(57)【要約】【課題】  ジメチルエーテルのように気化しやすい燃料を用いる直動式のインジェクタにおいて、インジェクタ内に燃料が滞留しないようにすることである。【解決手段】  アクチュエータ室４０１内に設けられたアクチュエータ４がニードル３１を駆動し離座せしめると、燃料がニードル３１の外周の環状流路６０２を通り、噴孔６１から噴射されるインジェクタにおいて、連通路６６，６７により、外部から供給された燃料がアクチュエータ室４０１を介して前記環状流路６０２に流入するようにしたことで、アクチュエータ室４０１燃料が滞留するのを防止する。【選択図】        図２
2005291128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の基体に、ニードルが挿置されるとともに該ニードルの外周に燃料を前記基体の先端の噴孔に供給する環状の燃料流路が形成される縦穴と、前記ニードルを駆動し燃料の噴射と停止とを切替えるアクチュエータが格納されたアクチュエータ室とが設けられてなり、前記ニードルの基端部が前記アクチュエータ室の室内に突出して前記基端部から前記アクチュエータが前記ニードルを駆動する直動式のインジェクタにおいて、
外部から供給された燃料が流通する燃料流路として、前記アクチュエータ室を経由して前記環状流路に到る燃料流路を設けたことを特徴とするインジェクタ。
【請求項２】
請求項１記載のインジェクタにおいて、前記基体の外周に該基体を冷却する冷却手段を設けたインジェクタ。
【請求項３】
請求項１または２いずれか記載のインジェクタにおいて、前記燃料流路は、前記アクチュエータ室で通路断面積が拡大するインジェクタ。
【請求項４】
請求項３記載のインジェクタにおいて、前記基体は、棒状の本体部材と、該本体部材の端面を覆う有底筒状の蓋部材と、前記本体部材の端面の凹所に嵌入された嵌入部材とを有し、前記アクチュエータ室は前記蓋部材の内表面と前記端面とで囲まれる空間により室内を形成し、前記縦孔は、前記嵌入部材および前記本体部材に形成された一連の縦孔により形成し、前記嵌入部材には、前記縦孔とは別の孔であって、一端がアクチュエータ室内に臨み、他端が縦孔に臨む孔を形成して前記環状流路と前記アクチュエータ室とを連通せしめたインジェクタ。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか記載のインジェクタにおいて、前記燃料流路は、前記アクチュエータ室よりも上流部または下流部で通路断面積が前記外部から供給された燃料を受ける吸入口の通路断面積よりも縮小するインジェクタ。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか記載のインジェクタにおいて、前記燃料流路内で発生する圧力脈動の周波数ｆ1と、前記ニードルをマスとするバネ−マス系の共振周波数ｆ2との間に、ｍ、ｎを任意の自然数として、ｆ1≠ｍ×ｆ2かつｆ2≠ｎ×ｆ1の関係が成立するインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインジェクタに関し、特にインジェクタ内に生じる圧力脈動の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、ディーゼルエンジン用のコモンレール式燃料噴射装置に用いられるインジェクタは、高度な燃料噴射を実現すべく、燃料の噴射と停止とを切替えるニードルをアクチュエータにより制御して噴射時期および噴射量を自在に設定できるものが広く用いられている。かかるインジェクタとして、従来より、高圧燃料が供給されてニードルの背圧を発生させる背圧制御室を備え、背圧制御室の圧力を増減することでニードルの着座と離座とを切替えるものがある（下記特許文献１）。このものでは、背圧制御室が高圧時には着座状態となっているニードルが、背圧制御室を低圧源である燃料タンクに連通させることにより背圧を減圧すると、離座する。また、インジェクタを構成する可動部材は孔に摺動自在に保持されたものを一般的に含むが、この孔の摺動部では高圧部から摺動部を介して低圧部にリークする燃料の移動があり、このリーク燃料も前記燃料タンクへと戻される。
