(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する噴孔を形成し、その噴孔を開閉するための針弁を昇降可能に設け、その針弁の基端部側に、コモンレールから加圧燃料を導入・排出して針弁を下降・上昇させるバランスチャンバを設け、そのバランスチャンバから上記針弁を伝いリークした燃料を溜める中間室を設け、その中間室を燃料タンクに連通させてリーク燃料を上記燃料タンクに戻すリーク通路を設けた軽油用の燃料噴射弁を、軽油より粘度の低い燃料用とするために、上記中間室と上記燃料タンクとを遮断すべく上記リーク通路を閉塞し、かつ上記中間室に上記コモンレールの加圧燃料を導入すべく、その中間室をコモンレールに連通させる高圧通路を設けたことを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
【請求項２】
上記軽油より粘度の低い燃料が、ジメチルエーテルである請求項１記載の燃料噴射弁の製造方法。
【請求項３】
上記針弁を、噴孔側先端部からバランスチャンバ側基端部まで一部材で形成した請求項１または２記載の燃料噴射弁の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジメチルエーテルを燃料とするディーゼルエンジンなどに適用される燃料噴射弁の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンにおいて、高圧ポンプで加圧された燃料をコモンレールに一旦貯留し、そのコモンレールからインジェクタに燃料を供給するようにしたものが知られている。
【０００３】
一般に、コモンレール式ディーゼルエンジンに適用されるインジェクタでは、インジェクタボディ内にニードルを昇降可能に収容し、そのニードルを昇降駆動して噴孔を開閉するようにしている。
【０００４】
そのニードルの駆動方式として、圧力バランスタイプ（例えば、特許文献１、２参照）と直動タイプとがある。
【０００５】
直動タイプのインジェクタは、ソレノイドや圧電素子などのアクチュエータによりニードルを直接駆動して、ニードルを引き上げるものである。
【０００６】
直動タイプのインジェクタでは、ニードルの引き上げ時に、アクチュエータが、ニードルのノズルシート部分などにかかる下向きの燃料圧力に抗してニードルを引き上げるため、アクチュエータには強い駆動力が必要とされる。
【０００７】
しかし、一般にアクチュエータは、駆動力が強くなるとサイズが大型化する傾向にあり、大きなアクチュエータは、配置が難しいという問題がある。例えば、エンジンの体積効率向上には吸気弁および排気弁をそれぞれ２弁とすることが好ましく、そのためインジェクタの配置スペースが限られることから、インジェクタをエンジンセンターに配置するのが主流となっている。この場合、インジェクタのサイズは、吸気弁・排気弁の寸法により制約されるので、大駆動力ソレノイド、圧電素子など大型アクチュエータでは搭載性が悪くなってしまう。
【０００８】
また、エンジン回転数・負荷が高いと必要とされるコモンレール圧力は高くなる。コモンレール圧力による下降力に比べてアクチュエータの駆動力が低いと、ニードルを引き上げることができなくなってしまう。一般には、直動タイプのインジェクタでは、コモンレール圧力は、上限３０ＭＰａ程度付近までしか使用することができない。
【０００９】
圧力バランスタイプのインジェクタは、圧力制御室からニードルに燃圧を付与・解除して、ニードルに対する力のバランスを変化させ、ニードルを下降・上昇させるものである。
【００１０】
図４に示すように、圧力バランスタイプのインジェクタ５１は、ニードル３０を収容するインジェクタボディ１０と、インジェクタボディ１０の先端に取り付けられ複数の噴孔２を有するノズル１２と、ニードル３０を下降・上昇させるべくコモンレール４からの加圧燃料を導入・排出するバランスチャンバ５と、ニードル３０を伝いリークした燃料を溜める中間室６と、その中間室６のリーク燃料を燃料タンク７に戻すリーク通路８とを備える。
【００１１】
