JP3584554B2

JP3584554B2 - 蓄圧式燃料噴射装置

Info

Publication number: JP3584554B2
Application number: JP19046495A
Authority: JP
Inventors: 哲也鳥谷尾; 修一松本; 雅史邑上; 幸寿荒駒; 正利黒柳
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-07-26
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2015-07-26
Also published as: DE19630124B4; US5803369A; JPH0942106A; DE19630124A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼル内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）用の燃料噴射装置に関し、特に高圧燃料を一種のサージタンクであるコモンレールに蓄圧し、この蓄圧された高圧燃料を電磁弁制御式のインジェクタから噴射するようにした蓄圧式燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高圧供給ポンプから供給される高圧燃料を直接またはコモンレール等で蓄圧して一定圧にしてからインジェクタに供給し、インジェクタの噴孔を開閉する弁部材の反噴孔側に設けた圧力制御室内の燃料圧力を電磁二方弁で制御することにより燃料噴射時期および燃料噴射量を調整する燃料噴射装置が知られている。このような燃料噴射装置として特開平５−１３３２９６号公報、特開平１−２３２１６１号公報に示されるものが知られている。
【０００３】
特開平５−１３３２９６号公報に開示されているものでは、弁部材の平坦面が平面弁座と密着することにより圧力制御室からの高圧燃料の排出を遮断している。平坦面同志が接触する構成であるため、円錐状の接触面を有する弁部材および弁座部材の接触部に比較して接触部の加工が容易になる。また、接触面積を広くできるため接触部における摩耗が減少し、良好なシール性を維持できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特開平５−１３３２９６号公報に開示されているものでは、弁部材の平坦面に働く圧力制御室の燃料圧力が開弁方向に作用するので弁部材を弁座部材に着座させるばね力が大きくなる。このため、このばね力に抗して弁座部材から弁部材を離座させる電磁弁の吸引力を増加する必要があるので電磁弁の体格が大きくなるという問題がある。
【０００５】
特開平１−２３２１６１号公報に開示されているものでは、弁部材の開口面積に比較して弁部材と弁部材が着座する弁座部材との接触面積を著しく大きくするとともに弁部材または弁座部材の少なくとも一方の接触面に弁口に近接する部分から接触面の外側に至る溝を設けることにより、弁部材の開弁性能を損なうことなく閉弁時に弁部材が弁座部材から跳ね上がることを防止している。
【０００６】
ところが、特開平１−２３２１６１号公報に開示されているものは、高圧燃料の圧力として５００ｋｇ／ｃｍ^２（約５０ＭＰａ）程度を開示しているが、１００ＭＰａ以上の高圧燃料を切り換える電磁二方弁に用いるには、弁部材と弁座部材との接触面積を著しく大きくし過ぎると電磁弁の開弁方向に働く油圧荷重が大きくなるので実用上適さないと考えられる。また、弁部材の設定ストローク量が小さい場合や開弁直後の低ストローク時には弁部材と弁座部材との対向面積が大きいので流量係数が極めて小さくなることにより圧力損失が必要以上に大きくなり過ぎるという問題がある。このため、弁部材が弁座部材から離座しても開放圧力が十分に下がらなかったり、電磁弁に開弁信号が送出されたあとも実際に圧力が下がるまでに時間遅れが発生するという問題がある。さらに、燃料溝により弁部材を弁座部材から離座し易い構成にすることは、逆に言えば弁部材が弁座部材に着座するときに反発力となって働くので、着座時の弁部材の跳ね上がり低減効果は期待できない。また、弁部材と弁座部材との接触面積を開口面積に較べ著しく大きくすることによりインジェクタの径が大きくなるので、小型ディーゼルエンジンへの使用に適さない。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、燃料リーク量を低減するとともに高い耐久性を有し、小型化可能で安価な燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段・作用・発明の効果】
（解決手段）
前記目的を達成するための本発明の請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置は、
コモンレールで蓄圧された１００Ｍｐａ以上の高圧燃料をディーゼル内燃機関の各気筒毎に設けられたインジェクタに供給し、このインジェクタの噴射ノズルから各気筒の燃焼室内へ燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置であって、
噴射ノズルの噴孔に高圧燃料を供給可能な高圧燃料通路と前記噴孔とを断続するニードル弁と、
前記ニードル弁の反噴孔側に前記ニードル弁とともに往復移動可能に設けられられた制御ピストンと、
前記制御ピストンの反噴孔側に設けられ前記高圧燃料通路から供給される燃料圧力により前記制御ピストンを前記噴孔遮断方向に付勢する圧力制御室と低圧燃料通路または低圧燃料室とを断続する電磁弁とを備え、
前記高圧燃料通路と前記圧力制御室との間に前記圧力制御室への導入燃料量を制限する第１の絞り孔を設け、前記圧力制御室と前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室との間に前記第１の絞り孔より通路抵抗の小さい第２の絞り孔を設け、
