JP6245681B2

JP6245681B2 - 燃料噴射弁

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Publication number: JP6245681B2
Application number: JP2013116609A
Authority: JP
Inventors: 浩史小川原; 須田　栄; 栄須田
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2033-06-03
Also published as: EP3006719A4; WO2014196344A1; CN105283664A; EP3006719B1; CN105283664B; EP3006719A1; JP2014234764A

Description

本発明は、内燃機関の蓄圧式燃料噴射制御装置に用いられる燃料噴射弁に関する。

従来、内燃機関の蓄圧式燃料噴射制御装置に用いられ、コモンレール（蓄圧器）から供給される高圧燃料を内燃機関の気筒へ噴射するための燃料噴射弁が知られている。この燃料噴射弁は、ハウジングと、ノズルボディと、弁ニードルと、背圧制御部とを備えた構成となっている。

燃料噴射弁は、他端がコモンレールに接続された高圧配管が接続されるインレットコネクタを備え、インレットコネクタ内に形成された燃料通路を介して、高圧燃料が燃料噴射弁内に導入される。導入された高圧燃料は、ノズルボディに設けられた燃料噴射孔側に供給されるとともに、背圧制御部の制御室側にも供給される。そして、背圧制御部において制御室内の圧力を調節することによって弁ニードルを進退動させ、燃料噴射孔を開閉することで燃料噴射を制御している。

このような燃料噴射弁において、燃料中に硬質の異物が混入していると、背圧制御部の制御弁の弁座面が侵食し、精密な燃料噴射制御機能を喪失するおそれがある。このため、インレットコネクタにフィルタを配置して、燃料噴射弁に導入される高圧燃料中の異物を捕集するように構成した燃料噴射弁がある（特許文献１又は２を参照）。

具体的に、特許文献１に記載の燃料噴射弁は、インレットコネクタにエッジフィルタを圧入し、それにより形成される間隙をフィルタメッシュとして異物を捕集するものとなっている。
また、特許文献２に記載の燃料噴射弁は、袋形状に形成されたフィルタ本体部のうちインレット部の内壁面と対向する部分には、多数の孔が形成され、これにより、高圧燃料中の異物が本体部により捕捉されるものとなっている。

特開２００６−１０５０９２号公報図２特開２００９−２０３８４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のフィルタの構造は、インレットコネクタの軸方向に長さを有しており、形成される間隙よりも大きな異物が通過するおそれがある。また、特許文献２に記載のフィルタは、形成する孔の大きさを小さくすることにも限界があり、燃料噴射弁に到達する数μｍ単位の異物を捕集することが困難である。

特に、近年では、蓄圧式燃料噴射制御装置において燃料噴射弁以外の箇所に設けられる燃料メインフィルタの性能が向上しており、燃料噴射弁に到達する異物は、燃料噴射弁のフィルタ構造の間隙よりも小さく、これまでのフィルタの構造では、燃料中の異物を捕集することが困難となっている。さらに、近年の厳しい排ガス規制に対応するための燃料圧力のさらなる高圧化により、上記異物による背圧制御部の制御弁の弁座面の侵食が促進されるおそれがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、高圧燃料中の異物による背圧制御部の制御弁の弁座部の損傷を抑止することを目的の一つとする。

本発明によれば、燃料噴射孔に通じる第１燃料通路及び圧力制御室に通じる第２燃料通路を有するハウジングと、前記ハウジング内を進退移動可能に設けられた弁ニードルと、前記圧力制御室内の圧力を調節することで前記弁ニードルを進退動させて前記燃料噴射孔の開閉制御を行う制御弁と、を備えた燃料噴射弁において、前記ハウジングはインレット開口部を備え、前記インレット開口部には高圧燃料の導入通路を有するインレットコネクタが取り付けられ、前記インレットコネクタの端面部と前記インレット開口部の底面部とによって燃料室が形成され、前記燃料室の領域の前記底面部の外周部には前記第１燃料通路が開口するとともに中央部には前記第２燃料通路が開口し、前記インレットコネクタから前記燃料室に導入される高圧燃料が旋回流を形成可能に構成されることを特徴とする燃料噴射弁が提供され、上述した問題を解決することができる。