また、圧力バランスタイプのインジェクタ５１のニードル３０は、バランスチャンバ５の燃料により付勢されるコマンドピストン３１と、噴孔２を開閉するニードル部材３３と、それらニードル部材３３とコマンドピストン３１とを接続する中間ロッド３２との３部材で構成される。
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−７７９２４号公報
【特許文献２】特開２０００−１８１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、近年、一般的な軽油の他に、例えば、ジメチルエーテル（以下、ＤＭＥという）などの液化ガス燃料を用いることが検討されている。
【００１４】
そのＤＭＥを上述した圧力バランスタイプのインジェクタ５１にて噴射させる場合、ＤＭＥは軽油に比べ低粘性であることから、インジェクタボディ１０とニードル３０との隙間からリークする燃料が多くなってしまうという問題があった。
【００１５】
すなわち、コモンレール４に接続されたバランスチャンバ５やノズル１２は高圧であり、一方、燃料タンク７に接続された中間室６は低圧であることから、その圧力差によりバランスチャンバ５やノズル１２内の燃料が、中間室６に向かいニードル３０を伝ってリークすることになる。
【００１６】
そのように漏れた（リークした）ＤＭＥは、中間室６にて気化し、そのときの蒸発潜熱によりインジェクタ部品が凍結してしまう。
【００１７】
また、軽油に比べてリーク量が多くなるので、コモンレール４に加圧燃料を供給する高圧ポンプの吐出量を増大させる必要があり、高圧ポンプの大型化を招いてしまう。
【００１８】
このように、図４のインジェクタ５１では、中間ロッド３２部分やコマンドピストン３１上部での摺動不良や、高圧燃料ポンプの必要吐出量が増大などの問題がある。
【００１９】
そこで、図５に示すインジェクタ６１のように、インジェクタボディ１０内に、コモンレール４に連通する中間室６２を形成し、かつニードル６３を一部材で構成することが考えられる。
【００２０】
この場合、中間室６２が、バランスチャンバ５やノズル１２と同じく高圧となるため、圧力差によるバランスチャンバ５やノズル１２からの燃料の漏れがなくなり、インジェクタ部品の凍結という問題は生じない。
【００２１】
しかしながら、図５のインジェクタ６１は、図４に示すような従来の軽油用インジェクタに対して構造が大きく異なり特殊なものとなるため、コストアップが懸念される。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＤＭＥなど粘度の低い燃料を使用可能でかつ、製造コストの低減を図ることができる燃料噴射弁の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために本発明は、燃料を噴射する噴孔を形成し、その噴孔を開閉するための針弁を昇降可能に設け、その針弁の基端部側に、コモンレールから加圧燃料を導入・排出して針弁を下降・上昇させるバランスチャンバを設け、そのバランスチャンバから上記針弁を伝いリークした燃料を溜める中間室を設け、その中間室を燃料タンクに連通させてリーク燃料を上記燃料タンクに戻すリーク通路を設けた軽油用の燃料噴射弁を、軽油より粘度の低い燃料用とするために、上記中間室と上記燃料タンクとを遮断すべく上記リーク通路を閉塞し、かつ上記中間室に上記コモンレールの加圧燃料を導入すべく、その中間室をコモンレールに連通させる高圧通路を設けたものである。
【００２４】
好ましくは、上記軽油より粘度の低い燃料が、ジメチルエーテルである。
【００２５】
好ましくは、上記針弁を、噴孔側先端部からバランスチャンバ側基端部まで一部材で形成したものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＤＭＥなど粘度の低い燃料を使用可能でかつ、製造コストの低減を図ることができるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２８】
