(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状の内部空間を形成する弁ボディと、前記内部空間に収容されて軸方向に移動するニードル弁とを備え、
前記内部空間は、噴孔が貫通する前記弁ボディの底部により底側が封鎖され、
前記弁ボディは、前記内部空間に前記ニードル弁を収容することで、自身の内周面と前記ニードル弁の外周面との間に前記噴孔に向かう燃料流路を形成し、
前記ニードル弁の移動により前記燃料流路を前記噴孔に対して開閉することで、燃料の噴射を開始または停止するインジェクタにおいて、
前記弁ボディの底部の内部表面は、前記噴孔が開口するとともに前記ニードル弁の底面と対向し、
前記ニードル弁の底面には、前記ニードル弁をなす素材よりも熱膨張係数が大きい素材からなる熱膨張部材が取り付けられ、
前記熱膨張部材は、前記弁ボディの底部の内部表面と対向する底側表面に、スリットが設けられていることを特徴とするインジェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のインジェクタにおいて、
前記ニードル弁の底面には、前記弁ボディの底部の反対側に窪む凹部が設けられ、
前記熱膨張部材は、この凹部に収容されていることを特徴とするインジェクタ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のインジェクタにおいて、
前記熱膨張部材は、溶接により前記ニードル弁の底面に取り付けられていることを特徴とするインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに燃料を噴射供給するインジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンの燃焼室に燃料を直接的に噴射するインジェクタには、以下のような構造を有するものが公知である。
すなわち、従来のインジェクタ１００は、図６に示すように、略円筒状の内部空間１０１を形成する弁ボディ１０２と、内部空間１０１に収容されて軸方向に移動するニードル弁１０３とを備える。
【０００３】
また、内部空間１０１は、噴孔１０４が貫通する弁ボディ１０２の底部１０５により封鎖され、弁ボディ１０２は、内部空間１０１にニードル弁１０３を収容することで、自身の内周面とニードル弁１０３の外周面との間に噴孔１０４に向かう燃料流路１０６を形成する。そして、インジェクタ１００は、ニードル弁１０３の移動により燃料流路１０６を噴孔１０４に対して開閉することで、燃料の噴射を開始または停止する。
【０００４】
ところで、このインジェクタ１００によれば、ニードル弁１０３によって燃料流路１０６が噴孔１０４に対して閉鎖されても、ニードル弁１０３の底面１０７よりも下側の内部空間（以下、底部室１０８と呼ぶ）は、噴孔１０４を通じて常に燃焼室に連通している。このため、高温の燃焼ガスが噴孔１０４を通じて底部室１０８に進入し、底面１０７に残留した燃料を炭化させる（図６（ｂ）参照）。この結果、底面１０７にデポジットが堆積して燃料の噴射が妨げられ、噴射特性が変動する虞がある（図６（ｃ）参照）。
【０００５】
そこで、底面１０７を含むニードル弁１０３の底側全面にフッ素系のコーティングを施すことで、底面１０７から燃料の剥離を促進し燃料が底面１０７に残留しないようにする技術が採用されている。しかし、底面１０７における燃料の残留を完全に阻止することはできないため、残留した燃料が炭化してデポジットになる虞を充分に解消することができず、別途、対策が求められている。
【０００６】
なお、特許文献１には、噴孔の壁面に部分的にフッ素系等のコーティングを縞状に施し、コーティング部分と非コーティング部分との熱膨張係数の差によって、噴孔の壁面に堆積したデポジットを剪断して除去する技術が開示されている。しかし、１つの面において、コーティング不要の面部分と区画して、コーティングを要する面部分のみにコーティングを施す作業は極めて煩雑である。また、コーティング部の剪断力は、さほど強いものではなく、煩雑なコーティング作業に見合う効果を期待できるか否かは未知数である。
