(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃圧による上昇力とバネ部材による下降力とを受けるニードルと、ニードルに下向きの燃圧を付与・解除してニードルを下降・上昇させる圧力制御室と、圧力制御室に開口された燃料排出口を室内にて開閉するセルフシール弁と、燃料通路の燃料を分岐させて圧力制御室に直接導く燃料導入通路とを有したコモンレール式燃料噴射装置のインジェクタにおいて、
上下に接合された第１ピースおよび第２ピースを有し、
その第２ピースに、上記ニードルが摺動自在に挿入される中心穴を形成し、上記第１ピースに、上記中心穴と連通しかつ上記ニードルより小径な穴部を形成し、その第１ピースの下面にて上記ニードルの上昇を規制するストッパを構成し、
そのストッパよりも上方に位置させて上記穴部に連通するよう上記燃料導入通路の導入口を形成し、
上記圧力制御室を、上記ニードルの上端と上記中心穴と上記穴部とで区画形成し、
バネ部材を圧力制御室の外部に配置し、セルフシール弁をニードルの上端に直接対面させたことを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置のインジェクタ。
【請求項２】
燃料排出口が圧力制御室の上端に開口され、セルフシール弁が昇降移動により燃料排出口を開閉すると共に、セルフシール弁の下端面がニードルの上端面に直接対面され、これら下端面と上端面との最大隙間が、セルフシール弁の最大下降量及びニードルの最大上昇量の和に等しくされる請求項１記載のコモンレール式燃料噴射装置のインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼルエンジン、直噴式ガソリンエンジン等に適用されるコモンレール式燃料噴射装置のインジェクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にコモンレール式燃料噴射装置では高圧ポンプで加圧された燃料をコモンレール（蓄圧室）に一旦貯留しておき、これをインジェクタから所定タイミングで所定量ずつ、各気筒内に噴射するようになっている。
【０００３】
インジェクタは、その下端ないし先端に設けられた噴孔を、ニードル（針弁）の昇降により開閉し、燃料噴射を実行する。特に、ニードルに燃圧による上昇力とバネ部材による下降力とを常時付与しておき、さらなる燃圧を圧力制御室からニードルに付与・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・上昇させるものがある。
【０００４】
図６は本出願人が先に提案した上記インジェクタの要部を示す（特開平10-77924号公報）。ノズルボディ８１内に燃料通路８２が形成され、この燃料通路８２にはコモンレールから送られてきた高圧燃料が常時供給されている。この通路内の燃料が図外下方の噴孔に送られ、且つ図外下方の位置でニードル８３に上昇力を常時付与している。８４が圧力制御室で、ここにも燃料導入通路８５を介して燃料通路８２の高圧燃料が常に導入されている。圧力制御室８４内にスプリング８６及びスプリング受８７が設けられ、スプリング８６はスプリング受８７を介してニードル８３に下降力を常時付与する。
【０００５】
通常は、圧力制御室８４内の燃圧とスプリング８６とによる下降力が、燃圧による上昇力に勝り、ニードル８３が押し下げられている。このときニードル８３は下方のバルブシートに突き当たって噴孔を閉じている。しかしながら、圧力制御室８４内の弁体８８が下降し、燃料排出口８９が開かれると、圧力制御室８４内の燃料が燃料排出口８９からリークし、室内圧力が下がってニードル８３が上昇する。こうなると噴孔が開いて燃料噴射が実行される。このように燃料噴射制御は弁体８８の昇降移動を制御することにより行われる。このため、弁軸９０の上方に図示しないソレノイド等が設けられ、このソレノイド等がエンジンの運転状態に基づき電子制御ユニットによって通電制御される。
【０００６】
弁体８８は圧力制御室８４内で燃料排出口８９の入口を開閉するセルフシール弁となっている。つまり室内圧力が高まるほどに、燃料排出口８９の入口周りの弁座に強力に押し付けられ、そのシール圧を高める。