本実施形態のインジェクタ（燃料噴射弁）は、例えば、ジメチルエーテル（以下、ＤＭＥという）を燃料とするディーゼルエンジンなどに適用される。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態のインジェクタ１は、燃料を噴射する噴孔２を形成し、その噴孔２を開閉するための針弁（以下、ニードルという）３を昇降可能に設け、そのニードル３の基端部側に、コモンレール４から加圧燃料を導入・排出してニードル３を下降・上昇させるバランスチャンバ５を設け、そのバランスチャンバ５から上記ニードル３を伝いリークした燃料を溜める中間室６を設け、その中間室６を燃料タンク７に連通させてリーク燃料を上記燃料タンク７に戻すリーク通路８を設けたものにおいて、上記中間室６と上記燃料タンク７とを遮断すべく上記リーク通路８を閉塞し、かつ上記中間室６に上記コモンレール４の加圧燃料を導入すべく、その中間室６をコモンレール４に連通させる高圧通路９を設けたものである。
【００３０】
また、本実施形態のニードル３は、噴孔側の先端部からバランスチャンバ側の基端部まで一部材で形成される。
【００３１】
インジェクタ１は、ニードル３を昇降可能に（図１において上下方向移動可能に）収容する収容穴１１が形成されたインジェクタボディ１０と、そのインジェクタボディ１０の先端（図１において、下端）に取り付けられ複数の噴孔２が形成されたノズル１２とを備える。インジェクタボディ１０は、上部（ソレノイド２３側）から順に第一ピース１０１、第二ピース１０２および第三ピース１０３を組み付けて構成される。
【００３２】
インジェクタボディ１０には、コモンレール４に貯留された加圧燃料を、バランスチャンバ５、中間室６、およびノズル１２に供給するための燃料供給路４１が接続される。
【００３３】
より具体的には、インジェクタボディ１０内に、燃料供給路４１に接続されフィルタ（図例ではバーフィルタ）１３が設けられた導入路１４と、その導入路１４にバランスチャンバ５を連通させる第一供給路１５と、導入路１４に中間室６及びノズル１２を連通させる第二供給路１６とが形成される。本実施形態の第一供給路１５には、オリフィス１５１が設けられる。
【００３４】
それら導入路１４と第一供給路１５（または、第二供給路１６）とにより、コモンレール４からの加圧燃料が、バランスチャンバ５（または、中間室６およびノズル１２）に導入される。したがって、本実施形態では、バランスチャンバ５、中間室６およびノズル１２の内部が、高圧（コモンレール圧）、かつ略同圧に保たれる。
【００３５】
バランスチャンバ５は、ニードル３の基端部側（図１において、ニードル３の上方）のインジェクタボディ１０内に設けられる。より具体的には、バランスチャンバ５は、ニードル３の上面と、収容穴１１の上部に形成され収容穴１１より大径な穴部１７の側面と、その穴部１７の上方を塞ぐオリフィスプレート１８の下面とで区画形成される。
【００３６】
穴部１７の側面には、第一供給路１５の流出口が開口し、その第一供給路１５よりバランスチャンバ５内に加圧燃料が導入される。オリフィスプレート１８には、バランスチャンバ５と後述するアマチュア室２０とを連通するためのオリフィス孔１９が形成される。
【００３７】
詳しくは後述するが、燃料噴射停止時は、バランスチャンバ５内の燃料の圧力によりニードル３が下方に付勢されて噴孔２を閉塞し、燃料噴射時は、バランスチャンバ５内の燃料がアマチュア室２０に排出されて圧力が低下し、ニードル３がリフトする。
【００３８】
アマチュア室２０は、バランスチャンバ５の上方のインジェクタボディ１０内に形成される。そのアマチュア室２０内には、上下方向に移動可能に設けられオリフィスプレート１８のオリフィス孔１９を開閉するためのアマチュア２１と、そのアマチュア２１を下方に付勢してオリフィス孔１９を閉塞するためのアマチュアスプリング（図例では、コイルスプリング）２２と、そのアマチュアスプリング２２の付勢力に抗してアマチュア２１を上方に引き上げてオリフィス孔１９を開放するためのソレノイド２３とが設けられる。ソレノイド２３は、図示しないエンジン制御装置などに接続され、そのエンジン制御装置は、アマチュア２１を昇降させてインジェクタ１の噴射量や噴射タイミングなどを制御する。
【００３９】
