JP5257216B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は燃料噴射弁に関する。

内燃機関のコモンレール式燃料噴射装置では、ニードルを動作させることにより燃料噴射弁の噴孔の開閉を行い、コモンレール内の燃料を噴射する。燃料噴射弁の開閉状態を制御するアクチュエータとして、電圧の印加により伸縮するピエゾスタックが用いられることがある。

特許文献１には、アクチュエータの動作により変位する一次ピストンの変位を、油圧室内の油圧を介して二次ピストンに伝達する燃料噴射弁において、油圧室に油が過度に充填されることを防止することで、燃料噴射時期に誤差が生じることを抑制する技術が開示されている。

特開２００３−３１４３９７号公報

しかしながら、ニードルの背面にはコモンレール内の燃料から圧力が加わっているため、コモンレール内の燃料に生じた圧力脈動が、ニードルに伝わることがある。圧力脈動がニードルに伝わると、ニードルの挙動が不安定になることがあり、ニードルのリフト量が安定しないため、燃料噴射弁からの燃料の噴射も不安定となる。

本発明は、上記課題に鑑み、ニードルの挙動の安定化が可能な燃料噴射弁を提供することを課題とする。

本発明は、先端部に設けられた噴孔と、前記先端部に燃料を供給する燃料通路と、燃料を貯留する油密室とを備えたノズルボディと、前記ノズルボディ内に配置されたアクチュエータと、前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、前記ノズルボディの先端部に収納されかつ閉弁状態において前記ノズルボディに着座するシート部と、前記燃料通路から前記先端側に付勢する圧力を受ける第１受圧面と前記油密室内の燃料から開弁方向の方向の圧力を受ける第２受圧面とを備えたニードルと、を具備し、前記アクチュエータの動作に応じて前記油密室内の圧力は昇圧し、前記シート部の径と、前記第１受圧面の径とは同一であることを特徴とする燃料噴射弁である。本発明によれば、ニードルが圧力脈動の影響を受けにくいため、ニードルの挙動の安定化が可能な燃料噴射弁を提供することができる。

上記構成において、前記アクチュエータは、ピエゾアクチュエータである構成とすることができる。

本発明によれば、ニードルの挙動の安定化が可能な燃料噴射弁を提供することができる。

図１は実施例１に係る燃料噴射弁１００を例示する断面図である。 図２は比較例に係る燃料噴射弁１１０のニードル１０及びその周辺を拡大して例示する断面図である。 図３は実施例１に係る燃料噴射弁１００のニードル１０及びその周辺を拡大して例示する断面図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、鍔部が設けられていないニードル１０ｅを用いた燃料噴射弁を例示する断面図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

まず、実施例１に係る燃料噴射弁１００の構成について説明する。図１は実施例１に係る燃料噴射弁１００を例示する断面図である。

図１に示すように、燃料噴射弁１００はＥＤＵ４を介してＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２と接続されている。燃料噴射弁１００は、ノズルボディ８、ニードル１０、ピエゾスタック３２とを備えている。

ノズルボディ８内には、基端側から先端側へ向けて順に、アクチュエータ室１２、第１ピストン室１４、第１油密室１６、第１制御室１８（制御室）、第２制御室２０、第２油密室２２、燃料溜り室２４が設けられている。第１制御室１８と燃料溜り室２４とには、高圧燃料通路２６（燃料通路）が接続されている。また、第１油密室１６と第２油密室２２とは油密通路２８により接続されている。従って、第１油密室１６、第２油密室２２及び油密通路２８では、内部の燃料の圧力が同一となる。アクチュエータ室１２、第１ピストン室１４及び第２制御室２０には、リターン通路３０が接続されている。第１ピストン室１４にはバネ１４ａ、第２制御室２０にはバネ２０ａが設けられている。燃料溜り室２４には噴孔が形成されている。

アクチュエータ室１２にはピエゾスタック３２（アクチュエータ）が配置されている。ピエゾスタック３２の先端側に接続された第１ピストン３４は、第１ピストン室１４に配置されている。第１ピストン３４の先端側に接続された第２ピストン３６は、ノズルボディ８内に摺動自在に配置されている。また、第２ピストン３６の先端部は第１油密室１６に配置されている。

