JP2010090716A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 可動部材の重量を軽減し、応答性を向上させることが可能な燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】 ピストン６１を有底円筒状とする。そして、このピストン６１の円筒部６１ａに、燃料流路部材６２の基端側が収容されるよう構成する。換言すれば、燃料流路部材６２の基端側を取り囲むようにピストン６１を設ける。このとき、燃料流路部材６２は、弁部１０に固定されており、ピストン６１を摺動可能に支持している。また、燃料流路部材６２とピストン６１とで蓄積室７１が形成され、ニードル１２を移動させるための圧力室７２への連通路６５が、燃料流路部材６２に形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、油圧駆動される燃料噴射弁に関する。

従来、高圧ポンプから燃料噴射弁としてのインジェクタに燃料を供給する燃料噴射装置が知られている。このような燃料噴射装置に用いられるインジェクタには、ニードル弁等で構成される弁部材を燃料圧力によってリフトさせる油圧駆動式のものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される燃料噴射弁は、構造の簡略化などを目的として構成されたものである。

特表２００６−５１３３６６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される構造では、可動部材としてのピストンの重量が大きくなってしまうおそれがある。ピストンの重量が大きくなった場合、燃料噴射弁の応答性の悪化が懸念される。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、可動部材の重量を軽減し、応答性を向上させることが可能な燃料噴射弁を提供することにある。

請求項１に記載された燃料噴射弁では、弁部材が、軸方向に移動することで燃料噴射のための噴孔を開放又は閉塞する。弁部材は、一例としてニードルとして具現化される。例えばニードルリフトによって噴孔が開放されて燃料が噴射されるという具合である。また、可動部材はピストンとして具現化される。

ここで特に本発明では、可動部材が有底円筒状となっている。そして、この筒状の可動部材に、流路部材の少なくとも一部が収容される。換言すれば、流路部材の一部を取り囲むように可動部材が設けられている。このとき、流路部材によって、可動部材が摺動可能に支持され、可動部材の底部内面との間に蓄積室が形成される。また、流路部材は、蓄積室とニードルを移動させるための圧力室とを連通する連通路を有している。つまり、軽量化という観点から、可動部材を刳り抜き、ここに収容される流路部材側に必要な構成を配置したのである。このようにすれば、可動部材の重量を軽減することができ、その結果、応答性を向上させることができる。

ところで、燃料噴射弁が車両に取り付けられることを考えると、燃料噴射弁の全長を可及的に短くすることが好ましい。

そこで、請求項２に示すように、弁部材の一部が流路部材に形成された収容部に収容される構成を採用することが望ましい。このようにすれば、収容部へ収容された分だけ、燃料噴射弁の全長を短くすることができる。

本発明の燃料噴射弁は、いわゆる加圧開弁式の燃料噴射弁として構成することが例示される。すなわち、請求項３に示すように、可動部材の摺動により蓄積室の容積が減少し圧力室の圧力が増加することによって、弁部材が噴孔を開放する燃料噴射弁である。

このような構成において、蓄積室の容積減少による圧力室の圧力増加によって燃料がリークされると、その後、蓄積室の容積が増加した際、その内部が負圧になるおそれがある。この場合に燃料中で発泡が起きると、弁部材の開閉動作に支障を来す事態となる。

そこで、請求項４に示すように、流路部材が、その内部に、外部から供給される燃料を蓄積室へ導入可能な燃料導入路及び当該燃料導入路を機能させるチェック弁を有するようにするとよい。このようにすれば、チェック弁の開弁によって外部からの高圧燃料が蓄積室に流入し、蓄積室が負圧となることを抑制できる。しかも、燃料導入路及びチェック弁を流路部材に設けているため、可動部材に設ける場合と比べ、可動部材の全長が大きくなることがなく、燃料噴射弁の全長が大きくなってしまうことがない。

また、燃料噴射弁は、いわゆる減圧開弁式の燃料噴射弁として構成することが例示される。すなわち、請求項５に示すように、可動部材の摺動により蓄積室の容積が増加し圧力室の圧力が減少することによって、弁部材が噴孔を開放する燃料噴射弁である。