また、本発明の燃料噴射弁において、前記インレットコネクタが、軸方向に延びる軸方向通路と、前記軸方向通路から周方向に延びるとともに前記軸方向通路の中心から偏心して設けられて前記燃料室に開口する周方向通路と、を有するようにすることもできる。

また、本発明の燃料噴射弁において、前記軸方向通路が、前記燃料室側の端部が閉鎖されているようにすることもできる。

また、本発明の燃料噴射弁において、前記周方向通路を複数備えるようにすることもできる。

また、本発明の燃料噴射弁において、前記周方向通路の直径が、前記燃料噴射孔の口径以下となるようにすることもできる。

また、本発明の燃料噴射弁において、前記周方向通路を複数備え、前記周方向通路の断面積の総和が前記燃料噴射孔の断面積の総和以上となるようにすることもできる。

また、本発明の燃料噴射弁において、前記周方向通路の数が、その直径と、前記断面積の総和とを考慮して決定されるようにすることもできる。

本発明の燃料噴射弁によれば、燃料噴射弁に到達する高圧燃料中の異物が、背圧制御部側に到達することを抑止することができ、制御弁の弁座面の損傷を低減することができるようになる。

本実施の形態にかかる燃料噴射弁を備えた蓄圧式燃料噴射制御装置の全体的構成を説明するために示す図である。本実施の形態にかかる燃料噴射弁のインレット部を説明するために示す図である。インレットコネクタの旋回流形成部を説明するために示す図である。燃料室の底面部を説明するために示す図である。燃料室に流入する燃料の流れを示す図である。

以下、本発明の燃料噴射弁に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、この実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては、特に説明がない限り同一の部材を示している。

図１は、本実施の形態にかかる燃料噴射弁１を備えた蓄圧式燃料噴射制御装置の全体的構成の一例を概略的に示す図である。図１において、燃料噴射弁１は断面図として示されている。
蓄圧式燃料噴射制御装置は、燃料タンク５１からの燃料を圧送するサプライポンプ５２と、このサプライポンプ５２により圧送された高圧燃料が蓄えられるコモンレール１２と、コモンレール１２内に蓄積された高圧燃料を内燃機関（図示せず）の気筒内に噴射する燃料噴射弁１とを主たる構成要素としてなるものである。この蓄圧式燃料噴射制御装置の全体的な構成自体は、従来公知の蓄圧式燃料噴射制御装置と基本的に同一のものである。

このうち、燃料噴射弁１は、インジェクタハウジング２と、ノズルボディ３と、弁ニードル４と、バルブピストン５と、バルブボディ６と、背圧制御部７と、インレット部８とを主たる構成要素として構成されている。本実施の形態において、インジェクタハウジング２及びノズルボディ３が本発明の「ハウジング」に相当する。

ノズルボディ３は、インジェクタハウジング２の先端部（図１の下端側）にノズルナット９により締結されている。インジェクタハウジング２及びノズルボディ３には、インレット部８から導入される高圧燃料をノズルボディ３の燃料溜まり室１４へ送る第１燃料通路１１ａ，１１ｂが形成されている。また、インジェクタハウジング２には、インレット部８から導入される燃料を背圧制御部７の制御室１９へ送る第２燃料通路１３が形成されている。

また、ノズルボディ３には、弁ニードル４の受圧部４Ａに対向する部位に燃料溜まり室１４が形成されている。このノズルボディ３の先端部には燃料噴射孔１６が穿設されており、この燃料噴射孔１６につながるシート部１７に弁ニードル４の先端部が着座（シート）することにより燃料噴射孔１６が閉鎖される一方、弁ニードル４がシート部１７から離間（リフト）することにより燃料噴射孔１６が開放される構造となっている。これによって燃料の噴射開始、停止が可能となっている。

