(57)【要約】【課題】燃料噴射期間中の平均有効噴射圧を上げて良好な燃焼を達成するとともに、針弁閉弁後の圧力脈動を抑えることを可能とした蓄圧式燃料噴射装置の燃料噴射弁を提供する。【解決手段】高圧ポンプから吐出され蓄圧器にて蓄圧された燃料が供給される燃料噴射弁を備え、前記燃料噴射弁は、ノズル１先端部に形成された噴孔４を開閉する針弁２と、該針弁２と一体に往復動するコマンドピストンと、噴孔に連通した燃料溜り５に燃料を供給する燃料通路１４ａと、コマンドピストンの背後に形成され燃料が導入される制御室とを備え、前記燃料溜り５は針弁２の周囲にリング状に形成されるとともに、該燃料溜り５は、針弁２に形成された針弁段付き部２ａより上方からノズル先端のサック部１ａ近傍まで延設される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ポンプから吐出され蓄圧器にて蓄圧された燃料が供給される燃料噴射弁であって、
前記燃料噴射弁は、ノズル先端部に形成された噴孔を開閉する針弁と、該針弁と一体に往復動するコマンドピストンと、前記噴孔に連通した燃料溜りに前記燃料を供給する燃料通路と、前記コマンドピストンの背後に形成され前記燃料通路から分岐された燃料が導入される制御室と、を備え、
前記燃料溜りは前記針弁の周囲にリング状に形成されるとともに、該燃料溜りは前記針弁に形成された針弁段付き部より上方から前記ノズル先端部のサック部近傍まで延設されていることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置の燃料噴射弁。
【請求項２】
前記燃料溜りは、前記燃料溜りの径Ｄｂと前記針弁の径Ｄａの比が、Ｄｂ／Ｄａ＝２以上となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記燃料溜りは、ノズル軸方向に円筒部を有する形状に形成されていることを特徴とする請求項１若しくは２記載の蓄圧式燃料噴射装置の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ポンプから吐出され蓄圧器で蓄圧された高圧燃料を燃料噴射弁に供給し、該燃料噴射弁の針弁をリフトさせることによりノズルの噴孔からエンジンの燃焼室内に高圧燃料を噴射するように構成された蓄圧式燃料噴射装置の燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関（エンジン）に用いられる燃料噴射装置には、機械式と電子制御式のものが知られている。機械式燃料噴射装置は、カムとプランジャを内蔵させたインジェクションポンプを有し、カムの回転によりプランジャをリフトさせ、プランジャの上下動によって燃料を圧縮し、噴射圧力が所定の圧力以上になるとノズルを介してエンジンの燃焼室内に燃料を噴射する構成を備えている。
一方、電子制御式（蓄圧式）燃料噴射装置は、高精度の燃料噴射制御が可能であることから近年多く採用されており、以下の構成を備える。
【０００３】
図４は、従来の蓄圧式燃料噴射装置の一例を示す断面図である。同図に示すように蓄圧式燃料噴射装置は、燃料タンク２０から汲み上げられた燃料が順次送られる高圧ポンプ２１と蓄圧器２２と、該蓄圧器２２から送給された高圧燃料が供給される燃料噴射弁１００とから構成される。前記燃料噴射弁１００は、先端部にノズル１が設けられ、ノズル先端のサック部１ａには燃料を噴射する噴孔４が設けられている。ノズル１の内周穴１ｂには針弁２が往復摺動可能に嵌合されている。また、ノズル１の外周に隣接して燃料溜り５が形成され、該燃料溜り５は前記噴孔４に連通している。燃料の無噴射時には、針弁２の先端部がノズル１のシート部５ａに当接して噴孔４が閉じられ、高圧燃料が燃料溜り５に貯留される。前記ノズル１は、ノズル支持リング３により噴射弁本体７に固定されている。
【０００４】
