JP7013181B2

JP7013181B2 - 燃料噴射装置

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Publication number: JP7013181B2
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Inventors: 耕次黒山
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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に関するものである。

従来、アーマチュア等を有する電磁アクチュエータを備え、アーマチュアを往復動させることにより、燃料の噴射の開始及び停止を制御する燃料噴射装置（インジェクタ）が知られている（特許文献１参照）。以下、図３及び図４を用いて、このような従来の燃料噴射装置の構成について説明する。

図３及び図４は、従来の燃料噴射装置を示す縦断面図である。なお、図３は、従来の燃料噴射装置１０１から燃料が噴射されている状態を示している。また、図４は、従来の燃料噴射装置１０１から燃料が噴射されていない状態を示している。なお、図３及び図４を用いて従来の燃料噴射装置１０１を説明する際、燃料噴射孔１５が形成された側の端部を燃料噴射装置１０１の下端とし、燃料噴射孔１５側の端部とは反対側の端部を燃料噴射装置１０１の上端として、燃料噴射装置１０１を説明していく。

燃料噴射装置１０１は、外郭の一部を構成する部品としてインジェクタハウジング１１を備えている。インジェクタハウジング１１には、上下方向に貫通する図示せぬ貫通孔が形成されている。この貫通孔には、バルブピストン６３が上下方向に移動自在に収容されている。また、インジェクタハウジング１１には、燃料通路３１も形成されている。この燃料通路３１は、一端が燃料供給用接続口５１に接続されている。なお、燃料供給用接続口５１は、コモンレール４に接続されることとなる。つまり、燃料タンク２からサプライポンプ３によってコモンレール４に供給された燃料は、コモンレール４で蓄積されて高圧燃料となり、燃料供給用接続口５１を介して燃料噴射装置１に供給される。

インジェクタハウジング１１の下端側には、外郭の一部を構成するノズルボディ１４が取り付けられている。このノズルボディ１４には、上端から下方へ凹む孔３３が形成されている。この孔３３には、弁ニードル６１が上下方向に移動自在に収容されている。この弁ニードル６１の上端部は、バルブピストン６３の下端部に当接している。また、孔３３の下端部は、弁ニードル６１のシート部１６となっている。シート部１６には、孔３３とノズルボディ１４の外部とを連通するように、例えば複数の燃料噴射孔１５が形成されている。また、孔３３の一部には、弁ニードル６１の受圧部６２と対向する位置に、燃料溜まり室３３ａが形成されている。この燃料溜まり室３３ａには、燃料通路３２の一端が連通している。燃料通路３２の他端は、インジェクタハウジング１１の燃料通路３１と連通している。

インジェクタハウジング１１内の上部には、バルブボディ１９が取り付けられている。このバルブボディ１９には、下端から上方へ凹む孔１８が形成されている。そして、孔１８には、バルブピストン６３の上部が上下方向に摺動自在に挿入される。これにより、バルブピストン６３の頂部６３ａよりも上方となる孔１８部分が、圧力制御室６６となる。

また、バルブボディ１９には、開閉用オリフィス通路４４、圧力導入室４２及び導入側オリフィス通路４３も形成されている。開閉用オリフィス通路４４は、圧力制御室６６とバルブボディ１９の上端とを連通する通路である。圧力導入室４２は、バルブボディ１９の側面部に形成されている。導入側オリフィス通路４３は、圧力制御室６６と圧力導入室４２とを連通する通路である。また、インジェクタハウジング１１には、圧力導入室４２と燃料供給用接続口５１とを連通する燃料通路４１が形成されている。

なお、開閉用オリフィス通路４４は、後述する電磁アクチュエータ１７０によって上下動（往復動）するボール６７で、開閉される。つまり、開閉用オリフィス通路４４が開かれた際、燃料供給用接続口５１から燃料通路４１、圧力導入室４２及び導入側オリフィス通路４３を介して圧力制御室６６に供給された燃料は、開閉用オリフィス通路４４から流出する。そして、開閉用オリフィス通路４４から流出した燃料は、バルブボディ１９の上方に形成された低圧室４５に流れ込む。ここで、開閉用オリフィス通路４４の流路断面積は、導入側オリフィス通路４３の流路断面積よりも大きくなっている。このため、開閉用オリフィス通路４４が開かれた際、圧力制御室６６の圧力は、燃料供給用接続口５１からインジェクタハウジング１１内へ流入してくる燃料の圧力よりも低くなる。

また、インジェクタハウジング１１の上端部には、筒状のホルダ２０の下端部が挿入されている。すなわち、ホルダ２０の中心軸の位置は、インジェクタハウジング１１の内周面によって定まることとなる。このホルダ２０は、ナット２１を介して、インジェクタハウジング１１に固定されている。そして、インジェクタハウジング１１内におけるバルブボディ１９よりも上方の空間、及びホルダ２０内の空間には、ボール６７を上下動させる電磁アクチュエータ１７０が収容されている。

電磁アクチュエータ１７０は、ガイド部材１７１、アーマチュア１７５、電磁石８０、及びバネ１８６を備える。ガイド部材１７１は、アーマチュア１７５を上下方向に摺動自在に支持するものである。このガイド部材１７１は、例えば筒状のガイド部１７２と、ガイド部１７２の外周側に設けられた鍔部１７３と、を備える。ガイド部１７２は、上下方向に貫通する貫通孔１７２ａが形成されている。この貫通孔１７２ａにアーマチュア１７５が挿入されることにより、アーマチュア１７５は、ガイド部１７２に摺動自在に支持される。鍔部１７３には、低圧室４５内の燃料が通過する燃料通路１７３ａが形成されている。低圧室４５から燃料通路１７３ａに流れ込んだ燃料は、図示せぬ流路を通って、後述の燃料排出用接続口５２に流出することとなる。なお、燃料排出用接続口５２は、燃料タンク２に接続されている。このため、燃料排出用接続口５２に流出した燃料は、燃料排出用接続口５２を介して、燃料タンク２に戻される。

