JP2003148277A

JP2003148277A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2003148277A
Application number: JP2001345706A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Matsumoto; 修一松本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ピンホールに燃料中のゴミが詰まるのを防止
して、制御性、安全性を確保し、かつ噴射燃料の圧損を
増加させることのない高性能な燃料噴射弁を提供する。【解決手段】ピエゾアクチュエータ１４によって駆動
される大径ピストン６１と、ノズルニードル１２を昇降
させる３方弁５を開閉駆動する小径ピストン部材６３の
間に油密室６２を設ける。油密室６２は、大径ピストン
６１下端部に設けたピンホール８および通路７２を介し
て外部へ至るドレーン通路２に連通しており、通路７２
には、焼結金属材からなるフィルタ部材８２が配設して
ある。通路７２における燃料の流量は非常に小さいの
で、目の細かいフィルタを装着しても圧損が大きな問題
となることはなく、燃料中のゴミを除去して機能低下を
防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料噴
射弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン等に高圧燃料を噴射
するために、従来より、ピエゾアクチュエータ等を用い
た油圧駆動式の燃料噴射弁が用いられている。かかる燃
料噴射弁は、ピエゾアクチュエータの伸縮に伴って変位
する大径のピストン部材と、作動油を充填した油密室、
および弁部材を駆動する小径のピストン部材を、この順
に同軸的に配置し、大径のピストン部材の変位を油密室
で油圧変換し、拡大して小径のピストン部材に伝達して
いる。

【０００３】ピエゾアクチュエータの伸長時、大径のピ
ストン部材および油密室を介して小径のピストン部材が
下降し、弁部材を開弁すると、ノズルニードルに背圧を
与える制御室の圧力が低下し、ノズルニードルが上昇し
て噴孔から燃料が噴射される。その後、ピエゾアクチュ
エータを収縮させると、大径のピストン部材が上昇する
のに伴い、小径のピストン部材が上昇し、弁部材が閉弁
して燃料噴射が停止される。

【０００４】一方、上記構成では、油密室からリークす
る作動油を補充する必要があり、このため、油密室に逆
止弁を介して作動油を供給する機構を設けたものがある
（例えば、米国特許第５７７９１４９号、特開平１１−
１６６６５３号公報等）。しかしながら、この機構に
は、組付け後に油密室に作動油を充填する際に空気が
残って、作動が不十分となる、作動を長期間停止して
いると小径ピストンが重力で降下し、作動油が逆止弁を
介して補充されるため、小径ピストンが上昇できなくな
る、通電回路の断線等でピエゾアクチュエータが収縮
できなくなると、油密室の油圧が高いままとなり、燃料
噴射が持続する、といった問題がある。そこで、油密室
と外部を接続するピンホールを設けて、制御性、安全性
を向上させることが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ピンホール
を設けただけの構成では、燃料中に混入したゴミがピン
ホールに詰まると、ピンホールが機能しなくなるという
問題が生じる。燃料噴射弁の燃料導入路の入口には、通
常、噴孔（径：約１００μｍ）を閉塞するおそれのある
ゴミを除去するためにフィルタが装着されるため、この
フィルタの目を細かくすることで、問題を回避すること
が容易に考えられる。しかしながら、フィルタの目を細
かくすると、圧損が増加してしまい、必要な燃料噴射圧
が得られないおそれがある。

【０００６】本発明は上記実情に課題を解決するための
もので、その目的は、ピンホールに燃料中のゴミが詰ま
るのを防止して、制御性、安全性を確保することがで
き、しかも圧損を増加させることのない高性能な燃料噴
射弁を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の燃料噴射弁
は、アクチュエータによって駆動される大径の第１のピ
ストン部材と、ノズルニードルを昇降させる弁部材を開
閉駆動する小径の第２のピストン部材を有し、これら両
ピストン部材の間に作動流体を充填した油密室を設け
て、上記第１のピストン部材の変位を拡大して上記第２
のピストン部材に伝達するものである。上記油密室はピ
ンホールを介して外部へ至る通路に連通するとともに、
上記ピンホールと上記通路の間には、フィルタ部材が配
設してある。