前記電磁弁は、前記圧力制御室と前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室とを連通可能な連通路周囲に形成された平面弁座、この平面弁座に平面同士で密着可能な弁部材、前記平面弁座に前記弁部材を付勢する付勢手段、および、通電することにより前記平面弁座から離座する方向に前記弁部材を吸引する電磁コイルを有し、
前記弁部材は、円柱形状の軸部材および前記軸部材に摺動自在に支持されて前記圧力制御室内の燃料圧力が前記第２の絞り孔を介して開弁方向に作用する球状部材を有し、
前記平面弁座に前記弁部材が着座しそれぞれの平面同士が密着することにより前記圧力制御室と前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室との連通を遮断し、前記平面弁座から前記弁部材が離座することにより前記圧力制御室と前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室とを連通し、前記弁部材が前記平面弁座に着座したときに前記平面弁座と前記弁部材とが密着している部分の外周縁内に前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室と連通する燃料逃し通路が前記平面弁座または前記弁部材のいずれか一方に形成されており、
前記燃料逃し通路は、前記連通路とほぼ同心状に形成された環状溝通路と、一端が前記環状通路と連通し他端が前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室に連通する燃料溝通路とを備え、前記環状溝通路と前記第２の絞り孔とで区画される壁の肉厚が、前記第２の絞り孔の直径よりも小さくなっていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２記載の蓄圧式燃料噴射装置は、請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置において、前記燃料逃し通路は、前記連通路とほぼ同心円上に形成された環状溝通路と、一端が前記環状溝通路に連通し他端が前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室に連通する燃料孔または燃料溝通路とを有することを特徴とする。
本発明の請求項３記載の蓄圧式燃料噴射装置は、請求項２記載の蓄圧式燃料噴射装置において、前記燃料溝通路または前記燃料孔は、前記連通路を中心に点対称位置に少なくとも２本配設されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４記載の蓄圧式燃料噴射装置は、請求項１、２または３記載の蓄圧式燃料噴射装置において、前記環状溝通路は、前記環状溝通路の内周側から外周側に向かって徐々に深くなることを特徴とする。
本発明の請求項５記載の蓄圧式燃料噴射装置は、請求項１から４のいずれか一項記載の蓄圧式燃料噴射装置において、前記平面弁座に前記弁部材が着座すると、前記環状溝通路の内周側および外周側で前記平面弁座および前記弁部材の平面同士が密着することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項６記載の蓄圧式燃料噴射装置は、請求項１から５のいずれか一項記載の蓄圧式燃料噴射装置において、前記球状部材は、前記平面弁座と平面同士で密着するとともに球状凸面を有し、前記軸部材は、前記球状凸面と軸方向で当接する球状凹面または円錐状凹面または平面を有し、前記球状部材を摺動自在に支持することを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項７記載の蓄圧式燃料噴射装置は、請求項６記載の蓄圧式燃料噴射装置において、前記球状部材は、鋼球の一部を後加工で切断して前記平面弁座と密着可能な平面を形成することを特徴とする。
本発明の請求項８記載の蓄圧式燃料噴射装置は、請求項６または７記載の蓄圧式燃料噴射装置において、前記弁部材は、前記軸部材に取付けられ、かしめ、内径の縮径、または突起により前記球状部材の脱落を防止する支持部材を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項９記載の蓄圧式燃料噴射装置は、請求項６または７記載の蓄圧式燃料噴射装置において、前記弁部材は、前記軸部材の端部に円筒状に設けられ、前記球状部材を内装した後、先端部をかしめることにより前記球状部材の脱落を防止する支持部材を有することを特徴とする。
（作用および発明の効果）
上記構成の本発明の請求項
１、２または５記載の燃料噴射装置によると、圧力制御室の圧力を制御する電磁弁の開弁方向に働く力を小さくでき、シート面圧を上昇させることなく確実なシール性が確保できるので弁部材の付勢力を小さくすることが可能となり電磁弁の磁力を低減できる。以上の作用によりシート部分の耐久性が向上するとともにソレノイド部分を小型化可能である。
【００１４】
また、電磁弁閉弁時の高圧燃料のシール性が向上すると高圧燃料のリーク量が減少するため、本発明を採用することによってコモンレールに高圧燃料を供給する高圧ポンプの負荷を軽減し、駆動トルクを低下できるので高圧ポンプの小型化が可能となる。
本発明の請求項３記載の燃料噴射装置によると、連通路を中心に点対称位置に燃料逃し通路を配設することにより、弁部材の開弁方向に働く油圧分布が弁部材の中心から径方向外側に向けて等しくなるので弁部材の傾きや偏心が抑制される。このため、安定した電磁弁の開閉弁制御が可能であり、噴射ノズルから均一な燃料量を噴射できる。特に、微少量噴射を安定して高精度に制御できる。
【００１５】