このため、高負荷運転時等において燃圧が高まったときにも、圧力制御室８４の静的リークを完全に防止できる利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなインジェクタでは圧力制御室８４の圧力変化に追従して燃料の噴射・停止が行われるため、応答性を向上させるためには、圧力制御室８４の室内容積をできるだけ小さくするのが望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃圧による上昇力とバネ部材による下降力とを受けるニードルと、ニードルに下向きの燃圧を付与・解除してニードルを下降・上昇させる圧力制御室と、圧力制御室に開口された燃料排出口を室内にて開閉するセルフシール弁と、燃料通路の燃料を分岐させて圧力制御室に直接導く燃料導入通路とを有したコモンレール式燃料噴射装置のインジェクタにおいて、上下に接合された第１ピースおよび第２ピースを有し、その第２ピースに、上記ニードルが摺動自在に挿入される中心穴を形成し、上記第１ピースに、上記中心穴と連通しかつ上記ニードルより小径な穴部を形成し、その第１ピースの下面にて上記ニードルの上昇を規制するストッパを構成し、そのストッパよりも上方に位置させて上記穴部に連通するよう上記燃料導入通路の導入口を形成し、上記圧力制御室を、上記ニードルの上端と上記中心穴と上記穴部とで区画形成し、バネ部材を圧力制御室の外部に配置し、セルフシール弁をニードルの上端に直接対面させたものである。
【０００９】
ここで、燃料排出口が圧力制御室の上端に開口され、セルフシール弁が昇降移動により燃料排出口を開閉すると共に、セルフシール弁の下端面がニードルの上端面に直接対面され、これら下端面と上端面との最大隙間が、セルフシール弁の最大下降量及びニードルの最大上昇量の和に等しくされるのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１１】
図２は本発明にかかるインジェクタの全体を示し、図示するように本体１の内部にニードル２が昇降可能に装入され、本体１の下端ないし先端の噴孔３が複数同時に開閉されるようになっている。
【００１２】
本体１は、高さ方向の中央部にある中央本体４の下方に、第１ピース５、第２ピース６、第３ピース７を順次同軸に取付け、リテーニングナット８でこれらを一括保持するようになっている。中央本体４と第１ピース５との間の周方向の相対位置が位置決めピン９で規定される。ニードル１０は第２、第３ピース６，７の軸心部に設けられた中心穴１０内に装入される。ニードル１０の外周面と、第３ピース７の中心穴１０の内周面との間に所定の隙間１１が設けられ、燃料の通過が許容されている。この隙間１１は、本体１内部に形成された燃料通路１２を介して、コモンレール（図示せず）に至る燃料配管１３に連通されている。これにより隙間１１には高圧燃料が常時供給され、ニードル１０は中間の受圧面１４と尖頭状先端面とで燃圧を受け、上昇力を受ける。
【００１３】
燃料通路１２と隙間１１とはスプリング室１５を介して連通され、スプリング室１５にはスプリング１６（本発明のバネ部材）が設けられる。スプリング１６はコイルスプリングが用いられニードル１０の外周に嵌合されると共に、ニードル１０に一体に形成されたツバ部１７と、第２ピース６との間に圧縮状態で挟まれ、ニードル１０に下降力を付与している。
【００１４】
ニードル１０の直上に圧力制御部１８が設けられる。これについては後述する。そしてその上方に押圧ピストン１９が、押圧ピストン１９の上方にプッシュピン２０がそれぞれ配設される。押圧ピストン１９とプッシュピン２０とはそれぞれスプリング２１，２２で上方に付勢され、かつ互いに当接されている。プッシュピン２０の上方にソレノイド２３が設けられ、ソレノイド２３がONのときプッシュピン２０と押圧ピストン１９とが同時に下降し、ソレノイド２３がOFF のときプッシュピン２０と押圧ピストン１９とが同時に上昇するようになっている。ソレノイド２３のON/OFFはこれに結線された電子制御ユニット（図示せず）によって行われる。
【００１５】
プッシュピン２０は中央本体４の中心穴２４内に挿入されるが、やはりこれらの間の隙間２５でも燃料の通過が許容され、特にリーク燃料を通過させられるようになっている。即ち、インジェクタの開弁時に圧力制御部１８から燃料がリークされるが、この燃料は押圧ピストン１９の外周側の隙間、押圧ピストン１９とプッシュピン２０との当接部の隙間、及び上記隙間２５を通じてリーク通路２７に至り、ニップル２８及びリーク配管（図示せず）を通じて燃料タンク（図示せず）に戻されるようになっている。
【００１６】
図１は圧力制御部１８の構成を示す。図示するように、第２ピース６に中心穴２９が貫通形成され、第１ピース５にはその底面から加工された穴部３０が形成される。中心穴２９と穴部３０とは同軸配置されて互いに連通され、中心穴２９は穴部３０より２倍程度の大径とされる。中心穴２９にはニードル１０の上端部３１が摺動自在に挿入される。ただしここでの隙間は小さく、燃料が通過できないような大きさである。従ってこの挿入部により軸シール部３４が形成される。これら中心穴２９、穴部３０及びニードル１０の上端面３２で圧力制御室３３（バランスチャンバ）が区画形成される。即ち、ニードル１０の上端面３２は圧力制御室３３内に臨ませられ、その上端面３２で圧力制御室３３の下端が区画されている。このように圧力制御室３３は第１ピース５と第２ピース６との分割部に形成される。スプリング室１５は第２ピース６の直下にあり、軸シール部３４により圧力制御室３３と隔離される。