このように構成されたガイド部材１７１は、インジェクタハウジング１１内に収容されている。そして、鍔部１７３がバルブボディ１９とナット２２に挟み込まれることにより、ガイド部材１７１は、インジェクタハウジング１１に固定されている。すなわち、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸の位置は、インジェクタハウジング１１の内周面によって定まることとなる。

アーマチュア１７５は、アーマチュアボルト１７８及びアーマチュアプレート１７６を備える。アーマチュアボルト１７８は、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａに挿入され、ガイド部材１７１に摺動自在に支持されている。すなわち、アーマチュア１７５の中心軸の位置は、より詳しくはアーマチュアボルト１７８の中心軸の位置は、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａによって定まることとなる。アーマチュアボルト１７８の下端部には、開閉用オリフィス通路４４を開閉するボール６７が設けられている。

このアーマチュアボルト１７８には、ガイド部材１７１の上面１７２ｂからガイド部材１７１の外部へ突出した箇所に、アーマチュアプレート１７６が取り付けられている。詳しくは、アーマチュアプレート１７６には、上下方向に貫通する貫通孔１７７が形成されている。この貫通孔１７７に、アーマチュアボルト１７８が摺動自在に挿入されている。ここで、アーマチュアボルト１７８は、アーマチュアプレート１７６と共に移動（上下動）するものである。このため、アーマチュアプレート１７６は、アーマチュアボルトに取り付けられたＣリング８９と、アーマチュアプレート１７６をＣリング８９へ押しつけるバネ８８とで、挟み込まれている。これにより、アーマチュアボルト１７８は、アーマチュアプレート１７６と共に移動（上下動）することができる。

電磁石８０は、磁極８１にソレノイドコイル８２が設けられた構成となっている。この電磁石８０は、アーマチュアプレート１７６を基準として、ガイド部材１７１とは反対側に設けられている。すなわち、電磁石８０は、アーマチュアプレート１７６の上方に設けられている。このため、電磁石８０は、電磁石８０のソレノイドコイル８２に通電されると、磁力によってアーマチュア１７５を引き付ける。すなわち、アーマチュア１７５を上方へ移動させる。なお、ソレノイドコイル８２に供給される電力は、通電用接続口５３に接続された図示せぬ電力供給源から供給される。この電磁石８０には、上下に貫通する貫通孔８３が形成されている。

このように構成された電磁石８０は、ホルダ２０内に収容される。また、ホルダ２０内には、電磁石８０の上方に、固定部材１８５も収容される。そして、ホルダ２０の上端部をかしめることにより、ホルダ２０の内周面に形成された段部と固定部材１８５とによって電磁石８０が挟持され、電磁石８０がホルダ２０に固定される。ここで、固定部材１８５の下面部には、後述のバネ１８６の上端部近傍が収容される凹部１８５ａが形成されている。また、固定部材１８５には、上述の燃料排出用接続口５２も形成されている。

バネ１８６は、アーマチュア１７５を電磁石８０から遠ざかる方向へ押すものである。このバネ１８６は、電磁石８０の貫通孔８３内に配置されている。また、バネ１８６の上端部近傍は、固定部材１８５の凹部１８５ａに収容されている。そして、バネ１８６の上端は、凹部１８５ａの底部に当接している。また、バネ１８６の下端は、アーマチュアボルト１７８の上端部に当接している。これにより、自然長から圧縮された長さに応じた力で、バネ１８６は、アーマチュア１７５を電磁石８０から遠ざかる方向へ押す。すなわち、バネ１８６の中心軸の位置は、固定部材１８５の凹部１８５ａで定まる。また、固定部材１８５は上述のようにホルダ２０内に収容されているので、固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸の位置は、ホルダ２０で定まることとなる。

このように構成された燃料噴射装置１０１では、コモンレール４からの高圧燃料は、燃料供給用接続口５１から燃料通路３１，３２を介して、燃料溜まり室３３ａ内の弁ニードル６１の受圧部６２に作用するとる。また、コモンレール４からの高圧燃料は、燃料通路４１及び圧力導入室４２を介して、圧力制御室６６内のバルブピストン６３の頂部６３ａにも作用するようになっている。

また、電磁石８０のソレノイドコイル８２に通電されていない状態においては、図４に示すように、アーマチュア１７５及び該アーマチュア１７５の下端部に設けられたボール６７は、バネ１８６によって押し下げられる。これにより、ボール６７が、開閉用オリフィス通路４４を閉塞する。また、電磁石８０のソレノイドコイル８２に通電されている状態においては、図３に示すように、アーマチュア１７５及び該アーマチュア１７５の下端部に設けられたボール６７は、電磁石８０によって上方に引き上げられる。これにより、開閉用オリフィス通路４４が開かれる。

したがって、電磁石８０のソレノイドコイル８２に通電されていない状態では、ボール６７によって圧力制御室６６が低圧室４５側と遮断されている。このため、弁ニードル６１は、バルブピストン６３を介して受ける圧力制御室６６の背圧により、ノズルボディ１４のシート部１６に押しつけられる。これにより、燃料噴射孔１５は閉鎖される。

一方、電磁石８０のソレノイドコイル８２に通電されている状態では、圧力制御室６６の高圧が開閉用オリフィス通路４４を介して低圧室４５へ開放される。したがって、圧力制御室６６におけるバルブピストン６３の頂部６３ａに作用していた高圧が開放され、弁ニードル６１は、受圧部６２に作用している高圧により上昇する。これにより、燃料噴射孔１５が開放されて、該燃料噴射孔１５から燃料噴射が行われる。

