JP4007202B2 - 軸部材の摺動構造およびインジェクタ - Google Patents
軸部材の摺動構造およびインジェクタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP4007202B2 JP4007202B2 JP2003014882A JP2003014882A JP4007202B2 JP 4007202 B2 JP4007202 B2 JP 4007202B2 JP 2003014882 A JP2003014882 A JP 2003014882A JP 2003014882 A JP2003014882 A JP 2003014882A JP 4007202 B2 JP4007202 B2 JP 4007202B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diameter piston
- fuel
- chamber
- groove
- injector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
- F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
- F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
- F02M63/0012—Valves
- F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
- F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
- F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
- F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
- F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸部材の摺動構造およびインジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸部材がガイド孔内に摺動自在に保持される摺動構造は、種々の装置が有しており、かかる装置の例として、内燃機関の燃料噴射装置を構成するインジェクタがある。インジェクタは、例えば、噴射用の燃料が供給されるノズル内に、軸部材により構成されたニードルが挿置されて、軸方向に変位することにより、燃料の噴射と停止とを切り替える。ニードルがガイド孔内に摺動自在に保持される摺動構造となっている。ニードルは、例えば常時開弁方向に作用するノズル内の燃料圧が、開弁圧を規定するスプリングのばね力を越えると開弁する。
【０００３】
また、コモンレール式の燃料噴射装置に用いられるインジェクタのように、ニードルの背圧を高圧側と低圧側との間で切り替えてニードルを作動せしめる構造のものもある。このものでは、背圧を発生する背圧室に導入される高圧燃料を低圧源に逃がす流路の途中に、背圧室と低圧源とを遮断する弁体が配設された弁室が設けられており、弁室の室壁を貫通するガイド孔に、弁体を押圧するためのピストンが保持される摺動構造を有している。ピストンはピエゾスタック等により構成されたアクチュエータにより押圧駆動され、弁体を変位せしめることで背圧室と低圧源との遮断状態を解除し、背圧室を低圧に開放する。
【０００４】
これらのインジェクタの例では、燃料の一部が軸部材の側面とガイド孔の側面との間に進入して油膜を形成し、摺動摩擦の低減により摺動性を向上するが、摺動部からの燃料のリーク（摺動部リーク）はニードルの開弁力や発生油圧を減殺するので、摺動性とともに燃料に対するシール性を十分に確保する必要があり、摺接するガイド孔の側面とニードルの側面とは数μｍ程度の僅かなクリアランスしか許容されない。このため、ニードルの側面にラビリンス溝を形成して、油膜切れの防止や燃料中の異物の捕捉を企図したものがある（特許文献１等参照）
【０００５】
また、前記コモンレール式燃料噴射装置のように、高圧の燃料がノズルボディ内に供給されるものでは、ガイド孔の孔方向に大きな圧力傾斜ができて、ガイド孔の高圧側で内径が最も拡大変形しクリアランスが相対的に大となり、中央で拡大変形の程度が小さくなることに鑑み、高圧側、低圧側、中央の順に溝の配置間隔が長くなるようにして、摺動性およびシール性の偏りの軽減を企図したものもある（特許文献２等参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１０３１０６号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８０２２３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ニードルは、軸方向の一方からは燃料圧が作用し、他方からは開弁圧を規定するスプリング力や、背圧室の燃料圧が作用している。また、アクチュエータによりピストンを押圧駆動するものでは、アクチュエータは軸方向の一方から作用する燃料圧やスプリング力に抗してピストンを変位せしめる。すなわち、これらのニードルやピストンは両端面から押圧荷重が印加される条件下で軸方向に変位する。
【０００８】
このような条件下では軸部材に偶力が生じやすく、軸部材がガイド孔の孔方向に対して傾斜して片当たりが生じる。このため、軸部材の側面とガイド孔の側面との接触部において油膜切れによる摩耗のおそれがあった。
【０００９】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、前記油膜切れによる摩耗を防止することのできる軸部材の摺動構造、および軸部材の摺動構造を有するインジェクタを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、噴射用の燃料が供給されるノズル内に、軸部材により構成され、軸方向に変位して燃料噴射と停止とを切り換えるニードルが挿置され、
高圧燃料が供給されて前記ニードルの背圧を発生する背圧室内の燃料を低圧源に逃がす低圧流路の途中に、前記背圧室と低圧源との連通路を開閉する弁体が配設された弁室が設けられ、
前記弁室の室壁に貫通するガイド孔内に、前記弁体を押圧する小径ピストンと、燃料が充填される変位拡大室を前記小径ピストンとの間に区画してピエゾスタックの伸長で変位する大径ピストンとを摺動自在に保持し、
前記大径ピストンが前記ピエゾスタックの伸長で変位すると、前記変位拡大室の燃料が圧縮され、その圧縮力で前記小径ピストンが変位して前記弁体を押し下げ、前記弁体が前記連通路を開いて前記背圧室と前記低圧源とが連通するインジェクタにおいて、
前記大径ピストンの側面のうち、前記ガイド孔の側面と常時摺接する範囲の軸方向の両端部のみにそれぞれ複数のラビリンス溝を形成する。各ラビリンス溝は、前記大径ピストンの端に最も近い第１溝の位置が、端から０．１ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲内にあることを特徴とする。
また、請求項１記載の発明では、前記ラビリンス溝の溝ピッチが、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内にある。好適には、請求項２記載の発明のように、前記ラビリンス溝の溝数が、３〜５の範囲内にあり、請求項３記載の発明のように、前記ラビリンス溝の溝幅が、０．６ｍｍ以下であるとよい。
【００１１】
大径ピストンの傾斜により片当たりする、大径ピストンの側面とガイド孔の側面との接触部は、大径ピストンのガイド孔の側面と常時摺接する範囲の両端部であり、ガイド孔の孔方向に一定の長さを有する。請求項１記載の発明では、前記端部のそれぞれのみに複数の溝を形成することで、溝幅を過剰に広げることなく、前記一定の長さを有する接触部の全体に油膜を行き渡らせることができる。溝幅を過剰に広げないので、接触部の摺動長を確保することができる。これにより、効果的に油膜切れによる摩耗を防止することができ、該摩耗に基因した凝着、磨耗粉の発生による軸部材の固着を未然に回避することができる。
【００１３】
