JP6866243B2

JP6866243B2 - 燃料噴射装置

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Publication number: JP6866243B2
Application number: JP2017122338A
Authority: JP
Inventors: 将太藤井
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2037-06-22
Also published as: JP2019007386A

Description

本発明は、エンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置（インジェクタ）に関するものである。

ディーゼルエンジン等の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置は、燃料を噴射する燃料噴射孔が一端に形成された本体部と、本体部の内部に往復動自在に設けられ、燃料噴射孔を開閉するノズルニードルと、を備えている。また、従来の燃料噴射装置には、ノズルニードルにおける燃料噴射孔側とは反対側の端部である第１端部に燃料の圧力を作用させ、当該圧力をノズルニードルの駆動に利用するバランス弁構造の燃料噴射装置も提案されている（特許文献１参照）。

詳しくは、このようなバランス弁構造の燃料噴射装置は、ノズルニードルの第１端部と対向するように本体部の内部に形成され、燃料が流入する制御室と、本体部の内部に形成され、連通路を介して制御室と連通し、制御室に流入した燃料が連通路を介して流入する排出室と、連通路を開閉する開閉弁と、を備えている。このため、開閉弁によって連通路を開くことにより、制御室内の燃料が排出室に流出し、制御室内の燃料の圧力が低下する。これにより、制御室内の燃料によってノズルニードルを燃料噴射孔側へ押圧する力が減少するため、ノズルニードルが制御室側（燃料噴射孔とは反対側）へ移動して燃料噴射孔が開かれ、燃料噴射孔から燃焼室に燃料が噴射されることとなる。

特表２０１２−５２６２２７号公報

制御室と排出室とを連通する連通路を開閉する開閉弁は、相対移動する第１弁体及び第２弁体を備えている。第１弁体は、本体部の軸方向に往復動自在に設けられており、第１弁体が第２弁体に接触すると、第１弁体と第２弁体との間の流路が閉じられた状態となる。つまり、開閉弁が閉じられ、制御室と排出室とを連通する連通路が閉じられた状態となる。また、第１弁体が第２弁体に接触していない状態においては、第１弁体と第２弁体との間の流路が開かれた状態となる。つまり、開閉弁が開かれ、制御室と排出室とを連通する連通路が開かれた状態となる。そして、開閉弁が開かれることにより、第１弁体と第２弁体との間の流路を通って制御室内の燃料が排出室に流出し、制御室内の燃料の圧力が低下して、上述のようなノズルニードルの動作によって燃料噴射孔が開かれることとなる。

この第１弁体には、第１弁体が往復動する方向に貫通する貫通孔が形成されており、貫通孔内には、第１弁体を支持する圧力ピンがはめ込まれている。そして、第１弁体が、圧力ピンに沿って往復動自在に摺動することで開閉弁の開閉が行われる。この圧力ピンの連通路側の端部は、高い燃料圧の空間内に位置しており、圧力ピンと第１弁体との連通路側の間隙には高い燃料圧がかかっている。一方、第１弁体の連通路側と反対側の空間は、低い燃料圧の空間となっている。

ここで、近年、燃料噴射装置に供給される燃料の圧力が高圧になってきている。そして、今後、燃料噴射装置に供給される燃料の更なる高圧化が予想される。このように燃料噴射装置に供給される燃料の圧力が高圧になってくると、圧力ピンと第１弁体との間隙から高圧の燃料が漏れることが懸念される。圧力ピンと第１弁体との間隙から高圧の燃料の漏れが発生すると、開閉弁を閉じた状態にしても燃料が制御室から低い燃料圧の空間に流出し、制御室内の圧力上昇速度が低下してしまう。そして、この制御室内の圧力上昇速度の低下に伴って、ノズルニードルが燃料噴射孔を閉じるまでの時間も遅くなり、予定量よりも多くの燃料をエンジンの燃焼室に噴射してしまうこととなる。このため、燃料噴射装置に供給される燃料の更なる高圧化に備え、圧力ピンと第１弁体との間のシールの強化を講じて気密性を高めることが重要である。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料噴射装置に供給される燃料が高圧になった場合でも、圧力ピンと第１弁体との間のシールが強化され気密性が高められた燃料噴射装置を得ることを目的とする。

