JP2023008360A

JP2023008360A - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2023008360A
Application number: JP2021111872A
Authority: JP
Inventors: 謙一根木; Kenichi Negi
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2023-01-19

Abstract

【課題】燃焼ガス中に硫黄化合物が多く含まれる場合にも、コロージョン等の発生および侵食リスクを低下させることが可能な燃料噴射装置を提供する【解決手段】インジェクタハウジング（２）と、燃料噴射孔（１２）が形成されているノズルボディ（３、３´）と、前記インジェクタハウジング（２）の端部に前記ノズルボディ（３、３´）を締結する第１ナット部材（６）と、前記第１ナット部材（６）と前記燃料噴射孔（１２）との間に設けられた第２ナット部材（１１、１１´）と、を備える、燃料噴射装置。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置に関するものである。

特許文献１にはディーゼルエンジン等の内燃機関の燃焼室に高圧燃料を噴射供給する燃料噴射装置であって、ノズルボディとホルダボディ（インジェクタハウジング）とをリテーニングナットで締結する構造の燃料噴射装置が開示されている。

特開２００２－１４７３１０号公報

図６は従来型の燃料噴射装置２０１が内燃機関のシリンダヘッド３００に取り付けられた状態を示す模式図である。燃料噴射装置２０１についてはノズル側のみが記載されている。また、図７は図６のＣ部の拡大図である。燃料噴射装置２０１は、インジェクタハウジング２０２と、ノズルボディ２０３と、ノズルニードル２０４と、リテーニングナット２０６等を備える。

ノズルボディ２０３の先端部にはノズルニードル２０４により開閉される燃料噴射孔２１２が形成されている。すなわち、燃料噴射孔２１２が開口されると燃料噴射孔２１２から高圧燃料が内燃機関の燃焼室３０２に噴射され、燃料噴射孔２１２が閉止されると燃料噴射が停止される。この高圧燃料は、インジェクタハウジング２０２およびノズルボディ２０３に形成された第１燃料通路２１５、２１６を介してノズルボディ２０３の先端側に送られる。

ノズルボディ２０３は、インジェクタハウジング２０２の端部にリテーニングナット２０６により締結されている。ノズルボディ２０３の締結の際、リテーニングナット２０６の受面２０６ａをノズルボディ２０３の肩面２０３ａに当接させ、ノズルボディ２０３はリテーニングナット２０６とインジェクタハウジング２０２との間に挟み込まれて締結される。この際、肩面２０３ａの内側方向にある隅部２０３ｂには軸方向の引張応力σ_ｃが生じる。

シリンダヘッド３００には、燃料噴射装置２０１が挿入される取付孔３０４が燃焼室３０２とシリンダヘッド上部３０１とを貫通するように形成されている。取付孔３０４は、燃焼室３０２側にから、小径部３０４ｂ、小径部３０４ｂよりも径が大きい大径部３０４ａの順に有しており、大径部３０４ａと小径部３０４ｂとの間には円環状の段差部３０４ｃが形成されている。この段差部３０４ｃの環状端面には、環状のガスケット３０６を介してリテーニングナット２０６の燃料噴射孔２１２側の端面２０６ｂが配置される。燃料噴射装置２０１をシリンダヘッド３００側に押すクランプ（図示せず）により、燃料噴射装置２０１はシリンダヘッド３００に押圧固定される。この際、クランプの押圧力により隅部２０３ｂには軸方向の引張応力σ_ｄが生じる。すなわち、隅部２０３ｂには軸方向の引張応力σ_ｃに加え、クランプの押圧力による軸方向の引張応力σ_ｄが生じることになる。（図７中のσ_ｃ、σ_ｄを参照）

燃焼室３０２内で発生した燃焼ガスの一部は小径部３０４ｂを通ってガスケット３０６まで到達するが（図７中のｇ参照）、わずかな燃焼ガスはここを通り抜けノズルボディ２０３の隅部２０３ｂに到達する場合がある（図７中のｇ´参照）。ここで、燃料噴射装置２０１が使用される国によっては、脱硫等が十分でない燃料が使用されることにより、燃焼ガス中に硫黄化合物が多く含まれる場合がある。この硫黄化合物を多く含んだ燃焼ガスはノズルボディ２０３等の表面にコロージョンを引き起こす可能性がある。特に引張応力が生じている隅部２０３ｂにおいては硫黄化合物を多く含んだ燃焼ガスとの相乗効果によりコロージョンによる侵食が進むおそれがある。