また、インジェクタの大径ピストンは偶力が作用しやすく、また、軸動する回数もきわめて多いから、前記大径ピストンの側面のうち、前記ガイド孔の側面と常時摺接する範囲の軸方向の両端部のみにそれぞれ複数のラビリンス溝を形成し、各ラビリンス溝を、前記大径ピストンの端に最も近い第１溝の位置を端から０．１ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲内にするとともに、溝ピッチを０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内にすることで、故障の低減や長寿命化を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明を適用したディーゼルエンジンのコモンレール式の燃料噴射装置のインジェクタの構成を示す。インジェクタは、ディーゼルエンジンの各気筒に１対１に対応して設けられ、共通のコモンレールから燃料の供給を受け、各気筒の燃焼室内に略コモンレール内の燃料圧力（以下、コモンレール圧力という）に等しい噴射圧力で燃料を噴射するようになっている。コモンレールには燃料タンクの燃料が高圧サプライポンプにより圧送されて高圧で蓄えられる。
【００１５】
また、コモンレールからインジェクタに供給された燃料は、上記燃焼室への噴射用の他、インジェクタの制御油圧等としても用いられ、インジェクタから低圧の燃料タンクに還流するようになっている。
【００１６】
インジェクタは複数の部材が結合した棒状のボディ１を有し、図中の下側部分がエンジンの図略の燃焼室壁を貫通して燃焼室内に突出するように取り付けられている。インジェクタは下側から順に噴射部１ａ、背圧制御部１ｂ、ピエゾアクチュエータ１ｃとなっている。
【００１７】
噴射部１ａは、先端に噴孔１０３が形成されたノズル１０４内にニードル２１が配設されている。ニードル２１の基端部２１１は、ノズル１０４壁に形成されたガイド孔１２１に摺動自在に保持され、ニードル２１がガイド孔１２１の孔方向に軸動して、ニードル２１の先端部２１２が環状シート１０４１に着座または離座するようになっている。ニードル先端部２１２の外周空間１０５には高圧通路１０１を介してコモンレールから高圧燃料が供給され、ニードル２１のリフト時に噴孔１０３から燃料が噴射される。ニードル２１にはその環状段面２１ａに前記高圧通路１０１からの燃料圧がリフト方向（上向き）に作用している。
【００１８】
ニードル２１の後方には高圧通路１０１からインオリフィス１０７を介して制御油としての燃料が導入されており、ニードル２１の背圧を発生する背圧室１０６が形成される。この背圧は、背圧室１０６に配設されたスプリング３１とともにニードル２１の後端面２１ｂに着座方向（下向き）に作用する。ニードル後端面２１ｂはまた、背圧室１０６内のスプリング３１と弾接し、着座方向（下向き）のばね力が作用している。
【００１９】
前記ニードル２１の背圧は背圧制御部１ｂで増減され、背圧制御部１ｂは前記ピエゾスタック５を備えたピエゾアクチュエータ１ｃにより制御される。
【００２０】
背圧制御部１ｂは以下の構成となっている。前記背圧室１０６はアウトオリフィス１０８を介して常時、弁室１１０と連通している。弁室１１０は、インジェクタ内部にその長さ方向に形成された複数の段付きの縦孔の一部により構成されたもので、該縦孔は、弁室１１０の他、弁室１１０の下方には、高圧ポート１１０１、ガイド孔１２２およびスプリング室１０９がこの順に設けられ、弁室１１０の上方には、低圧ポート１１０２、ガイド孔１２３およびピエゾスタック室１１２がこの順に設けられる。
【００２１】
高圧ポート１１０１は、弁室１１０の底面に開口し、高圧通路１０１と連通している。低圧ポート１１０２は弁室１１０の天井面に開口し、低圧通路１０２と連通している。また、スプリング室１０９、ピエゾスタック室１１２は低圧通路１０２と連通している。
【００２２】
弁室１１０内には、弁体２３が配設されている。弁体２３は略円形の部材により構成され、下降時には、下端部が高圧ポート１１０１を閉鎖することにより、弁室１１０を高圧通路１０１から遮断する。上昇時には、上端部が低圧ポート１１０２を閉鎖することにより、弁室１１０を前記低圧通路１０２から遮断する。これにより、弁体２３下降時には背圧室１０６がアウトオリフィス１０８、弁室１１０を経て低圧通路１０２と連通する。そして、ニードル２１の背圧が低下してニードル２１が離座する。一方、弁体２３の上昇時には背圧室１０６が低圧通路１０２と遮断されて高圧通路１０１のみと連通する。そして、ニードル２１の背圧が上昇してニードル２１が着座する。
【００２３】
弁体２３はその下方のピストン２２のピン部２２２が高圧ポート１１０１から弁室１１０に進入して弁体２３を受けるようになっている。ピストン２２は本体部２２１がガイド孔１２２に摺動自在に保持されている。ピストン２２は、下端面２２ａで、スプリング室１０９に配設されたスプリング３２と弾接しており、弁体２３を上方に付勢している。スプリング３２のばね力は、コモンレール圧が十分に上昇していないとき、すなわち高圧ポート１１０１の燃料圧が十分に上昇していないときにも、弁体２３が低圧ポート１１０２を閉鎖状態とし得るように設定される。燃料が誤って噴射されないようにするためである。
【００２４】
前記のごとくニードル２１の背圧の大きさは弁体２３の位置で切り換わるが、この切り換えは、弁体２３を押圧駆動するピエゾアクチュエータ１ｃによりなされる。
【００２５】
ピエゾアクチュエータ１ｃは、ピエゾスタック室１１２に格納されたピエゾスタック５等や、ガイド孔１２３に挿置されたピストン２４，２５により構成されている。
【００２６】
ピエゾスタック室１１２には、上下方向に伸縮するピエゾスタック５とともに、その下方に円盤部材４１およびスプリング３４が格納されている。円盤部材４１はその側面の全周に形成した溝にシール用のＯリング４２が嵌められたものである。ピエゾスタック室１１２は、円盤部材４１の下方で低圧通路１０２と連通し、後述する大径ピストン２５の外周の摺動部リークが還流するようになっている。
【００２７】
ガイド孔１２３は、下側部分１２３１が小径で、上側部分１２３２が大径となっており、径の異なる２つのピストン２４，２５が摺動自在に保持されている。ガイド孔小径部分１２３１に保持されたピストン（以下、適宜、小径ピストンという）２４は、本体部２４１から下向きにピン部２４２が突出して、低圧ポート１１０２から弁室１１０内に進入し、弁体２３を下方に押し下げ可能である。
【００２８】
ガイド孔１２３の大径部分１２３２に保持されたピストン（以下、適宜、大径ピストンという）２５は、本体部２５１から上向きにピン部２５２が突出してピエゾスタック室１１２内に進入し、円盤部材４１と対向している。大径ピストンピン部２５２は、外周に鍔状に設けられたスプリング受け２５３が取り付けられており、その下方に配設されたスプリング３４のばね力により、大径ピストン２５が上向きに付勢されて、円盤部材４１との当接状態を保持する。これにより、大径ピストン２５がピエゾスタック５の伸縮量と同じだけ上下方向に変位することになる。
【００２９】
ピエゾスタック５の伸縮量と同じだけ上下方向に変位する大径ピストン２５と、下側の小径ピストン２４と、ガイド孔１２３とで画された空間には燃料が充填されて、変位拡大室１１１となっており、ピエゾスタック５の伸長で大径ピストン２５が下方変位して変位拡大室１１１の燃料を圧縮すると、その圧縮力が変位拡大室１１１の燃料を介して小径ピストン２４に伝えられる。ここで、弁体２３と当接する小径ピストン２４を、大径ピストン２５よりも小径としているので、ピエゾスタック５の伸長量が拡大されて小径ピストン２４の変位に変換され、弁体２３を、高圧ポート１１０１を閉鎖するまで下方変位せしめることができるようになっている。
【００３０】
また、小径ピストン２４と大径ピストン２５との間にスプリング３３が介設され、小径ピストン２４に端面２４ｂから一定の負荷を印加するようになっている。これにより、弁体２３が小径ピストン２４およびピストン２２による保持状態に常時、維持される。
【００３１】
燃料噴射時には、先ず、ピエゾスタック５が充電されてピエゾスタック５が伸長することにより、小径ピストン２４が下降して弁体２３を押し下げる。これにより弁体２３が低圧ポート１１０２を開放するとともに高圧ポート１１０１を閉鎖して背圧室１０６が低圧通路１０２と連通するので、背圧室１０６の燃料圧が低下する。これにより、ニードル２１に離座方向に作用する力の方が着座方向に作用する力よりも優勢となって、ニードル２１が離座して燃料噴射が開始される。
【００３２】
噴射停止は反対にピエゾスタック５の放電によりピエゾスタック５を縮小して弁体２３への押し下げ力を解除する。この時、弁室１１０内は低圧となっており、また弁体２３の下端面には高圧ポート１１０１の高圧の燃料圧が作用しているから、弁体２３には全体としては上向きの燃料圧が作用している。そして、前記弁体２３への押し下げ力の解除により、弁体２３が再び低圧ポート１１０２を閉鎖して弁室１１０の燃料圧力が上昇するため、ニードル１２１が着座し噴射が停止する。
【００３３】
