(57)【要約】【課題】  摺動部からの燃料漏れを抑制し、リーク量を低減すること、それにより燃料供給ポンプの負荷を低減して、コンパクトで効率よい燃料噴射システムを実現する。【解決手段】  コマンドピストン２の摺動部２２の上方に制御室４を設け、電磁弁５によって圧力を増減させてニードル１を昇降させる構成において、コマンドピストン２の本体部２１が収容される低圧油室１６の上端部に段差部を設けてシート部１７とする。燃料噴射時にコマンドピストン２が上方へ摺動すると、本体部２１の上端部に設けた大径の封止部２３がシート部１７に当接し、摺動部２２周囲のクリアランスと低圧油室１６の連通を遮断し、クリアランスからの燃料漏れを抑制する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボデー部材に設けた摺動穴内を摺動する摺動部材と、該摺動部材の摺動部の一端側に形成される高圧油室および他端側に形成される低圧油室を有する内燃機関の燃料噴射弁において、上記低圧油室内に位置する上記摺動部材の外周に、上記摺動部材の摺動動作時に上記摺動部周囲のクリアランスと上記低圧油室との連通を遮断して、上記クリアランスからの漏れを封止する封止部を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項２】
電気的に駆動されて制御室の圧力を増減する制御弁と、該制御室の圧力の増減に伴いボデー部材に設けた摺動穴内を摺動するコマンドピストンと、上記コマンドピストンとともに昇降して噴孔を開閉するニードルとを備える内燃機関の燃料噴射弁において、上記摺動穴の一端側に上記制御室を、他端側に上記コマンドピストンの本体部が収容される低圧油室を形成するとともに、上記低圧油室内に位置する上記本体部外周に、上記コマンドピストンの摺動動作時に上記低圧油室の摺動方向端部に形成したシート部に当接して、上記コマンドピストンの摺動部周囲のクリアランスと上記低圧油室との連通を遮断し、上記クリアランスからの漏れを封止する封止部を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項３】
上記摺動穴を、上記低圧油室を形成する上記他端側の内径が、上記一端側よりも大径となる段付に形成し、その境界部の段差部を上記シート部とする一方、上記コマンドピストンの本体部の一部を大径として上記封止部とした請求項２記載の内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項４】
上記制御室を低圧通路および高圧通路にそれぞれオリフィスを介して連通させ、上記制御弁にて上記制御室と低圧通路の間を開閉することにより上記制御室の圧力を増減させる請求項１ないし３のいずれか記載の内燃機関の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に関し、特にコモンレール式燃料噴射システムに好適に用いられる燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンにおいて、各気筒に共通のコモンレールに高圧燃料を蓄圧し、所定のタイミングで燃料噴射弁を駆動して対応する気筒に噴射するコモンレール式燃料噴射システムが採用されている。コモンレール式燃料噴射システム用の燃料噴射弁の構造は、例えば、特許文献１に記載されており、噴孔を開閉するニードルと一体に摺動するコマンドピストンと、コマンドピストンを介してニードルに圧力を作用させる制御室を設け、電磁弁を用いて制御室と低圧通路の間を開閉することにより、制御室の圧力を増減する。コモンレールに蓄圧される高圧燃料は、燃料噴射弁の高圧通路に導入されて噴孔へ供給される一方、高圧通路から制御室に制御油として導入される。
【特許文献１】特開平９−１７０５１３号公報
【０００３】
電磁弁への通電がオフの状態では、制御室と低圧通路の間が閉鎖されるために、高圧通路を介してコモンレールに連通する制御室の圧力が上昇する。この時、制御室の圧力がノズル背圧としてニードルに作用するため、燃料噴射はなされない。電磁弁への通電がオンの状態では、低圧通路が開放されるために、制御室から低圧通路へ燃料が流出し、制御室の圧力が降下する。これに伴い、ニードルが離座して、燃料が噴射される仕組みになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１のように、コマンドピストンの一端側に接して制御室が設けられる構成では、制御室内の燃料がコマンドピストンの摺動部から漏れるという問題がある。コマンドピストンは、良好な摺動性を維持するために、摺動面と摺動穴との間にある程度のクリアランスを設ける必要があり、摺動部からの漏れを防止することは難しい。
【０００５】