本発明に係る燃料噴射装置は、燃料を噴射する燃料噴射孔が一端に形成された本体部と、本体部の内部に往復動自在に設けられ、燃料噴射孔を開閉するノズルニードルと、ノズルニードルにおける燃料噴射孔側とは反対側の端部である第１端部と対向するように本体部の内部に形成され、燃料が流入する制御室と、本体部の内部に形成され、連通路を介して制御室と連通し、制御室に流入した燃料が連通路を介して流入する排出室と、連通路を開閉する開閉弁と、を備え、制御室内の燃料の圧力をノズルニードルの第１端部に作用させ、当該圧力をノズルニードルの駆動に利用する燃料噴射装置であって、開閉弁は、本体部の内部に往復動自在に設けられ、当該往復動の方向に貫通する貫通孔が形成されている第１弁体と、円柱形状に形成され、貫通孔内に配置されて第１弁体を摺動自在に支持する圧力ピンと、本体部の内部に固定され、第１弁体と接触することによって、燃料が流れる流路を閉塞する第２弁体と、を有し、圧力ピンは、連通路側の端部に開口部が形成されており、開口部から前記圧力ピンの軸方向に凹んだ中空部が形成されている円筒部を有するものである。

本発明に係る燃料噴射装置は、第１弁体に形成された貫通孔内に配置されて第１弁体を摺動自在に支持する圧力ピンを有しており、圧力ピンは、連通路側の端部に開口部が形成されており、開口部から軸方向に凹んだ中空部が形成されている円筒部を有している。そのため、圧力ピンに高い燃料圧が作用すると、中空部に入り込んだ燃料によって、円筒部の直径が拡張されて圧力ピンと第１弁体との間隙が小さくなり、圧力ピンと第１弁体との間のシールが強化されて気密性が高まる。その結果、本発明に係る燃料噴射装置は、燃料の圧力が高圧になっても、圧力ピンと第１弁体との間隙から燃料が漏れることを防止することができる。また、一般的に、燃料の圧力が高いほど、圧力ピンと第１弁体との間隙から燃料が漏れやすくなる。しかし、本発明に係る燃料噴射装置は、圧力ピンに中空部が形成された円筒部を有しているため、燃料の圧力が高いほど、中空部に入り込んだ燃料の圧力によって円筒部の直径が拡張しやすくなり、圧力ピンと第１弁体との間のシールが強化されて気密性が高まる。

本発明の実施の形態１に係る燃料噴射装置を示す断面図である。図１の燃料噴射装置のＡ部拡大図である。図２の圧力ピンと弁ニードルのＢ−Ｂ線断面図である。本発明の実施の形態２に係る燃料噴射装置の部分拡大図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る燃料噴射装置について具体的に説明する。ただし、本発明の実施の形態１に係る燃料噴射装置は、本発明の一態様を示すものであり、本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、本発明の実施の形態１に係る燃料噴射装置においては、燃料噴射孔が形成された側の端部を燃料噴射装置の下端とし、燃料噴射孔側の端部とは反対側の端部を燃料噴射装置の上端として、燃料噴射装置を説明していく。

［全体構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料噴射装置を示す断面図である。図２は、図１の燃料噴射装置のＡ部拡大図である。なお、図２においては、圧力ピン６１、アーマチャ板４１、弁ニードル２５のみを記載し、他の構成は省略している。燃料噴射装置１００は、燃料を噴射する燃料噴射孔３が一端に形成された本体部１を備えている。本実施の形態１では、本体部１を、ノズル本体２、ユニオンナット４及び閉塞板５で構成している。なお、本体部１を構成するこれらの部品は、あくまでも一例である。燃料噴射装置１００のデザインに応じて、本体部１の分割数は、換言すると本体部１を構成する部品数は、任意に変更可能である。

ノズル本体２は、本体部１の下部部分を構成するものである。ユニオンナット４は、本体部１の上部部分を構成するものであり、筒状に形成されている。ユニオンナット４の下端部には、例えば圧入等により、ノズル本体２が気密に固定されている。また、ユニオンナット４の上端部は、閉塞板５によって気密に閉塞されている。

ノズル本体２の内部には、高圧室５２が形成されている。当該高圧室５２は、ノズル本体２及びユニオンナット４に形成された燃料入口５１を介して、外部（例えばコモンレール、燃料ポンプ等）から、高圧の燃料が供給される。ノズル本体２の下端には、燃料噴射孔３が形成されている。当該燃料噴射孔３を通して、高圧室５２内の高圧燃料が、図示されない燃焼室へと噴射される。

高圧室５２の上端部（つまり、燃料噴射孔３側とは反対側の端部）は、弁板２１により画定されている。当該弁板２１は、ユニオンナット４の内周面に取り付けられた固定リング４ａとノズル本体２との間に挟持されて本体部１の内部に固定され、高圧室５２を気密に閉塞している。弁板２１における高圧室５２側の面を構成する壁部には、制御室１０を包囲する筒状突出部１４が形成されている。当該筒状突出部１４における弁板２１とは反対側の端部は壁１１により閉塞されている。また、当該壁１１には、後述のノズルニードル６が挿入されるノズルニードル開口部１１ａが形成されている。また、制御室１０を包囲する筒状突出部１４には、制御室１０と高圧室５２とを連通させる連通路１２が形成されている。すなわち、高圧室５２内の高圧燃料は、連通路１２を介して、制御室１０に流入する構成となっている。