このような構成において、請求項６に示すように、可動部材は、外部から供給される燃料を蓄積室へ導入可能な絞り通路を有していることとしてもよい。このようにすれば、蓄積室の燃料圧力を外部の高圧燃料の圧力に追従させることができ、弁部材の開閉動作を安定させることに寄与する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。最初に、加圧開弁式の燃料噴射弁を説明し、次に、減圧開弁式の燃料噴射弁を説明する。
（第１実施形態）
本形態の燃料噴射弁は、例えば直噴式のガソリンエンジンに適用される。図１に示すように、燃料噴射弁１は、弁部１０、弁部１０に対し溶接固定される本体部２０、樹脂成形されたコネクタ部３０、及び、燃料導入部４０を備えている。以下、燃料噴射弁１の軸方向において、弁部１０の側を「先端側」、コネクタ部３０の側を「基端側」という。

弁部１０は、その先端に、燃料を噴射するための噴孔１１を有している。また、弁部１０は、その内部に、ニードル１２を収容支持している。このニードル１２は、噴孔１１を開放又は閉塞する先端側の先端部１２ａと、先端部１２ａの基端側に接続された中間部１２ｂと、さらに基端側の大径部１２ｃとからなる。ここで、先端部１２ａの周囲には、燃料溜まり室１３が形成されている。中間部１２ｂは円筒形状となっており、その外周が弁部１０の内壁に摺動可能に支持されている。また、大径部１２ｃは、中間部１２ｂよりも径の大きな円筒形状であり、基端側へ開口している。

本体部２０は、その内部に、駆動力発生部５０と、圧力制御部６０とを備えている。
駆動力発生部５０は、ピエゾアクチュエータ５１を中心に構成されている。ピエゾアクチュエータ５１は、圧電セラミック層と電極層とを交互に積層したコンデンサ構造を有する一般的なものである。ピエゾアクチュエータ５１の先端側には、押圧部材５２が配置されており、基端側には、端子５３が設けられている。この端子５３を介して、ピエゾアクチュエータ５１は、充放電される。ピエゾアクチュエータ５１は、電気的なエネルギーが充電されることによって軸方向に伸びる。これにより、押圧部材５２が先端側へ移動することになる。一方、ピエゾアクチュエータ５１は、電気的なエネルギーが放電されることによって軸方向に縮む。これにより、押圧部材５２が基端側へ移動することになる。

また、駆動力発生部５０は、筒部材５４、下端蓋部材５５、及び、上端蓋部材５６を有している。下端蓋部材５５は、筒部材５４の先端側に、押圧部材５２を突出させるように配設されている。ここで、押圧部材５２と下端蓋部材５５との間は、シール５７によって液密にシールされている。また、上端蓋部材５６は、筒部材５４の基端側に、端子５３を突出させるように配設されている。この上端蓋部材５６は、本体部２０に溶接されている。かかる構成により、ピエゾアクチュエータ５１は、燃料から隔離される。なお、本形態ではピエゾアクチュエータ５１を用いて構成したが、ピエゾアクチュエータ５１の他に、電磁石又はハイドロリック式や機械式の調節部材を採用してもよい。

圧力制御部６０は、ピストン６１、燃料流路部材６２、及び、スプリング６３、６８等を有している。本形態では、このピストン６１が有底円筒状を呈しており、燃料流路部材６２の一部を内包している点に特徴を有する。なお、圧力制御部６０の構成及び作用については、後に詳述する。

コネクタ部３０は、上述したように樹脂成形されており、本体部２０の基端側に固着されている。コネクタ部３０には、端子３１が埋設されている。この端子３１に、ピエゾアクチュエータ５１の端子５３が電気的に接続されている。これにより、コネクタ部３０の端子３１を介してピエゾアクチュエータ５１が充放電可能となっている。

