JP5321435B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

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本発明は、燃料を内燃機関に噴射するための燃料噴射弁に関する。
従来の燃料噴射弁は、ニードルにより噴孔を開閉するノズルを備えるとともに、低圧の燃料を外部の低圧部(例えば燃料タンク)に導くリターン配管が、接続部材(例えばホロスクリュー)によりインジェクタボデーに接続される。インジェクタボデーには、接続部材が組み付け固定される低圧取り出し部や、燃料噴射弁内部の低圧の燃料を低圧取り出し部に導く低圧流路が形成されている。
インジェクタボデーは略円筒状であり、低圧取り出し部はインジェクタボデーの外周側に設けられている。このように、低圧取り出し部はインジェクタボデーの外周側に設けられているため、低圧流路は、インジェクタボデーにおけるノズル側端面からインジェクタボデー軸方向に沿って延びた後、途中で屈曲して低圧取り出し部に接続されている。
また、燃料噴射弁は、内部の圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室、制御室と低圧流路とを連通させる連絡通路を開閉する弁体、電気信号に応じて弁体を駆動するアクチュエータ等を備え、弁体の作動に伴い制御室の圧力が制御されてノズルニードルが駆動されるようになっている(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−205324号公報
しかしながら、従来の燃料噴射弁は、低圧流路は屈曲していて流路抵抗が大きいため、低圧流路内部の圧力脈動が大きくなりやすい。そして、低圧流路内部の圧力脈動が大きくなると、弁体が収容された弁室の背圧変動が大きくなり、ひいては、弁体の作動が安定せずに噴射量のばらつきが大きくなり、内燃機関性能に悪影響を与える。ここで、低圧流路の流路面積を大きくすれば低圧流路内部の圧力脈動を低減することができるが、その場合、インジェクタボデーが大型化し、ひいてはインジェクタの体格が大きくなってしまうという問題が発生する。
また、従来の燃料噴射弁は、低圧取り出し部がインジェクタボデーの外周側に設けられているため、低圧取り出し部がインジェクタボデー本体部からインジェクタボデー径方向に突出した形状になり、インジェクタの体格が大きくなってしまうという問題があった。
本発明は上記点に鑑みて、低圧流路内部の圧力脈動を低減して噴射量のばらつきを小さくしつつ、インジェクタの小型化を図ることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、燃料を噴射するための噴孔(214)をノズルニードル(212)により開閉するノズル(21)を備え、低圧の燃料を外部の低圧部(5)に戻すリターン配管(7)が接続される燃料噴射弁であって、リターン配管(7)を接続する接続部材(10)が組み付け固定される低圧取り出し部(202)、および低圧取り出し部(202)に低圧の燃料を導く低圧流路(203)を有するインジェクタボデー(20)と、低圧流路(203)の上流側に設けられ、内部の圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室(216)と、制御室(216)と低圧流路(203)とを連通させる連絡通路(225、226)を開閉する弁体(223)と、電気信号に応じて弁体(223)を駆動するアクチュエータ(23)とを備え、弁体(223)の作動に伴い制御室(216)の圧力が制御されてノズルニードル(212)が駆動される構成であり、さらに、低圧取り出し部(202)は、インジェクタボデー(20)におけるインジェクタボデー軸方向の一端面に設けられ、低圧流路(203)は、インジェクタボデー軸に対して平行に、且つインジェクタボデー(20)におけるインジェクタボデー軸方向の他端面から低圧取り出し部(202)まで直線状に延びていることを特徴とする。
これによると、低圧流路(203)は屈曲していないため、低圧流路(203)内部の圧力脈動を低減することができ、ひいては弁体(223)の作動を安定させて噴射量のばらつきを小さくすることができる。
また、低圧取り出し部(202)がインジェクタボデー(20)の軸方向端部に設けられているため、低圧取り出し部(202)がインジェクタボデー本体部からインジェクタボデー径方向に突出せず、或いは、低圧取り出し部(202)がインジェクタボデー本体部からインジェクタボデー径方向に突出する度合いが小さくなり、燃料噴射弁の小型化を図ることができる。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の燃料噴射弁において、アクチュエータ(23)は、インジェクタボデー(20)の内部に配置されていることを特徴とする。
これによると、アクチュエータ(23)がインジェクタボデー(20)の外部に装着される場合よりも、燃料噴射弁の全長を短くすることができる。
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の燃料噴射弁において、低圧取り出し部(202)は、インジェクタボデー径方向中心部に設けられていることを特徴とする。