また、ノズルボディ３が締結されるインジェクタハウジング２内には、その中心軸を中心としたスプリング室２２が形成されており、弁ニードル４をシート部１７の方向へ付勢するためのノズルスプリング１８が配設されている。また、バルブピストン５がインジェクタハウジング２に形成された孔２Ａ内に挿入されるとともに、バルブボディ６に形成された摺動孔６Ａ内に摺動可能に挿入されて、弁ニードル４の上方部に位置するように配設されている。

また、バルブボディ６には、バルブピストン５の頂部５Ａが位置する部位に制御室１９が形成されており、バルブピストン５の頂部５Ａが下方側（燃料噴射孔１６側）から臨むようになっている。制御室１９は、バルブボディ６に形成された導入側オリフィス２０に連通している。この導入側オリフィス２０は、バルブボディ６とインジェクタハウジング２との間にバルブボディ６の周方向で環状に形成された圧力導入室２１を介して第２燃料通路１３に連通されている。これによって、コモンレール１２からの導入圧力が制御室１９へ供給されるようになっている。

また、制御室１９は開閉用オリフィス２３にも連通しており、開閉用オリフィス２３は後述する背圧制御部７の電磁弁２８の操作によって開閉可能となっている。なお、制御室１９におけるバルブピストン５の頂部５Ａの受圧面積は、ノズルニードル４の受圧部４Ａの受圧面積よりも大きく設定されている。

背圧制御部７は、電磁弁２８と、ホルダ２９と、制御室１９とを主たる要素として備えた構成となっている。電磁弁２８は、マグネット２５と、アーマチュア２７と、制御弁体２４とを備えている。マグネット２５に対して制御回路から駆動信号が供給されることによってバルブスプリング２６の付勢力に抗してアーマチュア２７がマグネット２５に吸引され、制御弁体２４が開閉用オリフィス２３に連続する弁座面からリフトし、制御室１９の圧力を燃料還流路１５に開放できるようになっている。このように制御弁体２４を動作させることにより制御室１９の圧力を制御し、バルブピストン５を介して弁ニードル４の背圧を制御することで、弁ニードル４のシート部１７へのシート及びリフトを制御することができるようになっている。

このように構成された燃料噴射弁１では、コモンレール１２からの高圧燃料は、インレット部８から第１燃料通路１１ａ，１１ｂを介して燃料溜まり室１４内の弁ニードル４の受圧部４Ａに作用するとともに、第２燃料通路１３及び圧力導入室２１を介して制御室１９内のバルブピストン５の頂部５Ａにも作用するようになっている。
したがって、制御弁体２４によって制御室１９が燃料低圧側と遮断されている状態では、弁ニードル４はバルブピストン５を介して受ける制御室１９の背圧とノズルスプリング１８の付勢力とにより、ノズルボディ３のシート部１７にシートされ、燃料噴射孔１６を閉鎖することになる。

一方、マグネット２５に所定のタイミングで駆動信号を供給することにより、アーマチュア２７がマグネット２５に吸引され、制御弁体２４が開閉用オリフィス２３を開放すると、制御室１９の高圧が開閉用オリフィス２３を介して燃料還流路１５を通って燃料タンク５１へ還流する。したがって、制御室１９におけるバルブピストン５の頂部５Ａに作用していた高圧が開放され、弁ニードル４は受圧部４Ａに作用している高圧により、ノズルスプリング１８の付勢力に抗してシート部１７からリフトし、燃料噴射孔１６が開放されて燃料噴射が行われることになる。

そして、マグネット２５を消磁することにより制御弁体２４により開閉用オリフィス２３が閉鎖されると、制御室１９内の圧力及びノズルスプリング１８の付勢力によりバルブピストン５を介して弁ニードル４がシート位置であるシート部１７にシートされて燃料噴射孔１６が閉鎖され、燃料噴射が終了することになる。

