JPH06173810A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 三方電磁弁のアウタバルブの摺動不足を防止
でき、且つ大型化することなく導入流路の流路面積や供
給流路の流路面積を確保することを可能にする。 【構成】 高圧燃料をニードル６の周囲に導入する導入
流路１１の途中で分岐し、高圧燃料を摺動孔２４内を摺
動するアウタバルブ２２の燃料流路２２ａを介して制御
室１２へ供給する供給流路１７、２５間に供給流路１
７、２５より流路面積の大きい環状流路３０を設け、こ
の環状流路３０内にメッシュ２９を円環状に配した。こ
れによって、高圧燃料に含まれる微小異物さえもメッシ
ュ２９により捕捉できるようになった。また、導入流路
１１および供給流路１７、２５の流路面積が十分確保さ
れるので、燃料噴射ノズル２の噴射終了時の噴射だれ
や、噴射率の低下を防止できるようになった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コモンレールに高圧燃
料を蓄圧し、この蓄圧した高圧燃料を内燃機関に噴射供
給するコモンレール式の燃料噴射装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、コモンレールと呼ばれる一種
のサージタンクに高圧燃料を蓄圧し、この蓄圧した高圧
燃料を内燃機関に噴射供給するコモンレール式の燃料噴
射装置が提案されている。このコモンレール式の燃料噴
射装置は、高圧燃料を噴射する燃料噴射ノズルと、この
燃料噴射ノズルの噴射時期および噴射量を制御する三方
電磁弁とから構成されている。

【０００３】三方電磁弁は、バルブの良好な摺動を確保
するために、バルブの外周とバルブボディの摺動部の内
周との間に所定のクリアランスが形成されている。とこ
ろが、図８に示したように、三方電磁弁の供給流路１０
１内には常に高圧燃料が充満しているので、その高圧燃
料の作用によって、アウタバルブ１０２の外周と摺動部
１０３の内周との間のクリアランス１０４が楔状に拡大
されてしまう。そして、そのクリアランス１０４内に高
圧燃料中に含まれる異物が堆積すると、アウタバルブ１
０２が摺動部１０３の内周に引っ掛かって摺動不足を発
生する。ここで、アウタバルブ１０２が下降したまま動
かなくなると、制御室１０５内に高圧燃料が充填された
状態が継続され、ニードル（図示せず）が開弁しなくな
る（燃料噴射ノズルの無噴射）ことが予想される。ま
た、アウタバルブ１０２が上昇したまま動かなくなる
と、制御室１０５より高圧燃料が排出された状態が継続
され、ニードルが閉弁しなくなる（燃料噴射ノズルの連
続噴射）ことが予想される。

【０００４】そこで、図９に示したように、アウタバル
ブ２０１の外周と摺動部２０２の内周との間への供給流
路２００からの異物侵入防止策として、図１０に示した
ように、インレットパイプ２０３内にバーフィルタ２０
４を挿入する手法や、図１１に示したように、インレッ
トパイプ２０３の出口とノズルホルダ２０５に形成され
たニードル２０６（図９参照）の周囲に高圧燃料を導入
する導入流路２０７の入口との間にメッシュフィルタ２
０８を嵌め込む手法が考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１０の手
法においては、高圧燃料の作用によるインレットパイプ
２０３の内周とバーフィルタ２０４の外周とのクリアラ
ンスの拡大によって、微小異物の捕捉に限界があるとい
う問題があった。そこで、インレットパイプ２０３の内
周とバーフィルタ２０４の外周とのクリアランスを小さ
くすることが考えられるが、インレットパイプ２０３を
通過する燃料量は、燃料噴射ノズル２０９（図９参照）
から噴射する噴射量＋三方電磁弁２１０（図９参照）の
消費量となる。このため、導入流路２０７の流路面積を
確保するためにインレットパイプ２０３およびバーフィ
ルタ２０４の全長が長くなり、大型化するという問題が
あった。