ノズル本体２の内部には、高圧室５２の軸線に沿って往復動自在（図１では上下動自在）に、ノズルニードル６が設けられている。このノズルニードル６は、燃料噴射孔３を開閉するものである。ノズルニードル６は、制御室１０側の上端部６ａと、燃料噴射孔３側の下端部６ｂとを有する。なお、ノズルニードル６は、一体で構成されることも可能であり、又は、互いに作動接続された複数の構成要素から構成されることも可能である。ここで、上端部６ａが、本発明の第１端部に相当する。

ノズルニードル６の上端部６ａは、壁１１に形成されたノズルニードル開口部１１ａに挿入され、制御室１０内に突出している。換言すると、制御室１０は、ノズルニードル６の上端部６ａと対向するように本体部１内に形成されているとも言える。ノズルニードル６が往復動することにより、制御室１０の容積が変更される。なお、制御室１０には、燃料入口５１を介して高圧室５２に流入した燃料の中で、燃料の圧力をノズルニードル６の往復動に利用するために燃料の一部が流入する。

また、ノズルニードル６の外周面には、壁１１の下方となる位置に、鍔状の突起部８が形成されている。そして、突起部８と壁１１との間には、ノズルニードル６を燃料噴射孔３側へ付勢するバネ９が設けられており、ノズルニードル６には、下向き（つまり燃料噴射孔３に近づく方向）の力が加わることとなる。また、ノズルニードル６の下端部６ｂの上方には、段部７が形成されている。高圧室５２内の高圧燃料の圧力が段部７に作用することにより、ノズルニードル６には、上向き（つまり燃料噴射孔３から離れる方向）の力が加わることとなる。ノズル本体２内の燃料噴射孔３につながる部位には、シート部１８が形成されており、ノズルニードル６がシート部１８に対して着座（シート）することで燃料噴射孔３が閉塞され、高圧室５２内の高圧燃料が燃料噴射孔３から噴射されない状態となる。一方、ノズルニードル６がシート部１８から離間（リフト）することで、燃料噴射孔３が開放され、高圧室５２内の高圧燃料が燃料噴射孔３から噴射される状態となる。

弁板２１における制御室１０とは反対側の面を構成する壁部側には、筒状の壁３１及び該壁３１の上端部を閉塞する壁３３に包囲されて、排出室３０が形成されている。排出室３０は、本体部１の内部に形成され、連通路１３を介して制御室１０と連通し、制御室１０に流入した燃料が連通路１３を介して流入する。また、弁板２１には、制御室１０と排出室３０とを連通させる連通路１３の構成の一部である貫通孔１３ａが形成されている。弁板２１の排出室３０側には、弁ニードル２５が配置されている。この弁ニードル２５は、弁板２１と共に開閉弁２０を構成するものである。

弁ニードル２５は、弁板２１に向かう方向及び弁板２１から離れる方向に、往復動自在（図１では上下動自在）となっている。弁ニードル２５は、略円筒形状に形成されており、弁ニードル２５内には、燃料噴射装置１００の縦軸に沿って往復動の方向（図１では上下方向）に貫通する弁ニードル孔２６が形成されている。弁ニードル孔２６内には、高圧に対して気密に圧力ピン６１がはめ込まれている。圧力ピン６１は、弁ニードル孔２６と、後述するアーマチャ板孔４１ａと、バネ４２と、電磁石４３と、の中央を通って伸張している。弁ニードル２５は、後述するアーマチャ板４１に対するバネ４２の付勢力と電磁石の磁力とにより圧力ピン６１の外壁面に沿って上下方向に往復移動する。

そして、図２に示す弁ニードル２５の弁板２１側の先端部２５ａが、図１に示す弁板２１における貫通孔１３ａの開口部の外周側に接触した状態では、つまり開閉弁２０が閉じた状態では、弁板２１と弁ニードル２５との間の流路１３ｂを閉塞する。また、図２に示す弁ニードル２５の弁板２１側の先端部２５ａが、図１に示す弁板２１における貫通孔１３ａの開口部の外周側から離れた状態では、つまり開閉弁２０が開いた状態では、弁板２１と弁ニードル２５との間の流路１３ｂが開く。すなわち、制御室１０と排出室３０とを連通する連通路１３は、弁板２１に形成された貫通孔１３ａと、弁板２１と弁ニードル２５との間の流路１３ｂと、で構成される。そして、開閉弁２０は、連通路１３を開閉するものである。なお、弁ニードル２５とアーマチャ板４１とが本発明の「第１弁体」に相当し、弁板２１が本発明の「第２弁体」に相当する。すなわち、第１弁体は、本体部１の内部に往復動自在に設けられている。また、第２弁体は、本体部１の内部に固定され、第１弁体と接触することによって、燃料が流れる流路を閉塞する。