本発明の請求項４記載の燃料噴射装置によると、内周側から外周側に向かって徐々に環状溝通路が深くなることにより、環状溝通路と連通路間の幅が大きくなるので燃料圧力による環状溝通路内周側の変形を低減できる。
【００１６】
本発明の請求項６または７記載の燃料噴射装置によると、弁部材が球状部材と軸部材とからなり軸部材に摺動自在に球状部材が支持されることにより平面弁座に着座するときの球状部材の傾きまたは軸ずれを防止できるので、シート不良を低減できる。
本発明の請求項８または９記載の燃料噴射装置によると、支持部材により球状部材の脱落を防止することができる。さらに請求項８記載の燃料噴射装置によると、軸部材と別体に支持部材を設けることにより、軸部材の加工が容易になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１の実施例による燃料噴射装置を図１〜図４に示す。
図４に示すインジェクタ１は、図示しないコモンレールから図示しない燃料配管を介して蓄圧された一定圧の高圧燃料が燃料フィルタ６０を通って供給されている。
【００１８】
インジェクタ１の噴射側端部に設けられた噴射ノズル１０のノズルボディ１１にはノズルニードル２０が往復移動可能に収容されており、噴孔１１ａを開閉する。ノズルボディ１１およびインジェクタボディ１３はディスタンスピース１２を挟んでリテーニングナット１４で結合されている。ノズルニードル２０の反噴孔側にはプレッシャピン２１、プレッシャピン２１の反噴孔側に接触あるいは連結する制御ピストン２２が配設されている。プレッシャピン２１はスプリング２３内に貫挿されており、スプリング２３はプレッシャピン２１を図１の下方に付勢している。制御ピストン２２の反噴孔側には圧力制御室６２が設けられている。
【００１９】
燃料フィルタ６０から高圧燃料通路６１に導入した高圧燃料は、ノズルニードル２０周囲に環状に形成された燃料溜まり２４と圧力制御室６２とに供給されている。燃料溜まり２４内の高圧燃料の圧力はノズルニードル２０をリフト方向に付勢し、圧力制御室６２内の高圧燃料の圧力は制御ピストン２２を図３の下方に付勢する。
【００２０】
電磁弁３０は、圧力制御室６２と低圧側とを断続する電磁二方弁である。インジェクタボディ１３には、平面弁座としての平板プレート５１およびシリンダ５２がリテーニングナット４０で連結され、電磁弁３０のコア３１がリテーニングナット４０の端部にかしめられている。
電磁コイル３２はコア３１内に巻装されており、コネクタ５８から電力が供給される。コア３１内に燃料通路３４が形成されている。スクリュウナット５５には燃料通路５５ａが形成されており、低圧燃料通路３４、５５ａを通してインジェクタ１内の余剰燃料を排出する。スクリュウナット５５にはガスケット５６が嵌め込まれている。
【００２１】
燃料通路６５は制御ピストン２２およびノズルニードル２０の摺動クリアランスからのリーク燃料を回収するための低圧燃料通路であり、低圧燃料通路５２ａに連通している。
図３に示すように、弁部材４１は軸部材としてのシャフト４２および球状部材４３からなる。シャフト４２はシリンダ５２の内壁に往復移動可能に支持されており、球状部材４３はシャフト４２の先端に摺動自在に支持されている。シャフト４２の電磁コイル３２側にはアーマチャ３３が固定されている。電磁コイル３２への非通電時、球状部材４３は付勢手段としてのスプリング４４の付勢力により平板プレート５１に着座している。スプリング４４の一端はストッパ５３に係止されている。電磁コイル３２への通電オン時、電磁コイル３２に発生する磁力によりアーマチャ３３が電磁コイル３２に吸引されシャフト４２が図３の上方にリフトすることにより球状部材４３が平板プレート５１から離座する。スペーサ５４の軸長を変更することにより弁部材４１のリフト量が調整できる。
【００２２】
高圧燃料通路６１と圧力制御室６２とは高圧燃料通路６１から圧力制御室６２への流入燃料量を規制する第１の絞り孔６３で連通されている。平板プレート５１には平板プレート５１を軸方向に貫通し第１の絞り孔６３よりも通路抵抗の小さい連通路としての第２の絞り孔６４が形成されている。シャフト４２および球状部材４３からなる弁部材４１が平板プレート５１から離座すると、第２の絞り孔６４と低圧燃料通路５２ａとが連通し、第２の絞り孔６４、低圧燃料通路５２ａ、低圧燃料室４０ａ、低圧燃料通路５３ａ、３１ａ、３４、５５ａを経て圧力制御室６２内の高圧燃料がインジェクタ１から排出される。
【００２３】
図１に示すように、シャフト４２の先端部には支持部材としての円筒部４２ａの内壁および円錐状凹面４２ｂからなる円錐台状の凹部が設けられ、円筒部４２ａの先端部をかしめることにより球状部材４３はシャフト４２からの脱落を防止されている。円筒部４２ａと球状部材４３との間には数μｍのクリアランスが形成されているので球状部材４３はシャフト４２に対し摺動自在に組み付けられている。球状部材４３は鋼球の一部を後加工で切断したものであるが、本発明では、切削により成形することも可能である。
【００２４】
シリンダ５２とインジェクタボディ１３との間には平板プレート５１が挟持されている。平板プレート５１には平板プレート５１を軸方向に貫通する第２の絞り孔６４が形成されており、圧力制御室６２と低圧燃料通路５２ａとを連通可能である。
図１および図２に示すように、平板プレート５１の球状部材４３側端面には、第２の絞り孔６４の開口周囲に環状の座面５１ａが形成されている。この環状座面５１ａの外周側に環状の溝が形成され、この環状溝により環状溝通路５１ｂが形成されている。前記環状溝から径方向外側に向けて放射状に十字状の溝が形成されており、この十字状溝により燃料溝通路５１ｃが形成されている。燃料溝通路５１ｃの一端は環状溝通路５１ｂと連通し燃料溝通路５１ｃの他端は低圧燃料通路５２ａに連通している。環状溝通路５１ｂおよび燃料溝通路５１ｃは、燃料逃し通路を構成しており、球状部材４３と平板プレート５１との着座領域内に形成されているので、球状部材４３が平板プレート５１に着座した状態においても低圧燃料通路５２ａと連している。環状溝通路５１ｂおよび燃料溝通路５１ｃにより扇状の座面５１ｄが区切られている。