ニードル１０は、ノズルボディ８内に摺動自在に配置されている。ニードル１０の先端側にはテーパ部１０ａが形成されており、先端側は燃料溜り室２４に配置されている。また、閉弁状態では、ニードル１０のシート部１０ｂが、ノズルボディ８の内壁に着座する。ニードル１０の基端側の受圧面１０ｃ（第１受圧面）は第１制御室１８に配置されている。ニードル１０の先端部と基端部との間には鍔部１１（受圧部）が設けられている。鍔部１１は第２制御室２０及び第２油密室２２に配置されている。シート部１０ｂの径Ｄ１は、受圧面１０ｃの径Ｄ２と同一である。

ニードル１０の受圧面１０ｃは第１制御室１８内の燃料から、ニードル１０を先端側に付勢する圧力、言い換えれば閉弁方向の圧力を受ける。また、鍔部１１の受圧面１１ａ（第２受圧面）は第２油密室２２内の燃料から、ニードル１０を基端側に付勢する圧力、言い換えれば開弁方向の圧力を受ける。また、鍔部１１は第２制御室２０に設けられたバネ２０ａからニードル１０を先端側に付勢する力、言い換えれば閉弁方向の力を受ける。

ピエゾスタック３２に電圧が印加されていない場合、閉弁方向の力（第１制御室１８内の燃料の圧力に起因する力とバネ２０ａからの力）は、開弁方向の力（第２油密室２２内の燃料の圧力に起因する力）より大きい。従って、ニードル１０の先端部のシート部１０ｂは、ノズルボディ８の内壁に着座する。このため、噴孔６への燃料の供給が遮断され、燃料噴射弁１００から燃料は噴射されない。

ＥＣＵ２が燃料供給指令を発信すると、ＥＤＵ４はピエゾスタック３２に電圧を印加する。電圧が印加されたピエゾスタック３２は伸長し、第１ピストン３４及び第２ピストン３６が先端側に移動する。第２ピストン３６の移動により、第１油密室１６、油密通路２８及び第２油密室２２内の燃料の圧力が昇圧する。言い換えれば、ピエゾスタック３２の動作に応じて、受圧面１１ａが受ける開弁方向の圧力が昇圧する。すなわち、第１油密室１６、油密通路２８及び第２油密室２２は、ピエゾスタック３２の動作に応じて、ニードル１０に開弁方向の圧力を作用させる開弁手段として機能する。開弁方向の力が閉弁方向の力を上回ると、ニードル１０のシート部１０ｂはノズルボディ８の内壁から離座する。このとき、燃料溜り室２４内の燃料が噴孔６に供給され、燃料が噴孔６から噴射される。すなわち、燃料噴射弁１００が開弁する。

次に、比較例に係る燃料噴射弁１１０と実施例１に係る燃料噴射弁とを比較して説明する。図２は比較例に係る燃料噴射弁１１０のニードル１０及びその周辺を拡大して例示する断面図である。

図２に示すように、比較例に係る燃料噴射弁１１０では、ニードル１０の受圧面１０ｃの径Ｄ２が、シート部１０ｂの径Ｄ１よりも大きい。また、ニードル１０の先端部に形成されたテーパ部１０ａにおいて、シート部１０ｂよりも基端側の領域である受圧面１０ｄは、燃料溜り室２４内の燃料からニードル１０を基端側に付勢する圧力を受ける。すなわち、受圧面１０ｄは開弁方向の圧力を受ける。開弁方向の力（第２油密室２２内の燃料の圧力と燃料溜り室２４内の燃料の圧力とに起因する力）が、閉弁方向の力（第１制御室１８内の燃料の圧力に起因する力とバネ２０ａからの力）より大きい場合、シート部１０ｂはノズルボディ８の内壁から離座する。すなわち、燃料噴射弁１１０は開弁する。

このとき、例えば燃料噴射弁から燃料が供給されるときなどに、高圧燃料通路２６内の燃料に圧力脈動が発生することがある。第１制御室１８内の燃料に圧力脈動が伝播すると、ニードル１０の受圧面１０ｃが受ける圧力が不安定となる。従って、ニードル１０の挙動が不安定となり、燃料噴射弁１１０からの燃料の供給も不安定となる恐れがある。

次に、実施例１について説明する。図３は実施例１に係る燃料噴射弁１００のニードル１０及びその周辺を拡大して例示する断面図である。

図３に示すように、実施例１に係る燃料噴射弁１００では、ニードル１０の受圧面１０ｃの径Ｄ２が、シート部１０ｂの径Ｄ１と同一である。つまり、受圧面１０ｃの面積が比較例よりも小さくなる。すなわち、圧力脈動の影響を受ける面積が比較例よりも小さくなる。従って、実施例１によれば、圧力脈動の影響を受けにくいため、ニードル１０の挙動が安定する。これにより、燃料の供給も安定して行うことが可能となる。

