JP2015014272A

JP2015014272A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2015014272A
Application number: JP2013142521A
Authority: JP
Inventors: 伸二奥原; Shinji Okuhara
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2033-07-08
Also published as: JP6202606B2

Abstract

【課題】高圧燃料中の異物による背圧制御部の制御弁の弁座面の損傷を抑止する。【解決手段】バルブボディの外周部にバルブボディを包囲する環状の圧力導入室が形成され、バルブボディは圧力導入室と圧力制御室とを接続するオリフィス通路を有しており、圧力導入室に燃料を導入するための燃料通路は、圧力導入室に導入される燃料がバルブボディの外周を一定方向に流れる旋回流を形成するように設けられ、圧力導入室における燃料通路の接続位置を旋回流の最上流としたときに、オリフィス通路を最下流に近い位置に設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の蓄圧式燃料噴射制御装置に用いられる燃料噴射弁に関する。

従来、内燃機関の蓄圧式燃料噴射制御装置に用いられ、コモンレール（蓄圧器）から供給される高圧燃料を内燃機関の気筒へ噴射するための燃料噴射弁が知られている。この燃料噴射弁は、ハウジングと、バルブボディと、ノズルボディと、弁ニードルと、背圧制御部とを備えて構成されている。

燃料噴射弁は、他端がコモンレールに接続された高圧配管が接続されるインレットコネクタを備え、インレットコネクタ内に形成された燃料通路を介して、高圧燃料が燃料噴射弁内に導入される。導入された高圧燃料は、ノズルボディに設けられた燃料噴射孔側に供給されるとともに、背圧制御部の圧力制御室側にも供給される。そして、背圧制御部において圧力制御室内の圧力を調節することによって弁ニードルを進退動させ、燃料噴射孔を開閉することで燃料噴射を制御している。

ここで、圧力制御室側に供給される燃料は、ハウジング内の燃料通路を介して、バルブボディとハウジングとの間に形成された圧力導入室に導入された後、バルブボディに形成されたオリフィス通路を介して圧力導入室に導入される。このオリフィス通路は、燃料の流れを阻害しないように、バルブボディの外周面側に向けて通路面積が広がった形状を成している。

このような燃料噴射弁において、燃料中に硬質の異物が混入していると、背圧制御部の制御弁の弁座面が侵食し、精密な燃料噴射制御機能を喪失するおそれがある。このため、インレットコネクタにフィルタを配置して、燃料噴射弁に導入される高圧燃料中の異物を捕集するように構成した燃料噴射弁がある（特許文献１又は２を参照）。

しかしながら、燃料中の異物の捕集にも限界があり、異物を完全に除去することは容易ではない。弁座面の損傷を抑えるために、弁座面に種々のコーティングを施し、耐摩耗性を向上させることも行われているが、根本的な解決には至っていない。特に、近年の厳しい排ガス規制に対応するための燃料圧力のさらなる高圧化により、上記異物による背圧制御部の制御弁の弁座面の侵食が促進されるおそれがある。

特開２００６−１０５０９２号公報図２特開２００９−２０３８４３号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、高圧燃料中の異物による背圧制御部の制御弁の弁座面の損傷を抑止することを目的の一つとする。

本発明によれば、インジェクタハウジングと、前記インジェクタハウジング内を進退移動可能に設けられた弁ニードルと、前記インジェクタハウジングの後端側に嵌挿されるとともに内部に前記弁ニードルの後端側に負荷する圧力を貯留するための圧力制御室が形成されたバルブボディと、前記圧力制御室内の圧力を調節するための制御弁と、を備えた燃料噴射弁において、前記バルブボディの外周部に前記バルブボディを包囲する環状の圧力導入室が形成され、前記インジェクタハウジングは前記圧力導入室に燃料を導入するための燃料通路を備え、前記バルブボディは前記圧力導入室と前記圧力制御室とを接続するオリフィス通路を有しており、前記燃料通路は、前記圧力導入室に導入される燃料が前記バルブボディの外周を一定方向に流れる旋回流を形成するように設けられ、前記圧力導入室における前記燃料通路の接続位置を前記旋回流の最上流としたときに、前記オリフィス通路を最下流に近い位置に設けることを特徴とする燃料噴射弁が提供され、上述した問題点を解決することができる。

また、本発明の燃料噴射弁において、前記燃料通路が、前記圧力導入室の接線方向に沿って設けられることが好ましい。

また、本発明の燃料噴射弁において、前記燃料通路の接続位置を０°としたときに前記旋回流の回転方向に沿う位相角度θ１が２７０°≦θ１＜３６０°の位置に前記オリフィス通路を設けることが好ましい。

