JP2012021463A - 燃料噴射装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料通路から外部への燃料の漏出を防ぎ得る燃料噴射装置の提供。
【解決手段】ディーゼル機関20の燃焼室22に燃料を噴射する噴孔44に高圧燃料を供給する供給通路91と、供給通路91から漏れ出す漏出燃料を回収する回収通路93が形成される燃料噴射装置100であって、供給通路91及び回収通路93を内部に形成し、開口92bを端面47に有するオリフィスプレート46と、供給通路91を内部に形成し、端面47と対向する端面42に開口92bを有するノズルボデー41と、端面42,47が互いに液密に密着するよう、オリフィスプレート46及びノズルボデー41に力を印加するリテーニングナット49を備える。端面47には、開口92aと間隔を開けて当該開口92aを囲み、回収通路93と繋がる端面溝81が形成され、ノズルボデー41の外周面89には、周方向に延伸する側面溝85が形成される。
【選択図】図3

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する噴孔に高圧燃料を供給する燃料通路と、燃料通路から漏れ出す漏出燃料を回収する回収通路とが形成された燃料噴射装置に関する。
従来、一般に燃料噴射装置は、高圧燃料の燃料通路が内部に形成された複数の円柱状の弁ボデーを組み合わせることにより構成されている。各弁ボデーに形成されている燃料通路は、当該各弁ボデーの軸方向の端面に開口している。そして、複数の弁ボデーは、燃料通路の開口している各々の軸方向の端面が互いに液密に密着するよう、締結部材等によって軸方向の力を印加されている。
このように、各弁ボデーの各端面同士を密着させ、液密に構成された燃料噴射装置であっても、燃料通路内の高圧燃料は、端面の間から漏出し得る。そこで特許文献1に開示の燃料噴射装置では、互いに密着させた端面のうちの一方に、燃料通路の開口から離間し且つ当該開口を囲む端面溝が形成されている。加えて、弁ボデーには、燃料通路から漏れ出した漏出燃料を回収する回収通路が形成されている。この回収通路は、端面溝と繋げられており、当該端面溝に漏れ出した漏出燃料を回収することができる。
このような特許文献1に開示の燃料噴射装置では、各弁ボデーの各端面同士の接触面積は、端面溝の形成によって低減する。故に、弁ボデーに印加する軸方向の力を向上させなくても、端面間に生じる面圧を向上させることができる。故に、弁ボデーの各端面間での液密は、より確実なものとなり得る。加えて、端面間から端面溝に燃料が漏れ出しても、漏出燃料は、当該端面溝に繋げられている回収通路によって回収される。このような構成によって、燃料噴射装置の外部への燃料の漏出防止が図られていたのである。
欧州特許第1165961号明細書
さて、近年、燃料噴射装置に供給される燃料の圧力は、益々上昇している。故に、例えば、燃料噴射装置に高圧燃料を供給する装置の異常等が発生すると、燃料通路内の燃料の圧力は、従来想定されていた圧力よりも、著しく高いものとなる。
ここで、特許文献1に開示の燃料噴射装置では、各弁ボデーの各端面を液密に密着させるため当該各弁ボデーに軸方向の力を印加した場合、各端面において、端面溝よりも内周側となる端面部に生じる面圧と、当該端面溝よりも外周側の端面部に生じる面圧とは、同程度となる。このように、印加される力を、外周側及び内周側の各端面部に分散させてしまうと、燃料通路内の燃料の圧力が著しく高くなった場合に、端面溝よりも内周側の各端面部は、面圧の不足によって、互いに確実に密着することができなくなるおそれがある。端面部間の液密が維持されず、燃料通路から端面溝に継続的に燃料が漏れ出した場合、端面溝と繋げられる回収通路を通じた漏出燃料の回収は間に合わなくなることがある。すると、端面溝よりも外周側の端面部間に生じている面圧が、内周側の端面部間に生じている面圧と同程度であっても、端面溝内の燃料圧力の上昇によれば、当該端面溝から燃料噴射装置の外部への燃料の漏出は生じ得る。このように、特許文献1の燃料噴射装置では、当該燃料噴射装置から外部への燃料の漏れ出しを防止することができなくなるおそれがあった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料通路から外部への燃料の漏出を防ぎ得る燃料噴射装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、内燃機関(20)の燃焼室(22)に燃料を噴射する噴孔(44)に高圧燃料を供給する燃料通路(91)と、燃料通路(91)から漏れ出す漏出燃料を回収する回収通路(93)とが形成される燃料噴射装置(100)であって、燃料通路(91)及び回収通路(93)を内部に形成し、当該燃料通路(91)の開口(92a)を第一端面(47)に有する第一弁ボデー(46)と、
燃料通路(91)を内部に形成し、第一端面(47)と対向する第二端面(42)に燃料通路(91)の開口(92b)を有する第二弁ボデー(41)と、第一端面(47)及び第二端面(42)が互いに液密に密着するよう、第一弁ボデー(46)及び第二弁ボデー(41)に力を印加する印加部材(49)と、を備え、第一端面(47)及び第二端面(42)のうち少なくとも一方の端面には、燃料通路(91)の開口(92a,92b)と間隔を開けて当該開口(92a,92b)を囲み、回収通路(93)と繋がる端面溝(81)が形成され、第一弁ボデー(46)及び第二弁ボデー(41)のうち少なくとも一方の外周面には、周方向に延伸する側面溝(85)が形成されることを特徴とする燃料噴射装置(100)とする。
この発明によれば、第一弁ボデー及び第二弁ボデーのうち少なくとも一方の外周面には、周方向に延伸する側面溝が形成されている。故に、側面溝の形成された第一弁ボデー又は第二弁ボデーにおいては、外周側の剛性が、内周側の剛性と比較して低くなる。そのため、側面溝の形成された弁ボデーの第一端面又は第二端面においては、外周側の端面部が、内周側の端面部よりも変形し易くなる。故に、第一端面及び第二端面が互いに密着するよう、印加部材が第一弁ボデー及び第二弁ボデーに軸方向の力を印加した場合、この印加部材によって印加される力は、端面溝よりも内周側の端面部に集中する。故に、第一端面及び第二端面において、開口を囲む端面溝よりも内周側の端面部間には、当該端面溝よりも外周側の端面部間と比べて、高い面圧が生じる。