特開２００５－９０４２２号公報

上述のように構成された従来の燃料噴射装置１０１においては、燃料噴射毎に噴射される燃料の量がばらつき、このばらつきが大きくなってしまうという課題があった。以下、このばらつきをショット間ばらつきと称することとする。

そして、ショット間ばらつきの大きい燃料噴射装置１０１が出荷されてエンジンに搭載されると、エンジンから排出される排気ガス中のＮＯｘ等が増加してしまう、エンジン音が増大してしまう、エンジンから排出される煙が増大してしまう、あるいは、エンジン出力が不安定になってしまう。そこで、これらの発生を防止するために、燃料噴射装置１０１の出荷前に、製造された燃料噴射装置１０１毎にショット間ばらつきを検査することが考えられる。そして、ショット間ばらつきが規定値より大きい燃料噴射装置１０１を、ショット間ばらつきが規定値以下になるように修正し、出荷することが考えられる。しかしながら、このような方法で上記の課題を防止したのでは、燃料噴射装置１０１を製造する際の直行率が低下してしまう。

このため、発明者は、ショット間ばらつきの大きい燃料噴射装置１０１が発生する原因について、検討した。

図５は、従来の燃料噴射装置の燃料噴射時の挙動を示す図である。

ここで、図５（ａ）は、燃料噴射装置１０１が燃料噴射する際の、アーマチュア１７５の挙動を示している。つまり、図５（ａ）は、燃料噴射装置１０１が燃料噴射する際の、開閉用オリフィス通路４４を開閉するボール６７の挙動を示している。なお、図５（ａ）の横軸は、時間ｔを示している。そして、図５（ａ）の横軸の「ｔａ」は、電磁石８０のソレノイドコイル８２に通電を開始したタイミングを示している。図５（ａ）の横軸の「ｔｂ」は、電磁石８０のソレノイドコイル８２への通電を終了したタイミングを示している。また、図５（ａ）の縦軸は、アーマチュア１７５の位置、換言するとボール６７の位置を示している。詳しくは、図５（ａ）の縦軸の「閉」は、アーマチュア１７５及び該アーマチュア１７５に設けられたボール６７が図４に示す場所に位置し、ボール６７が開閉用オリフィス通路４４を閉塞している状態を示している。図５（ａ）の横軸の「開」は、アーマチュア１７５及び該アーマチュア１７５に設けられたボール６７が図３に示す場所に位置し、ボール６７が開閉用オリフィス通路４４を開いている状態を示している。また、図５（ａ）には、同一の燃料噴射装置１０１で複数回の燃料噴射を行った際の、最も燃料噴射量が少なかった燃料噴射時のアーマチュア１７５の挙動を曲線Ａで示し、最も燃料噴射量が多かった燃料噴射時のアーマチュア１７５の挙動を曲線Ｂで示している。なお、同一の燃料噴射装置１０１で複数回の燃料噴射を行った際、電磁石８０のソレノイドコイル８２に通電した時間は全て同じである。

また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す挙動でアーマチュア１７５が動作した際の、燃料噴射装置１０１から噴射された燃料の流量Ｑ（単位時間当たりに噴射される燃料の量）の変遷を示している。なお、図５（ｂ）の横軸は、時間ｔを示している。また、図５（ｂ）の縦軸は、燃料噴射装置１０１から噴射された燃料の流量Ｑを示している。また、図５（ｂ）には、図５（ａ）の曲線Ａの挙動でアーマチュア１７５が動作したときに、燃料噴射装置１０１から噴射された燃料の流量を、曲線Ｃで示している。また、図５（ｂ）には、図５（ａ）の曲線Ｂの挙動でアーマチュア１７５が動作したときに、燃料噴射装置１０１から噴射された燃料の流量を、曲線Ｄで示している。

検討の結果、燃料噴射装置１０１においては、電磁石８０のソレノイドコイル８２への通電を終了した後から、ボール６７が開閉用オリフィス通路４４を閉塞するまでの時間が、燃料噴射毎に異なることがわかった。図５（ａ）に示すように、最も燃料噴射量が少なかった燃料噴射時と、最も燃料噴射量が多かった燃料噴射時とでは、ソレノイドコイル８２への通電終了後から開閉用オリフィス通路４４を閉塞するまでの時間が、ｔ１だけ異なっている。また、図５（ｂ）に示すように、燃料噴射装置１０１においては、最も燃料噴射量が少なかった燃料噴射時と、最も燃料噴射量が多かった燃料噴射時とでは、開閉用オリフィス通路４４を閉塞するまでの時間のずれｔ１に伴って、燃料噴射を終了するタイミングがｔ２だけ異なることがわかった。つまり、最も燃料噴射量が多かった燃料噴射時には、最も燃料噴射量が少なかった燃料噴射時と比べ、時間ｔ２分だけ燃料を多く噴射するため、燃料噴射量が増大してしまうことがわかった。

そして、ショット間ばらつきの大きな燃料噴射装置１０１は、上記の時間ｔ１，ｔ２が大きくなるため、ショット間ばらつきが大きくなっていることがわかった。そこで、発明者は、ソレノイドコイル８２への通電終了後から開閉用オリフィス通路４４を閉塞するまでの時間が燃料噴射毎にずれる原因について、さらに検討した。そして、検討の結果、ソレノイドコイル８２への通電終了後から開閉用オリフィス通路４４を閉塞するまでの時間が燃料噴射毎にずれる原因は、アーマチュア１７５の中心軸と、バネ１８６の中心軸とのずれに起因することを見いだした。換言すると、アーマチュア１７５の位置を規定するガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸と、バネ１８６の位置を規定する固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸とのずれにより、開閉用オリフィス通路４４を閉塞するまでの時間がずれることを見いだした。