【００２５】
球状部材４３の平面部４３ａは座面５１ａおよび座面５１ｄの一部に着座可能であり、球状部材４３が平板プレート５１に着座すると第２の絞り孔６４と環状溝通路５１ｂとの連通が遮断される。
図１に示す各寸法の具体例を次に示す。球状部材平面部直径Ｄ_１＝１．４３ｍｍ、球状部材直径Ｄ_２＝２．０ｍｍ、第２の絞り孔径Ｄ_３＝０．４ｍｍ、環状溝通路内径Ｄ_４＝０．５ｍｍ、環状溝通路外径Ｄ_５＝１．０ｍｍ、制御ピストン径Ｄ_６＝４．５ｍｍ、燃料溝通路幅ｄ_１＝０．４ｍｍ、燃料溝通路深さｄ_２＝０．１ｍｍ、球状部材削り代＝０．３ｍｍである。
【００２６】
ここで、円筒状部材３７に加工された、環状溝内径より内側部のシート平面と外径部より外側の平面高さは同一高さに設定されており、電磁二方弁の閉弁時の接触は、環状溝を挟んで内側および外側の両平面で行われる構成となっている。
次に燃料噴射装置の作動を説明する。
（１）図示しないコモンレールから燃料配管を通ってインジェクタ１の高圧燃料通路６１に導入された高圧燃料は燃料溜まり２４および圧力制御室６２に供給される。電磁コイル３２への通電オフ時、球状部材４３が平板プレート５１に着座しているので第２の絞り孔６４と低圧燃料通路５２ａとの連通が遮断されている。このとき、圧力制御室６２内の燃料圧力は燃料溜まり２４内の燃料圧力と同圧であると考えてよい。ここで、制御ピストン径＝５．０ｍｍ、ノズルニードル径＝４．０ｍｍ、ノズルニードルシート径＝２．２５ｍｍであることから、圧力制御室６２内の燃料圧力により制御ピストン２２がノズル閉弁方向に力を受ける受圧面積と燃料溜まり２４内の燃料圧力によりノズルニードル２０がノズル開弁方向に力を受ける受圧面積との差は約１１ｍｍ^２である。このため、燃料溜まり２４および圧力制御室６２内の燃料圧力が同圧ならば、ノズルニードル２０に働く油圧荷重の和はノズル閉弁方向に作用する。また、プレッシャピン２１はスプリング２３によりノズル閉弁方向に力を受けているので、電磁コイル３２への通電オフ時、ノズルニードル２０は噴孔１１ａを遮断しており、インジェクタ１から燃料噴射は行われない。
【００２７】
エンジン始動直後のインジェクタ１に供給される燃料圧力が十分に上昇していない期間においても、電磁弁３０への通電オフ時にノズルニードル２０は噴孔１１ａを遮断しているのでインジェクタ１からの燃料噴射は行われない。
平板プレート５１に弁部材４１を付勢するスプリング４４の荷重は、３０〜４０Ｎに設定されているので、例えば圧力制御室６２内の燃料圧力が１５０ＭＰａの場合、電磁弁開弁方向に働く油圧荷重はｍａｘ２４Ｎとなるが、この油圧荷重によって電磁弁３０が開弁することはない。
【００２８】
（２）この状態で電磁コイル３２への通電をオンすると、電磁コイル３２から発生する磁力によりアーマチャ３３が吸引される。この磁力と圧力制御室６２内の圧力が球状部材４３の受圧部に作用して球状部材４３を開弁方向に付勢する力との総和が、弁部材４１を開弁方向に付勢するスプリング４４の荷重より大きくなると球状部材４３は平板プレート５１から離座し、電磁弁３０は開弁する。第１実施例における磁力は約５０Ｎに設定されている。電磁コイル３２への通電がオンされ電磁弁３０が開弁すると、圧力制御室６２の燃料は第２の絞り孔６４と低圧燃料通路５２ａを介して低圧燃料室４０ａに流出し、低圧燃料室４０ａから低圧燃料通路５３ａ、３３ａ、３４、５５ａを介して図示しないリーク燃料回収用の配管に流れ込む。
【００２９】
圧力制御室６２内の高圧燃料の流出が始まりしばらくすると、圧力制御室６２の圧力は、高圧燃料通路６１の圧力に対して相対的に低くなる。これは、圧力制御室６２からの流出燃料を規制するための第２の絞り孔６４の通路面積に比較し、圧力制御室６２に導入される燃料を規制するための第１の絞り孔６３の通路面積が小さく構成されていることにより、第２の絞り孔６４の通路抵抗が第１の絞り孔６３の通路抵抗よりも小さいためである。さらに圧力制御室６２内の圧力が下がると、ノズルニードル２０に開弁方向に働く油圧荷重、制御ピストン２２に閉弁方向に働く油圧荷重、スプリング２３のセット荷重との力関係が逆転し、ノズル開弁方向への力が勝ってノズルニードル２０がリフトするので噴孔１１ａから燃料噴射が開始される。
【００３０】
所定の噴射終了時期に電磁コイル３２への通電をオフすると、アーマチャ３３を吸引するための電磁力５０Ｎが０になるため、スプリング４４の付勢力によって球状部材４３が平板プレート５１に着座し電磁弁３０は閉弁する。圧力制御室６２に高圧燃料通路６１から高圧燃料が導入され、徐々に圧力制御室６２の圧力が電磁弁３０の開弁前の状態まで復帰してくる。この圧力制御室６２の昇圧課程の途中、ノズルニードル２０に働く油圧荷重の和とスプリング２３のセット荷重との力関係がノズルニードルの閉弁方向に反転すると、ノズルニードル２０が噴孔１１ａを遮断するので噴射ノズル１０が閉弁し噴射が終了する。
【００３１】
次に、燃料逃し通路の有無による燃料噴射装置の作用および効果の違いについて説明する。
図５の（Ａ）は、圧力制御室６２内の高圧燃料によって、球状部材４３の平面部４３ａに作用する圧力分布を示したものであり、環状溝通路５１ｂおよび燃料溝通路５１ｃがない場合と比較してその分布形態の違いを模式的に表したものである。図５の（Ｂ）は、第１実施例に用いた寸法諸元のものに対して、圧力分布の理論値を計算した結果である。さらに図６は、図５の圧力分布を受けた場合の平面部４３ａが開弁方向に受ける油圧荷重を平面部４３ａ全域で積分して求めた値を示したものである。
【００３２】