上述のように開閉弁２０が開くことにより、制御室１０と排出室３０とが、連通路１３（貫通孔１３ａ，流路１３ｂ）を介して連通する。このため、制御室１０内の燃料は、連通路１３を通って、排出室３０に流入することとなる。ここで、連通路１３を構成する貫通孔１３ａ及び流路１３ｂの流路断面積は、高圧室５２と制御室１０とを連通する連通路１２の流路断面積よりも大きくなっている。このため、開閉弁２０が開かれた際、高圧室５２から制御室１０へ流入する燃料の量よりも、制御室１０から排出室３０へ流出する燃料の量の方が多くなる。したがって、開閉弁２０が開かれた際、制御室１０内の燃料の圧力は、高圧室５２内の燃料の圧力よりも低くなる。

排出室３０を包囲する壁３１には、例えば２つの出口孔３２が形成されている。当該出口孔３２は、排出室３０と、ユニオンナット４内において弁板２１の上方に形成された低圧室５３と、を連通する貫通孔である。低圧室５３は、燃料噴射装置１００内に供給された燃料を外部に排出させる燃料出口５４と連通している。このため、低圧室５３内には、高い燃料圧は形成されない。

弁ニードル２５は、排出室３０の上方を包囲する壁３３に形成された開口部を通って、低圧室５３へと伸張している。つまり、弁ニードル２５の上端部（弁板２１側とは反対側の端部）は、壁３３よりも上方へ突出している。そして、弁ニードル２５の該上端部には、アーマチャ板４１が設けられている。当該アーマチャ板４１は、低圧室５３において、燃料噴射装置１００の縦方向と直角に伸張している。アーマチャ板４１には、燃料噴射装置１００の縦軸に沿って往復動の方向（図１では上下方向）に貫通するアーマチャ板孔４１ａが形成されている。このアーマチャ板孔４１ａ内には、圧力ピン６１がはめ込まれている。この圧力ピン６１は、燃料噴射装置１００の縦軸に沿って上下に往復移動するアーマチャ板４１を内側から摺動自在に支持している。なお、アーマチャ板４１と弁ニードル２５とを第１弁体として一体形成してもよい。また、弁ニードル孔２６とアーマチャ板孔４１ａとが、本発明の「貫通孔」に相当する。すなわち、第１弁体の往復動の方向に貫通する貫通孔が、第１弁体に形成されている。

アーマチャ板４１と閉塞板５との間には、バネ４２が配置される。バネ４２は、弁ニードル２５が弁板２１上に押圧されて両者の間が閉塞するように、アーマチャ板４１を弁板２１の方へ付勢する。

アーマチャ板４１と閉塞板５との間には、電磁石４３も設けられている。当該電磁石４３の作動により（電磁石４３に電力が供給されることにより）、アーマチャ板４１は、バネ４２の力に逆らって上方に移動する。つまり、アーマチャ板４１に取り付けられた弁ニードル２５は、開閉弁２０が開く方向に移動する。すなわち、開閉弁２０は、電磁石４３の作動により開放される。開閉弁２０が開いた際、制御室１０の燃料は、上述のように排出室３０内に流入し、当該排出室３０から、出口孔３２を通ってさらに低圧室５３及び燃料出口５４へと流入する。なお、第１弁体を構成するアーマチャ板４１と、電磁石４３との間の空間は低圧室５３の一部であり低い燃料圧の空間となっている。

制御室１０からの燃料の流出によって制御室１０内の燃料の圧力が低下すると、当該制御室１０内の燃料の圧力は、ノズルニードル６の段部７に作用する高圧室５２内の燃料の圧力に逆らってノズルニードル６を下の閉塞位置に保持するためには、もはや十分ではない。このため、制御室１０からの燃料の流出によって制御室１０内の燃料の圧力が低下すると、ノズルニードル６は、上方へ移動して燃料噴射孔３を開放する。これにより、高圧室５２内の燃料は、燃料噴射孔３を通って、図示されない燃焼室へと噴射される。