図６は、従来の燃料噴射装置において、ソレノイドコイルへの通電終了後から開閉用オリフィス通路を閉塞するまでの時間が燃料噴射毎にずれる原因を説明するための説明図である。
電磁石８０によって上方に引き上げられていたアーマチュア１７５は、電磁石８０のソレノイドコイル８２への通電が終了すると、バネ１８６によって押し下げられる。これにより、アーマチュア１７５の下端部に設けられたボール６７が開閉用オリフィス通路４４を閉塞する。この結果、上述のように燃料噴射孔１５が閉塞されて、燃料の噴射が終了する。

ここで、バネ１８６の中心軸の位置は、該バネ１８６の上端部近傍を収容する固定部材１８５の凹部１８５ａで定まる。また、バネ１８６によって押し下げられるアーマチュア１７５の中心軸の位置は、アーマチュアボルト１７８を摺動自在に支持するガイド部材１７１の貫通孔１７２ａによって定まることとなる。このため、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸と、固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸とがずれていると、図６に示すように、バネ１８６は、アーマチュア１７５を斜め下方向に押すこととなる。したがって、アーマチュア１７５には、横方向荷重Ｆ１が作用することとなる。

アーマチュア１７５に横方向荷重Ｆ１が作用すると、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａ内において、アーマチュアボルト１７８が傾く。これにより、アーマチュアボルト１７８が貫通孔１７２ａの内周面の上部近傍に押しつけられ、貫通孔１７２ａの内周面に横方向荷重Ｆ２が作用する。また、アーマチュアボルト１７８が貫通孔１７２ａの内周面の下部近傍に押しつけられ、貫通孔１７２ａの内周面に横方向荷重Ｆ３が作用する。そして、これらの横方向荷重Ｆ２，Ｆ３により、アーマチュアボルト１７８が貫通孔１７２ａ内で摺動する際、横方向荷重Ｆ２，Ｆ３の大きさに応じた摺動抵抗が発生する。そして、アーマチュアボルト１７８が貫通孔１７２ａ内で摺動する際の摺動抵抗が大きいほど、ソレノイドコイル８２への通電終了後から開閉用オリフィス通路４４を閉塞するまでの時間が長くなる。

また、燃料噴射の開始及び停止によってアーマチュア１７５の上下動を繰り返すことにより、アーマチュアボルト１７８が貫通孔１７２ａ内で回転する。すなわち、貫通孔１７２ａに対するアーマチュアボルト１７８のすわり状態が変化する。また、燃料噴射の開始及び停止によってアーマチュア１７５の上下動を繰り返すうち、アーマチュアボルト１７８とは独立して、バネ１８６も固定部材１８５の凹部１８５ａ内で回転する。すなわち、凹部１８５ａに対するバネ１８６のすわり状態が変化する。このため、バネ１８６がアーマチュア１７５を押し下げる際に発生する横方向荷重Ｆ１の大きさ、及び該横方向荷重Ｆ１によって発生する横方向荷重Ｆ２，Ｆ３の大きさも、燃料噴射毎に異なってくる。すなわち、燃料噴射毎に、アーマチュアボルト１７８が貫通孔１７２ａ内で摺動する際の摺動抵抗が異なってくる。したがって、燃料噴射毎に、ソレノイドコイル８２への通電終了後から開閉用オリフィス通路４４を閉塞するまでの時間が異なってくる。
このような理由により、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸と固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸とのずれが大きいと、ショット間ばらつきが大きくなる。

上述のような発明者の検討結果に基づくと、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸と固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸とのずれを小さくすることにより、ショット間ばらつきを小さくできることがわかる。しかしながら、従来の燃料噴射装置１０１においては、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸と固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸とのずれは、複数の部品を介して定められることとなる。詳しくは、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸と固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸とのずれは、インジェクタハウジング１１及びホルダ２０を介して定められることとなる。

このため、燃料噴射装置１０１において、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸と固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸とのずれを小さくしようとすると、ガイド部材１７１、インジェクタハウジング１１、ホルダ２０、及び固定部材１８５を高精度に加工する必要がある。さらに、燃料噴射装置１０１において、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸と固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸とのずれを小さくしようとすると、高精度に加工された上述の部品を高精度に組み立てることが必要となる。したがって、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸と固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸とのずれが小さくなるように燃料噴射装置１０１を製造することは、非常に困難である。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ショット間ばらつきを抑制でき、製造も容易な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、一端が第１面に開口する第１貫通孔が形成されたガイド部材と、一部が前記第１貫通孔に摺動自在に挿入されており、前記第１面から前記ガイド部材の外部へ突出した箇所にアーマチュアプレートを有するアーマチュアと、前記アーマチュアプレートを基準として前記ガイド部材とは反対側に設けられ、通電時に前記アーマチュアを引き付ける電磁石と、前記アーマチュアを前記電磁石から遠ざかる方向へ押すバネと、を備え、前記電磁石へ通電することにより、前記アーマチュアが前記電磁石側へ移動して燃料噴射孔が開かれ、燃料を噴射する燃料噴射装置であって、前記ガイド部材は、前記第１面とは反対側の面である第２面に開口する凹部を有し、前記第１貫通孔の他端は、該凹部の底部に開口しており、前記アーマチュアは、前記第２面から前記ガイド部材の外部へ突出した箇所に鍔部を有し、前記バネは、一部が前記ガイド部材の前記凹部に収容され、一端が前記凹部の前記底部を押し、他端が前記鍔部を押す構成となっている。

また、本発明に係る燃料噴射装置の前記アーマチュアは、第２貫通孔が形成された前記アーマチュアプレートと、前記鍔部を有し、前記ガイド部材の前記第１貫通孔及び前記アーマチュアプレートの前記第２貫通孔に挿入され、前記アーマチュアプレートと共に移動するアーマチュアボルトと、を備えていてもよい。