そのため、燃料供給ポンプは、要求される噴射量に加えてリーク量相当分の燃料をコモンレールに供給しなければならず、必要以上の負荷がかかっている。しかも、ディーゼルエンジンでは、近年、噴射燃料が高圧化しており、これに伴いリーク量が増加する傾向にあることから、燃料リークを極力小さくしてコモンレール式燃料噴射システムを効率よく稼働させることが望まれている。
【０００６】
燃料リークに関し、特許文献１の燃料噴射弁は、制御室と低圧通路の間に設置されるオリフィス部材とボデー部材との加工誤差で微小隙間が生じ、漏れが発生することに着目し、オリフィス部材の形状を変更して確実に固定することで、シール性を向上させている。しかしながら、特許文献１の構成では、摺動部からのリーク量の低減に効果がないため、噴射燃料を高圧化するには、より大型の燃料供給ポンプを搭載する必要があり、システムが大型化する問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するもので、燃料噴射弁のコマンドピストン等の摺動部からの燃料漏れを抑制し、リーク量を低減すること、それにより燃料供給ポンプの負荷を低減して、コンパクトで効率よい燃料噴射システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の燃料噴射弁は、ボデー部材に設けた摺動穴内を摺動する摺動部材と、該摺動部材の摺動部の一端側に形成される高圧油室および他端側に形成される低圧油室を有する構成において、上記低圧油室内に位置する上記摺動部材の外周に、上記摺動部材の摺動動作時に上記摺動部周囲のクリアランスと上記低圧油室との連通を遮断する封止部を設けている。
【０００９】
上記構成において、燃料噴射時に上記摺動部材が摺動するのに伴って、その外周の封止部が移動し、上記摺動穴と上記摺動部材の間のクリアランス出口を塞ぐ。これにより、上記クリアランスからの高圧油漏れが抑制されるので、リーク量を低減して、燃料供給ポンプの負荷を小さくすることができる。よって、燃料の高圧化に伴う燃料供給ポンプの大型化を防止し、コンパクトで効率よい燃料噴射システムを実現する。
【００１０】
請求項２の燃料噴射弁は、電気的に駆動されて制御室の圧力を増減する制御弁と、該制御室の圧力の増減に伴いボデー部材に設けた摺動穴内を摺動するコマンドピストンと、コマンドピストンとともに昇降して噴孔を開閉するニードルを設け、上記摺動穴の一端側に上記制御室を、他端側に上記コマンドピストンの本体部が収容される低圧油室を形成している。上記低圧油室は、上記コマンドピストンの摺動方向端部にシート部を有し、上記コマンドピストンの摺動時に、その本体部外周に設けた封止部が、上記シート部に当接して、上記摺動部周囲のクリアランスと上記低圧油室との連通を遮断する構成としてある。
【００１１】
具体的には、制御弁で圧力制御される制御室を有する構成において、制御室に面するコマンドピストンの本体部に封止部を設け、対向する低圧油室のシート部に当接させる。これにより、コマンドピストンの摺動部外周のクリアランスと低圧油室の間が遮断され、制御室の燃料が上記クリアランスから漏れるのを防止する。よって、リーク量を低減して燃料供給ポンプの負荷を小さくし、コンパクトで効率よい燃料噴射システムを実現できる。
【００１２】
請求項３のように、具体的には、上記摺動穴を、上記低圧油室を形成する上記他端側の内径が、上記一端側よりも大径となる段付に形成し、その境界部の段差部を上記シート部とする。一方、上記コマンドピストンは、その本体部の一部を大径として上記封止部とする。
【００１３】
上記構成によれば、上記コマンドピストンと上記摺動穴の形状の簡単な変更で、上記コマンドピストン摺動時に両者を当接させ、上記クリアランスを塞ぐことができる。よって、簡単な構成で容易に燃料漏れを抑制できるので、実用性が高い。
【００１４】
請求項４のように、上記制御室を低圧通路および高圧通路にそれぞれオリフィスを介して連通させ、上記制御弁にて上記制御室と低圧通路の間を開閉することにより上記制御室の圧力を増減させる構成としてもよい。オリフィスを設けることで制御室への燃料の流入、流出が制限され、噴射量の制御が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明をディーゼルエンジンのコモンレール式噴射システムに適用した第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に燃料噴射弁Ｉの全体構成を、図２に主要部構成を示す。図１において、燃料噴射弁Ｉはニードル１が収容される逆凸形断面の筒状ノズルボデーＢ１と、その上方に密接配置される略円筒状のボデー部材Ｂを有する。ノズルボデーＢ１とボデー部材ＢはリテーナＢ２によって油密に締付け固定される。ボデー部材Ｂの筒穴（摺動穴）１５内には摺動部材としてのコマンドピストン２が収容され、その上端側に高圧油室としての制御室４が形成されている。ボデー部材Ｂの上方には、制御弁としての電磁弁５が設けられる。