【０００８】上記ピンホールを設けることで、制御性、
安全性が向上するが、ピンホールにゴミが詰まると機能
しなくなるおそれがある。そこで、本発明では、上記ピ
ンホールと外部へ至る通路の間に、フィルタ部材を設け
て、上記通路から上記ピンホールを介して油密室に流入
する燃料中のゴミを捕集する。上記通路で発生する流れ
は、油密室からのリーク分を補給するもので、燃料の流
量は非常に小さく、目の細かいフィルタを装着しても圧
損が大きな問題となることはない。

【０００９】請求項２では、上記フィルタ部材を金属焼
結材で構成する。金属焼結材は、高温、高圧、高粘度の
条件下でも好適に使用され、また、洗浄により、繰り返
し再生できるので有用である。

【００１０】請求項３のように、上記ピンホールは、上
記油密室の近傍に配置される。具体的には、請求項４の
ように、上記第１のピストン内に上記油密室と上記外部
通路とを結ぶ通路を設けて、該通路に上記ピンホールを
設けることができる。

【００１１】あるいは、請求項５のように、上記第１の
ピストンが摺動するシリンダ形成部材内に上記油密室と
上記外部通路とを結ぶ通路を設けて、該通路に上記ピン
ホールを設けることもできる。

【００１２】いずれの場合も、請求項６のように、上記
フィルタ部材が上記ピンホールの近傍に配置されている
と、上記ピンホールへ流入するゴミを確実に除去して、
機能低下を阻止する効果が高い。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図面に従って説明する。図１は、本発明を適用した燃
料噴射弁１の構成を示す図で、例えば、ディーゼルエン
ジンのコモンレール噴射システムに好適に使用される。
燃料噴射弁１は、ハウジングＨの先端（図の下端）に設
けた噴孔１１をノズルニードル１２の上下動により開閉
して、燃料の噴射を開始ないし停止するもので、図略の
制御回路によって作動が制御される。噴孔１１は、ノズ
ルニードル１２が上端位置にある時に開となり、高圧燃
料通路３に続く燃料溜まり３１と導通して燃料が供給さ
れる一方、ノズルニードル１２がノズルシート１３に着
座する下端位置において閉となり、燃料溜まり３１との
導通が遮断されて燃料の供給が停止される。

【００１４】高圧燃料通路３は、燃料溜まり３１から上
方向に延び、ハウジングＨ上側部に設けたインレット３
２を介して外部のコモンレール（図略）に連通してい
る。ハウジングＨ内には、また、燃料戻し用のドレーン
通路２が形成されており、ハウジングＨ上端部に設けた
逆止弁２１とアウトレット２２を介して、外部の燃料タ
ンク（図略）に至る外部通路に連通している。ノズルニ
ードル１２の上方には、制御室４が形成され、ノズルニ
ードル１２は、制御室４内に配したスプリング４１のば
ね力と制御室４の油圧によって閉方向（下方）へ付勢さ
れている。

【００１５】制御室４の油圧は、弁部材としての３方弁
５によって制御される。３方弁５は、弁室５１内に略球
形の弁体５２を配設してなり、弁室５１はメインオリフ
ィス４２を介して制御室４と常に連通している。弁室５
１は、頂面にドレーンポート２３が、底面に高圧ポート
３３が開口しており、弁室５１内の弁体５２が上方また
は下方に移動して上記２つのポートの一方を閉塞する
と、他方が開放されて制御室４と導通する。ドレーンポ
ート２３はドレーン通路２に連通し、高圧ポート３３は
高圧燃料通路３に連通している。

【００１６】よって、弁室５１がドレーンポート２３に
連通すると、制御室４は低圧となり、ノズルニードル１
２がノズルシート１３から離れて上昇する。一方、弁室
５１が高圧ポート３３に連通すると、制御室４は高圧と
なり、ノズルニードル１２が下降してノズルシート１３
に着座する。また、制御室４は、サブオリフィス４３に
よって、３方弁５を介さずに高圧燃料通路３と常に連通
している。これにより、高圧燃料通路３からサブオリフ
ィス４３を経て制御室４に燃料が流入するので、噴射開
始時にはノズルニードル１２を緩やかに開弁させ、噴射
終了時にはノズルニードル１２を迅速に閉弁させること
ができる。