以上により、燃料通路内の圧力が高まっても、第一端面及び第二端面は、端面溝よりも内周側の各端面部を液密にとなるよう互いに確実に密着し得る。故に、第一端面及び第二端面間を通じて、燃料通路から端面溝に漏出する漏出燃料の量は低減され得る。これにより、端面溝と繋がる回収通路を通じた漏出燃料の回収が確実に行われ得るので、回収通路及び端面溝内の燃料圧力の上昇は防がれる。故に、端面溝よりも外周側の端面部間に生じる面圧が低にもかかわらず、当該端面部間からの燃料の漏出は生じ難くなる。したがって、燃料通路から外部への燃料の漏出を防ぎ得る燃料噴射装置の提供が可能になる。
請求項2に記載の発明では、側面溝(85)の底部(87)が、第一弁ボデー(46)又は第二弁ボデー(41)において、端面溝(81)の外周縁(83)よりも内周側に位置している。故に、側面溝が形成されている第一端面又は第二端面において、端面溝よりも外周側の端面部は、端面溝よりも内周側の端面部よりも、確実に変形し易くなる。そのため、印加部材によって印加される力は、第一端面及び第二端面において、端面溝よりも内周側の端面部間にさらに集中して作用し、これら端面溝の内周側に位置する各端面部同士を確実に密着させられる。以上により、燃料通路から端面溝への燃料の漏出を低減できるので、回収通路及び端面溝内の燃料の圧力上昇は確実に防がれ得る。したがって、燃料噴射装置の外部への燃料の漏出は、さらに確実に防がれ得る。
請求項3に記載の発明では、側面溝(85)は、第二弁ボデー(41)に形成される。上述したように、第一弁ボデーには、燃料通路に加えて、漏出燃料を回収する回収通路が形成されている。故に、第一弁ボデーに側面溝を形成した場合、側面溝は、当該回収通路を避けて形成されなければならない。対して、第二弁ボデーには回収通路が形成されていなくてもよい。故に、この発明のように側面溝を第二弁ボデーに形成すれば、側面溝は、回収通路との干渉のおそれなく、最適な位置及び形状にて形成され得る。これにより、印加部材によって印加される力を端面溝よりも内周側の端面部に集中させるという、側面溝の形成によって獲得される作用は、確実に発揮され得る。この作用の発揮によれば、第一端面及び第二端面は、端面溝よりも内周側の端面部同士をさらに確実に密着させ、端面溝及び回収通路内の圧力上昇を防ぎ得る。したがって、燃料噴射装置の外部への燃料の漏出は、さらに確実に防がれ得る。
請求項4に記載の発明によれば、側面溝(85)は、第一弁ボデー(46)及び第二弁ボデー(41)のうち少なくとも一方の外周面(89)の全周に亘って形成されることを特徴とする。
この発明によれば、側面溝が外周面の全周に亘って形成されることにより、当該側面溝の形成された第一弁ボデー及び第二弁ボデーのうち少なくとも一方の第一端面又は第二端面では、側面溝の周方向の全周に亘って、外周側の端面部は、内周側の端面部よりも変形し易くなる。故に、印加部材が第一弁ボデー及び第二弁ボデーに力を印加した場合、第一端面及び当該第二端面において、端面溝よりも内周側の各端面部の全体に、端面溝よりも外周側の端面部に比べて高い面圧が生じる。これにより、第一端面及び第二端面は、端面溝の内周側の端面部同士をさらに確実に密着させ、端面溝及び回収通路内の圧力上昇を防ぎ得る。したがって、燃料噴射装置の外部への燃料の漏出は、さらに確実に防がれ得る。
請求項5に記載の発明によれば、端面溝(81)は、燃料通路(91)の開口(92a,92b)を周方向に連続して囲むことを特徴とする。
この発明のように、燃料通路の開口を周方向に連続して囲む端面溝は、第一端面及び第二端面間から漏れ出した燃料を確実に回収し、回収通路を通じて排出させることができる。このように、開口を周方向に連続して囲む端面溝を形成することにより、漏出燃料が端面溝及び回収通路に回収されることなく外部に漏れ出す事態は、未然に防がれ得る。
請求項6に記載の発明によれば、第一端面(47)及び第二端面(42)の各々における燃料通路(91)の開口(92a,92b)は、互いに同心の円状又は円環状であり、端面溝(81)及び側面溝(85)は、第一端面(47)及び第二端面(42)の各々における燃料通路(91)の開口(92a,92b)と同心の円環状に形成されることを特徴とする。
この発明では、第一端面及び第二端面の各々における開口が互いに同心の円状又は円環状であり、且つ円環状の端面溝がこれら開口と同心である。故に、第一端面及び第二端面の端面溝よりも内周側の端面部は、燃料通路の開口まわりにおいて一定の幅で互いに密着し得る。加えて、円環状の端面溝及び側面溝が互いに同心であることにより、印加部材によって印加される力は、端面溝よりも内周側となる端面部間に、周方向において均等に作用し得る。
以上により、開口まわりにおいて一定の幅で互いに密着している第一端面及び第二端面に、周方向に均等な力が作用することとなる。故に、第一端面及び第二端面において、端面溝よりも内周側の端面部間に生じる面圧は、周方向において均等になり得る。これにより、第一端面及び第二端面は、さらに確実な液密を形成できるので、燃料通路から燃料を漏出させることなく、端面溝及び回収通路内の圧力上昇を防ぐことができる。したがって、燃料噴射装置の外部への燃料の漏出は、さらに確実に防がれ得る。
本発明の第一実施形態による燃料噴射装置を備える燃料供給システムの構成図である。 本発明の第一実施形態による燃料噴射装置の縦断面図である。 本発明の第一実施形態による燃料噴射装置の特徴部分を拡大した図である。 図3のIV−IV線断面図である。 本発明の特徴部分である端面溝及び側面溝が、ノズルボデー及びオリフィスプレート間に生じる面圧を高める効果について説明するための図である。 本発明の第二実施形態による燃料噴射装置の特徴部分を拡大した図であって、図3の変形例を示す図である。 図6のVII−VII線断面図である。 本発明の第三実施形態による燃料噴射装置の特徴部分を拡大した図であって、図3の別の変形例を示す図である。 図8のIX−IX線断面図である。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
(第一実施形態)
本発明の第一実施形態による燃料噴射装置100が用いられた燃料供給システム10を、図1に示す。尚、本実施形態の燃料噴射装置100は、内燃機関であるディーゼル機関20の燃焼室22内に向けて直接的に燃料を噴射する、所謂、直接噴射式燃料供給システムである。