【特許文献１】特開２００６−３２９１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、燃料を噴射供給するインジェクタにおいて、ニードル弁の底面にデポジットが堆積するのを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のインジェクタは、略円筒状の内部空間を形成する弁ボディと、内部空間に収容されて軸方向に移動するニードル弁とを備える。また、内部空間は、噴孔が貫通する弁ボディの底部により底側が封鎖され、弁ボディは、内部空間にニードル弁を収容することで、自身の内周面とニードル弁の外周面との間に噴孔に向かう燃料流路を形成する。そして、インジェクタは、ニードル弁の移動により燃料流路を噴孔に対して開閉することで、燃料の噴射を開始または停止する。
【０００９】
このようなインジェクタにおいて、弁ボディの底部の内部表面は、噴孔が開口するとともにニードル弁の底面と対向し、ニードル弁の底面には、ニードル弁をなす素材よりも熱膨張係数が大きい素材からなる熱膨張部材が取り付けられている。
また、熱膨張部材は、弁ボディの底部の内部表面と対向する底側表面にスリットが設けられている。
【００１０】
これにより、熱膨張部材は、燃焼ガスの進入とともに加熱されてニードル弁の底部よりも大きく膨張し、燃焼ガスの排気や燃料の噴射とともに冷却されてニードル弁の底部よりも大きく収縮する。そして、デポジットが熱膨張部材の表面とニードル弁の底面とに跨って堆積すると、熱膨張部材とニードル弁との膨張および収縮の差により、デポジットが剪断されて熱膨張部材の表面やニードル弁の底面からの剥離が促される。このため、ニードル弁の底面にデポジットが堆積するのを抑制することができる。
【００１１】
また、熱膨張部材は、例えば１０μｍ以上の厚みを有し、熱膨張部材の膨張、収縮に基づく剪断力は、従来の数μｍ以下のコーティングの剪断力よりも大幅に強い。このため、ニードル弁の底面におけるデポジット堆積抑制に関し、従来のようなコーティングを部分的に施す場合に比べて、熱膨張部材を取り付ける作業に見合う効果を期待できる。
さらに、熱膨張部材の表面においてデポジットがスリットを跨いで堆積すると、スリット縁近傍部分の膨張、収縮により、デポジットが剪断されて熱膨張部材の表面からの剥離が促される。このため、熱膨張部材の表面とニードル弁の底面とに跨らないデポジットに対しても、剥離を促すことができる。
【００１２】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載のインジェクタによれば、ニードル弁の底面には弁ボディの底部の反対側に窪む凹部が設けられ、熱膨張部材は凹部に収容されている。
これにより、熱膨張部材の表面とニードル弁の底面とを、段差を生じることなく略同一面に揃えることができる。このため、段差に起因する燃料流れの乱れに基づく噴射量ばらつきを抑制できる。
【００１３】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載のインジェクタによれば、熱膨張部材は、溶接によりニードル弁の底面に取り付けられている。
この手段は、熱膨張部材の取付方法の１つを示すものである。
なお、溶接位置を熱膨張部材の中心にすることにより、熱膨張部材を、全周でほぼ偏りなく均等に膨張、収縮させることができる。ここで、「熱膨張部材の中心」とは、例えば、熱膨張部材を円板状に設けた場合の円の中心、熱膨張部材の重心等である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
最良の形態１のインジェクタは、略円筒状の内部空間を形成する弁ボディと、内部空間に収容されて軸方向に移動するニードル弁とを備える。また、内部空間は、噴孔が貫通する弁ボディの底部により底側が封鎖され、弁ボディは、内部空間にニードル弁を収容することで、自身の内周面とニードル弁の外周面との間に噴孔に向かう燃料流路を形成する。そして、インジェクタは、ニードル弁の移動により燃料流路を噴孔に対して開閉することで、燃料の噴射を開始または停止する。
【００１５】
このようなインジェクタにおいて、弁ボディの底部の内部表面は、噴孔が開口するとともにニードル弁の底面と対向し、ニードル弁の底面には、ニードル弁をなす素材よりも熱膨張係数が大きい素材からなる熱膨張部材が取り付けられている。そして、熱膨張部材は、弁ボディの底部の内部表面と対向する底側表面にスリットが設けられている。
また、ニードル弁の底面には弁ボディの底部の反対側に窪む凹部が設けられ、熱膨張部材は凹部に収容されている。
さらに、熱膨張部材は、溶接によりニードル弁の底面に取り付けられている。
【実施例】
【００１６】
