JP2000018116A - コモンレール式燃料噴射装置のインジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力制御室を小容積化し、ニードルの応答性
向上、燃料噴射特性の改善等を図る。 【解決手段】 本発明は、ノズルボディ１内に上端面１
５を有する穴部８を設け、この穴部８にニードル上端部
４を挿入して穴部上端面１５とニードル上端面２５との
間に圧力制御室５を区画形成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、上記圧力制御室５と分
離された燃料空間内で加圧燃料及びバネ部材３に押され
ることにより上記穴部上端面１５又は上記ニードル上端
面２５から突出して相手方に押し付けられる押圧部材２
０を設けたものである。

Description

【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、ニードルを高圧燃料中
に浸漬し、いわば浮かせた状態としておいて、ニードル
にバネ部材による下向き（閉弁方向）の力を付与し、ニ
ードル先端部をバルブシートに押し当てて閉弁させてお
くものがある。これにおいてはニードル上端に付加する
下向きの燃圧を圧力制御室（バランスチャンバ）で制御
し、圧力制御室の高圧燃料を適宜リークさせることによ
り、ニードルに対する圧力バランスを崩してニードルを
上昇させ、開弁させるようになっている。

【０００４】図４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加圧ないし高圧
燃料が常時供給されている。この通路内の燃料が図外下
方の噴孔に送られると共に、ニードル８３周囲に回り込
んでニードル８３をいわば浮かせた状態とする。８４が
圧力制御室で、ここには絞り通路となる燃料導入通路８
５を介し、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内にバネ部材たるスプリング８６と
スプリング受８７とが設けられ、スプリング８６はスプ
リング受８７を介してニードル８３に下向きの力を常時
付与する。

【０００５】閉弁時は、ニードル８３が下方のバルブシ
ートに突き当たって噴孔を閉じている。このときニード
ル８３においては、先端のバルブシート内周側の小領域
を除き、ほぼ全体で高圧燃料の圧力を受け、ほぼ圧力バ
ランスされた状態にある。よってニードル８３は比較的
弱いスプリング８６の力で下降し、バルブシートに押し
当てられることができる。

【０００６】一方、圧力制御室８４において弁体８８が
下降し、出口８９が開かれると、圧力制御室８４内の高
圧燃料が出口８９からリークし、室内圧力が下がってニ
ードル８３に対する圧力バランスが崩れる。即ちこのと
きは出口８９からのリーク量が燃料導入通路８５からの
導入量に勝る。こうなるとニードル８３が上昇し、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
等のアクチュエータが設けられ、このアクチュエータが
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。

【０００７】弁体８８は圧力制御室８４内で出口８９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、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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料噴射特
性の改善のためには圧力制御室８４を小容積化するのが
好ましい。即ち、小容積化することで室内の圧力変化が
迅速に行われ、アクチュエータのON/OFF、即ち出口８９
の開閉に対するニードル８３の応答性を高めることがで
きる。

【０００９】特に、燃料噴射率の制御を行う場合、初期
噴射率（燃料噴射の立上がり）の制御については弁体８
８の下降速度を早めたり、下降量を増やすなどアクチュ
エータ側での改善策がある。しかし、噴射終わりについ
ては圧力制御室８４の容積が大きく影響し、同様の改善
策がとれない。即ち弁体８８の上昇速度を早め、出口８
９を早く閉じても、圧力制御室８４には燃料導入通路８
５の通路面積に応じた一定流量の燃料しか入らないた
め、容積が大きいと圧力が上がりにくくなり、結果的に
ニードル８３の下降タイミングも遅れてしまう。こうな
ると噴射終了時期が遅れ、噴射時間が長くなり、排ガス
や燃費の悪化につながる。

【００１０】しかし、上記構造だと圧力制御室８４がニ
ードル上端面全体をカバーするような横断面面積を有
し、ニードル上端面全体への圧力を変化させるようにな
っているため、必ずしも小容積化が十分でない。即ち、
この種のインジェクタではニードル８３に対する圧力バ
ランスを崩したり回復させたりすればよいので、必ずし
もニードル上端面全体に対し圧力変化させる必要はな
い。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ノズルボディ
内に上端面を有する穴部を設け、この穴部にニードル上
端部を挿入して穴部上端面とニードル上端面との間に圧
力制御室を区画形成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、上記圧力制御室と分離された燃
料空間内で加圧燃料及びバネ部材に押されることにより
上記穴部上端面又は上記ニードル上端面から突出して相
手方に押し付けられる押圧部材を設けたものである。

