JP2012002137A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】プッシュロッドの上面付近での気泡の発生を抑えて、スプリングのエロージョンの発生を低減することができる燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】ノズルボディと、ノズルニードルと、ノズルホルダと、スプリングと、スプリングとノズルニードルとの間に介在するプッシュロッドと、を備え、スプリングの付勢力に抗してノズルニードルを後端側に付勢する燃料の圧力がスプリングの付勢力を上回ったときに開弁される構成の燃料噴射弁において、プッシュロッドが、スプリング側の端面に、スプリングの内部開口に係入される軸頭部を備えるとともに、軸頭部からさらに軸線方向に延在し、軸頭部の直径よりも小さい直径の構成部分を含む頂部を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁に関するものである。特に、高圧ポンプから供給される燃料の圧力が開弁圧を超えたときに燃料が噴射される構成の燃料噴射弁に関するものである。

従来、内燃機関の燃料噴射装置として、高圧ポンプから供給される燃料の圧力が所定の開弁圧を超えたときに開弁して、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する構成の燃料噴射弁を用いたものがある。

図１０は、そのような燃料噴射弁４０１の構成の一例を示す軸線方向断面図である。この燃料噴射弁４０１では、高圧ポンプから供給される高圧燃料が、ノズルホルダ４０２の燃料入口から燃料通路４１３を介してノズルボディ４０３の燃料溜り室４１４に導かれるとともに、ノズルニードル４０４の先端部まで充満する。そして、ノズルボディ４０３内の燃料圧力が開弁圧を超えると、燃料圧力によるノズルニードル４０４の付勢力がスプリング４０６による付勢力を上回ってノズルニードル４０４がリフトし、燃料が噴射孔４１６を介して気筒内に噴射される。その後、高圧ポンプからの高圧燃料の供給が終了し、ノズルボディ４０３内の燃料の圧力が閉弁圧を下回ると、ノズルニードル４０４はスプリング４０６の付勢力によってシート部に着座する（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００２−２５７００８号公報 （図１及び図３）

ここで、図１０に示す燃料噴射弁４０１では、スプリング室４０２Ａ内は低圧領域として構成されている。そのため、使用燃料の粘性が低い場合には、燃料噴射後において、スプリング４０６の付勢力によってノズルニードル４０４及びプッシュロッド４０５が閉弁方向に移動する際に、プッシュロッド４０５の上面付近の燃料の密度が低下して気泡が発生する場合がある。

すなわち、従来の燃料噴射弁４０１に備えられるプッシュロッド４０５の上端面は、軸線方向に直交する平面で構成されており、使用燃料の粘性やプッシュロッド４０５の移動速度によっては、プッシュロッド４０５と燃料との界面に作用する接線応力が低下しやすいものとなっている。そのため、プッシュロッド４０５との界面に存在する燃料がプッシュロッド４０５に追従することが困難になって、図１１に示すようにプッシュロッド４０５の上面付近に気泡を生じやすくなる。この気泡がプッシュロッド４０５とスプリング４０６とが近接する部分において圧潰すると、スプリング４０６にエロージョンを生じて燃料噴射弁４０１の故障につながるおそれがある。

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、プッシュロッドの形状に改良を加えてプッシュロッドの移動時にその上面付近での燃料の密度の低下が抑えられるようにすることにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、プッシュロッドの上面付近での気泡の発生を抑えて、スプリングのエロージョンの発生を低減することができる燃料噴射弁を提供することを目的とする。

本発明によれば、内部にニードル摺動孔を有するとともに先端部にニードル摺動孔に連通する噴射孔を有するノズルボディと、ニードル摺動孔内を軸線方向に移動して噴射孔を開閉するノズルニードルと、内部に軸方向孔を有しノズルボディが連結されるノズルホルダと、軸方向孔内に収容されノズルニードルを先端側に付勢するスプリングと、スプリングとノズルニードルとの間に介在するプッシュロッドと、を備え、スプリングの付勢力に抗してノズルニードルを後端側に付勢する燃料の圧力がスプリングの付勢力を上回ったときに開弁される構成の燃料噴射弁において、プッシュロッドが、スプリング側の端面に、スプリングの内部開口に係入される軸頭部を備えるとともに、軸頭部からさらに軸線方向に延在し、軸頭部の直径よりも小さい直径の構成部分を含む頂部を備える燃料噴射弁が提供され、上述した問題を解決することができる。