〔参考例１の構成〕
参考例１のインジェクタ１の構成を、図１を用いて説明する。
インジェクタ１は、例えば、ガソリンエンジン（図示せず）の各気筒に搭載されて、燃焼室（図示せず）に直接的に燃料を噴射するものである。また、インジェクタ１は、例えば、２ＭＰａもの高圧に加圧された燃料を受け入れ、燃焼室に噴射して燃料噴霧を形成する。そして、燃焼室に形成された燃料噴霧は、火花放電により燃焼して出力を発生する。
【００１７】
このインジェクタ１は、図１に示すように、燃料を噴射するノズル部２と、ノズル部２の弁体（ニードル弁３）を駆動する電磁ソレノイド部４と、高圧の燃料を受け入れる燃料受け入れ部５とにより構成され、燃料受け入れ部５を通じて受け入れた燃料を、内部に形成される燃料流路７〜１２を介して下方に導くとともに、ニードル弁３を駆動することにより噴孔１４を通じて噴射する。
【００１８】
ノズル部２は、針状の弁体として機能するニードル弁３、下端に噴孔１４を有するとともに、ニードル弁３の摺動軸部１６を収容して摺動自在に支持するカップ状のニードル支持部材１７、ニードル弁３およびニードル支持部材１７を収容するノズルボディ１８を有する。
【００１９】
ここで、ニードル支持部材１７およびノズルボディ１８は、略円筒状の内部空間１９を形成する弁ボディをなし、この内部空間１９に、ニードル弁３が軸方向に移動できるように収容されている。また、内部空間１９は、ニードル支持部材１７の底部２０により下側が封鎖されており、底部２０に噴孔１４が貫通して設けられている。そして、ニードル支持部材１７およびノズルボディ１８は、内部空間１９にニードル弁３を収容することで、各々の内周面とニードル弁３の外周面との間に噴孔１４に向かう燃料流路１２、１１を形成する。
【００２０】
さらに、ニードル弁３の底面２１と対向する底部２０の内部表面には、ニードル支持部材１７およびノズルボディ１８の軸心を囲う環状で、かつテーパ状のシート面２３が設けられ、底面２１には、シート面２３に離接する環状のシート部２４が設けられている。そして、シート部２４が、シート面２３に離接することで、燃料流路１２が噴孔１４に対して開閉される。
【００２１】
なお、摺動軸部１６の外周には、ニードル支持部材１７の内周面に摺接する摺接面２６と、ニードル支持部材１７の内周面に摺接しない平坦面２７とが交互に設けられている。そして、ニードル支持部材１７の内周面と平坦面２７との間に燃料の通路が形成され、この燃料の通路は燃料流路１２の一部をなす。
【００２２】
電磁ソレノイド部４は、通電を受けて磁気吸引力を発生するソレノイドコイル２９、ソレノイドコイル２９への通電により上方に磁気吸引される可動コア３０、可動コア３０の上側に所定のギャップを形成して固定され、可動コア３０を磁気吸引する固定コア３１、可動コア３０を摺動自在に支持して収容するとともに、固定コア３１を固定して収容するコア収容部材３２、可動コア３０を下方に付勢する復元バネとしてのコイルスプリング３３、可動コア３０と固定コア３１との間のギャップを調整するギャップ調整部材３４を有する。
【００２３】
ソレノイドコイル２９は、円筒状の樹脂製ボビン３７にコイル素線を多数巻回することで設けられ、コネクタ端子３８を介して車載電源（図示せず）から給電される。
【００２４】
可動コア３０は、下方に向かい段状に細径化する筒状体として設けられている。そして、可動コア３０は、上端部がコア収容部材３２に摺動自在に支持され、下端部がニードル弁３の上端部を挟持することで、ニードル弁３と一体に軸方向に移動する。
【００２５】
また、可動コア３０の外周面は、コア収容部材３２の内周面やニードル弁３の上部外周面とともに燃料流路１０を形成する。なお、燃料流路１０は、コア収容部材３２の下端開口部を介して燃料流路１１と連通する。また、可動コア３０の内周面は燃料流路９を形成し、燃料流路９は、可動コア３０を径方向に貫通する貫通孔４０により燃料流路１０と連通する。
【００２６】
固定コア３１は、円筒状に設けられ、外周側でコア収容部材３２に固定され、内周側にコイルスプリング３３とギャップ調整部材３４とを収容する燃料流路８を形成している。なお、コイルスプリング３３は、下端が可動コア３０の内周に支持され、上端がギャップ調整部材３４に支持されるように収容されている。
ギャップ調整部材３４は、可動コア３０と固定コア３１との間のギャップを調整することで、ニードル弁３のリフト量（すなわち、シート部２４のシート面２３からの軸方向における離間量）を決めるものである。
