(57)【要約】【課題】開弁状態を維持している間の燃料噴射特性のうねりを低減することのできる燃料噴射弁を提供する。【解決手段】燃料噴射弁は、噴孔４５が形成された本体部１０を備えている。本体部１０には、本体部１０の内面との間で燃料通路１３を形成する弁体３８が収容されている。また、燃料噴射弁は、弁体３８に連結されたアーマチャ２５に対して電磁力を作用させる磁気回路２４を備えている。磁気回路２４は、本体部１０の内面に形成された弁座面５２から弁体３８を離間させて噴孔４５を開放する開弁位置と弁体３８を弁座面５２に当接させて噴孔４５を閉塞する閉弁位置との間で弁体３８を変位させる。また、本体部１０の内部には、燃料通路１３から分岐してアーマチャ２５の周囲に位置する上部空間３０まで延びる連通路３２が形成されている。そして、連通路３２から燃料通路１３への燃料の流出口として、燃料の流路断面積を狭める絞り部１５が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の噴孔が形成された本体部と、
前記本体部に収容され、前記本体部の内面との間で燃料が流動する燃料通路を形成する弁体と、
前記弁体に連結されたアーマチャに対して電磁力を作用させることにより、前記本体部の内面に形成された弁座面から前記弁体を離間させて前記噴孔を開放する開弁位置と前記弁体を前記弁座面に当接させて前記噴孔を閉塞する閉弁位置との間で前記弁体を変位させる磁気回路と、
前記本体部の内部において前記燃料通路から分岐して前記アーマチャの周囲の空間まで延びる連通路とを備え、
前記アーマチャの周囲の空間から前記連通路への燃料の流入口及び前記連通路から前記燃料通路への燃料の流出口の少なくとも一方に、燃料の流路断面積を狭める絞り部が設けられている燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料噴射弁としては、例えば特許文献１に記載の燃料噴射弁が知られている。
図１０に示すように、上記文献に記載の燃料噴射弁は、燃料噴孔１０１の開閉時におけるコマンドピストン１０２の急峻な上下動を減衰する力をいわばダンパー力として作用させるダンパー室１０３を備えている。ダンパー室１０３は、コマンドピストン１０２が上下動したときにその容積が変動するものであり、その上方には燃料空間１０４が連通している。なお、燃料空間１０４は、燃料噴射弁の外部の燃料タンクから燃料が供給される燃料通路１０５に対して燃料通路１０６及び燃料通路１０７を介して連通している。そして、コマンドピストン１０２に設けられた段差部１０８がダンパー室１０３から燃料空間１０４に向けて流動する燃料の流路断面積を狭め、流れ抵抗を増大させることによってダンパー作用が生じるようにしている。このとき、コマンドピストン１０２の上昇初期から中期にかけてはコマンドピストン１０２の上昇量が少ないことから、ダンパー室１０３から燃料空間１０４に向けて流動する燃料の流路断面積はまだ比較的広く、段差部１０８による上記ダンパー作用も小さい。一方、コマンドピストン１０２の上昇終期においては、ダンパー室１０３から燃料空間１０４に向けて流動する燃料の流路断面積が十分に狭くなることから、段差部１０８による上記ダンパー作用が顕著となる。これにより、コマンドピストン１０２の速やかな上昇開始を実現しつつも、上昇終期にコマンドピストン１０２が跳ね上がる、いわゆるバウンスを抑制することが可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１５１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記文献に記載のように、コマンドピストン１０２の上昇終期にダンパー作用を顕著に作用させて上記バウンスを抑えたとしても、その後、開弁状態を維持している間に、燃料通路１０６及び燃料通路１０７を通じた燃料空間１０４と燃料通路１０５との間の燃料の出入りに伴って燃料空間１０４に圧力脈動が生じることがある。