燃料供給システム10は、フィードポンプ12、高圧燃料ポンプ13、コモンレール14、機関制御装置17、及び燃料噴射装置100等から構成されている。
フィードポンプ12は、電動式のポンプであって、燃料タンク11内に収容されている。フィードポンプ12は、燃料タンク11内に貯留されている燃料に、この燃料の蒸気圧よりも高圧であるフィード圧を与える。このフィードポンプ12は、高圧燃料ポンプ13に燃料配管12aによって接続されており、所定のフィード圧を与えた液相状態の燃料をこの高圧燃料ポンプ13に供給する。尚、燃料配管12aには、調圧弁(図示しない)が設けられており、当該調圧弁によって高圧燃料ポンプ13に供給される燃料の圧力は所定値に保たれる。
高圧燃料ポンプ13は、ディーゼル機関に取り付けられて、当該ディーゼル機関の出力軸からの動力によって駆動される。高圧燃料ポンプ13は、コモンレール14に燃料配管13aによって接続されており、フィードポンプ12によって供給された燃料にさらに圧力を加えて、当該コモンレール14に供給する高圧燃料をつくり出す。加えて、高圧燃料ポンプ13は、機関制御装置17と電気的に接続された電磁弁(図示しない)を有している。この電磁弁の機関制御装置17による開閉の制御によって、高圧燃料ポンプ13からコモンレール14に供給される燃料の圧力は所定の圧力に制御される。
コモンレール14は、クロム・モリブデン鋼等の金属材料からなる管状の部材であり、ディーゼル機関のバンクあたりの気筒数に応じた複数の分岐部14aが形成されている。これら複数の分岐部14aは、供給流路14dを形成する燃料配管によって、それぞれ燃料噴射装置100に接続されている。また、燃料噴射装置100と高圧燃料ポンプ13とは、戻り流路14fを形成する燃料配管によって接続されている。以上の構成によりコモンレール14は、高圧燃料ポンプ13によって高圧な状態で供給された燃料を一時的に蓄え、圧力を保持したまま複数の燃料噴射装置100に供給流路14dを介して分配する。加えて、コモンレール14は、軸方向の両端部のうち、一方の端部にコモンレールセンサ14bを、他方の端部に圧力レギュレータ14cを有している。コモンレールセンサ14bは、機関制御装置17に電気的に接続されており、燃料の圧力及び温度を検出して当該機関制御装置17に出力する。圧力レギュレータ14cは、コモンレール14内の燃料の圧力を一定に保持するとともに、余剰分の燃料を減圧して低圧側に排出する。この圧力レギュレータ14cを通過した余剰分の燃料は、コモンレール14と燃料タンク11との間を接続する燃料配管14e内の流路を介して、当該燃料タンク11へ戻される。
燃料噴射装置100は、コモンレール14の分岐部14aを通じて供給される圧力の高められた高圧燃料を噴孔44から噴射する装置である。具体的に、燃料噴射装置100は、供給流路14dを介して高圧燃料ポンプ13から供給される高圧燃料の噴孔44からの噴射を、機関制御装置17からの制御信号に応じて制御する弁部50を備えている。加えて、この燃料噴射装置100において、供給流路14dから供給された高圧燃料の一部であって、噴孔44からの噴射されなかった余剰分の燃料は、燃料噴射装置100と高圧燃料ポンプ13との間を連通する戻り流路14fに排出され、燃料タンク11へと戻される。この燃料噴射装置100は、ディーゼル機関20の燃焼室22の一部であるヘッド部材21の挿入孔に挿入されて、取り付けられている。燃料噴射装置100は、ディーゼル機関20の燃焼室22毎に複数配置され、当該燃焼室22内に向け直接的に燃料を、具体的には160から220メガパスカル(MPa)程度の噴射圧力で噴射する。
機関制御装置17は、マイクロコンピュータ等によって構成されている。この機関制御装置17は、上述したコモンレールセンサ14bに加えて、ディーゼル機関20の回転速度を検出する回転速度センサ、スロットル開度を検出するスロットルセンサ、吸入吸気量を検出エアフローセンサ、過給圧を検出する過給圧センサ、冷却水温を検出する水温センサ、及び潤滑油の油温を検出する油温センサ等、種々のセンサと電気的に接続されている。機関制御装置17は、これらの各センサからの情報に基づいて、高圧燃料ポンプ13の電磁弁及び各燃料噴射装置100の弁部50の開閉を制御するための電気信号を、高圧燃料ポンプ13の電磁弁及び各燃料噴射装置100に出力する。
次に、燃料噴射装置100の構成について、図2及び図3に基づいて説明する。
燃料噴射装置100は、制御弁駆動部30、制御ボデー40、ノズルニードル60、及びフローティングプレート70を備えている。
制御弁駆動部30は、制御ボデー40内に収容されている。この制御弁駆動部30は、制御ボデー40の後述する制御弁座部46aとともに圧力制御弁80を形成する、バルブシート部材33を有している。制御弁駆動部30は、機関制御装置17からのパルス電流の供給を受けることにより、圧力制御弁80を開閉する。具体的には、機関制御装置17からの電力供給が有る場合、制御弁駆動部30は、バルブシート部材33を、制御弁座部46aに着座させることにより圧力制御弁80を閉弁させる。制御弁駆動部30からの電力供給が無い場合、制御弁駆動部30は、バルブシート部材33を制御弁座部46aから離座させることにより、圧力制御弁80を開弁させる。
制御ボデー40は、ノズルボデー41、シリンダ56、オリフィスプレート46、ホルダ48、リテーニングナット49を有している。これらノズルボデー41、オリフィスプレート46、及びホルダ48は、ヘッド部材21(図1参照)への挿入方向の先端部側から、この順で並んでいる。
この制御ボデー40には、噴孔44、流入通路52、流出通路54、供給通路91、回収通路93及び圧力制御室53が形成されている。噴孔44は、制御ボデー40の挿入方向の先端部に形成され、燃焼室22(図1参照)に燃料を噴射する。流入通路52は、一方の流路端が高圧燃料ポンプ13及びコモンレール14等と繋がる供給流路14d(図1参照)に、他方の流路端が圧力制御室53に、それぞれ繋がっている。この流入通路52は、圧力制御室53内に高圧燃料を導入する。流出通路54は、一方の流路端が高圧燃料ポンプ13と繋がる戻り流路14f(図1参照)に、他方の流路端が圧力制御室53に、それぞれ繋がっている。この流出通路54は、圧力制御室53内の燃料を低圧側に流出させる。