燃料噴射孔３からの燃料の噴射を終了させるには、電磁石４３への電力の供給を停止する。これにより、アーマチャ板４１が、バネ４２によって下の閉塞位置へと押圧される。そして、アーマチャ板４１と共に弁ニードル２５も下方に移動し、弁板２１と接触する。すなわち、開閉弁２０が閉じる。開閉弁２０が閉じると、連通路１２を通って高圧室５２から制御室１０へと流入する燃料は、制御室１０から排出室３０へと流出できない。このため、制御室１０内の燃料の圧力が高まる。制御室１０内の高まった圧力は、ノズルニードル６に対して、バネ９の力と共に当該ノズルニードル６を下の閉塞位置へと押圧する下向きの力を加える。これにより、ノズルニードル６が下降し、ノズルニードル６の下端部６ｂは燃料噴射孔３を閉塞する。その結果、更なる燃料が、高圧室から燃料噴射孔３を通って燃焼室へと噴出されることはない。すなわち、本実施の形態１に係る燃料噴射装置１００は、制御室１０内の燃料の圧力をノズルニードル６の上端部６ａに作用させ、当該圧力をノズルニードル６の駆動に利用する燃料噴射装置である。

図１では、圧力ピン６１は、下端面に対して作用する力が上端面を介して例えば圧力センサであるセンサ７２へと伝達されるように、配置されている。また、圧力ピン６１の上端面とセンサ７２との間に、補正素子７１が設けられている。この補正素子７１は、センサ７２と圧力ピン６１との間の角度許容誤差を補正し、センサ７２により遂行される測定の精度を高めることを可能とする。

弁ニードル２５が下方に移動している状態においては、すなわち、開閉弁２０が閉じて制御室１０と排出室３０との間が連通していない状態においては、制御室１０内に存在する高い燃料圧が、貫通孔１３ａを通って圧力ピン６１の下端に作用する。そして、圧力ピン６１は、制御室１０内の燃料圧に比例する力をセンサ７２へと伝達する。このとき、制御室１０は、連通路１２を介して高圧室５２と連通しているため、制御室１０内の燃料圧は、油圧のバランスが保たれて、高圧室５２内の燃料圧と同じである。したがって、圧力ピン６１によりセンサ７２に対して加えられる力は、高圧室５２内の燃料圧に比例する。高圧室５２内の燃料圧は、センサ７２により測定された値から簡単に決定可能である。なお、図１では、燃料噴射装置１００は、補正素子７１とセンサ７２とを有する構成が示されているが、燃料噴射装置１００は、補正素子７１とセンサ７２とを有していなくてもよい。すなわち、圧力ピン６１が、ユニオンナット４の上部に設けられる構成部材あるいは閉塞板５と接するように構成されてもよい。

［圧力ピン６１の詳細］
図３は、図２の圧力ピンと弁ニードルのＢ−Ｂ線断面図である。続いて、図２及び図３を用いて、圧力ピン６１の構成をさらに詳細に説明する。圧力ピン６１は、円柱形状に形成され、燃料噴射装置１００の縦軸に沿って上下方向に往復移動する弁ニードル２５を内側から摺動自在に支持している。また、圧力ピン６１は、例えば炭素鋼等の金属材料により形成されており、中心軸が燃料噴射装置１００の縦軸に沿って配置されている。圧力ピン６１は、連通路１３側の端部６１ａに開口部６２が形成されており、開口部６２から圧力ピン６１の軸方向に凹んだ中空部６３が形成されている円筒部６４を有する。

円筒部６４は、圧力ピン６１と、弁ニードル２５と、アーマチャ板４１とが組み合わされた状態において、中空部６３の最深部６３ａがアーマチャ板４１よりも上方（電磁石４３側）に位置するように延設されている。すなわち、円筒部６４は、弁ニードル２５とアーマチャ板４１とを貫通する長さよりも長く形成されている。さらに換言すれば、円筒部６４は、第１弁体の軸方向の長さよりも長く形成されている。ただし、円筒部６４は、中空部６３の最深部６３ａがアーマチャ板４１よりも上方（電磁石４３側）に位置することが望ましいが、中空部６３の最深部６３ａがアーマチャ板４１と同じ位置あるいはアーマチャ板４１よりも下方（制御室１０側）に位置していてもよい。すなわち、円筒部６４は、第１弁体の軸方向の長さよりも長く形成されていることが望ましいが、円筒部６４が、第１弁体の軸方向の長さ以下に形成されていてもよい。