本発明に係る燃料噴射装置においては、アーマチュアは、ガイド部材の第１貫通孔で摺動自在に支持される。また、このガイド部材には凹部が形成されており、従来の燃料噴射装置１０１のバネ１８６に相当するバネの一部は、当該凹部に収容される。すなわち、本発明に係る燃料噴射装置においては、アーマチュアの中心軸及びバネの中心軸の位置は、ガイド部材によって定められることとなる。このため、本発明に係る燃料噴射装置においては、アーマチュアの中心軸とバネの中心軸とのずれは、ガイド部材を加工する際の加工誤差のみとなる。したがって、本発明に係る燃料噴射装置は、容易に、アーマチュアの中心軸とバネの中心軸とのずれを小さくすることができる。したがって、本発明に係る燃料噴射装置は、ショット間ばらつきを抑制でき、製造も容易となる。

ここで、本発明に係る燃料噴射装置のアーマチュアは、アーマチュアプレートとアーマチュアボルトとが別体で構成された所謂２パーツタイプのアーマチュアであってもよい。２パーツタイプのアーマチュアの場合、アーマチュアプレートとアーマチュアボルトとが一体形成された所謂１パーツタイプのアーマチュアと比べ、バネで押される箇所とガイド部材で支持される箇所との距離が離れる。このため、２パーツタイプのアーマチュアの場合、１パーツタイプのアーマチュアと比べ、アーマチュアボルトとガイド部材との間に発生する上述の横方向荷重Ｆ２，Ｆ３が大きくなりやすい。したがって、２パーツタイプのアーマチュアを備えた燃料噴射装置は、ショット間ばらつきが大きくなりやすい。このため、ショット間ばらつきが大きくなりやすい２パーツタイプのアーマチュアを備えた燃料噴射装置に本発明を採用することは、特に有用である。

本発明の実施の形態に係る燃料噴射装置を示す縦断面図である。本発明の実施の形態に係る燃料噴射装置を示す縦断面図である。従来の燃料噴射装置を示す縦断面図である。従来の燃料噴射装置を示す縦断面図である。従来の燃料噴射装置の燃料噴射時の挙動を示す図である。従来の燃料噴射装置において、ソレノイドコイルへの通電終了後から開閉用オリフィス通路を閉塞するまでの時間が燃料噴射毎にずれる原因を説明するための説明図である。

実施の形態．
以下、本発明の燃料噴射装置に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、本実施の形態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、以下では、本実施の形態に係る燃料噴射装置１を説明する際、燃料噴射孔１５が形成された側の端部を燃料噴射装置１の下端とし、燃料噴射孔１５側の端部とは反対側の端部を燃料噴射装置１の上端として、燃料噴射装置１を説明していく。また、本実施の形態に係る燃料噴射装置１の各構成を説明する際、上述した従来の燃料噴射装置１０１と同じ構成については、燃料噴射装置１０１と同じ符号を付すこととする。

図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る燃料噴射装置を示す縦断面図である。なお、図１は、本実施の形態に係る燃料噴射装置１から燃料が噴射されている状態を示している。また、図２は、本実施の形態に係る燃料噴射装置１から燃料が噴射されていない状態を示している。

燃料噴射装置１は、外郭の一部を構成する部品としてインジェクタハウジング１１を備えている。インジェクタハウジング１１には、上下方向に貫通する図示せぬ貫通孔が形成されている。この貫通孔には、バルブピストン６３が上下方向に移動自在に収容されている。また、インジェクタハウジング１１には、燃料通路３１も形成されている。この燃料通路３１は、一端が燃料供給用接続口５１に接続されている。なお、燃料供給用接続口５１は、コモンレール４に接続されることとなる。つまり、燃料タンク２からサプライポンプ３によってコモンレール４に供給された燃料は、コモンレール４で蓄積されて高圧燃料となり、燃料供給用接続口５１を介して燃料噴射装置１に供給される。

インジェクタハウジング１１の内の上部には、バルブボディ１９が取り付けられている。このバルブボディ１９には、下端から上方へ凹む孔１８が形成されている。そして、孔１８には、バルブピストン６３の上部が上下方向に摺動自在に挿入される。これにより、バルブピストン６３の頂部６３ａよりも上方となる孔１８部分が、圧力制御室６６となる。

なお、開閉用オリフィス通路４４は、後述する電磁アクチュエータ７０によって上下動（往復動）するボール６７で、開閉される。つまり、開閉用オリフィス通路４４が開かれた際、燃料供給用接続口５１から燃料通路４１、圧力導入室４２及び導入側オリフィス通路４３を介して圧力制御室６６に供給された燃料は、開閉用オリフィス通路４４から流出する。そして、開閉用オリフィス通路４４から流出した燃料は、バルブボディ１９の上方に形成された低圧室４５に流れ込む。ここで、開閉用オリフィス通路４４の流路断面積は、導入側オリフィス通路４３の流路断面積よりも大きくなっている。このため、開閉用オリフィス通路４４が開かれた際、圧力制御室６６の圧力は、燃料供給用接続口５１からインジェクタハウジング１１内へ流入してくる燃料の圧力よりも低くなる。

また、インジェクタハウジング１１の上端部には、筒状のホルダ２０の下端部が挿入されている。このホルダ２０は、ナット２１を介して、インジェクタハウジング１１に固定されている。そして、インジェクタハウジング１１内におけるバルブボディ１９よりも上方の空間、及びホルダ２０内の空間には、ボール６７を上下動させる電磁アクチュエータ７０が収容されている。