【０００６】また、図１１の手法においては、大流量を
確保するためフィルタ部のクリアランスを縮小したり、
微小異物を捕捉するため目の細かいメッシュフィルタ２
０８の仕様の考えた場合に、導入流路２０７の流路面積
を確保するためにフィルタ部を大型化する必要があり、
このようにすると、メッシュフィルタ２０８をノズルホ
ルダ２０５に装着できなくなるという問題があった。

【０００７】本発明は、バルブの摺動不足を防止でき、
且つ大型化することなく導入流路の流路面積や供給流路
の流路面積を確保することができる燃料噴射装置の提供
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、制御室内より
高圧燃料が排出されると噴射孔を開くニードルと、この
ニードルの周囲に常に高圧燃料を導入する導入流路と、
この導入流路より分岐され、前記制御室内へ高圧燃料を
供給する供給流路と、前記制御室内より高圧燃料を排出
する排出流路と、前記制御室および前記供給流路の連通
状態と前記制御室および前記排出流路の連通状態とを切
り替えるバルブと、このバルブを摺動自在に保持する摺
動部とを備えた燃料噴射装置において、前記供給流路の
一部には、前記供給流路の他部より流路面積の大きい環
状流路が前記制御室を囲むように設けられ、前記環状流
路の内部には、高圧燃料中の異物を捕捉するフィルタ部
材が前記環状流路内の高圧燃料の流れ方向に直交するよ
うに配されている技術手段を採用した。

【０００９】

【作用】本発明は、導入流路を通ってニードルの周囲に
常に高圧燃料が導入され、且つその導入流路より分岐し
た供給流路を通って摺動部の内周とバルブの外周との間
に高圧燃料が供給される。なお、高圧燃料の作用によっ
て摺動部の内周とバルブの外周との間のクリアランス
は、楔状に拡がるが、供給流路の一部に形成された環状
流路内のフィルタ部材によって微小異物が捕捉される。
これによって、バルブの摺動不足を防げるので、バルブ
が正確な作動を行う。すなわち、バルブが制御室と排出
流路とを連通させた場合には、高圧燃料が制御室内より
排出されてニードルが噴射孔を開き高圧燃料を噴射する
ため無噴射が防げる。また、バルブが制御室と供給流路
とを連通させた場合には、高圧燃料が制御室内に供給さ
れてニードルが噴射孔を閉じて高圧燃料の噴射が終了す
るため連続噴射が防げる。そして、高圧燃料を制御室へ
供給する供給流路の一部に他部より流路面積の広い環状
流路を設けているので、フィルタ部材を大型化すること
なく供給流路の流路面積が十分確保され、噴射終了時の
噴射だれを防げる。また、高圧燃料をニードルの周囲に
導入する導入流路より分岐した供給流路にフィルタ部材
を設けているので、フィルタ部材を大型化することなく
導入流路の流路面積が十分確保され、噴射率の低下を防
げる。

【００１０】

【実施例】

〔実施例の構成〕次に、本発明の燃料噴射装置を図１な
いし図７に示す一実施例に基づいて説明する。図１およ
び図２はコモンレール式の燃料噴射装置を示した図であ
る。コモンレール式の燃料噴射装置１は、ディーゼルエ
ンジン（図示せず）の各気筒に取り付けられ、共通のサ
ージタンク（図示せず）から分岐した導入管（図示せ
ず）に接続されている。また、コモンレール式の燃料噴
射装置１は、ディーゼルエンジンにより回転駆動される
燃料ポンプ（図示せず）によってサージタンクから汲み
上げられた高圧燃料が導入管より常に供給されている。
このようなコモンレール式の燃料噴射装置１は、内燃機
関に燃料を噴射供給する燃料噴射ノズル２と、この燃料
噴射ノズル２の噴射時期や噴射量を制御する三方電磁弁
３と、燃料噴射ノズル２と三方電磁弁３との間に配設さ
れたメッシュフィルタ４とから構成されている。

