JP2010223199A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】開弁作動時に油密室と高圧燃料通路間でリークする燃料の量を抑制するようにした直動式の燃料噴射弁において、シリンダの加工および固定ピストンの組み付けを容易にする。
【解決手段】ピエゾアクチュエータ１４により駆動されるシリンダ２３に、ニードルピストン部１３２を挿入するとともに、固定ピストン２２を挿入し、ニードルピストン部１３２と固定ピストン２２との間に油密室２７を形成する。そして、ピエゾアクチュエータ１４の伸縮により油密室２７の容積を変化させてノズルニードル１３を駆動する。また、固定ピストン２２を、保持スプリング２６により固定プレート２１に位置決め保持して、固定ピストン２２にその周方向および径方向への自由度を持たせているため、固定ピストン２２がシリンダ２３の孔位置に倣って組み付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料を内燃機関に噴射するための燃料噴射弁に関する。

ピエゾアクチュエータの駆動力を油圧もしくは機械的な機構を介してノズルニードルへ伝えることでノズルニードルを駆動する燃料噴射弁を、直動式と称している（特許文献１参照）。そして、直動式にすることにより、開閉弁時共にアクチュエータ追従性の良い燃料噴射弁が得られる。

しかしながら、特許文献１に示された燃料噴射弁は、高圧燃料通路と油密室との間に３箇所の摺動部クリアランスがあるため、開弁作動時にそれらのクリアランスを介して油密室から高圧燃料通路にリークする燃料の量が多くなってしまい、駆動伝達効率が低下するという問題があった。

特表２００７−５００３０４号公報

そこで本発明者は、特願２００７−２３２３７９にて、開弁作動時に油密室と高圧燃料通路間でリークする燃料の量を抑制するために、高圧燃料通路と油密室との間の摺動部クリアランスが２箇所となる直動式の燃料噴射弁（以下、先願の燃料噴射弁という）を提案した。

この先願の燃料噴射弁は、２つのシリンダガイド孔を有するシリンダがピエゾアクチュエータにより駆動され、一方のシリンダガイド孔に摺動自在に挿入される固定ピストンがボデーに固定され、他方のシリンダガイド孔にノズルニードルのニードルピストン部が摺動自在に挿入され、シリンダ内において固定ピストンとニードルピストン部との間に油密室が区画形成され、ピエゾアクチュエータの伸長に伴うシリンダの移動により油密室の容積を変化させてノズルニードルを駆動するようになっている。

しかしながら、この先願の燃料噴射弁の構造では、シリンダにおける２つのシリンダガイド孔の同軸精度や、固定ピストンの組み付け位置精度が高いレベルで必要となるため、シリンダの加工および固定ピストンの組み付けが容易ではなく、高コストとなる。

本発明は上記点に鑑みて、開弁作動時に油密室と高圧燃料通路間でリークする燃料の量を抑制するようにした直動式の燃料噴射弁において、シリンダの加工および固定ピストンの組み付けを容易にすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電荷の充放電により伸縮するピエゾアクチュエータ（１４）と、シリンダ第１ガイド孔（２３０）およびこのシリンダ第１ガイド孔（２３０）よりも小径のシリンダ第２ガイド孔（２３１）が形成され、ピエゾアクチュエータ（１４）により駆動されるシリンダ（２３）と、ボデー（１０、１１）に固定された固定プレート（２１）と、シリンダ第１ガイド孔（２３０）に摺動自在に挿入される固定ピストン（２２）と、固定ピストン（２２）を固定プレート（２１）に向かって付勢して、固定ピストン（２２）を固定プレート（２１）に位置決め保持する保持スプリング（２６）とを備え、ノズルニードル（１３）の後端部に形成されたニードルピストン部（１３２）がシリンダ第２ガイド孔（２３１）に摺動自在に挿入され、シリンダ（２３）内においてニードルピストン部（１３２）と固定ピストン（２２）との間に油密室（２７）が区画形成され、ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴うシリンダ（２３）の移動により、油密室（２７）の容積が拡大してノズルニードル（１３）が開弁作動し、ピエゾアクチュエータ（１４）の収縮に伴うシリンダ（２３）の移動により、油密室（２７）の容積が縮小してノズルニードル（１３）が閉弁作動するように構成されていることを特徴とする。

これによると、油密室（２７）と高圧燃料通路（１００、１１０）との間の摺動部クリアランスは、シリンダ（２３）と固定ピストン（２２）とのクリアランス、およびシリンダ（２３）とニードルピストン部（１３２）とのクリアランスの２箇所となるため、開弁作動時にそれらのクリアランスを介して高圧燃料通路（１００、１１０）から油密室（２７）にリークする燃料の量が少なくなり、駆動伝達効率が向上する。