供給通路91は、オリフィスプレート46において流入通路52から分岐しており、供給流路14d(図1参照)と噴孔44とを連通している。これにより供給通路91は、噴孔44に高圧燃料を供給する。回収通路93は、供給通路91から漏れ出す漏出燃料を回収するための燃料通路である。回収通路93は、ノズルボデー41及びオリフィスプレート46間と流出通路54とを連通している。これにより回収通路93は、ノズルボデー41及びオリフィスプレート46間から漏れ出そうとする燃料を流出通路54に戻すことができる。
圧力制御室53は、オリフィスプレート46及びシリンダ56等によって区画されている。この圧力制御室53は、制御ボデー40の内部においてノズルニードル60を挟んで噴孔44と反対側に形成され、高圧燃料を流入通路52から導入し、流出通路54を経由して排出する。
ノズルボデー41は、クロム・モリブデン鋼等の金属材料よりなる有底円筒状の部材である。このノズルボデー41は、ノズルニードル収容部43、弁座部45、及び噴孔44を有している。ノズルニードル収容部43は、ノズルニードル60を収容するとともに、上述した供給通路91をノズルボデー41の内部に形成するための円筒穴である。ノズルニードル収容部43は、ノズルボデー41の軸方向に沿って形成されており、後述するオリフィスプレート46の端面47と対向する、端面42に開口している。この端面42において、シリンダ56の外周壁とノズルニードル収容部43の内周壁との間で囲まれた部分に、円環状である供給通路91の開口92bが形成される。
弁座部45は、ノズルニードル収容部43の底壁に形成されて、ノズルニードル60の先端と接触する。噴孔44は、弁座部45を挟んでオリフィスプレート46とは反対側に位置し、ノズルボデー41の内側から外側に向けて放射状に複数形成されている。この噴孔44を通過することで、高圧な燃料は、微粒化及び拡散して空気と混合し易い状態となる。
シリンダ56は、金属材料よりなり、オリフィスプレート46及びノズルニードル60とともに圧力制御室53を区画する円筒状の部材である。シリンダ56は、ノズルニードル収容部43内に、当該ノズルニードル収容部43と同軸となるように配置されている。シリンダ56は、軸方向の端面をオリフィスプレート46に保持されている。
このシリンダ56は、ノズルニードル60をその軸方向に沿って摺動させる。加えてシリンダ56は、ノズルニードル60に近接する方向へのフローティングプレート70の変位を規制する。さらにシリンダ56は、フローティングプレート70に近接する方向へのノズルニードル60の変位を規制する。
オリフィスプレート46は、クロム・モリブデン鋼等の金属材料よりなり、ノズルボデー41とホルダ48との間で保持されている円柱状の部材である。このオリフィスプレート46は、上述した制御弁座部46aを有している。加えてオリフィスプレート46の内部には、流出通路54、流入通路52、供給通路91及び回収通路93が形成されている。制御弁座部46aは、オリフィスプレート46の軸方向の両端面のうち、ホルダ48側の端面に形成され、制御弁駆動部30のバルブシート部材33等とともに圧力制御弁80を構成している。また、制御弁座部46aが形成される端面と軸方向において反対側の端面47は、供給通路91の開口92aを有している。供給通路91の開口92aは、流入通路52及び流出通路54の各開口を囲むような円環状であって、オリフィスプレート46の端面47に形成された開口92bと同心である。
ホルダ48は、クロム・モリブデン鋼等の金属材料よりなる筒状の部材であって、軸方向に沿って形成される縦孔48a,48b、及びソケット部48cを有している。縦孔48aは、供給流路14d(図1参照)と流入通路52とを連通する燃料流路である。一方、縦孔48bのオリフィスプレート46側には制御弁駆動部30が収容されている。加えて、縦孔48bのオリフィスプレート46とは反対側には、縦孔48bの開口を閉塞するようソケット部48cが形成されている。このソケット部48cは、機関制御装置17と接続されたプラグ部(図示しない)と嵌合自在である。このソケット部48cと図示しないプラグ部との接続によれば、機関制御装置17から制御弁駆動部30へのパルス電流の供給が可能となる。
リテーニングナット49は、金属材料よりなる二段円筒状の部材である。リテーニングナット49は、ノズルボデー41の一部及びオリフィスプレート46を収容しつつ、ホルダ48のオリフィスプレート46側に螺合されている。加えて、リテーニングナット49は、内周壁部で段差部49aを形成している。この段差部49aは、リテーニングナット49のホルダ48への取り付けによって、ノズルボデー41及びオリフィスプレート46をホルダ48側に押し付ける。これにより、リテーニングナット49は、ノズルボデー41及びオリフィスプレート46を、ホルダ48とともに挟持している。以上により、リテーニングナット49は、ノズルボデー41の端面42及びオリフィスプレート46の端面47が互いに液密に密着するよう、これらノズルボデー41及びオリフィスプレート46に軸方向の力を印加している。
ノズルニードル60は、高速度工具鋼等の金属材料よって全体として円柱状に形成されており、制御ボデー40の内部において当該制御ボデー40の軸方向に沿って移動する。シート部65、弁受圧面61、及びリターンスプリング66を有している。シート部65は、ノズルニードル60の軸方向の両端部のうち、圧力制御室53とは反対側となる端部に形成されて、制御ボデー40の弁座部45に着座する。このシート部65は、噴孔44を開閉するための弁部50を弁座部45とともに構成している。弁受圧面61は、ノズルニードル60の軸方向の両端部のうち、シート部65とは反対側となる、圧力制御室53側の端部によって形成されている。この弁受圧面61は、オリフィスプレート46及びシリンダ56とともに圧力制御室53を区画しており、当該圧力制御室53内の燃料の圧力を受ける。リターンスプリング66は、金属製の線材を周回状に巻設したコイルスプリングである。リターンスプリング66は、ノズルニードル60を弁部50側に付勢している。ノズルニードル60は、弁受圧面61の受ける圧力制御室53内の燃料の圧力に応じて、シリンダ56の軸方向に沿ってシリンダ56に対し往復移動する。これによりノズルニードル60は、シート部65を弁座部45に着座、及びシート部65を弁座部45から離座させることにより、弁部50を開閉する。