【００１１】燃料噴射ノズル２は、ノズルボディ５、ニ
ードル６、ピストン７およびノズルホルダ８等から構成
されている。ノズルボディ５は、低炭素合金鋼（例えば
ＳＣＭ４１５）製で、内周でニードル６を摺動自在に保
持し、高圧燃料を噴射する噴射孔（図示せず）、および
この噴射孔に連なり、ニードル６が着座するシート部
（図示せず）を有する。ニードル６は、図１において図
示上端部がピストン７に連結され、ピストン７が三方電
磁弁３側に移動することによってノズルボディ５のシー
ト部より離れて燃料の噴射が開始され、ピストン７が元
の位置に戻ることによってノズルボディ５のシート部に
着座して燃料の噴射が終了する。

【００１２】ノズルホルダ８は、高炭素鋼（例えばＳ４
５Ｃ等）製で、導入流路１１、制御室１２、軸方向穴１
３、ワンウェイオリフィス１４、コイルスプリング１５
等を有する。導入流路１１は、この導入流路１１より図
示下側に分岐した分岐流路１６がノズルホルダ８のノズ
ルボディ５側端面で開口し、導入流路１１より図示上側
に分岐した供給流路１７がノズルホルダ８の上端面で開
口している。また、導入流路１１は、三方電磁弁３の内
部やノズルボディ５内の燃料溜り（図示せず）と導入管
とをインレットパイプ１８内の燃料流路１８ａを介して
連通する流路である。また、分岐流路１６は、ニードル
６の周囲の燃料溜りに高圧燃料を常に導く流路である。
供給流路１７は、三方電磁弁３の内部に高圧燃料を常に
導く流路である。

【００１３】制御室１２は、内部に高圧燃料が導入され
ると内部圧力が高圧となり、内部より高圧燃料が排出さ
れると内部圧力が低圧となる。軸方向穴１３は、三方電
磁弁３側端部に制御室１２が形成され、ピストン７の後
端部を納める。ワンウェイオリフィス１４は、制御室１
２内に移動可能に配され、制御室１２からの高圧燃料の
排出のみを制限する。また、ノズルホルダ８の上端部の
外周には、図２にも示したように、ノズルホルダ８と三
方電磁弁３との間にメッシュフィルタ４を接続するため
のカラー１９ａに嵌め合わされている。なお、カラー１
９ａの外周には、三方電磁弁３、ノズルホルダ８を固定
するためのリテーニングナット１９ｂが嵌め合わされて
いる。

【００１４】なお、ノズルホルダ８の上端面には、図２
に示したように、メッシュフィルタ４の下端面に液密的
に接続するシール部２０が形成されている。このシール
部２０は、被加工品の表面に浸炭焼入れまたは高周波焼
入れを施した後に平面仕上げされて形成され、高圧燃料
がノズルホルダ８の上端面とメッシュフィルタ４の下端
面との間から漏れるのを防ぐ。

【００１５】三方電磁弁３は、インナバルブ２１、アウ
タバルブ２２、バルブボディ２３およびコイル２３ａ等
から構成されている。インナバルブ２１は、アウタバル
ブ２２の内周に摺動自在に配され、アウタバルブ２２
は、バルブボディ２３の摺動孔２４内に摺動自在に配さ
れている。また、アウタバルブ２２内には、高圧燃料が
流れる燃料流路２２ａが形成されている。バルブボディ
２３は、本発明の摺動部であって、低炭素合金鋼（例え
ばＳＣＭ４１５）製で、ノズルホルダ８の供給流路１７
より高圧燃料が供給される供給流路２５、サージタンク
内に燃料を戻す低圧ライン（図示せず）に連通する排出
流路２６を具備している。供給流路２５は、下端面で開
口し、摺動孔２４、メッシュフィルタ４を介して高圧燃
料を制御室１２内へ供給する流路である。排出流路２６
は、図１において図示右側端面で開口し、制御室１２内
の高圧燃料をメッシュフィルタ４、摺動孔２４を介して
排出する流路である。