次に、大径ピストン２５がガイド孔大径部分１２３２に保持される摺動構造について説明する。大径ピストン２５は、ガイド孔大径部分１２３２の側面１２３２ａと摺接する本体部２５１が、ガイド孔大径部分１２３２の長さよりもやや短く設定されており、さらに、大径ピストンピン部２５２の長さ等が、ピエゾスタック５が伸長状態、および縮小状態にあるときに、大径ピストン本体部２５１がガイド孔大径部分１２３２内に位置するように設定してある。すなわち、大径ピストン本体部２５１の側面２５ｃは常時、ガイド孔大径部分１２３２の側面１２３２ａと摺接している。
【００３４】
大径ピストン本体部２５１の側面２５ｃには、両端部２５ｃ１，２５ｃ２にそれぞれ複数のラビリンス溝２５０１，２５０２が切削形成してある。これにより、次の効果を奏する。すなわち、大径ピストン２５の一方の端面２５ｂにピエゾアクチュエータ５の押圧力が作用し、他方の端面２５ａには、変位拡大室１１１の燃料圧とともにスプリング３３のばね力が作用している。大径ピストンピン部２５２の円盤部材４１への当たり方等がインジェクタを構成する部品の組付け誤差や経時変化に基因してばらつくから、大径ピストン２５に作用する互いに逆方向の２つの押圧力は偶力となりやすく、該偶力に基因して、図３に示すように、大径ピストン本体部２５１がガイド孔大径部１２３２の孔方向に対して傾斜する。この場合、図より知られるように、大径ピストン本体部２５１の側面２５ｃの端部２５ｃ１，２５ｃ２がガイド孔大径部分１２３２の側面１２３２ａとの接触部となる。該接触部では大きな垂直効力が発生し、摩耗が増大しやすくなる。ここで、接触部は、点ではなく前記孔方向の直線状となるが、接触部の前記孔方向の長さは、大径ピストン本体部２５１の形状や材質、前記２つの押圧力、大径ピストン本体部２５１の側面２５ｃとガイド孔大径部側面１２３２ａとのクリアランス等、使用条件や部材の仕様に応じたものとなる。
【００３５】
本発明では、摩耗が増大するおそれのある、大径ピストン本体部２５１の側面２５ｃの端部２５ｃ１，２５ｃ２にラビンンス溝２５０１，２５０２が形成してあるので、前記端部２５ｃ１，２５ｃ２で挟まれた大径ピストン本体部２５１の孔方向の中央部に過剰な数の溝を形成することによるシール性の低下を回避して効果的に油膜切れによる前記接触部における摩耗を防止することができる。該摩耗に基因した凝着、摩耗粉の発生による軸部材の固着を未然に回避することができる。
【００３６】
また、各側面端部２５ｃ１，２５ｃ２に１つの溝のみを形成することで前記接触部の全体に油膜を行き渡らせようとすれば、溝幅を十分に広くする必要があるところ、本実施形態では、ラビリンス溝２５０１，２５０２を各側面端部２５ｃ１，２５ｃ２のそれぞれについて複数形成したので、各端部２５ｃ１，２５ｃ２ごとの溝の総面積が小さくとも、接触部の全体に油膜を行き渡らせることができ、油膜が前記孔方向に均一化する。したがって、前記接触部に必要な油膜を形成しつつ、きわめて高いシール性をも実現することができる。
【００３７】
ラビリンス溝２５０１，２５０２は、例えば図４に示すように、全長１０ｍｍで直径７ｍｍの大径ピストン大径部２５１の各側面端部２５ｃ１，２５ｃ２に４つずつ形成される。そして、大径ピストン大径部２５１の端に最も近い第１溝の位置は端から０．４ｍｍの位置にとり、溝ピッチは０．４ｍｍとする。溝幅は０．２５ｍｍとする。溝角度は６０°とする。
【００３８】
この例において、ガイド孔大径部分１２３２の側面１２３２ａとのクリアランスを０．００２〜０．００３ｍｍとして、十分なシール性を実現するとともに、前記接触部の摩耗を回避することができた。
【００３９】
次にラビリンス溝２５０１，２５０２の諸元を最適化するに際して考慮すべき主要なパラメータについて説明する。
〈第１溝の、大径ピストン本体部の端からの位置〉
図５に、該溝位置と、摩耗量および油膜切れのしやすさとの関係を示す。溝位置が端に近いと、摩耗の進行で第１溝と、大径ピストン本体部２５１の上方または下方の燃料充填部とが連通し、ラビリンス溝としての作用が減じられて、磨耗が増大する。一方、溝位置が端から離れていると、端から第１溝までの溝が非形成の範囲が長くなって、油膜切れしやすくなる。そこで、第１溝の位置は、摩耗量および油膜切れのしやすさの２つの項目を考慮して両項目の許容範囲内に設定する。数値のうち、太字が実施例であり、細字が各項目の許容しきい値である（以下、同じ）。図例では、摩耗量については０．１（ｍｍ）以上であることが必要であり、油膜切れのしやすさについては０．８（ｍｍ）以下であることが必要であることを示している。なお、油膜切れのしやすさは所定回数、軸動させた後の大径ピストン本体部側面における油膜の付着量を指標とすることができる。
【００４０】
〈溝ピッチ〉
図６に、該溝ピッチと、面圧および油膜切れのしやすさとの関係を示す。溝ピッチが大きいと、溝非形成の範囲が長くなり、面圧が小さくなる一方、油膜切れしやすくなる。そこで、溝のピッチは、面圧および油膜切れのしやすさの２つの項目を考慮して両項目の許容範囲内に設定する。
【００４１】
〈溝数〉
図７に、該溝数と、油膜切れのしやすさおよび摺動部リークとの関係を示す。溝数が少ないと、溝非形成の範囲が長くなって、油膜切れしやすくなる。一方、溝数が多いと、油膜切れしくくなるが、シール性が低下して摺動部リークが増大する。そこで、溝数は、油膜切れのしやすさおよび摺動部リークの２つの項目を考慮して両項目の許容範囲内に設定する。
【００４２】
〈溝幅〉
図８に、該溝幅と摺動部リークとの関係を示す。溝幅が大きいと、その分、シール性が低下するため、許容上限以内に設定する。なお、溝幅は溝角度に依存し、図８は溝幅を溝角度に変えても同様の傾向を示す。したがって、溝角度についてその許容上限値以内に設定することもできる。
【００４３】
なお、前記のごとく大径ピストン２５に軸方向に押圧方向に作用する荷重やその形状等に応じて前記接触部の範囲が規定されて、略その範囲内に複数のラビリンス溝を形成することになるが、前記第１溝の位置、溝ピッチ、溝数および溝幅は、互いに関連し合い、これらの変数のうちのいずれかが決定されると、残りの変数のとり得る値が限定される。したがって前記接触部の範囲との関係でこれらの変数のとり得る数値範囲も考慮して設定することになる。この場合、これらの変数を、前記グラフにしたがって順次、決定していくというものでもないのは勿論である。
【００４５】
また、本実施形態では、大径ピストンのその変位範囲内で変位しても大径ピストン本体部がガイド孔大径部分の両端よりも内側に入るように、大径ピストンが所定の長さ以上にガイド孔大径部分よりも短くしてあり、大径ピストンの側面は常時ガイド孔大径部分の側面と摺接する。したがって、大径ピストン本体部の側面の両端部が接触部となるから、ここに複数のラビリンス溝を形成している。これに対して、大径ピストン本体部がガイド孔大径部分よりも長い場合等、大径ピストン本体部の側面の両端部が常時、ガイド孔大径部分の側面と摺接状態におかれない場合には、大径ピストン本体部の側面のうち、ガイド孔大径部分の側面と常時摺接する範囲の軸方向の両端部にそれぞれ複数のラビリンス溝を形成する。ラビリンス溝を形成することになる前記端部の範囲は、予め実験等により接触部を求め、略この接触部の範囲とする。
【００４８】
また、本発明は、インジェクタにおける軸部材の摺動構造だけではなく、ガイド孔が軸部材を保持する摺動構造を有し、軸部材の両端面に軸部材を押圧する方向に荷重が印加されるものであれば、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したインジェクタの断面図である。
【図２】図１のＡ部における拡大図である。
【図３】本発明の作用を説明する図である。
【図４】前記インジェクタの別の拡大図である。
【図５】前記インジェクタの主要な諸元の設定について説明する第１のグラフである。
【図６】前記インジェクタの主要な諸元の設定について説明する第２のグラフである。
【図７】前記インジェクタの主要な諸元の設定について説明する第３のグラフである。
【図８】前記インジェクタの主要な諸元の設定について説明する第４のグラフである。
【符号の説明】
１ａ 噴射部
１ｂ 背圧制御部
１ｃ ピエゾアクチュエータ
１１０ 弁室
１２１，１２２，１２３ ガイド孔
１２３２ａ 側面
２１ ニードル
２１１ 基端部
２２ ピストン
２２１ 本体部
２４ 小径ピストン
２４１ 本体部
２５ 大径ピストン
２５１ 本体部
２５ｃ 側面
２５ｃ１，２５ｃ２ 端部
２５０１，２５０２ ラビリンス溝
５ ピエゾスタック
【発明の属する技術分野】