本願発明は、燃焼ガス中に硫黄化合物が多く含まれる場合にも、コロージョン等の発生および侵食リスクを低下させることが可能な燃料噴射装置を提供することを目的とする。

本願発明のある観点によれば、インジェクタハウジングと、燃料噴射孔が形成されているノズルボディと、前記インジェクタハウジングの端部に前記ノズルボディを締結する第１ナット部材と、前記第１ナット部材と前記燃料噴射孔との間に設けられた第２ナット部材と、を備える、燃料噴射装置が提供される。

本願発明によれば、燃焼ガス中に硫黄化合物が多く含まれる場合にも、コロージョン等の発生および侵食リスクを低下させることが可能な燃料噴射装置を提供することができる。

本願発明の実施形態に係る燃料噴射装置を示す断面図である。図１の燃料噴射装置が内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられた状態を示す模式図である。図２中のＡ部の拡大図である。本願発明の変形例に係る燃料噴射装置が内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられた状態を示す模式図である。図４中のＢ部の拡大図である。従来品の燃料噴射装置が内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられた状態を示す模式図である。図６中のＣ部の拡大図である。

本願発明を実施するための形態（以下、本実施形態という。）について具体例を示して説明する。ただし、本実施形態は本願発明の一態様を示すものであり、本願発明を限定するものではなく、本願発明の範囲内で任意に変更することが可能である。

以下では、本願発明が適用された燃料噴射装置１について説明する。具体的に、燃料噴射装置１は、図１に示すように、インジェクタハウジング２と、ノズルボディ３と、ノズルニードル４と、ノズルスプリング５と、リテーニングナット６と、バルブピストン７と、バルブボディ８と、電磁アクチュエータ９と、インレット部１０と、ノズルナット１１等、を備える。

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において下側の先端部）にリテーニングナット（第１ナット部材）６により締結されている。インジェクタハウジング２およびノズルボディ３には、インレット部１０から導入される高圧燃料をノズルボディ３内部に形成された燃料溜まり室１７へ送る第１燃料通路１５、１６がそれぞれ形成されている。インレット部１０は、図示しないコモンレールに接続され、当該コモンレールから高圧燃料がインレット部１０に導入される。

ノズルボディ３の先端部には燃料噴射孔１２が形成されている。この燃料噴射孔１２につながるシート部１３にノズルニードル４の先端部が着座（シート）することにより燃料噴射孔１２が閉鎖される一方、ノズルニードル４の先端部がシート部１３から離間（リフト）することにより燃料噴射孔１２が開口される。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、リテーニングナット（第１ナット部材）６と燃料噴射孔１２との間のノズルボディ３には、ノズルナット（第２ナット部材）１１が取り付けられているが、この点については後述する。

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１８が形成され、当該スプリング室１８にノズルスプリング５が配置されている。ノズルスプリング５は、ノズルニードル４をシート部１３側の方向へ付勢する。

バルブピストン７は、インジェクタハウジング２に形成された孔３０内に挿入される。また、バルブピストン７は、燃料噴射孔１２側の下部３１がノズルニードル４の上方部に位置するように配置され、他方の上部３２側がバルブボディ８に形成された摺動孔３４内に摺動可能に挿入される。

バルブボディ８には、バルブピストン７の頂部３３が位置する部位に、圧力制御室２０が形成されている。つまり、圧力制御室２０は、バルブピストン７の頂部３３が下方側（燃料噴射孔１２側）から上方側に向けて臨むように形成される。また、圧力制御室２０は、バルブボディ８に形成された導入側オリフィス通路２４に連通している。この導入側オリフィス通路２４は、バルブボディ８とインジェクタハウジング２との間にバルブボディ８の周方向で環状に形成された圧力導入室２３を介して第２燃料通路２２に連通されている。つまり、インレット部１０に導入された高圧燃料が、第２燃料通路２２、圧力導入室２３、導入側オリフィス通路２４を順に流れて圧力制御室２０に供給される。

圧力制御室２０内の圧力はバルブピストン７を介してノズルニードル４を下向きに押し、燃料溜まり室１７内の圧力はノズルニードル４を上向きに押すように構成されている。

圧力制御室２０は、高圧燃料を低圧側に排出するための開閉用オリフィス通路２５にも連通している。開閉用オリフィス通路２５は、電磁アクチュエータ９によって開閉される。電磁アクチュエータ９は、通電・非通電を切り換えることにより、開閉用オリフィス通路２５を開閉する電磁式のアクチュエータである。本実施例の電磁アクチュエータ９は、通電されると開閉用オリフィス通路２５を開放し、非通電にされると開閉用オリフィス通路２５を閉止する。