【０００３】
ディーゼルエンジンの燃料は軽油が一般的であるが、近年、燃料の気化性、発火性、清浄性などを考慮してジメチルエーテル（ＤＭＥ）や、セタン価向上を企図して添加剤を加えた液化石油ガス（ＬＰＧ）といった低臨界性の液化ガス燃料が代替燃料として検討されている（なお、以下の説明において、ＬＰＧとは、特に言及しない限りセタン価向上剤を加えたものをいうものとする）。
【０００４】
液化ガス燃料はその低臨界性ゆえに従来より燃料として使われている軽油と比較して気化しやすく、燃料を回収するための燃料回収装置が新たに必要になる。下記特許文献２の燃料回収装置は、気化した液化ガス燃料が回収されて貯留するパージタンク、パージタンク内の液化ガス燃料を圧縮、液化させるポンプを備えており、エンジンの大型化、高コス化は避けられない。このため、インジェクタの方式として、ニードルの制御用に燃料を用いずにニードルをアクチュエータにより直接駆動する直動方式を採用することが考えられる（特許文献３）。
【特許文献１】特開平１０−１８９３４号公報
【特許文献２】実開平１１−２２５９０号公報
【特許文献３】特開２００３−１１３７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、直動式のインジェクタは、前記のごとく高圧部から低圧部へと燃料が移動し回収されるという構成となっていないから、インジェクタ内で燃料が滞留しやすくなる。このため、燃料の温度上昇でベーパ化するおそれがある。
【０００６】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、圧力脈動を抑制し燃料噴射量の調量精度を向上することができ、液化ガス燃料にも好適に適用することのできるインジェクタおよび内燃機関の燃料噴射装置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】
【０００７】
請求項１記載の発明では、棒状の基体に、ニードルが挿置されるとともに該ニードルの外周に燃料を前記ハウジングの先端の噴孔に供給する環状の燃料流路が形成される縦穴と、前記ニードルを駆動し燃料の噴射と停止とを切替えるアクチュエータが格納されたアクチュエータ室とが設けられてなり、前記ニードルの基端部が前記アクチュエータ室の室内に突出して前記基端部から前記アクチュエータが前記ニードルを駆動する直動式のインジェクタにおいて、
外部から供給された燃料が流通する燃料流路として、前記アクチュエータ室を経由して前記環状流路に到る燃料流路を設ける。
【０００８】
外部から供給された燃料がアクチュエータ室を通過するようにすることで、燃料がアクチュエータ室に澱まず、温度上昇が軽減されるので、燃料のベーパ化を抑制することができる。低臨界性の液化ガス燃料を燃料とする場合に特に効果的である。
【０００９】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記基体の外周に該基体を冷却する冷却手段を設ける。
【００１０】
冷却手段を設けることで、基体温度を下げ，さらに燃料の温度上昇を抑制することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明では、請求項１または２の発明の構成において、前記燃料流路は、前記アクチュエータ室で通路断面積が拡大する構成とする。
【００１２】
通路断面積が拡大することで燃料中を進行する圧力波が減衰し、圧力脈動を低減することができる。液化ガス燃料は粘性が低く、圧力波が減衰しにくいので、特に効果的である。
【００１３】
請求項４記載の発明では、請求項３の発明の構成において、前記基体は、棒状の本体部材と、該本体部材の端面を覆う有底筒状の蓋部材と、前記本体部材の端面の凹所に嵌入された嵌入部材とを有し、前記アクチュエータ室は前記蓋部材の内表面と前記端面とで囲まれる空間により室内を形成し、前記縦孔は、前記嵌入部材および前記本体部材に形成された一連の縦孔により形成し、前記嵌入部材には、前記縦孔とは別の孔であって、一端がアクチュエータ室内に臨み、他端が縦孔に臨む孔を形成して前記環状流路と前記アクチュエータ室とを連通せしめる。