【００２７】
燃料受け入れ部５は、燃料流路８に連通する燃料流路７を有し、外部から燃料を導入してフィルタ４２を経由させて燃料流路７へ導く。
【００２８】
以上のような構成により、インジェクタ１は、外部から受け入れた高圧の燃料を、燃料流路７〜１２を順次に通過させて噴孔１４の方に導く。そして、インジェクタ１は、ソレノイドコイル２９への通電により、可動コア３０およびニードル弁３を上方へ駆動して、シート部２４をシート面２３から離座させ、燃料流路１２を噴孔１４に対して開放することで、噴孔１４を通じて燃料を噴射して燃焼室に燃料噴霧を形成する。
【００２９】
また、インジェクタ１は、ソレノイドコイル２９への通電停止により、コイルスプリング３３の付勢力によって可動コア３０およびニードル弁３を下方へ駆動して、シート部２４をシート面２３に着座させ、燃料流路１２を噴孔１４に対して閉鎖することで、燃料の噴射を停止する。
【００３０】
そして、ニードル弁３によって燃料流路１２が噴孔１４に対して閉鎖された後、火花放電により燃料噴霧が燃焼し、出力が発生するとともに高温の燃焼ガスが生じる。また、この燃焼ガスが、噴孔１４を通じて底面２１の下側の内部空間１９（以下、底部室４４と呼ぶ）に進入する。この結果、底面２１に残留した燃料は炭化されてデポジット（図３参照）になる虞がある。
【００３１】
なお、ソレノイドコイル２９への通電開始および通電停止は、車両に搭載された所定の電子制御装置（ＥＣＵ：図示せず）からの指令に応じて行われる。そして、ＥＣＵは、エンジン回転数やアクセル開度等の各種の検出値に基づいて通電開始および通電停止の指令を実行する。
【００３２】
〔参考例１の特徴〕
参考例１のインジェクタ１の特徴を、図２を用いて説明する。
インジェクタ１によれば、図２に示すように、ニードル弁３の底面２１に、ニードル弁３をなす素材よりも熱膨張係数が大きい素材からなる熱膨張部材４６が取り付けられている。ここで、ニードル弁３はステンレス鋼を素材として設けられており、熱膨張部材４６は、例えば、アルミニウム、鉛等のステンレス鋼よりも熱膨張係数が大きい金属を素材として設けられている。
【００３３】
熱膨張部材４６は円板状に設けられ、その底側表面４８は円形である。また、熱膨張部材４６は、底面２１において底部２０の反対側に窪む円状の凹部４９に収容されている。凹部４９の内径は熱膨張部材４６の外径よりも大きく、凹部４９の内周壁と熱膨張部材４６の外周壁との間に円環状のクリアランス５０が形成されている。
【００３４】
また、凹部４９は、噴孔１４の軸心上にクリアランス５０が位置するように設けられている。これにより、噴孔１４から底部室４４に進入した高温の燃焼ガスは、まず、クリアランス５０の近傍の底面２１および底側表面４８に衝突してから底部室４４に拡散する。このため、デポジットは、クリアランス５０を跨いで底面２１および底側表面４８に形成され易くなる（図３参照）。なお、クリアランス５０は、デポジットの広がり径に応じて、数μｍ〜数十μｍの範囲で選択される。
【００３５】
また、底側表面４８と底面２１とは、段差を生じることなく略同一面に揃えられている。
さらに、熱膨張部材４６は、溶接により底面２１に取り付けられ、溶接位置は、底側表面４８の中心である。
【００３６】
〔参考例１の作用〕
参考例１のインジェクタ１の作用を、図３を用いて説明する。
燃焼ガスの底部室４４への進入により、熱膨張部材４６は、加熱されてニードル弁３の底部よりも大きく膨張し、底側表面４８は、クリアランス５０を縮小するように拡径する。また、燃焼ガスの排気や燃料の噴射により、熱膨張部材４６は、冷却されてニードル弁３の底部よりも大きく収縮し、底側表面４８は、縮径して元の径に戻るとともにクリアランス５０も復元する。
【００３７】
そして、このような熱膨張部材４６の膨張および収縮の繰返しにより、底面２１と底側表面４８とに跨って堆積したデポジットが、強く剪断されて底面２１や底側表面４８からの剥離が促される。
【００３８】
〔参考例１の効果〕
参考例１のインジェクタ１によれば、ニードル支持部材１７の底部２０の内部表面は、噴孔１４が開口するとともにニードル弁３の底面２１と対向し、この底面２１には、ニードル弁３の素材よりも熱膨張係数が大きい素材からなる熱膨張部材４６が取り付けられている。