開閉用オリフィス通路２５が閉止されている時、圧力制御室２０内の圧力は、インレット部１０に導入された高圧燃料の圧力となる。一方、開閉用オリフィス通路２５が開口されると、圧力制御室２０内の高圧燃料が開閉用オリフィス通路２５を通って低圧側である電磁アクチュエータ９側に流出し、圧力制御室２０内の圧力は開口前に比べ降下する。これは、開閉用オリフィス通路２５の流路断面積が導入側オリフィス通路２４の流路断面積よりも大きく形成されているので、開閉用オリフィス通路２５が開口された際に開閉用オリフィス通路２５を通って圧力制御室２０から流出する燃料よりも導入側オリフィス通路２４を通って圧力制御室２０に流入する燃料が少なくなるためである。尚、電磁アクチュエータ９側に流出した燃料は、その後、燃料還流路８６を通って燃料タンク（図示せず）に還流する。

開閉用オリフィス通路２５が閉止されている時、ノズルニードル４に作用する圧力制御室２０内の圧力による力とノズルスプリング５の付勢力とを加えた下向きの力が燃料溜まり室１７内の圧力等でノズルニードル４に作用する上向きの力よりも大きくなり、ノズルニードル４は下向きに押され、燃料噴射孔１２を閉鎖する。このため、燃料噴射装置１から燃料が噴射されない状態となる。

一方、開閉用オリフィス通路２５が開口された際には、ノズルニードル４に作用する圧力制御室２０内の圧力による力とノズルスプリング５の付勢力とを加えた下向きの力が燃料溜まり室１７内の圧力等でノズルニードル４に作用する上向きの力よりも小さくなり、ノズルニードル４は上向きに押され、燃料噴射孔１２が開口される。このため、燃料噴射装置１から燃料が噴射される状態となる。

以上をまとめると、燃料噴射装置１において、電磁アクチュエータ９が通電されると、開閉用オリフィス通路２５が開口され、圧力制御室２０内の圧力が下がり、燃料噴射孔１２を塞いでいたノズルニードル４が上昇し、燃料が燃料噴射孔１２から噴射される。一方、電磁アクチュエータ９が非通電にされると、開閉用オリフィス通路２５が閉止され、圧力制御室２０内の圧力が上がり、ノズルニードル４が下降し燃料噴射孔１２を塞ぎ、燃料噴射が停止される。

図２は、図１の燃料噴射装置１が内燃機関のシリンダヘッド１００に取り付けられた状態を示す模式図である。燃料噴射装置１についてはノズル側のみが記載されている。また、図３は図２のＡ部の拡大図である。

インジェクタハウジング２の下側の端面にはノズルボディ３の上端面３ｅと高圧シール部を形成する下端面２ｃが形成されるとともに、インジェクタハウジング２の下側の円筒状側面には、リテーニングナット６を締め付け固定するための雄ネジ部２ｂが形成されている。

リテーニングナット６は円筒形状に形成されており、インジェクタハウジング２の雄ネジ部２ｂと螺合する雌ネジ部６ｂが設けられた円筒部６ｃと、この円筒部６ｃよりも燃料噴射孔１２側に配置される保持部６ｄとを有している。また、尚、本実施形態に係る燃料噴射装置１においてリテーニングナット６は第１ナット部材である。

ノズルボディ３の上端側にはインジェクタハウジング２の下端面２ｃと高圧シール部を形成する上端面３ｅと、上端面３ｅより燃料噴射孔１２側に上端面３ｅと平行な環状面である肩面３ａが形成されている。環状面である肩面３ａの内側の円部から燃料噴射孔１２側に向けて延在する円筒部の途中には円筒部から径方向外側に延在するストッパ３ｃおよび雄ネジ部３ｄが肩面３ａ側から順に形成されている。肩面３ａと円筒部は隅部３ｂで垂直に交差している。

リテーニングナット６の保持部６ｄは、ノズルボディ３の肩面３ａに対して対向配置される円環状の受面６ａを有している。リテーニングナット６の雌ネジ部６ｂをインジェクタハウジング２の雄ネジ部２ｂに締め付けることにより、ノズルボディ３がインジェクタハウジング２の先端部に締め付け固定される。この際、肩面３ａは受面６ａにより押圧され、隅部３ｂには軸方向の引張応力σ_ａが生じる（図３参照）。