フローティングプレート70は、金属材料よりなる円盤状の部材であって、流入通路52を閉じるために、圧力制御室53に臨むオリフィスプレート46の端面47を押圧する。フローティングプレート70には、軸方向に沿って当該フローティングプレート70を貫通する連通孔71が形成されている。フローティングプレート70は、圧力制御室53内において、シリンダ56と同軸に配置され、当該軸方向に往復変位可能である。フローティングプレート70は、金属製の線材を周回状に巻設したコイルスプリング72によって、ノズルニードル60に対して、オリフィスプレート46側に付勢されている。
フローティングプレート70は、圧力制御弁80の開弁による圧力制御室53からの燃料の流出によって、オリフィスプレート46に向かって吸引され、当該オリフィスプレート46の端面47を押圧する。これにより、フローティングプレート70は、流入通路52を塞ぎ、圧力制御室53内への高圧燃料の流入を妨げる。加えて、フローティングプレート70は、圧力制御室53内の燃料を、連通孔71を通じて、流出通路54に流出させる。以上により、フローティングプレート70は、当該圧力制御室53内の圧力低下を早める。これによりに、圧力制御室53内に設けられるフローティングプレート70は、開弁時における弁部50の応答性を向上させられる。
(特徴部分)
次に、燃料噴射装置100の特徴部分について、図3〜図5に基づいてさらに詳細に説明する。
図3及び図4に示すように、オリフィスプレート46には、端面溝81及び側面溝85が形成されている。端面溝81は、ノズルボデー41の端面42に円環状に形成されている。端面溝81は、ノズルボデー41に形成された供給通路91の開口92bと同心であって、当該開口92bを周方向に連続して囲んでいる。この端面溝81と開口92bとの間には、所定の間隔が開けられている。端面42において、端面溝81と開口92bとの間に囲まれた円環状の領域が、高圧シール面部42bである。 端面溝81の内周縁82及び外周縁83は、ノズルボデー41の径方向において、オリフィスプレート46に形成される回収通路93の開口94を跨ぐように位置している。このような形態によって、端面溝81は、回収通路93と繋げられている。この端面溝81よりも外周側となる円環状の領域が低圧シール面部42aである。
オリフィスプレート46の端面47において、端面溝81よりも外周側に位置し、ノズルボデー41の低圧シール面部42aと対向する領域が、低圧シール面部47aである。加えて、オリフィスプレート46の端面47において、端面溝81よりも内周側に位置し、ノズルボデー41の高圧シール面部42bと対向する領域が、高圧シール面部47bである。
側面溝85は、ノズルボデー41の外周面89において、周方向に延伸しており、当該外周面89の全周に亘って形成されている。側面溝85は、ノズルボデー41に形成された端面溝81、並びにオリフィスプレート46及びノズルボデー41に形成された供給通路91の各開口92a,92bと同心の円環状である。側面溝85の底部87は、ノズルボデー41において、端面溝81の外周縁83よりも内周側に位置している。
具体的に、端面溝81及び側面溝85が形成されていない形態と、第一実施形態とにおいて、端面42,47間に生じる面圧を比較したものが、図5である。端面溝81及び側面溝85が形成されていない形態では、ノズルボデー及びオリフィスプレートの各端面間に生じる面圧は、内周から外周に向かうに従って漸増している(図5 破線参照)。このように、リテーニングナットによって印加される力が、端面全体に分散されてしまうと、供給通路91内の燃料の圧力が著しく高くなった場合のシールに必要な面圧(図5 一点鎖線参照)を生じさせることが困難になる。
そこで、ノズルボデー41に端面溝81及び側面溝85が形成されている。側面溝85の形成により、ノズルボデー41の外周側の剛性は、内周側の剛性と比較して低くなる。そのため、ノズルボデー41の端面42においては、低圧シール面部42aが、高圧シール面部42bよりも軸方向に沿って変形し易くなる。故に、端面42及び端面47が互いに密着するよう、リテーニングナット49がノズルボデー41及びオリフィスプレート46に軸方向の力を印加した場合、このリテーニングナット49によって印加される力は、高圧シール面部42b,47bに集中する。これにより、端面42及び端面47において、端面溝81よりも内周側の高圧シール面部42b,47b間には、当該端面溝81よりも外周側の低圧シール面部42a,47a間と比べて、高い面圧が生じる(図5 実線参照)。故に、高圧シール面部42b,47b間に、供給通路91内の燃料の圧力が著しく高くなった場合のシールに必要な面圧を生じさせることが可能になる。
ここで、ノズルボデー41の軸方向において、端面42から側面溝85までの距離が近くなるほど、高圧シール面部42b,47b間に生じる面圧と、低圧シール面部42a,47a間に生じる面圧との差は大きくなる。また、図3に示す側面溝85の底部87の位置を内周側に移動させることによっても、高圧シール面部42b,47b間に生じる面圧と、低圧シール面部42a,47a間に生じる面圧との差は大きくなる。以上により、端面42から側面溝85までの距離及び側面溝85の深さを調整することにより、供給通路91からの燃料の漏出しを防止するのに最適な高圧シール面部42b,47b間の面圧が獲得され得る。
ここまで説明した第一実施形態では、例えば高圧燃料ポンプ13等の故障に起因して、供給通路91内の圧力が異常に高まっても、各端面42,47の各高圧シール面部42b,47bは、液密となるよう互いに確実に密着し得る。故に、各高圧シール面部42b,47b間を通じて、供給通路91から端面溝81に漏出する漏出燃料の量は低減され得る。これにより、端面溝81と繋がる回収通路93を通じた漏出燃料の回収が確実に行われ得るので、回収通路93及び端面溝81内の燃料圧力の上昇は防がれる。以上により、端面溝81よりも外周側の低圧シール面部42a,47a間に生じる面圧が低にもかかわらず、当該低圧シール面部42a,47a間からの燃料の漏出は生じ難くなる。したがって、供給通路91から外部への燃料の漏出を防ぎ得る燃料噴射装置100の提供が可能になる。
加えて第一実施形態では、側面溝85の底部87が、端面溝81の外周縁83よりも内周側に位置しているので、ノズルボデー41において、低圧シール面部42aは、高圧シール面部42bよりも、確実に変形し易くなる。そのため、リテーニングナット49によって印加される力は、端面溝81よりも内周側の各高圧シール面部42b,47b間にさらに集中して作用し、これら各高圧シール面部42b,47b同士を確実に密着させられる。