また、本発明の燃料噴射弁を構成するにあたり、頂部のうち軸頭部から連続する部分は、その外周面の直径が徐々に縮径するように構成されることが好ましい。

また、本発明の燃料噴射弁を構成するにあたり、頂部を円錐状、円錐台状又は球面状とすることが好ましい。

また、本発明の燃料噴射弁を構成するにあたり、プッシュロッドが、軸線方向の両端側に開口する貫通孔を有することが好ましい。

本発明の燃料噴射弁によれば、プッシュロッドにおけるスプリング側の端面に、スプリングに係入される軸頭部からさらに軸線方向に延在する所定の頂部を設けることにより、プッシュロッドとスプリング室内の燃料との接触面積が増大する。その結果、プッシュロッドが閉弁方向に移動する際に、プッシュロッドと燃料との界面に作用する接線応力によって燃料が追従しやすくなり、プッシュロッドの近傍での燃料の密度の低下を低減することができる。したがって、燃料の密度の低下に起因する気泡の発生が抑えられ、スプリングのエロージョンを低減することができる。

本発明の実施の形態にかかる燃料噴射弁の構成を説明するための軸方向断面図である。 プッシュロッドの構成を説明するための径方向側面図である。 プッシュロッド下降時の燃料の状態を説明するための図である。 第１の変形例にかかるプッシュロッドの径方向側面図である。 第２の変形例にかかるプッシュロッドの径方向側面図である。 第３の変形例にかかるプッシュロッドの径方向側面図である。 第４の変形例にかかるプッシュロッドの径方向側面図である。 第４の変形例にかかるプッシュロッドの径方向側面図である。 第４の変形例にかかるプッシュロッドの径方向側面図である。 従来の燃料噴射弁の構成を説明するための軸方向断面図である。 従来の燃料噴射弁におけるプッシュロッド下降時の燃料の状態を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明にかかる燃料噴射弁の実施の形態について具体的に説明する。ただし、以下の実施の形態は、本発明の一態様を示すものであってこの発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することができる。なお、各図中、同じ符号が付されているものは同一の部材ないし部分を示しており、適宜説明が省略されている場合がある。

１．燃料噴射弁の全体的構成
図１は、燃料噴射弁１を軸線に沿って切断した部分断面図であって、本実施形態にかかる燃料噴射弁１の構成の一例を示している。この燃料噴射弁１は、ノズルホルダ２と、ノズルボディ３と、ノズルニードル４と、プッシュロッド５と、スプリング６とを主たる要素として備えている。

ノズルボディ３は、その先端部に燃料の噴射孔１６を任意の数だけ備えており、噴射孔１６につながるシート部１７にノズルニードル４の先端部がシートすることによって噴射孔１６が閉じられる。一方、ノズルニードル４がリフトしてシート部１７からリフトすることにより、噴射孔１６が開放されて燃料が噴射されるようになっている。

このノズルボディ３は、ノズルナット９を用いてノズルホルダ２の先端側に固定されている。また、ノズルホルダ２の中間部にはインレットコネクタ８が連結されており、高圧ポンプによって圧送される高圧燃料が、インレットコネクタ８を介して燃料噴射弁１に供給されるようになっている。インレットコネクタ８からノズルホルダ２及びノズルボディ３にかけて燃料通路１３が形成されており、供給される高圧燃料はノズルニードル４の受圧部４Ａに対向して形成された燃料溜り室１４に導かれる。

また、ノズルホルダ２の内部には、スプリング室２Ａ、摺動孔２Ｂ及びスクリュ挿入孔２Ｃが軸線方向に連続して互いに同軸上に形成されている。上述した燃料通路１３は、これらのスプリング室２Ａや摺動孔２Ｂの外側位置に形成されている。このノズルホルダ２のスプリング室２Ａ内には、ノズルニードル４の上方に位置してノズルニードル４を閉弁方向に付勢するスプリング６が収容されている。また、スプリング室２Ａには、スプリング６とノズルニードル４との間に介在するプッシュロッド５が収容されている。このプッシュロッド５のガイド部５Ｂは、ノズルホルダ２の摺動孔２Ｂ内に摺動自在に挿入されている。

また、ノズルホルダ２の後端側において、スクリュ挿入孔２Ｃ内にアジャスティングスクリュ７が挿入されて固定されている。このアジャスティングスクリュ７は、スクリュ挿入孔２Ｃに挿入され、ねじ込み量によってその先端部７Ａの位置が変えられるようになっている。アジャスティングスクリュ７の先端部７Ａには、スプリング６の後端側端部６ｂに当接するスプリングシート部材１０が備えられており、アジャスティングスクリュ７のねじ込み量によって、高圧燃料の噴射圧を決定する要因となるスプリング６のセット力が決定される。