そして、このような圧力脈動が生じるようなことがあると、燃料噴射弁からの燃料噴射特性にうねりを生じることとなる。こうした燃料噴射特性のうねりは、燃料噴射弁による燃料噴射量の制御にも影響を及ぼしかねない。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、開弁状態を維持している間の燃料噴射特性のうねりを低減することのできる燃料噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する燃料噴射弁は、燃料の噴孔が形成された本体部と、前記本体部に収容され、前記本体部の内面との間で燃料が流動する燃料通路を形成する弁体と、前記弁体に連結されたアーマチャに対して電磁力を作用させることにより、前記本体部の内面に形成された弁座面から前記弁体を離間させて前記噴孔を開放する開弁位置と前記弁体を前記弁座面に当接させて前記噴孔を閉塞する閉弁位置との間で前記弁体を変位させる磁気回路と、前記本体部の内部において前記燃料通路から分岐して前記アーマチャの周囲の空間まで延びる連通路とを備え、前記アーマチャの周囲の空間から前記連通路への燃料の流入口及び前記連通路から前記燃料通路への燃料の流出口の少なくとも一方に、燃料の流路断面積を狭める絞り部が設けられている。
【０００７】
上記構成によれば、開弁状態を維持している間に燃料噴射弁の外部から燃料通路へ燃料が供給されたとしても、アーマチャの周囲の空間と燃料通路との間で連通路を通じて燃料が出入りすることが絞り部によって制限される。すなわち、開弁状態を維持している間に、連通路を通じたアーマチャの周囲の空間と燃料通路との間の燃料の出入りが抑えられ、アーマチャの周囲の空間に圧力脈動が生じにくくなる。そのため、開弁状態を維持している間の燃料噴射特性のうねりを低減することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】燃料噴射弁の一実施の形態の断面図。
【図２】比較例の燃料噴射弁の断面図。
【図３】図２に示す燃料噴射弁の燃料噴射特性を示す図。
【図４】連通路の出口となる絞り部の直径と燃料噴射量及び噴射期間指令値のリニアリティとの関係を示す図。
【図５】連通路の出口となる絞り部の直径がφ１．９であるときの燃料噴射弁の燃料噴射特性を示す図。
【図６】連通路の出口となる絞り部の直径がφ１．１であるときの燃料噴射弁の燃料噴射特性を示す図。
【図７】燃料噴射弁のその他の実施の形態の断面図。
【図８】燃料噴射弁のその他の実施の形態の断面図。
【図９】燃料噴射弁のその他の実施の形態の断面図。
【図１０】従来の燃料噴射弁の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、燃料噴射弁の一実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施の形態の燃料噴射弁は、ディーゼル機関の各気筒に対応するようにシリンダヘッドに取り付けられ、コモンレールから供給される高圧の燃料を気筒に噴射するものである。
【００１０】
具体的には、図１に示すように、燃料噴射弁の外装を構成する本体部１０は、筒状の第１のボディ１０Ａ、第２のボディ１０Ｂ、第３のボディ１０Ｃ及び第４のボディ１０Ｄがリテーニングナット１１を用いて基端側からこの順に同軸状に締結されることにより構成されている。
【００１１】
第１のボディ１０Ａの側壁には、上述したコモンレールから燃料が供給される供給通路１２が形成されている。供給通路１２の下流端は、第１のボディ１０Ａの中心線方向の途中位置に接続されており、同位置から第１のボディ１０Ａの内部の燃料通路１３を上下に分岐している。
【００１２】
第１のボディ１０Ａの内部にはコマンドピストン１４が挿入されている。コマンドピストン１４は、その上端部の一部が第１のボディ１０Ａの内部から上方に突出している。コマンドピストン１４の上端部は、上側が開口した筒状をなしており、その下端寄りの側壁には燃料通路１３に開口する絞り部１５が一箇所に形成されている。この絞り部１５は、コマンドピストン１４の上端部の内部から燃料通路１３に至る燃料の流路断面積を狭めるように機能する。