本発明は軸部材の摺動構造およびインジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸部材がガイド孔内に摺動自在に保持される摺動構造は、種々の装置が有しており、かかる装置の例として、内燃機関の燃料噴射装置を構成するインジェクタがある。インジェクタは、例えば、噴射用の燃料が供給されるノズル内に、軸部材により構成されたニードルが挿置されて、軸方向に変位することにより、燃料の噴射と停止とを切り替える。ニードルがガイド孔内に摺動自在に保持される摺動構造となっている。ニードルは、例えば常時開弁方向に作用するノズル内の燃料圧が、開弁圧を規定するスプリングのばね力を越えると開弁する。
【０００３】
また、コモンレール式の燃料噴射装置に用いられるインジェクタのように、ニードルの背圧を高圧側と低圧側との間で切り替えてニードルを作動せしめる構造のものもある。このものでは、背圧を発生する背圧室に導入される高圧燃料を低圧源に逃がす流路の途中に、背圧室と低圧源とを遮断する弁体が配設された弁室が設けられており、弁室の室壁を貫通するガイド孔に、弁体を押圧するためのピストンが保持される摺動構造を有している。ピストンはピエゾスタック等により構成されたアクチュエータにより押圧駆動され、弁体を変位せしめることで背圧室と低圧源との遮断状態を解除し、背圧室を低圧に開放する。
【０００４】
これらのインジェクタの例では、燃料の一部が軸部材の側面とガイド孔の側面との間に進入して油膜を形成し、摺動摩擦の低減により摺動性を向上するが、摺動部からの燃料のリーク（摺動部リーク）はニードルの開弁力や発生油圧を減殺するので、摺動性とともに燃料に対するシール性を十分に確保する必要があり、摺接するガイド孔の側面とニードルの側面とは数μｍ程度の僅かなクリアランスしか許容されない。このため、ニードルの側面にラビリンス溝を形成して、油膜切れの防止や燃料中の異物の捕捉を企図したものがある（特許文献１等参照）
【０００５】
また、前記コモンレール式燃料噴射装置のように、高圧の燃料がノズルボディ内に供給されるものでは、ガイド孔の孔方向に大きな圧力傾斜ができて、ガイド孔の高圧側で内径が最も拡大変形しクリアランスが相対的に大となり、中央で拡大変形の程度が小さくなることに鑑み、高圧側、低圧側、中央の順に溝の配置間隔が長くなるようにして、摺動性およびシール性の偏りの軽減を企図したものもある（特許文献２等参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１０３１０６号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８０２２３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ニードルは、軸方向の一方からは燃料圧が作用し、他方からは開弁圧を規定するスプリング力や、背圧室の燃料圧が作用している。また、アクチュエータによりピストンを押圧駆動するものでは、アクチュエータは軸方向の一方から作用する燃料圧やスプリング力に抗してピストンを変位せしめる。すなわち、これらのニードルやピストンは両端面から押圧荷重が印加される条件下で軸方向に変位する。
【０００８】
このような条件下では軸部材に偶力が生じやすく、軸部材がガイド孔の孔方向に対して傾斜して片当たりが生じる。このため、軸部材の側面とガイド孔の側面との接触部において油膜切れによる摩耗のおそれがあった。
【０００９】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、前記油膜切れによる摩耗を防止することのできる軸部材の摺動構造、および軸部材の摺動構造を有するインジェクタを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、噴射用の燃料が供給されるノズル内に、軸部材により構成され、軸方向に変位して燃料噴射と停止とを切り換えるニードルが挿置され、
高圧燃料が供給されて前記ニードルの背圧を発生する背圧室内の燃料を低圧源に逃がす低圧流路の途中に、前記背圧室と低圧源との連通路を開閉する弁体が配設された弁室が設けられ、
前記弁室の室壁に貫通するガイド孔内に、前記弁体を押圧する小径ピストンと、燃料が充填される変位拡大室を前記小径ピストンとの間に区画してピエゾスタックの伸長で変位する大径ピストンとを摺動自在に保持し、
前記大径ピストンが前記ピエゾスタックの伸長で変位すると、前記変位拡大室の燃料が圧縮され、その圧縮力で前記小径ピストンが変位して前記弁体を押し下げ、前記弁体が前記連通路を開いて前記背圧室と前記低圧源とが連通するインジェクタにおいて、
前記大径ピストンの側面のうち、前記ガイド孔の側面と常時摺接する範囲の軸方向の両端部のみにそれぞれ複数のラビリンス溝を形成する。各ラビリンス溝は、前記大径ピストンの端に最も近い第１溝の位置が、端から０．１ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲内にあることを特徴とする。
また、請求項１記載の発明では、前記ラビリンス溝の溝ピッチが、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内にある。好適には、請求項２記載の発明のように、前記ラビリンス溝の溝数が、３〜５の範囲内にあり、請求項３記載の発明のように、前記ラビリンス溝の溝幅が、０．６ｍｍ以下であるとよい。
【００１１】
大径ピストンの傾斜により片当たりする、大径ピストンの側面とガイド孔の側面との接触部は、大径ピストンのガイド孔の側面と常時摺接する範囲の両端部であり、ガイド孔の孔方向に一定の長さを有する。請求項１記載の発明では、前記端部のそれぞれのみに複数の溝を形成することで、溝幅を過剰に広げることなく、前記一定の長さを有する接触部の全体に油膜を行き渡らせることができる。溝幅を過剰に広げないので、接触部の摺動長を確保することができる。これにより、効果的に油膜切れによる摩耗を防止することができ、該摩耗に基因した凝着、磨耗粉の発生による軸部材の固着を未然に回避することができる。
【００１３】
また、インジェクタの大径ピストンは偶力が作用しやすく、また、軸動する回数もきわめて多いから、前記大径ピストンの側面のうち、前記ガイド孔の側面と常時摺接する範囲の軸方向の両端部のみにそれぞれ複数のラビリンス溝を形成し、各ラビリンス溝を、前記大径ピストンの端に最も近い第１溝の位置を端から０．１ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲内にするとともに、溝ピッチを０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内にすることで、故障の低減や長寿命化を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明を適用したディーゼルエンジンのコモンレール式の燃料噴射装置のインジェクタの構成を示す。インジェクタは、ディーゼルエンジンの各気筒に１対１に対応して設けられ、共通のコモンレールから燃料の供給を受け、各気筒の燃焼室内に略コモンレール内の燃料圧力（以下、コモンレール圧力という）に等しい噴射圧力で燃料を噴射するようになっている。コモンレールには燃料タンクの燃料が高圧サプライポンプにより圧送されて高圧で蓄えられる。
【００１５】
また、コモンレールからインジェクタに供給された燃料は、上記燃焼室への噴射用の他、インジェクタの制御油圧等としても用いられ、インジェクタから低圧の燃料タンクに還流するようになっている。
【００１６】
インジェクタは複数の部材が結合した棒状のボディ１を有し、図中の下側部分がエンジンの図略の燃焼室壁を貫通して燃焼室内に突出するように取り付けられている。インジェクタは下側から順に噴射部１ａ、背圧制御部１ｂ、ピエゾアクチュエータ１ｃとなっている。
【００１７】
噴射部１ａは、先端に噴孔１０３が形成されたノズル１０４内にニードル２１が配設されている。ニードル２１の基端部２１１は、ノズル１０４壁に形成されたガイド孔１２１に摺動自在に保持され、ニードル２１がガイド孔１２１の孔方向に軸動して、ニードル２１の先端部２１２が環状シート１０４１に着座または離座するようになっている。ニードル先端部２１２の外周空間１０５には高圧通路１０１を介してコモンレールから高圧燃料が供給され、ニードル２１のリフト時に噴孔１０３から燃料が噴射される。ニードル２１にはその環状段面２１ａに前記高圧通路１０１からの燃料圧がリフト方向（上向き）に作用している。
【００１８】
ニードル２１の後方には高圧通路１０１からインオリフィス１０７を介して制御油としての燃料が導入されており、ニードル２１の背圧を発生する背圧室１０６が形成される。この背圧は、背圧室１０６に配設されたスプリング３１とともにニードル２１の後端面２１ｂに着座方向（下向き）に作用する。ニードル後端面２１ｂはまた、背圧室１０６内のスプリング３１と弾接し、着座方向（下向き）のばね力が作用している。