また、固定ピストン（２２）は保持スプリング（２６）により固定プレート（２１）に位置決め保持されているが、固定ピストン（２２）はその周方向および径方向へは自由度があるので、固定ピストン（２２）はシリンダ（２３）の孔位置に倣って組み付けられ、固定ピストン（２２）をシリンダ（２３）に摺動自在に組み付けることができる。したがって、固定ピストン（２２）の組み付けを容易にすることができる。

さらに、これに伴い、シリンダ（２３）の２つの孔の同軸度が不要となり、シリンダ（２３）の加工性が大幅に向上する。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の燃料噴射弁において、ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴って、シリンダ第２ガイド孔（２３１）が固定ピストン（２２）部から遠ざかる向きにシリンダ（２３）が移動するように構成されていることを特徴とする。

これによると、ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴ってシリンダ（２３）が移動したときに、油密室（２７）の容積を拡大させることができる。そして、それにより油密室（２７）の圧力を低下させて、その圧力によりノズルニードル（１３）を開弁作動させることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す正面断面図である。 （ａ）は図１のプッシュプレート２０の下面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 （ａ）は図１の固定プレート２１の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す正面断面図である。 （ａ）は図４の固定プレート２１の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本実施形態の燃料噴射弁は、内燃機関（より詳細にはディーゼルエンジン、図示せず）のシリンダヘッドに装着され、蓄圧器（図示せず）内に蓄えられた高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射するものである。

図１に示すように、燃料噴射弁のボデーは、略円筒状のノズルボデー１０と略円筒状のピエゾボデー１１に分割されており、それらのボデー１０、１１は噴射弁軸方向に直列に配置されて、略円筒状のリテーニングナット１２によって一体的に保持されている。

ピエゾボデー１１には、蓄圧器から供給される高圧燃料が流通する上流側高圧燃料通路１１０が形成されている。ノズルボデー１０には、上流側高圧燃料通路１１０を介して供給される高圧燃料をノズルボデー１０の先端側まで導く下流側高圧燃料通路１００が形成されている。

ノズルボデー１０の先端側には、下流側高圧燃料通路１００を介して供給される高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔１０１が形成されている。また、ノズルボデー１０の先端側には、噴孔１０１の上流側にボデーシート部１０２が形成されている。

噴孔１０１を開閉する略円柱状のノズルニードル１３には、噴孔１０１側の端部（すなわち先端部）にテーパ状のニードルシート部１３０が形成されており、ノズルニードル１３の往復動に伴ってニードルシート部１３０がボデーシート部１０２に接離することにより噴孔１０１が開閉される。

ノズルニードル１３の軸方向中間部には、円柱状のニードル第１ピストン部１３１が形成されており、このニードル第１ピストン部１３１が、ノズルボデー１０のノズルボデー第１ガイド孔１０３に摺動自在に挿入されている。

ノズルニードル１３の反噴孔側端部（すなわち後端部）には、円柱状のニードル第２ピストン部１３２が形成されており、このニードル第２ピストン部１３２がシリンダ２３（詳細後述）に摺動自在に挿入されている。

上流側高圧燃料通路１１０には、ピエゾ素子が多数積層されて電荷の充放電により伸縮するピエゾアクチュエータ１４が収容されている。また、上流側高圧燃料通路１１０および下流側高圧燃料通路１００には、プッシュプレート２０、固定プレート２１、固定ピストン２２、およびシリンダ２３が配置されている。

図２に示すように、プッシュプレート２０は、有底円筒状のプッシュプレート筒部２００と、このプッシュプレート筒部２００の一端面から軸方向に突出する板状のプッシュプレート脚部２０１とを備えている。このプッシュプレート脚部２０１は、周方向に沿って３個設けられている。

図３に示すように、固定プレート２１は円盤状であり、固定プレート２１の中心部に円形の固定プレート第１貫通孔２１０が形成されている。また、固定プレート２１には、固定プレート第１貫通孔２１０の周囲に、周方向に沿って３個所に、固定プレート第２貫通孔２１１が形成されている。尚、上流側高圧燃料通路１１０と下流側高圧燃料通路１００は、固定プレート第２貫通孔２１１によって連通している。

図１に示すように、固定プレート２１は、その外周部がノズルボデー１０とピエゾボデー１１とによって挟持され、これによりノズルボデー１０およびピエゾボデー１１に対して固定プレート２１が位置決め固定されている。