前記噴射弁本体７の中央の孔７ｂには、コマンドピストン８が往復摺動可能に嵌入され、コマンドピストン８と針弁２は一体に往復動作する。該コマンドピストン８の下部には針弁ばね９ａが介装され、該コマンドピストン８の背後には燃料が導入される制御室３２が形成されている。前記蓄圧器２２から供給される高圧燃料は、燃料入口管１２ａ、燃料入口通路１２を通って噴射弁本体７内に導入され、該噴射弁本体７内で分岐された２つの燃料通路のうち、燃料通路１４ａを通って燃料溜り５に燃料が供給されるとともに、他方の燃料通路１４ｂを通って制御室３２に燃料が供給される。該制御室３２内の燃料は、リーク通路１６を通って外部へ流出するようになっている。
【０００５】
前記制御室３２とリーク通路１６は、ソレノイド弁装置１５ｓにより開閉される。該ソレノイド弁装置１５ｓは、ソレノイドコイル１５及び制御弁９及び該制御弁９が固定されたアーマチュア１５ａによって構成される。
このような燃料噴射弁１００において、燃料噴射時には、ソレノイドコイル１５により、アーマチュア１５ａ及び制御弁９が引き上げられ開くと、前記制御室３２内がリークライン１６に開放されて燃料通路１４ｂをオープンにする。
これにより、燃料通路１４ａを通して燃料溜り５内に送られていた高圧燃料の圧力は、上記したように燃料通路１４ｂがオープンになっているため、該高圧燃料の圧力が針弁２の下側から作用して、該針弁２をシート部５ａから上方に離間させて該針弁２を開弁させる。そして、燃料溜り５内の高圧燃料は、シート部５ａを通してノズル１の噴孔４からエンジンの燃焼室内に噴射される。
【０００６】
このような燃料噴射装置において、良好な燃焼を達成するには、燃料を高圧で燃焼室内に噴射することが有効である。
機械式燃料噴射装置では、体積弾性率の観点から、開弁圧までのすばやい圧力上昇のために、系内の燃料通路体積は小さい方が好ましいとされていた。これに従い、燃料噴射弁のノズル内の燃料通路体積も特段に大きくしているものではない。特に、燃料溜りからサック部にかけてはできるだけ体積が小さくなるような構造が採用されていた。
【０００７】
しかしながら、上記したような蓄圧式燃料噴射装置の場合、系内の燃料通路体積が小さいと針弁閉弁後の圧力脈動が大きくなるため、燃料通路体積は大きい方が好ましい。燃料噴射弁のノズル内も同様で、燃料溜りからサック部にかけての燃料通路体積は大きい方が好ましいが、従来の電子制御式燃料噴射装置では、燃料溜りからサック部にかけての燃料通路体積は比較的小さく形成されていた。また、図３に示すように燃料溜り５は針弁２の片側にのみ形成されたものが多かった。これは、一般的なノズルの製造方法として、燃料通路１４ａとノズル内の針弁内周穴１ｂを夫々形成した後、燃料通路１４ａと針弁内周穴１ｂを放電加工により連通して製造しているが、燃料溜り５はこのとき形成される空間を利用したものであり、特にこの部分の燃料通路体積を考慮した製造は行われていなかったためである。
【０００８】
しかし、本来は蓄圧式燃料噴射装置において、噴射期間中の平均有効噴射圧を上げるためにはサック部の燃料通路体積を大きくして圧力を極力高くすることが望ましかった。サック部の構造については、従来様々な構造が提案されているが、例えば、燃料噴射弁のサック部周辺の形状を最適化した構成として、特許文献１（特開２００７−２２４７４６号公報）に、針弁の先端部を、先端側が縮径するテーパ状に形成するとともに、そのテーパ状の針弁先端部を切除した構成が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２２４７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように、従来の蓄圧式燃料噴射装置においては、系内の燃料通路体積が比較的小さく、特に燃料溜りからサック部にかけての燃料通路体積が小さかったため、針弁閉弁後の圧力脈動が大きくなるという問題があった。また、上記したように、良好な燃焼を達成するには燃料を高圧で燃焼室内に噴射することが有効であるが、従来の蓄圧式燃料噴射装置は燃料通路体積が小さいためサック部の圧を高圧に保ち難いという問題があった。特許文献１に記載される構成では、針弁先端部を切除することにより空間が広がり燃料通路体積を大きくすることはできるが、その体積増加量は僅かであり、圧力脈動の抑制、燃料の高圧維持に対する効果は小さかった。