ノズルナット１１は、燃料噴射孔１２側の端面１１ｂと、その逆側の端面１１ａと、端面１１ｂと端面１１ａとに挟まれた内周側に設けられ、ノズルボディ３の雄ネジ部３ｄと螺合する雌ネジ部１１ｃとを有している。ノズルナット１１を雄ネジ部３ｄに締め付けると端面１１ａがストッパ３ｃに当接し、ノズルナット１１は、ノズルボディ３に締め付け固定される。このように、本実施形態に係る燃料噴射装置１においては、リテーニングナット６と前記燃料噴射孔１２との間にノズルナット１１が設けられている。尚、本実施形態に係る燃料噴射装置１においてノズルナット１１は第２ナット部材である。

シリンダヘッド１００には、燃料噴射装置１が挿入される取付孔１０４が燃焼室１０２とシリンダヘッド上部１０１とを貫通するように形成されている。取付孔１０４は、燃焼室１０２側にから、小径部１０４ｂ、小径部１０４ｂよりも径が大きい大径部１０４ａの順に有しており、大径部１０４ａと小径部１０４ｂの間には円環状の段差部１０４ｃを有している。この段差部１０４ｃの環状端面には、環状のガスケット１０６を介してノズルナット１１の燃料噴射孔１２側の端面１１ｂが配置される。燃料噴射装置１をシリンダヘッド１００側に押すクランプ（図示せず）により、燃料噴射装置１はシリンダヘッド１００に押圧固定される。この際、クランプの押圧力により隅部３ｂには軸方向の圧縮応力σ_ｂが生じる（図３参照）。

このように、リテーニングナット６の締結により隅部３ｂには軸方向の引張応力σ_ａが生じる一方、クランプの押圧力によっては隅部３ｂに軸方向の圧縮応力σ_ｂが生じる。結局、隅部３ｂにはこれら引張応力σ_ａと圧縮応力σ_ｂとの差分のみが生じることになる。このように、本実施形態の燃料噴射装置１は従来品に比べ隅部３ｂに生じる応力を小さく抑えることができる。したがって、本実施形態の燃料噴射装置１によれば、燃焼ガス中に硫黄化合物が多く含まれる場合にも、ノズルボディ３の隅部３ｂにおけるコロージョンの発生及び侵食リスクを低下させることができる。

加えて、ガスケット１０６を通り抜けた燃焼ガスが隅部３ｂに到達するためにはノズルナット１１の雌ネジ部１１ｃとノズルボディ３の雄ネジ部３ｄの螺合部を通過しなければならない。したがって、本実施形態の燃料噴射装置１は従来品に比べ隅部３ｂに到達する燃焼ガスを少なく抑えることができる。したがって、本実施形態の燃料噴射装置１によれば、燃焼ガス中に硫黄化合物が多く含まれる場合にも、ノズルボディ３の隅部３ｂにおけるコロージョンの発生及び侵食リスクを低下させることができる。

＜変形例＞
図４は、変形例に係る燃料噴射装置１´が内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられた状態を示す模式図である。燃料噴射装置１´についてはノズル側のみが記載されている。また、図５は図４のＢ部の拡大図である。

燃料噴射装置１´は、燃料噴射装置１に対してノズルボディ３´およびノズルナット１１´が異なる。

ノズルボディ３´の上端側にはインジェクタハウジング２の下端面２ｃと高圧シール部を形成する上端面３´ｅと、上端面３´ｅより燃料噴射孔１２側に上端面３´ｅと平行な環状面である肩面３´ａが形成されている。肩面３´ａの内側の円部から燃料噴射孔１２側に向けて延在する円筒部の途中には雄ネジ部３´ｄが形成されている。肩面３´ａと円筒部は隅部３´ｂで垂直に交差している。このように、ノズルボディ３´はストッパを有していない。

ノズルナット１１´は、燃料噴射孔１２側の端面１１´ｂと、その逆側の端面１１´ａと、端面１１´ｂと端面１１´ａとに挟まれた内周側に設けられ、ノズルボディ３´の雄ネジ部３´ｄと螺合する雌ネジ部１１´ｃとを有している。ノズルナット１１´を雄ネジ部３´ｄに締め付けると端面１１´ａがリテーニングナット６の下側の端面である下端面６ｅに当接し、ノズルナット１１´は、ノズルボディ３に締め付け固定される。このように、変形例に係る燃料噴射装置１´においては、リテーニングナット６と前記燃料噴射孔１２との間にノズルナット１１´が設けられている。尚、変形例に係る燃料噴射装置１´においてリテーニングナット６は第１ナット部材であり、ノズルナット１１´が第２ナット部材である。