【００１２】また本発明は、ノズルボディ内に上端面を
有する穴部を設け、この穴部にニードル上端部を挿入し
てその挿入部の上部を縮径し、この縮径部にスリーブを
昇降自在に嵌合してこのスリーブと縮径部下端との間に
バネ部材を配設し、このバネ部材により上記スリーブを
上記穴部上端面に押付け、上記穴部上端面、ニードル上
端面及びスリーブ内周面によって圧力制御室を区画形成
したものである。

【００１３】また本発明は、ノズルボディ内に上端面を
有する穴部を設け、この穴部にニードル上端部を挿入し
てこのニードル上端部にその上端面から下方に向かう収
容穴を穿設し、この収容穴の上部にピストン部材を昇降
自在に嵌合してこのピストン部材と収容穴下端との間に
バネ部材を配設し、このバネ部材により上記ピストン部
材を上記穴部上端面に押付け、上記穴部上端面、穴部内
周面、ニードル上端面及びピストン部材外周面によって
圧力制御室を区画形成したものである。

【００１４】また本発明は、ノズルボディ内に上端面を
有する穴部を設け、この穴部にニードル上端部を挿入
し、上記ノズルボディに上記穴部の上端面から上方に向
かう収容穴を穿設し、この収容穴の下部にピストン部材
を昇降自在に嵌合してこのピストン部材と収容穴上端と
の間にバネ部材を配設し、このバネ部材により上記ピス
トン部材をニードル上端面に押付け、穴部上端面、穴部
内周面、上記ニードル上端面及びピストン部材外周面に
よって圧力制御室を区画形成したものである。

【００１５】

【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。

【００１６】［第１実施形態］図１は第１実施形態にか
かるインジェクタの要部を示し、図示するようにノズル
ボディ１の内部にニードル２（針弁）が昇降可能に装入
され、ニードル２の昇降により図外下方の噴孔が複数同
時に開閉されるようになっている。

【００１７】ノズルボディ１内において、ニードル２は
高圧燃料中に浸漬されたいわば浮いた状態となってい
る。そしてニードル２にはスプリング３による下向き
（閉弁方向）の力が常時付与され、通常は図外下方のニ
ードル先端がノズルボディ先端のバルブシートに突き当
たって噴孔を閉じている。そしてニードル上端部４に付
加される下向きの燃圧を、圧力制御室（バランスチャン
バ）５で適宜解放することにより、ニードル２に対する
圧力バランスを崩し、ニードル２を上昇させ、噴孔を開
くようになっている。

【００１８】ノズルボディ１は互いに接合される上部ノ
ズルボディ６と下部ノズルボディ７とを有する。下部ノ
ズルボディ７は上部に大径穴８を、下部に小径穴９を有
し、それら穴８，９内にニードル２を昇降可能に収容す
るようになっている。即ちニードル２も大径の上端部４
と小径の軸部１１とを有し、上端部４が大径穴８に、軸
部１１が小径穴９にそれぞれ収容されるようになってい
る。

【００１９】ニードル２の上端部４と軸部１１とはテー
パ部１２で結ばれ、テーパ部１２は、大径穴８と小径穴
９とを結ぶ燃料溜り室１３に収容される。燃料溜り室１
３には上部ノズルボディ６と下部ノズルボディ７とに形
成された燃料通路１４が開口され、コモンレールから送
られてきた加圧ないし高圧燃料を常時導入するようにな
っている。燃料溜り室１３の燃料は軸部１１と小径穴９
の隙間１４を噴孔に向かって下方に流れる。燃料溜り室
１３内で燃圧はテーパ部１２に作用し、ニードル２に上
向きの力を付与する。

【００２０】大径穴８の上端の開口部は上部ノズルボデ
ィ６によって閉止され、大径穴８が本発明の穴部を、上
部ノズルボディ６の下端面１５が本発明の穴部上端面を
なす。ニードル上端部４は、基準径を有する下部１６に
対し上部１７が段差状に縮径される。この上部１７が本
発明の縮径部をなす。大径穴８は高さ方向に沿って一定
の内径を有し、下部１６との間の隙間１８から燃料溜り
室１３の燃料を上方に導くようになっている。