アマチュア室２０は、燃料戻り路７１を介して燃料タンク７に接続される。ここで、バランスチャンバ５からアマチュア室２０に排出される燃料は、オリフィス孔１９にて絞られるため、アマチュア室２０はバランスチャンバ５に比べ低圧に保たれる。
【００４０】
バランスチャンバ５の下方のインジェクタボディ１０内には、中間室６が形成される。中間室６は、バランスチャンバ５とノズル１２との上下方向中間位置に設けられる。本実施形態の中間室６は、バランスチャンバ５とノズル１２との間にて収容穴１１を一部拡径して、区画形成される。
【００４１】
その中間室６には、リーク通路８が接続される。リーク通路８は、一端が中間室６に接続されると共に他端がアマチュア室２０に接続され、本実施形態では、そのアマチュア室２０側の他端部にリーク通路８を閉塞する栓材２６が設けられる。その栓材２６により、中間室６とアマチュア室２０との間の燃料の流通が遮断される。
【００４２】
図２に示すように、本実施形態の栓材２６は、一方の端部が閉塞されたスリーブ２６１と、そのスリーブ２６１内に嵌め込まれるボール材２６２とで構成される。
【００４３】
図３に示すように、中間室６は、高圧通路９を介して第二供給路１６に接続され、その高圧通路９および第二供給路１６により中間室６に加圧燃料が導入される。
【００４４】
図１に戻り、ノズル１２は、中空状に形成され、その内部にニードル３の下部を収容する。そのノズル１２の内面には、第二供給路１６の流出口が開口し、その第二供給路１６からの加圧燃料がノズル１２とニードル３との間に導入される。
【００４５】
ノズル１２の下端部（先端部）は、下方に至るにつれ縮径されるテーパ状に形成され、その下端部の内面により、ニードル３を着座させるためのシート部が構成される。そのシート部よりも下端（先端）側には、周方向に間隔を隔てて複数の噴孔２が形成される。
【００４６】
中間室６とノズル１２との間には、ニードル３を下方に付勢するためのニードルスプリング２８が設けられる。
【００４７】
そのニードルスプリング２８の弾性力とバランスチャンバ５内の燃料の圧力とによりニードル３は下方に付勢される。一方、ノズル１２内の燃料の圧力によりニードル３は上方に付勢される。
【００４８】
燃料噴射停止時は、ニードルスプリング２８およびバランスチャンバ５内の燃料による下降力がノズル１２内の燃料による上昇力を上回り、ニードル３がシート部に着座時する。一方、燃料噴射時は、バランスチャンバ５内の燃料が排出されて、下降力が上昇力よりも弱くなり、ニードル３がリフトする。
【００４９】
次に、本実施形態のインジェクタ１の製造方法を説明する。
【００５０】
本実施形態のインジェクタ１は、例えば、図４に示されるような軽油用のインジェクタ５１を基に製造される。
【００５１】
まず、図４に基づいて、その軽油用インジェクタ５１の概略構造を説明する。なお、本実施形態のインジェクタ１と同一の要素については、図中同一符号を付すに止め、詳細な説明は省略する。
【００５２】
図４に示すように、軽油用インジェクタ５１は、そのノズル１２に燃料を噴射する噴孔２を形成し、他方、その噴孔２を開閉するためのニードル３０をインジェクタボディ１０内に昇降可能に設け、そのニードル３０の基端部側に、コモンレール４から加圧燃料を導入・排出してニードル３０を下降・上昇させるバランスチャンバ５を設け、そのバランスチャンバ５の下方にバランスチャンバ５から上記ニードル３０を伝いリークした燃料を溜める中間室６を設け、上記バランスチャンバ５の上方に、そのバランスチャンバ５にオリフィス１９を介して連通可能でかつ上記燃料タンク７に連通されたアマチュア室２０を設け、そのアマチュア室２０を介して上記中間室６を燃料タンク７に連通させてリーク燃料を上記燃料タンク７に戻すリーク通路８を設けて構成される。
【００５３】
また、軽油用インジェクタ５１のニードル３０は、圧力バランスバルブ構造としてコマンドピストン３１、中間ロッド３２、ニードル部材３３の３個の部材から構成される。
【００５４】
ここで、ＤＭＥを燃料とする場合、ＤＭＥは軽油に比べて粘度が低いことから、図４の軽油用インジェクタ５１をそのままＤＭＥ用インジェクタに転用すると、高圧側のバランスチャンバ５から低圧側の中間室６へＤＭＥのリーク量が軽油に比べて多くなってしまう。