【００１６】なお、バルブボディ２３の下端面には、図
２に示したように、メッシュフィルタ４の上端面に液密
的に接続するシール部２７が形成されている。このシー
ル部２７は、被加工品の表面に浸炭焼入れまたは高周波
焼入れを施した後に平面仕上げされて形成され、高圧燃
料がバルブボディ２３の下端面とメッシュフィルタ４の
上端面との間から漏れるのを防ぐ。

【００１７】メッシュフィルタ４は、図３ないし図５に
示したように、円環板部材２８およびメッシュ２９等よ
り構成されており、ノズルホルダ８の上端面とバルブボ
ディ２３の下端面との間に挟み込んだ状態でカラー１９
ａをノズルホルダ８およびバルブボディ２３の外周に締
め付けることによって固定されている。円環板部材２８
は、低炭素合金鋼（例えばＳＣＭ４１５）製で、ノズル
ホルダ８の供給流路１７とバルブボディ２３の供給流路
２５とを連通する環状流路３０、および摺動孔２４と制
御室１２とを連通する連通路３１を具備している。環状
流路３０は、連通路３１の外周に円環状に形成され、供
給流路１７、２５より流路面積を拡げるように設けられ
ている。この環状流路３０のノズルホルダ８（図１にお
いて図示下方）側端面は、複数の柱部３３（図５参照）
により仕切られている。また、この環状流路３０に対応
して、ノズルホルダ８にも環状溝３７が設けられてい
る。この環状溝３７は供給流路１７と連通している。

【００１８】メッシュ２９は、本発明のフィルタ部材で
あって、１０μｍ程度の網目状金属材を円環状に形成し
たものである。このメッシュ２９は、環状流路３０の段
３２とリング部材３４との間に挟み込まれた状態で円環
板部材２８内に取り付けられている。そのリング部材３
４は、環状流路３０内に圧入等により取り付けられる。

【００１９】なお、円環板部材２８の下端面には、ノズ
ルホルダ８の上端面に液密的に接続するシール部３５が
形成されている。円環板部材２８の上端面には、三方電
磁弁３の下端面に液密的に接続するシール部３６が形成
されている。これらのシール部３５、３６は、被加工品
の表面に浸炭焼入れを施した後に平面仕上げされて形成
され、供給流路１７より供給流路２５内に供給される高
圧燃料、および摺動孔２４と制御室１２との間で給排さ
れる高圧燃料が、三方電磁弁３の下端面と円環板部材２
８の上端面との間から漏れるのを防ぐ。

【００２０】〔実施例の作用〕このコモンレール式の燃
料噴射装置１の作用を図１ないし図７に基づき説明す
る。ここで、図６はニードル６のリフト量を示したタイ
ムチャートで、図７は燃料噴射ノズル２の噴射率を示し
たタイムチャートである。三方電磁弁３のコイル２３ａ
がオフされているときは、インナバルブ２１が上方に位
置し、アウタバルブ２２が下方に位置するため、インレ
ットパイプ１８内の燃料流路１８ａよりノズルホルダ８
内に流入した高圧燃料は、導入流路１１→供給流路１７
→円環板部材２８内の環状流路３０→供給流路２５→ア
ウタバルブ２２内の燃料流路２２ａ→円環板部材２８内
の連通路３１を通って制御室１２内に充填され、制御室
１２の内部圧力が高圧となる。このため、コイルスプリ
ング１５の付勢力によって、ワンウェイオリフィス１４
が着座し、且つピストン７がニードル６を初期位置に駆
動する。よって、図６のａに示したように、ニードル６
がノズルボディ５のシート部に着座することにより、図
７のａに示したように、ノズルボディ５の噴射孔からの
燃料の噴射はなされない。

