JP5326906B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を内燃機関に噴射供給する燃料噴射装置に関する。

燃料の噴射を行う際に、ソレノイドの吸引力によりアーマチャを引き上げ、圧力制御室内部の圧力を抜いてニードルの上下の圧力バランスを崩し、ニードルを上方へ引き上げて燃料を噴射する燃料噴射装置が知られている（特許文献１，２）。

この種の燃料噴射装置の一例を図６に示す。

燃料噴射装置１は、インジェクタ本体１０と、このインジェクタ本体１０内に摺動自在に支持されたニードル６と、ニードル６の閉弁方向（図示下方）の軸力をピストン５を介して可変に制御する圧力制御室７とを備える。

インジェクタ本体１０には、高圧に加圧された燃料がコモンレール１７から燃料通路１１と分岐通路１２に供給されており、燃料通路１１に供給された高圧燃料は先端のノズル孔３から噴射されるものであり、分岐通路１２から圧力制御室７に供給された高圧燃料は、アーマチャ４のシール面部４ａがリターンスプリング２２の付勢力でオリフィス６１の突出した出口に当接してシールすることで圧力制御室７から流出することなく、圧力制御室７内を高圧に保つものである。

ここでニードル６の一端（先端部）は、インジェクタ本体１０に設けられた燃料通路１１から燃料溜まり３４に導かれた高圧の供給燃料により開弁方向（図示上方）の軸力を受ける。一方、分岐通路１２からの高圧燃料が入り込んでいる圧力制御室７の圧力及びピストン５とニードル６との間に介在されるスプリング５２の付勢力とにより、ニードル６の他端は閉弁方向の軸力を受けてニードル６先端がノズル３を塞いでいる。

燃料の噴射を行うときは、ソレノイド２０の吸引力でアーマチャ４を引き上げることで圧力制御室７内の高圧の燃料がオリフィス６１を介して回収通路１２ｂに流出し、その結果、ニードル６の開弁方向の軸力がニードル６の閉弁方向の軸力を上回ることでニードル６を上方へ引き上げて、ニードル６がインジェクタ本体１０のノズル孔３から離座し、燃料溜まり３４とノズル孔３とが連通して燃料噴射を実行する。

燃料の噴射を終了する際には、ソレノイド２０による吸引を中止してアーマチャ４をリターンスプリング２２の付勢力により下方へ押し下げ、アーマチャ４のシール面部４ａでオリフィス６１を塞ぐことで、圧力制御室７の高圧燃料がオリフィス６１から流出するのが妨げられて圧力制御室７の圧力を回復させ、その結果、圧力制御室７の圧力とスプリング５２の付勢力とによるニードル６の閉弁方向の軸力がニードル６の開弁方向の軸力を上回ることでニードル６を下方へ押し下げて、ニードル６がインジェクタ本体１０のノズル孔３を塞ぐように着座して、燃料の供給側とノズル孔３の連通が遮断されて、燃料噴射が停止する。

特開２００１−１１５９２６号公報 特開２００８−１４４６６３号公報

ところで、近年、燃料噴射装置１からの燃料噴射圧力が高圧化されつつあり、高圧化されるにつれてアーマチャ４とオリフィス６１とのシール性の向上が要求される。このため、リターンスプリング２２の付勢力を強く設定したり、アーマチャ４のシール面部４ａとオリフィス６１の突出した出口との面精度を高精度に加工しているが、圧力制御室７からの静的なリークを防止することが困難である。

また静的なリークが発生すると、リークした分、燃料ポンプ１８の駆動ロスが生じ、燃料ポンプ１８の仕事量が増えることになり、燃料ポンプ１８の燃費低減の観点からも静的なリークを防止することが重要となっている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料噴射圧の高圧化によるシール性の悪化を防止するようにした燃料噴射装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、燃料噴射を行う際に、高圧燃料が供給される圧力制御室内部の圧力を抜いてニードルの上下の圧力バランスを崩し、ニードルを上方へ引き上げて燃料を噴射する燃料噴射装置において、前記圧力制御室の一部を形成する固定壁と、前記固定壁に前記圧力制御室内の高圧燃料を流出するために開口された固定オリフィスと、前記固定オリフィスを覆うように前記固定壁に着座して前記圧力制御室内に回転可能に配置された回転板と、前記回転板に前記固定オリフィスと同じ配置を以って開口された可動オリフィスと、前記可動オリフィスを前記固定オリフィスに重合又は離隔するために前記回転板を回転させるアクチュエータと、を備えたことを特徴とする。