変形例に係る燃料噴射装置１´においては、ノズルボディ３´にストッパを設ける必要が無いので、図２に示す実施形態に比べコストを安く抑えることができる。

図２に示す実施形態と同様にガスケット１０６を通り抜けた燃焼ガスが隅部３´ｂに到達するためにはノズルナット１１´の雌ネジ部１１´ｃとノズルボディ３´の雄ネジ部３´ｄの螺合部を通過しなければならない。したがって、変形例に係る燃料噴射装置１´は従来品に比べ隅部３´ｂに到達する燃焼ガスを少なく抑えることができる。したがって、本実施形態の燃料噴射装置１´によれば、燃焼ガス中に硫黄化合物が多く含まれる場合にも、ノズルボディ３´の隅部３´ｂにおけるコロージョンの発生及び侵食リスクを低下させることができる。

以上のように、本実施形態の燃料噴射装置１および変形例に係る燃料噴射装置１´によれば、燃焼ガス中に硫黄化合物が多く含まれる場合にも、コロージョン等の発生および侵食リスクを低下させることができる。

１１´ 燃料噴射装置、２インジェクタハウジング、２ｂ雄ネジ部、２ｃ下端面、３３´ ノズルボディ、３ａ３´ａ片面、３ｂ３´ｂ隅部、３ｃストッパ、３ｄ３´ｄ雄ネジ部、３ｅ３´ｅ上端面、４ノズルニードル、５ノズルスプリング、６リテーニングナット（第１ナット部材）、６ａ受面、６ｂ雌ネジ部、６ｃ円筒部、６ｄ保持部、７バルブピストン、８バルブボディ、９電磁アクチュエータ、１０インレット部、１１１１´ノズルナット（第２ナット部材）、１１ａ１１´ａ端面、１１ｂ１１´ｂ端面、１１ｃ１１´ｃ雌ネジ部、１２燃料噴射孔、１３シート部、１５１６第１燃料通路、１７燃料溜まり室、１８スプリング室、２０、圧力制御室、２２第２燃料通路、２３圧力導入室、２４導入側オリフィス通路、２５開閉用オリフィス通路、８６燃料還流路、１００シリンダヘッド、１０１シリンダヘッド上部、１０２燃焼室、１０４取付孔、１０４ａ大径部、１０４ｂ小径部、１０４ｃ段差部、１０６ガスケット、２０１燃料噴射装置、２０２インジェクタハウジング、２０３ノズルボディ、２０３ａ肩面、２０３ｂ隅部、２０４ノズルニードル、２０６リテーニングナット、２０６ａ受面、２１２燃料噴射孔、２１５２１６第１燃料通路、３００シリンダヘッド、３０２燃焼室、３０４取付孔、３０４ａ大径部、３０４ｂ小径部、３０４ｃ段差部、３０６ガスケット、

Claims

インジェクタハウジング（２）と、
燃料噴射孔（１２）が形成されているノズルボディ（３、３´）と、
前記インジェクタハウジング（２）の端部に前記ノズルボディ（３、３´）を締結する第１ナット部材（６）と、
前記第１ナット部材（６）と前記燃料噴射孔（１２）との間に設けられた第２ナット部材（１１、１１´）と、
を備える、
燃料噴射装置。
前記第２ナット部材（１１、１１´）に形成された雌ネジ（１１ｃ、１１´ｃ）が前記ノズルボディ（３、３´）に形成された雄ネジ（３ｄ、３´ｄ）と螺合する、
請求項１記載の燃料噴射装置。
前記雌ネジ（１１ｃ）が前記雄ネジ（３ｄ）と螺合する際に、前記第２ナット部材（１１）の端面は、前記ノズルボディ（３）に設けられたストッパ（３ｃ）に当接する、
請求項２記載の燃料噴射装置。
前記雌ネジ（１１´ｃ）が前記雄ネジ（３´ｄ）と螺合する際に、前記第２ナット部材（１１´）の端面は、前記第１ナット部材（６）に当接する、
請求項２記載の燃料噴射装置。