【００１６】
ボデー部材Ｂの筒部には、軸方向（図の上下方向）に延びる２つの燃料通路が貫通形成され、一方を高圧通路３１、他方を低圧通路３２としている。高圧通路３１は、ボデー部材Ｂ上側部に突設した燃料導入管部３３を介して、外部のコモンレール（図略）に連通する。低圧通路３２は、電磁弁５内を経てボデー部材Ｂ上端部に至り、燃料導出管部３４を介して外部の燃料タンク（図略）に連通している。コモンレールには、図略の燃料供給ポンプから高圧燃料が圧送されて所定の噴射圧に制御されている。
【００１７】
ノズルボデーＢ１の筒内には、段付形状のニードル１が摺動自在に保持されている。高圧通路３１の下端は、ノズルボデーＢ１内へ延び、ニードル１の段付部外周に設けた燃料溜まり１１に連通している。ノズルボデーＢ１の先端部には、燃料を噴射するための噴孔１２と、ニードル１が着座するノズルシート１３が形成されており、ニードル１がノズルシート１３から離座すると、噴孔１２と燃料溜まり１１とが連通する。この時、燃料溜まり１１の高圧燃料は、ニードル１の小径下半部とノズルボデーＢ１内壁の間の環状隙間を通って噴孔１２に供給される。
【００１８】
ボデー部材Ｂの上端開口部には、制御室４に連通するインオリフィス４１、アウトオリフィス４２を構成するプレート部材Ｐ１が配設され、その上方から装着される電磁弁５のバルブボデーＢ３との間に挟持されている。電磁弁５は、制御室４の圧力を増減するための制御弁として機能するもので、筒状のソレノイド５１によって吸引駆動されるＴ字断面のアーマチャ６と、弁体としてのボール弁６１を有している。アーマチャ６は、上端面がソレノイド５の下端面に対向し、ソレノイド５１の筒内に収容されるリターンスプリング５２によって下方に付勢されている。
【００１９】
図２のように、アーマチャ６の下端部には半球状の凹部が形成され、該凹部内にアウトオリフィス４２を開閉するボール弁６１が保持されている。また、アーマチャ６の下端部周りには、連通路６２を介して低圧通路３２に連通する低圧室６３が設けられる。アーマチャ６が下端位置にある時には、ボール弁６１が低圧室６３底面に開口するアウトオリフィス４２を閉鎖し、低圧室６３と制御室４の間が遮断される。制御室４は、インオリフィス４１を介して高圧通路３１と常時連通するために、高圧となる。アーマチャ６がソレノイド５１に吸引されて上方へ移動すると、制御室４内の高圧燃料がボール弁６１を押し上げて低圧室６３に流出する。
【００２０】
制御室４の圧力は、コマンドピストン２を介してその下方のニードル１に作用する。コマンドピストン２の下端部外周には、ニードル１を下方に付勢するリターンスプリング１４が配設され、ボール弁６１がアウトオリフィス４２を閉鎖し、制御室４が高圧となっている時には、ニードル１は制御室４の圧力とスプリング１４の付勢力によってノズルシート１３に押し付けられている。ボール弁６１がアウトオリフィス４２を開放すると制御室４の圧力が降下し、閉弁方向に作用する力が開弁方向に作用する燃料溜まり１１の燃料圧力を下回ると、ニードル１がノズルシート１３から離座し、コマンドピストン２とともに上昇する。
【００２１】
ここで、本実施形態の燃料噴射弁Ｉは、コマンドピストン２の摺動部２２に接して、高圧の制御室４が位置する構成となっている。図示されるように、制御室４は、コマンドピストン２の摺動部２２の上端部と、ボデー部材Ｂの筒穴１５上端部と、プレート部材Ｐ１の壁面により画成される。筒穴１５下半部内には、コマンドピストン２の本体部２１が収容される低圧油室１６が形成される。筒穴１５内は燃料で満たされており、制御室４は、低圧油室１６、摺動部２２周囲のクリアランスよりも高圧となっている。低圧油室１６は、図示しない連通路によって低圧通路３２に連通している。このような構成では、制御室４の燃料が摺動部２２周囲のクリアランスを通じて低圧油室１６へ漏れる問題がある。
【００２２】
そこで、本実施形態では、コマンドピストン２と筒穴１５の形状を工夫することにより、摺動部２２のクリアランス出口を閉塞可能とする。具体的には、筒穴１５を段付に形成して低圧油室１６の径を摺動部２２周囲の筒穴１５の径より大きくし、低圧油室１６の上端部に段差部を形成してシート部１７とする。一方、コマンドピストン２の本体部２１上端部に大径部を設けて、摺動動作時にシート部１７に当接する封止部２３とする。封止部２３は、当接面となる上端環状面がシート部１７と所定間隔で対向し、コマンドピストン２が燃料噴射時に上方へ移動した時にシート部１７に当接するようになっている。従って、コマンドピストン２の摺動時に、摺動部２２周囲のクリアランスと低圧油室１６の間を遮断して、制御室４から燃料が漏れるのを抑制できる。