また、ノズルホルダ２には、スクリュ挿入孔２Ｃからノズルホルダ２の外部へ通じる燃料排出路２Ｄが形成されている。この燃料排出路２Ｄは、スプリング室２Ａ内の燃料を逃がす機能を有している。

この燃料噴射弁１では、高圧ポンプから供給される高圧燃料が、インレットコネクタ８から燃料通路１３を介して燃料溜り室１４に供給される。燃料溜り室１４に供給された燃料はノズルニードル４の受圧部４Ａに圧力的に作用する。燃料溜り室１４内の圧力が開弁圧に到達するまでの間、ノズルニードル４は、プッシュロッド５を介してスプリング６の付勢力を受けてノズルボディ３のシート部１７にシートされ、噴射孔１６が閉じられている。

一方、燃料溜り室１４内の圧力が開弁圧を上回ると、ノズルニードル４はスプリング６の付勢力に抗してシート部１７からリフトし、噴射孔１６が開放されて燃料が噴射される。噴射孔１６から燃料が噴射されると、燃料溜り室１４内の圧力が低下し、この圧力が閉弁圧を下回った場合には、スプリング６の付勢力によってノズルニードル４がシート部１７にシートさせられる。これによって噴射孔１６が閉じられ、燃料噴射が終了する。

また、燃料溜り室１４に供給された燃料の一部は、ノズルボディ３とノズルニードル４との間隙、及び、ノズルホルダ２とプッシュロッド５との間隙を介して、ノズルホルダ２のスプリング室２Ａ内にリークする。スプリング室２Ａに流れ込んだリーク燃料がスプリング室２Ａ内に充満すると、スプリング室２Ａの燃料の一部は、アジャスティングスクリュ７とノズルホルダ２との間隙を介して、燃料排出路２Ｄを通じてノズルホルダ２の外部に排出される。

２．プッシュロッドの構成
図２は、図１の燃料噴射弁１に備えられたプッシュロッド５の径方向側面図を示している。
このプッシュロッド５は、スプリング受け部５Ａとガイド部５Ｂとを有している。スプリング受け部５Ａはノズルホルダ２のスプリング室２Ａ内に位置するように備えられ、スプリング６の一端を受けるようになっている。ガイド部５Ｂは摺動孔２Ｂ内に位置するように備えられ、外周面が摺動孔２Ｂの内周面に摺動する摺動面として構成されている。スプリング室２Ａ及び摺動孔２Ｂの直径に対応して、スプリング受け部５Ａの外周面の直径はガイド部５Ｂの摺動面の直径よりも大きくなっている。

また、スプリング受け部５Ａ側の端面には軸頭部５Ｃが設けられている。この軸頭部５Ｃは、その断面の直径がスプリング６の内部開口の直径よりも若干小さくなっており、スプリング６の内部開口に係入される。スプリング受け部５Ａは、軸頭部５Ｃよりも径方向外側の面でスプリング６の一端と当接するようになっている。

また、軸頭部５Ｃにおけるスプリング受け部５Ａの反対側には、軸頭部５Ｃからさらに軸線方向に延在する頂部５Ｄが設けられている。頂部５Ｄは、軸頭部５Ｃの直径よりも小さい直径の構成部分を含んでなる形状を有しており、図２のプッシュロッド５の頂部５Ｄは円錐状に形成されている。

頂部５Ｄが軸頭部５Ｃの直径よりも小さい直径の構成部分を含んでいることにより、プッシュロッド５の端面に軸頭部５Ｃのみが設けられている場合に比べて、スプリング６から離間して存在するプッシュロッド５の外周面の面積が増大されている。そのため、プッシュロッド５の下降時（閉弁方向への移動時）において、頂部５Ｄと燃料との界面に作用する接線応力によって燃料を追従させやすくなっている。

より具体的に説明すると、軸頭部５Ｃの外周面はスプリング室２Ａ内の燃料と接してはいるものの、スプリング６と近接しているために、軸頭部５Ｃと燃料との界面に作用する接線応力が燃料の追従性に与える影響は比較的小さい。一方で、軸頭部５Ｃよりも小さい直径の構成部分を含む頂部５Ｄがプッシュロッド５に備えられていることによって、スプリング６から離間して存在しスプリング室２Ａ内の燃料と接するプッシュロッド５の外周面の面積が増大し、図３に示すように燃料の追従性が高められるようになる。