【００５５】
そこで、本実施形態では、中間室６を高圧にすることでバランスチャンバ５と同圧にし、バランスチャンバ５から中間室６へのＤＭＥのリークが抑制されるように、軽油用インジェクタ５１に変更を施した。
【００５６】
すなわち、本実施形態のインジェクタ１の製造方法は、上述した軽油用インジェクタ５１の中間室６と燃料タンク７とを遮断すべくリーク通路８を閉塞し、かつ中間室６にコモンレール４の加圧燃料を導入すべく、その中間室６をコモンレール４に連通させる高圧通路９を設けたものである。
【００５７】
図２に示すように、リーク通路８の閉塞は、リーク通路８にアマチュア室２０側の開口部から栓材２６（図例では、メクラプラグ）を嵌め込むことで行われる。具体的には、予めリーク通路８のアマチュア室２０側の端部に、スリーブ２６１の外径と同径な嵌め込み穴８１と、その嵌め込み穴８１（スリーブ２６１の外径）よりも小径な段部８２とを形成する。次に、嵌め込み穴８１にスリーブ２６１を嵌め込む。その嵌め込まれたスリーブ２６１内に、そのスリーブ２６１の内径よりも大きな径のボール材２６２を押し込んで、スリーブ２６１を固定する。
【００５８】
図３に示すように、高圧通路９は、例えば、インジェクタボディ１０に穴加工や、その第二ピース１０２の下面に溝加工などを施して形成する。
【００５９】
図１に戻り、本実施形態では、ニードル３を、噴孔側先端部からバランスチャンバ側基端部まで一部材で形成する。
【００６０】
このように本実施形態では、量産品の中間室低圧タイプの軽油用インジェクタ５１を基本とし、最小限の加工（リーク通路８の閉塞、高圧通路９の形成）と最小組み換え部品（一体型ノズル１２）とで、中間室高圧タイプのＤＭＥ用インジェクタ１を実現することができる。
【００６１】
次に、図１に基づき本実施形態のインジェクタ１の作用を説明する。
【００６２】
図１に示すように、ディーゼルエンジンの運転時、コモンレール４に貯留された加圧燃料（高圧燃料）は、インジェクタ１の導入路１４を通り、第一供給路１５および第二供給路１６に導入される。第一供給路１５の加圧燃料はバランスチャンバ５内に導入され、第二供給路１６の加圧燃料はノズル１２に導入される。
【００６３】
さらに、本実施形態では、第二供給路１６と中間室６とを連通するための高圧通路９を形成しているので、その高圧通路９を通り、第二供給路１６の加圧燃料が中間室６に導入される。一方、本実施形態では、中間室６からアマチュア室２０に延びるリーク通路８が、栓材２６により閉塞されており、中間室６の燃料がアマチュア室２０に流出することはない。
【００６４】
以上から、本実施形態では、バランスチャンバ５およびノズル１２内の圧力と中間室６の圧力とが略同圧に保たれる。
【００６５】
ここで、バランスチャンバ５から中間室６に至る収容穴１１とニードル３との間には、ＤＭＥが流通可能な隙間があいているが、本実施形態では、バランスチャンバ５と中間室６とが同圧に保たれているため、燃料は、バランスチャンバ５から中間室６へリークすることがない。同様に、ノズル１２内と中間室６とが同圧に保たれているため、ノズル１２から中間室６への燃料のリークもない。
【００６６】
なお、ソレノイド２３の切替時に、スイッチングリークが発生するが、従来の軽油用インジェクタ５１と同レベルであるため問題とはならない。
【００６７】
また、噴孔２から燃料が噴射されると、その噴射量分の燃料が新たにコモンレール４からインジェクタ１に供給されるが、その際に、導入路１４や第一および第二供給路１５、１６を流れる燃料の圧力に、流体慣性による圧力脈動が生じる。
【００６８】
本実施形態では、中間室６に接続されたリーク通路８をアマチュア室２０側の端部で閉塞しているため、そのリーク通路８内に圧力脈動を吸収するのに十分な容量が確保され、燃料噴射に伴う圧力脈動が低減される。つまり、本実施形態のリーク通路８によって、インジェクタ１の入口でありオリフィスとなるバーフィルタ１３などが設けられた導入路１４から、出口であるノズル先端の噴孔２までの燃料流路の中間部分に、圧力脈動を緩衝するための緩衝容積が確保される。