【００２３】
上記本実施形態の燃料噴射弁Ｉの作動を説明する。図１、２は電磁弁５のソレノイド５１に非通電の状態であり、アーマチャ６がボール弁６１を押し下げてアウトオリフィス４２を閉鎖し、制御室４と低圧室６３の連通を遮断している。制御室４は、インオリフィス４１を介して高圧燃料が流入するために高圧となっている。この時、コマンドピストン２は制御室４の圧力を受けてニードル１を閉弁方向に押圧しており、ニードル１はノズルシート１３に着座している。
【００２４】
次に、電磁弁５のソレノイド５１に通電し、アーマチャ６が上方に吸引されると、ボール弁６１が、アウトオリフィス４２を介して上向きに作用する制御室４の燃料圧力によって開弁する。これにより、制御室４がアウトオリフィス４２、低圧室６３、連通路６２を介して低圧通路３２に連通し、圧力が低下し始める。そして、ニードル１の開弁方向に作用する燃料溜まり１１の燃料圧力が、小径ピストン２２およびリターンスプリング１４による閉弁方向の力を上回ると、ニードル１が離座して、燃料噴射が開始される。この時、オリフィス４１、４２により制御室４の圧力降下は緩やかとなるので、噴射量制御が容易になる。
【００２５】
このニードル１のリフトに伴いコマンドピストン２が上方へ移動すると、本体部２１上端部の封止部２３が、シート部１７に当接して摺動部２２周囲のクリアランスと低圧油室１６の間を遮断する（図３参照）。よって、簡単な構成の変更で、コマンドピストン２の摺動部２２からの燃料漏れを抑制することができ、燃料リーク量を低減することができる。その結果、燃料供給ポンプの負荷が低減されるので、コンパクトで効率のよい燃料噴射システムを実現できる。なお、封止部２３は、通電停止によりシート部１７から離れるので、摺動部２２外周に潤滑油としての燃料が流通するのを妨げることはなく、良好な摺動性を維持する。
【００２６】
なお、上記の第１の実施形態では、封止部２３とシート部１７の当接面を水平面として面接触させる構成としたが、これに限るものではない。例えば、図４に第２の実施形態として示すように、封止部２３の当接面を水平面とせず、テーパ面とすると、コマンドピストン２が上方へ移動した時にシート部１７に密着するのでシール性が向上し、燃料漏れ量をより低減することができる。シート部１７側をテーパ面としたり、あるいは封止部２３とシート部１７の両方をテーパ面としてもよく、同様の効果が得られる。このように、本発明では、コマンドピストン２の摺動に伴って封止部２３とシート部１７とが当接してクリアランスを塞ぐ弁機能を有する構成となっていればよい。
【００２７】
上記実施形態では、コマンドピストン２の摺動部からの燃料漏れを抑制する例を示したが、燃料噴射弁に使用される摺動部材であり、その摺動部を介して高圧油室と低圧油室が連通する部材であれば、本発明の構成を適用することで同様の効果が得られる。
【００２８】
また、上記実施形態では、制御弁として電磁弁を用いたが、これに限らず、同様に通電により駆動されて制御室の圧力を増減する弁であれば好適に使用できる。また、制御弁を２方弁構造としたが、３方弁構造としてもよい。電磁弁や制御室等の構成を変更することももちろんできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態における燃料噴射弁の全体断面図である。
【図２】第１の実施の形態燃料噴射弁の主要部断面図である。
【図３】第１の実施形態の作動を説明するための燃料噴射弁の主要部断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における燃料噴射弁の主要部断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
Ｂ  ボデー部材
Ｂ１  ノズルボデー
Ｂ２  リテーナ
Ｂ３  バルブボデー
１  ニードル
１１  燃料溜まり
１２  噴孔
１３  ノズルシート
１４  リターンスプリング
１５  筒穴（摺動穴）
１６  低圧油室
１７  シート部
２    コマンドピストン
２１  本体部
２２  摺動部
２３  封止部
３１  高圧通路
３２  低圧通路
４  制御室
４１  インオリフィス
４２  アウトオリフィス
５  電磁弁（制御弁）
５１  ソレノイド
６  アーマチャ
６１  ボール弁（弁体）
６２  連通路
６３  低圧室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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