これによると、低圧取り出し部(202)がインジェクタボデー本体部からインジェクタボデー径方向に突出する度合いを小さくし易い。
請求項4に記載の発明では、請求項1または2に記載の燃料噴射弁において、低圧流路(203)は、インジェクタボデー軸からオフセットした位置に設けられていることを特徴とする。
これによると、低圧流路(203)とアクチュエータ(23)との干渉を回避しやすい。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
本発明の第1実施形態に係る燃料噴射弁を用いたコモンレール式燃料噴射装置の全体構成を示す図である。 (a)は図1の燃料噴射弁2の正面図、(b)は(a)の右側面図、(c)は(a)の左側面断面図、(d)は(a)の平面図である。 図2(c)のA部の拡大断面図である。 本発明の第2実施形態に係る燃料噴射弁における接続部材近傍の断面図である。 図4のB−B線に沿う断面図である。 本発明の第3実施形態に係る燃料噴射弁における接続部材近傍の断面図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は第1実施形態に係る燃料噴射弁を用いたコモンレール式燃料噴射装置の全体構成を示す図である。
図1に示すように、燃料噴射装置は、高圧燃料が蓄えられるコモンレール1を備え、このコモンレール1には複数の燃料噴射弁2が接続されている。燃料噴射弁2は、制御装置(以下、ECUという)3に制御されて所定の時期に所定の期間開弁して、コモンレール1から供給される高圧燃料をディーゼルエンジン(図示せず、以下内燃機関という)の各気筒内に噴射する。ここでは、4気筒内燃機関の1つに対応する燃料噴射弁2のみを示し、他の気筒に対応する燃料噴射弁については図示を省略している。
コモンレール1に蓄えられる高圧燃料は、高圧配管4を介して燃料供給手段Pから供給される。燃料供給手段Pは、燃料を加圧してコモンレール1に吐出する高圧ポンプ、燃料タンク5からフィルタ6を介して吸入した燃料を高圧ポンプへ供給する低圧ポンプ、および、この低圧ポンプから高圧ポンプへ供給される燃料の流量を調整する吸入調量弁を備えている。高圧ポンプは、燃料の吸入量が調整されることにより燃料の吐出量が調整される形式のポンプである。
燃料噴射弁2には、燃料噴射弁2内の低圧の燃料(リーク燃料等)を低圧部としての燃料タンク5へ戻すためのリターン配管7が接続されている。また、燃料供給手段Pには、燃料供給手段P内の低圧の燃料(リーク燃料等)を燃料タンク5へ戻すためのリターン配管8が接続されている。
ECU3は、図示しないCPU、ROM、RAM等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行うものである。ECU3には、コモンレール1内の圧力を検出する燃料圧センサ9からの信号が入力されるとともに、各種センサSから内燃機関回転数、アクセル開度等の種々の情報が随時入力される。
そして、ECU3は、内燃機関や車両の運転状態に応じた最適の噴射時期、噴射量(噴射期間)を算出して、各燃料噴射弁2の開弁時期および開弁期間を制御する。また、ECU3は、燃料供給手段Pの目標吐出量を算出して燃料供給手段Pの吸入調量弁に制御信号を出力し、燃料供給手段Pの吐出量を制御することにより、コモンレール1内の燃料圧力(所謂コモンレール圧力)を制御する。
図2(a)は図1の燃料噴射弁2の正面図、図2(b)は図2(a)の右側面図、図2(c)は図2(a)の左側面断面図、図2(d)は図2(a)の平面図である。
図2に示すように、燃料噴射弁2は、インジェクタボデー20、ノズル21、制御弁機構22、アクチュエータ23、リテーニングナット24を、主要構成要素として備えている。
インジェクタボデー20は、略円筒状であり、コモンレール1(図1参照)からの高圧燃料が導入される燃料入口部201が、インジェクタボデー20におけるインジェクタボデー軸J1方向の一端面(反ノズル側、図2(a〜c)の紙面上方)に近い位置に、且つインジェクタボデー20の外周側に設けられている。また、インジェクタボデー20をインジェクタボデー軸J1方向に見たときに燃料入口部201の軸J2がインジェクタボデー軸J1を通るようにして、燃料入口部201がインジェクタボデー20に設けられている。
燃料入口部201には雄ねじが形成されており、図示しない高圧配管の一端が燃料入口部201に螺合されるとともに、その高圧配管の他端がコモンレール1に螺合されている。そして、その高圧配管を介して燃料入口部201に導入された高圧燃料は、インジェクタボデー20内の高圧流路(図示せず)を介してノズル21側に導かれるようになっている。
円柱状空間である低圧取り出し部202が、インジェクタボデー20におけるインジェクタボデー軸J1方向の一端面に設けられている。また、低圧取り出し部202は、インジェクタボデー軸J1からオフセットした位置に設けられている。
低圧取り出し部202には、接続部材10を構成するホロスクリュー101および接続パイプ102が組み付け固定されている。より詳細には、雌ねじが形成された低圧取り出し部202にホロスクリュー101を螺合することにより、接続パイプ102がインジェクタボデー20に固定されている。そして、この接続パイプ102に、リターン配管7(図1参照)が接続される。