【００６９】
このように、本実施形態では、従来の軽油用インジェクタ５１に対し、高圧通路９を形成すると共にリーク通路８を閉塞し、かつニードル３を一部材で形成するという比較的小規模な変更を施すことにより、量産品の軽油用インジェクタ５１をＤＭＥ用インジェクタ１に転用することができる。
【００７０】
さらに、軽油用インジェクタ５１の部品（例えば、ソレノイドやそのソレノイドを制御するエンジン制御装置）を大部分流用するので、新たにＤＭＥ用インジェクタを設計する場合に比べて、新規部品の部品点数の大幅な低減が可能となる。
【００７１】
その結果、既存の軽油用インジェクタ５１の生産設備を、ほぼ流用してＤＭＥ用インジェクタ１を生産することが可能となる。
【００７２】
以上からインジェクタ１の製造コストを低減することができる。
【００７３】
また、軽油用インジェクタ５１を流用しているため、現在、軽油エンジンに施されているＮＯｘ排出低減対応などのエンジン技術開発を、僅かな変更でスムーズにＤＭＥエンジンに適用することができる。その結果、ＤＭＥエンジンの開発コストを低減することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、ＤＭＥなど低粘度の液体を燃料とする場合に、中間室６からの燃料リークを防止することができる。
【００７５】
その結果、蒸発潜熱による凍結が防止でき、コモンレール圧などを軽油と同等の圧力範囲とすることができる。
【００７６】
すなわち、クリーンエネルギーであるＤＭＥをディーゼルエンジンの燃料とする場合、ＤＭＥが低粘性であることから、従来の圧力バランスタイプの軽油用インジェクタ５１を転用すると、中間室６から燃料がリークするなどの問題があり、また、直動タイプのインジェクタでは、アクチュエータ駆動力が十分に確保できないことから噴射可能圧力が低くなってしまうなどの問題があった。これに対して、本実施形態のインジェクタ１では、中間室６からのリークが防止されるので、圧力バランスタイプのニードル駆動構造を採用でき、噴射可能圧力を高くすることができる。
【００７７】
その他にも、コモンレール４に連通する高圧側の燃料流路１３〜１５に、圧力脈動を吸収するリーク通路８（緩衝室）を接続することで、燃料噴射に伴う圧力脈動を低減することができる。
【００７８】
また、従来のように、ニードルを分割にすると高圧が分割面にかかる為、それぞれの面の圧力差を考慮した設計にしないと、差圧でニードルに力が作用してしまう。これに対して、本実施形態では、ニードル３を一部材で形成したので、分割による差圧が生じず、ニードル３の設計を容易にすることができる。
【００７９】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。
【００８０】
例えば、燃料はＤＭＥに限定されない。本発明のインジェクタは、他の液体燃料（例えば、軽油、ガソリン、ＬＰＧ、他）噴射用高圧インジェクタとしても使用可能である。
【００８１】
また、リーク通路８内に、オリフィスが形成されたピストンと、そのピストンを復元するためのリターンスプリングとで構成されたダンパー部材を設けるようにしてもよい。この場合、ダンパー部材により燃料噴射に伴う圧力脈動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁を示す。
【図２】図２は、図１のＩＩ部詳細図である。
【図３】図３は、図１のＩＩＩ部詳細図である。
【図４】図４は、従来の軽油用燃料噴射弁を示す。
【図５】図５は、本願発明者が考案したＤＭＥ用燃料噴射弁を示す。
【符号の説明】
【００８３】
１  燃料噴射弁（インジェクタ）
２  噴孔
３  針弁（ニードル）
４  コモンレール
５  バランスチャンバ
６  中間室
７  燃料タンク
８  リーク通路
９  高圧通路
２６  栓材
【図１】
0004582025.tif 000002
【図２】
0004582025.tif 000003
【図３】
0004582025.tif 000004
【図４】
0004582025.tif 000005
【図５】
0004582025.tif 000006