また、ニードル１０には鍔部１１が設けられ、鍔部１１の受圧面１１ａが第２油密室２２内の燃料の圧力を受ける。このため、シート部１０ｂの径Ｄ１と受圧面１０ｃの径Ｄ２とを同一にしても、ニードル１０は開弁方向の力を受け、押し上げられる。この点について、図面を用いて説明する。

図４（ａ）は鍔部が設けられていないニードル１０ｅにおいて、受圧面１０ｃの径Ｄ２がシート部１０ｂの径Ｄ１より大きい例を示す断面図である。図４（ｂ）はニードル１０ｅにおいて、受圧面１０ｃの径Ｄ２がシート部１０ｂの径Ｄ１と同一である例を示す断面図である。

図４（ａ）に示すように、ニードル１０ｅは第１制御室１８内の燃料及び第１制御室内に設けられたバネ１８ａから、閉弁方向の力を受ける。また、ニードル１０ｅの受圧面１０ｄは、燃料溜り室２４内の燃料から開弁方向の力を受ける。このため、第１制御室１８内の燃料の圧力が低下すると、ニードル１０ｅは燃料溜り室２４内の燃料の圧力により押し上げられる。

図４（ｂ）に示すように、受圧面１０ｃの径Ｄ２がシート部１０ｂの径Ｄ１と同一となると、ニードル１０ｅ先端側の受圧面１０ｄの面積が大幅に小さくなる。または受圧面１０ｄが存在しなくなる。このとき、ニードル１０ｅには開弁方向の圧力が加わり難くなるため、燃料噴射弁の開弁が困難となる。

これに対し、図１及び図３に示した実施例１では、ニードル１０に鍔部１１が設けられ、ピエゾスタック３２の動作に応じて、受圧面１１ａが第２油密室２２内の燃料から受ける開弁方向の圧力が増大し、ニードル１０は押し上げられる。このため、テーパ部１０ａに受圧面１０ｄがない、または受圧面１０ｄの面積が微小であっても、燃料噴射弁の開弁が可能となる。

実施例１では、ニードル１０の受圧面１０ｃの径Ｄ２がシート部１０ｂの径Ｄ１と同一としたが、これに限定されない。Ｄ２が小さくなると、その分圧力脈動の影響も小さくなる。例えばＤ２がＤ１の１．２倍である場合より、１．１倍である場合の方が圧力脈動の影響は小さい。さらに、Ｄ２をＤ１の１．０５倍、１．０１倍とすることにより、圧力脈動の影響を小さくできる。しかしながら、Ｄ２がＤ１よりも小さくなると、閉弁方向の圧力を受ける面積が小さくなり、燃料噴射弁１００の閉弁が困難となる可能性がある。このため、Ｄ２はＤ１と同一とすることが好ましい。

実施例１では、アクチュエータとしてピエゾスタックを用いたが、ピエゾスタック以外のピエゾアクチュエータを用いてもよい。また、ピエゾアクチュエータ以外のアクチュエータを用いてもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

ＥＣＵ ２
ＥＤＵ ４
噴孔 ６
ノズルボディ ８
ニードル １０、１０ｅ
シート部 １０ｂ
受圧面 １０ｃ、１０ｄ、１１ａ
鍔部 １１
第１油密室 １６
第２油密室 ２２
燃料溜り室 ２４
高圧燃料通路 ２６
油密通路 ２８
リターン通路 ３０
ピエゾスタック ３２
燃料噴射弁 １００

Claims (2)

1. 先端部に設けられた噴孔と、前記先端部に燃料を供給する燃料通路と、燃料を貯留する油密室とを備えたノズルボディと、
   前記ノズルボディ内に配置されたアクチュエータと、
   前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、前記ノズルボディの先端部に収納されかつ閉弁状態において前記ノズルボディに着座するシート部と、前記燃料通路から前記先端側に付勢する圧力を受ける第１受圧面と、前記油密室内の燃料から開弁方向の方向の圧力を受ける第２受圧面とを備えたニードルと、を具備し、
   前記アクチュエータの動作に応じて前記油密室内の圧力は昇圧し、
   前記シート部の径と、前記第１受圧面の径とは同一であることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記アクチュエータは、ピエゾアクチュエータであることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。

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