燃料導入部４０は、燃料導入口４１、及び、燃料導入口４１から本体部２０の内部へ通じる燃料導入路４２を備えている。燃料導入口４１には、図２に示すように、レール９１から吐出される高圧燃料が流入する。レール９１は、高圧ポンプ９２により燃料タンク９３から圧送される燃料を蓄積する。

次に、図２を用いて、上述した圧力制御部６０の構成を説明する。なお、図２は、本形態の燃料噴射弁１の部分構成を示す断面模式図である。繰り返すことになるが、圧力制御部６０は、ピストン６１、燃料流路部材６２、及びスプリング６３、６８などを有している。

ピストン６１は、有底円筒状であり、筒状の円筒部６１ａ及び円筒部６１ａの基端側を閉塞する底部６１ｂを有している。円筒部６１ａは、先端側へ開口している。また、底部６１ｂ外面には、基端側から押圧部材５２が当接している。さらにまた、底部６１ｂには、径外方向へ突出する鍔部６１ｃが形成されている。

燃料流路部材６２は、弁部１０に固定されており、その基端側がピストン６１の円筒部６１ａの内部に収容されている。これにより、ピストン６１を摺動可能に支持する。また、燃料流路部材６２の基端面が、ピストン６１の底部６１ｂ内面との間に、蓄積室７１を形成する。

燃料流路部材６２には、その先端側に、収容部６２ａが形成されている。この収容部６２ａには、上述したニードル１２の大径部１２ｃが収容配置されている。この大径部１２ｃは、収容部６２ａ内において、スプリング８１により基端側へ付勢されるシリンダ８２によって支持されている。このシリンダ８２の先端側には、圧力室７２が形成されている。圧力室７２には、シリンダ８２の径方向外側の流路８３を介し、燃料が導かれる。

スプリング６３は、大径部１２ｃの筒内に一端を係止され、他端が燃料流路部材６２内部の高圧室６２ｂの内壁に係止されている。かかる構成により、ニードル１２を先端側へ付勢する。スプリング６３が収容された高圧室６２ｂからは、径方向へ複数の連通路６４が設けられている。かかる構成により、連通路６４から流入する高圧燃料は、高圧室６２ｂ、ニードル１２の大径部１２ｃの内部、中間部１２ｂの内部を順に経由して、ニードル１２の燃料溜まり室１３へ運ばれる。これにより、ニードル１２が基端側へリフトすると、噴孔１１から燃料が噴射されることになる。

スプリング６８は、一端が燃料流路部材６２の先端側に係止され、他端がピストン６１の鍔部６１ｃに係止されている。かかる構成により、ピストン６１が、基端側へ付勢されることになり、押圧部材５２へ押し付けられる。

ところで、燃料噴射に係る経路について上述したが、この経路とは別に、燃料流路部材６２は、ニードル１２をリフトさせるための燃料流路を有している。これは、上述した蓄積室７１と圧力室７２とを連通するものである。すなわち、燃料流路部材６２は、その内部に軸方向に伸びる複数の連通路６５を有している。連通路６５は、蓄積室７１から、シリンダ８２の径方向外側の流路８３までを接続する。かかる構成により、ピストン６１が先端側へ移動することで蓄積室７１の容積が減少した場合、連通路６５及び流路８３を介して、圧力室７２の燃料圧力が増加する。

また、燃料流路部材６２内部の高圧室６２ｂは、燃料導入路６６を介して蓄積室７１に接続されている。燃料導入路６６は、チェック弁６７によって機能する。具体的には、蓄積室７１が負圧になるとチェック弁６７が開弁し、高圧室６２ｂと蓄積室７１とが連通する。

次に、燃料噴射弁１の作用について説明する。
上述したように、ピエゾアクチュエータ５１が伸びると、押圧部材５２が先端側へ移動して、ピストン６１を先端側へ移動させる。これにより、蓄積室７１の容積が減少すると、圧力室７２の燃料圧力が増加する。そして、ニードル１２の基端側へ向かう力がスプリング６３による先端側への付勢力を上回ると、ニードル１２が基端側へ移動する。その結果、噴孔１１から燃料が噴射される。