【００１９】
前記ニードル２１の背圧は背圧制御部１ｂで増減され、背圧制御部１ｂは前記ピエゾスタック５を備えたピエゾアクチュエータ１ｃにより制御される。
【００２０】
背圧制御部１ｂは以下の構成となっている。前記背圧室１０６はアウトオリフィス１０８を介して常時、弁室１１０と連通している。弁室１１０は、インジェクタ内部にその長さ方向に形成された複数の段付きの縦孔の一部により構成されたもので、該縦孔は、弁室１１０の他、弁室１１０の下方には、高圧ポート１１０１、ガイド孔１２２およびスプリング室１０９がこの順に設けられ、弁室１１０の上方には、低圧ポート１１０２、ガイド孔１２３およびピエゾスタック室１１２がこの順に設けられる。
【００２１】
高圧ポート１１０１は、弁室１１０の底面に開口し、高圧通路１０１と連通している。低圧ポート１１０２は弁室１１０の天井面に開口し、低圧通路１０２と連通している。また、スプリング室１０９、ピエゾスタック室１１２は低圧通路１０２と連通している。
【００２２】
弁室１１０内には、弁体２３が配設されている。弁体２３は略円形の部材により構成され、下降時には、下端部が高圧ポート１１０１を閉鎖することにより、弁室１１０を高圧通路１０１から遮断する。上昇時には、上端部が低圧ポート１１０２を閉鎖することにより、弁室１１０を前記低圧通路１０２から遮断する。これにより、弁体２３下降時には背圧室１０６がアウトオリフィス１０８、弁室１１０を経て低圧通路１０２と連通する。そして、ニードル２１の背圧が低下してニードル２１が離座する。一方、弁体２３の上昇時には背圧室１０６が低圧通路１０２と遮断されて高圧通路１０１のみと連通する。そして、ニードル２１の背圧が上昇してニードル２１が着座する。
【００２３】
弁体２３はその下方のピストン２２のピン部２２２が高圧ポート１１０１から弁室１１０に進入して弁体２３を受けるようになっている。ピストン２２は本体部２２１がガイド孔１２２に摺動自在に保持されている。ピストン２２は、下端面２２ａで、スプリング室１０９に配設されたスプリング３２と弾接しており、弁体２３を上方に付勢している。スプリング３２のばね力は、コモンレール圧が十分に上昇していないとき、すなわち高圧ポート１１０１の燃料圧が十分に上昇していないときにも、弁体２３が低圧ポート１１０２を閉鎖状態とし得るように設定される。燃料が誤って噴射されないようにするためである。
【００２４】
前記のごとくニードル２１の背圧の大きさは弁体２３の位置で切り換わるが、この切り換えは、弁体２３を押圧駆動するピエゾアクチュエータ１ｃによりなされる。
【００２５】
ピエゾアクチュエータ１ｃは、ピエゾスタック室１１２に格納されたピエゾスタック５等や、ガイド孔１２３に挿置されたピストン２４，２５により構成されている。
【００２６】
ピエゾスタック室１１２には、上下方向に伸縮するピエゾスタック５とともに、その下方に円盤部材４１およびスプリング３４が格納されている。円盤部材４１はその側面の全周に形成した溝にシール用のＯリング４２が嵌められたものである。ピエゾスタック室１１２は、円盤部材４１の下方で低圧通路１０２と連通し、後述する大径ピストン２５の外周の摺動部リークが還流するようになっている。
【００２７】
ガイド孔１２３は、下側部分１２３１が小径で、上側部分１２３２が大径となっており、径の異なる２つのピストン２４，２５が摺動自在に保持されている。ガイド孔小径部分１２３１に保持されたピストン（以下、適宜、小径ピストンという）２４は、本体部２４１から下向きにピン部２４２が突出して、低圧ポート１１０２から弁室１１０内に進入し、弁体２３を下方に押し下げ可能である。
【００２８】
ガイド孔１２３の大径部分１２３２に保持されたピストン（以下、適宜、大径ピストンという）２５は、本体部２５１から上向きにピン部２５２が突出してピエゾスタック室１１２内に進入し、円盤部材４１と対向している。大径ピストンピン部２５２は、外周に鍔状に設けられたスプリング受け２５３が取り付けられており、その下方に配設されたスプリング３４のばね力により、大径ピストン２５が上向きに付勢されて、円盤部材４１との当接状態を保持する。これにより、大径ピストン２５がピエゾスタック５の伸縮量と同じだけ上下方向に変位することになる。
【００２９】
ピエゾスタック５の伸縮量と同じだけ上下方向に変位する大径ピストン２５と、下側の小径ピストン２４と、ガイド孔１２３とで画された空間には燃料が充填されて、変位拡大室１１１となっており、ピエゾスタック５の伸長で大径ピストン２５が下方変位して変位拡大室１１１の燃料を圧縮すると、その圧縮力が変位拡大室１１１の燃料を介して小径ピストン２４に伝えられる。ここで、弁体２３と当接する小径ピストン２４を、大径ピストン２５よりも小径としているので、ピエゾスタック５の伸長量が拡大されて小径ピストン２４の変位に変換され、弁体２３を、高圧ポート１１０１を閉鎖するまで下方変位せしめることができるようになっている。
【００３０】
また、小径ピストン２４と大径ピストン２５との間にスプリング３３が介設され、小径ピストン２４に端面２４ｂから一定の負荷を印加するようになっている。これにより、弁体２３が小径ピストン２４およびピストン２２による保持状態に常時、維持される。
【００３１】
燃料噴射時には、先ず、ピエゾスタック５が充電されてピエゾスタック５が伸長することにより、小径ピストン２４が下降して弁体２３を押し下げる。これにより弁体２３が低圧ポート１１０２を開放するとともに高圧ポート１１０１を閉鎖して背圧室１０６が低圧通路１０２と連通するので、背圧室１０６の燃料圧が低下する。これにより、ニードル２１に離座方向に作用する力の方が着座方向に作用する力よりも優勢となって、ニードル２１が離座して燃料噴射が開始される。
【００３２】
噴射停止は反対にピエゾスタック５の放電によりピエゾスタック５を縮小して弁体２３への押し下げ力を解除する。この時、弁室１１０内は低圧となっており、また弁体２３の下端面には高圧ポート１１０１の高圧の燃料圧が作用しているから、弁体２３には全体としては上向きの燃料圧が作用している。そして、前記弁体２３への押し下げ力の解除により、弁体２３が再び低圧ポート１１０２を閉鎖して弁室１１０の燃料圧力が上昇するため、ニードル１２１が着座し噴射が停止する。
【００３３】
次に、大径ピストン２５がガイド孔大径部分１２３２に保持される摺動構造について説明する。大径ピストン２５は、ガイド孔大径部分１２３２の側面１２３２ａと摺接する本体部２５１が、ガイド孔大径部分１２３２の長さよりもやや短く設定されており、さらに、大径ピストンピン部２５２の長さ等が、ピエゾスタック５が伸長状態、および縮小状態にあるときに、大径ピストン本体部２５１がガイド孔大径部分１２３２内に位置するように設定してある。すなわち、大径ピストン本体部２５１の側面２５ｃは常時、ガイド孔大径部分１２３２の側面１２３２ａと摺接している。
【００３４】
大径ピストン本体部２５１の側面２５ｃには、両端部２５ｃ１，２５ｃ２にそれぞれ複数のラビリンス溝２５０１，２５０２が切削形成してある。これにより、次の効果を奏する。すなわち、大径ピストン２５の一方の端面２５ｂにピエゾアクチュエータ５の押圧力が作用し、他方の端面２５ａには、変位拡大室１１１の燃料圧とともにスプリング３３のばね力が作用している。大径ピストンピン部２５２の円盤部材４１への当たり方等がインジェクタを構成する部品の組付け誤差や経時変化に基因してばらつくから、大径ピストン２５に作用する互いに逆方向の２つの押圧力は偶力となりやすく、該偶力に基因して、図３に示すように、大径ピストン本体部２５１がガイド孔大径部１２３２の孔方向に対して傾斜する。この場合、図より知られるように、大径ピストン本体部２５１の側面２５ｃの端部２５ｃ１，２５ｃ２がガイド孔大径部分１２３２の側面１２３２ａとの接触部となる。該接触部では大きな垂直効力が発生し、摩耗が増大しやすくなる。ここで、接触部は、点ではなく前記孔方向の直線状となるが、接触部の前記孔方向の長さは、大径ピストン本体部２５１の形状や材質、前記２つの押圧力、大径ピストン本体部２５１の側面２５ｃとガイド孔大径部側面１２３２ａとのクリアランス等、使用条件や部材の仕様に応じたものとなる。
【００３５】
本発明では、摩耗が増大するおそれのある、大径ピストン本体部２５１の側面２５ｃの端部２５ｃ１，２５ｃ２にラビンンス溝２５０１，２５０２が形成してあるので、前記端部２５ｃ１，２５ｃ２で挟まれた大径ピストン本体部２５１の孔方向の中央部に過剰な数の溝を形成することによるシール性の低下を回避して効果的に油膜切れによる前記接触部における摩耗を防止することができる。該摩耗に基因した凝着、摩耗粉の発生による軸部材の固着を未然に回避することができる。