インジェクタボデー20には、燃料噴射弁2内の低圧の燃料を低圧取り出し部202に導く低圧流路203が設けられている。この低圧流路203は、インジェクタボデー軸J1に対して平行に、且つインジェクタボデー20におけるインジェクタボデー軸J1方向の他端面(ノズル側、図2(a〜c)の紙面下方)から低圧取り出し部202まで直線状に延びている。また、低圧流路203は、インジェクタボデー軸J1からオフセットした位置に設けられている。
インジェクタボデー20には、アクチュエータ23が収容される円柱状の収容穴204が設けられている。この収容穴204は、インジェクタボデー軸J1に対して平行に、且つインジェクタボデー20におけるインジェクタボデー軸J1方向の他端面から一端面側に向かって延びている。また、収容穴204は、低圧流路203との干渉を回避するために、インジェクタボデー軸J1に対して、低圧流路203とは反対側にオフセットした位置に設けられている。
インジェクタボデー20には、インジェクタボデー20におけるインジェクタボデー軸J1方向の一端面に近い位置に、且つインジェクタボデー20の外周側に、電気コネクタ205が設けられている。より詳細には、インジェクタボデー20をインジェクタボデー軸J1方向に見たときに電気コネクタ205の軸J3がインジェクタボデー軸J1を通るようにして、電気コネクタ205がインジェクタボデー20に設けられている。また、電気コネクタ205と燃料入口部201は、インジェクタボデー周方向に約90度ずらして配置されている。
上述のように、低圧取り出し部202および低圧流路203は、ともにインジェクタボデー軸J1からオフセットした位置に設けられているが、より詳細には、低圧取り出し部202が低圧流路203よりもインジェクタボデー軸J1側(すなわちインジェクタボデー径方向中心側)に設けられている。また、インジェクタボデー20をインジェクタボデー軸J1方向に見たときに、低圧流路203は低圧取り出し部202の投影面内に位置している。
さらに、インジェクタボデー20をインジェクタボデー軸J1方向に見たときに、低圧取り出し部202および低圧流路203は、燃料入口部201の軸J2に対して反電気コネクタ側にオフセット配置されているとともに、電気コネクタ205の軸J3に対して燃料入口部201側にオフセット配置されている。
アクチュエータ23は、ピエゾ素子が多数積層されて電荷の充放電により伸縮する円柱状のピエゾスタック231と、ピエゾスタック231の伸縮変位を制御弁機構22の弁体223(詳細後述)に伝達する伝達部材232とを備えている。そして、ピエゾスタック231のリード線(図示せず)が電気コネクタ205内のターミナル(図示せず)に接続されている。この電気コネクタ205には、ECU3から延びるリード線の端部に接続された電気コネクタ(図示せず)が嵌合され、そのリード線を介してアクチュエータ23に電力が供給されるようになっている。
図3は図2(c)のA部の拡大断面図である。図3に示すように、ノズル21は、略円筒状のノズルボデー211と、ノズルボデー211に摺動自在に保持された略円柱状のノズルニードル212と、ノズルニードル212を閉弁向きに付勢するノズルスプリング213とを備えている。ノズルボデー211には、コモンレール1から供給される高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔214が形成され、ノズルニードル212の先端部(すなわち、噴孔側端部)がノズルボデー211に接離することにより噴孔214が開閉されるようになっている。
ノズル21は、ノズルニードル212の後端部(すなわち、反噴孔側端部)が挿入される円筒状のシリンダ215を備え、このシリンダ215内には、内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室216が形成されている。そして、ノズルニードル212は、制御室216内の燃料圧力により閉弁向きに付勢されるとともに、噴孔214側に導かれる高圧燃料により開弁向きに付勢される。
制御室216の圧力を制御する制御弁機構22は、インジェクタボデー20とノズル21との間に配置されている。そして、インジェクタボデー20とリテーニングナット24とを螺合させることにより、燃料噴射弁2の構成要素が一体化されている。
制御弁機構22は、第1プレート221、第2プレート222、および弁体223を備えており、第1プレート221には、弁体223が収容される弁室224、および弁室224と低圧流路203とを連通させる第1連絡通路225が形成されている。
第2プレート222には、弁室224と制御室216とを連通させる第2連絡通路226、およびノズル21内において高圧燃料が流通する部位と弁室224とを連通させる高圧導入通路227が形成されている。
弁体223と伝達部材232との間にはピン228が介在されており、ピエゾスタック231の伸縮変位が伝達部材232およびピン228を介して弁体223に伝達されるようになっている。また、弁体223は、バルブスプリング229によって伝達部材232側に向かって付勢されている。そして、弁室224と第1連絡通路225との間、および弁室224と高圧導入通路227との間は、弁体223によって開閉されるようになっている。