電磁弁３０が閉弁し高圧燃料をシールしている場合、高圧燃料はある圧力分布を持って密着平面内に回り込む。第１実施例では、この密着平面内に設けられた環状溝通路５１ｂおよび燃料溝通路５１ｃが低圧燃料通路５２ａに連通していることにより、環状溝通路５１ｂおよび燃料溝通路５１ｃは低圧燃料通路５２ａ内の圧力（ドレン圧≒０）まで降圧する。したがってその圧力分布は、図５に示すように、第２の絞り孔６４から環状溝通路５１ｂまでをＬＯＧ関数でつないだ平行円盤間の隙間流れであらわされる周知の圧力分布を得る。
【００３３】
一方、低圧燃料通路５２ａと連通する環状溝通路５１ｂおよび燃料溝通路５１ｃが構成されていない従来のインジェクタの場合、図５の（Ｂ）に示した点線のように球状部材の平面部の外周縁部まで圧力がドレン圧まで降圧しないため、上記圧力分布は半径方向に長い分布を有することになる。
図６より、燃料逃し通路が有る場合に電磁弁開弁方向に発生する油圧力は、燃料逃し通路がない場合に比較して７０％以上も低減できることが分かる。このため、電磁弁閉弁方向に弁部材４１を付勢するスプリング４４の付勢力を小さくできるとともに、スプリング４４の付勢力に抗して弁部材４１をリフトさせる電磁コイル３２の磁力も小さくできるので、電磁弁の体格を小型化できる。以上の効果は、球状部材の平面部４３ａと平板プレート５１のいずれかを小径化することによっても得ることができる。ただし、平面部４３ａと平板プレート５１のいずれかを小径化することにより電磁弁閉弁時のシート面積を極端に小さくすると、シート面圧が極端に上昇するため初期性能を得ることができても耐久性に問題が生じるので実用上適さない。
【００３４】
また、電磁弁閉弁直前の状態における球状部材４３と平板プレー５１との間隔が極めて小さい場合においても、当然同様の効果が得られることは言うまでもない。さらには、低圧燃料通路５２ａに連通する環状溝通路５１ｂおよび燃料溝通路５１ｃは、第２の絞り孔６４を中心にして十字状に延びる点対称位置に配設されているため、平面部４３ａに働く圧力分布も対称形となって分布する。すなわち、平面部４３ａの中心から径方向に向けて対称形の圧力分布を得ることができるので、電磁弁開閉弁時において球状部材４３の傾きや偏心が発生せず、安定した開閉弁制御が可能となっている。
【００３５】
さらに、円錐台凹部を有するシャフト４２に球状凸面を有する球状部材４３が摺動自在に収容され、球状部材４３の平面部４３ａが平板プレート５１に着座する構成であるため、着座時の軸ずれを吸収でき、球状部材４３により圧力制御室６２と低圧側とを確実にシールできるとともに、電磁弁３０の作動中に球状部材４３が流体によって動くことがなく安定した制御をも可能とする。したがって、この構造は本実施例に示す球状部材のみに限定されて使用されるものでなく、例えばボール弁の先端形状に応用しても良好な結果が得られることは言うまでもない。
【００３６】
本発明の第１実施例によると、電磁弁閉弁時、あるいは閉弁直前の弁部材の低リフト時においても、弁部材４１に発生する開弁方向に作用する圧力分布を半径方向に短くできるためスプリング４４の付勢力に抗して弁部材４１をリフトさせる電磁コイルの吸引力が小さくなるので電磁コイルを小型化することができる。これは、座面５１ａに加えて扇状の座面５１ｄの一部に弁部材４１を密着させる構成であるためシート面圧を上昇させることなく実現できるので、耐久性を損なうことがないことは言うまでもない。また、電磁弁閉弁時の高圧燃料のシールを確実にすることができるため、高圧燃料のリーク量を低減でき、コモンレールに高圧燃料を供給するための高圧ポンプの負荷を軽減することができるので、高圧ポンプの駆動トルクを小さくできるとともに高圧ポンプの体格も小さくできる。
【００３７】
また、球状部材４３の中心軸に対して半径方向に等しい圧力分布となるため、球状部材４３の傾きや偏心が発生せず、安定した開閉弁制御が可能となる。これにより、均一な噴射量を得ることができ、安定した噴射量制御を実現できる。特に微少量噴射制御を安定して行うことができる。
さらに、球状部材着座時の軸ずれが吸収できるため、確実にシート面を密着することができ、球状部材着座時の燃料リーク量をほぼゼロにすることも可能であり、高圧燃料のリーク量を低減できる。
【００３８】
上述の如く、第１実施例による燃料噴射装置は、安価な手法で電磁弁からの燃料リーク量を低減できる上、コモンレールに高圧燃料を供給する高圧ポンプの体格を小型化することが可能で、安定した燃料噴射制御を小さな電磁力で駆動できる。さらには高い耐久性をも兼ね備えている。
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図７に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
【００３９】
平板プレート７０の環状溝通路７２の深さがしだいに深くなるように環状の座面５１ａの外周縁部に続いてテーパ面７１が形成されている。このような構成にしたのは次に述べる理由からである。
圧力制御室は１００ＭＰａ以上の高圧になるため、第２の絞り孔６４近傍の座面５１ａには大きな力が加わり弾性変形してしまう可能性がある。第２実施例の如く、座面５１ａの外周縁部に続いてテーパ面７１を設け第２の絞り孔６４近傍の肉厚を大きくとることによって、座面５１ａの変形を抑制し閉弁時のシール性をより確実にできる。
【００４０】
テーパ面を形成しない第１実施例の構成でシール性を確認した結果、圧力制御室内の燃料圧力が１５０ＭＰａ程度まで良好なシール性を得るためには、直径方向の座面の厚みが約０．２ｍｍ以上必要である。０．１ｍｍ程度であれば第２実施例の如く環状の座面５１ａの外周縁部にテーパ面を設ける形状が有効となる。
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図８に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
【００４１】