円筒部６４は、壁部の肉厚が周方向にわたって均等あるいは略均等に形成されている。また、円筒部６４は、壁部の肉厚が圧力ピン６１の軸方向にわたって均等あるいは略均等に形成されている。中空部６３の最深部６３ａは、燃料による高い圧力を均等に受けるように半球面状に形成されている。ただし、最深部６３ａの形状は、燃料による高い圧力を均等に受けるように半球面状に形成されていることが望ましいが、例えば、円錐状、あるいは平坦状に形成されていてもよい。円筒部６４の開口部６２は、連通路１３内に位置しており、中空部６３は連通路１３を介して制御室１０と連通している。

弁ニードル２５が下方に移動している状態においては、すなわち、開閉弁２０が閉じて制御室１０と排出室３０との間が連通していない状態においては、制御室１０内に存在する高い燃料圧が、図１に示す貫通孔１３ａを通って圧力ピン６１の下端に作用する。そして、燃料噴射装置１００では、圧力ピン６１の下端に作用する高い燃料圧は、開口部６２を介して圧力ピン６１の中空部６３内にも高い燃料圧が作用し、圧力ピン６１の内側から外側に向けて円筒部６４の壁部を押し広げる力が作用することになる。

以上のように、燃料噴射装置１００は、弁ニードル２５とアーマチャ板４１とから構成される第１弁体に形成された貫通孔（弁ニードル孔２６およびアーマチャ板孔４１ａ）内に配置されて、第１弁体を摺動自在に支持する圧力ピン６１を有している。そして、圧力ピン６１は、連通路１３側の端部に開口部６２が形成されており、開口部６２から軸方向に凹んだ中空部６３が形成されている円筒部６４を有している。そのため、圧力ピン６１に高い燃料圧が作用すると、中空部６３に入り込んだ燃料によって、円筒部６４の直径が拡張されて圧力ピン６１と第１弁体との間隙が小さくなり、圧力ピン６１と第１弁体との間のシールが強化されて気密性が高まる。その結果、燃料噴射装置１００は、燃料の圧力が高圧になっても、圧力ピン６１と第１弁体との間隙から燃料が漏れることを防止することができる。

また、一般的に、弁ニードル２５が下方に移動している状態においては、すなわち、開閉弁２０が閉じて制御室１０と排出室３０との間が連通していない状態においては、制御室１０内に存在する高い燃料圧が、貫通孔１３ａを通って圧力ピン６１と弁ニードル２５の下端に作用する。一方、アーマチャ板４１と、電磁石４３との間の空間は低圧室５３の一部であり低い燃料圧の空間となっている。従来の燃料噴射装置では、圧力ピンが中実に形成されており、連通路１３側の高い燃料圧は、圧力ピンと弁ニードルとの間隙に集中しやすい。そのため従来の燃料噴射装置では、燃料の圧力が高いほど燃料が圧力ピンの外周壁と弁ニードル孔の内周壁との間隙を通り、高い燃料圧の連通路１３側から低い燃料圧のアーマチャ板４１と電磁石４３との間の空間へと漏れやすくなる。

これに対し、燃料噴射装置１００は、圧力ピン６１に中空部６３が形成された円筒部６４を有しているため、燃料の圧力が高いほど、中空部６３に入り込んだ燃料の圧力によって円筒部６４の直径が拡張しやすくなる。したがって、燃料噴射装置１００は、燃料の圧力が高いほど、圧力ピン６１と第１弁体との間のシールがさらに強化されて気密性が高まる。

また、燃料噴射装置１００は、円筒部６４が、第１弁体の軸方向の長さよりも長く形成されている。したがって、円筒部６４は、第１弁体の貫通孔内において全領域にわたり径方向に拡張する。そのため、燃料噴射装置１００は、広い範囲で圧力ピン６１と第１弁体との間隙のシールを強化して気密性を高めることができる。

また、燃料噴射装置１００は、中空部６３の最深部６３ａが、半球面状に形成されている。そのため、圧力ピン６１は、最も高い燃料圧が作用する最深部６３ａにおいて、燃料による高い圧力を均等に受けることができる。したがって、燃料噴射装置１００は、圧力ピン６１に局所的に力がかかることにより圧力ピン６１が変形および破損することを防ぐことができる。

実施の形態２.
図４は、本発明の実施の形態２に係る燃料噴射装置の部分拡大図である。図１〜図３の燃料噴射装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。なお、実施の形態２に係る燃料噴射装置１００は、圧力ピン１６１の中空部１６３の構造が実施の形態１に係る燃料噴射装置１００の中空部６３の構造と異なるものであり、その他の構成については実施の形態１に係る燃料噴射装置１００と同じ構成である。以下、圧力ピン１６１の中空部１６３の構造を説明することで、実施の形態２に係る燃料噴射装置１００について説明する。