【００１４】
前記環状流路と前記アクチュエータ室とを連通させる流路部分を、前記嵌入部材に予め作っておくことで、前記流路部分の形成を容易になし得る。このとき、記嵌入部材の外周を掘り下げておくことで、アクチュエータ室の容積を十分に確保することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明では、請求項１ないし４の発明の構成において、前記燃料流路は、前記アクチュエータ室よりも上流部または下流部で通路断面積が前記外部から供給された燃料を受ける吸入口の通路断面積よりも縮小する構成とする。
【００１６】
吸入口に対して前記アクチュエータ室よりも上流部または下流部を絞ることにより、燃料中を進行する圧力波が減衰し、さらに圧力脈動を低減することができる。液化ガス燃料は粘性が低く、圧力波が減衰しにくいので、特に効果的となる。なお、この場合、燃料流路における通路断面積は噴孔の開口面積の総和以上であることが要請されるのは勿論である。
【００１７】
請求項６記載の発明では、請求項１ないし５の発明の構成において、前記燃料流路内で発生する圧力脈動の周波数ｆ1と、前記ニードルをマスとするバネ−マス系の共振周波数ｆ2との間に、ｍ、ｎを任意の自然数として、ｆ1≠ｍ×ｆ2かつｆ2≠ｎ×ｆ1の関係が成立する構成とする。
【００１８】
これにより、ニードルの共振を防止し、燃料中を進行する圧力波が減衰し、圧力脈動を低減することができる。液化ガス燃料は粘性が低く、圧力波が減衰しにくいので、特に効果的となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態）
図１に本発明を適用した第１実施形態になる燃料噴射装置の構成を示す。燃料として例えば液化ガス燃料を用いるものとすることができる。燃料噴射装置の全体構成は一般的なもので、インジェクタ１４は各気筒に１対１に対応して、先端を各気筒の燃焼室に臨んで設けられ，コモンレール１３が供給する燃料を噴射する。コモンレールに１３にはポンプ部１２が、燃料タンク１１から吸い上げた燃料を圧送し、コモンレール１３内の燃料圧を高圧（３０ＭＰａ程度）にする。インジェクタ１４の燃料噴射と停止との切替え、およびポンプ部１２の圧送量の調整はＥＣＵ１５によりなされる。
【００２０】
インジェクタ１４は、図２に示すように、ケーシング２１、バルブボディ２２、ディスタンスピース２３、リテーニングナット２４および蓋部材であるキャップハウジング２５により、インジェクタ１４に略棒状の全体形状を与える基体２が構成される。基体２の図中下側よりバルブボディ２２、ディスタンスピース２３およびケーシング２１は対向端面で当接しリテーニングナット２４により互いに結合している。キャップハウジング２５はケーシング２１の上端に覆着されている。ハウジングキャップ２５の内表面とケーシング２１の端面とで囲まれた空間を室内としてアクチュエータ室であるアーマチャ室２６が形成される。また、ケーシング２１は上端部が外周方向に突出し、突出部の先端はコモンレール１３が供給する燃料を受ける吸入口である吸入ポート６０１となっている。
【００２１】
棒状の基体２には内部に種々の孔が形成されて、これに構成部材が収容されるとともに、燃料の流路が形成される。ケーシング２１およびバルブボディ２２には一連の縦孔６２，６３が形成され、ニードルである棒状の弁体３１が収容されている。弁体３１は離座状態では後述するようにバルブボディ２２の先端に形成された噴孔６１から燃料が噴射され、着座状態では噴射が禁止される。
【００２２】
弁体３１の外周にはディスタンスピース２３位置に設けられた拡径部３１１と係合する環状のスプリング受け部材３２およびシム３３が設けてある。さらにその上方にはスプリング３４が収容されている。スプリング３４はシム３３およびスプリング受け部材３２を介して常時、弁体３１を下方すなわち着座方向に付勢している。スプリング３４のバネ力はシム３３の厚さの調整で調整可能である。