また、図２のプッシュロッド５は頂部５Ｄが円錐状をなしており、軸頭部５Ｃと頂部５Ｄとの境界部分において、頂部５Ｄの外周面がプッシュロッド５の移動方向に対して傾斜するように形成されている。そのため、プッシュロッド５の移動時においてスプリング６の近傍のプッシュロッド５の上面に燃料が停滞しにくくなって、仮にプッシュロッド５の上面に気泡が発生していたとしても、スプリング６の近傍に気泡が停滞しにくくなっている。

このように、本実施形態の燃料噴射弁１は、プッシュロッド５のスプリング側の端面において、軸頭部５Ｃからさらに軸線方向に延在し、軸頭部５Ｃよりも小さい直径の構成部分を含む円錐状の頂部５Ｄを備えていることにより、プッシュロッド５の上面側における気泡の発生を低減することができるとともに、気泡がスプリング６付近に停滞することを防ぐことができる。したがって、発生した気泡が圧潰することによるスプリング６のエロージョンの発生が抑えられ、燃料噴射弁１の故障を防ぐことができる。

３．プッシュロッドの形状の変形例
プッシュロッドの形状は、上述した例に限られるものではない。以下、プッシュロッドの変形例について説明する。

（１）第１の変形例
図４は、第１の変形例にかかるプッシュロッド４０の径方向側面図を示している。このプッシュロッド４０もスプリング受け部４０Ａ、ガイド部４０Ｂ、軸頭部４０Ｃ及び頂部４０Ｄを有しており、頂部４０Ｄは軸頭部４０Ｃの直径よりも小さい直径の構成部分を有する球面状をなしている。

このような頂部４０Ｄを有するプッシュロッド４０であっても、スプリングから離間して存在しスプリング室内の燃料と接するプッシュロッド４０の外周面の面積が増大し、燃料の追従性が高められる。また、このプッシュロッド４０の頂部４０Ｄも、軸頭部４０Ｃと頂部４０Ｄとの境界部分において、頂部４０Ｄの外周面がプッシュロッド４０の移動方向に対して傾斜するように形成されている。そのため、仮にプッシュロッド４０の上面に気泡が発生していたとしても、プッシュロッド４０の移動時に、スプリングの近傍に気泡が停滞しにくくなっている。

（２）第２の変形例
図５は、第２の変形例にかかるプッシュロッド５０の径方向側面図を示している。このプッシュロッド５０もスプリング受け部５０Ａ、ガイド部５０Ｂ、軸頭部５０Ｃ及び頂部５０Ｄを有しており、頂部５０Ｄは、軸頭部５０Ｃから軸線方向に離れるにつれて外周面の直径が小さくなるように形成されたテーパ部５０Ｄａと、軸頭部５０Ｃの直径よりも小さい直径を有し、テーパ部５０Ｄａから軸線方向に連続して形成された円柱部５０Ｄｂとからなっている。

このような頂部５０Ｄを有するプッシュロッド５０であっても、スプリングから離間して存在しスプリング室内の燃料と接するプッシュロッド５０の外周面の面積が増大し、燃料の追従性が高められる。また、このプッシュロッド５０の頂部５０Ｄも、軸頭部５０Ｃと頂部５０Ｄとの境界部分において、頂部５０Ｄの外周面がプッシュロッド５０の移動方向に対して傾斜するように形成されている。そのため、仮にプッシュロッド５０の上面に気泡が発生していたとしても、プッシュロッド５０の移動時に、スプリングの近傍に気泡が停滞しにくくなっている。

（３）第３の変形例
図６は、第３の変形例にかかるプッシュロッド５５の径方向側面図を示している。このプッシュロッド５５もスプリング受け部５５Ａ、ガイド部５５Ｂ、軸頭部５５Ｃ及び頂部５５Ｄを有しており、頂部５５Ｄは軸頭部５５Ｃの直径よりも小さい直径の構成部分を有する円錐台状をなしている。

このような頂部５５Ｄを有するプッシュロッド５５であっても、スプリングから離間して存在しスプリング室内の燃料と接するプッシュロッド５５の外周面の面積が増大し、燃料の追従性が高められる。また、このプッシュロッド５５の頂部５５Ｄも、軸頭部５５Ｃと頂部５５Ｄとの境界部分において、頂部５５Ｄの外周面がプッシュロッド５５の移動方向に対して傾斜するように形成されている。そのため、仮にプッシュロッド５５の上面に気泡が発生していたとしても、プッシュロッド５５の移動時に、スプリングの近傍に気泡が停滞しにくくなっている。