また、本発明の燃料噴射弁において、前記オリフィス通路は、前記バルブボディの外周面側に位置し前記バルブボディの内部方向に向けて通路面積が小さくなるテーパ部と、前記圧力制御室側に位置し前記テーパ部に連続して形成された絞り部と、を有し、前記テーパ部の内周面のうち前記旋回流の上流側に位置する面と前記バルブボディの外周面との成す角度θ２を、前記旋回流の下流側に位置する面と前記バルブボディの外周面との成す角度θ３よりも小さくすることが好ましい。

また、本発明の燃料噴射弁において、前記角度θ２を９０°以下の値とすることが好ましい。

本発明の燃料噴射弁によれば、燃料噴射弁に到達する高圧燃料中の異物が、背圧制御部側に到達することを抑止することができ、制御弁の弁座面の損傷を低減することができるようになる。

本実施の形態にかかる燃料噴射弁を備えた蓄圧式燃料噴射制御装置の全体的構成を説明するために示す図である。燃料通路とオリフィス通路の位置関係を説明するために示す図である。オリフィス通路の別の形態を説明するために示す図である。

以下、本発明の燃料噴射弁に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、この実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、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可能である。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては、特に説明がない限り同一の部材を示している。

図１は、本実施の形態にかかる燃料噴射弁１を備えた蓄圧式燃料噴射制御装置の全体的構成の一例を概略的に示す図である。図１において、燃料噴射弁１は断面図として示されている。
蓄圧式燃料噴射制御装置は、燃料タンク５１からの燃料を圧送するサプライポンプ５２と、このサプライポンプ５２により圧送された高圧燃料が蓄えられるコモンレール１２と、コモンレール１２内に蓄積された高圧燃料を内燃機関（図示せず）の気筒内に噴射する燃料噴射弁１とを主たる構成要素としてなるものである。この蓄圧式燃料噴射制御装置の全体的な構成自体は、従来公知の蓄圧式燃料噴射制御装置と基本的に同一のものである。

このうち、燃料噴射弁１は、インジェクタハウジング２と、ノズルボディ３と、弁ニードル４と、バルブピストン５と、バルブボディ６と、背圧制御部７と、インレット部８とを主たる構成要素として構成されている。

ノズルボディ３は、インジェクタハウジング２の先端部（図１の下端側）にノズルナット９により締結されている。インジェクタハウジング２及びノズルボディ３には、インレット部８から導入される高圧燃料をノズルボディ３の燃料溜まり室１４へ送る第１燃料通路１１ａ，１１ｂが形成されている。また、インジェクタハウジング２には、インレット部８から導入される燃料を背圧制御部７の圧力制御室１９へ送る第２燃料通路１３が形成されている。インレット部８には、コネクタ挿入孔８Ａ内に液密に装着されたインレットコネクタ３０が備えられ、このインレットコネクタ３０にはコモンレール１２に接続された高圧燃料配管が接続されている。

また、ノズルボディ３には、弁ニードル４の受圧部４Ａに対向する部位に燃料溜まり室１４が形成されている。このノズルボディ３の先端部には燃料噴射孔１６が穿設されており、この燃料噴射孔１６につながるシート部１７に弁ニードル４の先端部が着座（シート）することにより燃料噴射孔１６が閉鎖される一方、弁ニードル４がシート部１７から離間（リフト）することにより燃料噴射孔１６が開放される構造となっている。これによって燃料の噴射開始、停止が可能となっている。

また、ノズルボディ３が締結されるインジェクタハウジング２内には、その中心軸を中心としたスプリング室２２が形成されており、弁ニードル４をシート部１７の方向へ付勢するためのノズルスプリング１８が配設されている。また、バルブピストン５がインジェクタハウジング２に形成された孔２Ａ内に挿入されるとともに、バルブボディ６に形成された摺動孔６Ａ内に摺動可能に挿入されて、弁ニードル４の上方部に位置するように配設されている。

また、バルブボディ６には、バルブピストン５の頂部５Ａが位置する部位に圧力制御室１９が形成されており、バルブピストン５の頂部５Ａが下方側（燃料噴射孔１６側）から臨むようになっている。圧力制御室１９は、バルブボディ６に形成された導入側オリフィス通路２０に連通している。この導入側オリフィス通路２０は、バルブボディ６とインジェクタハウジング２との間にバルブボディ６の周方向で環状に形成された圧力導入室２１を介して第２燃料通路１３に連通されている。これによって、コモンレール１２からの導入圧力が、第２燃料通路１３、圧力導入室２１、導入側オリフィス通路２０を順に通って圧力制御室１９へ供給されるようになっている。