【００２１】ニードル上部１７には下方から順に、本発
明のバネ部材をなすスプリング３（コイルスプリング）
とスリーブ２０（押圧部材）とが嵌合される。スリーブ
２０はニードル上部１７に対し相対的に昇降移動自在で
ある。スプリング３はスリーブ２０と上部下端面２１
（本発明の縮径部下端）との間に圧縮状態で配され、ス
リーブ２０を上部ノズルボディ６の下端面１５に押し付
けると同時に、ニードル２を下方に押圧する。スリーブ
２０の上端部は断面エッジ状とされ、外周側が一定径の
円筒状に、内周側が上広がりのテーパ状に形成される。

【００２２】特に、スリーブ２０の外周面と大径穴８の
内周面との隙間２１が燃料の絞り通路を形成し、燃料を
少量だけ流せるようになっている。即ちこの隙間２１は
前記隙間１８より径方向の間隔が小さく、軸方向に所定
の長さを有している。また、スリーブ２０の内周面とニ
ードル上部１７の外周面との隙間は殆どなく、相対移動
を可能とするぎりぎりの大きさで、燃料の通過は許容し
ない大きさになっている。こうしてスリーブ２０とニー
ドル上部１７との間で軸シールが形成される。

【００２３】上部ノズルボディ６の下端部に、大径穴８
と同軸かつ小径の弁室穴２２が設けられる。弁室穴２２
の下端は大径穴８に直接開口され、断面が五角形で上端
部がテーパ状とされる。弁室穴２２の上端にリーク穴２
３が穿設され、リーク穴２３はその上方のリーク通路２
４に開口される。

【００２４】このように弁室穴２２、上部ノズルボディ
６の下端面１５、ニードル２の上端面２５及びスリーブ
２０の内周面によって圧力制御室５が区画形成される。

【００２５】リーク穴２３は、弁室穴２２内でセルフシ
ール弁２６により開閉されるようになっている。即ち、
セルフシール弁２６は、弁室穴２２に収容される弁体２
７と、リーク穴２３に小さな隙間をもって挿通される弁
軸２８とを一体的に有し、いわゆるポペット弁の構成と
される。弁体２７も断面五角形とされ、その上端部が弁
室穴２２上端部に倣うテーパ状とされ、リーク穴２３の
入口周りの弁座に面状に着座できる。この構成によれ
ば、圧力制御室５の室内圧力が高まるほどに弁体２７を
強力に押し付けられ、静的リークを完全に防止できる。
セルフシール弁２６は図外上方のアクチュエータ（ソレ
ノイド、ピエゾ圧電素子等）により昇降駆動される。弁
室穴２２は、弁体２７の径方向外側にリーク直前の燃料
を通過させ得るようなぎりぎりの大きさの内径とされ、
弁体２７の昇降ストロークをカバーし得るようなぎりぎ
りの大きさの長さとされる。

【００２６】次に、かかるインジェクタの作用を述べ
る。

【００２７】まず、燃料噴射停止時には、図１に示すよ
うにセルフシール弁２６がリーク穴２３を閉じ、圧力制
御室５が高圧燃料で満たされ、ニードル２が下降位置に
あり、噴孔が閉じられる。このときスリーブ２０はスプ
リング３と、その周囲の燃料空間の高圧燃料とによって
押し上げられ下端面１５に当接している。そして隙間１
８から上方に導かれた高圧燃料がスリーブ２０の周りの
隙間２１に滞留している。

【００２８】次に、燃料噴射実行時には、セルフシール
弁２６が下降されてリーク穴２３が開き、このリーク穴
２３から圧力制御室５の高圧燃料がリークし、圧力制御
室５が低圧となる。すると圧力バランスが崩れてニード
ル２が上昇し、噴孔が開いて燃料噴射が実行される。

【００２９】こうして圧力制御室５が低圧化すると、ス
リーブ２０の内外周で差圧が生じるため、この差圧でス
リーブ２０が下降し、隙間２１に待機していた高圧燃料
が圧力制御室５に流れ込む。そして圧力制御室５が高圧
化すると、差圧が減少してスリーブ２０が元の位置に上
昇復帰し、燃料の流入が遮断される。スリーブ２０はこ
のような微小の上下動を繰り返しながら、圧力制御室５
に高圧燃料を断続的に供給する。これによれば、燃料を
常時導入しながらリークさせる先願（図４）に比べ、動
的リークを減らし、高圧燃料消費量を減少できる。そし
てポンプ容量も小さくでき、燃費向上等を図ることがで
きる。