【００１３】
また、コマンドピストン１４の上端部の途中位置には円板部１６が径方向外側に向けて延出されている。円板部１６は、第１のボディ１０Ａの上端面に凹設された環状部１７に収容されている。環状部１７の内部空間は、コマンドピストン１４の上端部の円板部１６により上下に高い気密性をもって仕切られており、円板部１６の下方に位置する空間１８は燃料分岐路１９を介して燃料通路１３に連通している。また、燃料分岐路１９の途中位置には、燃料の流路断面積を調整するためのオリフィスを有するオリフィスブロック２０が設けられている。このオリフィスブロック２０は、円板部１６の下方に位置する空間１８と燃料通路１３との燃料分岐路１９を介した燃料の出入りを調整することにより、コマンドピストン１４の上下動の速度が過度に大きくなることを防止する役割を果たす。
【００１４】
また、第１のボディ１０Ａの上端面には、環状のストッパプレート２１がカバー２２により固定されている。このストッパプレート２１は、環状部１７の外縁を上方から覆っており、コマンドピストン１４の上端部の円板部１６に対して上方から当接することによりコマンドピストン１４のリフト量を規制している。
【００１５】
カバー２２は、磁性材料からなるカバー部材２２Ａ，２２Ｂと、非磁性材料からなるカバー部材２２Ｃとが溶接されることにより、全体として筒状をなす一体構造となっている。カバー２２の内部には磁気回路２４が収容されている。磁気回路２４は、コマンドピストン１４の上端部に締結されたアーマチャ２５と、カバー２２に固定された内部ステータ２６と、同じくカバー２２に固定された外部ステータ２７と、内部ステータ２６及び外部ステータ２７の間に巻回されるコイル２８とを含んで構成されている。そして、外部駆動回路（図示略）からコイル２８に通電がなされると、アーマチャ２５が内部ステータ２６によって吸引されることを通じて、アーマチャ２５に締結されたコマンドピストン１４が上方にリフトされる。
【００１６】
また、カバー２２の内周面と第１のボディ１０Ａの外周面との間にはＯリング２９が設けられており、カバー２２と第１のボディ１０Ａとの間に気密状の上部空間３０が形成されている。この上部空間３０はアーマチャ２５の周囲に位置しており、環状部１７の内部空間のうち円板部１６の上方に位置する空間と連通している。また、この上部空間３０には、コマンドピストン１４の上端部における円板部１６よりも上方に位置する側壁に形成された複数の貫通孔３１が開口している。そして、コマンドピストン１４の上端部の内部は、上部空間３０と燃料通路１３とを連通する連通路３２として機能する。
【００１７】
第１のボディ１０Ａの内部における下端寄りの部位から第２のボディ１０Ｂの内部における上端寄りの部位にかけては、第１のスプリング３３を収容する第１のスプリング室３４が形成されている。第１のスプリング３３は、その一端（上端）が第１のボディ１０Ａに固定されたリング３５に支持されつつ、その他端（下端）がコネクタ３６を下方に押圧している。コネクタ３６は、コマンドピストン１４の下端とノズルニードル３７の上端とを連結しており、これら一体となったコマンドピストン１４及びノズルニードル３７により弁体３８が構成されている。そして、第１のスプリング３３は、弁体３８を下方に付勢している。なお、図１においては便宜上、弁体３８を構成するコマンドピストン１４（上端部を除く）及びノズルニードル３７は側面視で示し、他の部材については断面視で示している。
【００１８】
第３のボディ１０Ｃの内部には、第２のスプリング４０を収容する第２のスプリング室４１が形成されている。第２のスプリング４０は、その一端（上端）が第２のボディ１０Ｂと第３のボディ１０Ｃとの間に固定された環状のプレート４２に支持されつつ、その他端（下端）がノズルニードル３７に外嵌されたリング４３を下方に押圧している。これにより、第２のスプリング４０は、ノズルニードル３７をコマンドピストン１４と一体として下方に付勢している。