【００１７】
穴部３０の上端部は上方ほど小径となるテーパ状に形成される。そしてその上端ないし頂点位置に開口して軸心に沿う小孔３５が底部側から穿設加工される。この小孔３５により圧力制御室３３の燃料排出口が形成され、圧力制御室３３の燃料は小孔３５を通じて上方にリークされることになる。ただし小孔３５には軸体３６が挿通されるので、燃料のリークは小孔３５と軸体３６との隙間を通じて行われることとなる。小孔３５の出口は凹部３７を介してピストン挿入穴３８に連通される。そしてリーク燃料はピストン挿入穴３８と押圧ピストン１９の隙間を通じて上方に流れる。
【００１８】
圧力制御室３３内には弁体３９が装入配置される。弁体３９の中心孔４０に軸体３６が圧入され、カシメにより完全に固定される。これら弁体３９及び軸体３６がセルフシール弁４１を形成し、一体に昇降移動して小孔３５を圧力制御室３３内にて開閉する。このようにセルフシール弁４１が圧力制御室３３内に配置されるので、この分圧力制御室３３を小容積化できる。セルフシール弁４１の下端面はニードル１０の上端面３２に直接臨ませられる。弁体３９の上端部は小孔３５の上端部に倣うテーパ状とされ、それらテーパ面同士が面接触するようになっている。つまり小孔３５のテーパ面が弁座を形成する。この面接触は圧力制御室３３内の燃圧が高まれば高まるほど強力となり、これによりセルフシールが達成される。弁体３９と穴部３０の径方向の隙間は小さくされ、圧力制御室３３の小容積化に貢献している。
【００１９】
軸体３６の上端部は小孔３５から上方に突出され、且つその上端部に上方ほど大径となるテーパ部４６が形成される。このテーパ部４６に押圧ピストン１９が上方から当接し、軸体３６及び弁体３９を一体に下降させて小孔３５を開放するようになっている。この下降時にはテーパ部４６が凹部３７内に入り込み、これにより押圧ピストン１９が凹部３７の外周側のピストン挿入穴３８底面に突き当たって停止できる。押圧ピストン１９と軸体３６の当接時、テーパ部４６が図示の如く押圧ピストン１９の中心孔４５を塞ぐが、押圧ピストン１９が上昇しテーパ部４６から離れると、中心孔４５にもリーク燃料が導入され、リーク燃料の排出が促進される。
【００２０】
圧力制御室３３と燃料通路１２とは燃料導入通路４２で連通される。即ち、圧力制御室３３には燃料通路１２の途中から分岐された高圧燃料が燃料導入通路４２を通じて常時導入されている。燃料導入通路４２は大径穴（導入穴）４３と小径孔４４からなる。即ち、第２ピース６の底部側から穴部３０を利用して側方且つ斜め上方に大径穴４３をドリル加工し、この後大径穴４３の先端から燃料通路１２まで同軸に小径孔４４をドリル加工することにより、燃料導入通路４２は形成される。特に小径孔４４が絞り通路をなし、燃料の導入はある程度制限される。小径孔４４の通路面積は、小孔３５と軸体３６との隙間の通路面積より小さい。これにより室内からの燃料のリークは導入より早く行われ、室内の低圧化が可能となる。
【００２１】
次にかかるインジェクタの作用を述べる。
【００２２】
図１、図２を参照して、まず噴射停止時には、ソレノイド２３がOFF とされ、プッシュピン２０及び押圧ピストン１９が上昇位置にあり、圧力制御室３３内の燃圧でセルフシール弁４１が上方に押し付けられ小孔３５が閉じている。すると燃料のリークがないので、室内の燃圧がニードル１０の上端面３２に作用し、ニードル１０が下方のバルブシートに押し付けられ、噴孔が閉じられる。
【００２３】
次に、噴射実行時には、ソレノイド２３がONとされ、プッシュピン２０及び押圧ピストン１９が下降され、セルフシール弁４１が下方に押動されて小孔３５が開く。すると小孔３５から燃料がリークされ、圧力制御室３３内が低圧となり、ニードル１０の上端面３２に作用していた燃圧が解放されるので、力のバランスが崩れ、ニードル１０が上昇し、噴孔が開く。これにより隙間１１にあった燃料が噴孔から噴射され、燃料噴射が実行される。
【００２４】
このインジェクタの特徴は圧力制御室３３を小容積化し、応答性を高めた点にある。まず、圧力制御室３３からバネ部材としてのスプリング１６を取り除き、外部のスプリング室１５に配置した点が揚げられる。図６に示すように、従来は圧力制御室８４内にスプリング８６及びスプリング受８７が設けられていたが、本案ではこれらを除去したので、その分圧力制御室３３を小容積化できる。
【００２５】
また、セルフシール弁４１の下端面４７をニードル１０の上端面３２に直接対面させ、中間に何もない状態としたので、これらの距離を最小にでき、この点でも圧力制御室３３を小容積化できる。
【００２６】