【００３６】
また、各側面端部２５ｃ１，２５ｃ２に１つの溝のみを形成することで前記接触部の全体に油膜を行き渡らせようとすれば、溝幅を十分に広くする必要があるところ、本実施形態では、ラビリンス溝２５０１，２５０２を各側面端部２５ｃ１，２５ｃ２のそれぞれについて複数形成したので、各端部２５ｃ１，２５ｃ２ごとの溝の総面積が小さくとも、接触部の全体に油膜を行き渡らせることができ、油膜が前記孔方向に均一化する。したがって、前記接触部に必要な油膜を形成しつつ、きわめて高いシール性をも実現することができる。
【００３７】
ラビリンス溝２５０１，２５０２は、例えば図４に示すように、全長１０ｍｍで直径７ｍｍの大径ピストン大径部２５１の各側面端部２５ｃ１，２５ｃ２に４つずつ形成される。そして、大径ピストン大径部２５１の端に最も近い第１溝の位置は端から０．４ｍｍの位置にとり、溝ピッチは０．４ｍｍとする。溝幅は０．２５ｍｍとする。溝角度は６０°とする。
【００３８】
この例において、ガイド孔大径部分１２３２の側面１２３２ａとのクリアランスを０．００２〜０．００３ｍｍとして、十分なシール性を実現するとともに、前記接触部の摩耗を回避することができた。
【００３９】
次にラビリンス溝２５０１，２５０２の諸元を最適化するに際して考慮すべき主要なパラメータについて説明する。
〈第１溝の、大径ピストン本体部の端からの位置〉
図５に、該溝位置と、摩耗量および油膜切れのしやすさとの関係を示す。溝位置が端に近いと、摩耗の進行で第１溝と、大径ピストン本体部２５１の上方または下方の燃料充填部とが連通し、ラビリンス溝としての作用が減じられて、磨耗が増大する。一方、溝位置が端から離れていると、端から第１溝までの溝が非形成の範囲が長くなって、油膜切れしやすくなる。そこで、第１溝の位置は、摩耗量および油膜切れのしやすさの２つの項目を考慮して両項目の許容範囲内に設定する。数値のうち、太字が実施例であり、細字が各項目の許容しきい値である（以下、同じ）。図例では、摩耗量については０．１（ｍｍ）以上であることが必要であり、油膜切れのしやすさについては０．８（ｍｍ）以下であることが必要であることを示している。なお、油膜切れのしやすさは所定回数、軸動させた後の大径ピストン本体部側面における油膜の付着量を指標とすることができる。
【００４０】
〈溝ピッチ〉
図６に、該溝ピッチと、面圧および油膜切れのしやすさとの関係を示す。溝ピッチが大きいと、溝非形成の範囲が長くなり、面圧が小さくなる一方、油膜切れしやすくなる。そこで、溝のピッチは、面圧および油膜切れのしやすさの２つの項目を考慮して両項目の許容範囲内に設定する。
【００４１】
〈溝数〉
図７に、該溝数と、油膜切れのしやすさおよび摺動部リークとの関係を示す。溝数が少ないと、溝非形成の範囲が長くなって、油膜切れしやすくなる。一方、溝数が多いと、油膜切れしくくなるが、シール性が低下して摺動部リークが増大する。そこで、溝数は、油膜切れのしやすさおよび摺動部リークの２つの項目を考慮して両項目の許容範囲内に設定する。
【００４２】
〈溝幅〉
図８に、該溝幅と摺動部リークとの関係を示す。溝幅が大きいと、その分、シール性が低下するため、許容上限以内に設定する。なお、溝幅は溝角度に依存し、図８は溝幅を溝角度に変えても同様の傾向を示す。したがって、溝角度についてその許容上限値以内に設定することもできる。
【００４３】
なお、前記のごとく大径ピストン２５に軸方向に押圧方向に作用する荷重やその形状等に応じて前記接触部の範囲が規定されて、略その範囲内に複数のラビリンス溝を形成することになるが、前記第１溝の位置、溝ピッチ、溝数および溝幅は、互いに関連し合い、これらの変数のうちのいずれかが決定されると、残りの変数のとり得る値が限定される。したがって前記接触部の範囲との関係でこれらの変数のとり得る数値範囲も考慮して設定することになる。この場合、これらの変数を、前記グラフにしたがって順次、決定していくというものでもないのは勿論である。
【００４５】
また、本実施形態では、大径ピストンのその変位範囲内で変位しても大径ピストン本体部がガイド孔大径部分の両端よりも内側に入るように、大径ピストンが所定の長さ以上にガイド孔大径部分よりも短くしてあり、大径ピストンの側面は常時ガイド孔大径部分の側面と摺接する。したがって、大径ピストン本体部の側面の両端部が接触部となるから、ここに複数のラビリンス溝を形成している。これに対して、大径ピストン本体部がガイド孔大径部分よりも長い場合等、大径ピストン本体部の側面の両端部が常時、ガイド孔大径部分の側面と摺接状態におかれない場合には、大径ピストン本体部の側面のうち、ガイド孔大径部分の側面と常時摺接する範囲の軸方向の両端部にそれぞれ複数のラビリンス溝を形成する。ラビリンス溝を形成することになる前記端部の範囲は、予め実験等により接触部を求め、略この接触部の範囲とする。
【００４８】
また、本発明は、インジェクタにおける軸部材の摺動構造だけではなく、ガイド孔が軸部材を保持する摺動構造を有し、軸部材の両端面に軸部材を押圧する方向に荷重が印加されるものであれば、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したインジェクタの断面図である。
【図２】図１のＡ部における拡大図である。
【図３】本発明の作用を説明する図である。
【図４】前記インジェクタの別の拡大図である。
【図５】前記インジェクタの主要な諸元の設定について説明する第１のグラフである。
【図６】前記インジェクタの主要な諸元の設定について説明する第２のグラフである。
【図７】前記インジェクタの主要な諸元の設定について説明する第３のグラフである。
【図８】前記インジェクタの主要な諸元の設定について説明する第４のグラフである。
【符号の説明】
１ａ 噴射部
１ｂ 背圧制御部
１ｃ ピエゾアクチュエータ
１１０ 弁室
１２１，１２２，１２３ ガイド孔
１２３２ａ 側面
２１ ニードル
２１１ 基端部
２２ ピストン
２２１ 本体部
２４ 小径ピストン
２４１ 本体部
２５ 大径ピストン
２５１ 本体部
２５ｃ 側面
２５ｃ１，２５ｃ２ 端部
２５０１，２５０２ ラビリンス溝
５ ピエゾスタック
Claims (3)
- 噴射用の燃料が供給されるノズル内に、軸部材により構成され、軸方向に変位して燃料噴射と停止とを切り換えるニードルが挿置され、
高圧燃料が供給されて前記ニードルの背圧を発生する背圧室内の燃料を低圧源に逃がす低圧流路の途中に、前記背圧室と低圧源との連通路を開閉する弁体が配設された弁室が設けられ、
前記弁室の室壁に貫通するガイド孔内に、前記弁体を押圧する小径ピストンと、燃料が充填される変位拡大室を前記小径ピストンとの間に区画してピエゾスタックの伸長で変位する大径ピストンとを摺動自在に保持し、
前記大径ピストンが前記ピエゾスタックの伸長で変位すると、前記変位拡大室の燃料が圧縮され、その圧縮力で前記小径ピストンが変位して前記弁体を押し下げ、前記弁体が前記連通路を開いて前記背圧室と前記低圧源とが連通するインジェクタにおいて、
前記大径ピストンの側面のうち、前記ガイド孔の側面と常時摺接する範囲の軸方向の両端部のみにそれぞれ複数のラビリンス溝を形成し、各ラビリンス溝は、前記大径ピストンの端から最も近い第１溝の位置が、端から０．１ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲内にあり、前記ラビリンス溝の溝ピッチが、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内あることを特徴とするインジェクタ。 - 前記ラビリンス溝の溝数が、３〜５の範囲内にある請求項１記載のインジェクタ。
- 前記ラビリンス溝の溝幅が、０．６ｍｍ以下である請求項１または２記載のインジェクタ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003014882A JP4007202B2 (ja) | 2003-01-23 | 2003-01-23 | 軸部材の摺動構造およびインジェクタ |
| US10/759,106 US7118046B2 (en) | 2003-01-23 | 2004-01-20 | Sliding structure for shaft member with improved abrasion resistance and injector |
| DE102004003318.8A DE102004003318B4 (de) | 2003-01-23 | 2004-01-22 | Injektor |