また第一実施形態のオリフィスプレート46には、回収通路93が形成されているので、側面溝85を形成しようとすると、当該側面溝85は、当該回収通路93を避けて形成されなければならない。対して、ノズルボデー41には、回収通路93は形成されていない。故に、側面溝85をノズルボデー41に形成すれば、側面溝85は、回収通路93との干渉のおそれなく、最適な位置及び形状にて形成され得る。これにより、リテーニングナット49によって印加される力を高圧シール面部42b,47b間に集中させるという、側面溝85の形成によって獲得される作用は、確実に発揮され得る。この作用の発揮によれば、高圧シール面部42b,47b同士は、さらに確実に密着する。
さらに第一実施形態では、側面溝85がノズルボデー41の外周面89の全周に亘って形成されることにより、周方向の全周に亘って、低圧シール面部42aは、高圧シール面部42bよりも変形し易くなる。故に、リテーニングナット49がノズルボデー41及びオリフィスプレート46に力を印加した場合、各高圧シール面部42b,47bの全体に、低圧シール面部42a,47aに比べて高い面圧が生じる。これにより、高圧シール面部42b,47b同士は、さらに確実に密着する。
また加えて第一実施形態では、各高圧シール面部42b,47bは、開口92a,92bのまわりにおいて、一定の幅で互いに密着し得る。加えて、端面溝81及び側面溝85が共に円環状であって、互いに同心であることにより、リテーニングナット49によって印加される力は、高圧シール面部42b,47b間に、周方向において均等に作用し得る。故に、高圧シール面部42b,47b間に生じる面圧は、周方向において均等になり得る。これにより、端面42及び端面47は、高圧シール面部42b,47b間において、さらに確実な液密を形成できる。
以上により、供給通路91から端面溝81への燃料の漏出をさらに低減できるので、回収通路93及び端面溝81内の燃料の圧力上昇は確実に防がれ得る。したがって、燃料噴射装置100の外部への燃料の漏出は、さらに確実に防がれる。
そして、第一実施形態のように、供給通路91の開口92a,92bを周方向に連続して囲む端面溝81は、端面42,47間から漏れ出した燃料を確実に回収し、回収通路93を通じて排出させることができる。このように、開口92a,92bを周方向に連続して囲む端面溝81を形成することにより、漏出燃料が端面溝81及び回収通路93に回収されることなく外部に漏れ出す事態は、未然に防がれる。
尚、第一実施形態において、ディーゼル機関20特許請求の範囲に記載の「内燃機関」に相当し、ノズルボデー41が特許請求の範囲に記載の「第二弁ボデー」に相当し、端面42が特許請求の範囲に記載の「第二端面」に相当し、オリフィスプレート46が特許請求の範囲に記載の「第一弁ボデー」に相当し、端面47が特許請求の範囲に記載の「第一端面」に相当し、リテーニングナット49が特許請求の範囲に記載の「印加部材」に相当し、供給通路91が特許請求の範囲に記載の「燃料通路」に相当する。
(第二実施形態)
図6及び図7に示す本発明の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。この第二実施形態による燃料噴射装置200では、ノズルボデー241の端面242に形成される端面溝281の形状が、第一実施形態の端面溝81と異なっている。また、第一実施形態においてノズルボデー41に形成されていた側面溝85に相当する構成が、オリフィスプレート246に形成されている。以下、第二実施形態による燃料噴射装置200の構成を詳細に説明する。
ノズルボデー241の端面242に形成された端面溝281は、当該ノズルボデー241に形成された供給通路291の開口292bと同心であって、当該開口292bを周方向に囲んでいる。しかし、第二実施形態における端面溝281は、第一実施形態における端面溝81とは異なり、周方向において一部が途絶している。第二実施形態においても、第一実施形態と同様に、この端面溝281よりも外周側となる円環状の領域が低圧シール面部242aであり、当該端面溝281よりも内周側となる円環状の領域が高圧シール面部242bである。
オリフィスプレート246の外周面289には、側面溝285が形成されている。側面溝285は、オリフィスプレート246の外周面289において、周方向に延伸しており、当該外周面289の全周に亘って形成されている。側面溝285は、ノズルボデー241に形成された端面溝281、並びにオリフィスプレート246及びノズルボデー241に形成された供給通路291の各開口292a,292bと同心の円環状である。側面溝285は、オリフィスプレート246に形成された回収通路293を避けるよう形成されている。そのため、側面溝285の底部287は、ノズルボデー241に形成された端面溝281の外周縁283よりも外周側に位置している。
以上の側面溝285が形成されることにより、オリフィスプレート246の外周側の剛性は、内周側の剛性と比較して低くなる。そのため、オリフィスプレート246の端面247においては、ノズルボデー241の低圧シール面部242aと対向する低圧シール面部247aが、ノズルボデー241の高圧シール面部242bと対向する高圧シール面部247bよりも軸方向に沿って変形し易くなる。故に、端面242及び端面247が互いに密着するよう、リテーニングナット49がノズルボデー241及びオリフィスプレート246に軸方向の力を印加した場合、このリテーニングナット49によって印加される力は、高圧シール面部242b,247bに集中する。これにより、端面242及び端面247において、端面溝281よりも内周側の高圧シール面部242b,247b間には、当該端面溝281よりも外周側の低圧シール面部242a,247a間と比べて、高い面圧が生じる。故に、高圧シール面部242b,247b間に、供給通路291内の燃料の圧力が著しく高くなった場合のシールに必要な面圧を生じさせることが可能になる。