また前記回転板に回転軸を介して磁力で吸着される吸着板を設け、前記アクチュエータが前記吸着板に対向して配置された電磁ソレノイドを有するのが好ましい。

また前記固定壁は円板状に形成され、該固定壁の周方向に間隔を隔てて前記固定オリフィスが複数開口され、前記回転板は円板状に形成され、該回転板の周方向に間隔を隔てて前記可動オリフィスが前記固定オリフィスと同位相を以って複数開口されるのが好ましい。

上記構成によれば、電磁ソレノイドによって回転板の可動オリフィスが固定壁の固定オリフィスと重合する位置まで回転板が回転されない限り、可動オリフィスが固定オリフィスに連通することがないので、圧力制御室内部の高圧燃料が流出しない。しかも圧力制御室内部の圧力が上昇すればするほど回転板が固定壁に強く当接してシール性が向上し、圧力制御室からの静的なリークを防止できる。

本発明にかかる燃料噴射装置によれば、燃料噴射圧の高圧化によるシール性の悪化を防止することができる。これにより燃料ポンプの駆動ロスを減らすことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置を示す断面図である。 図２は、図１に示す燃料噴射装置の回転板と吸着板とを備えたアーマチャの断面図である。 図３は、図１に示す燃料噴射装置のアーマチャとソレノイドとの関係を示す斜視図である。 図４は、アーマチャとソレノイドとの関係を概略的に示す平面図である。 図５は、固定壁の固定オリフィスと回転板の可動オリフィスとの関係を示す平面図である。 図６は、従来の燃料噴射装置の一例を示す断面図である。

本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

なお、図１〜図５の本実施形態において、図６の従来例で示した部材と同等の機能を有する部材については同一の符号を付して説明する。

図１に示すように燃料噴射装置１は、例えば各気筒毎に燃料噴射を行うコモンレール式燃料噴射装置に用いられるもので、中空円柱状のインジェクタ本体（以下、本体という）１０と、本体１０上部に取り付けられた電磁式アクチュエータ装置２及び本体１０下部に設けられた燃料噴射ノズル３とを備えている。

本体１０の内部空間１３下部にノズル本体３０が固定され、ノズル本体３０の中心に大径の貫通孔３１と小径の燃料噴射通路３２が設けられ、燃料噴射通路３２の先端に小径の噴孔３３が複数開口されて燃料噴射ノズル３が形成されている。また貫通孔３１には、これに対して軸線方向に摺動可能なニードル６が嵌挿されており、ニードル６の先端にテーパ状の受圧部６０が形成され、その先端部がノズル本体３０に形成されたシート部３５に着座するようになっている。

本体１０の内部空間１３に、ピストン５及びこれと一体のロッド５０が軸線方向に摺動可能に嵌挿されている。このロッド５０先端の凹部５０ａとニードル６の凸部６１とが嵌合して、ピストン５とニードル６が上下方向に接続した状態で一体に可動し、ピストン５とニードル６によって弁ユニットが構成される。

ノズル本体３０には、シート部３５及び受圧部６０の近傍に燃料溜まり３４が形成されている。燃料溜まり３４は、本体１０及びノズル本体３０に形成された燃料通路１１によってコネクタ１５を介してパイプ１５ａと連通されている。パイプ１５ａはコモンレール１７と連通されており、したがって燃料溜まり３４には、コモンレール１７からの高圧燃料がパイプ１５ａ、コネクタ１５及び燃料通路１１を経由して導入され、導入された高圧燃料は、ニードル６の受圧部６０に作用してニードル６に上向きの開弁方向の軸力を与える。