【００２３】
弁体３１は縦孔６２，６３の上下２箇所で摺動自在に保持されている。側面が弁体３１の側面と摺接する縦孔６２，６３の摺動部６２１，６３１のうち、下側の摺動部６３１位置では弁体３１の側面が一部面とりされて、摺動部６３１の前後で弁体３１の外周が連通している。しかして、摺動部６２１よりも下側では弁体３１の外周に、弁体３１の離座時に噴孔６１に達する実質的に環状の流路（環状流路）６０２が形成され、燃料を噴孔６１に供給する。
【００２４】
弁体３１は基端部がケーシング２１の上端から突出し、基端部からアクチュエータ４により駆動されるようになっており、縦孔６２，６３に沿って直線動して、着座または離座する。アクチュエータ４はアーマチャ室２６内に配設される。すなわち、弁体３１の基端部には、アーマチャ２６が固着され、これに対向してキャップハウジング２５の底部にステータ４２が設けられている。ステータ４２の外周にはコイル４３が巻回され、通電時には弁体３１を吸引し上方変位せしめるようになっている。
【００２５】
ケーシング２１の上端面には円形の凹所６４が設けられ、その上方にシム２６が配置されている。シム２６は、前記凹所６４よりも大径の環状部材で、外側の周縁部で前記凹所６４の段上面と当接する。キャップハウジング２５をケーシング２１と螺結すると、シム２６がケーシング２１とステータ４２との間に固定される。シム２６の内径は弁体３１の鍔部３１２よりも小径で、シム２６が内側の周縁部で鍔部３１２を受けるようになっており、前記凹所６４の深さで弁体３１のリフト量が規定される。
【００２６】
インジェクタ１４内の燃料の供給通路について説明する。ケーシング２１の前記突出部には突出方向に孔６５が形成され、縦孔６２近傍に達している。孔６５の開口部が前記吸入ポート６０１としてある。吸入ポート６０１の直下流にはフィルタ５１が配置されており、燃料中の異物を除去する。
【００２７】
前記凹所６４の底面からは孔６５に達する細孔が形成され、吸入ポート６０１とアーマチャ室４０１とを連通する連通路６６としてある。前記凹所６４の底面からはまた、縦孔６２に達する細孔が形成され、アーマチャ室４０１と縦孔６２とを連通する連通路６７としてある。しかして、コモンレール１３からの燃料が吸入ポート６０１〜連通路６６〜アーマチャ室４０１〜連通路６７〜環状流路６０２という経路をとる燃料流路で供給され、弁体３１の離座時には噴孔６１から燃料が噴射される。アーマチャ室４０１を燃料流路の一部としてみたとき、その通路断面積を、インジェクタ１４の横断面方向および縦断面方向のいずれでも連通路６６，６７よりも大きくしてある。シム２６よりも下側部分だけで比較しても大きい。
【００２８】
また、インジェクタ１４に供給された高圧燃料はすべて噴射燃料として使われ、低圧源にリークしない。いわゆるリークレスとなっている。
【００２９】
前記連通路６６，６７の通路断面積は、吸入ポート６０１における通路断面積よりも小さく設定する。なお、本インジェクタ１４は吸入ポート６０１位置にフィルタ５１が設けてあり、その通路断面積を吸入ポート６０１における通路断面積とする。
【００３０】
本インジェクタ１４の作用の説明に先立ち、これと対比する従来の直動式のインジェクタについて説明する。従来の直動式のインジェクタは図７に示すように、ケーシング８１に、吸入ポート８０２に通じる孔８０３を、弁体８２が挿置される縦穴８０１を横切り、アーマチャ室８０５の直下に達する深さに形成し、孔８０３の最深部で孔８０３とアーマチャ室８０５とを連通路８０４により連通せしめていた。吸入ポート８０２から流入した燃料は孔８０３を通り弁体８２の外周に達するとともに、連通路８０４を介してアーマチャ室８０５に燃料が貯留していた。このため、噴射により新たな燃料が吸入ポート８０２から流入しても、アーマチャ室８０５の燃料は滞留して澱んだままとなる。
【００３１】
これに対して本インジェクタ１４では、吸入ポート６０１から流入した燃料はアーマチャ室４０１を介して環状流路６０２に達するため、アーマチャ室４０１に燃料が滞留することを防止することができる。したがって、燃料の受熱量を小さくすることができる。また、燃料がケーシング２１などに対する冷却作用を奏するので、さらに燃料の温度上昇を抑制し、燃料のベーパ化防止効果を高めることができる。