ここまで説明した第二実施形態でも、供給通路291内の圧力が異常に高まっても、各端面242,247の各高圧シール面部242b,247bは、液密となるよう互いに確実に密着し得る。故に、各高圧シール面部242b,247b間を通じて、供給通路291から端面溝281に漏出する漏出燃料の量は低減され得る。これにより、端面溝281と繋がる回収通路293を通じた漏出燃料の回収が確実に行われ得るので、回収通路293及び端面溝281内の燃料圧力の上昇は防がれる。故に、低圧シール面部242a,247a間からの燃料の漏出は生じ難くなる。
このように、側面溝285がオリフィスプレート246に形成されており、且つその底部287が端面溝281の外周縁283よりも外周側に位置していても、燃料噴射装置200から外部への燃料の漏出は、確実に防がれ得る。
尚、第二実施形態において、ノズルボデー241が特許請求の範囲に記載の「第二弁ボデー」に相当し、端面242が特許請求の範囲に記載の「第二端面」に相当し、オリフィスプレート246が特許請求の範囲に記載の「第一弁ボデー」に相当し、端面247が特許請求の範囲に記載の「第一端面」に相当し、供給通路291が特許請求の範囲に記載の「燃料通路」に相当する。
(第三実施形態)
図8及び図9に示す本発明の第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。この第三実施形態による燃料噴射装置300では、第一実施形態においてノズルボデー41に形成されていた端面溝81に相当する構成が、オリフィスプレート346に形成されている。以下、第三実施形態による燃料噴射装置300の構成を詳細に説明する。
オリフィスプレート346の端面347に形成された端面溝381は、当該オリフィスプレート346に形成された供給通路391の円環状の開口392aと同心であって、当該開口392aを周方向に囲んでいる。この第三実施形態における端面溝381は、第一実施形態における端面溝81とは異なり、周方向において三つに分割されている。そして、分割された各端面溝381のそれぞれの底部384には、回収通路393の開口394が形成されている。これにより、各端面溝381は、回収通路393とそれぞれ繋がっている。これら回収通路393は、全て流出通路54(図2等参照)と繋げられている。故に、供給通路391から端面溝381のいずれに漏れ出しても、当該漏れ出した漏出燃料は、回収通路393を通じて回収され得る。この第三実施形態においても、端面溝381よりも外周側となる円環状の領域が低圧シール面部347aであり、当該端面溝381よりも内周側となる円環状の領域が高圧シール面部347bである。
また第三実施形態では、ノズルボデー341の端面342からは、第一実施形態における端面溝81に相当する構成は省略されている。一方でノズルボデー341の外周面389には、第一実施形態の側面溝85と実質的に同一の、側面溝385が形成されている。この側面溝385の底部387は、第三実施形態においても、オリフィスプレート346の端面溝381の外周縁383よりも内周側に位置している。側面溝385が形成されることにより、第一実施形態と同様に、ノズルボデー341の外周側の剛性は、内周側の剛性と比較して低くなる。
ノズルボデー341の端面342において、オリフィスプレート346の低圧シール面部347aと対向する低圧シール面部342aとする。また、ノズルボデー341の端面342において、オリフィスプレート346の高圧シール面部347bと対向する高圧シール面部342bとする。上述したように、ノズルボデー341の剛性が外周側ほど低いことにより、低圧シール面部342aは、高圧シール面部342bよりも軸方向に沿って変形し易くなる。故に、端面342及び端面347において、端面溝381よりも内周側の高圧シール面部342b,347b間には、当該端面溝381よりも外周側の低圧シール面部342a,347a間と比べて、高い面圧が生じる。これにより、高圧シール面部342b,347b間に、供給通路391内の燃料の圧力が著しく高くなった場合のシールに必要な面圧を生じさせることが可能になる。
ここまで説明した第三実施形態でも、供給通路391内の圧力が異常に高まっても、各端面342,347の各高圧シール面部342b,347bは、液密となるよう互いに確実に密着し得る。故に、各高圧シール面部342b,347b間を通じて、供給通路391から端面溝381に漏出する漏出燃料の量は低減され得る。これにより、端面溝381と繋がる回収通路393を通じた漏出燃料の回収が確実に行われ得るので、回収通路393及び端面溝381内の燃料圧力の上昇は防がれる。故に、当該低圧シール面部342a,347a間からの燃料の漏出は生じ難くなる。
このように、端面溝381がオリフィスプレート346に形成されており、且つ当該端面溝381が複数に分割されていても、燃料噴射装置300から外部への燃料の漏出は、確実に防がれ得る。
尚、第三実施形態において、ノズルボデー341が特許請求の範囲に記載の「第二弁ボデー」に相当し、端面342が特許請求の範囲に記載の「第二端面」に相当し、オリフィスプレート346が特許請求の範囲に記載の「第一弁ボデー」に相当し、端面347が特許請求の範囲に記載の「第一端面」に相当し、供給通路391が特許請求の範囲に記載の「燃料通路」に相当する。
(他の実施形態)
以上、本発明による複数の実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
上記実施形態では、端面溝及び側面溝は、オリフィスプレート及びノズルボデーのうちのいずれか一方にのみ形成されていた。しかし、端面溝及び側面溝は、オリフィスプレート及びノズルボデーの双方に形成されていてもよい。
上記実施形態では、側面溝は、ノズルボデー又はオリフィスプレートの外周面の全周に亘って延伸していた。しかし、側面溝は、外周面の全周に亘って連続していなくてもよい。側面溝は、例えば、周方向において一部が途絶していてもよく、又は、複数に分割されていてもよい。或いは、外周面において、その周方向に沿って形成された複数の微小な穴を、側面溝に相当する構成としてもよい。
上記実施形態において、噴孔44に燃料を供給するための供給通路は、オリフィスプレート及びノズルボデーの各端面に円環状に開口していた。しかし、各端面における供給通路の開口の形状は、円環状でなくてもよい。例えば、供給通路は、各端面に円状に開口していてもよい。
上記実施形態では、端面溝、側面溝、及び供給通路の各開口は、それぞれ円環状に形成され、互いに同心となるように位置していた。しかし、端面溝、側面溝、及び供給通路の各開口は、円環状でなくてもよい。また、これら、端面溝、側面溝、及び供給通路の各開口は、互いに同心とならなくてもよい。