一方、ピエゾアクチュエータ５１が縮むと、押圧部材５２が基端側へ移動して、ピストン６１がスプリング６８の付勢力によって基端側へ移動する。これにより、蓄積室７１の容積が増加すると、圧力室７２の燃料圧力が減少する。そして、スプリング６３による先端側への付勢力がニードル１２の基端側へ向かう力を上回ると、ニードル１２が先端側へ移動する。その結果、噴孔１１からの燃料噴射が停止される。

なお、このような燃料噴射が繰り返されて燃料のリークが生じた場合、蓄積室７１が負圧になることが考えられる。このときは、チェック弁６７が開弁し、燃料導入路６６を介して蓄積室７１の圧力が高圧室６２ｂの圧力と同様になる。

本形態におけるニードル１２が「弁部材」を構成し、ピストン６１が「可動部材」を構成し、燃料流路部材６２が「流路部材」を構成する。

以上説明したように、本形態では、ピストン６１が有底円筒状となっている。そして、このピストン６１の円筒部６１ａに、燃料流路部材６２の基端側が収容される。換言すれば、燃料流路部材６２の基端側を取り囲むようにピストン６１が設けられている。このとき、燃料流路部材６２は、弁部１０に固定されており、ピストン６１を摺動可能に支持している。また、燃料流路部材６２とピストン６１とで蓄積室７１が形成され、ニードル１２を移動させるための圧力室７２への連通路６５が、燃料流路部材６２に形成されている。つまり、軽量化という観点から、ピストン６１を刳り抜き、ここに収容される燃料流路部材６２側に必要な構成を配置したのである。このようにすれば、ピストン６１の重量を軽減することができ、その結果、応答性を向上させることができる。

また、燃料噴射弁１の全長は極力短くすることが好ましいが、本形態では、燃料流路部材６２の先端側に収容部６２ａが形成されており、この収容部６２ａに、ニードル１２の大径部１２ｃが収容されている。これによって、収容部６２ａへ収容された分だけ、燃料噴射弁１の全長を短くすることができる。

さらにまた、本形態では、燃料流路部材６２内部の高圧室６２ｂが、燃料導入路６６を介して蓄積室７１に接続されている。燃料導入路６６は、チェック弁６７の開弁によって開放される。したがって、チェック弁６７の開弁によって高圧室６２ｂからの燃料が蓄積室７１に流入し、蓄積室７１が負圧となることを抑制できる。しかも、燃料導入路６６及びチェック弁６７を燃料流路部材６２に設けているため、ピストン６１に設ける場合と比べ、ピストン６１の全長が大きくなることがなく、燃料噴射弁１の全長が大きくなってしまうことがない。

（第２実施形態）
図３は、燃料噴射弁２の部分構成を示す断面模式図である。本形態の燃料噴射弁２は、減圧開弁式のものである。
本形態における弁部１００も、上記形態と同様、ニードル１２０を収容支持している。このニードル１２０は、噴孔１１０を開放又は閉塞する先端側の先端部１２０ａと、先端部１２０ａの基端側に接続された中間部１２０ｂと、さらに基端側の大径部１２０ｃとからなる。ここで、先端部１２０ａの周囲には、燃料溜まり室１３０が形成されている。中間部１２０ｂは円筒形状となっており、その外周が弁部１００の内壁に摺動可能に支持されている。また、大径部１２０ｃは中間部１２０ｂよりも径の大きな円柱形状である。

本体部２００は、駆動力発生部５００、及び、圧力制御部６００を有している。駆動力発生部５００の構成は、上記形態と同様である。圧力制御部６００は、ピストン６１０、燃料流路部材６２０、及び、スプリング６３０、６８０などを有している。

ピストン６１０は、有底円筒状であり、筒状の円筒部６１０ａ及び円筒部６１０ａの基端側を閉塞する底部６１０ｂを有している。円筒部６１０ａは、先端側へ開口している。また、底部６１０ｂ外面には、基端側から押圧部材５２０が当接している。さらにまた、底部６１０ｂには、径外方向へ突出する鍔部６１０ｃが形成されている。