電磁アクチュエータ７０は、ガイド部材７１、アーマチュア７５、電磁石８０、及びバネ８６を備える。ガイド部材７１は、アーマチュア７５を上下方向に摺動自在に支持するものである。このガイド部材７１は、例えば筒状のガイド部７２と、ガイド部７２の外周側に設けられた鍔部７３と、を備える。ガイド部７２は、上下方向に貫通する貫通孔７２ａが形成されている。貫通孔７２ａの一端は、ガイド部材７１の上面７２ｂ（つまりガイド部７２の上面）に開口している。この貫通孔７２ａにアーマチュア７５が挿入されることにより、アーマチュア７５は、ガイド部７２に摺動自在に支持される。また、ガイド部７２は、下面７２ｃに開口する凹部７４を有する。この凹部７４は、後述のように、バネ８６の一部を収容するものである。この凹部７４の中心軸は、上述の貫通孔７２ａの中心軸と同軸上に配置されている。そして、上述の貫通孔７２ａの他端は、凹部７４の底部７４ａに開口している。
ここで、貫通孔７２ａが、本発明の第１貫通孔に相当する。上面７２ｂが、本発明の第１面に相当する。下面７２ｃが、本発明の第２面に相当する。

鍔部７３には、低圧室４５内の燃料が通過する燃料通路７３ａが形成されている。低圧室４５から燃料通路７３ａに流れ込んだ燃料は、図示せぬ流路を通って、後述の燃料排出用接続口５２に流出することとなる。なお、燃料排出用接続口５２は、燃料タンク２に接続されている。このため、燃料排出用接続口５２に流出した燃料は、燃料排出用接続口５２を介して、燃料タンク２に戻される。

このように構成されたガイド部材７１は、インジェクタハウジング１１内に収容されている。そして、鍔部７３がバルブボディ１９とナット２２に挟み込まれることにより、ガイド部材７１は、インジェクタハウジング１１に固定されている。

アーマチュア７５は、アーマチュアボルト７８及びアーマチュアプレート７６を備える。アーマチュアボルト７８は、その一部がガイド部材７１の貫通孔７２ａに挿入され、ガイド部材７１に摺動自在に支持されている。すなわち、アーマチュア７５の中心軸の位置は、より詳しくはアーマチュアボルト７８の中心軸の位置は、ガイド部材７１の貫通孔７２ａによって定まることとなる。アーマチュアボルト７８の下端部には、開閉用オリフィス通路４４を開閉するボール６７が設けられている。

このアーマチュアボルト７８には、ガイド部材７１の上面７２ｂからガイド部材７１の外部へ突出した箇所に、アーマチュアプレート７６が取り付けられている。詳しくは、アーマチュアプレート７６には、上下方向に貫通する貫通孔７７が形成されている。この貫通孔７７に、アーマチュアボルト７８が摺動自在に挿入されている。ここで、アーマチュアボルト７８は、アーマチュアプレート７６と共に移動（上下動）するものである。このため、アーマチュアプレート７６は、アーマチュアボルトに取り付けられたＣリング８９と、アーマチュアプレート７６をＣリング８９へ押しつけるバネ８８とで、挟み込まれている。これにより、アーマチュアボルト７８は、アーマチュアプレート７６と共に移動（上下動）することができる。
ここで、貫通孔７７が、本発明の第２貫通孔に相当する。

また、本実施の形態に係るアーマチュア７５は、ガイド部材７１の下面７２ｃからガイド部材７１の外部へ突出した箇所に、鍔部７９を有している。詳しくは、鍔部７９は、アーマチュアボルト７８に設けられている。なお、鍔部７９は、アーマチュアボルト７８と一体成形されてもよいし、アーマチュアボルト７８とは別体で構成されてもよい。

ここで、アーマチュア７５の構成は、上述の構成に限定されるものではない。例えば、アーマチュアプレート７６の貫通孔７７にアーマチュアボルト７８に嵌入することにより、アーマチュアプレート７６及びアーマチュアボルト７８を固定し、アーマチュアプレート７６及びアーマチュアボルト７８が共に移動できる構成としてもよい。また例えば、アーマチュア７５は、アーマチュアプレート７６とがアーマチュアボルト７８とが別体で構成された所謂２パーツタイプではなく、アーマチュアプレート７６及びアーマチュアボルト７８を一体形成した所謂１パーツタイプとしてもよい。

電磁石８０は、磁極８１にソレノイドコイル８２が設けられた構成となっている。この電磁石８０は、アーマチュアプレート７６を基準として、ガイド部材７１とは反対側に設けられている。すなわち、電磁石８０は、アーマチュアプレート７６の上方に設けられている。このため、電磁石８０は、電磁石８０のソレノイドコイル８２に通電されると、磁力によってアーマチュア７５を引き付ける。すなわち、アーマチュア７５を上方へ移動させる。なお、ソレノイドコイル８２に供給される電力は、通電用接続口５３に接続された図示せぬ電力供給源から供給される。この電磁石８０には、アーマチュアボルト７８の上端部と電磁石８０との干渉を防止する等の目的により、上下に貫通する貫通孔８３が形成されている。

このように構成された電磁石８０は、ホルダ２０内に収容される。また、ホルダ２０内には、電磁石８０の上方に、固定部材８５も収容される。そして、ホルダ２０の上端部をかしめることにより、ホルダ２０の内周面に形成された段部と固定部材８５とによって電磁石８０が挟持され、電磁石８０がホルダ２０に固定される。なお、固定部材８５には、上述の燃料排出用接続口５２も形成されている。

バネ８６は、アーマチュア７５を電磁石８０から遠ざかる方向へ押すものである。このバネ８６は、一部がガイド部７２の凹部７４に収容されている。そして、バネ８６の上端は、凹部７４の底部７４ａを押している。また、バネ８６の下端は、アーマチュア７５の鍔部７９の上面を押している。これにより、自然長から圧縮された長さに応じた力で、バネ８６は、アーマチュア７５を電磁石８０から遠ざかる方向へ押す。すなわち、バネ８６の中心軸の位置は、ガイド部７２の凹部７４で定まる。つまり、本実施の形態に係る燃料噴射装置１においては、アーマチュア７５の中心軸及びバネ８６の中心軸の位置は、同一の部材であるガイド部７２で定まることとなる。