【００３２】
また、前記のごとく、アーマチャ室４０１は燃料流路の一部であり、通路断面積が大きくしてあるから、アーマチャ室４０１では、燃料内を進行する圧力波が減衰し、圧力脈動を低減する緩衝作用を奏する。この緩衝作用はアーマチャ室４０１の容積に依存し、２０００ｍｍ２以上とするのがよい。
【００３３】
なお、圧力脈動は、圧力脈動の周波数ｆ1と、弁体３１およびスプリング３４により形成されるバネ−マス系の共振周波数ｆ2とが式（１）、（２）に示すように、それぞれの高次成分も含め一致しないようにすることで、より、圧力脈動を軽減することができる。
ｆ1≠ｎｆ2・・・（１）
ｆ2≠ｎｆ1・・・（２）
【００３４】
周波数ｆ1，ｆ2は以下のように求められる。圧力波は弁体３１が着座するシート面位置（Ａ点）で発生し、燃料流通路に沿って進行するため、圧力波の反射位置（Ｂ点）のＡ点からの距離をＬとして、圧力波がＡ点−Ｂ点間を往復する時間ｔは式（３）となる。なお、Ｂ点は、環状流路６０２の上端や、インジェクタ１４とコモンレール１３とを接続する供給配管のの接続部など、音響インピーダンスが変化する位置である。式中、ｖは燃料中の音速である。したがって、周波数ｆ1は式（４）と表される。
ｔ＝２Ｌ／ｖ・・・（３）
ｆ1＝ｖ／２Ｌ・・・（４）
【００３５】
また、バネ−マス系の共振周波数ｆ2は、弁体３１の質量をｍ、スプリング３４のバネ定数をｋとして、式（５）と表される。
ｆ2＝（ｋ／ｍ）１／２・・・（５）
【００３６】
なお、圧力脈動の周波数ｆ1を規定する音速ｖは燃料の体積弾性率をκ、密度をρとして、式（６）と表される。燃料の体積弾性率κ、密度ρは燃料性状や温度により変化するから、これらの変化を予め考慮して前記式（１）、（２）が不成立とならないように前記周波数ｆ1，ｆ2を規定するインジェクタ１４の仕様を設定するのがよい。例えば、スプリング３４のバネ定数ｋを変えることが考えられるが、シム３３の調整によりスプリング３４はバネ力を調整できるので、バネ定数ｋの変更に伴うバネ力の調整が容易である。
ｖ＝（κ／ρ）１／２・・・（６）
【００３７】
また、連通路６６，６７は、吸入ポート６０１の通路断面積、ここではフィルタ５１の通路断面積よりも狭くして、絞りとして作用するようになっているから、さらに圧力脈動を低減することができる。なお、適正な燃料噴射を実現するために、連通路６６，６７の通路断面積が噴孔６１の開口面積の総和よりも大きいことが要請されるのは勿論である。
【００３８】
（第２実施形態）
図３に本発明の第２実施形態になるインジェクタを示す。第１実施形態の構成において、アーマチャ室の形状を別の構成に代えて、アーマチャ室の圧力脈動低減効果の増大を図ったもので、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００３９】
本実施形態では、アーマチャ室４０１Ａの室壁面の一部を構成する凹所６４Ａの底面を、縦孔６２の外周で掘り下げ、掘り下げた環状部分の体積の分、アーマチャ室４０１Ａの容積を増大する。これにより、さらに圧力脈動の低減効果を得ることができる。
【００４０】
（第３実施形態）
図４に本発明の第３実施形態になるインジェクタを示す。第１実施形態の構成において、アーマチャ室の形状を別の構成に代えて、アーマチャ室の圧力脈動低減効果の増大を図ったもので、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４１】
第２実施形態のように凹所の底面を環状に掘り下げると、アーマチャ室の容積が拡大して、圧力脈動低減効果が増大するが、環状部分が深く、その内周の縦孔形成部分が高く突出する形状となるので、加工の困難性が増す。本実施形態では、ケーシング２１Ｂの上端面の凹所６４Ｂを段付きとして小径深部に断面円形の嵌入部材２７が圧入してある。図５（Ａ）にケーシング２１Ｂを示し、図５（Ｂ）に嵌入部材２７を示す。
【００４２】