【００１７】ハウジングＨの上端部内には、ピエゾアク
チュエータ１４と、その下端に接して一体に変位するピ
エゾピストン１５が収容されている。ピエゾアクチュエ
ータ１４は公知の構成で、電荷の注入によって伸長し、
電荷の放出によって収縮する圧電体を積層してなり、印
加電圧に応じて伸縮してピエゾピストン１５を駆動す
る。ピエゾピストン１５の外周にはシールリング１６が
配設されて、ピエゾアクチュエータ１４側への燃料の侵
入を阻止している。ピエゾピストン１５の下方には、第
１のピストン部材である大径ピストン６１、変位を拡大
するための油密室６２、第２のピストン部材である小径
ピストン６３がこの順に配設され、ピエゾアクチュエー
タ１４およびピエゾピストン１５の変位を拡大して小径
ピストン６３に伝達する。この時の変位拡大率は、大小
ピストン６１、６２の径差に応じて決定される。

【００１８】３方弁５の弁体５２は、通常状態では、弁
室５１の圧力によってドレーンポート２３を閉塞してお
り、小径ピストン６３が下降して弁体５２を押し下げる
と、ドレーンポート２３が開放され、高圧ポート３３が
閉鎖される。なお、ドレーンポート２３の弁室５１への
開口部は、円錐面に形成され、一方、高圧ポート３３の
弁室５１への開口部はフラット面となっている。このよ
うに一方をフラット形状とすると、弁体５２の軸ずれを
吸収できるため、好ましい。

【００１９】大径ピストン６１の中間部周りに形成され
る空間は、ドレーン通路２に連通する油溜まり室７とな
してある。油溜まり室７には、スプリング７１が収容さ
れて大径ピストン６１およびピエゾピストン１５を上方
に付勢し、ピエゾアクチュエータ１４の伸縮に応じて一
体に上下動可能としている。

【００２０】大径ピストン６１内には、軸方向に通路７
２が設けられ、通路７２の上端は側方に屈曲して、油溜
まり室７に開口している。通路７２の下端は、大径ピス
トン６１の下端中央に圧入固定される有底筒状のピンホ
ール形成部材８１内通路に接続し、ピンホール形成部材
８１の底面中央を貫通して形成されるピンホール８を介
して、油密室６２に連通している。ピンホール８は、大
径ピストン６１の下端中央に圧入固定される有底筒状の
ピンホール形成部材８１の底面中央を貫通して形成され
る。ピンホール８は、組付け時に燃料を油密室に充填す
るための通路として、または、リーク等により油密室６
２の油圧が所定圧以下となった時に燃料を補充し、油圧
が所定圧以上となった時に燃料を排出するための通路と
して機能する。ピンホール８の大きさは、油密室６２の
変位伝達機能に支障がない範囲で、また、異常時に一定
期間以上油密室６２の圧力が高い状態が続かないよう
に、例えば、直径：０．０１〜０．０３ｍｍ程度に設定
される。なお、ドレーン通路２は、アウトレット２２近
傍に設けたボールとスプリングからなる逆止弁２１によ
り、外部通路より高い圧力に保たれているので、油密室
６２への燃料補充は容易になされる。

【００２１】ここで、本発明では、燃料中の微小なゴミ
を捕集、除去するために、ピンホール８と外部通路の間
にフィルタ部材８２を配設する。図１の第１の実施の形
態では、油溜まり室７に接続する通路７２の上端部内に
フィルタ部材８２を配設しており、ピンホール８にゴミ
が詰まって機能しなくなるのを防止する。フィルタ部材
８２として、好適には、焼結金属材からなるフィルタ部
材８２が用いられ、プラスチックフィルタ等に比べて、
高温、高圧、高粘度下での耐久性に優れ、洗浄による再
生使用が容易である等の点で優位である。具体的には、
このような焼結金属フィルタとして、金属粉末を型内で
焼結させて多孔質体としたものや、金属繊維を成形、焼
結したもの、さらに、複数枚の金網を積層して焼結した
もの等、種々のフィルタがあり、いずれも、小さなスペ
ースに設置可能で所望の微小なゴミを効率よく除去でき
る。

