アウターニードル３およびインナーニードル４の反噴孔側の端面３５、４４等に作用し、アウターニードル３およびインナーニードル４を噴孔方向へ付勢する。一方、燃料通路２５に供給された燃料は、アウターニードル３に形成される受圧面３４等に作用し、アウターニードル３を反噴孔方向へ付勢する。圧力制御室５５の燃料の圧力および第１、第２スプリング９、１０の付勢力と、燃料通路２５の燃料の圧力とのバランスにより、アウターニードル３およびインナーニードル４は弁座に着座し、第１、第２噴孔群２３、２４を閉塞する。

ＥＣＵの指令により、ピエゾスタックに充電が開始され、ピエゾスタックが軸方向に伸長すると、これに接続しているピン９８およびバルブ９６が第３スプリング９７の付勢力に抗して噴孔方向へ移動する。バルブ９６が第３ボディ７１と当接すると、燃料通路９３と燃料通路９４との連通が遮断され、燃料通路９４と燃料通路９５とが連通する。このため、圧力制御室５５内の燃料は、燃料通路５２、９４、バルブ室９９および燃料通路９５を経由して徐々に排出される。
圧力制御室５５内の燃料の圧力が小さくなると、アウターニードル３が反噴孔方向へ移動し、アウターニードル３の反噴孔側の端面３５とインナーニードル４のフランジ４３とが当接する。アウターニードル３が弁座２１から離座すると、燃料通路２５と第１噴孔群２３とが連通し、第１噴孔群２３から燃料が噴射される。
さらに圧力制御室５５内の燃料の圧力が小さくなると、インナーニードル４はアウターニードル３と一体で反噴孔方向へ移動する。インナーニードル４が弁座２１から離座すると、燃料通路２５と第２噴孔群２４とが連通し、第１、第２噴孔群２３、２４から燃料が噴射される。

ＥＣＵの指令により、ピエゾスタックの放電が開始され、ピエゾスタックが軸方向に収縮すると、上記同様、圧力制御室５５内に燃料が供給される。圧力制御室５５内の燃料の圧力が大きくなると、アウターニードル３とインナーニードル４とが一体で噴孔方向へ移動する。インナーニードル４が弁座２１に着座すると、第２噴孔群２４から燃料の噴射が停止する。さらに圧力制御室５５内の燃料の圧力が大きくなると、アウターニードル３が噴孔方向へ移動する。アウターニードル３が弁座２１に着座すると、第１噴孔群２３から燃料の噴射が停止する。
エンジンの負荷に応じて圧力制御室５５内の圧力を制御することで、第１、第２噴孔群２３、２４から燃料を噴射し、または第１噴孔群２３のみから燃料を噴射することが可能である。

次に、第１ボディ２および回り止めピン６について詳細に説明する。
第１ボディ２は、図１および図２に示すように、大径部２８と小径部２９とを備える。大径部２８は、内部にインナーニードル４、アウターニードル３、シリンダ８および第１、第２スプリング９、１０を収容している。小径部２９は、内部にインナーニードル４およびアウターニードル３を収容している。このため、大径部２８の内壁２２は、小径部２９の内壁３６より径外方向に大きく形成されている。第１ボディ２の燃料通路２５には高圧燃料が供給され、第１ボディ２を径外方向に押し広げる力が加わる。このため、大径部２８の外壁３７は、小径部２９の外壁３８より径外方向に大きく形成され、所定の肉厚を有している。

回り止めピン６は、第１ボディ２の外壁３７に適合するように湾曲した略矩形に形成されている。回り止めピン６は、第１ボディ２の径外側に設けられている。回り止めピン６の一方の面６８は、第１ボディ２の外壁３７の径外方向に露出している。回り止めピン６は、第１ボディ２の径方向に対向しない２箇所に設けられている。大径部２８の外壁３７には、回り止めピン６が係合する第１凹溝１１が形成されている。