なお、本実施の形態１では、ガイド部７２の凹部７４の底部７４ａとバネ８６との間に、シム８７を設けている。すなわち、バネ８６の上端は、シム８７を介して、凹部７４の底部７４ａを押している。このように構成することにより、シム８７の厚みを調節することで、バネ８６がアーマチュア７５を押し下げる力の大きさを調節することができる。

このように構成された燃料噴射装置１では、コモンレール４からの高圧燃料は、燃料供給用接続口５１から燃料通路３１，３２を介して、燃料溜まり室３３ａ内の弁ニードル６１の受圧部６２に作用する。また、コモンレール４からの高圧燃料は、燃料通路４１及び圧力導入室４２を介して、圧力制御室６６内のバルブピストン６３の頂部６３ａにも作用するようになっている。

また、電磁石８０のソレノイドコイル８２に通電されていない状態においては、図２に示すように、アーマチュア７５及び該アーマチュア７５の下端部に設けられたボール６７は、バネ８６によって押し下げられる。これにより、ボール６７が、開閉用オリフィス通路４４を閉塞する。また、電磁石８０のソレノイドコイル８２に通電されている状態においては、図１に示すように、アーマチュア７５及び該アーマチュア７５の下端部に設けられたボール６７は、電磁石８０によって上方に引き上げられる。これにより、開閉用オリフィス通路４４が開かれる。

そして、電磁石８０のソレノイドコイル８２への通電を終了すると、電磁石８０によって上方に引き上げられていたアーマチュア７５は、バネ８６によって押し下げられる。これにより、アーマチュア１７５の下端部に設けられたボール６７が開閉用オリフィス通路４４を閉塞する。この結果、上述のように燃料噴射孔１５が閉塞されて、燃料の噴射が終了する。

ここで、図３～図６で説明したように、従来の燃料噴射装置１０１は、アーマチュア１７５の中心軸とバネ１８６の中心軸とのずれに起因して、ショット間ばらつきが大きくなってしまう場合があった。換言すると、アーマチュア１７５の位置を規定するガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸と、バネ１８６の位置を規定する固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸とのずれに起因して、ショット間ばらつきが大きくなってしまう場合があった。また、従来の燃料噴射装置１０１においては、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸と、固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸とは、複数の部品を介して定められる。このため、従来の燃料噴射装置１０１は、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸と固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸とのずれを小さくしようとすると、高精度に加工された部品を高精度に組み立てることが必要であった。したがって、ガイド部材１７１の貫通孔１７２ａの中心軸と固定部材１８５の凹部１８５ａの中心軸とのずれが小さくなるように燃料噴射装置１０１を製造することは、非常に困難であった。

一方、本実施の形態に係る燃料噴射装置１においては、アーマチュア７５は、ガイド部材７１の貫通孔７２ａで摺動自在に支持される。また、このガイド部材７１には凹部７４が形成されており、従来の燃料噴射装置１０１のバネ１８６に相当するバネ８６の一部は、当該凹部７４に収容される。すなわち、本実施の形態に係る燃料噴射装置１においては、アーマチュア７５及びバネ８６の中心軸の位置は、ガイド部材７１によって定められることとなる。このため、本実施の形態に係る燃料噴射装置１においては、アーマチュア７５の中心軸とバネ８６の中心軸とのずれは、ガイド部材７１を加工する際の加工誤差のみとなる。したがって、本実施の形態に係る燃料噴射装置１は、容易に、アーマチュア７５の中心軸とバネ８６の中心軸とのずれを小さくすることができる。したがって、本実施の形態に係る燃料噴射装置１は、ショット間ばらつきを抑制でき、製造も容易となる。

以上、本実施の形態に係る燃料噴射装置１は、一端が第１面に開口する貫通孔７２ａが形成されたガイド部材７１と、一部が貫通孔７２ａに摺動自在に挿入されており、前記第１面からガイド部材７１の外部へ突出した箇所にアーマチュアプレート７６を有するアーマチュア７５と、アーマチュアプレート７６を基準としてガイド部材７１とは反対側に設けられ、通電時にアーマチュア７５を引き付ける電磁石８０と、アーマチュア７５を電磁石８０から遠ざかる方向へ押すバネ８６と、を備え、電磁石８０へ通電することにより、アーマチュア７５が電磁石８０側へ移動して燃料噴射孔１５が開かれ、燃料を噴射する燃料噴射装置である。そして、本実施の形態に係る燃料噴射装置１においては、ガイド部材７１は、前記第１面とは反対側の面である第２面に開口する凹部７４を有し、貫通孔７２ａの他端は該凹部７４の底部７４ａに開口しており、アーマチュア７５は、前記第２面からガイド部材７１の外部へ突出した箇所に鍔部７９を有している。そして、本実施の形態に係る燃料噴射装置１のバネ８６は、一部がガイド部材７１の凹部７４に収容され、一端が凹部７４の底部７４ａを押し、他端が鍔部７９を押す構成となっている。

このため、本実施の形態に係る燃料噴射装置１においては、アーマチュア７５及びバネ８６の中心軸の位置は、ガイド部材７１によって定められることとなる。このため、本実施の形態に係る燃料噴射装置１においては、アーマチュア７５の中心軸とバネ８６の中心軸とのずれは、ガイド部材７１を加工する際の加工誤差のみとなる。したがって、本実施の形態に係る燃料噴射装置１は、容易に、アーマチュア７５の中心軸とバネ８６の中心軸とのずれを小さくすることができる。したがって、本実施の形態に係る燃料噴射装置１は、ショット間ばらつきを抑制でき、製造も容易となる。