アクチュエータ23の伝達部材232は、以下のように構成されている。ともに円柱状に形成された第1ピストン233および第2ピストン234が、円筒状のアクチュエータスリーブ235に摺動自在に且つ液密的に挿入されており、第1ピストン233と第2ピストン234との間には、燃料が充填された液室236が形成されている。
第1ピストン233は、第1スプリング237によりピエゾスタック231側に向かって付勢されており、ピエゾスタック231により直接駆動されるようになっている。そして、ピエゾスタック231の伸長時には、第1ピストン233により液室236の圧力が高められるようになっている。
第2ピストン234は、第2スプリング238により制御弁機構22の弁体223側に向かって付勢されており、液室236の圧力を受けて作動して弁体223を駆動するようになっている。
次に、上記燃料噴射装置の作動を説明する。まず、ピエゾスタック231に電荷が充電されると、ピエゾスタック231が伸長して第1ピストン233が駆動され、第1ピストン233により液室236の圧力が高められる。高圧化された液室236の圧力により第2ピストン234が駆動され、それに伴って弁体223が図3の紙面下方に向かって駆動される。そして、弁体223が駆動されることにより、弁室224と第1連絡通路225との間が開かれるとともに、弁室224と高圧導入通路227との間が閉じられる。
したがって、制御室216の高圧燃料が、第2連絡通路226、弁室224および第1連絡通路225を介して低圧流路203に流出する。これにより、制御室216の圧力が低下してノズルニードル212を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ノズルニードル212が開弁向きに移動し、ノズルニードル212の先端部がノズルボデー211から離れて噴孔214が開かれ、噴孔214から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。
ここで、低圧流路203は直線状に延びている(すなわち屈曲していない)ため流路抵抗が小さい。したがって、制御室216の高圧燃料が低圧流路203に流出した際の、低圧流路203内部の圧力脈動も小さくなる。これにより、弁室224の背圧変動が小さくなり、ひいては、弁体223の作動が安定して噴射量のばらつきが小さくなる。
その後、ピエゾスタック231の電荷が放電されると、ピエゾスタック231が縮むため第1ピストン233は第1スプリング237によりピエゾスタック231側に戻される。また、バルブスプリング229により、弁体223および第2ピストン234が第1ピストン233側に戻される。そして、弁体223が駆動されることにより、弁室224と第1連絡通路225との間が閉じられるとともに、弁室224と高圧導入通路227との間が開かれる。
したがって、ノズル21内の高圧燃料が、高圧導入通路227、弁室224および第2連絡通路226を介して制御室216に流入する。これにより、制御室216の圧力が上昇してノズルニードル212を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ノズルニードル212が閉弁向きに移動し、ノズルニードル212の先端部がノズルボデー211に当接して噴孔214が閉じられ、燃料噴射が終了する。
以上述べたように、本実施形態では、低圧流路203が直線状に延びているため、低圧流路203内部の圧力脈動が小さくなり、弁室224の背圧変動が小さくなり、ひいては、弁体223の作動が安定して噴射量のばらつきが小さくなる。
また、低圧取り出し部202をインジェクタボデー20におけるインジェクタボデー軸J1方向端部に設けているため、低圧取り出し部202がインジェクタボデー20の本体部からインジェクタボデー径方向に突出せず、或いは、低圧取り出し部202がインジェクタボデー20の本体部からインジェクタボデー径方向に突出する度合いが小さくなり、燃料噴射弁2を小型にすることができる。
また、アクチュエータ23をインジェクタボデー20の内部に配置しているため、アクチュエータ23がインジェクタボデー20の外部に装着される場合よりも、燃料噴射弁2の全長を短くすることができる。
また、低圧流路203をインジェクタボデー軸J1からオフセットした位置に設けるとともに、アクチュエータ23が収容される収容穴204を、インジェクタボデー軸J1に対して低圧流路203とは反対側にオフセットした位置に設けているため、低圧流路203とアクチュエータ23との干渉を回避しやすい。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。図4は第2実施形態に係る燃料噴射弁における接続部材近傍の断面図、図5は図4のB−B線に沿う断面図である。本実施形態は、低圧取り出し部および接続部材を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