圧力ピン１６１は、円柱形状に形成され、燃料噴射装置１００の縦軸に沿って上下方向に往復移動する弁ニードル２５を内側から摺動自在に支持している。また、圧力ピン１６１は、例えば炭素鋼等の金属材料により形成されており、中心軸が燃料噴射装置１００の縦軸に沿って配置されている。圧力ピン１６１は、連通路１３側の端部１６１ａに開口部６２が形成されており、開口部６２から圧力ピン１６１の軸方向に凹んだ中空部１６３が形成されている円筒部１６４を有する。

円筒部１６４は、圧力ピン１６１と、弁ニードル２５と、アーマチャ板４１とが組み合わされた状態において、中空部１６３の最深部１６３ａがアーマチャ板４１よりも上方（電磁石４３側）に位置するように延設されている。すなわち、円筒部１６４は、弁ニードル２５とアーマチャ板４１とを貫通する長さよりも長く形成されている。さらに換言すれば、円筒部１６４は、第１弁体の軸方向の長さよりも長く形成されている。ただし、円筒部１６４は、中空部１６３の最深部１６３ａがアーマチャ板４１よりも上方（電磁石４３側）に位置することが望ましいが、中空部１６３の最深部１６３ａがアーマチャ板４１と同じ位置あるいはアーマチャ板４１よりも下方（制御室１０側）に位置していてもよい。すなわち、円筒部１６４は、第１弁体の軸方向の長さよりも長く形成されていることが望ましいが、円筒部１６４が、第１弁体の軸方向の長さ以下に形成されていてもよい。

円筒部１６４は、壁部の肉厚が周方向にわたって均等あるいは略均等に形成されている。円筒部１６４は、下端から上端に向かって内径が縮小するように、径方向の壁部の肉厚が上方に向かって厚くなるように形成されている。換言すれば、中空部１６３は、中空部１６３の直径が凹む方向に向かって小さくなるように、円錐台形状に形成されている。中空部１６３の下端から上端に向けての直径の縮小率は、例えば、燃料の圧力を考慮して決定される。中空部１６３の最深部１６３ａは、燃料による高い圧力を均等に受けるように半球面状に形成されている。ただし、最深部１６３ａの形状は、燃料による高い圧力を均等に受けるように半球面状に形成されていることが望ましいが、例えば、円錐状、あるいは平坦状に形成されていてもよい。円筒部１６４の開口部６２は、連通路１３内に位置しており、中空部１６３は連通路１３を介して制御室１０と連通している。

弁ニードル２５が下方に移動している状態においては、すなわち、開閉弁２０が閉じて制御室１０と排出室３０との間が連通していない状態においては、制御室１０内に存在する高い燃料圧が、図１に示す貫通孔１３ａを通って圧力ピン１６１の下端に作用する。そして、燃料噴射装置１００では、圧力ピン１６１の下端に作用する高い燃料圧は、開口部６２を介して圧力ピン１６１の中空部１６３内にも高い燃料圧が作用し、圧力ピン１６１の内側から外側に向けて円筒部１６４の壁部を押し広げる力が作用することになる。

ただし、一般的に、燃料の圧力は、中空部の末端部となる最深部に集中し、最深部近辺の周壁が膨張しやすくなる。これに対し、圧力ピン１６１と第１弁体との間隙は、連通路１３側に向かうほど燃料の圧力が高い領域である。したがって、圧力ピン１６１には、連通路１３側に向かうほど径方向の外側から内側方向に高い燃料圧が作用している。中空部１６３は、中空部１６３の直径が凹む方向に向かって小さくなるように、円錐台形状に形成されている。すなわち、円筒部１６４は、下端から上端に向かって内径が縮小するように、径方向の壁部の肉厚が上方に向かって厚くなるように形成されている。したがって、円筒部１６４は、連通路１３側（図１および図４では下側）に向かうほど壁部の直径が拡張しやすくなる。そのため、円筒部１６４は、最深部１６３ａに作用する燃料圧による壁部の拡張と合わせて、円筒部１６４全体の壁部が均等に拡張しやすくなる。

以上のように、燃料噴射装置１００は、中空部１６３が、中空部１６３の直径が凹む方向に向かって小さくなるように、円錐台形状に形成されている。したがって、円筒部１６４は、連通路１３側（図１および図４では下側）に向かうほど壁部の直径が拡張しやすくなる。そのため、円筒部１６４は、最深部１６３ａに作用する燃料圧による壁部の拡張と合わせて、円筒部１６４全体の壁部が均等に拡張しやすくなる。その結果、円筒部１６４の全体に渡って圧力ピン１６１と第１弁体との間隙が小さくなり、圧力ピン１６１と第１弁体との間のシールが強化されて気密性が高まる。その結果、燃料噴射装置１００は、燃料の圧力が高圧になっても、圧力ピン１６１と第１弁体との間隙から燃料が漏れることを防止することができる。