プッシュプレート２０は、プッシュプレート筒部２００がピエゾアクチュエータ１４に当接している。また、プッシュプレート脚部２０１は、固定プレート第２貫通孔２１１を貫通して先端部がシリンダ２３に当接している。そして、ピエゾアクチュエータ１４の伸長時には、ピエゾアクチュエータ１４によりプッシュプレート２０を介してシリンダ２３が駆動されるようになっている。

シリンダ２３は円筒状であり、シリンダ２３には、ピエゾアクチュエータ１４側にシリンダ第１ガイド孔２３０が形成されるとともに、ノズルボデー１０側にシリンダ第１ガイド孔２３０よりも小径のシリンダ第２ガイド孔２３１が形成されている。そして、シリンダ第２ガイド孔２３１に、ニードル第２ピストン部１３２が摺動自在に挿入されている。

ノズルニードル１３の外周部には円盤状のスプリングシート２４が組み付けられており、このスプリングシート２４とシリンダ２３との間に、ニードルスプリング２５が挟持されている。このニードルスプリング２５は、シリンダ２３をプッシュプレート２０およびピエゾアクチュエータ１４側に向かって付勢するとともに、ノズルニードル１３を閉弁向きに付勢している。

固定ピストン２２は、ニードル第２ピストン部１３２よりも大径の円柱状の固定ピストン部２２０、および固定ピストン部２２０から径方向外側に突出する固定ピストンフランジ部２２１を備えている。そして、固定ピストンフランジ部２２１は、固定プレート２１よりもピエゾアクチュエータ１４側に配置されている。また、固定ピストン部２２０は、固定プレート第１貫通孔２１０を貫通して先端側がシリンダ第１ガイド孔２３０に摺動自在に挿入されている。

固定ピストンフランジ部２２１とプッシュプレート筒部２００との間に、保持スプリング２６が挟持されている。この保持スプリング２６は、固定ピストンフランジ部２２１を固定プレート２１に向かって付勢して、固定ピストンフランジ部２２１を固定プレート２１に押し付けることにより、固定ピストン２２を固定プレート２１に位置決め保持している。

シリンダ２３内においてニードル第２ピストン部１３２と固定ピストン部２２０との間に油密室２７が区画形成されている。

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。図１は燃料噴射弁の閉弁状態を示している。このときには、ピエゾアクチュエータ１４は電荷が放電されて収縮している。また、シリンダ第１ガイド孔２３０と固定ピストン部２２０とのクリアランス、およびシリンダ第２ガイド孔２３１とニードル第２ピストン部１３２とのクリアランスを介して、下流側高圧燃料通路１００から油密室２７に高圧燃料が流入し、油密室２７の圧力は下流側高圧燃料通路１００の圧力と等しくなっている。

そして、ノズルニードル１３は、ニードル第２ピストン部１３２に作用する油密室２７の圧力およびニードルスプリング２５により閉弁向きに付勢され、ニードルシート部１３０がボデーシート部１０２に当接して噴孔１０１を閉じている。

次に、ピエゾアクチュエータ１４に電荷が充電されると、ピエゾアクチュエータ１４が伸長し、プッシュプレート２０を介してシリンダ２３が駆動される。より詳細には、ピエゾアクチュエータ１４の伸長に伴って、シリンダ２３はピエゾアクチュエータ１４側からノズルボデー１０側に向かって駆動される。

ここで、シリンダ第２ガイド孔２３１はシリンダ第１ガイド孔２３０よりも小径であり、ピエゾアクチュエータ１４の伸長に伴って、シリンダ第２ガイド孔２３１が固定ピストン部２２０から遠ざかる向きにシリンダ２３が移動することにより、油密室２７の容積が拡大される。

この油密室２７の容積の拡大により油密室２７の圧力が低下し、ニードル第２ピストン部１３２に作用する油密室２７の圧力によってノズルニードル１３を閉弁向きに付勢する力が小さくなる。このため、下流側高圧燃料通路１００の燃料圧力によってノズルニードル１３を開弁向きに付勢する力の方が、ノズルニードル１３を閉弁向きに付勢する力よりも大きくなり、ノズルニードル１３が開弁向きに移動し、ニードルシート部１３０がボデーシート部１０２から離れて噴孔１０１が開かれ、噴孔１０１から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。

その後、ピエゾアクチュエータ１４から電荷が放電されると、ピエゾアクチュエータ１４が収縮し、プッシュプレート２０およびシリンダ２３がニードルスプリング２５によりピエゾアクチュエータ１４側に押し戻され、油密室２７の容積が縮小される。これにより、油密室２７の圧力が上昇し、ノズルニードル１３を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ノズルニードル１３が閉弁向きに移動し、ニードルシート部１３０がボデーシート部１０２に当接して噴孔１０１が閉じられ、燃料噴射が終了する。