【００２２】上記構成の燃料噴射弁１の作動を説明す
る。燃料噴射を開始するためにピエゾアクチュエータ１
４に電圧を印加すると、ピエゾアクチュエータ１４が伸
長して、ピエゾピストン１５、大径ピストン６１を同じ
変位量だけ下方に移動させ、油密室６２の油圧を上昇さ
せる。油密室６２の油圧上昇により小径ピストン６３が
下降すると、３方弁５の弁体５２が押し下げられ、ドレ
ーンポート２３を開放する。この時、弁体５２のリフト
量は、ピエゾアクチュエータ１４の変位に対して大径ピ
ストン６１と小径ピストン６３の受圧面積の比に応じて
拡大される。

【００２３】弁体５２のリフトに伴い、弁室５１とドレ
ーンポート２３が導通し、次いで高圧ポート３３との導
通が遮断されるために、弁室５１の圧力が低下し、制御
室４の圧力を低下させる。そして、ノズルニードル１２
に上向きに作用する燃料溜まり３１の油圧力が、制御室
４の油圧力およびスプリング４１のバネ力に勝ると、ノ
ズルニードル１２がノズルシート１３からリフトし、燃
料の噴射が開始される。

【００２４】燃料噴射の停止に当たっては、ピエゾアク
チュエータ１４の電荷を放出させてその電圧をゼロにす
る。この間に、ピエゾアクチュエータ１４は、電圧印加
時の変位量だけ収縮して元の長さに戻り、大径ピストン
６１がスプリング７１に付勢されて上昇する。これによ
り、油密室６２の油圧が低下すると、小径ピストン６３
は、弁体５２を高圧ポート３３の高圧に抗してシートさ
せる力を失い、弁体５２とともに上昇する。弁体５２が
初期状態に戻ると、弁室５１が高圧ポート３３に導通
し、ドレーンポート２３との導通が遮断されるために、
弁室５１および制御室４の圧力が再び上昇して、ノズル
ニードル１２をノズルシート１３に着座させ、燃料噴射
が停止する。

【００２５】この間、油密室６２の燃料は、また大小ピ
ストン６１、６３の外周のクリアランスを介して、また
ピンホール８を介してドレーン通路２にリークするが、
噴射終了後、リークに相当する分の燃料が、ピンホール
８を介して補充されるので、油密室６２の油圧を所定圧
に保持することができる。また、ピンホール８を設けた
ことにより、例えば、燃料噴射中にピエゾアクチュエー
タ１４への通電回路が断線する等の異常が生じた場合、
ピエゾアクチュエータ１４の電荷を放出することができ
なくなっても、ピンホール８を介して油密室６２の燃料
が油溜まり室７へリークするため、油密室６２の圧力は
次第に低下する。よって、油密室６２の油圧が高いまま
維持されて、燃料噴射が継続するおそれがなく、安全性
が高い。

【００２６】そして、本実施の形態では、ピンホール８
に連通する通路７２内に、フィルタ部材８２を配置した
ので、油密室６２に補充される燃料中の微小なゴミが除
去できる。従って、ピンホール８にゴミが詰まって機能
しなくなるのを防止できる。ここで、フィルタ部材８２
が配置される通路７２内を流通する燃料は、燃料リーク
に相当する僅かな量で、多量の噴射燃料が流通する高圧
燃料通路３と比べて、圧倒的に少量であるので、フィル
タ部材８２の目を細かくしても圧損増が大きな問題とな
ることはない。特に、フィルタ部材８２を焼結金属材か
らなるフィルタとすれば、省スペースで、効率よく微小
なゴミを除去できる。

【００２７】また、燃料噴射弁１の組み立て後、油密室
６２に燃料を充填するために、通常、高圧燃料通路３を
真空ポンプに連結して燃料噴射弁１内を真空にしてか
ら、ドレーン通路２を通じて燃料を供給する。この時、
ピンホール８により、油密室６２内が容易に真空にでき
るので、速やかに燃料を充填することができ、空気が残
って不具合を生じることがない。さらに、通路７２に配
置されるフィルタ部材８２を通過させることで、燃料中
の微小なゴミが除去されるので、ピンホール８にゴミが
詰まるのを防止できる。