また、燃料噴射装置１００は、圧力ピン１６１に中空部１６３が形成された円筒部１６４を有しているため、燃料の圧力が高いほど、中空部１６３に入り込んだ燃料の圧力によって円筒部１６４の直径が拡張しやすくなる。したがって、燃料噴射装置１００は、燃料の圧力が高いほど、圧力ピン１６１と第１弁体との間のシールがさらに強化されて気密性が高まる。

また、燃料噴射装置１００は、円筒部１６４が、第１弁体の軸方向の長さよりも長く形成されている。したがって、円筒部１６４は、第１弁体の貫通孔内において全領域にわたり径方向に拡張する。そのため、燃料噴射装置１００は、広い範囲で圧力ピン１６１と第１弁体との間隙のシールを強化して気密性を高めることができる。

また、燃料噴射装置１００は、中空部１６３の最深部１６３ａが、半球面状に形成されている。そのため、圧力ピン１６１は、最も高い燃料圧が作用する最深部１６３ａにおいて、燃料による高い圧力を均等に受けることができる。したがって、燃料噴射装置１００は、圧力ピン１６１に局所的に力がかかることにより圧力ピン１６１が変形および破損することを防ぐことができる。

なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態１〜２に限定されない。例えば、圧力ピン６１又は圧力ピン１６１は、下端部において、円筒部６４又は円筒部１６４を構成する壁が、下方に向かうほど外径が小さくなるように複数段の異なる肉厚で形成された段差を有していてもよい。圧力ピン６１又は圧力ピン１６１は、制御室１０から連通路１３に流れる際に燃料に泡が生じたとしても、複数段の異なる肉厚で形成された壁の段差にこの泡が衝突することにより泡を消すことができる。

１本体部、２ノズル本体、３燃料噴射孔、４ユニオンナット、４ａ固定リング、５閉塞板、６ノズルニードル、６ａ上端部、６ｂ下端部、７段部、８突起部、９バネ、１０制御室、１１壁、１１ａノズルニードル開口部、１２連通路、１３連通路、１３ａ貫通孔、１３ｂ流路、１４筒状突出部、１８シート部、２０開閉弁、２１弁板、２５弁ニードル、２５ａ先端部、２６弁ニードル孔、３０排出室、３１壁、３２出口孔、３３壁、４１アーマチャ板、４１ａアーマチャ板孔、４２バネ、４３電磁石、５１燃料入口、５２高圧室、５３低圧室、５４燃料出口、６１圧力ピン、６１ａ端部、６２開口部、６３中空部、６３ａ最深部、６４円筒部、７１補正素子、７２センサ、１００燃料噴射装置、１６１圧力ピン、１６１ａ端部、１６３中空部、１６３ａ最深部、１６４円筒部。

Claims

燃料を噴射する燃料噴射孔が一端に形成された本体部と、
前記本体部の内部に往復動自在に設けられ、前記燃料噴射孔を開閉するノズルニードルと、
前記ノズルニードルにおける前記燃料噴射孔側とは反対側の端部である第１端部と対向するように前記本体部の内部に形成され、前記燃料が流入する制御室と、
前記本体部の内部に形成され、連通路を介して前記制御室と連通し、前記制御室に流入した前記燃料が前記連通路を介して流入する排出室と、
前記連通路を開閉する開閉弁と、
を備え、
前記制御室内の前記燃料の圧力を前記ノズルニードルの前記第１端部に作用させ、当該圧力を前記ノズルニードルの駆動に利用する燃料噴射装置であって、
前記開閉弁は、
前記本体部の内部に往復動自在に設けられ、当該往復動の方向に貫通する貫通孔が形成されている第１弁体と、
円柱形状に形成され、前記貫通孔内に配置されて前記第１弁体を摺動自在に支持する圧力ピンと、
前記本体部の内部に固定され、前記第１弁体と接触することによって、前記燃料が流れる流路を閉塞する第２弁体と、
を有し、
前記圧力ピンは、前記連通路側の端部に開口部が形成されており、前記開口部から前記圧力ピンの軸方向に凹んだ中空部が形成されている円筒部を有し、
前記中空部は、円錐台形状に形成されている燃料噴射装置。
前記円筒部は、前記第１弁体の軸方向の長さよりも長く形成されている請求項１に記載の燃料噴射装置。
前記中空部は、前記中空部の直径が凹む方向に向かって小さくなるように形成されている請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
前記中空部の最深部は、半球面状に形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。