図4、図5に示すように、低圧取り出し部202には雌ねじは形成されていない。また、本実施形態の接続部材10は、リターン配管7(図1参照)が接続される接続パイプ103と、接続パイプ103をインジェクタボデー20に固定するクリップ104と、シール用のOリング105とからなる。
接続パイプ103は樹脂よりなり、筒部1031が低圧取り出し部202に挿入され、筒部1031外周に装着されたOリング105により、筒部1031と低圧取り出し部202との間がシールされている。
クリップ104は金属よりなり、略コの字状に形成されている。そして、インジェクタボデー20には低圧取り出し部202の外周側に溝206が形成されており、クリップ104の内側に接続パイプ103を抱え込んだ状態でクリップ104の両端部を溝206に嵌合させることにより、接続パイプ103をインジェクタボデー20に固定している。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。図6は第3実施形態に係る燃料噴射弁における接続部材近傍の断面図である。本実施形態は、低圧取り出し部および接続部材を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
図6に示すように、低圧取り出し部202には雌ねじは形成されていない。また、本実施形態の接続部材10は、インジェクタボデー20に圧入等にて固定された金属製のパイプ106、リターン配管7(図1参照)が接続される樹脂製の接続パイプ107、接続パイプ107をパイプ106に固定する柔軟性に富む樹脂よりなるリテーナ108、シール用のOリング109等を備えている。
予め一体化された接続パイプ107とリテーナ108を、インジェクタボデー20に固定されたパイプ106に装着することにより、図示のようにパイプ106の外周に形成された突起1061とリテーナ108とが係合して、接続パイプ107がパイプ106に固定されるようになっている。
(他の実施形態)
上記各実施形態では、ピエゾスタック231と伝達部材232とからなるアクチュエータ23を用いたが、ソレノイドをアクチュエータ23として用いることもできる。
また、上記各実施形態では、低圧取り出し部202および低圧流路203をインジェクタボデー軸J1からオフセットした位置に設けたが、低圧取り出し部202および低圧流路203をインジェクタボデー軸J1上(すなわちインジェクタボデー径方向中心部)に設けてもよい。
なお、上記各実施形態は、実施可能な範囲で任意に組み合わせが可能である。
5 燃料タンク(低圧部)
7 リターン配管
10 接続部材
20 インジェクタボデー
21 ノズル
23 アクチュエータ
202 低圧取り出し部
203 低圧流路
212 ノズルニードル
214 噴孔
216 制御室
223 弁体
225 連絡通路
226 連絡通路

Claims (4)

  1. 燃料を噴射するための噴孔(214)をノズルニードル(212)により開閉するノズル(21)を備え、低圧の燃料を外部の低圧部(5)に戻すリターン配管(7)が接続される燃料噴射弁であって、
    前記リターン配管(7)を接続する接続部材(10)が組み付け固定される低圧取り出し部(202)、および前記低圧取り出し部(202)に低圧の燃料を導く低圧流路(203)を有するインジェクタボデー(20)と、
    前記低圧流路(203)の上流側に設けられ、内部の圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室(216)と、
    前記制御室(216)と前記低圧流路(203)との間に設けられて両者を連通させる連絡通路(225、226)を開閉する弁体(223)と、
    電気信号に応じて前記弁体(223)を駆動するアクチュエータ(23)とを備え、
    前記弁体(223)の作動に伴い前記制御室(216)の圧力が制御されて前記ノズルニードル(212)が駆動される構成であり、
    さらに、前記低圧取り出し部(202)は、前記インジェクタボデー(20)におけるインジェクタボデー軸方向の一端面に設けられ、
    前記低圧流路(203)は、インジェクタボデー軸に対して平行に、且つ前記インジェクタボデー(20)におけるインジェクタボデー軸方向の他端面から前記低圧取り出し部(202)まで直線状に延びていることを特徴とする燃料噴射弁。
  2. 前記アクチュエータ(23)は、前記インジェクタボデー(20)の内部に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。
  3. 前記低圧取り出し部(202)は、インジェクタボデー径方向中心部に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料噴射弁。
  4. 前記低圧流路(203)は、インジェクタボデー軸からオフセットした位置に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料噴射弁。
JP2009278311A 2009-12-08 2009-12-08 燃料噴射弁 Active JP5321435B2 (ja)

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