【００１９】
第４のボディ１０Ｄの内部には、ノズルニードル３７を摺動自在に収容するガイド孔４４と、ノズルニードル３７のリフト時に燃料を噴射する噴孔４５とが形成されている。そして、第４のボディ１０Ｄの内部には、ガイド孔４４の内周面とノズルニードル３７の外周面との間の隙間により燃料を噴孔４５に導く燃料供給路４６が形成されている。また、ガイド孔４４の途中部分には、内径が拡大する燃料溜室４７が形成されている。この燃料溜室４７には、第１〜第４のボディ１０Ａ〜１０Ｄの各々に形成された燃料供給路４８，４９，５０，５１を介して第１のボディ１０Ａの燃料通路１３が連通している。
【００２０】
また、燃料供給路４６の先端部分（下端部分）には着座面５２が形成されている。そして、上記磁気回路２４による弁体３８の上方へのリフトが行われていないときには、ノズルニードル３７の先端部が第１のスプリング３３及び第２のスプリング４０からの付勢力に基づいて着座面５２に着座する。その結果、噴孔４５に通じる燃料供給路４６が閉塞され、噴孔４５への燃料の供給が遮断される。なお、このときの弁体３８の位置が「閉弁位置」に相当する。
【００２１】
一方、上記磁気回路２４が第１のスプリング３３及び第２のスプリング４０からの付勢力に抗して弁体３８を上方にリフトしたときには、ノズルニードル３７の先端部が着座面５２から離間する。その結果、噴孔４５に通じる燃料供給路４６が開放され、第１のボディ１０Ａの燃料通路１３から燃料供給路４８，４９，５０，５１、燃料溜室４７、及び燃料供給路４６を経由して噴孔４５への燃料の供給が行われる。なお、このときの弁体３８の位置が「開弁位置」に相当する。
【００２２】
次に、本実施の形態の燃料噴射弁の作用について説明する。
燃料噴射弁が開弁状態を維持している間に供給通路１２を通じてコモンレール内の燃料が第１のボディ１０Ａの内部に供給されると、第１のボディ１０Ａの内部において圧力が変動することがある。
【００２３】
ここで、図２に示すように、比較例の燃料噴射弁は、本実施の形態の燃料噴射弁と比較して、コマンドピストン１４の上端部における下端寄りの側壁に燃料通路１３に連通する複数の貫通孔１５Ａが開口している点でその構成が異なる。そして、この比較例の燃料噴射弁にあっては、第１のボディ１０Ａの内部の圧力が変動したとすると、連通路３２を通じた燃料通路１３と上部空間３０との間の燃料の出入りに伴って上部空間３０に圧力脈動が生じやすい。こうして上部空間３０に圧力脈動が生じると、コマンドピストン１４の細かな上下動が誘起され、開弁状態を維持している間の燃料噴射量の制御にも影響を及ぼす事態が生じ得る。
【００２４】
図３には、図２に示した比較例の燃料噴射弁の燃料噴射特性として、外部駆動回路からコイル２８への通電指令の期間に相当する噴射期間指令値と燃料噴射量との関係を示している。同図に示すように、比較例の燃料噴射弁にあっては、噴射期間指令値が比較的大きい領域ＲＳにおいても、燃料噴射量が噴射期間指令値とともに直線的に増加しておらず、うねりを発生していることが確認された。なお、こうしたうねりの発生は、上述した上部空間３０における圧力脈動に起因したものであると推定される。
【００２５】
これに対し、本実施の形態の燃料噴射弁は、コマンドピストン１４の上端部における下端寄りの側壁に燃料通路１３に連通する単一の絞り部１５が開口しており、その開口面積も上述したうねりの発生を抑制する上で最適化されている。
【００２６】