コモンレール１７からの高圧燃料は、燃料通路１１とは別にコネクタ１５で分岐した分岐通路１２を介して本体１０の内部空間１３にも供給されている。なおコモンレール１７は、燃料噴射装置１に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、噴射圧に相当するコモンレール圧が蓄圧されるように高圧ポンプ配管１８ａを介して燃料ポンプ１８の燃料吐出口に接続されるとともに、各燃料噴射装置１へ高圧燃料を供給する複数のパイプ１５ａが接続されている。

ロッド５０のニードル６に近い部分には、ピストン５に対して下向きの閉弁方向の軸力を与えるスプリング５２が着座するバネ座５１が設けられている。このスプリング５２は、ロッド５０に設けられたバネ座５１と本体１０の段差部１４との間で圧縮配置された圧縮コイルバネであり、スプリング５２の復元力によりロッド５０を介してピストン５へ閉弁方向の軸力を直接与えるようになっている。

ピストン５の上端には圧力制御室７が形成されている。圧力制御室７は、本体１０、ピストン５、固定壁４７で囲まれる空間である。この圧力制御室７には、ロッド５０及びピストン５に形成された通路１２ａの一端が連通している。通路１２ａの他端は本体１０の内部空間１３に連通しており、内部空間１３に供給されている高圧燃料が通路１２ａを介して圧力制御室７に導入される。このため、圧力制御室７に導入された高圧燃料の圧力がピストン５の上端面に作用して、ピストン５に押し下げる力、即ち下向きの閉弁方向の軸力を発生する。

したがって、通常は、ニードル６には、ピストン５を介して圧力制御室７からの高圧燃料の圧力による閉弁方向の軸力とスプリング５２の復元力による閉弁方向の軸力との合力が、燃料溜まり３４の高圧燃料の圧力によって受圧部６０に作用する開弁方向の軸力を上回っており、ニードル６の先端部はノズル本体３０に形成されたシート部３５に着座されている。

次に圧力制御室７内部の圧力を抜いてニードル６の上下の圧力バランスを崩す構造について説明する。

圧力制御室７の一部（上面）は、本体１０の上部にネジ結合等の手段で固定された固定壁４７によって区画形成されている。固定壁４７は略円柱状（厚い円板状）に形成された固定ナットであり、外周面にはネジ結合のための雄ネジが形成されている。固定壁４７には、図５に示すように小径の孔からなる固定オリフィス４８が、固定壁４７の周方向に間隔を隔てて複数開口されている。また圧力制御室７内には、固定オリフィス４８を覆うように固定壁４７に着座して回転板４２が回転可能に配置されている。回転板４２も円板状に形成され、固定オリフィス４８と重合可能な可動オリフィス４３が、図５に示すように固定オリフィス４８と同じ配置で同位相を以って回転板４２の周方向に間隔を隔てて複数開口されている。

回転板４２を後述するアクチュエータによって回転させることで、可動オリフィス４３が固定オリフィス４８と重合又は離隔する。可動オリフィス４３が固定オリフィス４８と重合すると、可動オリフィス４３と固定オリフィス４８とが連通して圧力制御室７内の高圧燃料は、可動オリフィス４３、固定オリフィス４８を通って流出し、圧力制御室７内部の圧力が下がり、ピストン５を押し下げる力、即ち閉弁方向の軸力が低下し、ニードル６の上下の圧力バランスが崩される。

本実施形態では、図１に示すように回転板４２に、回転軸４１を介して磁力で吸着される吸着板４０を設けてアーマチャ４が形成され、アクチュエータとして電磁式アクチュエータ装置２を用いている。すなわち、図２及び図３に示すようにアーマチャ４は、上部の略矩形の吸着板４０と下部の回転板４２とを回転軸４１で結合して構成されている。電磁式アクチュエータ装置２は、本体１０上部のケース２１に取り付けられ、一対の電磁ソレノイド２０、リターンスプリング２２、ストッパ２３とを備えている。