また、本実施の形態に係る燃料噴射装置１のアーマチュア７５は、アーマチュアプレート７６とアーマチュアボルト７８とが別体で構成された２パーツタイプのアーマチュアとなっている。２パーツタイプのアーマチュアの場合、アーマチュアプレートとアーマチュアボルトとが一体形成された所謂１パーツタイプのアーマチュアと比べ、バネで押される箇所とガイド部材で支持される箇所との距離が離れる。このため、２パーツタイプのアーマチュアの場合、１パーツタイプのアーマチュアと比べ、アーマチュアボルトとガイド部材との間に発生する上述の横方向荷重Ｆ２，Ｆ３が大きくなりやすい。したがって、２パーツタイプのアーマチュアを備えた燃料噴射装置は、ショット間ばらつきが大きくなりやすい。このため、ショット間ばらつきが大きくなりやすい２パーツタイプのアーマチュアを備えた燃料噴射装置として、本実施の形態１に係る燃料噴射装置１の構成を採用することは、特に有用である。

なお、図５からわかるように、従来の燃料噴射装置１０１でショット間ばらつきが大きくなる場合でも、最も燃料噴射量が少なかった燃料噴射時と、最も燃料噴射量が多かった燃料噴射時とでは、燃料の噴射開始工程における挙動は概略同じとなる。換言すると、最も燃料噴射量が少なかった燃料噴射時と、最も燃料噴射量が多かった燃料噴射時とでは、電磁石８０のソレノイドコイル８２へ通電を開始した際、アーマチュア１７５が電磁石８０側へ引き上げられるまでの時間が概略同じとなる。これは、アーマチュア１７５が電磁石８０側へ引き上げられる際に該アーマチュア１７５にかかる力が、アーマチュア１７５がバネ１８６によって押し下げられる際に該アーマチュア１７５にかかる力と比べ、大きいからである。

このことから、従来の燃料噴射装置１０１においてショット間ばらつきを低減する１つの方法として、バネ１８６の押し力を増大させるという方法も考えられる。しかしながら、この方法では、電磁石８０によるアーマチュア１７５の引き上げ力も増大させなければならない。電磁石８０のソレノイドコイル８２へ通電し、電磁石８０の磁力によってアーマチュア１７５を引き上げる際、バネ１８６の押し下げ力に抗してアーマチュア１７５を引き上げなければならないからである。これでは、電磁石８０の消費電力が増大してしまう。したがって、本実施の形態に係る燃料噴射装置１は、電磁石８０の消費電力の増大を防止しつつショット間ばらつきを抑制できると言うこともできる。

１燃料噴射装置、２燃料タンク、３サプライポンプ、４コモンレール、１１インジェクタハウジング、１４ノズルボディ、１５燃料噴射孔、１６シート部、１８孔、１９バルブボディ、２０ホルダ、２１ナット、２２ナット、３１燃料通路、３２燃料通路、３３孔、３３ａ燃料溜まり室、４１燃料通路、４２圧力導入室、４３導入側オリフィス通路、４４開閉用オリフィス通路、４５低圧室、５１燃料供給用接続口、５２燃料排出用接続口、５３通電用接続口、６１弁ニードル、６２受圧部、６３バルブピストン、６３ａ頂部、６６圧力制御室、６７ボール、７０電磁アクチュエータ、７１ガイド部材、７２ガイド部、７２ａ貫通孔、７２ｂ上面、７２ｃ下面、７３鍔部、７３ａ燃料通路、７４凹部、７４ａ底部、７５アーマチュア、７６アーマチュアプレート、７７貫通孔、７８アーマチュアボルト、７９鍔部、８０電磁石、８１磁極、８２ソレノイドコイル、８３貫通孔、８５固定部材、８６バネ、８７シム、８８バネ、８９Ｃリング、１０１燃料噴射装置（従来）、１７０電磁アクチュエータ、１７１ガイド部材、１７２ガイド部、１７２ａ貫通孔、１７２ｂ上面、１７３鍔部、１７３ａ燃料通路、１７５アーマチュア、１７６アーマチュアプレート、１７７貫通孔、１７８アーマチュアボルト、１８５固定部材、１８５ａ凹部、１８６バネ。

Claims

一端が第１面に開口する第１貫通孔が形成されたガイド部材と、
一部が前記第１貫通孔に摺動自在に挿入されており、前記第１面から前記ガイド部材の外部へ突出した箇所にアーマチュアプレートを有するアーマチュアと、
前記アーマチュアプレートを基準として前記ガイド部材とは反対側に設けられ、通電時に前記アーマチュアを引き付ける電磁石と、
前記アーマチュアを前記電磁石から遠ざかる方向へ押すバネと、
前記バネにより押圧される前記アーマチュアにより閉塞可能に構成された圧力制御室を有するバルブボディと、
前記バルブボディをハウジングに固定するナットと、
を備え、
前記電磁石へ通電することにより、前記アーマチュアが前記電磁石側へ移動して燃料噴射孔が開かれ、燃料を噴射する燃料噴射装置であって、
前記ガイド部材は、前記第１面とは反対側の面である第２面に開口する凹部を有し、
前記第１貫通孔の他端は、該凹部の底部に開口しており、
前記ガイド部材は、前記第２面に鍔部を有し、前記ガイド部材の鍔部は、前記バルブボディと前記ナットに挟み込まれることにより固定され、
前記アーマチュアは、前記第２面から前記ガイド部材の外部へ突出した箇所に鍔部を有し、
前記バネは、一部が前記ガイド部材の前記凹部に収容され、一端が前記凹部の前記底部を押し、他端が前記アーマチュアの鍔部を押す構成である燃料噴射装置
前記アーマチュアは、
第２貫通孔が形成された前記アーマチュアプレートと、
前記第２面から前記ガイド部材の外部へ突出した箇所に鍔部を有し、前記ガイド部材の前記第１貫通孔及び前記アーマチュアプレートの前記第２貫通孔に挿入され、前記アーマチュアプレートと共に移動するアーマチュアボルトと、
を備えた請求項１に記載の燃料噴射装置。