【００３０】ここで、スリーブ２０の上昇時にはスリー
ブ２０が下端面１５に全周当接しており、スリーブ２０
に下向きの力がかからないようにも見えるが、微視的に
見れば隙間が存在するので、この隙間への燃料流入をき
っかけにスリーブ２０は押し下げられることができる。

【００３１】さて、上記構成においては、ニードル上端
部４の上部１７を縮径し、この縮径部にスリーブ２０を
嵌合すると共に、下端面１５、上端面２５及びスリーブ
２０の内周面で圧力制御室５を区画形成したので、圧力
制御室５の径方向の大きさを縮小し、容積を減らすこと
ができる。これにより圧力変化を迅速に行い、ニードル
２の応答性を高め、燃料噴射特性を改善することが可能
となる。一方、このようにしてニードル２の圧力制御面
（上端面２５）の面積を減らしても、ニードル２に対す
る圧力バランスは確実に崩せるので、動作上問題はな
い。

【００３２】また、スプリング３を圧力制御室５外に出
した点、弁室穴２２を弁体２７の大きさぎりぎりに形成
した点でも、圧力制御室５の小容積化を図ることができ
る。

【００３３】また、圧力制御室５への燃料流入量をスリ
ーブ２０の外径と長さとで調節でき、スリーブ２０の加
工も容易なことから自由度を高められる。

【００３４】［第２実施形態］図２は第２実施形態を示
す。なお同一の構成については図中同一符号を付し、説
明を省略する。図示するように、上部ノズルボディ６と
下部ノズルボディ７との間に中間ピース３０が設けられ
る。圧力制御室５においては弁室穴２２の部分が中間ピ
ース３０の上方に移動され、いわゆる分離構造となって
いる。そして大径穴８の部分と弁室穴２２の部分とが、
中間ピース３０に設けられた連通路３１で互いに連通さ
れる。なお中間ピース３０にも燃料通路３２が設けられ
る。

【００３５】ニードル上端部４は縮径部のない一定外径
に形成され、大径穴８との隙間３３で絞り通路を形成
し、燃料溜り室１３の燃料を圧力制御室５に常時導入す
る。特に、ニードル上端部４の軸心部に、ニードル上端
面２５から下方に向けて所定深さの収容穴３４が穿設さ
れる。収容穴３４の下部にはバネ部材たるスプリング３
５（コイルスプリング）が配設され、上部には円柱状の
ピストン部材３６（押圧部材）が昇降自在に嵌合され
る。

【００３６】収容穴３４はその下方に設けられた連通路
３７により燃料溜り室１３に連通され、圧力制御室５と
分離された燃料空間を形成する。即ち、ピストン部材３
６と収容穴３４との隙間は小さく、それらの相対移動の
みが許容され燃料が通過できない大きさである。スプリ
ング３５は圧縮状態で配され、ピストン部材３６を中間
ピース３０の下端面３８に常時押し付けると同時に、ニ
ードル２を下方に押し付けている。従って昇降するニー
ドル２に対しピストン部材３６は一定位置に保持され、
ニードル上端面２５に常時突き当てられた状態となる。

【００３７】この構成によれば、下端面３８、大径穴８
内周面、ニードル上端面２５及びピストン部材３６外周
面により、圧力制御室５の一部がリング状に区画形成さ
れる。特にピストン部材３６を挿入した分、圧力制御室
５を小容積化できる。またピストン部材３６とニードル
２が必ずしも同軸でなくてよいので、製作が容易であ
る。

【００３８】ここで、収容穴３４には連通路３７を介し
て高圧燃料が常に満たされており、ピストン部材３６に
よる加圧面積減少分が収容穴３４の底面で補償されてい
る。またニードル２が昇降すると、これに応じて連通路
３７から燃料が呼吸される。ここでは前記と異なり圧力
制御室５に隙間３３を通じて高圧燃料が常時導入される
ので、動的リークが発生する。