上記実施形態では、ノズルボデー及びオリフィスプレート間からの燃料の漏出を防ぐため、ノズルボデー及びオリフィスプレートの少なくとも一方に端面溝及び側面溝を形成していた。しかし、例えば、オリフィスプレート及びホルダ間からの燃料の漏出を防ぐため、オリフィスプレート及びホルダの少なくとも一方に端面溝及び側面溝を形成してもより。このように、ノズルボデー及びオリフィスプレート間に限らず、端面溝及び側面溝を隣接する部材のうちの少なくとも一方に形成することで、当該部材間からの液体の流出は防がれるのである。
上記実施形態においては、圧力制御室53内の燃料の圧力を制御する圧力制御弁80を開閉する駆動部として、ソレノイド31が用いられていた。しかし、機関制御装置17からの制御信号に応じて可動し、圧力制御弁80を開閉できる駆動部であれば、ソレノイドを用いた形態以外の、例えばピエゾ素子が用いられる形態であってもよい。
以上、燃料を燃焼室22に直接的に噴射するディーゼル機関20に用いられる燃料噴射装置に、本発明を適用した例を説明した。しかし、本発明は、ディーゼル機関20に限らず、オットーサイクル機関等の内燃機関に用いられる燃料噴射装置に適用されてもよい。加えて、燃料噴射装置によって噴射される燃料は、軽油に限らず、ガソリン、および液化石油ガス等であってもよい。さらには、外燃機関等の燃料を燃焼させる機関の燃焼室に向けて燃料を噴射する燃料噴射装置に本発明を適用してもよい。
10 燃料供給システム、11 燃料タンク、12 フィードポンプ、12a,13a,14e 燃料配管、13 高圧燃料ポンプ、14 コモンレール、14a 分岐部、14b コモンレールセンサ、14c 圧力レギュレータ、14d 供給流路、14f 戻り流路、17 機関制御装置、20 ディーゼル機関(内燃機関)、21 ヘッド部材、22 燃焼室、30 制御弁駆動部、33 バルブシート部材、40 制御ボデー、41,241,341 ノズルボデー(第二弁ボデー)、42,242,342 端面(第二端面)、42a,242a,342a 低圧シール面部、42b,242b,342b 高圧シール面部、43 ノズルニードル収容部、44 噴孔、45 弁座部、46,246,346 オリフィスプレート(第一弁ボデー)、46a 制御弁座部、47,247 端面(第一端面)、47a,247a,347a 低圧シール面部、47b,247b,347b 高圧シール面部、48 ホルダ、48a,48b 縦孔、48c ソケット部、49 リテーニングナット(印加部材)、49a 段差部、50 弁部、52 流入通路、53 圧力制御室、54 流出通路、56 シリンダ、60 ノズルニードル、61 弁受圧面、65 シート部、66 リターンスプリング、70 フローティングプレート、71 連通孔、71a 絞り部、72 コイルスプリング、80 圧力制御弁、81,281,381 端面溝、82 内周縁、83,283,383 外周縁、384 底部、85,285,385 側面溝、87,287,387 底部、89,289,389 外周面、91,291,391 供給通路(燃料通路)、92a,92b,292a,292b,392b 開口、93,293,393 回収通路、94,394 開口、100,200,300 燃料噴射装置

Claims (6)

  1. 内燃機関(20)の燃焼室(22)に燃料を噴射する噴孔(44)に高圧燃料を供給する燃料通路(91)と、前記燃料通路(91)から漏れ出す漏出燃料を回収する回収通路(93)とが形成される燃料噴射装置(100)であって、
    前記燃料通路(91)及び前記回収通路(93)を内部に形成し、当該燃料通路(91)の開口(92a)を第一端面(47)に有する第一弁ボデー(46)と、
    前記燃料通路(91)を内部に形成し、前記第一端面(47)と対向する第二端面(42)に前記燃料通路(91)の開口(92b)を有する第二弁ボデー(41)と、
    前記第一端面(47)及び前記第二端面(42)が互いに液密に密着するよう、前記第一弁ボデー(46)及び前記第二弁ボデー(41)に力を印加する印加部材(49)と、を備え、
    前記第一端面(47)及び前記第二端面(42)のうち少なくとも一方の端面には、前記燃料通路(91)の開口(92a,92b)と間隔を開けて当該開口(92a,92b)を囲み、前記回収通路(93)と繋がる端面溝(81)が形成され、
    前記第一弁ボデー(46)及び前記第二弁ボデー(41)のうち少なくとも一方の外周面には、周方向に延伸する側面溝(85)が形成されることを特徴とする燃料噴射装置(100)。
  2. 前記側面溝(85)の底部(87)が、前記第一弁ボデー(46)又は前記第二弁ボデー(41)において、前記端面溝(81)の外周縁(83)よりも内周側に位置することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射装置(100)。
  3. 前記側面溝(85)は、前記第二弁ボデー(41)に形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料噴射装置(100)。
  4. 前記側面溝(85)は、前記第一弁ボデー(46)及び前記第二弁ボデー(41)のうち少なくとも一方の外周面(89)の全周に亘って形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料噴射装置(100)。
  5. 前記端面溝(81)は、前記燃料通路(91)の開口(92a,92b)を周方向に連続して囲む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(100)。
  6. 前記第一端面(47)及び前記第二端面(42)の各々における前記燃料通路(91)の開口(92a,92b)は、互いに同心の円状又は円環状であり、
    前記端面溝(81)及び前記側面溝(85)は、前記第一端面(47)及び前記第二端面(42)の各々における前記燃料通路(91)の開口(92a,92b)と同心の円環状に形成され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(100)。
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