【００２１】そして、三方電磁弁３のコイル２３ａがオ
ンされると、インナバルブ２１およびアウタバルブ２２
が共に上方に移動するため、制御室１２内の高圧燃料が
円環板部材２８内の連通路３１→摺動孔２４→排出流路
２６を通って排出され、制御室１２の内部圧力が低圧と
なる。このため、ピストン７が軸方向穴１３内を摺動し
ながら上昇するため、図６のｂに示したように、ニード
ル６がノズルボディ５のシート部から離れる。よって、
インレットパイプ１８内の燃料流路１８ａより導入流路
１１→分岐流路１６→ノズルボディ５内の燃料溜り内に
充填されている高圧燃料は、図７のｂに示したように、
ノズルボディ５の噴射孔からディーゼルエンジン内の各
気筒への燃料の噴射が開始される。

【００２２】さらに、三方電磁弁３のコイル２３ａがオ
フされると、前述のように、インナバルブ２１が上方に
位置し、アウタバルブ２２が下方に移動するため、イン
レットパイプ１８内の燃料流路１８ａより流入した高圧
燃料は、導入流路１１→供給流路１７→円環板部材２８
内の環状流路３０→供給流路２５→アウタバルブ２２内
の燃料流路２２ａを通って円環板部材２８内の連通路３
１内に導入される。よって、連通路３１内が高圧とな
り、この圧力により制御室１２内に高圧燃料が導入さ
れ、制御室１２内が一気に高圧となる。このため、図６
のｃに示したように、この圧力によりピストン７を軸方
向穴１３内を摺動させながら一気に押し下げて、ニード
ル６がノズルボディ５のシート部に着座することによ
り、図７のｃに示したように、良好な噴射切れがなされ
る。

【００２３】ここで、この実施例の三方電磁弁３は、ア
ウタバルブ２２の外周とバルブボディ２３の内周との間
に形成されるクリアランスに高圧燃料が常に供給されて
いる。このため、高圧燃料の作用によってアウタバルブ
２２の外周とバルブボディ２３の内周との間のクリアラ
ンスは、バルブボディ２３の内周壁が外側へ変形して楔
状に拡がる可能性がある。一方、高圧燃料中には、燃料
タンク（図示せず）内に注入された際に燃料の精製時に
混入した塵等の異物や、コモンレールが高圧燃料に晒さ
れることによる金属皮膜の剥がれや、コモンレール等の
燃料配管に設けられるねじばりの剥がれ等のにより金属
等の微小異物が混入されている。このため、導入流路１
１より供給流路１７内に流入した高圧燃料中に含まれる
微小異物は、メッシュフィルタ４の環状流路３０内に流
入すると、高圧燃料が環状流路３０全域に拡がった際に
環状流路３０内に円環状に配されたメッシュ２９によっ
て捕捉される。

【００２４】そして、高圧燃料は、メッシュ２９全面を
通過した後に、再度集められて供給流路２５を通ってア
ウタバルブ２２の外周とバルブボディ２３の内周との間
のクリアランスに向かうので、供給流路１７、２５の流
路面積が十分確保され、十分な量の高圧燃料が供給され
る。また、環状流路３０内のメッシュ２９によって微小
異物さえも捕捉されるので、楔状に拡がったクリアラン
ス内に異物が堆積することは無くなる。これによって、
アウタバルブ２２がバルブボディ２３の内周に引っ掛か
って摺動しなくなることを防げるので、アウタバルブ２
２がコイル２３ａのオン、オフに応じて移動する。

【００２５】〔実施例の効果〕したがって、この実施例
では、アウタバルブ２２の摺動不足を防止できるので、
コイル２３ａをオンした場合に、高圧燃料が制御室１２
内より排出されてニードル６が噴射孔を開くため、燃料
噴射ノズル２の無噴射を防止することができる。また、
コイル２３ａをオフした場合には、高圧燃料が制御室１
２内に供給されてニードル６が噴射孔を一気に閉じるた
め、燃料噴射ノズル２の連続噴射を防止することができ
る。また、メッシュ２９等のメッシュフィルタ４を大型
化することなく導入流路１１、供給流路１７、２５の流
路面積を十分確保できるので、燃料噴射装置１が大型化
することはない。また、三方電磁弁３を通過してピスト
ン７を押下げる、制御室１２内へ供給される高圧燃料の
供給遅れにより燃料噴射ノズル２の噴射終了がだれたり
（図６破線参照）、ノズルボディ５の燃料溜り内への高
圧燃料の供給不足によりノズルボディ５内の圧力が低下
し、噴射率が低下することを防止できる（図７破線参
照）。