一対の電磁ソレノイド２０は、図３及び図４に示すように、吸着板４０を挟んで回転軸４１に対して点対称に配置されている。各電磁ソレノイド２０の近傍には、一端が吸着板４０に当接し、他端がケース２１内周面に固定されるリターンスプリング２２が配置されている。アーマチャ４の回転止めのストッパ２３が、吸着板４０と対向する位置でケース２１に取り付けられている。

前記した固定壁４７は、回転軸４１を挿通して吸着板４０と回転板４２との間に配置されている。また固定壁４７上面と吸着板４０下面との間に、アーマチャ４を上方へ付勢するスプリング４６が介在されて、回転板４２が固定壁４７の下面に確実に着座されるようにしている。また吸着板４０の上面より回転軸４１に向けてスリット４４が形成され、このスリット４４にケース２１から突出する固定軸２１ａが嵌合している。

電磁ソレノイド２０に通電されない状態では、吸着板４０はリターンスプリング２２によって図４で示す時計方向に付勢され、吸着板４０がストッパ２３に当接した状態となっている。この状態は図５に示すように回転板４２の可動オリフィス４３が固定壁４７の固定オリフィス４８から周方向に離隔しており（角度αだけずれている）、可動オリフィス４３、固定オリフィス４８が連通していない状態である。このため圧力制御室７内は、コモンレール１７から分岐通路１２、通路１２ａを経由して導入される高圧燃料で高圧状態を保っている。

一方、電磁ソレノイド２０が通電されると、吸着板４０は電磁ソレノイド２０に吸引されて、リターンスプリング２２を押し縮めながら反時計方向に回転する。このとき、回転軸４１と共に回転板４２も反時計方向に角度αだけ回転し、可動オリフィス４３が固定オリフィス４８と重合して連通し、圧力制御室７内の高圧燃料は、可動オリフィス４３、固定オリフィス４８を通って流出し、回収通路１２ｂを経由して図示しない配管を介して燃料タンク１９へ戻される。

次に燃料噴射装置１の作動について説明する。

燃料噴射装置１からの燃料噴射は、例えばコントローラ（図示せず）からのパルス信号によって制御される。コントローラからパルス信号が出力されないと、電磁ソレノイド２０が通電されず、図４、図５に示すように吸着板４０がリターンスプリング２２の付勢力によってストッパ２３に当接して可動オリフィス４３が固定オリフィス４８から周方向に離隔しており、圧力制御室７にはコモンレール１７からの高圧燃料が満たされている。このため、ピストン５の背面に作用する圧力制御室７からの高圧燃料の圧力による閉弁方向の軸力とスプリング５２の復元力による閉弁方向の軸力との合力が、燃料溜まり３４の高圧燃料の圧力によって受圧部６０に作用する開弁方向の軸力を上回るため、ニードル６の先端部がノズル本体３０のシート部３５に着座されたままでニードル６はリフトせず、燃料噴射装置１から燃料は噴射されない。このとき、圧力制御室７内の高圧燃料が回転板４２を固定壁４７へ押し付けるように作用するので、圧力制御室７内から高圧燃料がリークすることはない。しかも圧力制御室７内の圧力が上昇すればするほど回転板４２が固定壁４７に強く当接してシール性が向上し、圧力制御室７からの静的なリークを防止できる。

一方、コントローラからパルス信号が出力されると、電磁ソレノイド２０が通電され、吸着板４０は電磁ソレノイド２０に吸引されて、リターンスプリング２２を押し縮めながら図４において反時計方向に回転する。したがって回転軸４１を介して回転板４２が図４、図５において反時計方向に角度αだけ回転し、可動オリフィス４３が固定オリフィス４８に重合して圧力制御室７内の高圧燃料が可動オリフィス４３、固定オリフィス４８から流出される。これによって圧力制御室７の圧力が低下して、ピストン５を押し下げる力（閉弁方向の軸力）が低下する。閉弁方向の軸力の低下によりニードル６の上下の圧力バランスが崩され、ニードル６に加わる開弁方向の軸力が、ピストン５に加わる閉弁方向の軸力（圧力制御室７の圧力とスプリング５２の付勢力の合力）より勝る状態になるので、ニードル６が上昇して噴孔３３が開かれ、燃料の噴射が開始される。