また、圧力制御室１９は開閉用オリフィス通路２３にも連通しており、開閉用オリフィス通路２３は後述する背圧制御部７の制御弁２８の操作によって開閉可能となっている。なお、圧力制御室１９におけるバルブピストン５の頂部５Ａの受圧面積は、ノズルニードル４の受圧部４Ａの受圧面積よりも大きく設定されている。

背圧制御部７は、制御弁２８と、ホルダ２９と、圧力制御室１９とを主たる要素として備えた構成となっている。制御弁２８は、マグネット２５と、アーマチュア２７と、制御弁体２４とを備えている。マグネット２５に対して制御回路から駆動信号が供給されることによってバルブスプリング２６の付勢力に抗してアーマチュア２７がマグネット２５に吸引され、制御弁体２４が開閉用オリフィス通路２３に連続する弁座面からリフトし、圧力制御室１９の圧力を燃料還流路１５に開放できるようになっている。このように制御弁体２４を動作させることにより圧力制御室１９の圧力を制御し、バルブピストン５を介して弁ニードル４の背圧を制御することで、弁ニードル４のシート部１７へのシート及びリフトを制御することができるようになっている。

このように構成された燃料噴射弁１では、コモンレール１２からの高圧燃料は、インレット部８から第１燃料通路１１ａ，１１ｂを介して燃料溜まり室１４内の弁ニードル４の受圧部４Ａに作用するとともに、第２燃料通路１３及び圧力導入室２１を介して圧力制御室１９内のバルブピストン５の頂部５Ａにも作用するようになっている。
したがって、制御弁体２４によって圧力制御室１９が燃料低圧側と遮断されている状態では、弁ニードル４はバルブピストン５を介して受ける圧力制御室１９の背圧とノズルスプリング１８の付勢力とにより、ノズルボディ３のシート部１７にシートされ、燃料噴射孔１６を閉鎖することになる。

一方、マグネット２５に所定のタイミングで駆動信号を供給することにより、アーマチュア２７がマグネット２５に吸引され、制御弁体２４が開閉用オリフィス通路２３を開放すると、圧力制御室１９の高圧が開閉用オリフィス通路２３を介して燃料還流路１５を通って燃料タンク５１へ還流する。したがって、圧力制御室１９におけるバルブピストン５の頂部５Ａに作用していた高圧が開放され、弁ニードル４は受圧部４Ａに作用している高圧により、ノズルスプリング１８の付勢力に抗してシート部１７からリフトし、燃料噴射孔１６が開放されて燃料噴射が行われることになる。

そして、マグネット２５を消磁することにより制御弁体２４により開閉用オリフィス通路２３が閉鎖されると、圧力制御室１９内の圧力及びノズルスプリング１８の付勢力によりバルブピストン５を介して弁ニードル４がシート位置であるシート部１７にシートされて燃料噴射孔１６が閉鎖され、燃料噴射が終了することになる。

次に、図２（ａ）〜（ｂ）を参照して、高圧燃料が圧力導入室１９に導入される仕組みについて詳細に説明する。
図２（ａ）は、図１に示す燃料噴射弁１のＡＡ断面図を示しており、図２（ｂ）は、圧力導入室２１の領域をさらに拡大した断面図を示している。本実施の形態の燃料噴射弁１において、コネクタ挿入孔８Ａと圧力導入室２１とを接続する第２燃料通路１３が、燃料噴射弁１の軸心Ｐと重ならない方向に設けられている。図２（ａ）〜（ｂ）の例では、圧力導入室２１の接線方向に沿って第２燃料通路１３が配置されている。これにより、圧力導入室２１に導入される燃料は、圧力導入室２１内で、バルブボディ６の外周を一定方向に流れる旋回流を形成する。

また、バルブボディ６には、圧力導入室２１と圧力制御室１９とを接続する導入側オリフィス通路２０が設けられている。この導入側オリフィス通路２０は、テーパ部２０ａと絞り部２０ｂとにより構成されている。テーパ部２０ａはバルブボディ６の外周面側に位置しバルブボディ６の内部方向に向けて通路面積が小さくなるように構成されている。絞り部２０ｂは圧力制御室１９側に位置しテーパ部２０ａに連続して設けられている。テーパ部２０ａは、圧力導入室２１から圧力制御室１９へ高圧燃料を導入しやすくするために設けられている。