ここで図１は噴射停止時の状態を示すが、噴射実行時はニードル１０の上端面３２が第１ピース５の下端面に突き当たるまでニードル１０が上昇され、セルフシール弁４１の下端面４７が第１ピース５の下端面に一致し、ニードル１０の上端面３２に当接する程度までセルフシール弁４１が下降される。このように、セルフシール弁４１の下端面４７とニードル１０の上端面３２との最大隙間Ｈが、セルフシール弁４１の最大下降量Ｈ1 及びニードル１０の最大上昇量Ｈ2 の和に等しくされるので、この点でも圧力制御室３３を小容積化できる。
【００２７】
そして弁体３９をニードル１０の上端部３１より小径とし、穴部３０の内径を弁体３９より僅かに大径で且つ中心穴２９の半分程度の内径としたため、この点でも圧力制御室３３を小容積化できる。
【００２８】
一方、圧力制御室３３を第１ピース５と第２ピース６の分割部に形成したので、穴部３０、小孔３５、大径穴４３及び小径孔４４のドリル加工が第１ピース５の底面側から行え、加工が容易である。特に大径穴４３、小径孔４４の加工が加工済みの穴部３０を利用して行えるので、加工が容易化し、加工精度が向上する。また第１ピース５をニードル１０のストッパに利用でき、便利である。さらに、燃料導入通路４２の大径穴４３が、ニードル１０のストッパをなす第１ピースの底面よりも上方に位置するので、ニードル１０の位置に拘わらず、燃料導入通路４２を通じて圧力制御室３３に高圧燃料が常時導入され、ニードル１０の下降を素早く行うことができ、これによっても、燃料噴射の応答性を高めることができる。
【００２９】
さらに燃料導入通路４２が、燃料通路１２の燃料を分岐させて圧力制御室３３に直接導くようになっており、かつ大径穴４３及び小径孔４４からなるシンプルな構成であるため、ニードル１０の内部或いは外部等に複雑な通路を設けずに済み、製造の容易化、低コスト化が図れる。
【００３０】
なお、セルフシール弁４１はニードル１０と同軸にする必要は必ずしもなく、例えばオフセットしたり傾斜させたりすることができる。
【００３１】
図５は従来と本案の燃料噴射特性を比較した図である。横軸には時間がとってあり、縦軸には(a) ではソレノイド２３への印加電流が、(b) ではセルフシール弁４１のリフト量（下降量）が、(c) では燃料噴射率がとってある。従来は実線、本案は破線で示す。図示するように、同一のソレノイド電流に対し弁リフトはほぼ同一であるが、燃料噴射率は著しく異なり、本案の方が噴射開始時期、噴射終了時期ともに早められている。このように本案によれば、ソレノイド電流に対する燃料噴射の応答性が大いに高められ、燃料噴射特性を著しく改善できると共に、排ガス清浄化、燃費向上等に大きく貢献することができる。
【００３２】
次に他の実施の形態について説明する。
【００３３】
図３はセルフシール弁４１を駆動するためソレノイドではなくピエゾ圧電素子４８を用いた例である。先願でも触れたように、ピエゾ圧電素子４８は印加電流の大小に応じて伸縮するため、これを利用してセルフシール弁４１を昇降させることができる。他の構成、作用効果等は前記同様であるので、ここでは同一部分に図中同一符合を付し説明を割愛する。
【００３４】
図４は圧力制御部１８を上方に移動した例である。ここではニードル１０が延長され、下方から順に配置されたニードル本体４９、プッシュロッド５０及びシール軸体５１で分割して構成される。プッシュロッド５０の外周側に保持スリーブ５２が嵌合され、燃料通路１２の燃料は保持スリーブ５２の内外の隙間を通じて下方に流される。他の構成、作用効果等は前記同様で、同一部分に図中同一符合を付し説明を割愛する。
【００３５】
このように、本発明は上記以外にも様々な実施の形態を採ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、圧力制御室の室内容積を縮小し、応答性を高められるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインジェクタの要部拡大縦断面図である。
【図２】本発明に係るインジェクタの縦断面図である。
【図３】他の実施の形態を示す縦断面図である。
【図４】他の実施の形態を示す縦断面図である。
【図５】燃料噴射特性を示すタイムチャートである。
【図６】従来例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０  ニードル
１６  スプリング
３２  上端面
３３  圧力制御室
３５  小孔
４１  セルフシール弁
４２  燃料導入通路
４７  下端面
Ｈ  最大隙間
Ｈ1   セルフシール弁の最大下降量
Ｈ2   ニードルの最大上昇量
【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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