【００２６】〔変形例〕本実施例では、メッシュフィル
タ４をノズルホルダ８の上端面とバルブボディ２３の下
端面との間に挟み込んで、供給流路１７、２５の途中に
環状流路３０とメッシュ２９を設けたが、ノズルホルダ
８やバルブボディ２３に環状流路を一体的に形成し、そ
の環状流路内にフィルタ部材を入れるようにしても良
い。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、フィルタ部材により高圧燃料
に含まれる微小異物さえも捕捉することができるので、
摺動部の内周とバルブの外周とのクリアランスに異物が
堆積することを防止できる。この結果、バルブの摺動不
足を防止することができるので、高圧燃料の無噴射また
は連続噴射を防止できる。また、高圧燃料を制御室へ供
給する供給流路の一部に他部より流路面積の広い環状流
路を設けているので、フィルタ部材を大型化することな
く供給流路の流路面積を十分確保することができるた
め、噴射終了時の噴射だれを防止できる。さらに、高圧
燃料をニードルの周囲に導入する導入流路より分岐した
供給流路にフィルタ部材を設けているので、フィルタ部
材を大型化することなく導入流路の流路面積を十分確保
することができるため、噴射率の低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に用いた燃料噴射装置の全体
構造を示した断面図である。

【図２】図１の燃料噴射装置の主要部を示した断面図で
ある。

【図３】図１の燃料噴射装置の円環板部材を示した上面
図である。

【図４】図１の燃料噴射装置の円環板部材を示した断面
図である。

【図５】図１の燃料噴射装置の円環板部材を示した下面
図である。

【図６】本発明の一実施例に用いた燃料噴射装置のニー
ドルのリフト量を示したタイムチャートである。

【図７】本発明の一実施例に用いた燃料噴射装置の噴射
率を示したタイムチャートである。

【図８】従来の燃料噴射装置の三方電磁弁を示した断面
図である。

【図９】従来の燃料噴射装置の全体構造を示した断面図
である。

【図１０】従来の燃料噴射装置のインレットパイプ内に
バーフィルタを挿入した状態を示した断面図である。

【図１１】従来の燃料噴射装置のインレットパイプの出
口にメッシュフィルタを配した状態を示した断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 燃料噴射装置 ２ 燃料噴射ノズル ３ 三方電磁弁 ４ メッシュフィルタ ６ ニードル １１ 導入流路 １２ 制御室 １７ 供給流路 ２２ アウタバルブ ２３ バルブボディ（摺動部） ２５ 供給流路 ２６ 排出流路 ２８ 円環板部材 ２９ メッシュ（フィルタ部材） ３０ 環状流路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御室内より高圧燃料が排出されると噴
   射孔を開くニードルと、 このニードルの周囲に常に高圧燃料を導入する導入流路
   と、 この導入流路より分岐され、前記制御室内へ高圧燃料を
   供給する供給流路と、 前記制御室内より高圧燃料を排出する排出流路と、 前記制御室および前記供給流路の連通状態と前記制御室
   および前記排出流路の連通状態とを切り替えるバルブ
   と、 このバルブを摺動自在に保持する摺動部とを備えた燃料
   噴射装置において、 前記供給流路の一部には、前記供給流路の他部より流路
   面積の大きい環状流路が前記制御室を囲むように設けら
   れ、 前記環状流路の内部には、高圧燃料中の異物を捕捉する
   フィルタ部材が前記環状流路内の高圧燃料の流れ方向に
   直交するように配されていることを特徴とする燃料噴射
   装置。