本実施の形態の燃料噴射弁１において、導入側オリフィス通路２０は、圧力導入室２１における第２燃料通路１３の接続位置を旋回流の最上流と定義したときに、最下流に近い位置に設けられている。具体的には、図２（ｂ）の断面図における、圧力導入室２１に臨む第２燃料通路１３の開口部のエッジのうちの旋回流上流側のエッジの位置を最上流位置（位相＝０°）とし、導入側オリフィス通路２０の中心線の旋回方向の位相をθ１としたときに、２７０°≦θ１＜３６０°となるように導入側オリフィス通路２０が設けられている。

これにより、圧力導入室２１に導入される高圧燃料中に異物が混入していた場合に、高圧燃料が圧力導入室２１内を旋回しながら流れて導入側オリフィス通路２０に到達するまでの間に異物が遠心力によりインジェクタハウジング２の内周面に移動させられて、導入側オリフィス通路２０に到達しにくくなる。インジェクタハウジング２の内周面に押し付けられた異物は、重力によりノズル３側に落下する（図１を参照）。したがって、異物が圧力制御室１９に導入されにくくなり、ひいては、開閉用オリフィス通路２３を伝って制御弁２８の弁座面に到達する異物が低減される。その結果、弁座面の損傷を低減することができる。

図３は、燃料噴射弁１の別の実施の形態の断面図を示す。図３の断面図は、図２（ｂ）の断面図の一部に対応する図である。
図３に示す例では、導入側オリフィス通路２０Ａのテーパ部２０ａの内周面のうち、旋回流の上流側に位置する面とバルブボディ６の外周面との成す角度θ２が、旋回流の下流側に位置する面とバルブボディ６の外周面との成す角度θ３よりも小さくされている。このときの角度θ２は９０°以下とすることができる。これにより、上流側に位置する面が旋回流の流れる方向に対して鋭角に形成され、導入側オリフィス通路２０への異物の侵入をより低減することができる。

１：燃料噴射弁、２：インジェクタハウジング、３：ノズルボディ、４：弁ニードル、５：バルブピストン、６：バルブボディ、７：背圧制御部、８：インレット部、８Ａ：コネクタ挿入孔、９：ノズルナット、１１ａ・１１ｂ：第１燃料通路、１２：コモンレール、１３：第２燃料通路、１４：燃料溜まり室、１５：燃料還流路、１６：燃料噴射孔、１７：シート部、１８：ノズルスプリング、１９：圧力制御室、２０：導入側オリフィス通路、２０ａ：テーパ部、２０ｂ：絞り部、２１：圧力導入室、２２：スプリング室、２３：開閉用オリフィス通路、２４：バルブボール、２５：マグネット、２６：バルブスプリング、２７：アーマチュア、２８：制御弁、２９：ホルダ、３０：インレットコネクタ、５１：燃料タンク

Claims

インジェクタハウジングと、前記インジェクタハウジング内を進退移動可能に設けられた弁ニードルと、前記インジェクタハウジングの後端側に嵌挿されるとともに内部に前記弁ニードルの後端側に負荷する圧力を貯留するための圧力制御室が形成されたバルブボディと、前記圧力制御室内の圧力を調節するための制御弁と、を備えた燃料噴射弁において、
前記バルブボディの外周部に前記バルブボディを包囲する環状の圧力導入室が形成され、
前記インジェクタハウジングは前記圧力導入室に燃料を導入するための燃料通路を備え、
前記バルブボディは前記圧力導入室と前記圧力制御室とを接続するオリフィス通路を有しており、
前記燃料通路は、前記圧力導入室に導入される燃料が前記バルブボディの外周を一定方向に流れる旋回流を形成するように設けられ、前記圧力導入室における前記燃料通路の接続位置を前記旋回流の最上流としたときに、前記オリフィス通路を最下流に近い位置に設けることを特徴とする燃料噴射弁。
前記燃料通路が、前記圧力導入室の接線方向に沿って設けられることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
前記燃料通路の接続位置を０°としたときに前記旋回流の回転方向に沿う位相角度θ１が２７０°≦θ１＜３６０°の位置に前記オリフィス通路を設けることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
前記オリフィス通路は、前記バルブボディの外周面側に位置し前記バルブボディの内部方向に向けて通路面積が小さくなるテーパ部と、前記圧力制御室側に位置し前記テーパ部に連続して形成された絞り部と、を有し、前記テーパ部の内周面のうち前記旋回流の上流側に位置する面と前記バルブボディの外周面との成す角度θ２を、前記旋回流の下流側に位置する面と前記バルブボディの外周面との成す角度θ３よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
前記角度θ２を９０°以下の値とすることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。