嵌入部材２７には、軸線に沿って弁体３１を摺動自在に保持する貫通する縦孔６２ｂが形成されている。縦孔６２ｂと、ケーシング２１Ｂに形成された縦孔６２ａとは一意の孔であり、前記各実施形態と同様の、弁体３１を挿置する縦孔を形成する。縦孔６２ａと平行に嵌入部材２７の上側の端面から第１の細孔６７ａが摺動部６２１よりも下方位置まで形成されている。また、嵌入部材２７の側面から第１の細孔６７ａの下端部を横切り縦孔６２ｂに達する横孔が形成され、第２の細孔６７ｂとしてある。しかして、細孔６７ａ，６７ｂにより、アーマチャ室４０１Ｂと縦孔６２ａとを連通する連通路が形成される。細孔６７ａ，６７ｂは嵌入部材２７をケーシング２１Ｂに組付ける前に予め形成しておけばよい。したがって、加工上の制限を受けることなくアーマチャ室４０１Ｂの容積を十分に確保することができる。
【００４３】
なお、アーマチャ室４０１Ｂと孔６５とを連通する連通路６６は前記各実施形態と同様にケーシング２１Ｂに形成しているが、嵌入部材２７に形成してもよい。すなわち、嵌入部材２７に細孔６７ａ，６７ｂと同様の孔を、細孔６７ａ，６７ｂとは反対の孔６５側に形成するとともに、孔６５を凹所６４Ｂの小径深部に達する深さまで穿成して、嵌入部材２７の前記孔と、ケーシング２１Ｂの孔６５とを連通させる。
【００４４】
（第４実施形態）
図６に本発明の第４実施形態になるインジェクタを示す。第１実施形態の構成において、ハウジングキャップ２５の外周に側面に沿って冷却手段であるパイプ７１を螺旋状に配設し、パイプ７１には冷却水をポンプにより循環させるようになっている。これにより、ハウジングキャップ２５およびケーシング２１を介して燃料が冷却され、さらに燃料の温度上昇を抑制することができる。
【００４５】
なお、本発明は、液化ガス燃料のほか、軽油を用いるインジェクタなど、広く、適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態になる内燃機関の燃料噴射装置の構成図である。
【図２】前記燃料噴射装置を構成するインジェクタの断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態になるインジェクタの変形例の断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態になるインジェクタの変形例の断面図である。
【図５】（Ａ）は前記インジェクタの構成部材の断面図であり、（Ｂ）は前記インジェクタの別の構成部材の断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態になるインジェクタの変形例の断面図である。
【図７】従来のインジェクタの断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１  燃料タンク
１２  ポンプ
１３  コモンレール
１４  インジェクタ
１５  ＥＣＵ
２  基体
２１  ケーシング
２１Ｂ  ケーシング（本体部材）
２２  バルブボディ
２３  ディスタンスピース
２４  リテーニングナット
２５  キャップハウジング
２６  シム
２７  嵌入部材
３１  弁体（ニードル）
３２  スプリング受け
３３  シム
３４  スプリング
４  アクチュエータ
４０１，４０１Ａ，４０１Ｂ  アーマチャ室（アクチュエータ室）
４１  アーマチャ
４２  ステータ
４３  コイル
５１  フィルタ
６０１  吸入ポート（吸入口）
６０２  環状流路
６１  噴孔
６２，６２ａ，６２ｂ，６３  縦孔
６４，６４Ａ，６４Ｂ  凹所
６５  孔
６６，６７  連通路
７１  パイプ（冷却手段）
【図１】
2005291128.tif 000003
【図２】
2005291128.tif 000004
【図３】
2005291128.tif 000005
【図４】
2005291128.tif 000006
【図５】
2005291128.tif 000007
【図６】
2005291128.tif 000008
【図７】
2005291128.tif 000009