【００１１】
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、燃料噴射弁の燃料通路体積を増大させ、燃料噴射期間中の平均有効噴射圧を上げて良好な燃焼を達成するとともに、針弁閉弁後の圧力脈動を抑えることを可能とした蓄圧式燃料噴射装置の燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、高圧ポンプから吐出され蓄圧器にて蓄圧された燃料が供給される燃料噴射弁であって、
前記燃料噴射弁は、ノズル先端部に形成された噴孔を開閉する針弁と、該針弁と一体に往復動するコマンドピストンと、前記噴孔に連通した燃料溜りに前記燃料を供給する燃料通路と、前記コマンドピストンの背後に形成され前記燃料通路から分岐された燃料が導入される制御室と、を備え、
前記燃料溜りは前記針弁の周囲にリング状に形成されるとともに、該燃料溜りは前記針弁に形成された針弁段付き部より上方から前記ノズル先端部のサック部近傍まで延設されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、燃料溜りが針弁の周囲にリング状に形成されるとともに、該燃料溜りが、針弁に形成された針弁段付き部からノズル先端部のサック部近傍まで延設されていることにより、該燃料溜りの体積を大きく確保でき、サック部の圧をより高圧に保てることになり、燃料噴射期間中の平均有効噴射圧を上げて良好な燃焼を達成することができる。また、針弁閉弁後の圧力脈動を抑えることが可能となる。
【００１４】
また、前記燃料溜りは、前記燃料溜りの径Ｄｂと前記針弁の径Ｄａの比が、Ｄｂ／Ｄａ＝２以上となるように形成されていることを特徴とする。
このように、燃料溜りの径が針弁の径の２倍以上となるように該燃料溜りを形成することにより、サック部の燃料通路体積を十分に大きく確保でき、針弁閉弁後の圧力脈動を確実に抑制することが可能となるとともに、燃料噴射期間中の平均有効噴射圧を上げることが可能となる。
【００１５】
さらに、前記燃料溜りは、ノズル軸方向に円筒部を有する形状に形成されていることを特徴とする。
燃料溜りの径と軸方向長さには強度条件上の制約があるが、ノズルの円筒形状に沿って燃料溜りを円筒形状に形成することにより、該燃料溜りの体積を最も大きくとることが可能となり、サック部の圧をより高圧に保持することが可能となる。
さらにまた、前記燃料溜りの軸方向長さは、可能な限り長くすることが好ましい。針弁とノズルのクリアランスは、針弁が摺動する際にガタツキが無く安定した摺動が可能となるようなある程度の長さが必要となる。従って、針弁とノズルが摺動する長さを、針弁の安定摺動が確保される長さだけ確保した上で、燃料溜りの軸方向長さを可能な限り長くすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
以上記載のごとく本発明によれば、燃料溜りが針弁の周囲にリング状に形成されるとともに、該燃料溜りは針弁に形成された針弁段付き部からノズル先端部のサック部近傍まで延設されていることにより、該燃料溜りの体積を大きく確保でき、サック部の圧がより高圧に保てることになり、燃料噴射期間中の平均有効噴射圧を上げて良好な燃焼を達成することができる。また、針弁閉弁後の圧力脈動を抑えることが可能となる。
【００１７】
また、燃料溜りの径が針弁の径の２倍以上となるように該燃料溜りを形成することにより、サック部の燃料通路体積を十分に大きく確保でき、針弁閉弁後の圧力脈動を確実に抑制することが可能となるとともに、燃料噴射期間中の平均有効噴射圧を上げることが可能となる。
さらに、前記燃料溜りは、ノズル軸方向に円筒部を有する形状に形成されることにより、該燃料溜りの体積を最も大きくとることが可能となり、サック部の圧をより高圧に保持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１９】
図１は本発明の実施形態に係る燃料噴射装置の軸心線に沿う断面図である。図１に示すように本実施形態に係る燃料噴射装置は、燃料供給源である燃料タンク２０から燃料を汲み上げて所定圧力で送り出す高圧ポンプ２１と、該高圧ポンプ２１から供給される燃料を所定の供給圧力に蓄圧する蓄圧器（コモンレール）２２と、該蓄圧器２２と燃料入口管１２ａで接続された燃料噴射弁１００と、を備えている。
【００２０】
前記燃料噴射弁１００は、蓄圧器２２から供給された高圧燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する弁であり、以下のように構成される。
前記燃料噴射弁１００は、燃料を噴射する噴孔４が先端部に形成されたノズル１を備えている。該ノズル１は、その内周穴１ｂに針弁２が往復摺動可能に嵌合されている。針弁２の外周には燃料溜り５が形成され、該燃料溜り５は前記噴孔４に連通している。この燃料溜り５については後述する。燃料の無噴射時には、針弁２の先端部がノズル１のシート部５ａに当接されることにより噴孔４が閉じた状態となり、燃料が燃料溜り５に貯留される。
【００２１】
前記ノズル１は、ノズル支持リング３により噴射弁本体７に固定されている。
前記噴射弁本体７は筒状に形成され、その中央の孔７ｂには、コマンドピストン８が往復摺動可能に嵌入されている。該コマンドピストン８は針弁２と一体に往復動作する。該コマンドピストン８の下部と噴射弁本体７の間には針弁ばね９ａが介装され、該針弁ばね９ａは、無噴射時においては、針弁２の先端部をノズル１のシート部５ａに圧接している。前記コマンドピストン８の背後には制御室３２が形成されている。
前記制御室３２は、前記コマンドピストン８の上端部に臨んで形成されるとともに、インレットオリフィス１３を通して後述する燃料通路１４ｂに連通している。
【００２２】
前記噴射弁本体７の側部にはインレットコネクタ１１が連結されており、該インレットコネクタ１１内には燃料入口通路１２が形成されている。該燃料入口通路１２の入口側は、前記蓄圧器２２から延設される燃料入口管１２ａに接続されている。
前記燃料入口通路１２の出口側は噴射弁本体７内にて２つに分岐される。この分岐された一方の通路は制御室３２に通じる燃料通路１４ｂで、他方の通路は針弁２が臨む燃料溜り５に通じる燃料通路１４ａである。
前記燃料通路１４ｂは制御室３２に連通しており、該制御室３２はアウトレットオリフィス１０を介してリークライン１６に連通している。また、前記燃料通路１４ａは燃料溜り５を介して噴孔４に連通している。
【００２３】
前記燃料噴射弁１００の上方にはソレノイド弁装置１５ｓが設置されている。該ソレノイド弁装置１５ｓは、ソレノイドコイル１５及び制御弁９及び該制御弁９が固定されたアーマチュア１５ａ等によって構成される。前記制御弁９は、ソレノイドコイル１５に供給する電流を制御することにより、アウトレットオリフィス１０からリークライン１６に繋がる燃料通路を開閉するようになっている。
【００２４】
上記した構成を備えた蓄圧式燃料噴射装置において、燃料タンク２０から汲み出されて高圧ポンプ２１から所定圧力で送給された高圧燃料は、蓄圧器２２にて蓄圧される。該蓄圧された高圧燃料は燃料入口管１２ａ、燃料入口通路１２を通って燃料噴射弁１００に供給される。
燃料の無噴射時には、制御弁９が下方に位置して制御室３２とリークライン１６が閉じた状態にあり、制御室３２内に保持された燃料の圧力、即ちコマンドピストン８と針弁２を下方に押し下げる圧力が、これらを押し上げる圧力よりも大となって、コマンドピストン８及び針弁２が下方に位置し、噴孔４を閉じている。
【００２５】
燃料の噴射時には、ソレノイドコイル１５によりアーマチュア１５ａ及び制御弁９が引き上げられ開くと、制御室３２内がリークライン１６に開放されて制御室３２をオープンにする。これにより、制御室３２内の高圧燃料がリークライン１６に排出され、制御室３２内の圧力降下が起きる。よって針弁２の下側から作用する高圧燃料の圧力が、制御室圧によりコマンドピストン８を下方に押圧する圧力及び針弁ばね９ａにより針弁を下方に押圧する圧力に打ち勝って、該針弁２をシート部５ａから上方に離間させて該針弁２を開弁させる。そして、燃料溜り５内の高圧燃料はシート部５ａを通してノズル１の噴孔４からエンジンの燃焼室内に噴射せしめられる。
【００２６】
このような燃料噴射弁１００において、本実施形態では燃料噴射期間中の平均有効噴射圧を上げるとともに、針弁閉弁後の圧力脈動を低く抑えるために、ノズル１近傍の燃料通路体積を大きくする構成を備えている。
図２に示すノズル先端部の拡大図のように、燃料溜り５を針弁２の周囲に渡ってリング状に形成するとともに、該燃料溜り５を、針弁２に形成された針弁段付き部２ａの上方からサック部１ａ近傍まで延設した構成とする。ノズル１のサック部１ａの肉厚は、材料及び構造上の強度条件に基づき設定する。このとき、サック部１ａの強度が保持できる程度にサック部１ａの肉厚を薄くし、燃料溜り５の下方端位置を設定することが好ましい。燃料溜り５の上方端位置は針弁段付き部２ａより上方に設定され、好ましくは、ノズル１の内周穴１ｂにより針弁２の往復摺動が安定的にガイドされる長さを確保した上で、可能な限り上方に燃料溜り５の上方端位置を設定するとよい。尚、燃料溜り５の上方端位置を針弁段付き部２ａより上方としたのは、針弁開弁時に燃料溜り５内の圧力により針弁２を押し上げるためである。
【００２７】
一方、燃料溜り５の径は、燃料溜り５の径Ｄｂと針弁２の径Ｄａの比が、Ｄｂ／Ｄａ＝２以上となるとなるように形成することが好ましい。さらに好ましくは、ノズル１の径方向肉厚を材料及び構造上の強度条件に基づき可能な限り薄くし、燃料溜り５の径を広げることが好ましい。ノズル１の製造時には、ノズル内周穴１ｂを形成するとともに、所定体積が得られるように積極的に燃料溜り５を形成した後、燃料通路１４ａと燃料溜り５を連通して製造することが好ましい。
【００２８】
このように、燃料溜り５を形成することにより、該燃料溜り５の体積を大きく確保でき、サック部１ａの圧がより高圧に保てることになり、燃料噴射期間中の平均有効噴射圧を上げて良好な燃焼を達成することができる。また、これにより針弁閉弁後の圧力脈動を抑えることが可能となる。
さらにまた、燃料溜り５を、ノズル軸方向に円筒部５ｂを有する形状に形成することが好ましい。これは、燃料溜り５の径と軸方向長さには上記したような強度条件上の制約があるため、ノズル１の円筒形状に沿って燃料溜り５を円筒形状に形成することにより、該燃料溜り５の体積を最も大きくとることが可能となり、サック部１ａの圧をより高圧に保持することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の燃料噴射弁は、燃料噴射期間中の平均有効噴射圧を上げて良好な燃焼を達成するとともに、針弁閉弁後の圧力脈動を抑えることを可能としているため、蓄圧式燃料噴射装置に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料噴射装置の軸心線に沿う断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料噴射装置のノズル先端部の拡大図である。
【図３】従来の燃料噴射装置のノズル先端部の拡大図である。
【図４】従来の燃料噴射装置の軸心線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      ノズル
１ａ    サック部
１ｂ    ノズル内周穴
２      針弁
２ａ    針弁段付き部
４      噴孔
５      燃料溜め
５ａ    シート部
５ｂ    円筒部
７      噴射弁本体
８      コマンドピストン
９      制御弁
２０    燃料タンク
２１    高圧ポンプ
２２    蓄圧器
１００  燃料噴射弁
【図１】
2010090738.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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