燃料流路部材６２０は、弁部１００に固定されており、その基端側がピストン６１０の円筒部６１０ａの内部に収容されている。これにより、ピストン６１０を摺動可能に支持する。また、燃料流路部材６２０の基端面が、ピストン６１０の底部６１０ｂ内面との間に、蓄積室７１０を形成する。なお、図３では、ピストン６１０が基端側へ移動することで、蓄積室７１０が形成されることになる。

燃料流路部材６２０には、その先端側に、収容部６２０ａが形成されている。この収容部６２０ａには、上述したニードル１２０の大径部１２０ｃ及び中間部１２０ｂの一部が収容配置されている。

この収容部６２０ａからは、径方向に複数の連通路６４０が設けられている。また、収容部６２０ａに収容されるニードル１２０には、貫通穴１２１が設けられている。かかる構成により、連通路６４０から高圧燃料が流入し、収容部６２０ａ、ニードル１２の貫通穴１２１、中間部１２０ｂの内部を順に経由して、ニードル１２０の燃料溜まり室１３０へ運ばれる。これにより、ニードル１２０が基端側へリフトすると、噴孔１１０から燃料が噴射されることになる。なお、ニードル１２０は、高圧燃料によって常時、基端側へ付勢されている。

スプリング６８０は、一端が燃料流路部材６２０の先端側に係止され、他端がピストン６１０の鍔部６１０ｃに係止されている。かかる構成により、ピストン６１０が、基端側へ付勢され、押圧部材５２０に押し付けられることになる。

スプリング６３０は、大径部１２０ｃの基端面に一端を係止され、他端が燃料流路部材６２０内部の圧力室７２０の内壁に係止されている。かかる構成により、ニードル１２０を先端側へ付勢する。圧力室７２０は、連通路６５０を介して、蓄積室７１０と連通している。これにより、ピストン６１０が基端側へ移動することで蓄積室７１０の容積が増加した場合、連通路６５０を介して、圧力室７２０の燃料圧力が減少する。

次に、燃料噴射弁２の作用について説明する。
ピエゾアクチュエータ５１０が縮むと、押圧部材５２０が基端側へ移動して、ピストン６１０はスプリング６８０の付勢力により基端側へ移動する。これにより、蓄積室７１０の容積が増加すると、圧力室７２０の燃料圧力が減少する。そして、ニードル１２０の基端側へ向かう力がスプリング６３による先端側への付勢力及び圧力室７２０による先端側への力を上回ると、ニードル１２０が基端側へ移動する。その結果、噴孔１１０から燃料が噴射される。

一方、ピエゾアクチュエータ５１０が伸びると、押圧部材５２０が先端側へ移動して、ピストン６１０が先端側へ移動する。これにより、蓄積室７１０の容積が減少すると、圧力室７２０の燃料圧力が増加する。そして、スプリング６３０による先端側への付勢力ととともにニードル１２０の基端側へ向かう力を上回ると、ニードル１２０が先端側へ移動する。その結果、噴孔１１０からの燃料噴射が停止される。

なお、本形態におけるニードル１２０が「弁部材」を構成し、ピストン６１０が「可動部材」を構成し、燃料流路部材６２０が「流路部材」を構成する。

以上説明したように、本形態では、ピストン６１０が有底円筒状となっている。そして、このピストン６１０の円筒部６１０ａに、燃料流路部材６２０の基端側が収容される。換言すれば、燃料流路部材６２０の基端側を取り囲むようにピストン６１０が設けられている。このとき、燃料流路部材６２０は、弁部１００に固定されており、ピストン６１０を摺動可能に支持している。また、燃料流路部材６２０とピストン６１０とで蓄積室７１０が形成され、ニードル１２０を移動させるための圧力室７２０への連通路６５０が、燃料流路部材６２０に形成されている。これにより、つまり、軽量化という観点から、ピストン６１０を刳り抜き、ここに収容される燃料流路部材６２０側に必要な構成を配置したのである。このようにすれば、ピストン６１０の重量を軽減することができ、その結果、応答性を向上させることができる。