【００２８】さらに、上記第１の実施の形態では、フィ
ルタ部材８２を、ピンホール８が設けられる大径ピスト
ン６１内に形成した通路７２に配設したので、組み立て
工程に先立って、フィルタ部材８２およびピンホール形
成部材８１を大径ピストン６１に圧入固定して一体化し
ておくことができる。このように、フィルタ部材８２を
ピンホール８の近傍、好ましくは、同一部材内に設置す
ると、部品の管理が容易である上、通路７２内へのゴミ
等の侵入を防止できるので、有利である。

【００２９】図２に、本発明の第２の実施の形態として
示すように、フィルタ部材８２を、ピンホール形成部材
８１内に配置することもできる。この場合は、筒状のピ
ンホール形成部材８１の上端開口を閉鎖するように、ピ
ンホール８が形成される底面との間に間隔をおいて、フ
ィルタ部材８２を配置する。ピンホール８とフィルタ部
材８２の間を空けるのは、燃料に接する面を大きくし、
フィルタ面の全面を使用して効率よくゴミを捕集するた
めである。このように、フィルタ部材８２とピンホール
８を近接させることで、ピンホール８近傍のゴミを確実
に除去して、より効果的にフィルタ機能を発揮させるこ
とができる。

【００３０】図３に、本発明の第３の実施の形態として
示すように、ハウジングＨ内に、筒状のシリンダ形成部
材９を別体で設け、このシリンダ形成部材９にピンホー
ル８を設けた構成とすることもできる。シリンダ形成部
材９の内周は、大径ピストン６１および小径ピストン６
３が摺動するシリンダとなしてある。この時、油密室６
２は、大径ピストン６１、小径ピストン６３とシリンダ
形成部材９に囲まれる空間で形成され、側壁に開口する
ピンホール８およびこれに連続する通路９１を介してド
レーン通路２に連通している。通路９１の途中には、ピ
ンホール８と間隔をおいてフィルタ部材８２が配設して
あり、油密室６２に充填される燃料中のゴミを除去する
ようになっている。

【００３１】この構成においても、ピンホール８とドレ
ーン通路２の間にフィルタ部材８２に配設することで、
同様の効果が得られる。また、フィルタ部材８２をピン
ホール８の近傍、好適には、同一部材であるシリンダ形
成部材９内に配置することで、組付けや部品の管理が容
易になり、ゴミ等の侵入を防止できる効果も高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における燃料噴射弁
の全体構成を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態における燃料噴射弁
の全体構成を示す断面図である

【図３】本発明の第３の実施の形態における燃料噴射弁
の全体構成を示す断面図である

【符号の説明】

Ｈハウジング１燃料噴射弁１１噴孔１２ノズルニードル１３ノズルシート１４ピエゾアクチュエータ（アクチュエータ）１５ピエゾピストン２ドレーン通路２１逆止弁２３ドレーンポート３高圧通路３１燃料溜まり３３高圧ポート４制御室５３方弁（弁部材）５１弁室５２弁体６１大径ピストン（第１のピストン部材）６２油密室６３小径ピストン（第２のピストン部材）７油溜まり室７１スプリング７２通路８ピンホール８１ピンホール形成部材８２フィルタ部材９シリンダ形成部材

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 61/16 Ｆ０２Ｍ 61/16 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アクチュエータによって駆動される大径
の第１のピストン部材と、ノズルニードルを昇降させる
弁部材を開閉駆動する小径の第２のピストン部材を有
し、これら両ピストン部材の間に作動流体を充填した油
密室を設けて、上記第１のピストン部材の変位を拡大し
て上記第２のピストン部材に伝達する燃料噴射弁におい
て、上記油密室をピンホールを介して外部へ至る通路に
連通させるとともに、上記ピンホールと上記通路の間に
フィルタ部材を配設したことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】上記フィルタ部材が金属焼結材からなる
請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】上記ピンホールが上記油密室の近傍に配
置されている請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項４】上記第１のピストン内に上記油密室と上
記外部通路とを結ぶ通路を設けて、該通路に上記ピンホ
ールを設けた請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】上記第１のピストンが摺動するシリンダ
形成部材内に上記油密室と上記外部通路とを結ぶ通路を
設けて、該通路に上記ピンホールを設けた請求項３記載
の燃料噴射弁。
【請求項６】上記フィルタ部材が上記ピンホールの近
傍に配置されている請求項１ないし５のいずれか記載の
燃料噴射弁。