図４に示すように、回り止めピン６は、横断面が略矩形の扇状に形成されている。第１凹溝１１は、回り止めピン６の形状に適合するように形成されている。第１凹溝１１の面１４は、径外方向へ湾曲して形成され、軸中心からの距離を一定にしている。第１ボディ２の周方向および径方向において、回り止めピン６と第１凹溝１１との隙間は一定の距離となっている。回り止めピン６の面６６と第１凹溝１１の面１２とが当接し、回り止めピン６の面６７と第２ボディの第２凹溝５４とが当接し、第１ボディ２の第２ボディ５に対する図３の反時計回り方向の移動が規制される。または、回り止めピン６の面６７と第１凹溝１１の面１３が当接し、回り止めピン６の面６６と第２ボディの第２凹溝５４とが当接し、第１ボディ２の第２ボディ５に対する図３の時計回り方向の移動が規制される。

回り止めピン６は、第１ボディ２の周方向に対応する長さｗが、第１ボディ２の径方向に対応する厚さｔより大きく形成されている。特に、第１ボディ２の周方向に対応する長さｗを、第１ボディ２の径方向に対応する厚さｔの２倍より大きく既定することが望ましい。回り止めピン６の長さｗが大きくなると第１ボディ２の周方向に作用する力に対するせん断強度が大きくなる。回り止めピン６の厚さｔが小さくなると、これに対応する第１凹溝１１の径方向の距離が小さくなる。これにより、大径部２８の内壁２２と、第１凹溝１１の径内側の面との距離ｌが大きくなる。この結果、大径部２８は、第１ボディ２の内部に供給される燃料の圧力に対応して距離ｌを大きくすることができる。

本実施形態によると、第１ボディ２の内部にアウターニードル３とインナーニードル４を収容するＶＡＮにおいて、回り止めピン６をｗ＞２ｔに既定している。このため、第１ボディ２の周方向に作用する力に対する回り止めピン６のせん断強度を大きくし、噴孔の向きを決定することができる。さらに、第１ボディ２の内部に供給される燃料の内圧を受ける第１ボディ２の強度を確保することができる。

（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の第１ボディ２および回り止めピン６を図５に示す。第１実施形態と実質的に同一の構成部分について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、回り止めピン６１は、横断面が楕円形に形成され、第１ボディ２の径外側に設けられている。この楕円形の曲率は、回り止めピン６１の外壁６９が第１ボディ２の径外方向の外壁３７に対応するように既定されている。本実施形態においても、回り止めピン６の横断面の長軸の長さｗは、短軸の厚さｔより大きく形成されている。特に、ｗ＞２ｔに既定することが望ましい。回り止めピン６の厚さｔに対応して第１凹溝１１の径方向の距離が小さくなり、大径部２８の径方向の肉厚が大きくなる。
本実施形態によると、第１ボディ２へ回り止めピン６１を組付けるとき、第１凹溝１１を構成する壁面１２、１３、１４に回り止めピン６１が接触することが抑制される。このため、第１ボディ２と第２ボディ５との組付けが容易にできる。
さらに、回り止めピン６１の体格を小さくすることができる。

（第３、第４実施形態）
本発明の第３、第４実施形態によるインジェクタの第１ボディ２および回り止めピン６をそれぞれ図６、図７に示す。第１、第２実施形態と実質的に同一の構成部分について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、回り止めピン６２が角柱状に形成されている。第４実施形態では、回り止めピン６３が円柱状に形成されている。回り止めピン６２、６３は第１ボディ２と同一材料から切削により一体で形成されている。
第３、第４実施形態では、第１ボディ２と回り止めピン６２、６３とが連続要素となっているので、第１ボディ２の周方向に作用する力に対する回り止めピン６２、６３のせん断強度を確保することができる。
さらに、第１ボディ２に第１凹溝を形成しないので、大径部２８の径方向の肉厚を確保し、第１ボディ２の内部に供給される燃料の圧力に対する第１ボディ２の強度を確保することができる。