その後、電磁ソレノイド２０がＯＦＦされると、再び吸着板４０がリターンスプリング２２の付勢力によってストッパ２３に当接するまで図４、図５において時計方向に角度αだけ回転し、可動オリフィス４３が固定オリフィス４８から周方向に離隔し、固定オリフィス４８との連通を遮断する。そのため、再び圧力制御室７の燃料圧力が上昇して同様にニードル６が下降を開始し、ニードル６の先端部がシート部３５に着座して噴孔３３が閉じられることで噴射が終了する。

なお、本実施形態では、回転板４２を回転させるアクチュエータとして電磁ソレノイド２０について説明したが、これに限定されることなくモーターやシリンダ装置等を用いるものでもよい。またアクチュエータからの回転力を歯車等の伝達機構を介して回転板４２に伝えるようにしてもよい。

このように本発明によれば、従来スプリングの力で押し付けてシールしていた構造を、圧力制御室７内に充満する油圧の力でシールできる構造にしたものである。すなわちアクチュエータによってアーマチャ４に回転方向の力がかかる構造にして、回転板４２の可動オリフィス４３が固定壁４７の固定オリフィス４８に対して周方向に重合又は離隔可能にし、無噴射時は可動オリフィス４３が固定オリフィス４８から離隔することで可動オリフィス４３と固定オリフィス４８との連通を遮断し、圧力制御室７から高圧燃料が流出することがない。しかも圧力制御室７内の高圧燃料が回転板４２を固定壁４７へ押し付けるように作用するので、圧力制御室７内の圧力が上昇すればする程、回転板４２が固定壁４７に強く当接してシール性が向上し、圧力制御室７からの静的なリークを防止できる。したがって噴射圧力を高圧化したときのリーク量を低減することができる。

１ 燃料噴射装置
２ 電磁アクチュエータ装置
３ 燃料噴射ノズル
４ アーマチャ
５ ピストン
６ ニードル
７ 圧力制御室
１０ インジェクタ本体
１１ 燃料通路
１２ 分岐通路
１２ａ 通路
１２ｂ 回収通路
２０ 電磁ソレノイド
２２ リターンスプリング
２３ ストッパ
３０ ノズル本体
３１ 貫通孔
３２ 燃料噴射通路
３３ 噴孔
３４ 燃料溜まり
４０ 吸着板
４１ 回転軸
４２ 回転板
４３ 可動オリフィス
４７ 固定壁
４８ 固定オリフィス
５０ ロッド
５１ バネ座
５２ スプリング

Claims (3)

1. 燃料噴射を行う際に、高圧燃料が供給される圧力制御室内部の圧力を抜いてニードルの上下の圧力バランスを崩し、ニードルを上方へ引き上げて燃料を噴射する燃料噴射装置において、
   前記圧力制御室の一部を形成する固定壁と、
   該固定壁に前記圧力制御室内の高圧燃料を流出するために開口された固定オリフィスと、
   該固定オリフィスを覆うように前記固定壁に着座して前記圧力制御室内に回転可能に配置された回転板と、
   該回転板に前記固定オリフィスと同じ配置を以って開口された可動オリフィスと、
   該可動オリフィスを前記固定オリフィスに重合又は離隔するために前記回転板を回転させるアクチュエータと、
   を備えたことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記回転板に回転軸を介して磁力で吸着される吸着板を設け、前記アクチュエータが前記吸着板に対向して配置された電磁ソレノイドを有する請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 前記固定壁は円板状に形成され、該固定壁の周方向に間隔を隔てて前記固定オリフィスが複数開口され、
   前記回転板は円板状に形成され、該回転板の周方向に間隔を隔てて前記可動オリフィスが前記固定オリフィスと同位相を以って複数開口された請求項１又は請求項２記載の燃料噴射装置。

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