すなわち、図４に示すように、絞り部１５の開口面積の最適化に際し、絞り部１５の開口面積の直径をφ１．９からφ０．９まで段階的に変更しつつ燃料噴射弁の燃料噴射特性を解析した。そして、噴射期間指令値が比較的大きい領域ＲＳにおける燃料噴射量と噴射期間指令値との関係が近似直線からどの程度ずれているかについて、いわばリニアリティとして算出した。その結果、絞り部１５の開口面積の直径をφ１．９からφ１．１まで段階的に小さくする過程で燃料噴射量と噴射期間指令値とのリニアリティの改善傾向が見られるものの、絞り部１５の開口面積の直径を更にφ０．９まで小さくすると、燃料噴射量と噴射期間指令値とのリニアリティがかえって悪化する傾向が見られた。これにより、これら条件の中では、絞り部１５の開口面積の直径がφ１．１であるときに燃料噴射量と噴射期間指令値とのリニアリティが最も小さくなることが確認された。
【００２７】
すなわち、図５に示すように、絞り部１５の開口面積の直径がφ１．９であるときには、噴射期間指令値が比較的大きい領域ＲＳにおける燃料噴射量と噴射期間指令値との関係が近似直線から大きくずれている。
【００２８】
一方、図６に示すように、絞り部１５の開口面積の直径がφ１．１であるときには、噴射期間指令値が比較的大きい領域ＲＳにおける燃料噴射量と噴射期間指令値との関係が近似直線からほとんどずれていない。これは、燃料噴射弁が開弁状態に維持されている間は、上部空間３０における圧力脈動に伴ったうねりの発生が抑えられており、噴射期間指令値にほとんど比例して燃料の噴射が行われていることを意味している。そこで、本実施の形態では、絞り部１５の開口面積の直径をφ１．１に設定することにより、燃料噴射弁による燃料噴射量の制御が好適に行われることとなる。
【００２９】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）連通路３２から燃料通路１３への燃料の流出口として、燃料の流路断面積を狭める絞り部１５が設けられている。そのため、開弁状態を維持している間にコモンレールから供給通路１２へ燃料が供給されたとしても、アーマチャ２５の周囲に位置する上部空間３０と供給通路１２から分岐した燃料通路１３との間で連通路３２を通じて燃料が出入りすることが絞り部１５によって制限される。すなわち、開弁状態を維持している間に、連通路３２を通じた上部空間３０と燃料通路１３との間の燃料の出入りが抑えられ、上部空間３０に圧力脈動が生じにくい。そのため、開弁状態を維持している間の燃料噴射特性のうねりを低減することができる。
【００３０】
なお、上記実施の形態は、以下のような形態にて実施することもできる。
・上記実施の形態において、図７に示すように、コマンドピストン１４の上端部における下端寄りの側壁に複数の貫通孔１５Ａを形成するとともに、同上端部における円板部１６よりも上方に位置する側壁に単一の絞り部３１Ａを形成するようにしてもよい。この場合、コマンドピストン１４の上端部の上側開口を閉塞する栓部材６０を設けることが好ましい。また、図８に示すように、こうした栓部材６０に対して上下に貫通して上部空間３０に連通する絞り部３１Ｂを設けてもよい。これら構成では、上部空間３０から連通路３２への燃料の流入口として、燃料の流路断面積を狭めるかたちで絞り部３１Ａや絞り部３１Ｂが設けられることとなる。
【００３１】
・上記実施の形態において、図９に示すように、コマンドピストン１４の上端部における下端寄りの側壁に単一の絞り部１５を形成しつつも、同上端部における円板部１６よりも上方に位置する側壁に単一の絞り部３１Ａを形成するようにしてもよい。この場合にも、コマンドピストン１４の上端部の上側開口を閉塞する栓部材６０を設けることが好ましい。この構成では、上部空間３０から連通路３２への燃料の流入口として、燃料の流路断面積を狭めるかたちで絞り部３１Ａが設けられるとともに、連通路３２から燃料通路１３への燃料の流出口として、燃料の流路断面積を狭めるかたちで絞り部１５が設けられることとなる。
【符号の説明】
【００３２】
１０…本体部、１３…燃料通路、１５，３１Ａ，３１Ｂ…絞り部、２４…磁気回路、２５…アーマチャ、３２…連通路、３８…弁体、４５…噴孔、５２…弁座面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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