第３実施例では、平板プレート８０に設けた第２の絞り孔６４を中心として燃料通路５１ｃを放射状に等間隔に五本設けている。これは、弁部材４１に発生する圧力分布の半径方向長さを確実に短くするための実施例を示したものであり、特に１５０ＭＰａ以上の高圧を制御する場合に有効である。すなわち、これは１５０ＭＰａ以上の高圧を制御するときに環状溝通路５１ｂを完全にドレン圧まで下げる手法である。ただし、燃料通路本数は多いほどその効果は大きく、五本に限るものではない。
【００４２】
（第４実施例）
本発明の第４実施例を図９に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
燃料孔８２は、第２の絞り孔６４を中心として等間隔に四箇所平板プレート８１を貫通しないように弁部材側に開口するように形成されている。そして、燃料孔８２の反開口側端部に連通し、径方向外側に放射状に延びて平板プレート８１の外周側面に開口する燃料孔８３が四本形成されている。電磁弁閉弁時、球状部材が第２の絞り孔６４と燃料孔８２との間に形成されている座面８４に着座すことにより圧力制御室と低圧燃料通路または低圧燃料室との連通が遮断される。
【００４３】
第４実施例では、第１実施例〜第３実施例のように環状溝通路５１ｂが構成されていないため、圧力分布の半径方向長さは燃料孔８３がない部分で若干長くなり、弁部材４１の開弁方向への付勢力が大きくなる。しかし、燃料通路がすべてドリル穴で構成できるため極めてコストが低減できる。
（第５実施例）
本発明の第５実施例を図１０に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。第５実施例は、第４実施例に環状溝通路５１ｂを追加し、弁部材４１に発生する圧力分布の半径方向長さを短くした例を示す。すなわち、第１実施例および第２実施例と全く同じ効果を低コストで実現できる構成を示すものである。
【００４４】
燃料孔８６は、第２の絞り孔６４を中心として等間隔に四箇所平板プレート８５を貫通しないように環状溝通路５１ｂに連通するように形成されている。そして、燃料孔８６の反開口側端部に連通し、径方向外側に放射状に延びて平板プレート８５の外周側面に開口する燃料孔８７が四本形成されている。電磁弁閉弁時、球状部材が座面５１ａに着座すことにより圧力制御室と低圧燃料通路または低圧燃料室との連通が遮断される。
【００４５】
（第６実施例）
本発明の第６実施例を図１１に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
横断面矩形状の燃料通路８９は第２の絞り孔６４を中心として放射状に四本等間隔に形成さている。電磁弁閉弁時、球状部材が座面９０に着座することにより、圧力制御室と低圧燃料通路または低圧燃料室との連通が遮断される。
【００４６】
第６実施例では、平板プレート５１の表面への単純な溝形状の加工のみで済むため、例えば平板プレートの焼入れ工程前にプレス加工によって燃料通路８９を加工することが可能となり、加工コストがさらに低減できる。
（第７実施例）
本発明の第７実施例を図１２および図１３に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。第１実施例から第６実施例では、平板プレート側に燃料逃し通路を設けたが、第７実施例では球状部材側に燃料逃し通路を設けている。
【００４７】
図１２に示すように、球状部材９１の平面部の中央部には円形の当接面９２が形成され、この当接面の周囲に環状の環状溝通路９３が形成されている。この環状溝通路９３に連通し、当接面９２を中心にして放射状に三本の燃料溝通路９４が等間隔に設けられている。図１２の（Ｂ）に示すように扇状の座面９５は環状溝通路９３および燃料溝通路９４に囲まれている。図１３に示すように、平板プレート９６には、第２の絞り孔６４が形成さているだけである。
【００４８】
球状部材に放射状に形成される燃料溝通路の本数は、三本に限るものではない。また第４実施例のように燃料孔を形成することも可能である。
第７実施例では、平板プレート９６に第２の絞り孔６４だけが形成されているため、第１、３、４、５、６実施例のように燃料溝通路近傍に薄肉部をもたないのでより良好なシール性が確保できる。
【００４９】
（第８実施例）
本発明の第８実施例を図１４に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
球状部材９７は例えば切削により形成され、球形部９８および円板部９９からなる。球形部９８に円板部９９を設けることにより、球形部９８の大きさを変更することなく電磁弁のシート面積を変更することができる。本発明では、球形部と円板部とを溶接して球状部材を形成することも可能である。
【００５０】
（第９実施例）
本発明の第９実施例を図１５に示す。シャフト１００の先端に形成された凹部は円形平面１００ａおよび内側面１００ｂからなり、球状部材４３はこの凹部に摺動自在に支持されている。シャフト１００に球状部材４３を収容してから円筒側壁１０１の先端をかしめることによりシャフト１００から球状部材４３が脱落することを防止している。
【００５１】
第９実施例は平面と球状部材との組み合わせであるため、第１実施例〜第８実施例と同様に球状部材４３の傾き、または軸ずれを防止できることは言うまでもない。
（第１０実施例）
本発明の第１０実施例を図１６に示す。シャフト１０２の先端に形成された凹部は球形の凹曲面１０２ａと円筒状の内側面１０２ｂからなり、球状部材４３はこの凹部に摺動自在に支持されている。シャフト１０２に球状部材４３を収容してから円筒側壁１０３の先端をかしめることにより球状部材４３がシャフト１０２から脱落することを防止している。
第１０実施例は、球状の凹曲面と球状部材との組み合わせであるため、第１実施例〜第９実施例と同様に球状部材４３の傾き、または軸ずれを防止できることは言うまでもない。