次に、本実施の形態にかかる燃料噴射弁１のインレット部８について詳細に説明する。
図２は、図１に示す燃料噴射弁１のインレット部８の拡大断面図を示している。
インレット部８は、インジェクタハウジング２に形成されたインレット開口部２ａにインレットコネクタ３０が装着されて構成されている。本実施の形態においては、インレットコネクタ３０は、インレット開口部２ａ内に液密に螺合されている。

インレットコネクタ３０は、軸方向両端が開口する筒状のコネクタボディ３１と、コネクタボディ３１内に保持された流路形成部材３３と、流路形成部材３３の先端に固定された旋回流形成部３５とを有している。流路形成部材３３は、その外周部が液密にコネクタボディ３１内に圧入、あるいは、溶接等により固定されている。また、旋回流形成部３５は、溶接等により流路形成部材３３の先端面に固定されている。

流路形成部材３３には、軸方向両端に開口して高圧燃料の流入通路となる軸方向通路３３ａが形成されている。旋回流形成部３５には、軸方向の一方側に開口する一方、後述する燃料室４０側の端部が閉鎖され、上記開口が流路形成部材３３の軸方向通路３３ａと連通する軸方向通路３５ａと、この軸方向通路３５ａの中心から偏心して設けられて軸方向通路３５ａと旋回流形成部３５の外周部とを接続する周方向通路３５ｂとが形成されている。

図３は、図２のＡＡ断面の矢視図を示している。図３に示すように、旋回流形成部３５は、中央の軸方向通路３５ａから接線方向に延在して設けられた複数の周方向通路３５ｂを備えている。図３に示す例では、それぞれ接線方向に延びる８本の周方向通路３５ｂが等間隔に形成されている。

このように構成されたインレットコネクタ３０をインレット開口部２ａ内に装着することで、インレットコネクタ３０の先端部（図２の下方側の部分）とインレット開口部２ａの底面部２ａａとにより、燃料室４０が形成される。本実施の形態においては、インレットコネクタ３０の先端側の面（図２の下方側の面）とインレット開口部２ａの底面部２ａａとの間にシム部材３７が挟持されており、インレットコネクタ３０とインレット開口部２ａの底面部２ａａとの間隙からの高圧燃料の漏れが抑えられるようになっている。

この燃料室４０の領域のインレット開口部２ａの底面部２ａａには、ノズルボディ３の燃料溜まり室１４に通じる第１燃料通路１１ａと、背圧制御部７の制御室１９に通じる第２燃料通路１３とが開口している。

図４は、図２のＢＢ面（インレット開口部２ａの底面部２ａａ）の矢視図を示している。図４に示すように、燃料室４０の領域のインレット開口部２ａの底面部２ａａにおいて、第１燃料通路１１ａは底面部２ａａの外周部に開口し、第２燃料通路１３は底面部２ａａの中央部に開口している。

コモンレール１２から供給されてインレットコネクタ３０に導入される高圧燃料は、インレットコネクタ３０内に形成された軸方向通路３３ａ，３５ａを流れた後、周方向通路３５ｂを介して燃料室４０に導入される。このとき、周方向通路３５ｂが軸方向通路３５ａの中心から偏心して設けられ、特に、本実施の形態においては接線方向に周方向通路３５ｂが設けられていることから、図５に示すように、燃料室４０に導入される燃料は旋回流を形成する。

したがって、高圧燃料に混合されている異物は、遠心力によって燃料室４０の外周部に移動するため、背圧制御部７の制御室１９に通じる第２燃料通路１３に流れ込みにくくなる。すなわち、本実施の形態の燃料噴射弁１は、コモンレール１２からインレットコネクタ３０に供給される燃料中の数μｍの異物を捕集する代わりに、燃料室４０の外周部に分離して第１燃料通路１１ａ側に流し、比較的清浄度の高い燃料を背圧制御部７の制御室１９側に流すようになっている。その結果、異物によって背圧制御部７の電磁弁２８の弁座面の侵食が低減される。