これにより、熱膨張部材４６の底側表面４８と底面２１とに跨って堆積したデポジットは、熱膨張部材４６とニードル弁３との膨張および収縮の差により強く剪断されて底面２１や底側表面４８からの剥離が促される。このため、底面２１にデポジットが堆積するのを抑制することができる。
【００３９】
また、底面２１には底部２０の反対側に窪む凹部４９が設けられ、熱膨張部材４６は凹部４９に収容されている。
これにより、底面２１と底側表面４８とを、段差を生じることなく略同一面に揃えることができる。このため、段差に起因する燃料流れの乱れに基づく噴射量ばらつきを抑制できる。
【００４０】
また、熱膨張部材４６は、溶接により底面２１に取り付けられ、溶接位置は、底側表面４８の中心である。
これにより、熱膨張部材４６を、全周でほぼ偏りなく均等に膨張、収縮させることができる。
【００４１】
また、凹部４９は、噴孔１４の軸心上にクリアランス５０が位置するように設けられている。
これにより、デポジットは、クリアランス５０を跨いで底面２１および底側表面４８に形成され易くなる。このため、剪断剥離効果が大きい部位にデポジットが堆積するようになるので、効率的にデポジットの堆積を抑制することができる。
【００４２】
〔実施例１〕
実施例１のインジェクタ１によれば、図４に示すように、熱膨張部材４６の底側表面４８に、放射状にスリット５２が設けられている。
これにより、底側表面４８においてデポジットがスリット５２を跨いで堆積すると、スリット５２の近傍の膨張、収縮により、デポジットが剪断されて底側表面４８からの剥離が促される。このため、底面２１と底側表面４８に跨らないデポジットに対しても、剥離を促すことができる。
【００４３】
〔参考例２〕
参考例２のインジェクタ１によれば、図５に示すように、ニードル弁３の底面２１、およびシート面２３を含む底部２０の内部表面が球面状に設けられている。そして、底面２１がシート面２３に環状に離接することで、燃料流路１２と噴孔１４との間が連通したり、遮断されたりする。
【００４４】
また、熱膨張部材４６は、底側表面４８が球面状に膨出する円板状に設けられ、底面２１の最下部において底部２０の反対側に窪む円状の凹部４９に収容されている。凹部４９の内径は熱膨張部材４６の外径よりも大きく、凹部４９の内周壁と熱膨張部材４６の外周壁との間に円環状のクリアランス５０が形成されている。また、凹部４９は、噴孔１４の軸心上にクリアランス５０が位置するように設けられている。
【００４５】
また、底側表面４８は円形に縁取られる球面であり、底側表面４８と底面２１とは、段差を生じることなく略同一球面に揃えられている。
さらに、熱膨張部材４６は、溶接により底面２１に取り付けられ、溶接位置は、底側表面４８の中心である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】インジェクタの全体構成図である（参考例１）。
【図２】（ａ）はニードル弁の下面図であり、（ｂ）はインジェクタ底部の断面を示す説明図である（参考例１）。
【図３】（ａ）はデポジットの剪断を示すニードル弁の下面図であり、（ｂ）はデポジットが付着したインジェクタ底部の断面を示す説明図である（参考例１）。
【図４】（ａ）はデポジットの剪断を示すニードル弁の下面図であり、（ｂ）はデポジットが付着したインジェクタ底部の断面を示す説明図である（実施例１）。
【図５】（ａ）はデポジットが付着したニードル弁底部の断面を示す説明図であり、（ｂ）は熱膨張部材の膨張収縮を示すインジェクタ底部の断面を示す説明図である（参考例２）。
【図６】（ａ）は燃料噴射を示すインジェクタ底部の断面を示す説明図であり、（ｂ）は燃焼ガスの進入を示すインジェクタ底部の断面を示す説明図であり、（ｃ）はデポジットの堆積を示すインジェクタ底部の断面を示す説明図である（従来例）。
【符号の説明】
【００４７】
１  インジェクタ
３  ニードル弁
１１  燃料流路
１２  燃料流路
１４  噴孔
１７  ニードル支持部材（弁ボディ）
１８  ノズルボディ（弁ボディ）
１９  内部空間
２０  底部（弁ボディの底部）
２１  底面（ニードル弁の底面）
４６  熱膨張部材
４８  底側表面
４９  凹部
５２  スリット
【図１】
0004420102.tif 000002
【図２】
0004420102.tif 000003
【図３】
0004420102.tif 000004
【図４】
0004420102.tif 000005
【図５】
0004420102.tif 000006
【図６】
0004420102.tif 000007