また、燃料噴射弁２の全長は極力短くすることが好ましいが、本形態では、燃料流路部材６２０の先端側に収容部６２０ａが形成されており、この収容部６２０ａに、ニードル１２０の大径部１２０ｃ及び中間部１２０ｂの一部が収容されている。これによって、収容部６２０ａへ収容された分だけ、燃料噴射弁２の全長を短くすることができる。

なお、本形態において、ピストン６１０の底部６１０ｂに破線で示すようなオリフィス６９０を設けるようにしてもよい。このようにすれば、蓄積室７１０の燃料圧力を高圧燃料の燃料圧力に追従させることができ、ニードル１２０の開閉動作を安定させることに寄与する。

以上、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施できる。

第１実施形態の燃料噴射弁の構成を示す概略断面図である。 第１実施形態の燃料噴射弁の部分構成を示す断面模式図である。 第２実施形態の燃料噴射弁の部分構成を示す断面模式図である。

符号の説明

１、２…燃料噴射弁、１０、１００…弁部、１１、１１０…噴孔、１２、１２０…ニードル（弁部材）、１２ａ、１２０ａ…先端部、１２ｂ、１２０ｂ…中間部、１２ｃ、１２０ｃ…大径部、１３、１３０…燃料溜まり室、２０、２００…本体部、３０…コネクタ部、３１…端子、４０…燃料導入部、４１…燃料導入口、４２…燃料導入路、５０、５００…駆動力発生部、５１、５１０…ピエゾアクチュエータ、５２、５２０…押圧部材、５３…端子、５４…筒部材、５５…下端蓋部材、５６…上端蓋部材、６０、６００…圧力制御部、６１、６１０…ピストン（可動部材）、６１ａ、６１０ａ…円筒部、６１ｂ、６１０ｂ…底部、６１ｃ、６１０ｃ…鍔部、６２、６２０…燃料流路部材（流路部材）、６２ａ、６２０ａ…収容部、６２ｂ…高圧室、６３、６８、６３０、６８０…スプリング、６４、６５、６４０、６５０…連通路、６６…燃料導入路、６７…チェック弁、７１、７１０…蓄積室、７２、７２０…圧力室、８１…スプリング、８２…シリンダ、８３…流路、９１…レール、９２…高圧ポンプ、９３…燃料タンク、１２１…貫通穴、６９０…オリフィス

Claims (6)

1. 軸方向に移動することで燃料噴射のための噴孔を開放又は閉塞する弁部材と、
   軸方向へ摺動可能に支持される有底円筒状の可動部材と、
   少なくとも一部が前記可動部材に収容されることで、前記可動部材を摺動可能に支持すると共に前記可動部材の底部内面との間に燃料が蓄積される蓄積室を形成し、当該蓄積室と前記弁部材を移動させるための圧力室とを連通する連通路を有する流路部材と、
   を備えてい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、
   前記弁部材は、その一部が前記流路部材に形成された収容部に収容されていることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１又は２に記載の燃料噴射弁において、
   前記可動部材の摺動により前記蓄積室の容積が減少し前記圧力室の圧力が増加することによって、前記弁部材が噴孔を開放することを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項３に記載の燃料噴射弁において、
   前記流路部材は、その内部に、外部から供給される燃料を前記蓄積室へ導入可能な燃料導入路及び当該燃料導入路を機能させるチェック弁を有していることを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項１又は２に記載の燃料噴射弁において、
   前記可動部材の摺動により前記蓄積室の容積が増加し前記圧力室の圧力が減少することによって、前記弁部材が噴孔を開放することを特徴とする燃料噴射弁。
6. 請求項５に記載の燃料噴射弁において、
   前記可動部材は、外部から供給される燃料を前記蓄積室へ導入可能な絞り通路を有していることを特徴とする燃料噴射弁。

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