【００５２】
（第１１実施例）
本発明の第１１実施例を図１７および図１８に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。第１実施例〜第１０実施例では、弁部材はシャフトおよび球状部材の二部材からなり、球状部材は一体に形成されたシャフトにより摺動自在に支持されていたが、第１１実施例では、弁部材１０５は、シャフト１０６、支持部材１０７および球状部材４３の三部材からなる。球状部材４３はシャフト１０６および支持部材１０７により摺動自在に支持されている。
【００５３】
シャフト１０６の先端外周壁は円筒状に切削され、この外周壁に円筒状の支持部材１０７が圧入もしくは溶接、あるいはその両方の手段によって連結されている。シャフト１０６に支持部材１０７を取付け、支持部材１０７内に球状部材４３を挿入してから支持部材１０７の先端をかしめることにより球状部材４３の脱落を防止している。第１１実施例では、シャフト１０６と支持部材１０７とを別部材にしたことによりシャフト１０６の加工が容易になる。
【００５４】
（第１２実施例）
本発明の第１２実施例を図１９に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第１２実施例では、円筒状の支持部材１０８の先端に予め球状部材４３の脱落防止用の突起１０８ａを設けておき、支持部材１０８に球状部材４３を挿入してからシャフト１０６に支持部材１０８を圧入もしくは溶接して取付ける。
【００５５】
（第１３実施例）
本発明の第１３実施例を図２０に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第１３実施例では、円筒状の支持部材１０９の先端部に徐々に内径が小さくなるテーパ部１０９ａを設けることにより球状部材４３の脱落を防止することも可能である。第１３実施例では第１２実施例と同様に、支持部材１０９の先端に予め球状部材４３の脱落防止用のテーパ部１０９ａを設けておき、支持部材１０９に球状部材４３を挿入してからシャフト１０６に支持部材１０９を圧入もしくは溶接して取付ける。
【００５６】
第１１実施例から第１３実施例では、支持部材とシャフト１０６とを別体形成しているため、シャフト１０６の熱処理工程が極めて容易となる。シャフト１０６は、電磁弁３０の作動に伴うガイド部分（摺動部分）の耐久性と、球状部材との高応力発生面（接触面）の耐久性を確保することを目的に熱処理されている。このため、第１実施例のように最終工程にてシャフト先端をかしめて球状部材の脱落を防止する場合、例えば合金綱を材料にかしめ先端部を防炭処理した後、浸炭熱処理を実施することになる。しかしながら、球状部材の直径は、第１実施例で示したφ２．０ｍｍと如く極めて小さいため、シャフト先端の防炭処理長さが小さく、この作業に時間を要してしまう。そこで第１１実施例〜第１３実施例では、円筒状の支持部材をシャフトと別体に設けることにより、シャフトの熱処理作業が容易になる。シャフト１０６には組付け工程前に焼き入れ処理がなされており、その熱処理工程は極めて容易に行うことができる。
【００５７】
また、第１１実施例から第１３実施例では、圧入または溶接によりシャフト１０６に支持部材を取付けたが、本発明ではねじ結合によりシャフトに支持部材を取付けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による蓄圧式燃料噴射装置における電磁弁の主要部を示す斜視図である。
【図２】第１実施例の平板プレートを示すものであり、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図を示す。
【図３】本発明の第１実施例による蓄圧式燃料噴射装置の主要部を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施例による蓄圧式燃料噴射装置を示す断面図である。
【図５】第１実施例の電磁弁におけるシート部の圧力分布を示し、（Ａ）は断面形状と圧力分布との位置関係を示し、（Ｂ）はシート部の半径方向距離と圧力との関係を示す特性図である。
【図６】燃料逃し通路が有る場合と無い場合の油圧荷重の違いを示す特性図である。
【図７】第２実施例の平板プレートを示すものであり、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図を示す。
【図８】第３実施例の平板プレートを示すものであり、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図を示す。
【図９】第４実施例の平板プレートを示すものであり、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図を示す。
【図１０】第５実施例の平板プレートを示すものであり、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図を示す。
【図１１】第６実施例の平板プレートを示すものであり、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）はＢ−Ｂ線断面図を示す。
【図１２】第７実施例のシャフトおよび球状部材を示すものであり、（Ａ）は側面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図を示す。
【図１３】第７実施例の平板プレートを示すものであり、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）はＢ−Ｂ線断面図を示す。
【図１４】第８実施例のシャフトおよび球状部材を示す側面図である。
【図１５】第９実施例のシャフトおよび球状部材を示す側面図である。