（他の実施形態）
上述した複数の実施形態では、第１ボディの直径方向に対向しない位置で回り止めピンを２箇所に設けた。これに対し、第１ボディの周方向に作用する力に対し、回り止めピンのせん断強度を確保可能であれば、回り止めピンを１箇所に設けても良い。
上述した複数の実施形態では、コモンレール式のディーゼルエンジンに適用したインジェクタについて説明した。これに対し、本発明は、他の形式のディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンに適用しても良い。
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、種々の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態によるインジェクタの要部を示す模式図。 本発明の第１実施形態によるインジェクタを示す断面図。 図１のIIIの方向から見た平面図。 図３のIV部分の拡大図。 本発明の第２実施形態によるインジェクタの要部拡大図。 本発明の第３実施形態によるインジェクタの要部を示す模式図。 本発明の第４実施形態によるインジェクタの要部を示す模式図。

符号の説明

２：第１ボディ、３：アウターニードル、４：インナーニードル、５：第２ボディ、６：回り止めピン、７：リテーニングナット、８：シリンダ、９：第１スプリング、１１：第１凹溝、２１：弁座、２３：第１噴孔群、２４：第２噴孔群、２５：燃料通路、２８：大径部、２９：小径部、５１燃料通路、５４：第２凹溝、５５：圧力制御室

Claims (9)

1. 有底筒状に形成され、筒内に燃料通路を形成し、底側に前記燃料通路と連通する噴孔を有し、内壁に弁座を有する第１ボディと、
   前記第１ボディの内部に軸方向に往復移動可能に収容され、前記弁座に着座および離座することで前記噴孔を開閉するニードルと、
   前記第１ボディの反噴孔面に当接し、前記第１ボディの前記燃料通路と連通する燃料通路を形成する第２ボディと、
   一端を前記第１ボディに形成される第１凹溝に係合し、他端を前記第２ボディに形成される第２凹溝に係合し、前記第１ボディと前記第２ボディとの周方向の移動を規制する回り止めピンと、を備え、
   前記第１ボディの径方向に対応する前記回り止めピンの厚さをｔ、前記第１ボディの周方向に対応する前記回り止めピンの長さをｗとすると、ｗ＞ｔであることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記回り止めピンは、前記第１ボディの外壁の径外方向に露出していることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. さらに、前記第１ボディに形成される前記第１凹溝の径内側で前記ニードルの外壁に設けられ、前記ニードルの往復移動を制御する圧力制御室を形成するシリンダを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
4. さらに、一端が前記シリンダの軸方向噴孔側の端部に当接し、他端が前記ニードルの反噴孔側の端部に当接し、前記ニードルを前記噴孔側へ付勢する付勢手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 前記第１ボディの噴孔は、第１噴孔群と、第１噴孔群より軸中心に近い第２噴孔とを有し、
   前記ニードルは、前記第１噴孔群を開閉する円筒状のアウターニードルと、
   前記アウターニードルの内側に収容され、前記第２噴孔群を開閉するインナーニードルと、を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
6. 前記回り止めピンは、前記第２ボディに対する前記第１ボディの周方向の位置を定めることで前記噴射方向を決定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
7. 前記第１ボディに形成される前記第１凹溝の径方向の端面は、前記第１ボディの軸中心からの距離を一定にした円弧形状に形成されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
8. 有底筒状に形成され、筒内に燃料通路を形成し、底側に前記燃料通路と連通する噴孔を有し、内壁に弁座を有する第１ボディと、
   前記第１ボディの内部に軸方向に往復移動可能に収容され、前記弁座に着座および離座することで前記噴孔を開閉するニードルと、
   前記第１ボディの反噴孔面に当接し、前記第１ボディの前記燃料通路と連通する燃料通路を形成する第２ボディと、
   前記第１ボディと一体で形成され、前記第２ボディに形成される第２凹溝と係合することで前記第１ボディと前記第２ボディとの周方向の移動を規制する回り止めピンと、
   を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
9. 前記回り止めピンは、前記第１ボディの径方向に対向しない２箇所に設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

Images