（４）第４の変形例
図７（ａ）は、第４の変形例にかかるプッシュロッド６０の径方向側面図を示している。このプッシュロッド６０の基本的な形状は図２に示すプッシュロッド５と同様に構成されている。そして、プッシュロッド６０には、頂部６０Ｄから軸頭部６０Ｃ、スプリング受け部６０Ａにわたって形成され、軸線方向の両端側に開口する貫通孔６１が設けられている。

このプッシュロッド６０においては、図２のプッシュロッド５と同様の作用効果が得られるだけでなく、プッシュロッド６０の下降時に、スプリング受け部５Ａよりもガイド部側に存在する燃料が貫通孔６１を流れてスプリング室側に移動できるようになるため、プッシュロッド６０の上面側の燃料の密度の低下が防止される。したがって、プッシュロッド６０の上面側における気泡の発生をさらに低減することができる。さらに、プッシュロッド６０内に貫通孔６１が設けられることによって、プッシュロッド６０の軽量化が図られるために、開弁時及び閉弁時の応答性の向上にも繋げられる。

軸線方向の両端側が開口する貫通孔６１を備えるプッシュロッドの形態は、図７（ａ）の例に限られるものではない。例えば、図７（ｂ）に示すように、基本的な形状が図４のプッシュロッド４０と同様に構成されたプッシュロッド６３に対して、軸線方向の両端側に開口する貫通孔６４を形成してもよい。

また、貫通孔６１は、一端側の開口が頂部に設けられることが必要ではあるが、他端側の開口は、スプリング受け部の外周面よりもガイド部側であれば、開口位置は制限されない。例えば、図８に示すように、スプリング受け部６５Ａとガイド部６５Ｂとの間の軸部６５Ｅに他端側の開口を有する貫通孔６６としてもよい。

なお、図９に示すように、頂部を備えないプッシュロッド６７において、軸頭部６７Ｃからスプリング受け部６７Ａにわたって形成され、軸線方向の両端側に開口する貫通孔６８を備える場合であっても、プッシュロッド６７の下降時に、スプリング受け部６７Ａよりもガイド部側に存在する燃料が貫通孔６８を流れてスプリング室側に移動できるようになるため、プッシュロッド６７の上面側の燃料の密度の低下が抑制される。

以上説明したように、プッシュロッドの形状を改良することで、プッシュロッドの下降時に、上面側近傍に発生し得る気泡が抑制されることにより、気泡の圧潰によるスプリングのエロージョンの発生が防止される。その結果、燃料噴射弁の故障を低減することができるようになる。

１：燃料噴射弁、２：ノズルホルダ、２Ａ：スプリング室、２Ｂ：摺動孔、２Ｃ：スクリュ挿入孔、２Ｄ：燃料排出路、３：ノズルボディ、４：ノズルニードル、４Ａ：受圧部、５：プッシュロッド、５Ａ：スプリング押え部、５Ｂ：ガイド部、５Ｃ：軸頭部、５Ｄ：頂部、６：スプリング、７：アジャスティングスクリュ、７Ａ：先端部、８：インレットコネクタ、９：ノズルナット、１０：スプリングシート部材、１３：燃料通路、１４：燃料溜り室、１６：噴射孔、１７：シート部、４０・５０・５５・６０・６３・６５・６７：プッシュロッド、６１・６４・６８：貫通孔

Claims (4)

1. 内部にニードル摺動孔を有するとともに先端部に前記ニードル摺動孔に連通する噴射孔を有するノズルボディと、前記ニードル摺動孔内を軸線方向に移動して前記噴射孔を開閉するノズルニードルと、内部に軸方向孔を有し前記ノズルボディが連結されるノズルホルダと、前記軸方向孔内に収容され前記ノズルニードルを先端側に付勢するスプリングと、前記スプリングと前記ノズルニードルとの間に介在するプッシュロッドと、を備え、前記スプリングの付勢力に抗して前記ノズルニードルを後端側に付勢する燃料の圧力が前記スプリングの付勢力を上回ったときに開弁される構成の燃料噴射弁において、
   前記プッシュロッドが、前記スプリング側の端面に、前記スプリングの内部開口に係入される軸頭部を備えるとともに、前記軸頭部からさらに軸線方向に延在し、前記軸頭部の直径よりも小さい直径の構成部分を含む頂部を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記頂部のうち前記軸頭部から連続する部分は、その外周面の直径が徐々に縮径するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記頂部を円錐状、円錐台状又は球面状とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記プッシュロッドが、軸線方向の両端側に開口する貫通孔を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

Images