【図１６】第１０実施例のシャフトおよび球状部材を示す側面図である。
【図１７】第１１実施例による蓄圧式燃料噴射装置の主要部を示す断面図である。
【図１８】第１１実施例のシャフトおよび球状部材を示す側面図である。
【図１９】第１２実施例のシャフトおよび球状部材を示す側面図である。
【図２０】第１３実施例のシャフトおよび球状部材を示す側面図である。
【符号の説明】
１インジェクタ
１０噴射ノズル
３０電磁弁
４１弁部材
４２シャフト（軸部材）
４２ａ円筒部（支持部材）
４２ｂ円錐状凹面
４３球状部材
５１平板プレート（平面弁座）
５１ｂ環状溝通路
５１ｃ燃料溝通路
５２ａ低圧燃料通路
６１高圧燃料通路
６３第１の絞り孔
６４第２の絞り孔
７１テーパ面
８２、８３、８６、８７燃料孔
１００ａ円形平面
１０２ａ球状凹面
１０７、１０８、１０９支持部材

Claims

コモンレールで蓄圧された１００Ｍｐａ以上の高圧燃料をディーゼル内燃機関の各気筒毎に設けられたインジェクタに供給し、このインジェクタの噴射ノズルから各気筒の燃焼室内へ燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置であって、
噴射ノズルの噴孔に高圧燃料を供給可能な高圧燃料通路と前記噴孔とを断続するニードル弁と、
前記ニードル弁の反噴孔側に前記ニードル弁とともに往復移動可能に設けられられた制御ピストンと、
前記制御ピストンの反噴孔側に設けられ前記高圧燃料通路から供給される燃料圧力により前記制御ピストンを前記噴孔遮断方向に付勢する圧力制御室と低圧燃料通路または低圧燃料室とを断続する電磁弁とを備え、
前記高圧燃料通路と前記圧力制御室との間に前記圧力制御室への導入燃料量を制限する第１の絞り孔を設け、前記圧力制御室と前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室との間に前記第１の絞り孔より通路抵抗の小さい第２の絞り孔を設け、
前記電磁弁は、前記圧力制御室と前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室とを連通可能な連通路周囲に形成された平面弁座、この平面弁座に平面同士で密着可能な弁部材、前記平面弁座に前記弁部材を付勢する付勢手段、および、通電することにより前記平面弁座から離座する方向に前記弁部材を吸引する電磁コイルを有し、
前記弁部材は、円柱形状の軸部材および前記軸部材に摺動自在に支持されて前記圧力制御室内の燃料圧力が前記第２の絞り孔を介して開弁方向に作用する球状部材を有し、
前記平面弁座に前記弁部材が着座しそれぞれの平面同士が密着することにより前記圧力制御室と前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室との連通を遮断し、前記平面弁座から前記弁部材が離座することにより前記圧力制御室と前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室とを連通し、前記弁部材が前記平面弁座に着座したときに前記平面弁座と前記弁部材とが密着している部分の外周縁内に前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室と連通する燃料逃し通路が前記平面弁座または前記弁部材のいずれか一方に形成されており、
前記燃料逃し通路は、前記連通路とほぼ同心状に形成された環状溝通路と、一端が前記環状通路と連通し他端が前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室に連通する燃料溝通路とを備え、前記環状溝通路と前記第２の絞り孔とで区画される壁の肉厚が、前記第２の絞り孔の直径よりも小さくなっていることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
前記燃料逃し通路は、前記連通路とほぼ同心円上に形成された環状溝通路と、一端が前記環状溝通路に連通し他端が前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室に連通する燃料孔または燃料溝通路とを有することを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置。
前記燃料溝通路または前記燃料孔は、前記連通路を中心に点対称位置に少なくとも２本配設されていることを特徴とする請求項２記載の蓄圧式燃料噴射装置。
前記環状溝通路は、前記環状溝通路の内周側から外周側に向かって徐々に深くなることを特徴とする請求項１、２または３記載の蓄圧式燃料噴射装置。
前記平面弁座に前記弁部材が着座すると、前記環状溝通路の内周側および外周側で前記平面弁座および前記弁部材の平面同士が密着することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の蓄圧式燃料噴射装置。
前記球状部材は、前記平面弁座と平面同士で密着するとともに球状凸面を有し、前記軸部材は、前記球状凸面と軸方向で当接する球状凹面または円錐状凹面または平面を有し、前記球状部材を摺動自在に支持する軸部材とを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の蓄圧式燃料噴射装置。
前記球状部材は、鋼球の一部を後加工で切断して前記平面弁座と密着可能な平面を形成することを特徴とする請求項６記載の蓄圧式燃料噴射装置。
前記弁部材は、前記軸部材に取付けられ、かしめ、内径の縮径、または突起により前記球状部材の脱落を防止する支持部材を有することを特徴とする請求項６または７記載の蓄圧式燃料噴射装置。
前記弁部材は、前記軸部材の端部に円筒状に設けられ、前記球状部材を内装した後、先端部をかしめることにより前記球状部材の脱落を防止する支持部材を有することを特徴とする請求項６または７記載の蓄圧式燃料噴射装置。