本実施形態の燃料噴射弁では、油密室２７と下流側高圧燃料通路１００との間の摺動部クリアランスは、シリンダ第１ガイド孔２３０と固定ピストン部２２０とのクリアランス、およびシリンダ第２ガイド孔２３１とニードル第２ピストン部１３２とのクリアランスの２箇所となるため、開弁作動時にそれらのクリアランスを介して下流側高圧燃料通路１００から油密室２７にリークする燃料の量が少なくなり、駆動伝達効率が向上する。

また、固定ピストン２２は保持スプリング２６により固定プレート２１に位置決め保持されているが、固定ピストン２２はその周方向および径方向へは自由度があるので、固定ピストン２２はシリンダ２３の孔位置に倣って組み付けられ、固定ピストン２２をシリンダ２３に摺動自在に組み付けることができる。したがって、固定ピストン２２の組み付けを容易にすることができる。

また、これに伴い、シリンダ２３の２つの孔（すなわち、シリンダ第１ガイド孔２３０およびシリンダ第２ガイド孔２３１）の同軸度が不要となり、シリンダ２３の加工性が大幅に向上する。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、固定ピストン２２を固定プレート２１に位置決め保持するための具体的構成を変更したものである。なお、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、固定プレート２１は、固定プレート第１貫通孔２１０（図３参照）が廃止されている。

図４に示すように、固定ピストン２２は、固定ピストン部２２０がシリンダ第１ガイド孔２３０に摺動自在に挿入され、固定ピストンフランジ部２２１が固定プレート２１よりもシリンダ２３側に配置されている。

固定ピストンフランジ部２２１とシリンダ２３との間に、保持スプリング２６が挟持されている。この保持スプリング２６により、固定ピストンフランジ部２２１を固定プレート２１に押し付けて、固定ピストン２２を固定プレート２１に位置決め保持している。

本実施形態によると、第１実施形態と同様に、開弁作動時にクリアランスを介して下流側高圧燃料通路１００から油密室２７にリークする燃料の量が少なくなり、駆動伝達効率が向上する。また、固定ピストン２２の組み付けを容易にすることができるとともに、シリンダ２３の加工性が大幅に向上する。

１０ ノズルボデー
１１ ピエゾボデー
１３ ノズルニードル
１４ ピエゾアクチュエータ
２１ 固定プレート
２２ 固定ピストン
２３ シリンダ
２６ 保持スプリング
２７ 油密室
１００ 下流側高圧燃料通路
１０１ 噴孔
１１０ 上流側高圧燃料通路
１３２ ニードルピストン部
２３０ シリンダ第１ガイド孔
２３１ シリンダ第２ガイド孔

Claims (2)

1. 高圧燃料が流通する高圧燃料通路（１００、１１０）およびこの高圧燃料通路（１００、１１０）に接続された噴孔（１０１）がボデー（１０、１１）に形成され、前記噴孔（１０１）をノズルニードル（１３）の先端面にて開閉する燃料噴射弁であって、
   電荷の充放電により伸縮するピエゾアクチュエータ（１４）と、
   シリンダ第１ガイド孔（２３０）およびこのシリンダ第１ガイド孔（２３０）よりも小径のシリンダ第２ガイド孔（２３１）が形成され、前記ピエゾアクチュエータ（１４）により駆動されるシリンダ（２３）と、
   前記ボデー（１０、１１）に固定された固定プレート（２１）と、
   前記シリンダ第１ガイド孔（２３０）に摺動自在に挿入される固定ピストン（２２）と、
   前記固定ピストン（２２）を前記固定プレート（２１）に向かって付勢して、前記固定ピストン（２２）を前記固定プレート（２１）に位置決め保持する保持スプリング（２６）とを備え、
   前記ノズルニードル（１３）の後端部に形成されたニードルピストン部（１３２）が前記シリンダ第２ガイド孔（２３１）に摺動自在に挿入され、
   前記シリンダ（２３）内において前記ニードルピストン部（１３２）と前記固定ピストン（２２）との間に油密室（２７）が区画形成され、
   前記ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴う前記シリンダ（２３）の移動により、前記油密室（２７）の容積が拡大して前記ノズルニードル（１３）が開弁作動し、前記ピエゾアクチュエータ（１４）の収縮に伴う前記シリンダ（２３）の移動により、前記油密室（２７）の容積が縮小して前記ノズルニードル（１３）が閉弁作動するように構成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴って、前記シリンダ第２ガイド孔（２３１）が前記固定ピストン（２２）部から遠ざかる向きに前記シリンダ（２３）が移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。

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