【００３９】［第３実施形態］図３は第３実施形態を示
す。なお同一の構成については図中同一符号を付し、説
明を省略する。図示するように、ここでは中間ピース３
０の厚さが増加され、中間ピース３０の軸心部に下端面
３８から上方に向かう収容穴３４が穿設される。収容穴
３４の上部にスプリング３５が配設され、下部にピスト
ン部材３６（押圧部材）が昇降自在に嵌合される。中間
ピース３０において、収容穴３４は連通路４０を介して
燃料通路３２から高圧燃料を導入する。弁室穴２２が前
記同様分離され、上部ノズルボディ６及び中間ピース３
０に設けられた連通路３１で大径穴８の部分と連通され
る。ピストン部材３６と収容穴３４が軸シールをなす点
は同じである。一方、前記と異なり、ニードル上端部４
と大径穴８も軸シールを形成している。収容穴３４と弁
室穴２２とが絞り通路としての小孔４１により連通され
る。

【００４０】この構成においても、前記同様、下端面３
８、大径穴８内周面、ニードル上端面２５及びピストン
部材３６外周面により、圧力制御室５の一部がリング状
に区画形成される。特にピストン部材３６を挿入した
分、圧力制御室５を小容積化できる。

【００４１】このインジェクタにおいては、燃料通路３
２の高圧燃料が連通路４０、収容穴３４、小孔４１、弁
室穴２２、連通路３１という経路で圧力制御室５の大径
穴８の部分に常時導入される。一方、その導入された燃
料は連通路３１、弁室穴２２という経路を経てリーク穴
２３からリークされるが、このときにも小孔４１から弁
室穴２２に燃料が供給されるので、動的リークが発生す
る。

【００４２】以上のように、本発明は種々の実施形態を
採ることが可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、圧力制御
室を小容積化でき、ニードルの応答性向上、燃料噴射特
性の改善等を図れるという、優れた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るインジェクタの縦断面図で
ある。

【図２】第２実施形態に係るインジェクタの縦断面図で
ある。

【図３】第３実施形態に係るインジェクタの縦断面図で
ある。

【図４】従来のインジェクタの縦断面図である。

【符号の説明】

１ ノズルボディ ３ スプリング ４ 上端部 ５ 圧力制御室 ８ 大径穴 １５ 下端面 １７ 上部 ２０ スリーブ ２１ 上部下端面 ３４ 収容穴 ３５ スプリング ３６ ピストン部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルボディ内に上端面を有する穴部を
   設け、該穴部にニードル上端部を挿入して穴部上端面と
   ニードル上端面との間に圧力制御室を区画形成したコモ
   ンレール式燃料噴射装置のインジェクタにおいて、上記
   圧力制御室と分離された燃料空間内で加圧燃料及びバネ
   部材に押されることにより上記穴部上端面又は上記ニー
   ドル上端面から突出して相手方に押し付けられる押圧部
   材を設け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。
2. 【請求項２】 ノズルボディ内に上端面を有する穴部を
   設け、該穴部にニードル上端部を挿入してその挿入部の
   上部を縮径し、該縮径部にスリーブを昇降自在に嵌合し
   て該スリーブと縮径部下端との間にバネ部材を配設し、
   該バネ部材により上記スリーブを上記穴部上端面に押付
   け、上記穴部上端面、ニードル上端面及びスリーブ内周
   面によって圧力制御室を区画形成し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。
3. 【請求項３】 ノズルボディ内に上端面を有する穴部を
   設け、該穴部にニードル上端部を挿入して該ニードル上
   端部にその上端面から下方に向かう収容穴を穿設し、該
   収容穴の上部にピストン部材を昇降自在に嵌合して該ピ
   ストン部材と収容穴下端との間にバネ部材を配設し、該
   バネ部材により上記ピストン部材を上記穴部上端面に押
   付け、上記穴部上端面、穴部内周面、ニードル上端面及
   びピストン部材外周面によって圧力制御室を区画形成し
   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。
4. 【請求項４】 ノズルボディ内に上端面を有する穴部を
   設け、該穴部にニードル上端部を挿入し、上記ノズルボ
   ディに上記穴部の上端面から上方に向かう収容穴を穿設
   し、該収容穴の下部にピストン部材を昇降自在に嵌合し
   て該ピストン部材と収容穴上端との間にバネ部材を配設
   し、該バネ部材により上記ピストン部材をニードル上端
   面に押付け、穴部上端面、穴部内周面、上記ニードル上
   端面及びピストン部材外周面によって圧力制御室を区画
   形成し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。