また、本実施の形態の燃料噴射弁１では、旋回流形成部３５の周方向通路３５ｂの直径が燃料噴射孔１６の口径以下に設計されている。例えば、燃料噴射孔１６の口径は小さいもので１００μｍ程度であるために、周方向通路３５ｂの直径は１００μｍ程度にすることができる。したがって、燃料噴射孔１６を詰まらせてしまうような大きさの異物はあらかじめ周方向通路３５ｂを通過することができず、燃料噴射孔１６の詰まりを防ぐことができる。

さらに、本実施の形態の燃料噴射弁１では、旋回流形成部３５の周方向通路３５ｂの断面積の総和が、燃料噴射孔１６の断面積の総和以上となるように設計されている。したがって、コモンレール１２から燃料噴射弁１に供給される高圧燃料の圧力損失が生じにくくなっている。

つまり、燃料噴射孔１６の直径以上となるように周方向通路３５ｂの直径を決定するとともに、周方向通路３５ｂの断面積の総和が、燃料噴射孔１６の断面積の総和以上となるように、周方向通路３５ｂの数を決定する。このように周方向通路３５ｂを設けることによって、高圧燃料の圧力損失を防ぐことができ、かつ、異物による燃料噴射孔１６の詰まりを防ぐことができる。

１：燃料噴射弁、２：インジェクタハウジング、２ａ：インレット開口部、２ａａ：底面部、３：ノズルボディ、４：弁ニードル、５：バルブピストン、６：バルブボディ、７：背圧制御部、８：インレット部、９：ノズルナット、１１ａ・１１ｂ：第１燃料通路、１２：コモンレール、１３：第２燃料通路、１４：燃料溜まり室、１５：燃料還流路、１６：燃料噴射孔、１７：シート部、１８：ノズルスプリング、１９：制御室、２０：導入側オリフィス、２１：圧力導入室、２２：スプリング室、２３：開閉用オリフィス、２４：バルブボール、２５：マグネット、２６：バルブスプリング、２７：アーマチュア、２８：電磁弁、２９：ホルダ、３０：インレットコネクタ、３１：コネクタボディ、３３：流路形成部材、３３ａ：軸方向通路、３５：旋回流形成部、３５ａ：軸方向通路、３５ｂ：周方向通路、３７：シム部材、４０：燃料室、５１：燃料タンク

Claims

燃料噴射孔に通じる第１燃料通路及び圧力制御室に通じる第２燃料通路を有するハウジングと、前記ハウジング内を進退移動可能に設けられた弁ニードルと、前記圧力制御室内の圧力を調節することで前記弁ニードルを進退動させて前記燃料噴射孔の開閉制御を行う制御弁と、を備えた燃料噴射弁において、
前記ハウジングはインレット開口部を備え、前記インレット開口部には高圧燃料の導入通路を有するインレットコネクタが取り付けられ、
前記インレットコネクタの端面部と前記インレット開口部の底面部とによって燃料室が形成され、前記燃料室の領域の前記底面部の外周部には前記第１燃料通路が開口するとともに中央部には前記第２燃料通路が開口し、
前記インレットコネクタから前記燃料室に導入される高圧燃料が旋回流を形成可能に構成され、
前記インレットコネクタは、軸方向に延びる軸方向通路と、前記軸方向通路から周方向に延びるとともに前記軸方向通路の軸中心から偏心して設けられて前記燃料室に開口する周方向通路であって当該周方向通路を通過する燃料の遠心力によって前記高圧燃料中の異物が前記底面部の外周部に開口する前記第１燃料通路に流れ込むように形成された周方向通路と、を有することを特徴とする燃料噴射弁。
前記軸方向通路は、前記燃料室側の端部が閉鎖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。
前記周方向通路を複数備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
前記周方向通路の直径が、前記燃料噴射孔の口径以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
前記周方向通路を複数備え、前記周方向通路の断面積の総和が前記燃料噴射孔の断面積の総和以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
前記周方向通路の数が、その直径と、前記断面積の総和とを考慮して決定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。