| FR0400608A FR2850712B1 (fr) | 2003-01-23 | 2004-01-22 | Structure de coulissement pour tige a resistance amelioree a l'abrasion et injecteur |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003014882A JP4007202B2 (ja) | 2003-01-23 | 2003-01-23 | 軸部材の摺動構造およびインジェクタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004225626A JP2004225626A (ja) | 2004-08-12 |
| JP4007202B2 true JP4007202B2 (ja) | 2007-11-14 |
Family
ID=32709250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003014882A Expired - Fee Related JP4007202B2 (ja) | 2003-01-23 | 2003-01-23 | 軸部材の摺動構造およびインジェクタ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7118046B2 (ja) |
| JP (1) | JP4007202B2 (ja) |
| DE (1) | DE102004003318B4 (ja) |
| FR (1) | FR2850712B1 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7021556B2 (en) * | 2003-10-31 | 2006-04-04 | Sephra Fountains, Llc | Fountain that flows with fluidic material |
| US20060196974A1 (en) * | 2005-03-01 | 2006-09-07 | Caterpillar Inc. | Fuel injector having a gradually restricted drain passageway |
| JP4504243B2 (ja) * | 2005-04-12 | 2010-07-14 | 株式会社不二工機 | 可変容量型圧縮機用制御弁 |
| DE102006036780A1 (de) * | 2006-08-07 | 2008-02-21 | Robert Bosch Gmbh | Krafstoffinjektor mit direkter Nadelsteuerung und Servoventil-Unterstützung |
| EP2238337B1 (de) | 2007-12-21 | 2014-12-17 | Robert Bosch GmbH | Brennstoffeinspritzventil |
| JP4842293B2 (ja) * | 2008-04-02 | 2011-12-21 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 燃料噴射弁 |
| JP4614189B2 (ja) | 2008-05-12 | 2011-01-19 | 株式会社デンソー | 燃料噴射装置 |
| US20100035700A1 (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-11 | Shujen Yu | Golf Club Fitting Assembly |
| US8474415B2 (en) * | 2011-02-10 | 2013-07-02 | GM Global Technology Operations LLC | Internally dampened pressure relief valve |
| DE102011004640A1 (de) * | 2011-02-24 | 2012-08-30 | Robert Bosch Gmbh | Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor sowie Kraftstoffinjektor |
| DE102011079468A1 (de) * | 2011-07-20 | 2013-01-24 | Continental Automotive Gmbh | Piezoinjektor |
| DE102012212614A1 (de) * | 2012-07-18 | 2014-01-23 | Continental Automotive Gmbh | Piezoinjektor mit hydraulisch gekoppelter Düsennadelbewegung |
| DE102012222509A1 (de) | 2012-12-07 | 2014-06-12 | Continental Automotive Gmbh | Piezoinjektor |
| DE102012223934B4 (de) | 2012-12-20 | 2015-10-15 | Continental Automotive Gmbh | Piezoinjektor |
| DE102013220547B4 (de) * | 2013-10-11 | 2017-05-04 | Continental Automotive Gmbh | Kolben-Fluidleitung-Anordnung, insbesondere Steuerkolben-Steuerbohrung-Anordnung |
| KR20160006004A (ko) * | 2014-07-08 | 2016-01-18 | 주식회사 트리보테크 | 왕복 펌프의 가압 부재 |
| US20160377040A1 (en) * | 2015-06-24 | 2016-12-29 | Great Plains Diesel Technologies, L.C. | Fuel injection rate modulation by magnetostrictive actuator and fluidomechanical coupler |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3722801A (en) | 1970-09-11 | 1973-03-27 | Stanadyne Inc | Fuel injector |
| US3721163A (en) * | 1970-09-23 | 1973-03-20 | Wellworthy Ltd | Pistons |
| US4304410A (en) * | 1979-09-20 | 1981-12-08 | Kobe, Inc. | Sealing structure for reciprocating pistons exposed to high pressure differentials |
| US4889039A (en) * | 1988-10-17 | 1989-12-26 | Miller Bernard F | Gas compressor with labyrinth sealing and active magnetic bearings |
| US5140905A (en) * | 1990-11-30 | 1992-08-25 | Mechanical Technology Incorporated | Stabilizing gas bearing in free piston machines |
| JPH07103106A (ja) | 1993-09-30 | 1995-04-18 | Hino Motors Ltd | 燃料噴射装置 |
| DE19820264A1 (de) | 1998-05-07 | 1999-11-11 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Hochdruck-Kolbenzylindereinheit |
| DE19843344A1 (de) * | 1998-09-22 | 2000-03-23 | Bosch Gmbh Robert | Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen |
| DE19904720C2 (de) | 1999-02-05 | 2003-01-16 | Siemens Ag | Injektor für eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine |
| JP3501014B2 (ja) | 1999-05-27 | 2004-02-23 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料噴射装置 |
| JP3789691B2 (ja) * | 1999-09-14 | 2006-06-28 | 三洋電機株式会社 | 高圧圧縮機の圧縮装置 |
| JP2001280223A (ja) | 2000-03-31 | 2001-10-10 | Denso Corp | 燃料噴射ノズル |
| DE10024854C2 (de) | 2000-05-19 | 2002-11-28 | Siemens Ag | Ventilnadel und Ventilsteuerkolben von Injektoren |
| JP4325110B2 (ja) | 2000-12-28 | 2009-09-02 | 株式会社デンソー | 圧電アクチュエータ装置と燃料噴射弁 |
| DE10102234A1 (de) | 2001-01-19 | 2002-07-25 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung einer Brennkraftmaschine |
| JP3825270B2 (ja) | 2001-03-30 | 2006-09-27 | 三菱重工業株式会社 | 燃料噴射弁の構造 |
| DE10133166A1 (de) | 2001-07-07 | 2003-01-16 | Bosch Gmbh Robert | Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen |
| DE10145622B4 (de) * | 2001-09-15 | 2009-09-10 | Robert Bosch Gmbh | Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten |
-
2003
- 2003-01-23 JP JP2003014882A patent/JP4007202B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-01-20 US US10/759,106 patent/US7118046B2/en active Active
- 2004-01-22 FR FR0400608A patent/FR2850712B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 2004-01-22 DE DE102004003318.8A patent/DE102004003318B4/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102004003318B4 (de) | 2015-09-03 |
| JP2004225626A (ja) | 2004-08-12 |
| DE102004003318A1 (de) | 2004-09-02 |
| US20040144868A1 (en) | 2004-07-29 |
| US7118046B2 (en) | 2006-10-10 |
| FR2850712A1 (fr) | 2004-08-06 |
| FR2850712B1 (fr) | 2007-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4007202B2 (ja) | 軸部材の摺動構造およびインジェクタ | |
| JP5345612B2 (ja) | 燃料インジェクタに用いられる制御弁および該制御弁を有する、内燃機関に用いられる燃料インジェクタ | |
| US7635098B2 (en) | Fuel injection device inhibiting abrasion | |
| KR20000006409A (ko) | 연료분사기 | |
| JP2004522058A (ja) | 直接作動噴射弁 | |
| JP2006257874A (ja) | インジェクタ | |
| JP2005517858A (ja) | 内燃機関のための燃料噴射弁 | |
| JP2004204813A (ja) | 制御弁および燃料噴射弁 | |
| JP4297879B2 (ja) | インジェクタ | |
| US6679440B2 (en) | Valve actuating device and fuel injector using same | |
| JP2005526212A (ja) | 内燃機関用の燃料噴射弁 | |
| JP4003770B2 (ja) | 燃料噴射装置 | |
| JP4952737B2 (ja) | コモンレール用インジェクタ | |
| KR20010093273A (ko) | 내연기관용 연료분사밸브 | |
| JP2004518076A (ja) | 内燃機関の燃料高圧供給のための装置 | |
| JP2002322969A (ja) | 燃料噴射装置 | |
| US7644875B2 (en) | Injector | |
| JP2005504226A (ja) | 弁、特に燃料噴射弁 | |
| JP4023804B2 (ja) | 内燃機関用インジェクタ | |
| JP2005248846A (ja) | 燃料通路のシール構造及びそのシール構造を備えた燃料噴射弁 | |
| JP2004519614A (ja) | 燃料噴射装置 | |
| JP2004176656A (ja) | 燃料噴射弁 | |
| JP4211763B2 (ja) | 燃料噴射弁 | |
| JP4214962B2 (ja) | 駆動力伝達装置およびインジェクタ | |
| JP2000018120A (ja) | コモンレール式燃料噴射装置のインジェクタ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050314 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060628 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060704 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060831 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070109 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070306 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20070322 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070612 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070710 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070807 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070820 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100907 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4007202 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100907 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110907 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110907 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120907 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120907 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130907 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |