(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルボディ内の穴にニードルを昇降自在に収容し、これら穴とニードルとの隙間を通じて噴孔に燃料を導くインジェクタにおいて、上記隙間を大隙間と小隙間とで形成し、上記大隙間に上記ニードルを閉弁方向に付勢するためのバネを収容し、上記ニードルに上記大隙間を塞ぐようにして上記バネのバネ受けと兼用される鍔部を設け、該鍔部に燃料を通過させるための絞り通路を設けたことを特徴とするインジェクタ。
【請求項２】
ノズルボディ内の穴にニードルを昇降自在に収容し、これら穴とニードルとの隙間を通じて噴孔に燃料を導くインジェクタにおいて、上記隙間を大隙間と小隙間とで形成し、上記穴内壁に上記大隙間を塞ぐよう縮径部材を設け、該縮径部材に燃料を通過させるための絞り通路を設け、上記ニードルに上記絞り通路を通過した燃料を衝突させるための鍔部を設けたことを特徴とするインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等に適用される燃料噴射用インジェクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンや直噴式ガソリンエンジン等においては、高圧噴射が可能で噴霧微粒化に有利なコモンレール式燃料噴射装置が用いられる。一般にコモンレール式燃料噴射装置では高圧ポンプで加圧された燃料をコモンレール（蓄圧室）に一旦貯留しておき、これをインジェクタから所定タイミングで所定量ずつ、各気筒内に噴射するようになっている。
【０００３】
インジェクタは、その下端ないし先端に設けられた噴孔を、ニードル（針弁）の昇降により開閉し、燃料噴射を実行する。特に、ニードルを高圧燃料中に浸漬し、いわば浮かせた状態としておいて、ニードルにバネによる下向き（閉弁方向）の力を付与し、ニードル先端部をバルブシートに押し当てて閉弁させておくものがある。これにおいてはニードル上端に付加する下向きの燃圧を圧力制御室（バランスチャンバ）で制御し、圧力制御室の高圧燃料を適宜リークさせることにより、ニードルに対する圧力バランスを崩してニードルを上昇させ、開弁させるようになっている。
【０００４】
また、ニードルは、インジェクタのノズルボディ内の穴に昇降自在に収容される。コモンレールから送られた高圧燃料は、穴とニードルとの隙間を通じて噴孔に導かれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平3-395 号公報では、噴孔近傍の上記隙間を絞り、この絞り部を通じて噴孔に燃料を導くようにしている。こうすると燃料噴射時に絞り部の燃料流れ方向下流側が上流側より低圧となり、この差圧を利用して燃料噴射中、ニードルに閉弁方向の力を与えておくことができる。こうなると、燃料噴射終了時には、バネ力に上記閉弁力を加えてニードルを高速で閉じられ、応答性を高められると共に、弱いバネを用いることができるので開弁速度も上げることができる。
【０００６】
しかし、このものでは噴孔近傍の小さな隙間を絞って圧力差を作るようになっているため、十分な閉弁力を得られないという欠点がある。即ち、同じ圧力差でも受圧面積が大きければ大きいほど大きな閉弁力を得られるが、小隙間を絞る限り大きな受圧面積がとれず、大きな閉弁力が得られない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ノズルボディ内の穴にニードルを昇降自在に収容し、これら穴とニードルとの隙間を通じて噴孔に燃料を導くインジェクタにおいて、上記隙間を大隙間と小隙間とで形成し、上記大隙間に上記ニードルを閉弁方向に付勢するためのバネを収容し、上記ニードルに上記大隙間を塞ぐようにして上記バネのバネ受けと兼用される鍔部を設け、この鍔部に燃料を通過させるための絞り通路を設けたものである。
【０００９】
また本発明は、ノズルボディ内の穴にニードルを昇降自在に収容し、これら穴とニードルとの隙間を通じて噴孔に燃料を導くインジェクタにおいて、上記隙間を大隙間と小隙間とで形成し、上記穴内壁に上記大隙間を塞ぐよう縮径部材を設け、この縮径部材に燃料を通過させるための絞り通路を設け、上記ニードルに上記絞り通路を通過した燃料を衝突させるための鍔部を設けたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１１】
図１に本発明の実施形態そのものではないが、本発明に関連するインジェクタ１を示す。このインジェクタ１は、燃料供給通路２から供給された燃料が内部に充満するノズルボディ３を有する。燃料供給通路２には、図示しないコモンレールから高圧の燃料が供給され、この高圧燃料はノズルボディ３内を通って下端の噴孔１６に導かれる。ノズルボディ３の内部には、高圧燃料に浸漬された状態でニードル４が昇降自在に収容されている。ニードル４は、当該ニードル４に圧入嵌合されたバネ受け５とノズルボディ３内部に形成された段差部６のバネ押え７との間に介設されたバネ８によって、閉弁方向に付勢されている。バネ受け５とバネ押え７には燃料を通過させるための穴（図示せず）が設けられる。
【００１２】
ニードル４の頂面９が圧力制御室１０に臨まされ、圧力制御室１０には、燃料供給通路２から供給された高圧燃料が、ニードル４上端部と保持スリーブ３０との隙間を通じて常時導かれる。なおこの隙間は所定の絞りを形成する程度に小さいものとされる。圧力制御室１０内の燃料は、開閉弁１１によってリーク穴１２から選択的にリークされる。開閉弁１１は、通常はバネ等によって下方へ付勢されてリーク穴１２を塞ぎ、圧力制御室１０内の燃圧を保持し、電磁ソレノイド１３によって上方へ持ち上げられたときにリーク穴１２を開放し、圧力制御室１０内の燃料をリークさせる。
【００１３】
開閉弁１１を閉じたとき、ニードル頂面９に閉弁方向ないし下向きの燃圧が付与されるので、ニードル４が圧力バランスされ、バネ８の力によってニードル４が押し下げられる。こうなると図９に示すように、ニードル４が弁座１５に着座して噴孔１６を閉じる。よってこのときは無噴射状態となる。なお厳密にいえば、ニードル４が図９の如き閉弁位置にあるとき、ニードル下端において外周側のコーン状受圧面１４のみが上向きの燃圧を受けており、その内周側では燃圧を受けてないので、圧力バランス的には若干下向きである。
【００１４】
一方、開閉弁１１を開いたとき、ニードル頂面９に付与される燃圧が下がるので、圧力バランスが崩れてニードル４が上昇し、ニードル４が弁座１５から離れて噴孔１６が開き、燃料噴射が実行される。
【００１５】
ニードル４は一体の一本物で、ニードル上部４ａに対しニードル下部４ｂが若干小径とされている。
【００１６】
ノズルボディ３は、それぞれ筒状に形成された上部ボディ３１と下部ボディ３２とをリテーニングナット３３で互いに組み付けて構成される。上部ボディ３１に大径の上部穴２１が、下部ボディ３２に小径の下部穴３４がそれぞれ同軸加工され、これら穴２１、３４にニードル上部４ａ、ニードル下部４ｂがそれぞれ挿入される。上部穴２１と下部穴３４とが本発明の穴をなし、上部穴２１が本発明の大径穴、下部穴３４が本発明の小径穴をなす。
【００１７】
上部穴２１とニードル上部４ａとの間、下部穴３４とニードル下部４ｂとの間にそれぞれ上部隙間３７、下部隙間３８が形成され、燃料供給通路２から供給された燃料がこれら隙間３７，３８を順に通じて噴孔１６に導かれるようになっている。特に各隙間の径方向の大きさについて、下部隙間３８は燃料を通過させ得る程度の大きさしかないが、上部隙間３７はコイルスプリングであるバネ８を収容できるほどに大きい。従って上部隙間３７が本発明の大隙間を、下部隙間３８が本発明の小隙間をそれぞれ形成する。なお、特開平3-395 号公報では上記下部隙間３８に相当する部分を絞っていた。
【００１８】
ここで図４に示すように、ニードル下部４ｂは、下部穴３４と同径の円柱をその表面部を一部残して三方切り欠いた断面略正三角状とされる。よって上記下部隙間３８は切欠部１８によって形成され、燃料はこの切欠部１８を通じて噴孔１６に導かれる。こうすることによって、ニードル下部４ｂと下部穴３４との公差管理を厳密にしなくとも、燃料の流通を必ず確保でき、製作が容易となる。なお、通常同様、ニードル下部４ｂを断面円形としてその外周に環状の下部隙間３８を設けてもよい。
【００１９】
図１に示すように、ニードル４には、上部隙間３７を塞ぐよう鍔部２０が設けられる。鍔部２０は上部隙間３７内の下部ボディ３２直上の位置、即ち下部隙間３８の直上流側に設けられ、ニードル上部４ａとニードル下部４ｂとの接続位置に設けられる。鍔部２０は中心に穴を有する円板状の部材からなり、ニードル４に圧入によって取り付けられる。
【００２０】
図２に示すように、鍔部２０はその外周側が全周切り欠かれ、上部穴２１内面との間に環状の絞り通路２２を形成するようになっている。よって燃料は絞り通路２２を通じて流下するようになる。なお図３に示すように、鍔部２０と上部穴２１内面とを燃料の通過なきよう当接させ、所謂軸シールの構成とし、代わりに鍔部２０に上下貫通する絞り孔２３を設け、これを絞り通路２２としてもよい。絞り孔２３の個数は任意である。
【００２１】
これによれば、ニードル４が上昇して燃料噴射が実行されたとき、燃料が絞り通路２２によって絞られ、絞り通路２２下流側の燃料が燃料噴射に供せられることからも、その下流側圧力を上流側圧力より低下させられ、この差圧を利用してニードル４に閉弁方向の力を付与できる。よって噴射終了時にニードル４を高応答且つ高速で閉弁させられ、応答性を向上し、噴射切れを速やかに行える。
【００２２】
ここで、鍔部２０を下部隙間３８に可能な限り接近させたので、絞り通路２２下流側のボリュームを最小にでき、差圧を速やかに作れ、応答性を高められる。
【００２３】
特に、かかる構成では、鍔部２０を大きな上部隙間３７に設けたので、受圧面を従来より拡大し、大きな閉弁力を得ることができる。即ち、閉弁力をＦ、受圧面積をＡ、差圧をΔＰとすると、
Ｆ＝Ａ×ΔＰ
と表せ、同じ差圧でも受圧面積が大きいほど大きな閉弁力を得られる。従ってかかる構成の場合、従来より受圧面積が大きいので大きな閉弁力を得られ、応答性を向上できる。なお、例えば受圧面の半径を２倍にすれば４倍の閉弁力を得られる。また同じ閉弁力を得るには小さな差圧で済むことになり、絞り抵抗を軽減できるメリットもある。
【００２４】
次に、以上説明したインジェクタ１に改良を加えた本発明（請求項１）の一実施形態について説明する。なお同一の構成については図中同一符号を付し、説明を省略する。
【００２５】
図１０に示すように、この実施形態においては鍔部２０がバネ受け５と兼用されている。即ち、上部ボディ３１の長さが短縮され、バネ８が鍔部２０に当接されてニードル４を閉弁方向に付勢している。鍔部２０は前記実施形態同様、下部隙間３８の直上に位置されている。
【００２６】
上部ボディ３１と下部ボディ３２との芯決めがガイドスリーブ４７によってなされ、それらの周方向の位置決めがピン４９によってなされる。ガイドスリーブ４７は、上部ボディ３１の上部穴２１と、下部ボディ３２の下部穴３４上端部の拡径部４８とに圧入される。ニードル４は上部４ａ、下部４ｂともに同径で断面円形とされ、下部隙間３８がガイドスリーブ４７及びニードル４内周側に全周形成される。
【００２７】
ここでは鍔部２０が２ピースで構成され、ニードル４に圧入固定されるリング状ストッパ部材４５と、ストッパ部材４５の上面にバネ８によって押し付けられるリング状押圧部材４６とからなる。ストッパ部材４５は上部隙間３７を塞ぐほどの半径を有さず、上部穴２１の内壁から離間されて燃料の通過を許容する。一方、押圧部材４６は上部穴２１の内壁に対し摺動可能で、この摺動部では燃料を通過させないが、ニードル４外周面との隙間で燃料の通過を許容するようになっている。ただし、押圧部材４６がストッパ部材４５上面の外周側に押し付けられ、当接しているので、この当接部がシールをなして燃料の通過を禁止する。結局、これら二つの部材で上部隙間３７を塞ぐようになっており、両部材はニードル４の昇降に追従して一体に昇降する。
【００２８】
そして、押圧部材４６には縦貫通された絞り孔２３（絞り通路２２）が設けられ、この絞り孔２３を通じて燃料が通過され、差圧を生じ、閉弁力を高めるようになっている。絞り孔２３の出口はストッパ部材４５と上部穴２１の隙間に開口される。なお前記同様押圧部材４６の外周側を全周切り欠いて絞り通路２２を形成してもよい。
【００２９】
これによれば、鍔部２０がバネ受け５と兼用なので、部品点数が減少し、シンプル、低コストとなるメリットがある。また、ストッパ部材４５は嵌合部となる内周側のみ、押圧部材４６は摺動部となる外周側のみ、加工精度を満足させればよいので、一部材で内外周側の加工精度を同時に要求する図１の鍔部２０に比べ、製作が容易となるメリットがある。
【００３０】
また、絞り孔２３の下流側では繰り返し行われる燃料噴射により圧力脈動が発生するが、これが押圧部材４６の微小振動によって緩衝され、燃料噴射量の安定化、コモンレール圧のセンシングのバラツキ低減等を図ることができる。
【００３１】
次に、図５及び図６に示す請求項２に係る発明の実施形態においては、上部穴２１の内壁に上部隙間３７を塞ぐよう縮径部材２４が設けられ、縮径部材２４の内周側を全周切り欠いて絞り通路２５が形成されると共に、ニードル４に絞り通路２５を通過した燃料を衝突させるための鍔部２６が設けられている。縮径部材２４及び鍔部２６はそれぞれ板状かつリング状の部材からなり、これら部材がそれぞれ上部穴２１及びニードル４に圧入により取り付けられる。縮径部材２４及び鍔部２６は互いにオーバーラップされ、衝突後の燃料を径方向外側に導く。なお絞り通路２５は図３に示したような絞り孔で形成してもよい。
【００３２】
この実施形態は、燃料が絞り通路２５を通過するとき速度が増加されるので、この速い燃料を鍔部２６に衝突させ、速度エネルギを利用してニードル４に閉弁力を付与しようというものである。よって鍔部２６は全周の絞り通路２５から速度エネルギを得られるよう、リング状に形成している。ただし絞り通路２５を孔で形成した場合は孔の出口にのみ部分的に鍔部２６を設けてもよい。この場合も鍔部２６を大きな上部隙間３７に設けたので、受圧面積を拡大し大きな閉弁力を得られる。
【００３３】
この実施形態については図７に示すような変形も可能である。即ちここでは上部穴２１の下端部が僅かに拡径され、この拡径部４０にスリーブ部材４１が圧入嵌合されると共に、スリーブ部材４１の上端部が径方向内方に折曲されて縮径部材２４を形成している。こうすると縮径部材２４の軸方向の位置決めがより確実となる。鍔部２６はニードル４に一体に形成される。ニードル下部４ｂは、上部４２が図４に示したような断面略正三角状、下部４３が断面円形状とされ、これら上部下部間にテーパ状受圧面２７が形成され、この受圧面２７が下部穴３４に設けられた燃料溜り２８に臨まされている。よってニードル４はテーパ状受圧面２７でも燃圧を受け、上昇力を与えられる。
【００３４】
また、図１１に示すような変形も可能である。即ちここでは、図１０に示したのと同様なガイドスリーブ４７が縮径部材２４を兼用している。この構成によっても独立した縮径部材２４を必要とせず、部品点数の減少によりシンプル化、低コスト化が図れる。
【００３５】
図８は本発明に係るインジェクタの効果を示すためのグラフで、横軸には時間が、縦軸には圧力制御室１０の圧力がとってある。
【００３６】
まず、区間Ａで示されるように、電磁ソレノイド１３がONとされ、開閉弁１１がリフトして燃料リークが行われると圧力制御室１０の圧力（以下室圧という）が落ちる。次に、区間Ｂで示されるように、ニードル４上昇による室内容積の減少により室圧は一旦上昇するが、リークは依然続行されているので、区間Ｃで示されるようにニードル４最大上昇後は室圧が落ちる。
【００３７】
次に、時刻Ｔ0 で電磁ソレノイド１３がOFF とされると、区間Ｄで示されるように、開閉弁１１が閉じて燃料リークが中止され、室圧が上がる。そして区間Ｅで示されるように、ニードル４が下降し、室内容積が増大して室圧が一時的に減少するが、区間Ｆで示されるように圧力制御室１０に燃料が導入され続けているので、ニードル４下降後は室圧が上がる。
【００３８】
ここで、本発明によれば、ニードル上昇中に従来より大きな閉弁力をニードル４に与え続けられるので、破線で示すように、電磁ソレノイド１３のOFF 後、従来（実線）よりΔＴだけ早いタイミングで、且つ従来よりΔＰだけ低い室圧から、ニードル４下降を開始することができる。このように本発明によれば燃料噴射終了時の応答性を向上できる。
【００３９】
以上本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の実施形態は他にも様々考えられる。また本発明は上述の如き圧力バランスタイプ以外のあらゆる種類のインジェクタに適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば以下の如き優れた効果が発揮される。
【００４１】
(1) 受圧面積を増大でき、大きな閉弁力を得られる。
【００４２】
(2) 燃料衝突による閉弁力を付与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関連するインジェクタの縦断面図である。
【図２】  鍔部及び絞り通路の構成を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】  鍔部及び絞り通路の他の構成を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】  ニードル下部の横断面図である。
【図５】  本発明（請求項２）の実施形態に係るインジェクタの縦断面図である。
【図６】  図５の要部拡大縦断面図である。
【図７】  本発明の他の実施形態に係る変形例を示す縦断面図である。
【図８】  本発明の効果を示すためのグラフである。
【図９】  ニードル先端部付近を示す縦断面図である。
【図１０】  本発明（請求項１）の一実施形態に係る変形例を示す縦断面図である。
【図１１】  本発明の他の実施形態に係る変形例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  インジェクタ
３  ノズルボディ
４  ニードル
５  バネ受け
８  バネ
１６  噴孔
２０  鍔部
２１  上部穴
２２  絞り通路
２３  絞り孔
２４  縮径部材
２５  絞り通路
２６  鍔部
３４  下部穴
３７  上部隙間
３８  下部隙間
【図１】
0003704957.tif 000002
【図２】
0003704957.tif 000003
【図３】
0003704957.tif 000004
【図４】
0003704957.tif 000005
【図５】
0003704957.tif 000006
【図６】
0003704957.tif 000007
【図７】
0003704957.tif 000008
【図８】
0003704957.tif 000009
【図９】
0003704957.tif 000010
【図１０】
0003704957.tif 000011
【図１１】
0003704957.tif 000012